4.1. Generelt
Hovedformålet med et dreneringssystem for en veg er å fjerne vannet fra vegen og dens omgivelser. Systemet består av to deler: avvanning og drenering. «Avvanning» betyr fjerning av nedbør fra vegens overflate. «Drenering», derimot, omfatter alle elementer i infrastrukturen for å holde vegkroppen tørr. I Sverige deles videre «avvanning» inn i to deler: «avrenning» og «avvanning». «Avrenning» omfatter vann som renner fra dekkeoverflaten via vegskuldrene og innerskråningene til grøftene. «Avvanning» omfatter oppsamling og transport av vann fra overflaten og vegkroppen, slik at det ikke blir stående dammer på vegen eller i grøftene.
“Avvanning” består av følgende elementer:
– Tverrfall
– Vegskuldre
– Ikke-permeable vegdekkematerialer
Et typisk system for «drenering» består av følgende elementer:
– Avløpsgrøfter
– Sidegrøfter
– Stikkrenner
– Inner- og ytterskråninger
– Lag i vegkroppen
– Dreneringsgrøfter
Hvor vellykket dreneringssystemet er avhenger av dets «svakeste ledd». Det betyr at hvis noen elementer i systemet er i uorden vil ikke hele systemet fungere som forutsatt og vegen vil få skader. På den annen side vil et godt utført og vedlikeholdt dreneringssystem være en svært bærekraftig investering. De største fordelene med et godt dreneringssystem er: effektiv fjerning av nedbør fra vegdekket og dets omgivelser, en vegkropp som holdes tørr, god bæreevne, og en veg der det er behagelig og sikkert å ferdes.
Referanser:
”Bakgrundsdokument till handledning för identifiering av behov av avvattninsåtgärsder”
“Teiden suunnittelu IV, Tien rakenne 4, kuivatus”
4.2 Faste dekker og grusslitelag
Vegdekket eller slitelaget er det øverste laget i vegen. En av vegdekkets funksjoner er å gi en vanntett beskyttelse av de underliggende lag i overbygningen. Det kan en oppnå hvis dekket ikke er permeabelt og er uten sprekker. Det øverste slitelaget må også ha et tilstrekkelig tverrfall for å lede vann (fra regn, smeltet snø eller is) raskt bort fra vegens overflate.
Anbefalt tverrfall avhenger av vegtypen og materialet i det øverste laget. På en rettlinjet veg vil tverrfallet være mellom 3 og 5 %. På asfaltdekker er anbefalt tverrfall 3 % og på grusveger 5 %. På en rettlinjet veg utformes tverrfallet vanligvis som «takfall».
I kurver utformes tverrfallet som «overhøyde», også kalt «ensidig tverrfall». På smale veger er det også vanskelig å utforme og vedlikeholde et takfall på grunn av den vegbredden som er tilgjengelig. På grusveger med lav trafikk er derfor mer effektivt å utforme fullt ensidig tverrfall (innover eller utover) enn takfall. Minimumskrav for tverrfall i kurver må fastsettes i hvert enkelt tilfelle. Tverrfallet vil f.eks. avhenge av fartsgrensen og vegens geometri (kurveradius). Tverrfallet i kurver er også viktig for kjøredynamiske forhold.
Et svært viktig moment når det gjelder tverrfall er at det bør ikke endres mye over korte strekninger, da dette kan gi problemer med vindskjevhet i høye og tunge kjøretøyer og trafikkfarlige forhold. Betydningen av riktig tverrfall er omtalt grundigere i ROADEX-rapporter av Johan Granlund om vibrasjoners virkning på menneskekroppen.
Det har tidligere vært ganske vanskelig og kostbart å måle tverrfall detaljert fra en bil i bevegelse. Men i det siste har profilometre, tredimensjonale akselarasjonsmålere og laserskannerteknikker gitt nye muligheter for mer effektiv måling av tverrfall. Testresultater med disse metodene har også gitt svært interessant informasjon om hva dreneringen betyr for tverrfallet, og motsatt.
Referanser:
Bakgrundsdokument till handledning för identifiering av behov av avvattninsåtgärsder
Teiden suunnittelu IV, Tien rakenne 4, kuivatus (på finsk)
4.3 Sidegrøfter
Sidegrøfter samler opp vann fra vegen og leder det til avløpsgrøfter. De er særlig viktige når vegen ligger i skjæring. Hvis vegen ligger på en høy fylling trenges det ikke alltid sidegrøfter, og slikt behov må vurderes i hvert enkelt tilfelle.
