Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm ISBN 978-951-40-2298-2 (PDF) ISSN 1795-150X www.metla.fi Kelirikkoaikaisen puunkuljetuksen haasteet – Ratkaisuja metsäteiden kuljetuskelpoisuuden ongelmiin sekä metsäteiden kantavuuden mittaukseen ja kunnostamiseen Tomi Kaakkurivaara ja Jori Uusitalo Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 2 Metlan työraportteja / Working Papers of the Finnish Forest Research Institute -sarjassa julkaistaan tutkimusten ennakkotuloksia ja ennakkotulosten luonteisia selvityksiä. Sarjassa voidaan julkaista myös esitelmiä ja kokouskoosteita yms. Sarjassa ei käytetä tieteellistä tarkastusmenettelyä. Sarjan julkaisut ovat saatavissa pdf-muodossa sarjan Internet-sivuilta. http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/ ISSN 1795-150X Toimitus PL 18 01301 Vantaa puh. 010 2111 faksi 010 211 2101 sähköposti julkaisutoimitus@metla.fi Julkaisija Metsäntutkimuslaitos PL 18 01301 Vantaa puh. 010 2111 faksi 010 211 2101 sähköposti info@metla.fi http://www.metla.fi/ Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 3 Tekijät Kaakkurivaara, Tomi & Uusitalo, Jori Nimeke Kelirikkoaikaisen puunkuljetuksen haasteet – Ratkaisuja metsäteiden kuljetuskelpoisuuden ongelmiin sekä metsäteiden kantavuuden mittaukseen ja kunnostamiseen Vuosi 2011 Sivumäärä 37 ISBN 978-951-40-2298-2 (PDF) ISSN 1795-150X Alueyksikkö / Tutkimusohjelma / Hankkeet Länsi-Suomen alueyksikkö / Suometsien hyödyntäminen / 7324 Hyväksynyt Antti Asikainen, professori, 11.5.2011 Tiivistelmä Metsäteiden kuljetuskelpoisuus on yhtenä ongelmana puuhuollon turvaamisessa. Tutkimusraportissa tarkastellaan Loadman- ja DCP-kantavuusmittalaitteiden käytettävyyttä metsäteillä, kun halutaan sel- vittää tien kuljetuskelpoisuutta kelirikkoaikaan tai sen kunnostustarvetta. Raportissa esitellään myös uusia tien kunnostusmenetelmiä, jotka soveltuvat vaikeisiin erityiskohteisiin. Nämä ovat suodatin- kankaalla tehtävä murskeen paketointi, risutukit, geovahvisteet ja masuunihiekka-teräskuona. Lisäksi raportti sisältää vaihtoehtoisten kuljetusoperaatioiden vertailun, jossa on mukana ennakoiva kuljetus välivarastoihin, kuljetuksen aikainen murskeen käyttö, CTI-laitteistolla varustettu puutavara-auto ja siirrettävillä kumimatoilla tapahtuva tien hetkellinen vahvistaminen. Asiasanat kelirikko, kantavuuden mittaus, metsätien kunnostaminen Julkaisun verkko-osoite http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm Tämä julkaisu korvaa julkaisun Tämä julkaisu on korvattu julkaisulla Yhteydenotot Tomi Kaakkurivaara, Metsäntutkimuslaitos, Kaironiementie 15, 39700 Parkano. Sähköposti tomi.kaakkurivaara@metla.fi Bibliografiset tiedot Muita tietoja Taitto: Maija Heino Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 4 Sisällys Alkusanat........................................................................................................................5 1 Metsätien kelirikon ja kantavuuden arviointi..........................................................6 1.1 Johdanto............................................................................................................................. 6 1.2 Tavoite............................................................................................................................... 6 1.3 Menetelmät........................................................................................................................ 7 1.4 Aineisto ....................................................................................................................... 10 1.5 Tulokset........................................................................................................................... 12 1.6 Tulosten tarkastelu ...................................................................................................... 15 1.7 Päätelmiä ja pohdintaa..................................................................................................... 16 Kirjallisuus............................................................................................................................... 17 2 Metsäteiden uudet kunnostusmenetelmät............................................................18 2.1 Johdanto........................................................................................................................... 18 2.2 Tutkimuksen tavoitteet.................................................................................................... 18 2.3 Tekniikat ja menetelmät................................................................................................... 19 2.3.1 Koealojen valinta.................................................................................................... 19 2.3.2 Suodatinkankaat .................................................................................................... 19 2.3.3 Geoverkot............................................................................................................... 21 2.3.4 Masuunihiekka-teräskuonaseos.............................................................................. 23 2.3.5 Risutukit................................................................................................................. 25 2.4 Tulokset tekniikoista........................................................................................................ 26 2.5 Tulosten tarkastelu........................................................................................................... 27 2.6 Päätelmiä ja jatkokehittelyjä............................................................................................ 28 Kirjallisuus............................................................................................................................... 28 3 Vertailu puunkuljetusoperaatioiden järjestämisestä kelirikkoteillä....................29 3.1 Johdanto........................................................................................................................... 29 3.2 Tavoite............................................................................................................................. 30 3.3 Vertailtavat tekniikat........................................................................................................ 30 3.3.1 CTI (Central Tyre Inflation System)....................................................................... 30 3.3.2 Kumimatot.............................................................................................................. 31 3.3.3 Käytön aikainen ylläpitokorjaaminen..................................................................... 32 3.4 Menetelmät...................................................................................................................... 32 3.5 Laskenta-aineisto............................................................................................................. 33 3.6 Tulokset........................................................................................................................... 34 3.7 Tulosten tarkastelu........................................................................................................... 36 3.8 Päätelmiä ja pohdintaa..................................................................................................... 36 Kirjallisuus............................................................................................................................... 37 Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 5 Alkusanat Tässä julkaisussa esitellään Metsäntutkimuslaitoksen ja Metsähallituksen yhdessä toteutetun Suometsien hyödyntäminen -yhteishankkeen tuloksia. Työraportin aiheena ovat uudet ratkaisut leimikoiden kuljetuskelpoisuuden parantamiseksi. Raportti sisältää kolme aihealuetta, jotka kä- sittelevät metsäteiden kelirikon ja kantavuuden mittausta, metsäteiden uusia kunnostamismene- telmiä sekä vertailun puunkuljetusoperaatioiden järjestämisestä kelirikkoteillä. Hankkeen ohjaus- ryhmään kuuluivat Ari Siekkinen, Heikki Kääriäinen ja Heikki Savolainen Metsähallituksesta sekä Jori Uusitalo ja Jukka Laine Metlasta. Haluamme kiittää kaikkia hankkeen toteutukseen kahden vuoden aikana osallistuneita henkilöitä ja tahoja. Erityisesti kiitämme tien kunnostusmateriaalit tarjonneita yrityksiä: Rautaruukki Oyj, Viapipe Oy ja UPM-Kymmene Oyj ja Metsähallituksen tienrakennusesimiestä Jarmo Perästä. Kiitokset myös monille muille Metsähallituksen henkilöille saamastamme avusta ja asiantunti- juudesta, johon saimme tukeutua. Parkanossa 22.2.2011 Tutkimuksen tekijät Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 6 1 Metsätien kelirikon ja kantavuuden arviointi 1.1 Johdanto Metsäautoteiden kulkukelpoisuus vaihtelee vuodenajoittain. Parhaimmillaan tiestö on kesällä ja erityisesti talvella tien ollessa jäätynyt. Ongelmia ilmenee keväällä kelirikon aikaan, jolloin tien kantavuus alenee. Veden sulaminen ja jäätyminen tierakenteessa sekoittavat kerroksia ja raskas ajoneuvoliikenne kuluttaa tienpintaa aiheuttaen urautumista ja painumia. Kelirikko on tierakenteen tila, jossa sulavan veden vuoksi tien kantavuus on alentunut ja vauri- oitumisriski on liikenteen alaisena