Nivalan yleiskaava. Tärinäselvitys NIVALA FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY P 20968

Transkriptio

1 SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA Snellmaninkatu Lappeenranta NIVALA Nivalan yleiskaava Tärinäselvitys FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY P 20968

2 Raportti Matti Hakulinen Sisällysluettelo 1 Johdanto Tärinän arviointi ennustusmallien perusteella Runkomelu Yhteenveto... 5 LIITE 1, RAUTATIELIIKENNETÄRINÄN TURVAETÄISYYDET LIITE 2, TÄRINÄN KUVAAMISEN KÄSITTEITÄ TARKISTA KARTTA 1

3 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 1 (7) 1 Johdanto on tehnyt tärinäselvityksen Nivalan yleiskaavaa varten helmikuussa Työn tavoitteena oli arvioida rautatieliikennetärinän vaikutuksia suunnitellulla kaava-alueella (liite1). Nivalan yleiskaavaehdotus ( ) on esitetty liitteessä 1 maaperäkarttapohjalla. Suunnittelualueen läpi kulkevan Iisalmi Ylivieska rataosan tavaraliikenteen määrä oli vuonna 2010 noin 2 milj. nettotonnia, radan kunnossapitotaso on 2 ja päällysrakenneluokka C 2. Suurin akselipaino on 22,5 tonnia, ja nopeus 100 km/h. Rataosan henkilöliikennemäärä oli noin matkaa vuonna Rataosan suurin nopeus henkilöliikenteessä on 120 km/h (Liikennevirasto 2011). Nykytilanteessa tyypillinen arkiliikenne on 13 tavarajunaa ja 4 henkilöjunaa. Vuoden 2030 ennustetilanteessa vuorokaudessa liikennöi 20 tavarajunaa ja 4 henkilöjunaa. Raskaimpien tavarajunien kokonaismassat ovat sekä nyky- että ennustetilanteessa noin tonnia. Tavaraliikenteen ennusteen laatiminen on hankalaa, koska kaivostoiminnan ennakointi 20 vuoden päähän on vaikeaa. Liikennetiedot ovat Liikenneviraston julkaisuista: Rataverkon tavaraliikenneennuste 2030 (37/2010) ja Ylivieska-Iisalmi-Kontiomäki (LISKO) Liikennesuunnittelu ja hankearviointi (2012). Henkilöliikenteeseen ei ole odotettavissa muutosta. Olennaista tärinän näkökulmasta on, että raskaimpien tavarajunien kokonaispainon ei ennusteta muuttuvan. Tärinäselvityksessä on sovellettu VTT:n suositusta liikennetärinän arvioimiseksi maankäytön suunnittelussa (VTT 2006, Suositus liikennetärinän arvioimiseksi maankäytön suunnittelussa, Working Papers 50), jonka mukaan arviointi jaetaan kolmeen tasoon 1,2 ja 3. Arviointitaso 1 perustuu VTT:n määrittelemiin turvaetäisyyksiin. Arviointitason 1 mukaan on suositeltava turvaetäisyys raskaasti liikennöityjen ratojen ympäristössä pehmeällä maalla jopa 1000 metriä ja kovalla maapohjalla noin sata metriä. Arviointitasoa 1 käytetään yleensä maakuntakaavan tai yleiskaavan rautatietärinäriskitarkasteluissa. Tämän tarkastelun lähtökohtana on suosituksen arviointitaso 2. Arviointitasoa 2 voidaan käyttää, kun alue on arviointitason 1 perusteella riskialuetta. Arviointitasoon 2 laskennallisiin menetelmiin sisältyy usein niin suuria epävarmuuksia, että tärinämittauksiin perustuva arviointitaso 3 on usein perusteltua. Arviointitasoa 3 käytetään erityisesti silloin, kun tärinän arvioidaan vahvistuvan merkittävästi rakennuksissa. Suurinta tärinä radan läheisyydessä on yleensä hienorakeisilla maapohjilla, kuten lieju-, turve-, savi- ja silttikerrostumissa. Vaikka tarkasteltavan alueen maanpinta on suhteellisen tasainen, on sen maapohjan kerrosrakenne varsin pienipiirteistä. Tämä vaikeuttaa tärinän laskennallista arviointia. Pohjoisosassa rata on perustettu pääosin pienialaisten pehmeikkö- ja moreenialueiden varaan. On luultavaa, että pehmeiköt ovat verrattain ohuita. Nivalan liikennepaikan eteläpuolella rata on tehty moreenin ja pehmeikön vaiheittumisalueelle ja suunnittelualueen eteläosassa moreenille. Maaperätiedot perustuvat maaperäkarttatietoihin (liite 1). 1

