Vähäliikenteisten teiden siltojen taloudellinen ja turvallinen ylläpito Lähtötietojen täydentäminen, vaihe I

Transkriptio

1 Vähäliikenteisten teiden siltojen taloudellinen ja turvallinen ylläpito Lähtötietojen täydentäminen, vaihe I

2

3 Vähäliikenteisten teiden siltojen taloudellinen ja turvallinen ylläpito Lähtötietojen täydentäminen, vaihe I Tiehallinto Helsinki 2003

4 Kansikuva: Kontinpuron silta KeS 226 TIEHALLINTO Siltatekniikka Opastinsilta 12 A PL HELSINKI Puhelinvaihde

5

6 Vähäliikenteisten teiden siltojen taloudellinen ja turvallinen ylläpito. Helsinki Tiehallinto, Siltatekniikka. TIIVISTELMÄ Julkaisussa käsitellään vähäliikenteisille silloille tyypillisiä ominaisuuksia ja kuormia. Tutkimus on kaksiosainen: Vähäliikenteisten siltojen kartoitus siltarekisterikyselyillä Kuormatutkimus Siltarekisterikyselyssä selvitettiin vähäliikenteisten siltojen määrä, rakennusmateriaalit ja muut tekniset tiedot sekä vaurioluokka. Kyseisistä tiedoista on kartoitettu vähäliiketeisten siltojen nykytilannetta sekä pyritty selvittämään ongelmakohdat. Kuorma osassa on esitelty kuormitusnormien siltojen suunnittelukuormat 1920 luvulta lähtien. Julkaisu esittää kuormakaaviot havainnekuvin ja pyrkii lisäksi selvittämään näiden käyttötapaa. Tielaitoksen akselimassatutkimuksessa sekä edellisen ulkopuolelle jääviä mahdollisia vähäliikenteisillä silloilla esiintyviä merkittäviä ajoneuvokuormia on lisäksi arvioitu ja verrattu siltojen suunnittelukuormiin.

7 ESIPUHE Tämä tutkimus on tehty ensimmäisenä vaiheena Vähäliikenteisten teiden siltojen taloudellinen ja turvallinen ylläpito -tutkimusprojektiin, joka on Tiehallinnon tutkimusohjelman Vähäliikenteisten teiden taloudellinen ylläpito alaprojekti 2.6. Koko tutkimusohjelman kesto on kolme vuotta, vuosina Tutkimusprojektissa Vähäliikenteisten teiden siltojen taloudellinen ja turvallinen ylläpito selvitetään vähäliikenteisten teiden ongelmasillat ja tyypilliset ajoneuvokuormat, kehitetään menetelmiä siltojen tehokkaaseen varmuustarkasteluun, vahventamiseen ja ylläpitoon sekä analysoidaan sillastoa. Raportin ovat laatineet Tieliikelaitokselta tekn.lis Torsten Lunabba, DI Antti Rämet, rkm Jouni Korkeamäki sekä tekn.yo Eero Sihvonen. Tiehallinnon puolesta raportin laatimista on ohjannut tekn.lis Timo Tirkkonen. Projekti ryhmässä ovat olleet Tiehallinnolta mukana myös Diplomi-insinöörit Juhani Vähäaho, Olli Pyykönen, Mikko Inkala sekä Pasi Jääskeläinen. Helsingissä marraskuussa 2003 Tiehallinto Siltatekniikka

8

9 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen Sisältö 1 SILTAREKISTERIKYSELYT Yleistä Betonisillat Terässillat Puusillat Liikenteen toimivuus Yhteenveto rekisterikyselyistä 9 2 KUORMAT Yleistä Suunnittelukuormat Luokka 8, luokittelematon Luokka 11, yksi 6 tonnin ajoneuvo kg/m Luokka 12, yksi tai kaksi 9 tonnin ajoneuvoa + 400kg/m Luokka 13, yksi tai kaksi 12 tonnin ajoneuvoa + 400kg/m Luokat Luokat ja Luokka 26, kevyen liikenteen siltakuorma Luokka 27 (MAA 75) ja 28 (AA90) ajoneuvokuormat Akselimassatutkimus Muut raskaat kuljetukset Nosturiautot Murskainten kuljetukset Metsätyökoneiden kuljetukset Yhteenveto kuljetuksista Soveltaminen 33 3 YHTEENVETO JA JATKOTOIMENPITEET Yleistä Ongelmasillat suunnittelukuorman perusteella Ongelmasillat käyttörajoitusten ja sillan kunnon perusteella Todelliset liikennekuormat Nosturiautojen erikoiskuljetukset Murskainten erikoiskuljetukset Metsätyökoneiden erikoiskuljetukset Ylikuormien vaikutus siltoihin Jatkotoimenpiteet 39 KIRJALLISUUS 40

10 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen

11 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen 1 SILTAREKISTERIKYSELYT 1 SILTAREKISTERIKYSELYT 1.1 Yleistä Tässä tutkimuksessa on SQL-kyselyistä muodostettu Excel-taulukko siltajoukosta (Va_perus_V), johon kuuluu yhteensä 6298 kpl Tiehallinnon vähäliikenteistä siltaa, ts. kaikki yhdysteiden 6105 siltaa ja ne seututeiden 193 siltaa, joiden KVL < 200 ajoneuvoa/vrk. Joukossa ovat mukana myös teräsputkisillat. Sillat on jaettu tiepiireittäin ja kantavuusluokittain. Kuvista 1 ja 2 nähdään, että sillat ovat jakaantuneet melko tasan eri tiepiireihin. Lopuksi on analysoitu kantavuudet, suunnittelukuormat, ongelmasiltojen jännemitat, vaurioituminen jne. kaikille silloille yhteensä ja erikseen betoni-, teräs- ja puusilloille. O 998 L 589 U 521 T 883 V 743 KaS 606 KeS 419 SK 748 H 791 Kuva 1. Vähäliikenteiset sillat tiepiireittäin. Sillat, jotka selvästi täyttävät ajoneuvoasetuksen mukaiset vaatimukset, kuuluvat luokkaan 4 tai sitä korkeampaan kantavuusluokkaan. Koska painorajoitettuja siltoja on vain n. 190 kpl, näyttää siltä, että painorajoitusta on sovellettu etupäässä luokkiin 1a ja 1b. Näiden siltojen suunnittelukuorma onkin tavallisesti alempi kuin ennen vuotta 1961 voimaan tullut mitoituskuorma. Joitakin siltoja on myös mitoitettu vuoden 1975 ajoneuvoasetuksen mukaiselle tai kevyen liikenteen siltakuormalle. Joukossa on myös 619 siltaa, joiden kantavuusluokkaa ei ole määritetty. Tämä lienee pelkästään puute siltarekisteritiedoissa.

12 2 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen SILTAREKISTERIKYSELYT KANTAVUUSLUOKKAJAKAUMA a 1b 2 3a 3b 3c 4 5 6a 6b t.p. Kantavuusluokka (t.p. = tieto puuttuu) Kuva 2. Sillat kantavuusluokan mukaan. Siltojen suunnittelukuormat jakaantuvat kuvan 3 mukaisesti. Kuormaluokkaan 8 (määrittelemätön) kuuluvia siltoja on noin 500. Lisäksi on n. 60 siltaa, joiden suunnittelukuormaa ei ole lainkaan ilmoitettu siltarekisterissä. Viimeksi mainittujen siltojen määrä on kasvanut voimakkaasti 1990 luvulla. Noin kymmenessä sillassa myös valmistumisvuosi on tuntematon. Koska suurin osa näistä silloista on valmistunut vuoden 1960 jälkeen, lienee syytä epäillä, että tässäkin on kysymys puutteellisista siltarekisteritiedoista. Monet näistä silloista ovat kaupunkien tai voimayhtiöiden rakentamia. On mahdollista, että suunnitelmatiedot ovat hävinneet tai että niitä ei ole siirretty siltarekisteriin, kun sillat on luovutettu Tiehallinnolle.

