PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET

Panu Tolla, Taru Lampimäki, Jari Mara, Pauli Alanaatu PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET PTM mittausten soveltaminen painumaprofiilin mittauksessa Sisäisiä julkaisuja 37/2005 VT 7/ K41 K4: TSV:n kaltevuuden muutos Oikolautojen pituudet 2, 10 ja 55 m 12.0 11.5 3.0 % 2.0 % Moottoritien kriteerin ylittävien osuuksien lukumäärä ja pituus, kun - oikolauta 2 m: ylityskohtia 22 kpl. yhteensä 225.1 m - oikolauta 10 m: ylityskohtia 17 kpl. yhteensä 200.3 m - oikolauta 55 m: ylityskohtia 3 kpl. yhteensä 113.2 m 11.0 korkeus [m] 10.5 10.0 s1 = 0.6 m pk1 = 0.5 % s2 = 0.9 m pk2 = 0.35 % TSV:n kaltevuuden muutos [%] 1.0 % 0.0 % -1.0 % 9.5 s3 = 0.55 m s4 pk3 = 1.0 % s4 = 0.4 m pk4 = 2.0 % -2.0 % 9.0-3.0 % 8.5 18750 18800 18850 18900 18950 19000 19050 19100 19150 19200 19250 19300 19350 19400 19450 19500 19550 paalutus [m] TSV PTM-mittaus Rumpu Pv Ksr Mvk 18750 18850 18950 19050 19150 19250 19350 19450 19550 paalutus [m] Oikolauta 2 m Oikolauta 10 m Oikolauta 55 m Sallittu muutos moottoritie Sallittu muutos päätie Sallittu muutos seudullinen tie

Panu Tolla, Taru Lampimäki, Jari Mara, Pauli Alanaatu PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET PTM mittausten soveltaminen painumaprofiilin mittauksessa Tiehallinnon sisäisiä julkaisuja 37/2005 TIEHALLINTO Asiantuntijapalvelut ja Uudenmaan tiepiiri Helsinki 2005

ISSN 1457-991X TIEH 4000474 Edita Prima Oy Helsinki 2005 Verkkojulkaisu pdf ISSN 1458-1561 TIEH 4000474-v Painettu versio ei ole myynnissä. Verkkojulkaisua saatavana: www.tiehallinto.fi/julkaisut Tiehallinto Asiantuntijapalvelut ja Uudenmaan tiepiiri Opastinsilta 12 A PL 33 00521 HELSINKI Puhelinvaihde 0204 2211

Panu Tolla, Taru Lampimäki, Jari Mara, Pauli Alanaatu: Painumaprofiilimittaukset PTM-mittausten soveltaminen painumaprofiilin mittauksessa. Helsinki 2005. Tiehallinto, Asiantuntijapalvelut ja Uudenmaan tiepiiri. Tiehallinnon sisäisiä julkaisuja 37/2005. 65 s. + liitt. 15 s. ISSN 1457-991X, TIEH 4000474. Asiasanat: Tiestömittaukset, painumat, tasaisuus Aiheluokka: 33 TIIVISTELMÄ Tien pinnan epätasaisuus vaikuttaa tien turvallisuuteen, ajomukavuuteen sekä ajoneuvoihin että tierakenteeseen kohdistuviin rasituksiin. Tien pinnan epätasaisuus voi johtua useista tekijöistä. Pohjamaan painumisesta aiheutuva epätasaisuus on tyypillisesti loivapiirteistä, eikä sitä voida mitata tavanomaisella tasaisuusmittauksella. PTM mittaustekniikan kehittyminen on mahdollistamassa ensimmäistä kertaa kustannustehokkaan painumavaurioiden mittauksen ja seurannan. Aikaisemmin lähinnä suunnittelua ohjanneet tien sallitut painumat ovat hankintamenettelyjen kehittymisen seurauksena siirtyneet myös ST- ja elinkaariurakoiden takuuehtoihin. Painumaraja-arvojen merkitys ja vaikutus on näin korostunut. Tarve asettaa raja-arvot mahdollisimman tarkoituksenmukaiselle tasolle on kasvanut. PTM mittaukset tehdään lasertekniikalla liikenteen nopeudella. Yhdellä ajolla, esim. nopeudella 80 km/h, saadaan tietoa tien pinnan korkeustasosta 3,2 m leveältä kaistalta pituussuunnassa 1,4 mm välein. Havainnoista voidaan tulostaa kolmiulotteinen tien pintamalli. Projektissa PTM mittaustekniikkaa testattiin toistomittauksin sekä vertaamalla tuloksia vaaitustuloksiin. Lisäksi havainnoista laskettiin ja vertailtiin erilaisia painumakriteeriin liittyviä tunnuslukuja. Tutkimusten perusteella päädyttiin kuitenkin siihen, että PTM -mittauksessa saavutettu tarkkuus ei ole ilman jatkokehitystä vielä riittävä painuman täsmällisen suuruuden määrittämisessä esimerkiksi seurattaessa tuotevaatimusten toteutumista ST hankkeissa. PTM mittaushavaintoja käytettiin myös painuman vaikutuksien arviointiin. Sekä visuaalisen että erilaisten laskentatekniikoiden avulla selvitettiin kuivatuksen kannalta tien pinnan ongelmakohdat. Viettokaltevuusmallin avulla päästiin parhaimpaan ja todenmukaisimpaan tulokseen. PTM havaintoja käytettiin lähtötietona myös ajoneuvosimuloinnissa. Simulaation avulla saatiin selville polttoaineen kulutuksen sekä joidenkin päästökomponenttimäärän kasvu painumakohdissa. Useimmilla ajoneuvotyypeillä sekä polttoaineen kulutus että päästöt kasvoivat painumakohdissa. Tutkimusten perusteella voidaan todeta, että PTM mittaustekniikka on osoittautunut kohtuulliseksi, kun pyritään arvioimaan painumien vaikutuksia ajoneuvoille ja ympäristölle. Painumaprofiilimittausten ja painumakriteerien kehitystyötä pyritään jatkamaan toisaalta kriteerien tutkimuksella ja toisaalta mittaustekniikan aiempaa luotettavammalla testauksella.

ALKUSANAT Painumaprofiilimittaukset - projektin kokonaistavoitteena on painumakriteerien kehittäminen. Raja-arvot on tarkoituksenmukaista sitoa tien sallittuihin geometriaelementteihin ja ajodynamiikkaan. Samanaikaisesti tulisi kuitenkin säilyttää yhteys geotekniseen suunnitteluun: raja-arvojen tulee ohjata mahdollisimman helppotajuisesti pohjanvahvistusten tarpeen määrittelyä ja suunnittelua. Projekti toteutettiin kaksivaiheisena. Ensimmäinen osa toteutettiin talvella 2003-2004 ja siinä testattiin PTM - autoon asennettua laser-, gyroskooppija kiihtyvyystekniikkaan perustuvaa mittauslaitteistoa ja sen soveltuvuutta painumakohteiden mittauksiin. Lisäksi ensimmäisessä osassa selvitettiin aineiston käyttökelpoisuutta painumakriteerien lähtöaineistona. Projektin toisessa vaiheessa jatkettiin syksyllä 2003 mitatun datan käsittelyä ja analysointia mittausdatan käsittelyalgoritmin parannusten jälkeen. Lisätarkasteluna testattiin PTM - mittaustulosten soveltuvuutta muihin analysointimenetelmiin, kuten tienpinnan kuivatustarkasteluun ja ajoneuvosimulointiin. Lisäksi mittaustarkkuutta jatkotarkasteltiin kantatiellä 51 toukokesäkuussa 2005 tehtyjen lisämittausten avulla. Työ on tehty Tiehallinnon Keskushallinnon ja Uudenmaan tiepiirin toimeksiannosta. Tilaajan edustajina sitä ovat ohjanneet DI Pentti Salo Teknisistä palveluista ja DI Petter Sandin Uudenmaan piiristä. Työn toteutuksesta on vastannut Tieliikelaitoksen Konsultointi, josta projektiin ovat osallistuneet DI Panu Tolla projektipäällikkönä sekä DI Arto Kuskelin, DI Jorma Immonen, DI Jari Mara, DI Taru Lampimäki ja tekn. yo Pauli Alanaatu. Helsinki, syyskuu 2005 Tiehallinto Asiantuntijapalvelut ja Uudenmaan piiri

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 7 Sisältö 1 JOHDANTO 9 2 MITTAUS- JA ANALYSOINTITEKNIIKAT 11 2.1 PTM-mittaustekniikka 11 2.2 Sidontapisteiden mittaus 11 2.3 Lähtöaineisto 12 2.4 Analysointimenetelmät 12 3 TESTIKOHDE KT 51 HAMMOSSEN 14 3.1 Testikohteen esittely 14 3.2 Tulokset 14 3.3 Arvio 19 4 TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE 21 4.1 Kohteen yleisesittely ja testikohteiden valinta 21 4.2 Tulokset 22 4.2.1 K1 Eriksnäs, eteläinen 22 4.2.2 K2 Box, eteläinen 26 4.2.3 K3 Drägsby 30 4.2.4 K4 Box, pohjoinen 34 4.2.5 K5 Eriksnäs, pohjoinen 38 4.2.6 Peräkkäis- ja niveloikolautatarkastelut 42 4.3 Mittaushavaintojen käsittely vaihtoehtoisella algoritmillä 42 4.3.1 Algoritmin uudet piirteet 42 4.3.2 Tulokset: kohteet K4 ja K5 valtatiellä 7 43 4.4 Arvio 45 5 PTM MITTAUKSEN TARKKUUS 47 5.1 Pituusleikkauksen mittaaminen 47 5.1.1 Toistettavuus 47 5.1.2 Tarkkuus 47 5.2 Sivukaltevuuden mittaaminen 48 6 KUIVATUSTARKASTELU 50 6.1 Vesiura- ja lammikoitumislaskennat 50 6.2 Visuaalinen tarkastelu: Profilograph for Windows 52 6.3 Viettokaltevuuslaskennat 52

8 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 7 AJONEUVOSIMULOINTI 54 7.1 Ajoneuvosimulointimenetelmän esittely 54 7.2 Tulokset kohteessa VT 7 Sipoonlahti Harabacka 54 7.3 Ajoneuvosimuloinnin yhteenveto 57 7.4 Päästöjen vertailukustannukset 58 8 PAINUMAKRITEERIEN KEHITTÄMINEN 59 8.1 Tavoite 59 8.2 Kehittämisprojektien sisältö ja toteutusmalliehdotukset 59 8.3 PTM mittaustekniikan ja tulosten käsittelyn kehittäminen 61 9 YHTEENVETO 62 10 LIITTEET 65

