Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen

Lauri Suikki Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen Eri menetelmien soveltaminen painumien mittaamisessa Tiehallinnon sisäisiä julkaisuja 5/29

Lauri Suikki Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen Eri menetelmien soveltaminen painumien mittaamisessa Tiehallinnon sisäisiä julkaisuja 5/29 Tiehallinto Helsinki 29

Kannen kuva: Uudenmaan tiepiirin painumaseuranta-aineisto Verkkojulkaisu pdf (www.tiehallinto.fi/julkaisut) ISSN 1459-1561 TIEH 4682-v Tiehallinto Keskushallinto Opastinsilta 12 A PL 33 521 Helsinki Puhelinvaihde 24 22 11

Lauri Suikki: Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen Eri menetelmien soveltaminen painumien mittaamisessa. Helsinki 29. Tiehallinto, Keskushallinto. Tiehallinnon sisäisiä julkaisuja 5/29, 42 s. + liitt. 12 s. ISSN 1459-1561, TIEH 4682-v. Asiasanat: Painumat, tiestömittaukset, laatuvaatimukset Aiheluokka: 33 TIIVISTELMÄ Tässä työssä tutkittiin ajoneuvoilla suoritettavia painumaprofiilien mittauksia ja niiden tarkkuutta. Tutkittavina olivat kahden eri toimittajan mittaustulokset, joiden tuloksia verrattiin vaaitusmittaukseen. Toimittajat käyttivät ajoneuvolla tapahtuvassa mittauksessa toisistaan poikkeavia mittausmenetelmiä ja aineiston laskentatapoja. Työn keskeisimmät tulokset ovat eri mittaajien mittaustarkkuuden määrittäminen sekä eri menetelmien vertailtavuuden tarkasteleminen. Lisäksi tarkasteltiin ajoa haittaavan painuman mahdollisia mittareita. Nykyisin painumaprofiilien määritystä tehdään pääsääntöisesti vaaitusmittauksin. Vaaitusmittaus on kuitenkin kustannuksiltaan kallis menetelmä ja liikennejärjestelyjen kannalta ongelmallinen. Ajoneuvoilla tehtävillä painumaprofiilin määrityksillä voitaisiin merkittävästi vähentää mittausten aiheuttamaa haittaa liikenteelle ja lisätä mittausten kustannustehokkuutta. Dynaamisista menetelmistä mittausmenetelmä A:n tarkkuus on lähellä vaaitusmittauksen tarkkuutta. Mittausmenetelmä B:n tuloksissa oli eri toistokertojen välillä merkittävää huojuntaa. Koska ajoneuvolla tapahtuva mittaus suoritetaan kaistalla ajaen, eivät niiden tulokset ole täysin vertailukelpoisia vaaitusmittauksen tuloksiin, joka suoritetaan kaistan reunaviivoja pitkin. Tutkimuksen perusteella mittausmenetelmä A:n mittaustekniikka on riittävän tarkka pituusprofiilin määritykseen, kun tulosten ei tarvitse olla vertailtavissa saman kohteen vaaitusmittausten tuloksiin. Tavoitteena on kuitenkin kehittää mittausten suorittamista niin, että tulosten yhdenmukaisuus vaaitusmittausten kanssa paranisi. Ajoa haittaavien painumien mahdollisista mittareista tutkittiin RMSkiihtyvyyttä, RMS-epätasaisuutta, IRI-epätasaisuutta, tien pituusprofiilin gradienttia ja pituusprofiilin kaltevuuden muutosta. Muuttujilla kuvataan tien pituussuuntaista epätasaisuutta. Pituusprofiilin gradientti ja pituusprofiilin kaltevuuden muutos kuvaava parhaiten painuman kaltaisia muutoskohtia ja niiden vakavuutta, koska niihin ei vaikuta merkittävästi lyhytaaltoinen päällysteen epätasaisuus. Lyhyt aaltoisen epätasaisuuden vaikutusta voidaan pienentää muuttujilla kasvattamalla keskiarvoistus- tai jänneväliä. Näiden muuttujien osalta tulisi tutkia eri jänne- tai keskiarvoistusväleillä mitattujen tai laskettujen arvojen vaikutusta ajomukavuuteen sekä määrittää haitallisuuden raja-arvot muuttujille.

ESIPUHE Tieverkon painumakohteita seurataan pääsääntöisesti visuaalisen havainnoinnin sekä vaaitusmittausten avulla. Tässä tutkimuksessa selvitettiin ajoneuvolla suoritettavien painumamittausten tarkkuutta sekä määritettiin laatuvaatimukset. Lisäksi tarkasteltiin kriteereitä ajoa haittaavan painuman määrittelemiseksi. Työ on tehty Tiehallinnon keskushallinnon toimeksiannosta ja työtä ovat ohjanneet Tiehallinnosta Sami Petäjä, Pentti Salo sekä Kari Lehtonen. Konsulttina toimi Pöyry Infra Oy, josta työstä on vastannut Lauri Suikki. Työtä varten mittausaineistoa toimittivat Destia Oy ja Road Consulting Oy. Arvokkaita kommentteja työtä varten antoivat lisäksi Tiehallinnosta Vesa Männistö keskushallinnosta ja Petter Sandin Uudenmaan tiepiiristä sekä Heikki Onninen Destia Oy:stä. Helsingissä tammikuussa 29 Tiehallinto Asiantuntijapalvelut

Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen 7 Sisältö 1 JOHDANTO 11 1.1 Taustaa ja tavoitteet 11 2 MITTAUS- JA ANALYSOINTIMENETELMÄT 13 2.1 Lähtöaineisto 13 2.2 Mittaustekniikat 14 2.3 Analyysimenetelmät ja -määritelmät 15 3 ANALYYSIEN TULOKSET 16 3.1 Pituusprofiili 16 3.1.1 Vertailtavuus 16 3.1.2 Toistettavuus 18 3.2 Gradientti 21 3.2.1 Vertailtavuus 21 3.2.2 Toistettavuus 22 3.3 Pituuskaltevuuden muutos 22 3.3.1 Vertailtavuus 23 3.3.2 Toistettavuus 26 4 AJOA HAITTAAVA PAINUMA 28 4.1 RMS-kiihtyvyys 28 4.2 RMS-epätasaisuus 29 4.3 IRI-epätasaisuus 3 4.4 Pituusprofiilin gradientti 32 4.5 Pituusprofiilin kaltevuuden muutos 33 4.5.1 Routaheittojen sallitut kaltevuuden muutokset 35 4.5.2 Painumaeroissa sallitut kaltevuuden muutokset 35 5 JOHTOPÄÄTÖKSET JA SUOSITUKSET 37 5.1 Mittausmenetelmien mittaustarkkuusvaatimukset 37 5.2 Suositukset dynaamiselle pituusprofiilin määrittämiselle 38 5.3 Suositukset pituussuuntaisen kaltevuuden muutoksen mittaamiselle 39 5.4 Ajoa haittaavan painuman kriteerin kehitystarve 4 LÄHDELUETTELO 41 LIITTEET 42

