Verkkotason taipumamittausten tarveselvitys 5.9.2005 Työraportti
Verkkotason taipumamittausten tarveselvitys Tiehallinto Helsinki 2005
Helsinki 2005 TIEHALLINTO Keskushallinto Opastinsilta 12 A PL 33 00521 HELSINKI Puhelinvaihde 0204 2211
Verkkotason taipumamittausten tarveselvitys. Helsinki 2005. Tiehallinto, Tiestö- ja liikennetietopalvelut. 17 s. + liitt. 1 s. TIIVISTELMÄ Pudotuspainolaitteella (PPL) tehdään kuntorekisteriä varten mittaukset vuosittain noin 40 000 pisteessä (4000 km) ja mittauskustannukset ovat noin 400 000 euroa. Näitä verkkotason mittaustietoja käytetään hyväksi lähinnä tieverkon kuntotilan seurannassa (kuntotilasto). Taipumamittauksia tehdään erikseen myös hankesuunnittelua ja toimenpiteiden laadunvalvontaa varten. Taipumamittausten käyttöä verkko- ja ohjelmointitasolla on kritisoitu eri syiden takia. Niiden ei katsoa kuvaavan tiestön rakenteellista kuntoa oikealla tavalla eikä niillä ole kyetty selittämään tiestön pintakunnon rappeutumista. Kevätkantavuuskerroin luo epävarmuutta käytettäviin tunnuslukuihin. Sadan metrin välein tehtävät mittaukset ovat myös liian karkeita nykyistä tarkempiin tarkasteluihin. Tässä työssä selvitettiin taipumamittausten nykykäytäntö ja sen ongelmat sekä taipumatietojen tarve ja hyödyntäminen verkko- ja ohjelmointitasolla. Kuntotilastoa varten tarvittavat taipumatiedot esitetään hankittavaksi tieverkolta otosperiaatteella. Otos tulee ottaa siten, että se on tilastollisesti edustava nykyisin tilastoinnissa käytettävien jaottelujen mukaan (koko maa/tiepiirit, liikennemääräluokitus, toiminnallinen luokitus). Samalla ehdotetaan tehtäväksi tutkimus, jossa kehitetään uudet tunnusluvut tiestön rakenteellisen kunnon kuvaamiseksi verkko- ja ohjelmointitasolla pintakuntomittauksiin (PTM, APVM) perustuen. Tässä työssä kannattaa hyödyntää tiestön rakenteellisesta kunnosta vuosien mittaan mm. VOHohjelmassa tehdyt selvitykset sekä kuntorekisterin sisältämät yli kymmenen vuoden mittaustiedot sekä vuonna 2006 alkavat automaattisen päällystevauriomittauksen (APVM) tulokset. Mikäli tien pinnan taipumia halutaan mitata tieverkkotasolla, se on käytännössä mahdollista ainoastaan jatkuvalla taipumanmittauslaitteella. Tällaista laitetta ei kuitenkaan tiettävästi ole maailmalla tuotantokäytössä. Lisäksi kuorma-auton puoliperävaunuun sijoitetun laitteen soveltuvuus pienipiirteisen alemman tieverkon mittaamiseen tulee selvittää erikseen.
ESIPUHE Tässä työssä selvitettiin taipumamittausten nykykäytäntö ja sen ongelmat sekä taipumatietojen tarve ja hyödyntäminen verkko- ja ohjelmointitasolla. Tässä raportissa on esitetty kuvaus taipumamittauksista, tietojen hyväksikäytöstä ja siinä esiintyvistä ongelmista sekä suositus tieverkon kantavuuden määrittämiseksi verkkotasolla. Selvitys on tehty Tiehallinnon Väyläomaisuuden hallinnan tutkimusohjelman (VOH) osaselvityksenä. Työstä on Tiehallinnossa vastannut Ismo Iso-Heiniemi (ATL). Tarveselvityksen on laatinut JP-Transplan Oy, jossa työstä on vastannut DI Ari Kähkönen. Raportin on kirjoittanut DI Antti Ruotoistenmäki yhdessä Ari Kähkösen kanssa. Helsingissä, syyskuussa 2005 Tiehallinto Keskushallinto
6 Verkkotason taipumamittausten tarveselvitys Sisältö 1 JOHDANTO 7 2 TIEVERKON TAIPUMAMITTAUKSET 8 2.1 Yleistä 8 2.2 Tiehallinnon nykykäytäntö 8 2.3 Jatkuva taipumamittaus 11 3 TAIPUMATIETOJEN KÄYTTÖ TIENPIDOSSA 12 3.1 Yleistä 12 3.2 Kuntotilasto 12 3.3 Tulosohjaus 12 3.4 Toimintalinjat 13 3.5 Ylläpidon ohjaus 13 3.6 Ylläpidon ohjelmointi 14 3.7 Hanketason mittaukset 14 4 SUOSITUS VERKKOTASON MITTAUKSILLE 15 5 VIITTEET 17 6 LIITTEET 18