Sidegrøfter bør ha et fall i lengderetningen på minst 4 ‰ (4 mm/m) iflg. tidligere finske vegnormaler. I Sverige skal det være minst 5 ‰ (5 mm/m).
I Sverige klassifiseres sidegrøfter i to kategorier: 1) «skjæringsgrøfter», og 2) «regnvannsgrøfter». Iflg. svenske vegnormaler skal dybden av en sidegrøft («skjæringsgrøft») være minst 30 cm under nederste del av overbygningen. Tilsvarende minimumsdybde i Finland er 25 cm. Norge har det strengeste kravet med 35 cm på nybygde veger. Dypere sidegrøfter enn dette vil ikke gi noen merkbart bedre drenering. ROADEX-undersøkelser i Sverige har bekreftet at disse anbefalingene er riktige.
En «regnvannsgrøft» betyr at grøfta bare samler opp regnvann fra vegen og dens omgivelser. Det vil si at jordlaget er tørt og grunnvannsnivået lavt. I Sverige prosjekteres slike grøfter med en dybde minst 0,5 m under vegdekkets overflate. Iflg. tidligere finske vegnormaler bør slike grøfter («regnvannsgrøfter») ha enn dybde minst 15 cm under overbygningens nederste del. Dessuten bør undergrunnen bestå av ikke-telefarlige materialer.
Grøftenes tilstand har tradisjonelt vært fulgt opp ved visuell inspeksjon. Men denne metoden anses å være subjektiv og avhengig at tidspunktet når evalueringen skjer. I tillegg endres grøfteprofilet svært langsomt, slik at at bare de verste stedene blir oppdaget visuelt. Ofte kan en ikke se grøftebunnen. I ROADEX-prosjektet er prøvd en rekke metoder for å løse disse problemene. En kombinasjon av laserskanner og georadar ga best resultat.
Referanser:
Bakgrundsdokument till handledning för identifiering av behov av avvattninsåtgärsder (Sverige)
Teiden suunnittelu IV, Tien rakenne 4, kuivatus (Finland)
Geller & Sherad: Low volume roads engineering – Drainage of low volume roads
4.4 Avløpsgrøfter
Avløpsgrøfter er dreneringsanlegg som leder vann fra sidegrøftene og bort fra vegområdet. Vann fra avløpsgrøfter renner vanligvis ut i eksisterende vassdrag som bekker, elver og innsjøer. Avløpsgrøftene utgjør et kritisk element i dreneringssystemet for en veg, men det undervurderes ofte. Hvis avløpet er tett kan det gi merkbare problemer for vegen i et større område. Avløpsgrøfter finnes ofte utenfor vegområdet. Vegmyndighetene er ikke alltid grunneier der de passerer. Det kan oppstå vansker med tillatelse fra grunneieren når avløpsgrøfta er tett og må renskes.
Det anbefales at en avløpsgrøft har et fall i lengderetningen på minst 4‰. I praksis kan det bli nødvendig å bruke et mindre fall for å tilpasse seg lokale forhold.
Avløpsgrøfter bør graves slik at utløpet i et naturlig vassdrag skjer på samme nivå som bunnen i dette vassdraget. Hvis det ikke finnes noe naturlig vassdrag bør avløpsgrøfta graves langt nok til at en unngår oppsamling av silt, gjørme eller andre skadelige materialer.
Lokalisering og oppfølging av avløpsgrøfter har alltid vært en utfordring når dreneringen skal kartlegges. Slik er det særlig når kartleggingen skjer fra et kjøretøy i bevegelse, og ROADEX har prøvd flere metoder for å finne den metoden som egner seg best. En fant at den beste løsningen var å montere et videokamera i 90o vinkel til målebilen, og bruke dette til å registrere grøftenes tilstand. GPS-data som også viser z-koordinater kan bidra til å lokalisere sannsynlig beliggenhet for avløpsgrøftene, da de vanligvis befinner seg på det laveste punktet i en terrengforsenkning.