13 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen 3 SILTAREKISTERIKYSELYT Kuormaluokka Kuva 3. Suunnittelukuormaluokkien jakauma Vuosikymmen Kuva 4. Suunnittelukuorma tuntematon. Kuvasta 3 on nähtävissä, että n sillassa suunnittelukuorman tunnus on alle 16, mikä on sama kuin vuoden 1961 kuormitusohjeen mukainen AI kuorma. Tämä vastaa likimain ajoneuvoasetuksen nykyistä kuormaa aina jännevälille m saakka. Niissä silloissa, joissa kuorma on tämän ala-

14 4 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen SILTAREKISTERIKYSELYT puolella, suurimman jänteen jakauma on kuvan 5 mukainen. Kuvasta nähdään, että ongelmakohdat löytyvät lähinnä luokittelemattomassa kuormaluokassa 8 ja osittain myös luokassa 12, missä suunnittelukuorma on 9 tonnin ajoneuvo. Siltarekisteristä puuttuvat kantokykymääritys tai suunnittelukuormatieto n. 500 sillasta. Näiden tila tulisi selvittää tapauskohtaisesti. Joukosta löytyy 13 siltaa, joiden jännemitta on yli 30 m. Mikäli siltojen kantokyky tai suunnittelukuorma tiedetään, ongelmat saattavat jäädä pieniksi, koska jännemitta on yleensä alle 10 m tai vähintään alle 20 m >30 m <=30 m <=20 m <=10 m <=5 m Tuntematon Kuormaluokka Kuva 5. Jännemitan jakauma suunnittelukuorman ollessa luokan 8 (luokittelematon) ja luokan 15 (AII) väliltä. Vähäliikenteisten siltojen joukossa on 80 tehostetussa tarkkailussa olevaa siltaa. Nämä sillat ovat etupäässä ennen vuotta 1961 suunniteltuja siltoja tai siltoja, joiden suunnittelukuorma on ollut muu kuin rakentamisajankohdan mukainen suunnittelukuorma. Tehostetun tarkkailun syy on pieni suunnittelukuorma, suuret vauriot tai painorajoituksen poistaminen. Vähäliikenteisistä silloista n. 570 sillalla on alus- tai päällysrakenne kuntoluokassa 3 tai 4. Vaurioluokan 3 tai 4 liikenteen aiheuttamia vaurioita on rekisteröity vain18 kpl. Ilmeisesti vakavimmat vauriot ovat yleensä ympäristön tai ikääntymisen aiheuttamia. 1.2 Betonisillat Vähäliikenteisiä jännittämättömiä teräsbetonisiltoja on yhteensä 3172 kpl ja jännitettyjä 333 kpl. Noin 600:lla jännittämättömällä betonisillalla suunnittelukuorma on pienempi kuin vuoden 1961 suunnittelukuorma (kuorma 16). Näiden siltojen kuorman ja jännemitan jakauma on kuvan 6 mukainen. Yli 95 % näistä silloista on vesistösiltoja. Kuorman 16 mukaan on suunniteltu n. 840 siltaa. Näiden lisäksi on n siltaa, joiden suunnittelukuorma on muu kuin nykyinen siltakuorma Lk1, Ek1 erikoiskuormineen ja 16 kevyen liikenteen kuormalle suunniteltua siltaa. Täydelle siltakuormalle Lk1+Ek1 on suunniteltu 1177 siltaa eli 33,5 % kaikista betonisilloista. Suunnittelukuormatieto puuttuu siltarekisteristä 19 vähäliikenteisen betonisillan sillan osalta. Näiden joukossa on paljon uusiakin siltoja. Lisäksi suunnittelukuorma on määrittelemätön (Luokka 8) noin 200 sillalla.

15 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen 5 SILTAREKISTERIKYSELYT >30 m <=30 m <=20 m <=10 m <=5 m Tuntematon Kuormaluokka Kuva 6. Betonisiltojen jännemitat kuormaluokittain. Jännitettyjen betonisiltojen joukossa on vain 3 siltaa, joiden suunnittelukuorma on 16 ja 4 siltaa, joiden kuorma ei ole tiedossa. Muut sillat on suunniteltu suuremmalle kuormalle. Näin ollen betonisilloista ongelmallisia ovat lähinnä jännemitaltaan hyvin lyhyet jännittämättömät sillat. Niiden teräsbetonisiltojen joukosta, joiden suunnittelukuorma on sama tai alle vuoden 1961 kuormanormin tason, tehostetussa tarkkailussa on 22 siltaa. Painorajoitettuja on 28 kpl. Betonisiltojen joukosta löytyy 137 siltaa, joiden päällys- tai alusrakenteella on kuntoarvio 3 (huono) tai 4 (erittäin huono). Muutamaa poikkeusta lukuun ottamatta nämä sillat löytyvät kuvassa 6 esitettyjen n. 600 sillan joukosta. Yhdeksälläkymmenellä (90) betonisillalla yleiskuntoarvio on 3. Kolmella sillalla yleiskuntoarvio on 4. Nämä yleiskuntoarvioltaan heikot sillat ovat etupäässä vanhoja siltoja ja n. 70 % niistä kuuluvat kuvassa 6 esitettyihin kuormaluokkiin. Jostakin syystä kuntotiedot puuttuvat n. 90 betonisillasta. Noin 150 betonisillassa vauriopistesumma on yli 200. Silta on tällöin peruskorjauksen tai uusimisen tarpeessa. Niissä silloissa, joiden suunnittelukuorman tunnus on 16 tai suurempi, vauriopistesumma on suhteellisesti pienempi kuin silloissa, joissa on alempi suunnittelukuorma. Tämä johtunee etupäässä sillan ikääntymisestä. Taulukko 1. Betonisiltojen vauriopistesumma suunnittelukuorman tyypin mukaan. Suunnittelukuorma VPS 100 VPS 200 VPS>200 Kpl % kpl % kpl % >

16 6 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen SILTAREKISTERIKYSELYT 1.3 Terässillat Vähäliikenteisiä terässiltoja on yhteensä 641 kpl. Näistä 64 on Cortenteräksestä. Puukantisia on 400 kpl. Näiden lisäksi on 1411 teräsputkisiltaa ja 34 teräsholvisiltaa. Yhteensä 173 terässillassa suunnittelukuorma on pienempi kuin vuoden 1961 suunnittelukuorma (kuorma 16). Kuorman ja jännemitan jakauma on kuvan 7 mukainen. Yli 95 % näistä silloista on vesistösiltoja. Kuorman 16 mukaan on suunniteltu 40 terässiltaa. Näiden lisäksi on 413 terässiltaa, joiden suunnittelukuorma on muu kuin nykyinen siltakuorma Lk1. Ek1- erikoiskuormineen, sekä 9 kevyen liikenteen kuormalle suunniteltua terässiltaa. Täydelle siltakuormalle Lk1+Ek1 on suunniteltu 151 terässiltaa eli 23,5 % kaikista terässilloista. Suunnittelukuormatieto puuttuu siltarekisteristä neljän vähäliikenteisen terässillan kohdalla. Nämä sillat on rakennettu 1920, 1936, 1963 ja Näiden lisäksi suunnittelukuorma on määrittelemätön noin 75 terässillalla >30 m <=30 m <=20 m <=10 m <=5 m Tuntematon Kuormaluokka Kuva 7. Terässiltojen jännemitat kuormaluokittain. Yhteensä 60 siltaa 76:sta on puukantisia kuormaluokassa 8. Kuormaluokissa vastaavat luvut ovat 63 siltaa 97:stä. Kuorman 16 mukaan suunnitelluissa silloissa puukansi on myös yleisin. Näin ollen ongelmalliset terässillat ovat etupäässä puukantisia ja niiden jännemitta on yleensä alle 20 m. Niiden terässiltojen joukosta (265 kpl), joiden suunnittelukuorma on sama tai alle vuoden 1961 kuormanormin tason, tehostetussa tarkkailussa on19 siltaa. Painorajoitettuja on 74 kpl. Samasta joukosta löytyy 53 siltaa, joiden päällys- tai alusrakenteella on kuntoarvio 3 tai terässillalla yleiskuntoarvio on 3. Kolmella vastaava arvo on 4. Nämä yleiskuntoarvioltaan heikot sillat ovat etupäässä vanhoja siltoja. Miltei kaikki kuuluvat kuvassa 7 esitettyihin kuormaluokkiin. Kuntotiedot puuttuvat n. 10 terässillasta. Vauriopistesumma on yli 200 n. 50 terässillassa. Silta on tällöin useimmiten peruskorjauksen tai uusimisen tarpeessa. Niissä silloissa, joiden suunnittelukuorman tunnus on 16 tai suurempi, vauriopistesumma on odotetusti yleensä pienempi kuin silloissa, joissa on alempi suunnittelukuorma.

