3. CARACTERISTICILE GEOMETRICE ŞI CONSTRUCTIVE ALE DRUMURILOR 3.1.Consideraţii generale Orice Orice drum drum reprez reprezint intăă un comple complexx de const construc rucţii ţii şi amenaj amenajări ări destin destinate ate circu circulaţ laţiei iei mijloacelor de transport şi deservirii acesteia. Aceste construcţii şi amenajări se execută pe o fâşie de teren numită zona drumului şi sunt necesare atât pentru învingerea dificultăţilor de relief pe care le prezintă terenul în forma sa naturală, cât şi pentru a se asigura părţii superioare a căii o suprafaţă de rulare cât mai bună. Îndepărtarea neregularităţilor de teren presupune efectuarea unor lucrări de terasamente (săpături şi umpluturi de pământ), lucrări de apărare-consolidare, asanare şi protecţie (ziduri de sprijin, drenuri, pereuri etc.) şi lucrări de artă (poduri, podeţe, tunele ). Totalitatea acestor lucrări menite să învingă dificultăţile impuse de relief formează infrastructura drumului. Asigurarea unei suprafeţe de rulare, astfel încât circulaţia să se desfăşoare în condiţii de deplină siguranţă şi confort se obţine printr-o amenajare specială a părţii superioare a drumului. Totalitatea acestor lucrări de amenajare formează suprastructura drumului . Infrastructura şi suprastructura alcătuiesc cele două părţi principale ale unui drum. Dacă se consideră o secţiune transversală printr-un drum, reprezentată schematic în figura 3.1, partea centrală a suprafeţei căii este destinată circulaţiei vehiculelor şi se numeşte parte carosabilă sau cale fiind mărginită de două fâşii laterale numite acostamente. Partea carosabilă şi acostamentele alcătuiesc în plan platforma drumului. Pentru a se asigura o suprafaţă cât mai rezistentă la solicitările din circulaţie şi la acţiunea agen agenţi ţilo lorr atmo atmosf sfer eric icii şi, şi, în acel acelaş aşii ti timp mp,, cât cât mai mai como comodă dă la rula rulare re,, part partea ea caro carosa sabi bilă lă se consolide consolidează ază printr-un sistem rutier alcătuit alcătuit din unul sau mai multe straturi rutiere. Stratul sau straturile de la suprafaţă formează îmbrăcăminte iar cele de dedesubt, fundaţia drumului.
Nomenclatura principalelor părţi componente ale unui drum: Fig.3.1. Nomenclatura a-secţiunea transversală printr-un drum; b-vedere în plan Ansamb Ansamblul lul de stratu straturi ri (siste (sistemul mul rutier rutier)) alcătu alcătuieş ieşte te corpul corpul drumului drumului care împreună cu acostamentele, acostamentele, uneori amenajate şi ele, constituie suprastructura drumului . Suprastructura preia solicitările din circulaţie şi le transmite infrastructurii prin intermediul patului drumului care reprezintă partea superioară a terasamentelor, în general amenajată, pe care 1
se aşează sistemul rutier. Verticala MN, care trece prin mijlocul părţii carosabile, reprezintă axul secţiunii transversale In lungul drumului, urmărind tot timpul mijlocul părţii carosabile, acest ax generează o suprafaţă plană sau cilindrică. Intersecţia acestei suprafeţe cu suprafaţa îmbrăcăminţii reprezintă axa drumului iar cu suprafaţa terenului, traseul drumului . Axa drumului este deci locul geometric al punctului M egal depărtat de marginile căii, iar traseul drumului reprezintă linia descrisă de punctul N în lungul drumului. Axa drumului şi traseul drumului sunt linii în spaţiu fiind alcătuite dintr-o succesiune de drepte şi curbe, atât în plan orizontal, cât şi în plan vertical. Linia axei drumului se află uneori deasupra liniei traseului (drum în umplutură sau în rambleu), iar alteori dedesubt (drum în săpătură sau în debleu). In practica lucrărilor de drumuri se foloseşte proiecţia axei drumului respectiv a traseului pe două plane, unul orizontal (în care proiecţiile celor două linii coincid) şi altul vertical (în care axa drumului şi traseul se proiectează în mod distinct). Proi Proiec ecţi ţiaa oriz orizon