Węzły drogowe

Węzeł drogowy jest konstrukcją inżynierską, która umożliwia bezkolizyjne przecięcie lub rozwidlenie dwu lub więcej dróg kołowych wraz z zapewnieniem możliwości połączeń między nimi za pomocą łącznic.
Różnica pomiędzy węzłem drogowym, a skrzyżowaniem polega na tym, że skrzyżowanie łączy drogi w jednym poziomie, zaś w węźle występują wielopoziomowe połączenia lub przecięcia dróg.

Podstawowe elementy węzła:

- jezdnie główne w obszarze węzła, będące najczęściej jezdniami przelotowymi dla ruchu na wprost,

- łącznice dla relacji skrętnych, składające się (wymieniając w kierunku jazdy) z pasa wyłączenia, drogi łącznikowej i pasa włączania (lub skrzyżowania) zapewniające możliwość dostępu do jezdni głównych lub

jej opuszczenie,

- jezdnie zbierająco - rozprowadzające (z-r), odciążające jezdnie główne (przelotowe) od niekorzystnych manewrów (szczególnie przeplatania),

- skrzyżowania, będące połączeniem dróg ogólnodostępnych z łącznicami, umożliwiające wymianą ruchu między krzyżującymi się drogami,

- wiadukty.

Rys. [R. Krystek] Elementy węzłów drogowych:

1 - autostrada, 2 - droga szybkiego mchu krzyżująca się z autostradą, 3 — droga podrzędna w stosunku do autostrady, 4 - łącznica półbezpośrednia typu SS, 5 - łącznica pośrednia typu L, w kształcie pętli, 6 - łącznica pośrednia typu L, zdeformowana, 7 - łącznica bezpośrednia typu DD, 8 - droga zbiorczo-rozdzielcza, 9 - skos pasa włączenia, 10 - nos zewnętrznego pasa dzielącego drogę główną i zbiorczą rozdzielczą, 11 - nos wyspy, 12 - łącznica styczna typu DD, 13 — pas

włączenia, ¡4 - pas dzielący zewnętrzny, 15 - pobocze utwardzone, 16 - obszar zmiany liczby pasów, ruchu, 17 - drogowskaz tablicowy, bramowy, 18 - pas włączenia łącznicy bezpośredniej typu SS, 19 - włączenie łącznicy typu OD do drogi zbiorczej rozdzielczej, 20 - skrzyżowanie teowe łącznicy z drogą podrzędną, 21 - obszar kolizyjny skrzyżowania z drogą podrzędną, 22 — poszerzenie drogi

podrzędnej w obszarze węzła, 23 - łącznice kolizyjne typu półkończyna, 24 - wyspa trójkątna, 25 - pas włączenia, 26 - pas wyłączenia, 27 — łącznica równoległa karo

Typy węzłów drogowych:

• Węzły bezkolizyjne typu WA - na których nie występuje przecinanie torów jazdy, a relacje skrętne są realizowane tylko jako manewry wyłączania, włączania i przeplatania się potoków ruchu.

Schematy węzłów grupy WA:

Koniczynka:

Koniczynka jest najczęściej spotykaną formą węzła drogowego. Ma tę zaletę, że trzeba zbudować tylko jeden wiadukt drogowy. Umożliwia też bezkolizyjne zawrócenie na trasie bez zjeżdżania na inną drogę. Koniczynka zajmuje stosunkowo niewiele miejsca w terenie. Wadą koniczynki jest fakt krzyżowania się dwóch potoków pojazdów zjeżdżających i wjeżdżających na łuk 3/4.

Krzyż maltański:

Krzyż maltański potrzebuje jeszcze mniej miejsca niż koniczynka. Jego wielką zaletą jest możliwość utrzymywania większych prędkości z powodu braku łącznic prowadzonych po łuku 3/4. W centrum węzła niezbędna jest jednak skomplikowana konstrukcja wiaduktów, mająca przynajmniej 4 poziomy, na których odbywa się ruch pojazdów. Różnica poziomów tego węzła może dochodzić nawet do 30 metrów.

Turbina:

Turbina jest węzłem drogowym, na którym podobnie jak w przypadku krzyża maltańskiego, można utrzymywać duże prędkości. W tym jednak przypadku nie ma potrzeby budowy tak wysokiej konstrukcji estakad. Do budowy takiego węzła potrzeba trochę więcej miejsca niż w przypadku koniczynki. Wadą turbiny jest konieczność budowy aż 8 wiaduktów prowadzących łącznice nad drogami głównymi oraz innymi łącznicami.