kasvanut. Kelirikkoa esiintyy routiville maapohjille raken- netuilla teillä (Saarelainen ja Törnqvist 2004). Metsätiestön ympärivuotinen käyttö on metsäte- ollisuuden kannalta merkittävä taloudellinen tekijä. Kelirikkoaika aiheuttaa vuosittain noin 100 miljoonan euron lisäkustannukset. Lisäkustannukset koostuvat raakapuun ylimääräisestä varas- toinnista ja siitä johtuvista laatumenetyksistä sekä puunkorjuu- ja autokuljetusten käytön epäta- saisuudesta (Pennanen ja Mäkelä 2003). Alemman tieverkon lisäksi myös metsäteiden kulkukel- poisuuden varmistaminen on koko kuljetusketjun toimivuuden kannalta tärkeää. Kelirikon yhteydessä tien kantavuus heikkenee oleellisesti. Tien enimmäiskantavuuden ylittämi- nen aiheuttaa pysyviä vaurioita. Tien kantavuutta ei tarvitse määritellä pelkästään silmämääräi- sesti tien pinnan kunnosta ja sivuojista. Kantavuuden nopea ja luotettava arviointi on merkittä- vä osatekijä tien kunnon monitoroinnissa ja kunnossapidon suunnittelussa. Tien kantavuustiedot ovat erityisen tärkeitä tilanteessa, jossa puu täytyy saada kuljetettua leimikolta käyttöpaikalle mahdollisimman nopeasti. Tien käytettävyys metsätalouden raskaille kuljetuksille on perustunut pitkään vain käytännön kokemuksen tuomaan tietoon. Lisäksi menetelmät metsäteiden kantavuu- den arvioimiseksi ovat olleet vähissä sopivien mittalaitteiden puuttumisen vuoksi. Mitatun tiedon perusteella tehtävä arvio metsätien kunnosta ja kulkukelpoisuudesta onnistuu hel- posti myös vähän aikaisempaa kokemusta omaavilta henkilöiltä. Teiden kuntoa on mitattu aikai- semmin kalliilla ja painavilla ajoneuvoon tai perävaunuun kiinnitettävillä levykuormituslaitteilla tai pudotuspainolaitteilla (Saarenketo ja Aho 2005). Nykyään näiden rinnalle on tarjolla myös kannettavia pudotuspainolaitteita ja käsikäyttöisiä penetrometrejä, joiden edullinen hankintahinta ja helpompi käsiteltävyys tarjoavat uusia käyttömahdollisuuksia. Tämän tutkimuksen aiheena oli niiden hyödyntäminen myös metsätiestöllä. 1.2 Tavoite Ongelmakohteiden paikantaminen metsätiestöltä ja sopivien kunnostusmenetelmien valinta muo- dostavat perustoimintamallin vaurioitumisen ennaltaehkäisyssä ja tien kulkukelpoisuuden säilyt- tämisessä. Roudan sulaminen, tien rakenne ja maaston topografia aiheuttavat tiestössä ilmeneviä kulkukelpoisuuteen liittyviä ongelmia (Saarenketo ja Aho 2005). Tavoitteena oli selvittää kanta- vuuden vaihtelua koealojen välillä, tien eri kohdissa poikittais- ja pitkittäissuunnassa ja eri vuo- denaikoina. Tutkimuksessa selvitettiin kolmen toisistaan poikkeavan laitteen soveltuvuutta tien kantavuuden mittaamiseen. Tarkasteltavat laitteet olivat DCP (Dynamic Cone Penetrometer) ja pudotuspainolaitteet Loadman II ja Kuab. Kirjallisuusselvityksen perusteella haluttiin selvittää niiden sopivuus käytännönläheiseen kantavuuden arviointiin. Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 7 1.3 Menetelmät Tien taustatiedot, kuten ikä, tehdyt perusparannustoimet ja kuivatusratkaisut, huomioidaan, kun etsitään syitä tapahtuneeseen kantavuuden alentumiseen. Roudan sulamiseen liittyviä prosesseja on tutkittu jokin verran mm. Tampereen Teknillisessä Yliopistossa. Metsäautotien kelirikosta on varsinaista tutkittua tietoa vähän. Kantavuuteen liittyvät tien rakenteen komponenttien tuntemi- nen ja niiden vaikutus sulamisprosessiin sekä kelirikon laatuun ovet keskeisiä tutkimuskohteita ja näitä seikkoja on tutkittu myös aikaisemmin suoritetuissa tutkimuksissa. Loadman II Loadman on kannettava pudotuspainomittari, jonka avulla saadaan nopeasti ja vaivattomasti tie- toa tien kantavuudesta. Keveyden ansiosta mittauksia voidaan tehdä paikoissa, joissa autoon kyt- ketyllä kantavuuslaitteella ei pystytä toimimaan. Keveydestä saatava hyöty on toisaalta otettava huomioon mittausta suoritettaessa. Pohjalevyn alle jäävät epätasaisuudet tai laitteen heilahtami- nen mittaushetkellä voivat aiheuttaa virheellisiä tuloksia. Pudotuspainolaite mittaa dynaamista tiehen kohdistuvaa rasitusta. Se vastaa liikennekuormituksen aiheuttamaa hetkellistä kuormitus- vaikutusta tierakenteeseen. Puolestaan levykuormituslaitteiden staattinen rasitus ei ole rasitusta- valtaan samankaltaista kuin pudotuspainolaitteen aiheuttama (Korsu ja Gros 1993). Loadman on rakennettu alumiiniputkeen, joka on sisältää pudotuspainon ja mittauselektroniikan. Laitteen kokonaispaino on 18 kg. Putkessa on vapaasti liikkumaan pääsevä 10 kg:n paino, jon- ka alapäässä on kumivaimennin. Se lukittuu yläpäässä olevaan magneettiin, joka on yhteydessä kumivaimentimen kautta välilaippaan. Elektroniikka sisältää kiihtyvyysanturin, joka mittaa kiih- tyvyyden painon pudotessa kuormituslevyyn. Mitattu kiihtyvyysarvo muutetaan elektronisesti suoraan taipumaksi. Prosessori laskee taipuma-arvon perusteella E-moduulin. Mittauksen jälkeen Kuva 1.1. Loadman II pudotuspainolaite ja koeala 6 kivennäismaa (Kuva: Jari Ilomäki 2010). Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 8 näytöllä on luettavissa E-moduulin lisäksi taipuma, kuormitusaika ja elastisuusindeksi. Elasti- suusindeksi saadaan palautuvan taipuman ja kokonaistaipuman suhteena, kun toinen ja kolmas mittaus suoritetaan prosessoria nollaamatta (Korsu ja Gros 1993). Tien kevätkantavuudelle ja vaurioitumiselle on laadittu havaintojen pohjalta luokittelu (taulukko 1.1), jonka avulla voidaan arvioida tien käytön aiheuttamaa vaurioitumisriskiä (Saarelainen 1999). Yllä olevassa taulukossa esitellyt kantavuusluvut sorateille ovat hyödynnettävissä myös metsäteil- le, kun arvioidaan tien kestävyyttä puutavarakuljetuksille tai muulle raskaalle liikenteelle. DCP Dynamic Cone Penetrometri (DCP) on maanpinnan kantavuuden arviointiin kehitetty mittalaite. Se on varsin yleisesti käytössä oleva menetelmä tien kantavuuden määrittämiseen Pohjois-Ame- rikassa. Euroopassa laitetta on käytetty vielä varsin vähän, mutta DCP on yleistymässä mm. Eng- lannissa ja Norjassa (Aho ym. 2005). Sen etuja ovat helppokäyttöisyys, edullinen hinta ja nopea mittausprosessi. DCP-laitteen rakenne sisältää pääpiirteittäin pudotettavan painon ja maahan up- poavan terästangon, jossa on terävä kärki. Uppoaman suuruus on luettavissa erillisestä tangosta olevasta asteikosta. Pudotuskertojen lukumäärä ja uppoaman suuruuden suhteesta voidaan laskea Taulukko 1.1. Loadman mittaustulosten luokittelu tien kantavuuden arvioinnissa (Saarelainen 1999). Tien kevätkantavuus Vaurioituminen E2 < 50 MPa Voimakas kelirikko E2 50…70 MPa Merkittävää urautumista E2 > 80 MPa Ei merkittävää vaurioitumista Kuva 1.2. DCP ja koeala 15 turvemaa (Kuva: Tomi Kaakkurivaara 2010). Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 9 tunkeuma (DPI=the DCP Penetration Index), joka kuvaa iskun aiheuttaman tunkeuman keski- määräistä suuruutta mm/isku. Mittaus lopetetaan, kun laite on saavuttanut maksimisyvyytensä tai halutun syvyyden tai laitteen tunkeuma on pienempi kuin 3 mm/isku. DPI perusteella voidaan laskea CBR prosenttiluku (California Bearing Ratio). Tässä tutkimuksessa on käytetty U.S. Army Engineers Waterways Experiment Station määrittelemää ja yleisesti käytössä olevaa kaavaa (User guide to…). log CBR=2,46 - 1,12 log DPI missä CBR California Bearing Ratio [%] DPI DCP-laitteen tunkeuma [mm / isku] CBR-luvun ja muodonmuutosmoduulin välille on määritelty useita erilaisia riippuvaisuuksia, jo- ten CBR-luku voidaan laskentakaavan avulla muuttaa edelleen MPa:ksi. Tässä tutkimuksessa on käytetty englantilaisen Transport and Road Research Laboratory esittelemää yhtälöä (Kolisoja 1993). E = 17,6 x CBR0,64 missä E kimmomoduuli [MPa] CBR California Bearing Ratio [%] Sopivia käyttökohteita ovat tien sulamisen edistymisen seuraaminen ja routarajan määrittäminen. DCP-mittauksesta on vielä vähän kokemuksia, joten sitä suositellaan käytettävän vain muita tut- kimusmenetelmiä tukevana menetelmänä (Aho ym. 2005). Tässä tutkimuksessa tutkittiin laitteen soveltuvuutta metsäteille. CBR-luvuille on olemassa luokittelu, jonka avulla on mahdollista määritellä käytössä olevan tien- rakennusmateriaalin käyttökohde (Bowles 1992) tai vähimmäisvaatimus rakennekerroksen kestä- vyydelle vanhan tien kuntoa mitattaessa. Kuab FWD Kuab pudotuspainolaite (Falling Weight Deflectometer) on dynaaminen kantavusmittalaite, jolla voidaan määritellä tien pinnan kimmoinen taipuma. Laite on toimintatavaltaan Laodmanin kaltai- nen. Tienrakennetta rasitetaan kuormituslevyn avulla ja samalla mitataan rakenteeseen kohdistu- va voima, sekä tien pinnan painuma l. taipuma. CBR-arvo Yleinen luokitus Käyttökohde Tienrakenne > 50 Erinomainen Kantava Kantavakerros 20 – 50 Hyvä Kantava tai jakava Kantavakerros 7 – 20 Kohtalainen Jakava Jakavakerros 3 – 7 Heikko Alusrakenne Pohjamaa 0 – 3 Erittäin heikko Alusrakenne Pohjamaa Taulukko 1.2. DCP-laitteen mittaustulosten luokittelu tien kantavuuden arvioinnissa (Bowles 1992). Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 10 1.4 Aineisto Tutkimukseen valittiin koealakäyttöön sopivia kohteita läheltä Parkanoa Metsähallituksen tiever- kolta. Kohteet sisälsivät sekä turvemaalle että ruotivalle kivennäispohjamaalle rakennettuja tei- tä, joilla ilmenee kelirikon aiheuttamia ongelmia. Sopivien alueiden etsintä tehtiin yhteistyössä Metsähallituksen kanssa. Etsinnässä hyödynnettiin paikkatietojärjestelmän sisältämiä sijainti- ja tieluokitustietoja. Koealojen sijaintien valinta tehtiin maastokatselmuksen yhteydessä. Mittaukset tehtiin keväällä ja alkukesästä kelirikon aikaan. Mittaukset suoritettiin valituilla mitta- uskohteilla, joille perustettiin koealat. Mittavälineitä on käytetty tutkimuksissa eri tavoin. DCP:llä mittaukset on tehty viidestä kohdasta tiehen nähden poikittain. Pudotuspainolaitteilla on mitattu tietä pitkittäin rengasuran kohdalla (Saarenketo ja Aho 2005). Tässä tutkimuksessa DCP:llä ja Loadmannilla mittaukset tehtiin yhdeksästä koealan kohdasta tiehen nähden sekä poikittain että pitkittäin. Kuab pudotuspainolaitteella puolestaan mitattiin joka koealalta yhdestä kohtaa ren- gasuralta. Tutkimusalueelta lähempään tarkasteluun valitut tiet valittiin seuraavin kriteerein: tiet ovat lä- piajettavia, rakennettu vuosina 1950-1980, teille ei ole tehty tietojärjestelmän mukaan peruskun- nostustoimenpiteitä ja niillä esiintyy kevät- ja syyskelirikkoa. Karttatarkastelussa paikannettiin tiealueilta tutkimukseen soveltuvia tieosuuksia, joissa tietä oli rakennettu sekä turvemaalle että kivennäismaalle. Karttatarkastelussa mukaan poimittiin kohteet, jossa oli tutkimukseen sopi- vaa tietä vähintään 100 metriä sekä turvemaalla että kivennäismaalla. Ennen valintaa suoritet- tiin maastokatselmus karttatarkastelussa sopiviksi osoittautuneille kohteille. Maastotarkastelua vaikeuttaa vuodenaika, joten se oli suoritettava ennen kelirikkoa teiden ollessa lumipeitteisiä tai sulamisprosessin ollessa vasta alkamassa. Parhaiten tien ja ympäristön sopivuus olisi todettavis- sa loppukeväästä. Maastotarkastelun pohjalta voidaan hylätä sopimattomia kohteita, jotka eivät vastaa asetettuja vaatimuksia. Maastotarkastelun jälkeen tutkimukseen valittiin 10 kohdetta sekä turve- että kivennäismailta. Valituille tieosuuksille perustettiin mittaustoimintaa varten koealat. Kuva 1.3. Kuab pudotus- painolaite (Kuva: Tomi Kaakkurivaara 2009). Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 11 Mittauksia tehtiin valituilla kohteilla vuosina 2009 ja 2010 kevään ja alkukesän ajan, kunnes rou- ta oli sulanut, tierakenne kuivunut ja normaali kesäajan kantavuus saavutettu. Koealat olivat toisiinsa nähden samankaltaisia ja mittausjärjestely oli suunniteltu käytettävien mittalaitteiden hyödynnettävyyden perusteella. Mittaukset tehtiin koealoilla jokaisella mittaus- kierroksella Loadmanilla ja DCP:llä. Perävaunuun rakennetulla Kuab pudotuspainolaitteella mit- taukset suoritettiin kerran kevään aikana, samoin kuin näytteiden otto tierakenteesta ja pohja- maasta. Mittaukset tehtiin Loadman- ja DCP-mittalaitteilla molemmilta rengasurilta eri puolilta tietä ja keskikohdalta. Mittauspisteet sijaitsivat 20 metrin etäisyydellä toisistaan. Mittauspisteet merkit- tiin tien reunaan paaluilla, jotta sama mittauspiste oli löydettävissä myös seuraavilla mittauskier- roksilla. Keskikohdalla mittapisteet sijaitsivat keskikohdan lisäksi myös rengasuralla ja tien lai- dassa jotta saataisiin havannoitua myös tien poikittainen profiili. Yhteensä 20 koealan pituiseen mittauskierrokseen aikaa kului neljä työpäivää. Mittaussarjan avulla pyrittiin arvioimaan, min- kälaisella metsätiellä kelirikosta oli eniten haittaa. Onko havaittavissa kelirikon tyypin tai keston suhteen erityisiä seikkoja, jotka jatkossa ovat huomioitavissa puuhuollon suunnittelussa metsä- tieverkolla. Mittaustulosten pohjalta laskettiin E-moduuliarvot ja kantavuusindeksit ja vertailtiin niitä pudotuspainolaitteen antamiin arvoihin. Kuva 1.4. Koealaksi 4 valittu turvemaakohde, joka täytti ase- tetut vaatimukset (Kuva: Tomi Kaakkurivaara). Kuva 1.5. Tutkimuksessa mu- kana ollut koeala 51, jossa tur- vemaakoeala sijaitsee kuvassa etualalla ja kivennäismaakoeala taaempana rinteessä (Kuva: Jari Ilomäki). Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 12 1.5 Tulokset Tulososiossa tarkastellaan DCP:n ja Loadmanin mittausarvoja touko-kesäkuussa. Seuraavissa ku- vissa mittaustulokset on esitetty mittauspisteittäin koealojen keskiarvoina. Keskiarvot sisältävät kolme mittauskierrosta, jotka on tehty keväällä ja kesällä 2009 sekä keväällä 2010. Kuvassa 1.6 mittauspisteiden 2, 4, 6, ja 8 korkeimmat kantavuusarvot sijaitsevat rengasuralla. Nii- den mittauspisteiden arvot ylittävät taulukossa 2 esitetyn minimiraja-arvon tien kestävyydestä. Rengasuralla sijaitsevien mittauspisteiden välillä ei ollut havaittavissa eroa kivennäismaa- tai tur- vemaakoealojen kesken vaan paremmuudet jakaantuivat tasan kivenmaa- ja turvemaakoealojen kesken. Tien laidan ja keskustan koealoilla kantavuusarvot jäivät heikoiksi. Tien keskellä olevat koealat 1, 5 ja 9 olivat kantavuusarvoltaan pääsääntöisesti 50 MPa:n arvon alapuolella. Tien laidal- la sijaitsevilla koealoilla 3 ja 7 kantavuus oli hieman yli 30 MPa:a. Rengasuran ulkopuolisilla mit- tauspisteillä turvemaakoealoilla kantavuus oli hieman parempi kuin vastaavasti kivennäismaalla. Kuvassa 1.7 on esitelty koealakohtaisesti Loadmanin mittaustulokset. Koealojen vaihteluväli oli suurta 30–80 MPa:n välillä. Vertailtaessa kivennäismaan ja turvemaan koealapareja erot jäivät pieniksi. Neljällä koealaparilla kivennäismaakoealan kantavuus oli 1,2–6,0 MPa:a korkeampi ja kahdella koealaparilla turvemaa oli kivennäismaakoealaa 1,4–2,6 MPa:a kantavampi. Merkittävi- en kelirikkovaurioiden rajan 50 MPa:n keskimääräisen kantavuuden alle jäi yksi koealapari. Yli 80 MPa:n kantavuusarvoon ei yltänyt yksikään koealoista. Kuva 1.6. Loadmanin kolmen mittauskierroksen keskiarvot mittauspisteittäin. Kuva 1.7. Loadmanin kolmen mittauskierroksen keskiarvot koealoittain. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 1 2 3 4 5 6 7 8 9 K an ta vu us , M P a Mittauspiste Turve Kivennäismaa 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 4 6 7 11 12 15 25 51 52 K an ta vu us , M P a Koeala Turve Kivennäismaa Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 13 DCP:llä tehdyistä mittauksista on keskiarvot laskettu koealakohtaisesti kuvassa 1.8. Seitsemäl- lä kahdeksasta turvemaalla sijaitsevasta koealasta oli parempi kantavuus kuin kivennäismaalla. Osalla koealapareista ero oli selkeä erotuksen vaihdellessa 0,6–9,9. CBR-luokittelun pohjalta 20 prosentin kantavan kerroksen raja-arvon ylitti kolme koealaparia. Kahden koealaparin osalta vain turvemaa ylitti 20 prosentin rajan ja yhden koealaparin osalta vuorostaan kivenäismaakoeala. Kaksi koealaparia jäi molempien koealojen osalta alle vaaditun 20 prosentin arvon. Mittauspistekohtaisesti mitatut CBR-arvot on esitelty kuvassa 1.9. Rengasuran kohdalla sijait- sevat mittauspisteet erottuivat selkeästi korkeammilla kantavuusluvuilla. Niiden kantavuusarvot ylittivät kaikissa tapauksissa 20 prosentin raja-arvon, joka on hyvän kantavuuden raja. Turvemaa- koealoilla oli DCP-mittausten mukaan kolmella mittauspisteellä neljästä korkeampi kuin samalla tieosuudella sijaitsevalla kivennäismaakoealalla. Rengasuran mittauspisteiden suhteen koealapa- rien keskinäinen vaihtelu oli 2,3–9. Rengasuran ulkopuolisilla mittauspisteillä kantavuusarvot vaihtelivat 10–18,5 %:n välillä ja koealaparien kesken 0,3–6,5. Turvemaalla sijaitsevat koealat olivat neljässä tapauksessa viidestä selkeästi paremman kohtalaisen kantavuustason omaavia. Kuvassa 1.9 esitellyt DCP:n mittaustulokset ovat vastaavanlaisia kuin Loadmanilla saadut. Ren- gasuralla tehdyt mittaukset olivat kaksin-kolminkertaisesti korkeampia kuin tien laidassa ja kes- kellä mitatut. Tämän kaltaisen eron syitä ovat tien laidan heikompi materiaali ja tien ojaluiskan vaikutus sekä rakenteen tiivistyminen ajan myötä. Kuva 1.8. DCP:n kolmen mittauskierroksen keskiarvot koealoittain. Kuva 1.9. DCP:n kolmen mittauskierroksen keskiarvot mittauspisteittäin. 0 5 10 15 20 25 30 4 6 7 11 12 15 25 51 K an ta vu us , C B R Mittauspiste Turve Kivennäismaa 0 5 10 15 20 25 30 35 1 2 3 4 5 6 7 8 9 K an ta vu us , C B R Koeala Turve Kivennäismaa Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 14 Kuvassa 1.10 on Loadmanilla ja DCP:llä tien laidassa olevista mittauspisteistä saatujen tulosten keskiarvot kolmelta eri vuodenajalta. Kuvassa mainitut load1, load2 ja load3 ovat yhden mittaus- kerran kolme peräkkäistä tulosta. Loadmanilla mitattaessa on huomioitava vasta kolmas mittaus, koska maan tiivistymisen vuoksi mittaustulos olisi muuten vääristynyt. Kantavuusarvot nousivat odotusten mukaisesti, mutta eivät vastaavalle tasolle kuin DCP-laitteella. DCP-laitteen MPa-arvo on laskettu CBR-luvusta, jonka tarkempi laskentamalli on esitelty menetelmäosiossa. Tuloksista on nähtävissä kantavuuden kehittyminen mittausten aikana touko-kesäkuussa. Kuvassa 1.11 on esitelty molempien käsikäyttöisten kantavuusmittalaitteiden tuloksia verrattuna Kuab-pudotuspainolaitteen antamiin tuloksiin. Kuab-mittaukset tehtiin kelirikon jälkeen touko- kuussa ja vertailtavat mittaukset kesäkuussa. Rengasuralla sijainneiden mittauspisteiden Kuab- mittaukset olivat jokaisella koealalla kantavuusluvun suhteen heikoimmat. Loadman-mittaukset olivat toiseksi heikoimmat yhtä koealaa lukuun ottamatta, jossa Loadmanin mittausarvo ylitti DCP:n vastaavan. Laitteiden mittaustulosten välinen tasoero oli huomattava lähes kautta linjan. Kuabin ja Loadmanin välinen Pearsonin korrelaatio oli 0,50, Kuabin ja DCP:n välinen korrelaa- tio oli 0,39 ja Loadman ja DCP:n välillä korrelaatio oli 0,68. Jokaiselle havaintojoukolle on myös merkitty kuvaan 1.12 regressioyhtälöt ja -suorat, joille laskettiin lisäksi P-arvot. Loadmanin ja DCP:n välillä P-arvo oli 0,004, mikä osoittaa merkitsevää riippuvuutta näiden kahden mittalait- Kuva 1.10. Kantavuus tien laidassa mitattuna Loadmanilla ja DCP:llä. 