300427 1 (34) SIUNTION KUNTA SIUNTION KESKUSTAN KEHITTÄMINEN Junaliikenteen tärinäselvitys
300427 2 (34) SIUNTION KESKUSTAN KEHITTÄMINEN Junaliikenteen tärinäselvitys SISÄLLYSLUETTELO 1. Toimeksianto...3 2. Lähtötiedot...4 2.1. Ratakuvaus...4 2.2. Alueen yleispiirteinen maaperäkuvaus...4 2.3. Junaliikennekuvaus...5 3. Tärinämittaukset...8 3.1. Suoritustapa...8 3.2. Mittauspisteiden sijainnit...8 3.3. Mittauspisteiden asennustapa...10 3.4. Mittalaitteet ja tärinähavaintojen tallennustapa...10 4. Tärinämittaustulokset...11 4.1. Tärinähavainnot maaperän mittauspisteissä...11 4.1.1. Kaukojunat...11 4.1.2. Paikallisjunat...16 4.2. Tärinähavainnot läheisessä rakennuksessa...19 5. Laskennat ja tulosten vaikutusarviointi...20 5.1. Maanpinnan heilahdusnopeusarvon laskentaohje...20 5.2. Tärinäalueiden rajausmääritelmä ja heilahdusnopeuskriteerit...20 5.3. Laskentojen tulokset...21 5.4. Rakennusten vaurioitumisherkkyys...24 5.5. Rakennusten värähtelyluokituksen tunnusluvun laskeminen...25 5.6. Yhteenveto tunnuslukuarviosta...27 6. Johtopäätökset...28 7. Periaatetasoiset toimenpiteet tärinähaittojen hallinnassa...29
300427 3 (34) SIUNTION KUNTA Tekninen toimisto Krouvintie 1 02580 Siuntio SIUNTION KESKUSTAN KEHITTÄMINEN Junaliikenteen tärinäselvitys 1. Toimeksianto Siuntion kunnan teknisen toimiston toimeksiannosta olemme laatineet tärinäselvityksen Siuntion keskustan kehittämissuunnittelua varten. Tavoitteena on ollut mitata tämänhetkisen junaliikenteen aiheuttama tärinä Helsinki Turku radan eteläpuolisella suunnittelualueella ja laskea ennustetärinät ko. rataosan mitoittavalle junalle sekä arvioida junaliikenteestä aiheutuvaa tärinähäiriötä. Tarkastelualue sijoittuu Siuntion vanhan aseman kohdalle km-sijainnille 51+285 pääradan eteläpuolelle. Suunnittelukohteen yleispiirteinen sijainti on esitetty kuvan 1 sijaintikartassa. Kuva 1: Selvitysalueen sijaintikartta
300427 4 (34) 2. Lähtötiedot 2.1. Ratakuvaus Helsinki Turku rantarataosa on Siuntion kohdalla yksiraiteinen ja sähköistetty (kuva 2). Aseman kohdalla on Y-junia varten sivuraide (kuva 3). Raidetyppi on ns. jatkuvakiskoraide betonipölkyillä. Sivuraide on puupölkyillä. Kuva 2 : Päärata kuvattuna aseman kohdalta Helsinkiin päin Kuva 3 : Sivuraide kuvattuna aseman kohdalta Helsinkiin päin 2.2. Alueen yleispiirteinen maaperäkuvaus Saatujen tietojen mukaan maaperä on pääosin savea tai silttistä savea. Läheisellä Billskogin alueelta tehtyjen painokairausten tulkinnan mukaan pohjamaa on savea/silttiä, joka on paikoin yli 10 metrin syvyyteen pehmeää/hyvin löyhää. Tämän alapuolella pohjamaa muuttuu tiiviimmäksi, kerros on arvioitu siltiksi. Lausunnossa kuitenkin todetaan, että maaperäolosuhteet saattavat muuttua jyrkkäpiirteisesti ko. alueella (Billskogin alue, Siuntio. Maaperälausunto/Pöyry Environment Oy/30.3.2007). GTK:n geokartan mukaan alueen maaperä on savea (kuva 4). Kuva 4: Geokartta / GTK, yleispiirteinen maaperätieto
300427 5 (34) Tietojemme mukaan ratapenkkaa ei ole perusparannuksen yhteydessä ko. alueen kohdalla paalutettu. Siuntiontien alikulkusiltapaikka sijaitsee alueen koillisnurkassa. Etäisyys ratalinjaa pitkin mittauslinjasta siltapaikalle on noin 140 metriä Helsingin suuntaan. Siltapaikan kohdalla ratapenkkaa on kuitenkin paalutettu kumpaankin suuntaan noin 50 m matkalta. Yleispiirteinen pohjasuhdekuvaus on tarkoitettu käytettäväksi ainoastaan tärinämittausten tulosten tulkintoja varten, eikä niitä tule käyttää muuhun tarkoitukseen. 2.3. Junaliikennekuvaus Junaliikenne on ympärivuorokautista henkilöjunaliikennettä. Mittausajankohtana aikataulun mukaisia kaukojunavuoroja oli 17 kpl kumpaankin suuntaan. Pendolinojunia näistä on 4 kpl. Lisäksi Helsingin ja Karjaan välillä on paikallisjunan (Y-juna) vuoroja 6 8 kpl /arkipäivä. VR:ltä saadun tiedon mukaan rataosalla maksimipaino on Sr2 veturilla 600 t matkustajajunissa. Pendolino-junan teoreettiseksi maksimipainoksi on ilmoitettu 700 t. Rataosan suurin sallittu akselipaino on 22,5 t. Tavarajunaliikennettä ei ole, mutta tavarajunan maksimipaino Sr2 veturilla on rajattu 2000 tonniin. Suurin sallittu nopeus Siuntion aseman kohdalla on Pendolinolla 180 km/h sekä IC ja P-junilla 160 km/h. Oheisessa taulukoissa 1 ja 2 on keskiviikon 25.7. ja torstain 26.7. kaukojunainventointi.
300427 6 (34) TAULUKKO 1: Junainventointi 25.7.2007 / VR Pvm Junanumero Laji Mistä Mihin Veturit kpl Brt t Pituus m Aks kpl Vaunut kpl 25.7.2007 121 P HKI TKU 1 SR2 281 158 24 6 25.7.2007 122 IC TKU HKI 1 SR2 242 106 16 4 25.7.2007 123 IC HKI TKU 1 SR2 214 106 16 4 25.7.2007 124 IC TKU HKI 1 SR2 242 106 16 4 25.7.2007 125 IC HKI TKU 1 SR2 242 106 16 4 25.7.2007 126 S TKU HKI 1 SM3 329 159 24 6 25.7.2007 127 S HKI TKU 1 SM3 329 159 24 6 25.7.2007 129 IC HKI TKU 1 SR2 242 106 16 4 25.7.2007 130 P TKU HKI 1 SR2 281 158 24 6 25.7.2007 131 IC HKI TKU 1 SR2 214 106 16 4 25.7.2007 132 IC TKU HKI 1 SR2 242 106 16 4 25.7.2007 133 P HKI TKU 1 SR2 281 158 24 6 25.7.2007 134 P TKU HKI 1 SR2 281 158 24 6 25.7.2007 135 P HKI TKU 1 SR2 275 158 24 6 25.7.2007 136 IC TKU HKI 1 SR2 242 106 16 4 25.7.2007 137 IC HKI TKU 1 SR2 214 106 16 4 25.7.2007 138 S TKU HKI 1 SM3 329 159 24 6 25.7.2007 139 IC HKI TKU 1 SR2 214 106 16 4 25.7.2007 140 IC TKU HKI 1 SR2 242 106 16 4 25.7.2007 141 S HKI TKU 1 SM3 329 159 24 6 25.7.2007 142 IC TKU HKI 1 SR2 242 106 16 4 25.7.2007 143 P HKI TKU 1 SR2 341 185 28 7 25.7.2007 144 P TKU HKI 1 SR2 281 158 24 6 25.7.2007 145 IC HKI TKU 1 SR2 242 106 16 4 25.7.2007 146 P TKU HKI 1 SR2 281 158 24 6 25.7.2007 147 P HKI TKU 1 SR2 275 158 24 6 25.7.2007 148 IC TKU HKI 1 SR2 242 106 16 4 25.7.2007 149 S HKI TKU 1 SM3 321 159 24 6 25.7.2007 150 IC TKU HKI 1 SR2 242 106 16 4 25.7.2007 152 S TKU HKI 1 SM3 329 159 24 6 25.7.2007 153 IC HKI TKU 1 SR2 242 106 16 4 25.7.2007 154 P TKU HKI 1 SR2 341 185 28 7
