BISAR

Kaikista tässä työssä BISAR-laskentaohjelmalla saaduista tuloksista voidaan todeta, että ohjelma antaa epärealistisia jännitysten arvoja tierakenteen sitomattomille rakenne-kerroksille ohuilla ja olemattomilla päällystepaksuuksilla. Sitomattomilla rakennekerrok-silla ei todellisuudessa voi esiintyä vetojännityksiä toisin kuin BISAR-ohjelma antaa ym-märtää. Tästä esimerkkinä mainittakoon Kyyjärven koekohde, jonka BISAR-laskennan tuloksista voidaan havaita yli 200 kPa vetojännitys sitomattoman kantavan kerroksen pohjalla, kun käytetään kostean tilan moduuliarvoja ja 50 kN yksittäispyöräkuormitusta.

Ongelma näyttää korostuvan eritoten päällystämättömillä ja heikon pohjamaan päälle rakennetuilla teillä. Tarkastelut tehtiin perustuen laskentaohjelmiston antamiin venymän arvoihin, mutta edellä mainitulla ”sisäänrakennetulla” virheellä on todennäköisesti vaiku-tusta myös saataviin venymän arvoihin, joten tuloksiin tulee joka tapauksessa suhtautua vain suuntaa antavina.

BISAR laskentaraportit on esitettynä liitteessä B. Alla on jokaisen koekohteen laskenta-raporteista koostettuna kriittiset venymät (µstrain) niin että ensimmäisenä on kuivan tie-rakenteen moduuliarvoilla ja jälkimmäisenä kostean tilan aikaisilla moduuliarvoilla saa-dut tulokset. Laskelmia tehtiin 80 kN standardiparipyöräakselikuormituksella, jota mallin-nettiin kahdella 20 kN yksittäispyörällä. Lisäksi laskelmia tehtiin itse määrätyillä 50 kN yksittäispyöräkuormituksella ja paripyöräkuormituksella, joka koostui kahdesta 25 kN yk-sittäispyörästä. Laskentojen edetessä huomattiin ohjelman antavan päällysteen alapin-nan venymälle käyttökelpoisia tuloksia vain Simon kohteelle, joten kohteen laskentoja jatkettiin parametreihin K1 ja K2 perustuvilla määrityksillä kolmanteen iterointikierrok-seen asti. Sitomattomien rakennekerrosten resilient-moduulien iterointia tehtiin Simon kohteelle alla olevan taulukon 14 mukaisilla parametrien arvoilla. Iteroinnin edetessä huomattiin, että päällysteen alapintaan syntyvään vetomuodonmuutokseen vaikuttaa selvästi eniten kantavan kerroksen resilient-moduuli. Kantavan kerroksen resilient-mo-duulin pysyessä iterointikierrosten välillä likimain samana, pysyy päällysteen alapinnan venymän arvo myös likimain muuttumattomana. Simon kohteessa erot 1. ja 3. iterointi-kierroksen välillä jäivät yksittäispyörällä n. 10 µstrain:iin ja paripyörällä n. 30 µstrain:iin, kun laskenta aloitettiin kenttäkokeiden perusteella arvioiduilla kuivan tilan moduuliar-voilla. Renkaan ja tien pinnan väliseksi kosketuspaineeksi asetettiin kaikissa tapauksissa 800 kPa.

Resilient-moduulien laskennassa käytetyt parametrit

Parametri K1 K2 tilavuuspaino

(kN/m³)

Taulukoissa 15 ja 16 on esitettynä Simon kohteen BISAR-laskennan tuloksista koostetut venymien arvot.

Simon koekohteen BISAR-laskentojen tulokset tierakenteen ollessa kuiva [µstrain]

Simon koekohteen BISAR-laskentojen tulokset tierakenteen ollessa märkä [µstrain]

