Saarenketo Timo Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa Kittilän testitutkimukset 2007 Tiehallinnon sisäisiä julkaisuja 15/2009
Saarenketo Timo Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa Kittilän testitutkimukset 2007 Tiehallinnon sisäisiä julkaisuja 15/2009 Tiehallinto Rovaniemi 2009
Kannen kuva: Roadscanners Oy ISSN 1457-991X TIEH 4000656 Verkkojulkaisu pdf (www.tiehallinto.fi/julkaisut) ISSN 1459-1561 TIEH 4000656-v Asiantunnus KL-Kopio Rovaniemi 2009 Julkaisua saatavana lapin.tiepiiri@tiehallinto.fi Faksi 0204 22 3540 Puhelin 0204 22 11 TIEHALLINTO Lapin tiepiiri Hallituskatu 3 B 96100 ROVANIEMI Puhelin 0204 22 11
Saarenketo Timo: Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa. Kittilän testitutkimukset 2007. Rovaniemi 2009. Tiehallinto, Lapin tiepiiri. Tiehallinnon sisäisiä julkaisija. 15/2009, ISSN 1457-991X, TIEH 4000656, ISSN 1459-1561, TIEH 4000656-v. Asiasanat: kuivatus, tutkimus, Lapin tiepiiri, testaus, kelirikko, routa Aiheluokka: 37, 38 TIIVISTELMÄ Kesällä 2007 Lapin tiepiirille tehdyn Kittilän kuivatusanalyysin yhteydessä testattiin miten lämpökameratekniikkaa voitaisiin käyttää päällystettyjen ja sorateiden kuivatusanalyysien tukena. Koekohteina olivat päällystetty tie Mt 9552, tiosa1 ja soratiekohteena Pt 19876. Tutkimuksessa verrattiin lämpökameralla mitattua ja luokiteltua ojan pohjan ja luiskien lämpötilaa ja niiden eroja visuaalisesti tehtyyn kuivatusluokitukseen. Lisäksi tuloksia vertailtiin päällystetyillä teillä urautumis-arvoihin ja sorateillä tien kelirikkohistoriaan. Testien tulokset olivat erittäin rohkaisevia. Kesäkuun alussa mitatuissa tiekohteissa, missä tien reunan ja ojan lämpötilat olivat huomattavasti ympäristöään alhaisempia havaittiin päällystetyillä teillä korkeita urautumisarvoja ja nopeuksia ja vastaavissa soratiekohteissa esiintyi kelirikkoa, urautumista ja kesällä kulutuskerroksen reikiintymistä. Lämpökameran avulla voitiin havaita selvästi ja täsmällisesti ne kohteet, joissa kuivatus ei toimi ja tien vaurioitumista aiheuttavaa vettä on tierungossa. Kosteat kohteet keväällä näkyvät hyvin kylmempänä alueena. Kelirikkokohteissa jäälinssien sulamisen vapauttama ja tienpintaa nouseva vesi näkyi erittäin selkeästi ympäristöä alempana lämpötilana. Lämpökameran etuna on se, että ongelmaosuudet voidaan luotettavasti paikantaa yhdessä maatutkan kanssa sellaisinakin keväinä jolloin kelirikkoa ei kohteessa esiinny. Näin kelirikon korjaussuunnittelussa voidaan ennakoida jatkossa myös tuleviakin kelirikkokohteita eikä vain nykyongelmia. Lämpökameraa kuivatus- ja kelirikkoanalyyseissa kannattaa käyttää toukokuussa ja kesäkuun alussa roudan sulamisen loppuvaiheessa aikaisin aamuyöllä ja aamulla, jolloin auringolla ei ole vaikutusta tien pintalämpötiloihin. Kuivatuksen kunnon analyysissa ja luokituksessa sekä kelirikkokohteiden tarkka paikantaminen ja korjaussuunnittelun lisäksi lämpökameraa voitaisiin tietutkimuksissa käyttää ainakin seuraavissa mm. kohteissa: routalinssien paikantaminen, tien alla olevien routaeristeiden paikantaminen, siltojen betonikansien kuntotutkimukset ja päällysteen lajittumien kontrollointi päällystysvaiheessa.