300427 7 (34) TAULUKKO 2: Junainventointi 26.7.2007 / VR Pvm Junanumero Laji Mistä Mihin Veturit kpl Brt t Pituus m Aks kpl Vaunut kpl 26.7.2007 121 P HKI TKU 1 SR2 341 185 28 7 26.7.2007 122 IC TKU HKI 1 SR2 242 106 16 4 26.7.2007 123 IC HKI TKU 1 SR2 214 106 16 4 26.7.2007 124 IC TKU HKI 1 SR2 242 106 16 4 26.7.2007 125 IC HKI TKU 1 SR2 242 106 16 4 26.7.2007 126 S TKU HKI 1 SM3 321 159 24 6 26.7.2007 127 S HKI TKU 1 SM3 321 159 24 6 26.7.2007 129 IC HKI TKU 1 SR2 242 106 16 4 26.7.2007 130 P TKU HKI 1 SR2 336 185 28 7 26.7.2007 131 IC HKI TKU 1 SR2 214 106 16 4 26.7.2007 132 IC TKU HKI 1 SR2 242 106 16 4 26.7.2007 133 P HKI TKU 1 SR2 281 158 24 6 26.7.2007 134 P TKU HKI 1 SR2 281 158 24 6 26.7.2007 135 P HKI TKU 1 SR2 275 158 24 6 26.7.2007 136 IC TKU HKI 1 SR2 242 106 16 4 26.7.2007 137 IC HKI TKU 1 SR2 214 106 16 4 26.7.2007 138 S TKU HKI 1 SM3 321 159 24 6 26.7.2007 139 IC HKI TKU 1 SR2 214 106 16 4 26.7.2007 140 IC TKU HKI 1 SR2 242 106 16 4 26.7.2007 141 S HKI TKU 1 SM3 329 159 24 6 26.7.2007 142 IC TKU HKI 1 SR2 242 106 16 4 26.7.2007 143 P HKI TKU 1 SR2 281 158 24 6 26.7.2007 144 P TKU HKI 1 SR2 281 158 24 6 26.7.2007 145 IC HKI TKU 1 SR2 242 106 16 4 26.7.2007 146 P TKU HKI 1 SR2 281 158 24 6 26.7.2007 147 P HKI TKU 1 SR2 275 158 24 6 26.7.2007 148 IC TKU HKI 1 SR2 242 106 16 4 26.7.2007 149 S HKI TKU 1 SM3 321 159 24 6 26.7.2007 150 IC TKU HKI 1 SR2 242 106 16 4 26.7.2007 152 S TKU HKI 1 SM3 329 159 24 6 26.7.2007 153 IC HKI TKU 1 SR2 242 106 16 4 26.7.2007 154 P TKU HKI 1 SR2 281 158 24 6 Sm3 junia lukuun ottamatta luvuissa ei ole veturin paino- ja pituustietoja Sr2 paino on 86 tn ja pituus 19 m.
300427 8 (34) 3. Tärinämittaukset Toimeksianto on tärinämittausten suorituksen ja tulosten alueellisen vaikutusarvioinnin osalta toteutettu soveltaen VR:n käyttämää mittausohjetta Rautatieliikenteen tärinän vaikutus rakenteisiin. Vaurioalttiuden kartoittaminen ja mittaaminen (VTT Espoo 2002), josta jäljempänä tekstissä käytetään lyhennettä mittausohje 1. Mittausohjetta 1 on käytetty arvioitaessa eri etäisyyksille rakennettavien rakennusten perustuksiin välittyvää tärinää ja tätä kautta rakennusten vaurioitumisalttiutta. Arvioitaessa tärinän vaikutuksia mukavuuteen ja ihmisten häiriintymiseen, on johtopäätökset tehty soveltaen julkaisua Suositus liikennetärinän mittaamisesta ja luokituksesta (VTT, Espoo 2004), josta jäljempänä tekstissä käytetään lyhennettä mittausohje 2. Lisäksi arvioinnissa on käytetty ohjetta: Suositus liikennetärinän arvioimiseksi maankäytön suunnittelussa (VTT Working Papers 50, Espoo 2006). Tärinän vaikutusarviointi sekä oleskelumukavuutta ja tärinän häiritsevyyttä on arvioitu tehtyjen tärinämittausten perusteella maastossa ja läheisessä rakennuksessa. Tärinämittaukset tehtiin 25.7. 6.8.2007 välisenä aikana. 3.1. Suoritustapa Tärinämittauksia tehtiin ensin miehitettynä kahden päivän ajan 25. 26.7.2007. Tällöin mittauspisteitä oli maastossa maahan asennettuna 4 kpl ja yksi läheisen pienteollisuusrakennuksen sokkelissa. Toisessa vaiheessa 26.7. 6.8. välisenä aikana yksi mittalaite oli asennettuna läheisen pienteollisuusrakennuksen sokkeliin ja mittaustallennus toteutettiin jatkuvatoimisesti GSM-verkon välityksellä. 3.2. Mittauspisteiden sijainnit Mittauspisteiden sijainnit pyrittiin valitsemaan siten, että alueen katujen ajoneuvoliikenne, jalankulkijat yms. häiriötekijät olisivat mahdollisimman vähän häirinneet mittaustuloksia tai aiheuttaneet virherekisteröintejä. Mittauspisteet 1, 2, 3 ja 5 asennettiin linjaan peräkkäin maaperään. Mittauspiste 4 oli läheisen pienteollisuusrakennuksen sokkelissa. Miehitetty mittaus 25. 26.7.2007 Mittauslinjan mittauspisteet 1 2 3 5 Mittauspiste Mp 1 oli maassa noin 13 metrin etäisyydellä pääraiteen keskilinjasta sorapintaisen paikoitusalueen radanpuoleisessa reunassa verkkoaidan vieressä. Mittauspiste Mp 2 oli maassa noin 33 metrin etäisyydellä pääraiteen keskilinjasta sorapintaisen paikoitusalueen ja Ratapihantien välisellä viherkaistaleella. Mittauspiste Mp 3 oli maassa peltoalueen reunassa ja noin 47 metrin etäisyydellä pääraiteen keskilinjasta. Mittauspiste Mp 5 oli maassa peltoalueella ja noin 73 metrin etäisyydellä pääraiteen keskilinjasta. Mittauslinja oli kohtisuorassa ratalinjaan nähden. Maastomittauslinjan tärinämittauspisteiden maastopaikannus on esitetty oheisessa kuvassa 5 sekä kuvan 7 sijaintikartassa.
300427 9 (34) Kuva 5: Tärinämittauspisteiden 1 3 ja 5 sijainti maastossa. Kuvaussuunta länteen, Turkuun päin. Mittauspiste 4 rakennuksessa Mittauspiste Mp 4 sijaitsi Siuntion Autotarvike Oy:n rakennuksen betonisokkelissa osoitteessa Ratapihantie 1. Etäisyys pääraiteen keskilinjaan oli kartalta mitattuna noin ~ 90 m. Rakennus on esitetty kuvassa 6. Jatkuvatoiminen tärinäseuranta 26.7. 6.8. Pitkäaikaisseurantaa varten Ratapihantie 1 pienteollisuusrakennukseen asennettu tärinämittari mittauspisteessä 4 jätettiin 9 vuorokaudeksi jatkuvatoimiseen mittaustaltiointiin. Mittari liitettiin GSM-verkon välityksellä kaukovalvontaan siten, että tärinätasoa voitiin seurata ja mittausmuotoja voitiin tarvittaessa muuttaa mahdollisimman kattavan mittausaineiston saamiseksi. Rakennus on yksikerroksinen pienteollisuusrakennus, joka on saadun tiedon mukaan perustettu laatalla maanvaraisesti. Kuva 6: Ratapihantie 1, mittauspisteen 4 sijoitus sokkeliin Kaikkien mittauspisteiden sijainnit on esitetty kuvan 7 sijaintikartassa.