Referanser: Teiden suunnittelu IV, Tien rakenne 4, kuivatus (Finland)
4.5 Stikkrenner i vegen
En stikkrenne er et rør eller et element med kasseprofil som vanligvis fungerer som tversgående drenering for å avlaste grøftene og lede vann under vegen der den krysser naturlige dreneringssystemer som bekkefar, dalsøkk e.l. I Finland defineres det som stikkrenne hvis lysåpningen er mindre enn 2 m. Hvis den er større enn 2 m defineres det som bru. Hvis det er et stort rør med lysåpning 2-4 m defineres det som ei «rørbru» («kulvert» i norsk terminologi). En stikkrenne er vanligvis et rundt rør, men den kan også ha form som et buet hvelv bestående av en del av et rør eller andre bygningselementer, eller den kan ha kasseprofil. Formen avhenger av forholdene på stedet, plassbehov og hvilken masseoverdekning som kan tillates.
Stikkrenner kan vanligvis skaffes i plast, stål eller betong. Noen gamle stikkrenner ble også laget av tre eller tørrmur. Plastrenner er ofte enklest å vedlikeholde på grunn av at is ikke fester seg så lett til plastoverflaten.
Stikkrennerør er kostbare, og de relativt små rørene som brukes til stikkrenner kan lett tettes igjen og få behov for rensk. Derfor er det viktigste som en må tenke på ved planlegging av nye stikkrenner at de må ha tilstrekkelig størrelse og være sikret mot å renne over hvis de fylles opp. Stikkrenner bør også monteres i samsvar med produsentens beskrivelse og ha egnet beskyttelse mot erosjon, utvasking og maskiner for vegvedlikehold.
Stikkrenner gjennom vegen bør plasseres på det laveste punktet i terrenget. Det er tommelfingerregel for legging av stikkrenner at en bør endre naturlige bekkefar og søkk i terrenget minst mulig. Enhver innsnevring av det naturlige vassdraget må unngås. Det kan gjøres ved å beholde vassdragets naturlige fall og retning gjennom stikkrenna.
Stikkrennas høydenivå og plassering avhenger av flere forhold:
– Tilstrekkelig fall i rennas lengderetning (minst 1 % for å unngå oppsamling av silt eller gjørme)
– Sidegrøftas dybde
– Høydenivået for dreneringssystemet i tilstøtende terreng
– En bør også tenke på at i områder med svake jordarter vil vegen ofte få setninger nær stikkrenna, noe som vil presse grøftebunnen høyere opp.
Stikkrenner bør normalt monteres rettvinklet på vegens lengderetning. De kan også legges med en annen vinkel med veglinjen hvis lokale forhold krever det.
Materialer til fundament og tilbakefylling, samt til utkilinger, bør ikke være telefarlige og bør ikke inneholde stein større enn 75 mm. Fundamentet bør ikke ha stein større enn 40 mm. Et fuktig velgradert eller sandholdig grusmateriale egner seg godt til tilbakefylling.
I Finland er anbefalt minste størrelse for stikkrenner på lavtrafikkveger 400 mm (hvis stikkrenna ikke er lengre enn 10 m). Stikkrennas «størrelse» defineres som rørets innvendige diameter. Det er noen unntak fra denne regelen, f.eks. ved montering av et nytt mindre rør inne i et gammelt rør, der den gamle stikkrenna har vist seg å være for stor. Ideelt sett bør en stikkrenne være like bred som det naturlige bekkeløpet for å unngå at det snevres inn.