Verkkotason taipumamittausten tarveselvitys 7 JOHDANTO 1 JOHDANTO Tiehallinto seuraa tieverkon kuntoa erilaisten kuntomittausten avulla. Mittaukset koskevat maa-alueita lukuun ottamatta koko tieomaisuutta eli päällystettyjä teitä, sorateitä, kevyen liikenteen väyliä, siltoja sekä varusteita ja laitteita. Mittauksia tehdään verkkotason tarpeisiin (tilastot, strategiat), hankkeiden ohjelmointiin (toimenpidesuunnittelu) sekä urakoiden laadunvalvontaa varten. Mittausmenetelmiä on kehitetty aktiivisesti viime vuosina ja mittaukset on kilpailutettu alan toimijoilla. Tierakenteiden kuntoa mitataan pudotuspainolaitteilla sekä viime vuosina yhä enenevässä määrin maatutkamittauksilla. Maatutkamittausta käytetään sen tulosten analysoinnin työläyden vuoksi lähinnä hankekohtaisessa suunnittelussa. Verkkotason rakenteellista kuntoa kuvataan pudotuspainolaitteilla mitatulla kantavuudella. Mittaukset tehdään tietyn mittauskierron perusteella 100 m välein koko päällystetyllä tieverkolla. Tulosten hyödynnettävyyttä on arvosteltu johtuen mittausten vähyydestä, mittauspaikan ja ajan merkityksestä sekä erilaisten kertoimien (kevätkantavuuskerroin, lämpötilakerroin) käyttämisestä. Uskoa tulosten käyttökelpoisuuteen heikentää vielä se, että kantavuuden kehitys on ollut poikkeava tieverkon muusta kuntokehityksestä. Tässä raportissa on kartoitettu verkkotason kantavuusmittausten tarvetta lähtien liikkeelle nykykäytännöstä ja tietotarpeiden selvittämisestä eri päätöksentekotasolla. Tältä pohjalta on laadittu suositus verkkotason kantavuusmittauksille. Työtä varten haastateltiin useita henkilöitä Tiehallinnon Asiantuntijapalvelut - yksikössä sekä Tiepiirien asiantuntijoita. Haastatellut henkilöt on lueteltu liitteessä 1. Yleisesti puhutaan taipuma- tai kantavuusmittauksista. Taipuma kuvaa tierakenteen kestävyyttä tai kantavuutta. Mitatuista taipumista lasketaan useita eri muuttujia, joista yleisimmin käytetty on kantavuus ja sen johdannaiset kevätkantavuus ja kantavuusaste. Termiä kantavuus käytetään siis sekä puhuttaessa tien yleisestä ominaisuudesta että tietystä muuttujasta. Tässä raportissa termejä taipumat ja kantavuus käytetään tämän yleisen käytännön mukaan. Asiayhteydestä selviää puhutaanko tien yleisestä ominaisuudesta vai tietystä muuttujasta.
8 Verkkotason taipumamittausten tarveselvitys TIEVERKON TAIPUMAMITTAUKSET 2 TIEVERKON TAIPUMAMITTAUKSET 2.1 Yleistä Taipumamittausten tavoitteena on saada tietoa tieverkon rakenteesta ja sen kestävyydestä niin rakenteen mitoitusta, hankkeiden suunnittelua kuin verkon kuntotilan kuvausta varten. Taipumamittauksen tukena, mittauskohteiden valinnassa ja tulosten analysoinnin apuna voidaan käyttää muita kuntomittauksia, kuten vaurioinventointia ja maatutkamittauksia tai jopa tievideoita. Tässä raportissa on kuitenkin keskitytty selvittämään verkkotason tarpeisiin tehtävien taipumamittausten käyttöä ja hyödynnettävyyttä. Kantavuusmittauksia tehdään yleisesti pudotuspainolaitteella (PPL), jonka avulla mitataan raskaan ajoneuvon kuormitusta vastaavan kuormituksen tien pintaan aiheuttama taipumasuppilo. Mitatuista taipumista lasketaan erilaisia tunnuslukuja, kuten kevätkantavuus ja kantavuusaste. Kuntorekisteritietoja käsitellään 100 metrin jaksoissa. PPL-mittauksia tehdään yleensä 100 metrin välein, eli yksi piste kullekin kuntorekisterin jaksolle. Tällöin saadaan yleiskuva tieverkon kantavuudesta. Kantavuus voi kuitenkin olla erilainen yksittäisten mittauspisteiden välillä, jolloin mittausten edustavuudesta ei ole varmuutta. Viime vuosina onkin eri puolilla maailmaa kehitetty jatkuvaa taipumamittausta, jonka avulla voidaan mitata tieverkon taipumaprofiili nopeasti liikkuvalla ajoneuvolla vastaavasti kuin nykyiset palvelutaso (PTM) -mittaukset. 2.2 Tiehallinnon nykykäytäntö Mittaus Tieverkon kantavuus mitataan pudotuspainolaitteilla. Mittauksia tehdään yksi jokaiselta 100 metrin osuudelta. Lämpötilakorjauskertoimilla huomioidaan päällysteen lämpötilan vaikutus mitattuihin taipumiin. Mittaukset tehdään kesällä, jolloin tulokset muutetaan vastaamaan kevään kantavuutta kevätkantavuuskertoimella. Tunnuslukuina käytetään kevätkantavuutta sekä kantavuusastetta (mitatun kantavuuden ja tavoitekantavuuden suhde). Mittaukset tehdään keskimäärin viiden vuoden välein. Mittauskäytäntö uudistettiin vuonna 2001 siten, että mittaukset tehdään kolme kertaa rakenteen kestoikään vaikuttavan toimenpiteen elinkaaren aikana: Ensimmäinen mittaus tehdään toimenpiteen jälkeisenä vuonna. Tämän jälkeen kantavuus mitataan ensimmäisten vaurioiden ilmestyttyä. Kolmannen kerran taipumat mitataan toimenpiteen elinkaaren lopussa ylläpitokohteiden valintaa ja suunnittelua varten. Toisin sanoen, kun vauriotaso ylittää tietyn raja-arvon, otetaan kohde mittausohjelmaan mukaan. Mittaukset on tilattu palvelusopimuksella Tieliikelaitokselta. Nykyinen sopimus on voimassa vuoden 2005 loppuun. Mittauksia tehdään vuosittain noin 47 000 kpl ja mittauskustannukset ovat noin 380 000 /vuosi. Yhden mittauspisteen hinta on näin ollen noin 8 ja mittauksen kilometrihinta noin 80. Taulukossa 1 on esitetty päällystetyllä tieverkolla verkkotasoa varten tehtä-