17 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen 7 SILTAREKISTERIKYSELYT Taulukko 2. Terässiltojen vauriopistesumma suunnittelukuorman tyypin mukaan. Suunnittelukuorma VPS 100 VPS 200 VPS>200 kpl % kpl % kpl % > Terässilloiksi luetaan myös teräsputki- ja teräsholvisillat. Näiden siltojen joukossa on 132 siltaa, joiden suunnittelukuorman tunnus on 8 (määrittelemätön) ja 27 siltaa, joiden suunnittelukuorma on kokonaan tuntematon. Kuormaluokissa ei ole ainoatakaan teräsputki- tai teräsholvisiltaa. Teräsputki- ja teräsholvisiltojen kokojakauma on taulukon 3 mukainen. Taulukko 3. Teräsputki- ja teräsholvisiltojen vapaa-aukkojakauma eri suunnittelukuormille. Suunnittelukuorma Tuntematon VA 3 VA 4 VA 5 VA 6 > Muut kuin Lk1+Ek1 Lk1+Ek Ne teräsputki- ja teräsholvisillat, joiden suunnittelukuorma on määrittelemätön (luokka 8), valmistusvuosi on yleensä vanhempi kuin muissa luokissa. Kovin vanhoja nämä putkisillat eivät kuitenkaan ole. Joukossa on runsaasti alle 20 vuotta vanhoja siltoja. Suunnittelukuormaluokassa 8 on paljon siltoja, joiden vauriopistesumma on suurehko. Suuria vauriopistesummia löytyy myös muissakin kuormaluokissa. Näin ollen alhainen tai tuntematon suunnittelukuorma ei teräsputki- ja teräsholvisilloissa viittaa erityisen vanhoihin tai huonoihin siltoihin. Näyttää siltä, ettei suunnittelukuormaa ei ole mietitty rakennetta suunniteltaessa. 149:llä teräsputki- tai teräsholvisillalla yleiskuntoarvio on 3 ja 65:llä vastaava arvo on 4. Nämä yleiskuntoarvioltaan heikot sillat ovat muutamaa yksittäistä poikkeusta lukuun ottamatta yleensä n. 30 vuotta vanhoja. Kuntotiedot puuttuvat n. 70 teräsputki- tai teräsholvisillasta. Siltarekisterissä teräsputki- ja teräsholvisiltojen suojausmenetelmäksi on yleensä merkitty kuumasinkitys. Useissa silloissa suojausmenetelmästä ei ole mainintaa. Suurimmassa osassa (1377) teräsputki- ja teräsholvisilloissa vauriopistesumma on alle 100. Vauriopistesumman luokassa VPS= on 44 siltaa ja luokassa VPS>200 on 27 teräsputki- ja teräsholvisiltaa.

18 8 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen SILTAREKISTERIKYSELYT 1.4 Puusillat Vähäliikenteisiä puusiltoja on yhteensä 584 kpl. Näistä 286 on yksiaukkoisia palkkisiltoja. Muut ovat muutamaa poikkeusta lukuun ottamatta moniaukkoisia palkkisiltoja. Niissä 104 puusillassa, joiden suunnittelukuorma on pienempi kuin vuoden 1961 suunnittelukuorma (kuorma 16), jännemitan jakauma eri kuormaluokissa on kuvan 8 mukainen. Kuorman 16 mukaan on suunniteltu 48 siltaa ja lisäksi on 5 siltaa, joiden suunnittelukuormatieto puuttuu siltarekisteristä. Vajaassa 40 sillassa suunnittelukuorma on tuntematon (luokka 8). Näiden lisäksi on 393 puusiltaa, joiden suunnittelukuorma on muu kuin nykyinen siltakuorma Lk1, Ek1- erikoiskuormineen, ja 6 kevyen liikenteen kuormalle suunniteltua puusiltaa. Täydelle siltakuormalle Lk1+Ek1 on suunniteltu 28 puusiltaa eli 4,8 % kaikista puusilloista. Vähäliikenteisillä teillä olevat puusillat ovat kaikki vesistösiltoja. Jännemitta on yleensä alle 10 m kun suunnittelukuorma on pieni tai määrittämätön >30 m <=30 m <=20 m <=10 m <=5 m Tuntematon Kuormaluokka Kuva 8. Puusiltojen jännemitat kuormaluokittain. Niiden puusiltojen (162 kpl) joukosta, joiden suunnittelukuorma on sama tai alle vuoden 1961 kuormanormin tason, on tehostetussa tarkkailussa 22 siltaa. Painorajoitettuja on 57 kpl. Samasta joukosta löytyy 25 siltaa, joiden päällys- tai alusrakenteella on kuntoarvio 3 tai puusillalla yleiskuntoarvio on 3. Kolmella vastaava arvo on 4. Nämä yleiskuntoarvioltaan heikot sillat ovat miltei kaikki yli 40 vuotta vanhoja ja ne kuuluvat viittä siltaa lukuun ottamatta kuvassa 8 esitettyihin kuormaluokkiin. Kuntotiedot puuttuvat n. 10 puusillasta. Vauriopistesumma on yli 200 yhteensä 23 puusillassa. Nämä sillat ovat ilmeisesti peruskorjauksen tai uusimisen tarpeessa. Joukossa on 7 siltaa, joiden VPS 500. Niissä silloissa, joiden suunnittelukuorman tunnus on 16 tai suurempi, vauriopistesumma on vain vähän pienempi kuin silloissa, joilla on alempi suunnittelukuorma. Tässä suhteessa puusillat poikkeavat betoni- ja terässilloista, joissa pieneen suunnittelukuormaan liittyy selvästi myös enemmän vaurioita.

19 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen 9 SILTAREKISTERIKYSELYT Taulukko 4. Puusiltojen vauriopistesumma suunnittelukuorman tyypin mukaan. Suunnittelukuorma VPS 100 VPS 200 VPS>200 kpl % kpl % kpl % > Liikenteen toimivuus Vähäliikenteisten teiden siltojen hyötyleveys on yleensä 4 6 m. Teräs- ja puusillat näyttävät olevan betonisiltoja kapeampia. Hyötyleveyden ollessa alle 5 m sillan leveys on selvästi pienempi kuin muun tienosan leveys. Hyötyleveydellä 6 m tien ja sillan leveydet vastaavat hyvin toisiaan. Siltojen hyötyleveydet painorajoitetuissa silloissa ovat jakaantuneet taulukon 5 mukaisesti: Taulukko 5. Sillan hyödyllisen leveyden jakauma painorajoitetuissa silloissa. Siltamateriaali 5 m 6 m > 6 m Betoni Teräs Puu Yhteenveto rekisterikyselyistä Vähäliikenteisiä siltoja ovat seututeiden ja niiden yhdysteiden sillat, joiden liikennemäärä KVL on pienempi kuin 200 ajoneuvoa vuorokaudessa. Näitä siltoja oli vuoden 2002 lopussa Betonisiltoja on 3505, terässiltoja 641, teräsputki- tai teräsholvisiltoja 1445, puusiltoja 584 ja kivi- tai erikoissiltoja 123. Huomattava osa vähäliikenteisistä silloista on vesistösiltoja ja niiden merkitys on näin ollen suurehko. Osa silloista ovat kapeita. Siltojen leveydellä ei liene suurempaa merkitystä koska liikennemäärät ovat pieniä ja tie on kokonaisuudessaan muutenkin kapea. Suurempi merkitys on sillan kantavuudella ja kunnolla. Betoni-, teräsputki- tai teräsholvi- ja puusilloissa sillan kantavuutta pidetään riittävänä kun suunnittelukuorma on AI tai Ak1, millä tarkoitetaan vuoden 1950 kuormanormien mukaista suurinta ajoneuvojen mitoituskuormaa. Terässilloissa vaatimustaso on korkeampi, minkä takia AI kuorman lisäksi otetaan huomioon tarkistuskuormana 134 tonnin erikoiskuljetusajoneuvo (teli) vuodelta Terässilloissa on vaihtoehtoisena vaatimuksena kuormanormin mukainen keveämpi ajoneuvokuorma AII, jonka tarkistuskuormana on saman normin mukainen telikuorma Ek2.

