HCT-yhdistelmien vaikutus soratien urautumiseen:raportti

Tiivistelmä Tutkimus oli Liikenneviraston ja Metsätehon rahoittama kokonaisuus, jonka tavoitteena oli selvittää raskaan liikenteen eri akselimääristä sekä akselijärjestelmistä johtuvaa rasitusta erilaisen pohjamaan omaavien sorateiden rakenteille. Tutkimuksen päätavoitteena oli selvittää ajoneuvoyhdistelmien eri akselimäärien sekä AT Wheels- akselijärjestelmän vaikutuksia tien urakehitykseen. Erillisenä tavoitteena oli tutkia ajolinjojen vaikutusta urakehitykseen. Lisäksi projektin tavoitteena oli selvittää, voidaanko mittaustulosten pohjalta luoda soratien vaurioitumis- tai urautumisennustetta eri määrällä akseleita. Tutkimukselle asetetut kysymykset ovat listattu kappaleessa 1. Vuoden 2018 aikana tierasitusmittaukset suoritettiin Pohjois-Suomessa Jaatilassa, noin 40 kilometriä Rovaniemeltä etelään. Mittaukset kohdistettiin kahteen erilliseen, noin 400 metrin pituiseen mittaussuoraan, joista toisen alusmaa oli turvetta ja toisen moreenia. Turvemittaussuoralla kokonaiskantavuuden (E2) keskiarvo oli noin 100 MN/m² ja moreenimittaussuoralla noin 150 MN/m². Mittauskohde on kuvattu tarkemmin kappaleessa 2.4. Ajoneuvoyhdistelminä mittauksissa toimivat 60 tn 7-akselinen, ”120 tn 14-akselinen” (kaksi peräkkäin ajavaa 60 tn 7-akselista, jotka yhdessä simuloivat HCT-yhdistelmää), 76 tn 9-akselinen (alun perin 84 tn 10-akselinen) sekä 68 tn 8(+2)-akselinen puunkuljetusyhdistelmä. Viimeksi mainitussa oli AT Wheels Oy:n valmistama perävaunu lisäakselistolla. Mittauksiin osallistuneet ajoneuvoyhdistelmät on kuvattu tarkemmin kappaleessa 2.3. Mittaukset suoritettiin mahdollisimman pitkälle tien rakennetta rikkomattomilla menetelmillä. Tien pinnan urakehitystä sekä kosteusprofiilin kehittymistä tien rakenteissa ja alusmaassa mitattiin laserskannerilla ja maatutkilla. Ajoneuvoyhdistelmien ajolinjat mittaukset suoritettiin mittanauhamittausten ja videoanalyysien lisäksi ajoneuvoyhdistelmiin sijoitetuilla tarkkuus-GPS-laitteilla. Tien pintarakenteiden siirtymää mitattiin tien pintarakenteisiin sijoitettujen teräskuulien ja käsikäyttöisen maatutkan avulla. Sekä tarkkuus-GPS-laitteiston että teräskuulien ja maatutkan yhdistetty käyttö toteutettiin projektin mukaisessa käyttökohteessa ja ympäristössä ensimmäistä kertaa, joten mittausten yhteydessä arvioitiin myös näiden mittausmenetelmien toimintavarmuutta, tarkkuutta ja soveltuvuutta tämän tyyppisiin mittauksiin. Mittauksissa käytetyt mittausmenetelmät on kuvattu tarkemmin kappaleessa 2.2. Mittausviikko koostui kolmesta mittauspäivästä ja niiden väliin jäävistä välipäivistä, jolloin tien rakenteiden oli tarkoitus palautua mittauspäivien rasituksesta. Kolmen mittauspäivän aikana puutavarayhdistelmät ajoivat mittaussuorat useampaan kertaan kahteen suuntaan ennalta määrätyllä keskinopeudella. Tien rasitusmittaustulokset pyrittiin saatiin vertailukelpoiseksi kuljettamalla jokaisella ajoneuvoyhdistelmällä sama kokonaisnettokuorma puolen päivän aikana, koska ajoneuvoyhdistelmiin lastatut kuormat olivat eripainoisia. Ajokoepäivän aikana ajettiin eri suuruisia ylityskertoja yhtä suuren