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Kevät Kesä Jäätynyt MPa load1 load2 load3 E-moduuli Kuva 1.11. Kolmen kantavuusmittauslaitteen keskinäinen vertailu. 0 50 100 150 200 250 MPa Koeala KUAB Loadman DCP 6 K iv 4 K iv 15 Kiv 12 Kiv 11 Kiv 51 Kiv 7 K iv 25 Kiv 6 T ur 25 Tu r 4 T ur 15 Tu r 12 Tu r 11 Tu r 51 Tu r 7 T ur Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 15 teen välillä. Kuabin ja DCP:n välisen yhtälön P-arvo oli 0,138 ja Kuabin ja Loadmanin puoles- taan 0,05. Nämä P-arvot eivät ole riittävän pieniä johtuen muista asiaan vaikuttavista tekijöistä, jotka aiheuttavat havaintopisteiden hajontaa. 1.6 Tulosten tarkastelu Tulokset osoittavat metsäteillä tapahtuvan liikennöinnin vaikuttavan selvästi tien kantavuuteen. Kantavuus on rakenteen tiivistymisen vuoksi kestävämpi siinä kohdassa tietä, johon liikennöin- ti on vaikuttanut. Tien laidat ja keskiosa puolestaan ovat erittäin heikkokuntoisia. Turvemailla olevien koealojen yleisesti parempi kantavuus verrattuna kivennäismailla sijaitseviin oli yllätys. Koealaparien välisessä vertailussa Loadmanin osalta heikoimman ja parhaimman mittausarvo- jen välinen ero oli kaksinkertainen. Koealaparien sisäinen vaihtelu oli vähäistä, mikä oli vastoin odotuksia metsäteiden turvemaakohtien keskimääräistä heikommasta kantavuudesta. Loadmanin osalta voidaan esiteltyjen mittaustulosten perusteella pitää tarpeellisena vähintään kolmen mit- tauspudotuksen tekemistä yhdellä mittauskerralla. Näin menetellen on vältettävissä liian heikon kantavuusarvon mittaaminen. Kuva 1.12. Mittaustulosten vertailu kaikkien kolmen mittalaitteen kes- ken sekä regressioyhtälöt. Kuab 0 50 100 150 200 250 D C P 0 50 100 150 200 250 DCP = 133,9 + 0,77*Kuab DCP 0 50 100 150 200 250 Lo ad m an 0 50 100 150 200 250 Loadman = 48,4 + 0,40*DCP Kuab 0 50 100 150 200 250 Lo ad m an 0 50 100 150 200 250 Loadman = 90,7 + 0,59*Kuab Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 16 DCP:llä mitatun aineiston koealakohtainen tarkastelu osoittaa eroja koealaparien sisäisessä ver- tailussa toisin kuin Loadmanilla. Selkeimmät erot näkyivät koealoilla 4, 12, 15 ja 51, joissa jo- kaisessa turvemaakoeala oli selvästi kivennäismaata parempi. Muiden koealaparien osalta ero oli pieni, mutta turvemaakoealan eduksi yhtä tapausta lukuun ottamatta. Tämä osoittaa tarkastelussa mukana olleiden turvemaakohteiden olevan kautta linjan mukana olleita kivennäismaakohteita parempia. Tämä poikkeaa Loadmanilla saaduista vastaavista tuloksista. Syynä on mitä luultavim- min mittaustapojen erilaisuus. Koealaparien välillä erot näkyvät DCP:llä myös selkeästi ja vas- taavanlaisesti kuin Loadmanilla. Verrattaessa käsikäyttöisten kantavuusmittalaitteiden tuloksia Kuabin vastaaviin tuloksiin erot ovat selkeitä. Merkittävänä tekijänä on mittaustavan erilaisuus DCP:n kohdalla ja toisena mah- dollisena asiaan vaikuttavana tekijänä tehtyjen mittausten sijoittuminen pitkälle aikavälille. Tar- kastelussa oli mukana vain 16 havaintoa. Suuremmalla havaintojen lukumäärällä Kuabin ja Load- manin välinen regressioyhtälön p-arvo luultavasti pienentyisi ja mittaustulos olisi muutettavissa suuremmalla varmuudella toisen kantavuuslaitteen mittausasteikolle. DCP:n ja Kuab välillä ha- vaintojoukosta viisi mittaustulosta sijoittuu muista poiketen, minkä vuoksi selitysaste jää heikok- si. Loadmanin ja DCP:n välillä suora regressioyhtälö toimii yllättävän hyvin ja sitä voidaan käyt- tää mittaustulosten muuttamiseen näiden kahden laitteen välillä. 1.7 Päätelmiä ja pohdintaa Kivennäismaalla sijanneiden koealojen heikomman menestyksen takana voi olla valintatilantees- sa tehty silmämääräinen kohteen arviointi. Riittävän pitkän ja tasalaatuisen turvemaakoealan löy- tymisen jälkeen etsittiin mahdollisimman läheltä, 200-2000 metrin etäisyydeltä huonokuntoinen kohta kivennäismaalta. Nämä kohdat ovat olleet myös mittaustulosten mukaan heikomman kan- tavuuden omaavia, kun niitä verrataan turvemaakohteisiin. Toisena selittävänä tekijänä voi olla turvemaiden kohdalla parempien maa-ainesten käyttö. DCP:n erityispiirteenä on tienrakenteessa olevien kivien hidastava vaikutus mittaustangon upotessa tiehen. Runsaammin keskikokoista ki- viainesta sisältävien teiden osalta tämän vaikutusta on vaikea ottaa huomioon, kun selvää pysäh- dystä mittaustangon tunkeutumiseen ei ole havattavissa, kuten suurten kivien kohdalla. Vertailussa käytetyt mittalaitteet mittaavat samaa suuretta kimmomoduulia, mutta mittaus ulottuu maan eri kerrosten alueille. Loadman mittaa selkeimmin maan rakenteen pinta-osia ja DCP puo- lestaan maan lujuutta maan syvemmissä kerroksissa. Suurista mittaeroista huolimatta oli viitteitä mittalaitteiden tulosten riippuvuudesta keskenään erityisesti käsikäyttöisten laitteiden osalta. Laitteiden käyttökelpoisuuden kannalta on merkitsevää, kuinka hyvin mittalaitteet ennustavat varsinaista tutkimusongelmaa, tien kantavuutta puun kuljetusoperaatioiden kannalta. Seuraavassa vaiheessa onkin järjestettävä tutkimusasetelma niin, että mittalaitteiden tuloksia voitaisiin verrata puutavara-auton aiheuttamaan urapainumaan. Pitkällä aikavälillä olisi pystyttävä muodostamaan fysikaalisiin mittauksiin perustuva FEM-malli, joka simuloinnin avulla pystyy ratkaisemaan ja/ tai ennustamaan tien kantavuuden, kun malliin syötetään lähtöparametrit. Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 17 Kirjallisuus Aho, S., Saarenketo, T. ja Kolisoja, P. 2005. Kelirikkokorjausten suunnittelu ja rakentaminen, Vähäliiken- teisten teiden taloudellinen ylläpito -tutkimusohjelma. Tiehallinnon selvityksiä 64/2005. Aho, S. 2004. Sorateiden kelirikkokorjausten toimivuus ja elinkaarikustannukset. Julkaisu 58 Pohja- ja maarakenteet, Rakennustekniikan osasto, Tampereen Teknillinen Yliopisto. Bowles, J. 1992. Engineering Properties of Soils and their Measurement. Kolisoja, P. 1993. Sitomattomien kerrosten kiviainesten muodonmuutosominaisuudet. Kirjallisuusselvitys. Tampereen Teknillinen Korkeakoulu, Geotekniikan laitos. Tampere. Korsu, P. & Gros, C. 1993. Loadman – kannettavan pudotuspainolaitteen käyttö. Oulun Yliopiston tie- ja liikennetekniikan laboratorion julkaisuja 21. Saarelainen, S. 1999. Kelirikkoisten sorateiden kantavuuden parantamismenetelmiä. Bitumistabilointi ja raudoitettu murske. Loppuraportti. Tielaitoksen sisäisiä julkaisuja 6/1999, Tiehallinto, Savo-Karjalan tiepiiri, Tie- ja liikennetekniikka. Kuopio. Saarenketo, T. & Aho, S. 2005. Managing spring thaw weakening on low volume roads. Roadex II Northern periphery. User guide to the Dynamic Cone Penetrometer. Office of Minnesota Road Research. Minnesota Depart- ment of Transportation. Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 18 2 Metsäteiden uudet kunnostusmenetelmät 2.1 Johdanto Tähän mennessä metsäteiden peruskunnostaminen on tehty samoilla materiaaleilla ja menetelmil- lä kohteesta juurikaan riippumatta. Pelkällä luonnonsoralla tai kalliomurskeella on pyritty nos- tamaan tien heikentynyttä kantavuutta. Heikentynyt kantavuus on voinut johtua tien rakenneker- rosten sekoittumisesta keskenään tai pohjamaahan. Lisäksi heikentynyt kantavuus on tyypillinen ongelma vanhoilla metsäautoteillä, jotka eivät vastaa nykyisten raskaampien puutavara-autojen tarpeita. Metsätieverkon lisääntyvä korjaustarpeen määrä ja liikennöinti kyvyn ylläpitäminen ovat tämän hetken ja tulevien vuosien tärkeä seikka, joka vaikuttaa teollisuuden puuhuollon tur- vaamiseen. Nykyisin metsäteitä rakennetaan alle 1000 kilometriä vuodessa. Valtaosa metsäteistä on rakennet- tu 1960-luvun lopun ja 1990-luvun alun välillä, jolloin rakennettiin vuosittain 3000–5000 kilo- metriä. Nämä tiet ovat tulleet perusparannusikään, ja kunnostusmäärät ovat viime vuosina olleet yli 3000 kilometriä (Metsätilastollinen… 2009). Metsäteiden osalta nykyistenkaltaiset peruskun- nostusmenetelmät ovat taloudellisia ja riittäviä. Samalla tieosuudella voi olla myös lähtökohdil- taan heikompia kohteita. Tämänkaltaiset kohteet vaativat erityishuomiota, jotta peruskunnostus olisi toteutukseltaan kestävä ja pitkäikäinen. Usein tällaiset kohdat sijaitsevat turvemaalla tai ki- vennäismaalla, jossa ongelmia voi aiheuttaa mm. heikko kuivatus, routiva pohjamaa tai heikko- laatuinen tienrakennusmateriaali. Yleisillä sorateillä on Tiehallinnon toimesta todettu systemaattisen ja järjestelmällisen korjaus- menettelyn kautta päädyttävän elinkaarikustannusten suhteen optimaalisen korjausmenetelmien toteuttamiseen (Aho ym. 2005). Vastaavanlainen täsmäkorjaus metsäteiden kunnossapidossa on yleinen, kun kyseessä on muut kuin peruskunnostustoimenpiteet esim. tierumpujen uusinta. Aja- tusmallin laajentaminen peruskunnostamisen yhteyteen olisi hyvä menettelytapa silloin, kun teh- dään tarkemmin valittujen kunnostustoimenpiteiden valinta juuri tietylle tien kohdalle. 