4 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 2 (7) Ratahallintokeskuksen Ratateknisissä ohjeissa (RATO), osassa 3 Radan rakenne, sovelletaan tärinänmittauskäytäntöä, jonka perusteella voidaan arvioida tärinän aiheuttamaa ihmisten kokemaa häiriötä (VTT, Tiedotteita 2278, 2004). Tärinän ohje-arvot perustuvat tärinän heilahdusnopeuden taajuuspainotetun tehollisarvon mittaamisen perusteella tilastollisesti määritettyyn värähtelyn tunnuslukuun v w,95 (taulukko 1 ja liite 2). Tehollisarvo, jossa yksittäiset huippuarvot tasoittuvat, kuvaa paremmin tärinän aiheuttaa haittaa ihmisen häiriintymiselle kuin huippuarvo, joka soveltuu paremmin rakenteiden vaurioitumistarkasteluihin (liite 2). 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 RATO:n mukaan värähtelyluokkaa C suositellaan käytettäväksi uusien rakennusten suunnittelussa olemassa olevien ratojen läheisyydessä. Taulukkoa ei sovelleta rakennuksille, joissa ihmiset ovat pääasiassa liikkeessä tai muut kuin liikenteestä aiheutuvat häiriöt voivat olla merkittävämpiä (esim. toimistot, kaupat, kahvilat, ostoskeskukset, tavaratalot, liikuntatilat). Näille muille toiminnoille voidaan soveltaa taulukon 2 arvoja. Taulukko 2.Rakennusten värähtelyluokitus (ISO , Evaluation of human exposure to whole-body vibration- Part 2: Continuous and shock-induced vibration in buildings (1 to 80 Hz). Värähtelyolosuhteet v rms (mm/s) Sairaalat, teatterit, laboratoriot < 0,10 Asuinalueet < 0,20 0,40 Toimistot < 0,40 Työtilat, teollisuus < 0,80 2 Tärinän arviointi ennustusmallien perusteella Tärinäselvityksessä on sovellettu VTT:n suositusta liikennetärinän arvioimiseksi maankäytön suunnittelussa (VTT 2006, Suositus liikennetärinän arvioimiseksi maankäytön suunnittelussa, Working Papers 50), Koska ennustusmalli antaa tulokseksi värähtelyn heilahdusnopeuden 2

5 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 3 (7) maksimiarvon tunnusluvun v max 95, se on muutettu värähtelyn taajuuspainotetuksi tunnusluvuksi v w,95 kertoimella 0,4 (40%). Yleensä liikennetärinän taajuuspainotettu heilahdusnopeuden tehollisarvo ja samalla värähtelyn tunnusluku v w,95 on noin % tärinän huippuarvosta ja sen tunnusluvusta v max 95 (v max 95 = v max ka + 1,8 σ, ks. liite 2). Ennustusmallissa on mitoittavan henkilöjunan suurimmaksi painoksi arvioitu tonnia (ks. kohta 1). Malli (1) laskee heilahdusnopeuden V B maassa tai rakennuksessa. V B = V o (D o / D) B K D K S K G K R K B ( 1 ) V o on pystysuora perusheilahdusnopeus maassa etäisyydellä 15 m. D on etäisyys ja D o vertailuetäisyys 15 m. Tärinän vaimenemista etäisyyden suhteen kuvaa etäisyyseksponentti B. K S on nopeuskerroin, K G junan painokerroin ja K R radan kunnosta riippuva kerroin. K B tärinän arvioitu vahvistuskerroin rakennuksissa. Koska varsinaisia tärinämittauksia ei ole tehty, tärinän vahvistuminen arvioidaan tasainen voimistumisen mukaisesti ja kerroin on silloin 1,5 kaikille rakennuksille yksikerroksia rakennuksia, joissa on maanvarainen laatta, lukuun ottamatta Tämä tarkoittaa sitä, että tärinän arvioidaan voimistuvan rakennuksissa ja olevan 1,5 kertaa suurempaa kuin maassa rakennuksen vieressä. Yksikerroksisten maanvaraiselle laatalla varustetuilla rakennuksilla arvo on 1. (VTT:n tiedote: Rakennukseen siirtyvän liikennetärinän arviointi, 2008). Koska tärinänarviointi perustuu laskentaan, on varmuuskertoimena käytetty arvoa 2. Tällä varmuuskertoimella on kerrottu tärinän laskennalliset arvot. Suunniteltujen rakennusten ennustusmallin mukaan arvioidut tärinätasot on esitetty kuvissa 1 ja 2, kun vahvistumiskerroin on 1,5. 3

