Mozgás köríves útpályán

Átírás

1 Mozgás köríves útpályán Az úttervezés számára alapvető fontosságú annak ismerete, hogy egy R sugarú körívben v sebességgel haladó gépkocsi biztonsága hogyan alakul, ezt milyen mértékben befolyásolja a túlemelés és az oldalirányú súrlódás. 1

2 Mozgás köríves útpályán A szabad oldalgyorsulás tehát az oldalirányú súrlódási tényező tízszeresével egyenlő. Az f 2 nagyságát a gépjárművezető csak az oldalgyorsulás érzékelésével mérheti fel, amelynek nagysága mérések szerint:0,9-2,5m/s 2. Az erdészeti utak tervezésénél alapul vett sebességek alacsonyak (v max =60km/h). Ezért az oldalirányú súrlódási tényezőt viszonylag magas f 2 =0,15-0,20 között vehetjük számításba. A túlemelés mértéke erdészeti utak tervezésénél az ívsugár függvénye. 2

3 A túlemelés értékei ívekben Vízszintes körívsugár, R (m) Túlemelés, q ( ) d 3

4 A kerekek túlterhelése és ennek hatása ívekben Az oldalgyorsulás hatására a külső kerekekre nagyobb, a belsőkre pedig kisebb terhelés jut, mint egyenes pályán való haladásnál. m a h T 0 t T 0 m a t h T 0 : túlterhelés (ill. tehermentesülés) (kn) m: a jármű tömege (kg) a: oldalgyorsulás (m/s 2 ) h: a jármű súlypontjának magassága a pályasíktól (m) t: nyomtávolság (m) 4

5 A kerekek túlterhelése és ennek hatása ívekben 5

6 A kerekek túlterhelése és ennek hatása ívekben T 200 m h h T% a 20 a Q/2 m g t t Q: a jármű súlya (kn) g: gravitációs gyorsulás A külső kerekek túlterhelése még az utazás kényelmet biztosító esetekben is %-os mértékű. 6

7 A kerekek túlterhelése és ennek hatása ívekben A túlterhelés káros következményei: Megnő a kerékre jutó súly, ami fokozza a gumiabroncs igénybevételét, és csökkenti annak élettartamát. Teherszállító járműveknél és autóbuszoknál a külső keréksor alatt erősen megnő a pályaszerkezet igénybevétele, ami fokozott elhasználódást eredményez. A külső keréksoron nő a kihasznált oldalirányú súrlódás, amelyhez a szükséges f 2 érték jeges-nyálkás úton nem áll rendelkezésre. 7

8 A járművek felborulási veszélye ívekben Az ívben haladó magas súlypontú tehergépkocsikat a fellépő centrifugális erő a felborulás veszélyével fenyegeti. A számítások bizonyítják, hogy nedves útfelületnél jóval kisebb sebességnél következik be a kicsúszás, mint felborulás. A felborulás csak száraz, igen érdes burkolatnál, kis sugarú ívben, a megengedett sebesség igen erős túllépése esetén fordul elő. Tehát a tervezésnél a felborulási veszélyt nem kell mértékadónak tekinteni. 8

9 Az átmeneti ív szükségessége Amikor az útpálya tengelye egyenesből közvetlenül érintőlegesen megy át a körívbe, akkor a gépjárműnek az egyenesből az R sugarú ívbe kanyarodó vonala eltér az úttengelytől. A gépjármű egy átmeneti ívet ír le, amely az egyenest és a körívet összeköti. Az átmeneti ív az egyenestől r= sugárral indulva tér el, és a görbületét egyenletesen növelve, érintőlegesen, L hosszon, r=r sugárral csatlakozik a köríves pályához. 9

10 A járműnyomok befelé tolódása 10

11 Az átmeneti ív szükségessége 11

12 A klotoid átmeneti ív A lineáris görbületi ábrából következik, hogy l L 1/ r 1/ R, 1 r l R, L r l állandó. Ez az átmeneti ív - a klotoid görbe - természetes egyenlete. A klotoid átmeneti ív természetes egyenletéből következik az a tulajdonsága is, hogy minden pontjában a ponthoz tartozó ívhossz és görbületi sugár szorzata egy állandó érték: R L (m 2 ) R L 12

13 A klotoid átmeneti ív A tervezéshez nem a négyzetes értéket, hanem ennek (m) dimenziójú négyzetgyökét használjuk fel jellemző számként, p jelöléssel, paraméter elnevezéssel: p R L A p paraméterű klotoid átmeneti ív egy spirális görbe, amelynek csak a kezdő L=p 2 /R hosszúságú szakaszát használjuk fel átmeneti ívként. 13

