Joensuun kaupunki Tekninen virasto. Kuhasalontien eteläpuolen tärinäselvitys ERILLISLIITE Geomatti Oy, työ 386

Transkriptio

1 ERILLISLIITE 4 Joensuun kaupunki Tekninen virasto Kuhasalontien eteläpuolen tärinäselvitys Geomatti Oy, työ 386 Näkymä tärinäselvitysalueelle.

2 2 SISÄLLYS 1. JOHDANTO TÄRINÄMITTAUKSET JA MITTAUSTULOKSET TÄRINÄN VÄHENTÄMINEN YHTEENVETO...10 LIITTEET 1. TÄRINÄN KUVAAMISEN KÄSITTEITÄ

3 3 1. JOHDANTO Geomatti Oy on tehnyt Joensuun kaupungin toimeksiannosta Kuhasalontien eteläpuolen tärinäselvityksen kesäkuussa 2011 (kuva 1). Tärinäselvityksessä on selvitetty mittauksiin ja laskennallisiin tarkasteluihin perustuen alueelle olevien rakennusten värähtelyluokat ja tärinän vaikutukset asumiseen. Tärinämittaukset ja tärinän ennustusmallien perusteella tehdyt laskennalliset tarkastelut on raportoitu tässä tärinäselvityksessä. Raportissa tarkastellaan myös tärinän vähentämismahdollisuuksia. MP 6 MP 4 MP 3 MP 1 MP 5 MP 2 Kuva 1. Kuhasalontien tärinäselvitysalue ja mittauspisteet.. Suurimman tärinän liikenneväylien ympäristössä aiheuttavat yleensä raskaat ajoneuvot. Henkilöautot eivät yleensä aiheuta tärinäongelmia. Kuhasalontien liikennemäärä (KVL) oli vuonna 2005 sataman ja radan välillä 1675 ajon/vrk näistä raskaita ajoneuvoja 91. Liikenne on kasvanut ja on tällä hetkellä noin ajon./vrk. Ennusteliikenne vuonna 2020 Ukonniityn kohdalla on 2500 ajon/vrk, josta raskaan liikenteen osuus n. 10 %. Nopeusrajoitus on 50 km/h. Tärinä on voimakkainta hienorakeisilla maapohjilla, kuten lieju-, turve-, savi- ja silttikerrostumissa. Pääosin savista silttiä (sasi) sisältävä hienorakeinen kerrostuma selvitysalueella yleensä 4 10 metriä paksu. Pehmeikön leikkauslujuus vaihtelee yleensä välillä kn/m 2 ja vesipitoisuus on noin 30 %. Kantavilla mailla katuliikennetärinään aiheutuu pääosin kadun epätasaisuuksien kuten kaivonkansien aiheuttamista yksittäisistä kuormituksista, jotka aiheuttavat ajoneuvon värähtelyn, kunnes iskunvaimentimet pysäyttävät liikkeen. Pehmeiköillä tärinää aiheutuu myös raskaan liikenteen liikkuvista pyöräkuormista, vaikka tie olisi tasainen ja sileä. Liikkuvaa staattista kuormitusta vastustaa maan kimmoisuus ja hitaus, jolloin ympäristöön leviää tärinää. Tyypillinen katuliikennetärinä taajuusalue on noin 5 40 Hz. Taajuus riippuu maapohjasta. Mitä paksumpi ja pehmeämpi pehmeikkö on, sitä alhaisempi on ympäristöön leviävän tärinän taajuus. Katuliikennetärinä leviää pistemäisestä kuormituksesta ympäristöön, jolloin tärinän vaikutusalue on yleensä suppea. Tärinä voi siirtyä maasta rakenteisiin ja levitä edelleen rakenteissa. Tärinän siirtymisessä, vahvistumiseen tai heikentymiseen,

