Utak és környezetük tervezése

Átírás

1 Dr. Fi István Utak és környezetük tervezése 17A. előadás: A hossz-szelvény tervezési elemei

2 A hosszesés Az útpálya hosszirányú esését lehetőleg alacsonyan kell tartani. Előnyös, ha a hosszesés 4,0 %-nál kisebb. A hosszesés értékei forgalombiztonsági okokból nem léphetik túl az alábbi táblázatban a tervezési sebességekhez tartozó maximális értékeket. Tervezési sebesség, Hosszesés, e [%] v t [km/h] Külterületen Belterületen ,5 4,

3 A hosszesés A csomópontok térségében a hosszesés forgalombiztonsági okokból maximum 4 %-ra csökkentendő. Alagutakban a 4 %- os maximális esés szintén betartandó, sőt nagy hosszak esetében ( 1 1,5 km) 1,5 %-ra mérséklendő. A minimális hosszesés értéke a folyópálya szakaszokon célszerű, ha túllépi a 0,2 %-os értéket. A túlemelés átmeneti szakaszon a hosszesés: e 0,7 % és e - e r 0,2 % (de kedvezőbb, ha 0,5 %) ahol e az úttengely esése [%], e r a burkolatszél esése [%].

4 A hossz-szelvény lekerekítő ívének meghatározása A hossz-szelvényi egyenesek töréspontjainak lekerekítése az előtervekben, tanulmánytervekben körívet helyettesítő másodfokú parabolával történik. A számítás a mellékelt ábra szerinti: T = R tgα I = R ahol: e % e2% 2 arcα = R arc I R x T T = = ( e 1 % ± e 2 %) y = m = R 2 R 1 ( α + α ) R + T a tangenshossz [m], R a függőleges lekerekítés sugara [m], m a körív tetőpont távolsága az érintők metszéspontjától [m], x, y egy futópont relatív koordinátái [m].

5 A hossz-szelvény lekerekítő ívének meghatározása A lekerekítő íveket a helyszínrajzi ívekkel összehangolva kell megtervezni. A lekerekítő ívek nagyságát úgy kell megválasztani, hogy az útvonal hosszában kiegyensúlyozott, egyenletes elemméretekből felépülő térbeli vonalvezetést adjanak; a legkedvezőbb látótávolságot biztosítva növeljék a forgalom biztonságát; jól illeszkedjenek a tájba; csökkentsék az építési költségeket.

6 A lekerekítések határértékei A lekerekítések minimális nagyságát a biztosítandó látótávolságok határozzák meg. A megállási látótávolsághoz tartozó domború ív sugarának akkorának kell lenni, hogy a d szemmagasságú járművezető észrevegyen egy, az úton lévő h magasságú tárgyat, és annak elérése előtt a járművét meg tudja állítani (lásd az ábrát).

7 A lekerekítések határértékei A felhasználható összefüggések: ahol: R d L m d h 2 L d = 2 1 R d 2 L h = 2 2 R d ( d h ) Lm = L1 + L2 = 2 R d d + 2 R d h = 2 Rd + R d = 2 ( L d 2 m + h) a domború lekerekítés nagysága [m], a megállási látótávolság [m], a járművezető szemmagassága 1 m [m], az akadály magassága változó [m], a következő táblázat szerint. Az akadály nagyságának mértéke változtatható a tervezési sebesség függvényében, de a 0,2 m-es (fekvő ember) magasságot nem haladhatja meg.

8 Az akadály magasságának változása a tervezési sebesség függvényében Tervezési sebesség v t [km/h] Akadály magassága h [m] , , , , ,20

9 A lekerekítések határértékei A minimális domború ívsugarak nagyságát a megállási látótávolság biztosításához a tervezési sebesség függvényében az alábbi táblázat foglalja össze. Tervezési sebesség v t [km/h] Minimális domború ívsugár a megállási látótávolság biztosításához R d [m]

10 A lekerekítések határértékei Az előzési látótávolsághoz tartozó domború lekerekítés R d sugarát annak alapján lehet megállapítani, hogy a d szemmagasságú járművezetőnek a szemből jövő, ugyancsak d magasságú személygépkocsit kell észrevennie (lásd az ábrát).