onta tală lă repr reprez ezin intă tă plan planul ul de situ situaţ aţie ie,, iar iar proi proiec ecţi ţiaa verti vertica cală lă,, prof profilu ilull longitudinal al drumului. Elementele constructive ale unui drum se studiază studiază în profil transversal, care reprezintă o secţiune verticală făcută prin corpul drumului într-un punct oarecare de pe traseu, cu un plan normal pe axa drumului. Principalele probleme ce se pun la proiectarea drumurilor sunt legate de stabilirea unor caracteristici geometrice, atât în plan orizontal, cât şi în profil longitudinal şi profil transversal, care să asigure, pe de o parte, circulaţia sigură şi comodă a autovehiculelor, cu viteza cerută prin condiţiile de proiectare, iar pe de altă parte, să permită o cât mai bună adaptare a traseului la teren şi executarea lucrărilor cu un preţ de cost cât mai redus. Nivelul de serviciu este termenul care exprimă condiţiile diferite de exploatare ale unei benzi, drum sau autostrăzi când debitul este asociat vitezei (vezi figura 3.4.) Tabel 3.1. Nivelul Capacitatea practică Viteza medie de Condiţii asigurate Libertatea de de sau debitul de circulaţie scurgerii fluxului de manevră a serviciu serviciu QS trafic conducătorilor VC auto A 300 ≥7 0 Flux liber Completă B 900 ≥6 0 Flux stabil Aproape deplină C 1500 ≥5 0 Flux stabil Parţial limitată de circulaţie circulaţie D 180 ≥42,5 Flux apropiat de Mică instabilitate E 2000 35(25) Flux instabil Aproape nulă F 0-2000 0-35(25) Flux forţat şi instabil Nulă
2
Nivel de serviciu A Fig.3.2. Nivel
Nivel de serviciu E Fig.3.3. Nivel
Niveluri de serviciu Fig.3.4. Niveluri
3
3.2.Drum în plan orizontal Orice drum are o origine şi un punct punct final şi poar poartă tă un numă numărr de ordi ordine ne pent pentru ru recuno recunoaşt aştere ereaa lui în reţea reţeaua ua rutier rutierăă respe respecti ctivă vă (prin (prin reţea reţea de drumur drumurii se înţ înţele elege ge tot totali alitat tatea ea drumurilor situate pe un teritoriu sau a drumurilor aparţinând aceleiaşi categorii). Astfel, drumurile naţionale care au originea în Bucureşti au numere de o cifră (ex.: DN1, DN2. DN5 etc.). Celelalte drumuri naţionale poartă numere cu două cifre: prima indică, obişnuit, drumul naţional cu originea în Bucureşti, de care se leagă a doua cifră caracterizează drumul respectiv (ex.: DN17, DN25, DN75 etc.). Drumurile judeţene au numere de trei cifre (DJ161, DJ764A etc.) iar drumurile comunale se clasifică pe judeţe, fiind numerotate cu 1 ... 3 cifre. Faţă de originea şi capătul drumului se poate considera un sens de parcurgere pe baza căruia se stabilesc noţiunile de dreapta şi stânga sau rampă (sector pe care se urcă în sensul de parcurgere şi pantă şi pantă (sector pe care se coboară în sensul de mers). Schimbarea sensului de parcurgere atrage după sine inversarea acestor noţiuni. Lungimea traseului este dată de kilometrajul drumului care se marchează prin indicatori de distanţă (borne). Aceşti indicatori se amplasează în lungul drumului, începând de la origine, la distanţa de 1000 m (borne kilometrice) şi la 100 m (borne hectometrice). Fiecare punct al drumului este definit de poziţia sa kilometrică care se face cu precizie de centimetru: de exemplu, dacă se menţionează că axul unui pod este situat la km 26 + 732,45 înseamnă că axul acestui pod se află între km 26 şi 27,la distanţa de 32,45 m de borna hectometrică 7 spre km 8 adică la 26732,45 m de la originea drumului respectiv. 3.2.1.Aliniamente şi curbe Drumul în plan se compune din porţiuni rectilinii numite aliniamente racordate prin curbe. Racordarea aliniamentelor prin intermediul curbelor este necesară atât pentru înscrierea firească a drumului în relieful terenului cât şi pentru asigurarea desfăşurării circulaţiei fără schimbarea bruscă a direcţiei volanului. Aliniamentele şi curbele constituie elementele geometrice ale unui traseu în plan orizontal.