4 vaikuttavat tärinäherätteen lisäksi rakennusten dynaamiset ominaisuudet, kuten jäykkyys. Selvitysalueen rakennukset ovat puurunkoisia yksikerroksia pientaloja, joissa tärinän vahvistuminen on yleensä vähäistä. Raportissa esitetään tärinän huippuarvoihin ja värähtelyluokkiin perustuvat mittaustulokset. Värähtelyn huippuarvojen perusteella arvioidaan lähinnä rakennuksen ja rakenteiden vaurioitumisalttiutta. Katu- ja tieliikenteen aiheuttaman tärinän vaikutuksista rakenteille ei ole Suomessa esitetty ohjearvoja. Ratahallintokeskuksen Ratateknisissä ohjeissa (RATO), osassa 3 Radan rakenne, annetaan rautatieliikenteen tärinän huippuarvon raja-arvoksi perinteisesti rakennetuille betoni-, tiili- tai puurakennuksille 4 mm/s, kun hallitseva taajuus on alle 10 Hz. Vastaavasti taajuusalueella Hz raja-arvo on 5 mm/s ja yli 30 Hz:n alueella 6 mm/s. Tässä tärinäselvityksessä sovelletaan rakenteille rautatietärinän ohjearvoja. Rakennuksen värähtelyluokan perusteella arvioidaan ihmiseen kokeman tärinän häiritsevyyttä (VTT, Tiedotteita 2278, 2004). Tärinän ohje-arvojen värähtelyluokitus perustuu tärinän heilahdusnopeuden taajuuspainotetun tehollisarvon mittaamisen perusteella tilastollisesti määritettyyn värähtelyn tunnuslukuun v w,95 (taulukko 1 ja liite 1). Taulukko 1. Suositus rakennusten värähtelyluokituksesta (VTT, Tiedotteita 2278, 2004). Luokka Värähtelyolosuhteet v w,95,(mm/s) A Hyvät asuinolosuhteet. < 0,10 Tärinää ei yleensä havaita. B Suhteellisen hyvät olosuhteet. < 0,15 Tärinä voidaan havaita, mutta se ei ole yleensä häiritsevää. C Suositus uusien rakennusten suunnittelussa. < 0,30 Keskimäärin 15 % asukkaista kokee tärinän häiriönä. D Olosuhteet, joihin pyritään vanhoilla asuinalueilla. Keskimäärin 25 % asukkaista kokee tärinän häiriönä. < 0,60 Alueen asukkaat ovat valittaneet liikennetärinästä. Tärinämittausalueen pohjoispuolelta on tehty aikaisemmin vuonna 2007 Kuhasalontien tärinäselvitys. (FCG Suunnittelukeskus Oy, Ukonniemen asemakaavatyöhön liittyvä kunnallistekniikan yleissuunnitelman laatiminen, Kuhasalontien tärinäselvitys, ,geomatti Oy, työ 329). 4

5 5 2. TÄRINÄMITTAUKSET JA MITTAUSTULOKSET Tärinämittausten kenttätyöt teki Tärinämittaus Valtonen Oy. Mittaukset kestivät 10 tuntia kussakin mittauspisteessä. Tärinästä mitattiin heilahdusnopeudet (mm/s) ja taajuudet (Hz) Instantel MiniMate Plus mittareilla kolmessa toisiaan kohtisuorassa suunnassa kolmikomponenttigeofonilla, pysty- (vert), pitkittäis- (long) ja poikittaissuunnissa (trans). Pitkittäissuunta (long) on tien suuntainen ja poikittaissuunta (tran) kohtisuoraan tietä vasten. Mittaukset käynnistyivät tärinän ylitettyä kynnysarvon 0,3 mm/s. Anturit kiinnitettiin kiinteästi rakennusten sokkeleihin. Mittauspisteiden sijainnit näkyvät kuvassa 1. Kartasta mitatut etäisyydet Kuhasalontiestä olivat mittauspisteessä MP1 noin 35 metriä, mittauspisteessä MP2 noin 80 metriä, mittauspisteessä MP3 noin 30 metriä, mittauspisteessä MP4 noin 25 metriä, mittauspisteessä MP5 noin 80 metriä ja mittauspisteessä vastaavasti MP6 noin 28 metriä. 2.1 Huippuarvot Mittaustuloksista laskettiin mittauskynnyksen ylittävien tärinätapahtumien tärinän resultoivat huippuarvot PVS (mm/s). Resultoivassa huippuarvossa otetaan huomioon kaikkien kolmen mittaussuunnan komponenttien yhteisvaikutus. Tieliikennetärinän aiheuttamia tuloksia mitattiin ainoastaan mittauspisteistä MP 3 ja MP4. Muissa mittauspisteissä tärinä ei ylittänyt mittauksen kynnysarvoa 0,3 mm/s. Tulokset on esitetty taulukossa 2 Taulukko 2. Heilahdusnopeuksien huippuarvojen resultantit (mm/s). Tapahtuma MP3 MP4 Huom. 1 0,37 0,37 2 0,31 0,39 3 0,34 0,42 4 0,33 0,52 5 0,34 0,43 6 0,30 0,37 7 0,47 8 0,4 9 0, ,4 11 0, , , , ,43 Keskiarvo 0,33 0,42 Hajonta 0,02 0,05 Vertailuarvo 0,37 0,51