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 9 JOHDANTO 1 JOHDANTO Tien pinnan epätasaisuudella on huomattava vaikutus tien turvallisuuteen ja ajomukavuuteen sekä ajoneuvoihin ja tierakenteeseen kohdistuviin rasituksiin. Tien pinnan epätasaisuus johtuu: - pohjamaan ominaisuuksien ja pehmeikköjen syvyyden vaihtelusta - tien pohjanvahvistusten ja pohjarakenteiden vaihtelusta - tien pohjanvahvistusten epähomogeenisuudesta - päällysrakenteen vaihtelusta ja epähomogeenisuudesta. Tien rakentamis- ja käyttöaikana epätasaisuutta lisäävät tiehen kohdistuvat liikenteestä ja ympäristöstä muodostuvat rasitukset. Tässä projektissa keskitytään painumiin, joihin voidaan vaikuttaa pohjanvahvistuksilla tai pohjarakenteilla. Toisin sanoen tienpinnan epätasaisuuteen, joka johtuu pohjamaan painumisesta tai pohjaranteen tai pohjanvahvistusmenetelmän vaihtumisesta aiheutuvaan painumaeroon. Näistä syistä muodostuva painuma on yleensä loivapiirteisempää kuin rakenteen epähomogeenisuudesta tai rasitustekijöiden aiheuttama epätasaisuus, jota seurataan tasaisuusmittauksilla (IRI). Tien pinnan sallitut painuma-arvot ohjaavat ratkaisevasti pohjanvahvistusrakenteiden määrää eli niiden kautta määräytyy huomattava osa uuden tien rakennuskustannuksista. Pohjanvahvistusrakenteiden osuus on pehmeikkövaltaisilla tieosilla tyypillisesti noin 5 20 % kaikista rakennuskustannuksista, mutta ne ovat kohonneet jopa 50 %:iin vaikeissa pohjaolosuhteissa. Pohjanvahvistusrakenteet muodostavat selkeästi suurimman kustannuserän, johon rakennesuunnittelulla voidaan vaikuttaa. Pohjanvahvistusrakenteita ei ole suoranaisesti sidottu tiepäätöksellä eivätkä ne useinkaan vaikuta tie- ja liikenneteknisten ohjeiden kautta määräytyviin standardiluonteisiin teknisiin ratkaisuihin, joilla on suora vaikutus tienkäyttäjään. Teiden suunnittelussa noudatettavat raja-arvot sallituille käyttöajan painumille on määritetty ohjeessa Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet (TIEH 2100002-01). Samoja raja-arvoja on sovellettu myös ST - hankkeiden tuotevaatimuksissa. Em. ohjeessa on arvot tien pituus- ja poikkisuuntaisille sallituille painumille ja painumaeroille tien yleiselle liikenteelle avaamisen jälkeen. Esitetyt arvot perustuvat 1970 luvun alussa julkaistuihin ohjeisiin ja niitä on pyritty ohjeiden päivitysten yhteydessä arvioimaan uudelleen lähinnä geosuunnittelijoiden kokemuksen perusteella. Alkuperäisten sallittujen arvojen määrittelyperusteita ei tunneta. PTM - mittaustekniikan kehittyminen on mahdollistamassa massamaiset tienpinnan muodon mittaukset, josta saadaan jatkuva tienpinnan kolmiulotteinen malli. Mallin mittaushavainnot voidaan sitoa yleiseen koordinaattijärjestelmään. Jos tekniikka todetaan riittävän tarkaksi, saattaisi mittausten edullisuudesta johtuen tulevaisuudessa olla mahdollista aloittaa painumavauriokohteiden seuranta korjaustoimenpiteiden oikeaksi ajoittamiseksi. Myös ST hankkeissa tuotevaatimuksiin kuuluva tienpinnan tasaisuusvaatimuksen toteutuminen on mittauksilla todennettavissa

10 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET JOHDANTO kohtuullisin kustannuksin. Aiemmin vastaavan tyyppistä mittausta on yritetty GPS - ja GPS - & inertiatekniikkaan perustuvalla laitteistolla, mutta sillä ei saavutettu riittävää jatkuvaa tarkkuutta tiepinnan korkeustiedosta mittaushavaintojen voimakkaan huojunnan vuoksi (kuva 1). 40 Kt51 Hammosseninsuon painumaseuranta Mittaustulosten erotus alkuperäiseen mittaukseen 47/2000 Vasen maaliviiva 20 ero [mm] 0-20 -40 0 50 100 150 200 250 300 350 matka [m] vaaitus 41/2001 GPS&I 31.10.2001 Kuva 1. Hammossenin painumaseurantuloksia vuonna 2001 tehdyssä vaaituksessa ja GPS - & inertiamittauksessa. Painumaprofiilimittausprojekti toteutettiin kaksivaiheisena. Ensimmäisen vaiheen aikana: - testattiin PTM - autoon asennettua yhdistettyä laser-, gyroskooppi- ja kiihtyvyystekniikkaan perustuvaa mittauslaitteistoa - selvitettiin mittauslaitteiston soveltuvuutta painumakohteiden mittauksiin - selvitettiin mittausten käyttökelpoisuutta painumakriteerien lähtöaineistona. Projektin toisessa vaiheessa jatkoselvitettiin PTM - mittauksen tarkkuutta sekä testattiin PTM auton tuottaman datan käytettävyyttä muiden analyysimenetelmien lähtötietona.

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 11 MITTAUS- JA ANALYSOINTITEKNIIKAT 2 MITTAUS- JA ANALYSOINTITEKNIIKAT 2.1 PTM-mittaustekniikka Mittaukset on tehty Tieliikelaitoksen PTM - autolla (Profilograph). Mittaus perustuu mittauspalkin ja tienpinnan välisen etäisyyden mittaamiseen lasertekniikalla. Mittauspalkkiin on asennettu 17 pistelaseria, joista saadaan mittaushavaintoja 3,20 m levyisestä kaistasta tienpintaa keskimäärin 20 cm välein tien poikkisuunnassa. Laser numero 1 sijaitsee mittaussuunnassa reunimmaisena vasemmalla ja laser numero 17 oikealla (kuva 2). Mittaus tapahtuu vakiotaajuudella (16 000 Hz), jolloin 80 km/h mittausnopeudella saadaan kustakin laserista mittaushavainto noin 1,4 mm välein tien pituussuunnassa. Laser 1 Laser 17 Kuva 2. Laserien sijainti mittauspalkissa mittaussuuntaan. Auton ja mittauspalkin liikkeet mitataan kiihtyvyysantureilla ja gyroskoopeilla. Tien pituussuuntainen geometria saadaan jokaisen mittauslaserin linjalta. Yhdistämällä kiihtyvyystiedot tien pinnan pituussuuntaiseen geometriaan saadaan tien pinnalle laskettua gradientti. Lisättäessä poikkisuuntainen profiili saatuun gradienttiin saadaan kunkin mittauslinjan tasausviiva. Tasausviiva voidaan kiinnittää joko alku- ja/tai loppupäästä tunnettuihin korkeustasopisteisiin. Näin eri mittaustietoja yhdistelmällä voidaan tienpinnasta saada täydellinen kolmiulotteinen pintamalli. Tässä tutkimuksessa käytettiin tulosten tarkasteluun 9,7 cm matkalta saatua 69 havainnon aritmeettista keskiarvoa. Keskiarvostusväli 9,7 cm vastaa tasaisuusmittausten käytäntöä. Tasaisuusmittauksissa tähän keskiarvoitusväliin on päädytty, koska näin on saatu IRI:n laskennassa käytettävän neljäsosa-automallin vaste riittävän tarkaksi. Tarkasteluissa valittiin lähempään tarkasteluun kaikissa kohteissa reunimmaisesta seuraava mittauslinja keskiviivaa kohti eli laserin 16 tulostama mittauslinja, koska pyöräuran asfaltin karkeus ja reunaviivan kohollaan oleva maalaus vaikuttavat mittaustulokseen. 2.2 Sidontapisteiden mittaus Profiilimittauksen alku- ja loppupisteiden mittaukseen käytettiin GPS - runkomittausta ja takymetrimittausta. Profiilimittauskohteiden alku- ja loppupäihin mitattiin GPS-runkomittauksella paripisteet, joista takymetrillä mitattiin asfalttiin merkityt profiilimittauksen alku- ja loppupisteet. GPS - mittauksen lähtöpisteinä käytettiin 3. ja 4. luokan tasokiintopisteitä. Runkomittauksessa käytettiin 4 tukiasemaa (lähtöpistettä), jotka sijaitsivat profiilimittauskohteiden ulkopuolella. Mittauksella saavutettiin < 5 mm sisäinen tarkkuus (mitattujen pisteiden keskinäinen sijainti) sekä 2 3 cm ulkoinen tarkkuus (mitattujen pisteiden tarkkuus vallitsevassa koordinaatistossa).

12 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET MITTAUS- JA ANALYSOINTITEKNIIKAT 2.3 Lähtöaineisto PTM mittaustekniikkaa ja sen toistettavuutta testattiin kahdessa kohteessa: kantatiellä 51 Hammossenin kohdassa ja valtatiellä 7 välillä Sipoonlahti Harabacka (kuva 3). Kuva 3. Testauskohteiden sijainti kantatiellä 51 ja valtatiellä 7. Hammossenin painumavauriokohdetta on seurattu vaaituksin Uudenmaan tiepiirin toimesta vuodesta 2000 lähtien ja käytettävissä oli vanha suunnitelma-aineisto sekä seuranta-aineisto vuodesta 2000 lähtien. Valtatieltä 7 Sipoonlahti Harabacka osuudelta oli käytettävissä rakennussuunnitelmien kartat ja pituusleikkaukset, joista ilmenee suunniteltu tasausviivan asema, pohjanvahvistusmenetelmät ja niiden likimääräinen sijainti sekä pohjamaan laatu karkealla tasolla. 2.4 Analysointimenetelmät Kantatiellä 51 Hammossenin kohteessa keskityttiin PTM mittauksen tarkkuuden ja toistettavuuden analysointiin. Kohteessa toteutettiin kolme peräkkäistä PTM mittausta, joita verrattiin paitsi keskenään myös vaaitustuloksiin. Valtatiellä 7 välillä Sipoonlahti Harabacka tehtiin kaikilta kaistoilta mittaukset, joita käytettiin mitoitusperusteiden arviointiin. Mittaustuloksia verrattiin ohjeeseen Teiden pohjarakenteiden mitoitusperusteet (TIEH 2100002-01), jossa on asetettu raja-arvot tieluokittain - sallitulle pituuskaltevuuden muutokselle - sallitulle kokonaispainaumalle - sallitulle sivukaltevuuden muutokselle. Genimap Oy, Lupa L4356 Valtatien 7 koekohteiden (5 kpl) pituusleikkauskuvista määritettiin graafisesti tien kokonaispainuma ja pituuskaltevuuden muutosarvoja. Tämä tarkastelu vastaa ohjeessa Pohjarakenteiden mitoitusperusteet (TIEH 2100002-01) esitettyä painuman ja painuman aiheuttaman pituuskaltevuuden muutoksen määritysmenettelyä. Yksityiskohtaisempi kuva tien pituuskaltevuuden vaihtelusta saatiin oikolautatarkastelulla, jossa pituuskaltevuus laskettiin erimittaisilla oikolaudoilla