| STØRRELSE PÅ KONSTRUKSJONER FOR DRENERING | ||||
| Bratte skråninger Åpent, lite vegetasjon | Slake skråninger Mye vegetasjon | |||
| Areal som dreneres (hektar) | Sirkulært rør Ø (m) | Areal (m2) | Sirkulært rør Ø (m) | Areal (m2) |
| 0..4 | 0.76 | 0.46 | 0.46 | 0.17 |
| 4..8 | 1.07 | 0.89 | 0.61 | 0.29 |
| 8..15 |
1.22 |
1.17 | 0.76 | 0.46 |
| 15..30 |
1.83 |
2.61 | 1.07 | 0.89 |
| 30..50 |
2.13 |
3.58 | 1.22 | 1.17 |
| 50..80 | 2.44 | 4.67 | 1.52 | 1.82 |
| 80..120 | 1.83 | 2.61 | ||
| 120..180 | 2.13 | 3.58 | ||
Ved valg av størrelse for en stikkrenne bør flere forhold tas i betraktning. f.eks. størrelsen på området som skal dreneres, type terreng i nærheten, nedbørsintensitet osv. Tabellen nedenfor gir noen eksempler på ulike stikkrennedimensjoner. Tabellen er modifisert etter Geller & Sherad: “Low volume roads engineering – Culvert use, installation and sizing”. Det er forutsatt en nedbørsintensitet på 75 – 100 mm/t. Tilfeller med åpent terreng, lite vegetasjon og bratte skråninger har en høyere avrenningskoeffisient enn skogsterreng med mye vegetasjon og slake skråninger. For en terrengtype mellom disse kan rørdimensjonen interpoleres. Hvis den foreslåtte dimensjonen ikke kan skaffes bør en bruke den nærmeste større dimensjonen.
Utløpet av en stikkrenne bør ideelt sett være i et område som er stabilt mot erosjon. Steder med mye vegetasjon eller berggrunn er gode steder å legge en stikkrenne. Vann som strømmer ut av renna kan gi erosjonsproblemer der det renner rett ut på jord som kan eroderes. Plastring av bekkeløp, steinsetting eller andre konstruksjonsløsninger er ikke like gode som en stikkrenne med riktig størrelse og plassering.
Referanser:
Teiden suunnittelu IV, Tien rakenne 4, kuivatus (Finland)
Berntsen and Saarenketo Drainage on low traffic volume roads
Geller & Sherad: Low volume roads engineering – Culvert use, installation and sizing
4.6 Stikkrenner i avkjørsler og sideveger
Stikkrenner i avkjørsler og sideveger gjør det mulig for vann i sidegrøftene å passere gjennom slike veger som kommer inn i hovedvegen. Slike veger kan være kryss i hovedvegen eller enkle private avkjørsler. Hensikten med stikkrenner i avkjørsler og sideveger er å forlenge sidegrøfta gjennom sidevegen som om denne vegen ikke fantes.
Iflg. tidligere finske vegnormaler bør stikkrenner i avkjørsler ha en minstestørrelse på 400 mm når rennas lengde er mer enn 8 m. Hvis den er mindre enn 8 m kan minstestørrelsen være 300 mm. Stikkrennas lengde avhenger av avkjørselens bredde, som ofte er stor ved butikker, bensinstasjoner eller annen næringsvirksomhet. Stikkrenner i avkjørsler har gjennom tidene hatt mindre diameter enn stikkrenner gjennom hovedvegen, og vannet har også lavere strømningshastighet. Slike stikkrenner med liten diameter kan tettes og være årsak til at vann trenger inn i hovedvegens overbygning, som kan svekkes. Det kan også føre til alvorlige erosjonsproblemer.
Ansvaret for vedlikehold av stikkrenner i avkjørsler er forskjellig i partnerlandene i ROADEX.
I Finland er som regel eieren en privatperson, og vedlikeholdsansvaret for stikkrenna ligger hos eieren av avkjørselen. Det kan gi problemer etter som disse privatpersonene ofte unnlater å ta sitt ansvar for å holde stikkrenna åpen. Svært ofte er stikkrennene også for små og lagt på feil måte. Dette gir dreneringsproblemer for hovedvegen og kan føre til skader på denne. I Sverige er det vegmyndighetene (Trafikverket) som eier stikkrenner i avkjørsler og derfor har ansvaret for vedlikehold. Også i Skottland ligger vedlikeholdsansvaret for stikkrenner i avkjørsler hos vegmyndighetene (dvs. det lokale Council for lavtrafikkveger og Transport Scotland for riksveger). I Norge er regelverket omtrent det samme som i Sverige. I Norge eier Statens vegvesen 3 m fra vegkanten. De fleste stikkrenner i avkjørsler ligger i dette området slik at vegvesenet har ansvaret for dem.
I Island betaler grunneierne alle kostnader som angår stikkrenner i avkjørsler. Stikkrennene må utføres i samsvar med retningslinjer fra vegvesenet (Vegagerdin). Vegagerdin har ansvaret for vedlikehold av stikkrenner i avkjørsler. Vegagerdin eier 20 m grunn på begge sider av vegens midtlinje. I Grønland bygger grunneierne stikkrenner i avkjørsler, men kommunen tar deretter ansvar for vedlikeholdet.
