Tiivistelmä

Tierakenteeseen rasituksia aiheuttavia ja sitä kautta rappeutumista aikaansaavia kuormitustekijöitä ovat liikenne- ja ilmastokuormitus sekä rakenteen omapaino. Tierakenteen toiminta ja kunto ovat liikennekuormituksen, ilmasto-olosuhteiden vaihtelun ja ikääntymisen yhteisten vaikutusten seurauksena vähitellen tapahtuvassa, mutta jatkuvassa muutostilassa koko elinkaaren ajan. TIEIKä-projektissa keskitytään päällysrakenteeseen, mistä syystä päähuomio kiinnitetään liikennekuormituksesta johtuvaan päällysteen halkeiluun eli väsymisvaurioitumiseen ja rakenteen poikkisuuntaiseen epätasaisuuteen eli urautumiseen.

Tierakenteisiin kohdistuva liikennekuormitus määritetään nykyisin suunnitteluvaiheessa vastaavuuskerroinmenetelmällä mitoitusajan kumulatiivisena kuormituskertalukuna. Periaatteessa tulisi pyrkiä luomaan vasteisiin perustuva menettely liikenteen tierakenteisiin aiheuttaman kuormituksen arvioimiseksi. Liikennekuormituksen mahdollisimman tarkka määrittäminen on perusedellytys käyttöiän laskennallisessa mallintamisessa ja ennustavassa infrassa.

Yleisesti käytetään lineaariseen kimmoteoriaan perustuvia monikerroslaskentamenettelyä tierakenteiden mitoittamisessa ja toiminnan arvioinnissa. Liikenteen kuormituksen monimutkaisuuden ja tierakennemateriaalien käyttäytymisen vuoksi laskentamenettelyissä on jouduttu tekemään lukuisia lähtöoletuksia ja yksinkertaistuksia. Tienrakennusmateriaalien laskentaotaksumista poikkeavat ominaisuudet pyritään ottamaan huomioon siten, että käytetään mitoitusolosuhteita vastaavia materiaaliparametreja. Useita malleja on kehitetty sekä päällysteiden väsymiskestävyyden että sitomattomien kerrosten ja alusrakenteen pysyvien muodonmuutosten suuruuden arvioimiseksi. Suurena käytännön ongelmana ovat mallien edellyttämien parametrien määrittäminen. Parametrit riippuvat yleensä materiaalityypistä. Osa parametreista riippuu myös jännitystilasta. Lämpötila ja kuormitusaika (nopeus) vaikuttavat puolestaan merkittävästi bitumilla sidottujen materiaalien käyttäytymiseen.

Malleilla lasketut tierakenteen kestävyydet poikkeavat huomattavastikin toisistaan, mikä vaikeuttaa mallien valintaa ja soveltamista erityyppisiin rakenteisiin ja vaihteleviin ilmasto-olosuhteisiin. Yleisesti käytetyt mallit on kehitetty maissa, missä sidottujen kerrosten yhteispaksuus on tyypillisesti suuri ja sitomattomien kerrosten pieni. Myös Suomen ilmasto- ja maaperäolosuhteet poikkeavat useimmista muista maista. Edellä mainituista syistä johtuen muissa maissa kehitettyjen mallien soveltaminen Suomen olosuhteisiin on ongelmallista. Olosuhteiden osalta tulisi tuntea tarkoin päällysteen ja ilman lämpötilat, rakenteen routaantuminen, sitomattomien kerrosten ja alusrakenteen kosteudet sekä niiden merkitys turmeltumisilmiöissä.

Tierakenteiden kunnon ennustamisen kannalta turmeltumisilmiöiden laskennallinen mallintaminen on perusedellytys. Mallintaminen edellyttää myös tarkkoja kuntomittauksia.