Euroopan unionin osarahoittama

Modifioitujen puupylvästuotteiden käyttöiän optimointi – MOPUKO

Merkittävää puutukimusta koko yhteiskunnan hyväksi

Hankkeessa lisättiin puutuotetutkimustietoa, parannettiin sähkönjakelun infrastruktuurin luotettavuutta ja pyrittiin vähentämään ympäristön kuormitusta.

Hanke oli laajuudeltaan ja potentiaalisilta vaikutuksiltaan poikkeuksellisen merkittävä. 

Hankkeen tulokset

Hankkeen konkreettisena tuloksena koottiin laaja tutkimusraportti. Tutkimushankkeessa luotiin hyödynnettävissä olevaa tutkimustietoa puupylväiden pitkäaikaiskestävyydestä ja pylväiden kuntoluokittelun luotettavuudesta. Saatuja tietoja voidaan käyttää pohjana infrarakenteiden elinkaarimalleille.

Maaperänäytetutkimuksilla ja pylväitä analysoimalla lisättiin ymmärrystä luonnollisesti vanhentuneiden puupylväiden lujuuden ja lahoamismekanismien yhteydestä.

Hankkeessa saatiin lisätietoa kuparikyllästettyjen puutuotteiden pitkäaikaiskestävyydestä ja kyllästeaineiden käytännön toimivuudesta. Saatuja tuloksia voidaan soveltaa myös muihin vastaavalla menetelmällä kyllästettyihin tuotteisiin, kuten puusiltoihin, valaisinpylväisiin ja erilaisiin tolppatuotteisiin.

Tavoitteenamme oli lisätä ymmärrystä puupylväiden elinkaaresta

Tuotettu tutkimustieto mahdollistaa kvantitatiivisen analyysin pylväiden kunnon ja käyttökriteereiden määrittelemiseksi. Hankkeen avulla saatiin uutta tietoa eri kyllästysaineiden ja modifiointimetodien toimivuudesta lahotuskokeiden ja käytettyjen tuotteiden testauksen osalta. Tulosten perusteella voidaan antaa suosituksia modifiointiprosessien toteutuksesta.

Tulokset muodostavat kokonaisuuden, jonka avulla voidaan kehittää uusia modifioituja puutuotteita ja optimoida käytössä olevien rakenteiden turvallista käyttöikää.

Hankkeen keskeiset toimenpiteet

MOPUKO – Modifioitujen puupylvästuotteiden käyttöajan optimointi -hankkeen tavoitteena oli kehittää infrarakentamisessa (mm. sähköpylväät, tolpat ja sillat) käytettävien modifioitujen puutuotteiden pitkäaikaiskestävyyttä ja edistää ympäristöystävällisyyttä. Hankkeessa kerättyjen tietojen avulla voidaan kehittää uusia käyttö- ja ympäristöystävällisempiä tuotteita sekä edistää innovatiivisten kyllästys- ja modifiointimenetelmien käyttöä.

Hankkeessa saatiin tutkimustietoa erityisesti kuparikyllästettyjen puupylvästuotteiden pitkäaikaiskestävyydestä käytännössä. Yksi tärkeimmistä tutkimusmenetelmistä oli täysikokoisten pylväsmittakaavan puutuotteiden mekaanisten ominaisuuksien testaaminen.

Tulokset voivat toimia pohjana uusille käytännöille ja tuotteille sekä vaikuttaa myönteisesti paitsi infrastruktuurin luotettavuuteen, myös ympäristön suojelemiseen.

Hankkeen työpaketit

Työpaketti 1: maaperätyypillä on merkittävä vaikutus puun lahoamiseen, joten hankkeessa tutkitaan maaperätyypin vaikutusta puun lahon kestoon.

Työpaketti 2: hankkeessa selvitellään mm. kupari- ja kreosoottikyllästettyjen puutuotteiden käytännön elinkaarta ja tulosten perusteella elinkaari pyritään optimoimaan.

Työpaketti 3: mahdollisuuksien mukaan määritetään puupylväiden käyttöiän raja-arvot.

Työpaketti 4: käytöstä poistetun kyllästetyn puumateriaalin materiaaliominaisuudet.

Työpaketti 5: selvitetään tutkimusdatan potentiaali päätöksenteossa.

Katso tästä linkistä miten puinen sähköpylväs taipuu: https://www.youtube.com/watch?v=fQzR0sbxP64

Pylvään pään siirtymä taivutuksessa kuormittamattomasta sijainnistaan murtoon asti voi olla 2 – 4 metriä puun ominaisuuksista riippuen. Puu on siis hyvin elastista.

