TRASEUL DRUMULUI ÎN PLAN DE SITUATIE
1.1 ELEMENTELE DRUMULUI ÎN PLAN
A. ELEMENTE DE TEORIE:
Proiectia ortogonala pe un plan orizontal a solutiei proiectate a unei cai de comunicatie drum - poarta denumirea de plan de situatie. În plan, elementul caracteristic caii de comunicatie rutiere care apare in reprezentarea ei proiectiva este traseul drumului.
Traseul drumului in plan reprezinta proiectia pe un plan orizontal a axei drumului.
Axa drumului este locul geometric al punctelor de pe partea carosabila egal departate de marginile caii (exceptand supralargirile).
Traseul drumului reprezinta o succesiune de aliniamente portiuni rectilinii - racordate intre ele prin curbe (arc de cerc, arce de curba progresiva sau combinatii ale acestora) portiuni curbilinii (figura 1.1), ale caror elemente geometrice trebuie cunoscute.
Determinarea elementelor geometrice ale traseului se face pe baza vitezei de proiectare si a conditiilor tehnice naturale si economice.
Lungimea aliniamentelor (L) ca si cea a curbelor (C) trebuie sa fie mai mare decat spatiul parcurs de vehicul in 5 secunde; aceasta corespunde unei valori conventionale L ³ 1,4V, C ³ 1,4V (in care L si C sunt exprimate in metri iar V in Km/h).
De asemenea, lungimea aliniamentelor se limiteaza la cca 3 - 4 km din conditii estetice si de siguranta.
Figura 1.1
Traseul drumului in plan
Axa drumului rezulta in urma geometrizarii, prin studiu pe planul de situatie cu metoda axei zero. Planul de situatie este planul ce contine curbele de nivel (curbe ce unesc punctele de egala cota) si traseul drumului.
1.2 RACORDAREA ALINIAMENTELOR CU ARCE DE CERC
A. ELEMENTE DE TEORIE:
Aliniamentele se racordeaza intre ele, cel mai frecvent, prin curbe arc de cerc, a caror raza trebuie sa fie mai mare sau egala cu raza minima.
Curbele folosite pentru racordarea aliniamentelor traseului se definesc prin elementele lor caracteristice. Elementele pricipale care definesc curbele arc de cerc sunt urmatoarele (figura 1.4):
unghiul la varf, U (& 535j94f icirc;n grade centesimale sau sexagesimale)
marimea razei arcului de cerc, R (in m)
marimea tangentei, T (in m)
lungimea arcului de cerc, C (in m)
marimea bisectoarei, B (in m)
Unghiul la varf este unghiul interior pe care il fac cele doua aliniamente succesive ce urmeaza sa fie racordate. Valoarea unghiului la varf se stabileste prin metoda grafo-analitica, in felul urmator:
a) unghiul la varf, U, > 100g (90o), figura 1.2
Figura 1.2
Determinarea marimii unghiului U > 100g (90o). Metoda grafo-analitica
Pentru a = 50 m Þ
[g, c, cc] sau [o, l, ll] (1.1)
Unghiul la varf, U se calculeaza in functie de c in grade, minute si secunde:
U = 200g c [g, c, cc] sau U = 180o c [o, l, ll] (1.2)
b) unghiul la varf, U, ≤ 100g (90o), figura1.3
Figura 1.3
Determinarea marimii unghiului U ≤ 100g (90o). Metoda grafo-analitica
Pentru a = 50 m Þ
[g, c, cc] sau [o, l, ll] (1.3)
Unghiul c rezulta imediat:
c = 200g U [g, c, cc] sau U = 180o c [o, l, ll] (1.4)
Raza curbei circulare se alege mai mare decat raza minima admisa, functie de viteza de proiectare si de conditiile de confort la parcurgerea curbei. Valoarea razei unei curbe arc de cerc se da in metri.
Avand cunoscute unghiul la varf, U si raza, R se pot calcula celelalte elemente ale arcului de cerc.
