ELINKAARITARKASTELUT TIEPÄÄLLYSTEIDEN YLLÄPIDON OHJELMOINNISSA

TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO Liikenne- ja kuljetustekniikan laitos OLLI HAVERI ELINKAARITARKASTELUT TIEPÄÄLLYSTEIDEN YLLÄPIDON OHJELMOINNISSA Diplomityö Prof. Jorma Mäntynen ja DI Pertti Virtala hyväksytty tarkastajiksi osastoneuvoston kokouksessa 9.11.2005

i TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO Rakennustekniikan osasto, Liikenne- ja kuljetustekniikka HAVERI, OLLI: Elinkaaritarkastelut tiepäällysteiden ylläpidon ohjelmoinnissa Diplomityö: 92 sivua, 6 liitesivua Tarkastajat: Professori Jorma Mäntynen, Diplomi-insinööri Pertti Virtala Rahoittaja: Tiehallinto, Keskushallinto Maaliskuu 2006 Hakusanat: ELINKAARITARKASTELUT, PÄÄLLYSTEIDEN YLLÄPITO, OHJELMOINTI Valtaosa Suomen yleisistä teistä on joko kesto- tai kevytpäällystettyjä. Väyläomaisuuden tehokas ylläpito on saanut entistä suuremman roolin yhteiskunnassa, ja päällysteiden ylläpito onkin Tiehallinnon väyläomaisuuden hallinnan tärkeimpiä elementtejä. Siihen liittyy moniulotteinen toimintaympäristö, jossa tulee tarkastella useita eri näkökulmia ylläpitotoimenpiteistä teiden käyttäjiin ja ympäristöllisiin kysymyksiin. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli kuvata elinkaaritarkasteluiden käyttömahdollisuuksia ja kehittämistarpeita päällysteiden ylläpidon ohjelmoinnin yhteydessä. Elinkaaritarkasteluiden avulla voidaan arvioida nykyhetkellä tehtävien pitkän aikavälin toimenpidepäätösten vaikutuksia elinkaariedullisuuteen ja valita tarkasteltavista vaihtoehdoista kokonaisedullisin. Tarkasteltavan elinkaaren pituuden määrittäminen on tarkastelijan vastuulla. Tienrakentamisen tapauksessa on yleisesti suositeltu käytettäväksi 25 50 vuoden pituisia ajanjaksoja. Käytännössä näiden pitkän aikavälin toimenpidetarkasteluiden hyödyntäminen ylläpidossa on kuitenkin monessa suhteessa ongelmallista. Tutkimuksessa on kerätty aineistoa sekä Tiehallinnon että vastaavien ulkomaisten organisaatioiden artikkeleista ja raporteista sekä erilaisista muista tutkimuksista ja haastatteluista. Päällysteiden ylläpidon ohjelmointia varten kehitettyjä elinkaarihallinnan ratkaisuja löytyi mm. Pohjois-Amerikasta, mutta aihe on edelleen kehitysvaiheessa maailmanlaajuisesti. Suomessa on annettu vahva tutkimuspanos betonisten rakenteiden, tarkemmin siltojen, ylläpidon elinkaarihallintaan, josta esimerkkinä on ylläpidon sekä strategisella että rakenteellisella tasolla toimiva Elinkaari-Siha -ohjelmisto. Elinkaari-Sihan tapaista rakennetason ylläpidon elinkaarilaskentaa on toistaiseksi vaikea toteuttaa päällysteiden ylläpidossa. Ohjelmointitasolla erilaisia riski- ja herkkyysanalyyseja käyttämällä voidaan kuitenkin tutkia rappeutumismalleihin, kustannuksiin ja muihin tekijöihin liittyviä epävarmuuksia. Riskianalyysien soveltamista ylläpidon analysoinnissa tuleekin tutkimuksen perusteella lisätä, mutta edellytyksenä on myös taustalla olevien tietojen laadun ja kattavuuden parantaminen. Tärkeimpänä kehityskohteena on rakenteiden kuntokäyttäytymisen tarkempi mallintaminen. Muita tärkeitä kehittämisalueita ovat kohteiden lähtötietojen selvittäminen, kustannustietous sekä ympäristövaikutusten mittaaminen ja arvottaminen. Luotettavuuspohjaisten elinkaaritarkasteluiden integrointi ohjelmointitasolle onkin tämän tutkimuksen perusteella eräs ylläpidon tehostamisen lähitulevaisuuden merkittävistä haasteista.

ii TAMPERE UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Civil Engineering, Transportation Engineering HAVERI, OLLI: Life Cycle Studies in Road Maintenance Programming Master of Science Thesis: 92 pages, 5 appendices (6 pages) Examiners: Professor Jorma Mäntynen, M.Sc. Pertti Virtala Funding: Finnish Road Administration, Central Administration March 2006 Keywords: LIFE CYCLE STUDIES, PAVEMENT PRESERVATION, PROGRAMMING The majority of public roads in Finland are paved. Given this, pavement management plays a significant role in the road asset management of the Finnish Road Administration (Finnra). There are many aspects of pavement management. These include maintenance action decisions, road user views and environmental considerations. The aim of this study was to analyse the possibilities of life cycle studies in programme level pavement management and also examine the subjects to be developed. Life cycle studies can be used to compare alternative long-term maintenance strategies and estimate the effectiveness of a chosen strategy. In road construction, the examination period has usually been from 25 to 50 years. However, in practise, there are still many problems about the calculations. The main sources of the material used in this study have been articles and reports published by Finnra or corresponding foreign organisations. Research reports published by other institutions have also been utilised and some interviews carried out within Finnra. Worldwide, life cycle studies of programme level pavement management are still being developed. A major contribution to the study by the Finns has been the development of a software programme that assists the life cycle design of concrete bridge structures. For the moment, structure based life cycle management is practically inapplicable for the management of existing pavement structures. However, by using sensitivity and risk analyses, it is possible to study various deterioration models, costs and other factors on a programme level basis, so that many of the uncertainities can be taken into account before any long-term decisions are made. These methods still require an extensive and accurate databank of pavement condition, various components of costs and other parameters behind the analyses. Integrating reliability based methods into life cycle studies and programme level pavement management is, anyhow, based on this research, one of the main challenges of pavement management in the near future.

iii ALKUSANAT Tämä diplomityö käsittelee elinkaaritarkasteluiden hyödyntämistä Tiehallinnon toiminnan tärkeimmällä omaisuuden hallinnan osa-alueella eli päällystetyn tieverkon ylläpidossa ohjelmointitasolla. Työ on tehty Tiehallinnon keskushallinnon asiantuntijapalveluissa Helsingissä. Suurimmat kiitokset työn valmistumisesta haluan esittää Tiehallinnon ohjausryhmälle, johon kuuluivat suunnittelupäällikkö Tuomas Toivonen ja ylläpitovastaava Pertti Virtala, sekä professori Jorma Mäntyselle Tampereen teknillisestä yliopistosta. Kaksi jälkimmäistä toimivat myös työn tarkastajina. Lisäksi haluan kiittää kaikkia muita työn tekemiseen liittyneitä ja tekijää tukeneita henkilöitä sekä eritoten keskushallinnon mukavaa henkilökuntaa ja työilmapiiriä. Diplomityön aihe oli haastava, mutta lopulta erittäin antoisa. Tekijän tietämys aihealueesta ja sen liittymäkohdista toimintaympäristöön laajeni työn edetessä. Osaltaan työn aihepiiriin liittyen todettakoon lopuksi tunnettua amerikkalaispoliitikkoa lainaten: "Jos emme onnistu, otamme epäonnistumisen riskin." Helsingissä 28.3.2006 Olli Haveri