6 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 4 (7) Rataliikennetärinän aiheuttama rakennuksen värähtely pehmeikköalueella 0,60 Värähtelyn tunnusluku (mm/s) 0,50 0,40 D 0,30 C 0,20 0,10 0, Etäisyys radasta (m) Muut rak. 1-krs. Kuva 1. Laskennallisesti arvioitu värähtelyn tunnusluku rakennuksissa pehmeikköalueella. Kuvassa on esitetty värähtelyluokkien D ja C raja 0,30 mm/s. Kun tavoitteena on mukainen C-luokka (taulukko 1), on suositeltavaa että yleensä asuinrakennukset suunnitellaan pehmeikköalueella vähintään 120 metrin etäisyydelle radasta. Moreenialueella vastaava etäisyys on 25 metriä (kuva 2). Yksikerroksisilla rakennuksilla, joissa on maanvarainen lattia, vastaavat etäisyydet ovat 70 ja 20 metriä. Rataliikennetärinän aiheuttama rakennuksen värähtely moreenialueella 0,70 Värähtelyn tunnusluku (mm/s) 0,60 0,50 0,40 D 0,30 0,20 C 0,10 0, Etäisyys radasta (m) Muut rak. 1-krs Kuva 2. Laskennallisesti arvioitu värähtelyn tunnusluku rakennuksissa moreenialueella. Kuvassa on esitetty värähtelyluokkien D ja C raja 0,30 mm/s. Kun pehmeikköalueille (savi, hiesu) suunnitellaan asuinrakennuksia, on suositeltavaa että edellä mainittu etäisyys 120 metriä olisi suurempi, noin 4

