LIIKENNERASITUKSEN LASKEMINEN

Transkriptio

1 TIEN POHJA- JA PÄÄLLYSRAKENTEET TUTKIMUSOHJELMA TPPT Menetelmäkuvaus Espoo, LIIKENNERASITUKSEN LASKEMINEN Jar Phlajamäk VTT Rakennus- ja yhdyskuntateknkka

2 3 Alkusanat Ten pohja- ja päällysrakenteet tutkmusohjelman (TPPT) lopputulosten tavotteena on entstä kestävämpen uusen ja perusparannettaven kestopäällystettyjen teden rakentamnen sten, että myös rakenteden vuoskustannukset alenevat. Näden tavotteden saavuttamseks on tärkeää, että terakenteet suunntellaan pakallsn olosuhtesn. Suunnttelussa käytetään hyväks pakallsten olosuhteden suomat mahdollsuudet ja otetaan huomoon olosuhteden asettamat rajotukset. TPPT-ohjelmassa kehtetään terakenteden mtotusta (TPPT-suunnttelujärjestelmä). Suunnttelujärjestelmässä estetään ne menettelytavat ja kenot, jota käyttäen terakenne vodaan kohdekohtasest suunntella ja mtottaa. Ohjelman tuloksena laadtaan myös yhteenveto ohjelmaan ssältynestä koerakentesta sekä yhteenveto materaalteknsestä kehtyksestä. Suunnttelujärjestelmälle on omnasta, että mtotus tapahtuu pakkakohtaslla tedolla ja parametrella (lkenne, lmasto, pohjamaa, käytettävät rakennemateraalt, vanhat rakenteet). Mtotuksessa käytettäven pohjamaata ja rakennemateraaleja koskeven parametren määrtys tapahtuu enssjasest laboratorokokella ta maastossa tehtävn mttauksn ja tutkmuksn. Myös muden mtotuksessa tarpeellsten lähtötetojen hanknnassa ja ongelmakohten ta muutoskohten pakannuksessa käytetään maastossa ja tellä tehtävä havantoja ja mttauksa. Suunnttelujärjestelmään kuuluvat oleellsena osana stä täydentävät suunnttelun ja mtotuksen lähtötetojen hankntaa kästtelevät menetelmäkuvaukset. Estettävät menetelmät ja menettelytavat on todettu käyttökelposks käytännön havantojen ja kokeden perusteella. Tämän Lkennerastuksen laskemnen menetelmäkuvauksen on laatnut Jar Phlajamäk VTT Rakennus- ja Yhdyskuntateknkasta. Menetelmäkuvauksen ssältö on käyty läp yhdessä telatoksen asantuntjoden kanssa.

3 4 SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO LIIKENNETIEDON KERÄÄMINEN Koneellnen keräämnen Manuaalnen keräämnen LIIKENNERASITUKSEN LASKEMINEN Ylestä Kuormtuskertaluku, vastaavuuskerronmenetelmä Akselmassaspektrmenetelmän peraate Esmerkkejä akselmassaspektrmenetelmän käytöstä Teoreettnen esmerkk Käytännön esmerkk Lkennemäärä uuden ten suunnttelussa Lkennemäärä vanhan ten parantamsessa KIRJALLISUUS... 18

4 5 1 JOHDANTO Ten mtottamsessa tulee kästellä ten panumnen ja routmnen sekä kestävyys lkennekuormtukselle. Panumseen vakuttaa käytännössä pelkästään pohjamaan laatu ja terakenteen oma pano. Routaan vakuttavat vastaavast pohjamaa ja routmattomen ten rakennekerrosten paksuus sekä lmasto. Kun ten panumnen ja routakestävyys on mtotuksella hodettu, te ptää velä mtottaa kestämään slle ennustettu lkenteen aheuttama rastus el tehdä kuormtuskestävyysmtotus. Ten rakenteellsen kestävyyden kannalta ajateltuna lkennerastus aheutuu käytännössä pelkästään raskaasta lkenteestä. Henklöautot aheuttavat tosn nastarengaskulutuksen kautta päällysteen urautumsta ja ohentumsta. Raskaan lkenteen kalustossa on tapahtunut vme vuosna selvä muutoksa. Varsnasen perävaunun ssältäven yhdstelmen määrä on selväst lsääntynyt vme akona ja nden kokonaspanot ovat nousseet huomattavast. Parpyörän korvaaven yksttäspyören määrä lnjalkenteessä on myös selvässä kasvussa. Vastaava trendejä esntyy varmaan tulevasuudessakn ja nstä lkennesuunntteljan on oltava selvllä. Rengaspaneeseen e juurkaan ole knntetty huomota, stä koskeva säädöksä on tettäväst van Norjassa ja Islannssa. On kutenkn ollut havattavssa ylesest rengaspaneden kasvua uusen rengastyyppen tultua markknolle. Korkea rengaspane penentää verntävastusta ja sten energakuluja, mutta vo aheuttaa lsäkustannuksa renkaden kulumsen ja ajoneuvon rkkoutumsen taka. Tenptäjälle lan korkea rengaspane aheuttaa kustannuksa ten vaurotumsen kautta. Pudotuspanolatetta käytetään lkennekuormtuksen smulontn ja ten kantavuuden mttaamseen. Snä kuormtus vastaa 700 kpa:n rengaspanetta. Hyvn ylesest kuorma-auton rengaspane on ns. kylmänä 800 kpa, mkä ajon akana nousee olosuhtesta rppuen helpost 900 kpa:n. Lkkuva pyöräkuorma aheuttaa terakenteeseen jänntyksä ja muodonmuutoksa. Näden suuruudet rppuvat ajoneuvon nopeudesta, akselpanosta, rengastyypestä ja -panesta. Kuvassa 1 on estetty peraatekuva pyöräkuorman terakenteeseen aheuttamsta vastesta. Päällysteen vaurotumsta lkennekuormtuksen johdosta (tostuvsta kuormtukssta aheutuvaa väsymstä) selttää sen alapnnan vaakasuora vetomuodonmuutos. Sdotussa kerroksssa lan suur pntapane renkaan ja ten välllä aheuttaa näden kerrosten plaststa deformotumsta. Stomattomssa kerroksssa ja pohjamaassa kestävyyden määräävänä on pystysuora muodonmuutos ta jänntystla, jotka aheuttavat pysyvä muodonmuutoksa ja rakenteen urautumsta. Kuva 1. Pyöräkuorman aheuttamat jänntykset ja muodonmuutokset terakenteessa.