8 Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen Kuvaluettelo Kuva 1. Tien 17 testikohde. (Kuva Vesa Männistö)...13 Kuva 2. Tien 11689 testikohde. (Kuva Vesa Männistö)...14 Kuva 3. Mittausten pituussuuntaiset korkeusprofiilit tien 17 kohteelta (kaistan oikea reuna)...16 Kuva 4. Annettujen alku- ja loppupisteiden perusteella lasketut mittausten pituussuuntaiset korkeusprofiilit tien 17 kohteelta (kaistan oikea reuna)....17 Kuva 5. Vaaitusryhmien mittaustulosten erot. Kuvassa on suurin erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa...19 Kuva 6. Mittausmenetelmän A kahden mittauskerran erot. Kuvassa on suurin erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa...19 Kuva 7. Mittausmenetelmän B kahden mittauskerran erot ajolinjoittain. Kuvassa on suurin erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa. Tien 17 testikohteen tulokset. Kuvassa eri skaala kuin kuvissa 5 ja 6...2 Kuva 8. Mittausmenetelmän B kahden mittauskerran erot ajolinjoittain. Kuvassa on suurin erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa. Tien 11689 testikohteen tulokset. Kuvassa eri skaala kuin kuvissa 5 ja 6...2 Kuva 9. Kaltevuuden muutoksen mittauksen muuttujien h 1, h 2, h 3, l 1 ja l 2 määritelmät ohjeessa Rakenteen parantamisen suunnittelu/2./ Tämän raportin analyyseissa kaltevuuden muutosarvot ovat laskettu metrin välein huippukohdan (h 2 ) sijainnista riippumatta....23 Kuva 1. Tien 17 tieosa 8 paaluvälin 17-22 RMS-epätasaisuuden arvot ja pituusprofiili vasemmalta mittalinjalta....29 Kuva 11 Tien 11689 tieosa 1 paaluvälin 28-33 RMS-epätasaisuuden arvot ja pituusprofiili oikealta mittalinjalta....3 Kuva 12. Tien 17 tieosa 8 paaluvälin 17-22 IRI-epätasaisuuden arvot ja pituusprofiili vasemmalta mittalinjalta....3 Kuva 13. Tien 11689 tieosa 1 paaluvälin 28-33 IRI-epätasaisuuden arvot ja pituusprofiili oikealta mittalinjalta....31 Kuva 14. Otos Uudenmaan tiepiirin painumakohteiden IRI-maksimiarvoista, joiden tulostusväli on 1 metriä....31 Kuva 15. Tien 17 tieosa 8 paaluvälin 17-22 pituusprofiilin gradientin arvot ja pituusprofiili vasemmalta mittalinjalta. Gradientin arvo 1m matkalta, mutta vain joka kymmenes arvo esitetty. Arvot on laskettu vaaitusmittausaineistosta...32 Kuva 16. Tien 11689 tieosa 1 paaluvälin 28-33 pituusprofiilin gradientin arvot ja pituusprofiili oikealta mittalinjalta. Gradientin arvo 1m matkalta, mutta vain joka kymmenes arvo esitetty. Arvot on laskettu vaaitusmittausaineistosta...32 Kuva 17. Tien 17 tieosa 8 paaluvälin 17-22 kaltevuuden muutoksen arvot ja pituusprofiili oikealta mittalinjalta. Kaltevuuden muutosarvot 1m, 2m, 5m ja 1m jännevälillä. Kuvassa on joka kymmenes arvo esitetty. Arvot on laskettu vaaitusmittausaineistosta....33 Kuva 18.. Tien 17 tieosa 8 paaluvälin 171-18 kaltevuuden muutoksen arvot ja pituusprofiili oikealta mittalinjalta. Kaltevuuden muutosarvot 1m, 2m, 5m ja 1m jännevälillä. Kuvassa on

Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen 9 metrin välein lasketut kaltevuuden muutosarvot. Arvot on laskettu vaaitusmittausaineistosta.... 34 Kuva 19 Tien 11689 tieosa 1 paaluvälin 28-33 kaltevuuden muutoksen arvot ja pituusprofiili oikealta mittalinjalta. Kaltevuuden muutosarvot 1m, 2m, 5m ja 1m jännevälillä. Kuvassa on joka kymmenes arvo esitetty. Arvot on laskettu vaaitusmittausaineistosta... 34 Taulukkoluettelo Taulukko 1. Testiteiden tulosten vertailtavuus oikeanpuoleiselta mittauslinjalta. Ensimmäisen vaaituksen ja toistettavuustestissä huonoimmaksi osoittautuneen Mittausmenetelmien A ja B erotus toiseen vaaitusmittaukseen nähden vas/oik mittalinjalla. Taulukossa on suurin erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa.... 17 Taulukko 2. Testiteiden tulosten vertailtavuus vasemmanpuoleiselta mittauslinjalta. Ensimmäisen vaaituksen ja toistettavuustestissä huonoimmaksi osoittautuneen mittausmenetelmien A ja B erotus toiseen vaaitusmittaukseen nähden vas/oik mittalinjalla. Taulukossa on suurin erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa.... 18 Taulukko 3. Gradientin vertailtavuus. Suurin erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa sekä korrelaatio. Ilman sulkuja oleva luku on oikean mittalinjan arvo ja suluissa oleva vasemman mittalinjan arvo... 21 Taulukko 4. Mittausmenetelmä A:n toistettavuus. Erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa sekä korrelaatio... 22 Taulukko 5. Mittausmenetelmä B:n toistettavuus. Erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa sekä korrelaatio Toistettavuutta arvioitu vain normaalilta ajolinjalta tehdyistä mittauksista.... 22 Taulukko 6. Kaltevuuden muutoksen keskiarvojen erot referenssimittaukseen ja p-arvo tien 17 testireitiltä. Mittauskerroista esitetty vain suurimman eron tulokset oikealta ja vasemmalta mittauslinjalta. Arvot ovat prosenttiyksikköjä.. 23 Taulukko 7 Kaltevuuden muutoksen keskiarvojen erot referenssimittaukseen ja p-arvo tien 11689 testireitiltä. Mittauskerroista esitetty vain suurimman eron tulokset oikealta ja vasemmalta mittauslinjalta. Arvot ovat prosenttiyksikköjä.... 24 Taulukko 8. Kaltevuuden muutoksen vertailtavuuden prosenttipisteiden arvot oikealta ja vasemmalta mittauslinjalta sekä maksimi erotus. Absoluuttisten erojen itseisarvot laskettu toisen vaaitusryhmän tuloksista. Ilman sulkuja oleva luku on oikean mittalinjan arvo ja suluissa oleva vasemman mittalinjan arvo. Taulukossa on esitetty mittauskerroista eniten eroavan tulokset. Arvot ovat prosenttiyksikköjä.... 24 Taulukko 9. Tien 17 testireitin eri mittauskertojen välisten keskiarvojen erotus ja varianssianalyysin p-arvo. Jos p-arvo on >,5, keskiarvojen ero ei ole tilastollisesti merkitsevä 5 % riskitasolla. Keskiarvojen eron arvot ovat prosenttiyksikköjä... 26 Taulukko 1. Tien 11689 testireitin eri mittauskertojen välisten keskiarvojen erotus ja varianssianalyysin p-arvo. Jos p-arvo on >,5, keskiarvojen ero ei ole tilastollisesti merkitsevä 5 % riskitasolla. Keskiarvojen eron arvot ovat prosenttiyksikköjä... 26

1 Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen Taulukko 11. Kaltevuuden muutoksen arvojen suurin erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa. Absoluuttisten erojen itseisarvot laskettu eri mittauskertojen tuloksista. Vaaitusmittauksista on esitettynä referenssituloksena ryhmien välinen ero. Ilman sulkuja oleva luku on oikean mittalinjan arvo ja suluissa oleva vasemman mittalinjan arvo. Arvot ovat prosenttiyksikköjä...27 Taulukko 12. Julkisissa ajoneuvoissa koetun ajomukavuuden viitteelliset RMS-raja-arvot...28 Taulukko 13. Routanousuerojen aiheuttamat suurimmat sallitut kaltevuudenmuutokset routanousujen ollessa suurimmillaan talvena, jonka pakkasmäärä edustaa 2 vuoden kolmanneksi kahdeksanneksi kylmintä talvea...35 Taulukko 14. Tienpinnan laskennalliset sallitut kaltevuuden muutokset 3 vuoden aikana asfalttipäällysteisillä teillä, kun lasketaan kuinka pitkällä matkalla painuvan tieosuuden ja painumattoman osuuden välinen painumaero pitää tasata. /3/. Raja-arvojen soveltamisessa valitaan jännevälit, joilla saadaan suurin kaltevuuden muutos /2/....36 Taulukko 15. Suositus kaistalta suoritettavan mittauksen vähimmäistarkkuudesta, kun vertaillaan menetelmän tarkkuutta vaaitusmittaukseen. Vaatimuksina suurin sallittu erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista tulee vähintään alittaa ja korrelaatiovaatimus....37 Taulukko 16. Mittausmenetelmien toistettavuuden laatuvaatimukset. Vaatimuksina suurin sallittu erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista tulee vähintään alittaa - ja korrelaatiovaatimus....38

Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen 11 JOHDANTO 1 JOHDANTO 1.1 Taustaa ja tavoitteet Painuma on tien pinnan palautumatonta alaspäin siirtymistä, joka johtuu mm. pohjamaan kokoon puristumisesta ja sivuttaissiirtymisestä. Painumat aiheuttavat liikenneturvallisuutta heikentäviä pystykiihtyvyyksiä sekä vesiliirtovaaroja. Lisäksi painumat aiheuttavat ylimääräistä dynaamista rasitusta ajoneuvoille ja niiden kuormille. Teiden pituussuuntaisia korkeusprofiilin muutoksia seurataan painumien aiheuttamien riskien vuoksi. Usein painumakohdat saadaan tietoon palautteen tai silmämääräisen havainnoinnin perusteella. Vakavimmat painumakohteet ovat seurannassa ja niiden muutoksia seurataan vaaitusmittauksin sekä silmämääräisesti. Tiehallinto on määrittänyt tien pituussuuntaiselle kaltevuuden muutokselle hanke- ja kohdekohtaiset vaatimukset. Vaatimusten lähtökohtana ovat pituussuuntaisten heittojen vaikutukset ajodynamiikkaan. Vaatimukset perustuvat pituusprofiilista tehtäviin laskennallisiin tunnuslukuihin. Vaatimukset on määritetty maksimipainumalle ja pituussuuntaisen kaltevuuden muutokselle /3/. Tiehallinnon asettamia urakkakohtaisia painuma- ja pituuskaltevuuden vaatimuksia seurataan painumamittauksin. Mittauksilla määritetään myös painuma asettumista. Painumaseuranta vaatii usein vuosittain toistuvia mittauksia. Painumaseurantaa tehdään mittauksin myös tapauksissa, joissa ei pystytä tunnistamaan johtuuko epätasaisuus painumisesta vai routimisesta. Mittauksilla tuotetaan lisäksi lähtöaineistoa kohteille, joille halutaan määrittää tarkat toimenpiteet tarjouspyyntövaiheessa tai halutaan määrittää painuvat kohdat tarkasti. Aina ei pystytä ennakoimaan missä painumaongelmia tulee esiintymään, joten rakennetuille ja korjatuille teille tulisi tehdä koko tien alkutilan mittaus heti käyttöönoton jälkeen. Tätä ei kuitenkaan voida liikennejärjestely- ja kustannussyistä johtuen tehdä tarvittavan usein. Mittausaineiston luotettavuus on ensiarvoisen tärkeää. Virheellinen aineisto johtaa virheellisiin tulkintoihin. Mittarien tarkkuuden vaatimukset ovat suuret kohteissa, joissa kaltevuuden muutos on sanktioitu tai siihen on sidottu taloudellisia kannustimia. Lisäksi virheellinen aineisto voi johtaa vääriin tai väärin ajoitettuihin korjaustoimenpiteisiin. Pituusprofiilimittauksessa nykyisin käytettävä vaaitusmenetelmä on hyvin tarkka ja luotettava tapa tuottaa pituussuuntainen profiili kohteesta. Se on kuitenkin kallis ja liikennejärjestelyjen kannalta erittäin ongelmallinen menetelmä. Seurantamittauksille on enemmän tarvetta kuin niitä tällä hetkellä pystytään kustannussyistä toteuttamaan. Automatisoidulla mittausmenetelmällä voitaisiin merkittävästi alentaa mittauskustannuksia ja liikenteelle aiheutuvaa haittaa.

12 Dynaaminen painumaprofiilin määrittäminen JOHDANTO Painumakohteiden automaattista mittausta on testattu sekä PTM- että GPSautolla (TPPT 14 ja TIEH 4474). Aikaisemmissa tutkimuksissa ajoneuvoilla tehtyjen mittausten tarkkuus on todettu riittämättömäksi. Tässä työssä selvitettiin millainen mittaustarkkuus kyseisillä menetelmillä on nyt, kun mittaustekniikat ja menetelmät ovat kehittyneet. Tulosten perusteella luotiin lisäksi lähtökohdat mittausvaatimuksille, joiden avulla pyritään kannustamaan automatisoitujen menetelmien käyttöä ja kehittämistä. Tässä raportissa tarkastellaan myös ajoa haittaavaa painumaa kuvaavaa tunnuslukua.

Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen 13 MITTAUS- JA ANALYSOINTIMENETELMÄT 2 MITTAUS- JA ANALYSOINTIMENETELMÄT Dynaamisten painumamittausmenetelmien testaamista varten suoritettiin kahdelta testikohteelta mittaukset, joiden tavoitteena oli tuottaa kohteiden pituusprofiilit. Testikohteet ja mittausmenetelmät ovat esitetty kohdissa 2.1 ja 2.2. Lopullisiin testimittauksiin osallistuivat kahden vaaitusryhmän lisäksi Destia Oy (jatkossa mittausmenetelmä A ) ja Road Consulting Oy (jatkossa mittausmenetelmä B ). 2.1 Lähtöaineisto Testikohteina olivat tien 17 tieosa 8, josta mitattiin paalulukemat ~17-22 (kuva 1) sekä tien 11689 tieosan 1 paalut ~28-33 (kuva 2). Kuva 1. Tien 17 testikohde. (Kuva Vesa Männistö). Tien 17 testikohteella on useita selväpiirteisiä painumakohtia. Kohteella maksimi korkeusero on noin 4 metriä. Kohde on päällystetty edellisen kerran vuonna 26 Remix-menetelmällä.

14 Dynaaminen painumaprofiilin määrittäminen MITTAUS- JA ANALYSOINTIMENETELMÄT Kuva 2. Tien 11689 testikohde. (Kuva Vesa Männistö). Testikohde tiellä 11689 oli luonteeltaan erilainen kuin tien 17 kohde. Maksimi korkeusero oli noin 1,3 metriä ja tiellä oli paljon tiheästi esiintyvää pituussuuntaista epätasaisuutta. Painumakohdat eivät ole yhtä selväpiirteisiä kuin tien 17 kohteella. Kohteelle oli tehty massapintaus vuonna 27. 2.2 Mittaustekniikat Testikohteen mittasivat kaksi dynaamisia menetelmiä hyödyntänyttä mittaajaa sekä vaaitusmittausryhmä. Vaaitusmittaukset suoritettiin kahdesti eri mittausryhmän mittaamana. Mittaukset tehtiin metrin välein reunaviivan ja keskiviivan reunoilta. Vaaitusmittauksella saadaan mittapisteen absoluuttinen korkeuspiste suhteessa kalibrointipisteeseen, joka vaaitusmittauksissa oli -paalun reunaviiva. Mittausmenetelmässä A suoritettiin tienpituusprofiilimittaukset PTM-autolla (Profilograph). Mittaamisessa hyödynnetään PTM-auton laser- ja inertiaantureita sekä DGPS:n (differentiaalikorjattu GPS) avulla mitattuja korkeuspisteitä. Mittaushavaintoja saadaan 3,2 leveydellä, joten mittauslinjat eivät vastaa vaaitusmittausta. Mittaustulokset annettiin oikealta ja vasemmalta mittalinjalta metrin tulostusvälillä. Mittausarvot ovat jatkuvan mittauksen keskiarvoistettuja tuloksia. Mittausmenetelmä A on ajonopeudesta riippumaton ja se suoritetaan muun liikenteen ajonopeuksia mukaillen. Mittausmenetelmässä B suoritettiin pituusprofiilin määritys GPS-mittauksin, jossa käytettiin VRS-korjausta (Virtual Reference Station). VRS-järjestelmän avulla parannetaan mittausten tarkkuutta. GPS-mittaus tuottaa absoluuttisia sijaintipisteitä (x,y,z), joista pisteiden z-koordinaateista saadaan tien pituussuuntainen profiili. Mittaukset suoritettiin liikkuvalla autolla, jolloin mittapisteiden välimatka riippuu ajonopeudesta. Yhden metrin mittaustiheys vaatii ajonopeudeksi 3,6 kilometriä tunnissa.

Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen 15 MITTAUS- JA ANALYSOINTIMENETELMÄT 2.3 Analyysimenetelmät ja -määritelmät Analysoitavina aineistona olivat mittaajien toimittamat testikohteen pituusprofiilin korkeuspisteet ja korkeuspisteiden gradientit. Lisänä olivat laskennalliset korkeuspisteiden tulokset, jotka olivat sidottu vaaitusmittausten alkuja loppupisteiden korkeuksiin. Kahteen korkeuspisteeseen sidotuilla tuloksilla testattiin pienentääkö ns. tukipisteiden käyttö dynaamisesti määritettyjen ja vaaitusmittausten profiilien välistä eroja. Mittaajien toimittaman aineiston gradientin arvoista laskettiin kaltevuudenmuutosarvot 1m, 2m, 5m ja 1m kiinteillä jänteillä, joiden tulosten eroja tarkasteltiin myös tässä raportissa. Tässä raportissa mittauslinjalla tarkoitetaan poikkiprofiilin kohtaa, jota pituusprofiilin korkeuspisteiden mittausarvot edustavat. Ajolinjalla tarkoitetaan sitä kohtaa, mitä pitkin mittausajoneuvot ovat ajaneet. Analysoitavina tekijöinä olivat mittaajien vertailtavuus ja toistettavuus. Vertailtavuudella tarkoitetaan tässä yhteydessä eri mittaajien tulosten yhdenmukaisuuden tutkimista. Mittauslinjojen ja tulosten laskentatapojen eroista johtuen vertailtavuuden tarkastelulla tutkitaan, että mitataanko oikeaa ilmiötä jatkon kannalta riittävällä tarkkuudella. Toistettavuudella tarkasteltiin mittaajien tarkkuutta. Toistettavuus tarkoittaa tässä yhteydessä samalla menetelmällä mitattujen kahden eri mittauskerran tulosten yhdenmukaisuuden tutkimista. Mittausaineistot analysoitiin tutkimalla mittauspistekohtaisten absoluuttisten erojen itseisarvoja ja niiden prosenttipisteitä. Prosenttipiste on kohta, joka rajaa alapuolelleen tietyn prosenttimäärän havaintoja, eli tässä aineistossa prosenttipiste ilmoittaa kuinka suuren virheen sisään tietyn prosenttimäärän havaintojen erot mahtuvat. Prosenttipisteiden lisäksi tutkittiin muuttujien välisiä riippuvuuksia eli korrelaatioita. Mittaajien aineistosta laskettujen kaltevuuden muutosten arvojen keskiarvoja analysoitiin myös varianssianalyysin avulla.

