PALVELUTASOMITTAUS (PTM) TIEN RAKENTEEN PARANTAMISEN SUUNNITTELUSSA

TIEN POHJA- JA PÄÄLLYSRAKENTEET TUTKIMUSOHJELMA 1994-21 Menetelmäkuvaus TPPT 16 Espoo, 31.12.21 PALVELUTASOMITTAUS (PTM) TIEN RAKENTEEN PARANTAMISEN SUUNNITTELUSSA saisuusprofiili s1, mm 2-2 -4-6 sulas1 Suunta 1 routa.s1 8 6 4 2-8 -1-12 -14 15 152 154 156 158 16 Heikki Onninen VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka

1 Alkusanat Tien pohja- ja päällysrakenteet tutkimusohjelman (TPPT) lopputulosten tavoitteena on entistä kestävämpien uusien ja perusparannettavien kestopäällystettyjen teiden rakentaminen siten, että myös rakenteiden vuosikustannukset alenevat. Näiden tavoitteiden saavuttamiseksi on tärkeää, että tierakenteet suunnitellaan paikallisiin olosuhteisiin. Suunnittelussa käytetään hyväksi paikallisten olosuhteiden suomat mahdollisuudet ja otetaan huomioon olosuhteiden asettamat rajoitukset. TPPT -ohjelmassa kehitetään tierakenteiden mitoitusta (TPPT -suunnittelujärjestelmä). Suunnittelujärjestelmässä esitetään ne menettelytavat ja keinot, joita käyttäen tierakenne voidaan kohdekohtaisesti suunnitella ja mitoittaa. Ohjelman tuloksena laaditaan myös yhteenveto ohjelmaan sisältyneistä koerakenteista sekä yhteenveto materiaaliteknisestä kehityksestä. Suunnittelujärjestelmälle on ominaista, että mitoitus tapahtuu paikkakohtaisilla tiedoilla ja parametreilla (liikenne, ilmasto, pohjamaa, käytettävät rakennemateriaalit, vanhat rakenteet). Mitoituksessa käytettävien pohjamaata ja rakennemateriaaleja koskevien parametrien määritys tapahtuu ensisijaisesti laboratoriokokeilla tai maastossa tehtävin mittauksin ja tutkimuksin. Myös muiden mitoituksessa tarpeellisten lähtötietojen hankinnassa ja ongelmakohtien tai muutoskohtien paikannuksessa käytetään maastossa ja tiellä tehtäviä havaintoja ja mittauksia. Suunnittelujärjestelmään kuuluvat oleellisena osana sitä täydentävät suunnittelun ja mitoituksen lähtötietojen hankintaa käsittelevät menetelmäkuvaukset. Esitettävät menetelmät ja menettelytavat on todettu käyttökelpoisiksi käytännön havaintojen ja kokeiden perusteella. Tämän Palvelutasomittaus (PTM) tien rakenteen parantamisen suunnittelussa menetelmäkuvauksen on laatinut tutkija Heikki Onninen VTT Rakennus ja yhdyskuntatekniikasta. Menetelmäkuvauksen sisältö on käyty läpi yhdessä tiehallinnon ja tieliikelaitoksen asiantuntijoiden kanssa. Joulukuussa 21 Markku Tammirinne

2 Sisältö 1 YLEISTÄ PTM -MITTAUKSESTA... 3 1.1 Mittausperiaatteet... 3 1.2 PTM:n mittaus- ja tulostustavat... 4 2 HANKETASON PTM -SOVELLUTUKSET... 7 2.1 Sopivat mittaustavat... 7 2.2 Pituussuuntainen tarkastelu... 8 2.3 Poikkisuuntainen tarkastelu... 1 2.4 Kehitystarpeita hanketason mittauksia varten... 12 3 HANKETASON PTM:N SUORITUS... 13 3.1 Mittausten aloitus... 13 3.2 Mittausten suoritus... 13 3.3 Suositeltava mittausajankohta... 14 4 KIRJALLISUUS... 14

3 1 YLEISTÄ PTM -MITTAUKSESTA 1.1 Mittausperiaatteet Tiepäällysteen tasaisuutta mitataan mm. tien kunnon inventoimiseksi ja päällystystyön laadun tarkistamiseksi. Tähän tarkoitukseen kehitetty PTM -auto (kuva 1, PTM = palvelutasomittaus) on alkuaan suunniteltu verkkotason mittauksia silmällä pitäen. Palvelutasomittaus käsittää myös tien poikkisuuntaisen muodon mittauksia. PTM -tasaisuustiedot kerätään päällysteen pinnasta laseranturin, pystykiihtyvyysanturin ja ultraääniantureiden avulla. Laserilla mitataan tien pinnan ja auton korin välistä etäisyyttä ja kiihtyvyysanturilla korin pystysuuntaista liikettä. Lasermittari on sijoitettu mittausauton oikean etupyörän eteen. Mittaustiedoista voidaan laskea tien pituussuuntainen profiili. PTM:n mittaama profiili ei ole todellinen tieprofiili, vaan tien tasaisuusprofiili, jossa yli 3 m aallonpituudet eivät kuvaudu. Mittaustiedoista lasketaan erilaisia tien pinnan tunnuslukuja. Yleisimmin käytetty tunnusluku on IRI -arvo (mm/m) eli International Roughness Index. IRI lasketaan sijoittamalla tietyt jousitus- ym. ominaisuudet omaava standardiajoneuvo (kuvan 1 neljännesautomalli) liikkumaan mitattua tasaisuusprofiilia pitkin nopeudella 8 km/h. Tasaisuusprofiilissa on mukana vain alle 3 m aallonpituuden omaavat epätasaisuudet, jolloin IRI -luku kuvaa sellaista epätasaisuutta, jonka autoilija tuntee epämukavana. jousitetun m assan siirtym ä z u jousittam attom an massan siirtym ä z t k 1 =k t /m s lineaarijousi k s Jousitettu massa m s Jousittam aton massa m u lineaarinen iskunvaimennin c s lineaarijousi k t k 2 =k s /m s u=m u /m s c=c s /m s profiilin syöttö y(x) kiinteä kosketuspituus b Kuva 1. PTM -auto ja ns. IRI -ajoneuvoa kuvaavan neljännesautomallin periaate. Tien poikkisuuntaista muotoa mitataan ns. uramittauspalkkiin sijoitettujen ultraääniantureiden avulla (kuva 2). Tien geometriamittaus sisältää sivu- ja pituuskaltevuuden ja kaarresäteen mittauksen gyroskooppien ja kaltevuusanturien avulla. Tässä menetelmäkuvauksessa käsitellään mahdollisuuksia soveltaa PTM -mittauksia myös hanketason tutkimuksissa (TPPT-suunnittelujärjestelmä) ja sitä, millaisia mittaustietoja PTM:n avulla on mahdollista tuottaa sekä sitä, miten tuloksia pitäisi käsitellä rakenteen parantamisen suunnittelun tarpeisiin. Menetelmäkuvaus on tarkoitettu ensisijaisesti suunnittelijalle.