5 6 2 LIIKENNETIEDON KERÄÄMINEN 2.1 Koneellnen keräämnen Tehallnnossa lkennetetoa teverkolla kerätään koneellsest ns. LAM-järjestelmällä, johon kuuluu non 260 knteätä mttauspstettä er puollla teverkkoa. Lsäks srrettävällä kalustolla tehdään mttauksa tetyssä pstessä akajaksottan, jollon latteet ovat mttauspsteessä non vkon. LAM-pste muodostuu kahdesta nduktoslmukasta ja tedonkeruuyksköstä. LAM luokttelee ajoneuvot 7 tyyppn (kolme henklöautoluokkaa ja neljä raskaan lkenteen luokkaa: LA, KAIP, KAPP, KAVP). Mttauspsteessä jokasesta ohajavasta (slmukan ylttävästä) ajoneuvosta määrtetään lsäks ohtuksen kellonaka, ajosuunta, ajokasta, ajoneuvon ptuus, nopeus ja peräkkästen ajoneuvojen väl. Mttausdata mttauskohteesta srretään prosessotavaks jatkokästtelyä varten kästtely-ykskköön kerran pävässä. Käyttämällä hyväks mttauspstestä saatuja tuloksa ja lsäämällä nähn tetohn muu saatavlla oleva teto, lkennedata vodaan ylestää koskemaan koko Suomen pääteverkkoa. Alemman teverkon tellä on syytä tehdä pakallset laskennat. Terakenteen rastusten kannalta tärketä ovat raskaan lkenteen ajoneuvotyypt ja määrät. Lkennemäärän ohella tärkeä teto on ajoneuvojen pano akselettan. Nykysn ajoneuvojen panoja vodaan mtata van manuaalsest. Suomessa kokeltn automaattsta ajoneuvojen punntusta (weght n moton, WIM)1990-luvun alussa, jollon automaattsa vaakoja ol enmmllään tomnnassa 12 kappaletta. Kysenen vaakatyypp e kutenkaan soveltunut Suomen vaatvn olosuhtesn ja vaaosta luovuttn. Tällä hetkellä e velä pystytä automaattsest määrttämään myöskään ajoneuvon rengastyyppä, akselpanoa, rengaspanetta ekä ajoneuvon svusjanta. 2.2 Manuaalnen keräämnen Perntesest lkennettä on laskettu havannomalla ajoneuvotyyppejä ja laskemalla nden määrä laskentapsteessä tettynä ajanjaksona. Tämä teto on stten ylestetty vuorokautseks ta vuotuseks lkennemääräks. Laajoja ajoneuvojen punntuksa on tehty vuoden välen. Edellnen laajemp punntustutkmus tehtn Vmesn anestoltaan velä edellstä laajemp punntustutkmus (akselmassatutkmus) tehtn vuonna 1998, jollon punnttn yhteensä 3587 ajoneuvoa 48 er mttauspsteessä. Punntusten yhteydessä kerättn runsaast tetoja myös ajoneuvojen rakentesta, kuljetusretestä ja kuormen laadusta. Näden punntusten, haastattelujen, autorekstertetojen sekä muden saatavlla oleven tetojen perusteella lkennerastukseen vakuttavat tekjät ylestetään koskemaan koko Suomen teverkkoa. Pääteverkolle ylestys vodaan tehdä hyvnkn luotettavast, mutta alemman luokan telle e ole ehkä rttäväst mtattua tetoa ylestyksen tekemseen. Lsäks alemman luokan tellä pakallset olosuhteet pokkeavat tosstaan hyvnkn paljon, joten kohdekohtaset mttaukset ovat tarpeen. Taulukossa 1 on estetty vuonna 1998 tehdyn akselmassatutkmuksen perusteella raskaan lkenteen jakaantumnen er tyyppluokkn Suomen pääteverkolla /1/.