Mt 924 Simo Yksittäispyörä

50 kN

Paripyörä 2 * 25 kN Sidotun kerroksen alapintaan muodostuva

vetomuodon-muutos

433 310

Kantavan kerroksen yläpintaan muodostuva puristusmuo-donmuutos

1070 752

Pohjamaan yläpintaan muodostuva puristusmuodonmuutos 481 400

Mt 924 Simo Yksittäispyörä

50 kN

Paripyörä 2 * 25 kN Sidotun kerroksen alapintaan muodostuva

vetomuodon-muutos

510 359

Kantavan kerroksen yläpintaan muodostuva puristusmuo-donmuutos

1360 944

Pohjamaan yläpintaan muodostuva puristusmuodonmuutos 559 463

PEHKO-projektin mukaisilla venymän luokitteluilla saadaan yksittäispyörätarkastelussa päällysteen alapinnan venymän arvoksi kuivassa tilassa 433 µstrain. Tämä riittäisi kaan ”tyydyttävä”, mutta kosteustila huomioon ottaen kuormituskestävyys putoaa luok-kaan ”hälyttävä”.

Roadex-projektin mukaisilla kantavan kerroksen ja pohjamaan muodonmuutoksien tar-kasteluilla tierakenteen jännitys- ja venymätasot pysyvät myös kosteassa tilassa turval-lisella tasolla eli riski pysyvien muodonmuutosten syntymiselle sitomattomissa kerrok-sissa on korkeintaan lievä.

Mt 16863 Kyyjärvi

Seuraavissa taulukoissa 17 ja 18 on esitettynä Kyyjärven kohteen BISAR-laskennan tu-loksista koostetut venymien arvot.

Kyyjärven koekohteen BISAR-laskentojen tulokset tierakenteen ollessa kuiva

Kyyjärven koekohteen BISAR-laskentojen tulokset tierakenteen ollessa märkä

Mt 16863 Kyyjärvi Yksittäispyörä

50 kN

Paripyörä 2 * 25 kN

Stand.akselikuormitus 80 kN

Mt 16863 Kyyjärvi Yksittäispyörä

50 kN

Paripyörä 2 * 25 kN

Stand.akselikuormitus 80 kN

BISAR-ohjelma antaa Kyyjärven koekohteelle paripyörätarkastelussa suurempia pääl-lysteen alapinnan venymän arvoja kuin yksittäispyörätarkastelussa. Tämä voi selittyä sillä että paripyörien yhteisvaikutus ei ala heti päällysrakenteen pinnasta ja kaksi erik-seen vaikuttavaa pyörää saa aikaan isomman kuormitusvasteen kuin näitä kuormituk-seltaan vastaava yksikköpyörä tiettyyn syvyyteen asti tierakenteessa. Syvyys, jossa pa-ripyörien yhteisvaikutus alkaa, riippuu mm. pyörien leveydestä ja etäisyydestä toisiinsa (Ehrola 1996). Paripyörien yhteisvaikutus alkaa ohuella päällystepaksuudella todennä-köisesti vasta kantavassa kerroksessa, jolloin paripyörä pienentää rakenteen sitomatto-miin kerroksiin syntyviä muodonmuutosten arvoja verrattuna yksikköpyörään. Toinen mahdollinen selitys on, että laskentaohjelmisto ei vain yksinkertaisesti toimi niin kuin sen pitäisi ohuella päällystepaksuudella. PEHKO-projektin mukaisilla päällysteen venymän luokitteluilla päädyttäisiin joka tapauksessa luokkaan ”vaurioituva”/ ”menetetty”.

Tulosten tarkastelun kohdentuessa kantavan kerroksen ja pohjamaan yläpintaan muo-dostuviin muodonmuutoksiin, voidaan todeta, että kantavaan kerrokseen muodostuvat puristusmuodonmuutokset ovat jo kuivassa tilassa kriittisen korkealla, kun taas pohja-maan kohdalla pysytään vielä kosteassakin tilassa tyydyttävällä tasolla.

Tulokset olisivat olleet tekijän intuitiota vastaavia, mikäli venymän keskittymä sijoittuisi heikon pohjamaan yläpintaan, mutta BISAR-laskentojen perusteella venymän keskit-tymä sijoittuisi jo kantavaan kerrokseen 50 kN yksittäispyöräkuormituksella ja 2 * 25 kN paripyöräkuormituksella. Tierakenteen ollessa märkä ja sovellettaessa 80 kN standardi-paripyöräakselikuormitusta, suurimmat venymän arvot sijoittuvat heikon pohjamaan ylä-pintaan. Tästä voitaneen päätellä, että BISAR-ohjelmistolla tehtyjen laskelmien mukaan 50 kN yksittäispyöräkuormitus ja 2 * 25 kN paripyöräkuormitus ovat jo liikaa ylempien rakennekerrosten kantokyvylle, jolloin pohjamaan kantokyvyllä ei ole enää niin suurta merkitystä.

