Palvelutasomittaus

Uusien päällysteiden laatuominaisuuksien mittaamiseen käytetään tien palvelutasomit-tausta. Palvelutasomittauksella (PTM) tarkoitetaan päällystettyjen teiden automaattista kuntomittausta ja tunnuslukujen tuottamista. Mittaus tehdään liikennevirran mukana kul-kevilla palvelutasomittausautoilla, jotka keräävät mittaustuloksia 17 pistelaserilla kaistan poikkisuunnassa. Mittausnopeutena voidaan käyttää 30–90 km/h, mutta käytännössä sopiva nopeus on noin 60 km/h. Mittausleveytenä voidaan käyttää 2,6 tai 3,2 m riippuen päällystetyn kaistan leveydestä. Pistelasertekniikkaan perustuva mittaus kykenee tuot-tamaan tunnuslukuja muun muassa pituussuuntaiselle tasaisuudelle, urasyvyyksille, kar-keudelle sekä sivukaltevuudelle. Uusien päällysteiden laatumittausten lisäksi palveluta-somittausta voidaan hyödyntää muun muassa päällystysohjelmoinnissa, tilastoinnissa ja lukuisiin eri tarkoituksiin tarvittavien lähtötietojen hankinnassa. (Ahola & Äijö 2018; Diet-rich 2011; PANK-5205) Kuvassa 51 esitetään palvelutasomittauslaite ja siinä olevat pis-telaserit. Mittausleveydellä 3,2 m käytetään kaikkia 17 laseria, mutta leveyden ollessa 2,6 m voidaan käyttää ainoastaan 15 laserin tietoja. (Virtala et al. 2019a.)

Kuva 51. Palvelutasomittauslaite ja sen pistelaserit (Virtala et al. 2019a).

Pituussuuntaiselle epätasaisuudelle on perinteisesti Suomessa tuotettu kahta eri tunnus-lukua, jotka ovat IRI ja IRI-4. IRI eli International Roughness Index kuvastaa standar-diajoneuvoneljänneksen korin pystysuuntaisia liikkeitä pituusyksikköä kohti nopeudessa 80 km/h. Menetelmässä muodostetaan pituusprofiili oikeasta ajourasta aallonpituuksilla 0,5–30 m. IRI-4 toimii samoin periaattein kuin IRI, mutta siinä rajataan yli 4 m aallonpi-tuudet pois. (Haapanen & Virtala 2016; PANK-5207.) Päällystysurakoissa mittaus teh-dään kaikille uusille päällysteille kahden kuukauden kuluessa päällysteen valmistumi-sesta. Mittaustulokset raportoidaan 100 m:n jaksoissa. (Väylävirasto 2020c.)

IRI:n käytössä on kuitenkin havaittu olevan useita eri puutteita. Puutteita ovat muun mu-assa Virtalan et al. (2016) ja Virtalan et al. (2017) mukaan seuraavat:

• tunnusluvun laskennassa rajautuu tärkeitä liikesuuntia pois

• laskennassa käytetty jousisysteemi on liian vanha nykyajoneuvoihin

• henkilöautomalli ei huomioi raskasta liikennettä

• laskentaväli on liian pitkä ja aallonpituusalue alkaa liian pitkistä aalloista

• vakio mittausnopeus ei vastaa tien nopeusrajoituksia

• tunnusluku ei erittele erilaisia epätasaisuustyyppejä.

Näin ollen IRI:ä pidetään huonona ajomukavuuden mittarina. Samanlaisia havaintoja on tehty lukuisissa kansainvälisissä tutkimuksissa, joita ovat muun muassa Loizos & Plati (2008), Kim et al. (2011), Nair et al. (2011) sekä Múčka (2016). Puutteiden seurauksena Liikennevirasto alkoi usean eri tutkimuksen ja selvityksen voimin kehittämään uutta pi-tuussuuntaisen epätasaisuuden tunnuslukua, joka kuvastaisi ajomukavuutta IRI:ä pa-remmin. Lopputuloksena syntyi RIDE-ajoneuvomalli, joka huomioi ajoneuvon pysty-, si-vuheilahdus- ja nyökkimisliikesuunnat. Tämän lisäksi mallin parametrit voidaan valita vastaamaan henkilöautoa tai kuorma-autoa sekä simulointinopeutena voidaan käyttää tiekohtaista nopeusrajoitusta. (Virtala et al. 2016.) Eskolan (2020) mukaan RIDE-ajoneu-vomalli ei ole vielä käytössä uusien päällysteiden laadun mittauksessa, mutta sen sovel-tuvuutta tullaan tutkimaan.

Poikkisuuntainen epätasaisuus eli maksimiurasyvyys määritetään pistelasertekniikassa niin sanotun lankamallin perusteella, jossa mitatun poikkiprofiilin reunoihin sijoitetaan ku-vitteellinen jäykistetty lanka. Suurin etäisyys mittauspisteestä kuvitteelliseen lankaan muodostaa raportoitavan maksimiurasyvyyden. Mittaustulokset raportoidaan 100 m:n jaksoissa, joissa urasyvyysarvo saadaan yksittäisten poikkileikkausten arvojen keskiar-vona. (Ahola & Äijö 2018; PANK-5208.) Päällystysurakoissa mittaus tehdään kaikille uu-sille päällysteille 3–6 viikon kuluessa päällysteen valmistumisesta. (Väylävirasto 2020c).

Lankamallia havainnollistetaan kuvassa 52.

Kuva 52. Maksimiurasyvyyden laskenta lankamallilla (Ahola & Äijö 2018).