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 13 MITTAUS- JA ANALYSOINTITEKNIIKAT kussakin mittauspisteessä. Koska mittaushavainnot oli määritetty 9,7 cm välein, laskettiin muodostuva kaltevuus asettamalla oikolaudan alkupää mittaushavainnon kohdalle. Kuvissa esiintyvä vaihesiirto johtuu siitä, että kuvissa kunkin oikolaudan kaltevuuseron arvo esitetään oikolaudan alkupään paalulukeman kohdassa (toisin sanoen vaihe-siirto poistuisi, jos arvo kiinnitettäisiin oikolaudan keskikohtaan). Oikolaudan pituudet olivat 1, 2, 5, 10, 36, 44, 55 ja 67 m. Pisimmän oikolaudan mitta vastaa em. ohjeessa annettua pituuskaltevuuden muutoksen tarkastelun enimmäismittaa, ns. rajapituutta. Tienpinnan todellinen, rakentamisen jälkeen tapahtunut kaltevuuden muutos saadaan selville laskemalla havaintopisteketjun päälle asetetun oikolaudan kaltevuus ja vähentämällä saadusta arvosta tien suunniteltu pituuskaltevuusarvo, joka lasketaan tien tasausviivan rakennussuunnitelmassa ilmoitetuista korkeusluvuista (kuva 4). Tätä arvoa verrataan mitoitusperusteissa esitettyihin pituuskaltevuuden sallittujen muutosten raja-arvoihin. Edellisen lisäksi yhdessä kohteessa (kohde K4 Box, pohjoinen) tarkasteltiin pituuskaltevuuden muutosta peräkkäisten oikolautojen sekä niveloikolaudan avulla (kuva 4): - Peräkkäiset oikolaudat: 2 samanmittaista oikolautaa asetettiin peräkkäin peräkkäisiin mittauspisteisiin ja lautojen kaltevuudet vähennettiin toisistaan (liite 9). Toinen oikolautoja hyödyntävä tarkastelutapa, jonka tulosta voidaan verrata pituuskaltevuuden sallittuihin muutoksen raja-arvoihin. - Niveloikolauta: kaksi samanmittaista oikolautaa asetettiin peräkkäin samaan mittauspisteiseen ja lautojen kaltevuudet vähennettiin toisistaan (liite 10). Kolmas oikolautoja hyödyntävä tarkastelutapa, jonka tulosta voidaan niin ikään verrata pituuskaltevuuden sallittuihin muutoksen raja-arvoihin. 5.50 5.00 4.50 Oikolaudan kaltevuus = pki - pktsv 5.50 5.00 4.50 Peräkkäiset oikolaudat, Kaltevuuksien erotus = pkj - pki 4.00 3.50 pktsv 4.00 3.50 pkj 3.00 pki 3.00 pki 2.50 90 92 94 96 98 100 102 104 106 108 Oikolauta Havaintopisteet TSV 2.50 90 92 94 96 98 100 102 104 106 108 Peräkkäiset oikolaudat Havaintopisteet 5.00 4.50 Niveloikolauta, Kaltevuuksien erotus = pkn - pkm 4.00 3.50 pkn 3.00 pkm 2.50 85 90 95 100 105 110 Niveloikolauta Havaintopisteet Kuva 4. Oikolaudan, peräkkäisten oikolautojen ja niveloikolaudan määritelmät.

14 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET TESTIKOHDE KT 51 HAMMOSSEN 3 TESTIKOHDE KT 51 HAMMOSSEN 3.1 Testikohteen esittely Hammossenin kohde sijaitsee kantatiellä 51 Kirkkonummen länsipuolella. Hammossenin suon kohdalla on noin 250 metrin pituinen painumavauriokohta, jossa painuman kehittymistä on seurattu Uudenmaan tiepiirin toimesta vuodesta 2000 lähtien vuosittain tarkkavaaitusten avulla (kuva 5). Kohdetta on käytetty erityisesti PTM - mittauksen tarkkuuden arviointiin. Mittausten referenssinä on ollut vaaitustieto. 5 Kt 51 Hamosseninisuon painumaseuranta Mittaustulosten erotus alkuperäiseen mittaukseen 47/2000 Vasen maaliviiva 0-5 -10 ero [mm] -15-20 -25-30 -35-40 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Mittauspiste [m] Vaaitus 41/2001 Vaaitus 20/2002 Vaaitus 04.11.2003 Vaaitus 19.08.2004 Vaaitus 28.05.2005 Kuva 5. Kt 51 Hammossenin painumaseuranta 2000-2005. 3.2 Tulokset PTM -mittausmenetelmän tarkkuuden ja toistettavuuden arviointia varten Hammossenin kohteessa tehtiin sekä kesällä 2003 että kesällä 2005 kolme perättäistä mittausta: M1, M2 ja M3. Tarkkavaaitukset on tehty 1 metrin välein ja näitä tarkasteluja varten PTM mittaustulokset on tulostettu niin ikään 1 metrin välein. Kuvissa 6 ja 7 on verrattu PTM mittaustuloksia tarkkavaaitustuloksiin vuosina 2003 ja 2005. Kuvista havaitaan, että mittaushavaintokäyrien keskinäinen ero vaihtelee kumpanakin vuonna noin 0 40 mm, kun mittaushavainnot sidotaan vain alkupisteestä samaan korkeustasoon ja tuloksia tarkastellaan 1,0 metrin välein. Lisäksi kuvista, ilmenee, että vain alkupisteestään samaan korkeustasoon sidottujen, mutta muuten sitomattomien ja tasoittamattomien yksittäisten mittausten tulokset poikkeavat enimmillään vuonna 2003 +30-50 mm ja vuonna 2005 +37-43 mm vaaitustuloksesta. Mittaustulosten sisäisessä tarkkuudessa ei siis ole tapahtunut juurikaan muutosta. Sen sijaan vuonna 2003 mittaustuloksissa on havaittavissa ryömintää eli mittaushavaintojen ero vaaitukseen kasvaa mittauksen edetessä. Vuonna 2005 tehdyssä Hammossenin mittaustuloksessa ryömintää ei ole. Vuonna 2005 mittauksen M1 korkeustaso poikkeaa vaaitustuloksesta havaintosarjan lopussa vain - 4 mm, mittauksen M2 korkeustaso poikkeaa -7 mm ja mittauksen M3 korkeustaso poikkeaa +1 mm.

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 15 TESTIKOHDE KT 51 HAMMOSSEN 40 Kt 51 Hammossen PTM - mittausten (M1-3) ja vaaituksen ero 20 mittaustulosten ero [mm] 0-20 -40-60 40 80 120 160 200 240 matka [m] M1 M2 M3 Kuva 6. Kolmen vuonna 2003 tehdyn PTM mittauksen (M1, M2 ja M3) ero verrattuna vuonna 2003 tehtyyn tarkkavaaitukseen Hammossenin kohteessa. 0,050 Kt 51 Hammossen PTM-mittausten (M1, M2, M3) ja vaaituksen ero 0,040 0,030 mittaustulosten ero [m] 0,020 0,010 0,000-0,010-0,020 M1 M2 M3-0,030-0,040-0,050 50 100 150 200 250 300 350 400 matka [m] Kuva 7. Kolmen vuonna 2005 tehdyn PTM mittauksen (M1, M2 ja M3) ero verrattuna vuonna 2005 tehtyyn tarkkavaaitukseen Hammossenin kohteessa. Koska mittausten M1, M2 ja M3 sisäinen tarkkuus pysyi vuosina 2003 ja 2005 suurin piirtein samana ja ryömintää ei vuoden 2005 mittauksissa ilmennyt, tarkastellaan tässä raportissa jatkossa vain vuoden 2005 mittaustuloksia. PTM mittauksen toistettavuutta on havainnollistettu kuvassa 8 esittämällä mittausten M2 ja M3 tulosten ja mittauksen M1 keskinäinen erotus, jotka poikkeavat toisistaan enimmillään +41... -23 mm.

16 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET TESTIKOHDE KT 51 HAMMOSSEN Kt 51 Hammossen PTM - mittausten keskinäinen ero 0,050 0,040 0,030 mittaustulosten ero [m] 0,020 0,010 0,000-0,010-0,020 M1 M2 M3-0,030-0,040-0,050 50 100 150 200 250 300 350 400 matka [m] Kuva 8. PTM mittausten M2 ja M3 ero verrattuna ensimmäiseen mittaukseen (M1) Hammossenin kohteessa (mittaukset vuodelta 2005). PTM mittaukset sidottiin vaaitukseen kolmella tavalla: vain alkupisteestään, alku- ja loppupisteistä sekä 50 m:n välein koko mittausjaksolta. Kuvassa 9 on esitetty tien pinnan suhteellinen korkeusprofiili vaaitusten ja PTM mittausten mukaan, kun mittaustulokset on sidottu samaan korkeustasoon vain alkupisteestään. Lähempää tarkastelua varten on tulostettu mittauskohde 50 metrin pituisina jaksoina (liite 1). Kuvassa 10 on esimerkkinä 50 metrin jakso paaluväliltä 200-250. Kuvasta voidaan todeta yksittäisen PTM mittauksen poikkeavan enimmillään 1 2 cm vaaituksesta. Suurennoskuvista (kuva 10 ja liite 1) on havaittavissa myös 2-10 m pitkä vaihe-ero pituusmitassa eri PTM - mittausten välillä. Vaihe-ero ei ole systemaattinen kumpaankaan suuntaan, joten mahdollisia syitä sen ilmenemiseen saattavat olla PTM auton mittausjärjestelmästä aiheutuva virhe, ajolinjan vaihteleminen tai pituusmitan sidontapisteen muuttuminen. Mittaajien arvion mukaan PTM mittausten pituusmitan tarkkuus on 1 2 m ja vaakasuuntainen tarkkuus + 15 cm. Kuvasta 10 ja liitteestä 1 on nähtävissä myös vaaituksissa esiintyviä tienpinnan paikallisesta epätasaisuudesta tai mittausvirheestä aiheutuvia piikkejä. Piikit aiheuttavat merkittäviä eroja PTM ja vaaitusmittaustulosten välillä (kuva 12).