11 A lekerekítések határértékei Az előző ábra jelölései alapján: ahol: L e R d d d = 1,0 d = 1,0 2 ( Le / 2) = 2 R d 2 Le R d = = 8 d Le 8 2 az előzési látótávolság [m], a domború lekerekítés sugara [m], a járművezető szemmagassága [m], a szemben jövő jármű magassága [m]. A számított előzési látótávolságokhoz tartozó sugárértékeket a következő táblázat tartalmazza:

12 Az előzési látótávolság biztosításához tartozó függőleges lekerekítő sugarak Tervezési sebesség v t [km/h] Minimális domború ívsugár az L e biztosításához R d(m) [m]

13 A lekerekítések határértékei A homorú ívekben nappal nincsenek előrelátási akadályok. Az esti, éjszakai sötétben követelmény, hogy a gépkocsi fényszórója a megállási látótávolságban előre világítson az alábbi ábra szerint: h + L R h ahol: R h h Φ m 2 Lm sinϕ = 2 R = ( h + L m h 2 Lm sinϕ) 2 a homorú lekerekítés sugara [m], a jármű fényszórójának a magassága (0,5 m) [m], a fényszóró sugárnyalábjainak a vízszinteshez viszonyított hajlásszöge (1 o ) [ o ] A fenti első számítás alapján a következő táblázatban kiszámított homorú lekerekítő sugarak alkalmazhatók mint alsó határértékek.

14 A homorú lekerekítési sugarak minimális értékei a tervezési sebesség függvényében Tervezési sebesség v t [km/h] Minimális homorú ívsugár az L m biztosításához R h [m]

15 A lekerekítések határértékei Az egyenletes vonalvezetés biztosítása érdekében kedvező, ha a helyszínrajzi ívek és a hossz-szelvényi lekerekítések tangenshosszai az alábbiak szerint alakulnak: Első- és másodrendű főutak T min = v t Alsóbbrendű utak T min = 0,75 v t ahol: T min v t a minimális tangenshossz [m], a tervezési sebesség [m].

16 Összehangolás A magassági vonal az út térbeli helyzetéből eredően mindig helyszínrajzi útelemekkel (egyenes, átmeneti ív, körív) esik egybe. A lehetséges variációk a helyszínrajzi és hosszszelvényi elemeket illetően a következő ábrák foglalják össze. Helyszínrajzi elemek Hossz-szelvényi elemek Térbeli elemek Egyenes Egyenes Egyenes állandó hosszeséssel Egyenes Ív Egyenes völgyben Egyenes Ív Egyenes hegytetőn

17 Összehangolás Helyszínrajzi elemek Hossz-szelvényi elemek Térbeli elemek Ív Egyenes Ív állandó hosszeséssel Ív Ív Ív völgyben Ív Ív Ív hegytetőn

18 Helyszínrajzi elemek: az egyenes Az egyenes szakaszokat akkor kell alkalmazni, ha azok a forgalom széthúzását szolgálják, vagy ha jól illeszkednek a tájba. A helyszínrajzi egyenesek merevségének kedvezőtlen benyomása enyhül, ha völgyben nagy függőleges lekerekítő sugárral helyezkedik el (lásd az ábrát).

19 Helyszínrajzi elemek: az ív Az egyenesek közötti, kis tangenshosszal rendelkező, rövid ívek perspektívában törésnek tűnnek, és ez csak a körívsugár növelésével kerülhető el. A sugaraknak olyan nagynak kell lenniük, amekkorát a szükséges irányváltozás megkövetel (lásd az ábrát).

20 Elemek sorrendje a helyszínrajzon A helyszínrajzon egymást követő elemek méretét az adott sugárviszonyok, átmeneti ívek és körívek aránya határozza meg. Egy sok ívet tartalmazó nyomvonal biztonságát egy kisebb ívvel lényegében nem lehet csökkenteni. Egy nagyvonalú vonalvezetésben elhelyezett kis sugár azonban balesetveszélyes. Így az utóbbi megoldás feltétlenül kerülendő (lásd az ábrát).