6 6 Suurin mitattu tärinän huippuarvon resultantti (PVS) oli 0,52 mm/s mittauspisteessä MP4. Tärinä oli yleensä selväsi suurinta pystysuunnassa. Vaakasuunnissa tärinä oli noin puolet pystysuuntaisesta. Tärinän hallitseva taajuusalue oli laajakaistaista noin Hz, mikä on tyypillinen taajuusalue sitkeässä savisilttimaapohjassa. Tulosten keskiarvon ja hajonnan perusteella lasketut suurimpien heilahdusnopeuksien resultoivat vertailuarvot olivat mittauspisteessä MP3 0,37 mm/s ja mittauspisteessä MP4 vastaavasti 0,51 mm/s. Vertailuarvo edustaa värähtelytasoa, jonka alapuolelle jää 95 % tärinäarvoista. Tärinän resultoivien huippuarvojen vertailuarvot, suurimmillaan noin 0,51 mm/s, olivat selvästi alhaisempia kuin RATO:n rakennusten raja-arvo 5 mm/s taajuusalueella Hz. Liikennetärinästä ei näin ollen ole odotettavissa haittaa rakennuksille ja rakenteille. 2.1 Värähtelyluokat Tieliikennetärinän aiheuttamia tuloksia mitattiin ainoastaan mittauspisteistä MP 3 ja MP4. Muissa mittauspisteissä tärinä ei ylittänyt mittauksen kynnysarvoa 0,3 mm/s. Mittaustuloksista laskettiin jokaisessa mittauspisteessä kunkin ohittavan ajoneuvon aiheuttaman tärinän taajuuspainotettu tehollisarvo. 15 suurimman tärinän aiheuttaneen ajoneuvon tulosten perusteella määritettiin tilastollisesti mittauspisteen värähtelyluokka. Tulokset on esitetty taulukossa 3 ja 4. Mittauspisteessä MP3 tilastollinen tarkastelu tehtiin 6 ajoneuvon ohituksen perusteella, koska enempää mittaustuloksia ei ollut. Tällöin saatu arvo on ns. epävirallinen, koska ohjeen mukaan tärinätapahtumia pitäisi olla 15. Taulukko 3. Heilahdusnopeuksien taajuuspainotetut tehollisarvot (mm/s) mittauspisteessä MP3, etäisyys noin 30 metriä tiestä. Mittaus Poikittainen Pysty Pitkittäinen 1 0,04 0,12 0,03 2 0,03 0,1 0,03 3 0,03 0,12 0,03 4 0,04 0,1 0,03 5 0,04 0,11 0,03 6 0,03 0,09 0,02 Keskiarvo 0,04 0,11 0,03 Hajonta 0,005 0,012 0,004 Tunnusluku 0,05 0,13 0,04 Luokka A B A Mittauspisteen MP3 värähtelyn tunnusluku oli suurin pystysuunnassa 0,13 mm/s. Tämä vastaa värähtelyluokkaa B. Vaakasuunnissa arvot olivat selvästi pienempiä.

