BUDOWNICTWO KOMUNIKACYJNE
Elementy drogi (droga jednojezdniowa)
Pojęcia podstawowe
droga jest to budowla liniowa, łącząca określone miejsca w terenie, przeznaczona do ruchu i postoju pojazdów oraz ruchu pieszych;
jezdnia jest to część korony drogi przeznaczona do ruchu pojazdów;
pobocze jest to część korony drogi przyległa do jezdni, wykorzystywana np. do ruchu pieszych i zwierząt, a w szczególnych przypadkach - do ruchu i postoju pojazdów;
korona drogi jest to część drogi obejmująca jezdnię z poboczami oraz (jeśli występują) dodatkowe pasy ruchu, pasy dzielące, zatoki postojowe i autobusowe itp.;
linie rozgraniczające drogę są to granice terenów przeznaczonych na pas drogowy (lub pasy drogowe) ustalone w miejscowym planie zagospodarowania przestrzennego lub w decyzji o warunkach zabudowy i zagospodarowania terenu, a w wypadku autostrady w decyzji o ustaleniu lokalizacji autostrady; w liniach rozgraniczających drogi na terenie zabudowanym (ulice) mogą znajdować się również urządzenia infrastruktury technicznej niezwiązane z funkcją komunikacyjną drogi;
pas drogowy jest to wydzielony liniami rozgraniczającymi teren przeznaczony do umieszczenia w nim drogi, urządzeń związanych z obsługą i ochroną drogi, obsługą ruchu i ochroną środowiska;
teren zabudowany jest to teren leżący w otoczeniu drogi, na którym dominują obszary o miejskich zasadach zagospodarowania lub obszar przeznaczony pod takie zagospodarowanie w miejscowym planie zagospodarowania przestrzennego;
ulica jest to droga poprowadzona w terenie zabudowanym, charakteryzująca się innym przekrojem poprzecznym niż droga poza tym terenem; jej cechami charakterystycznymi są: jezdnia ograniczona jednostronnie lub obustronnie krawężnikiem oraz chodnik lub chodniki;
pas awaryjnego postoju, zwany dalej pasem awaryjnym, jest to część pobocza służąca do zatrzymywania się i postoju pojazdów unieruchomionych z przyczyn technicznych;
środkowy pas dzielący jest to część drogi rozdzielająca jezdnie przeznaczone dla przeciwnych kierunków ruchu;
boczny pas dzielący jest to część drogi stanowiąca rozdzielenie jezdni o różnych funkcjach;
skrzyżowanie jest to krzyżowanie się lub połączenie dróg na jednym poziomie, zapewniające pełną lub częściową możliwość wyboru kierunku jazdy;
węzeł jest to krzyżowanie się lub połączenie dróg na różnych poziomach, zapewniające pełną lub częściową możliwość wyboru kierunku jazdy;
przejazd drogowy jest to krzyżowanie się dróg na różnych poziomach, nieumożliwiające wyboru kierunku jazdy;
zjazd jest to część drogi łącząca drogę publiczną z drogą wewnętrzną (niepubliczną) lub z dojazdem do nieruchomości przy drodze; zjazd nie jest skrzyżowaniem;
wyjazd lub wjazd na drogę jest to część drogi stanowiąca połączenie jezdni tej drogi z łącznicą na węźle albo z obiektem lub urządzeniem obsługi uczestników ruchu;
klasa techniczna drogi jest to przyporządkowanie drodze odpowiednich parametrów technicznych, wynikających z jej cech funkcjonalnych;
prędkość projektowa jest to parametr techniczno- ekonomiczny, któremu są przyporządkowane graniczne wartości elementów drogi, proporcje między nimi oraz zakres wyposażenia drogi; prędkość projektowa nie jest związana z prędkością dopuszczalną, o której mowa w przepisach o ruchu drogowym;
prędkość miarodajna jest to parametr odwzorowujący prędkość samochodów osobowych w ruchu swobodnym na drodze, służący do ustalania wartości elementów drogi, które ze względu na bezpieczeństwo ruchu powinny być dostosowane do tej prędkości;
natężenie ruchu jest to liczba pojazdów przejeżdżających przez dany przekrój (odcinek) drogi w jednostce czasu (np. w ciągu roku, doby, godziny);