Saarenketo Timo: Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa. Kittilän testitutkimukset 2007. Rovaniemi 2009. Finnish Road Administration, Lapland Region. Finnra Internal Reports 15/2009, ISSN 1457-991X, TIEH 4000656, ISSN 1459-1561, TIEH 4000656-v. SUMMARY In summer 2007, the Kittilä drainage analysis was done for the Lapland Road Administration. In conjunction with the drainage analysis, a thermal camera technique was tested to see if it could provide additional support in paved and gravel road drainage analysis. The test sites were paved road Mt 9551, section 1, and gravel road Pt 19876. In the study, the temperatures of the ditch bottom and shoulder, measured with a thermal camera, were compared to a visual drainage classification. On the paved road, the results were compared with rutting values and on the gravel road spring thaw weakening history. The results from the surveys done in the beginning of June are very promising. In places where the shoulder and ditch temperatures were much lower compared to their surroundings high rutting values and rutting speeds were observed. Spring thaw weakening, rutting and potholing of the gravel surface in the summer were observed in these spots on the gravel road. Clear and precise determinations of poorly drained and failure susceptible sections with water in the road structure could be made with thermal imaging. Moist areas can be observed as cold in the spring. In the spring thaw weakening sites, where water released through melting of the ice lenses was percolating to the surface, could be clearly identified as they had temperatures lower than their surroundings. The advantage of thermal measurements, used in tandem with GPR, is that problem sections can be detected even in springs when spring thaw weakening is not present. Thus spring thaw weakening repair planning could be forecasted and include sites that in the future will become spring thaw weakening sites and not only existing problems. The thermal measurements for drainage planning and spring thaw weakening analysis should be done in May and early June during the final stages of frost melt. Furthermore, they should be done early in the morning part of the night or in the morning when the sun does not have an effect on surface temperatures of the roads. Along with the drainage condition analysis and classification, precise detection of spring thaw weakening sites and repair planning, the thermal surveys could also be used to locate ice lenses, position frost insulation under the road, condition evaluation of concrete slabs of bridges, segregation control during the paving process.
ESIPUHE Tämä tutkimus on tehty yhteistyönä Lapin tiepiirin ja Roadscanners Oy:n kanssa ja sen tavoitteena oli selvittää nopeasti kehittyvän lämpökameratekniikan käyttömahdollisuudet teiden kuivatusanalyyseissa. Tutkimus tehtiin Kittilän hoitoalueen kuivatusanalyysien yhteydessä. Roadscanners Oy:ssä tutkimukseen osallistui Timo Saarenpää ohjelmisto- ja teknisenä asiantuntijana. Tiedonkeruusta kentällä vastasi Seppo Tuisku ja mittausten alustavan analyysin ja työraportin luonnosteli Kent Middleton. Tutkimusta ohjasi ja tämän raportin kirjoitti Timo Saarenketo. Raportin editoinnista vastasi Hanne Sarajärvi. Tiehallinnon Lapin tiepiirissä tutkimusyhteistyöhön osallistui Jukka Jääskö, Kari Parikka ja Eero Kenttälä. Lapin tiepiirin lisäksi tekijät haluavat kiittää Infradex Oy:tä yhteistyöstä kameroiden testauksessa. Rovaniemellä lokakuussa 2008 Timo Saarenketo, Roadscanners Oy
Sisältö 1 JOHDANTO 3 2 LÄMPÖKAMERATEKNIIKKA 4 3 TUTKIMUSKOHTEET 5 4 TUTKIMUSMENETELMÄT 6 5 TUTKIMUSTULOKSET 8 5.1 Päällystetty tie Mt 9552, Kiistalantie 8 5.2 Soratie Pt 19876, Kuusajoki 13 6 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET 18
Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa 3 1 JOHDANTO Lämpökameratekniikkaa on käytetty jo 1980-luvun lopulta alkaen erilaisissa liikenneinfrarakenteiden tutkimuksissa. Aluksi sitä käytettiin yhdessä maatutkan kanssa siltojen kansirakenteiden kuntoselvityksissä, mutta 2000 luvulla suurin sovellusalue on ollut mittausten käyttö asfaltointityömailla ohjaavan laadunvalvonnan apuvälineenä. Esimerkiksi Ruotsissa Tiehallinnon Tukholman tiepiirissä menetelmä on pakollinen piirin asfalttitöissä. Uusimmat lämpökameroiden tietutkimukset keskittyvät tekniikan käyttöön päällystevaurioiden inventoinneissa. Tulevaisuudessa autoihin tultaneen asentamaan lämpökamerat, jolloin esimerkiksi hirvionnettomuudet vähenevät. Viime vuosien aikana Roadscanners Oy on kehittänyt muun muassa Road Doctor CamLink -järjestelmäänsä siten, että teiden, rautateiden ja siltojen tutkimuksissa tiedonkeruussa voidaan käyttää useampaa digitaalista videokameraa. Näiden kehitysprojektien myötä Roadex II -projektiin liittyvissä Rovaniemen hoitourakan kuivatusanalyysien mittauksissa 2006 kokeiltiin myös lämpökameraa toisena kamerana. Nämä testit antoivat lupaavia tuloksia ja niiden perusteella lämpötilaerojen kautta voitiin havaita muuten vaikeasti erotettavia kosteita osuuksia tien ojassa, mutta myös sisä- ja ulkoluiskissa (kuva 1). ROADEX -projektin kokeilujen rohkaisemana Roadscanners Oy teki keväällä ja kesällä 2007 yhteistyössä Lapin tiepiriin lisätestejä, millä edellytyksellä lämpökameratekniikkaa voisi käyttää päällystettyjen ja sorateiden kuivatusanalyysissä. Roadex -projektissa kehitetyssä, mallikuviin ja kuivatuksen visuaaliseen arvioon perustuvassa kuivatusanalyysissa, ongelmana on ollut mittausten subjektiivisuus ja toistettavuus. Tähän lämpökameratekniikan toivottiin antavan uusia ratkaisuja. Lisäksi digitaalinen lämpökameratekniikka voisi tulevaisuudessa mahdollistaa analyysien automatisoinnin, mikä pudottaisi merkittävästi kuivatusanalyysin hintaa. Tutkimusprojektin tavoitteena oli Kittilän kuivatusanalyysien yhteydessä kuvata päällystettyjen teiden ja sorateiden ojia tavallisen kameran lisäksi myös lämpökameralla. Lämpökameran tuloksia verrattiin sitten visuaalisten kuivatusanalyysien tuloksiin. Tässä raportissa kuvataan testien keskeisimmät tulokset.
4 Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa 2 LÄMPÖKAMERATEKNIIKKA Lämpökamera tai toiselta nimeltään infrapunakamera on laite, joka mittaa ympäristön infrapunataajuudella lähettämää säteilyä ja muodostaa siitä videokameran tyyppisen kuvan. Kun valoon perustuvat kamerat mittaavat yleensä 450-750 nanometrin taajuista näkyvää valoa, infrapunakameran mittaama maksimiaallonpituus voi olla jopa 14.000 nanometriä. Lämpökameran kuvasta voidaan karkeasti määrittää tien ja luiskan pintalämpötila asteina. Tämä voidaan kuitenkin tehdä vain jos pinnan emissioarvo tunnetaan, sillä kappaleen lähettämä infrapunasäteily riippuu sen pintalämpötilasta. Koska eri materiaalit emittoivat lämpösäteilyä eri tavoin, lämpökameran kuvaan vaikuttaa lämpötilan lisäksi se, mitä ainetta kohteen pinta on. Lämpökamerat voidaan jakaa säteilyn ilmaisimen perusteella eri luokkiin. Pääluokkia on kaksi: toiseen kuuluvat ne joissa infrapunailmaisinta jäähdytetään esimerkiksi nestemäisellä typellä (BST -ilmaisin), sekä toiseen ne, joissa ilmaisinta ei jäähdytetä (mikrobolometri-ilmaisin). Teknologiasta ja pienistä tuotantosarjoista johtuen lämpökameroiden hinnat ovat olleet korkeat, mutta viime aikoina ne ovat tulleet alaspäin. Tällä hetkellä toimivan lämpökameran hinnat ovat n. 5000 eurosta ylöspäin, mutta korkealaatuinen lämpökamera, jota voidaan käyttää esimerkiksi päällyste-vaurioinventoinnissa, maksaa edelleen yli 30.000.
Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa 5 3 TUTKIMUSKOHTEET Koska Roadscanners Oy onnistui saamaan käyttöönsä RD CamLink - yhteensopivan digitaalisen lämpökameran käyttöön vain rajoitetuksi ajaksi, päädyttiin testeissä kohdentamaan mittaukset kahdelle tielle, joista toinen oli päällystetty ja toinen soratie. Päällystettyä tietä edusti Kiistalantie Mt 9552 tieosa 1 ja soratiekohteeksi valittiin Kuusajoen paikallistie 19876. Molemmat kohteet kuuluivat Kittilän hoitourakan kuivatusanalyysikohteiden joukkoon ja niistä tehtiin myös ns. standardikuivatusanalyysi.
6 Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa 4 TUTKIMUSMENETELMÄT Lämpökameratesteissä käytettiin Roadscanners Oy:n mittausauton katolle sijoitettua FLIR BCAM mallista lämpökameraa, jota tuo maahan Infradex Oy. Tämä kamera tuotti näyttöön analogisignaalia joka sitten digitoitiin erilliselle A/D-suotimella niin, että kuvat voitin tallentaa RD CamLink - ohjelmalla. Samanaikaisesti lämpökameran kuvauksen kanssa tien kuvattiin digitaalisella videokameralla ja kuvan paikannustiedot mitattiin GPS laitteistolla (kuva 1). Suurin osa kuvan alasta kohdistui ojaan, mutta osassa kuvaa näkyi myös tie. Lämpökamera oli manuaalisesti asetettu siten että väriskaala oli pysyvästi lämpötila-asteikolla 7:stä 24:ään asteeseen Celsiusta. Myöhemmin valitettavasti osoittautui, että tämä asetus ei pysynyt aina lukittuna ja etenkin soratietutkimuksia asteikko oli liukuva. Ajoneuvon nopeus videokuvauksessa oli noin 30 km/h. Kuva 1. Lämpökameratesteissä käytetty kalusto. Mittausten jälkeen kerätty digitaalivideo linkitettiin Road Doctor -projektiin, johon oli aiemmin linkitetty muut kuivatusanalyysin tulokset sekä sorateillä esimerkiksi tien kelirikkohistorian. Tämän jälkeen päällystetyiltä tieltä kerätty video analysoitiin ja ojan pohja-alue luokiteltiin lämpötilavärin perusteella viiteen luokkaan. Nämä lämpötilaluokat olivat seuraavat:
Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa 7 Luokka Luokka 1 Luokka 2 Luokka 3 Luokka 4 Luokka 5 Lämpötila Erittäin Korkea Korkea Keskimääräinen Matala Erittäin Matala Verrattaessa lämpökamerakuvaa tavallisen digitaalivideon kuvaan voitiin havaita, että pääperiaate on että kun ojassa oli vettä, lämpötila oli aina matalampi ja mitä enemmän vettä, sitä alempi lämpötila. Kun data oli luokiteltu, tulokset oli kartoitettu kuivatusanalyysin tulosten kanssa ja kartta tutkittiin löytääkseen korrelaatio niiden välillä.
8 Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa 5 TUTKIMUSTULOKSET 5.1 Päällystetty tie Mt 9552, Kiistalantie Päivänä, jolloin mittaukset tehtiin maantiellä 9552 ilma oli pilvistä, joten valo- ja varjoefektit eivät vaikuttaneet mittaustuloksiin. Kuvan 2 kartassa on vertailtu visuaalisen kuivatusanalyysin tuloksia lämpökameradatan perustella laadittuun lämpötilaluokitukseen. Kuvasta voidaan nähdä, että tien oikealla puolella, eli kaakkois-, itä- ja koillispuolella lämpötilaluokitus korreloi varsin hyvin kuivatusluokan kanssa. Erityisesti huonoimman kuivatusluokan 3 kohdissa oja-alueen lämpötila oli huomattavasti alempi kuin kohdissa missä kuivatus oli kunnossa. Sen sijaan tien vasemmalla puolella ja etenkin lounaaseen ja länteen aukeavissa kohdissa lämpötilaerot olivat pienemmät eikä kaikki huonon kuivatusluokan omaavat kohteet tulleet täysin esille ainoastaan luoteeseen avautuvilla kohteilla paalulle 2000 m saakka korrelaatio oli hyvä. Kuva 2. Lämpökameradatasta tehdyn ojan ympäristön lämpötilaluokituksen (uloimmat palkit) suhde tien kuivatusluokkiin.
Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa 9 Nämä tulokset tukevat mm. ROADEX -projektissa tehtyjä havaintoja, joiden mukaan roudan sulamiseen ja tien kuivumiseen vaikuttaa myös tien ekspositio, eli miten tie ja oja ottavat vastaan auringon lämpösäteilyä. Kuvissa 3 ja 4 on esitetty hyvä esimerkki, miten lämpötilaluokitus ja kuivatusluokitus korreloivat hyvin keskenään ongelmakohteessa. Kuvassa 3 on Road Doctor (RD) ohjelmanäytössä esitetty lämpötilaluokitukset ja kuivatusluokitukset oikeasta ja vasemmasta ojasta sekä tiestöstä tehdyn viimeisimmän PTM mittausten ura- ja IRI-arvot. Kuvassa 4 on esitetty still kuva ja lämpökameran kuva paalulta 2610 m (punainen viiva kuvassa 3). Kuvista nähdään hyvin, että tien nopean urautumisen ongelmallinen kuivatuskohta näkyy myös lämpökamerakuvassa ympäristöään huomattavasti kylmempänä kohteena. Kuva 3. Kuivatusluokkien (KL_O ja KL_V) vertailu lämpötilaluokkiin (IR_O ja IR_V) sekä tasausviivaluokkaan (TSV). Palkkien alla viimeisimmät uraja IRI mittaustulokset. Punainen pystyviiva esittää paalulta 2610 m otetun kuvan 4 kohtaa.
10 Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa Kuva 4. Digitaalivideon still -kuva ja lämpökameran kuva paalulta 2610 m. Sininen väri ojan pohjalla kertoo matalasta lämpötilasta. Vastaavasti kuvissa 5 ja 6 on esitetty paaluväliltä 2100 2600 m hyvä esimerkki, miten lämpötilaluokitus ja kuivatusluokitus korreloivat hyvin keskenään kohteessa, jossa kuivatus on kunnossa eikä tiessä tapahdu vaurioitumista. Kuvassa 5 on esitetty kohteen RD -ohjelmanäyttö (ks. kuva 3) ja kuvassa 6 vastaavasti paalulta 2300 m otetut still- ja lämpökamerakuvat. Tässä kohteessa tien ura- ja IRI -arvot ovat hyvin alhaisia ja kohteen kuivatusluokka on parasta luokkaa 1 ja ojien lämpötilat ovat myös korkeat. Kuva 5. Kuivatusluokkien (KL_O ja KL_V) vertailu lämpötilaluokkiin (IR_O ja IR_V) sekä tasausviivaluokkaan (TSV). Palkkien alla viimeisimmät uraja IRI mittaustulokset. Punainen pystyviiva esittää paalulta 2300 m otetun kuvan 4 kohtaa.
Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa 11 Kuva 6. Digitaalivideon still-kuva ja lämpökameran kuva paalulta 2300 m. Ojan pohja on punainen, mikä kertoo korkeasta lämpötilasta. Kolmas esimerkki (kuvat 7 ja 8) on otettu tien alkuosasta paalulta 770 m, missä pohjamaa on turvetta ja missä tiessä on myös kuivatusongelmia. Tällä alueella oikean ojan lämpötilavaihtelut ovat suurempia, mutta silti kaikkialla lämpötilat ovat suhteellisen matalia. Huomattavaa on myös että kylmimmällä kohdalla urautuminen oli myös korkeinta. Kuva 7. Kuivatusluokkien (KL_O ja KL_V) vertailu lämpötilaluokkiin (IR_O ja IR_V) sekä tasausviivaluokkaan (TSV). Palkkien alla viimeisimmät uraja IRI mittaustulokset. Punainen pystyviiva esittää paalulta 770 m otetun kuvan 8 kohtaa.