20 10 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen SILTAREKISTERIKYSELYT Edellä mainitut vaatimukset eivät yksiselitteisesti kuvaa sillan kantavuuden riittävyyttä minkään siltatyypin kohdalla. Kantavuuteen vaikuttavat suunnittelukuorman lisäksi mm. sillan suurin jännemitta, sillan muut mitat ja kansirakennetyyppi. Taulukon 6 sarakkeisiin 3 ja 4 luetuista noin 1800 sillasta vain osa on todellisia ongelmasiltoja. Vähäliikenteisillä teillä siltojen suurin jännemitta on yleensä alle 10 m, millä jännemitalla vaatimukset suunnittelukuorman suhteen voidaan lieventää varsinkin betonisiltojen osalta. Näin ollen ongelmasillat löytyvät etupäässä joko niiden noin 500 betoni-, teräs- ja puusiltojen joukosta, joissa suunnittelukuorma on enintään AII, tai taulukon 6 oikeanpuolimmaisen sarakkeen noin 500 sillan joukosta, joiden suunnittelukuorma on tuntematon ja tulee selvittää. Kantavuustiedot puuttuvat lisäksi 82 kivi- ja erikoissillasta. Myös näiden siltojen kantavuutta olisi syytä tarkistaa. Taulukko 6. Yhteenveto betoni-, teräs- ja puusiltojen suunnittelukuormatiedoista. Siltatyyppi Yht. Enintään AI Enintään AI+teli tai AII+Ek2 Enintään AII Tuntematon tai määrittämätön Betonisillat Terässillat Teräsputki- ja teräsholvisillat Puusillat Yhteensä Taulukon 6 sarakkeisiin 3-5 on lisätty ne muutamat sillat, joiden suunnittelukuormana on kevyen liikenteen siltakuorma. Oikeanpuolimmaisessa sarakkeessa annetut luvut tarkoittavat siltoja, joiden kuormaluokka Siltarekisterissä on 8 määrittämätön tai joiden kuormatieto puuttuu Siltarekisteristä kokonaan. Taulukossa 7 on esitetty yhteenveto painorajoitetuista ja huonokuntoisista silloista. Painorajoitettuja tai tehostetussa tarkkailussa olevia siltoja on yhteensä n Tämä lukumäärä on likimain sama kuin pahasti vaurioituneiden tavanomaisten siltojen lukumäärä. Tällä tarkoitetaan niitä noin 220 betoni-, teräs- tai puusiltaa, joiden vauriopistesumma VPS on yli 200. Teräsputki- ja teräsholvisilloissa näin suuria vauriopistesummia on vain 27 sillassa. Kuitenkin yleiskuntoarvion mukaan mitattuna huonokuntoisia (ykk =3 tai 4) teräsputki- ja teräsholvisiltoja on jopa 214. On mahdollista, että teräsputki- ja teräsholvisilloissa vauriot ovat vielä kartoittamatta. Toisaalta teräsputki- teräsholvisilloissa rakenneosia on niin vähän, ettei vauriopisteitä kerry niissä samalla tavalla kuin tavanomaisissa silloissa.

21 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen 11 SILTAREKISTERIKYSELYT Taulukko 7. Huonokuntoiset vähäliikenteiset sillat. Siltatyyppi Yht. Painorajoitetut Tehostetussa Tarkkailussa olevat Kannen Kuntoluokka 3 tai 4 Koko sillan kuntoluokka 3 tai 4 Kuntotiedot puuttuvat Betonisillat Terässillat Teräsputki ja teräsholvisillat Puusillat Yhteensä Huonokuntoisia siltoja on yhteensä n Enemmän kuin puolet näistä on teräsputki- tai teräsholvisiltoja. Teräsputki- ja teräsholvisilloissa huonokuntoisia siltoja ovat usein myös verraten uudet, mutta ilmeisesti puutteellisesti korroosiosuojatut tai rakennetut sillat. Muissa siltatyypeissä huonoon kuntoon tavallisesti liittyy sillan korkea ikä ja vanhentuneet suunnitelmat. Huonokuntoisia betoni-, teräs- ja puusiltoja on selvästi vähemmän kuin liian pienelle tai tuntemattomalle kuormalle suunniteltuja siltoja. Kantavuuden tarkempi selvittäminen lyhyillä jännemitoilla ja todellisten liikennekuormien vaikutuksen arviointi tilastollisia menetelmiä käyttäen tulisi ilmeisesti rajaamaan ongelmasiltojen lukumäärää merkittävästi. Jäljelle jäävien huonokuntoisiin ja selvästi alimitoitettuihin siltoihin kohdistettavia toimenpiteitä on ilmeisesti kuitenkin harkittava tapauskohtaisesti.

22 12 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen KUORMAT 2 KUORMAT 2.1 Yleistä Siltojen suunnittelukuormat ovat vaihdelleet eri aikoina. Kunkin sillan suunnittelukuorma on yleensä tallennettu Siltarekisteriin ja sen vaikutus on näin ollen täsmällisesti määrätty. Siltarekisterissä on kuitenkin n. 500 siltaa, joiden suunnittelukuorma on luokittelematon. Tällöin kuorman suuruutta ei tiedetä. Mikäli sillan kantavuutta näissä tapauksissa halutaan tarkistaa, selvitys on tehtävä tapauskohtaisesti piirustuksia vertaamalla tai mikäli piirustuksia ei ole, tekemällä mittauksia ja muita havaintoja siltapaikalla tai koekuormituksia. Kun suunnittelukuorma on tiedossa, mitoituskuorman soveltuvuutta ja sitä kautta sillan kantavuutta voidaan arvioida tärkeiksi katsottujen kuljetusten osalta, jotka ovat etupäässä puu- ja maa-aineskuljetuksia sekä joissakin tapauksissa myös eräiden raskaiden koneiden kuten murskainten, metsätyökoneiden jne. siirtoja. Vähäliikenteisillä teillä tarkastelua helpottaa ongelmasiltojen rajoittuminen etupäässä yksiaukkoisiin laatta- tai palkkisiltoihin, joiden jänneväli on puu- ja betonisilloilla yleensä alle 10 m ja terässilloilla alle 20 m. 2.2 Suunnittelukuormat Luokka 8, luokittelematon Kun suunnittelukuorman tunnus on 8 kuorman suuruudesta ei ole tietoa tai kuorma on niin poikkeava, ettei se kuulu mihinkään luokkaan. Kysymyksessä on tällöin usein vanha suunnitelma, jonka suunnittelutietoja ei ole koskaan ollut olemassakaan tai niitä ei enää ole saatavissa. Joissakin tapauksissa kansirakenne on tehty jonkun tyyppipiirustuksen mukaan, ja kuorma voi tällöin olla jäljitettävissä piirustusten pohjalta. Mikäli kysymyksessä on teräs- tai puusilta, suunnittelukuorma on myös pääteltävissä siltapaikalla tehtyjen mittausten ja tarkistuslaskelmien avulla. Teräsputki- ja teräsholvisilloissa suunnittelukuorma on usein myös luokittelematon, mikä saattaa johtua siitä, että silta on tehty ilman suunnitelmaa tai että suunnitelma on puutteellisesti dokumentoitu. Myös näissä tapauksissa suunnittelukuorma voi olla pääteltävissä putken seinämäpaksuutta, teräslevyn profiilin korkeutta ja holvin laen peittosyvyyttä mittaamalla Luokka 11, yksi 6 tonnin ajoneuvo kg/m 2 Yhden 6 tonnin kuorma-auton ja pinta-alakuorman p = 400 kg/m² suunnittelukuorma otettiin käyttöön 1920-luvulla. Sysäyslisää ei ilmeisesti otettu huomioon tässä kuormassa. Pyöräkuormien keskinäisistä etäisyyksistä ja kosketuspinnan suuruudesta, samoin kuin kaistakuorman leveydestä ei ole varmuutta. Tämän takia voitaneen käyttää samoja pyörävälejä ja kosketuspintoja kuin muissa vastaavan suuruisissa normikuormissa.