4 19 35 19 2 Mittausleveydet 19, 26, 31, 34 laitaanturit ura - anturit keski - anturit Alkuperäinen vertailutaso muodostetaan korkeimpien laita-anturien välille Kuva 2. Tien poikkisuuntaista muotoa mittaavien anturien sijainti mittauspalkissa 1.2 PTM:n mittaus- ja tulostustavat 1.2.1 Tien pituussuuntainen tasaisuus PTM tuottaa tien tasaisuusprofiilin yhdeltä tien pituussuuntaiselta linjalta. Yleensä tämä linja sijoitetaan uloimman pyöräuran kohdalle. Tasaisuustiedot kerätään päällysteen pinnasta lasermittarin ja pystykiihtyvyysanturin avulla. Lasermittari on sijoitettu auton oikean etupyörän eteen. Tietoja luetaan 4 cm:n välein. Nämä havainnot suodatetaan siten, että tulokseksi saadaan tien pituussuuntainen profiili eli tasaisuusprofiili aallonpituusalueella.5-3 m. Tasaisuusprofiilin käännepisteet saadaan 24 cm:n välein (kuva 3 ja liite 1). PTM:n mittaama profiili ei siis ole todellinen tien pituusprofiili, vaan tien profiili, jossa ei ole mukana yli 3 m eikä alle.5 m aallonpituuden epätasaisuudet. 1.2.2 Tasaisuustiedoista laskettavat tunnusluvut IRI Pituusprofiilista lasketaan tasaisuuden tunnuslukuja. Yleisimmin käytetty tunnusluku on IRI - arvo (International Roughness Index, kts. esim. Sayers, M.W., Karamihas, S.M. 1998). IRI kuvaa aallonpituudeltaan sellaista epätasaisuutta, jonka autoilija tuntee epämukavana. IRIarvoon vaikuttavat aallonpituudeltaan.5-3 m epätasaisuudet. IRI-arvo esitetään 1 metrin pituisille tieosuuksille (mm/m, keskimäärin 1 metrin tieosuudella, kts. kuva 3).

5 Tasaisuus, mm 2 1 Tasaisuusprofiili. 18.8.98, suunta 1-1 -2-3 -4-5 -6-7 -8 1 2 3 4 5 6 7 2 5mIRI, 18.8.98, suunta 1 5mIRI, mm/m 15 1 5 1 2 3 4 5 6 7 2 Tasaisuustunnuslukuja / 1 metriä, 18.8.98, suunta 1 4 IRI, IRI4 ja megakarkeus 15 3 Megakarkeus L =,5 -,5 m IRI4 L =,5-4 m IRI L =,5-3 m DRI L =,5-3 m 1 2 5 1 1 2 3 4 5 6 7 Dyn. rasitusindeksi DRI Kuva 3. Esimerkkejä PTM -tulostuksista. Ylinnä yksityiskohtainen tasaisuusprofiili, josta alemmat tunnusluvut lasketaan. Keskellä 5 m välein tulostettava 5mIRI ja alinna 1 m välein tulostettavia tunnuslukuja (L = vastaava aallonpituusalue). 5mIRI Profiilista lasketuista tunnusluvuista hanketason tarpeisiin soveltuu parhaiten viiden metrin IRI (5mIRI), joka kuvaa tien epätasaisuutta 5 m matkalla. 5mIRI -arvoon vaikuttavat aallonpituudeltaan.5-3 m epätasaisuudet. 5mIRI-arvo esitetään 5 m pituisille tieosuuksille (mm/m, keskimäärin 5 metrin tieosuudella, kts. kuva 3 ja liite 1). IRI4 IRI4 on tunnusluku, joka on laadittu kuvaamaan päällysteen levitystyön laatua. IRI4 -arvoon vaikuttavat aallonpituudeltaan.5-4 m epätasaisuudet (asfalttiurakoitsija voi levittimellä vai-

