CURS 7. ELEMENTELE NECESARE PROIECTĂRII ALINIAMENTELOR VERTICALE CARE ÎN VEDEREA ASIGURĂRII CONDIȚIILOR DE SIGURANȚĂ RUTIERĂ [309774]

CURS 7. ELEMENTELE NECESARE PROIECTĂRII ALINIAMENTELOR VERTICALE CARE ÎN VEDEREA ASIGURĂRII CONDIȚIILOR DE SIGURANȚĂ RUTIERĂ

Elementele necesare proiectării aliniamentelor verticale

În analiza și controlul declivităților una dintre cele mai importante considerații este efectul înclinării drumului după costurile de operare ale vehiculelor. Cercetările au demonstrat o creștere importantă a consumului de combustibil și o reducere a vitezei când înclinarea drumului crește. Recomandările standardelor se referă la pante maxime de 5% pentru o viteză de 100 km/h; pentru o viteză de 50 km/h, pantele pot atinge 7-8%, dar pot fi până la 15% pentru străzi în teren de deal.

1.1. Lungimea de vizibilitate. Drumurile sigure trebuie să fie proiectate astfel încât să ofere conducătorilor lungimea de vizibilitate pentru a evita apariția pe neașteptate a unui obstacol și să poată depăși vehiculele lente fără pericol.

Pentru exploatarea în condiții bune a autovehiculelor pe declivități trebuie să se asigure lungimea de vizibilitate necesară. Această lungime de vizibilitate se determină din două condiții:

Lungimea de vizibilitate de siguranță la frânare;

Depășirea în condiții de deplină siguranță.

1.1.1. Lungimea de vizibilitate de siguranță la frânare;

[anonimizat] o [anonimizat] a opri automobilul fără a sesiza curba verticală ca pe un obstacol.

Distanța parcursă din momentul semnalizării opririi vehiculului din față până când începe frânarea. Există o variație mare a timpului de reacție a [anonimizat]. Timpul de reacție necesar pentru sesizarea obstacolului este de aproximativ 2/3 secunde, însă timpul necesar pentru reacția propriu zisă este de peste 1 secundă. Există conducători pentru care timpul de percepere reacție poate ajunge la 3,5 s.

Spațiul de frânare cerut pentru oprirea vehiculului după ce au fost acționate frânele.

Această component depinde de: [anonimizat], suprafața drumului precum și aliniamentul și declivitățile drumului.

Distanța de frânare. Distanța aproximativă de frânare a unui autovehicul pe un drum orizontal este calculată după relația (5.1):

(5.1)

unde: d – distanța de frânare, m; v – viteza vehiculului la momentul aplicării frânării, m/s; f – coeficient de frecare; g – aceelerația gravitațională, m/s2.

Dacă viteza se exprimă in km/h, rezultă relația (5.2):

(5.2)

Se presupune că forța de frecare este uniformă pe durata frânării. [anonimizat]. Alți factori fizici care influențează coeficientul de frânare sunt: [anonimizat], [anonimizat], zăpadă, gheață. Coeficientul de frecare în cazul derapării poate varia între valorile 0,4 pentru 30 km/h și 0,28 pentru 120 km/h pe carosabilul umed.

Distanțele de vizibilitate recomandate pentru carosabilul umed sunt date în tabelul 5.1. [anonimizat].

[anonimizat] 5.1.

Figura 5.1. Schema de calcul a lungimii curbei vericale convexe (S>L)

Influența înclinării drumului asupra distanței de vizibilitate. [anonimizat] (5.3):

(5.3)

unde i este panta înclinarea drumului, exprimată în %. Distanța de vizibilitate la frânare la urcarea pantei este mai scurtă, iar la coborârea ei mai lungă decât la deplasarea pe un drum orizontal.

Lungimea minima a curbei vertical convexe se determină în funcție de lungimea de vizibilitate. În relația de calcul a lungimii L a curbei parabolice vertical se include diferența A, a înclinărilor tangentelor și distanța de vizibilitate S, care reprezintă proiecția orizontală a razei de vedere. h1 reprezintă înălțimea ochilor conducătorilor auto, iar h2 înălțimea obiectului.

Măsurarea distanței de vizibilitate la frânare. Pentru curbele convexe, L depinde de caracteristicile fundamentale, exprimate ca:

pentru S≤L (5.4)

pentru S≥L (5.5)

În determinarea distanței de vizibilitate obținută din proiectarea geometrică, se presupune că înălțimea ochilor conducătorului auto este aproximativ 1070 mm de la nivelul solului. Înălțimea obiectului staționar pe care conducătorul trebuie să-l ocolească se presupune a fi de 150 mm. Cu aceste valori se obțin, pentru lungimea de vizibilitate valorile din tabelul 5.2.

Distanțele de vizibilitate de siguranță la frânare pe drum orizontal – Tabelul 5.2

Se constată că, este de preferat să se folosească o lungime mai mare a curbei pentru a echilibra lucrările de terasament sau să se prevadă condiții de operare mai bune și încadrare estetică în teren.