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 17 TESTIKOHDE KT 51 HAMMOSSEN Kolme PTM-ajoa ja vaaitus Hamossenin kohteelta 2005 0,00-0,05 suhteellinen korkeuden muutos [m] -0,10-0,15-0,20-0,25 Vaaitus M1 M2 M3-0,30-0,35 50 100 150 200 250 300 350 400 matka [m] Kuva 9. Hammossenin painumavauriokohteen korkeusprofiili: vaaitus ja kolme PTMmittausta, jotka on kiinnitetty alkupisteestä (mittaukset vuodelta 2005). Kolme PTM-ajoa ja vaaitus Hamossenin kohteelta 2005-0.20-0.21 suhteellinen korkeuden muutos [m] -0.22-0.23-0.24-0.25 Vaaitus M1 M2 M3-0.26-0.27 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 matka [m] Kuva 10. Hammossenin kohteen korkeusprofiili paaluväliltä 200-250 (mittaukset vuodelta 2005). Projektin alkuvaiheessa vuonna 2003 oletettiin, että PTM - mittauksen tarkkuutta voidaan parantaa sitomalla mittaus useasta kohdasta vaaitukseen ja tasoittamalla sidontapisteiden virhe havaintoihin. Kuvassa 11 on esitetty pituusprofiilin muuttuminen vuoden 2005 mittaustuloksilla, kun PTM - mittaukset sidotaan vaaitukseen eri tavoin. Jos eri tavoilla sidottujen kolmen PTM mittauksen keskiarvoa verrataan tarkkavaaitustulokseen, voidaan erojen todeta olevan seuraavanlaisia (kuva 12): - ilman sidontaa kolmen PTM - mittauksen keskiarvo poikkeaa +34-22 mm vaaitustuloksesta

18 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET TESTIKOHDE KT 51 HAMMOSSEN - kun sidonta tehdään havaintosarjan alussa ja lopussa, poikkeavat havainnot +36-20 mm vaaituksesta - kun sidonta tehdään 50 m välein, poikkeavat havainnot +42-15 mm vaaituksesta (kuva 12). Vuonna 2005 tehtyjen havaintojen perusteella PTM - mittaushavaintojen sidonta ei pienennä tulosten eroa vaaitukseen, jos mittausten ero sidontapisteissä on suuri. Kt 51 Hammossen Vaaitusprofiili ja eri tavoilla kiinnitettyjen PTM-ajojen keskiarvojen profiilit 0.00-0.05 suhteellinen korkeuden muutos [m] -0.10-0.15-0.20-0.25-0.30-0.35 50 100 150 200 250 300 350 400 matka [m] Vaaitus KA. (M1,M2&M3) KA:n sidonta alussa ja lopussa KA:n sidonta 50 m välein Kuva 11. Hammossenin kohteen korkeusprofiili: vaaitus ja PTM-mittausten keskiarvo, joka on sidottu kolmella tavalla: kohteen alussa, kohteen alussa ja lopussa sekä 50 m välein (mittaukset vuodelta 2005). Kt 51 Hammossen vaaituksen ja eri tavoilla kiinnitettyjen PTM-mittausten keskiarvon (M1, M2 & M3) välinen ero 0.05 0.04 0.03 mittaustulosten ero [m] 0.02 0.01 0-0.01-0.02-0.03 50 100 150 200 250 300 350 400 matka [m] vaaitus - KA. (M1,M2&M3) vaaitus - KA. (sidonta alussa ja lopussa) vaaitus - KA. (sidonta 50 m välein) Kuva 12. PTM mittausten keskiarvon (M1, M2 ja M3) ja tarkkavaaitustuloksen ero Hammossenin kohteessa. Sidonta kohteen alussa, kohteen alussa ja lopussa sekä 50 m välein (mittaukset vuodelta 2005). Touko-kesäkuussa 2005 tehdyille vaaituksille ja PTM mittauksille tehtiin kaltevuudenmuutostarkastelu 2 metrin + 2 metrin niveloikolaudan avulla.

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 19 TESTIKOHDE KT 51 HAMMOSSEN Vaaitustulosten perusteella Hammossenin kohteessa moottoriväylille sallitut kaltevuudenmuutokset ylittyvät seitsemässä kohdassa. Sen sijaan yksittäisen PTM mittauksen (M1) ja PTM mittausten keskiarvon (M1, M2 ja M3) perusteella lasketuissa oikolaudoissa sallitun pituuskaltevuuden eivät ylity (kuva 13). Kt 51 Hammossen Niveloikolauta 2m + 2m, kaltevuuksien erotus 1.5 % 1.0 % Kaltevuuksien erotus 0.5 % 0.0 % -0.5 % -1.0 % -1.5 % 50 100 150 200 250 300 350 400 matka [m] Vaaitus PTM-mittaus, M1 PTM-mittausten KA. (M1,M2&M3) Sallittu pituuskaltevuuden muutos moottoriväylillä 0.6 % Sallittu pituuskaltevuuden muutos pääteillä 0.8 % Sallittu pituuskaltevuuden muutos seudullisilla teillä 1.1 % Kuva 13. Niveloikolauta (2 m + 2 m) laskennat vaaitukselle, yhdelle PTM mittaukselle (M1) ja PTM mittausten keskiarvolle (mittaukset vuodelta 2005). 3.3 Arvio Tehtyjen mittausten perusteella PTM mittauksen ero olisi siis noin ± 40 mm tarkkavaaitukseen verrattuna. Tarkasteltaessa mittaushavaintoja yksityiskohtaisesti (liite 1) voidaan todeta, että mittausmenetelmien tulosten ero on tyypillisesti 1 2 cm ja vaikuttaa siltä, että pituusmitan kohdistuksen virheet ja PTM mittauksen huojunta kasvattavat menetelmien välistä eroa. PTM mittauksissa vuonna 2003 havaittua ryömintää ei vuonna 2005 Hammossenin kohteessa tehdyissä mittauksissa esiintynyt, joten mittausten sidonnalla ei päästy parempaan tulokseen. Hammossenin mittaustulokset eivät tarkasti kuvaa PTM mittauksen tarkkuutta, koska vertailukohtana on toisella menetelmällä tehty mittaus omine virhelähteineen. Hammossenin kohdetta on kuitenkin vaaittu useiden vuosien ajan ja vaaituksen luotettavuutta voidaan pitää riittävän hyvänä vertailukohtana PTM mittaustarkkuuden suuruusluokan arviointiin. Tulosta tarkasteltaessa on kuitenkin otettava huomioon seuraavat seikat: - mittaustieto ei ole yksittäisen valitun lasermittarin mittaustulos vaan PTM auton tuloksen käsittelyalgoritmi on korjannut sitä vasemman ja oikean rengasajolinjan keskimääräisellä mittausauton gradientilla, johon vaikuttavat auton jousitus/iskunvaimennus - toistettaessa mittausta ajolinjaa on erittäin vaikea pitää täsmälleen samana, mikä ilmeisesti aiheuttaa havaittavan vaihesiirron mittauskertojen välillä

20 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET TESTIKOHDE KT 51 HAMMOSSEN - vaihesiirtoeroa saattaa muodostua myös pituusmitan sidontapisteen virheestä - Vaaituspisteet sijaitsevat reunaviivalla. Reunaviiva on uusittu vuonna 2004 täristävänä reunaviivana eli niin sanottuna kampaviivana. Kampaviivan korkeus päällysteen pinnasta on vuoden kulumisen jälkeen noin 2-3 mm. Oikolautatarkastelussa havaittiin, että tarkkavaaituksilla tehtynä sallitut rajaarvot ylittyivät useassa kohdassa, kun taas PTM mittauksissa sallitut rajaarvot eivät ylity lainkaan.

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 21 TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE 4 TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE 4.1 Kohteen yleisesittely ja testikohteiden valinta Valtatie 7 on 1970 luvun lopulla rakennettu moottoritie, jossa Sipoonlahti Harabacka välillä on lukuisia laajoja painumavaurioita. Painumavaurioita on korjattu lähinnä päällystystöiden yhteydessä tasausmassalla. Viimeisimmät tien päällystykset, ennen vuonna 2003 toteutettuja PTM mittauksia, tehtiin kesällä 2002, jolloin myös painumaepätasaisuuksia tasattiin. Sipoonlahti Harabacka - osuudelta valittiin maastokäynnin perusteella viisi painumavauriokohdetta (taulukko 1) yksityiskohtaista tarkastelua ja analysointia varten. Kohteiden sijainti on esitetty karttapohjalla liitteissä 2 ja 3. Kohteiden alku- ja loppupisteet sidottiin karttakoordinaatistoon. PTM - mittaus tehtiin vuonna 2003 koko osuudella välillä Sipoonlahti Harabacka mitaten molempien ajoratojen molemmilta kaistoilta 3,2 m levyiset pinnat. Taulukko 1 Mittauskohteet Vt 7 välillä Sipoonlahti Harabacka no Kohteen nimi Ajorata Tieosa nro/ etäisyys alku loppu Rakennussuunnitelman plv. pituus (m) K1 Eriksnäs, eteläinen eteläinen 4 / 3493 3855 16000 16360 360 K2 Box, eteläinen eteläinen 6 / 1167 1515 20800 21150 350 K3 Drägsby eteläinen 7 / 3922 4822 29100 30000 900 K4 Box, pohjoinen pohjoinen 5 / 2343 1584 18800 19550 750 K5 Eriksnäs, pohjoinen pohjoinen 4 / 3768 3430 15980 16320 340 Kohteista tulostettiin 3D pintakuvat tien pinnan muodon silmämääräistä tarkastelua varten ja tarkasteltavan mittauslinjan valitsemiseksi. Koska pyöräuran asfaltin karkeus ja reunaviivan kohollaan oleva maalaus vaikuttaa mittaustulokseen, valittiin lähempään tarkasteluun kaikissa kohteissa reunimmaisesta seuraava mittauslinja keskiviivaa kohti. Mittaushavainnot sidottiin tien rakennussuunnitelman paalutukseen tierekisterin osoitetietojen avulla ja havainnoista laskettiin tienpinnan korkeustaso (z-koordinaatti) 9,7 cm välein, joka on keskiarvo 69 (1,4 mm välein mitatusta) havainnosta.

22 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE 4.2 Tulokset 4.2.1 K1 Eriksnäs, eteläinen Kohteen K1 Eriksnäs, eteläinen tierekisterin mukainen osoite on: tienumero 7, tieosa 4, paaluväli 3493-3855. Rakennussuunnitelmassa kohde sijoittuu paaluvälille 16000-16360 (kuva 14). Kohteeseen liittyvissä kuvissa on käytetty pääasiassa rakennussuunnitelman mukaista paalutusta. PTM mittaukset on tehty rakennussuunnitelman paalutuksen suuntaisesti ja laskennoissa on käytetty oikeanpuoleisen ajokaistan (K11) mittauksia. Kohde alkaa noin 2 3 m syvästä leikkauksesta pehmeikön reunassa. Rakennussuunnitelman pituusleikkauksessa ei ole kairaus- tai näytetietoja, mutta noin 350 m pitkän kohteen alussa kallion pinta kohoaa ilmeisesti lähelle päällysrakenteen alaosaa noin 30 m matkalla. Tien tasaus laskee loivasti itään päin. Suunniteltu pengerkorkeus on noin 2 m, Tiepengertä on kevennetty kevytsoralla leikkausosuutta lukuun ottamatta (plv 16040 16360) ja plv 16200 16360 on rakennettu vastapenger. PTM mittauksen mukaan tie olisi painunut enimmillään noin 0,65 m. Tien pituusleikkauksesta graafisesti määritetty suurin pituuskaltevuuden muutos on noin 1,3 %. Suurin pituuskaltevuuden muutos on kohteen alkupäässä, jossa siirrytään kantavalta pohjamaalta pehmeikölle. Kohteessa on pienipiirteistä epätasaista painumaa, jossa pituuskaltevuuden muutos ylittää raja-arvon. Raja-arvon ylittävien osuuksien lukumäärät ja pituudet suhteutettuna kohteen pituuteen on esitetty taulukossa 2. Taulukko 2. Moottoritien raja-arvon ylittävien osuuksien lukumäärä kohteessa K11 Moottoritien raja-arvon ylittävien osuuksien kokonaislukumäärä ja suhdeluku kpl/100 m (=suluissa) Moottoritien raja-arvon ylittävien osuuksien suhteellinen osuus, m/100 m [%] Oikolauta 2 m Oikolauta 10 m Oikolauta 55 m Oikolauta 2 m Oikolauta 10 m Oikolauta 55 m 7 (2,0) 5 (1,4) 1 (0,3) 23,8 21,9 15,6 Oikolaudoille 0.1, 1, 2, 5, 10, 20, 36, 44 ja 67 m määritetyt pituuskaltevuuden muutokset on esitetty liitteessä 4.

