Joko tunnet? TerraRoad-tutkimusryhmän työssä näkyy ilmastonmuutos ja laajat data-aineistot
Alkukesällä 2020 perustetun Tutkimuskeskus Terran osana toimii TerraRoad, hyvin vapaasti suomennettuna maarakenteiden tutkimusryhmä. Vaikka Terra on vielä melko uusi, tutkimusryhmä on toiminut jo pitkään Sen pitkäaikaisena fokuksena sekä tutkimuksessa että opetuksessa ovat olleet erilaiset infrarakenteet ja niissä käytettävät materiaalit.
– TerraRoad-nimestä ensimmäiseksi mieleen tulevien tie- ja katurakenteiden lisäksi mielenkiintomme kohteena ovat kaikenlaiset muutkin pääasiassa maamateriaaleista tehtävät rakenteet, esimerkiksi kaatopaikkojen sekä viher- ja liikunta-alueiden rakenteet, professori Pauli Kolisoja kertoo.
Maa- ja kalliokiviaineksen ottopaikoilta peräisin olevien neitseellisten maarakennusmateriaalien rinnalla ovat nousseet koko ajan tärkeämmäksi erilaisten uusiomateriaalien hyödyntäminen sekä geosynteettien ja teräsverkkovahvisteiden käyttö yhdessä tavanomaisten maarakennusmateriaalien kanssa.
– On myös tärkeää huomata, että ylivoimaisesti suurin osa tarvitsemistamme infrastruktuurista on jo olemassa. Sen vuoksi olemassa olevan infran tarkoituksenmukaista ylläpitoa ja korjaamista koskevat kysymykset ovat meille hyvin tärkeitä, Pauli Kolisoja tarkentaa.
Kun kyse on maa-ainesperäisten materiaalien ominaisuuksista ja niistä tehtyjen rakenteiden toiminnasta, tarpeellisten tarkastelutarkkuuksien vaihteluväli on hyvin suuri. Esimerkiksi kiviainesten tekniset perusominaisuudet riippuvat pohjimmiltaan kiven mineralogiasta ja rakenteesta, jotka saadaan selville vain mikroskooppitason tarkasteluilla. Toisaalta todellisille ilmastorasituksille ja ulkoisille kuormituksille altistuvien infrarakenteiden toiminta ja sen mallintaminen on käytännössä mahdollista varmistaa vain täyden mittakaavan rakenteista tehtävin monitorointimittauksin.
– Yhtenä maamateriaaleista tehtävien rakenteiden erityispiirteenä on myös se, että käytännössä jokaisen rakennuskohteen materiaalit ovat yksilöllisiä. Tämän vuoksi TerraRoad-ryhmän toiminta tukeutuu erittäin vahvasti tutkimuslaboratorio GeoLassa tehtäviin maamateriaalien ominaisuusmäärityksiin, Kolisoja sanoo.
Miten jättirekat ja ilmastonmuutos vaikuttavat tierakenteisiin?
Esimerkkinä viime vuosien aikana pitkäjänteisistä tutkimusteemoista on kuljetusten energiatehokkuuden parantamiseksi käyttöön otettujen, entistä painavampien rekkojen kuormitusvaikutukset tie- ja katuverkolla. TerraRoadin tutkijat toteuttivat sitä varten koekuormituksia useissa erityyppisissä tiekohteissa eri puolilla Suomea (kuvassa).
– Tutkimusten tuloksista on jo julkaistu useampiakin Väyläviraston julkaisusarjan raportteja ja tulosten kansainvälinen raportointi on parhaillaan käynnissä. Pohdinta on laajentunut koskemaan myös näköpiirissä olevan autonomisen ajamisen mahdollisia – potentiaalisesti hyvinkin merkittäviä – vaikutuksia tierakenteiden kokemaan rasitusvaikutukseen.
Ajoneuvopainojen kasvun ohella toinen väyläverkostojemme kestävyyttä ja kuntoa rajusti haastava tekijä on ilmastonmuutos. Sen vaikutuksesta Suomessakin on odotettavissa entistä kuumempia hellejaksoa kesällä, entistä pidempiä ja märempiä syksyjä ja entistä epäsäännöllisemmiksi muuttuvia talvipakkasia.
