Tampereen Ratikan suunnit­teluohje

4.2. Raiteen vaakageometria

4.2.1. Elementin pituus

Matkustusmukavuuden kannalta suositeltava pituus sekä suoralle että kaarteelle on mahdollisimman pitkä. Normaaliarvon minimi suoran ja kaarteen pituudelle on matka, jonka ajamiseen kestää vähintään kaksi sekuntia. Kaarteille arvon voi laskea sille elementin pituudelle, joka suorien välissä olisi pelkällä ympyräkaarella ilman klotoideja. Poikkeuksena ovat selvästi lyhyemmät ja loivat kaarteet, joilla mukaudutaan pieniin kadun suuntauksen muutoksiin.

Jyrkissä S-kaarteissa kalusto asettaa vaatimuksia kaarteiden välisen välisuoran pituudelle, jotka käsitellään luvussa 4.2.4.

4.2.2. Kaarteet

Vaakakaarteita suunnitellaan mahdollisimman vähän ja ne pyritään suunnittelemaan loiviksi. Kaarteiden välisiä lyhyitä suoria tulee välttää. Samansuuntaisilla kaarteilla tulee välisuoran sijaan pyrkiä käyttämään korikaarta, mielellään klotoidin kanssa. Jyrkkiä (R < 100 m) kaarteita tulee välttää aina kun se on mahdollista. Jyrkissä kaarteissa kisko ja pyörä kuluvat nopeasti, kisko-pyörä-kontaktista syntyy melua ja ajonopeudet jäävät mataliksi. Kaarresäteen minimi on R = 25 m. Jyrkät kaarteet on suositeltavaa suunnitella kiintoraiteena rakentamisen ja kunnossapidon haasteiden vuoksi. Jyrkissä sepeliraiteen kaarteissa tulee selvittää tarve kiskoankkuroinnille hellekäyräriskin minimoimiseksi.

Vaakakaarteissa suurimmat sallitut nopeudet määräytyvät sivukiihtyvyydestä. Määräävinä kriteereinä ovat matkustusmukavuus ja seisovien matkustajien turvallisuus. Suositusarvo sivukiihtyvyydelle on 0,2 m/s², jossa matkustaja vielä tuntee kaarteeseen ajon, mutta se ei liikuta matkustajaa.  Normaaliarvo on vähintään 0 m/s² ja enintään 0,65 m/s².  Taulukossa 4.2.2 on esitetty sallitut kaarresäteet eri nopeuksilla ja sivukiihtyvyyden arvoilla (0,2 m/s², 0,65 m/s² ja 0,98 m/s²) kallistamattomassa kaarteessa.

Nopeus [km/h]	15	20	25	30	40	50	60	70
Kaarresäde suositus [m] (0,2 m/s2)	90	150	240	350	600	1000	1400	1900
Kaarresäde minimi [m] (0,65 m/s2)	27	50	75	110	190	300	430	590
Kaarresäde ääriarvo [m] (0,98 m/s2)	25	32	50	71	126	197	284	386

Sivukiihtyvyyden ääriarvoja ovat alle 0 m/s² ja enintään 0,98 m/s². Välille 0,65…0,98 osuvia sivukiihtyvyyksiä voidaan käyttää esimerkiksi, jos tavoiteltava nopeusrajoituksen tasaluku aiheuttaa kyseiselle välille osuvan sivukiihtyvyyden ja etenkin, jos kyseinen kaarre rajoittaa pysäkkivälin ajoaikaa merkittävästi. Negatiivisia sivukiihtyvyyksiä voi tulla ainoastaan kallistetuissa kaarteissa, ja sellainen voidaan hyväksyä poikkeustilanteessa, jos kaarteen alussa tai lopussa ollaan kiihdyttämässä ja kallistuksen myötä sivukiihtyvyys on hetkellisesti negatiivinen, mutta nopeutta ei kannata rajoittaa koko kaarteen matkalla.

Raideosuuksilla, joissa ei ole kaupallista liikennettä, on jyrkkäpiirteisempi geometria hyväksyttävämpää, koska matkustajamukavuus ei ole ongelma. Etenkin varikoilla minimisäteisten kaarteiden käyttö on usein välttämätöntä.