Marimea tangentei este marimea segmentului TiV, cuprinsa intre varful de unghi si punctul teoretic de tangenta (figura 1.4). Ea se determina din triunghiul TiVO:
[m] (1.5)
Figura1.4
Elementele curbei arc de cerc
Lungimea curbei arc de cerc se calculeaza cu formula:
[m] (1.6)
si reprezinta lungimea curbei cuprinsa intre punctul teoretic de tangenta la intrarea in curba, Ti si punctul teoretic de tangenta la iesirea din curba, Te (figura 1.4).
Marimea bisectoarei este marimea segmentului VB, cuprins intre varful de unghi si punctul teoretic de bisectoare (figura 1.4) si se obtine din triunghiul OTiV:
[m] (1.7)
Valorile marimii tangentei, marimii bisectoarei si lungimii arcului de cerc se dau in metri si se rotunjesc la centimetru.
B. EXEMPLE DE CALCUL:
Ex.1.2.1. Sa se determine elementele curbei arc de cerc pentru o racordare cu arc de cerc intre doua aliniamente, (al.1 si al.2) conform figurii 1.5., prin metoda grafo analitica, cand se cunosc urmatoarele:
- scara planului este 1:1000;
- viteza de proiectare este V = 25km/h;
- panta transversala in curba este ps = 6%;
- coeficientul de confort este k = 25;
- acceleratia gravitationala este g = 10 m/s2;
- unghiul la varf intre cele doua aliniamente este U ≤ 100g - grade centesimale (U ≤ 90o - grade sexazecimale).
Figura 1.5
Rezolvare:
Se determina valoarea razei minime cu relatia:
Se rotunjeste valoarea Rmin la multiplu de 5.00 m in plus:
Se alege o raza mai mare decat Rmin R = 55.00 m;
Se duc doua segmente a = 50.00 m (pe planul de situatie la scara 1:1000, a = 50.00 mm), pe cele doua aliniamente care formeaza unghiul U (figura 1.6);
Se masoara pe plan segmentul b format de cele doua segmente a si se transforma la scara planului, rezultand b = 48.00 m (figura 1.6);
Se duce bisectoarea unghiului U in triunghiul isoscel format, care este si mediana, se aplica functia trigonometrica sin pentru unghiul U/2 si se determina valoarea unghiului la varf U, precum si valoarea unghiului la centru , in grade centesimale (figura 1.6);
Figura 1.6
Figura 1.7
Deci, elementele curbei arc de cerc pentru racordarea propusa sunt conform figurii 1.8.
Figura 1.8
Ex.1.2.2. Sa se determine elementele curbei arc de cerc pentru o racordare cu arc de cerc intre doua aliniamente, (al.1 si al.2) conform figurii 1.9, prin metoda grafo analitica, cand se cunosc urmatoarele:
- scara planului este 1:1000;
- viteza de proiectare este V = 35km/h;
- panta transversala in curba este ps = 5.5%;
- coeficientul de confort este k = 20;
- acceleratia gravitationala este g = 10 m/s2;
- unghiul la varf intre cele doua aliniamente este U > 100g grade centesimale (U >90o- grade sexazecimale).
Figura 1.9
Rezolvare:
Figura1.10
Figura 1.11
Deci, elementele curbei arc de cerc pentru racordarea propusa sunt conform figurii 1.12.
Figura 1.12
1.3 SUPRAÎNALTAREA SI SUPRALARGIREA CAII ÎN CURBA
A. ELEMENTE DE TEORIE:
Amenajarea suprainaltarii caii in curba se realizeaza in curbele cu raze mici (cu raze cuprinse intre Rmin si Rc), pentru a asigura confortul si siguranta circulatiei in conditiile vitezei de proiectare date.
În aliniament calea prezinta un profil transversal cu doua pante transversale, pa(%) in forma de acoperis. În functie de tipul de imbracaminte rutiera, panta din aliniament, pa poate varia (tabelul 1.1).