– Esimerkiksi eteläisessä Suomessa tämä tarkoittaa sitä, että kelirikon kaltaiset olosuhteen saattavat jatkossa vallita tiestöllä koko talvikauden ajan. Muun muassa näihin asioihin liittyvää tutkimusaineistoa TerraRoadin tutkijat ovat keränneet jo useamman vuoden ajan valtatiellä 21 Muoniossa sijaitsevilla Väyläviraston Aurora-hankkeeseen liittyen toteutetuilla monitorointikohteilla.
Kohti ennakoivaa kunnossapitoa data-anayysilla
Yksi selkeä tulevaisuuden kehityssuunta TerraRoadin toimialueella on suurten datamäärien entistä laajamittaisempi hyödyntäminen. Esimerkiksi Aurora-hankkeen monitorointikohteilla on otettu talteen käytännössä kaikkien sulan kauden aikaan mittauskohteiden yli kulkeneiden raskaiden ajoneuvojen aiheuttamat rasitussuureiden muutokset useissa eri kohdissa tierakennetta. Näitä aineistoja analysoimalla voidaan nähdä, kuinka tierakenteiden todellinen käyttäytyminen muuttuu pidemmällä aikajänteellä.
– Analysoimalla erilaisten väylärakenteiden tilaa ja kuntoa ilmentävien mittaushavaintojen aikasarjoja integroidusti on aikaa myöten mahdollista siirtyä väylien ennakoivaan kunnossapitoon, joka on tutkitusti paljon perinteistä reaktiivista kunnossapitoa kokonaistaloudellisempaa. Onhan tien alkavien vaurioiden korjaaminen lähtökohtaisesti halvempaa kuin korjaustoimenpiteiden aloittaminen vasta sitten, kun koko rakenne on jo pahasti hajalla. Tässä kehitystyössä me haluamme olla aktiivisesti mukana, linjaa professori Pauli Kolisoja.
Erilaisten mittausdatojen monipuolinen hyödyntäminen on johtanut TerraRoad-ryhmän tutkijat myös kokonaan uudenlaisten tutkimusteemojen äärelle. Esimerkiksi yhteistyössä Tampereen yliopiston signaalinkäsittelyn yksikön kanssa kehitettiin sittemmin sekä Väyläviraston että Helsingin kaupungin käyttöön ottaman nastarenkaiden automaattisen tunnistusjärjestelmä. Parhaillaan kehitetään Väylävirastolle uudentyyppistä järjestelmää raskaiden ajoneuvojen automaattiseen punnitukseen suoraan liikennevirrasta.
– Moderni mittaustekniikka ja sen avulla edullisesti kerättävissä oleva data mahdollistaa mitä moninaisimpia uusia avauksia, mutta vaatii samalla myös uudenlaisia osaamiskombinaatioita – käytännössä siis ennakkoluulotonta yhteistyötä eri tieteenalojen kesken, Kolisoja sanoo.
Keitä me olemme?
Professori Pauli Kolisojan lisäksi TerraRoad-ryhmän avainhenkilöitä erilaisissa ryhmän toimialueeseen liittyvissä kysymyksissä ovat:
- Projektipäällikkö Pirjo Kuula, erityisesti asfalttimateriaaleihin liittyvät asiat, jotka ovat ajankohtainen panostusalueemme ja johon liittyen etsimme ennakkoluulottomasti uusia yhteistyökumppaneita
- Yliopisto-opettaja Minna Leppänen, erityisesti kaatopaikkarakenteisiin ja geosynteetteihin liittyvät asiat
- Projektipäällikkö Kari Pylkkänen, erityisesti kiviainestutkimuksiin ja tiilien testaukseen liittyvät asiat
- Projektipäällikkö Nuutti Vuorimies, erityisesti väylärakenteisiin ja niissä käytettäviin materiaaleihin sekä geoteknisiin laboratoriotutkimuksiin liittyvät asiat
- Projektitutkija Tapani Jäniskangas, erityisesti liikuntapaikkoihin ja viheralueiden rakenteisiin liittyvät tutkimukset
Teksti: Pauli Kolisoja ja Sanna Kähkönen
Kuva: Pauli Kolisoja