6 7 Taulukko 1. Raskaan lkenteen tyypt LAM-järjestelmässä ja nden suhteellset osuudet akselmassatutkmuksessa /1/. Tyypp Lukumäärä (tot kpl) Osuus KAIP ,1 % KAPP ,4 % KAVP ,9 % LA 272 7,6 % Ajoneuvossa on erlasa rengastuksa lähnnä ajoneuvon käyttötarkotuksen mukaan. Renkaat vodaan jakaa kolmeen pääluokkaan: tavallnen yksttänen rengas (leveys < 350 mm), leveä (parasennuksen korvaava) yksttänen rengas (super sngle) (leveys > 350 mm) ja parasennus. Etuaksellla on ana tavallnen yksttänen rengas. Lsäks yksttäsä renkata on jossakn telrakentessa, jossa nlle salltaan van 7 tonnn akselpano. Leveää yksttästä rengasta käytetään usemmn puolperävaunussa korvaamaan parpyörää. Tällasa akseleta on pääasassa lnjalkenteen ajoneuvossa. Yksttästen leveden renkaden osuus on tällä hetkellä lsääntymässä. Yksttästen renkaden akselelle salltaan renkaan leveydestä rppuen 7 10 tonnn akselpano. Parpyörä on edelleen ylesn rengastusmuoto. Varsnkn raaka-anekuljetuksssa, alemman luokan tellä ja nden ulkopuolella lkuttaessa parpyörä on selväst yksttästä rengasta paremp ajoneuvon stablteetn ja lkkeellelähdön kannalta. Taulukossa 2 on estetty rengastyyppen suhteellset osuudet koko ajoneuvokannasta ja lsäks tarkasteltuna ajoneuvotyypettän. Taulukosta havataan, että lnja-autot ovat yleensä kaksakselsa, mutta muutama telrakentenen lnja-auto mahtuu mukaan. Telssä on yleensä mukana aksel varustettuna tavallsella yksttäspyörällä. Vetoautot ovat kaks- ja kolmakselsa. Puolperävaunussa on yleensä leveät yksttäspyörät ja varsnasssa perävaunussa pääsääntösest parpyörät. Taulukko 2. Rengastukset osuuksna akselesta (%) /1/. Kakk Lnjaautot Vetoautot Puolperävaunut Varsnaset perävaunut Tavallnen yksttänen < 350 mm Leveä yksttänen mm Tavallnen parrengas Akselmassatutkmuksessa (1998) todettn varsn runsaast lan mukaan tulkttuna ylpanosa ajoneuvoja. Nätä ol enmmllään non neljännes tetyssä ajoneuvoluokassa.

7 8 Manuaalsena lkennetedon keräämsenä vodaan ptää myös haastattelututkmuksena tehtävää tavaravrtatutkmusta, jonka osatuloksa julkastaan neljännesvuosttan ja vuosraportt toukokuussa. Kyselemällä selvtetään mm. tavaravrran laatua, rettejä ja panoja. Lsäks on velä jotakn muta vähemmän merktyksellsä tapoja kerätä lkennemäärätetoa. 3 LIIKENNERASITUKSEN LASKEMINEN 3.1 Ylestä Rakenteen kuormtuskestävyysmtotus tehdään rakenteeseen mtotusakana kohdstuvan lkennekuormtuksen mukaan. Lkennemäärä ja sen koostumus (ajoneuvotyypt ja panot) on ennuste ta laskemalla saatu arvo, jonka lkennesuunnttelja tekee lkennelaskentojen, kaavotuksen, maankäytön suunnttelun ja muden lkenteeseen todennäkösest vakuttaven sekkojan perusteella. Lkennerastus vodaan ottaa huomoon kahdella tavalla: joko kuormtuskertalukuna vastaavuuskerronmenetelmällä ta ottamalla huomoon koko raskaan lkenteen akselpanojakautuma ajoneuvotyypettän ja panoluokttan. 3.2 Kuormtuskertaluku, vastaavuuskerronmenetelmä Vastaavuuskerronmenetelmä tarkottaa stä, että kullakn aksel-/ajoneuvoluokalla on oma vastaavuuskertomensa, jolla tämän luokan lkennemäärä muunnetaan vastaamaan standardakseln (100 kn yksttänen parpyöräaksel) yltyksä ten pokklekkauksessa. Nän saadut luvut lasketaan yhteen, jollon saadaan koko lkenteen aheuttama kuormtuskertaluku (standardakselena). Kun pävttänen kuormtuskertaluku kerrotaan tarkastelujakson ptuudella, saadaan kumulatvnen kuormtuskertaluku, joka on kuormtuskestävyysmtotuksen lähtöarvo. Vastaavuuskertomet määrtetään ten vaurotumstavan ja vaurotumskrteern perusteella. Tarkemmassa analyysssa jokasella akseltyypllä on peraatteessa oma vastaavuuskertomensa, mutta yleensä käytetään van ajoneuvoluokken vastaavuuskertoma. Vastaavuuskerronmenetelmän käyttö edellyttää erätä oletuksa. Terakenteen vasteen oletetaan olevan suoraan rppuvanen akselpanosta (kuva 2). Tämä ptää pakkansa melko hyvn paksupäällystesllä tellä. Ohutpäällystetellä tellä tämä olettamuksen aheuttama vrhe vo olla huomattavakn. Ltteessä 1 on estetty muutama esmerkk päällysteen (paksuus 110 mm) alapnnan venymän rppuvuudesta akselpanosta. Vaste Akselpano Kuva 2. Terakenteen vasteen suoravvanen rppuvuus akselpanosta, hypotees.