23 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen 13 KUORMAT Tämän kuormatyypin mukaan suunnitellut sillat ovat usein niin kapeita, ettei sillalle mahdu kerralla kuin yksi ajoneuvo. Näin ollen tähän siltakuormaan luetaan vain yksi ajoneuvo. Pinta-alakuorma sen sijaan sijoitetaan kaikille 3 m:n kuormakaistoille. Kuva 9a. Luokan 11 kuormakaavio poikkisuuntaan. Kuva 9b. Luokan 11 Kuormakaavio pituussuuntaan Luokka 12, yksi tai kaksi 9 tonnin ajoneuvoa + 400kg/m 2 Kahden 9 tonnin kuorma-auton tai vaihtoehtoisesti yhden 9 tonnin kuormaauton ja samanaikaisesti vaikuttavan pinta-alakuorman p = 400 kg/m² suunnittelukuorma otettiin käyttöön 1930-luvulla. Sysäyslisä on mahdollisesti otettu huomioon tässä kuormassa ainakin joissakin tapauksissa, mutta käytäntö on saattanut vaihdella. Pyöräkuormien etäisyyksistä, kosketuspinnan suuruudesta samoin kuin kaistakuorman leveydestä ei ole varmuutta. Tämän takia sovelletaan vastaavia normiarvoja. Jännemitan ylitettäessä 40 m pinta-alakuorma lasketaan kaavasta: p = L L = jännemitta (2.31) Kuorma-autokuormat sijoitetaan tavallisesti rinnakkain. Ilmeisesti kuormaautot voidaan sijoittaa myös peräkkäin, mutta autojen välisestä etäisyydestä ei ole varmuutta. Peräkkäiset autot tulevat joka tapauksessa määrääviksi vain yli m pitkissä silloissa.

24 14 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen KUORMAT Kuva 10a. Luokan 12 kuormakaavio poikkisuuntaan. Kuva 10b. Luokan 12 kuormakaavio pituussuuntaan Luokka 13, yksi tai kaksi 12 tonnin ajoneuvoa + 400kg/m luvulla suurennettiin kuorma-auton massaa 9 tonnista 12 tonniin. Muuten tämä kuorma on samanlainen kuin edellä esitetyn kuormaluokan 12 mukainen kuorma. Kuva 11a. Luokan 13 kuormakaavio poikkisuuntaan.

25 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen 15 KUORMAT Kuva 11b. Luokan 13 kuormakaavio pituussuuntaan Luokat luvulla julkaistiin yleiset rakenteiden kuormitusmääräykset. Liikennekuorma on näissä akseli- ja nauhakuorman yhdistelmä. Myöhemmin lisättiin telikuormat tarkistuskuormina. Näistä kuormista ja niiden yhdistelmistä saatiin suunnittelukuormat /5/ Kuormanormeissa alettiin ottaa huomioon akselikuorman sysäyslisä, joka päällysrakenteissa on yleensä 40 %. Päällysrakenteen päällä olevien pintakerrosten paksuuden kasvaessa 0,5 metristä 3,0 metriin sysäyslisää voidaan pienentää suoraviivaisesti 40 % arvoon 0 %. Puusilloilla sysäyslisä on kuitenkin aina 20 %. Taulukko 8. Rakenteiden kuormitusnormien mukaiset akseli- ja nauhakuormat. Kuormaluokka A I A II A III [kn], [kn/m] [kn], [kn/m] [kn], [kn/m] Akselikuorma F Nauhakuorma p o Nauhakuorman pituuden ollessa välillä m nauhakuormaa voidaan pienentää luokissa AI ja AII kertoimella: k = ¼ ( / (L + 15)), L = nauhakuorman pituus (2.51)

26 16 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen KUORMAT Kuva 12. Rakenteiden kuormitusnormin kuormakaavio poikki- ja pituussuuntaan. Vuonna 1961 sillat alettiin mitoittaa AI-kuorman lisäksi 134 tonnin erikoiskuormalle (teli), jonka sivukuva on esitetty kuvassa 13. Kuorman asemaa sivusuunnassa ei ole kirjattu sääntöihin, mutta käytäntö lienee ollut 1/10-osa sillan hyötyleveydestä tai sama epäkeskeisyys kuin kuvassa 14 esitetyillä raskailla erikoiskuormilla Ek1, Ek2 ja Ek3. Kuva 13. Vuoden 1961 normin telikuorma. Myöhemmin 1960-luvulla kuvan 13 telikuorma korvattiin raskailla erikoiskuormilla Ek1, Ek2 ja Ek3, joiden kaaviot on esitetty kuvissa 14 ja 15. Raskaan erikoiskuorman epäkeskisyys sillan keskiviivan suhteen on taulukon 9 mukainen. Taulukko 9. Raskaan erikoiskuorman epäkeskeisyys. Sillan leveys b [m] Epäkeskeisyys e [m] b/2 2,5 1,5 b/2 3,5 Erikoiskuorman lisäksi silta tarkistettiin erilliselle pyöräkuormalle 100 kn. Raskaan erikoiskuorman 1 ja 2 telikuormien suuruudet ja kaavioiden mitat on esitetty taulukossa 10. /6/

27 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen 17 KUORMAT Taulukko 10. Raskaan erikoiskuorman Ek1 ja Ek2 akselikuormat ja välit. Kuorma Akselikuorma P [kn] Akseliväli c1 [m] Akseliväli c2 [m] Akseliväli c3 [m] Ek ,2 8,0 15,0 Ek ,0 6,0 15,0 Kuva 14a. Raskas erikoiskuorma Ek1 ja Ek2 edestä. Kuva 14b. Raskas erikoiskuorma Ek1 ja Ek2 sivulta. Kuva 14c. Raskas erikoiskuorma Ek1 ja Ek2 päältä. Lisäksi on olemassa kahden akselin kuormasta muodostuva kuvan 15 mukainen telikuorma Ek3. Kuva 15a. Raskas erikoiskuorma EK 3 edestä.

28 18 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen KUORMAT Kuva 15b. Raskas erikoiskuorma EK3 sivulta. Kuva 15c. Raskas erikoiskuorma EK 3 päältä. Yhdistämällä em. kaaviot saadaan suunnittelukuormien luokat seuraavasti: Taulukko 11. Suunnittelukuormat Luokka Kuormayhdistelmät 14 AIII 15 AII 16 AI 17 AI+teli 18 AkIII+Ek3 19 AkII+Ek2 20 AkI+EK2 21 AkI+Ek Luokat ja Vuonna 1971 otettiin käyttöön yhteispohjoismainen siltakuorma, joka muodostuu 1 3 akselista ja tasaisesta pinta-alakuormasta. Raskaat erikoiskuormat säilytettiin tarkistuskuormina. Pohjoismaisesta luokan 1 ja 2 siltakuormasta ja erikoiskuormaluokista Ek1, Ek2 ja Ek3 muodostettiin uudet Siltarekisterin suunnittelukuormien luokat sekä 29 ja 30. /7/

29 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen 19 KUORMAT Vuonna 1982 julkaistiin Tielaitoksessa uudet siltojen kuormia koskevat ohjeet. Yhteispohjoismainen kuormakaavio säilyi ennallaan, mutta erikoiskuorman epäkeskisyyttä sillan keskiviivan suhteen lisättiin siten, että erikoiskuorman etäisyys siltakaiteesta voi pienimmillään olla 2,25 m (kuva 17). Kuva 16a. PKM71 ja Lk1 ja Lk2 kuormat pituussuuntaan. Kuva 16b. PKM71 ja Lk1 ja Lk2 kuormat edestä. PKM71 sekä Lk1 ja Lk2 kuormakaaviot on esitetty kuvassa 16. PKM71 kuorma on sama kuin Lk1 kuorma. Lk2 kuorma on Lk1 kuormaa kevyempi. Lk1 kuormaan kuuluu vaihtoehtoisena kuormana yksittäisen 260 kn:n akselin kuorma ilman tasaista pinta-alakuormaa ja kuormassa Lk 2 akselikuorma on 200 kn. Lisäksi on olemassa Lk3 kuormana 130 kn:n pyöräkuorma missä tahansa sillalla. Kuormien suuruudet sysäyslisineen ovat: Taulukko 12. Lk1-Lk3 kuormien intensiteetit. Kuormaluokka PKM71 tai Lk2 Lk3 Lk1 3 akselikuormaa F [kn] Pinta-alakuorma p [kn/m²] 3 2 Erillinen akseli [kn] Erillinen pyöräkuorma [kn] 130