Figura 5.1. corespunde cazului în care lungimea de vizibilitate este mai mare ca lungimea curbei verticale S>L, iar figura 5.2.a. prezintă atât cazul S>L, cât și situația inversă S<L.

Lungimea minimă a curbei verticale convexe, care asigură lungimea de vizibilitate necesară poate fi determinată și cu relațiile următoare:

În cazul curbelor verticale concave nu există un criteriu general valabil pentru alegerea lungimii lor. În mod obișnuit, se ține seama de următoarele elemente: lungimea de vizibilitate noaptea la cuplarea farurilor; ușurarea conducerii autovehiculului; reglarea scurgerii apei; vizibilitatea în întregime.

Drept criteriu de bază se alege lungimea de vizibilitate la cuplarea farurilor, figura 5.2. care este egală cu lungimea iluminării drumului în condiții de noapte.

Figura 5.2. Distanța de vizibilitate

Astfel:

pentru S≤L (5.6)

pentru S≥L (5.7)

Schimbarea poziției pe verticală a automobilului influențează în mare măsură confortul, în cazul curbelor verticale concave, deoarece în acest caz acționează forța de greutate și forța de inerție. S-a stabilit că există confort pentru o accelerație sub 3 m/s2. Din această condiție se obține pentru lungimea curbei verticale concave,

(5.8)

unde v reprezintă viteza de proiectare, km/h.

Valorile recomandate pentru calculul lungimii de vizibilitate în cazul curbelor concave sunt date în tabelul 5.3.

1.1.2. Depășirea în condiții de deplină siguranță.

Un număr mare de străzi au doar două benzi de circulație, pentru mișcarea fluxurilor de trafic în sensuri opuse. În această situație, este necesar ca în cazul depășirilor să se folosească banda opusă de circulație.

Pentru a depăși vehiculele lente în condiții de siguranță, conducătorul vehiculului care depășește trebuie să poată vedea suficient timp pentru a depăși înainte de întâlnirea cu un vehicul din sens opus. Distanța totală cerută pentru manevra de depășire se numește lungimea de vizibilitate de siguranță.

Cercetările experimentale, desfășurate de-a lungul anilor, au stabilit valorile din tabelul 5.4 pentru cazul curbelor verticale convexe.

Tabelul 5.3

Tabelul 5.4.

Valorile au fost obținute pentru h1=1070 mm, h2=1300 mm. Cu aceste valori și lungimea minimă de vizibilitate prezentată în tabelul 5.4 se poate calcula lungimea minimă a curbei verticale pentru o valoare dată a diferenței înclinărilor A și a vitezei de proiectare.

Lungimea minimă a curbei verticale care să asigure depășirea poate fi, asemenea calculată cu ajutorul ratei curburii vertical % din A/K.

Figura 5.3.Profilul transversal în rambleu

Figura 5.4.Profilul transversal în debleu

Distanța de vizibilitate în plan orizontal de-a lungul interiorului unei curbe trebuie să fie limitată de obstrucționarea de către garduri, maluri sau alte caracteristici topografice.

1.1.3. Profilul transversal al drumului

Profilul transversal al drumului reprezintă o secțiune verticală prin corpul drumului într-un punct oarecare de pe traseu, după un plan perpendicular pe axa sa longitudinală.

Profilul transversal cuprinde o linie a terenului și o linie a proiectului (drumului). La drumurile în umplutură linia proiectului se află deasupra liniei terenului natural și poartă denumirea de profil transversal în rambleu, figura 5.3 iar la drumurile în săpătură linia proiectului se află sub linia terenului natural și se numește profil transversal în debleu, figura 5.4.

Combinarea celor două tipuri, alcătuiește profilul transversal mixt, figura 5.5.

Într-un profil transversal se observă porțiuni orizontale sau aproape orizontale numite banchete și porțiuni înclinate, taluzuri. Înclinarea sau panta taluzului se exprimă prin valoarea numerică a tangentei unghiului pe care îl face taluzul cu orizontala. Ea se exprimă prin raportul 1:n.

Înclinarea taluzului depinde de felul pământului în care se execută și adâncimea debleului sau înălțimea rambleului. Pentru ramblee și debleuri mici se recomandă a se executa taluzuri cu înclinări 1:2; 1:3 si chiar mai mici. Pentru ramblee cuprinse între 1 și 10 metri înălțime, funcție de natura pământului se adoptă taluzuri cu înclinarea 2:3; în aceleași condiții pentru debleurile, taluzurile au înclinarea de 1:1.

Figura 5.5. Profil transversal mixt

Bancheta cea mai importantă este platforma drumului, care cuprinde:

Figura 5.6. Suprastructura drumului

Partea centrală, consolidată în vederea circulației numită parte carosabilă sau cale;

Acostamentele, de o parte și cealaltă a căii, fâșii cuprinse între marginile căii și muchiile platformei.

În mod obișnuit, o parte din acostament care încadrează calea este consolidată și se numește bandă de încadrare și face parte din lățimea acostamentului. Rolul acesteia este de a mării lățimea utilă pe care se poate efectua circulația, în special în cazul întâlnirilor și depășirilor de autovehicule.