Wiatrak:

Wiatrak jest węzłem drogowym posiadającym wiadukty dla wszystkich łącznic prowadzących w lewo od pierwotnego kierunku jazdy. Za wiaduktem droga jest tak poprowadzona, aby te łącznice skończyły się przed głównym skrzyżowaniem dróg. Wadą tego typu węzła jest to, że łącznice muszą posiadać mniejsze promienie łuków, więc trzeba wprowadzić na nich ograniczenia prędkości.

Trąbka:

Trąbka to najczęściej spotykane całkowicie bezkolizyjne połączenie dwóch dróg. Wymagany jest jeden dwukierunkowy wiadukt oraz tylko w jednym z przypadków zmiany drogi konieczne jest ograniczenie prędkości. W zależności od sytuacji rozjazdy mogą być skierowane w dwie różne strony. Najczęściej jest tak zaprojektowana, aby z jazdy po łuku 3/4 koła korzystało możliwie najmniej pojazdów.

• Węzły częściowo bezkolizyjne typu WB - na których występuje przecinanie torów jazdy niektórych relacji na jednej z dróg; w ramach węzła funkcjonuje wówczas na tej drodze skrzyżowanie lub ich zespół, jednak relacje o dominujących natężeniach są prowadzone bezkolizyjnie.

Przykłady węzłów typu WB:

Półkoniczyna:

Półkoniczyna występuje w miejscach, gdzie planowana jest rozbudowa kończącej się na węźle drogi. Dzięki takiej konstrukcji węzła jego przebudowa (dokończenie koniczynki) nie jest kosztowne i nie wymaga zamykania czynnych już przejazdów.

Karo:

Karo może występować w kilku różnych odmianach. Najczęściej spotykane rozwiązanie, to kolizyjne rondo na drodze niższej kategorii. Węzeł tego typu umożliwia wygodne włączenie się do ruchu i zjazd z drogi bezkolizyjnej (trasa ekspresowa, autostrada) na drogę kolizyjną (GP, G, itp.).

• Węzeł kolizyjny typu WC - na którym tylko jezdnie dróg krzyżują się w różnych poziomach, natomiast relacje skrętne na obu drogach odbywają się na skrzyżowaniach.
  
  Schemat przykładowego węzła grupy C:

Węzły grupy C wykorzystuje się przy połączeniach dróg niższych kategorii.

Zakres stosowania typów węzłów, w zależności od krzyżowania się poszczególnych klas dróg, określono w tabeli:

Klasa drogi	A	S	GP	G
A	WA	WA	WA, WB	(WB)
S	WA	WA, WB	WB, WC	WB, WC
GP	WA, WB	WB, WC	WC, WC	(WB, WC)
G	(WB)	WB, WC	(WB, WC)	(WB, WC)

(...) - Rozwiązanie dopuszczalne w uzasadnionych wypadkach.

Czynniki wpływające na wybór typu i kształtu geometrycznego węzła:

- natężenie ruchu i jego podstawowe charakterystyki takie jak: wahania w czasie, struktura rodzajowa i kierunkowa,

- topografia, która przez koszty budowy i cechy wpływające na bezpieczeństwo ruchu (maksymalne spadki podłużne, minimalne promienie łuków, widoczność) może wywrzeć decydujący wpływ na wybór typu węzła.

Znaczne zmniejszenie rozmiarów węzła

- pozorne oszczędności w zajęciu terenu i kosztach budowy, jednakże powoduje konieczność stosowania dużych pochyleń podłużnych i małych promieni w planie. Te z kolei są przyczyną znacznego zmniejszenia się prędkości jazdy.

Zbyt duży węzeł

- powoduje, poza kosztami terenu i budowy, dość duże koszty ruchu wynikające z długości nadkładanej drogi, za to wyższe prędkości i wyższy komfort

Projekt węzła powinien spełniać trzy podstawowe warunki:

- bezpieczeństwa ruchu

- sprawności, określonej dostosowaniem rozwiązania do wymagań ruchu oraz zapewnieniem odpowiedniego standardu dla danego węzła

- ekonomiki, określonej minimalizacją kosztów budowy eksploatacji przy zachowaniu ustalonych standardów bezpieczeństwa i sprawności ruchu oraz cechować się:

- elastycznością rozwiązania, zapewniającą możliwość etapowania (nie każdy węzeł da się etapować, najłatwiej etapować węzły typu koniczyna)

• minimalnym zajęciem terenu

• najmniejszym ujemnym oddziaływaniem na środowisko

• estetyką obiektów inżynierskich, wkomponowanych w otoczenie

Bez względu na stopień spełniania podanych warunków węzły drogowe cechują się na ogół pewnymi zaletami, a także i wadami, oto one:

Zalety:

• Przepustowość węzła, będąca sumą natężeń ruchu obserwowanych na poszczególnych relacjach w momencie, gdy natężenie na jednym z elementów węzła osiąga wartość jego przepustowości. W idealnym przypadku przepustowość węzła może osiągnąć wartość przepustowości krzyżujących się dróg.