8 9 Tonen vastaavuuskerronmenetelmän käyttöoletus on, että ten vaurotumskrteerssä vasteen ja kuormtusten suhde on log-log-astekolla suora (kuva 3). Kokemusten mukaan tämä toteutuu hyvn, kun tarkastellaan asfalttmateraaleja. Log vaste Log N Kuva 3. Terakenteen vaurotumskrteernä väsymssuora, hypotees. Kuvan 3 mukasessa tapauksessa erpanosten akselen vakutukset vodaan muuntaa standardakseln vakutuksks kaavalla (1): k P = P std n (1) mssä k on akseln vastaavuuskerron P akseln pano P std standardakseln pano n väsymssuoran kulmakerron (eksponentt) Jos vastaavuuskerronmenetelmää halutaan käyttää myös er pyörätyypelle, ptää tuntea nden aheuttama vaste standardakseln aheuttamaan vasteeseen suhteutettuna. Tällä hetkellä Suomessa on käytössä AASHOn tekokeeseen perustuva krteer, joka perustuu palvelutasondeksn putoamseen tasolle 2,5. Tämä on tostaseks anoa kenttäkoken verfotu anesto. Kenttäkokeet tuottvat ns. neljännen potenssn säännön, jossa vastaavuuskertomet ovat suhteessa akselpanojen neljänteen potenssn. OECD:n FORCE-projektssa saatu eksponentt ol 2-7 rppuen vaurotasosta, jolla tarkastelu tehtn (Lte 2). Kun Suomen olosuhtesn sopvaa uuttaa vaurotumstetoa saadaan kenttäkokesta, vaurokrteerä ja sten myös ajoneuvojen vastaavuuskertoma vodaan pävttää. Taulukossa 3 on estetty vastaavuuskertomet kuormtuskertaluvun laskemseks. Vanhoja arvoja käytetään kästeltäessä lkennettä vuoteen 1998 ast ja uusa arvoja vuodesta 1999 alkaen. Uudet arvot on laskettu vmesen akselmassatutkmuksen tulokssta ennustaen kymmenen vuotta eteenpän (vuos 2009 mtotusvuos) olettaen lkenteen koostuvan nuoremmasta kalustosta tulevasuudessa.

9 10 Taulukko 3. Ajoneuvotyyppen vastaavuuskertomet /1,2/. Vanhat Uudet 1999 lähten Keskm. Täys Keskm. LA 0,4 1,2 KAIP 0,4 1,5 0,7 KAPP 1,5 3,0 1,7 KAVP 2,3 4,5 3,2 KAIP+LA 0,4 0,8 KAPP+KAVP 2,1 2,8 RASKAS YHTEENSÄ 1,3 2,2 Yhdstelmäajoneuvoluokan vastaavuuskerron on määrtetty sten, että kerron panottuu kapp:n ja katp:n nykysten kertomen kesken Etelä-Suomen päätellä LAM-psteltä (109 kpl) koottujen tetojen perusteella. Koko raskaan lkenteen vastaavuuskertomet perustuvat oletukseen, että 1980-luvulla päätellä yhdstelmen ja muden raskaden ajoneuvojen osuudet olvat 50/50 % ja vuostuhannen lopussa 70/30 %. Taulukossa 4 on estetty vuonna 1998 tehdyn Akselmassatutkmuksen tulokssta ennustetut er ajoneuvotyyppen kuormtusekvvalentt. Taulukossa on estetty vuoden 1999 arvot ja vuoden 2009 ennustetut arvot ekvvalentelle sekä vakotuna vuoden 1999 tasoon että lneaarseen kasvuennusteeseen perustuvna. Tarkastelu on tehty erkseen raaka-anekuljetukslle, mulle kun raaka-anekuljetukslle sekä kaklle yhteensä /4/. Taulukko 4. Ekvvalentten (K E ) ennustetut arvot vuonna 2009 er autotyypellä. KAIP KAPP KAVP LA Kakk tavaralajt yhteensä VAK LIN Raaka-anekuljetukset VAK LIN Muut kun raaka-anekuljetukset (tyhjät mukana) VAK LIN Muut kun raaka-anekuljetukset (tyhjät e mukana) VAK LIN VAK = vako LIN = lneaarnen kasvu Terakenteen mtotuksessa käytettävä vuotunen kuormtuskertaluku lasketaan mahdollsmman tarkast saatavlla oleven tetojen perusteella. Jos on saatavlla kakken ajoneuvoluokken määrät, käytetään ntä kakka ja nden vastaavuuskertoma laskennassa, jollon KKL lasketaan kaavasta 2.

