Ogólne zasady projektowania niwelety

1. Definicja przekroju podłużnego i niwelety osi jezdni

Przekrój podłużny stanowi odwzorowanie ukształtowania wysokościowego terenu i projektowanej drogi. (rys. przekroju podłużnego z zaznaczeniem niwelety terenu i niwelety osi jezdni)

Niweletą drogi nazywamy rzut rozwinięcia osi lub krawędzi jezdni na płaszczyznę pionową.

2. Położenie przekroju odwzorowującego niweletę drogi

Dla drogi dwujezdniowej zaleca się projektowanie niwelety dla każdej jezdni oddzielnie. Zaleca się projektowanie niwelety wzdłuż krawędzi jezdni przy pasie dzielącym lub wzdłuż osi drogi (droga jedno lub dwu jezdniowa). Przyjęta lokalizacja niwelety w przekroju poprzecznym drogi dwujezdniowej powinna być jednoznacznie określona w dokumentacji projektowej.

3. Elementy składowe niwelety (odcinki o jednakowym pochyleniu, łuki wklęsłe i wypukłe, skok niwelety, kąt załamania niwelety) Rys.

4. Ogólne zasady projektowania niwelety; położenie niwelety jezdni
   w odniesieniu do (rodzaju (cech)) istniejącego terenu zależy od:

• ukształtowania terenu, (teren płaski, falisty, górzysty),

• sposobu prowadzenia niwelety: niweleta tnąca, niweleta wpisana w teren,

• poziomu wody gruntowej, poziomu wody zalewowej,

• rodzaju gruntu (wysadzinowy, wątpliwy, przepuszczalny),

• zaśnieżania,

• minimalizacji robót ziemnych,

Projektowanie odcinków o jednakowym pochyleniu niwelety

Dopuszczalne pochylenia niwelety; minimalne, maksymalne, dopuszczalne długości odcinków niwelety o jednakowym pochyleniu i pochyleniu maksymalnym. Obliczanie wartości pochylenia niwelety na długości skoku niwelety, w dowolnym punkcie niwelety przy założonym pochyleniu (spadek, wzniesienie), (znaki pochyleń: spadek - „- „ ; wzniesienie - „+”)

Prędkość projektowa Vp [km/h]	120	100	80	70	60	50	40
Pochylenie dopuszczalne idop [%]	4	5	6	7	8	9	10

Zwiększenie pochylenia o max 1% jest dopuszczalne tylko na modernizowanej (przebudowa lub remont) drodze o V_p ≤ 100 km/h.

Pochylenia ukośne jezdni nie powinny przekraczać i _{u max} = 12,0%, wyjątkowo na drogach klasy L i D pochylenia ukośne mogą przekraczać 12,0%.

Zaleca się aby długość odcinka o pochyleniu większym niż 2/3i_dop nie przekraczała wartości zestawionych w tabeli

Pochylenie dopuszczalne idop [%]	4	5	6	7	8	9	10
Długość odcinka o pochyleniu > 2/3idop - Lmax [m]	2000	1500	1000	800	700	500	200

Minimalna długość skoku niwelety L_min nie powinna być mniejsza niż:

Prędkość projektowa Vp [km/h]	120	100	80	70	60	< 60
Minimalna długość skoku niwelety Lmin [m]	600	500(A+S) 400	400(A+S) 350	300	250	T1 + T2

Niweleta drogi powinna zapewniać odwodnienie drogi na szerokości pasa drogowego, w związku z tym należy:

• zapewnić takie ukształtowanie niwelety, które stwarza dogodne warunki dla odprowadzenia wód powierzchniowych do urządzeń oczyszczających (jeżeli są wymagane ze względów ochrony środowiska), a następnie do naturalnych odbiorników wody,

• stosować minimalne pochylenia podłużne jezdni o wartości i_min = 0,3%,
  a na obiekcie i_min = 0,5%, (z wyjątkiem odcinków łuków pionowych na których następuje zmiana zwrotu pochylenia niwelety),

• stosować minimalne pochylenia ukośne jezdni i _{u min} = 0,7%,

Pochylenie niwelety i = 0 może być zastosowane, jeżeli:

• droga przebiega przez tereny bagniste,

• droga przebiega przez tereny gdzie grunt jest przepuszczalny,

• przy przejazdach przez mosty, wiadukty lub estakady oraz na skrzyżowaniach.