300427 10 (34) Kuva 7: Tärinämittauspisteiden sijaintikartta 3.3. Mittauspisteiden asennustapa Mittausanturit asennettiin maaperään siten, että maahan kaivettiin matala kuoppa pintamaakerroksen alapuolelle. Kuoppien syvyydet vaihtelivat välillä ~ 0,4 0,7 m. Antureiden maakontakti toteutettiin kiinnittämällä anturi jäykästi pultilla 0,5 m pitkään Ø 20 mm kierretankoon, joka oli lyöty maahan kuopan pohjan tasoon. Lisäksi 3-komponenttianturit varustettiin erillisillä maapiikeillä vaakasuuntaisen tärinän luotettavaksi taltioimiseksi. Antureiden ympärys täytettiin maa-aineksella ja tiivistettiin. Lisäksi jokaisen anturin päälle asetettiin painoksi noin 30 kg hiekkasäkki. 3- komponenttiantureiden pitkittäinen vaakasuunta (long) oli kohtisuoraan ratalinjaan nähden. Rakennuksessa mittalaiteen anturi kiinnitettiin betonisokkeliin kiilapultilla ilman välikiinnikkeitä mahdollisimman jäykän asennuksen saavuttamiseksi. 3.4. Mittalaitteet ja tärinähavaintojen tallennustapa Tärinämittaukset tehtiin Instantel MM Plus merkkisillä tärinän heilahdusnopeutta v [ mm/s ] ajan funktiona mittaavilla ja tallentavilla 3+1 - kanavaisilla seismografeilla sekä antureina käytettiin geofoneja. Kyseisen mittalaitteen mittaustaajuusalue on 1 300 Hz ja mittaustarkkuus 0,0159 mm/s. Näytteenottotiheytenä mittauksissa käytettiin 2048 kpl/s/kanava. Mittaustapana oli tallentaminen time history käyrämuodossa tärinäarvon ylittäessä mittauspistekohtaisen laukaisuraja-arvon v TRIGG = 0,15 0,35 mm/s tai jatkuvatallenteinen mittausmuoto historgram combo. Em. mittausmuodossa mittalaite rekisteröi jatkuvatoimisesti ja tallentaa esimerkiksi 2 s tallennusintervallilla suurimman heilahdusnopeusarvon taajuustietoineen sekä erikseen asetetun kynnysraja-arvon (esim. 0,15 mm/s) ylittävät time-history otokset 1-5 sekunnin jaksoina. Mittausantureiden asennuksen jälkeen anturien toiminta tarkastettiin mittalaitteen diagnostiikkatoiminnolla. Tämän jälkeen suoritettiin kaikkien mittauskanavien osalla virhepoikkeaman (offset) poisto ja kalibrointi ennen mittauksen aloitusta.
300427 11 (34) 4. Tärinämittaustulokset 4.1. Tärinähavainnot maaperän mittauspisteissä 4.1.1. Kaukojunat Maastomittausajanjakson aikana kaukojunien aiheuttamia vertailukelpoisia tärinäotoksia tallennettiin yhteensä 28 eri junasta. Kaukojunien osalta itseisarvoltaan suurimmat pystysuuntaiset heilahdusnopeuden huippuarvot olivat: Mittauspisteessä 1 suurin nopeusarvo v peak = 1,89 mm/s mitattiin 26.7. klo 10:43:57, kun Pendolino S127 ajoi Turkuun. Mittauspisteessä 2 suurin nopeusarvo v peak = 1,00 mm/s mitattiin 25.7. klo 17:45:02, kun Pendolino S141 ajoi Turkuun. Mittauspisteessä 3 suurin nopeusarvo v peak = 1,08 mm/s mitattiin 26.7. klo 14:42:17, kun pikajuna P135 ajoi Turkuun. Mittauspisteessä 4 suurin nopeusarvo v peak = 0,46 mm/s mitattiin 25.7. klo 17:17:53, kun Pendolino S144 ajoi Helsinkiin. Mittauspisteessä 5 suurin nopeusarvo v peak = 0,78 mm/s mitattiin 26.7. klo 10:23:46, kun pikajuna P130 ajoi Helsinkiin. Eri mittauspisteiden suurimmat heilahdusnopeusarvot aiheutuivat eri junista tapauskohtaisesti eli sama juna ei välttämättä aiheuttanut muihin mittauspisteisiin suurinta tärinää. Itseisarvoltaan suurimpien tapahtumien käyrätulostukset eri mittauspisteiden osalta ovat liitteissä 1-5. Kuvassa 8 on esitetty kaikkien merkittävien henkilöjunien aiheuttamat samanaikaiset pystysuuntaiset heilahdusnopeusarvot etäisyyden funktiona eri maastomittauspisteissä. Kuva 8: Eri maastomittauspisteissä havaitut kaukojunien aiheuttamat merkitsevimmät heilahdusnopeuden pystysuuntaiset huippuarvot sekä laskennallinen keskiarvokuvaaja.
300427 12 (34) Mittaustuloksista voidaan huomata mm., että tärinän vaimeneminen mittauspisteen 1 ja 2 välillä oli suhteellisesti nopeampaa kuin mittauspisteiden 1 ja 3 välillä. Tämä johtuu tulkinnan mukaan siitä, että hiekkakentän maakerros (täytemaata), johon anturit jouduttiin asentamaan, ympäröivää perusmaata karkeampana vaimentaa tärinää huomattavasti tehokkaammin. Vaakakomponenteista ratalinjaan nähden kohtisuorassa ollut pitkittäinen (long) komponentti oli selvästi hallitseva. Verrattaessa pystykomponentin ja pitkittäisen vaakakomponentin arvoja keskenään, voidaan niiden todeta olevan samaa suuruusluokkaa paitsi mittauspisteessä 2, jossa vaakakomponentin huippuarvo oli lähes poikkeuksetta pystykomponenttia pienempi. Kuvissa 9 12 on esitetty heilahdusnopeuden huippuarvo vs. dominoiva vaakakomponentti mittauspisteittäin. Mp 1 Heilahdusnopeus 2,00 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 Mp 1 (mm/s) Mp 1 Long (mm/s) Kuva 9: Merkitsevimmät heilahdusnopeuden pystysuuntaiset huippuarvot vs. pitkittäinen vaakasuunta mittauspisteessä 1, kaukojunat. Mp 2 Heilahdusnopeus 2,00 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 Mp 2 (mm/s) Mp 2 Long (mm/s) Kuva 10: Merkitsevimmät heilahdusnopeuden pystysuuntaiset huippuarvot vs. pitkittäinen vaakasuunta mittauspisteessä 2, kaukojunat.
300427 13 (34) Mp 3 Heilahdusnopeus 2,00 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 Mp 3 (mm/s) Mp 3 Long (mm/s) Kuva 11: Merkitsevimmät heilahdusnopeuden pystysuuntaiset huippuarvot vs. pitkittäinen vaakasuunta mittauspisteessä 3, kaukojunat Mp 5 Heilahdusnopeus 2,00 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 Mp 5 (mm/s) Mp 5 Long (mm/s) Kuva 12: Merkitsevimmät heilahdusnopeuden pystysuuntaiset huippuarvot vs. pitkittäinen vaakasuunta mittauspisteessä 5, kaukojunat Tärinän heilahdusnopeuden pystysuuntaisen komponentin dominoiva taajuussisältö vaihteli eri maastomittauspisteissä pääosin välillä f DOM = 4 7 Hz. Suoritettujen taajuusanalyysien (FFT) mukaan keskimääräiset taajuuspainotukset eri maastomittauspisteissä olivat: Mp 1 Mp 2 Mp 3 Mp 5 f DOM = 5,8 Hz f DOM = 6,1 Hz f DOM = 5,7 Hz f DOM = 5,5 Hz
300427 14 (34) Kaikki miehitetyn mittauksen aikana kaukojunista aiheutuneet merkitsevimmät heilahdusnopeuden huippuarvot eri mittauspisteissä on koottu oheiseen taulukkoon 3. 25.7.2007 Klo, ohitusaika Siuntiossa Mp 1 maaperä Mp 2 maaperä Mp 3 maaperä Mp 4 rakennus Mp 5 maaperä Juna 15:17:06 1,54 0,76 0,94 0,21 - IC 140 Helsinkiin 15:42:19 1,75 0,95 0,91 - - IC 137 Turkuun 16:16:59 1,32 0,73 0,84 0,21 - IC 142 Helsinkiin 16:42:25 1,54 0,95 0,87 0,24 - IC 139 Turkuun 17:17:53 1,48 0,94 0,95 0,46 - P 144 Helsinkiin 17:45:02 1,29 1,00 0,76 0,19 - S 141 Turkuun 18:18:50 1,51 0,91 1,03 0,22 - P 146 Helsinkiin 18:43:27 1,46 0,64 0,56 0,14 - P 143 Turkuun 19:17:18 1,22 0,84 0,83 0,19 0,48 IC 148 Helsinkiin 19:41:49 1,59 0,91 0,75 0,22 0,65 IC 145 Turkuun 20:17:01 1,41 0,71 0,95 0,21 0,52 IC 150 Helsinkiin 20:43:03 1,52 0,94 1,02 0,24 0,59 P 147 Turkuun 26.7.2007 Klo, ohitusaika Siuntiossa Mp 1 maaperä Mp 2 maaperä Mp 3 maaperä Mp 4 rakennus Mp 5 maaperä Juna 08:53:32 1,48 0,87 0,78 0,18 0,64 S 126 Helsinkiin 09:41:57 1,22 0,78 0,68 0,18 0,48 IC 125 Turkuun 10:23:46 1,60 0,84 0,95 0,22 0,78 P 130 Helsinkiin 10:43:57 1,89 0,94 0,83 0,24 0,62 S 127 Turkuun 11:15:20 1,30 0,62 0,75 0,19 0,51 IC 132 Helsinkiin 11:41:45 1,49 0,92 0,83 0,24 0,57 IC 129 Turkuun 12:17:45 1,65 0,94 0,91 0,21 0,59 P 134 Helsinkiin 12:41:34 1,29 0,87 0,81 0,21 0,67 IC 131 Turkuun 13:18:01 1,30 0,65 0,86 0,27 0,56 IC 136 Helsinkiin 13:44:39 1,25 0,84 0,95 0,21 0,52 P 133 Turkuun 14:17:03 1,86 0,81 1,02 0,18 0,65 S 138 Helsinkiin 14:42:17 1,38 0,84 1,08 0,25 0,57 P 135 Turkuun 15:16:59 1,40 0,71 0,91 0,27 0,46 IC 140 Helsinkiin 15:42:21 1,51 0,91 0,79 0,25 0,46 IC 137 Turkuun 16:16:58 1,24 0,75 0,87 0,22 0,54 IC 142 Helsinkiin 16:41:31 1,48 0,75 0,70 0,24 0,52 IC 139 Turkuun Taulukko 3: Merkitsevimmät tärinän pystysuuntaiset heilahdusnopeuden huippuarvot eri mittauspisteistä.