12 Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa Kuva 8. Digitaalivideon still -kuva ja lämpökameran kuva paalulta 770 m. Sininen ja violetti ojan pohja kertoo erittäin matalista lämpötiloista. Kuvan 9. GIS kartalla on esitetty ojien lämpötilaluokituksen ja urautumisen suhde maantiellä 9552. Siitä nähdään, että alhaisia lämpötiloja tavattiin myös kohteissa, missä urautuminen ei ole ollut nopeaa. Toisaalta niissä paikoissa missä urautumisongelmia on ollut on mitattu myös alhaisia lämpötiloja. Etenkin matalissa lämpötilaluokissa 4 ja 5 urautuminen oli nopeampaa ja tämä kertoo että näissä routalinssien muodostus on ollut suurempaa ja niiden myöhäisempi sulaminen näkyy ojien lämpötiloissa. Kuva 9. Päällysteen urautumisen suhde ojien lämpötilaluokkiin maantiellä 9552.
Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa 13 5.2 Soratie Pt 19876, Kuusajoki Soratien Pt 19876 mittausten aikana paistoi aurinko ja se vaikeutti paikoin mittaustulosten analysointia, koska lämpötilat valo- ja varjokohteissa vaihtelivat nopeasti. Toinen ongelma oli, että mittauksissa lämpökameran lämpötilamittausten lukitus ei jäänyt päälle ja siksi päällystekohteessa tehtyä vertailua voitu tehdä samalla tavalla. Silti lämpökameran tulosten analyysit tuottivat erittäin mielenkiintoisia tuloksia etenkin lämpökameratietojen ja kelirikon suhteen. Seuraavassa on esitetty keskeisimpiä havaintoja. Ensimmäinen esimerkki (kuvat 10 ja 11) on otettu paalulta 380-400 m, jossa viimeisen viiden vuoden aikana on tavattu kelirikkoa jokainen vuosi (ks. kuva 10). Visuaalisen luokittelun mukaan kohteessa tien oikea puolella olevassa ojassa oli kuivatuspuutteita (lk 2), mutta vasen puoli oli kunnossa. Kuva 10. RD -profiili kohteesta 380 m. Vasemmalla ylhäällä on esitetty lämpökamerakuvat vasemmasta pientareesta ja ojasta (violetti väri) ja alhaalla kuivatusluokituskartta. Oikealla ylimpänä on talvella mitattu 400 MHz:n maatutkadata, jossa näkyy myös routaraja ja routalinssit (30 50 ns). Maatutkadatan alla on kesällä mitatut PPL -tulokset ja tämän alla kohteen kelirikkohistoria 2002-2007. Alimpana on esitetty kaksi tasaisuusparametria: talvella Road Master -laitteistolla mitattu tasaisuus (IRI) sekä ilmanvasteantennin heiluntadata (köyhän miehen IRI).
14 Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa Kuvan 10 Road Doctor -profiilissa voidaan lämpökamerakuva osoittaa kelirikkokohdetta ja siinä näkyy tien reuna erittäin kylmän kohteena. Samassa kohdassa maatutkadatassa näkyy lähellä maan pintaa jäälinssejä (segregaatiojäätä) ja näistä linsseistä poistuva vesi selittää hyvin nämä lämpötilaerot. Mielenkiintoista on myös kuinka tämä kylmä vesi paikoin valuu tien luiskissa ojaan. Kuvassa 11 on esitetty lämpötilakuvat tien molemmilta reunoilta ja still - kuva tien keskeltä. Siitä nähdään, että myös tien vasemmassa reunassa kelirikkokohteessa on matalia lämpötiloja (9-15 o C). Kuva 11. Lämpötilakuvat tien vasemmasta ja oikeasta reunasta sekä keskellä videon still -kuva tien keskiosasta. Huomaa että lämpökameran väriasteikot eivät vastaa toisiaan. Seuraava esimerkki on otettu paalulta 1310 (kuva 12), jossa kelirikkoa on tavattu useana vuonna ja kelirikko on ollut erityisesti reunasortumaa. Kuvasta nähdään, että reunasortuman kohdalla lämpötila on huomattavasti ympäristöä alhaisempi. Kuva vahvistaa mm. ROADEX -projektin päätelmät että roudan sulaessa ja tien painuessa jäälinsseistä vapautuva vesi puristuu tien pientareen läpi. Vastaavanlainen kohde on esitetty kuvassa 13, jossa paalulla 1670 kelirikkokohteet ja reunasortumat korreloivat hyvin lämpötilan kanssa. Kuva 12. Still -kuva ja lämpökamerakuva oikeasta pientareesta ja ojasta paalulta 1310 m.
Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa 15 Kuva 13. Talvella mitattu 400 MHz maatutkadata, tien kelirikkohistoria 2002-2007 sekä lämpökamerakuvat paalulta 1670 m. Hyvä esimerkki toimivan kuivatuksen merkityksestä nähdään paalulla 2050 (kuva 14), jossa ojan pohjalla oleva lammikoitunut alue liittyy selvästi tiessä olevaan matalan lämpötilan alueeseen. kyseisessä kohteessa routaraja on myös suhteellisen korkealla, mikä kertoo että lähellä tien pintaa on runsaasti jäälinssejä. Tällaiset kohteet tiessä niitä, joissa ennemmin tai myöhemmin tulee esiintymään kelirikko-ongelmia. Kuva 14. Still -kuva ja lämpökamerakuva oikeasta pientareesta ja ojasta paalulta 2050 m.
16 Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa Mielenkiintoinen lämpökamera-analyysin havainto oli myös se kuinka hyvin raskaan liikenteen aiheuttaman veden pumppautuminen ylös tierakenteessa näkyy lämpökamerakuvissa (kuvat 15 a ja b ja 16). Näissä kohteissa renkaan yli kulkema alue näkyy selvästi alempana lämpötilana. Kuva 15a. Digitaalivideon still -kuva koko tiestä paalulta 1210 m (kuvattu 28.08.2007) sekä still -kuva ja lämpökamerakuvat oikeasta reunasta (kuvattu 05.06.2007). Huomaa varjon vaikutus lämpötila-arvoihin liittymän takana. Kuva 15b. Digitaalivideon still -kuva koko tiestä paalulta 1960 m (kuvattu 28.08.2007) sekä still -kuva ja lämpökamerakuvat oikeasta reunasta (kuvattu 05.06.2007).
Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa 17 Toinen mielenkiintoinen havainto oli, että kohteissa, missä oli lämpökameralla selkeästi havaittavia kuivatusongelmia ja missä oli havaittu joinakin vuosina kelirikkoa, oli hoidon ongelmana selvästi tien reikiintyminen sateella (kuvat 16 ja 17). Kuva 16. Digitaalivideon still -kuva koko tiestä paalulta 2590 m (kuvattu 28.08.2007) sekä still -kuva ja lämpökamerakuvat oikeasta reunasta (kuvattu 05.06.2007). Kohteessa on havaittu myös kelirikkoa ja reunasortumaa. Kuva 17. Digitaalivideon still -kuva koko tiestä paalulta 5150 m (kuvattu 28.08.2007) sekä still -kuva ja lämpökamerakuvat oikeasta reunasta (kuvattu 05.06.2007). Kohteessa on havaittu yhtenä vuonna (2003) kelirikkoa.