Zasady ustalania wartości minimalnych promieni łuków pionowych

• warunek widoczności,

• warunek płynności niwelety,

• warunek ograniczenia wartości przyspieszenia siły odśrodkowej.

Czynniki decydujące o wartościach przyjmowanych promieni łuków pionowych:

1. odległość widoczności na zatrzymanie lub wyprzedzanie,

2. płynność niwelety określająca minimalną długość krzywizny,

3. ograniczenia wartości przyspieszenia siły odśrodkowej.

ad.1 Przypadek 1 - Ł > S - długość łuku większa od odległości widoczności

gdzie:

S - wymagana odległość widoczności [m],

h₁ - wysokość oka kierowcy, h₁ = 1,0 m,

h₂ - wysokość przeszkody,

• h₂ = 0,45 m dla V_m > 100 km/h,

• h₂ = 0,30 m dla V_m > 80 km/h,

• h₂ = 0,00 m dla V_m< 80 km/h,

• h₂ = 1,0 m ( na wyprzedzanie).

ad.1 Przypadek 2 - Ł < S - długość łuku mniejsza od odległości widoczności

ω - różnica algebraiczna pochyleń [i₁ ± i₂] w miejscu załamania niwelety.

ad.2 Minimalna długość łuku pionowego jest obliczana ze wzoru

Ł_min = k ⋅ ω lub Ł_min = (0,5 ÷ 1,0)V_p

gdzie: - ω [%]

k - współczynnik ustalony doświadczalnie

Wartości współczynników k zestawiono w tabeli

Prędkość projektowa Vp [km/h]	Łuki wypukłe			Łuki wklęsłe
		112	96	80	112	96	80
Współczynnik k wg AASHO	73	46	24	43	30	21
Współczynnik k (Wlk. Brytania)	105			75
Współczynnik k (Portugalia)	k = Vp

ad.3 - ograniczenie wartości przyspieszenia siły odśrodkowej.

[v - m/s] lub
[V_p - km/h]

Przyjęto, że a_zal = 0,2 ÷ 0,25 m/s² ;
a_dop = 0,5 m/s dla V_p < 80 km/h

Zalecane wartości minimalnych dopuszczalnych promieni łuków pionowych zestawiono w tabeli. [zgodnie z wytycznymi]

Prędkość projektowa Vp [km/h]	Minimalny R dla łuków wypukłych		Minimalny R dla łuków wklęsłych (dla a = 0,25 m/s^2)
		przekrój dwujezdniowy		przekrój jednojezdniowy
120	12000	-	4500
100	7000 (6000)	8000	3000
80	3500	4500	2000
70	2500	3000	1800
60	2000	2500	1500
50	-	1500	1000
40	-	600	600
30	-	300	300

( ) wartości dopuszczalne przy przebudowie lub remoncie drogi

Szczegółowe zasady projektowania niwelety

1. Ze względu na równomierną i ekonomiczną pracę silnika należy dążyć do projektowania jak najdłuższych odcinków o jednakowym pochyleniu.
   (dla i ≤ i_max)

2. Dostosować przebieg niwelety do położenia tzw. punktów głównych (stałych) do których zalicza się np. rzędne krzyżujących się dróg, wjazdy na teren zabudowany położony w pobliżu drogi, rzędne główki szyny na przejazdach kolejowych, rzędne istniejących i projektowanych urządzeń podziemnych i nadziemnych (przepusty, mosty, rurociągi itp.)

3. Minimalna długość odcinka niwelety o jednakowym pochyleniu jest determinowana możliwością wpisania dwóch łuków pionowych.
   L_min ≥ T₁ + T₂. (dla V_p < 60 km/h)

4. Warunki wymagane przy projektowaniu niwelety:

• i _projektowane ≤ i _max ( z normatywu )

• i _projektowane ≠ 0 - ze względu na odwodnienie

• i _projektowane ≤ f - współczynnika (oporu toczenia) tarcia potoczystego pomiędzy oponą i nawierzchnią jezdni (zależy od rodzaju i stanu nawierzchni)

5. Ze względu na minimalizację robót ziemnych niweleta powinna przebiegać na przemian krótkimi odcinkami w wykopie i na nasypie, aby nastąpiło wyrównanie robót ziemnych.