Verkkotason taipumamittausten tarveselvitys 9 TIEVERKON TAIPUMAMITTAUKSET vien eri kuntomittauslajien yksikkökustannukset, vuosittaiset mittausmäärät sekä vuosittaiset kokonaiskustannukset. Taulukko 1. Päällystetyn tieverkon verkkotason kuntomittauslajien yksikkökustannukset, vuosittaiset mittausmäärät sekä vuosittaiset kokonaiskustannukset. Mittauslaji Yksikkökustannukset /km Mittausmäärä km/vuosi Kokonaiskustannukset / vuosi PTM 43,3 32 000 1 380 000 PPL 80,4 4 700 380 000 APVM 36,5 13 000 480 000 PVI 44,2 12 000 530 000 PTM = Palvelutasomittaus (tien pituus- ja poikkiprofiili); PPL = Pudotuspainolaite; APVM = Automaattinen päällystevaurioiden mittaus; PVI = Päällystevaurioiden (manuaalinen) inventointi Tiedonhallinta Mittaustiedot viedään kuntotietorekisteriin 100 metrin tietoina. Rekisteriin viedään alkuperäiset ja lämpötilakorjatut taipumasuppilotiedot, joiden perusteella voidaan joko kuntotietorekisterissä tai PMSProssa laskea tarvittavat tunnusluvut. Kuntotietorekisteriin viedään tiedot lähinnä verkkotason mittauksista, sillä hankkeiden suunnittelua varten tehtävät tiedot vanhenevat heti rakenteen korjauksen jälkeen. Tietojen hyödyntäminen Verkkotason kantavuusmittausten avulla saadaan yleiskuva tieverkon kantavuudesta ja yhdessä muiden indikaattorien kanssa tieverkon rakenteellisesta kunnosta. Tiedot esitetään kuntotilastossa (Tiehallinto 2005a), johon on koottu kantavuusasteen ja kevätkantavuuden aikasarjoja vuodesta 1994 lähtien. Lisäksi tilastossa Yleiset tiet 1.1.2005 (Tiehallinto 2005b) esitetään yleisten teiden päällystepituus kevätkantavuuden mukaan toiminnallisissa tieluokissa. Tämä on sivumennen sanoen hieman erikoista ottaen huomioon, että kevätkantavuus on ainoa kuntotieto, jonka perusteella teitä yleisten teiden tilastossa (Tiehallinto 2005b) luokitellaan. Kantavuustietoa käytetään kuntotilaston lisäksi LVM:n ja Tiehallinnon välisessä tulosohjauksessa, toimintalinjojen määrittelyssä sekä verkko-, ohjelmointi- ja hanketason tarkasteluissa. Tiehallinnon sisäisessä tulosohjauksessa kantavuustiedon käytöstä sen sijaan on luovuttu. Syitä tähän on selostettu alla kappaleessa Ongelmakohdat. Päällystettyjen teiden ylläpidon toimintalinjat kaipaavat informaatiota tiestön rakenteellisesta kunnosta. Tähän mennessä nykyisellä kantavuustiedolla ei rakenteellisesta kunnosta ole saatu luotettavaa kuvaa. Tieverkkotasolla kantavuutta käytetään yhtenä muuttujana kuvaamaan tiestön kuntotilaa, jolle lasketaan optimi ja/tai käytettävissä olevan rahoituksen vaikutus sen kehitykseen. Osa tiepiireistä käyttää tietoja PMSProssa ylläpitotoimenpiteiden kohteiden valinnassa. Taipumamittauksista laskettuja tunnuslukuja ei kuitenkaan ole enää mukana tehtaan asetuksissa. Hanketasolla taipumatietoa käytetään
10 Verkkotason taipumamittausten tarveselvitys TIEVERKON TAIPUMAMITTAUKSET tarvittavien toimenpiteiden valinnassa sekä tien rakennekerrosten mitoituksen lähtötietona. Kantavuustietojen käyttöä ja tietotarpeita eri päätöksentekotilanteissa kuvataan yksityiskohtaisemmin luvussa 3. Ongelmakohdat Kuntotilaston mukaan tieverkon kantavuus on parantunut vuodesta 1994 noin 15 %. Tämä on ristiriidassa tienverkon muun kuntokehityksen kanssa. Yhtenä syynä on pidetty käytettyä tunnuslukua kantavuusastetta, jonka laskennassa käytetään kevätkantavuuskertoimella korjattua taipumamittaustietoa sekä liikennemäärästä, kuormituskertaluvusta sekä päällystysluokasta määritettyä tavoitekantavuutta. Sadan metrin välein tehtävää pistemäistä mittausta ei pidetä kovin edustavana otoksena yksittäisen tien tai tieverkon kantavuudesta. Vertailuna mainittakoon, että esimerkiksi kunkin 100-metrisen urasyvyys lasketaan noin 1000 havainnon perusteella, jolloin saatu urasyvyys kuvaa kyseisen 100- metrisen urasyvyyttä melko luotettavasti. Pudotuspainolaitteella tehtävä taipumamittaus on sinänsä hyvin luotettava ja toistettava, mutta mitattavien kohteiden