14 A klotoid átmeneti ív 14

15 A klotoid átmeneti ív Az átmeneti ív fontos geometriai tulajdonsága, hogy a körívet az egyenestől egy ΔR mérettel, az úgynevezett köríveltolással befelé tolja. Kis és részben közepes útkanyarulatnál a gépjármű természetes útjának megfelelően az R sugarú körív két oldalára egy-egy átmeneti ív kerül. Ez főként a keskeny zömében egy forgalmi sávos erdészeti utaknál fontos. Ez az átmeneti ív erdészeti útépítési alkalmazásának eredeti és első oka. 15

16 A klotoid átmeneti ív 16

17 Dinamikailag szükséges átmeneti ív Dinamikailag szükséges átmeneti íveknek nevezzük azokat az átmeneti íveket, amelyeket a jármű természetes útjának említett befelé tolódása miatt, az ellenkező irányú forgalmi sáv védelme és a burkolatfelület kihasználása érdekében alkalmazunk az úttervezésnél. Az ilyen okokból alkalmazott átmeneti ívek csak egy minimális (L min ) vagy annál nagyobb hossz esetén felelnek meg a gépkocsi természetes útjának. 17

18 Dinamikailag szükséges átmeneti ív Az átmeneti ív hosszán a görbület, és ezzel együtt a centrifugális gyorsulás lineárisan emelkedik 0- tól a körív a R oldalgyorsulásáig. Ha az átmeneti ív túl rövid, akkor az oldalgyorsulás növekedése gyors, oldallökéshez hasonló hatású. Az oldalgyorsulás változásának sebessége a k=da/dt oldallökés. Az oldallökés nem lehet egy kísérleti érzésküszöb nagyságánál magasabb, mert a jármű utasai és vezetője számára kellemetlen, bizonytalan érzéssel jár. Erdészeti utaknál ez: k=0,5-0,8 m/s 3 18

19 Dinamikailag szükséges átmeneti ív A dinamikailag szükséges átmeneti ív erdészeti utaknál akkor hagyható el ha ΔR 0,15m. A tervezés során a dinamikailag szükséges legkisebb átmeneti ívhossznál rövidebb átmeneti ív nem tervezhető. A minimálisnál hosszabbra választott átmeneti ív kedvezőbb gépjárműmozgást tesz lehetővé, valamint előnyös pályaesztétikai és rendszerint útépítési szempontból is. 19

20 A dinamikailag szükséges legkisebb középponti szög 20

21 A dinamikailag szükséges legkisebb középponti szög A belépő és kilépő átmeneti ív közötti körív legfeljebb 0-ig csökkenthető. Ha az átmeneti ívek hossza L min, akkor a klotoid átmeneti íves körív középponti szöge a dinamikailag szükséges legkisebb középponti szöggel lesz egyenlő: L α 2τ,τ 57,3 min min min min 2R α min 57,3 2L 2R min 57,3 L R min 21

22 Előzések Úttervezéskor gondot kell fordítani arra, hogy az út minél nagyobb hosszában tegyük lehetővé az előzéseket. Emellett az előzési lehetőségek az út vonalán lehetőleg egyenletesen elosztva szerepeljenek. Tervezési szempontból az előzési látótávolság biztosításáról van szó. A gépjárművezető akkor tudja kellő biztonsággal végrehajtani az előzést, ha vissza tud térni saját forgalmi sávjára anélkül, hogy akár a szembejövő, akár a megelőzött gépkocsit fékezésre kényszerítené. 22

23 Előzések 23

24 Az előzési látótávolság A szükséges előzési látótávolság magába foglalja: az előzést végző jármű útját, a szembejövő jármű útját, egy biztonsági távolságot az előzés befejeztével a szembe haladó járművek között. 24

25 Az előzési látótávolság A biztonságos előzés időtartama (t): előzés: t 1 =9 sec, biztonsági távolság felének befutása: t 2 =2 sec, t= t 1 + t 2 =11 sec. Az előzési látótávolság : U e 2 s t 2 (v/3,6) 11 U e : előzési látótávolság (m) s: a járművek sebessége (m/sec) v: a járművek sebessége (km/h) 6 v 25

26 Az előzési látótávolság A v helyébe v t tervezési sebességet helyettesítve: U 6 e v t Megkülönböztetünk un. redukált előzési látótávolságot. Értéke a teljes előzési látótávolság 2/3-a: U 4 er v t 26

27 A FORGALOM ÉS A KIÉPÍTÉS KAPCSOLATA Jellegzetes sebességek A forgalomnagyság jellemzése és a különböző járművek forgalmának átszámítása egységjárműre A megengedhető forgalom erdészeti utakon. Erdészeti utak osztályozása a forgalom nagysága alapján 27

28 A FORGALOM ÉS A KIÉPÍTÉS KAPCSOLATA A jövőben várható forgalom nagyságának megahatározása Az akadályoztatás jellege és hatása A forgalomnagyság, az akadályozatás jellege és a tervezési sebesség összefüggése 28