Tabelul 1.1
Felul imbracamintei drumului |
Pantele transversale in aliniament |
Pantele transversale in curba |
Pavaj de piatra: |
maximum 6% |
În curba, profilul transversal se converteste de la profilul de tip acoperis la profilul de tip streasina cu o singura inclinare spre interiorul curbei si avand panta transversala egala cu panta din aliniament, pa. Atunci cand, din cauza unor valori prea mici ale razelor curbelor, convertirea nu este suficienta pentru combaterea derapajului, se face si suprainaltarea caii prin sporirea pantei transversale de la pa la ps (figura 1.13). Valoarea ps este data in tabelul 1.1
Aceasta procedura se numeste amenajare in spatiu a curbei.
Lungimea pe care se efectueaza convertirea si suprainaltarea se numeste rampa de racordare, lungimea pe care se face trecerea de la profilul convertit la cel suprainaltat se numeste rampa de suprainaltare iar operatia de trecere de la profilul acoperis la cel streasina suprainaltat se numeste operatie de suprainaltare.
Suprainaltarea se poate realiza in raport cu diverse puncte.
a) se mentine nemodificata cota in axa drumului
b) se mentine nemodificata cota la marginea din dreapta
c) se mentine nemodificata cota la marginea din stanga
În figura 1.13 este reprezentata obtinerea profilului suprainaltat mentinand nemodificata cota in axa drumului.
S-au facut urmatoarele notatii:
hc - inaltime convertita
hs - inaltime suprainaltata, margine exterioara
hi - inaltime suprainaltata, margine interioara
Aceste inaltimi se calculeaza dupa cum urmeaza:
(1.8)
(1.9)
(1.10)
Figura 1.13
Profilul transversal al caii in aliniament si in curba (cazul unei curbe la dreapta)
Amenajarea in spatiu pentru o curba izolata.
Se considera o curba la dreapta racordata cu doua arce de curba progresiva si viraj arc de cerc (figura 1.14).
Figura 1.14
Amenajarea in spatiu pentru o curba izolata
Convertirea se realizeaza pe aliniament, pe distanta lcs (lungimea pe care se face convertirea si supralargirea tabelul 1.2), astfel incat la intrarea in curba progresiva, in punctul Oi, profilul drumului este deja convertit. Pe lungimea curbei progresive, s0, se realizeaza suprainaltarea, astfel incat in punctul Si de intrare in virajul arc de cerc, profilul este suprainaltat. În acest caz lungimea rampei de suprainatare L este egala cu s0. Acest profil suprainaltat se mentine pe toata lungimea arcului de cerc.
În cazul in care racordarea este deoa cu doua arce de curba progresiva, Si º Se, profiulul suprainaltat se mentine pe o distanta C = max (V/3,6; 18,00 m) / 2 de o parte si de alta a punctului Si (Se). Lungimea rampei de suprainaltare, L este in acest caz egala cu s0 - C, unde s0 este lungimea curbei progresive. Convertirea se realizeaza ca si in cazul anterior.
Prin urmare lungimea rampei de racordare Lr este:
(1.11)
Tabelul 1.2
Viteza (km/h) | |||||||
lcs (m) |
Supralargirea caii in curba se realizeaza pentru a se asigura aceleasi conditii de circulatie autovehiculelor in curba ca si in aliniament. Amenajarea supralargirii rezulta din modul in care un vehicul se inscrie in curba.
Valorile supralargirilor sunt date in standardele si normativele in vigoare, in functie de latimea caii in curba si latimea caii in aliniament.
Pentru un drum cu doua benzi de circulatie se poate stabili o relatie simplificata, pentru calculul supralargirii caii in curba (figura 1.15):
(1.17)
unde l este lungimea autovehiculului.
Supralargirea se da de regula spre interiorul curbei.
În tabelul 1.3 sunt prezentate valorile supralargirilor pentru o banda de circulatie, in functie de raza R a curbei.
Figura 1.15
Metoda simplificata pentru determinarea supralargirii
pe un drum cu doua benzi de circulatie
Tabelul 1.3
Raza (m) | |||||||||||||
sl (m) |
Pentru valori R intermediare supralargirea rezulta prin interpolare liniara. Curbele cu raza peste 300,00 m nu se supralargesc.