300427 15 (34) Kaukojunien junatiedot on saatu VR:ltä sekä tarkistettu ohiajon videokuvalta. Kaukojunien ohitusnopeus on laskettu ohitusajan (sekuntikellolla) perusteella. Yksilöidyt junatiedot tärinän kannalta merkittävimpien junien osalta taulukossa 4. 25.7.2007 Klo Kulkusuunta Juna koodi Junatyyppi Veturityyppi Veturien painot (t) Vaunut kpl Pituus m Junan kok.paino t Nopeus, mitattu km/h 15:17:06 Helsinkiin IC 140 henkilöjuna Sr2 86 4 125 328 160 max 15:42:19 Turkuun IC 137 henkilöjuna Sr2 86 4 125 300 160 max 16:16:59 Helsinkiin IC 142 henkilöjuna Sr2 86 4 125 328 154 16:42:25 Turkuun IC 139 henkilöjuna Sr2 86 4 125 300 160 17:17:53 Helsinkiin P 144 henkilöjuna Sr2 86 6 177 367 156 17:45:02 Turkuun S 141 henkilöjuna Sm3-6 159 329 153 18:18:50 Helsinkiin P 146 henkilöjuna Sr2 86 6 177 367 160 max 18:43:27 Turkuun P 143 henkilöjuna Sr2 86 7 204 427 90 19:17:18 Helsinkiin IC 148 henkilöjuna Sr2 86 4 125 328 157 19:41:49 Turkuun IC 145 henkilöjuna Sr2 86 4 125 328 150 20:17:01 Helsinkiin IC 150 henkilöjuna Sr2 86 4 125 328 158 20:43:03 Turkuun P 147 henkilöjuna Sr2 86 6 177 361 157 26.7.2007 Klo Kulkusuunta Juna koodi Junatyyppi Veturityyppi Veturin paino t Vaunut kpl Pituus m Junan kok.paino t Nopeus, mitattu km/h 08:53:32 Helsinkiin S 126 henkilöjuna Sm3-6 159 321 180 max 09:41:57 Turkuun IC 125 henkilöjuna Sr2 86 4 125 328 145 10:23:46 Helsinkiin P 130 henkilöjuna Sr2 86 7 204 422 160 10:43:57 Turkuun S 127 henkilöjuna Sm3-6 159 321 162 11:15:20 Helsinkiin IC 132 henkilöjuna Sr2 86 4 125 328 160 11:41:45 Turkuun IC 129 henkilöjuna Sr2 86 4 125 328 160 12:17:45 Helsinkiin P 134 henkilöjuna Sr2 86 6 177 367 158 12:41:34 Turkuun IC 131 henkilöjuna Sr2 86 4 125 300 158 13:18:01 Helsinkiin IC 136 henkilöjuna Sr2 86 4 125 328 160 13:44:39 Turkuun P 133 henkilöjuna Sr2 86 6 177 367 143 14:17:03 Helsinkiin S 138 henkilöjuna Sm3-6 159 321 158 14:42:17 Turkuun P 135 henkilöjuna Sr2 86 6 177 361 156 15:16:59 Helsinkiin IC 140 henkilöjuna Sr2 86 4 125 328 155 15:42:21 Turkuun IC 137 henkilöjuna Sr2 86 4 125 300 160 16:16:58 Helsinkiin IC 142 henkilöjuna Sr2 86 4 125 328 160 16:41:31 Turkuun IC 139 henkilöjuna Sr2 86 4 125 300 160 Taulukko 4: Junatiedot tärinän kannalta merkittävimpien junien osalta
300427 16 (34) 4.1.2. Paikallisjunat Paikallisjunien aiheuttama tärinä rataa lähinnä olevissa mittauspisteissä 1 ja 2 oli itseisarvoltaan samaa suuruusluokkaa verrattuna pikajunien aiheuttamaan tärinään samoissa mittauspisteissä. On kuitenkin huomioitava, että etäisyys Y-junan käyttämän raiteen ja mittauspisteiden välillä oli myös noin 5,5 m lyhyempi. Y-junien tärinä aiheutui lähes yksinomaan junien ajosta vaihteeseen hiljaisella nopeudella. Taulukoissa 5 ja 6 on koottuna paikallisjunien ohituksista aiheutuneet heilahdusnopeuden huippuarvot eri mittauspisteissä maassa. 25.7.2007 Klo, ohitusaika Siuntiossa Mp 1 maaperä Mp 2 maaperä Mp 3 maaperä Mp 5 maaperä Juna 15:11:11 1,30 0,71 0,60 - Y-juna Karjaalle 16:12:58 1,60 0,57 0,65 - Y-juna Karjaalle 16:43:01 1,60 1,13 0,67 - Y-juna Helsinkiin 17:13:15 1,38 0,78 0,67 - Y-juna Karjaalle 18:12:45 1,71 0,97 0,54 - Y-juna Karjaalle 18:46:00 1,32 0,40 0,35 - Y-juna Helsinkiin 19:43:14 1,90 0,73 0,57 0,33 Y-juna Helsinkiin 20:10:57 1,40 0,67 0,70 0,21 Y-juna Karjaalle Taulukko 5: Y-junien aiheuttama heilahdusnopeuden pystysuuntainen huippuarvo eri mittauspisteissä 25.7.2007. 26.7.2007 Klo, ohitusaika Siuntiossa Mp 1 maaperä Mp 2 maaperä Mp 3 maaperä Mp 5 maaperä Juna 12:12:30 1,21 0,76 0,73 0,22 Y-juna Karjaalle 15:12:28 1,27 0,71 0,67 0,24 Y-juna Karjaalle 16:11:53 1,30 0,73 0,70 0,21 Y-juna Karjaalle 16:43:11 1,57 1,02 0,46 0,18 Y-juna Helsinkiin Taulukko 6: Y-junien aiheuttama heilahdusnopeuden pystysuuntainen huippuarvo eri mittauspisteissä 26.7.2007. Etäisyyden kasvaessa Y-junan käyttämän raiteen ja mittauslinjan pisteiden 3 ja 5 välillä tärinä kuitenkin vaimeni suhteellisesti nopeammin verrattuna kaukojunien aiheuttamaan tärinään. Kuvassa 13 on esitetty heilahdusnopeuden kaikki tallennetut huippuarvot eri maastomittauspisteissä paikallisjunien kulkiessa mittauspaikan ohi. Kuvassa 14 on esimerkkinä vertailu kolmen merkitsevimmän paikallis- ja kaukojunaohituksen osalta.