2.2 Tutkimuksen tavoitteet Tämän tutkimuksen ajatuksena on esitellä vaihtoehtoisia kunnostusmenetelmiä erityisesti niihin kohteisiin, joissa perinteinen menetelmä ei riitä pitkäaikaista kantavuuden saavuttamiseen. Tässä tutkimuksessa on otettu kokeiltavaksi neljä erilaista kunnostusmenetelmää. Masuunihiekka/te- räskuonaseos, suodatinkankaat ja geoverkot ovat tierakentamisessa entuudestaan käytettyjä ma- teriaaleja. Tosin ne ovat metsätiepuolella vielä tuntemattomia suodatinkankaita lukuun ottamatta. Neljäntenä mukana on muista poikkeava ja käyttötavaltaan ja -kohteiltaan erilainen risutukit. Ta- voitteena on selvittää edellä mainittujen menetelmien soveltuvuus ja taloudellisuus metsäteille. Tarkoituksena on tehdä kyseisillä menetelmillä yhdeksän koealaa, joista on tehty kantavuusmit- taukset ennen korjauksia. Tarkoituksena on jatkohankkeen puitteissa seurata koealojen kantavuu- den muutosta ja pysyvyyttä kunnostuskoealoilla ja saada pitkäaikaisseurannan myötä tietoa ko- keilujen onnistumisesta. Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 19 2.3 Tekniikat ja menetelmät 2.3.1 Koealojen valinta Koealat on valittu jokaisen menetelmän osalta erikseen kohteelle, jossa sen odotetaan toimivan parhaiten. Yhteensä koealoja on yhdeksän, masuunihiekka-teräskuonaseokselle kolme ja muille kaksi koealaa menetelmää kohden. Viisi koealoista oli perustettu jo vuotta aikaisemmin ja niillä oli tehty kantavuusmittauksia 2009 ja keväällä 2010. Neljä koealoista oli uusia ja niiden kanta- vuudet oli mitattu vain yhden kerran kesäkuussa 2010 ennen tehtyjä kunnostuskokeita. Koealat sijaitsivat Parkano-Kuru-Virrat alueella Metsähallituksen metsätieverkolla. Kohteiden valintaa tehtäessä hyödynnettiin Metsähallituksen henkilöstön tietämystä lyhyistä huonokuntoisista tien- pätkistä, jotka haittaavat liikennöintiä. Lisäksi koealoja on etsitty Metsähallituksena TieGis-tieto- järjestelmästä. Koealat olivat 40 metriä pitkiä ja kantavuusmittauksia tehtiin kolmesta eri kohdas- ta yhteensä yhdeksästä mittauspisteestä. 2.3.2 Suodatinkankaat Suodatinkankaat ovat hyvin yleisesti käytettyjä tienrakentamisessa. Myös metsäteillä niiden käy- töstä on muutamia kokemuksia. Niiden etuina ovat kantavuuden kasvu, maakerrosten sekoittu- misen esto ja rakenteen käyttöiän pidentyminen. Suodatinkangasta käytettiin tässä tutkimuksessa normaalista hieman poikkeavalla tavalla (Lahtinen ja Jyrävä 2006). Kuva 2.1. Murske levittiin suodatinkankaan päälle ja lanattiin tasaiseksi (Kuva: Jari Ilomäki 2010). Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 20 Tässä kokeilussa suodatinkankaiden käyttö on viety normaalia käyttötapaa pidemmälle, sillä suo- datinkangasta on käytetty paketointia muistuttavalla tavalla. Suodatinkankaaksi valittiin Terrasa- fe TS3. Valinta perustui NorGeoSpec 2002 -standardin mukaiseen luokitukseen, jossa otetaan huomioon pohjamaa, rakentamisolosuhteet ja täyttömateriaalin maksimiraekoko. Molemmat koealat sijaitsivat samalla tieosuudella 100 metrin päässä toisistaan sekä turvemaalla että kiven- näismaalla. Suodatinkangas oli leveydeltään 5,25 metriä ja suodatinkankaan käyttöluokka valit- tiin mitattujen kantavuusarvojen pohjalta. Metsätien leveyden ollessa noin 3,6 metriä tiealueen ylittävä osuus oli 0,8 metriä tien molemmilla reunoilla. Suodatinkankaiden levittäminen oli nopeaa. Kangas toimitettiin 160 metrin rullassa, joka oli helppo rullata auki tien päälle. Molemmille koealoille tuli noin 80 metrin pituudelta suodatinkan- gasta. Koealat oli perustettu jo vuotta aikaisemmin, ja niistä oli kattava kantavuusmittausaineis- to ennen toteutettua toimenpidettä. Kankaan levittämisen jälkeen päälle levitettiin sorakerros ja reunat käännettiin sen päälle. Lopuksi ajettiin toinen sorakerros, jotta kangas peittyi kokonaan. Kivennäismaalle mursketta tuotiin 112,3 tonnia. Kivennäismaalle kooltaan 0–55 mm:n mursketta tuli noin 8–15 cm:n paksuudelta kankaan päälle kahdella täysperävaunullisella kuormalla. Reu- nojen taittamisen jälkeen koealalle levitettiin yksi täysi kuorma 0–32 mm:n mursketta. Turve- maalle vuorostaan mursketta tuotiin 182,2 tonnia. Karkeamman murskeen paksuus suodatinkan- kaan päällä oli 10–15 cm. Hienompaa 0–32 mm:n mursketta ajettiin yksi kerros enemmän kuin kivennäismaalla. Työn onnistumisen suhteen lanauksella oli tärkeä merkitys. Mursketta tasattiin ja tien profiilia muotoiltiin sekä soranajon aikana että lopuksi. Suodatinkankaan kääntämisen ansiosta erityisesti tien reunat vahvistuvat ja kantavuus paranee koko leveydellä. Käytettävä murskeen määrä oli varsin suuri. Mikäli tien korkeuden nosto ei ole niinkään tarpeellista, voidaan tehdä vastaava toimenpide kuin Tiehallinnon kokeilussa (Lahtinen ja Jyrävä 2006), jossa vanha tien pintakerros nostetaan sivuun ja käytetään ensimmäisessä kerrok- sessa ennen kankaan kääntämistä. Kuva 2.2. Suodatinkankaan reunat käännettiin tasatun murskekerroksen päälle ja uusi murskekerros levitettiin paketoidun kerroksen päälle (Kuva: Jari Ilomäki 2010). Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 21 2.3.3 Geoverkot Geoverkon toiminta perustuu verkon lukitusominaisuuteen jäykistää maa-aineskerros, jolloin ajo- neuvon kuormitus jakautuu laajemmalle alueelle ja maa-aines siirtää kuormituksen verkon vas- taanotettavaksi. Lisäksi geoverkot pitävät painumaerot hallinnassa ja tasoittavat maa-aineshuo- koset tai pehmeät maastokohdat. Geoverkot ovat yleisesti käytettyjä vahvistusratkaisuja yleisten teiden rakentamisessa, kaatopaikoilla ja muissa vastaavissa kohteissa (Ravaska 2010). Geoverkoista mukaan valikoitui Nauen Secugrid 40/40 ja 30/30, jotka on valmistettu polypro- peenista ja polyesteristä. Geoverkon toimintaperiaate on verkon päälle olevan maa-aineksen lu- kittuminen, jolloin muodostuu vahva kantava kerros tierakenteeseen. Geoverkoille valitut kaksi koealaa olivat turvemaalla ja ”turvemaalla”, jossa tie on rakennettu avosuon ylitse suon pohjaa myöten kivennäismaalla ja isoilla kivillä vahvistettuna. Verkot toimitettiin kahdessa 100 metrin rullassa. Koealat sijaitsivat suorilla tieosuuksilla, minkä vuoksi geoverkot olivat helppo levit- tää tielle. Geoverkkojen 4,75 metrin ylileveys puolestaan aiheutti ongelmia kapealla metsätiellä. Geoverkkoa ei lähdetty leikkaamaan kapeammaksi vaan yli menevä osuus taitettiin tieosuuden päälle. Tämä aiheutti noin puolen tunnin lisätyön kahdelle hengelle yhdellä 100 metrin pituisella matkalla. Tien leveyden ollessa 3,6 metriä kaksinkertaisen geovahvisteen leveydeksi muodostui 60 cm molemmille reunoille. Kun koealojen pituuden olivat 40 metriä, geoverkot ylittivät koealat molemmissa päissä 30 met- rillä. Taitellun geoverkon päälle ajettiin mursketta 20 cm:n paksuudelta ”turvemaalle” ja 15 cm turvemaa koealalle. Pintakerros koostui 0–35 mm murskeesta. Tien lopullinen muotoilu tehtiin la- nalla. Lanausvaiheessa tuli esille yksi huomioon otettava seikka. Mikäli tie on ennestään urautu- nut, voi ongelmia ilmaantua tietä muotoon lanattaessa. Keskikohdan ollessa koholla voi liian sy- Kuva 2.3. Geoverkkokoealat tehtiin koealaparille 52; edessä turvemaalle tehty ja taaempana rinteessä kivennäismaalla oleva (Kuva: Jari Ilomäki 2010). Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 22 Kuva 2.4. Geoverkko rullattiin suoraan vanhan tien päälle. Leveyden vuoksi reunat jouduttiin kääntämään kaksin- kerroin (Kuva: Jari Ilomäki 2010). Kuva 2.5. Verkon päälle levitetty karkeampi murske tasattiin ja muotoiltiin ennen kulutuskerroksen levittämistä (Kuva: Jari Ilomäki 2010). Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 23 vältä lanattaessa geoverkko paljastua ja takertua terälevyn piikkeihin. Tämän voi välttää tekemällä voimakkaasti urautuneilla kohteilla vanhan tien lanauksen ennen verkon asentamista tai heikom- min urautuneilla tarkkailla huolellisesti lanauksen onnistumista uuden tiepinnan muotoilussa. 2.3.4 Masuunihiekka-teräskuonaseos Terästeollisuuden sivutuotteina syntyvät teräskuona ja masuunihiekka ovat rakennusmateriaaleja, jotka sisältävät kalsium-, pii- ja magnesiumoksideja toisistaan hieman poikkeavassa suhteessa. Nämä aineet sitoutuvat luonnonkosteassa tilassa hydraulisesti muodostaen puolijäykän raken- teen, jolla on luonnonkiviaineksia parempi kantavuus. Sitoutuminen on pitkäaikainen prosessi, joka rakenteen rikkoutuessa syntyy uudelleen rakeiden pinnoille ja tällä itsekorjautumisella pi- dentää merkittävästi kantavan rakenteen kestoikää. Lisäksi luonnonkiviaineksiin verrattuna sen Kuva 2.6. Masuunihiek- ka-teräskuona siirretään kasalta ja levitetään trak- torin avulla muutama metri kerrallaan (Kuva: Jari Ilomäki 2010). Kuva 2.7. Masuuni- hiekka-teräskuona se- koitetaan tien pintaker- rokseen pitkäpiikkisellä kauhalla (Kuva: Jari Ilo- mäki 2010). Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 24 paino on hieman kevyempi. Masuunihiekalla rakenneteoreettinen tilavuuspaino vaihtelee välillä 1,4–1,55 tn/m3. Teräskuonan ja masuunikuonan seos sekoitetaan tien pintakerrokseen, jolloin tar- vittava määrä jää neliömetriä kohden pieneksi. Seos sopii hyvin sideaineeksi stabilointiin ja peh- meikkörakentamiseen (Syrjynen 1995, Maa- ja tienrakennustuotteet 2006). Ruukki Oyj toimitti masuunihiekka-teräskuonaseoksen, jonka seossuhde oli 50:50. Sekoitussuh- de perustui koealoilta otettuihin maanäytteisiin ja niistä tehtyihin laboratoriokokeisiin. Koealoja valittiin kolme, joista yksi oli uusi ja kaksi turvemaalla sijaitsevaa jo edellisvuonna perustettuja koealoja. Uudelle koealalle perustettiin myös seurantajärjestelmä, joka tallensi talven ajan lämpö- tila- ja kosteusmuutokset tierakenteen sisällä. Myös pohjaveden mittausta varten asennettiin poh- javesimittausputki. Antureiden asennus tehtiin koealalla tehtyjen kunnostustoimenpiteiden yhdes- sä. Seurantajärjestelmän asentamisesta ja mittausaineiston keräämisestä vastasi Soilmetric Ky. Seoksen sekoittaminen vanhaan tiehen tehtiin seuraavasti. Koealat jaettiin puoliksi koealan kes- kipaalun kohdalta, jossa toisen puolen sekoitussyvyys oli 20 cm ja toisen puolen 30 cm. Mo- lempien koealapuolien sideainepitoisuus oli 10 %. Ensimmäiseksi tien pinta rikottiin kaivurilla ennalta määritellyn syvyyden verran. Yhtä neliömetriä kohden sekoitettavaksi oli laskettu tietty kilomäärä. Tämänkaltaisen tarkkuuteen pääseminen oli mahdotonta käytössä olleiden välineiden avulla. Tarvittava kg/m3-määrä arvioitiin traktorin etukauhan tilavuuden ja masuunihiekka-teräs- kuonaseoksen tiheyden perusteella. Seos leviteltiin tielle ja kaivurin toimesta sekoitettiin rikot- tuun pintakerrokseen ja tasoitettiin kauhalla. Yhdellä kerralla päästiin eteenpäin muutama metri riippuen tien leveydestä ja neliömetrille lasketusta määrästä riippuen. Kuva 2.8. Koealalle asennettujen läm- pötila- ja kosteusantureiden sijainnit ja syvyydet dokumentoitiin (Kuva: Jari Ilo- mäki 2010). Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 25 2.3.5 Risutukit Risutukkien käyttö tien kantavuuden parantamisessa sopii parhaiten turvemaakohdille, joissa vanha tie on korjattava kokonaisuudessaan. Tien vanhat rakennekerrokset poistetaan, turveker- roksen päälle asennetaan risutukit poikittain tiehen nähden ja sen päälle levitetään kantava sora- kerros. Risutukkien tarkoituksena on muodostaa kevyt ja kantava kerros. Risutukit ovat runko- puuta edullisempi tapa eristää turve ja tiehen käytetty sora toisistaan. Samalla muodostuu turpeen päälle “kelluva” kantavuutta parantava pohja. Vastaava tien korottaminen maa-aineksilla lisäisi tien massaa kahdeksankertaisesti. Aikaisempaa kokemusta risutukin käytöstä tierakenteessa ei tiettävästi ole. Risutukkeja kokeiltiin kahdessa kohteessa, joista toinen oli perustettu jo vuonna 2009. Molem- missa kohteissa tien voimakas painuminen aiheutti tien käytölle ongelmia. Tämänkaltainen ti- lanne ilmeni erityisesti keväisin veden peittäessä tien, koska tienpinta oli ympäristöä alempana. Korjattavien koealojen pituudet olivat noin 20 ja 40 metriä. Risutukit kohteille toimitti UPM. Normaalin pituuden sijaan risutukit tehtiin viiden metrin mit- taisiksi. Halkaisija oli puolestaan tyypilliset 75 cm. Risutukin halkaisijasta riippuu, kuinka suu- reksi tien korotus tulee ja kuinka pitkälti yhdellä risutukilla voidaan edetä. Risutukit tehtiin lei- mikosta, josta saatiin sivuoksien sijaan normaalia enemmän latvuksia. Risutukkien pituuden ja Kuva 2.9. Kaivurilla avataan tietä ker- ralla puomin mitan verran niin, että kaivusyvyys on selvästi alle pohjave- denpinnan tason (Kuva: Jari Ilomäki 2010). Kuva 2.10. Risutukit tuodaan varastol- ta metsätraktorilla ja nostellaan tien- pohjalle. Kaivuri siirtää risutukit lähek- käin (Kuva: Jari Ilomäki 2010). Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 26 ylimääräisen käsittelykerran vuoksi muutamat niistä eivät kestäneet, vaan katkesivat kahteen tai useampaan osaan. Molemmilla koealoilla vanhan tien pintakerrosta poistettiin niin, että risutukit jäivät puoliksi pohjaveden peittoon. Tietä korjattiin kerralla viiden-kuuden risutukin verran ker- rallaan. Kaivuri poisti ensin maa-aineksen, jonka jälkeen metsätraktori toi varastopaikalta risutu- kit ja asetteli ne tienpohjaksi. Tämän jälkeen kaivuri siirsi vanhan tien soran risutukkien päälle ja tien sivuluiskiin. Tien pinnaksi pidemmällä koealalla tuli 125,5 tonnia 0–65 mm:n mursketta ja 44,8 tonnia 0–32 mm:n mursketta. Uuden tien kantava kerros muodostui varsin paksuksi, koska haluttiin olla varmoja kokeilun onnistumisesta runsasliikenteisellä tiellä. Puolestaan lyhyemmällä koealalla 0–65 mm:n mursketta laitettiin 41,7 tonnia. 2.4 Tulokset tekniikoista Kunnostusmenetelmien taloudellinen vertailu on tärkeä seikka, kun toimenpiteiden järkevyyttä arvioidaan. Kustannuslaskennassa otettiin huomioon sekä työkustannukset että materiaalikulut. Ainoastaan työnjohdolle ja vahvistemateriaalien käsittelylle ei kustannuksia määritelty. Kustan- nusten laskenta perustui Metsähallituksen saamiin laskutuksiin käytetystä työajasta ja tuntihin- noista. Koneiden siirtomatkojen vaihdellessa kaikille koealoille määriteltiin yhtenäinen 50 km:n siirtomatka ja 1,50 €/km siirtokorvaus. Murskeen osalta suodatinkangaskoealoilla käytettiin Met- Kuva 2.11. Tien vanha materiaali siir- retään kaivurin takaa takaisin tielle asennettujen risutukkien päälle (Kuva: Jari Ilomäki 2010). Kuva 2.12. Vanha materiaali tasoite- taan ja päälle levitetään murskekerros (Kuva: Jari Ilomäki 2010). Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 27 sähallituksen omaa mursketta, jolloin kustannus koostui pelkästä murskauksesta ja kuljetuksesta. Tämä laski materiaalikustannusta noin 20 %, mikä tarkoittaa noin 3-4 euron kustannussäästöä tie- metrille. Puolestaan vastaavassa tilanteessa risutukkien koealoilla oman murskeen käytöstä saatu kustannussäästö olisi ollut jo 10 euron luokkaa tiemetrille johtuen runsaammasta murskeen käy- töstä. Masuunihiekka-teräskuonan, geoverkkojen ja suodatinkankaiden osalta tuotteille otettiin huomioon toimituskustannukset. Kuvassa 2.13 on esitetty kustannuslaskennan tulokset. Risutukkikoealojen kustannukset olivat 87,60 ja 84,80 €/tiemetri. Masuunihiekka-teräskuonaa käytetyillä koealoilla kustannukset olivat 9,20; 11,60 ja 15,50 €/tiemetri riippuen kunnostetun tieosuuden pituudesta, jotka olivat vastaa- vasti 97, 70 ja 53 metriä. Suodatinkangaskoealoilla kustannukset olivat 15,90 ja 22,40 €/tiemetri molemmilla 80 metrin koealoilla. Geoverkoilla puolestaan luvut olivat 26,10 ja 33,00 €/tiemetri 100 metrin koealoilla. Tiemetrin voi muuttaa edelleen neliöhinnaksi jakamalla kustannuksen tien leveydellä 3,6. 2.5 Tulosten tarkastelu Esitelty kustannustarkastelu osoittaa masuunihiekka-teräskuonaseoksen olevan edullinen vaihto- ehto varsinkin pidemmillä matkoilla, koska metrihinta jää alhaiseksi, noin 10 euroon. Suodatin- kankaiden käytön osalta kustannus on noin 20 euron luokassa ja geoverkkojen osalta 30 euron suuruusluokassa tiemetriä kohden. Puolestaan risutukkien käyttö on kustannusten suhteen aivan eri mittaluokassa. Toisaalta risutukeilla korjatut kohteet eivät suoraan sovi muille tässä tutkimuk- sessa esitellyille menetelmille, koska risutukkikoealoilla tarvittiin korottamista tien ollessa voi- makkaasti turpeeseen painunut. Vastaavanlaisen tien 75 cm:n korottamiseen tarvittava soramäärä olisi varsin suuri ja kallis investointi. Geoverkkojen suhteen ongelmia aiheutti niiden mitoitus leveyssuunnassa, mikä ei suoraan sovellu kapeille metsäteille. Geoverkon ’hukkaprosentti’ oli 25 %, kun vahviste jouduttiin kääntämään reunoilta. Kustannukset olisivat parin euron verran edulli- semmat tiemetriä kohden, mikäli verkon leveys vastaisi tien leveyttä. Suodatinkankaan kohdalla lisäleveys puolestaan olisi ollut eduksi, jotta kaksikerroksinen kangasosuus olisi yltänyt keskem- mälle tietä. Kuva 13. Kunnostusmenetelmien kustannukset koealoittain yhtä tiemetriä kohden. 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 Kustannusten jakautuminen Koneet Materiaalit Ma/Te 97m Ma/Te 53m Ma/Te 70m Suoda- tink. 80m Suoda- tink. 80m Geo- verkko 100m Geo- verkko 100m Risu- tukit 18m Risu- tukit 40m € Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 28 2.6 Päätelmiä ja jatkokehittelyjä Tässä tutkimuksessa keskityttiin uusien kunnostusmenetelmien kartoittamiseen, käytännön tes- taamiseen ja toimenpiteiden taloudelliseen tarkasteluun sekä kantavuusarvojen mittaamiseen ennen kunnostamista. Kunnostustoimenpiteiden varsinainen onnistuminen nähdään vuosien mittaan. Koealoilla tullaan tekemään kantavuusmittauksia seuraavien vuosien aikana uuden tut- kimushankkeen puitteissa, jolloin kunnostustoimenpiteiden varsinainen onnistuminen mitataan. Vaikka alkuinvestointi onkin suurempi normaaliin murskeen käyttöön verrattuna, tarkoituksena on löytää elinkaareltaan pidempiä ratkaisuja haasteellisiin, heikosti kantaviin kohtiin. Vastaukset tämän asian kohdalta saadaan tulevan seuranta-ajan jälkeen. Tämänhetkisen tilanteen perusteella silmävaraisesti arvioituna voidaan tehtyjä kunnostustoimenpiteitä pitää onnistuneina. Kirjallisuus Aho, S., Saarenketo, T. & Kolisoja P. 2005. Kelirikkokorjausten suunnittelu ja rakentaminen, Vähäliiken- teisten teiden taloudellinen ylläpito -tutkimusohjelma. Tiehallinnon selvityksiä 64/2005. Lahtinen, P. & Jyrävä, H. 2006. Vahvisterakenteet S14 - Vähäliikenteisten teiden taloudellinen ylläpito, Tuotantotekniikat ja koerakentaminen, Tiehallinto. Loppuraportti Ramboll. Maa- ja tienrakennustuotteet. Masuunihiekka, MaHk. 2006. Esite. Ruukki Oyj. Metsätilastollinen vuosikirja. 