iv SISÄLLYSLUETTELO ALKUSANAT SISÄLLYSLUETTELO KÄSITTEET JA LYHENTEET 1 JOHDANTO... 1 1.1 TUTKIMUKSEN TAUSTA... 1 1.2 TUTKIMUKSEN TAVOITTEET, RAJAUKSET JA RAKENNE... 1 2 TIEHALLINTO JA TIENPITO... 3 2.1 TIEHALLINNON TEHTÄVÄKENTTÄ... 3 2.2 TIENPITO JA RAHOITUS... 5 2.2.1 PTS ja TTS... 7 2.2.2 Perustienpidon rahoitus ja päällystystoiminta... 7 2.3 VÄYLÄOMAISUUDEN HALLINTA... 9 3 PÄÄLLYSTETTYJEN TEIDEN KUNTOTIETO YLLÄPIDON TAUSTALLA... 11 3.1 PÄÄLLYSTETYN TIEN RAKENNE JA KUNNON TUNNUSLUVUT... 11 3.1.1 Pinnan tasaisuus, urasyvyys ja sivukaltevuus... 13 3.1.2 Vauriosumma... 14 3.1.3 Kantavuus... 15 3.2 TUOTESISÄLTÖ JA TOIMENPITEIDEN YLEISET VALINTAPERIAATTEET... 16 3.2.1 Ylläpitotoimenpiteen valinta kunnon perusteella... 17 3.2.2 Päällystetyypin valinta... 19 3.3 TIETOJÄRJESTELMÄT JA NIIDEN ROOLIT... 20 3.3.1 Tierekisteri ja kuntorekisteri... 21 3.3.2 PMSPro... 21 3.3.3 HIBRIS... 22 4 PÄÄLLYSTEIDEN YLLÄPIDON SUUNNITTELU JA OHJELMOINTI... 23 4.1 VERKKOTASON OHJAUS JA SUUNNITTELU... 23 4.1.1 Päällysteiden ylläpidon toimintalinjat... 27 4.1.2 Palvelutaso... 28 4.2 TIEPIIRIN OHJELMATASO JA PÄÄLLYSTYSOHJELMAN LAATIMINEN... 29 4.2.1 Lähtökohtien kartoitus... 31 4.2.2 Lähtötietojen kerääminen... 31 4.2.3 Alustava kohteiden valinta... 32 4.2.4 Kohteiden priorisointi ja ohjelman tarkentaminen... 32 4.2.5 Vaikutusten analysointi ja ohjelman tarkistaminen... 34 4.2.6 Päätökset perusohjelmasta... 34 4.2.7 Ohjelman täsmennykset... 34 4.2.8 Liittymät tiepiirin hankintaohjelmaan... 35 4.3 KUNNOSSAPIDON URAKKAMUOTOJEN VAIKUTUS OHJELMOINTIIN... 35 5 KESTÄVÄ YLLÄPITO JA ELINKAARITARKASTELUT... 37 5.1 KESTÄVÄN KEHITYKSEN PERIAATTEET YLLÄPIDOSSA... 37 5.1.1 Taloudellisesti kestävä ylläpito... 38 5.1.2 Sosiaalisesti ja kulttuurisesti kestävä ylläpito... 38 5.1.3 Ekologisesti kestävä ylläpito... 39 5.2 ELINKAAREN HALLINTA... 39 5.2.1 Eko- ja kustannustehokas infrarakentaminen... 40 5.2.2 Tiehallinnon ympäristöohjelman näkökulmat... 42 5.3 ELINKAARITARKASTELUT PÄÄLLYSTEIDEN YLLÄPIDON NÄKÖKULMASTA... 43 5.3.1 Elinkaarikustannusten laskenta (LCC)... 44 5.3.2 Käyttöikäsuunnittelu... 48

v 5.3.3 5.3.4 Elinkaarianalyysi (LCA)... 48 Ekoindikaattorit ja ympäristöprofiili... 50 5.4 HERKKYYSTARKASTELUT JA RISKIANALYYSI... 52 5.5 YHTEENVETO JA ARVIOINTI MENETELMISTÄ... 52 6 YLLÄPITOKETJUN LUOTETTAVUUSPOHJAISET TARKASTELUT... 54 6.1 CASE: BETONISTEN SILTARAKENTEIDEN ELINKAARISUUNNITTELU... 54 6.1.1 Laskentaperiaatteet... 54 6.1.2 Tulokset ja niiden hyödyntäminen... 57 6.2 EPÄVARMUUSTEKIJÄT PÄÄLLYSTEIDEN YLLÄPIDON TAUSTALLA... 58 6.2.1 Kohdetiedot... 59 6.2.2 Kuntotieto ja -ennusteet... 60 6.2.3 Ylläpitokustannukset... 62 6.3 LUOTETTAVUUSPOHJAINEN PÄÄLLYSTEIDEN ELINKAAREN KUNTO- JA KUSTANNUSLASKENTA... 63 6.3.1 Riskianalyysit ylläpidon ohjelmoinnissa... 64 6.3.2 Tiheysfunktiot simuloinnin lähtökohtana... 66 6.3.3 Mallien testaaminen ja simuloinnin suorittaminen... 67 6.3.4 Tulosten analysointi ja tulkinta... 68 6.3.5 Herkkyysanalyysi... 71 6.3.6 Riskipohjainen päätöksenteko... 72 7 ELINKAARIPOHJAINEN OHJELMOINTI... 73 7.1 ELINKAARIOPTIMOINNIN TAUSTA PÄÄLLYSTEIDEN YLLÄPIDOSSA... 73 7.2 ELINKAARITARKASTELUT KÄYTÄNNÖN OHJELMOINTITYÖSSÄ... 76 7.2.1 Tarkasteluiden integrointi ohjelmointitoimintaan... 77 7.2.2 Elinkaaren ympäristövaikutukset ohjelmatasolla... 78 7.3 KEHITTÄMISTARPEET JA -NÄKYMÄT... 79 7.3.1 Kuntotiedon laatu ja kunnon ennustemallit... 82 7.3.2 Kustannustiedon hallinta... 83 7.3.3 Riskianalyysimenetelmät... 83 7.3.4 Tietojärjestelmät... 83 8 PÄÄTELMÄT... 85 8.1 JOHTOPÄÄTÖKSET JA SUOSITUKSET... 85 8.2 TUTKIMUKSEN TARKASTELU... 86 LÄHTEET... 87 LIITTEET (5 kpl) 1. Päällysteiden kunnon seuranta vuositasolla, ja seuraavan vuoden päällystysohjelman ajallinen muodostuminen 2. PMSPro:n vaikuttavat AB- ja PAB- tyyppiset toimenpiteet 3. Esimerkki rakenteen parantamisen ohjelmasta 4. Elinkaarikustannusten TPPT -laskentakaavio 5. Esimerkki @RISK -ohjelmiston ylläpitovaihtoehtojen vertailusta

vi KÄSITTEET JA LYHENTEET HIBRIS Highway and Bridge Investment Programming System. Järjestelmä, jota Tiehallinnon keskushallinto käyttää päällysteiden (ja siltojen) ylläpidon rahoitustarveanalysoinnissa Hoito IRI KTA Kunnossapito Kuntomuuttuja Kurre KVL LCA LCC/LCCA Peittoprosentti Pinta-KTA Hoidolla varmistetaan tiestön päivittäinen liikennöitävyys kaikkina vuorokaudenaikoina International Roughness Index, pitkittäisen epätasaisuuden tunnusluku (mm/m) Yhden tai useamman kuntomuuttujan osalta kuntotavoitteen alittava sadan metrin osuus tiestä Sisältää hoidon ja ylläpidon Kunnon tunnusluku, esim. urasyvyys ja IRI Päällystettyjen teiden kuntorekisteri Keskimääräinen vuorokausiliikenne Life Cycle Analysis/Assessment, elinkaarianalyysi Life Cycle Costing / Life Cycle Cost Analysis/Accounting, elinkaarikustannusanalyysi Yhden tai useamman kuntomuuttujan osalta kuntotavoitteen alittavien sata metriä pitkien tiejaksojen osuus (%) tarkasteltavasta tiejaksosta Sama kuin KTA, mutta ei sisällä kantavuutta

vii PMSPro PPL PTM PVI Toimivuusvaatimus Ylläpito Programming level Pavement Management System, päällysteiden ylläpidon hallintajärjestelmä Pudotuspainolaite Palvelutasomittaus Päällystevaurioinventointi Laatuvaatimus, jossa tuotteelta vaaditaan tietty ominaisuus, mutta urakoitsijalla on mahdollisuus valita, millä rakenneratkaisulla ominaisuus saavutetaan Sisältää toimenpiteet, joilla säilytetään mm. teiden käyttökelpoisuus ja rakenteellinen kunto