6 kuttaa vain alle 4 m epätasaisuuksiin). IRI4-arvo esitetään 1 m pituisille tieosuuksille (mm/m, keskimäärin 1 metrin tieosuudella, kts. kuva 3). Mega- ja makrokarkeus Lasermittarin avulla pystytään määrittämään päällysteen karkeus luokiteltuna makrokarkeuteen (λ = 1-5 mm) ja megakarkeuteen (λ = 5-5 mm). Makrokarkeus vaikuttaa mm. kitkaan, vierintävastukseen, polttoaineenkulutukseen, meluun, valonheijastukseen ja kuivatukseen. Megakarkeus kuvaa lyhytaaltoista epätasaisuutta, joka voi syntyä esim. levityksen aikaisista työvirheistä tai päällysteen purkaumista. Karkeusarvot esitetään 1 m pituisille tieosuuksille (mm/m, keskimäärin 1 metrin tieosuudella, kts. kuva 3). DRI Dynaaminen rasitusindeksi (DRI) kuvaa raskaan liikenteen tien rakenteeseen aiheuttamia rasituksia. Dynaaminen rasitusindeksi (laaduton) lasketaan ja tulostetaan 1 metrin pituisille tieosuuksille (kts. kuva 3). PI Pituusprofiilin poikkeamaindeksi (PI) määritetään asettamalla mitattuun pituusprofiiliin kuvitteellinen n. 5 m pitkä leikkaava oikolauta. Jokaisesta laudan asemasta määritetään tien pinnan minimi- ja maksimipoikkeamat suhteessa oikolautaan ja niistä lasketaan poikkeamaindeksi jokaiselle 1 m osuudelle (Laitinen 1992, Laitinen & Halonen 1993). 1.2.3 Urat ja kaltevuudet Urat ja harjanne Tasaisuustunnuslukujen lisäksi PTM tuottaa myös muita hanketason tarkasteluihin soveltuvia tunnuslukuja, jotka kuvaavat mm. urautumista ja sivukaltevuutta. Uralaskennan lähtöoletuksena on, että laita-anturit ovat kulumattomalla päällysteellä (pientareella tai keskiviivan tuntumassa), ura-anturit urien kohdalla ja keskianturit keskiharjanteen kohdalla (kuva 2). Uramittauksessa käytetään leveydeltään säädettävissä (mittausleveys 1.9-3.4 m) olevaa uramittauspalkkia, jossa on 15 ultraäänianturia. Ultraääniantureita luetaan kahden metrin välein ja suodatetuista tuloksista lasketaan keskiarvot 1 ja 1 metrille. Tuloksena saadaan molempien ajourien syvyydet, keskimääräinen urasyvyys sekä harjanteen korkeus (kts. liite 1). Sivukaltevuus, pituuskaltevuus ja kaarresäde Tien geometriamittaus sisältää sivu- ja pituuskaltevuuden ja kaarresäteen mittauksen gyroskooppien ja kaltevuusanturien avulla. Mittaustuloksista on periaatteessa mahdollista laskea ja tulostaa myös "uusia" hanketason mittauksiin paremmin sopivia tunnuslukuja, joiden avulla ongelmakohdat saadaan paikannettua. Tässä menetelmäkuvauksessa pitäydytään VTT:n PTM -auton perussovellutuksiin, eikä esimerkiksi ympyränkaarisovituksen tms. käyttöä tarkastella. Sitä on kuvattu TPPT - työraportissa P7 "Vaurioprofiilit".

7 2 HANKETASON PTM -SOVELLUTUKSET 2.1 Sopivat mittaustavat Hanketason PTM:n tarkoituksena on mitata ja tulostaa tien tasaisuus, urat, kaltevuudet ja karkeudet niin, että tulosten avulla voidaan paikantaa ja rajata kunnolltaan epätyydyttävät tiekohdat. Taulukossa 1 esitetyistä VTT:n PTM -auton perustulostuksista näihin tarkoituksiin soveltuvat parhaiten pituussuuntaisessa tarkastelussa 1. tasaisuusprofiili sellaisenaan, 2. 5 metrin IRI ja poikkisuuntaisessa tarkastelussa 3. sivukaltevuus ja 4. urasyvyys/harjanteen korkeus. Lisäksi tien pinnan karkeustiedon avulla voidaan arvioida mm. päällystepurkautumien määrää ja laatua. Taulukko 1. PTM:n tunnuslukujen soveltaminen haketason suunnittelussa. PTM -mittausten tunnusluvut Käyttökohde Käyttö suunnittelussa Pituusprofiili (pisteväli.24 m) Tasaisuusindeksi IRI, IRI (aallonpituusalue.5-3 m, tunnusluku /1 m) Tasaisuusind. 5mIRI, 5mIRI (aallonpituusalue.5-3 m, tunnusluku /5 m) Tasaisuusindeksi IRI4 (aallonpituusalue.5-4 mm, tunnusluku /1 m) Megakarkeus (aallonpit. alue.5 -.5 m, tunnusluku /1 m ja /1 m) Makrokarkeus (aallonpit.alue.1 -.5 m, tunnusluku / 1 m ja /1 m) Dynaaminen rasitusindeksi DRI (aallonpit. alue.5-3 m, tunnusluku /1 m) Poikkeamaindeksi PI (aallonpituusalue.5-3 m, tunnusluku /1 m) Urautuminen, mittaukset 2 m välein tunnusluku /1m ja /1 m Sivukaltevuus (tunnusluku / 1 m) Ajoneuvon korin suurin pystykiihtyvyys (tunnusluku /1 m) Routa-, kantavuus- ja painumaepätasaisuudet Routa-, kantavuus- ja painumaepätasaisuudet ja niiden muutos ajassa Paikalliset routa-, kantavuusja painumaepätasaisuudet ja niiden muutos ajassa Päällystystyön laatu Lyhytaaltoista epätasaisuutta, päällystystyön laatu Kitkaa, rengasmelua Raskaan liikenteen aiheuttamat rasitukset Päällystystyön laatu Urautuminen Vauriosyyn selvitykset (routa, painuma, kuormituskestävyys) ja tasauksen parantamisen suunnittelu Ongelma-alueiden yleispiirteinen rajaus ja keskinäinen vertailu (syyt, kehittyminen) Routanousumittausten ja muiden tutkimusten rajaaminen oleelliseen. Ongelmakohtien paikantaminen noin 5 tarkkuudella ja syyn arviointi, jos useita mittauksia (routa/sula) Mahdollisesti routaepätasaisuuden arviointiin (jos otaksutaan, että routaepätasai-suuden aallonpituus < 4 m) Mittauslinjalla olevien päällystepurkautumien ja reikien paikannukseen Ei käyttöä Eniten rasittuvien tiekohtien paikannukseen, vain 1 m tarkkuudella Ei käyttöä Reunapainuma näkyy harjanteen kasvuna Tien epätasainen painuminen tai routiminen rantaminen Kaarrekallistusten ja kuivatuksen pa- Ei käyttöä (tulostuu vain yksi maksimiarvo/1 m, muut mittausarvot ei- Paikalliset routa-, kantavuusja painumaepätasaisuudet vät tulostu) Aallonpituusalue tarkoittaa sitä epätasaisuuden aallonpituusväliä, jolle sijoittuvat aallot ovat mukana ko. indeksiä laskettaessa, muut aallonpituudet on suodatettu pois. Aallonpituusrajat ovat hieman vaihdelleet eri PTM -laitteilla.