30 20 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen KUORMAT Kuva 17. Erikoiskuormien Ek1 Ek3 epäkeskisyys; edestä. Yhdistämällä em. kuormat luvussa 2.4 annettuihin erikoiskuormiin Ek1-Ek3 saadaan seuraavat suunnittelukuormat: Taulukko 13. Suunnittelukuormat 22-25, 29 ja 30. Luokka Kuormayhdistelmät 22 Lk3, Ek3 23 Lk2, Ek2 24 Lk1, Ek2 25 Lk1, Ek1 29 PKM71, Ek1 30 PKM71, Ek2 Luokkien 29 ja 30 suunnittelukuormat poikkeavat luokkien 24 ja 25 suunnittelukuormista siten, että ensin mainituissa erikoiskuorman epäkeskisyys on luvussa 2.4 taulukossa 9 esitetyn mukainen ja jälkimmäisessä kuvan 17 mukainen. PKM71 kuormia käytettäessä on mitoitus myös yleensä tehty sallittujen jännitysten mukaan Luokka 26, kevyen liikenteen siltakuorma Vuodesta 1982 on kevyen liikenteen siltakuormana ollut tasainen pintaalakuorma 4 kn/m² tai vaihtoehtoisesti kuvan 18 mukainen puhtaanapitotraktorin kuorma. Akselikuormiin sisältyvät sysäyslisät. Kuva 18a. Kevyen liikenteen puhtaanapitoajoneuvon kuorma pituussuuntaan.

31 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen 21 KUORMAT Kuva 18b. Kevyen liikenteen puhtaanapitoajoneuvon kuorma poikkisuuntaan Luokka 27 (MAA 75) ja 28 (AA90) ajoneuvokuormat Luokka 27 vastaa suurinta vuoden 1975 moottoriajoneuvoasetuksen mukaista 42 tonnin ajoneuvoyhdistelmää ja luokka 28 vastaavasti vuoden 1990 ajoneuvoasetuksen mukaista 60 tonnin yhdistelmää. Yhdistelmät on kuvattu edestä kuvassa 19 ja sivusta kuvassa 20. Kuormien sysäyslisä lasketaan kaavasta: Ø = 1,4 0,006 L 1,10 (2.81) L = tarkasteltavan rakenneosan mitta [m] Samalla sillalla voi olla yhdistelmiä enintään kaksi, joko vierekkäisillä kaistoilla tai jonossa vähintään 15 m:n etäisyydellä toisistaan. Kuva 19. Ajoneuvoasetuksen mukainen yhdistelmä edestä. Kuva 20a. Ajoneuvoasetuksen mukaisen yhdistelmät sivusta, (MAA-75).

32 22 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen KUORMAT Kuva 20b. Ajoneuvoasetuksen mukaisen yhdistelmät sivusta, (AA90). 2.3 Akselimassatutkimus Vuosina 1998 ja 1999 Tielaitos teetti selvityksen, jonka lopputuloksena saatiin tilastollista aineistoa todellisista liikennekuormista automaattisten liikenteen mittauspisteiden kohdilta (LAM-pisteet). Mittauksia on tehty eri puolilla Suomea ja eritasoisilla liikenneväylillä. Erikseen on myös selvitetty päivällä ja yöllä liikkuvien ajoneuvojen painot. Vähäliikenteisten teiden siltojen kantavuuden kannalta ei ole merkitystä mihin vuoden aikaan raskaat ajoneuvot liikkuvat, varsinkin kun ongelmasillat ovat yleensä niin pieniä, ettei sillalle mahdu kerralla kuin yksi ajoneuvo. Tutkimuksesta käy ilmi, että ylikuormattuja ajoneuvoja esiintyy enemmän syrjäisillä alueilla kaukana kasvukeskuksista. Ainakaan tutkimuksen alkuvaiheessa syrjäseutuja ei tarkastella erikseen vaan katsotaan, että tämä ongelma koskee kaikkia vähäliikenteisiä teitä. On myös mahdollista, että vähäliikenteisillä teillä liikkuu vieläkin raskaampia kuljetuksia kuin mitä akselimassatutkimus on tuonut esille. Toistaiseksi kuitenkin luotetaan akselimassatutkimuksessa saatuihin mittaustietoihin. Akselimassatutkimuksessa raskaat kuljetukset koostuvat vetoautosta ja perävaunusta, joissa akselien lukumäärä ja välit vaihtelevat. Tätä selvitystä varten kerätään ne akselikuormat ja yhdistelmät, jotka antavat kullekin tarkasteltavalle jännevälille välillä 2 20 metriä määräävän rasituksen jänteen keskipisteessä. Lyhyillä jännemitoilla aina n. 7 metriin saakka suurin rasitus määräytyy yksittäisestä akselista tai kaksi- tai kolmiakselisesta telistä. Mikäli kysymyksessä on vetoauto, akseliväli on käytännössä 1,3 metriä. Perävaunuissa väli on usein suurempi, mutta käytetään varmuuden vuoksi samaa väliä. Rakenteen varmuuden kannalta merkittävät ovat ainoastaan kuormatut ajoneuvot. Näissäkin lastin paino vaihtelee suuresti johtuen siitä, että maanteillä kuljetetaan paljon kevyttä tavaraa. Koska vähäliikenteisillä teillä halutaan tarkastella etupäässä raskaita kuljetuksia, kuten maa-aines-, puutavara-, polttoaine- ja vastaavia kuljetuksia, jakautumakuvioita ei käytetä sellaisinaan vaan jakautumakäyrä otetaan kuvan 21 oikeanpuolisesta huipusta suurenevaan suuntaan. Käyrän nousevan osan oletetaan olevan symmetrinen. Tulokset on esitetty taulukossa 14 ja kuvassa 22.

33 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen 23 KUORMAT Kuva 21. Kuormattujen autojen akseli- ja telimassojen kuvaajat. /1/ Taulukko 14. Akseliryhmien 1-3 jakautumat. Akselien lukumäärä Keskiarvo µ 7 (10,2) Keksihajonta σ 2,25 (2,06) 1,65 2,05 Ajoneuvon yksittäisen akselin massan keskiarvo on 7 tonnia kuten taulukosta 14 käy ilmi. Kuormatuissa varsinaisissa perävaunuissa yksittäinen akselikuorma on 8,4 ja hajonta 3,0 tonnia, eli suurempi kuin kuorma-autoissa. Tämäkin arvo on pienempi kuin yhden akselin kuorma silloin kun se on osa telikuormasta. Telissä olevaa yksittäistä akselia ei ole tutkittu erikseen akselimassatutkimuksessa. Koska ajoneuvoasetus sallii vetävälle akselille 11,5 ja muille akseleille 10 tonnia, on ilmeistä, että kuormat jakaantuvat telissä tässä suhteessa. Tästä antaa viitteitä Keski-Suomen tiepiirissä tehty metsätyökonetutkimus /3/. Mikäli taulukon 14 kaksiakselisen telin kuorma jaetaan tässä suhteessa, saadaan yhden akselin painon keskiarvoksi 10,16 ja hajonnaksi 1,9 tonnia. Kuormien jakaantuminen telin kahdelle akselille kuitenkin vaihtelee. Mikäli käytetään 7,4 %:n hajontaa, joka on sama kuin jäljempänä kohdassa 4.3 on laskettu metsätyökonekuljetuksille, hajonta on suurennettava arvoon 2,06. Tätä suurennettua arvoa on myös käytetty kuvassa 22.

34 24 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen KUORMAT 0,25 0,20 0,15 0,10 1. akseli 2. akselia 3. akselia 0,05 0, tonnia Kuva 22. Akseliryhmien 1-3 jakautumakuviot. Kun jännemitta nousee yli 7 metrin on otettava huomioon koko ajoneuvon paino. Akselipainotutkimuksessa ajoneuvot on jaettu seuraaviin ryhmiin: 1. KAIP, kuorma-auto ilman perävaunua, auto 3, kuva KAPP, puoliperävaunullinen yhdistelmä, auto 3, kuva 23 ja perävaunu 2 kuva KAVP, yhdistelmä jossa on varsinainen perävaunu, auto 3, kuva 23 ja perävaunu 5 kuva 25. Yhdistelmät saadaan kuvista yhdistämällä vetoauto ja perävaunu. Ajoneuvoyhdistelmistä on valittu ne, joilla parhaiten voidaan kuljettaa suuria kuormia ja jotka samalla antavat määräävän vaikutuksen. Kuvassa 26 on esitetty valitut ajoneuvotyyppien 1-3 kaaviot ja niiden akseliryhmille tulevien kuormien suhteellinen osuus. Suhteellinen osuus on valittu siten, että kuormajakautuma on suhteessa sallittuihin akseli- ja telikuormiin, jotka ovat - 4-akselinen kuorma-auto a 32 tonnia yhteensä, josta telin osuus 25 tonnia ja etuakselin 7 tonnia, - 6-akselinen puoliperävaunuyhdistelmä a 48 tonnia, josta etummaisen telin osuus on 25 tonnia, takimmaisen 18 tonnia ja etuakselin 5 tonnia ja - 7-akselinen täysperävaunuyhdistelmä a 60 tonnia, josta etummaisen telin osuus on 25 tonnia, perävaunun ensimmäisen akselin 10 tonnia, takimmaisen telin 18 tonnia ja etuakselin 7 tonnia.