Amenajarea supralargirii. Pentru racordarea a doua aliniamente cu doua clotoide si viraj arc de cerc, supralargirea are valoarea maxima, slT pe zona racordarii, trecerea de la valoarea zero din aliniament la valoarea maxima din punctul de intrare in curba progresiva, Oi facandu-se pe lungimea de convertire, lcs (figura 1.16).
Figura 1.16
Amenajarea supralargirii
Aceeasi amenajare se realizeaza pentru racordarea a doua alinaimente numai cu 2 arce de curba progresiva.
B. EXEMPLE DE CALCUL:
Ex.1.3.1 Sa se calculeze valorile suprainaltarilor si supralargirilor pentru racordarea a doua aliniamente cu arce de curba progresiva din figura 1.17. Sa se deseneze amenajarea in spatiu in acest caz (curbe izolate). Se va mentine nemodificata cota in axa drumului.
Se cunosc urmatoarele:
- scara planului este 1:1000;
- viteza de proiectare este V = 25 km/h;
- pentru viteza de proiectare V = 25 km/h raza minima are valoarea Rmin = 25.00 m si raza curenta are valoarea Rc = 70.00 m
- panta transversala in curba este ps = 6%;
- panta transversala in aliniament este pa = 2.5%;
- coeficientul de confort este k = 25;
- acceleratia gravitationala este g = 10 m/s2;
- latimea partii carosabile nesupralargita este B = 6.00 m;
- racordarea celor doua aliniamente este realizata cu doua arce de curba progresiva dispuse simetric, de lungime L = 30.00 m.
- raza cercului osculator este 60.00 m (figura 1.19).
Rezolvare:
Pentru racordarea realizata cu doua arce de curba progresiva dispuse simetric raza de curbura Oi si Oe este = , ea ajungand la valoare finita in punctul Si = Se.
Avand in vedere ca raza cercului osculator este in domeniul razelor minime, profilul din aliniament se va converti si suprainalta.
Conform STAS 863 - 85 valoarea supralargirii pentru o banda de circulatie este sl = 0.70 m (tabelul 1.3), iar valoarea lungimii de supralargire si convertire este lcs = 15.00 m (tabelul 1.2).
Valoarea totala a supralargirii pentru 2 benzi de circulatie pe zona racordarii este slT = 2sl = 1.40 m.
Supralargirea totala se mentine constanta pe toata lungimea curbei de racordare, adica intre Oi si Oe, ea variind liniar pe lungimea lcs de la 0 la valoarea maxima.
Figura 1.17
Tinand cont de sensul de parcurgere al traseului (de la aliniamentul 1 la aliniamentul 2) se dispune supralargirea la interiorul curbei, adica pe partea dreapta, iar suprainaltarea pe partea stanga (la exteriorul curbei).
Figura 1.18
Curba la dreapta
Lungimea pe care se pastreaza profilul suprainaltat este ls = max(V/3.6; 18.00 m)/2 de o parte si de alta a punctului Si = Se. (figura 1.18)
Se compara valorile si se alege maximul:
Ø (m)
Ø (m)
Rezulta ca lungimea pe care se pastreaza profilul suprainaltat este ls = 9.00 m.
Figura 1.19
Profilul suprainaltat
Considerand nemodificate cotele in axa caii rezulta urmatoarele elemente pentru intocmirea schemei de amenajare a rampei suprainaltarii (figura 1.19):
În figura 1.20 este reprezentata amenajarea supralargirii, iar in figura 1.21 este reprezentata amenajarea rampei suprainaltarii pentru curba data
Pe baza inaltimilor hi1, hi2, hi3, hs, hc si haxa calculate se determina cotele relative in punctele Oi, Si, Se si Oe:
cota relativa in Oi la marginea exterioara suprainaltata este:
haxa + hc = -7.50 + 15.00 = 7.50 cm;
cota relativa in Oi la marginea interioara supralargita este :
haxa - hi1 = -7.50 3.50 = - 11.00 cm;
cota relativa in Oi la marginea interioara nesupralargita este:
haxa = - 7.50 = - 7.50 cm;
cota relativa in Si = Se la marginea exterioara suprainaltata este:
haxa + hs = - 7.50 + 25.50 = 18.00 cm;
cota relativa in Si = Se la marginea interioara supralargita este :
haxa - hi3 = - 7.50 18.30 = - 25.80 cm;
cota relativa in Si = Se la marginea interioara nesupralargita este:
haxa hi2= - 7.50 10.50 = - 18.00 cm;
cota relativa in Oe la marginea exterioara suprainaltata este:
haxa + hc = - 7.50 +15.00 = 7.50 cm;
cota relativa in Oe la marginea interioara supralargita este :
haxa - hi1 = - 7.50 3.50 = - 11.00 cm;
cota relativa in Oe la marginea interioara nesupralargita este:
haxa = - 7.50 = - 7.50 cm;
Figura 1.20
Amenajarea supralargirii
Figura 1.21
Amenajarea rampei suprainaltarii
Ex.1.3.2 Sa se calculeze valorile suprainaltarilor si supralargirilor pentru racordarea a doua aliniamente cu arce de curba progresiva si viraj arc de cerc din figura 1.22. Sa se deseneze amenajarea in spatiu in acest caz (curbe izolate). Se va mentine nemodificata cota in axul drumului.