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 23 TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE Kuva 14. Vt 7 Rakennussuunnitelma, kohde K11.

24 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE VT 7/ K11 12.0 11.5 11.0 s1 = 0.35 m pk1 = 1.3 % korkeus [m] 10.5 10.0 s max = 0.66 m 9.5 9.0 8.5 16000 16050 16100 16150 16200 16250 16300 16350 16400 paalutus [m] TSV PTM-mittaus Pv Ksr Kuva 15. Kohteen K11 tasausviiva ja PTM-autolla mitattu profiili. Kuva 16. Kohteen K11 pintamalli.

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 25 TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE Kuva 17. Valokuva kohteesta K11. 2.0 % K1: TSV:n kaltevuuden muutos Oikolautojen pituudet 2, 10 ja 55 m 1.5 % Moottoritien kriteerin ylittävien osuuksien lukumäärä ja pituus, kun - oikolauta 2 m: ylityskohtia 7 kpl, yhteensä 85.5 m - oikolauta 10 m: ylityskohtia 5 kpl, yhteensä 78.6 m - oikolauta 55 m: ylityskohtia 1 kpl, yhteensä 56.2 m 1.0 % TSV:n kaltevuuden muutos [%] 0.5 % 0.0 % -0.5 % -1.0 % -1.5 % -2.0 % 16000 16050 16100 16150 16200 16250 16300 16350 paalu [m] Oikolauta 2 m Oikolauta 10 m Oikolauta 55 m Sallittu muutos moottoritie Sallittu muutos päätie Sallittu muutos seudullinen tie Kuva 18. Tasausviivan kaltevuuden muutos (= pk i pk tsv) kohteessa K11.

26 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE 4.2.2 K2 Box, eteläinen Kohteen K2 Box, eteläinen tierekisterin mukainen osoite on: tienumero 7, tieosa 6, paaluväli 1167-1515. Rakennussuunnitelmassa kohde sijoittuu paaluvälille 20800 21150 (kuva 19). Kohteeseen liittyvissä kuvissa on käytetty pääasiassa rakennussuunnitelman mukaista paalutusta. PTM mittaukset on tehty rakennussuunnitelman paalutuksen suuntaisesti ja laskennoissa on käytetty oikeanpuoleisen ajokaistan (K21) mittauksia. Pituudeltaan noin 350 m pitkän kohteen alussa tielinja sivuaa kallioista harjannetta, jonka kohdalla tie on 0-tasauksessa. Tämän jälkeen tie ylittää enimmillään noin 5 m syvän, hyvin pehmeän savikon, jonka siipikairalla mitattu suljettu leikkauslujuus on 6 8 kpa. Kohteen lopussa pengerkorkeus on yli 1,5 m. Tien tasaus nousee loivasti itään päin ja pengerkorkeus kasvaa leikkauksen 0-tasauksesta noin 1,5 m:iin. Tiepengertä on kevennetty kevytsoralla osuuden keskiosalla plv:llä 20910 21070 ja plv:llä 20910 21150 on rakennettu vastapenger. Kohteessa on tehty lisäksi kaksi lyhyttä massanvaihtoa paaluilla 20800 ja 20860 sekä kohteen loppuun jatkuva massanvaihto paaluvälillä 21070 21150. PTM mittauksen mukaan tie olisi painunut enimmillään noin 0,60 m. Tien pituusleikkauksesta graafisesti määritetty suurin pituuskaltevuuden muutos on noin 0,8 %. Vaikka pituusleikkauksessa esitettyjen kairausten perusteella voidaan painuman arvioida olevan tasaista, pohjasuhteiden vaihtelusta johtuen kohteessa on pienipiirteistä epätasaista painumaa. Erityisesti kohteen lopussa pituuskaltevuuden muutos ylittää raja-arvon. Raja-arvon ylittävien osuuksien lukumäärät ja pituudet suhteutettuna kohteen pituuteen on esitetty taulukossa 3. Taulukko 3. Moottoritien pituuskaltevuuden raja-arvon ylittävien osuuksien lukumäärä kohteessa K21 Moottoritien raja-arvon ylittävien osuuksien kokonaislukumäärä ja suhdeluku kpl/100 m (=suluissa) Moottoritien raja-arvon ylittävien osuuksien suhteellinen osuus, m/100 m [%] Oikolauta 2 m Oikolauta 10 m Oikolauta 55 m Oikolauta 2 m Oikolauta 10 m Oikolauta 55 m 5 (1,4) 4 (1,1) 1 (0,3) 24,5 21,8 15,0 Oikolaudoille 0.1, 1, 2, 5, 10, 20, 36, 44 ja 67 m määritetyt pituuskaltevuuden vaihtelut on esitetty liitteessä 5.

Kuva 19. Vt 7 Rakennussuunnitelma, kohde K21. PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 27 TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE

28 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE VT 7/ K21 14.0 13.5 13.0 korkeus [m] 12.5 12.0 s1 = 0.6 m pk1 = 0.8 % s1 s2 s2 = 0.28 m pk2 = 2 % 11.5 11.0 10.5 20800 20850 20900 20950 21000 21050 21100 21150 paalutus [m] TSV PTM-mittaus Pv Ksr Mvk Kuva 20. Kohteen K21 suunniteltu tasausviiva ja PTM-autolla mitattu pituusprofiili. Kuva 21. Kohteen K21 pintamalli.

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 29 TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE Kuva 22. Valokuva kohteesta K21. K2: TSV:n kaltevuuden muutos Oikolautojen pituudet 2, 10 ja 55 m 2.0 % 1.5 % Moottoritien kriteerin ylittävien osuuksien lukumäärä ja pituus, kun - oikolauta 2 m: ylityskohtia 5 kpl, yhteensä 85.5 m - oikolauta 10 m: ylityskohtia 4 kpl, yhteensä 76.2 m - oikolauta 55 m: ylityskohtia 1 kpl, yhteensä 52.4 m 1.0 % TSV:n kaltevuuden muutos [%] 0.5 % 0.0 % -0.5 % -1.0 % -1.5 % -2.0 % 20800 20850 20900 20950 21000 21050 21100 21150 paalu [m] Oikolauta 2 m Oikolauta 10 m Oikolauta 55 m Sallittu muutos moottoritie Sallittu muutos päätie Sallittu muutos seudullinen tie Kuva 23. Tasausviivan kaltevuuden muutos (= pk i pk tsv) kohteessa K21.

30 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE 4.2.3 K3 Drägsby Kohteen K3 Drägsby tierekisterin mukainen osoite on: tienumero 7, tieosa 7, paaluväli 3922-4822. Rakennussuunnitelmassa kohde sijoittuu paaluvälille 29100 30000 (kuva 24). Kohteeseen liittyvissä kuvissa on käytetty pääasiassa rakennussuunnitelman mukaista paalutusta. PTM mittaukset on tehty rakennussuunnitelman paalutuksen suuntaisesti ja laskennoissa on käytetty oikeanpuoleisen ajokaistan (K31) mittauksia. Kohde sijaitsee noin 900 m pitkällä pehmeiköllä, jossa kokoon puristuvien savikerrosten paksuus ei ilmene rakennussuunnitelman pituusleikkauksesta. Tien tasaus seuraa maaston muotoa ja laskee kohti koekohteen keskiosaa, jonka jälkeen se nousee enimmillään noin 2 m korkealle penkereelle. Plv 29460 29980 on rakennettu vastapenger. PTM mittauksen mukaan tie olisi painunut enimmillään noin 1,2 m. Tienpituusleikkauksesta graafisesti määritetty suurin pituuskaltevuuden muutos on noin 1,3 %. Suurimmat pituuskaltevuuden muutokset rajoittuvat pehmeikön päihin. Kohteessa on pienipiirteistä epätasaista painumaa, joissa pituuskaltevuuden muutos ylittää vain kahdessa kohtaa selvästi raja-arvon. Painumien pienipiirteisyydestä johtuen lyhyellä oikolaudalla mitattuna ylityksiä on enemmän, vaikka niiden pituus jää alle 15 % kokonaispituudesta. Raja-arvon ylittävien osuuksien lukumäärät ja pituudet suhteutettuna kohteen pituuteen on esitetty taulukossa 4. Taulukko 4. Moottoritien pituuskaltevuuden raja-arvon ylittävien osuuksien lukumäärä kohteessa K31 Moottoritien raja-arvon ylittävien osuuksien kokonaislukumäärä ja suhdeluku kpl/100 m (=suluissa) Moottoritien raja-arvon ylittävien osuuksien suhteellinen osuus, m/100 m [%] Oikolauta 2 m Oikolauta 10 m Oikolauta 55 m Oikolauta 2 m Oikolauta 10 m Oikolauta 55 m 9 (1,0) 7 (0,8) 2 (0,2) 13,6 12,9 13,1 Oikolautojen 0.1, 1, 2, 5, 10, 20, 36, 44 ja 67 m määritetyt pituuskaltevuuden vaihtelut on esitetty liitteessä 6.

Kuva 24. Vt 7 Rakennussuunnitelma, kohde K31. PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 31 TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE

32 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE VT 7/ K31 9.5 9.0 8.5 8.0 korkeus [m] 7.5 s1 = 0.49 m pk1 = 1.3 % 7.0 6.5 s max = 1.2 m 6.0 5.5 29100 29200 29300 29400 29500 29600 29700 29800 29900 30000 paalutus [m] TSV PTM-mittaus Rumpu Pv (oik.) Kuva 25. Kohteen K31 suunniteltu tasausviiva ja PTM-autolla mitattu profiili. Kuva 26. Kohteen K31 pintamalli.