• Znaczna poprawa bezpieczeństwa ruchu pojazdów, zwłaszcza jadących na wprost i w lewo, w porównaniu do bezpieczeństwa na skrzyżowaniu. Ruch w prawo jest manewrem względnie bezpiecznym, podobnie jak na skrzyżowaniu, lecz wykonywanym na znacznie wyższym poziomie komfortu.

• Warunki ruchu na wprost są na ogół bardzo dobre, głównie z powodu wyeliminowania zatrzymań, a tym samym dużego zmniejszenia prędkości. Kierowcy skręcając z drogi głównej zwalniają, a stopień zmniejszenia prędkości zależy od typu węzła. Na węzłach całkowicie bezkolizyjnych możliwość wytrzymania potoku pojazdów w ciągłym ruchu, z prędkością zależną od natężenia, przynosi efekty w postaci oszczędności czasu i kosztów eksploatacji pojazdów, a także powiększa znacznie komfort jazdy.

• Wielopoziomowe struktury są na ogół łatwe w projektowaniu. Dają się bowiem zastosować w każdej sytuacji krzyżujących się dróg, bez wzglądu na kąt skrzyżowania pod warunkiem, że dysponuje się odpowiednio dużą powierzchnią terenu. Często w rozwiązaniu wykorzystuje się gwałtowny spadek terenu i deformacje profilu podłużnego, jako sytuację bardzo korzystną do zlokalizowania tam wiaduktu, eliminując tym samym niekorzystną konfigurację planu i profilu, a często także niebezpieczną, jaka powstałaby w przypadku skrzyżowania kierunków głównych w jednym poziomie.

• Węzeł jest na ogół rozwiązaniem łatwym w projektowaniu kolejnych etapów rozwoju konstrukcji. Węzeł niekompletny może pracować przez pewien czas, by w następnym etapie, po dobudowaniu brakujących łącznic, mógł pracować jako kompletny. W miarę rozwoju sieci drogowej i wzrostu zapotrzebowania na określone relacje, można dobudować niektóre połączenia, a nawet nową drogę.

• Węzły są elementami składowymi dróg szybkiego ruchu, zatem budując na drodze zwykłej czyni się duży krok w kierunku podniesienia jej roli w układzie drogowym.

Wady rozwiązań wielopoziomowych wynikających z dwóch powodów:

• kosztów konstrukcji obiektów inżynierskich oraz towarzyszących im robót ziemnych i instalacyjnych

• trudności budowy obiektu, powodowanych ograniczeniami możliwości wprowadzenia objazdów na czas robót oraz ograniczeń terenowych

Wady:

• Duże koszty budowy, zarówno konstrukcji obiektów, jak i objazdów, a także utrzymanie obiektu (np. oświetlenie, odwodnienie, wentylacja w tunelach – przez cały okres eksploatacji), które są niewątpliwie wadą w porównaniu do skrzyżowań

• Węzły nie zawsze są rozwiązaniami spełniającymi całkowicie wymagania ruchu. Plan węzła może być mylący, szczególnie tam, gdzie nie ma kompletu relacji, a węzeł nie jest rozwiązaniem typowym dla danej trasy. Odczuwają to zwłaszcza kierowcy obcy, nie znający danej trasy i nietypowego węzła. Jednakże prawidłowo wykonane oznakowanie poziome i pionowe pozwala na złagodzenie wpływu nietypowego rozwiązania na warunki ruchu.

• Bezkolizyjne przecięcia się dróg oraz przejścia podziemne na ogół nie nadają się do etapowania. Jedynie w przypadku, gdy można wydzielić dwie niezależne konstrukcje dla każdego kierunku ruchu, a jedna wystarczy by służyć w pierwszym etapie, istnieje możliwość podziału budowy na dwie części.

• Przecinanie się dróg w różnych poziomach może powodować duże zmiany w profilu krzyżujących się dróg, maksymalne wzniesienia i spadki, nawet jeśli te drogi przebiegają w terenie falistym.

• Konieczność zbudowania, w węzłach na terenach równinnych, połączeń dróg łącznikowych z jezdniami głównymi, przy zachowaniu małych pochyleń podłużnych, jest bardzo kosztowne, znacznie bardziej niż w terenie falistym. Powstaje wówczas większe prawdopodobieństwo wypadku z powodu ograniczonej widoczności wysokich nasypów.

• Prosty typ węzła nie jest właściwy do zaadaptowania go w przypadku konieczności połączenia więcej niż 5 wlotów. Wówczas to trzeba poszukiwać sposobów pośrednich, a więc wcześniej łączyć wloty poza obszarem węzła głównego tak, aby w krytycznym punkcie pozostały do połączenia tylko cztery kierunki.