Fig.3.5.Racordarea aliniamentelor Racordarea aliniamentelor (figura 3.5) poate fi făcută prin curbe interioare (C 1,C2,C3, C'4,C"4), cazul curent, sau prin curbe exterioare (C 4) numite şi serpentine Racordările exterioare se folosesc în terenuri accidentate, când unghiul de intersecţie al aliniamentelor este mic (de regulă sub 45°) şi introducerea unei curbe interioare s-ar putea face numai cu rază foarte mică sau sporind considerabil înclinarea traseului faţă de orizontală, prin scurtarea acestuia. 4
Ţinând seama de poziţia centrului curbelor faţă de traseu, în sensul kilometrajului, curbele de racordare pot fi curbe la dreapta (C 1 C2,cu centrul în partea dreaptă a drumului) sau curbe la stânga (C3,C'4,C"4). După modul în care se succed, se deosebesc curbe de acelaşi sens(C 1,C2 sau C3,C'4) şi curbe de sens contrar (C2,C3). In cazul curbelor de sens contrar apropiate între ele, cea de-a doua curbă se numeşte contracurbă. Lungimea unui aliniament este socotită ca fiind distanţa dintre punctele de tangenţă ale curbelor de racordare adiacente cu aliniamentul considerat. In aparenţă, traseul cel mai indicat ar fi alcătuit din aliniamente cât mai lungi, mai ales în terenuri neaccidentate. Cu toate acestea, condiţii de estetică şi de siguranţă impun ca aliniamentele să fie limitate ca lungime la 3 ... 4 km. Aliniamentele prea lungi favorizează orbirea conducătorilor de autovehicule, în timpul nopţii, de către farurile autovehiculelor care circulă în sens contrar, mai ales când sunt depăşiri numeroase: de asemenea, pe aliniamentele lungi circulaţia devine monotonă, scăzând atenţia conducătorilor de vehicule. In cazul când profilul longitudinal sau peisajul înconjurător prezintă variaţii care evită monotonia, lungimea aliniamentelor poate fi sporită. Pe de altă parte, lungimea aliniamentelor trebuie să respecte şi o anumită valoare minimă. Astfel, aliniamentul dintre două curbe succesive, măsurat între tangenta de ieşire din prima curbă şi tangenta de intrare în curba următoare, trebuie să aibă lungimea, în metri, de cel puţin 1,4 V (V fiind viteza de proiectare exprimată în km/h). Din motive de continuitate a traseului şi de comoditate a conducerii vehiculului, se recomandă ca şi lungimea curbelor să îndeplinească aceeaşi condiţie, adică să fie de minimum 1,4V. Mărimea razelor curbelor de racordare şi frecvenţa curbelor în traseu depind de relieful regiunii, regiunii, de viteza de proiectare, proiectare, de condiţii geologice, geologice, hidrologic hidrologicee şi de alte condiţii condiţii naturale naturale şi locale care determină existenţa unor puncte obligate sau evitarea unor sectoare necorespunzătoare şi deci fac necesară frângerea aliniamentelor şi racordarea lor prin curbe. Din cele de mai sus rezultă că racordarea aliniamentelor prin intermediul curbelor prezintă unele avantaje de ordin tehnico-economic şi estetic: - posibilitatea de înscriere mai firească a traseului în relieful regiunii şi de încadrare a drumului în peisajul înconjurător; - evitarea lucrărilor mari de terasamente şi a lucrărilor de artă costisitoare şi deci reducerea preţului de cost al drumului; - evit evitar area ea jenă jenării rii cond conduc ucăt ător orilo ilorr de vehi vehicu cule le în timp timpul ul nopţ nopţii ii,, de cătr cătree faru faruri rile le vehiculelor care circulă în sens invers; - menţinerea atenţiei încordate a conducătorilor autovehiculelor, datorită manevrelor suplimentare necesare în curbe . Introducerea curbelor atrage după sine, însă, şi unele inconveniente cum ar fi: - lungirea traseului; - stânjenirea circulaţiei ca urmare a apariţiei acceleraţiei transversale; - micşorarea stabilităţii autovehiculelor şi deci a confortului şi a siguranţei, datorită forţei centrifuge care poate produce derapajul sau chiar răsturnarea autovehiculelor; autovehiculelor; - scăderea vitezei de circulaţie - reducerea vizibilităţii îndeosebi în cazul terenurilor acoperite (păduri, deblee, sectoare 5