10 11 KKL = k*m*365 [ k *n ] E (2) mssä KKL k m k E n on vuotunen kuormtuskertaluku lkenteen kasvukerron ajoradan leveydestä rppuva kerron, ajoneuvoluokan vastaavuuskerron ajoneuvoluokan vuorokauslkenne Jos on käytettävssä raskaan lkenteen määrä jaettuna van kahteen luokkaan (yhdstelmät ja muut), kuten tereksterssä, vuotunen kuormtuskertaluku KKL lasketaan (vuoteen 1998 ast) kaavalla (3): KKL = k * m * 0,4* KVL ras KVL yhd 2,1* + KVL *365 yhd (3) mssä KKL on vuotunen kuormtuskertaluku k lkenteen kasvukerron m ajoradan leveydestä rppuva kerron, KVL ras raskaden ajoneuvojen vuoden keskmääränen vuorokauslkenne ja KVL yhd yhdstelmäajoneuvojen (KAPP + KATP) vuoden keskmääränen vuorokauslkenne. Uus laskentakaava (vuodesta 1999 lähten) on kaava (4): KKL = k * m* 0,8 * KVL KVL 2,8 * KVL * 365 ras yhd + yhd (4) Koko suunnttelujakson kuormtuskertaluku saadaan kertomalla vuotunen kuormtuskertaluku suunntteluällä (vuosna). Kaavojen (2), (3) ja (4) ajoneuvojen vastaavuuskertomet on estetty taulukossa 3 ja 4 sekä ten leveyskerron taulukossa 5. Taulukko 5. Ten leveyskerron /2/. Ajoratojen lkm Ajoradan leveys Kerron m 1 < 7,5 m 1 1 7,5-9,0 m 0,75 1 > 9,0 m 0,5 2 < 9,0 m 0,5 2 > 9,0 m 0,4 Elle tarkempaa tetoa ole käytettävssä, lkenteen oletetaan jakautuvan tasan er vuodenakojen kesken. Tällön kevät-ajan kuormtuskertaluku KKL kevät lasketaan kaavalla (5) KKL kevät = ( T / 360) * KKL (5) mssä KKL kevät on T kevät-ajan kuormtuskertaluku kevätajan (sulamnen ja jälkkuvumnen) ptuus, vrk (kts. TPPT Menetelmäkuvaus: Ilmastorastus) Muden vuodenakojen kuormtuskertaluku KKL muut lasketaan kaavalla (6) KKL = KKL muut KKL kevät (6) mssä KKL muut on muden (kesä, syys, talv) vuodenakojen kuormtuskertaluku.

11 12 Kuormtuskertaluku-menetelmää käytetään, jos e ole käytettävssä tarkempaa tetoa ajoneuvotyypestä ja panojakautumsta. Suurn osa tämänhetksstä ten vaurotumsmallesta perustuu kuormtuskertaluku-ajatteluun. Kuormtuskertaluku-ajattelu on selkeä ja monssa tapauksssa rttävän tarkka sllon, kun lähtötedotkaan evät ole ertysen luotettavat. Kuormtuskertaluku-menetelmässä mtotuslaskelma terakenteen vastelle tehdään van yhdelle tapaukselle el standardaksellle (100 kn yksttänen parpyöräaksel). Ten kestokä määrtetään lasketun vasteen perusteella vaurokrteern pohjautuen. 3.3 Akselmassaspektrmenetelmän peraate Lkennerastuksen laskemseen on tähän ast ylesest käytetty edellä estettyä vastaavuuskerron- el kuormtuskertaluku-menetelmää. Tulevasuudessa pyrtään kutenkn tarkempaan lkenteen laskemseen ja tulevan lkenteen ennustamseen. Ajoneuvojen automaattnen punntsemnen WIM-teknkalla on kehttynyt vme akona huomattavast ja tästä syystä se tuls ottaa käyttöön Suomessakn, koska WIM-mttausten tuloksa käyttäen lkennerastus vodaan laskea muta menetelmä tarkemmn. Tarkempaan laskemseen vodaan käyttää esm. akselmassaspektr-menetelmää. Akselmassaspektr-menetelmä perustuu shen, että raskas lkenne jaetaan ajoneuvoluokkn ja ajoneuvoluokat edelleen er panoluokkn (kuva 4). Tarkn jaotus vo tapahtua peraatteessa aksel- ja pyörätyypettän. Kunkn luokan pävttänen lkennemäärä mtataan ta arvodaan. Lkennemääärä % n P = luokan akselmassa n = luokan lkennemäärä P Akselmassa Kuva 4. Akselmassan jakauma, akselmassaluokat ja ntä vastaavat lkennemäärät, peraatekuva. Akselmassaspektr-menetelmää lkenteen rastuksen laskemsessa suostellaan käytettäväks ana, kun on saatavlla rttäväst tetoa ajoneuvojen ja nden panojen jakaumsta. Tässä menetelmässä mtotuslaskelma terakenteen vastelle tehdään erkseen jokasen akseltyypn jokaselle panoluokalle. Ten kestokä lasketaan Mnern lakn perustuen summaamalla yksttästen massaluokken lkennemäärstä ja vastesta lasketut kestoät (kaava 7): 1 = N n N 1 N = 1 mssä N on terakenteen kestokä kuormtuksna N on terakenteen kestokä kuormtuksna kullekn pyörätyypp- ja massaluokalle n on lkennemäärä kullekn pyörätyypp- ja massaluokalle Kun jälkmmänen summalauseke saa arvon 1, ten kestokä on saavutettu. (7)

