Radan pystysuuntainen jäykkyys ja sen pistemäinen mittaaminen

Abstract

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli kirjallisuuslähteiden avulla selvittää millä suureilla radan pystysuuntaista kokonaisjäykkyyttä voidaan kuvata, miten kyseiset suureet määritetään, miten radan kokonaisjäykkyys muodostuu radan rakenneosien jäykkyyksien yhteisvaikutuksesta ja mitä kokonaisjäykkyys indikoi koko ratarakenteen tai sen yksittäisten osien toiminnasta ja kunnosta. Lisäksi tutkimuksessa tarkasteltiin maailmalla radan jäykkyyden mittaamiseen käytettyjä pistemäisiä mittausmenetelmiä, joista löydettiin toistakymmentä erilaista sovellusta.

Radan pystysuuntaista kokonaisjäykkyyttä voidaan kuvata radan jäykkyydellä (track stiffness) tai ratamoduulilla (track modulus). Radan jäykkyys määritetään kiskoa kuormittavan voiman ja kiskon taipuman suhteena, jolloin myös kiskon taivutusjäykkyys tulee huomioiduksi. Ratamoduuli määritetään Winklerin alustan kiskon taipumaa vastustavana voimana radan pituussuuntaista millimetriä kohden, kun kisko taipuu yhden millimetrin. Ratamoduuli ottaa huomioon ainoastaan kiskon alapuoliset radan rakenneosat. Ehdottomasti merkittävin kokonaisjäykkyyteen vaikuttava yksittäinen tekijä on pohjamaa ja sen ominaisuudet. Kohtalaisen merkittävä vaikutus on joustavilla elementeillä, kuten välilevyllä ja mahdollisella pohjaimella sekä karkearakeisten maamateriaalien rakennekerrospaksuuksilla. Myös ratapölkkyjen tukeutumistilalla on huomattava merkitys jäykkyyteen. Maailmalla radan jäykkyystieto on tunnistettu potentiaaliseksi radan kunnon indikaattoriksi sekä keinoksi ongelmakohteiden paikallistamiseen ja kunnossapitotoimenpiteiden tehon todentamiseen.

Tässä tutkimuksessa mitattiin 15-20 peräkkäisen ratapölkyn palautuvia painumia kiihtyvyys- ja siirtymäantureilla yhteensä 13 kohteessa eri puolilla rataverkkoa sekä syksyllä 2011 että talvella 2012. Mittaus tehtiin tyypillisesti ratapölkyn päästä ja kuormituksena toimi radalla liikkunut kalusto. Lisäksi testattiin videokamerakuvausta radan taipumien mittaamiseksi. Syksyn mittauksissa palautuvat painumat vaihtelivat välillä 0,3…6,6 mm ja talvella välillä 0,1…1,1 mm. Suurimmat palautuvat painumat mitattiin turvepehmeikkökohteissa ja pienimmät kallioleikkauskohteessa. Talvella ratarakenteen routaannuttua palautuvat painumat olivat merkittävästi syksyn painumia pienempiä. Mittaustuloksille määritettiin myös niitä vastaavat jäykkyysarvot kahdella eri laskentamenetelmällä.