olosuhteiden muuttuminen tekee mittaukset vertailukelvottomiksi. Mitatut taipumat normalisoidaan päällysteen lämpötilan suhteen, mutta esimerkiksi vuodenaikaisvaihtelun (muutokset rakenteen kosteustilassa) huomioiminen on vaikeata. Tien kantavuus voi myös muuttua niin pituus- kuin poikittaissuunnassa lyhyellä matkalla hyvinkin paljon. Kuten edellä kuvattiin, kuntorekisteriä varten tehtävien taipumamittausten ohjeistusta muutettiin vuonna 2001 siten, että ensimmäinen mittaus tehdään rakenteen kestävyyteen vaikuttavan toimenpiteen jälkeisenä vuonna. Tilastossa käytetään kultakin tieltä uusinta mittaustietoa, joka osalla teitä on uuden päällysteen päältä. Ohjeen mukaan seuraava mittaus tehdään ensimmäisten vaurioiden ilmestyttyä ja kolmas mittaus toimenpiteen elinkaaren lopussa. Näin ollen osalla teitä mittaus tehdään tien ollessa kohtalaisen hyvässä kunnossa ja osalla teitä sen ollessa hyvinkin huonossa kunnossa. Tiestön kuntojakaumaa viimeisimmän kantavuusmittauksen aikaan muiden muuttujien kuin kantavuusasteen suhteen ei ole tässä yhteydessä selvitetty. Joka tapauksessa voidaan todeta, että tämä mittauskäytäntö on suunniteltu hanketason tarpeista lähtien, eikä mittaus näin ollen ole edustava otos koko päällystetystä tieverkosta. Ongelma on tiedostettu, ja vuoden 2004 kuntotilastossa (Tiehallinto 2005a) esitetäänkin mittauskäytäntöä uudistettavan siten, että mittaukset edustavat paremmin koko päällystettyä tieverkkoa. Kun mittauksia tehdään verkkotasolla noin 47 000 pistettä vuosittain sadan metrin välein (= 4700 km/vuosi), johtaa se koko 50 000 km pituisella päällystetyllä tieverkolla noin 10-11 vuoden mittauskiertoon. Mikäli on tarvetta saada nykyistä tarkempi tieto jokaiselta 100-metriseltä esimerkiksi ohjelmoinnin perustaksi, johtaa se todella suuriin mittausmääriin. Nykyinen piste per 100 metriä mitattuna 10-11 vuoden kierrolla maksaa jo lähes 400 000 euroa vuodessa (taulukko 1) ja tämä määrä pitäisi ainakin nelinkertaistaa, jotta saataisiin 2 arvoa per 100 metriä kerran viidessä vuodessa. Kantavuustietoa tarvitaan erityisesti rakenteen parantamishankkeiden suunnittelussa. Tähän tarkoitukseen nykyinen 100 metrin välein kerättävä tieto on liian epätarkkaa ja hankesuunnittelua varten mittaukset joudutaan tekemään erikseen, yleensä 50 metrin välein. Rakenteen parantaminen maksaa kes-
Verkkotason taipumamittausten tarveselvitys 11 TIEVERKON TAIPUMAMITTAUKSET kimäärin 200 000 /km. PPL-mittaukset 50 metrin välein tehtynä (20 pistettä/km) maksavat noin 160 /km, eli noin 1 promillen hankkeen kustannuksista. Hanketasolla mittauksia voitaisiinkin tarvittaessa tehdä nykyistä enemmänkin ja kohdistaa mittaukset esim. APVM- ja PTM-mittauksilla havaittuihin ongelmakohtiin. Tätä on ehdotettu mm. Tekesin Infra-teknologiaohjelman tutkimusraportissa (Ruotoistenmäki 2005). 2.3 Jatkuva taipumamittaus Mikäli tien pinnan taipumia halutaan mitata tieverkkotasolla, se on käytännössä mahdollista ainoastaan jatkuvalla taipumanmittauslaitteella, joka ajaa lähes normaalilla ajonopeudella osana liikennevirtaa, kuten PTM- ja APVMautot. Tien pinnan jatkuvaa taipumamittausta on kehitetty useissa maissa, mutta valmiita laitteita mittaustiedon tuottamiseen suuressa mittakaavassa ei tiettävästi ole olemassa. Ruotsissa kehitystyö on käytännössä keskeytetty. Yhdysvaltain liittovaltion tiehallinnon (FHWA) kehitysprojektissa tavoitteena on kehittää jatkuva taipumamittauslaite, jolla inventoidaan Interstate-verkon rakenteellinen kunto (Public Roads, 2004). Kyseinen tieverkko on kaikki osavaltiot ja niiden suurimmat kaupungit yhdistävät mantereenkattava moottoritieverkosto. Taipumanmittauslaite on sijoitettu kuorma-auton puoliperävaunuun, joka myös tuottaa tarvittavan kuormituksen. Suomessa kantavuuspuutteita on lähinnä alempiasteisella tieverkolla, joka on usein melko mutkaista ja mäkistä. Näin ollen onkin epävarmaa, soveltuuko jatkuva taipumamittauslaite kantavuuden kartoittamiseen alempiasteisella tieverkolla. Tien pinnan taipuma kuvaa rakenteen kykyä vastustaa raskaan liikenteen aiheuttamaa kuormitusta. Sen tulkintaa varten tarvitaan nykyistä tarkemmat tiedot liikennekuormituksesta mitataanpa taipuma pudotuspainolaitteella tai jatkuvalla mittarilla.