Se cunosc urmatoarele:
- scara planului este 1:1000;
- viteza de proiectare este V = 50 km/h;
- pentru viteza de proiectare V = 50 km/h raza minima are valoarea Rmin=95m si raza curenta are valoarea Rc = 220 m
- panta transversala in curba este ps = 6%;
- panta transversala in aliniament este pa = 2.5%;
- coeficientul de confort este k = 25;
- acceleratia gravitationala este g = 10 m/s2;
- latimea partii carosabile nesupralargita este B = 6.00 m;
- racordarea celor doua aliniamente este realizata cu doua arce de clotoida dispuse simetric, de lungime L = 55.00 m si un arc de cerc cu raza R = 140.00 m (figura 1.22).
Rezolvare:
Avand in vedere ca raza cercului este in domeniul razelor minime profilul din aliniament se va converti si suprainalta.
Conform STAS 863 - 85 valoarea supralargirii pentru o banda de circulatie este sl = 0.30 m (tabelul 1.3), iar valoarea lungimii de supralargire si convertire este lcs = 30.00 m (tabelul 1.2).
Valoarea totala a supralargirii pentru doua benzi de circulatie pe zona racordarii este slT = 2sl = 0.60 m.
Supralargirea totala se mentine constanta pe toata lungimea curbei de racordare, adica intre Oi si Oe, ea variind liniar pe lungimea lcs de la 0 la valoarea maxima.
Figura 1.22
Curba la stanga
Tinand cont de sensul de parcurgere al traseului (de la al. 1 la al. 2) dispunem supralargirea la interiorul curbei, adica pe partea stanga, iar suprainaltarea pe partea dreapta (la exteriorul curbei).
Originea arcului de curba progresiva (Oi respectiv Oe) se gaseste, fata de varful de unghi V, la distanta: OiV = 99.06 m.
Figura 1.23
Lungimea pe care se pastreaza profilul suprainaltat este ls = C = 62.69 m (lungimea arcului de cerc) (figura 1.23).
Figura 1.24
Profilul suprainaltat
Considerand nemodificate cotele in axa caii rezulta urmatoarele elemente pentru intocmirea schemei de amenajare a rampei suprainaltarii (figura 1.24):
În figura 1.25 este reprezentata amenajarea supralargirii, iar in figura 1.26 este reprezentata amenajarea rampei suprainaltarii pentru curba data.