300427 17 (34) Kuva 13: Y-junien aiheuttama pystysuuntainen tärinä (kaikki tallennetut tapahtumat) eri maastomittauspisteissä. Kuva 14: Y-junien aiheuttama pystysuuntainen tärinä eri maastomittauspisteissä verrattuna kaukojunien aiheuttamaan tärinään eri maastomittauspisteissä, kolme merkitsevintä tärinätapahtumaa. Mittauspisteen 2 tulokset on jätetty pois tämän kuvan keskiarvotarkastelussa kummankin junalajin osalta.
300427 18 (34) 4.2. Tärinähavainnot läheisessä rakennuksessa Radan eteläpuolella Ratapihantie 1 rakennusmittauspisteessä 4 junien ohitukset olivat useimmiten havaittavissa tärinätason nousuna, joka kuitenkin erottui useimmiten varsin selvästi rakennuksessa muutoin tapahtuvan toiminnan aiheuttamasta tärinästä. Arkisin rakennuksessa toimivan autotarvikeliikkeen sekä sen yhteydessä toimivan autokorjaamon toiminta aiheuttivat häiriötärinää. Junien aiheuttamat heilahdusnopeuden huippuarvot pystysuunnan osalla olivat pääosin suuruusluokkaa v peak = 0,2 0,3 mm/s. Itseisarvoltaan suurin tallennettu pystysuuntainen heilahdusnopeusarvo oli v max = 0,46 mm/s, kun Pendolino S 144 ajoi Helsinkiin. Pystysuuntaisen komponentin tärinäarvot olivat selvästi vaakasuuntia suurempia. Rakennuksessa kaukojunatärinän heilahdusnopeuden pystysuuntaisen komponentin dominoiva taajuussisältö vaihteli rakennuksen mittauspisteessä välillä f DOM = 3 7 Hz. Keskimääräinen taajuuspainotus f DOM = 4,7 Hz Pitkäaikaisseurannassa huomattiin, että rakennuksessa tapahtuva muu toiminta aiheutti tulkinnan mukaan ajoittain selvästi junatärinää suurempaa tärinää. Suurimmat pystysuuntaiset taltioidut tärinäarvot yhdeksän vuorokauden aikana tallennettiin lauantaina 4.8. Ensimmäinen havainto oli klo 7:44, jolloin pystysuunta oli v max = 2,73 mm/s ja toinen havainto oli klo 20:43. Tällöin pystysuunta oli v max = 2,03 mm/s. Myös vaakasuuntaiset huippuarvot olivat oleellisesti suurempia verrattuna varmennettuihin junien aiheuttamiin tärinöihin. Kyseisille kellonajoille ei ole löydettävissä aikataulun mukaisia junavuoroja. Kuvassa 15 on esimerkki pystysuuntaisesta tärinätaltioinnista sunnuntain 29.8. klo 04:30 maanantain 30.8. klo osalta aikavälillä ~ 02:50 02:15, jolloin rakennuksessa ei ole muuta toimintaa. Kuva 15: Tärinän pystysuuntainen heilahdusnopeusdiagrammi mittauspisteessä 4 sunnuntain 29.8.2007 klo 04:30 ja maanantain 30.7.2007 klo 02:15 väliseltä ajalta. Paikallisjunien kulku ei erottunut rakennuksessa vallitsevasta taustatärinästä. Havaintojen mukaan tärinän huippuarvot jäivät alle mittalaitteelle asetetun kynnysrajaarvon v TRIGG = 0,15 mm/s.
300427 19 (34) 5. Laskennat ja tulosten vaikutusarviointi 5.1. Maanpinnan heilahdusnopeusarvon laskentaohje Laskennat on suoritettu mittausohjeessa 1 esitetyn mittauksiin perustuvan laskentamallin mukaisesti. Mittausten perusteella varmennettu laskentakaava on v = v M (D 0 /D) B (S/S 0 ) A G/G 0 Kaava 1 missä v = tärinän laskennallinen pystyheilahdusnopeus maanpinnassa halutussa tarkastelupisteessä v M = suurin mitattu maanpinnan pystyheilahdusnopeus etäisyydellä D 0 D 0 = mittauspisteen etäisyys raiteen keskeltä D = tarkastelupisteen etäisyys raiteen keskeltä B = etäisyyseksponentti S 0 = suurimman tärinän aiheuttaneen mitatun junan nopeus S = tarkasteltavan junan nopeus (jos S <70 km/h, käytetään S = 70 km/h) A = nopeuseksponentti, A = 0,9...1,1 G 0 = suurimman tärinän aiheuttaneen mitatun junan paino G = tarkasteltavan junan paino Junan nopeus Junan nopeus on laskettu kellotetun ohitusajan perusteella keskimääräisenä ohitusnopeutena. Junapaino Peruslaskennoissa junapainoina G 0 on käytetty VR:n ilmoittamia painoja. Junatiedot on esitetty taulukossa 4. Aluerajausten vertailulaskennoissa mitoittavan junan painona G on käytetty VR:n ilmoittamaa S-junien osalta teoreettista maksimipainoa 700 t ja Sr2 junilla 600 t. Etäisyyseksponentti Etäisyyseksponentti B on laskettu kaavalla B = log(v M2 /v M0 )/log(d 0 /D 2 ) Kaava 2. 5.2. Tärinäalueiden rajausmääritelmä ja heilahdusnopeuskriteerit Aluerajaus perustuu mitoittavan junan laskennallisen tärinän suuruuteen rakennuksen perustusrakenteessa kohdassa, joka tärisee maaperän kanssa samassa vaiheessa. Alueiden V, H ja E rajaaminen perustuu tässä tarkastelussa tärinämittaustulosten perusteella suoritettuihin laskentoihin ja käytössä olleiden maaperäolosuhdetietojen tulkintaan sekä kokemusperäiseen arvioon. Tärinän heilahdusnopeus voi kasvaa ylärakenteessa, esimerkiksi välipohjissa, väliseinissä tai erilaisissa rakennusosissa, kuten esimerkiksi levyrakenteissa tai kiintokalusteissa. Aluerajauksissa ei tarkastella tällaisten kohteiden tärinää, koska riittäviä lähtötietoja tärinöiden arvioimiseen ei ole saatavilla. Lisäksi tärinätasot eri rakennusten ja eri kohteiden välillä muodostuisivat erittäin vaikeasti vertailtaviksi.
300427 20 (34) VR:n käyttämän mittausohjeen 1 Rautatieliikenteen tärinän vaikutus rakenteisiin. Vaurioalttiuden kartoittaminen ja mittaaminen (VTT Espoo 2002) ohjeen mukaan tärinän suhteen rajattavat alueet määritellään seuraavasti: V-alue Kohonneen tärinäalttiuden alueeksi rajataan sellaiset alueet, joilla tärinän heilahdusnopeuden resultantti voi rakennuksen perustuksessa ylittää v res 3 mm/s. Kohonneen tärinäalttiuden aluetta kutsutaan V-alueeksi (vauriot mahdollisia). V-alueella rautatieliikenteen aiheuttama tärinä on niin suurta, että siitä voi aiheutua tai se voi myötävaikuttaa rakenteellisten vaurioiden syntymiseen. H-alue Vähäisen tärinäalttiuden alue on alue, jolla vastaava heilahdusnopeuden resultantti on välillä v res = 1 3 mm/s. Tätä aluetta kutsutaan H-alueeksi (haitat mahdollisia). H-alueella esiintyy selvästi havaittavaa tärinää, joka voi olla häiritsevääkin, mutta ei todennäköisesti aiheuta vaurioita rakennuksille. E-alue Aluetta, jolla heilahdusnopeuden resultantti jää rakennuksen perustuksessa pienemmäksi kuin v res < 1 mm/s, kutsutaan E-alueeksi (haitat epätodennäköisiä). E-alueella osa ihmisistä voi edelleen havaita tärinän, mutta se ei yleensä ole häiritsevää ja rakenteiden vaurioriski on merkityksetön. Tärinäalueiden rajauksessa käytettävät aluekohtaiset heilahdusnopeuskriteerit on esitetty kootusti oheisessa taulukossa 7. Tärinäarvon määritelmä V - alue H alue E - alue Heilahdusnopeuden resultantin huippuarvoarvo rakennuksen perustuksessa v B mm/s 3,0 1,0 3,0 < 1,0 Taulukko 7: Tärinäalueiden rajauskriteerit (VTT 2002) 5.3. Laskentojen tulokset Kaikkien 25. ja 26.7. miehitetyn mittauksen aikana taltioitujen kaukojunien aiheuttamien tärinöiden perusteella on laskettu etäisyyseksponentti kaavalla 2 kahdelle mittauspistevälille. Mittauspistevälille 1 5 on maaperän keskimääräiseksi etäisyyseksponentiksi saatu B = 0,54 ja hajonnaksi 0,08. Mittauspistevälille 1 3 on maaperän keskimääräiseksi etäisyyseksponentiksi saatu B = 0,41 ja hajonnaksi 0,12. Rajauslaskennoissa etäisyyseksponentin arvona on käytetty näiden kahden mittauspistevälin keskiarvoa B = 0,47. Mittausohjeen 1 mukainen, teoreettisesti maksimipainoisen S-junan (700 t) aiheuttama laskennallinen resultoiva tärinä v res 3 mm/s olisi mahdollinen rakennuksen perustuksessa alle ~ 48 metrin etäisyydellä radan keskilinjasta eli tämä alue kuuluisi rajauskriteerien mukaan V-alueeseen. Vastaavasti noin 48 490 metrin välinen suunnittelualue kuuluisi rajauskriteerin H-alueeseen, jolloin laskennallinen resultoiva tärinä välillä v res = 1 3 mm/s olisi vielä mahdollinen. Kuvissa 16 19 on esitetty esimerkkeinä valittujen junien mitattu tärinävaikutus sekä maksimipainoisen junan laskennallinen resultoiva tärinävaikutus rakennuksen perustuksessa sekä voimistuminen rakennuksen yläkerroksissa eri vahvistumiskertoimilla.