Päällysteen tasalaatuisuutta eli lajittumia ja sideaineen pintaan nousuja kuvataan mak-rokarkeuden (MPD) tunnusluvulla. Makrokarkeus mittaa aallonpituuksia välillä 0,5–50 mm kolmesta eri pituuslinjasta. (PANK-5212). Liikenneviraston selvityksen (2010) mu-kaan makrokarkeus kuvastaa päällysteen pinnan raekokomittakaavan epätasaisuutta ja se määräytyy pääosin päällysteen kiviaineksen perusteella. Makrokarkeuden tunnuslu-vun kehittämistä on selvitetty tutkimuksissa Virtala & Alanaatu (2017) ja Virtala et al.

(2019b), joissa pyrittiin kehittämään tarkka ja toistettava mittausmenetelmä sekä huomi-oimaan päällystetyypin vaikutukset karkeuden tunnuslukuun. Tutkimuksissa löydettiin sopiva menetelmä karkeuden mittaamiseen sekä havaittiin, ettei esimerkiksi AB- ja SMA-päällysteille voida soveltaa samaa karkeuden raja-arvoa. Lisäksi tutkimuksissa to-dettiin makrokarkeuden tunnusluvun korreloivan hyvin päällysteen tiheyden, tyhjätilan ja kiviaineksen rakeisuuden kanssa. Tuloksista havaittiin myös, että makrokarkeuden avulla on mahdollista löytää kitkaltaan puutteellisia kohtia. Kehitystyön tulosten perus-teella pääteltiin, että pienet makrokarkeuden arvot viittaavat bitumin pintaan nousuun ja suuret arvot karkeuteen eli lajittumaan (PANK-5212). Kehitystyöstä huolimatta uusien päällysteiden tasalaatuisuutta tarkastellaan toistaiseksi vielä silmämääräisesti, mutta ti-laajan osoittamilta kohteilta voidaan tasalaatuisuutta mitata PTM-autolla. Mittauksen tu-loksia hyödynnetään tasalaatuisuuden mittausdataan perustuvan arviointitavan jatkohittämisessä. (Väylävirasto 2020c.) Eskolan (2020) mukaan karkeuden tunnusluvun ke-hitys- ja tutkimustyö on käynnissä ja tavoitteena on sen vakiintunut käyttöönotto lähivuo-sina. Päällysteen tasalaatuisuutta voidaan arvioida myös lämpökameran avulla, mitä kä-sitellään luvussa 4.3.3.

Pistelaser on hyvin vakiintunut tekniikka, joka on ollut käytössä jo vuodesta 2003 lähtien.

Markkinoille on kuitenkin vuosien varrella tullut uusia tekniikoita, jotka perustuvat joko laserkeilaukseen tai 3D-lasertekniikkaan. Uusi tekniikka mahdollistaa uusien tunnuslu-kujen mittaamisen ja kehittämisen, joiden käyttäminen ei ole ollut pistelasertekniikalla mahdollista. Jotta eri tekniikoilla saatuja tuloksia voidaan verrata, tutkittiin eri yritysten tekniikoita uramittauksen osalta tuotanto- ja tosimittatestissä. Testiin osallistui yksi 3D-lasertekniikkaa käyttävä yritys ja neljä laserkeilausta käyttävää yritystä. Tosimittatestissä testattiin eri laitteiden mittaustulosten toistokykyä sekä miten hyvin saadut tulokset kor-reloivat referenssitulosten kanssa. Referenssitulokset muodostettiin kahden pistelaser-tekniikkaan perustuvan mittalaitteiden tulosten keskiarvoina. Tunnuslukuina tarkasteltiin vasenta ja oikeaa ajouraa, maksimiuraa, harjannetta sekä sivukaltevuutta. Lisäksi tes-tattiin laitteiden nopeusriippuvuutta mittaamalla samat kohteet kahdella eri nopeudella ja vertaamalla saatuja tuloksia keskenään. Tuotantomittatestissä testattiin puolestaan

lait-teiden tuotantolaatua mittaamalla 139 km:n pituinen osuus kahteen kertaan, minkä tu-loksia verrattiin toisiinsa. Tosimittatestin tulosten perusteella 3D-lasertekniikka suoriutui kaikista testin osa-alueista hyvin. Laserkeilaintekniikalla varustetut laitteet suoriutuivat testeistä vaihtelevalla menestyksellä riippuen käytetystä laitteesta. Tuotantomittaustes-tissä havaittiin kolme laitetta, jotka olivat pistelasertekniikkaa parempia. Näistä yksi oli 3D-lasertekniikkaan perustuva laite. Laserkeilauslaitteiden osalta tulokset olivat vaihte-levia kuten tosimittatestissäkin. (Virtala et al. 2018.)

Edellä mainitun tutkimuksen jälkeen tehtiin lisätutkimuksia 3D-lasertekniikan ja pistela-serin eroavaisuuksien selvittämiseksi alku-urien ja tuotantolaadun osalta. Tutkimustulok-sien perusteella eri päällystetyypeillä ja työmenetelmillä ei ollut vaikutusta mittaustulok-siin. Tuloksissa ei myöskään havaittu merkittäviä erovaisuuksia mittausleveyksillä 2,6 ja 3,2 m. Tuotantolaadun jatkotutkimuksessa havaittiin 3D-lasertekniikan tuottavan parem-paa laatua kohteilla, jotka olivat kapeita ja huonokuntoisia. Yleisesti pistelasertekniikka mittasi selvästi pienempää uraa kuin 3D-lasertekniikka. (Ahola & Äijö 2018; Sulonen &

Äijö 2019.) Eskolan (2020) mukaan mittaukset tehdään edelleen pistelasertekniikalla, mutta tavoitteena on siirtyä lähivuosina 3D-lasertekniikan käyttöön.