1 1 JOHDANTO 1.1 Tutkimuksen tausta Päällyste on tieinfrastruktuurin pääelementtejä. Sen kunnolla on suoria vaikutuksia mm. turvallisuuteen, liikkumisen laatuun ja liikkumiskustannuksiin. Tiehallinnossa on vahvat perinteet päällysteiden ylläpitotoiminnan suunnittelussa ja ohjelmoinnissa. Nykyiset kaikkiin yhteiskunnan osapuoliin liittyvät tehokkuusja ympäristönäkökulmat ovat luoneet paineita myös päällysteiden ylläpitotoiminnan jatkuvalle parantamiselle. Termi "kestävä kehitys" on ollut lanseerauksensa jälkeiset kymmenen vuotta eräänlaisena suuntaviivana käytännössä kaikkien yhteiskunnassa tapahtuvien toimintojen tarkasteluissa, mutta käytännön soveltaminen on usein jäänyt pintapuoliseksi. Tässä tutkimuksessa puhutaan päällysteiden osalta kestävästä ylläpidosta. Osaltaan ylläpitotoiminta voi jo nykyisellään pohjautua kestävyyteen, mutta tulevaisuuden haasteena on integroida se toiminnan peruslähtökohdaksi esimerkiksi elinkaariperiaatteiden soveltamisen kautta. Elinkaariperiaatteiden ja -tarkasteluiden soveltamista päällysteiden ylläpidon ohjelmatasolla ei ole juuri erikseen tutkittu, mutta muiden tutkimusten ohella on aihetta suppeahkosti käsitelty. Ylläpitotoiminnan kustannuksia on tarkasteltu pääasiassa osana investointien elinkaarikustannuksia. Ylläpitotoiminnan aikaisilla elinkaaritarkasteluilla voitaisiin tilannetta arvioida kunakin ajankohtana uudelleen. Tärkeää on ymmärtää ero elinkaaritarkasteluiden sekä julkisuudessa viime vuosina paljon käsitellyn elinkaarimallin välillä. Elinkaarimalli on pitkäaikainen (15 30 vuotta) sopimus suunnittelun, rakentamisen ja ylläpidon sekä mahdollisesti myös hoidon ja liikenteen palvelujen tuottamisesta. Tähän liittyy myös erilaisia rahoitusjärjestelyjä. Tässä tutkimuksessa ei elinkaarimalliin kuitenkaan juuri enempää puututa. 1.2 Tutkimuksen tavoitteet, rajaukset ja rakenne Tämän tutkimuksen tarkoituksena on analysoida mahdollisuuksia soveltaa elinkaaritarkasteluiden periaatteita päällysteiden ylläpidon suunnittelun ja ohjelmoinnin toimenpiteiden valintavaiheissa eli päällystysohjelman teon yhteydessä. Ylläpidon verkkotason suunnittelu ja ohjaus esitellään taustaksi, ja hankinta mainitaan lähinnä liittymäpintana käytännön toimintaan.

2 Tavoitteena on muodostaa menetelmäkuvaus siitä, miten elinkaariperiaatteiden soveltamista voitaisiin toteuttaa osana päällysteiden ylläpidon suunnittelua ja ohjelmointia ja mitä siinä tulee ottaa huomioon. Case -tutkimuksena tarkastellaan siltojen ylläpidon hallintajärjestelmän yhteydessä sovellettuja elinkaarilaskennan periaatteita. Tarkoituksena on tutkia, miten saataisiin johdettua tehokas toimintatapa päällystysohjelman kohteiden valintaan taloudellisessa ja ympäristöllisessä mielessä sekä mitä menetelmiä ja indikaattoreita voitaisiin käyttää tarkasteluiden apuna. Tutkimusosion tuloksena on tarkoituksena saada kuvattua: vaiheet - missä vaiheessa päällysteiden ylläpidon suunnittelua ja ohjelmointia elinkaariperiaatteita voidaan tehokkaasti soveltaa menetelmät - millä menetelmillä ja periaatteilla arvioidaan indikaattorit - mitä arvioidaan ja minkä tunnuslukujen avulla Työn alussa esitellään lyhyesti Tiehallinnon tienpitotoiminnan taustat. Toimenpiteiden valintaprosessi ja päällysteiden ylläpidon ohjelmoinnin vaiheet kuvataan varsin yksityiskohtaisesti tietojärjestelmineen. Seuraavissa osioissa perehdytään infra-alan elinkaaritarkasteluiden periaatteisiin, jonka yhteydessä esitetään siltojen ylläpidon suunnittelun elinkaaripohjainen sovellus. Itse tutkimusosiossa syvennytään aikaisemmin kuvattujen päällysteiden ylläpidon suunnittelun ja ohjelmoinnin sekä elinkaariperiaatteiden yhdistämiseen. Tutkimus on suoritettu pääasiassa kirjallisuustutkimuksena ja Internet-lähteisiin nojautuen. Lisäksi on Tiehallinnon sisällä haastateltu ja keskusteltu eri tasoilla päällysteiden ylläpitoon liittyvien henkilöiden kanssa.

3 2 TIEHALLINTO JA TIENPITO 2.1 Tiehallinnon tehtäväkenttä Tiehallinto on Liikenne- ja viestintäministeriön (LVM) hallinnonalalla toimiva asiantuntijavirasto, joka vastaa yleisten teiden tienpidosta. Laissa Tiehallinnosta (FINLEX 2000) määritellään sen tehtäväksi hallinnoida, ylläpitää ja kehittää koko maassa yleisiä teitä ja niiden liikenneoloja sekä tieliikenteen palveluja osana liikennejärjestelmää. Lain mukaan Tiehallinnon on edistettävä tasapainoista aluekehitystä tienpidon toimenpitein ja päätieverkon ohella pidettävä huolta alemmanasteisen tieverkon riittävästä laajuudesta ja kunnosta. Lisäksi laissa mainitaan kyseisen organisaation vastuusta huolehtia tieliikennejärjestelmän tutkimus-, kehittämis- ja asiantuntijatehtävistä. Entisen Tielaitoksen hallinnon ja tuotannon eriyttämisen seurauksena muodostunut Tiehallinto hankkii tienpitoon liittyvät tuotannolliset palvelut ja tuotteet ulkopuolisilta. (FINLEX 2000) Asetuksessa Tiehallinnosta tarkennetaan lain toteuttamiseksi tehtäviä toimenpiteitä. Lisäksi on olemassa useita muita Tiehallinnon toimintaan vaikuttavia lakeja, mm. maankäyttö- ja rakennuslaki sekä vuoden 2006 alusta uusi maantielaki. Tiehallinnon organisaatio muodostuu pääkonttorista ja tulosyksiköistä eli asiantuntijapalveluista, liikennekeskuksesta ja yhdeksästä tiepiiristä. Toiminta tapahtuu matriisiorganisaatiossa, jossa toiminnasta ja sen tuloksista vastaavat tulosyksiköt. Tiehallinnon prosesseja ovat ohjaus, suunnittelu, hankinta, asiakaspalvelut, asiakkuus, talous, henkilöstö ja tieto. (Tiehallinto 2005c) Tiehallinnon vastuulla olevien Suomen yleisten teiden pääoma-arvo on noin 15 miljardia euroa, josta päällysteiden osuus on noin 7 % ja tierakenteiden 66 %. Vuoden 2006 alussa yleisiä teitä oli 78 189 kilometriä, josta noin kaksi kolmasosaa on päällystetty (kuva 1). (Tierekisteri 22.2.2006; Virtala 2005b) Päällystetyn tiestön osuus koko tieverkosta on kasvanut selkeästi nopeammin, kuin yleisen tieverkon pituus. 2000-luvulle tultaessa molempien määrä on kuitenkin vakiintunut.

4 Kuva 1. Yleisten teiden pituus ja päällystettyjen teiden osuus siitä vuosina 1970 2005 (Tiehallinto 2005a). Yleiset tiet jakautuivat vuoden 2006 alussa liikennemääräluokkiin taulukon 1 mukaisesti. Siitä nähdään, että alle 350 KVL:n päällystettyjä teitä on suhteellisen paljon. Sorateitä taas on jonkin verran vilkkaammilla teillä, mutta pääosa niistä keskittyy vähäliikenteisimmälle tiestölle. Taulukko 1. Yleisten teiden pituus liikennemääräluokittain vuonna 2006 (Tierekisteri 22.2.2006). Liikennemäärä (KVL) >6000 1500-6000 350-1500 <350 Yhteensä Päällysteiden määrä (tie-km) ja osuus kokonaismäärästä 3 234 (6%) 10 727 (21%) 20 568 (41%) 16 105 (32%) 50 633 Sorateiden määrä (tie-km) ja osuus kokonaismäärästä 267 (1%) 27 289 (99%) 27 556 Lisäksi siltoja on noin 14 000 kappaletta. Näin suuren omaisuuden hallinta vaatii luonnollisesti myös tehokasta omaisuuden säilyttämispolitiikkaa, etenkin kun erilaiset tehokkuusvaatimukset tieverkkoon liittyen ovat kasvaneet. Yleiset tiet jaetaan liikenteellisen merkityksensä mukaan valtateihin, kantateihin, seututeihin ja yhdysteihin. Valta- ja kantatiet yhdistävät maakunta- ja ylempiluokkaisia keskuksia toisiinsa ja välittävät pitkän matkan liikennettä. Seututiet yhdistävät kuntakeskuksia toisiinsa ja lähimpiin ylempiluokkaisiin keskuksiin sekä välittävät seudullista ja paikallista liikennettä. Yhdystiet yhdistävät kyläkeskuksia ja haja-asutusalueita ylempiluokkaisiin teihin ja välittävät paikallista liikennettä. (Tiehallinto 2005a) Vuoden 2006 alusta voimaan tulevassa uudessa maantielaissa on lisäksi mukana käsite runkotiet, joka tarkoittaa valtakunnallisesti merkittäviä maanteitä.