12 Verkkotason taipumamittausten tarveselvitys TAIPUMATIETOJEN KÄYTTÖ TIENPIDOSSA 3 TAIPUMATIETOJEN KÄYTTÖ TIENPIDOSSA 3.1 Yleistä Tässä luvussa kuvataan tarkemmin taipumamittausten eri hyödyntämistilanteita. Erityisesti selvitetään eri päätöksentekotilanteiden tietotarpeet. Hanketason mittauksia käsitellään vain siinä laajuudessa kuin ne vaikuttavat verkkotasolla tarvittaviin tietoihin, mutta niiden kehittämistarpeita ei järjestelmällisesti pohdita. 3.2 Kuntotilasto Kuntotilastossa esitetään kantavuusasteen ja kevätkantavuuden aikasarjoja vuodesta 1994 lähtien. Keskimääräinen kantavuusaste on parantunut vuodesta 1994 noin 15 %:lla, ollen vuoden 2004 lopussa noin 154 %. Tavoitekantavuuden alittavien teiden (kantavuusaste alle 100 %) määrä on vastaavasti vähentynyt 3831 km:llä (Tiehallinto 2005a). Tietojen hyödyntämistä pidetään nykyisessä muodossa vaikeana useasta eri syystä. Keskimääräisen kantavuusasteen jatkuva parantuminen on ristiriidassa muun yleisen kuntokehityksen kanssa. Lisäksi sadan metrin välein tehtävää pistemäistä mittausta ei pidetä kovin edustavana otoksena yksittäisen tien tai tieverkon kantavuudesta. Ongelmakohtia on selostettu yksityiskohtaisemmin edellä luvussa 2.2. Kantavuusaste esitetään kuitenkin edelleen kuntotilastossa, koska korvaavaa tunnuslukua ei toistaiseksi ole vielä kehitetty. Tiehallinnon sisäisen tulosohjauksen mittaristossa kantavuusaste ei enää ole mukana. Kuntotilastossa halutaan raportoida tieverkon rakenteellinen tila. Nykyisin sitä kuvataan taipumamittauksista laskettavilla kantavuuden tunnusluvuilla. Kuten edellä on kuvattu, nykyisiä tunnuslukuja ei pidetä kovin informatiivisina eikä luotettavina. Kunnes kehitetään uudet tunnusluvut nykyisten tilalle, taipumatieto on hankittava tieverkolta. Tämä voidaan tehdä joko jatkaen nykyistä käytäntöä (mitataan koko tieverkko tietyllä mittauskierrolla) tai tekemällä mittaukset otoksena koko päällystetyltä tieverkolta. Otosperiaate on kuvattu tarkemmin luvussa 4. Mikäli nykykäytäntöä muutetaan, esimerkiksi siirtymällä käyttämään otosta kuntotilaston tietojen määrittämiseksi, kantavuustiedot eivät tule olemaan täysin jatkuvia. Ainoa keino varmistaa tilastojen jatkuvuus on olla tekemättä mitään muutoksia nykykäytäntöön. Tämä ei kuitenkaan ole toivottava vaihtoehto. 3.3 Tulosohjaus Liikenne- ja viestintäministeriön (LVM) Tiehallinnolle asettamat tulostavoitteet määrittelevät huonokuntoisten teiden enimmäismäärän. Tiehallinto määrittelee huonokuntoisuuden neljän kuntomuuttujan perusteella: tasaisuus, urasyvyys, vauriosumma ja kantavuusaste.
