Drogi i ulice. Niweleta. doc. dr inż. Tadeusz Zieliński r. ak. 2016/17

Transkrypt

1 Drogi i ulice Niweleta doc. dr inż. Tadeusz Zieliński r. ak. 2016/17

2 Układ wykładu podstawowe pojęcia elementy składowe zasady projektowania jak projektować niweletę? forma przedstawienia literatura

3 Podstawowe pojęcia definicja pochylenia (i): określa się jako tangens kąta, w %: L 1 % 1 m zmiany wysokości na 100 m długości są bardzo małe uproszczenia (np. odległości mierzy się w poziomie)

4 Podstawowe pojęcia definicje niweleta linia przecięcia płaszczyzny pionowej, przechodzącej przez oś drogi, z powierzchnią drogi; pokazuje przebieg drogi na profilu (przekroju podłużnym) rozwiązanie wysokościowe przekrój podłużny (profil) trasa rozciągnięta do prostej

5 Elementy składowe proste łuki nie ma krzywych przejściowych!

6 Elementy składowe proste definiowane przez pochylenie i [%] L odległości mierzone w poziomie i min i i max

7 Elementy składowe łuki definiowane przez parabole 2-go stopnia (nie łuki kołowe): prostsze wzory różnice rzędnych nieistotne (kilka milimetrów) przyjmuje się uproszczenia: R = const. styczna i długość łuku mierzona w poziomie obliczenie elementów łuku obliczenie R min

8 Elementy składowe łuki; wzory T = R i 1 ± i 2 2 Ł = 2T y = x2 2R f = T2 2R T styczna łuku R promień łuku i 1, i 2 pochylenia odcinków prostych (wartości bezwzględne) Ł długość łuku y pionowe odsunięcie łuku od stycznej w odległości x x odległość w poziomie od początku łuku (dla pierwszej połowy) lub od końca łuku (dla drugiej połowy) f strzałka łuku

9 Elementy składowe łuki; R min warunek dynamiki warunek estetyki warunek widoczności: odległość widoczności powinna być niemniejsza od wymaganej (L rz L wym ) łuki wypukłe łuki wklęsłe

10 Elementy składowe łuki; R min warunek dynamiki wygoda jazdy przyspieszenie odśrodkowe nie może być zbyt duże V 2 R a max R V2 a max a max = 0.5 m/s 2 (Vp < 100 km/h) a max = 0.25 m/s 2 (Vp 100 km/h)

11 Elementy składowe łuki; R min warunek estetyki łuk powinien być odpowiednio długi T m V p km h R m V p i 1 ± i 2 Niweleta trzeba sprawdzić indywidualnie (R min z Warunków technicznych nie gwarantuje spełnienia warunku)

12 Elementy składowe łuki; R min warunek widoczności; łuki wypukłe przyjęte założenia i oznaczenia możliwe 3 przypadki: łuk zbędny łuk potrzebny; L wym Ł łuk potrzebny; L wym > Ł podsumowanie

13 Elementy składowe łuki; R min warunek widoczności; łuki wypukłe; założenia sprawdza się widoczność przeszkody w dzień przyjęte oznaczenia: L rz rzeczywista odległość widoczności h 1 wzniesienie oczu kierowcy nad powierzchnią jezdni h 2 wysokość przeszkody ω = i 1 ± i 2 kąt załamania niwelety

14 Elementy składowe łuki; R min warunek widoczności; łuki wypukłe; łuk zbędny łuk pionowy zbędny, jeśli L wym L rz L rz h 1 α + h 2 ω α L min dla α = ω h 1 h 1 + h 2 L min = ( h 1 + h 2 ) 2 L ω wym ( h 1 + h 2 ) 2 ω ω ( h 1 + h 2 ) 2 L wym Niweleta