5 Pääteillä, eli valta- ja kantateillä, ajetaan yli 60 % yleisten teiden liikennesuoritteesta, vaikka niiden osuus kaikista yleisistä teistä on vain 16 % ja päällystetyistä yleisistä teistä noin 26 % (taulukko 2). (Pastinen et al. 2005; Tiehallinto 2005g) Taulukko 2. Päällystettyjen yleisten teiden määrä ja eräitä osuuksia siitä vuoden 2006 alussa (Tierekisteri 22.2.2006). Kuvaus Km Osuus päällystetyistä yleisistä teistä, % Päällystettyjä yleisiä teitä pääteitä (valta- ja kantatiet) - joista runkoteitä seutu- ja yhdysteitä - joista vähäliikenteisiä teitä 50 633 13 273 3064 37 360 8783 Vähäliikenteisiä päällystettyjä yleisiä teitä on Suomessa noin 9 000 kilometriä. Vähäliikenteisillä teillä tarkoitetaan pääasiassa seutu- ja yhdysteitä, joilla liikennettä on alle 200 ajoneuvoa vuorokaudessa. (Pastinen et al. 2005; Tiehallinto 2005g) 100 26 6 74 17 2.2 Tienpito ja rahoitus Tienpito-käsitteellä tarkoitetaan Tiehallinnon toimenpiteitä yleisten teiden hoitamiseksi, ylläpitämiseksi ja kehittämiseksi. Tärkeitä näkökulmia tienpidossa ovat (Tiehallinto 2005f): elinkeinoelämän kilpailukyky ihmisten jokapäiväiset liikkumistarpeet alueiden elinvoima ja kehittyminen yhteiskunnan yleiset odotukset, joista keskeisimmät liittyvät liikenneturvallisuuteen, ympäristöön ja toiminnan taloudellisuuteen. Näitä tarpeita, toimintakenttää ja tarpeiden toteuttamisen keinoja on kuvattu tienpidon tarvekehikossa (kuva 2). Liikennejärjestelmän kannalta esimerkiksi vähäliikenteisillä alueilla tarpeet ovat usein hyvin erilaisia verrattuna vilkasliikenteisiin alueisiin. Yleisenä perustana palvelujen suunnittelussa on ns. neliporrasmalli, jossa pyritään ensin vaikuttamaan liikennetarpeisiin ja tehostamaan olemassa olevaa väylästöä. Vasta näiden jälkeen siirrytään väylästön parantamisiin ja lopuksi uusinvestointeihin. (Tiehallinto 2005b; Tiehallinto 2005h)

6 Kuva 2. Tienpidon tarvekehikko (Tiehallinto 2005h). Tienpidon tarvekehikossa näkökulma on enemminkin toimenpiteiden välttämättömyys (hoito, ylläpito), mutta niiden kohdentaminen verkon eri osille on kuitenkin myös priorisointikysymys. Tienpidon tarvekehikon näkökulmat ovat perusta mm. ylläpitoon liittyvään ohjelmointityöhön sekä ylemmillä että alemmilla tasoilla. Yhteiskunnan tavoitteiden, alueiden sekä erilaisten tarpeiden muutokset luovat paineita myös ylläpidon kohdentamisen tarkempaan suunnitteluun. Tienpidon suunnittelussa tavoitteena on siis analysoida käytännön tasolla tienpidon tarvekehikon määrittelemiä näkökulmia. Tiehallinnossa tämän toteuttamiseen suorimmin kytkeytyy suunnittelu-, hankinta-, ja asiakaspalveluprosesseista muodostuva tienpito (kuva 3), joka on Tiehallinnon keskeinen prosessi. Kuva 3. Tienpitoprosessin sisältö (Linkama 2005).

7 Lisäksi ohjausprosessin avulla annetaan tienpidolle suuntaviivat, ja tukiprosessit tukevat tienpitotoimintaa niille määriteltyjen tehtävien kautta. Tienpidon tärkein elementti on tiestön kunnossapito. Kunnossapitokäsite tulkitaan eri tavoin esimerkiksi kunnissa, mutta Tiehallinnossa tiestön kunnossapito sisältää tiestön hoidon sekä ylläpidon ja peruskorjaukset. Näillä toimilla varmistetaan nykyisen tiestön liikennekelpoisuus ja säilytetään sen kunto. 2.2.1 PTS ja TTS Tienpidon pitkän tähtäyksen suunnitelma (PTS) on tienpidon pitkän aikavälin strateginen suunnitelma. Se on Tiehallinnon näkemys tienpidon suuntaamisesta ja painotuksista nykyisen tasoisella rahoituksella. Mm. ylläpidon tarve, sen suuntalinjat ja rahoituskehykset määritellään siinä valtakunnallisesti 4-5 vuoden välein. PTS:n sisältöä tarkennetaan vuosittain laadintavuotta seuraavat neljä vuotta kattavassa toiminta- ja taloussuunnitelmassa (TTS). (Tiehallinto 2005h; Tiehallinto 2005j) Toiminta- ja taloussuunnitelma (TTS) on osa valtionhallinnon suunnittelujärjestelmää. Se laaditaan Tiehallinnossa vuosittain liikenne- ja viestintäministeriön antamien ohjeiden mukaisesti ja sen suunnittelu perustuu tienpidon strategioihin. Toiminta- ja taloussuunnitelmasta päättää johtokunta Tiehallinnon johtoryhmän ja yhteistyötoimikunnan käsittelyn jälkeen. TTS sisältää tienpidon keskeiset painotukset ja suunnitelmakauden tavoitteet tiepiireissä tapahtuvan toiminnansuunnittelun lähtökohdaksi. TTS:n perusteella pääkonttori tekee tiepiirien kanssa tulossopimukset, joissa määritellään mm. ylläpidon tuotekohtaiset tulostavoitteet. Tuotekohtaiset tulostavoitteet ovat vuotuisen tulosbudjetoinnin ja tulosohjauksen perusta. Toteutumista seurataan ja tarvittaessa ohjataan raportoinnilla sekä sen perusteella tehdyillä analyyseillä ja arvioilla. (Tiehallinto 2005j; Tiehallinto 2005h.) 2.2.2 Perustienpidon rahoitus ja päällystystoiminta Perustienpidon vuosittainen rahoitus on laskenut 1980-luvun huippuvuosien 900 miljoonan euron tuntumasta 600 miljoonaan euroon. (Tiehallinto 2005a) Tienpidon määrärahojen kehitys ei ole korreloinut jatkuvasti kasvaneiden liikennemäärien kanssa, mutta toisaalta monet tekijät, kuten tekniikan kehittyminen ja tienpitotoiminnan tehostuminen ovat auttaneet määrärahojen entistä tehokkaammassa käytössä. Arvioiden perusteella perustienpidon määrärahat pysyvät lähivuosina suunnilleen vuoden 2004 tasolla tai nousevat hieman lii-

8 kennemäärien jatkaessa kasvuaan. Kuvasta 4 nähdään, että tieverkon kunnossapito, eli hoito sekä ylläpito ja peruskorjaukset (korvausinvestoinnit), on selkeästi hallitseva toiminto tienpidon kustannuksissa noin 70 % osuudellaan. Perustienpidon kustannusten jakaantuminen vuonna 2004 (yhteensä 602 milj. euroa) Hallinto, T&K, Tietojärj. inv. 207 83 24 11 60 Suunnittelu Liikenteen hallinta Laajennus- ja uusinvest. Ylläpito ja korvausinvest. Hoito 216 Kuva 4. Perustienpidon kustannusten jakaantuminen vuonna 2004. Määrä sisältää 16 M vuoden 2003 saldoja (Virtala 2005b). Päällystettyjen teiden ylläpidon osuus ylläpidon ja peruskorjausten (ent. korvausinvestointien) kustannuksista on ollut vuodesta 2002 lähtien noin 150 miljoonaa euroa vuodessa, joskin vuonna 2005 rahoitus nousi jälleen (kuva 5). Päällystämisen kustannuksiin vaikuttaa voimakkaasti bitumin hinta ja markkinatilanne (Tiehallinto 2005f). Päällysteiden ylläpidon rahoitus vuosina 2001-2005 M 200 150 100 105 146 145 149 173 50 0 2001 2002 2003 2004 2005 Kuva 5. Päällysteiden ylläpidon rahoitus (M ) vuosina 2001 2005.