7 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 5 (7) 200 metriä. Suurempi etäisyys on tarpeen, jotta varmistetaan se, että kaksikerroksisten rakennusten rungon ja välipohjien värähtely jää suositusarvojen alapuolelle. Vaihtoehtoisesti näillä pehmeikköalueilla suositellaan tehtäväksi tärinämittauksia, joiden tulosten perusteella voidaan tehdä rakennusten rungon ja välipohjien resonanssitarkastelut ja määrittää tarkemmin vaadittavat etäisyydet radasta. Kun moreeni- tai kitkamaa-alueelle (hiekka,sora) suunnitellaan asuinrakennuksia, joissa on välipohjia, on suositeltavaa että edellä mainittu etäisyys 25 metriä olisi suurempi, noin 70 metriä. Suurempi etäisyys on tarpeen, jotta varmistetaan se, että välipohjien värähtely ja runkomelu (ks.kohta 3.) jää suositusarvojen alapuolelle. Vaihtoehtoisesti näillä alueilla suositellaan tehtäväksi tärinämittauksia, joiden tulosten perusteella voidaan tehdä rakennusten välipohjien resonanssitarkastelut ja määrittää tarkemmin vaadittavat etäisyydet radasta. 3 Runkomelu Maassa liikkuva tärinä voi siirryttyään rakenteisiin heijastua kuultavaksi runkomeluksi. Maaliikenteessä runkomelua esiintyy yleensä taajuusalueella Hz. Asuinrakennuksissa avoratojen ympäristössä runkomelun tunnusluvun L paamax arvon suositellaan olevan pienempi kuin 35 db. Tällöinkin melu on vielä aistittavissa ja sillä voi olla vähäinen häiriövaikutus (VTT Tiedotteita, Maaliikenteen aiheuttaman runkomelun arviointi, 2009). Runkomelun arviointi voidaan tehdä kolmella menetelmällä. Ensimmäinen perustuu varoetäisyyksien käyttöön, toinen taso perustuu laskennalliseen tarkasteluun ja kolmas mittauksiin. Tässä selvityksessä runkomelua tarkastellaan varoetäisyyksiin perustuen ja laskennallisesti. Varoetäisyystarkastelun mukainen etäisyys radasta, jota kauempana tarkempi tarkastelu ei ole tarpeen, on pehmeikköalueella noin 60 metriä. Tällöin runkomelun aiheuttajana on tavarajuna, jonka nopeus on 100 km/h. Vastaavasti kovalla maapohjalla varoetäisyys on 160 metriä. Pehmeikköalueella runkomelun varoetäisyys 60 metriä radasta on pienempi kuin tärinän vaatima etäisyys, noin 120 metriä. Tällöin ei ole runkomeluriskiä, kun noudatetaan em. tärinän vaatimaa etäisyyttä. Moreeni- ja kitkamaa-alueella (kova maa) on runkomeluriskiä arvioitu tarkemmin laskennallisesti arviointitason 2 mukaisesti. Tällöin vaadittu etäisyys radasta on noin 70 metriä, jotta runkomeluarvo alittaisi suositellun arvon 35 db. 4 Yhteenveto on tehnyt tärinäselvityksen Nivalan yleiskaavaa varten helmikuussa Tärinähaitan arviointi perustuu VTT:n ohjeiden perusteella tehtyihin laskennallisiin tarkasteluihin. Tarkasteltavan alueen maapohja on maakerrosten suhteen varsin pienipiirteistä. Tämä vaikeuttaa tärinän laskennallista arviointia. Selvityksessä sovellettiin värähtelyluokan C 5

8 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 6 (7) ohjearvoja (taulukko 1). Runkomelun suuruus arvioitiin lähinnä VTT:n ohjeiden perusteella. Laskennallisesti määritetyt turvaetäisyydet on esitetty liitekartassa 1. Karttaesitys on tehty ottaen huomioon maapohjan vaihtelu radan alla ja sen ympäristössä. Siinä on esitetty yhteenvetomaisesti ja yleistäen kohtien 2 ja 3 laskennalliset tarkastelut. Laskennallisella tarkastelulla ei voida tarkastella riittävästi kaksikerroksisen rakennuksen rungon ja välipohjien värähtelyiden vahvistumista resonanssitilanteissa. Tämän vuoksi tässä yhteenvedossa esitetyt suositukset turvaetäisyyksiksi ovat suuremmat kuin kuvissa 1 ja 2 on esitetty. Rautatieliikenteen turvaetäisyydet asuinrakennusten suunnittelua varten ovat: 1. Pehmeikköalueet Turvaetäisyys on yleensä 200 metriä, yksikerroksisilla asuinrakennuksilla, joissa on maanvarainen lattia, turvaetäisyys on 120 metriä. 2. Rata pehmeiköllä ja asuinrakennukset kovalla pohjalla (moreeni, hiekka, sora) Turvaetäisyys 100 metriä. 3. Rata ja asuinrakennukset kovalla pohjalla. Turvaetäisyys 70 metriä. Turvaetäisyyksiä voidaan tarkentaa tärinämittausten perusteella. Sami Kurkela Aluepäällikkö,ins.YAMK. Matti Hakulinen Johtava asiantuntija, TkL 6

9 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 7 (7) LIITE 2, TÄRINÄN KUVAAMISEN KÄSITTEITÄ 7

10 FCG SUUNNITTELU JA TEKNIIKKA OY Raportti 8 (7) 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 8