8 2.2 Pituussuuntainen tarkastelu Kuvan 4 kuvasarja havainnollistaa miten maksimiroudan aikaan mitattu profiili poikkeaa vastaavasta sulan tilan profiilista. PTM -mittaukset on tehty molempiin suuntiin ajaen (1 ja 2) tien ollessa sula (sula 1 ja sula 2) ja toisen kerran kevättalvella (routa 1 ja routa 2). Routaantuneen tilan tasaisuusprofiilit esitetään vertailun helpottamiseksi harmaalla täytettynä kuviona, kun taas sulan tilan profiileja kuvaa pelkkä viiva. Kaikkia mittaustuloksia ei esitetä, vaan tarkasteltavana on 1 metrin pituisia osuuksia yhden kilometrin välein. Yksi osuus (plv. 15-16) on esitetty kuvassa 5 yhdessä 5mIRI -tulosten kanssa. Kuvan 5 avulla voidaan verrata tasaisuusprofiilia ja 5mIRI:ä keskenään. Kuvan tulostuksessa 5mIRI -arvo on sijoitettu kyseisen mittausvälin keskelle, jolloin eri suuntiin tehdyt mittaukset ovat keskenään vertailukelpoisia. Kuvasta 5 nähdään, että 5mIRI:kään ei aina kerro ongelmakohdan paikkaa tarkasti, vaikka tämä tunnusluku on nimenomaan kehitetty epätasaisuuden yksityiskohtaista paikantamista varten. Routaeristyksen siirtymäkiilaa suunniteltaessa olisi kuitenkin tarpeen tietää kiilan oikeat aloitus- ja lopetuskohdat jopa metrin tarkkuudella, jotta ei synnytettäisi uutta routaheittoa kiilan päähän. Huolellisella paikan/matkan mittauksella em. ongelma saadaan kuitenkin eliminoitua. Kuvien 4 ja 5 tasaisuusprofiileja tarkasteltaessa huomio tulee kiinnittää nimenomaan profiilien muotoon eli tasaisuuteen ja tasaisuuden muutoksiin (kahden eri profiilimittauksen korkeusasema kuvassa ei ole todellinen vaan siitä on suodatettu yli 3 m epätasaisuudet pois ja profiili on pakotettu esitysteknisistä syistä vaakasuoraksi). Jos verrattavat profiilit ovat saman muotoiset eli jos pystyetäisyys aallon pohjalta aallon harjalle pysyy muuttumattomana, niin ei routanousu ole lisännyt epätasaisuutta. Muutos em. pystyetäisyydessä kuvaa routanousueroa kyseisten tarkastelukohtien välillä. Kuvan 4 samaan suuntaan mitatut profiilit ovat pääsääntöisesti saman muotoisia. Vain plv:llä 57-58 on nähtävissä vähäinen, noin 1 mm suuruusluokkaa oleva muutos profiilien muodossa. Muuten routanousu on ollut niin tasaista, ettei se näy tasaisuusprofiileissa. Kuvan 5 tasaisuusprofiilissa on havaittavissa merkittävämpi routaepätasaisuus. Tosin tie on ollut epätasainen myös sulan tilan mittauksessa (viiva- esitys). Tien muoto on kuitenkin selvästi muuttunut, kun verrataan sulan ja routineen tien tasaisuusprofiileja. Paaluvälillä 152-53 voidaan arvioida olevan noin 2-4 mm routanousuero samoin kuin myös paaluvälillä 153-54 (näin paikallistettuihin routariskikohtiin on suositeltavaa sijoittaa tarkempi routanousumittaus routasuojauksen ja sen siirtymärakenteiden mitoitusta varten). Kuvasarjasta (kuvat 4 ja 5) nähdään myös profiilien kohdistamiseen liittyvä ongelma. Kuvan tasaisuusprofiilit on kohdistettu niissä esiintyvien piikkien avulla. Tässä tapauksessa piikit ovat merkkejä poikkihalkeamista. Kohdistuksessa on käytetty halkeamia, jotka ovat videokuvan mukaan kohtisuorassa tietä vastaan. Tien kaarteisuudesta johtuen kohdistus ei kuitenkaan pysy kohdallaan koko mittausväliä (n. 7 km), vaan siinä on muutaman metrin eroja suuntaan tai toiseen. Tämä vaikeuttaa mm. profiileista laskettavien tunnuslukujen hyväksikäyttöä, koska tunnusluvun muutokset voivat johtua kohdistusvirheestä (vrt. TPPT - työraportti P7).