9 Tienpidon rahoituksen laskiessa lamavuosina päällystämismääriä oli leikattava rajusti (kuva 6). Vuonna 2002 rahoitusta lisättiin päällysteiden ylläpidossa ja peruskorjauksissa, millä on pystytty pysäyttämään tiestön kunnon heikentyminen ja jopa saatu käännettyä kuntokehitys paranevaan suuntaan. Tässä tutkimuksessa ei rahoituksen tasoon kuitenkaan oteta muutamia mainintoja lukuun ottamatta suuremmin kantaa. 8000 7000 6000 5000 TTS-kehittämisvaihtoehto TTS-perusvaihtoehto Päällysteitä uusittu Kestävä tienpidon tarve 8000 7000 6000 5000 km/v 4000 4000 3000 2000 1000 0 TTS 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 3000 2000 1000 0 Kuva 6. Päällysteiden uusimisen määrä vuosittain ja vaihtoehdot TTS-kaudelle 2006 2009 (Virtala 2005b). Tiestön kunnon ns. optimitasosta ollaan kuitenkin jäljessä lamavuosista johtuneiden rahoitusleikkausten johdosta. Kestävä tienpito edellyttää nykytasolla noin 4200 kilometrin päällystämismääriä vuodessa. (Meriläinen et al. 2005; Virtala 2005b) 2.3 Väyläomaisuuden hallinta Tiehallinnon väyläomaisuuden hallinta tarkoittaa tieverkon isännöintiä järkevällä tavalla. Tällöin ylläpito ja peruskorjaukset hallitaan kokonaisvaltaisesti kaikkien tieverkon osien suhteen. Toiminnassa pyritään yhdistämään liiketaloudelliset näkökulmat teknisesti järkevään sekä asiakas- ja yhteiskuntatarpeet huomioivaan tienpitoon. (Inkala & Kähkönen 2005)

10 Väyläomaisuuden hallinta muodostuu vuosittaisesta syklistä (kuva 7), joka perustuu suunnitteluun, toteutukseen, seurantaan ja analysointiin. Raportointi Tila-analyysit Perusteluviestintä Politiikka Strategia Toimintalinjat Tulosohjaus Järjestelmäpäivitykset Tiedonhankinta Mittaus/Inventointi Väyläomaisuuden hallinnan sykli Hankinta Ohjelmointi Hankinnan valmistelu Laadunvalvonta Töiden toteutus Kuva 7. Väyläomaisuuden hallinnan vuosisykli (Virtala 2005b). Väyläomaisuuden hallinnasta voidaan käyttää myös termiä tieomaisuuden hallinta. Käytännön tasolla se käsittää tieomaisuuden arvon määrittämisen vuosittain, erilaisten tietojen keräämisen ja varastoimisen, eritasoisten hallintajärjestelmien käytön ja koordinoinnin, ylläpidon ohjausperiaatteet esimerkiksi toimintalinjojen muodossa sekä kunto-, kustannus- ja vaikutusmallien hallinnan. (Tiehallinto 2005j)

11 3 PÄÄLLYSTETTYJEN TEIDEN KUNTOTIETO YLLÄPIDON TAUSTALLA 3.1 Päällystetyn tien rakenne ja kunnon tunnusluvut Tierakenne muodostuu kerroksellisista osista, joilla on omat tehtävänsä. Päällysrakennetyyppejä ovat joustavat, puolijäykät ja jäykät päällysrakenteet sekä kiveysrakenteet ja sorapäällysteiset rakenteet. (Ehrola 2005) Näistä joustavat päällysrakenteet ovat yleisten teiden pääasiallisia rakenteita. Karkeat perustyypit ovat kuvassa 8 esitetyt paksupäällysteiset (ylempi tieverkko) ja ohutpäällysteiset (alempi tieverkko) rakenteet. Materiaalien käytölle ja kerrospaksuuksille löytyy erilaisia variaatioita. Näistä poikkeava soratien pintaus (SOP), joka tarkoittaa sideaineella liimattua ohutta murskekerrosta, lasketaan myös päällystetyypiksi. Kuva 8. Joustavapäällysteisten tierakenteiden perustyypit (Ehrola 2005). Yleisesti ottaen rakenne muodostuu kulutuskerroksesta, kantavasta- ja jakavasta kerroksesta, suodatinkerroksesta sekä alusrakenteesta. Päällyste on bitumilla sidottu joustava kerros. Kerroksellisuus mahdollistaa erilaatuisten materiaalien käytön ja näin ollen myös kustannusten ja kestävyyden optimoinnin käyttökohteeseen sopivaksi. Päällysteen ylläpidon toimenpiteet perustuvat pääasiallisesti päällysteessä esiintyvien tietyn suuruisten kulumien, vaurioiden ja muodonmuutosten laukaisemiin toimenpidetarpeisiin. Tien pinta ja rakenne rappeutuvat liikenne- ja ilmastorasituksen sekä rakenteen oman painumisen johdosta. Toimivalla tien kuivatuksella on merkittävä vaikutus rakenteen säilymiseen. Tierakenteen alemmissa kerroksissa esiintyvät muutokset ja ongelmat esimerkiksi kantavuu-

12 dessa vaikuttavat yleensä myös päällysrakenteeseen, joten päällysrakenteessa havaittuja ongelmia on myös tarkasteltava koko tierakenteen näkökulmasta, ja tarvittaessa on ylläpitotoimenpiteitä mietittäessä valittava kevyen sijaan rankempi. Päällystetyn tien kuntoa voidaan kuvata useilla eri muuttujilla, joista tärkeimmiksi on valittu pintakuntoa kuvaavat pinnan tasaisuus, uraisuus ja päällysteen vauriot sekä rakenteen kuntoa kuvaava tien kantavuus. Tieverkko on jaettu sadan metrin osuuksiin, joilla jokaisella on mitattu tai ennustettu kuntotieto. Päällystetyn tieverkon toimenpiteiden suunnittelussa ja ohjelmoinnissa nykyisin käytettäviä lähtötietoja sekä tunnuslukuja ovat mm. (Tiehallinto 2005f; Tiehallinto 2005h; Tiehallinto 2005j): määrä- ja ominaisuustiedot (KVL, päällystetyyppi jne.) pinnan tasaisuus (IRI = mm/m) urasyvyys (mm), alempiasteisilla teillä myös poikittainen epätasaisuus (peta) sivukaltevuus (%) vauriosumma (VS = m 2 /100m) sekä yksittäiset vauriot kantavuus tai pinnan taipuma Tiestöstä kerätään myös muita tietoja, joiden käyttö ylläpidossa on vielä kehitysasteella. Näitä ovat esimerkiksi maatutkaukset, videoinnit sekä eri inventoinnit. (Tiehallinto 2005h) Tietä rakennettaessa maaperäolosuhteet ovat usein tien eri kohdissa hyvinkin vaihtelevia. Lisäksi vanhoista tierakenteista ei ole välttämättä tietoa olemassa, joten niiden rakenteissa esiintyvät ongelmat voi olla vaikeampi hahmottaa. Nykyisin rakennettavien teiden rakennetiedot saadaan tarkasti dokumentoitua, mutta erilaisten tierakenteiden rappeutumismekanismit ovat vielä monin paikoin epätarkasti määriteltyjä. Turmeltumismalleja ja kuntotiedon käyttöä pyritään kuitenkin kehittämään jatkuvasti parantuvien kuntomittausten ja niistä saatujen mittaustietojen perusteella. Kuvassa 9 esitetään periaatteellisesti kunnonhallintaprosessin vaiheet yhden kuntomuuttujan ja sen aiheuttaman toimenpidetarpeen ympärillä. Mittausten perusteella tunnusluvun rappeutumisnopeudelle ja toimenpiteen jälkeiselle käyttäytymiselle kehitetään ennustemallit, joilla voidaan arvioida tulevaisuuden käyttäytymistä. Kuntomuuttujan saavuttaessa raja-arvon tehdään toimenpide. Valittavalla toimenpiteellä on tietty vaikutus kuntotilaan, jonka jälkeen tunnusluvut kehittyvät taas tietyllä nopeudella valitun toimenpiteen vaikutusominaisuuksien perusteella. Eri kuormituksista, materiaaleista ja toimenpiteistä johtuvia