21 A hossz-szelvény tervezési elemei: az egyenesek Az egyenesek elhelyezése nem jelent nehézséget. Egy rövid egyenes két egymást követő homorú lekerekítés között kedvezőtlen (lásd a következő ábrákat). Nem kedvező egy rövid egyenes két egymást követő átlátható domború lekerekítés között.

22 A hossz-szelvény tervezési elemei: az egyenesek A magassági vonalvezetés szempontjából kedvező megoldás látható a következő ábrán:

23 A hossz-szelvény tervezési elemei: a homorú lekerekítés A homorú lekerekítés jó vezetési tulajdonságokkal rendelkező elem. Hosszú egyenesek közötti rövid homorú lekerekítések kerülendők (lásd az alábbi ábrát). Ugyanez a helyzet nagysugarú helyszínrajzi ívek esetén is (lásd a következő ábrát).

24 A hossz-szelvény tervezési elemei: a homorú lekerekítés A vízszintes vonalvezetéstől idegen megoldásra láthatunk példát az alábbi ábrán.

25 A hossz-szelvény tervezési elemei: a domború lekerekítés A térbeli vonalvezetés a domború lekerekítés határain belül kihat a látási viszonyokra. A kis sugarú domború lekerekítés korlátozza a látótávolságot.

26 Elemek sorrendje a hossz-szelvényen Az elemsorrendnek követnie kell a terep vonalát. Dombos terepen a domború lekerekítés sugarának nagyobbnak kell lennie, mint a homorú lekerekítés sugarának, a szükséges látótávolság biztosítása érdekében (lásd az ábrát). Csekély magasságkülönbségeknél (kb. 10 m-ig) és sík terepen a homorú lekerekítés sugarának nagyobbnak kell lennie, mint a domború lekerekítésének.

27 Részletes összehangolási kérdések Az összehangolásra vonatkozó tapasztalatok mutatják, hogy a körívsugár/lekerekítő sugár arány lehetőleg kicsi legyen, de semmiképpen se nagyobb a kb. 0,1 0,2 értéknél. Minél laposabb a terület, annál nagyobb a homorú és domború lekerekítő sugár, ellentétben a helyszínrajzi ív sugarával. Az optikailag, víztelenítés-technikailag és menetdinamikailag előnyös vonalvezetés akkor biztosított, ha az ívek inflexiós pontja a helyszínrajzon és a hossz-szelvényen megközelítőleg azonos helyen fekszik. Ekkor hosszirányban a víz elvezetése megoldott (lásd a következő ábrát). A helyszínrajz és a hossz-szelvény inflexiós pontjainak egybeesése kedvező távlati képet ad (lásd az ezt követő ábrát).

28 A helyszínrajz és a hossz-szelvény elemeinek összehangolása

29 A helyszínrajz és hossz-szelvény összehangolt térbeli képe

30 Részletes összehangolási kérdések Az ívnek nem szabad a domború lekerekítés takarásában lennie, itt a vezetőnek egyidejűleg kell mérlegelnie az irányváltozást és a görbületet (lásd az ábrát).

31 Részletes összehangolási kérdések Hullámos vonalvezetés jön létre, ha a nyomvonalon rövid lekerekítések követik egymást, takart (nem belátható) útszakaszok nélkül (lásd az ábrát).

32 Részletes összehangolási kérdések Nagyobb mértékű hullámosság az úttest lebegéséhez vezet (lásd az ábrát). A hullámzás hatása növekvő pályaszélességgel erősödik, és különösen sötétben balesetveszélyes.

33 Részletes összehangolási kérdések Ha a hullámvonal a nyomvonalat oly módon követi, hogy a szakaszok egymást takarják, önmagát fedő vonalvezetés jön létre (lásd az alábbi ábrákat).

34 Részletes összehangolási kérdések Minél erősebben leng ki a nyomvonal, annál hamarabb jön létre az un. ugrató hatás, amely a vezetőt megtévesztheti a valódi nyomvonalon való haladásban és a szemben haladó forgalom megfigyelésében. További problémát jelent, hogy ez mindenek előtt az előzéseknél mutatkozik meg, melyek önmagukban is veszélyes műveletek (lásd az ábrát).