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 33 TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE Kuva 27. Valokuva kohteesta K31. K3: TSV:n kaltevuuden muutos Oikolautojen pituudet 2, 10 ja 55 m 2.0 % 1.5 % Moottoritien kriteerin ylittävien osuuksien lukumäärä ja pituus, kun - oikolauta 2 m: ylityskohtia 9 kpl, yhteensä 121.5 m - oikolauta 10 m: ylityskohtia 7 kpl, yhteensä 115.0 m - oikolauta 55 m: ylityskohtia 2 kpl, yhteensä 117.1 m 1.0 % TSV:n kaltevuuden muutos [%] 0.5 % 0.0 % -0.5 % -1.0 % -1.5 % -2.0 % 29100 29150 29200 29250 29300 29350 29400 29450 29500 29550 29600 29650 29700 29750 29800 29850 29900 29950 30000 paalu [m] Oikolauta 2 m Oikolauta 10 m Oikolauta 55 m Sallittu muutos moottoritie Sallittu muutos päätie Sallittu muutos seudullinen tie Kuva 28. Tasausviivan kaltevuuden muutos (= pk i pk tsv) kohteessa K31.

34 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE 4.2.4 K4 Box, pohjoinen Kohteen K4 Box, pohjoinen tierekisterin mukainen osoite on: tienumero 7, tieosa 5, paaluväli 2343 1584. Rakennussuunnitelmassa kohde sijoittuu paaluvälille 18800-19550 (kuva 29). Kohteeseen liittyvissä kuvissa on käytetty pääasiassa rakennussuunnitelman mukaista paalutusta. PTM mittaukset on tehty rakennussuunnitelmassa olevaa paalutusta vastaan ja laskennoissa on käytetty oikeanpuoleisen ajokaistan (K41) mittauksia. Kohde sijaitsee noin 650 m pitkällä pehmeiköllä, jossa kokoonpuristuvien savikerrosten paksuus on enimmillään noin 8 m. Pehmeikön itäreunalla tie ylittää leveän laskuojan, jonka uomaa on rakennusvaiheessa oikaistu ja siirretty noin 50 m itään päin. Tien tasaus viettää loivasti itään päin. Suunniteltu pengerkorkeus on noin 1,0 1,5 m välillä. Plv:llä 19790 19470 on rakennettu vastapenger ja tiepengertä on kevennetty kevytsoralla plv:llä 19400 19430. Maanvarainen penger päättyy massanvaihtoon. PTM mittauksen mukaan tie olisi painunut enimmillään noin 0,80 m. Tien pituusleikkauksesta graafisesti määritetyt suurimmat pituuskaltevuuden muutokset vaihtelevat 0,30 % 1,8 % välillä. Suurimmat pituuskaltevuuden muutokset ovat pehmeikön päissä. Vaikka pituusleikkauksessa esitettyjen kairausten perusteella voidaan painuman arvioida olevan tasaista, pohjasuhteiden vaihtelusta johtuen kohteessa on pienipiirteistä epätasaista painumaa, joissa pituuskaltevuuden muutokset ylittävät raja-arvon. Raja-arvon ylittävien osuuksien lukumäärät ja pituudet suhteutettuna kohteen pituuteen on esitetty taulukossa 5. Taulukko 5. Moottoritien pituuskaltevuuden raja-arvon ylittävien osuuksien lukumäärä kohteessa K41 Moottoritien raja-arvon ylittävien osuuksien kokonaislukumäärä ja suhdeluku kpl/100 m (=suluissa) Moottoritien raja-arvon ylittävien osuuksien suhteellinen osuus, m/100 m [%] Oikolauta 2 m Oikolauta 10 m Oikolauta 55 m Oikolauta 2 m Oikolauta 10 m Oikolauta 55 m 22 (2,9) 17 (2,2) 3 (0,4) 29,6 26,4 14,9 Oikolautatarkastelun mukaan pituuskaltevuuden raja-arvo ylittyisi noin 40 50 % matkalla koko kohteen pituudesta riippuen käytetystä oikolaudan pituudesta. Ylitysten lukumäärä ja yhteispituus on selvästi suurin mitatuista Vt 7:n koekohteista. Oikolaudoille 0.1, 1, 2, 5, 10, 20, 36, 44 ja 67 m määritetyt pituuskaltevuuden muutokset on esitetty liitteessä 7.

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 35 TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE Kuva 29. Vt 7 Rakennussuunnitelma, kohde K41.

36 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE VT 7/ K41 12.0 11.5 11.0 korkeus [m] 10.5 10.0 s1 = 0.6 m pk1 = 0.5 % s2 = 0.9 m pk2 = 0.35 % 9.5 9.0 s3 = 0.55 m pk3 = 1.0 % s4 s4 = 0.4 m pk4 = 2.0 % 8.5 18750 18800 18850 18900 18950 19000 19050 19100 19150 19200 19250 19300 19350 19400 19450 19500 19550 paalutus [m] TSV PTM-mittaus Rumpu Pv Ksr Mvk Kuva 30. Kohteen K41 suunniteltu tasausviiva ja PTM-autolla mitattu profiili. Kuva 31. Kohteen K41 pintamalli.

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 37 TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE Kuva 32. Valokuva kohteesta K41. K4: TSV:n kaltevuuden muutos Oikolautojen pituudet 2, 10 ja 55 m 3.0 % Moottoritien kriteerin ylittävien osuuksien lukumäärä ja pituus, kun - oikolauta 2 m: ylityskohtia 22 kpl. yhteensä 225.1 m - oikolauta 10 m: ylityskohtia 17 kpl. yhteensä 200.3 m - oikolauta 55 m: ylityskohtia 3 kpl. yhteensä 113.2 m 2.0 % TSV:n kaltevuuden muutos [%] 1.0 % 0.0 % -1.0 % -2.0 % -3.0 % 18750 18850 18950 19050 19150 19250 19350 19450 19550 paalutus [m] Oikolauta 2 m Oikolauta 10 m Oikolauta 55 m Sallittu muutos moottoritie Sallittu muutos päätie Sallittu muutos seudullinen tie Kuva 33. Tasausviivan kaltevuuden muutos (= pk i pk tsv) kohteessa K41.

38 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE 4.2.5 K5 Eriksnäs, pohjoinen Kohteen K5 Eriksnäs, pohjoinen tierekisterin mukainen osoite on: tienumero 7, tieosa 4, paaluväli 3768-3430. Rakennussuunnitelmassa kohde sijoittuu paaluvälille 15980 16320 (kuva 34). Kohteeseen liittyvissä kuvissa on käytetty pääasiassa rakennussuunnitelman mukaista paalutusta. PTM mittaukset on tehty rakennussuunnitelmassa olevaa paalutusta vastaan ja laskennoissa on käytetty oikeanpuoleisen ajokaistan (K51) mittauksia. Kohde sijaitsee pehmeikön reunassa. Rakennussuunnitelman pituusleikkauksessa ei ole kairaus- tai näytetietoja, mutta noin 350 m pitkän kohteen lopussa kallion pinta kohoaa lähelle päällysrakenteen alaosaa noin 50 60 m matkalle. Tien tasaus nousee loivasti länteen päin. Suunniteltu pengerkorkeus on noin 2 m, mutta loppuosalla tie on 2 3 m syvässä leikkauksessa. PTM mittauksen mukaan tie olisi painunut enimmillään noin 0,7 m. Tien pituusleikkauksesta graafisesti määritetty suurin pituuskaltevuuden muutos on noin 2,7 %. Suurin pituuskaltevuuden muutos sijoittuu kohteen loppupäähän, jossa siirrytään pehmeiköltä kantavalle pohjamaalle. Kohteessa on lisäksi pienipiirteistä epätasaista painumaa, joissa pituuskaltevuuden muutokset ylittävät raja-arvon erityisesti käytettäessä lyhyttä oikolautaa. Raja-arvon ylittävien osuuksien lukumäärät ja pituudet suhteutettuna kohteen pituuteen on esitetty taulukossa 6. Taulukko 6. Moottoritien pituuskaltevuuden raja-arvon ylittävien osuuksien lukumäärä kohteessa K51 Moottoritien raja-arvon ylittävien osuuksien kokonaislukumäärä ja suhdeluku kpl/100 m (=suluissa) Moottoritien raja-arvon ylittävien osuuksien suhteellinen osuus, m/100 m [%] Oikolauta 2 m Oikolauta 10 m Oikolauta 55 m Oikolauta 2 m Oikolauta 10 m Oikolauta 55 m 7 (2,11) 4 (1,21) 1 (0,3) 24,6 23,8 16,0 Oikolaudoille 0.1, 1, 2, 5, 10, 20, 36, 44 ja 67 m määritetyt pituuskaltevuuden muutokset on esitetty liitteessä 8.

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 39 TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE Kuva 34. Vt 7 Rakennussuunnitelma, kohde K51.

40 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE VT 7/ K51 12.5 12.0 11.5 11.0 korkeus [m] 10.5 s1 = 0.6 m pk1 = 2.7 % 10.0 9.5 9.0 8.5 15950 16000 16050 16100 16150 16200 16250 16300 16350 paalutus [m] TSV PTM-mittaus Pv Ksr Kuva 35. Kohteen K51 suunniteltu tasausviiva ja PTM-autolla mitattu profiili. Kuva 36. Kohteen K51 pintamalli.

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 41 TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE Kuva 37. Valokuva kohteesta K51. 4.0 % K5: TSV:n kaltevuuden muutos Oikolautojen pituudet 2, 10 ja 55 m 3.0 % Moottoritien kriteerin ylittävien osuuksien lukumäärä ja pituus, kun - oikolauta 2 m: ylityskohtia 7 kpl, yhteensä 81.52 m - oikolauta 10 m: ylityskohtia 4 kpl, yhteensä 78.90 m - oikolauta 55 m: ylityskohtia 1 kpl, yhteensä 52.86 m TSV:n kaltevuuden muutos [%] 2.0 % 1.0 % 0.0 % -1.0 % -2.0 % 15980 16000 16020 16040 16060 16080 16100 16120 16140 16160 16180 16200 16220 16240 16260 16280 16300 paalu [m] Oikolauta 2 m Oikolauta 10 m Oikolauta 55 m Sallittu muutos moottoritie Sallittu muutos päätie Sallittu muutos seudullinen tie Kuva 38. Tasausviivan kaltevuuden muutos (= pk i pk tsv) kohteessa K51.