natężenie miarodajne ruchu jest to natężenie ruchu występujące w roku prognozy, wyrażone liczbą pojazdów na godzinę;
przepustowość jest to największa liczba jednostek (pojazdów lub pieszych), którą może przepuścić przekrój drogi (ulicy), wlot na skrzyżowanie, przejście dla pieszych, ścieżka rowerowa itp. w jednostce czasu;
krętość odcinka drogi jest to stosunek sumy bezwzględnych wartości kątów zwrotu kierunków trasy drogi do jego długości ;
korpus drogowy jest to drogowa budowla ziemna ograniczona od góry koroną drogi, a z boków skarpami nasypów lub wewnętrznymi skarpami rowów;
koryto drogowe jest to wykop uformowany w korpusie drogowym w celu ułożenia w nim konstrukcji nawierzchni;
podłoże nawierzchni jest to grunt rodzimy lub nasypowy leżący bezpośrednio pod konstrukcją nawierzchni do głębokości przemarzania, sięgający minimum 1 m w głąb od zaprojektowanej powierzchni robót ziemnych;
podłoże drogowej budowli ziemnej (nasypu lub wykopu) jest to znajdująca się poniżej spodu budowli strefa gruntu rodzimego, w której właściwości gruntu mają wpływ na projektowanie, wykonanie i eksploatację budowli;
Ruch drogowy
Ruch drogowy można scharakteryzować następującymi parametrami:
średnim dobowym ruchem w roku,
miarodajnym godzinowym natężeniem ruchu,
średnią prędkością podróży,
kierunkowym rozkładem ruchu,
okresowymi wahaniami ruchu.
Średni dobowy ruch w roku (SDR) jest to obliczana na podstawie pomiarów ruchu lub prognozowana liczba pojazdów rzeczywistych przejeżdżających przez dany przekrój drogi w ciągu 24 kolejnych
godzin, średnio w ciągu jednego roku.
Miarodajne godzinowe natężenie ruchu jest to pomierzone lub prognozowane natężenie ruchu pojazdów rzeczywistych w 50 godzinie w roku. Przy braku danych o SDR, wartość miarodajnego godzinowego natężenia ruchu można określić na podstawie przeprowadzonych pomiarów.
Średnia prędkość podróży potoku pojazdów jest średnią arytmetyczną prędkości wszystkich pojazdów samochodowych na danym odcinku drogi.
Kierunkowy rozkład ruchu określa procentowy udział ruchu w poszczególnych kierunkach, w odniesieniu do ruchu w całym przekroju drogi, w godzinie odpowiadającej występowaniu miarodajnego godzinowego natężenia ruchu.
Okresowe wahania ruchu są to zmiany wartości natężeń ruchu w określonym przedziale czasu. Odróżnia się sezonowe, tygodniowe, dobowe i godzinowe wahania ruchu, tzn. wahania średniego
dobowego ruchu miesięcznego w ciągu roku, wahania ruchu dobowego w ciągu tygodnia, wahania ruchu godzinowego w ciągu doby oraz wahania ruchu w przedziałach 15-minutowych
w godzinie szczytu.
Podstawowe parametry ruchu wykorzystuje się do:
oceny przepustowości i warunków ruchu,
wymiarowania przekroju poprzecznego drogi,
projektowania konstrukcji nawierzchni drogi,
projektowania skrzyżowań i węzłów,
projektowania sygnalizacji świetlnej,
analiz ekonomicznych inwestycji drogowych, oceny
oddziaływań na środowisko,
wymiarowania urządzeń i obiektów MOP (miejsc obsługi podróżnych).
Klasyfikacja dróg
Drogami publicznymi są drogi, z których może korzystać każdy zgodnie z ich przeznaczeniem, posiadające odpowiednią kategorię ustaloną zgodnie z przepisami o drogach publicznych.
Drogami wewnętrznymi są drogi które nie zostały zaliczone do żadnej kategorii dróg publicznych (np. drogi osiedlowe, dojazdowe do gruntów rolnych i leśnych, place przed dworcami ), przy projektowaniu których mogą być niestosowane wymogi zawarte w ustawie o drogach publicznych, w warunkach technicznych dotyczących dróg i drogowych obiektów inżynierskich.