Verkkotason taipumamittausten tarveselvitys 13 TAIPUMATIETOJEN KÄYTTÖ TIENPIDOSSA Tiehallinnon sisäisessä tulosohjauksessa kantavuusasteen käytöstä sen sijaan on luovuttu. Tähän on syynä pääasiassa edellä luvussa 2.2 kuvattu viimeksi kuluneen kymmenen vuoden aikana tapahtunut kantavuusasteen paraneminen, joka on ristiriidassa muun kuntokehityksen kanssa. Emme näe erityistä tarvetta käyttää kantavuustietoa tulosohjauksessa. Yleensäkin tien rakenteellista kuntoa suoraan kuvaavien tunnuslukujen käyttö tulosohjauksessa on ongelmallista, koska tiestön rakenteelliset ongelmat kehittyvät hitaasti ja niiden korjaamiseksi tehtävät toimenpiteet ovat kalliita ja pitkävaikutteisia. Vaikka tulosohjaus onkin luonteeltaan lyhytvaikutteista, käytettävien mittareiden tulee kannustaa toimenpiteisiin, joilla pitkällä tähtäimellä turvataan tiestön rakenteellinen kunto. 3.4 Toimintalinjat Päällystettyjen teiden ylläpidon toimintalinjat kaipaavat informaatiota tiestön rakenteellisesta kunnosta. Tähän mennessä nykyisellä kantavuustiedolla ei rakenteellisesta tiedosta ole saatu luotettavaa kuvaa. Parhaillaan laadittavana olevissa päällystettyjen teiden ylläpidon toimintalinjoissa tiestön kunto määritetään käyttäen käsitteitä palvelutaso ja kestävyys. Palvelutaso kuvaa tien pintakuntoa ja se määritetään PTM-mittausten ja vaurioinventointien perusteella. Kestävyys kuvaa tien rakenteellista kuntoa, mutta menetelmät sen määrittämiseksi ovat vielä tekeillä. Kestävyyden määrittäminen voisi perustua esimerkiksi eri taipumaindekseihin (SCI, BCI) tai vaurioitumisnopeuteen. Ruotsissa ei tehdä kantavuusmittauksia verkkotasolla. Kantavuuspuutteiden ennustamiseen on kehitteillä malleja, jotka perustuvat tien pintakuntoon ja sen muutosnopeuteen. 3.5 Ylläpidon ohjaus Tienpidon suunnittelussa tehdään tieverkkotason taloudellisia analyysejä, joiden lähtötietona käytetään tiestön tilaa kuvattuna tasaisuudella, urasyvyydellä, vauriosummalla ja kantavuusasteella. Tieverkkotason strategiatarkasteluihin on käytettävissä HIBRIS -järjestelmä (Highway and Bridge Management System), joka mahdollistaa kantavuustiedon käytön. Nykyisissä malleissa (100Gen, VOH 2.2a) se on mukana, mutta mallien hyväksyntä yleiseen käyttöön on vielä tekemättä. Projektissa Hibris kuntoon ja käyttöön asiaan otetaan kantaa. Vaikka nyt verkkotasolla siirryttäisiin otosperiaatteella tehtäviin mittauksiin, rekistereissä säilyisi tähän mennessä tehdyistä mittauksista melko pitkään voimassa olevaa kantavuusmittaustietoa HIBRIS järjestelmän tarpeisiin. Ohjausjärjestelmiä varten voidaan kehittää myös mallit, jotka kuvaavat tien ja sen rakenteen kuntoa muuten kuin taipumamuuttujia käyttäen, esimerkiksi PTM- ja APVM-tietoihin perustuen. Verkkotason strategisia tarkasteluja tehdään lähinnä tienpidon suunnittelun valtakunnallisella tasolla; tiepiireissä tehdään hankkeiden ohjelmointia ja
14 Verkkotason taipumamittausten tarveselvitys TAIPUMATIETOJEN KÄYTTÖ TIENPIDOSSA suunnittelua, joissa kantavuustietoa käytetään hyväksi luvuissa 3.6 ja 3.7 kuvatulla tavalla. 3.6 Ylläpidon ohjelmointi Ylläpidon ohjelmoinnissa tarvitaan tietoa tien rakenteen kunnosta rakenteenparantamista tarvitsevien kohteiden löytämiseksi. Kantavuusmuuttujat koetaan kuitenkin tässä yhteydessä epäinformatiivisiksi ja epäluotettavaksi. Jos tiellä esimerkiksi on kantavuuspuutteita, mutta se näyttää urien ja vaurioiden suhteen hyvältä, toimenpiteitä ei tehdä. Mikäli sen sijaan huono kantavuus sopii yhteen muiden kuntomuuttujien osoittaman kunnon huonontumisen kanssa, kyseiselle tielle ehdotetaan päällystämistä tai rakenteen parantamista. Kantavuustiedot eivät siis ohjaa päätöksentekoa, mutta vaikuttavat jossakin määrin toimenpiteiden valintaan. Taipumamittauksista laskettuja tunnuslukuja ei enää ole mukana päällysteiden ylläpito-ohjelmien laadintaan käytettävän PMSPro -ohjelmiston tehtaan asetuksissa. Käyttäjä voi määritellä