4.2.3. Siirtymäkaaret kallistamattomissa kaarteissa

Kallistamattomissa kaarteissa suoran ja kaarteen välille pyritään aina suunnittelemaan siirtymäkaari. Siirtymäkaarena käytetään klotoidia. Siirtymäkaaren vähimmäispituus mitoitetaan sivukiihtyvyyden muutoksen eli nykäyksen perusteella. Nykäys riippuu sekä kaarresäteestä että käytettävästä nopeudesta. Nykäyksen suositusarvo on alle 0,3 m/s³. Normaali- ja ääriarvo on enintään 0,67 m/s³. Nykäys kannattaa laskea aina tapauskohtaisesti, koska sen suuruus riippuu sekä kaarresäteestä että vaunun nopeudesta.

Klotoidin suositeltava pituus on aina vähintään 10 metriä. Klotoidi voi olla suositeltua vähimmäisarvoa pidempikin. Selvästi pidempi klotoidi on toimiva ratkaisu myös tilanteissa, joissa tarvitaan jyrkkä kaarre, mutta halutaan mahdollisimman kapea raideväli kaarteen jälkeiselle suoralle. Taulukossa 4.2.3 on esitetty yleisiä siirtymäkaaren suositus- ja vähimmäispituuksia erisäteisiin kaarteisiin ja nopeuksiin kallistamattomissa kaarteissa.

Kaarresäde [m]	25	50	75	100	200	300	450	600
Nopeus [km/h]	15	20	25	30	40	50	60	70
Klotoidin suositeltava pituus [m]	10	11	15	20	25	30	35	40
Klotoidin vähimmäispituus [m]	10	10	10	10	11	14	16	20

Klotoidia ei tarvita hyvin loivissa kaarteissa, jos R > 3000 m tai jos klotoidin vähimmäispituus on <0,01 R. Poikkeustilanteissa siirtymäkaaren voi mitoittaa lyhyemmäksi kuin 10 metriä tai jättää pois kokonaan tilan ahtauden vuoksi. Tällaisissa tilanteissa voidaan nykäyksen laskea kohdistuvan “virtuaalisen klotoidin” 7,6 metrin pituiselle matkalle, joka on Tampereen raitiovaunun teliväli.

4.2.4. S-kaarteet

S-kaarteiden käyttöä tulee välttää yleisesti ja erityisesti jyrkkien S-kaarteiden. Käytettäessä S-kaarteita, jos normaaliarvoa välisuoran pituudelle ei saavuteta, tulisi kaarteiden välissä olla vähintään 10 metrin mittainen suora. Jos suora on lyhyempi, ei sitä voida ottaa huomioon sallittavan nykäyksen laskemisessa. Tällöin nykäys pitää laskea erisuuntaisten kaarresäteiden käänteisarvojen summasta.

Ääriarvona erittäin ahtaissa kadunkulmissa tai mahdollisesti varikolla voidaan S-kaarteissa välisuora jättää pois, jos molempien kaarteiden säde R ≥ 40 m. Vähintään toisen kaarresäteen ollessa R < 40 m asettaa kalusto vaatimuksen välisuoran vähimmäispituudelle taulukon 4.2.4 mukaisesti.

Kaarteiden säteet	25 ≤ R₁ < 27,5	27,5 ≤ R₁ < 30	30 ≤ R₁ < 35	35 ≤ R₁ < 40	R₁ ≥ 40
25 ≤ R₂ < 27,5	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0
27,5 ≤ R₂ < 30	10,0	6,0	6,0	5,5	5,0
30 ≤ R₂ < 35	10,0	6,0	4,0	3,5	3,0
35 ≤ R₂ < 40	10,0	5,5	3,5	1,5	1,0
R₂ ≥ 40	10,0	5,0	3,0	1,0	0,0

4.2.5. Kaarteen kallistukset

Kallistamalla raidetta nostamalla ulkokaarteen puoleista kiskoa, voidaan kaarteissa ajaa lujempaa. Kallistettujen kaarteiden käyttö on suositeltavaa etenkin suurilla nopeuksilla ja sepeliraideosuuksilla, mutta kallistuksia voidaan toteuttaa myös katualueella omalla kaistallaan olevilla kiintoraideosuuksille. Sekaliikennekaistoilla ja liittymäalueilla raiteen kallistusta voidaan käyttää vain harvoin, jos se sopii sekä ajoneuvo- että raitiovaunuliikenteen vaatimuksiin. Kallistetun kaarteen täyskallistetun osuuden minimipituus kallistusviisteiden välissä on vähintään 12 m, ettei vaunu kierry useaan eri suuntaan yhtä aikaa.