nettokuorman saavuttamiseksi. Ylityskertojen välinen palautumisaika suhteutettiin ajoneuvoyhdistelmien nettokuormaa. Mittausviikon kulku on kuvattu tarkemmin kappaleessa 2.4.3. Mittaustuloksiin on suhtauduttava varauksellisesti mm. siksi, että tien rakenteiden tiivistymisen ja häiriintyneisyyden (mm. puunkuljetus tien varrella olevasta hakkuupalstasta) vaihtelut mittausviikon aikana aiheuttivat eroja mittauspäivien lähtötilanteisiin. Täten olosuhdevaihtelut vaikeuttivat mittausviikon eri mittauspäivien tulosten vertailua. Mittaustulosten luotettavuuteen vaikuttivat osaltaan myös tien pinnalla liikkunut irtosora sekä tien pölyäminen. Vastaukset kaikkiin tutkimuksessa esitettyihin kysymyksiin on esitetty kootusti kappaleessa 4.2. Seuraavassa tulokset lyhyesti: Mittauksissa havaittiin suuriakin eroja tien pinnan urakehityksen osalta. Tämän tutkimuksen tulosten perusteella turvepohjamaalla 7-akselinen aiheutti syvemmät urat soratiehen kuin 14-akselinen. Urakehitysmittaustulosten pohjalta ei pystytty luomaan soratien vaurioitumis- tai urautumisennustetta eri määrällä akseleita. Suoritettujen urakehitysmittausten perusteella turvepohjaisella soratieosuudella ajettaessa muodostunutta ajouraa pitkin 8(+2)-akselisella AT Wheels -ajoneuvoyhdistelmällä, urasyvyyden kasvu hidastuu verrattuna 9-akselisen ajoneuvoyhdistelmän tuloksiin. Mittauskohteessa ei havaittu mittausviikon olosuhteissa merkittäviä kosteusvaihteluja tien rakenteissa. Tien pintarakenteisiin upotettuja teräskuulia ja käsikäyttöistä maatutkaa kokeiltiin soratien pintamateriaalin siirtymien mittaamiseen ensimmäistä kertaa ja se vaatii vielä kehittämistä. Ajolinjojen mittaamista tarkkuus-GPS-laitteilla kokeiltiin myös ensimmäistä kertaa. Tulosten perusteella mittausmenetelmän tarkkuus ei ollut riittävällä tasolla mm. urasyvyyden ja ajolinjan tarkan relaation tutkimiseen. Tutkimuksessa ajolinjamittaustulosten analysointi tehtiin kahdella mittauspisteellä suoritettujen mittanauhalla suoritettujen mittaustulosten pohjalta. Sekä teräskuulien maatutkaus- että tarkkuus-GPS-mittausmenetelmän arviointi ja tutkimuksen aikana kirjatut kehityskohteet ja -ideat on listattu liitteissä 5 ja 6. Kahden mittauspisteen kohdalla suoritettujen ajolinjamittauksien perusteella voidaan todeta, että joitakin poikkeuksia lukuun ottamatta ajoneuvoyhdistelmien sisäiset ajolinjat eivät vaihdelleet merkittävästi mittauspisteen kohdalla. Ajosuunnan vaikutus ajolinjan etäisyyteen tien reunasta oli suurin 9- ja 14-akselisella, noin 20–25 cm. Ajolinja-analyysi tehtiin yksittäisistä pisteistä (PL760 ja PL1210) kerätystä datasta. Voidaan olettaa, että ajolinjoissa on enemmän eroa mittauspisteiden ulkopuolella koska kuljettajat kertoivat keskittyneensä ajolinjan pitämiseen erityisen hyvin mittauspisteiden kohdalla. Tampereen teknillinen yliopisto teki Väylävirastolle vuosina 2015–2018 tutkimuksia raskaiden ajoneuvojen kuormitusvaikutuksista tierakenteisiin. Tampereen teknillisen yliopiston tulosten analysoinnin yhteydessä otetaan myös tämän Oulun yliopiston soratietutkimuksen tulokset huomioon ja kaikista tutkimuksista julkaistaan yhteenveto alkuvuodesta 2019