.Pe baza inaltimilor hi1, hi2, hi3, hs, hc si haxa calculate se determina cotele relative in punctele Oi, Si, Se si Oe:
cota relativa in Oi la marginea exterioara suprainaltata este:
haxa+hc = -7.50 +15.00 = 7.50 cm;
cota relativa in Oi la marginea interioara supralargita este :
haxa - hi1 = -7.50 1.50 = - 9.00 cm;
cota relativa in Oi la marginea interioara nesupralargita este:
haxa = -7.50 = - 7.50 cm;
cota relativa in Si = Se la marginea exterioara suprainaltata este:
haxa+ hs = -7.50 +25.50 = 18.00 cm;
cota relativa in Si = Se la marginea interioara supralargita este :
haxa - hi3 = -7.50 14.10 = - 21.60 cm;
cota relativa in Si = Se la marginea interioara nesupralargita este:
haxa hi2= -7.50 10.50 = - 18.00 cm;
cota relativa in Oe la marginea exterioara suprainaltata este:
haxa+hc = -7.50 + 15.00 = 7.50 cm;
cota relativa in Oe la marginea interioara supralargita este :
haxa - hi1 = -7.50 1.50 = - 9.00 cm;
cota relativa in Oe la marginea interioara nesupralargita este:
haxa = -7.50 = - 7.50 cm;
Figura 1.25
Amenajarea supralargirii
Figura 1.26
Amenajarea rampei suprainaltarii
EX.1.3.3 Sa se calculeze valorile convertirilor si supralargirilor pentru racordarea a doua aliniamente cu arce de cerc din figura 1.27. Sa se deseneze amenajarea in spatiu in acest caz (curbe izolate). Se va mentine nemodificata cota in axul drumului.
Se cunosc urmatoarele:
- scara planului este 1:1000;
- viteza de proiectare este V = 25km/h;
- pentru viteza de proiectare V = 25km/h raza curenta are valoarea Rc = 70 m si raza recomandata are valoarea Rrec = 100;
- panta transversala in aliniament este pa = 2.5%;
- coeficientul de confort este k = 25;
- acceleratia gravitationala este g = 10 m/s2;
- latimea partii carosabile nesupralargita este B = 6.00 m;
racordarea celor doua aliniamente este realizata cu arc de cerc;
- raza cercului este 90.00 m, unghiul la varf U = 63g78c88cc si lungimea cercului este C = 193.00 m (figura 1.27).
Rezolvare:
Avand in vedere ca raza cercului este in domeniul razelor curente profilul din aliniament se va converti.
Conform STAS 863 - 85 valoarea supralargirii pentru o banda de circulatie este sl = 0.47 m (tabelul 1.3), valoarea lungimii de supralargire si convertire este lcs = 15.00 m (tabelul 1.2).
Valoarea totala a supralargirii pentru 2 benzi de circulatie pe zona racordarii este slT = 2sl = 0.94 m.
Supralargirea totala se mentine constanta pe toata lungimea curbei de racordare, adica intre Ti si Te, ea variind liniar pe lungimea lcs de la 0 la valoarea maxima.
Figura 1.27
Tinand cont de sensul de parcurgere al traseului (de la al. 1 la al. 2) dispunem supralargirea la interiorul curbei, adica pe partea dreapta, iar convertirea pe partea stanga, adica la exteriorul curbei.
Figura 1.28
Curba la dreapta
Lungimea pe care se pastreaza profilul convertit este lungimea arcului de cerc C = 193.00 m (figura 1.28).
Figura 1.29
Profilul convertit
Considerand nemodificate cotele in axa caii rezulta urmatoarele elemente pentru intocmirea schemei de amenajare in spatiu. (figura 1.29):
În figura 1.30 este reprezentata amenajarea supralargirii, iar in figura 1.31 este reprezentata amenajarea convertirii pentru curba data.
Pe baza inaltimilor hi1, hc si haxa calculate se determina cotele relative in punctele Ti si Te:
cota relativa in Ti la marginea exterioara convertita este:
haxa+ hc = -7.50+15.00 = 7.50 cm;
cota relativa in Ti la marginea interioara supralargita este :
haxa - hi1 = -7.50 2.35 = - 9.85 cm;
cota relativa in Ti la marginea interioara nesupralargita este:
haxa = -7.50 = - 7.50 cm;
cota relativa in Te la marginea exterioara convertita este:
haxa+hc = - 7.50+15.00 = 7.50 cm;
cota relativa in Te la marginea interioara supralargita este :
haxa - hi1 = - 7.50 3.50 = - 11.00 cm;
cota relativa in Te la marginea interioara nesupralargita este:
haxa = - 7.50 = - 7.50 cm;
Figura 1.30
Amenajarea supralargirii
Figura 1.31
Amenajarea convertirii
|