300427 21 (34) Mitoittava juna Kuva 16: Mittauspisteeseen 1 suurimman merkitsevän tärinäarvon aiheuttaneen Turkuun ajaneen Pendolino-junan S127 sovitettu kuvaaja, laskentamallin mitoittavan junan kuvaaja sekä vahvistumiskuvaajat. Mitoittava juna Kuva 17: Mittauspisteeseen 1 suurimman merkitsevän tärinäarvon aiheuttaneen Helsinkiin ajaneen Pendolino-junan S138 sovitettu kuvaaja, laskentamallin mitoittavan junan kuvaaja sekä vahvistumiskuvaajat.
300427 22 (34) Mitoittava juna Kuva 18: Mittauspisteeseen 5 suurimman merkitsevän tärinäarvon aiheuttaneen Helsinkiin ajaneen P-junan P130 sovitettu kuvaaja, laskentamallin mitoittavan junan kuvaaja sekä vahvistumiskuvaajat. Mitoittava juna Kuva 19: Turkuun ajaneen IC2-junan IC145 sovitettu kuvaaja, laskentamallin mitoittavan junan kuvaaja sekä vahvistumiskuvaajat. Kuvien 16-19 punainen käyrä (mitoittava juna) on laskennallinen tärinäkuvaaja, joka on VR:n ilmoittaman maksimipainoisen junan aiheuttama tärinän resultantti v res rakennuksen perustuksissa todellisen mittauksen perusteella laskettuna. Sininen piste-katkoviiva-käyrä (mitoittava juna, vahvistuminen 1,3) kuvaa tärinän ole-
300427 23 (34) tettua voimistumista yksikerroksisen rakennuksen rakenteissa ja violetti pistekäyrä (mitoittava juna, vahvistuminen 1,9) kuvaa tärinän oletettua voimistumista kaksikerroksisen rakennuksen rakenteissa VTT:n mittausohjeen 1 mukaisesti. Paikallisjunien osalta tärinähäiriötason ei otaksuta nousevan, koska junan nopeus ei kasva vaihteeseen ajon yhteydessä eikä junapaino tule arvion mukaan oleellisesti kasvamaan. 5.4. Rakennusten vaurioitumisherkkyys Rakennusten vaurioitumisalttiuden arvioimiseksi liikennetärinämittausten yhteydessä Suomessa suositellaan käytettäväksi ISO 4866 standardiin (Mechanical vibration and shock Vibration of buildings Guidelines for the measurement of vibrations and evaluation of their effects on buildings) ja standardiin Swiss standard for vibration damages for buildings perustuvia raja-arvoja. Näissä standardeissa rakennusten tärinäalttiutta arvioidaan herätetärinän taajuussisällön ja rakenteen tärinäalttiusluokan mukaan. Tärinäalttiusluokka Dominoiva taajuus f dom = Hz Heilahdusnopeuden resultantin huippuarvo v res = mm/s I. Normaalikuntoiset hyvin jäykistetyt rakennukset. Teräs- ja teräsbetoniset teollisuusrakennukset, muut teräsrakenteet, sillat ja muut niihin rinnastettavat rakenteet < 10 8 10 30 10 > 30 12 II. Perinteisesti rakennetut betoni- tiilija puurakenteiset asuin- ja liikerakennukset tai muut niihin rinnastettavat rakennukset ja rakenteet. Luokan I rakennukset, joissa on muurattuja kellariseiniä tai tiiliverhoilu. < 10 4 10 30 5 > 30 6 III. Erityisen herkät rakennukset tai rakenteet ja kulttuurihistorialliset tai yhteiskunnallisesti merkittävät rakennukset < 10 2 10 30 3 > 30 4 Taulukko 8: Rakennusten tärinäalttiusluokat Kun verrataan maastosta mitattuja tärinäarvoja taulukon 8 I- ja II-luokan rajaarvoihin, voidaan todeta, että seuranta-ajan mitatut tärinäarvot jäävät huomattavasti alle kaikkien tärinäalttiusluokkien. Verrattaessa taulukon 9 ohjearvoja laskennallisesti huonoimpiin ennustearvoihin voidaan todeta, että vaurioriski II-luokan alimmalla taajuusalueella (Hz < 10 v res 4 mm/s) kasvaa ennustelaskennan (rataosan painavin juna/maksiminopeus) mukaan vasta alle ~ 26 metrin etäisyydellä radan keskilinjasta. Radan ympäristögeoteknisten suunnitteluperusteiden (RAMO 3.9) mukaan olemassa olevilla radoilla tärinästä aiheutuvien haittavaikutusten vähentämiseen on
300427 24 (34) ryhdyttävä, kun rakenteesta mitattu junatärinän voimakkuus maankäytöltään tärinästä aiheutuvien häiriöiden vaikutuksille alttiilla alueilla on yli v res > 3,6 mm/s resultoivan heilahdusnopeuden maksimiarvolla ilmaistuna. 5.5. Rakennusten värähtelyluokituksen tunnusluvun laskeminen Rakennuksen tunnusluku on määritetty maasta mitattujen tärinämittaustulosten perusteella. Jokaisen tallennetun tapahtuman värähtelysignaalista on määritetty ISO 2631-2 (2003) mukaisesti yhden (1) sekunnin pituiset ajanjaksot, jolloin kiihtyvyyden painotettu tehollisarvo a w tai heilahdusnopeuden painotettu tehollisarvo v w on suurin. Nämä edustavat merkitsevimpiä perustuksen pystysuuntaisia tärinäarvoja. Tämän jälkeen on suoritettu tilastollinen tarkastelu laskemalla painotetuista suureista keskiarvo a w ja v w sekä keskihajonnat σ. Värähtelyn tunnusluvun ominaisarvot on määritetty lausekkeista a w95 = a w + 1,8 σ v w95 = v w + 1,8 σ Tällöin tunnusluvut a w95 ja v w95 edustavat mittausohjeen 2 mukaisesti 95 % todennäköisyydellä kaikkia ohittaneita junia (VTT 2004). Asuntojen värähtelyluokitus on suositeltu tehtäväksi normaalien asuinrakennusten osalla taulukossa 9 esitettyjen raja-arvojen mukaan. Muiden tilojen osalta ihmisen kokemalle tärinähäiriölle ei ole esitetty raja-arvoja. Värähtelyluokka Kuvaus värähtelyolosuhteista v w95 a w95 A B C D Hyvät asuinolosuhteet. Ihmiset eivät yleensä havaitse värähtelyä Suhteellisen hyvät olosuhteet. Ihmiset voivat havaita värähtelyt, mutta ne eivät ole häiritseviä. Suositus uusien rakennusten ja väylien suunnittelussa. Keskimäärin 15 % asukkaista pitää värähtelyä häiritsevänä ja voi valittaa häiriöstä. Olosuhteet, joihin pyritään vanhoilla asuinalueilla. Keskimäärin 25 % asukkaista pitää värähtelyä häiritsevänä ja voi valittaa häiriöstä. 0,10 3,6 0,15 5,4 0,30 11,0 0,60 21,0 Taulukko 9: Suositus asuinrakennusten värähtelyluokituksesta (VTT 2004) Taulukon 9 raja-arvoja ei sovelleta rakennuksille, joissa ihmiset ovat pääasiassa liikkeessä tai joissa muusta kuin liikenteestä aiheutuvat häiriöt voivat olla merkittävämpiä (toimistot, kaupat, liikuntatilat yms.). Muiden tilojen, esimerkiksi toimisto- ja muiden vastaavien julkisten tilojen osalta, voidaan mielestämme tärinähäiriötä arvioida korkeintaan luokan D mukaisesti, jolloin tärinä ei todennäköisesti tule kohtuuttomasti aiheuttamaan häiriöitä.