16 Dynaaminen painumaprofiilin määrittäminen ANALYYSIEN TULOKSET 3 ANALYYSIEN TULOKSET 3.1 Pituusprofiili Pituusprofiiliaineistot toimitettiin vasemmalta ja oikealta mittalinjalta. Tulokset eivät kuitenkaan vastaa toisiaan eri mittausmenetelmien välillä, koska mittalinjat ovat kaikilla menetelmillä hieman erilaiset ja muista menetelmistä poiketen mittausmenetelmä A tuottaa pituusprofiilin, joka on gradientista numeerisesti integroitu. 3.1.1 Vertailtavuus Kuvassa 3 esitetään tien 17 testikohteen korkeuspisteet eri mittaajien mittaamina kaistan oikealta reunalta. Silmämääräisesti voidaan havaita, että mittausmenetelmällä A on selkeä systemaattinen ero verrattuna vaaitusmittaukseen. Mittausmenetelmän B pituusprofiili mukailee melko hyvin vaaituksen tuloksia. Kuvassa 4 esitetään vastaava profiili tuloksilla, joiden alku- ja loppupisteet on sovitettu vaaitusmittauksen korkeusarvoihin. Tukipisteiden käyttö pienentää erityisesti mittausmenetelmän A tulosten eroa vaaitusmittaukseen. Tien 11689 testikohteen sekä kohteen 17 loput pituusprofiilikuvaajat ovat liitteessä 3. Tie 17 testikohde kaistan oikea reuna 3 2 (m) 1-1 -2 1 63 127 187 242 3 36 419 481 paalu Vaaitus Mittausmenetelmä A Mittausmenetelmä B Kuva 3. Mittausten pituussuuntaiset korkeusprofiilit tien 17 kohteelta (kaistan oikea reuna).

Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen 17 ANALYYSIEN TULOKSET Tie 17 testikohde kaistan oikea reuna 14 13 12 (m) 11 1 99 98 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 paalu Vaaitus Mittausmenetelmä B Mittausmenetelmä A Kuva 4. Annettujen alku- ja loppupisteiden perusteella lasketut mittausten pituussuuntaiset korkeusprofiilit tien 17 kohteelta (kaistan oikea reuna). Taulukoissa 1 ja 2 esitetään eri mittausmenetelmien absoluuttisten erojen prosenttipisteet ja korrelaatiot toisen vaaitusryhmän tuloksiin. Tuloksissa on käytetty eri menetelmien toistokertojen heikointa tulosta. Mittausmenetelmän B tuloksista on huomioitu vain ne kaksi ajokertaa, joissa mittaus on suoritettu normaalia ajolinjaa (ajouria pitkin) ajaen, koska niiden keskimääräinen ero pienin ja ne ovat mittausmenetelmän A kanssa vertailukelpoisempia. Taulukko 1. Testiteiden tulosten vertailtavuus oikeanpuoleiselta mittauslinjalta. Ensimmäisen vaaituksen ja toistettavuustestissä huonoimmaksi osoittautuneen Mittausmenetelmien A ja B erotus toiseen vaaitusmittaukseen nähden vas/oik mittalinjalla. Taulukossa on suurin erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa. Vaaitus Mittausmenetelmä A Mittausmenetelmä B Tie 17 testikohde max 2,2 cm 29,2 cm 8,7 cm 95 %,9 cm 24,2 cm 6,8 cm 5 %,2 cm 1,7 cm 2,5 cm korrelaatio 1, 1, 1, Tie 17 testikohde (tukipisteisiin sidotut tulokset) max 2,2 cm 18,4 cm 11,2 cm 95 %,9 cm 13, cm 7,8 cm 5 %,2 cm 4,6 cm 3,4 cm korrelaatio 1, 1, 1, Tie 11689 testikohde max 1,9 cm 9,2 cm 29,6 cm 95 %,5 cm 7,2 cm 25,2 cm 5 %,1 cm 3,1 cm 5,2 cm korrelaatio 1, 1,,98

18 Dynaaminen painumaprofiilin määrittäminen ANALYYSIEN TULOKSET Tie 11689 testikohde (tukipisteisiin sidotut tulokset) max 1,9 cm 9, cm 38,9 cm 95 %,5 cm 5,2 cm 34,6 cm 5 %,1 cm 1,9 cm 9, cm korrelaatio 1, 1,,98 Taulukko 2. Testiteiden tulosten vertailtavuus vasemmanpuoleiselta mittauslinjalta. Ensimmäisen vaaituksen ja toistettavuustestissä huonoimmaksi osoittautuneen mittausmenetelmien A ja B erotus toiseen vaaitusmittaukseen nähden vas/oik mittalinjalla. Taulukossa on suurin erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa. Vaaitus Mittausmenetelmä A Mittausmenetelmä B Tie 17 testikohde max 2,4 cm 3,5 cm 3,1 cm 95 % 1,2 cm 26, cm 24,3 cm 5 %,2 cm 11,3 cm 15,6 cm korrelaatio 1, 1, 1, Tie 17 testikohde (tukipisteisiin sidotut tulokset) max 2,4 cm 2, cm 27, cm 95 % 1,2 cm 14,5 cm 21,8 cm 5 %,2 cm 5,1 cm 12, cm korrelaatio 1, 1, 1, Tie 11689 testikohde max 1,5 cm 9,9 cm 33,6 cm 95 %,5 cm 8,1 cm 27,7 cm 5 %,1 cm 3,6 cm 16,1 cm korrelaatio 1, 1,,98 Tie 11689 testikohde (tukipisteisiin sidotut tulokset) max 1,5 cm 1,1 cm 26,1 cm 95 %,5 cm 5,8 cm 22,8 cm 5 %,1 cm 2,1 cm 11,1 cm korrelaatio 1, 1,,98 Taulukoiden 1 ja 2 perusteella voidaan todeta, että dynaamisin menetelmin suoritettujen mittausten tuloksissa on eroja suhteessa vaaitusmittaukseen. Kuitenkin korrelaatiot ovat erittäin korkeaa tasoa, eivätkä mittausten absoluuttiset erot kasva suhteessa mitattavaan ilmiöön merkittävästi testitiellä 17. Testitien 11689 suurin korkeusero oli 1,3 m, mikä on huomattavasti pienempi kuin testitiellä 17. Pienemmän korkeuseron tulisi vähentää virhettä, mutta testiaineistossa mittausmenetelmän B virhe kasvoi testitiellä 11689 oikean reunan mittauksessa merkittävästi. 3.1.2 Toistettavuus Toistettavuutta on arvioitu mittausmenetelmien A ja B osalta, joilta oli käytettävissä useampi mittaustulos. Referenssinä esitetään vaaitusmittausten eri ryhmien väliset erot. Kuvassa 5 esitetään vaaituksen referenssitulokset. Kaikkien mittausmenetelmien toistomittausten korrelaatiot olivat yli,95, eikä niiden arvoja ole esitetty erikseen.

Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen 19 ANALYYSIEN TULOKSET Vaaituksen vertailtavuus.4.3 (m).2.1. oikea mittauslinja vasen mittauslinja oikea mittauslinja vasen mittauslinja Tie 17 Tie 11689 MAX.22.24.19.15 95 %.9.12.5.5 5 %.2.2.1.1 Kuva 5. Vaaitusryhmien mittaustulosten erot. Kuvassa on suurin erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa. Mittausmenetelmältä A oli käytettävissä kahden eri mittauskerran tulokset. Kuvassa 6 esitetään menetelmän mittauskertojen välisten absoluuttisten erojen prosenttipisteet. Tuloksista voidaan havaita, että mittausten välinen virhe on pienempi testikohteella 17. Kohteen 11689 virhettä on todennäköisesti lisännyt tiheä lyhyttaajuinen epätasaisuus, jolloin ajolinjan muutoksella on suuri vaikutus mittaustulokseen. Mittausmenetelmän A toistettavuus.4.3 (m).2.1. oikea mittauslinja vasen mittauslinja oikea mittauslinja vasen mittauslinja Tie 17 Tie 11689 MAX.24.23.3.26 95 %.18.18.24.18 5 %.7.7.9.8 Kuva 6. Mittausmenetelmän A kahden mittauskerran erot. Kuvassa on suurin erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa. Mittausmenetelmä B:n toistettavuuden analyyseissä oli tieltä 17 kuusi toistokertaa ja tieltä 11689 neljä toistokertaa. Tien 17 mittauksista mittaukset 1 ja 2 oli suoritettu tien normaalia ajolinjaa (ajouria) ajaen, mittaukset 3 ja 4 tie reunalinjaa ja mittaukset 5 ja 6 keskiviivaa ajaen. Tiellä 11689 mittaukset 1 ja 2 oli suoritettu normaalia ajolinjaa pitkin ajaen ja mittaukset 3 ja 4 tien keskiviivaa ajaen. Kuvassa 7 esitetään mittausmenetelmän B toistokertojen

2 Dynaaminen painumaprofiilin määrittäminen ANALYYSIEN TULOKSET erot eri ajolinjoilla tie 17 testikohteella. Kuvassa 8 esitetään tien 11689 testikohteen vastaavat tulokset. Mittausmenetelmän B toistettavuus (Tie 17).5.4.3 (m).2.1. Kaista reunalinja keskilinja Kaista reunalinja keskilinja Oikea mittauslinja Vasen mittauslinja MAX.121.114.61.119.126.6 95 %.55.85.39.52.86.48 5 %.13.19.9.13.19.12 Kuva 7. Mittausmenetelmän B kahden mittauskerran erot ajolinjoittain. Kuvassa on suurin erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa. Tien 17 testikohteen tulokset. Kuvassa eri skaala kuin kuvissa 5 ja 6. Mittaaja B:n toistettavuus (Tie 11689).5.4.3 (m).2.1. kaista keskilinja kaista keskilinja Oikea mittauslinja Vasen mittauslinja MAX.378.432.36.424 95 %.36.223.38.218 5 %.5.4.51.42 Kuva 8. Mittausmenetelmän B kahden mittauskerran erot ajolinjoittain. Kuvassa on suurin erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa. Tien 11689 testikohteen tulokset. Kuvassa eri skaala kuin kuvissa 5 ja 6. Toistettavuuden tuloksista voidaan havaita, että mittausmenetelmä B:n toistettavuus on huomattavasti menetelmä A:ta heikompaa. Erityisesti testikohteella 11689 on mittauskerroilla merkittävä ero. Mittausmenetelmä A:n tarkkuus on analyysien perusteella lähellä vaaitusryhmien välistä tarkkuutta erityisesti maksimivirheen osalta.

Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen 21 ANALYYSIEN TULOKSET 3.2 Gradientti Testikohteiden aineistoista analysoitiin myös gradientin vertailtavuutta sekä toistettavuutta. Mittausmenetelmässä B ja vaaitusmittauksessa gradientti on laskennallinen suure pituusprofiilin arvoista, kun taas mittausmenetelmässä A gradientti on mitattu arvo. 3.2.1 Vertailtavuus Taulukossa 3 esitetään gradientin vertailtavuuden tulokset vaaitusmittaukseen testikohteittain. Tuloksista voidaan havaita erojen olevan melko pieniä tien 17 testikohteella, mutta tiellä 11689 vertailtavuus on heikompaa. Kohteen 11689 vertailtavuuden heikompi korrelaatio johtuu tien lyhyttaajuisesta epätasaisuudesta. Gradientti on herkkä mittausten kohdentumiselle samoihin pisteisiin. Taulukko 3. Gradientin vertailtavuus. Suurin erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa sekä korrelaatio. Ilman sulkuja oleva luku on oikean mittalinjan arvo ja suluissa oleva vasemman mittalinjan arvo. Vaaitus Mittausmenetelmä A Mittausmenetelmä B Tien 17 testikohde 95 %,4 (,5) cm/m,5 (,7) cm/m 1,3 (1,4) cm/m 5 %,1 (,1) cm/m,2 (,2) cm/m,2 (,3)cm/m Korrelaatio,99 (,99),99 (,98),93 (,92) Tien 11689 testikohde 95 %,3 (,4) cm/m 1, (1,1) cm/m 1,4 (1,2) cm/m 5 %,1 (,1) cm/m,3 (,3) cm/m,4 (,4) cm/m Korrelaatio,96 (,95),72 (,7),4 (,47)

22 Dynaaminen painumaprofiilin määrittäminen ANALYYSIEN TULOKSET 3.2.2 Toistettavuus Taulukoissa 4 ja 5 esitetään mittausmenetelmien A ja B mittauskertojen välisten absoluuttisten erojen laatupisteet ja korrelaatiot. Tien 11689 testikohteella on mittauskertojen välillä selkeästi enemmän huojuntaa. Menetelmän A toistettavuus on ollut tiellä 17 parempaa kuin vaaitusryhmien välinen ero vertailtavuudessa. Taulukko 4. Mittausmenetelmä A:n toistettavuus. Erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa sekä korrelaatio. Tien 17 testikohde Tien 11689 testikohde Oikea Vasen Oikea Vasen 95 %,3 cm/m,3 cm/m,5 cm/m,6 cm/m 5 %,1 cm/m,1 cm/m,2 cm/m,2 cm/m Korrelaatio,99,99,93,92 Taulukko 5. Mittausmenetelmä B:n toistettavuus. Erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa sekä korrelaatio Toistettavuutta arvioitu vain normaalilta ajolinjalta tehdyistä mittauksista. Tien 17 testikohde Tien 11689 testikohde Oikea Vasen Oikea Vasen 95 %,5 cm/m,6 cm/m 1,4 cm/m 1,5 cm/m 5 %,1 cm/m,1 cm/m,4 cm/m,4 cm/m Korrelaatio,98,98,46,44 3.3 Pituuskaltevuuden muutos Pituuskaltevuuden muutos laskettiin kaavan 1 mukaisesti 1m, 2m, 5m ja 1 m kiinteillä jänneväleillä metrin välein. Kuvassa 9 on esitetty kaavan 1 muuttujien määritelmät. Tämän raportin kaltevuusmuutos tarkastelua on yksinkertaistettu niin, että jännevälit l 1 ja l 2 ovat aina samanpituiset ja laskenta suoritettiin metrin välein. Kaava 1. Kaltevuuden muutoksen kaava. /2/ h2 h1 Kaltevuudenmuutos = l 1 h 3 h l 2 2

Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen 23 ANALYYSIEN TULOKSET Kuva 9. Kaltevuuden muutoksen mittauksen muuttujien h 1, h 2, h 3, l 1 ja l 2 määritelmät ohjeessa Rakenteen parantamisen suunnittelu/2./ Tämän raportin analyyseissa kaltevuuden muutosarvot ovat laskettu metrin välein huippukohdan (h 2 ) sijainnista riippumatta. Tämän raportin analyyseissä on poikettu kuvan 9 menettelystä siten, että 1 metrin välein on valittu piste h 2 huippukohdan h 2 todellisesta sijainnista riippumatta. Siten piste on todellisesta huipusta tai painanteen pohjasta -,99 metriä sivussa. Huiput ovat kuitenkin usein niin loivia, että poikkeamalla ei ole merkitystä. Pisteet h 1 ja h 3 ovat symmetrisesti 1,2,5 tai 1 metrin etäisyydellä pisteestä h 2. Mittauskertojen ja mittausmenetelmien keskiarvojen tasoerot testattiin varianssianalyysillä. Eron tilastollista merkittävyyttä mitataan p-arvolla, joka kertoo millä todennäköisyydellä testin tulos on luotettava. Analyyseissä käytettiin tilastotieteessä yleisesti sovellettua,5 arvoa hylkäämisrajana. Lisäksi tarkasteltiin mittausten erotusta referenssimittaukseen ja saman menetelmän toistomittaukseen. Referenssimittauksena toimi toisen vaaitusryhmän tulokset. 3.3.1 Vertailtavuus Taulukoissa 6 ja 7 on esitetty kaltevuuden muutosten erot referenssimittauksen (toinen vaaitusmittauksista) keskiarvoon. Vertailussa on huomioitu kaikki laskennalliset arvot. Taulukko 6. Kaltevuuden muutoksen keskiarvojen erot referenssimittaukseen ja p- arvo tien 17 testireitiltä. Mittauskerroista esitetty vain suurimman eron tulokset oikealta ja vasemmalta mittauslinjalta. Arvot ovat prosenttiyksikköjä. Kaltevuuden muutos tie 17 (jänneväli 1m), p-arvo 1, (1,) keskiarvojen ero, oikea (vasen) Vaaitus -.1 % (.3 %) Mittausmenetelmä A -.1 % (.2 %) Mittausmenetelmä B.2 % (.4 %) Kaltevuuden muutos tie 17 (jänneväli 2m), p-arvo 1, (1,) Vaaitus. % (-.1 %) Mittausmenetelmä A -.1 % (. %) Mittausmenetelmä B.1 % (.2 %) Kaltevuuden muutos tie 17 (jänneväli 5m), p-arvo 1, (1,) Vaaitus -.1 % (. %)