29 A forgalom és a kiépítés kapcsolata A tervezés feladata, hogy a forgalom nagyságát, az út kiépítési színvonalát és a gazdasági lehetőségeket összehangolja. Az erdészeti utak forgalmának jellemzésére legtöbbször az alábbi adatokat használjuk fel: Évi átlagos napi forgalomnagyság (ÁNF [E/nap]) Fatömegben kifejezett évi forgalom (Q [m 3 /év]) Tervezési forgalom (F 100 ) 29

30 Évi átlagos napi forgalomnagyság Az ÁNF [E/nap] érték a vizsgált útkeresztmetszet vagy útszakasz teljes évi áthaladt járműszámának és a forgalom lebonyolítására fordítható napok számának hányadosa. A forgalom összetétele igen fontos a forgalomnagyság megítélésénél. A különböző fajtájú járműveknek ugyanis nagyon eltérő a forgalmat zavaró hatásuk. A különböző fajtájú járművekből álló forgalomnagyságok összehasonlításához, a különböző járműveket személygépkocsi-egységjárművekre (E) számítjuk át. 30

31 Átszámítási tényezők személygépkocsi-egységjárműre Átszámítási tényező Járműfajta személygépkocsi egységjárműre fatömegre (m 3 ) Személygépkocsi Motorkerékpár Autóbusz Pótkocsis vontató Tehergépkocsi Pótkocsis tehergépkocsi Hosszúfás szerelvény Fogat Kerékpár, moped 1,0 0,8 2,5 2,5 2,5 2,5 4,0 3,0 0,3 1,3 0,3 9,0 6,0 6,0 9,5 15,0 1,5 0,1 31

32 Évi átlagos napi forgalomnagyság Az ÁNF értékre szükség van a tervezési sebesség, a forgalmi sáv szélességének, számának és a földmű koronaszélességének megválasztásánál. Ezt az értéket vagy a forgalomszámlálás évére, vagy az útépítés befejezési (megnyitási) időpontjára vagy azután 10, 15, 20 stb. évre vonatkoztatjuk. Ezért az ÁNF értéknél az illető évet indexbe szokás írni (pl.: ÁNF 20 ). 32

33 Fatérfogatban kifejezett évi forgalom A Q [m 3 /év] az évenként leszállításra tervezett fatérfogatot jelenti. Ennek alapján is megválaszthatjuk a tervezési sebességet, a forgalmi sáv szélességét és számát, valamint a földmű koronaszélességét. A forgalom ezen értéke alkalmas a fenntartási munkák és azok költségei megtervezésére is (1 m 3 10 kn) 33

34 Tervezési forgalom Az F 100 tervezési forgalom, más néven pályaszerkezet-tervezési vagy burkolatmegerősítés-tervezési forgalom. A tervezési élettartamra (pl. 15 év) megadja az átgördülő nehéz forgalom járműveinek számát 100 knos egységtengely darabszámban. Az F 100 használatos: új pályaszerkezetek méretezésére és tervezésére, meglévő útburkolat megerősítés-számításához, burkolat-fenntartási igények és anyagok felmérésére. 34

35 Várható forgalom meghatározása Faanyagszállítás Munkásszállítás Irányítást és ellenőrzést végző személyek közlekedése Munkagépek fel- és levonulása Egyéb erdei termékek és a munkavégzéshez szükséges anyagok szállítása Vadászat és vadgazdálkodás forgalomtöbblete Turistaforgalom Építőanyagok szállítása 35

36 Az akadályoztatás jellege és hatása Az útépítés költségét a terepi adottságok és a meglévő létesítményekhez való igazodás nagymértékben befolyásolja, amely az akadályoztatási jelleg szerinti besorolással vehető számításba (S, D, H, N). Az akadályoztatás nehézségi fokának emelkedésével - változatlan kiépítési színvonal mellett az építési költség erős növekedésével kell számolni. 36

37 A tervezési sebesség fogalma Új út tervezése és meglévő út korszerűsítése esetén alapul vett, a tervezés és a kiépítés egyenletes színvonalát és biztonságát elősegítő elméleti sebességérték (v t [km/h]). Ezt a tervezési sebességet kis forgalom mellett az úton bárhol, a kis sugarú ívekben és emelkedőn, valamint nedves, esős útburkolaton is biztonságosan ki kell tudni fejteni. Értékét a várható forgalomnagyság, az útkategória, az akadályoztatási jelleg határozza meg 37

38 A forgalomnagyság, az akadályoztatás jellege és a v t összefüggése Az út jövőben várható forgalomnagysága szerint az erdészeti feltáróutakat a kiépítés színvonalát tekintve két osztályba soroljuk. Az egyes osztályokon belül az akadályoztatás nehézségi fokának emelkedésével csökken a tervezési sebesség, tehát csökken az út kiépítési színvonala, de ugyanakkor mérséklődik a terep jellegéből adódó építési költségnövekedés is. 38

39 A forgalomnagyság, az akadályoztatás jellege és a v t összefüggése 39