Kuvassa projektihenkilö on säätämässä 50 kN vinssiä, jossa sijaitsevat voima- ja siirtymäanturit.

EN 14229 mukainen taivutustestauslaitteisto

  • Mitataan pysty- ja vaakasuuntainen siirtymä ja kuormituksen suuruus
  • Määritetään murtoon tarvittava voima, taivutuslujuus ja –moduuli
  • Selvitetään murtuman tyyppi ja sijainti
  • Tuloksia verrataan standardien vaatimuksiin.

Ainutlaatuinen taivutuslujuuden mittauslaitteisto koko Euroopan mittakaavassa

Hankkeen tiedot

Hanke lukuina:

Alkamispäivämäärä: 1.10.2023

Päättymispäivämäärä: 31.12.2025

Hankkeen budjetti: 290 982 €

Hankehenkilöstön lukumäärä: 4 hlö 50 % työaikaosuudella. Syyskuusta 2025 eteenpäin 2 hlö.

Hankkeen projektipäällikkö: Kai Möller

Euroopan unionin osarahoittama
Euroopan unionin osarahoittama

Pylväiden testausmäärät 2023-2025

Alla olevassa taulukossa on esitetty vuosina 2023-25 testattujen pylväiden määrät ja ominaisuuksia. Surin osa testatuista pylväistä oli kuparikyllästettyjä (58 %), joka oli tämän tutkimuksen tärkein tutkittava kyllästetyyppi. Tulosten tarkastelu suoraviivaisesti pelkistä luvuista voi antaa väärän kuvan pylväiden kestävyydestä. Esimerkiksi erinomaisen lahonkeston omaavien CCA-kyllästettyjen pylväiden korvaavaksi kyllästetyypiksi tuli vuodesta 2007 alkaen kuparikyllästetyt puupylväät. Niiden valmistusajanjaksolla 2007-2013 kyllästemäärät olivat alhaisemmat ja ainepitoisuudet erilaisia kuin esimerkiksi vuodesta 2014 lähtien kyllästetyissä pylväissä.

Voidaankin olettaa, että vuoden 2014 ja sitä uudempien kuparipylväiden lahonkesto on parempi kuin jakson 2007-13 aikana kyllästettyjen. Myös kyllästysprosessi on kehittynyt viimeisen vuosikymmenen aikana tasaten laadunvaihtelua ja parantaen kyllästyslaatua.

Hyväksytysti testattujen pylväiden (riittävä data kuten kyllästysvuosi, käyttövuodet yms.) kokonaismäärä on 274 pylvästä, joka todennäköisesti on yksi määrällisesti suurimmista täysimittaisten pylväiden testauksista kautta aikojen. Suuri pylväiden määrä parantaa tilastollista merkittävyyttä ja lisää luotettavuutta tuloksiin.

Kuva 1. Testeissä olleiden pylväiden avainarvot ja pylvästiedot koosteena.

.

Jotta hankkeella olisi pysyvää vaikutusta, on tärkeää, että sen tuottama tieto hyödynnetään laajasti sähköinfrastruktuurin kehittämisessä ja päätöksenteossa eri tahoilla. Loppuvuoden 2025 aikana tavoitteena on laatia laadukas loppuraportti ja samalla varmistetaan, että keskeiset kohderyhmät saavat käyttöönsä hankkeen tulokset helposti ymmärrettävässä ja sovellettavassa muodossa.

Alla on esitetty kuvakaappauksia keskeisistä tuloksista.

Kuva 2. Pylväiden ulkoisten voimien kesto saman pylväsluokan sisällä vaihtelee suuresti.

.

Kuva 3. Pylväiden taivutuslujuus pylvään käytössäoloiän funktiona.

.

Kuva 4. Testattujen C-kyllästettyjen pylväiden taivutuslujuudet käyttöiän funktiona. Ryhmät on jaettu kyllästysajanjakson mukaan (2007–2013 ja 2014–22).

.

Kuva 5. Testattujen C-kyllästettyjen pylväiden taivutuslujuudet käyttöiän funktiona ja arvio käyttöiästä. Yhdisettty aineisto.

.

Kuva 6. Pylväät merkitään yhdellä nauhalla, kun niihin saadaan kiivetä pylväs tuettuna ja kahdella nauhalla, kun pylvääseen ei saa kiivetä. Ohessa testattujen nauhapylväiden tulokset.