9 Profiili suuntaan 1, mm 2-2 -4-6 -8-1 -12 Suunta 1 sula.s1 sula.s2 routa.s1 routa.s2-14 5 52 54 56 58 6 8 6 4 2-2 -4-6 -8 Profiili suuntaan 2, mm Profiili suuntaan 1, mm 2 Suunta 1-2 -4-6 -8-1 -12-14 -8 25 252 254 256 258 26 8 6 4 2-2 -4-6 Profiili suuntaan 2, mm Profiili suuntaan 1, mm 2 Suunta 1-2 -4-6 -8-1 -12-14 -6 45 452 454 456 458 46 1 8 6 4 2-2 -4 Profiili suuntaan 2, mm Profiili suuntaan 1, mm 2 Suunta 1-2 -4-6 -8-1 -12-14 -6 65 652 654 656 658 66 1 8 6 4 2-2 -4 Profiili suuntaan 2, mm Kuva 4. Esimerkkejä tien kummaltakin kaistalta mitatuista tasaisuusprofiileista. Mittaukset on tehty maksimiroutasyvyyden aikaan (routa) ja sulalta tieltä syyskesällä (sula). Profiilin muoto kuvaa tien tasaisuutta, sen pystysijainnilla (tasolla) ei ole merkitystä.

1 Profiili suuntaan 1, mm 2 Suunta 1-2 -4 sula.s1 routa.s1-6 -8 sula.s2-1 -12-6 routa.s2-14 -8 15 152 154 156 158 16 8 6 4 2-2 -4 Profiili suuntaan 2, mm 2 15 1 5 Sula S1 (18.8.98) Routa S1 (21.4.99) Viiden metrin IRI, suunta 1 Huom.! Ei sama talvi kuin profiili-kuvassa 15 151 152 153 154 155 156 157 158 159 16 2 15 1 5 Sula S2 (18.8.98) Routa S2 (21.4.99) Viiden metrin IRI, suunta 2 Huom.! Ei sama talvi kuin profiili-kuvassa 15 151 152 153 154 155 156 157 158 159 16 Kuva 5. Tasaisuusprofiileja (5.5.98 ja 18.8.98) sekä vastaavat viiden metrin IRI:t, joissa routakauden mittaukset eivät kuitenkaan ole samalta talvelta kuin profiilit yläkuvassa. Päällysteen mega- ja makrokarkeuden avulla on mahdollista arvioida päällysteen pintakuntoa, esimerkiksi purkautumien määrää ja laatua. Mittaustulos kuvaa kuitenkin vain kyseistä mittauslinjaa (kuva 3, liite 2). IRI4:lla poikkeamaindeksillä arvioidaan urakointityön laatua, eikä siitä ole merkittävää hyötyä suunnittelun kannalta (kuva 3, liite 2). Voidaan tosin arvioida, että pohjamaan vaihtelusta johtuvien routaepätasaisuuksien aallonpituus on yleensä enintään 5-1 m, jolloin IRI4 kuvaisi myös routaepätasaisuutta. Puutteena on se, että IRI4 tulostuu vain 1 m osuuksittain, jolloin routakohtien tarkka paikantaminen ei ole mahdollista. 2.3 Poikkisuuntainen tarkastelu Urautuminen PTM:n uramittaus on tarkoitettu päällysteen kulumisen ja deformoitumisen mittaukseen. Mittaustuloksista voidaan arvioida myös muun tierakenteen ja pohjamaan käyttäytymistä (kuva 6, liite 1). Suuret reunapainumat näkyvät uramittauksen tulostuksesta, jossa urasyvyyksien lisäksi tulostuu harjanteen korkeus. Korkea harjanne voi olla merkki reunan painumasta. Negatiivinen harjanne taas kertoo tien reunan routimisesta etenkin, jos on havaittavissa muutoksia kevättalven ja kesän mittausten välillä. Erot routineen ja sulan tien uratiedoissa johtuvat pohjamaan tai tierakenteen routimisesta (jos ero ei selity päällysten kulumi-

11 sella). Urautumistiedon avulla voidaan arvioida myös tien kuormituskestävyyttä (päällysteen ohentumisen vaikutusta). Sivukaltevuus Poikkisuuntaisen kaltevuuden eli sivukaltevuuden muutoksia tapahtuu lähinnä pohjamaan painumisesta ja roudan vaikutuksista johtuen. Tien poikkisuuntaista latistumista aiheutuu myös riittämättömästä kuormituskestävyydestä (heikot rakenteet/heikko tai sulamispehmenevä pohjamaa). Tien sivukaltevuustiedon avulla nähdään myös, onko painuminen tai routiminen (routakauden mittauksessa) vaikuttanut esimerkiksi tien kaarrekallistuksiin haitallisessa määrin (kuva 7, liite 1). Mittaustuloksia voidaan käyttää myös päällysteen tasauksen suunnitteluun. Esim. TASS -ohjelma (tasauscad) käyttää suunnittelussa sivukaltevuustietoa. Tarkastelemalla sivukaltevuuksia yhdessä pituuskaltevuuden ja ura-/harjannetietojen kanssa voidaan arvioida tien pintakuivatuksen toimivuutta. Mittaustiedon käsittely ja havainnollistaminen edellyttäisi kuitenkin ohjelmistokehitystä. -6 Reunaura ja harjanne 5.5.98 (routa) ja 18.8.98 (sula). Suunta 1 16 Urasyvyys, mm -4-2 2 4 6 Reunauran syvyys, sula Reunauran syvyys, routa Harjanne urien välissä, routa 14 12 1 8 6 4 8 1 15 152 154 Harjanne urien välissä, sula 156 158 2 16 Harjanteen korkeus, mm Kuva 6. Roudan vaikutus reunauran syvyyteen ja toisaalta urien välisen harjanteen korkeuteen antaa viitteitä miten routanousu muuttaa tien pinnan muotoa eli missä osassa tiepoikkileikkausta routanousu on suurinta. Sivukalt. suunnassa 1, % 6 4 2-2 -4-6 -8 Suunta 1 Sivukaltevuudet 5.5.98 (routa) ja 18.8.98 (sula) routa, suunta 1 sula, suunta 1 routa, suunta 2 sula, suunta 2-1 -2 16 17 18 19 2 21 22 23 24 14 12 1 8 6 4 2 Sivukalt. suunnassa 2, % Kuva 7. Esimerkki sivukaltevuusmittauksen tulostuksesta, jota voidaan verrata esimerkiksi suunnitelman mukaiseen sivukaltevuuteen.