42 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE 4.2.6 Peräkkäis- ja niveloikolautatarkastelut Mittauspisteestä toiseen siirrettävän oikolautatarkastelun lisäksi päätettiin pahimmassa valtatie 7:n kohteessa eli kohteessa K4 Box pohjoinen kokeilla tarkastelua, jossa laskettiin kahden peräkkäisen oikolaudan pituuskaltevuuden ero sekä niveloikolaudan kaltevuusero: - Peräkkäiset oikolaudat: oikolaudat asetettiin peräkkäisiin mittauspisteisiin ja niiden kaltevuudet vähennettiin toisistaan. Laskenta tehtiin käyttäen 2, 5, 10 ja 44 m oikolautoja (kuva 4). - Niveloikolauta: mittauspisteeseen asetettiin oikolauta, johon oli nivelellä kiinnitetty kaksi saman mittaista oikolautaa. Näiden kahden laudan kaltevuuden erotus laskettiin. Laskenta tehtiin käyttäen 1+1, 2+2, 5+5 ja 10+10 m oikolautoja (kuva 4). Peräkkäiset oikolaudat Peräkkäisiin mittauspisteisiin (noin 10 cm välein) asetettujen oikolautojen kaltevuuksien ero on pieni. Käytettäessä 1 m lautoja kaltevuusero vaihtelee tyypillisesti ± 0,1 % ja ero pienenee laudan pituuden kasvaessa. Koska mittauspisteitä saadaan käytetyllä tekniikalla erittäin tiheästi, ei tätä tulosten tarkastelutapaa pidetty havainnollisena. Peräkkäisten oikolautojen väliset kaltevuuserot on esitetty liitteessä 9. Niveloikolauta Kahden samaan pisteeseen asetetun oikolaudan kaltevuuseron todettiin ilmentävän huomattavasti havainnollisemmin tien pinnan tasaisuutta. Lyhyttä 1+1 m oikolautaa käytettäessä ilmenee tuloksessa pienipiirteistä vaihtelua ± 2,5 % ( tai ± 2,5 mm), joka ilmeisesti muodostuu mittaustekniikasta aiheutuvasta huojunnasta, mutta saman aikaisesti se sisältää muun muassa päällysteen karkeuden vaikutuksen tulokseen. Päin vastoin kuin yksittäistä oikolautaa käytettäessä niveloikolautan pituuden kasvaessa kaltevuuden ero näyttäisi kasvan. 10+10 m niveloikolaudalla pituuskaltevuuden ero oli suurempi kuin 0,60 % yhteensä 27 kohdassa, joiden pituus vastasi 34 % kohteen pituudesta. Vastaavasti 1+1 m niveloikolaudan pituuskaltevuuden ero ylittää 0,60 %:n arvon yhteensä 23 kohdassa, mutta niiden yhteispituus on alle 1 % kohteen pituudesta. Niveloikolaudalla määritetyt kaltevuuden erot on esitetty liitteessä 10. 4.3 Mittaushavaintojen käsittely vaihtoehtoisella algoritmillä 4.3.1 Algoritmin uudet piirteet Projektin muissa tarkasteluissa on käytetty reunaviivan vieressä kulkevaa laserin nro 16 mittalinjaa ja tulos on laskettu oikean- ja vasemmanpuoleisista kiihtyvyysantureista ja gyroskoopista saatujen gradienttien keskiarvon avulla (jatkossa tästä menetelmästä käytetään termiä vaihe 1 ). Tässä toisessa laskenta-algoritmissa on otettu tarkasteltavaksi pyöräurissa kulkevien laserien nro 4 ja 14 arvot (kuva 39) ja tulostettavat pituusprofiilit on laskettu erikseen oikean- ja vasemmanpuoleiselle pyöräuralle (jatkossa käytetään termiä vaihe 2 ). Tarkastelulla osoitettiin mikä merkitys on puolittain erikseen (va-

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 43 TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE sen ja oikea) lasketuilla tuloksilla. Pisteet on tulostettu 9,7 cm välein, kuten projektin aikaisemmissa vaiheissa. Tarkasteluissa on käytetty valtatieltä 7 vuonna 2003 mitattuja havaintoja. Laser 4 Laser 16 Laser 14 Kuva 39. Laserien sijainti mittauspalkissa mittaussuuntaan. 4.3.2 Tulokset: kohteet K4 ja K5 valtatiellä 7 Pituusprofiilin tarkkuus Projektin vaiheessa 1 määritetyt tienpinnan pituusprofiilit kiinnitettiin alkupaalulta tarkkavaaitustulokseen ja loppupäätä verrattiin kohteen lopusta mitattuun tarkkavaaitustulokseen. Tällöin todettiin, että PTM autolla mitatut korkeusluvut ovat suurempia kuin koekohteen loppupisteen tarkkavaaitustulos. Poikkeama aiheutuu ilmeisesti mittausvirheen kumuloitumisesta eli pituusprofiilien korkeusluvut ryömivät. Tulosten perusteella näyttäisi siltä, että projektin vaiheen 1. menetelmää käytettäessä poikkeama olisi alle 10 cm. Vaihtoehtoisella, vaiheen 2 käsittelyalgoritmilla saadut tulokset poikkeavat 10-20 cm (taulukko 7). On huomattava, että vertailupisteenä käytetty tarkkavaaituspiste sijaitsee reunaviivalla eli laserin 17 kohdalla. Sen sijaan laserit 4 ja 14 ovat pyöräurien kohdilta, mikä vaikuttaa tulokseen kaltevalla tienpinnalla. Taulukko 7. Mittauksissa havaitun ryöminnän suuruus, kun mittaukset on kiinnitetty alkupäästä tarkkavaaitustulokseen. KOHDE KOHTEEN PITUUS L16 (vaihe 1) L4 (vaihe 2) L14 (vaihe 2) K4 750 m + 8,4 cm + 10,6 cm + 10,5 cm K5 340 m + 9,1 cm + 13,3 cm + 18,5 cm Oikolautalaskennat Oikolautatarkasteluja varten havainnot kiinnitettiin alku- ja loppupäistä ja mahdollinen ryömintävirhe tasoitettiin koko matkalle. Tasoitetuilla havainnoilla lasketut tasausviivan kaltevuuden muutokset on esitetty kuvissa 40 ja 41.

44 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE 3 % 2 % 1 % Kaltevuus [%] 0 % -1 % -2 % -3 % 18750 18850 18950 19050 19150 19250 19350 19450 19550 Paalut 5m oikolauta - laser 4 (vaihe 2) 5m oikolauta - laser 14 (vaihe 2) 5m oikolauta - laser 16 (vaihe 1) Moottoriväylien raja-arvo Pääteiden raja-arvo Seudullisten teiden raja-arvo Kuva 40. Kohteen K4 tasausviivan kaltevuuden muutos laserien 4, 14 ja 16 mittauksista. 4 % 3 % 2 % Kaltevuus [%] 1 % 0 % -1 % -2 % 15950 16000 16050 16100 16150 16200 16250 16300 16350 Paalut 5m oikolauta - laser 4 (vaihe 2) 5m oikolauta - laser 14 (vaihe 2) 5m oikolauta - laser 16 (vaihe 1) Moottoriväylien raja-arvo Pääteiden raja-arvo Seudullisten teiden raja-arvo Kuva 41. Kohteen K5 tasausviivan kaltevuuden muutos laserien 4, 14 ja 16 mittauksista. Käytettäessä vaihtoehtoista mittaustulosten käsittelyalgoritmia havaintojen pienipiirteinen huojunta vähenee ja pituuskaltevuuden ääriarvot pienenevät. Moottoritien raja-arvojen ylittävien kohtien pituus ja lukumäärät vähenevät kohteessa K4 ja kasvavat tai pysyvät lähes samoina kohteessa K5 (taulukko 8).

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 45 TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE Taulukko 8. PTM -mittaustuloksista laskettuja tunnuslukuja. KOHDE K4 L4 (vaihe 2) L14 (vaihe 2) L16 (vaihe 1) K5 L4 (vaihe 2) L14 (vaihe 2) L16 (vaihe 1) Moottoritien raja-arvon ( pk = + 0,6 %) ylittävien kohtien lukumäärä pituus [kpl] [m] 13 14 19 8 8 4 suhteellinen määrä [kpl/ 100 m] 1,7 1,8 2,5 2,4 2,4 1,2 126 142 221 97 93 79 suhteellinen pituus [m/ 100 m] 16,6 18,7 29,1 29,2 28,0 23,9 Oikolauta ja IRI epätasaisuus Kansainvälisesti käytetyin tien pinnan tasaisuuden kriteeri on IRI arvo [Sayers & Karamihas. 1998. The Little Book of Profiling], jota tarkastellaan halutun pituisen tieosan keskiarvona. Suomessa käytetään tasaisuusmittauksissa 100 m keskiarvoa ja esimerkiksi roudasta aiheutuvan epätasaisuuden tunnistamiseen 5 m keskiarvoa eli niin sanottua 5 m-iri:ä [Tiehallinto. 2001. TPPT 16]. IRI arvo ei kuitenkaan sovellu pohjamaan painumista aiheutuvan epätasaisuuden kriteeriksi, koska se ei erottele suhteellisen loivapiirteistä ja pitkäaaltoista epätasaisuutta päällysteen pinnan pienipiirteisestä ja lyhytaaltoisesta epätasaisuudesta. Tien painumaepätasaisuuden kriteerinä Tiehallinnon ohjeissa ja urakoiden teknisissä vaatimuksissa käytetään oikolautatyyppisellä mittauksella määritettävää epätasaisuutta. Kuvassa 42 on esitetty 5 m-oikolautamittauksella määritetty pituuskaltevuus ja 5 m-iri. 5 m oikolautojen kaltevuudet - laser 4 [%] 2.5 % 2.0 % 1.5 % 1.0 % 0.5 % 0.0 % -0.5 % -1.0 % -1.5 % -2.0 % -2.5 % 18860 18957 19054 19151 Paalut [m] 19248 19346 5m IRI 5m oikolauta - laser 4 (vaihe 2) 19443 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0-1 -2-3 -4-5 -6-7 -8-9 -10 19540 Kuva 42. Viiden metrin pituisen oikolaudan kaltevuustarkastelu ja 5 m IRI samassa kaaviossa. 4.4 Arvio Tien pinnan kaltevuus on perinteisesti mitattu oikolautaa käyttäen ja se onkin yksinkertainen ja yksikäsitteinen tekniikka loivapiirteisten pintojen, kuten pai- 5 m-iri [mm/m]

46 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET TESTIKOHDE VT 7 PORVOON MOOTTORITIE numavaurioiden, mittaamiseen, kun mitattu pintamalli muodostuu suhteellisen harvasta vaaitsemalla mitatusta verkosta. Koska tienpinnassa on kuitenkin huomattava määrä pienipiirteistä epätasaisuutta, riippuu oikolautatekniikalla saavutettava tulos ratkaisevasti käytetyn oikolaudan pituudesta. Yksinkertaistettuna voidaan esittää, että huolimatta painumavaurioiden loivapiirteisyydestä painuman raja-arvot ylittyvät useammin käytettäessä lyhyttä oikolautaa kuin pitkää. Kun käytetään PTM mittausta tai muuta mittaustapaa, jolla tuotetaan tiheäverkkoinen malli pinnasta, joudutaan hyvin huolellisesti määrittämään tapa, jolla pinnan kaltevuuden tunnusluvut määritetään. Oikolautatekniikka on edelleen käyttökelpoinen, kun huomioidaan tuloksen riippuvuus käytetyn oikolaudan pituudesta tai käytetäänkö kahden oikolautamittauksen erotusta (niveloikolauta ja peräkkäinen oikolauta (kts. s. 11). Jotta oikolautatekniikkaan perustuvia kriteerejä voidaan kehittää, olisi ensin selvitettävä minkä mittainen ja miten määritetty oikolauta kuvaa parhaiten erilaisten ajoneuvojen kannalta tienpinnan painumavaurioiden haitallisuutta.