7 Taulukko 4. Heilahdusnopeuksien taajuuspainotetut tehollisarvot (mm/s) mittauspisteessä MP4, etäisyys noin 25 metriä tiestä. 7 Mittaus Poikittainen Pysty Pitkittäinen 1 0,05 0,1 0,03 2 0,05 0,1 0,04 3 0,07 0,16 0,03 4 0,06 0,12 0,04 5 0,06 0,12 0,04 6 0,06 0,15 0,03 7 0,07 0,12 0,04 8 0,06 0,11 0,03 9 0,05 0,11 0, ,07 0,16 0, ,06 0,12 0, ,06 0,12 0, ,06 0,13 0, ,09 0,15 0, ,06 0,1 0,03 Keskiarvo 0,06 0,12 0,04 Hajonta 0,010 0,020 0,010 Tunnusluku 0,08 0,16 0,06 Luokka A C A Mittauspisteen MP4 värähtelyn tunnusluku oli suurin pystysuunnassa 0,16 mm/s. Tämä vastaa värähtelyluokkaa C. Vaakasuunnissa arvot olivat selvästi pienempiä ja niiden värähtelyluokka oli A. Kuvassa 2 on esitetty suurimman tärinän aiheuttaneen ajoneuvon tehollisarvot ja suurimmat värähtelyn huippuarvot mittauspisteessä MP4 ( , klo 10.48) ja kuvassa 5 vastaavat arvot taajuustasossa.. Pitkittäissuunta v w,95 0,07 mm/s Pystysuunta v w,95 0,16 mm/s Poikittaissuunta v w,95 0,06 mm/s

8 Kuva 4. Mitatut tärinän taajuuspainotetut tehollisarvot taajuuskaistoittain mittauspisteessä MP4 ( , klo 10.48). Pystyakselilla heilahdusnopeus (mm/s). 8 Pitkittäissuunta v w,95 0,07 mm/s Pystysuunta v w,95 0,16 mm/s Poikittaissuunta v w,95 0,06 mm/s Kuva 5. Mitatut tärinän taajuuspainotetut tehollisarvot taajuuskaistoittain mittauspisteessä MP4 ( , klo 10.48). Tyypillinen taajuusalue oli Hz. Tuloksia arvioitaessa on otettava huomioon, että värähtely voi vahvistua siirtyessään sokkelista ylärakenteisiin. Värähtelyn vahvistumista on vaikea arvioida ilman tarkempia rakennetietoja. Värähtelyn voidaan likimääräisesti arvioida vahvistuvan 1,5-kertaiseksi (VTT:n tiedote: Rakennukseen siirtyvän liikennetärinän arviointi, Asko Talja ym. 2008). Kuvassa 6 on esitetty mitatut ja laskennallisesti arvioidut värähtelyn tunnusluvut ja luokat rakennuksissa. Näiden perusteella voidaan arvioida, että tarkasteltavalla alueella, jossa rakennukset ovat yksikerroksisia, on värähtelyluokan D raja noin 20 metrin ja C-luokan vastaavasti noin 30 metrin etäisyydellä Kuhasalon tiestä.

9 9 Joesuu Kuhasalontie, tärinäselvitys Värähtelyn tunnusluvut, 0,60 Värähtelyn tunnusluku Vw,95 0,40 0,20 D C B Maassa Mittaus Rakennuksissa A 0, Etäisyys (m) Kuva 6. Mitatut ja laskennallisesti arvioidut värähtelyn tunnusluvut ja luokat rakennuksissa. Kuvaan on merkitty värähtelyluokat (ks. taulukko 1). 3. TÄRINÄN VÄHENTÄMINEN Tärinän suuruuteen vaikuttavat merkittävästi ajonopeus. Kun ajoneuvon nopeus on 40 km/h on varsinainen tärinä lähes aina vähäistä. Erityisesti raskaat ajoneuvot voivat tällöinkin aiheuttaa matalataajuista melua, jonka erottaminen tärinästä on usein vaikeaa. Ajonopeuden rajoittaminen tavanomaisilla hidasteilla voi varsinkin pehmeillä maapohjilla lisätä tärinää hidasteiden ympäristössä. Toinen tapa vähentää tärinää on alentaa akselipainoja. Henkilöautojen aiheuttama tärinä on merkittävästi raskaan liikenteen tärinää alhaisempi. Tärinää voidaan vähentää myös tekemällä kadut mahdollisimman tasaisiksi ja huolehtimalla kunnossapidolla, että kadut pysyvät kunnossa myös talviaikana, jolloin esimerkiksi jääpolanteet voivat lisätä tärinää. Tärinän vähentämistä voidaan tehdä myös tärinäesteillä. Pystysuora tärinäneristysseinä asennetaan pehmeiköllä pilaristabiloimalla tai teräsponttiseinänä. Teräsponttiseinä on rakennettavissa myös hiekkamaahan. Tehokkaasti toimivan seinän syvyyden on tarkasteltavissa kohteessa oltava noin 8-10 metriä. Sekä stabilointiettä ponttiseinän kustannus on suuruusluokaltaan 1000 / tiemetri. Tärinäneristysseinä vähentää tehtyjen tutkimusten mukaan tärinätasoa noin 50 %. Kuhasalontiellä tärinäeristysseinän pituudeksi vaadittaisiin noin 250 metriä.