Klasyfikacja funkcjonalna dróg
Drogi publiczne ze względu na ich dostępność dzielą się na:
drogi ogólnodostępne;
drogi o ograniczonej dostępności, w tym autostrady i drogi ekspresowe.
Ustawa o drogach publicznych precyzuje pojęcie autostrady i drogi ekspresowej w celu ich jednoznacznego rozumienia.
Autostrada to droga przeznaczona wyłącznie do ruchu pojazdów samochodowych:
wyposażona przynajmniej w dwie trwale rozdzielone jednokierunkowe jezdnie,
posiadająca wielopoziomowe skrzyżowania ze wszystkimi przecinającymi ją drogami transportu lądowego i wodnego,
wyposażona w urządzenia obsługi podróżnych, pojazdów i przesyłek, przeznaczone wyłącznie dla użytkowników autostrady.
Droga ekspresowa to droga przeznaczona wyłącznie do ruchu pojazdów samochodowych:
wyposażona w jedną lub dwie jezdnie,
posiadająca wielopoziomowe skrzyżowania z przecinającymi ją innymi drogami transportu lądowego i wodnego oraz - na zasadzie wyjątku - jednopoziomowe skrzyżowania z drogami publicznymi,
wyposażona w urządzenia obsługi podróżnych, pojazdów i przesyłek, przeznaczone wyłącznie dla użytkowników tej drogi.
Ze względu na funkcje w sieci drogowej drogi publiczne w Polsce podzielone są na następujące kategorie (tzw. podział administracyjny):
drogi krajowe (klasy A, S, GP wyjątkowo G),
drogi wojewódzkie (klasy G, Z wyjątkowo GP),
drogi powiatowe (klasy G, Z wyjątkowo L),
drogi gminne (klasy L, D wyjątkowo Z).
Drogi krajowe są własnością Skarbu Państwa natomiast drogi wojewódzkie, powiatowe i gminne są własnością samorządu Centralnym organem administracji rządowej w sprawach dróg jest GDDKiA natomiast zarządcami dróg wojewódzkich, powiatowych i gminnych są zarządy odpowiedniego jednostek administracyjnych.
Klasyfikacja techniczna dróg
W celu określenia wymagań technicznych dróg wprowadza się klasy dróg. Rozróżnia się następujące klasy techniczne dróg:
autostrady - A,
ekspresowe - S,
główne ruchu przyspieszonego - GP,
główne - G,
zbiorcze - Z,
lokalne - L,
dojazdowe - D.
Zasady kształtowania trasy drogi
Przebieg drogi w planie należy zaprojektować tak, aby był:
zgodny z wymaganiami ruchu pojazdu i bezpieczeństwa,
spełniał wymagania właściwego wpisania trasy drogi w otaczający teren.
Od przebiegu drogi w planie uzależnione jest m.in..:
poprowadzenie drogi w przekroju podłużnym,
stateczność skarp wykopów i nasypów,
sposoby odwodnienia.
Wpisanie drogi w teren
Przebieg drogi w terenie związany jest z funkcją, jaką ta droga będzie pełnić w sieci dróg, tj. jakie ośrodki będzie łączyć (główne czy regionalne), jak również jaki ruch będzie obsługiwać (międzynarodowy, krajowy czy regionalny).
Ponadto przebieg związany będzie z możliwością najdogodniejszego przekraczania przeszkód terenowych (np. rzek) i krzyżowania z ciągami komunikacyjnymi.
Na te uwarunkowania nakładają się wymogi techniczne związane z projektowaniem niwelety.
Przebieg drogi w terenie płaskim (nizinnym) charakteryzuje się:
maksymalnymi długościami odcinków prostych,
zastosowaniem maksymalnych promieni łuków.
Rozważając taki przebieg drogi, należy spodziewać się niewielkich nasypów i wykopów, których położenie w stosunku do otaczającego terenu będzie zależeć od klasy technicznej drogi (np. od maksymalnego pochylenia podłużnego) i warunków wodno-gruntowych.