2009. Metsäntutkimuslaitos. Vammalan kirjapaino Oy. Ravaska, A. 2010. Kaatopaikan tiivistysrakenteiden laadunvarmistuskoulutuksen tarve ja organisointi. Dip- lomityö. Rakennustekniikan koulutusohjelma, Tampereen Teknillinen Yliopisto. Syrjynen, J. 1995. Geovahvisteet. Julkaisu 29. Geotekniikan laboratorio, Tampereen Teknillinen Yliopisto. Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 29 3 Vertailu puunkuljetusoperaatioiden järjestämisestä kelirikkoteillä 3.1 Johdanto Kelirikko on alemmalla tieverkolla vuosittain esiintyvä ongelma. Kun tiet eivät ole liikennöitä- vässä kunnossa, haittana ovat puun toimitusketjun vaikeudet vastata asiakkaiden tarpeisiin. Kus- tannuksia aiheuttaa mm. kuljetuskaluston käytön suuri kausivaihtelu, puutavaran varastointi ja laadun heikentyminen. Metsäteiden kelirikko ongelmat ovat kuljetusreitin ensimmäinen heikko lenkki. Kelirikko-ongelmien takana ovat metsäautotiestön ikä ja heikko kunto. Aikaisemmin met- säteitä rakennettaessa kantavuuskriteerit oli mitoitettu kevyemmille puutavara-autoille. Kasvanut ajoneuvoyhdistelmien kokonaispaino ja tiehen kohdistuva rasitus ovat riittämättömän kunnos- sapidon kanssa heikentäneet metsätiestön käytettävyyttä. Erityisesti kevään ja yhä lisääntyvissä määrin myös syksyn kelirikko ovat haittaavia tekijöitä puuntoimitusten järjestämisessä. Kelirikon aikainen puunkuljetus on ongelmallista myös Metsähallituksessa. Kelirikon aiheut- tamat ongelmat pyritään Metsähallituksessa usein ehkäisemään ennakoivalla toiminnalla, jossa puuta siirretään ennakkosuunnitelman pohjalta välivarastoon kelirikkoalttiilta metsäteiltä. Väli- varastolta puuta kuljetetaan edelleen asiakkaille, kunnes metsäautotiet ovat jälleen käyttökelpoi- sia eikä raskas ajoneuvoliikenne aiheuta vaurioita tielle. Kyseistä toimintatapaa kutsutaan Metsä- hallituksessa telaukseksi. Tapa on toimiva keino välttää puuntoimitusten katkeamista asiakkaille ja tasaisen kuljetustason ylläpitämisessä. Toimintatapa aiheuttaa myös kustannuksia ja huomat- tavia panostuksia logistisessa suunnittelussa, kun ennakoidaan korjuukohteiden teiden kelirikon voimakkuutta ja tarvittavien telausmäärien arviointia ja sijoittelua. Kustannukset koostuvat kuljetusyrittäjille maksetusta normaalihintaisesta matkaan perustuvasta kuljetustaksasta, johon on lisätty telaukseen liittyvä kuljetettavan painon mukainen lisä. Lisäksi kustannuksia aiheuttaa Metsähallituksen toimihenkilöitten ennakkosuunnitteluun sekä käytännön järjestelyjen ohjaamiseen ja opastukseen käyttämä työaika. Tässä tutkimuksessa on tavoitteena vertailla nykyistä ennakoivaa toimintatapaa muihin keinoihin hoitaa puunkuljetuksia kelirikon vaivaamilla metsäteillä taloudellisesti ja käytännön toteutuksen kannalta järkevällä tavalla. Kuva 3.1. Keväisin metsä- tiet ovat riskialttiita vaurioi- tumaan pahoin (Kuva: Tomi Kaakkurivaara 2009). Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 30 3.2 Tavoite Tarkasteluun valikoitui kolme toisistaan poikkeavaa tapaa, joissa yhdistävänä tekijänä on puun- kuljetusten ylläpitäminen ja suorat toimitukset myös kelirikkoaikaan. Nämä kolme tapaa ovat CTI-laitteistolla varustettu puutavara-auto, kumimatot ajon aikaisena vahvisteena ja tien käy- tön aikaiset ylläpitokorjaukset. Varsinaisen erikoisvarustellun ajoneuvon hankkimista pelkästään kelirikkoaikaan tapahtuvaa alkukuljetusta varten ei pidetty järkevänä ajatuksena kuljetuksista vastaavien mielestä. Kustannusvertailu toisistaan poikkeavien tapojen välillä vaati tarkkuutta. Ongelmana oli kustannusten vertailtavuuden varmistaminen ja käytettävän erityistoimenpiteen lisäkustannusten kohdentaminen kuljetettavaa kiinto-kuutiota kohden. 3.3 Vertailtavat tekniikat 3.3.1 CTI (Central Tyre Inflation System) CTI-tekniikan eli renkaiden paineensäätöjärjestelmän ansiosta puutavara-auto kykenee liikku- maan myös kelirikkoteillä ilman tien vaurioitumisriskiä. Liikennöintikyvyn säilymisen lisäksi hyötyinä ovat ajoneuvokaluston parempi kestävyys vähäisemmän tärinän vuoksi, joka vaikut- taa positiivisesti kuljettajan työviihtyisyyteen. Myös renkaiden käyttöikä kasvaa sutimisen vähe- nemisen myötä huomattavasti. Polttoaineen kulutukseen CTI:llä ei ole huomattavaa vaikutusta. Haittatekijänä on ajoneuvon omapainon kasvaminen 400 kg:lla laitteen ja teräsvanteiden käytön vuoksi. Paineensäätöä voidaan kontrolloida suoraan ohjaamosta käsin ja järjestelmän toiminta- varmuus on hyvää luokkaa (Granlund 2006, CTI på virkes fordon 2006). Kuva 3.2. CTI-laitteistoa käytetään suoraan ohjaamosta. Ohjaus-, veto- ja perävaunuakseille määritellään omat akselipainoa ja ajonopeutta vastaavat rengaspaineet (Kuva: Tomi Kaakkurivaara 2009). Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 31 3.3.2 Kumimatot Kumimattojen avulla tien väliaikainen vahvistaminen tehdään teräsvaijereilla yhteen sidotuin, kuorma-autonrenkaista valmistetuilla matoilla. Mikkelin Ammattikorkeakoulussa on kehitetty yhdessä räjäytyskäyttöön sopivien kumimattojen valmistajan kanssa myös metsäteille ajonaikai- seen vahvistamiseen sopiva ratkaisu. Kumimatot voidaan siirtää ja asentaa puutavara-autolla ha- luttuun paikkaan ennen varsinaisen puunkuljetuksen alkamista ja edelleen puutavaranajon loput- tua siirtää uuteen paikkaan. Haittaavana tekijänä on kerralla vahvistettavan tieosuuden lyhyys, mikäli käytetään pelkästään vetoautoon mahtuvia kumimattoja. Ajankäytön puolesta koko ajo- neuvoyhdistelmän lastaaminen ja mattojen purkaminen tulee viemään oletettavasti runsaasti ai- kaa. Yhden kumimaton pituus on viisi metriä ja leveys kolme metriä (Kontinen 2009). Kuva 3.3. Kompressorilta tuleva ilma ohja- taan vetoakseleitten renkaille ulkokautta ja muille renkaille akseleita pitkin (Kuva: Tomi Kaakkurivaara 2009). Kuva 3.4. Kumimatot levitetään vetoauton kuormatilasta tielle nosturin avulla (Kuva: Tomi Kaakkurivaara 2009). Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 32 3.3.3 Käytön aikainen ylläpitokorjaaminen Käytön aikaisella ylläpitokorjauksella tarkoitetaan nykyisen kaltaisen puutavara-auton toiminnan turvaamista tien sorastamisen avulla. Käytetylle tieosuudelle syntynyttä, liikennöintiä haittaavaa urautumista ja muuta tien rakenteellista heikentymistä korjataan tarvittavalla määrällä mursket- ta. Erityisesti kelirikkokohdissa pakolliset korjaukset on tehtävä viivyttelemättä puunkuljetusten turvaamiseksi. 3.4 Menetelmät Kuljetusten taloudellinen vertailu tehtiin niin, että kaikki varsinaiset kulut otettiin huomioon jo- kaisen menetelmän osalta. Vertailussa yhteismittana käytettiin euroa per puutavarakiintokuutio, jotta todellinen lisäkustannus tulisi selkeästi esille. Laskennassa mukana olevien kumimattojen osalta käytettiin kahta toimintamallia, jotka perustuvat kahteen tyypilliseen kelirikko-ongelmaan. Ensimmäinen on lyhyt, 20–50 metrin mittainen, yleensä turvemaalla sijaitseva tieosuus, jolla tie painuu voimakkaasti ja jossa huono kuivatus aiheuttaa osaltaan kantavuuden alenemista. Toinen tyypillisesti esiintyvä kohde on 100–200 metriä pitkä, huonoista materiaaleista routivalle pohja- maalle rakennettu tieosuus. Kumimattojen osalta laskentaan otettiin mukaan kaksi vaihtoehtoa: 10 ja 34 kappaletta. Kappale- määrät perustuvat ajoneuvoyhdistelmän kuormatilan kokoon. Vetoauton kuormatilaan mahtuval- la kymmenellä kumimatolla on mahdollista vahvistaa tietä 50 metrin verran. Jos koko kuorma- Kuva 3.5. Lyhyt heikkokuntoinen kohta muuten riittävän hyväkuntoisella tiestöllä aiheuttaa vaikeuksia (Kuva: Tomi Kaakkurivaara 2010). Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 33 tila mukaan lukien perävaunu on täytetty kumimatoilla, lukumäärä nousee 34 kappaleeseen, joka tarkoittaa 170 metriä vahvistettua tietä. Myös käytön aikaisen ylläpitokorjauksen aiheuttamat kustannukset on laskettu 50 ja 170 met- rin pituisille tieosuuksille. Haastattelujen perusteella pidemmissä kohteissa on tyypillistä käyttää alempana kerroksena 10 cm:n paksuista, karkeudeltaan 0–55 mm:n murskekerrosta ja sen päällä 5 cm:n paksuista, karkeudeltaan 0–32 mm:n pintakerrosta. Edellä esitetyillä lyhyillä tieosuuksilla tyypillinen korjausratkaisu on 20 cm:n paksuinen kerros karkeaa 0–55 mm:n mursketta. CTI-tekniikan osalta laskenta tehtiin suoraan kelirikonaikaista kuljetettavaa puumäärää kohden. Kumimattojen ja käytön aikaisen vahvistamisen kohdalla käytetty kustannusten kohdentaminen tietylle metrimäärälle tietä olisi vääristänyt kustannuslaskelmia. Lisäksi CTI-laitteistoa tultaisiin käytännössä hyödyntämään paljon laajemmin esim. talviaikaan pidon parantamisessa. 3.5 Laskenta-aineisto Laskenta-aineistona käytettiin käytännön toimista saatuja keskiarvoja ja todellisuuteen pohjautu- via oletuksia. Metsähallituksen kelirikon aikana välivarastoiman puumäärän on arvioitu olevan noin 8000 m3 Parkanon tiimin alueella ja muodostuvan noin kahdeksasta leimikosta. Kelirikko- Kuva 3.6. Kelirikkoaikaan hei- kon kantavuuden omaava pi- dempi tienkohta (Kuva: Tomi Kaakkurivaara 2010). Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 34 leimikon keskikooksi muodostui näin ollen 1000 m3. Leimikoiden etäisyyksien toisistaan arvioi- tiin olevan keskimäärin 15 km. Kumimattojen osalta huomioon otettiin käyttöön kuluva aika. Ajankäyttöön laskettiin mukaan käytön suunnittelu, ajo kumimatoille, mattojen lastaus autoon, ajo kohteelle, purkaminen tielle ja mattojen siirtäminen perävaunusta autoon tielle asettamista varten. Oletuksena oli, että kumimat- toja siirretään suoraan leimikolta toiselle. Kumimattojen hankintainvestoinneille laskettiin neljän prosentin korkokustannus ja investoinnille tasapoisto ilman jäännösarvoa. Kumimattojen hankin- tahinta oli 670 euroa kappaleelta. Myös puutavara-autoon asennettavalle CTI-järjestelmälle laskettiin investoinneille tyypillinen neljän prosentin vuosittainen korkokustannus. CTI-laitteille poistoajaksi määriteltiin laitteiden käyttöikä eli kahdeksan vuotta ja kompressorille puolestaan neljä vuotta. Lisäksi huomioitiin yl- läpitokustannukset aikaisemmasta ruotsalaistutkimuksesta (Granlund 2006). Lopuksi vuotuiset kustannukset jaettiin vuotuisella kelirikkoajan kuljetusmäärällä. Huomioimatta jätettiin CTI:stä saatava muu välillinen hyöty. Mursketta käytettäessä kustannus kohdistuu kyseiseltä leimikolta kuljetettavaan puumäärään. Vaihtoehtoisina tapauksina olivat 50 ja 170 metrin mittaiset kunnostusta vaativat kohteet. Pituu- det ovat samat kuin käytettävien kumimattojen enimmäispituudet. Parkanon tiimin alueella käy- tetään yleisesti Metsähallituksen omaa kalliomursketta, jonka hinta sisälsi kiviaineksen, murska- uksen, kuormauksen, kuljetuksen ja kohteelle levityksen kustannukset. 3.6 Tulokset Metsähallitus arvioi tämän tutkimuksen yhteydessä ennakoivan puunkuljetuksen lisäkustannuk- seksi yhden euron kuutiota kohden riippumatta kuljetuksen kokonaismatkasta. CTI-laitteistolla varustetulla puutavara-autolla lisäkustannus kelirikon aikana kuljetettavaa kiintokuutiota kohden oli 0,63 euroa. Kummassakaan edellä mainitussa tapauksessa kuljetuksen estävää tieosuutta ei tarvitse huomioida. Puolestaan kumimattojen ja käytön aikaisen ylläpitokorjausten suhteen asial- la on merkitystä. Kuva 3.7. Kustannusvertailu vaihtoehtoisista menetelmistä puunkuljetuksen järjestämisesssä verrattu- na ennakoivaan puunkuljetukseen. 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Käytön aikainen ylläpitokorjaus Kumimatto puutavara-auto CTI järjestelmä Ennakoiva puunkuljetus K us ta nn us , €/ m 3 10 kpl / 50 m 34 kpl / 170 m Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 35 Lyhyemmällä matkalla kumimattojen kustannus oli 0,16 €/m3 ja pidemmällä matkalla 0,45 €/m3. Käytön aikaiselle ylläpitokorjaukselle vastaavat luvut olivat 0,11 €/m3 ja 0,29 €/m3. Tämä tarkoit- taa kumimatoille 50 metrin matkalla 45 prosentin ja 170 metrin matkalla 64 prosentin korkeam- paa kustannustasoa kuin käytön aikaiselle ylläpitokorjaukselle. Kumimattojen osalta kustannuksista merkittävämpi osuus muodostui hankintahinnasta. Materi- aalikustannukset olivat kumimatoille 39 prosenttia korkeammat lyhyemmällä matkalla ja 54 pro- senttia korkeammat pidemmällä matkalla kuin vastaavasti mursketta käytettäessä. Kuljetuksen ja käytön osalta ero ei ollut selkeä. Lyhyemmällä matkalla kumimattojen kustannukset olivat 14 prosenttia suuremmat, mutta puolestaan 170 metrin matkalla 41 prosenttia pienemmät kuin murs- ketta käytettäessä. Taulukossa 3.1 esitellään tarkemmin murskeella vahvistamisen ja kumimatto- jen käytön kustannukset. Kuvassa 3.8 on tarkasteltu tilannetta, jossa kumimattojen käyttöikä olisi laskelmissa käytettyä 10 vuotta pidempi, joko 12 tai 15 vuotta. Kumimattojen pidempi käyttöikä parantaisi investoinnin taloudellista kannattavuutta. Kymmenellä kumimatolla vuotuinen käyttökustannus olisi 12 vuo- den aikana 0,15 euroa/kuutiometri ja 15 vuoden aikana 0,13 euroa/kuutiometri. Puolestaan täyden kuormatilan kapasiteetin hyödyntävä 34 kappaletta kumimattoja vastaavat luvut olisivat 0,40 ja 0,36 euroa kuljetettua kiintokuutiota kohden. Kuva 3.8. Kumimattojen ja murskeen käytön kustannusten muutos käyttöajan pidentyessä. 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 10 11 12 13 14 15 K us ta nn us , € /m 3 Käyttöikä, vuosia Kumimatot 50 m Kumimatot 170 m Murskeen käyttö 50 m Murskeen käyttö 170 m Taulukko 3.1. Leimikolle koituva lisäkustannus käytettäessä kumimattoja tai mursketta. Leimikon koko 1000 m3 Murskeen käyttö Kumimatot   50 m 170 m 50 m 170 m Materiaalikustannukset 60,93 158,67 100,5 341,70 Kuljetus ja käyttö 51,85 132,22 60,42 93,42 Yhteensä 112,78 290,89 160,92 435,12 €/kiinto-m3 0,11 0,29 0,16 0,45 Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 36 3.7 Tulosten tarkastelu Tutkimus osoitti ennakoivan puunkuljetuksen olevan kallein vaihtoehto kelirikon aikaisien puun- kuljetusten järjestämisessä. CTI-laitteisto oli puolestaan vaihtoehdoista toiseksi kallein, mutta selvästi halvempi kuin telaus. Kumimattojen käyttö ja käytön aikaiset ylläpitokorjaukset olivat kustannuksiltaan vielä selkeämmin edullisempia verrattuna kahteen edellä mainittuun. Käytön ai- kaiset ylläpitokorjaukset murskeella oli kaikista halvin. Vertailussa mukana olleen CTI-varustetun puutavara-auton osalta on tarkasteltava myös käytän- nön mahdollisuuksia toteuttaa Parkanon tiimin alueen kelirikkoajan toimitukset. Jos kelirikkoajan oletetaan kestävän noin kaksi kuukautta ja kuljetettavan puun kokonaismäärän olevan 8000 m3, on kuljetukset mahdollista hoitaa yhdellä CTI-laitteistolla varustellulla ajoneuvoyhdistelmällä, mikäli puunkuljetuksia hoidetaan osittain kahdessa työvuorossa. Kumimattojen kustannuksista merkittävän osan muodosti korkea hankintahinta, jonka vuoksi käytön aikaiset ylläpitokorjauk- set jäivät halvemmaksi vaihtoehdoksi. Mikäli kumimattojen kappalehinta olisi 670 euron sijasta 450 euroa, kustannus olisi tässä tutkimuksessa tehtyjen laskelmien mukaan sama kuin murskeen käytöllä. Murskeen käytön osalta oletuksena on, että menetelmäosiossa esitetty murskemäärä on riittävä tien vahvistamiseen kuljetuksien jatkamiseksi. 3.8 Päätelmiä ja pohdintaa Murskeen käyttö on aina pysyväisratkaisu, joka hyödyttää tien käyttäjiä jatkossakin, kun taas ku- mimatot ovat vain hetkellinen vahvistamiskeino. Valintaa tehtäessä on mietittävä mm. seuraavia kysymyksiä: käyttääkö raskas ajoneuvoliikenne tulevaisuudessakin kyseistä tietä, onko lähellä tarjolla edullista mursketta tien kunnostamiseen, onko tienkäytön tarve lyhytaikainen ja kuinka suuria tai pieniä puumääriä on kohteen yli kuljetettava. CTI puolestaan auttaa kuljettajaa ympäri vuoden ja hyödyt eivät ole pelkästään puuntoimitusten varmistamisessa, vaan myös muissa tekijöissä. Tässä tutkimuksessa vain kiintokuutiota kohden lasketussa lisähinnassa ei oteta huomioon kaluston parempaa kestävyyttä, renkaiden vähäisempää kulumista ja mahdollista polttoaineen pienempää kulutusta. Monissa tapauksissa CTI on hyödyk- si myös kelirikon ulkopuolella heikkorakenteisilla teillä, jolloin kustannusten kohdistaminen vain kelirikkoajan kuljetuksiin ei anna oikeanlaista kuvaa. Tarkoituksena oli laskennallisin keinoin vertailla toisistaan poikkeavien puunkuljetusoperaatioi- den taloudellista kannattavuutta. Tämän tarkastelun lisäksi on olemassa epäsuoria, rahassa mitat- tavia hyötyjä, joita teoreettisessa kustannuslaskentavertailussa ei pystytä havaitsemaan ja otta- maan huomioon. Näiden tekijöiden havaitsemiseksi ja vaikutuksien tarkemmaksi määrittämiseksi tarvittaisiin käytännön kokeita. Tulokset osoittavat kuitenkin selkeästi eri menetelmien kustan- nusluokan toisiinsa nähden. Vertailussa mukana olleet kumimatot ja CTI ovat uusia tekniikoita, joiden käyttökokemukset ovat vielä Suomessa vähäiset. Niiden vertaaminen käytön aikaiseen ylläpitokorjaukseen ja telaukseen oli tärkeää, jotta jatkossa voidaan perustella valintaa myös kus- tannuslaskennallisin perustein. Metlan työraportteja 200 http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2011/mwp200.htm 37 Kirjallisuus CTI antaa puuautolle “lumikengät”. 2009. Metsätrans 3/2009. CTI på virkesfordon. 2006. Redogörelse nro 3. Skogforsk.1 Granlund, P. 2006. Five million km covered in CTI project. Results nro 4. Skogforsk. Kontinen, K. 2009. Maaperän vahvistusratkaisut puunkorjuussa – kumimatot. Mikkelin ammattikorkea- koulu. Vuorimies, N., Matintupa, A. & Luomala, H. 2009. CTI puutavara-autossa. Metsätehon raportti 207. Kelirikkoaikaisen puunkuljetuksen haasteet– Ratkaisuja metsäteiden kuljetuskelpoisuudenongelmiin sekä metsäteiden kantavuudenmittaukseen ja kunnostamiseen Sisällys Alkusanat 1 Metsätien kelirikon ja kantavuuden arviointi 1.1 Johdanto 1.2 Tavoite 1.3 Menetelmät 1.4 Aineisto 1.5 Tulokset 1.6 Tulosten tarkastelu 1.7 Päätelmiä ja pohdintaa Kirjallisuus 2 Metsäteiden uudet kunnostusmenetelmät 2.1 Johdanto 2.2 Tutkimuksen tavoitteet 2.3 Tekniikat ja menetelmät 2.3.1 Koealojen valinta 2.3.2 Suodatinkankaat 2.3.3 Geoverkot 2.3.4 Masuunihiekka-teräskuonaseos 2.3.5 Risutukit 2.4 Tulokset tekniikoista 2.5 Tulosten tarkastelu 2.6 Päätelmiä ja jatkokehittelyjä Kirjallisuus 3 Vertailu puunkuljetusoperaatioiden järjestämisestä kelirikkoteillä 3.1 Johdanto 3.2 Tavoite 3.3 Vertailtavat tekniikat 3.3.1 CTI (Central Tyre Inflation System) 3.3.2 Kumimatot 3.3.3 Käytön aikainen ylläpitokorjaaminen 3.4 Menetelmät 3.5 Laskenta-aineisto 3.6 Tulokset 3.7 Tulosten tarkastelu 3.8 Päätelmiä ja pohdintaa Kirjallisuus