6. Ze względu na zaśnieżanie należy unikać zbyt niskich nasypów i płytkich wykopów,
   h_n , h_w ≥ 0,6 m. (dla A i S) (0,5 dla GP i 0,3 - dla G)

7. Jeżeli trasa drogowa przebiega przez grunty wysadzinowe lub wątpliwe to minimalna wysokość nasypu powinna być większa od 0,8÷1,0 m, w gruntach niewysadzinowych powinna być większa od 0,6÷08 m

8. Jeżeli trasa drogowa krzyżuje się z linią kolejową w jednym poziomie, to niweletę drogi należy dopasować do główek szyn i zaprojektować pochylenie i ≤ f na długości przejazdu

9. Jeżeli droga samochodowa krzyżuje się w dwóch poziomach z linią kolejową (wiadukt kolejowy), skrajnia pionowa drogowa wynosi minimum 4,7(4,5) m + h_f (h_f - strzałka ugięcia konstrukcji).

10. Jeżeli linia kolejowa przebiega pod trasą drogową (wiadukt drogowy) musi być zagwarantowana skrajnia kolejowa.(każdorazowo uzgadniana z Dyrekcją Okręgową Kolei) H _skrajni = H _skp + h_f + h_k - gdzie: H _skp - odległość pionowa pomiędzy niweletą a główką szyny, h_k - grubość konstrukcji nośnej łącznie z konstrukcją nawierzchni.

11. Jeżeli trasa drogowa przekracza naturalne przeszkody wodne (rzekę spławną lub żeglowną) to wysokość niwelety uzgadnia się z władzami wodnymi.
    (w tym z Instytutem Hydrologii). Minimalna wysokość spodu konstrukcji mostowej wynosi:

• 0,6 m - od zwierciadła wielkiej wody,

• 0,9 m - jeżeli płynie kra lodowa lub pnie,

• 1,20 - jeżeli rzeka jest spławna (tratwy).

12. Jeżeli trasa drogowa przebiega przez tereny zalewowe wyniesienie poziomu niwelety nad poziom wody zalewowej zależy od rodzaju zalewania
    (krótkotrwałe czy długotrwałe) oraz rodzaju gruntu przez który prowadzona jest droga, i tak:

• H = min 0,5 m (licząc od dolnej krawędzi korony drogi) przy gruntach przepuszczalnych i krótkotrwałych zalewaniach terenu, (0,7 m przy długotrwałych),

• H = min 0,7 m - przy gruntach mało przepuszczalnych (0,9 m),

• H = min 0,9 m - przy gruntach nieprzepuszczalnych (1,20 m).

• wyniesienie w gruntach niewysadzinowych najniżej położonej krawędzi jezdni (lub osi jezdni w przypadku obniżania poziomu wody gruntowej za pomocą drenów podłużnych) nad poziom zwierciadła wody gruntowej na wysokość, która będzie większa od głębokości przemarzania,

• wyniesienie w gruntach wątpliwych i wysadzinowych ponad teren na taką wysokość, aby spód konstrukcji nawierzchni znajdował się co najmniej 1,0 m nad poziomem wody gruntowej,

• wyniesienie krawędzi korony drogi ponad poziom wód zalewowych:

1. w obszarach krótkotrwale zalewanych:

• 0,7 m - gdy korpus drogi jest wykonany z gruntu niewysadzinowego,

• 1,0 m - gdy korpus drogi jest wykonany z gruntu wątpliwego i wysadzinowego,

2. 1,5 m w obszarach długotrwale zalewanych.

