Tutkimus

Komposiittiratapölkystä keino raideliikennetärinän vähentämiseen?

Kuormituskokeissa käytetty kuormituskoejärjestely
Tampereen yliopisto yhdessä Väyläviraston kanssa tutkii tulevana kesänä, miten eri kokoiset raideliikenteen komposiittipölkyt vaikuttavat liikennetärinän ilmenemiseen. Liikennetärinä on noussut otsikoihin monilla paikkakunnilla itäisen yhdysliikenteen kuljetusreittien laajentumisen seurauksena.

Radan vierestä ja radan varren rakennuksista tehdyt tärinämittaukset osoittavat selkeästi, että itäisessä yhdysliikenteessä käytettävä vaunutyyppi aiheuttaa tärinää jopa kolminkertaisesti muuhun kalustoon verrattuna. Hyvin monet itäisen yhdysliikenteen vaunuista on rakennettu saman perusrakenteen varaan. Kalustopuolella tärinähaittaa on siksi vaikeaa hallita muuten kuin nopeusrajoitusten avulla. 

Tärinähaittaa tiedetään ilmenevän etenkin pehmeikköalueilla, joissa radan alla on paksu pehmeä maakerros. Radan pohjarakenteiden parantaminen on erittäin kallista ja muutoinkin hankalaa liikennöidyllä radalla. Komposiittiratapölkky on yksi mahdollisuus tärinähaitan vähentämiseksi. 

Komposiittiratapölkkyjä on käytetty Japanissa jo noin 40 vuoden ajan hyvin kokemuksin. Komposiittipölkky on valmistettu lasikuidusta ja polyuretaanista pursottamalla. Materiaalin jäykkyys on lähellä puun ominaisuuksia, mutta kestävyys on moninkertainen. Käyttökohteet Japanissa ovat olleet vaihteissa ja silloilla, joissa vaaditaan suurta kestävyyttä ja mittatarkkuutta. Komposiittipölkky on kuitenkin selvästi puu- ja betonipölkkyä kalliimpi ratkaisu. Siksi komposiittipölkkyjä käytetään yleensä vain erityistapauksissa, joissa hankintahinnalla ei ole niin suurta merkitystä. 

Pakkaskokeita laboratoriossa 

Väylävirasto asetti komposiittipölkkyjen koekäytön ehdoksi hyväksytysti läpäistyt pakkaskokeet. Testattavat pölkyt jäähdytettiin kuivajään avulla tätä varten rakennetussa eristetyssä laatikossa. Kuivajään höyrystymislämpötila on -85 ᵒC astetta ja ”pakastearkun” lämpötila asettui lämpövuodot huomioiden lähelle tätä, noin -70 asteen tietämille. 

Pölkkyjä jäähdytettiin noin vuorokausi, kunnes pölkyn sisälämpötila oli vakiintunut. Varsinainen kuormitus tehtiin huoneenlämmössä mahdollisimman ripeällä tahdilla, jotta pölkyn sisälämpötila ei noussut kuormituksen aikana merkittävästi. Kuormitus tehtiin soveltaen betonipölkyille käytettyä kuormituskoetta. Pölkkyä kuormitettiin keskeltä tukivälin ollessa 1600 mm. 

Kestävä ja joustava 

Komposiittipölkyn kestävyys yllätti, sillä pölkky kesti murtumatta selkeästi enemmän verrattuna Suomessa käytettäviin puu- tai betonipölkkyihin. Alhainen lämpötila jäykisti komposiittimateriaalia hieman, mutta edelleen pölkkyä voidaan kuvata sanalla joustava. Komposiittipölkkyyn aiheutettiin 100 kNm taivutusmomentti, mikä on varsin suuri rasitus. Komposiittipölkyssä ei havaittu vaurioita kuormituksen jälkeen. 

Todellinen testi on tulossa syksyllä, kun komposiittipölkyt asennetaan rataan ja mitataan niiden tärinänvaimennuskyky. Koekohde rakennetaan Pori-Mäntyluoto -radalle, jossa hiilikuljetukset ovat aiheuttaneet haittaa radan varren asukkaille. 

Lisätietoja: Heikki Luomala, +358405521490, heikki.luomala [at] tuni.fi

Ratarakenteiden tutkimusryhmä 

Kuva Tommi Rantala