4.7 Drenerende lag i vegkroppen
Horisontale elementer i vegkroppen som bidrar til dreneringen er filterlag, spesielle geotekstiler (fiberduk) og spesielle asfaltblandinger (som porøs drensasfalt). De leder vann bort fra vegen eller avskjærer muligheten for at kapillært vann kan suges opp fra undergrunnen til overbygningen.
Et filterlags viktigste betydning for dreneringen er at det hindrer kapillært vann i å stige til overliggende lag i vegen. Materiale til filterlag bør være velgradert med en maksimal kornstørrelse på 31,5 mm, og det må ikke være telefarlig. I de nordiske landene varierer tykkelsen av filterlag fra 0,4 m til 0,6 m. Filterlaget er det nederste laget i overbygningen og legges vanligvis ut på traubunnen. En bør alltid legge et filterlag i vegen når undergrunnen er telefarlig (leire, silt eller siltig morene). Filterlaget skilles vanligvis fra underlaget med en fiberduk.
Sammensatte geotekstiler kan også brukes som dreneringslag. En «drensmatte» er som en sandwich-konstruksjon som leder vann ved hjelp av en celleformet kjerne. En stiv kjerne av plast legges mellom to lag fiberduk. Matten legges på et jevnt underlag og dekkes til med et gruslag som er tykt nok til å beskytte matten mot påvirkning fra tunge kjøretøylaster.
Drensasfalt brukes i land med mye nedbør. Denne spesielle asfaltblandingen sikrer hurtig drenering av vann bort fra vegens overflate. Det reduserer faren for vannplaning og dårlige siktforhold som skyldes skvett og sprut, og gir dermed bedre trafikksikkerhet totalt sett. I kraftig regnvær samles ikke vann lett opp på et dekke av drensasfalt etter som tilslaget i blandingen har omtrent samme steinstørrelse (dvs. en svært bratt kornkurve). Typisk tykkelse av drensasfalt er 20-100 mm, og det legges ut på et ikke-permeabelt asfaltlag. Selv om materialet fungerer godt når det er vått har det noen ulemper. Det har kort levetid, og en må sikre at det inneholder nok bitumen til å dekke steinskjelettet. Hvis det har for mye bitumen vil det lett oppstå spor, og porene tettes av bitumen. Hvis det har for lite bitumen vil det oppstå separasjon og steinslipp. Drensasfalt kan tettes og miste sin effekt når den utsettes for partikler og støv fra omgivelsene, jordpartikler som føres med vinden, samt forurensing fra bilmotorer og kjøretøyers last. Snø, is og salt til isfjerning kan også tette porene og hindre vannstrømmen.
Til slutt kan nevnes at spesielle materialer som resirkulert skumglass har vært brukt til drenerings- og frostisolasjonslag. Bark fra tømmer har også vært brukt på skogsveger.
Referanser:
Dawson Water in road structures, InfraRYL2010 (Finland)
Ehrola: Liikenneväylien rakennesuunnittelun perusteet (Finland)
4.8 Vertikale dren, lukket drenering
Lukkede vertikale dren brukes ofte langs veger i våte områder, f.eks. i en våt skjæringsskråning der det siver ut vann. Hensikten med slike vertikale dren er å flytte grunnvannet og holde undergrunnen tørr under vegen. Lukket vertikal drenering kan deles inn i to hovedgrupper: 1) drenering for avskjæring, og 2) drenering for å senke grunnvannsspeilet.
Noen ganger kan det være mer lønnsomt å bruke vertikale dren enn å legge et ekstra tykt lag i overbygningen, eller å foreta hyppige vegutbedringer. Det gjelder spesielt på veger med høy trafikk.
En typisk lukket drenering består av en avskjæringsgrøft (dybde 1-2 m) med tilbakefylling. Drensgrøfta fylles vanligvis med materiale med høy permeabilitet, innpakket i fiberduk, med et perforert rør eller et permeabelt materiale nær bunnen. Dreneringssystemer med sammensatte geotekstiler, også kalt «drensmatter», har ofte bare noen cm tykkelse. Slike dreneringssystemer plasseres vanligvis i kanten av overbygningen, parallelt med veglinjen.