Inaczej sytuacja będzie wyglądać, jeżeli wystąpi konieczność zaprojektowania skrzyżowań wielopoziomowych (węzły drogowe lub przejazdy), tam nasypy lub wykopy będą największe, by uzyskać odpowiednie wysokości skrajni drogowej lub kolejowej. Podobnie będzie przy dojazdach do mostów na rzekach żeglownych.
Przebieg drogi w terenie falistym i górskim charakteryzuje się tym, że długości odcinków prostych, jak i wartości promieni łuków, zbliżają się do wartości minimalnych i w rezultacie konieczne okazać się może stosowanie serpentyn.
Należy spodziewać się większej ilości odcinków dróg prowadzonych w wykopach i nasypach. Głębokość wykopu lub wysokość nasypu zależeć będzie od sposobu poprowadzenia niwelety.
Wyznaczenie przebiegu trasy -linia jednostajnego pochylenia
Linia jednostajnego pochylenia – jest to linia łamana, złożona z jednakowych części, o jednakowym pochyleniu, która w każdym swym punkcie ma to samo pochylenie, w stosunku do poziomu całkowicie leży na terenie.
Pierwszym krokiem realizowanym w planowaniu trasy drogowej jest jej przedstawienie na mapie warstwicowej. Można tu wyróżnić dwa przypadki trasowania, tj. kiedy:
droga przebiega w terenie płaskim,
droga przebiega w terenie falistym lub górskim.
W pierwszym przypadku różnica wysokości pozwala poprowadzić odcinki proste z maksymalnymi możliwymi pochyleniami podłużnymi niezależnie od kierunku, który wybierzemy.
Drugi przypadek to taki, w którym różnice wysokości są duże i nie pozwalają na poprowadzenie trasy w wybranym kierunku, ponieważ pochylenie podłużne jest większe od maksymalnego dla danej
prędkości projektowej. W tej sytuacji należy rozwinąć trasę na stoku, tj. wykreślić linię jednostajnego pochylenia.
Na mapie warstwicowej można odczytać różnicę wysokości h pomiędzy sąsiednimi warstwicami oraz odległość poziomą l między nimi i stąd określić pochylenie podłużne terenu i (wzór 1):
i = h/l *100 % (1)
gdzie: l - długość odcinka [m];
h - różnica wysokości sąsiednich warstwic [m];
Przy kreśleniu linii jednostajnego pochylenia należy przyjąć wartość maksymalną pochylenia podłużnego imax (w powiązaniu z prędkością projektową) i wyznaczyć poziomą długość odcinka lip (wzór 2):
lip = h/imax (2)
gdzie: lip - długość odcinka o maksymalnym pochyleniu [m];
h - różnica wysokości sąsiednich warstwic [m];
imax - maksymalne pochylenie podłużne dla danej prędkości projektowej, wyrażone w ułamku dziesiętnym.
Obliczamy długość odcinka l w podziałce mapy (1 : n) warstwicowej, korzystając ze wzoru 3:
l= lp/n (3)
Niweleta drogi to rozwinięta na płaszczyźnie rysunku krawędź przechodząca przez oś podłużną drogi, której położenie pionowe odniesione jest do powierzchni terenu. Rzędne terenu i niwelety drogi zaznaczane są od określonego poziomu porównawczego.
Przekrój podłużny projektowanej trasy drogowej lub ulicznej jest podstawowym załącznikiem dokumentacji technicznej. Dzięki stosowaniu jednoznacznych oznaczeń obrazuje on trasę pod względem charakterystyki eksploatacyjnej (geometria drogi) oraz pod względem rodzaju i ilości robót
ziemnych, odwodnieniowych i nawierzchniowych.
Elementy niwelety drogi
Oś podłużna drogi - niweleta jezdni - może składać się z odcinków o stałym pochyleniu, krzywych wypukłych lub krzywych wklęsłych (najczęściej stosowaną krzywą jest łuk kołowy).
Pochylenia podłużne
Projektując niweletę, w pierwszej kolejności na przekrój podłużny terenu „nakładamy” odcinki proste, których pochylenie jest równe ilorazowi różnicy kolejnych rzędnych: następnej rn+1 i-tej, od której zaczynamy rn (np. r2 i r1 lub r3 i r2, itd. - rys. poniżej) - podzielonej przez odległość między nimi ln.