15 Elementy składowe łuki; R min warunek widoczności; łuki wypukłe; L wym Ł z równania paraboli: h 1 = L 1 2 2R L 1 = 2Rh 1 h 2 = L 2 2 2R L 2 = 2Rh 2 L wym = 2R ( h 1 + h 2 ) R = L 2 wym R przy którym L 2( h 1 + h 2 ) 2 wym = Ł L wym Ł L wym Rω L wym L 2 wymω 2( h 1 + h 2 ) 2 ω 2 L wym ( h 1 + h 2 ) 2 warunek, żeby L wym Ł

16 Elementy składowe łuki; R min warunek widoczności; łuki wypukłe; L wym > Ł L = x 1 + Ł + x 2 x 1 h 1 y 1 α h 1 α Rα 2 x 2 h 2 y 2 h 2 R(ω α) ω α ω α 2 L = h 1 α + h 2 ω α + Rω 2 L min dla α = ω h 1 h 1 + h 2 L min = ( h 1+ h 2 ) 2 ω Niweleta + Rω R 2 min = 2 (L ω wym ( h 1+ h 2 ) 2 ) L wym > Rω L wym > 2L wym 2 ω ( h 1 + h 2 ) 2 ω ω < 2 L wym ( h 1 + h 2 ) 2 warunek, żeby L wym > Ł

17 Elementy składowe łuki; R min warunek widoczności; łuki wypukłe; podsumowanie ω 0 = ( h 1+ h 2 ) 2 L wym ω < ω 0 R min = 0 (ze względu na widoczność) ω 0 < ω < 2ω 0 R min = 2 ω L wym h 1+ h 2 2 ω 2ω 0 R min = L 2 wym 2( h 1 + h 2 ) 2 = const ω = f(ω)

18 Elementy składowe łuki; R min warunek widoczności; łuki wklęsłe przyjęte założenia i oznaczenia możliwe 3 przypadki (jak dla łuku wypukłego): łuk zbędny łuk potrzebny; L wym Ł łuk potrzebny; L wym > Ł podsumowanie

19 Elementy składowe łuki; R min warunek widoczności; łuki wklęsłe; założenia sprawdza się widoczność przeszkody w nocy zasięg reflektorów ulice oświetlone nie musi być spełniony przyjęte oznaczenia: L rz rzeczywista odległość widoczności h wzniesienie reflektora nad powierzchnią jezdni (0.75 m) φ kąt rozbieżności stożka światła (φ = 1 ) a wielkość pomocnicza; a = L rz tg φ ω = i 1 ± i 2 kąt załamania niwelety

20 Elementy składowe łuki; R min warunek widoczności; łuki wklęsłe; podsumowanie ω 0 = h L wym + tg φ ω < ω 0 R min = 0 (ze względu na widoczność) ω 0 < ω < 2ω 0 R min = 2 ω ω 2ω 0 R min = L wym h+l wym tg φ ω L wym 2 2(h+L wym tg φ) = const = f(ω)

21 Zasady projektowania ogólne szczegółowe problemy rozpatrywane przestrzennie: widoczność odwodnienie koordynacja Niweleta

22 Ogólne zasady projektowania minimalizacja kosztów: eksploatacji unikanie: podciągania wody pod nawierzchnię nasypy zawiewania śniegiem nasypy dużych pochyleń, spadków straconych budowy: unikanie: nadmiernych wykopów i nasypów tuneli Niweleta dążenie (po spełnieniu innych zasad) do zbilansowania robót ziemnych płynność długie łuki

23 Szczegółowe zasady projektowania ograniczenia projektowe: terenowe techniczne

24 Zasady szczegółowe ograniczenia terenowe punkty stałe typu: skrzyżowania z istniejącymi drogami wjazdy na posesje skrajnie (cieki, koleje) itp. warunki gruntowo-wodne: rodzaj gruntów (wysadzinowe) poziom zwg

25 Zasady szczegółowe ograniczenia techniczne wynikają z ogólnych zasad projektowania i parametrów technicznych określonych w przepisach zależą od klasy drogi, prędkości projektowej całość proste łuki