13 rappeutumisnopeuksia on mallinnettu, joskin mallien yleispätevyys ei aina vastaa kovin hyvin todellista tilannetta. Näitä malleja käytetään toimenpiteiden ajoittamisen ohjelmoinnissa ja kuntoennusteiden tekemisessä, esimerkiksi edempänä esiteltävän PMSPro -ohjelmiston yhteydessä. Kuntomuuttujan arvo Kuntomittaus Ennuste Lähtötiedot Toimenpide Toimenpiteen vaikutus Valintaehdon raja-arvo Kehitys toimenpiteen jälkeen Viimeisin päällystystoimenpide Aika vuosina Kuva 9. Kunnonhallintaprosessin perusvaiheet (Meriläinen 2004). Päällysteiden kuntoa seurataan palvelutasomittauksilla (PTM) ja päällystevaurioinventoinnilla (PVI) sekä tien rakenteellista kuntoa pudotuspainolaitteeseen (PPL) perustuvilla kantavuusmittauksilla. Mittausohjelmat tehdään noin kuukausi ennen mittauksia (liite 1). Tärkeimmät mitattavat tunnusluvut ja niiden mittausmenetelmät on kuvattu seuraavaksi. 3.1.1 Pinnan tasaisuus, urasyvyys ja sivukaltevuus Tasaisuus-, urasyvyys- ja sivukaltevuusarvot selvitetään mittausautolla (kuva 10) tehtävillä palvelutasomittauksilla (PTM) vilkkaimmalla tieverkolla (KVL>1500) sekä valta- ja kantateillä vuosittain ja muulla tieverkolla kolmen vuoden välein. PTM -mittaukset kilpailutettiin yhtenä koko valtakunnan kattavana viisivuotisena urakkana vuonna 2002 ja samalla kaluston uusiutuessa mittaustarkkuus ja -luotettavuus paranivat huomattavasti. Uudella kalustolla kerätään tietoa myös mm. karkeudesta, harjanteesta, kaarteisuudesta ja pituuskaltevuudesta. (Lintilä 2005b; Tiehallinto 2005h) Uusien mittauksista saatavien tietojen hyödyntäminen päällysteiden ylläpidossa on vielä kehitysasteella, mutta esimerkiksi karkeuden tavoitearvoja on jo tutkittu.

14 Kuva 10. Palvelutasomittausauto, jonka edessä mittaussensorit (Virtala 2005b). Mittauksissa tuotetaan kohteista raakadatan (10 cm välein) lisäksi kymmenen metrin tarkkuudella tulostuvaa tietoa. Vanhalla kalustolla kerätty tieto oli suoraan kuntotietorekisteriin (Kurre) siirrettyä sadan metrin keskiarvotietoa, joka mittauskaluston vaihtuessa korjattiin yhteismitalliseksi uusien mittaustulosten kanssa. Nykyään mitattavaa tarkempaa tietoa voidaan hyödyntää uusissa sovelluksissa, esimerkiksi hankintaprojektien täsmäsuunnittelussa ja -toteutuksessa. (Tiehallinto 2005h) PTM -mittausten tunnusluvut ovat luotettavia, koska ne perustuvat koneellisiin mittauksiin ja mittalaitteisiin, jotka on tarkastettu ja Tiehallinnon toimesta hyväksytty. Vuosittaisten palvelutasomittausten lisäksi PTM -mittauksilla määritetään hankinnassa lopputuotteen laatu, jolloin valmiista päällysteestä mitataan sivukaltevuudet sekä alku-iri ja alku-ura -arvot. (Tiehallinto 2005h) 3.1.2 Vauriosumma Vauriosumma kuvaa, kuinka monta neliömetriä päällysteestä on vaurioitunut sadan metrin matkalla. Vauriotyyppejä ovat pituus-, poikki-, verkko- ja saumahalkeamat, reiät, purkaumat, reunapainaumat ja myös paikat. Erityyppisillä vaurioilla on haitallisuuden mukaan erilaiset painokertoimet. Ongelmana sadan metrin raportoinnissa voi kuitenkin olla esimerkiksi yksittäinen suuri vaurio muuten hyväkuntoisella satametrisellä (Tiehallinto 2005h)

15 Vauriosumma on määritetty vuoteen 2005 asti kolmen vuoden välein päällystevaurioinventoinnilla (PVI). Vilkkainta tieverkkoa (KVL>6000) ei ole juurikaan inventoitu. Mittauksilla on saatu kartoitettua tienpinnan erilaisia vaurioita keväisin roudan sulamisen aikaan. Inventointimenetelmä on perustunut visuaaliseen tarkastukseen liikkuvasta autosta, joten mittauksen suorittajalla ja olosuhteilla on ollut suuri vaikutus tulosten kirjautumiseen. Tunnusluku kuvaa kuitenkin vaurioitumisen astetta kohtuullisen hyvin, vaikka ongelmana ovatkin tiedon luotettavuus ja mittauksen toistettavuus. Lisäksi ennusteiden tekeminen on epätarkkaa. Vauriosumma ei esimerkiksi erottele ilmasto- ja liikenneperäisiä rasituksia. (Tiehallinto 2005h) Käytännössä yksittäiset vauriotyypit kuvaavat vaurioitumisen syitä paremmin. Vuodesta 2006 lähtien vauriot mitataan automaattiseen matriisikameratekniikkaan ja kuvantulkintaan perustuvalla vauriomittauslaitteella, mistä johtuva tarkkuuden ja laadun parantuminen antaa tulevaisuudessa paremmat mahdollisuudet myös vauriosumman tehokkaampaan hyväksikäyttöön. Kahden ensimmäisen vuoden aikana mittaukset keskittyvät alemmalle tieverkolle. (Lintilä 2005b) 3.1.3 Kantavuus Päällystettyjen teiden rakenteellinen kunto tarkistetaan kantavuusmittauksilla, jotka suoritetaan tien pinnan taipumista mittaavalla pudotuspainolaitteella (PPL). Mittaukset on suoritettu rahoituksesta riippuen keskimäärin viiden vuoden välein toimenpiteiden tai ensimmäisten verkkohalkeamien ilmestymisen jälkeen. (Lintilä 2005b; Tiehallinto 2005h) Mittaus antaa hyvän kuvan yksittäisen mittauspisteen kunnosta ja kantavuudesta. Vertailukelpoisuutta ja tunnusluvun käytettävyyttä heikentää kuitenkin kantavuusmittausten suuri riippuvuus olosuhteista, eli tierakenteen kosteudesta ja lämpötilasta. Lisäksi sadan metrin mittaustiheys tuo omat ongelmansa tulosten käytettävyyteen, koska kantavuusolosuhteet voivat vaihdella paljonkin sen sisällä. (Tiehallinto 2005h) Kantavuusmittauskäytäntöön on tulossa vuonna 2006 muutoksia, joilla mittaukset pyritään kohdentamaan tieverkolle aikaisempaa paremmin. (Lintilä 2005b) Kantavuusmittauksissa eräänä mahdollisuutena nähdään jatkuvan kantavuusmittaustekniikan kehittäminen ja käyttöönotto.