construite etc.); - înscrierea mai greoaie a vehiculelor în curbă) pentru înlăturarea acestui inconvenient este necesară supralărgirea căii, ceea ce duce, de obicei, la un spor al volumului de lucrări de suprastructură, iar în cazul curbelor de rază mică şi al lucrărilor de terasamente; - necesitatea sporirii forţei de tracţiune din cauza rezistenţelor suplimentare ce se opun mişcării autovehiculului în curbă şi deci sporirea consumului de combustibil (acest spor poate fi de 10...40%); - uzura mai mare a cauciucurilor (la curbele cu raza mică, această majorare poate ajunge până la 100%). Inconvenientele arătate sunt cu atât mai mari, cu cât viteza de circulaţie este mai mare şi raza curbei mai mică. 0 parte din ele pot fi reduse prin: - folosirea unor curbe cu raze cât mai mari; - introducerea unor curbe de tranziţie între aliniamente şi curba principală arc de cerc, care se caracterizează prin faptul că au curbura progresivă şi fac posibilă apariţia treptată a forţei centrifuge; - supralărgirea căii în curbă; - supraînălţarea drumului în curbă, adică executarea căii cu o singură pantă transversală înclinată spre interiorul curbei; - asigurarea vizibilităţii prin înlăturarea tuturor obstacolelor situate în zona dinspre interiorul curbei. Dacă elementele geometrice ale traseului sunt judicios adoptate şi amenajarea curbelor corect realizată, se obţine o anumită continuitate în variaţia solicitărilor de-a lungul traseului şi deci o, circulaţie lină, fără şocuri, cu viteză sporită şi aproape constantă. In acest mod se realizează confortul şi siguranţa circulaţiei, cerinţe indispensabile ale tehnicii rutiere moderne .
3.2.2. Înscrierea autovehiculelor în curbă 3.2.2.1.Traiectoria autovehiculului In mişcarea curbilinie, cele patru roţi descriu arce de cerc cu raze diferite, dar cu centru comun (centrul instantaneu de rotaţie), planurile roţilor fiind tangente la traiectoriile circulare. Datorită faptului că diferenţa de înclinare a roţilor din faţă este mică, la studiul mişcării autovehiculului în curbă, se poate considera pentru ambele roţi unghiul de bracare mediu Ө m aproximativ: θ m ≅ tg θm =
l R
unde l reprezintă distanţa dintre punţi (ecartamentul) şi R - raza de înscriere a autovehiculului în curbă (fig.3.6). Prin urmare, cu cât raza de curbură a traiectoriei circulare este mai mare, cu atât unghiul de bracare şi acceleraţia unghiulară care apare sunt mai reduse, ceea ce sporeşte gradul de siguranţă şi de confort.
6
autovehiculului în curbă Fig.3.6. Inscrierea autovehiculului Raza minimă a curbei în care se poate înscrie un autovehicul depinde de tipul acestuia: - pentru turisme R min min= 6 - 12 - pentru autocamioane R min min = 10 - 15 m - pentru autobuze R min min =15 - 25 m. Alegerea razelor de racordare a aliniamentelor cu valorile de mai sus nu poate fi efectuată decât în cazul vitezelor foarte mici (de exemplu la amenajarea intersecţiilor). Practic, proiectarea curbelor se face cu raze mult mai mari. Pentru efectuarea trecerii din aliniament în curbă, conducătorul autovehiculului începe să întoarcă volanul de la o distanţă oarecare, înainte de punctul de tangenţă, mărind din ce în ce mai mult înclinarea roţilor directoare, până în momentul în care unghiul de bracare corespunde razei de curbură. In acest timp, autovehiculul descrie o traiectorie curbilinie a cărei rază de curbură descreşte progresiv de la valoarea sa, la valoarea R. In continuare, conducătorul conducătorul menţine constant unghiul de bracare pe toată lungimea arcului de cerc. Pentru ieşirea din curbă, manevrând în sens invers volanul, autovehiculul autovehiculul descrie din nou o traiectorie tr aiectorie curbilinie a cărei rază de curbură creşte de la R la ∞. Proiectarea traseului trebuie să conducă la adoptarea unor curbe care să reproducă cât mai exact curba descrisă de autovehicul .