26 Zasady szczegółowe ograniczenia techniczne, całość zapewnienie widoczności m. in. wielkości promieni Warunki techniczne 168 zapewnienie odwodnienia pochylenie ukośne (wypadkowe) min. 0.7 % Warunki techniczne 17.3 przebieg w stosunku do terenu źródło: Komentarz do warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie, GDDKiA2002 minimalne odległości między załamaniami niwelety m (WPD )

27 Zasady szczegółowe ograniczenia techniczne; przebieg w stosunku do terenu zależy od klasy drogi im wyższa klasa tym niweleta mniej związana z terenem optymalnie m nad terenem unikać: bardzo niskich nasypów (< 0.5 m) płytkich wykopów (< 3 4 m) długich wykopów (> m) dopuszczalne: krótkie (< m), głębokie wykopy krótkie, wysokie nasypy bilans robót ziemnych

28 Zasady szczegółowe ograniczenia techniczne; proste wartości pochyleń: minimum: 0 % - dopuszczalne wyjątkowo 0.3 % 0.7 % minimalne ukośne (wypadkowe) maksimum (4 12 %) zależy od prędkości projektowej zalecane < 2% (4 5 %) wpływ elementów zagospodarowania więcej: Warunki techniczne (Dz. U. nr 43/1999) 24

29 Zasady szczegółowe ograniczenia i max : techniczne; proste ; i max V p [km/h] i max [%] Warunki techniczne (Dz. U. nr 43/1999) 24.2 należy unikać długich stromych odcinków (ew. wprowadzić pasy wyprzedzania) więcej: Instrukcja projektowania dodatkowych pasów ruchu na dwupasowych drogach dwukierunkowych, GDDKiA, 2005

30 Zasady szczegółowe ograniczenia techniczne; proste, i zalecane i 2% nie ogranicza istotnie prędkości s.c. 80 km/h Niweleta 68 km/h 2% i 4% ograniczona emisja hałasu i spalin i 5% nie ogranicza istotnie prędkości s.o. źródło: Instrukcja projektowania dodatkowych pasów ruchu na dwupasowych drogach dwukierunkowych, GDDKiA, 2005

31 Zasady szczegółowe ograniczenia techniczne; proste; wpływ elementów zagospodarowania na i wpływ: skrzyżowań zależy od położenia i klasy drogi (Warunki techniczne 62): teren zabudowy i < 3 4 % poza terenem zabudowy i < 4 6 % obiektów mostowych 0.5%< i < 4% linii tramwajowych i < 5 % (2.5 %) chodników i 6% (ew. stopnie)

32 Zasady szczegółowe ograniczenia techniczne, łuki R min R max : nie ma! ew. sprawdzenie odwodnienia małe załamanie duże R więcej: Warunki techniczne (Dz. U. nr 43/1999) 24.7 i 8

33 Zasady szczegółowe ograniczenia R min : techniczne; łuki, R min V p [km/h] łuki wypukłe droga dwujezdniowa droga jednojezdniowa łuki wklęsłe Warunki techniczne (Dz. U. nr 43/1999) 24.7 trzeba dodatkowo sprawdzić: warunek widoczności Warunki techniczne 168 warunek estetyki T m V p km h

34 Problemy rozpatrywane przestrzennie widoczność zapewnienie widoczności: na zatrzymanie: dla wszystkich dróg na całej długości drogi na wyprzedzanie: tylko dla dróg dwupasowych dwukierunkowych na możliwie dużej części drogi (wpływ na przepustowość) ew. można wprowadzić pasy wyprzedzania więcej: Instrukcja projektowania dodatkowych pasów ruchu na dwupasowych drogach dwukierunkowych, GDDKiA, 2005

35 Problemy rozpatrywane przestrzennie odwodnienie sprawdzenie: położenia lokalnie najniższych punktów minimalnego pochylenia wypadkowego (0.7 %) rampy! niedopuszczanie do przepływu wody ze ścieku przy jednej krawędzi do drugiej (w poprzek jezdni) rampy przy wyspach kanalizujących na skrzyżowaniu!