16 3.2 Tuotesisältö ja toimenpiteiden yleiset valintaperiaatteet Tiehallinnon toimintaa on viime vuosina tuotteistettu, ja myös ylläpitoon on määritelty omat tuotteet. Tienpidon tuotemäärittelyn 2006 (Tiehallinto 2005e) mukaan Päällysteet -tuote sisältää toimenpiteet: uudelleen päällystäminen (pl. päällystystä rakennustyön yhteydessä) pintaukset (ml. sorateiden pintaukset) ohjelmoidut koneelliset paikkaukset urien poisto jyrsinnällä tiemerkintöjen uusiminen ja tekeminen (pl. osana investointia tehdyt) päällysteen reunan täyttö soralla päällystämisen yhteydessä vähäisten painumien oikaisu tiestön kuntomittaukset (ml. mittaustiedon ulkoistettu ylläpito) päällysteen purku Tierakenteet -tuote sisältää seuraavat toimenpiteet (Tiehallinto 2005e): tien parantaminen (ml. leventäminen) ja päällystäminen tierakenteiden yksittäisten vaurioiden korjaukset sivuojien, salaojien, sadevesiviemäreiden, rumpujen ohjelmoitu uusiminen runkokelirikkokorjaukset ja rakenteen parantaminen kelirikkomittaukset ja tieanalyysit tierakenteen purku Muut ylläpidon tuotteet ovat sillat, varusteet ja laitteet sekä liikenneympäristön parantaminen. Soratien päällystäminen ja siihen liittyvät parantamiset lasketaan kuuluvaksi investointien alaisuudessa olevaan perustienpidon laajennusinvestointien tuotteeseen. (Tiehallinto 2005e) Ylläpidon toimenpiteen ja päällystetyypin valinnassa on otettava huomioon lukuisia eri tekijöitä. Vilkasliikenteisillä teillä painotetaan asiakkaiden tarpeiden huomioimista. Vähäliikenteisillä keskeinen ylläpitoperiaate on ennemminkin omaisuuden säilyttäminen, kuitenkin niin, että minimipalvelutaso turvataan. Vähäliikenteisillä teillä tulee ottaa huomioon mm. tien liikenteellinen merkitys, vaurionopeus, kestävyys, homogeenisuus ja liikenneturvallisuus (Lämsä & Belt 2005). Apuvälineenä tässä voi toimia esimerkiksi vähäliikenteisten teiden ns. merkitsevyystarkastelu. Seuraavaksi esitellään toimenpiteiden kuntopohjaiset valintaperusteet yleisellä tasolla.

17 3.2.1 Ylläpitotoimenpiteen valinta kunnon perusteella Vilkasliikenteisillä teillä päällyste joudutaan uusimaan yleisimmin urautumisen johdosta. Urautumiseen vaikuttaa eniten nastarengaskulutus ja hieman myös raskaiden ajoneuvojen aiheuttama deformaatio eli muodonmuutos, joka aiheuttaa urautumisen lisäksi tien levenemistä ja reunapainumia. Märkien talvien aikana urautuminen nopeutuu. Päällysteiden urautumista on pyritty rajoittamaan mm. talvinopeusrajoituksilla, uusilla nastarengasmääräyksillä ja kestävämmillä päällysteillä. (Tiehallinto 2005f) Alemmalla tieverkolla päällysteen uusimiseen vaikuttavat pääasiallisesti liialliset vauriot, epätasaisuus ja kantavuuspuutteet. Rakennepaksuudet ovat vähäliikenteisillä teillä vilkasliikenteisiä pienempiä, mistä seuraa myös erilainen vaurioituminen. Ilmastotekijöistä routiminen ja märkyys aiheuttavat tierakenteelle erilaisia vaurioita. Lisäksi liikennekuormitus aiheuttaa mm. verkkohalkeamia päällysteeseen. (Tiehallinto 2005f) Päällysteiden ylläpidon ohjelmoinnissa käytettävään PMSPro -ohjelmaan on luotu jako ohjelman ehdottamiin AB, PAB ja SOP -tyyppisiin toimenpiteisiin. Toimenpiteiden sisältö sekä keskimääräiset kilometrikustannukset ja vaikutukset esitellään liitteessä 2. Keskimääräisten arvojen käyttäminen on kuitenkin käytännössä ongelmallista. Kohteet ovat aina yksilöllisiä ominaisuuksiensa puolesta, joten keskimääräiset arvot eivät yleensä vastaa todellisuutta, mikä voi kostautua hankinnan ja etenkin urakoitsijoiden toiminnan puolella. Uraisuus Ylläpitotoimenpiteiden toteuttamisen yleisenä periaatteena on tehdä pintaustai remixer -toimenpide, jos toimenpiteen laukaisevana tekijänä on urasyvyys. Remixer -menetelmässä vanha asfalttipäällyste kuumennetaan, jyrsitään irti, sekoitetaan uuden massan kanssa ja levitetään takaisin tielle. Toimenpide voidaan tehdä yleensä enintään kaksi kertaa peräkkäin, ja jos toimenpiteiden väli on yli seitsemän vuotta, tehdään vain yksi remixer -toimenpide uudelleenpäällystämisen jälkeen. Toimenpide ei lisää rakenteellista kestävyyttä. (Petäjä & Spoof 2001) Vauriomäärä Kun toimenpiteen laukaisevana tekijänä on vauriomäärä, tehdään uudelleenpäällystys. Toimenpide lisää rakenteellista kestävyyttä. (Petäjä & Spoof 2001)

18 Ongelmana kuitenkin on ollut, että vauriosumma -tunnusluvun perusteella ei voida vanhalla mittausmenetelmällä kovin luotettavasti päätellä vaurioitumiseen johtavia syitä eikä siis tarvittavia toimenpiteitä. Yksittäiset vauriotyypit kuvaavat toimenpidetarvetta paremmin. Pitkittäissuuntainen epätasaisuus Pitkittäissuuntainen epätasaisuus ei varsinkaan vilkasliikenteisillä teillä yleensä kehity suuruudeltaan toimenpiteitä laukaisevaksi tekijäksi ennen muita kuntomuuttujia. Tasaisuus korjaantuu tai korjataan muiden toimenpiteiden yhteydessä. Tienkäyttäjän kannalta toimenpiteitä vaativia kohteita ovat pääasiassa yksittäiset heitot, jotka voivat aiheuttaa yllätyksiä. Epätasaisuus johtuu yleensä alusrakenteeseen liittyvistä ongelmista, kuten painumista tai routanousuista. Rakenteen parantamiseen johtavat kuntosyyt Rakenteen parantaminen voidaan jakaa kevyeen ja raskaaseen toimenpiteeseen. Kevyillä menetelmillä korjataan mm. painumia, sivukaltevuuksien virheitä ja kantavuuspuutteita pääasiassa ilman tien leventämistä tai tasausviivan nousua. (Tielaitos 1997) Kevyessä rakenteen parantamisessa on myös käytössä uusiomenetelmiä, kuten stabilointitoimenpiteitä, joilla tierakenteita voidaan vahvistaa suhteellisen edullisesti. (Tiehallinto 2005f) Raskaita menetelmiä käytetään esimerkiksi routavaurioiden korjaamiseen ja geometrian parantamiseen. Raskaita rakenteen parantamisia käyttämällä tie usein levenee ja tasausviiva nousee. Pyrkimys on käyttää mahdollisimman paljon vanhaa tierakennetta hyväksi esimerkiksi purettaessa korjaamista vaativa tiekohta. (Tielaitos 1997) Alempiasteinen vähäliikenteinen tiestö on usein moniongelmaista, jolloin pääasiallinen toimenpide tulisi olla kevyt tai raskas rakenteen parantaminen. Kunnostustoimenpiteiden rankkuus tulisi Lämsä et al. (2003) mukaan valita seuraavien periaatteiden mukaisesti: Pituussuuntainen epätasaisuus => Raskas rakenteen parantaminen Pituushalkeamat => Teräsverkolla lujittaminen Poikittainen epätasaisuus => Kevyt rakenteen parantaminen Vauriosumma => Kevyt rakenteen parantaminen / stabilointi / uudelleenpäällystys Pääasiallisesti kuitenkin vaurioitumisnopeus ja tien liikenteellinen merkitys määräävät toimenpiteiden rankkuuden alemmalla tieverkolla. Pitkällä tähtäimel-