Mt 17429 Laihia, Havinneva-Tainuskylä

Seuraavissa taulukoissa 19, 20, 21, ja 22 on esitettynä Laihia, Havinneva-Tainuskylän ja Luke metsätiekohteen BISAR-laskentojen tuloksista koostetut venymien arvot.

Laihia, Havinneva-Tainuskylä koekohteen BISAR-laskentojen tulokset tierakenteen ollessa kuiva

Laihia, Havinneva-Tainuskylä koekohteen BISAR-laskentojen tulokset tierakenteen ollessa märkä

Luke metsätiekohde

Luke metsätiekohteen BISAR-laskentojen tulokset tierakenteen ollessa kuiva

Luke metsätiekohteen BISAR-laskentojen tulokset tierakenteen ollessa märkä Mt 17429 Laihia, Havinneva-Tainuskylä Yksittäispyörä

50 kN

Paripyörä 2 * 25 kN Käsitellyn kerroksen alapintaan muodostuva

vetomuodon-muutos

997 889

Heikkoon välikerrokseen kohdistuva puristusmuodonmuutos 1579 1496

Mt 17429 Laihia, Havinneva-Tainuskylä Yksittäispyörä 50 kN

Paripyörä 2 * 25 kN Käsitellyn kerroksen alapintaan muodostuva

vetomuodon-muutos

1175 1047

Heikkoon välikerrokseen kohdistuva puristusmuodonmuutos 2558 2436

Luke metsätiekohde Yksittäispyörä 50 kN

Luke metsätiekohde Yksittäispyörä 50 kN

Laihia, Havinneva-Tainuskylä ja Luke koekohteiden kuormituskestävyydestä BISAR-oh-jelmalla tehdyt laskelmat eivät kerro kovinkaan paljoa, kun tarkastellaan päällysraken-teeseen syntyviä venymän arvoja. Vaikka hydrofobisella käsittelyaineella käsitellyn roksen oletettaisiin ottavan vastaan vetojännityksiä ja toimivan ikään kuin sidottuna ker-roksena, kasvavat vetomuodonmuutokset jo standardiparipyörän tapauksessa käsitellyn kerroksen alapinnassa kriittisen suuriksi. Tarkastelut kannattakin Laihian tapauksessa keskittää heikon välikerroksen muodonmuutoksiin ja Luken koekohteella siihen, kuinka rengaspaineet ja kosteustila vaikuttavat heikosti rakennetun metsätien toimintaan kuor-mituksen alla.

Laihian tapauksessa venymän keskittymä sijoittuu heikkoon välikerrokseen, mikä vastaa ennakko-odotuksia. Tästä voidaan päätellä, että ohjelma tunnistaa heikon välikerroksen aiheuttaman ongelman, jolla on tierakenteen toiminnan kannalta merkittäviä vaikutuksia.

Erityisesti kosteassa tilassa BISAR-ohjelmisto antaa venymän arvoja, jotka viittaavat korkeaan riskiin pysyville muodonmuutoksille.

Luken koekohteella ohjelmalla voidaan demonstroida suuntaa antavasti kosteustilan ja rengaspaineiden vaikutuksia tierakenteen käyttäytymiseen kuormituksen alla. Tästä on potentiaalisesti hyötyä, kun mietitään ratkaisuja kevyesti rakennettujen metsäteiden ke-lirikkoajan ongelmiin. Vaihtoehtoina ovat yleensä joko tien parantamiseen liittyvät toi-menpiteet, akselipainorajoitukset tai säädeltävät rengaspainejärjestelmät. BISAR-las-kentojen perusteella suurimmat hyödyt saataisiin yksinkertaisesti parantamalla tieraken-teen kuivatusta. Rengaspaineiden puolittamisella ja akselipainojen rajoituksilla on myös vaikutusta, joten lopulliseen ratkaisuun tulisi huomioida kunkin vaihtoehdon taloudelliset näkökulmat.