12 Esmerkkejä akselmassaspektrmenetelmän käytöstä Teoreettnen esmerkk Seuraavassa on estetty muutama esmerkk menetelmän käytöstä. Käsnlaskennassa on päädytty jakamaan spektr vteen luokkaan. Käytännössä jako ols theämp, ehkä 1 tonnn välen ja laskenta hodettasn yksnkertasella tetokoneohjelmalla. Kuvssa 5-7 on estetty kolmen ylesmmän pyörätyypn akselmassajaspektrt tutkmuksen mukaan /1/. Akselmassaspektr jaetaan esmerkks vteen luokkaan pystysuorlla vvolla harktust. Kunkn geometrsen kuvon panopste on sen luokan edustava akselmassa P. Luokan lkennemäärä n määrtetään kaavan 8 mukaan, kun tunnetaan luokan kokonaslkennemäärä LKM. n A = * A LKM (8) mssä n A LKM on luokan lkennemäärä on luokan pnta-ala akselmassan spektrkuvassa on akseltyypn kokonaslkennemäärä P = luokan akselmassa n n = luokan lkennemäärä A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 Kuva 5. Normaaln yksttäspyörän akselmassaspektr. P = luokan akselmassa n = luokan lkennemäärä n A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 Kuva 6. Erkosleveän yksttäspyörän akselmassaspektr.

13 14 P = luokan akselmassa n = luokan lkennemäärä n A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 Kuva 7. Parpyörän akselmassaspektr. Tässä menetelmässä mtotuslaskelma tehdään jokasen yksttäsen luokan pyörätyyplle ja akselmassalle el tässä tapauksessa vs laskelmaa kutakn pyörätyyppä kohden. Kunkn luokan lasketusta vastesta määrtetään vaurokrteerä käyttäen, kunka monta tämän tyyppstä ja panosta kuormtusta suunnteltu rakenne kestäs, jota kuvaa N kaavassa 6. Luokan lkennemäärää kuvaa n samassa kaavassa. Suhdeluku n / N kuvaa stä, kunka paljon luokan lkennerastus ottaa koko ten kuormtuskestävyyskapasteetsta. Kakken pyörätyyppen ja panoluokken yhtesvakutus lasketaan Mnern lakn perustuen edelleen kaavalla 7, n N = 1 Kun kaavan 7 summalauseke saavuttaa arvon 1, koko ten kuormtuskestävyyskapasteett on käytetty ja te vaat perusparantamsta Käytännön esmerkk Käytännön laskemsta varten on estetty hypoteettsen kohteen lkennerastuksen laskenta. Lkennemäärät ajoneuvo- ja panoluokttan mtotuskaudelle arvodaan akasemmsta mttaukssta ja maankäytön suunntelmsta. Taulukossa 6 on estetty kohteesta mtattu ta slle arvotu lkennemäärä er akselsto- ja pyörätyypelle panoluokttan. Kohteessa on vuorokautnen raskaan lkenteen määrä 1000, mkä edustaa melko vlkkaast lkennötyä päätetä. Er ajoneuvotyyppen osuudet ovat lsäks hyvn tavanomaset. (7)

14 15 Taulukko 6. Vuorokautnen lkennemäärä esmerkkkohteen pokklekkauksessa er akselstoja pyörätyypelle panoluokttan. Akselston massa, kn Lukumäärä er akselsto- ja rengasratkasulle Yksrenkanen Kaksrenkanen yksttäsaksel yksttäsaaksel Kaksakselnen lmajoustettu tel Kaksakselnen elmajoustettu tel Kolmakselnen tel parpyörn Kolmakselnen tel yksttäspyörn Summa Taulukossa 7 on määrtetty kohteelle vastaavuuskertomet er akselsto- ja pyörätyypelle panoluokttan perntesen neljännen potenssn säännön perusteella kaavan 9 mukaan: k Ej Pj = P 4 (9) mssä k Ej akselston panoluokan j vastaavuuskerron P j akselston panoluokan j massa P akselston ekvvalentt massa (lte 3)