19 lä alemman tieverkon tasaisuuden parantaminen vähentää päällystevaurioita tehokkaammin kuin kevyet toimenpiteet. (Lämsä & Belt 2005) 3.2.2 Päällystetyypin valinta Päällystetyypin valinnassa on liikennemäärällä pääsääntöisesti ratkaiseva vaikutus, koska esimerkiksi kevyimmät päällystetyypit kestävät yleensä maksimissaan tiettyä liikennemäärää. Vuosikustannuksien avulla tehdään lopullinen valinta eri päällysteiden välillä. Muita valintaan vaikuttavia tekijöitä ovat mm. kiviaineksen saatavuus ja laatu, aikaisempi päällyste, melu, ajonopeudet ja sijainti sekä tietyt ympäristötekijät. Yleisimmin käytetyt päällysteet ja niiden karkeat valintaperusteet liikennemääräluokittain ilmenevät taulukosta 3. (Tielaitos 1997) Taulukko 3. Pääasiallisesti käytetyt päällystetyypit ja niiden karkea soveltuvuus tielle liikennemäärän perusteella (Tielaitos 1997). Liikennemäärä, KVL Päällystetyyppi 0-300 SOP soratien pintaus 200-1500 PAB-V pehmeä asfalttibetoni 500-2500 PAB-B pehmeä asfalttibetoni 1000-6000 AB asfalttibetoni yli 3000 SMA kivimastiksiasfaltti Lisäksi päällystämättömän sorapintaisen tien suositusliikennemäärä on 0-200. Huonokuntoisen päällystetyn tien purkaminen soratieksi on tapauskohtaista, mutta se tapahtuu usein kuitenkin vasta KVL:n ollessa alle 100 (Reihe 2005). Päällystetyt vähäliikenteiset tiet kannattaa yleensä "käyttää loppuun" ennen purkamista. Toisaalta soratien muuttaminen päällystetyksi voi myös olla ajankohtaista joillain tieosuuksilla. Tämä riippuu pitkälti liikennemäärien kehityksestä pitemmällä aikavälillä. Nopeiden KVL -muutosten takia ei kannata tehdä pitkälle vieviä johtopäätöksiä. (Tiehallinto 2004b) Kohteesta riippuen voidaan vähäliikenteisellä tieosuudella tyytyä halvempaan päällystemateriaaliin seuraavan päällystystarpeen ilmetessä, jos nykyinen päällyste on liian järeä tieosuudelle ja sen ylläpito on kallista suhteessa liikennemääriin. Myös toisensuuntainen toimenpiteen valinta on mahdollista, varsinkin kasvukeskusten läheisyydessä olevilla pienemmillä teillä, joiden KVL on kasvanut yli nykyisen päällysteen "sietokyvyn". Tärkeää onkin kartoittaa sellainen tiestö, jonka siirtoa päällysteluokasta toiseen voisi harkita. (Tiehallinto 2004b)

20 3.3 Tietojärjestelmät ja niiden roolit Päällysteiden ylläpidon ohjauksessa, suunnittelussa ja ohjelmoinnissa on käytössä eritasoisia tietojärjestelmiä (kuva 11). Korkeamman tason järjestelmillä PMSPro ja HIBRIS tehdyt analyysit perustuvat tietovarastojen sisältämään mittaus- ja historiatietoon sekä ennustemalleihin. Tämä asettaa mitatun tiedon laadulle ja ennustemallien tarkkuudelle suuria vaatimuksia mentäessä yhä yksityiskohtaisempiin analyyseihin ja pidemmän aikavälin ennusteisiin. Kuvassa olevien pintamuuttujien lisäksi hankintatasolla voidaan mitata tierakenteen kerrospaksuuksia maatutkauksilla. Hankintatason tietojärjestelmiä (esim. RDA) ei tässä kuitenkaan käsitellä. KÄYTTÖ TULOSOHJAUS OHJELMOINTI JÄRJESTELMÄT HIBRIS (HIPS) PMSpro TIETOVARASTOT TIE- REKISTERI KUNTOTIETO- REKISTERI MITTAUS PTM PVI PPL MUUTTUJAT LIIKENNE, PÄÄLLYSTYS YMS. TASAISUUS JA URASYVYYS VAURIOT TAIPUMAT Kuva 11. Päällysteiden ylläpidon suunnittelun tietojärjestelmät ja mittaustietojen käyttö niissä (Meriläinen 2004). Ohjelmoinnissa ylläpitokohteiden valinta tehdään päällysteiden osalta pitkälti PMSPro -järjestelmää hyväksi käyttäen. Ohjelmointitasolla on kyse optimaalisen hankejoukon muodostamisesta. Ohjelmointia tehdään itse ohjelmointitason lisäksi verkkotasolla, jossa rahoitustarve- ja vaikutustarkasteluihin käytetään HIBRIS -järjestelmää. (Tiehallinto 2005k)

21 3.3.1 Tierekisteri ja kuntorekisteri Tierekisteri on Tiehallinnon ylläpitämä perusrekisteri, jossa on kaikki yleistä tiestöä koskevat perustiedot ja se toimii eri tietojärjestelmien pohjana. Sitä käytetään taustana mm. kuntorekisterissä sekä PMSPro ja HIBRIS -järjestelmissä. Tierekisteri sisältää tietoa tien geometriasta, mitoituksesta, päällysteestä ja liikenteestä sekä historiatietoja rakentamisesta, kunnossapidosta ja liikenteestä. Se kattaa kaikki yleiset tiet ja kevyen liikenteen väylät. (Tiehallinto 2005j) Päällystettyjen teiden kuntorekisteri (Kurre) sisältää tiedot vuosittaisista PTM, PVI ja PPL -mittauksista. Nämä tiedot on yhdistetty kunkin osuuden tierekisteritietoihin. Kuntorekisteri toimii HIBRIS- ja PMS -järjestelmien taustana ja se myös välittää tarvittavat tierekisteritiedot näille. (Tiehallinto 2005j) 3.3.2 PMSPro PMSPro on Tiehallinnon ylläpitämä ohjelmatason järjestelmä, jota käytetään pääasiassa tiepiireissä piirin päällystysohjelman suunnittelussa yhdeksi tai useammaksi vuodeksi sekä tiestön kunnon ja tienpidon tavoitteiden seuraamisessa ja ennustamisessa. Järjestelmän käyttö edellyttää päivitettyjä lähtötietoja ja käyttäjältä tietämystä eri toimenpidevaihtoehtojen valintaperusteista. (Saarinen 2002; Tiehallinto & Inframan Oy 2001) PMSPro:lla otetaan vastaan perustiedot tietovarastoista, jonka jälkeen voidaan tutkia tietoja ja tehdä ennustuksia tiestön tilasta. Ohjelma tekee päällystysohjelmaa varten toimenpidesuosituksia, jotka perustuvat kuntotilan vertaamiseen käyttäjän antamiin rajoihin ja valintaehtoihin. Kunkin tieverkon satametrisen kuntotilan ohjelma ennustaa mittausten ja tiedossa olevien toimenpiteiden avulla. Järjestelmällä seurataan päällystysohjelman toteutumista ja tuloksia. Sitä käytetään myös kuntotavoiteraporttien ja kuntomittausohjelmien (liite 1) tekemiseen. (Saarinen 2002) PMSPro:n sisältämät rappeutumismallit koostuvat ura-, tasaisuus- ja vauriomallin parametreista, joita voidaan muokata. Ohjelma ennustaa näiden kehittymisen lisäksi kantavuuden, jolle ei ohjelmassa ole parametreja. (Saarinen 2002)

22 3.3.3 HIBRIS HIBRIS -järjestelmä (Highways and Bridges) on tarkoitettu Tiehallinnon tekemään tieverkon ylläpidon verkkotason (valtakunnan taso) analysointiin. Järjestelmällä on seuraavat tehtävät (Söderqvist 2005): strategisen suunnittelun ja päätöksenteon apuväline rakenteiden optimaalinen teknis-taloudellinen tarkastelu optimaalinen tavoitekuntotila ja keinot tilan saavuttamiseksi korjaustarpeiden pitkän aikavälin taloudellisten tarpeiden skenaariot kokonaisten rakennejoukkojen tarkastelu HIBRIS -ohjelmalla tehdään pitkän aikavälin suunnittelu ja kansantaloudellinen optimointi. Pitkän tähtäimen optimoinnissa pyritään tasapainottamaan tienkäyttäjien ajokustannukset ja tienpitäjän ylläpitokustannukset hakemalla optimikuntojakaumaa. Lyhyen tähtäimen optimoinnin tavoitteena on minimoida tieverkon osaverkkojen kuntojakauman ja tavoitekuntojakauman välistä erotusta. Osaverkot ovat ominaisuuksiltaan, ikäkäyttäytymiseltään ja toimenpidetarpeeltaan mahdollisimman homogeenisia. (Tiehallinto 2005i; Tiehallinto & Inframan Oy 2001) Tieverkon kuntotila haetaan muista järjestelmistä, pääasiassa PMSPro:sta. Tätä varten voidaan PMSPro:sta tuottaa koko maan kuntojakaumat päällystysohjelman jälkeen. Tierekisteristä saadaan HIBRIS -järjestelmään lisäksi tiepituudet, onnettomuusmäärät sekä keskimääräiset liikennemäärät kymmenelle määritellylle osaverkolle. Ajokustannusten laskennassa tarvitaan myös muita tiestöön liittyviä tietoja, kuten keskimääräiset kuntomuuttujien arvot. Tietojen siirto tapahtuu yleensä kerran tai korkeintaan kaksi kertaa vuodessa. HIBRIS - ohjelmasta siirretään PMSPro -järjestelmään budjetti ja toimenpidesuositukset. (Saarinen 2002; Tiehallinto & Inframan Oy 2001)