35 Részletes összehangolási kérdések A csomópontoknak minden irányból lehetőleg völgyben kell feküdniük, a felismerhetőség és beláthatóság miatt (lásd az ábrát). Ez azonban a topográfiai viszonyok miatt nem mindenütt lehetséges, így legalább az egyik, lehetőleg az alárendelt forgalom iránya legyen völgyként kialakítva.

36 Részletes összehangolási kérdések Tehát a legfontosabb az alsóbbrendű utakról való beláthatóság, amelynek az első oka az elsőbbségadás felismerése, második oka a nagy sebességgel közlekedő járművek megállási látótávolságának biztosítása. A műtárgyakat be kell illeszteni a vonalvezetésbe azért, hogy azok merevítő hatását el tudjuk kerülni (lásd az ábrát).

37 Részletes összehangolási kérdések A jól belátható, nagyméretű hidaknál az átlagos körülményekhez képest megváltozott viszonyokra (pl.: oldalszél) is felkészülhet a vezető (lásd az ábrát).

38 Részletes összehangolási kérdések Optikailag különösen kedvezőtlen hatásúak azok a műtárgyak, amelyek az ív kezdetét lefedik (bal felső ábra). Ezért a műtárgyak területén a nyomvonal fekvését jól láthatóan kell a vezető elé tárni (jobb alsó ábra ábra).

39 Pályaszinttörések lekerekítése a részletes tervekben A lekerekítő körívet az építési tervekben egyenlő oldalhosszúságú sokszögvonallal helyettesítjük. A lekerekítő ív sugara (R), a helyettesítő sokszög oldalhossza (a), és a sokszögoldalak esésváltozása (e o ) között az összefüggés az alábbi: [ ] R m 100 = e o a[ m] [%] Az alkalmazandó értékeket a következő táblázat tartalmazza. A lekerekítő ívet helyettesítő sokszög lehet beirt és körül irt (lásd az ezt követő ábrákat).

40 Az esésváltoztató módszer alapadatai A lekerekítő ív sugara R ]m] Az esésváltozat e o [%] 1,0 0,5 0,4 0,2 0,2 0,1 0,1 0,1 0,05 0,05 0,05 0,05 A helyettesítő sokszög oldalhossza a [m]

41 A lekerekítő ívet helyettesítő köréírt sokszög

42 A lekerekítő ívet helyettesítő beírt sokszög

43 Pályaszinttörések lekerekítése a részletes tervekben A beírt sokszög esetén az első és utolsó a [m] hosszon az esésváltozás e o /2, másutt e 0. A sokszögoldalak száma: n = e e [ db] Körülírt sokszög esetén mindenütt e o az esésváltozás: n = Mindkét esetre érvényesek az alábbiak. A lekerekítés hossza: I A tangenshossz: t 0 e [%] e [%] e [%] [ m] = n [ db] a [ m] [ m] = I 0 0 [ db] [ m] n [ db] a [ m] 2 = 2

44 Pályaszinttörések lekerekítése a részletes tervekben Ha (n) páros, akkor a törésponttól jobbra és balra db, a[ m 2 hosszúságú sokszög oldalt kell elhelyezni. Ha n páratlan, egy sokszögoldal középre kerül. Ha n nem egész szám, akkor célszerű felfelé kerekíteni, és a, végeken egy e o -nál kisebb esésváltoztatást tervezni. e, 0 1 = ) 2 e [ e ( n 1 ] e 0 (Itt az n = képlettel számolunk.) e o e o n [ ] ]

45 Síkba eső domború lekerekítések meghatározása szerkesztéssel Az előzőekből látható, hogy a helyszínrajz és a hossz-szelvény összehangolásának egy kedvező esete a helyszínrajzba eső domború függőleges lekerekítés. Ez optimálissá tehető, ha az összehangolást olyan peremfeltételek mellett valósítjuk meg, amelyek ezt az esetet még egy ferde helyzetű hengermetszetté, azaz síkká alakítják. A síkbeliség előnye pedig a korlátlan előreláthatóság.