10 10 4. YHTEENVETO Geomatti Oy on tehnyt Joensuun kaupungin toimeksiannosta Kuhasalontien eteläpuolen tärinäselvityksen kesäkuussa Tärinäselvityksessä on selvitetty mittauksiin ja laskennallisiin tarkasteluihin perustuen alueelle olevien rakennusten värähtelyluokat ja tärinän vaikutukset asumiseen. Tärinähaitan arviointi perustui pääosin tärinämittauksiin rakennusten sokkeleista. Laskennallisesti tarkasteltiin värähtelyn voimistumista rakenteissa. Mittausten ja laskennallisen arvioiden perusteella voidaan arvioida, että tarkasteltavalla alueella, jossa rakennukset ovat yksikerroksisia, on värähtelyluokan D raja noin 20 metrin ja C-luokan vastaavasti noin 30 metrin etäisyydellä Kuhasalon tiestä. C-luokkaa suositellaan uusien rakennusten suunnittelussa. Keskimäärin 15 % asukkaista kokee tällöin tärinän häiriönä. Kuhasalontien tarkasteltavissa rakennuksissa tieliikenteen aiheuttama värähtely on suurimmillaan C- ja D-luokan raja-alueella. Mittausten ja laskennallisten tarkasteluiden perusteella voidaan arvioida, että Kuhasalon tien lähimmissä asuinrakennuksissa värähtelytaso voi ylittää värähtelyluokan C arvot, jolloin tärinätaso olisi luokkaa D. D-luokkaa suositellaan vähimmäistavoitteeksi vanhoilla asuinalueilla. Keskimäärin 25 % asukkaista kokee tärinän tällöin häiriönä. Eräänä syynä asukkaiden valituksiin voi olla se, että tärinää ja melua on vaikea erottaa toisistaan. Vaikka tärinätaso onkin alhainen voi samanaikainen melu olla häiritsevää. Liikennemelua lisää ajoneuvojen ylinopeus. Mittausten aikana satunnaisesti mitattiin ajoneuvojen nopeudeksi tyypillisesti km/h. Tärinää voidaan alentaa ajonopeuksia ja akselipainoja alentamalla. Vaikka tarkasteltavan alueen tärinätaso ei olekaan erityisen korkea, se alenisi luultavasti olennaisesti, jos ajonopeudet saataisiin pysymään rajoituksen, 50 km/h, mukaisina. Myös tien kunto ja kunnossapito vaikuttavat tärinätasoon. Varsinaisten tärinäesteiden rakentaminen ei ole yleensä taloudellista. Tärinäeristysseinän kustannus on noin 1000 tien pituusmetriä kohtia ja kokonaiskustannus tarkasteltavalla alueella noin euroa. Jos eristysseinä rakennetaan myös tien toiselle puolelle sen kustannus kaksinkertaistuu. Mittausten perusteella liikennetärinästä ei ole odotettavissa haittaa normaalikuntoisille rakennuksille ja rakenteille. Matti Hakulinen TkL

11 11 LIITE 1. TÄRINÄN KUVAAMISEN KÄSITTEITÄ Värähtelyn tunnusluku v w,95 = v w ka + 1,8 σ v w ka σ on 15 suurimman värähtelyn keskiarvo on 15 suurimman värähtelyn keskihajonta