3.2.2.2. Necesitatea introducerii curbelor de racordare progresivă
Fig.3.7. Solicitarea autovehiculului în curbă: a- reprezentarea în plan; breprezentarea în profil transversal
In mişcarea curbilinie, asupra autovehiculelor (figura 3.7) acţionează forţa centrifugă:
7
FC=m
v2 ρ
=
G V
2
g ρ
în care: m - masa vehiculului, în kg G - greutatea vehiculului, în daN; v - viteza, în m/s; ρ - raza de curbură, în m; g - accelaraţia gravitaţiei (9,81 m/s 2). Aceast Aceastăă forţă forţă este este aplica aplicată tă în centr centrul ul de greuta greutate te al autove autovehic hiculu ulului lui şi dirija dirijată tă spre spre exteriorul curbei. In cazul racordării aliniamentelor cu arce de cerc, efectul forţei centrifuge (de deplasare laterală sau chiar de răsturnare a autovehiculului) apare în dreptul punctelor de tangenţă în care curbura traseului trece brusc de la valoarea
1
=0 din aliniament, la valoarea 1/R (figura 3.8),
∞
fiind însoţită de un şoc cu atât mai accentuat, cu cât viteza este mai mare şi raza curbei este mai mică. Efectul defavorabil al forţei centrifuge se resimte asupra materialului ce se transportă (pierderea stabilităţii), asupra pasagerilor (dezechilibru, incomoditate, lipsă de confort), asupra căii (solicitări neegale, distrugeri premature), asupra forţei de tracţiune (consum suplimentar) etc.
Fig.3.8. Variţia curburii în cazul racordării aliniamentelor prin arc de cerc Pentru a se înlătura acest inconvenient, care poate periclita în primul rând stabilitatea autovehiculului, se intercalează între aliniament şi arcul de cerc, curbe cu raza de curbură (şi deci curbura) variabilă, şi anume, în punctul de tangenţă cu aliniamentul, curbura are valoarea
1
=0,
∞
ajungând treptat, în punctul de tangenţă cu arcul de cerc la valoarea
1 R
(fig.3.9). Aceste curbe
poartă denumirea de curbe curbe de racordare racordare progresivă progresivă sau curbe de tranziţie . Ele sunt radioide, adică au razele de curbură variabilă în funcţie de anumiţi parametri .
8
Fig. 3.9. Variaţia curburii în cazul introducerii curbelor de tranziţie, între aliniamente şi arcul de cerc Cores Corespun punză zător tor variaţ variaţiei iei unifor uniforme me a curbur curburii ii pe lungim lungimea ea arculu arculuii de tranz tranziţie iţie,, forţa forţa centrifugă apare treptat, realizându-se prin aceasta confortul şi siguranţa circulaţiei. 3.2.3.Asigurarea stabilităţii autovehiculelor în curbă Pentru ca circulaţia autovehiculului în curbă să se desfăşoare cu viteza de proiectare cerută şi în deplină siguranţă şi confort, razele de racordare ale curbelor trebuie alese în aşa fel, încât efectul forţei centrifuge de deplasare laterală a autovehiculului spre exteriorul curbei, sau chiar de răsturnare să fie anihilat. Deplasarea laterală pe suprafaţa îmbrăcăminţii a autovehiculului care parcurge cu viteză mare o curbă cu rază prea mică se numeşte derapaj. Tendinţei de alunecare transversală a autovehiculului i se opune forţa de frecare dintre roţi şi cale cale , precum şi supraînălţarea supraînăl ţarea căii în curbă. In aliniament, profilul transversal al căii se alcătuieşte în formă de acoperiş, cu două pante transversale, înclinarea cărora depinde de tipul îmbrăcăminţii. In cazul păstrării acestui profil şi pe porţiunile curbe ale traseului, partea din exteriorul curbei favorizează derapajul, constituind ceea ce se numeşte deverul negativ , iar partea dinăuntru se opune derapajului, constituind deverul pozitiv ( figura 3.10).