35 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen 25 KUORMAT Kuva 23. Vetoautojen tyypit > 1,8 m 7 muu 8 9 > 1,8 m > 1,8 m> 1,8 m > 1,8 m > 1,8 m Kuva 24. Puoliperävaunujen tyypit > 1,8 m > 1,8 m muu 12 > 1,8 m Kuva 25. Varsinaisten perävaunujen tyypit.

36 26 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen KUORMAT Kuva 26a. Kuormakaaviot ja akselikuormien suhteelliset osuudet: KAIP. Kuva 26b. Kuormakaaviot ja akselikuormien suhteelliset osuudet: KAPP. Kuva 26c. Kuormakaaviot ja akselikuormien suhteelliset osuudet: KAVP. Punnittujen autojen kokonaismassoista on akselimassatutkimuksessa /1/ laadittu kuvan 27 mukaiset kuvaajat. Jakautumat ovat voimakkaasti epäsymmetriset ja epäsäännölliset johtuen siitä, että mukana ovat kaiken tyyppiset tavarakuljetukset ja myös tyhjät autot. Saman julkaisun taulukossa 8 on esitetty kokonaismassat tavaralajeittain. Raskaimmat kuljetukset muodostuvat puutavarasta, nestemäisistä polttoaineista, lannoitteista, maa-aineksista ja päällystemassoista. Näiden kuljetusten massojen keskiarvot, hajonnat ja lukumäärät on esitetty taulukossa 15 samoin kuin näiden kuljetusyhdistelmien yhteenlasketut keskiarvot ja hajonnat. Kuvassa 28 on esitetty näiden raskaiden kuljetusten normaalijakautumat.

37 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen 27 KUORMAT Kuva 27. Punnittujen ajoneuvojen kokonaismassojen jakautumat autotyypeittäin. /1/ 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 KAIP KAPP KAVP 0, tonnia Kuva 28. Raskaimpien kuljetusten kokonaispainojakautumat.

38 28 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen KUORMAT Taulukko 15. Raskaiden kuljetusten massat. Tavaralaji Tilastolliset suureet KAIP KAPP KAVP Puutavara Keskiarvo 13,39 37,90 58,73 Keskihajonta 5,70 7,43 10,61 Lukumäärä 30,00 64,00 360,00 Nestemäiset Keskiarvo 18,57 37,11 53,40 polttoaineet Keskihajonta 4,78 8,43 14,64 Lukumäärä 17,00 5,00 60,00 Lannoitteet, Keskiarvo 22,02 38,83 57,11 kemikaalit Keskihajonta 7,26 9,59 9,94 Lukumäärä 12,00 23,00 64,00 Sora Keskiarvo 25,68 58,91 Keskihajonta 7,80 11,00 Lukumäärä 10,00 46,00 Päällystemassat Keskiarvo 27,68 61,04 Keskihajonta 7,48 3,70 Lukumäärä 3,00 7,00 Yhteensä Keskiarvo 18,35 38,09 57,99 Keskihajonta 6,20 8,08 11,03 Lukumäärä 72,00 92,00 537,00 Yksittäisten ajoneuvojen (KAIP) ja puoliperävaunullisten yhdistelmien (KAPP) jakautumat yhtyvät melko hyvin kuvan 27 vastaavien jakautumakäyrien loppuosaan. Kuvan 28 taulukosta 15 johdetut jakaumat ovat lievästi varmalla puolella. Täysperävaunullisessa yhdistelmässä (KAVP) hajonnasta on tullut liian suuri. Käyrän loppupää ylittää 80 tonnin rajan kun varsinaiset mittaukset ovat päätyneet korkeintaan n. 70 tonnin arvoihin. Hajonta on liian suuri, mikä johtuu kuvan 27 osoittamasta epäsymmetrisyydestä. Mikäli hajonta pienennetään esimerkiksi arvoon 8 tonnia, saadaan käyrän loppupää muistuttamaan paremmin akselimassatutkimuksen /1/ kuvan 27 arvoja. Koska keskiarvo on epävarmalla puolella kuvan 28 jakautumakäyrät on kuitenkin syytä säilyttää sellaisinaan. Taulukon 15 arvoilla ja kuvan 26 yhdistelmillä saadaan yksittäisille akseleille ja telille seuraavat keskiarvot ja jakautumat:

39 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen 29 KUORMAT Taulukko 16. Akselien ja telien kuormajakautumat valittujen ajoneuvojen mukaan. Akselien lukumäärä Keskiarvo µ 9,7 17,4 24,2 Keksihajonta σ 1,85 3,3 4,6 Kun verrataan taulukoita 14 ja 16 sekä kuvia 22 ja 28, nähdään, etteivät tulokset poikkea merkittävästi toisistaan. Koska yksittäisten akselien ja telien kuormat ovat ainakin joissakin tapauksissa suuremmat kuin vastaavat arvot yhdistelmässä, taulukon 14 arvoja on syytä käyttää lyhyillä jännemitoilla. Lyhyillä jännemitoilla tulee myös huomioida akselikuormien epätasainen jakautuminen telissä. Vetävä akseli on yleensä painavampi. Pidemmillä yli 7 metrin jännemitoilla määräävä vaikutus saadaan yhdistelmistä. Näillä jännemitoilla tulee näin ollen käyttää taulukon 15 arvoja. Vaikka yhdistelmässä on kolmiakselisen telin kohdalla suurempi hajonta kuin yksittäisessä telissä merkittävää ylimitoitusta ei kuinkaan ole odotettavissa, koska kuorman jakaantumisessa akselien kesken voidaan suuremmilla jännemitoilla sallia pientä epätarkkuutta. 2.4 Muut raskaat kuljetukset Nosturiautot Yleisillä teillä liikkuu erikoisluvalla eripainoisia nosturiautoja. Akseleita on 4-6 ja akseleiden painot tonnia. Lupahakemusten perusteella on valittu kaksi määräävää kuvan 29 mukaista kuormakaaviota. Nosturityyppiä 2 esiintyy myös 6-akselisena, mutta ne eivät oletettavasti liiku vähäliikenteisillä teillä. Ajoneuvokuorman hajonnasta ei ole tutkittua tietoa. Oletettavasti se on varsin pieni, koska kysymyksessä on rekisteröity ajoneuvo, jolla ei kuljeteta kuormia. Tämän takia valitaan hajonnaksi 6,2 % painosta, jolloin nosturiauton painon suhteen saadaan samaa suuruusluokkaa oleva varmuus kuin omassa painossa rakenteiden mitoituksessa. Mitoituksessa akselikuorma on tällöin suurennettava arvolla, joka on 1,6 kertaa hajonta eli noin 1,4 tonnia. Nosturiautojen ajoleveys on n. 3,0 m ja pyörien väli 2,5 m. Pyörät ovat yksittäispyöriä, joten kosketuspinta ei ole kovin suuri. Kosketuspinnan voidaan olettaa olevan 0,2 0,4 m².