24 Dynaaminen painumaprofiilin määrittäminen ANALYYSIEN TULOKSET Mittausmenetelmä A. % (.2 %) Mittausmenetelmä B. % (.2 %) Kaltevuuden muutos tie 17 (jänneväli 1m), p-arvo 1, (1,) Vaaitus. % (. %) Mittausmenetelmä A. % (. %) Mittausmenetelmä B -.1 % (.1 %) Taulukko 7 Kaltevuuden muutoksen keskiarvojen erot referenssimittaukseen ja p-arvo tien 11689 testireitiltä. Mittauskerroista esitetty vain suurimman eron tulokset oikealta ja vasemmalta mittauslinjalta. Arvot ovat prosenttiyksikköjä. Kaltevuuden muutos tie 11689 (jänneväli 1m), p-arvo 1, (1,) keskiarvojen ero, oikea (vasen) Vaaitus. % (. %) Mittausmenetelmä A. % (-.1 %) Mittausmenetelmä B. % (. %) Kaltevuuden muutos tie 11689 (jänneväli 2m), p-arvo 1, (1,) Vaaitus. % (. %) Mittausmenetelmä A -.1 % (. %) Mittausmenetelmä B. % (. %) Kaltevuuden muutos tie 11689 (jänneväli 5m), p-arvo 1, (1,) Vaaitus. % (-.1 %) Mittausmenetelmä A -.1 % (-.2 %) Mittausmenetelmä B. % (. %) Kaltevuuden muutos tie 11689 (jänneväli 1m), p-arvo 1, (1,) Vaaitus. % (. %) Mittausmenetelmä A.1 % (. %) Mittausmenetelmä B.1 % (-.2 %) Taulukoista 6 ja 7 voidaan havaita, etteivät eri mittausmenetelmien kaltevuuden muutosten keskiarvot eroa toisistaan tilastollisesti merkitsevästi 5 % riskitasolla (p-arvo >,5). Keskiarvojen ero pienenee jännevälin kasvaessa, jolloin mittapisteen kohdentumisen vaikutus vertailtavuuteen vähenee. Tulokset eivät korreloi keskenään, koska kaltevuuden muutoksen arvo on erittäin herkkä mittapisteen kohdentumiselle samaan kohtaan ja näin ollen myös yksittäisten pisteiden erot voivat olla suuret. Alla olevassa taulukossa 8 on esitetty kaltevuuden muutoksen erotukset referenssitulokseen testikohteittain. Taulukko 8. Kaltevuuden muutoksen vertailtavuuden prosenttipisteiden arvot oikealta ja vasemmalta mittauslinjalta sekä maksimi erotus. Absoluuttisten erojen itseisarvot laskettu toisen vaaitusryhmän tuloksista. Ilman sulkuja oleva luku on oikean mittalinjan arvo ja suluissa oleva vasemman mittalinjan arvo. Taulukossa on esitetty mittauskerroista eniten eroavan tulokset. Arvot ovat prosenttiyksikköjä. Vaaitus Mittausmenetelmä A Mittausmenetelmä B Tien 17 testikohde (1m jänneväli) MAX 2,2 % (3,75 %) 1,56 % (3,21 %) 8,68 % (7,62 %) 95 %,88 % (1,29 %),87 % (1,21 %) 2,43 % (2,33 %) 5 %,17 % (,3 %),27 % (,34 %),3 % (,37 %)

Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen 25 ANALYYSIEN TULOKSET Tien 17 testikohde (2m jänneväli) MAX 1,8 % (1,23 %) 1, % (1,83 %) 3,51 % (3,84 %) 95 %,5 % (,54 %),5 % (,71 %) 1,14 % (1,4 %) 5 %,1 % (,12 %),18 % (,18 %),22 % (,21 %) Tien 17 testikohde (5m jänneväli) MAX,74 % (,71 %),47 % (,98 %) 1,42 % (1,6 %) 95 %,24 % (,24 %),23 % (,36 %),54 % (,52 %) 5 %,5 % (,5 %),7 % (,8 %),13 % (,12 %) Tien 17 testikohde (1m jänneväli) MAX,22 % (,38 %),2 % (,31 %),74 % (,84 %) 95 %,9 % (,12 %),11 % (,15 %),22 % (,27 %) 5 %,2 % (,3 %),3 % (,4 %),5 % (,5 %) Tien 11689 testikohde (1m jänneväli) MAX 2,7 % (2,7 %) 3,35 % (4,55 %) 4,91 % (4,42 %) 95 %,87 % (1,1 %) 1,68 % (1,51 %) 1,59 % (1,6 %) 5 %,25 % (,28 %),45 % (,48 %),4 % (,37 %) Tien 11689 testikohde (2m jänneväli) MAX 1,7 % (1,5 %) 1,96 % (2,11 %) 2,33 % (2,6 %) 95 %,43 % (,52 %) 1,8 % (1,1 %),89 % (1,6 %) 5 %,11 % (,13 %),28 % (,28 %),23 % (,21 %) Tien 11689 testikohde (5m jänneväli) MAX,54 % (,47 %),95 % (1,15 %) 1,36 % (1,11 %) 95 %,16 % (,17 %),45 % (,43 %),54 % (,45 %) 5 %,5 % (,5 %),12 % (,11 %),13 % (,11 %) Tien 11689 testikohde (1m jänneväli) MAX,27 % (,18 %),75 % (,64 %),73 % (,69 %) 95 %,9 % (,8 %),3 % (,31 %),35 % (,32 %) 5 %,2 % (,3 %),8 % (,8 %),8 % (,8 %) Taulukon 8 arvoista voidaan havaita menetelmän A absoluuttisten prosenttipisteiden mukaisen vertailtavuuden olevan kohdetiellä 17 parempaa vaaitusryhmän kanssa kuin vaaitusryhmien kesken. Kohdetiellä 11689, jolla oli paljon pituussuuntaista lyhyttaajuista epätasaisuutta ja mittausmenetelmä A:n vertailtavuus oli vaaitusmittauskertoja heikompaa. Menetelmän B tulokset poikkesi referenssimittauksen tuloksista lasketusta kaltevuuden muutoksesta eniten.