Wartość pochylenia określa zależność:
gdzie:
n- liczba załomów pionowych (wliczając początek i koniec trasy),
rn+1 - rzędna, od której zaczynamy określać pochylenia [m],
rn- rzędna następna [m],
ln - odległość między punktami o rzędnych rn i rn+1 [m].
Kąty załomów pionowych
Odcinki proste przecinają się pod kątem α, który nazywa się kątem załomu pionowego.
Projektowanie niwelety drogi – wymagania
dostosowania jej przebiegu do ukształtowania terenu i warunków gruntowo-wodnych przy równoczesnym zachowaniu parametrów geometrycznych, określonych elementów drogi w planie i w profilu,
dostosowywaniu jej do ukształtowania terenu, dążenia do ograniczania:
dużego udziału maksymalnych wartości pochyleń podłużnych,
stosowania spadków straconych,
zapewnienia optymalnej wielkości robót ziemnych na drogach klasy A, S, GP i G, a na drogach niższych klas należy dążyć do takiego jej zaprojektowania, aby roboty ziemne były jak najmniejsze, a ich bilans zbliżony do zera,
zapewnienia widoczności pionowej (poprzez dobór odpowiednich promieni łuków wypukłych i wklęsłych), wg Rozporządzenia (§ 168.1),
unikania projektowania łuków wklęsłych (między odwrotnymi pochyleniami) w wykopach, jeśli to uniemożliwia prawidłowe odprowadzenie wody,
zachowania płynności trasy przez odpowiednie zaprojektowanie poszczególnych elementów drogi w planie i w profilu podłużnym, wg rozporządzenia (§ 26.1),
odpowiedniego wyniesienia korony drogi nad terenem, w miejscach narażonych na zaśnieżanie (powstawanie zasp śnieżnych):
na drogach klasy A i S przynajmniej 0,5 m ponad grubość pokrywy śnieżnej,
charakterystycznej dla danego regionu kraju,
na drogach klasy GP przynajmniej 0,5 m i na drogach klasy G 0,3 m ponad
grubość pokrywy śnieżnej, charakterystycznej dla danego regionu kraju,
na drogach klasy Z, D i L przynajmniej 0,5 m ponad poziom terenu,
odpowiedniego wyniesienia korony drogi nad poziomem wód gruntowych, powierzchniowych, wód na terenach zalewowych i wód stojących (np. jeziora),
zachowania normatywnych pochyleń, tj. stosowania pochylenia podłużnego nie większego od dopuszczalnego, wg rozporządzenia (§ 24.2),
odcinki o poziomej niwelecie dopuszcza się w nasypach, gdy droga jest zlokalizowana na terenach wybitnie płaskich i na krótkich groblach wykonywanych na terenach bagnistych lub zalewowych, pod warunkiem zapewnienia odwodnienia poprzecznego samej jezdni, jak również drogowej budowli ziemnej,
załamania niwelety należy łagodzić łukiem w profilu podłużnym wg rozporządzenia (§24.7), jeśli różnica pochyleń jest większa od:
- 1% przy prędkości projektowej >50 km/h,
- 1,5 % przy niższej prędkości projektowej.
zapewniania prawidłowości zaprojektowanej drogi z wytycznymi WT należy pamiętać i sprawdzić zgodność zaprojektowanej trasy z rozporządzeniem (§ 20.1.),
unikanie prowadzenia niwelety o pochyleniu mniejszym niż 0,5 % na odcinkach szczególnie zacienionych na drogach klasy A i S (np. intensywnie występujące grupy drzew, przestrzennie pod wiaduktami, murami oporowymi itp.) ze względu na lepszy spływ wody,
unikanie na terenach spodziewanych oblodzeń jezdni na drodze klasy A i S (np. na obiektach i w pobliżu dużych zbiorników wodnych) pochylenia niwelety większego niż 3 %,
stosowania pochylenia podłużnego na długości obiektu inżynierskiego nie mniejszego niż 0,5 % i nie większego niż 4 %, a także pochylenia podłużnego nie większego niż 4% na wysokich nasypach, stanowiących dojazdy do tych obiektów,
powiązania z tzw. punktami stałymi, tj. z krzyżującymi się drogami, liniami kolejowymi, istniejącymi i przyszłymi urządzeniami podziemnymi i nadziemnymi (m.in. przepustami, mostami, rurociągami) oraz z terenami zabudowanymi położonymi w pobliżu drogi,
stosowania bezpiecznego pochylenia na skrzyżowaniu, wg. Rozporządzenia (§ 62).
przekrój podłużny wykonywany jest w skali skażonej, mianowicie skala wysokości jest 10-krotnie większa od skali długości, np. jeśli skala długości wynosi 1:1000 lub 1:2000, to skala wysokości wynosi 1:100 lub 1:200.