15 16 Taulukko 7. Vastaavuuskertomet er akselsto- ja pyörätyypelle panoluokttan laskettuna ltteen 3 mukaslla ekvvalenttmassolla. Akselston Kuormtusekvvalentt er akselsto- ja rengasratkasulle massa, kn Yksrenkanen yksttäsaksel Kaksrenkanen yksttäsaaksel Kaksakselnen lmajoustettu tel Kaksakselnen elmajoustettu tel Kolmakselnen tel parpyörn Kolmakselnen tel yksttäspyörn 20 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0, ,02 0,01 0,00 0,00 0,00 0, ,06 0,03 0,00 0,00 0,00 0, ,15 0,06 0,01 0,01 0,00 0, ,32 0,13 0,01 0,01 0,00 0, ,59 0,24 0,02 0,03 0,01 0, ,00 0,41 0,03 0,04 0,01 0, ,60 0,66 0,06 0,07 0,02 0, ,44 1,00 0,09 0,11 0,03 0, ,57 1,46 0,12 0,16 0,04 0, ,06 2,07 0,18 0,22 0,05 0, ,86 0,24 0,30 0,07 0, ,84 0,33 0,41 0,10 0, ,06 0,43 0,54 0,13 0, ,55 0,56 0,70 0,17 0, ,71 0,89 0,21 0, ,90 1,12 0,27 0, ,11 1,39 0,33 0, ,37 1,71 0,41 0, ,66 2,07 0,50 0, ,00 2,50 0,60 0, ,72 0, ,85 1, ,00 1, ,17 1, ,36 1, ,57 2,02 Vuorokautnen kuormtuskertaluku lasketaan er ajoneuvo- ja panoluokken lkennemäären ja vastaavuuskertomen mukaan kaavalla 10: KKL * (10) vrk = nj k Ej mssä KKL vrk k Ej n j kumulatvnen vuorokautnen kuormtuskertaluku standardakselena akselston panoluokan j vastaavuuskerron akselston panoluokan j vuorokautnen lkennemäärä Vuotunen kuormtuskertaluku saadaan kertomalla KKL vrk ten leveyskertomella m ja 365:llä. Mtotusjakson kumulatvnen kuormtuskertaluku saadaan kertomalla vuotunen kuormtuskertaluku mtotusjakson ptuudella. Jos lkennemäärä on ennustettu astetta epätarkemmn, er akselstotyyppen määränä, lasketaan vuotunen kuormtuskertaluku kaavan 11 mukaan: [ k E n ] KKL * * (11) = k m * 365 mssä KKL k E n kumulatvnen vuotunen kuormtuskertaluku standardakselena akselston vastaavuuskerron akselston lkennemäärä

16 17 Esmerkkkohteen lkennerastuksen laskemnen tapahtuu kertomalla kunkn ajoneuvo- ja panoluokan lkennemäärä vastaavalla kuormtusekvvalentlla ja laskemalla kakk nämä yhteen. El taulukon 6 ja 7 vastaavat solut kerrotaan keskenään ja saadut tulokset summataan kakk yhteen. Tulokset on estetty taulukossa 8. Vuosttasen kuormtuskertaluvun saamseks saatu tulos kerrotaan 365:llä ja ten leveyskertomella. Laskenta näyttää hankalalta, mutta se on erttän yksnkertasta ja vavatonta tehdä Exceltaulukkona. Mtotusta varten kannatta tehdä pen nteraktvnen ohjelma, johon lähtötetona syötetään luokttan lkennemäärät ja ohjelma tulostaa kuormtuskertaluvun. Puhtammllaan akselmassaspektrmenetelmässä e käytetä ollenkaan vastaavuuskertoma, vaan lkennekuormtuksen aheuttama vastelaskenta tehdään kullekn tapaukselle erkseen. Vastesta määrtetään ten kestokä kullekn tapaukselle ja nämä summataan Mnern lakn perustuen. Tähänkn on tehtävä esm. Excel-sovellutus työn helpottamseks. Nykysllä mkrojen kapasteetellä laskenta-aka e muodostu ongelmaks. Nän ykstyskohtanen laskenta edellyttää lähtötedolta tetyst tarkkuutta, ennenkun stä on vastaavaa hyötyä. Taulukko 8. Vuorokautset kuormtuskertaluvut er akselsto- ja pyörätyypelle panoluokttan. Akselston Kuormtuskertaluku er akselsto- ja rengasratkasulle massa, kn Yksrenkanen Kaksrenkanen yksttäsaksel yksttäsaaksel Kaksaks. lmajoustettu tel Kaksaks. elmajoustettu Kolmaks. tel tel parpyörn Kolmaks. tel Kumulatvnen yksttäspyörn kuormtuskerta luku kaklle ryhmlle 20 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 30 0,3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 40 3,5 0,1 0,0 0,0 0,0 0, ,0 0,1 0,0 0,0 0,0 0, ,7 0,4 0,0 0,0 0,0 0, ,5 2,9 0,0 0,0 0,0 0, ,0 41,0 0,0 0,1 0,0 0,0 90 9,6 118,1 0,2 0,1 0,0 0, ,4 204,0 0,1 0,5 0,0 0, ,0 120,1 0,2 1,4 0,0 0, ,7 0,2 3,3 0,0 0, ,6 0,5 7,6 0,1 0, ,8 0,7 31,5 0,0 0, ,0 1,3 56,7 0,0 0, ,0 8,4 129,3 0,0 1, ,0 45,6 213,7 0,0 1, ,0 166,7 279,8 0,3 2, ,0 116,8 69,5 0,0 3, ,0 61,5 37,5 0,0 4, ,0 13,3 16,6 0,5 10, ,0 4,0 5,0 0,0 16, ,0 0,0 0,0 0,7 14, ,0 0,0 0,0 0,0 7, ,0 0,0 0,0 4,0 2, ,0 0,0 0,0 0,0 1, ,0 0,0 0,0 1,4 0, ,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Summa 376,0 519,7 419,4 852,8 7,0 67,5 2242,4