36 Problemy rozpatrywane przestrzennie koordynacja powiązanie trasy i niwelety istotne dla dróg wyższych klas o większej prędkości (V p 80 km/h) podstawowe zasady: łuk pionowy powinien się mieścić w obrębie łuku poziomego lub na prostej środki przesunięte nie więcej niż ¼ długości łuku Niweleta długość łuku pionowego ok. 10 % mniejsza niż poziomego pamiętać o tych zasadach już przy projektowaniu trasy! źródło: B. Stypułkowski Drogi kołowe i węzły drogowe, PWN 1979

37 Jak projektować niweletę? niweleta prowadzona: drogi dwupasowe dwukierunkowe po osi drogi dwujezdniowe po wewnętrznej krawędzi nawierzchni (jezdni) tok postępowania: określenie punktów stałych proste łuki pionowe obliczanie rzędnych Niweleta

38 Jak projektować niweletę? Określenie punktów stałych początek i koniec (dane h, z reguły również i) skrzyżowania z istniejącymi drogami (ew. można skorygować rzedną) cieki przepusty: na linii ścieku nie rzadziej niż ok m nasyp rzeki mosty: poziom wody + skrajnia + grubość konstrukcji (zależy od rozpiętości i typu konstrukcji) linie kolejowe, tramwajowe wiadukty; skrajnia 5.45 m (typowa) inne przecięcia dwupoziomowe (przejścia dla zwierząt, drogi poprzeczne, przejazdy gospodarcze rzadko na drogach GP) łuki poziome rampy i min =0.7 % infrastruktura

39 Jak projektować niweletę? Proste zakres dopuszczalnych pochyleń wg Warunków technicznych pochylenia zaokrąglać do 0.1 % odległości mierzy się w poziomie

40 Jak projektować niweletę? Łuki pionowe zakres dopuszczalnych promieni wg Warunków technicznych promienie możliwie duże: T [m] > (0.5 1) V p [km/h] f > 5 cm Niweleta można ew. nie wpisywać gdy < % odległości mierzy się w poziomie łuki poziome koordynacja

41 Jak projektować niweletę? Obliczanie rzędnych H p1 = H A + L 1 i AB H p2 = H A + L 2 i AB H p3 = H A + L 3 i AB y 3 gdzie y 3 = x 3 2 H p4 = H B L 4 i BC y 4 lub 2R B H p4 = H C + L 4 i BC y 4 gdzie y 4 = x 4 2 2R B H k rzędna punktu k L k odległość od załamania niwelety do punktu k i KL pochylenie odcinka niwelety y k rzędna łuku pionowego odmierzana od stycznej x k odl. od punktu styczności (początku, końca) łuku pionowego do punktu k R K promień łuku pionowego wyokrąglajacego załamanie K

42 Forma przedstawienia skażenie skali z reguły 10-krotne: np. pozioma 1000 pionowa zapis: 1: rysunek Niweleta

43 Literatura Rozporządzenie MTiGM z dnia 2 marca 1999 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie. Dz. U. nr 43/1999, poz. 430 Komentarz do warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne, cz. II, GDDKiA 2002 r. Wytyczne projektowania dróg, GDDP 1995 r.: I i II klasy technicznej (WPD-1) II, IV i V klasy technicznej (WPD-2) VI i VII klasy technicznej (WPD-3) H. Chrostowska, S. Rolla, Z. Wrześniowski Autostrady. Projektowanie, budowa, ekonomia, WKŁ 1975 Cielecki A., Furtak, S., Więckowski M., Zieliński T., Materiały pomocnicze do ćwiczeń z dróg, ulic i węzłów dla studentów VI semestru, Politechnika Warszawska, 1979