Lopputuloksena voidaan todeta, että vajaakyllästyksestä ja huuhtoumasta johtuen C-kyllästettyjen pylväiden tarkastusvälejä tulee tihentää. Maksimi tarkastusaikaväli saa olla 9-10 vuotta, joka on selkeästi lyhyempi kuin esimerkiksi käyttöön otetuilla CCA-pylväillä, joiden valmistus loppui 2006.

.

Kuva 7. Ehdotus C-kyllästettyjen pylväiden tarkastusaikaväleiksi.

.

Yhteistyökumppanit

Hanke on suunniteltu Järvi-Suomen Energian ja Xamkin yhteistyönä ja sen tuloksia voidaan hyödyntää valtakunnallisesti

Yhteistyökumppaneinamme olevat sähköverkkoyhtiöt JSE, KSOY ja SVV luovuttivat sähköpylväiden mekaanisien ominaisuuksien testaamiseksi eri ikäisiä pylväitä erilaisista maaperätyyppisistä sijoituspaikoista. Koska pylväiden ikä vaihtelee, myös niiden kyllästysainekoostumukset vaihtelevat; eri ajanjaksoina kyllästemäärät olivat erilaisia ja myös seoksissa on vaihtelua.

ScanPole on yksi Suomen suurimmista kyllästettyjen puupylväiden valmistajista, joten yritykseltä saatu tieto on hankkeen kannalta ensiarvoisen tärkeää.

Huolehdimme yhteistyökumppaneidemme kanssa siitä, että testattavien pylväiden otos oli riittävä ja pylvään tiedot olivat aukottomat (mm. sijainti, kyllästysvuosi, kyllästysaine). Puutteellisilla tiedoilla olevat pylväät poistettiin laskennoista.

Järvi-Suomen Energia

Järvi-Suomen Energia

Järvi-Suomen Energia

Kymenlaakson Sähköverkko

Kymenlaak-son sähkö-verkko

Kymenlaak-son sähkö-verkko

Savon Voima

Savon Voima verkko

Savon Voima verkko

ScanPole

Scanpole Oy

Scanpole Oy

Energiateollisuus

Energia-teollisuus ry

Energia-teollisuus ry

Etelä-Savon ELY-keskus

Etelä-Savon ELY-keskus

Hankkeen henkilöstö:

Puhelin
+358408644983
Sähköposti
Juho.Peura@xamk.fi
Yksikkö
Materiaalien ja ympäristöturvallisuuden tutk. yks.

Materiaalien ja rakenteiden mekaaninen testaus

Materiaalien olosuhdetestaus

Materiaalien pinta-analyysit

Puun modifiointi

Palotestaus

Tuotteiden ja materiaalien prototyyppivalmistus ja testaus

 

Juho Peura
Tutkimusinsinööri
+358408644983
Juho.Peura@xamk.fi
Puhelin
+358407593369
Sähköposti
Simo.Torniainen@xamk.fi
Yksikkö
Materiaalien ja ympäristöturvallisuuden tutk. yks.

Materiaalien ja rakenteiden mekaaninen testaus

Materiaalien olosuhdetestaus

Materiaalien rakenne-, koostumus- ja alkuaineanalyysit

Materiaalien pinta-analyysit

On-site –testaukset

Tuotteiden ja materiaalien prototyyppivalmistus ja testaus

Simo Torniainen
TKI-asiantuntija
+358407593369
Simo.Torniainen@xamk.fi
Puhelin
+358408266066
Sähköposti
Heikki.Naumanen@xamk.fi
Yksikkö
Materiaalien ja ympäristöturvallisuuden tutk. yks.

Materiaalien ja rakenteiden mekaaninen testaus
Materiaalien olosuhdetestaus
Puun modifiointi
Tuotteiden ja materiaalien prototyyppivalmistus ja testaus

Heikki Naumanen
Tutkimusinsinööri
+358408266066
Heikki.Naumanen@xamk.fi
Puhelin
+358505171631
Sähköposti
Kai.Moller@xamk.fi
Sosiaalinen media
Yksikkö
Materiaalien ja ympäristöturvallisuuden tutk. yks.

Materiaalien ja rakenteiden mekaaninen testaus

Materiaalien rakenne-, koostumus- ja alkuaineanalyysit

Materiaalien termoanalyysit

Materiaalien pinta-analyysit

Puun modifiointi

Tuotteiden ja materiaalien prototyyppivalmistus ja testaus

Kai Möller
Tutkimusinsinööri
+358505171631
Kai.Moller@xamk.fi
Sosiaalinen media