Hyväksyttävät sivukiihtyvyyden raja-arvot kallistetuissa kaarteissa ovat samat kuin kallistamattomilla kaarteilla. Suurin sallittu kallistuksen määrä on 150 mm sepeliraiteella ja 100 mm kiintoraiteella omalla kaistallaan ja 60 mm sekaliikennealueella ja kallistus lasketaan kiskojen kulkupintojen väliselle 1500 mm etäisyydelle. Täten lisäämällä kallistusta 15 mm saadaan kompensoitua sivukiihtyvyyttä 0,1 m/s². Kallistetut kaarteet kannattaa mitoittaa kaarrekohtaisesti, koska mitoitusarvot riippuvat kaarresäteestä, nopeudesta ja kallistuksesta. Kallistuksia suunniteltaessa tulee ottaa huomioon se, kuinka todennäköisesti kaarteessa ajetaan tavoitenopeutta hitaammin, ja pyritään välttämään negatiiviset sivukiihtyvyydet. Taulukoissa 4.2.5 a) – c) on esitetty tyypillisiä kallistettujen kaarteiden sivukiihtyvyyksiä eri nopeuksilla, kaarresäteillä ja kallistuksilla.

Nopeus [km/h]	25	30	40	50	60	70
Kaarresäde suositus [m] (0,2 m/s²)	90	130	230	370	530	720
Kaarresäde minimi [m] (0,65 m/s²)	50	70	130	200	290	390
Kaarresäde ääriarvo [m] (0,98 m/s²)	37	54	95	150	215	290

Nopeus [km/h]	30	40	50	60	70
Kaarresäde suositus [m] (0,2 m/s²)	80	145	225	330	440
Kaarresäde minimi [m] (0,65 m/s²)	54	95	150	215	290
Kaarresäde ääriarvo [m] (0,98 m/s²)	43	76	120	170	235

Nopeus [km/h]	30	40	50	60	70
Kaarresäde suositus [m] (0,2 m/s²)	60	105	160	235	320
Kaarresäde minimi [m] (0,65 m/s²)	43	76	120	170	235
Kaarresäde ääriarvo [m] (0,98 m/s²)	36	64	100	142	195

4.2.6. Siirtymäkaaret kallistetuissa kaarteissa

Kallistetuissa kaarteissa tarvitaan aina siirtymäkaari. Siirtymäkaarena käytetään klotoidia. Siirtymäkaaren matkalle tulee myös siirtymäkaaren mittainen kallistusviiste, jossa ulkokaarteen puoleista kiskoa nostetaan kaarteen kallistuksen verran. Kallistusviisteen tulee olla riittävän loiva, ettei matkustajamukavuus kärsi ja vaunuun kohdistu liikaa rasitusta. Myös nykäyksen tulee olla riittävän pieni.

Yleensä kallistusviisten jyrkkyys on näistä määräävä eli määrittää klotoidin vähimmäispituuden. Käytännössä suuret kallistukset jyrkissä kaarteissa ovat kelvollinen ratkaisu vain harvoin, koska kallistusviisteiden vaadittu vähimmäispituus kasvaa varsin suureksi suhteessa koko kaarteen pituuteen. Kallistusviisten jyrkkyyden suositusarvo on 1:10V tai loivempi ja minimiarvo 1:6V (V = nopeus km/h). Enintään jyrkkyys saa olla kuitenkin 1:300. Kallistusviisteen suositus- ja minimipituudet eri kallistuksilla on esitetty taulukoissa 4.2.6 a, 4.2.6 b ja 4.2.6 c

Nopeus [km/h]	25	30	40	50	60	70
Kallistusviisteen pituus suositus [m]	15	15	20	25	30	35
Kallistusviisteen pituus minimi [m]	15	15	15	15	18	21

Nopeus [km/h]	30	40	50	60	70
Kallistusviisteen pituus suositus [m]	30	40	50	60	70
Kallistusviisteen pituus minimi [m]	30	30	30	36	42

Nopeus [km/h]	30	40	50	60	70
Kallistusviisteen pituus suositus [m]	45	60	75	90	105
Kallistusviisteen pituus minimi [m]	45	45	45	54	63

Kallistusviisteiden sijoittamista tulee välttää pystygeometrian pyöristyskaarteiden kohdalle. Jos tämä ei ole mahdollista, tulee kallistusviisteen matkalla pyöristyskaaren säteen olla R ≥ 6 * V³ * n (n = kallistusviisteen jyrkkyys), mutta aina vähintään R = 2000 m.

Muokattu viimeksi:

Muutoshistoria:

4.2.6. Siirtymäkaaret kallistetuissa kaarteissa
30.11.2023 Lisätty tarkennusta kallistusviisteen pyöristyskaaren säteestä.

Tulosta kappale