12 2.4 Kehitystarpeita hanketason mittauksia varten Nykyisin on jo käytössä 5 m matkalle laskettu IRI -arvo (5mIRI), mutta muitakin mahdollisuuksia PTM:n hyödyntämiseen on nähtävissä. Seuraavassa on esitetty joitakin tällaisia mahdollisuuksia ja niihin liittyviä näkökohtia. PTM:n laajamittaisen käytön edellytyksenä hanketason suunnittelussa on tulosten käsittelyn automatisointi sekä tulosten visualisointi. Edelleen on tarpeen kehittää eri aikoina ja/tai eri suuntiin tehtävien mittausten vertailutapoja käyttäjäystävälliseen suuntaan. PTM:n tuottamaa tasaisuusprofiilia voidaan sellaisenaan käyttää hyväksi tien parannustöiden suunnittelussa. Lähinnä se soveltuu vaurioiden syiden arviointiin ja ongelma-alueiden tarkkaan rajaamiseen (kuvat 5 ja 6). Jotta profiileja voitaisiin silmämääräisesti vertailla (rinnakkaiset kaistat tai eri ajankohtina tehdyt mittaukset), on profiilikuvan oltava riittävän selkeä (vaaka-akselin mittakaava esim. 1:1). Nykyisin ei ole olemassa vakiintunutta tasaisuusprofiilien tulostustapaa. Profiilista lasketuista tunnusluvuista hanketason tarpeisiin soveltuu parhaiten viiden metrin IRI (5mIRI), joka kuvaa tien epätasaisuutta 5 m matkalla. Sen yksikkö on sama kuin tavanomaisella IRI:llä eli mm/1 m. Viiden metrin IRI soveltuu vaurioiden syiden arviointiin ja korjaustoimenpiteiden rajaamiseen. Eri suuntiin tehtyjen mittausten vertailuja vaikeuttaa se, ettei sille ole vakiintunutta tulostustapaa. Toivottavaa on, että 5mIRI tulostetaan jakson kyseisen keskelle, jolloin eri suuntien mittauksia voidaan verrata keskenään ilman matkakorjauksia (vrt. kuva 6). TPPT -suunnittelujärjestelmässä on eräänä sallitun epätasaisuuden kriteerinä käytetty IRI - ajoneuvon sallittua pystykiihtyvyyttä (Jämsä ym. 1996, kts. myös Lampinen 199). PTM:n vakiotulostukseen ei kuitenkaan kuulu pystykiihtyvyysprofiilin tuottaminen. PTM tuottaa ainoastaan ns. IRI -ajoneuvon korin maksimipystykiihtyvyyden 1 metrin pituisille tieosuuksille. Kuvaan 8 on erillisellä ohjelmalla laskettu PTM:llä mitattua profiilia pitkin kulkevan (8 km/h) IRI -ajoneuvon rungon liikerata ja pystykiihtyvyys. Kun tunnetaan kiihtyvyyden sallittu vaihteluväli (ylös + merkkinen), nähdään kuvan 8 mukaisesta tulostuksesta, missä kohdin raja-arvo ylittyy. Yleisesti voidaan sanoa, että epätarkkuudet sijainnin määrityksessä on vielä ollut ongelma PTM -tulosten tulkinnassa. Huolellisesti toimien ongelma on kuitenkin vältettävissä. Lisäksi tien ongelmakohtien paikannuksessa voidaan, ja pitäisikin, yleensä käyttää apuna muiden mittausten ja tutkimusten tuloksia (kuten vauriokartoitus, routanousmittaus). Parannettavan rakenteen (routa- ja painuma)mitoituksen kannalta pelkkä ongelmakohtien paikannus ei kuitenkaan riitä. Tärkeämpää olisi saada (jatkuvaa) tietoa routanousun ja painuman suuruudesta tutkittavalla tielinjalla, sillä näitä tietoja voitaisiin käyttää mitoituksen lähtötietoina. Tähän soveltuvaa PTM -mittaukseen perustuvaa menettelytapaa ei kuitenkaan ole voitu kehittää.