300427 25 (34) Tunnusluku on laskettu maaperän mittauspisteille 1, 3 ja 5. Kaikki tallennetut otokset on analysoitu ja tämän jälkeen on valittu erikseen jokaisen mittauspisteen osalta 15 kpl suurinta taajuuspainotettua kiihtyvyysarvoa ja heilahdusnopeusarvoa, joiden perusteella on laskettu ko. mittauspisteen ao. tunnusluku. Lisäksi on määritetty eri junalajeille omat tunnusluvut ohittaneiden ao. junamäärien mukaisesti. Suurimmat arvot junalajeista riippumatta (IC-, P- ja S-junat) Mp 1 v w95 = 0,53 mm/s, a w95 = 18,99 mm/s 2 Mp 3 v w95 = 0,31 mm/s, a w95 = 11,22 mm/s 2 Mp 5 v w95 = 0,21 mm/s, a w95 = 7,65 mm/s 2 Edellä esitetyt tunnusluvut edustavat maassa havaittua tärinän pystysuuntaista komponenttia mittausajankohdan todellisten junaohitusten perusteella. Laskentojen mukaan maaperän mittauspisteet 1 ja 3 edustavat värähtelyluokkaa D, jossa tärinän heilahdusnopeuden tunnusluku sijoittuu arvojen v w95 = 0,30 0,60 mm/s välille sekä kiihtyvyyden osalta arvojen a w95 = 11,0 21,0 mm/s 2 välille. Mittauspiste 5 sijoittuu värähtelyluokkaan C, jossa tärinän heilahdusnopeuden tunnusluku sijoittuu arvojen v w95 = 0,15 0,30 mm/s välille sekä kiihtyvyyden osalta arvojen a w95 = 5,4 11,0 mm/s 2 välille. IC-junat, suurimmat arvot Mp 1 v w95 = 0,49 mm/s, a w95 = 17,36 mm/s 2 Mp 3 v w95 = 0,27 mm/s, a w95 = 9,53 mm/s 2 Mp 5 v w95 = 0,21 mm/s, a w95 = 7,38 mm/s 2 Edellä esitetyt tunnusluvut edustavat maassa havaittua tärinän pystysuuntaista komponenttia mittausajankohdan todellisten junaohitusten perusteella. Laskentojen mukaan maaperän mittauspiste 1 sijoittuu värähtelyluokkaan D, jossa tärinän heilahdusnopeuden tunnusluku sijoittuu arvojen v w95 = 0,30 0,60 mm/s välille sekä kiihtyvyyden osalta arvojen a w95 = 11,0 21,0 mm/s 2 välille. Mittauspisteet 3 ja 5 sijoittuvat värähtelyluokkaan C, jossa tärinän heilahdusnopeuden tunnusluku sijoittuu arvojen v w95 = 0,15 0,30 mm/s välille sekä kiihtyvyyden osalta arvojen a w95 = 5,4 11,0 mm/s 2 välille. P-junat, suurimmat arvot Mp 1 v w95 = 0,45 mm/s, a w95 = 15,89 mm/s 2 Mp 3 v w95 = 0,37 mm/s, a w95 = 13,12 mm/s 2 Mp 5 v w95 = 0,24 mm/s, a w95 = 8,70 mm/s 2 Edellä esitetyt tunnusluvut edustavat maassa havaittua tärinän pystysuuntaista komponenttia mittausajankohdan todellisten junaohitusten perusteella. Laskentojen mukaan maaperän mittauspiste 1 ja 3 sijoittuvat värähtelyluokkaan D, jossa tärinän heilahdusnopeuden tunnusluku sijoittuu arvojen v w95 = 0,30 0,60 mm/s välille sekä kiihtyvyyden osalta arvojen a w95 = 11,0 21,0 mm/s 2 välille. Mittauspiste 5 sijoittuu värähtelyluokkaan C, jossa tärinän heilahdusnopeuden tunnusluku sijoittuu arvojen v w95 = 0,15 0,30 mm/s välille sekä kiihtyvyyden osalta arvojen a w95 = 5,4 11,0 mm/s 2 välille.
300427 26 (34) S-junat, suurimmat arvot Mp 1 v w95 = 0,59 mm/s, a w95 = 21,05 mm/s 2 Mp 3 v w95 = 0,30 mm/s, a w95 = 10,72 mm/s 2 Mp 5 v w95 = 0,19 mm/s, a w95 = 6,92 mm/s 2 Edellä esitetyt tunnusluvut edustavat maassa havaittua tärinän pystysuuntaista komponenttia mittausajankohdan todellisten junaohitusten perusteella. Laskentojen mukaan maaperän mittauspiste 1 ja 3 sijoittuvat värähtelyluokkaan D, jossa tärinän heilahdusnopeuden tunnusluku sijoittuu arvojen v w95 = 0,30 0,60 mm/s välille sekä kiihtyvyyden osalta arvojen a w95 = 11,0 21,0 mm/s 2 välille. Mittauspiste 5 sijoittuu värähtelyluokkaan C, jossa tärinän heilahdusnopeuden tunnusluku sijoittuu arvojen v w95 = 0,15 0,30 mm/s välille sekä kiihtyvyyden osalta arvojen a w95 = 5,4 11,0 mm/s 2 välille. 5.6. Yhteenveto tunnuslukuarviosta Uusilla asuinalueilla asuintiloissa arvioitua värähtelyä suositellaan verrattavaksi taulukossa 9 esitettyyn raja-arvoluokkaan C (v w,95 0,3 mm/s). Mittausten ja niiden perusteella suoritettujen laskentojen mukaan C -värähtelyluokkaa vastaava alue alkaa noin 50 metrin etäisyydeltä pääradan keskilinjalta poispäin. Tällöin värähtely vastaa maanpinnan tai rakennuksen perustuksen pystysuuntaista värähtelyä. Ohjeiden mukaan asuintiloissa esiintyvä värähtely arvioidaan kertomalla maaperän pystyvärähtely rakennuksen tyypistä riippuvalla kertoimella (VTT-WORK-50/2006). Kerroin on 2,0 lukuun ottamatta seuraavia tapauksia, joille kerroin on 1: rakennuksen lattiat ovat maanvaraiset rakennus on yksikerroksinen ja perustettu paaluille rakennus on vähintään 5-kerroksinen Kaksinkertaisen tunnusluvun vaikutusta etäisyyteen on arvioitu ohjeiden peruslaskentakaavalla, jossa pyritään huomioimaan mm. maaperäolosuhteista aiheutuva tärinän vaimentuminen. Kaksinkertaisen tunnusluvun vaikutuksesta C värähtelyluokan raja on noin 185 metrin etäisyydellä radasta. Kuvassa 20 on esitetty ennustelaskennan käyrät sovitetulle lähtöarvojunalle sekä vahvistumiskertoimen 2 ennusteelle, käyttäen mittausohjeen 1 laskentamallin kaavaa ja kohdan 5.5.1 tunnuslukuja.