myös omia toimenpiteiden valintaehtoja ja osa tiepiireistä käyttää taipumatietoja toimenpiteiden valinnassa, mutta eivät mitenkään kattavasti. Kantavuuden muutosta ei ennusteta, eikä kantavuustieto selitä muiden kuntomuuttujien muutoksia. Sitä käytetään toki kuntotavoitteen alittavien raportoinnissa (KTA), joka tehdään PMSPro:ta apuna käyttäen. Tosin tämäkin on muuttumassa, sillä kantavuus ei ole enää mukana tulosohjauksessa. Haastateltavien yleinen näkemys tuntui olevan, että taipumatietoja ei nykyisin hyödynnetä. Jos tiepiirit saisivat käyttöönsä luotettavaa todellisuuden kanssa korreloivaa taipumatietoa, olisi niille kyllä käyttöä. Toisaalta esitettiin sellainenkin näkemys, että mikäli jatkuvaa taipumamittausta ei saada käyttöön, verkkotason (ja ohjelmointitason) mittaukset voidaan lopettaa kokonaan ja siirtyä yksinomaan hanketason mittauksiin. 3.7 Hanketason mittaukset Kantavuustietoa tarvitaan rakenteen parantamishankkeiden suunnittelussa. Sadan metrin välein mitatut kuntotiedot välitetään kuntorekisteristä RDA:han (Road Doctor Administration). Hankkeiden suunnittelussa tarvitaan kuitenkin kuntorekisterimittauksia tarkempia kuin 100 metrin välein mitattuja ja tulostettuja tietoja. Esimerkiksi PTM-mittauksista käytetäänkin 10 metrin välein tulostettuja muuttujia. PPL-mittaukset joudutaan yleensä tekemään uudestaan lyhyemmällä mittausvälillä. Yleisimmin käytetään 50 metrin mittausväliä.
Verkkotason taipumamittausten tarveselvitys 15 SUOSITUS VERKKOTASON MITTAUKSILLE 4 SUOSITUS VERKKOTASON MITTAUKSILLE Vuonna 2006 ehdotamme tehtäväksi 1) PPL-mittaukset otoksena koko päällystetyltä tieverkolta kuntotilastoa varten, ja 2) Tutkimuksen rakenteellisen kunnon määrittämiseksi verkkotasolla. Seuraavassa on kuvattu tarkemmin kumpaakin tehtävää. 1. Tilataan taipumatiedot koko päällystetyltä tieverkolta otosperiaatteella. Taipumatietojen pääasiallinen käyttötarkoitus on kuntotilasto, jossa raportoidaan tieverkon rakenteellinen tila taipumamittauksista laskettaviin kantavuuden tunnuslukuihin perustuen. Tiepiiritasolla tulee voida arvioida tiestön rakenteellisen kunnon kehittymistä sekä tästä aiheutuvia toimenpidetarpeita myös ylläpidon ohjelmointia pidemmällä aikajaksolla. Kunnes kehitetään uudet tunnusluvut nykyisten tilalle, taipumatieto on hankittava tieverkolta. Näin ollen myös käytettävät muuttujat ja menetelmät ovat samoja kuin tähänkin asti. Työ kannattaa kilpailuttaa. Ensiksi pitää valmistella kilpailutuspaperit ja mm. määritellään tarvittava otoskoko ja otoksen valinnan periaatteet. Kilpailuttamispaperit on valmisteltava syyskuun 2005 aikana. Otos tulee ottaa siten, että se on tilastollisesti edustava seuraavien nykyisin tilastoinnissa käytettävien jaottelujen mukaan: - koko maa ja tiepiirit - liikennemääräluokittain (KVL >6000, 1500-6000, 350-1500, <350) - toiminnallisen luokan mukaan (päätiet / muut tiet) Lisäksi otoksen tulee olla edustava siten, että siihen sisältyy sekä hyvässä, keskinkertaisessa että huonossa kunnossa olevia teitä. Kuntotilastoa varten tehty otos lienee käytettävissä myös strategia- ja verkkotason tarkasteluissa. Otoksen koon ratkaisee se, mikä on pienin ryhmä, jolle kantavuustieto halutaan määrittää, sekä tiedolta vaadittava tarkkuus. Mittauspisteet valitaan satunnaisesti edellä kuvattujen valintaehtojen mukaisesti, joten otos ei ole millään tavalla sidoksissa kuntorekisterin 100-metrisrakenteeseen. Tiedon liittämiseksi muuhun tieverkon kuntotietoon kannattaa se kuitenkin tallettaa Kurreen. Hanketasolla tehtävät mittaukset eivät ole hyödynnettävissä verkkotasolla useasta syystä. Ensinnäkin hanketason mittaukset tehdään korjaustarpeessa olevissa kohteissa, joten niiden avulla ei saada parannettua yleiskuvaa tieverkon kantavuudesta. Lisäksi mittaukset tehdään nykyisin yleensä 50 metrin välein, jolloin peräkkäiset mittauspisteet eivät ole satunnaisia vaan riippuvat toisistaan.