• w miejscach narażonych na zaśnieżanie wyniesienie niwelety co najmniej 0,5 m ponad grubość pokrywy śnieżnej charakterystycznej dla regionu kraju,

• unikanie pochylenia większego niż 3% w terenach spodziewanych oblodzeń jezdni (obiekty, pobliże zbiorników wodnych),

• unikanie pochyleń > 4% w obrębie skrzyżowań, obiektów i na wysokich nasypach przylegających do obiektów,

• stosowanie w obrębie rampy drogowej pochylenia podłużnego min 0,75%. Zawsze pochylenie podłużne powinno być większe o 0,25 (zaleca się 0,5%) od pochylenia dodatkowego krawędzi jezdni. Gwarantuje to zachowanie zgodnego ze spadkiem drogi kierunku spływu wody opadowej z jezdni.

Dobór wartości promienia łuku pionowego

Warunek ograniczenia wartości przyspieszenia siły odśrodkowej

[v - m/s] lub
[V_p - km/h]

a_zal = 0,2 ÷ 0,25 m/s² ;
a_dop = 0,5 m/s dla V_p < 80 km/h

dla a = 0,2 m/s² R_min = 5v² = 0,386 V_p²

dla a = 0,25 m/s² R_min = 4v² =0,309 V_p²

dla a = 0,5 m/s² R_min = 2v² = 0,154 V_p²

Zestawienie minimalnych wartości promieni łuków pionowych wklęsłych dla minimalnych i zalecanych wartości przyspieszenia siły dośrodkowej

Prędkość projektowa Vp [km/h]	Przyspieszenie dośrodkowe a [m/s^2]	Promień łuku pionowego wklęsłego Rmin [m]		Rmin [m] wg normatywu
					Obliczony	Przyjęty
	120	0,2	5558		5500	4500
		0,25	4450		4500
	100	0,2	3860		4000	3000
		0,25	3090		3000
	80	0,2	2470		2500	2000
		0,25	1978		2000
		0,5	9856		1000
	70	0,2	1891		2000	1800
		0,25	1514		1500
		0,5	755		800
	60	0,2	1390		1500	1500
		0,25	1112		1200
		0,5	555		600
	50	0,2	965		1000	1000
		0,25	773		800
		0,5	385		500
	40	0,2	618		700	600
		0,25	494		500
		0,5	246		300
	30	0,2	347		400	300
		0,25	278		300
		0,5	139		200

Dla V_p ≥ 80 km/h a_zal = 0,2 ÷ 0,25 m/s² ;
dla V_p < 80 km/h a_dop = 0,5 m/s

dla a = 0,2 m/s² R_min = 5v² = 0,386 V_p²

dla a = 0,25 m/s² R_min = 4v² =0,309 V_p²

dla a = 0,5 m/s² R_min = 2v² = 0,154 V_p²

Warunek widoczności pionowej

Przypadek 1 - Ł > S - długość łuku większa od wymaganej odległości
widoczności (na zatrzymanie lub wyprzedzanie)

gdzie:

S - wymagana odległość widoczności [m],

h₁ - wysokość oka kierowcy, h₁ = 1,0 m,

h₂ - wysokość przeszkody,

• h₂ = 0,45 m dla V_m > 100 km/h,

• h₂ = 0,30 m dla V_m > 80 km/h,

• h₂ = 0,00 m dla V_m< 80 km/h,

• h₂ = 1,0 m ( na wyprzedzanie).

Przypadek 2 - Ł < S - długość łuku mniejsza od wymaganej odległości
widoczności (na zatrzymanie lub wyprzedzanie)

ω - kąt załamania niwelety obliczany jako różnica algebraiczna pochyleń
[i₁ ± i₂] w miejscu załamania niwelety.

Warunek widoczności w nocy (oświetlenie reflektorami - łuk wklęsły)

Przypadek 1 - Ł > S - długość łuku większa od wymaganej odległości
widoczności (na zatrzymanie lub wyprzedzanie)

gdzie:

h - wysokość położenia reflektorów nad jezdnią [m]; (h = 0,75m)

φ - Kąt stożka rozproszenia światła reflektorów [^o]; (φ = 1^o; tan φ =0,01754)

Przypadek 2 - Ł < S - długość łuku mniejsza od wymaganej odległości
widoczności (na zatrzymanie lub wyprzedzanie)

ω - kąt załamania niwelety obliczany jako różnica algebraiczna pochyleń
[i₁ ± i₂] w miejscu załamania niwelety.

1

1

---