Rolul acostamentelor este:

Să limiteze partea carosabilă;

Să servească pentru depozitarea de materiale de întreținere;

Să permită autovehiculelor defecte să staționeze temporar pentru a nu bloca un fir de circulație;

Să se poată amplasa pe ele o serie de elemente accesorii ale drumului (borne apărătoare, parapeți);

Să permită, în caz de necesitate, lărgirea părții carosabile;

Să asigure scurgerea apei de pe partea carosabilă.

Infrastructura drumului

Cuprinde terasamente (lucrările de pământ), podurile și podețele (lucrările de artă) și lucrările de consolidare, protecție sau asanare (ziduri de sprijin, ziduri de căptușire, drenuri, etc.)

Suprastructura care cuprinde corpul șoselei, figura 5.6.

Partea centrală, consolidată, în vederea înlesnirii circulației, formează corpul șoselei.

Sistemul folosit în mod obișnuit la construcția căii este așa numitul sistem roman care constă din executarea, de straturi, a corpului șoselei. Pachetul de straturi ce formează corpul șoselei se numește sistem rutier.

Stratul sau straturile de la suprafață care suportă direct acțiunea traficului se numește îmbrăcăminte.

1.1.4. Elementele geometrice ale planului traseului (aliniamentul orizontal)

Prin traseu se poate înțelege:

Intersecția planului generat de verticalele care trec prin mijlocul drumului cu linia terenului său.

Proiecția axei drumului pe un plan orizontal.

Planul traseului se compune dintr-o succesiune de părți rectilinii – aliniamente – și părți curbilinii – curbe.

Dacă în cazul liniilor ferate aliniamentele pot avea orice lungime, în cazul drumurilor rutiere acestea trebuie limitată, din motive estetice și de siguranță, la maximum 3 – 4 km. Dacă profilul longitudinal prezintă variații care evită monotonia, lungimea aliniamentelor poate fi sporită.

Față de aliniamentele prea lungi curbele prezintă uneori avantaje tehnice, economice și estetice. Prin introducerea lor judicioasă se asigură înscrierea firească în teren și încadrarea traseului în peisajul înconjurător.

În cazul aliniamentelor de lungime corespunzătoare și a unei anumite frecvențe și succesiuni de curbe, orbirea conducătorului auto, în timpul nopții de către luminile autovehiculelor care circulă din sens opus, mai ales la depășiri numeroase, este mult mai redusă decât în cazul aliniamentelor lungi. De asemenea, în cazul unor astfel de trasee, crește siguranța circulației ca urmare a menținerii încordate a atenției conducătorului auto, datorită manevrelor care trebuie efectuate.

Figura 5.7. Planul traseului și profilul vertical

Introducerea curbelor prezintă și o serie de dezavantaje figura 5.7:

Lungimea traseului se mărește si această sporire poate deveni importantă la un număr mare de curbe;

Confortul și siguranța circulației sunt mult mai reduse în curbe, mai ales pentru autovehiculele care circulă cu viteze mari, când pot să apară derapări și răsturnări ale autovehiculelor.

Vizibilitatea în curbe se micșorează, în special, în cazul terenurilor acoperite (zone împădurite, debleuri etc.); asigurarea vizibilității în curbă necesită lucrări suplimentare de terasament, defrișări și exproprieri;

În vederea asigurării curburilor și înclinărilor transversale corespunzătoare sunt necesare lucrări de un volum mare de terasamente și de structură.

O atenție deosebită, la proiectarea drumurilor, se acordă corelării corecte a vitezei de proiectare cu curbura drumului ți înclinarea transversală a curbelor în plan orizontal, figura 5.8.

Figura 5.8. Dezvoltarea supraînălțării drumului

Racordarea aliniamentelor se face cu ajutorul curbelor de rază foarte mare. Elementele ce limitează raza de curbură:

Stabilitatea;

Înscrierea autovehiculelor lungi;

Vizibilitatea în zonele de debleu în curbă.

Pentru a examina stabilitatea autovehiculelor, în curbă se consideră un autovehicul care circulă într-o curbă de rază R, supraînălțată cu unghiul α, care reprezintă panta transversală, figura 5.8.

Figura 5.9.Corelarea lungimii de vizibilitate cu raza minimă a curbei

Pentru fiecare viteză de proiectare există o valoare limită a razei de curbură minime sau curburii maxime, care se determină în funcție de înclinarea transversală maximă a curbei și a valorii maxime a coeficientului de aderență φt în direcție transversală.

Asupra autovehiculului acționează forța de greutate G, forțele de frecare Ff, forța centrifugală Fc. Din dinamica autovehiculelor se poate scrie echilibrul forțelor (5.9):

(5.9)

Se obține, pentru raza de virare minimă, în condițiile ecuației precedente ( 5.10),

(5.10) (4.32)

sau (5.11)

Figura 5.10. Raza minimă a R a curbei corelată cu lungimea de vizibilitate S pentru frănare și distanța m

(5.11)

Valorile limită determinate pentru sunt prezentate în tabelul 4.10.

Raza minimă R a curbei trebuie să se coreleze cu lungimea de vizibilitate S pentru frânare și distanța m de la axa benzii interioare a curbei până la zona periculoasă figura 5.10.