18 Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa 6 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET Lapin tiepiirille tehdyn Kittilän kuivatusanalyysin yhteydessä testattiin kesällä 2007 miten lämpökameratekniikkaa voitaisiin käyttää päällystettyjen ja sorateiden kuivatusanalyysien tukena. Koekohteina olivat Mt 9551_1 ja Pt 19876. Aineisto analysoitiin kevättalvella 2008, kun tarvittavat ohjelmistot oli saatu valmiiksi ja raportti laadittiin kesällä 2008. Vaikkakin aineiston keruussa oli teknisiä ongelmia, jotka vaikeuttivat analysointia olivat tulokset erittäin rohkaisevia. Kesäkuun alussa mitatuissa tiekohteissa, missä tien reunan ja ojan lämpötilat olivat huomattavasti ympäristöään alhaisempia havaittiin päällystetyillä teillä korkeita urautumisarvoja ja nopeuksia ja vastaavissa soratiekohteissa esiintyi kelirikkoa, urautumista ja kesällä kulutuskerroksen reikiintymistä. Lämpökameran avulla voitiin havaita selvästi ja täsmällisesti ne kohteet, joissa kuivatus ei toimi ja tien vaurioitumista aiheuttavaa vettä esiintyi tierungossa. Esimerkiksi kuivatuksen visuaalista arviointia haittaava ojan pohjan pieni kasvillisuus ei näyttäsi haittaavan mittauksia ja kosteat kohteet näkyvät hyvin kylmempänä alueena. Kelirikkokohteissa jäälinssien sulamisen vapauttama ja tienpintaa nouseva vesi näkyi erittäin selkeästi ympäristöä alempana lämpötilana. Lämpökameran etuna on se, että ongelmaosuudet voidaan luotettavasti paikantaa yhdessä maatutkan kanssa sellaisinakin keväinä jolloin kelirikkoa ei kohteessa esiinny. Näin kelirikon korjaussuunnittelussa voidaan ennakoida jatkossa myös tuleviakin kelirikkokohteita eikä vain nykyongelmia. Lämpökameramittauksissa on myös eräitä ongelmia, joissa suurin on auringon voimakas lämpösäteilyvaikutus. Suora auringonvalo lämmittää maanpintaa voimakkaasti ja se näkyy mittaustuloksissa. Kuvissa 18 ja 19 (ks myös kuva 15) on esitetty esimerkit aurinkoisena päivän mitatun soratiekohteen tuloksista varjoisalla (kuva 18) ja aurinkoisella tiejaksolla (kuva 19). Kuva 18. Digitaalivideon still -kuva koko tiestä paalulta 2450 m (kuvattu 28.08.2007) sekä still -kuva ja lämpökamerakuvat oikeasta reunasta (kuvattu 05.06.2007). Esimerkki varjoisasta kohteesta, jossa ei kelirikkovaurioita.
Lämpökameran käyttö kuivatustutkimuksissa 19 Kuva 19. Digitaalivideon still -kuva koko tiestä paalulta 6320 m (kuvattu 28.08.2007) sekä still -kuva ja lämpökamerakuvat oikeasta reunasta (kuvattu 05.06.2007). Esimerkki aurinkoisesta kohteesta, jossa ei kelirikkovauroita. Kohteessa pohjamaa pehmeää turvetta. Tätä tutkimusraporttia varten haastatellut lämpökameraa käyttäneet asiantuntijat suosittelivatkin, että lämpökameraa kuivatus- ja kelirikkoanalyyseissa kannattaa käyttää toukokuussa ja kesäkuun alussa roudan sulamisen loppuvaiheessa aikaisin aamuyöllä ja aamulla, jolloin auringolla ei ole vaikutusta tien pintalämpötiloihin. Asiantuntijat totesivat edelleen, että tarkkojen tuloksien saavuttamiseksi tulisi analyyseissä käyttää parempia ja tarkempia lämpökameroita. Näissä kameroissa ei esimerkiksi kohteen lämpötila muuttuu etäisyyden funktiona kuten käytetyssä halpamallissa. Nämä kamerat ovat valitettavasti myös huomattavan kalliita, mikä nostaa analyysien hintaa. Nyt tehdyn selvityksen ja aiemmin tehtyjen ROADEX -projektin kokeiden perusteella liikkuvasta autosta mittaavaa lämpökameratekniikkaa voidaan suositella käytettäväksi kuivatuksen kunnon analyysissa ja luokituksessa sekä Kelirikkokohteiden tarkka paikantaminen ja korjaussuunnittelu. Tämän lisäksi lämpökameralla voisi olla tietutkimuksissa seuraavia sovelluskohteita: - Routalinssien paikantaminen ja niiden sulamisvesien kulun seuranta - Tien alle jääneiden ja piilossa olevien rumpujen paikantaminen - Teräsverkkojen paikantaminen - Tien alla olevien routaeristeiden paikantaminen - Siltojen betonikansien tutkimukset - Päällysteen lajittumien kontrollointi päällystysvaiheessa.
ISSN 1457-991X TIEH 4000656