BUDOWNICTWO KOMUNIKACYJNE
Zasady doboru warstw nawierzchni drogowej
Nawierzchnia drogowa – jest to warstwa lub zespół warstw konstrukcyjnych umieszczonych w obrębie jezdni.
Nawierzchnia drogowa służy do:
przejmowania i rozkładania obciążeń od pojazdów na podłoże gruntowe,
zapewnia pojazdom wygodę i bezpieczeństwo ruchu, niezależnie od pogody, pory roku i warunków klimatycznych.
Funkcją nawierzchni jest zapewnienie:
możliwie najlepszych warunków ruchu pojazdów, a więc: dłużej prędkości, bezpieczeństwa oraz dostatecznej wygody w ciągu całego roku w różnych warunkach atmosferycznych, zarówno w dzień , jak i w nocy – poprzez równość poprzeczną i podłużną oraz szorstkość powierzchni,
trwałość konstrukcji – poprzez odpowiednie rozłożenie obciążeń, dobór grubości warstw i materiałów o określonych właściwościach.
Każda nawierzchnia drogowa składa się z następujących części:
część jezdna, która w zależności od typu nawierzchni i użytych materiałów może być jedno- lub wielowarstwowa,
część nośna – podbudowy, która również może być jedno- lub wielowarstwowa, a czasem może w ogóle nie występować, jak to ma miejsce np. w niektórych nawierzchniach twardych nieulepszonych, nawierzchniach typu sprężystego z betonu cementowego i w nawierzchniach gruntowych wzmocnionych,
podłoża naturalnego – które stanowi fundament, spełniający odpowiednie warunki nośności podłoży gruntowych.
Podziału nawierzchni można dokonać ze względu na następujące kryteria:
przeznaczenie,
rodzaj użytych materiałów,
sztywność,
konstrukcję.
warstwa ścieralna - poddana bezpośrednio oddziaływaniu ruchu pojazdów i czynników klimatycznych,
warstwa wiążąca - zapewnia odpowiednie rozłożenie naprężeń w nawierzchni,
podbudowa - służy do przenoszenia obciążeń na podłoże gruntowe, może składać z dwóch warstw:
podbudowa zasadnicza - może zawierać dodatkowo warstwę wzmacniającą i wyrównawczą
podbudowa pomocnicza - może zawierać warstwę mrozoodporną, odsączającą i odcinającą
Projektowanie konstrukcji nawierzchni
W procesie projektowania konstrukcji nawierzchni uwzględnia się następujące etapy:
I – określenie obciążenia ruchem,
II – określenie warunków wodnych,
III – określenie warunków gruntowych,
IV – określenie nośności podłoża,
V – przyjęcie typowej konstrukcji nawierzchni,
VI – sprawdzenie warunków mrozoodporności,
VII – przyjęcie ostatecznej konstrukcji.
Literatura
ROZPORZĄDZENIE MINISTRA TRANSPORTU I GOSPODARKI MORSKIEJ z dnia 2 marca 1999 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie.(Dz. U. Nr 43, poz. 430);
USTAWA o drogach publicznych z dnia 21 marca 1985 r.
Załącznik nr 1 do zarządzenia GDDKiA: WYTYCZNE PROJEKTOWANIA DRÓG I i II klasy technicznej WPD – 1;
Załącznik nr 2 do zarządzenia GDDKiA: WYTYCZNE PROJEKTOWANIA DRÓG III, IV i V klasy technicznej WPD – 2;
Załącznik nr 3 do zarządzenia GDDKiA: WYTYCZNE PROJEKTOWANIA DRÓG VI i VII klasy technicznej WPD – 3;
Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych, IBDM;
W. S. Módożeniec „Budowa Dróg – podstawy projektowania”