26 Dynaaminen painumaprofiilin määrittäminen ANALYYSIEN TULOKSET 3.3.2 Toistettavuus Taulukoissa 9 ja 1 on esitetty mittausmenetelmien eri mittauskertojen kaltevuusmuutostunnusluvun keskiarvojen erotus ja varianssianalyysin p-arvo. Niin mittausmenetelmä A:n kuin B:n mittauskertojen keskiarvot eivät eronneet tilastollisesti merkitsevästi 5 % -riskitasolla. Taulukko 9. Tien 17 testireitin eri mittauskertojen välisten keskiarvojen erotus ja varianssianalyysin p-arvo. Jos p-arvo on >,5, keskiarvojen ero ei ole tilastollisesti merkitsevä 5 % riskitasolla. Keskiarvojen eron arvot ovat prosenttiyksikköjä. Mittausmenetelmä A Mittausmenetelmä B Kaltevuuden muutos tie 17 (jänneväli 1m) keskiarvojen ero, oikea (vasen),% (,1%),%(,%) p-arvo, oikea (vasen),98 (,96) 1, (1,) Kaltevuuden muutos tie 17 (jänneväli 2m) keskiarvojen ero, oikea (vasen), % (,1 %), % (, %) p-arvo, oikea (vasen),99 (,95) 1, (1,) Kaltevuuden muutos tie 17 (jänneväli 5m) keskiarvojen ero, oikea (vasen), % (,1 %), % (, %) p-arvo, oikea (vasen),99 (,96),99 (,99) Kaltevuuden muutos tie 17 (jänneväli 1m) keskiarvojen ero, oikea (vasen), % (, %),1 % (, %) p-arvo, oikea (vasen),98 (,98),99 (,99) Taulukko 1. Tien 11689 testireitin eri mittauskertojen välisten keskiarvojen erotus ja varianssianalyysin p-arvo. Jos p-arvo on >,5, keskiarvojen ero ei ole tilastollisesti merkitsevä 5 % riskitasolla. Keskiarvojen eron arvot ovat prosenttiyksikköjä. Mittausmenetelmä A Mittausmenetelmä B Kaltevuuden muutos tie 11689 (jänneväli 1m) keskiarvojen ero, oikea (vasen),1 % (, %), % (, %) p-arvo, oikea (vasen),99 (1,) 1, (1,) Kaltevuuden muutos tie 11689 (jänneväli 2m) keskiarvojen ero, oikea (vasen),1 % (,1 %), % (, %) p-arvo, oikea (vasen),96 (,97),99 (,99) Kaltevuuden muutos tie 11689 (jänneväli 5m) keskiarvojen ero, oikea (vasen),1 % (,1 %),1 % (,1 %) p-arvo, oikea (vasen),97 (,94),94 (,96) Kaltevuuden muutos tie 11689 (jänneväli 1m) keskiarvojen ero, oikea (vasen), % (, %),1 % (,1 %) p-arvo, oikea (vasen),96 (,98),89 (,91) Taulukossa 11 on esitetty toistomittausten suurin erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa. Taulukon perusteella voidaan havaita erojen pienenevän tulostusvälin kasvaessa. Menetelmä B:n virhe oli testireiteillä mittauskertojen välillä suurempi kuin menetelmä A:lla.

Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen 27 ANALYYSIEN TULOKSET Taulukko 11. Kaltevuuden muutoksen arvojen suurin erotus sekä erotus, jonka 5 tai 95 % havainnoista alittaa. Absoluuttisten erojen itseisarvot laskettu eri mittauskertojen tuloksista. Vaaitusmittauksista on esitettynä referenssituloksena ryhmien välinen ero. Ilman sulkuja oleva luku on oikean mittalinjan arvo ja suluissa oleva vasemman mittalinjan arvo. Arvot ovat prosenttiyksikköjä. Vaaitus Mittausmenetelmä A Mittausmenetelmä B Tien 17 testikohde (1m jänneväli) MAX 2,2 % (3,75 %) 1,3 % (1,5 %) 3,6 % (3, %) 95 %,88 % (1,29 %),8 % (,8 %),6 % (,6 %) 5 %,17 % (,3 %),3 % (,3 %),2 % (,2 %) Tien 17 testikohde (2m jänneväli) MAX 1,8 % (1,23 %),65 % (,65 %) 2,15 % (1,85 %) 95 %,5 % (,54 %),35 % (,35 %),37 % (,3 %) 5 %,1 % (,12 %),1 % (,1 %),1 % (,1 %) Tien 17 testikohde (5m jänneväli) MAX,74 % (,71 %),24 % (,26 %),84 % (,8 %) 95 %,24 % (,24 %),14 % (,14 %),27 % (,22 %) 5 %,5 % (,5 %),4 % (,4 %),4 % (,4 %) Tien 17 testikohde (1m jänneväli) MAX,22 % (,38 %),13 % (,11 %),63 % (,63 %) 95 %,9 % (,12 %),7 % (,8 %),18 % (,19 %) 5 %,2 % (,3 %),3 % (,3 %),4 % (,4 %) Tien 11689 testikohde (1m jänneväli) MAX 2,7 % (2,7 %) 2,3 % (2,7 %) 3,5 % (4,3 %) 95 %,87 % (1,1 %) 1,3 % (1,4 %) 1,1 % (1,1 %) 5 %,25 % (,28 %),4 % (,4 %),2 % (,2 %) Tien 11689 testikohde (2m jänneväli) MAX 1,7 % (1,5 %) 1,3 % (1,3 %) 2, % (2,4 %) 95 %,43 % (,52 %),75 % (,6 %),65 % (,65 %) 5 %,11 % (,13 %),2 % (,2 %),1 % (,1 %) Tien 11689 testikohde (5m jänneväli) MAX,54 % (,47 %),46 % (,42 %),82 % (,98 %) 95 %,16 % (,17 %),24 % (,24 %),4 % (,46 %) 5 %,5 % (,5 %),8 % (,8 %),1 % (,1 %) Tien 11689 testikohde (1m jänneväli) MAX,27 % (,18 %),29 % (,24 %),7 % (,78 %) 95 %,9 % (,8 %),13 % (,14 %),31 % (,35 %) 5 %,2 % (,3 %),4 % (,4 %),7 % (,8 %)

28 Dynaaminen painumaprofiilin määrittäminen AJOA HAITTAAVA PAINUMA 4 AJOA HAITTAAVA PAINUMA Tätä raporttia varten tarkasteltiin suppean aineiston perusteella erilaisia mahdollisia tunnuslukuja ajoa haittaavan painuman määrittämistä varten. Haitalliset painumat voivat aiheuttaa vaarallisia heittoja ajoneuvoille sekä kuivatusongelmia. Lisäksi suuret kokonaispainumat, jotka ovat hyvin tasaisia, heikentävät näkemää tai altistavat painumakohteet tulville. Niin ajoneuvon dynamiikkaan kuin muihin liikenneturvallisuutta heikentävien ominaisuuksien vuoksi, on vaikeaa määrittää yksittäistä ajoa haittaavan painuman kriteeriä. Pituuskaltevuuden muutokset vaikuttavat haittaavasti ensimmäisenä raskaisiin ajoneuvoihin. Tämän vuoksi raskaissa ajoneuvoissa koetun ajomukavuuden tulisi määrittää sallittujen pituuskaltevuuksien muutosten maksimiarvot. Tässä raportissa tarkastellaan pituusprofiilin muutoksen mahdollisista mittareista RMS-kiihtyvyyttä, RMS-epätasaisuutta, IRI-epätasaisuutta, pituusprofiilin gradienttia ja pituusprofiilin kaltevuuden muutosta. 4.1 RMS-kiihtyvyys Tien pinnan epätasaisuudet aiheuttavat kuljettajaan ja ajoneuvoon kohdistuvia kiihtyvyyksiä. ISO 2631-1 (1997) määrittelee tärinä altistuksen mitaksi RMS-kiihtyvyyden (Root-Mean-Square), joka on tärinän kolmesta suunnasta (x,y,z) hallitsevan kiihtyvyyden frekvenssillä painotettu laskennallinen arvo /1/. Julkisille ajoneuvoille on määritelty RMS-parametrin raja-arvot, joilla voidaan kuvata parametrin arvojen vaikutusta ajomukavuuteen. Raja-arvot esitetään taulukossa 12. Raja-arvot eivät ole samat kaikille ajoneuvoille, mutta ne ovat kuitenkin lähellä toisiaan. Raskailla ajoneuvoilla arvot ovat todennäköisesti pienemmät /1/. Taulukko 12. Julkisissa ajoneuvoissa koetun ajomukavuuden viitteelliset RMS-rajaarvot. MIN (m/s 2 ) MAX (m/s 2 ) Mukavuusaste >2 >2 Erittäin epämukava 1,25 2,5 Hyvin epämukava,8 1,6 Epämukava,5 1 Melko epämukava,315,63 Lievästi epämukava,315 Mukava RMS-kiihtyvyyksiin vaikuttavat myös painumat. Usein yksittäisten painumien vaikutuksen ovat suurempia kuin erittäin epämukava RMS-raja-arvo. Suomessa RMS-kiihtyvyyttä ei mitata tiestön kuntomittauksissa.

Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen 29 AJOA HAITTAAVA PAINUMA 4.2 RMS-epätasaisuus RMS-epätasaisuus kuvaa tien pituussuuntaista epätasaisuutta. Tiehallinnon päällysteiden ylläpidon toimintalinjoissa on määritelty RMS-parametrin kynnysarvot, jolloin todennäköisesti on olemassa vakava heitto. Vakavaksi heitoksi tulkitaan 1 metrin tulostusvälillä: RMS epätasaisuus 1-3 m maksimi on yli 3,2 mm RMS epätasaisuus 3-1 m maksimi on yli 5,7 mm Kuvissa 1 ja 11 esitetään teiden 17 (vasen mittalinja) ja 11689 (oikea mittalinja) RMS-epätasaisuuden arvot ja kohteiden pituusprofiilit. Kuvista voidaan havaita, että esimerkiksi tiellä 17 RMS-parametri saa vain hyvin pieniä arvoja pituuskaltevuuden muutoskohdissa. Vastaavasti tiellä 11689, jossa on paljon tiheästi esiintyviä kuoppia, RMS-parametri saa merkittävästi suurempia arvoja. Suppean tarkastelun perusteella RMS-epätasaisuus ei kuvaa hyvin painumia, jotka muodoltaan ovat laakeita, mutta voivat aiheuttaa tulvariskin tai heikentävät näkymää. Tie 17 vasen linja Korkeuspiste (m) 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1.5 -.5-1 1.8 1.6 1.4 1.2 1.8.6.4.2 RMS (mm) -1.5 17 18 19 2 21 22 paalu vasen korkeuspiste RMS_1_3L RMS_3_1L Kuva 1. Tien 17 tieosa 8 paaluvälin 17-22 RMS-epätasaisuuden arvot ja pituusprofiili vasemmalta mittalinjalta.

3 Dynaaminen painumaprofiilin määrittäminen AJOA HAITTAAVA PAINUMA Tie 11689 oikea linja 1.5 7 1 6 korkeuspistem (cm).5 -.5 5 4 3 2 RMS (mm) -1 1-1.5 28 29 3 31 32 paalu oikea korkeuspiste RMS_1_3R RMS_3_1R Kuva 11 Tien 11689 tieosa 1 paaluvälin 28-33 RMS-epätasaisuuden arvot ja pituusprofiili oikealta mittalinjalta. 4.3 IRI-epätasaisuus IRI kuvaa tienpinnan epätasaisuuden vaikutusta sen yli kulkevaan ajoneuvoon ja kuljettajaan. Vakavan heiton raja-arvoksi on määritelty Tiehallinnon päällysteiden toimintalinjoissa yli 11,4 mm/m, kun tulostusväli on 1 m. Kuvissa 12 ja 13 esitetään pituusprofiilit ja IRI-arvot teiltä 17 ja 11689. Tie 17 vasen linja 4 3 3 2.5 korkeuspiste(m) 2 1 2 1.5 1 iriv (mm/m) -1.5-2 17 18 19 2 21 22 aet vasen korkeuspiste IRIV_1m Kuva 12. Tien 17 tieosa 8 paaluvälin 17-22 IRI-epätasaisuuden arvot ja pituusprofiili vasemmalta mittalinjalta.

Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen 31 AJOA HAITTAAVA PAINUMA Tie 11689 Oikea linja.6 14 korkeuspiste (m).4.2 -.2 -.4 -.6 -.8 12 1 8 6 4 2 irio (mm/m) -1 28 29 3 31 32 aet oikea korkeuspiste IRIO_1m Kuva 13. Tien 11689 tieosa 1 paaluvälin 28-33 IRI-epätasaisuuden arvot ja pituusprofiili oikealta mittalinjalta. Kuvista 12 ja 13 voidaan nähdä IRI-epätasaisuuden muutosten olevan sidoksissa tien pinnan pituussuuntaisiin muotoihin, kun tulostusväli on 1 m. IRI-arvojen suuruusluokkaan kuitenkin vaikuttaa merkittävästi muutosten terävyys ja pyöreäpiirteisten painumien IRI-arvot jäävät pieniksi. IRIepätasaisuudelle on vaikeaa asettaa raja-arvoa, joka huomioisi myös laakeammat painumat. Kuvassa 14 esitetään Uudenmaan tiepiirin seurannassa olevien painumakohteiden IRI-arvojen maksimit. Aineistona on ollut 55 eri seurantakohdetta. Jakaumakuvan perusteella IRI-arvojen hajonta on suurta tunnistetuilla painumakohteilla, eikä selkeää trendiä ole havaittavissa. Maksimi IRI-arvojen frekvenssit uudenmaan painumaseurantakohteilla 1 9 8 7 6 kpl 5 4 3 2 1.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 1 1.5 11 11.5 12 12.5 13 (mm/m) IRI oikea (kpl) IRI vasen (kpl) Kuva 14. Otos Uudenmaan tiepiirin painumakohteiden IRI-maksimiarvoista, joiden tulostusväli on 1 metriä.

32 Dynaaminen painumaprofiilin määrittäminen AJOA HAITTAAVA PAINUMA 4.4 Pituusprofiilin gradientti Pituusprofiilin gradientti kuvaa kahden peräkkäisen korkeuspisteen korkeuseroa. Korkeuseron muutoksen matkalla oleva epätasaisuus ei vaikuta merkittävästi gradientin arvoon. Kuvissa 15 ja 16 esitetään esimerkit gradientin suhteesta pituusprofiiliin. Gradientin arvot ovat yhden metrin matkalla tapahtuvia korkeuseron muutoksia, mutta kuvissa on esitetty vain joka kymmenes havainto. Tie 17 vasen linja 4.6 korkeuspiste (m) 3 2 1-1.4.2 -.2 gradientti (m) -2 -.4 17 18 19 2 21 22 paalu vasen korkeuspiste Gradient_vasen Kuva 15. Tien 17 tieosa 8 paaluvälin 17-22 pituusprofiilin gradientin arvot ja pituusprofiili vasemmalta mittalinjalta. Gradientin arvo 1m matkalta, mutta vain joka kymmenes arvo esitetty. Arvot on laskettu vaaitusmittausaineistosta. Tie 11689 oikea linja.6.2.4.1 korkeuspiste (m).2 -.2 -.4 -.6 -.8 -.1 -.2 -.3 gradientti (m) -1 28 29 3 31 32 aet -.4 oikea korkeuspiste Gradient_oikea Kuva 16. Tien 11689 tieosa 1 paaluvälin 28-33 pituusprofiilin gradientin arvot ja pituusprofiili oikealta mittalinjalta. Gradientin arvo 1m matkalta, mutta vain joka kymmenes arvo esitetty. Arvot on laskettu vaaitusmittausaineistosta.

Painumaprofiilin dynaaminen määrittäminen 33 AJOA HAITTAAVA PAINUMA Kuvista 15 ja 16 voidaan nähdä, että gradientin avulla voidaan havaita kohdat, joissa tien pituuskaltevuus muuttuu sekä lisäksi arvioida muutoksen vakavuutta gradientin arvon perusteella. Kun gradientin arvo on sidottu tiettyyn matkaan, on mahdollista vertailla keskenään eri kohtien kaltevuusmuutoksia ja niiden vakavuutta. Gradientti voi saada sekä positiivisia että negatiivisia arvoja, joten ajoa haittaavan painuman tutkimisessa tulee tarkastella gradientin itseisarvoja. Toistaiseksi gradientille ei ole määritelty vakavan haitan raja-arvoja, mutta arvojen lähtökohtana voitaisiin esimerkiksi soveltaa Tiehallinnon Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteissa ilmoitettuja kaltevuuden maksimipainuma-arvoja. Gradientin jännevälin vaikutusta ja merkitystä raja-arvoon tulisi myös tarkastella. 4.5 Pituusprofiilin kaltevuuden muutos Tässä raportissa esitetty kaltevuuden muutos määritetään kaavan 1 mukaisesti (sivu 22). Kaavan 1 muuttujien määritelmät h 1, h 2, h 3, l 1 ja l 2 ovat kuvattuna kuvassa 9 (sivu 23). Kuvissa 17 ja 18 on esitetty kaltevuuden muutosarvot tien 17 ja 11689 testikohteilla eri jännepituuksilla. Tämän raportin kaltevuusmuutos tarkastelua on yksinkertaistettu niin, että jännevälit l 1 ja l 2 ovat aina samanpituiset. Tie 17 oikea linja korkeuspiste (m) 3.5 2.5 1.5.5 -.5-1.5-2.5-3.5 17 18 19 2 21 1. %.8 %.6 %.4 %.2 %. % -.2 % -.4 % -.6 % -.8 % -1. % kaltevuuden muutos (%) aet oikea korkeuspiste kaltevuuden muutos 1m kaltevuuden muutos 2m kaltevuuden muutos 5m kaltevuuden muutos 1m Kuva 17. Tien 17 tieosa 8 paaluvälin 17-22 kaltevuuden muutoksen arvot ja pituusprofiili oikealta mittalinjalta. Kaltevuuden muutosarvot 1m, 2m, 5m ja 1m jännevälillä. Kuvassa on joka kymmenes arvo esitetty. Arvot on laskettu vaaitusmittausaineistosta.