16 Verkkotason taipumamittausten tarveselvitys SUOSITUS VERKKOTASON MITTAUKSILLE Mikäli taipumatiedot hankitaan tekemällä mittauksia otosperiaatteella, mittauksiin kuluu nykyistä huomattavasti vähemmän rahaa. Nykyisin verkkotasolla tehtävistä PPL-mittauksista säästyneillä rahoilla voitaisiin tehdä kehitystyötä uusien rakenteellisen kunnon tunnuslukujen kehittämiseksi esimerkiksi PTM- ja APVM- (automaattinen päällystevaurioiden mittaus) mittauksiin perustuen. Verkkotason taipumamittausten otokseen tuleekin mahdollisuuksien mukaan valita teitä, joilla tehdään myös APVM-mittaukset. 2. Kehitetään tunnusluvut ja laskentamenetelmät päällystetyn tieverkon rakenteellisen kunnon määrittämiseksi Päällystetyn tieverkon rakenteellisen kunnon määrittämiseksi ei ole tyydyttäviä tunnuslukuja. Kantavuusaste on todettu tässä yhteydessä toimimattomaksi, mutta parempaakaan tunnuslukua ei toistaiseksi ole saatu kehitettyä. Noin kymmenen vuoden aikana aiheesta on tehty useita selvityksiä ja kerätty laajat kuntomittausaineistot, joiden perusteella uudet, kantavuusasteen korvaavat tunnusluvut on kehitettävissä. Tien rakenteellinen kunto voitaisiin todennäköisesti määrittää useiden mittauslajien yhteistuloksena: Verkkotasolla voidaan käyttää PTM- ja APVM-mittausten tuloksia; hanketasolla lisäksi taipumia ja maatutkamittauksia. Taipumatiedot vaihtelevat päällysteen lämpötilan sekä vuodenajan (rakenteen kosteustilan) mukaan. Menetelmät päällysteen lämpötilan vaihtelun huomioimiseksi on olemassa. Vuodenaikaisvaihtelun huomioimiseksi on kehitettävä nykyistä kevätkantavuuskertoimen käyttöä uskottavampi menetelmä. Tässä yhteydessä on hyödynnettävä VOH-projektissa 1.2a Kantavuusmittausten kehittäminen tehty työ. Jatkuva taipumamittaus ei ole realistinen vaihtoehto tehtäessä päätöstä vuoden 2006 taipumamittauksista. Myöhemmin se voi olla mahdollinen tapa tuottaa tietoa tieverkon rakenteellisesta kunnosta. Erillisessä projektissa voitaisiin selvittää jatkuvan taipumamittauksen (RWD) edellytykset ja mahdollinen toteuttamisaikataulu. Tämä kannattaa toteuttaa myöhemmin, kun jatkuva taipumamittaus on maailmalla tuotantokäytössä. Vuonna 2006 tehtävien töiden kustannuksia ei ole vielä määritelty tarkemmin, mutta niiden arvioidaan yhteenlaskettunakin olevan pienemmät kuin nykyisin vuosittain verkkotasolla tehtävien PPL-mittausten kustannukset. Yksilöidyt projektisuunnitelmat ehdotamme tehtäväksi syksyn 2005 aikana ja tutkimusprojektin käynnistettäväksi viimeistään vuoden 2006 alkupuolella. Näin voidaan selvittää käytettävissä oleva aineisto (Kurre, hanketason mittaukset) ja tarvittaessa täydentää aineistoa osana vuoden 2006 mittausurakkaa.
Verkkotason taipumamittausten tarveselvitys 17 VIITTEET 5 VIITTEET Public Roads (2004). Measuring pavement deflection at 55 mph. Max.G.Grogg & Jim W. Hall. Public Roads Magazine, Jan-Feb, 2004. Ruotoistenmäki, Antti (2005). Kuntotiedon käyttö tie- ja katuverkon ylläpidon päätöksenteossa. Tiehallinto. Tiehallinnon selvityksiä 7/2005. 97 s. + liitt. 89 s. ISSN 1457-9871, ISBN 951-803-453-2, TIEH 3200919. Tiehallinto (2005a). Juho Meriläinen, Mikko Inkala, Ulf Lindström: Tiehallinnon teiden ja siltojen kunto 2004. Helsinki 2005. Tiehallinto, asiantuntijapalvelut. Tiehallinnon selvityksiä 34/2005. 34 s. + liitt. 12 s. ISSN 1457-9871, ISBN 951-803-524-5, TIEH 3200946. Tiehallinto (2005b). Yleiset tiet 1.1.2005. Helsinki 2005. Tiehallinto, tilastoja 2/2005. 43 s. + liitt. 3 s. ISBN 951-803-539-3, ISSN 1459-4129, TIEH 3300007-v-05.
18 Verkkotason taipumamittausten tarveselvitys LIITTEET 6 LIITTEET Liite 1 Työtä varten haastatellut henkilöt
Verkkotason taipumamittausten tarveselvitys Liite 1 (1/1) LIITTEET Liite 1. Työtä varten haastatellut henkilöt Tiehallinnon Asiantuntijapalvelut -yksikkö Ismo Iso-Heiniemi Tuomas Toivonen Juho Meriläinen Olli Penttinen Pertti Virtala Katri Eskola Raimo Tapio Tiepiirit Pietilä Juha /U Mäkiö Tauno /T Janne Lintilä /H Antero Arola /KaS Pertti Pirinen /S-K Heikki Parviainen /KeS Arvo Lähde /V Pekka Toiviainen /O Kalevi Luiro /L Vägverket, Ruotsi Johan Lang