Lukkede drensgrøfter (“fransk” drenering)
En lukket drensgrøft består av et dren innpakket i fiberduk. Det inneholder rundt eller knust materiale. Tidligere ble drenet laget uten et rør i bunnen, men nå inneholder det vanligvis en eller annen type drensrør. Fiberdukinnpakningen skal hindre at finstoffpartikler trenger inn i drenet og tetter det. Fiberduken bør være permeabel slik at vann fra tilstøtende grunn kan strømme inn i drenet.
Et eksempel på utførelsen av en lukket drensgrøft, trinn for trinn:
1. Grav en trang grøft
2. Rensk opp i den utgravde grøfta
3. Dekk grøftas vegger og bunn med fiberduk
4. Legg et lag av grus eller pukk i bunnen av den plastrede grøfta
5. Monter et langsgående drensrør hvis nødvendig
6. Fyll grøfta med grus eller pukk
7. Lukk grøfta og brett sammen fiberduken på toppen (min. overlapping 30 cm)
8. Dekk den lukkede drensgrøfta med minst 3-5 cm matjord eller annet materiale med lav permeabilitet. Hvis grøfta skal samle opp avrenning fra overflaten må tildekkingsmaterialet være permeabelt.
Drensmatter er langsgående dren som er laget av sammensatte materialer. En drensmatte inneholder vanligvis to ytre lag av fiberduk som fungerer som filter mot tilstøtende jordmasser, samt en stiv kjerne av plast mellom fiberduklagene (som en «sandwich»). En drensmatte kan også lede vann inn i en samleledning nederst i drenet. Vannet strømmer gjennom fiberduklagene inn i kjernen som fører vannet til en avløpsgrøft.
Referanser:
Dawson: Water in road structures
Geller & Sherad: Low volume roads engineering – Drainage of low volume roads
4.9 Drenering i inner- og ytterskråninger
Ved prosjektering av vegens inner- og ytterskråninger er det et mål å bruke så slake skråninger som mulig. Slake skråninger er mer miljøvennlige, gir bedre trafikksikkerhet og er mer motstandsdyktige mot erosjon. Helningsvinkelen for en typisk skråning vil avhenge av vegtype (bygdeveg, hovedveg, motorveg osv.) og av topografien i området. Iflg. tidligere finske vegnormaler er anbefalt helning for innerskråninger på en hovedveg minst 1:2 og for ytterskråninger minst 1:4.
Dårlig skråningsstabilitet kan gi problemer for vegen og føre til vegskader. Masser som glir ut i grøftebunnen kan stenge for vannstrømmen og føre til at vann trenger inn i overbygningen. Det kan føre til lokale telehiv og deformasjoner i vegskuldre. Undersøkelser i ROADEX har vist at ustabile skråninger er en av de viktigste årsakene til vegskader på prøvestrekninger i Finland.
Et spesielt forhold som har vist seg å gi problemer er at vannømfintlig materiale fra grøftebunnen er blitt lagt tilbake i innerskråningen under grøfterensk. Dette materialet har så glidd raskt tilbake til grøftebunnen og skapt nye problemer for vegen.
Referanser:
Dawson: Water in road structures
Teiden suunnittelu IV, Tien rakenne 4, kuivatus
4.10 Spesielle dreneringsanlegg
Så snart vannet er samlet opp fra vegen og dens omgivelser må det ledes ut av vegområdet til et akseptabelt utløpssted. Vanligvis er dette et naturlig vassdrag, som ei elv, en innsjø eller en kanal. Der dette ikke er mulig kan infiltrasjonsbrønner være en løsning. Hensikten med en infiltrasjonsbrønn er å føre vannet tilbake i naturlig sirkulasjon der det kom fra, f.eks. ved at vannet siver tilbake til naturen gjennom en porøs vegg. Infiltrasjonsbrønner kan bare brukes i porøse jordarter og ikke f.eks. i områder med leire. Infiltrasjonsbrønners størrelse og kapasitet må planlegges i hvert enkelt tilfelle. For å fungere effektivt må rommet i den ferdige brønnen holdes åpent og fritt for alt som kan tette den igjen..
Referanser: Dawson Water in road structures