13 Tien profiili ja korin liikerata, mm 6 4 2-2 -4-6 Korin liikerata ja kiihtyvyys on laskettu nopeudella 8 km/h liikkuvalle IRI-ajoneuvolle Tien profiili IRI-ajoneuvon korin liikerata Korin kiihtyvyyden liukuva ka -8-2 Sallitaan esim. korin kiihtyvyys 2 m/s 2-1 -4 15 152 154 156 158 16 12 1 8 6 4 2 Korin pystykiihtyvyys m/s 2 Kuva 8. Tien profiilia (1 routa s1 ed. kuvassa) pitkin liikkuvalle IRI -ajoneuvolle tai muulle autolle voidaan laskea mm. korin liikerata ja pystykiihtyvyys, kun tunnetaan jousituksen ominaisuudet ja massojen suhteet (kts. kuva 1). 3 HANKETASON PTM:n SUORITUS 3.1 Mittausten aloitus Hanketason PTM -mittaus liittyy saumattomasti muihin tiellä tehtäviin tien kuntoa selvittäviin tutkimuksiin ja mittauksiin, joita kaikkia pitää voida tarkastella yhdessä. Vertailujen edellytyksenä on, että tutkimukset esitetään samassa paikkajärjestelmässä tai ainakin luotettavasti sidotussa ja muunnettavissa olevassa järjestelmässä. Hankekohtaiset tutkimukset aloittava tutkimusryhmä huolehtii, että vähintään tutkimusten alku- ja loppupisteet merkitään, sidotaan ja kirjataan muistiin yksikäsitteisesti siten, että mittauskohdat on helposti löydettävissä vaikka vuosien kulutta (esim. siltä varalta, että hankkeen aloitus siirtyy). 3.2 Mittausten suoritus Hanketason tutkimuksissa on tarpeen saada mahdollisimman yksityiskohtainen tieto tien kunnosta ja tasaisuudesta. Mittaus- ja tulostustavat pitää valita vastaamaan hanketason vaatimuksia. Hanketason PTM -mittausten suoritustapa ei poikkea verkkotason mittauksista muuten kuin siten, että yleensä kannattaa mitata ja tallentaa kaikki mahdolliset mittaustavat (tasaisuus, sivukaltevuus, päällysteen karkeus ym.). Tärkeimpiä ovat kuitenkin tasaisuusprofiilin tallennus ja 1 m välein tai tiheämmin tallentuvat tunnusluvut. Harvemmilla 1 m:n arvoilla on vähemmän käyttöä. PTM -mittauksen suoritustapa riippuu myös siitä, kuinka paljon tietoa halutaan. Mittaus voidaan tehdä kaikilta kaistoilta molempiin suuntiin mitaten tai vain yhdeltä kaistalta yhteen suuntaan. Matkan mittaukseen perustuva paikannus on sen verran epätarkka, että eri aikoina tehdyt mittaukset on yleensä kohdistettava jälkikäteen toimistotyönä. Kohdistusta silmällä pitäen mittaus aloitetaan ja lopetetaan tunnettuun pisteeseen ns. kiihdytys- ja hidastusosuuksia

14 käyttäen. Kiihdytys- ja hidastusosuudet ovat 1 m pituisia tiepätkiä varsinaisen mittausalueen ulkopuolella. Sekä kiihdytysosuuden alkupisteellä että hidastusosuuden loppupisteellä auto seisautetaan. Alkupisteellä matkamittari nollataan ja loppupisteellä mittarin lukema kirjataan muistiin/ tallennetaan. Mittaustulokseen liittyy aina myös epävarmuus tuloksen luotettavuudesta, vaikka mittaus pyritäänkin tekemään niin, että mitkään mittauksen aikaiset häiriötekijät eivät vaikuttaisi tulokseen. Tästä syystä mittaukset suositellaan tehtäväksi molempiin suuntiin mitaten, jolloin tulkintavaiheessa voidaan vertailla esimerkiksi vaurio-/poikkeamakohtien laajuutta ja sijaintia. Sivukaltevuustulos saadaan toistomittausten keskiarvona. Jokaisesta mitattavasta kohteesta tehdään 2 toistomittausta. Sivukaltevuusmittauksissa PTM -autolla pyritään ajamaan mahdollisuuksien mukaan keskellä kaistaa ja mittaus tehdään normaalia alhaisemmalla nopeudella. Mittauksissa pyritään käyttämään 5 km/h nopeutta. Alhaisella mittausnopeudella pyritään varmistamaan, etteivät auton sivusuuntaiset heilahtelut ja epämääräiset kiihtyvyydet vaikuta mittaustuloksiin. Sivukaltevuusmittauksissa matkan mittaus on tehtävä erityisen tarkasti, koska sivukaltevuustuloksena annetaan kahden mittauksen keskiarvo. 3.3 Suositeltava mittausajankohta Mittausajankohta riippuu tavoitteista. Nopeana mittauksena PTM tehdään yleensä ensimmäisenä hanketason tutkimuksena, jolloin sen tulosten avulla voidaan ohjata muita tutkimuksia oleellisiin tien kohtiin. On esimerkiksi suositeltavaa, että sekä sulan tilan että routakauden PTM -mittaukset olisi tehty ja analysoitu siinä vaiheessa, kun valitaan routanousumittausten kohteita. Roudan vaikutusten arviointi edellyttää kahta mittauskertaa, joista toinen tehdään roudan sulamisen alkuvaiheessa huhti-toukokuussa riippuen kohteen sijainnista ja kevään edistymisestä. Tällöin tienpinta on lumeton, mutta routanousut eivät ole vielä ehtineet palautua, routahalkeamat ovat avautuneena, routanousuerot halkeaman reunojen välillä ovat suurimmillaan eikä reikiä ja halkeamia ole vielä paikkailtu talven jäljiltä. Tien pinnan tulee olla kokonaan lumeton ja jäätön. Sulan tilan mittaus tehdään sen jälkeen kun sulamispainuma on ehtinyt tapahtua, Etelä- Suomessa yleensä kesäkuun puolen välin jälkeen ja pohjoisessa heinäkuun puolenvälin jälkeen. Kesämittaukset tehdään kuitenkin ennen kuin jatkuvammat syyssateet alkavat (märkä pinta haittaa mittausta). 4 KIRJALLISUUS Jämsä, H., Ruotoistenmäki, A., Saarelainen, S., Spoof, H., Törnqvist, J. 1996. Tavoitekriteerit. TPPT - loppuraportti E11. Tielaitoksen selvityksiä 16/1996. 28 s. Kurki, T., Kuusela-Lahtinen A. 1999. Vaurioprofiilit. TPPT -työraportti nro P7. 16 s. +liitteet 23 s. Laitinen, V. 1992. Rakennettujen ja perusparannettujen teiden tasaisuus 1991-1992. Tielaitoksen selvityksiä 69/1992. 44 s. + liitteet. Laitinen, V., Halonen P: 1993. Teiden tasaisuusmittareiden vertailu. Helsinki, Tielaitos. Tielaitoksen selvityksiä 4/1993. 76 s + liitteet 22 s.