300427 27 (34) Kuva 20: Heilahdusnopeuden tunnusluvun ennustelaskenta. Sovitettu kuvaaja sekä 2-kertainen tunnuslukukuvaaja. Etäisyysmittakaava 0 500 m. Ylempi käyrä = 2-kertainen tunnuslukuarvio. Ennustelaskentojen osalta on kuitenkin huomioitava, että maaperäolosuhteet saatavat muuttua alueella varsin jyrkkäpiirteisesti. Tällöin esimerkiksi karkeampien maalajien alueella laskentakaavan 1 etäisyyseksponentin arvo suurenee, jolloin tärinä vaimenee nopeammin. Tästä vuoksi suosittelemme, että suunnittelualueella tulisi tehdä maaperätutkimuksia yksityiskohtaisemman tiedon saamiseksi. Maaperätietojen tarkentumisen jälkeen tärinän leviämistarkastelua voidaan tarkentaa. 6. Johtopäätökset Tärinän vaikutus rakenteisiin, tärinäalueiden rajaaminen Suoritettujen mittausten, laskentojen ja arviointien mukaan alue, joka sijoittuu alle 48 metrin etäisyydelle radasta, kuuluu kohonneen tärinäalttiuden alueeseen V. Tällä alueella rakenteelliset vauriot ovat mahdollisia. Junaliikenteestä aiheutuva tärinä saattaa huonoimmassa tapauksessa aiheuttaa tai myötävaikuttaa rakenteellisten vaurioiden syntymistä. Verrattaessa taulukon 9 ohjearvoja laskennallisesti huonoimpiin ennustearvoihin voidaan todeta, että vaurioriski II-luokan alimmalla taajuusalueella (Hz < 10 v res 4 mm/s) kasvaa ennustelaskennan (rataosan painavin juna/maksiminopeus) mukaan vasta alle ~ 26 metrin etäisyydellä nykyisen pääradan keskilinjasta. Alue, joka sijoittuu radasta noin 48 490 m etäisyydelle, sijoittuu vähäisen tärinäalttiuden alueeseen H. Maastomittausten ja niiden perusteella suoritettujen laskelmien mukaan tällä alueella rakenteiden vaurioitumisriski on epätodennäköistä.
300427 28 (34) Asumismukavuuteen vaikuttava tärinähaitta Suomessa tehtyjen mittausten ja ihmisten haastattelujen perusteella tärinä on koettu selvästi häiritseväksi, kun heilahdusnopeus ylittää arvon v 1 mm/s. Ihmisen havaintokynnys tärinän suhteen vaihtelee ja yleensä v = 0,1 0,2 mm/s. Arvioitaessa liikennetärinästä aiheutuvaa haittaa asumismukavuudelle, kriteerinä suositellaan käytettäväksi heilahdusnopeuden tunnuslukua v w95 ja tunnuslukuun perustuvaa värähtelyluokitusta. Värähtelyluokitus perustuu norjalaiseen standardiin sekä VTT:n ohjeissa esitettyihin mittaustuloksiin. Tunnusluku määritetään tärinän taajuuspainotuksen ja tilastollisen tarkastelun perusteella. Uusien asuinalueiden suunnittelussa VTT:n ohjeissa suositellaan käytettäväksi asuintiloissa pystyvärähtelyn tunnuslukua v w,95 0,3 mm/s. Kohdassa 5.6 sivulla 27 esitetyn ohjeen mukaisesti kaksinkertaisen tunnuslukuarvon käytön seurauksena värähtelyluokituksen C raja olisi laskentojen mukaan noin 185 metrin etäisyydellä radan keskilinjasta. Alle 185 metrin etäisyyksillä tärinän tunnusluvun 0,3 mm/s voidaan arvioida ylittyvän. Sellaisten rakennusten osalla, joissa on maanvaraiset lattiat tai yksikerroksiset paalutetut rakennukset tai rakennus on vähintään 5 kerroksinen, ei lattian värähtelyssä ei tarvitse varautua maaperän värähtelyn tunnuslukua suurempiin arvoihin. Tällöin C värähtelyluokituksen raja olisi mittausten mukaan noin 50 metrin etäisyydellä nykyisen pääradan keskilinjasta. Edellä esitetyt arviot perustuvat siihen, että rataosalla ei ole tavarajunaliikennettä, eikä nykyisiä henkilöjunien nopeusrajoituksia tai junapainoja nosteta. 7. Periaatetasoiset toimenpiteet tärinähaittojen hallinnassa Selvityksen perusteella suunnittelualueen tärinäteknisten ratkaisujen voidaan arvioida olevan hoidettavissa. Yleensä tärinää voidaan vähentää ja vaimentaa sekä liikenteellisin että rakenteellisin keinoin. Liikenteellisin keinoin tärinätaso radan ympäristössä alenee yleensä selvästi, kun junien painoja alennetaan, pituuksia lyhennetään sekä ajonopeuksia lasketaan. Myös liikennöintikaluston kunnolla on oleellinen merkitys ympäristöön leviävässä tärinätasossa. Vaunun pyörä, joka ei ole kulunut tasaisesti eli ns. lovipyörä, aiheuttaa sekä melua että tärinää. Ympäristöön leviävän tärinän haitallisuutta voidaan pienentää huolehtimalla kaluston kunnosta ja kiskojen tasaisuudesta. Rakenteellisesti voidaan yleensä tehokkaimmin vaikuttaa tärinätasoon jäykistämällä rataa. Rakentamalla rata paalulaatalla tärinätaso alenee yleensä 80 90 %. Mikäli nykyistä rataa peruskorjataan tai paikalle rakennetaan uusi raide, tulisi ratapenkka suunnittelualueen kohdalla paaluttaa. Tärinää voidaan alentaa myös radan ympäristössä tärinäneristysseinillä. Seinien eristysvaikutus on yleensä suurimmillaan vain noin 50 %. Seinät voidaan tehdä ns. kuplaseinänä, ponttiseinänä tai pilaristabiloituina kennomaisina rakenteina. Eristysseinät on ulotettava suunnitellulla alueella saven alapintaan kovaan pohjaan. Voidaan olettaa, että esimerkiksi rataa lähinnä olevien alueiden maaperän vahvistustoimenpiteenä suorittava stabilointi todennäköisesti vaikuttaa ympäristöön leviävän tärinän tasoon alentavasti. Rakennusten rakenteilla voidaan myös vaikuttaa tärinätasoon. Tärinän siirtyminen maasta rakenteisiin ja edelleen rakenteissa riippuu mm. rakenteiden dynaamisista ominaisuuksista ja erityisesti alimmista ominaistaajuuksista ja vaimen-
300427 29 (34) nuksista. Rautatietärinän hallitseva taajuus on yleensä verrattain alhainen 3 15 Hz, jolloin samalla taajuusalueella voivat olla rakenteiden, esimerkiksi välipohjien ja pientalojen alimmat ominaistaajuudet. Tällöin tärinä voi resonanssitapauksissa vahvistua merkittävästi. Suosittelemme, että rakennusten suunnittelussa tullaan edellyttämään rakenteiden taajuus- ja jäykkyystarkastelu resonassiilmiön estämiseksi. Lisäksi voidaan arvioida, että jäykistämällä perustuksia suurpaaluilla tärinä alenee. Yksittäistapauksissa rakennuksen perutuksissa voidaan käyttää myös erikoisvaimentimia. Alueen kaavoituksessa ja rakentamisessa tulee lisäksi huomioida, että sellaiset rakennukset, jotka on tarkoituksellisesti suunniteltu häiriöttömiksi, esimerkiksi korkeatasoiset asuinrakennukset ja lepokodit, tulisi sijoittaa mahdollisimman etäälle radasta. VTT:n ohjeessa (VTT-WORK-50/2006) todetaan, että näissä tapauksissa värähtelyluokan tulee olla yhtä värähtelyluokkaa korkeampi. Yleensä lähimmäksi nykyistä rataa voidaan suositella sijoitettavaksi sellaisia rakennuksia, joissa ihmiset ovat pääasiassa liikkeessä tai joissa muut kuin junaliikenteestä aiheutuvat häiriöt voivat olla merkittävimpiä (paikoitustilat, varastorakennukset, liiketilat yms. yleiset tilat). Lisäksi nykyistä päärataa lähimmäksi sijoitettavien asuinrakennusten osalta tulisi suosia mahdollisuuksien mukaan sellaista rakentamista, jossa rakennusten lattiat ovat maanvaraiset, rakennukset ovat yksikerroksisia ja perustettu paaluille tai rakennukset ovat vähintään 5-kerroksisia. Mahdollisten tärinänvaimennusratkaisujen tarkempaa vaikutusta sekä alueen rakennusten perustamistaparatkaisujen valintaa ja vaikutusta tärinän välittymiseen voidaan arvioida alueen rakennettavuusselvityksen, maaperätietojen tarkentumisen jälkeen. WSP Finland Oy Pentti Ervo Projektipäällikkö Liitteet: 1 5 Esimerkkitaltioinnit mittauspisteistä 1 5, käyrätulostus
300427 30 (34) LIITE 1
300427 31 (34) LIITE 2
300427 32 (34) LIITE 3
300427 33 (34) LIITE 4
300427 34 (34) LIITE 5