Raskaista ajoneuvoista tierumpuihin kohdistuvat rasitukset

Uusi raskaiden ajoneuvojen mittoja ja massoja säätelevä ajoneuvoasetus astui voimaan 1.10.2013. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää ajoneuvoasetuksessa säädettyjen akseli- ja telipainomuutosten vaikutuksia muovista ja teräksestä valmistettujen tierumpujen kohtaamiin rasituksiin. Tutkimus jakautui koekohteilla tehtäviin mittauksiin ja rummun sekä sitä ympäröivän maan mekaanisen käyttäytymisen arviointiin elementtimenetelmään perus-tuvan mallinnusohjelmiston avulla.
Tutkimukseen pyrittiin valikoimaan halkaisijaltaan keskisuuria ja suuria (600 - 2000 mm) ma-talaan, noin 500 mm peitesyvyyteen asennettuja muovi- ja teräsrumpuja. Tehdyn kartoituk-sen perusteella todettiin, että varsinkaan suuria muovirumpuja ei ole yleensä asennettu näin mataliin peitesyvyyksiin. Lopullisiksi koekohteiksi valikoituneet muovirummut olivat hal-kaisijaltaan 600 - 800 mm peitesyvyyden ollessa 200 - 800 mm. Teräsrumpujen osalta vas-taavasti tutkittujen rumpujen halkaisijat vaihtelivat välillä 800 - 1800 mm peitesyvyyden vaihdellessa 500 ja 900 mm välillä.
Koekohteilla mitattiin raskaan ajoneuvon ylityksen aiheuttamia rummun pysty- ja vaakahal-kaisijan muutoksia sekä rummun laen venymää kolmesta poikkileikkauksesta. Kuormituksissa käytettiin kuusiakselista ajoneuvoa, jonka paivamman kaksiakselisen telin kokonaismassa oli 21 tonnia ja kevyemmän 18 tonnia. Lisäksi perävaunun yksittäisakselin massa oli 10 tonnia ja vetoauton ohjausakselin massa noin 7,5 tonnia. Mittaustulosten perusteella rummun pei-tesyvyyden vaikutus rummun kuormituskäyttäytymiseen havaittiin merkittäväksi. Pelkkien mittausten avulla ei kuitenkaan saatu täyttä varmuutta peitesyvyyden vaikutuksesta, koska tien rakennekerrosten ja pohjamaan ominaisuudet vaihtelivat jonkin verran koekohteittain.
Koekohteista tehtyjen rakennemallien avulla voitiin verifioida käytetty mallinnustapa ja to-deta mallintamisen olevan tehokas työkalu erilaisten olosuhteiden vaikutusten arvioimiseksi. Mallintamalla verrattiin myös ajoneuvon ylityksen aikaisia kuormitustilanteita ja todettiin, että rummun kannalta haitallisin kuormitustilanne syntyy hetkellä, jolloin toinen kaksiakseli-sen telin akseleista on tismalleen rummun laen kohdalla. Mallin avulla tehtiin koekohteita laajempaa analyysia herkkyystarkastelujen muodossa. Näissä simuloitavina tekijöinä olivat rumpumateriaali, rummun halkaisija ja peitesyvyys sekä tien rakennekerrosten ja pohjamaan ominaisuudet. Lisäksi simuloitiin eri rengastusten ja dynaamisen kuormituksen aiheuttaman sysäyslisän vaikutuksia rummun ja sitä ympäröivän maan rasituksiin.
Koekohteilla havaittiin muovista valmistetun rummun olevan kriittisempi rasitusten siedon kannalta ja mallinnustulokset tukivat huomioita, joten herkkyystarkasteluissa painotettiin muovisia rumpuja. Tehtyjen herkkyystarkastelujen perusteella etenkin erittäin heikoissa poh-jamaaolosuhteissa rummun rasitukset kasvavat ja myös muiden tekijöiden vaikutus rummun kohtaamiin rasituksiin korostuu. Paremmin kantava pohjamaa näyttää jossain määrin kom-pensoivan ominaisuuksiltaan mahdollisesti puutteellisia tien rakennekerroksia. Nykyinen muovirumpua koskeva ohjeistus, jonka mukaan rummun peitesyvyyden tulisi olla vähintään rummun halkaisijan suuruinen, näyttää saatujen tulosten valossa olevan perusteltu. Pienem-pihalkaisijaisen muovirummun asentamista alla 500 mm peitesyvyyteen tulisi kuitenkin pyrkiä välttämään. Lisäksi varsinkin heikosti kantavissa pohjamaaolosuhteissa tulee kiinnittää erityistä huomiota riittävien ympärystäyttö- ja siirtymäkiilarakenteiden tekemisen.