15 Laitinen, V., Huldin, G. Laajanen, A. 1997. Vaurioprofiilit. TPPT -työraportti nro P4. 16 s. + liitteet. Lampinen, A. 199. Routa- ja painumaheittojen mittaaminen ja niiden haitallisuuden arvioiminen. VTT, Tie-, geo- ja liikennetekniikan laboratorio. Tutkimusraportti 1/199 (Tilaus: TVH/Skk-237, 19.1.1989). 24 s + liitteet. Manelius, M. 1995. Ulkolaiset painumien raja-arvot. TPPT-väliraportti nro E7. 2 s. + liitteet. Niku, M. 1999. 5m-IRI:n soveltuvuus tien epätasaisuuksien kartoittamiseen. Rovaniemi / Helsinki, Tielaitos. Tielaitoksen selvityksiä 39/1999. 47 s. Sayers, M.W., Karamihas, S.M. 1998. The Little Book of Profiling. Basic Information about Measuring and Interpreting Road Profiles. 1 s. Työryhmä. 1992. Päällystettyjen teiden pintakunnon luokittelu. Helsinki, Tielaitos. Tielaitoksen selvityksiä 36/1992. 3 s. + liitteet 7s.

LIITE 1.1 Profiili suuntaan 1, mm Esimerkkejä PTM-mittauksen tulostustavoista 2 Suunta 1 sula.s1-2 -4 routa.s1-6 -8 sula.s2-1 -12-6 routa.s2-14 -8 8 1 12 14 16 8 6 4 2-2 -4 Profiili suuntaan 2, mm 2 15 1 5 Sula S1 (18.8.98) Routa S1 (21.4.99) Viiden metrin IRI, suunta 1 Huom.! Ei sama talvi kuin profiili-kuvassa 8 9 1 11 12 13 14 15 16 2 15 1 5 Sula S2 (18.8.98) Routa S2 (21.4.99) Viiden metrin IRI, suunta 2 Huom.! Ei sama talvi kuin profiili-kuvassa 8 9 1 11 12 13 14 15 16 Sivukalt. suunnassa 1, % 6 4 2-2 -4-6 -8-1 -12-14 Suunta 1 Sivukaltevuudet 5.5.98 ja 18.8.98 routa, suunta 1 sula, suunta 1 routa, suunta 2 sula, suunta 2 8 9 1 11 12 13 14 15 16 14 12 1 8 6 4 2-2 -4-6 Sivukalt. suunnassa 2, % Urasyvyys, mm -4-3 -2-1 1 2 3 4 5 Urien poikkileikkausala Suunta 1, urautuminen 5.5.98 Keskiuran syvyys Reunauran syvyys 6 8 9 1 11 12 13 14 15 16 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Urien poikkileikk.ala, mm 2

LIITE 1.2 Profiili suuntaan 1, mm Tasaisuusprofiili (L=.5-3 m) 5.5.98 ja 18.8.98 2 Suunta 1 sula.s1-2 -4 routa.s1-6 -8 sula.s2-1 -12-6 routa.s2-14 -8 8 1 12 14 16 8 6 4 2-2 -4 Profiili suuntaan 2, mm IRI, IRI4 ja megakarkeus 8 Tasaisuustunnuslukuja / 1 metriä, 18.8.98, suunta 1 4 6 35 4 3 2 25 2-2 15-4 Megakarkeus L =,5 -,5 m IRI4 L =,5-4 m IRI L =,5-3 m DRI L =,5-3 m 1-6 5 8 9 1 11 12 13 14 15 16 Dyn. rasitusindeksi DRI Karkeus suunnassa 1 2 1.5 1.5 -.5-1 -1.5-2 Suunta 1 Megakarkeus (L=.5-.5 m) 5.5.98 ja 18.8.98 routa, suunta 1 sula, suunta 1 routa, suunta 2 sula, suunta 2 8 9 1 11 12 13 14 15 16 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1.5 Karkeus suunnassa 2 Karkeus suunnassa 1.8.6.4.2 -.2 -.4 -.6 Suunta 1 Makrokarkeus (L=.1-.5 m) 5.5.98 ja 18.8.98 routa, suunta 1 sula, suunta 1 routa, suunta 2 sula, suunta 2 -.8 8 9 1 11 12 13 14 15 16 1.6 1.4 1.2 1.8.6.4.2 Karkeus suunnassa 2

TPPT Nro Tierakenteen suunnittelu ja mitoitus TPPT Menetelmäkuvaukset Tierakenteen suunnittelu ja mitoitus 17 Kuormituskestävyysmitoitus. Päällysrakenteen väsyminen 18 Tierakenteen routamitoitus 19 Tien jatkuvan painumaprofiilin laskenta pixelimallilla 2 Päällysrakenteen elinkaarikustannusanalyysi 21 Tierakenteen mitoituksen lähtötietojen hankkiminen TPPT Menetelmäkuvaukset Nro 1 Pudotuspainolaitemittaus (PPL-mittaus) 2 Rakennekerrosmoduulien takaisinlaskenta sekä jännitysten ja muodonmuutosten laskenta 3 Liikennerasituksen laskeminen 4 Ilmastorasitus. Pakkasmäärän ja sulamiskauden pituuden määritys 5 Roudan syvyyden määritys 6 Routanousukoe. Routimiskertoimen (SP) kokeellinen määritys 7 Routimiskertoimen määritys 8 Lämmönjohtavuuden määrittäminen Sähköinen vastusluotaus tien painumalaskennan lähtötietojen hankkimisessa 9 1 Radiometrinen reikämittaus 11 CPTU - kairaus 12 Läpäisevän kerroksen määrittäminen painumalaskennan tarpeisiin 13 Tien rakennekerrostutkimukset 14 Routanousun ja painuman mittaus 15 Tien vauriokartoitus ja vaurioiden kuvaus 16 Palvelutasomittaus (PTM) tien rakenteen parantamisen suunnittelussa