40 30 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen KUORMAT Kuva 29a. Nosturiajoneuvojen kuormat: Nosturi 1, 52 tonnia. Kuva 29b. Nosturiajoneuvojen kuormat: Nosturi 2, 60 tonnia Murskainten kuljetukset Murskaimet kuljetetaan ajoneuvolla, joka koostuu vetoautosta ja lavetista. Lavetissa on varsin pienet pyörät ja akseleiden väli saattaa olla niinkin pieni kuin 1,2 m. Pyörien väli on 1,8 m. Pyörät ovat lavetissa useimmin vähintään paripyöriä, joten kosketuspintana voitaneen käyttää samoja arvoja kuin Lk1- kuormassa. Akselipainot ovat vetoautossa tonnia ja 2 15 tonnia ja telillä 3 15 tonnia. Yhdistelmän kokonaispainoksi saadaan tällöin 91 tonnia. Koska kuormauksessa voi olla suuriakin vaihteluita, koneisiin kertyneen jään ja lian ansiosta hajonta on varmuuden vuoksi valittava vähintään yhtä suureksi kuin akselimassatutkimuksessa on saatu yhdistelmäajoneuvoille, eli 11 % kokonaispainosta. Kuva 30. Murskainkuljetusten painot, Murskainkuljetus 1, 91 tonnia.

41 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen 31 KUORMAT Metsätyökoneiden kuljetukset Metsätyökoneiden kuljetuksista on Keski-Suomen tiepiirissä vuonna tehty tutkimus insinöörityönä /3/. Metsätyökoneita kuljetetaan erikoisluvalla hakkuualueelta toiselle kolmi- tai neliakselisilla tätä tarkoitusta varten varustetuilla kuorma-autoilla. Kuljetuslupia on myönnetty vain ylemmälle tieverkolle, mikä ei vastaa kuljetusyritysten tarpeita. Käytännössä ajoneuvot liikkunevat luvatta vähäliikenteisillä teillä. Yleisin kuljetusauto on kolmiakselinen kuorma-auto, jonka takana on kahden akselin teli. Kuorma ei jakaudu tasan telille, vaan vetävä akseli on enemmän kuormitettu. Noin 15 % kuljetusluvista on myönnetty neliakseliselle autolle. On myös olemassa kuorma-autoja, joiden takana on 3-akselinen teli. Kuvassa 31 on esitetty kaaviokuvat metsätyökoneiden tavallisimmista kuljetusautoista. Kokonaiskuorma on jaettu akseleille keskiarvojen mukaan. Akselikuormien suhteet vaihtelevat ajoneuvosta toiseen. Vaihtelu on kuitenkin verraten pientä. Kolmiakselisessa ajoneuvossa suhdeluvun keskihajonta on 7,4 % etuakselin kohdalla ja 5 % raskaimman taka-akselin kohdalla. Kuvassa 31 ajoneuvojen akselivälit on valittu tyypillisimmistä kuljetuslupapäätöksistä akselivälit alaspäin pyöristäen. Akselissa pyörien väli on n. 1,8 metriä. Telissä käytetään miltei aina paripyöriä. Yksittäiset leveät renkaat eivät sovellu niissä olosuhteissa, missä kuljetukset tapahtuvat. Näin ollen voidaan käyttää Lk1-kuorman kosketuspintoja. Kuva 31a. Metsätyökonekuljetusten ajoneuvo: 3-akselia keskimäärin 29,7 tonnia. Kuva 31b. Metsätyökonekuljetusten ajoneuvo: 4-akselia keskimäärin 35,7 tonnia. Koko maan kuljetuslupien perusteella on kuvan 31 mukaisille ajoneuvoille saatu taulukkojen 17 ja 18 mukaiset keskiarvot ja hajonnat eri akselikuormille ja ajoneuvojen kokonaispainoille.

42 32 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen KUORMAT Taulukko 17. Kolmiakseliset metsätyökoneiden kuljetusautot, otos 141 kpl. 1. akseli 2. akseli 3. akseli Yhteensä Teli keskiarvo µ 7,96 11,85 9,92 29,72 21,76 keskihajonta σ 0,55 0,75 0,87 1,56 1,35 hajonta/ka σ/µ 0,069 0,063 0,088 0,052 0,062 Taulukko 18. Neliakseliset metsätyökoneiden kuljetusautot, otos 20 kpl. 1. akseli 2. akseli 3. akseli 4. akseli Yhteensä Teli keskiarvo µ 7,60 7,04 11,45 9,64 35,74 21,10 keskihajonta σ 1,33 0,61 1,09 1,29 3,48 2,24 hajonta/ka σ/µ 0,175 0,086 0,095 0,134 0,097 0, Yhteenveto kuljetuksista Verrattuna akselimassatutkimuksen keskiarvoihin yksittäisen akselin paino on metsätyökonekuljetuksissa 41 % suurempi ja kaksiakselisen telin 15 % suurempi. Täysin omaa luokkaansa on kuitenkin murskainten kuljetus, missä kolmiakselinen teli on liki kaksinkertainen akselimassatutkimuksessa saatuihin keskiarvoihin verrattuna. Nosturikuljetuksissa yksittäisten akselien painot ovat suuremmat kuin keskimärin maanteillä mutta telipainot selvästi pienemmät. Nosturikuljetuksille ominaista on suurin paino kuljetusten pituutta kohti. Akselimassatutkimuksessa hajonnat ovat suuremmat kuin erikoisluvalla tapahtuvissa kuljetuksissa. Mikäli mitoittavaksi kuormaksi valitaan F = keskiarvo + 1,6 hajonta, määräävät akseli- ja telikuormat eri kuljetuksissa ovat taulukon 19 mukaiset. Taulukko 19. Mitoittavat akselikuormat. Akselien lukumäärä Akselimassatutkimus 13,5 21,6 27,3 Nosturi 15,4 30,8 39,5 Murskain 17,6 35,3 52,9 Metsätyökone 13,2 24,7 Kun kuormien hajonta otetaan huomioon, nähdään, että metsätyökonekuljetuksissa mitoituskuormien tulisi olla likimain samat kuin muutenkin yleisillä teillä. Kuorman lisäksi tulee huomioida sysäyslisä. Sysäyslisän suuruuden arvioimisesta ei ole yksiselitteisiä tutkimustuloksia. Varminta on tällöin soveltaa Siltojen kantavuuden laskentaohjeen /2/ kaavaa

43 S14/2.6, Lähtötietojen täydentäminen 33 KUORMAT Ø = 1,4 0,006 L (5.1) L = tarkasteltavan rakenneosan jännemitta. Tämä arvio lienee varsin konservatiivinen, varsinkin kun yleisesti tiedetään /4/, että sysäyslisä on verraten pieni raskailla kuljetuksilla. 2.6 Soveltaminen Mitoituskuormien soveltuvuutta todellisille kuormille on testattavissa taulukon 19 arvoilla tai tilastollisella varmuustarkastelulla. Mikäli laskenta tehdään yksinkertaisille palkki- ja laattasilloille menetelmä on verraten yksinkertainen molemmissa tapauksissa. Tilastollisessa menettelyssä voidaan mennä varsin pitkälle ottaen satunnaissuureina huomioon paitsi kuormat niin myös sysäyslisä ja kuorman sijoittuminen sillan sivusuunnassa /4/. Liikaa teoreettisuutta on kuitenkin syytä välttää koska kuormista on analysoitu vain kaikkein raskaimmat kuljetukset, jotka liikkuvat vähäliikenteisillä teillä erittäin harvoin. Todelliset riskitekijät saattavat olla muualla kuin ammattimaisessa kuljetustoiminnassa. Esimerkki: Tutkitaan yksinkertaista 5 m leveää betonista laattasiltaa, jonka jännemitta on 5 m. Silta on mitoitettu kuormalle AkII (Siltarekisterin suunnittelukuorma 15). Sillalle mahtuu vain yksi ajoneuvokaista. Liikennekuorma voidaan katsoa jakaantuvan tasan 4 m:n leveydelle. Liikennekuorman momentti sillan keskellä on tällöin: Mp = ¼ ( 1, / ² / 8 ) = 66,56 knm/m Käyttäen taulukon 19 painoja ja 40 %:n sysäyslisää saadaan taulukon 20 mukaiset liikennekuorman mitoitusmomentit. Taulukko 20. Mitoittavat mitoitusmomentit. Kuorma [knm/m] Akselimassatutkimus 69,9 Nosturi 99,7 Murskain 114,3 Metsätyökone 78,0 Akselimassatutkimuksen mukainen normaali liikennekuorma on likimain samansuuruinen kuin suunnittelukuorma AkII. Erikoiskuljetuksilla ylitys on %. Tilastollista varmuustasoa arvioitaessa lähdetään seuraavista yksinkertaisista olettamuksista: Laatta d = 0,5 m