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 47 PTM MITTAUKSEN TARKKUUS 5 PTM MITTAUKSEN TARKKUUS 5.1 Pituusleikkauksen mittaaminen 5.1.1 Toistettavuus Kt 51 Hammossenin kohteessa tehdyn mittauksen perusteella kolmen yksittäisen mittauksen keskinäinen poikkeama vaaitukseen verrattuna vaihtelee noin 5 45 mm. Mittauksen tekemisessä oli kuitenkin tekijöitä, jotka ilmeisesti huononsivat mittauksen tarkkuutta kohteessa. Tieliikelaitoksen mittausautoa testattiin kesällä 2003 vasta valmistuneella moottoritieosuudella E18 Paimio Muurla. Testauksessa kolmen mittauksen ero oli selvästi edellä mainittua parempi. Mitatulla 6 km:n osuudella ero mittauskertojen välillä oli n. 10 +10 mm lukuun ottamatta kohteen loppuosaa, jossa se kasvoi n. 20 30 mm:iin (kuva 43). Kohteen lopussa tien tasausviiva laskee jyrkästi mäenrinteessä. Virhe toistettavuudessa E18:lla suhteellista korkeutta määritettäessä 0.04 Virhe toistettavuudessa [m] 0.03 0.02 0.01 0.00-0.01-0.02-0.03-0.04 500 1000 1500 2000 2500 3000 Matka [m] Ero Virhe toistettavuudessa E18:lla suhteellista korkeutta määritettäessä Virhe toistettavuudessa [m] 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00-0.01-0.02-0.03-0.04 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 Matka [m] Ero Kuva 43. E18 Paimio Muurla kahden mittauskerran ero. 5.1.2 Tarkkuus Kt 51 Hammossenin kohteessa tehdyn mittauksen perusteella toistettaessa PTM mittauksia poikkeavat mittauskertojen tulokset toisistaan enimmillään - 23 + 41 mm, useimmiten kuitenkin alle 2 cm. Samat toistomittaukset poikkeavat enimmillään vaaituksesta ± 40 mm. Kuten kuvasta 10 ja liitteestä 1 käy ilmi poikkeaa yksittäinen PTM mittauspiste usein vain 1 2 cm vaaituksesta. On huomioitava, että myös vaaitustekniikassa on omat virheensä, jotka näkyvät havaintosarjassa esimerkiksi piikkeinä.

48 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET PTM MITTAUKSEN TARKKUUS Vt 7 välillä Sipoonlahti Harabacka tehtyjen viiden koekohteen mittauksen korkeusero koekohteiden alku- ja loppupisteiden geodeettisesti tehtyihin sidontamittauksiin on esitetty kuvassa 44. Tuloksen mukaan loppupisteiden ero sidontamittauksiin vaihtelee välillä 3,3 25 cm eli havaintojoukon arvot ryömivät mittauksen edetessä. Vuonna 2005 Hammossenin kohteessa tehdyissä PTM mittauksissa ei ollut enää havaittavissa ryömintää. Kohteiden alku- ja loppupisteiden korkeusero paikalleenmittaukseen Kohde K11 K12 K21 K22 K31 K32 K41 K42 K51 K52-300.0 korkeusero [mm] -250.0-200.0-150.0-100.0 Loppupisteiden erot mean -57,3 max -0,6 min -251,3 std dev 69,9-50.0 0.0 Kuva 44. Vt 7 Sipoonlahti Harabacka PTM - mittauksen korkeusero koekohteiden alku- ja loppupisteiden ero sidontamittaukseen (Kx1 vasen kaista, Kx2 oikea kaista). 5.2 Sivukaltevuuden mittaaminen Pituussuuntaan lasketun tienpinnan korkeustiedon lisäksi mittauksista voidaan laskea vastaavasti tien poikkisuuntainen pinnanmuoto ja korkeus. Kesällä 2003 E18 Paimio Muurla -moottoritiellä tehdyn toistettavuustestin mukaan sivukaltevuusarvon toistettavuus on parempi kuin 0,1 % - yksikköä (kuva 45).

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 49 PTM MITTAUKSEN TARKKUUS Sivukaltevuuden virhe E18:lla 0.20 0.15 0.10 sivukaltevuus (%) 0.05 0.00-0.05-0.10-0.15-0.20 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 matka (km) Virhe toistettavuudessa Kuva 45. E18 Paimio Muurla kahden mittauskerran ero. VTT:n deformaation mittausta koskevan raportin mukaan PTM 2000 autolla voidaan saavuttaa ± 3 mm suhteellinen tarkkuus ja ± 4 8 mm absoluuttinen tarkkuus poikkisuuntaisen profiilin määrityksessä [Deformaation mittausmenetelmät, RTE-IR_13/2003]. Myös VTI:n vuonna 2000 tehdyssä tutkimuksessa pidettiin vanhemmalla PTM autolla mitattua sivukaltevuustulosta erittäin tarkkana.

50 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET KUIVATUSTARKASTELU 6 KUIVATUSTARKASTELU 6.1 Vesiura- ja lammikoitumislaskennat PTM auton tuottamaa pintamallia voidaan käsitellä myös muilla tavoilla. Sen avulla voidaan mm. määritellä tien kuivatuksen ongelmakohdat tienpinnan kaltevuuden avulla. Lammikoituminen on mahdollista, kun tien pintaan muodostuu painaumia, joista vesi ei pääse poistumaan. Painaumaa kutsutaan vesiuraksi silloin, kun vesi ei pääse virtaamaan poikkisuuntaan (kuva 46). Vesiuraa määritettäessä ei oteta huomioon tien mitattua pituuskaltevuutta. Tässä raportissa pituussuuntaista painaumaa kutsutaan pituussuuntaiseksi vesipainaumaksi silloin, kun vesi ei pääse poistumaan pituussuuntaan (kuva 47). Poikkiprofiili 3.2 m max. ura max. vesiura Kuva 46. Ura ja vesiura. Pituusprofiili 5 m max. pituussuuntainen vesipainauma / 5 m Kuva 47. Pituussuuntainen painauma. PTM- mittausauton datasta on mahdollista tulostaa poikkisuuntaan maksimi urat ja vesiurat (eli vesisyvyys) kullekin poikkileikkaukselle. Pituussuuntaan tarkastelu voidaan tehdä esimerkiksi viiden metrin jaksoissa limittäen jaksoja 2-3 metriä, jolloin jokaisesta jaksosta haetaan maksimi syvyys. Kun vesiura yhdistetään pituuskaltevuustarkasteluun, voidaan arvioida mahdolliset lammikoitumiskohdat. Vesi lammikoituu silloin, kun vesiuran ja pituussuuntaisen vesipainauman arvot ovat suuria. Lammikoitumistarkastelua testattiin valtatiellä 7 kohteessa K4 (kuva 48).

PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET 51 KUIVATUSTARKASTELU 0.080 0.070 0.060 0.050 Syvyys [m] 0.040 0.030 0.020 0.010 0.000 18750 18850 18950 19050 19150 19250 19350 19450 19550 Paalu [m] Ura (m) Vesiura (m) Pituussuuntainen vesipainauma E18 uraraja-arvo Kuva 48. Lammikoitumisriski on suuri niissä kohdissa, joissa sekä vesiura- että pituussuuntainen vesipainauma -käyrät saavuttavat suuria arvoja. E18 Muurla-Lohjanharju projektin Teknisissä vaatimuksissa maksimi urasyvyys saa olla moottoritiellä korkeintaan 13 mm / 2 km tiejakso. Vt 7:n koekohteessa K4 raja-arvon ylityksiä PTM -autolla mitatuissa havainnoissa on seuraavasti: uria 129 metriä eli 17 % koko osuudesta, vesiuria 40 metriä eli 5 % koko osuudesta ja pituussuuntaisia vesipainaumia 393 metriä eli 52 % koko osuudesta. Alueita, joissa sekä vesiurat että pituussuuntaiset vesipainaumat ylittävät sallitun rajan, on 3 metriä eli 0,4 % (taulukko 9). Koekohteessa K4 vesiurien kokonaispituus on vain noin kolmasosa urien määrästä, kun tarkastelun kohteena ovat yli 13 mm syvät vesiurat ja urat. Lisäksi tulee muistaa, että uramittaus ei huomioi veden virtausmahdollisuutta ja poistumista osittain pituussuunnassa eli vain uraa tarkasteltaessa ei huomioida tien viettokaltevuutta. Taulukko 9. Kriteerin (13 mm) ylittävien osuuksien pituus ja suhteellinen osuus Vt 7 kohteessa K4. E18 urakriteerin ylittävien osuuksien yhteispituus [m] E18 urakriteerin ylittävien osuuksien suhde koko kohteen pituuteen [%] Urat (> 13mm) 129 17 % Vesiurat 40 5 % Pituussuuntaiset vesipainaumat 393 52 % Urat ja vesipainaumat 29 4 % Vesiurat ja vesipainaumat 3 0,4 %

52 PAINUMAPROFIILIMITTAUKSET KUIVATUSTARKASTELU 6.2 Visuaalinen tarkastelu: Profilograph for Windows PTM auton tuottamaa kolmiulotteista pintamallia voidaan tarkastella Profilograph for Windows ohjelmalla visuaalisesti. Koska eri korkeuksilla olevat tasot on mahdollista värjätä eri värein, voidaan pintamallista tunnistaa kuivatuksen kannalta merkittävät kriittiset kohdat. Tarkempaa analysointia ei ohjelman avulla voida kuitenkaan tehdä. Profilograph - havainnekuva on esitetty kuvassa 49 sekä liitteissä 11 ja 12. Kuva 49. Esimerkki Profilograph for Windows ohjelman tuottamasta pintamallista yhdellä kaistalla. Kuvan vasemmassa reunassa näkyvässä poikkileikkauksessa on havaittavissa pyöräurat ja keskellä kuvaa lammikoitumisaltis kohta. 6.3 Viettokaltevuuslaskennat PTM - autolla mitatusta datasta on mahdollista tehdä myös muilla ohjelmistoilla, esimerkiksi X-street -ohjelman avulla tien pintamalli. Pintamallin avulla voidaan tulostaa tien pinnan muotoja kuvaava korkeuskäyrästö halutulla korkeuskäyrävälillä. Korkeuskäyrien avulla voidaan määrittää tien viettokaltevuudet. Menetelmää testattiin valtatiellä 7 sijaitsevassa painumakohteessa K4. Viettokaltevuuksien suuruus on esitetty eri värein/ rasterein kuvassa 50 sekä liitteissä 11 ja 12. Näissä tarkasteluissa on käsitelty PTM-autolla mitattua yhtä mittausleveyttä (noin 3,2 m). Viettokaltevuustiedon avulla voidaan määrittää kuivatuksen kannalta ongelmalliset tien pinnan kohdat. Kohteen 4 koko ajoradan pintamallin korkeuskäyrästö on esitetty liitteessä 13. Tässä tarkastelussa on yhdistetty kahden samaan suuntaan ajetun mittausleveyden mallit (noin 6,4 m).