46 A szerkesztés menete A következő ábrán felrajzolt átmeneti íves körív helyszínrajza egy tetszőleges k pontjának hossz-szelvényi helyét, tehát magasságát kell meghatározni úgy, hogy a pont a metszősík pontja legyen. Ha a helyszínrajzot úgy vesszük fel, hogy az átmeneti íves körív egyik érintője párhuzamos legyen az x 12 tengellyel, akkor az érintő első képe a valóságnak megfelelő e 1 [%] hajlású. A másik érintő torzítva látszik (e 2t [%]). Húzzuk meg a k pont érintőjének első képét. Az érintő az a és a b pontok első képeiben messe az átmeneti íves körív két érintőjét. Ezen pontok második képeit felkeresve megkaphatjuk a k -beli érintőegyenes második képét. Ha erre felvetítjük a k pont első képét, megkapjuk a k pont második képét. Egyetlen pont van, ahol a módszer nem alkalmazható, a k * jelű, ennél a magasság számítása az alábbi aránypár felírásával lehetséges: c' k'* c" k*" = c' d' c" d"

47 A szerkesztés általános elve

48 A szerkesztésen alapuló számítások A helyszínrajzból és a hossz-szelvényből az alábbi adatok ismertek: az R körívsugár [m], az α középponti szög [ ], a p 1 és p 2 paraméterek [-], az e 1, e 2 hajlások [%] és az m kezdőpontmagasság [m], (az e 2 hajlás helyett még az m 2 végpontmagasság is egyértelműen meghatározza a síkot). A számítás menete más a két átmeneti íves és más a tiszta köríves szakaszon, mindhárom esetben közösek azonban az alábbi adatok (lásd a következő ábrákat): α T 1 = x α T2 = x02 + R + R2 tg 2 Ha m 2 nem ismert: ( R + R ) tg d ( ) d ( α ) d R 1 R = 2 sinα m2 = m1 + T1 e1 + T2 e2 ms m e2t = l = cos 180 l1 1 T 2 2

49 A szerkesztésen alapuló számítás a kezdő átmeneti íves szakaszon

50 A kezdőpont felőli átmeneti íves szakasz számítása Az előző ábrán jelölt x k, τ k, t h értékek ismert képletekkel meghatározhatók, a k futóponthoz tartozó 1 k ívhossz alapján. A FSM háromszögből a szinusztétel segítségével: SM sinτ k SF sin( α τ ) = l 2 = SM cos( 180 α ) k a = m1 + e1 t h b = m s e 2 t l 2 e 3t = T 1 b a l t 2 h m k = a + e3t ( x t ) k h

51 A tiszta köríves szakasz szerkesztésen alapuló számítása

52 A tiszta köríves szakasz számítása A tiszta köríves szakaszra a számítás az előző ábra jelöléseinek alkalmazásával, a következő módon végezhető: α k = τ 1 + l k R α k R1 Z = cosα k R tg + 2 sinα k AF R sinα k + x = 01 Az FSM háromszögből: SM = sinα k SF sin( α α ) a = m1 + e1 AF e3 t = T 1 b a AF 1 2 k z SF = T 1 AF l2 = SM cos(180 α ) b = m k m s e 2 t l 2 = a + e3t Z

53 A végpont felőli átmeneti íves szakasz számítása

54 A végpont felőli átmeneti íves szakasz számítása A számítás a kezdő átmeneti íves szakasz számításával azonos módon történik. Különbséget csak a vetületek, illetve magasságok meghatározása jelent (lásd az előző ábrát). sin( τ ) l 2 = ( T 2 th) cos(180 α) k SM = ( T 2 t h ) sin( α τ k ) a = m1 + e1 ( T1 SM ) b = ms e 2 t l2 sin(180 α) b a FM = ( T 2 t h ) e3t = ; sin( α τ k ) FM cos( α τ k ) x k th FK = ; m ( ) k = a + e3t FM FK cos( α τ k ) cosτ k Behelyettesítés és rendezés után: m k b a = b FK FM

55 Vége az előadásnak