17 18 Kun käytetään vastaavuuskertoma, mtotuslaskenta tehdään van yhdelle tapaukselle, standardaksellle (100 kn parpyööräaksel). Jos laskenta halutaan tehdä tarkemmn, tulee jokaselle panoluokalle tehdä mtotuslaskenta. Tämän menetelmän käyttö on perusteltua, kun raskaan lkenteen laadusta ja määrästä saadaan tarpeeks luotettavaa tetoa. Esmerkks WIM-mttausteknkka edstäs huomattavast lkennedatan laatua. Jotkut, varsnkn uudet materaalt saattavat olla huvnkn herkkä ylkuormlle, jollon tällä menetelmällä lkenteen vakutus ten vaurotumseen pystyttäsn määrttämään nykystä huomattavast luotettavammn. 3.5 Lkennemäärä uuden ten suunnttelussa Uuden ten suunnttelussa ja rakenteden mtotuksessa lkennemäärä ja sen koostumus (ajoneuvotyypp, -luokat ja panot) on ennuste, jonka lkennesuunnttelja tekee tedossa oleven lkennemäären, kaavotuksen, maankäytön suunnttelun ja vastaaven asoden perusteella. 3.6 Lkennemäärä vanhan ten parantamsessa Vanhan ten parantamsen suunnttelussa ja rakenteden mtotuksessa lkennemäärä tulevasuudessa on vastaava ennuste kuten uudenkn ten kohdalla. Korjaushetkeen ast tapahtunut lkennerastus määrtetään ten hstoran perusteella, jollon käytetään hyväks er ajankohtna tehtyjä lkennemäärämttauksa ja ntä vastaava ajoneuvojen vastaavuuskertoma. 4 KIRJALLISUUS 1. Räty P., Pursanen J. Akselmassatutkmus1998. TIEL:n julkasuja. Helsnk s. 2. Teden suunnttelu. Ten rakenteet, kanso 4 B. TIEL:n julkasuja OECD full scale pavement test. Road Transport Research, the FORCE project. Pars p. 4. Pursanen J., AJONEUVOJEN EKVIVALENTIT 2009, Akselmassatutkmus1998-raportn anestosta. Helsnk s.

18 LIITE 1 Esmerkk er pyörätyyppen terakenteeseen aheuttamsta vastesta 200 Venymä [µs] kpa, Super sngle 500 kpa, Super sngle 800 kpa, Parpyörä 500 kpa, Parpyörä Pyöräkuorma [kn]

19 LIITE 2 The Powers based on crackng percentage as a functon of crackng. OECD FORCE project 1991 /3/. Power Cracks %

20 LIITE 3 Ekvvalentt aksel- ja telmassa /1/. Akseltyypp Aksel/telmassa (t) Rengastyypp Yksrenkanen yksttäsaksel 8 Kaksrenkanen yksttäsaksel 10 Kaksakselnen lmajoustettu tel 18,5 Kaksakselnen e-lmajoustettu tel 17,5 Kolmakselnen tel, jossa kakk pyörät evät ole yksttäsrenkata Kolmakselnen tel, jossa kakk pyörät ovat levetä yksttäsrenkata 25 23,5

21 TPPT Menetelmäkuvaukset Tämä luettelo on alustava ( ) ja shen saattaa tulla velä muutoksa. Päällysrakenteen kuormtuskestävyysmtotus Terakenteen routamtotus Ten panumalaskenta Ten vaurokartotus ja vauroden kuvaus Ten rakennekerrospaksuuksen määrtys ja rakennekerrostutkmukset PTM-mttausten suortus ja tulosten hyödyntämnen TPPT-suunnttelujärjestelmässä Routanousun ja panuman mttaus Pudotuspanolatemttaus (PPL-mttaus) Rakennekerrosmoduulen takasnlaskenta sekä jänntysten ja muodonmuutosten laskenta Lkennerastuksen laskemnen Ilmastorastus. Pakkasmäärän ja sulamskauden ptuuden määrtys Roudan syvyyden määrtys Routanousukoe. Routmskertomen (SP) kokeellnen määrtys Routmskertomen määrtys Lämmönjohtavuuden määrttämnen Sähkönen vastusluotaus ten panumalaskennan lähtötetojen hankkmsessa Radometrnen mttaus Purstnkaraus CPTU Lsätetoja TPPT-ohjelmasta