Fig. 3.10. Profilul transversal al căii în curbă: a- cu două versante plane (dever ( dever negativ spre exteriorul curbei); b- cu pantă unică spre interiorul curbei (dever pozitiv) In scopul împiedicării derapajului în curbă, suprafaţa părţii carosabile se execută cu o pantă transversală unică spre interiorul curbei. Panta transversală a căii poate fi egală cu cea din aliniament (profil convertit) sau mai mare (profil supraînălţat). Curbele amenajate cu pantă unică spre interior în vederea combaterii derapajului se numesc viraje.
9
3.2.3.1. Stabilitatea autovehiculului în cazul profilului transversal orizontal Pentru Pentru a analiz analizaa stabil stabilita itatea tea autove autovehic hiculu ulului lui la depla deplasar saree latera laterală lă sub sub acţiun acţiunea ea forţei forţei centrifuge se consideră mai întâi că suprafaţa căii, în profil transversal, este orizontală. Acţiunii forţei centrifuge i se opune forţa de frecare (F=G×φ) ce ia naştere între roţile autovehiculului şi cale (figura 3.11.). Pentru ca derapajul să nu aibă loc, trebuie îndeplinită condiţia: F = F = G×φ unde φ este coeficientul de frecare transversală, ale cărui valori sunt cuprinse între 0,l şi 0,8, în funcţie de natura îmbrăcăminţii şi a bandajului roţilor, precum şi de diferiţi factori atmosferici. C
Fig.3.11. Asigurarea stabilităţii autovehiculului în curbă prin frecare In mod obişnuit, în cazul drumurilor uscate, valoarea coeficientului de aderenţă variază între 0,4 şi 0,7; în condiţii de umezeală, noroi, zăpadă, polei, valoarea coeficientului de frecare scade foarte mult (în cazul poleiului, φ = 0,06). In ce priveşte răsturnarea autovehiculului, aceasta se poate produce în jurul punctului de contact A al roţii exterioare cu calea, dacă rezultanta R a celor două forţe (Fc şi G) iese din poligonul de susţinere format de punctele de contact ale roţilor cu calea. Autovehiculele moderne sunt astfel construite încât : b 2h b
2h
≅1
>φ
≥
V 2 127 R
ceea ce înseamnă că, dacă este satisfăcută condiţia de stabilitate la derapaj, este satisfăcută implicit şi cea pentru stabilitate la răsturnare. În care b este distanţa între roţi, iar h - înălţimea centrului de greutate al autovehiculului. Din cele cele de mai sus, sus, rezult rezultăă că mărime mărimeaa coefi coeficie cientu ntului lui de frecar frecaree are o import importanţ anţăă deosebită în asigurarea stabilităţii la lunecare transversală. Experi Experienţ enţele ele au arătat arătat că valoar valoarea ea coefi coeficie cientu ntului lui de aderen aderenţă ţă influe influenţe nţează ază şi asupra asupra confortului circulaţiei. Astfel, pentru: φ = 0,10, curba nu este resimţită φ = 0,15. curba se resimte slab; φ = 0,20, curba se resimte, iar călătorii au o senzaţie neplăcută; φ = 0,30, curba pare periculoasă, ameninţând cu răsturnarea. Pentru φ > 0,3 curba se resimte foarte puternic, apărând incertitudini în ce priveşte 10
stabilitatea autovehiculului şi deci panică printre pasageri. In consecinţă, se recomandă ca pentru combaterea acţiunii forţei centrifuge să nu fie mobilizată întreaga forţă de frecare, ci numai aceea care corespunde unui coeficient de aderenţă φm= 0,10...0,15 (frecare mobilizată). In acest acest caz, raportul raportul dintre dintre coeficie coeficientul ntul de aderenţă aderenţă efectiv (posibil) între cale şi roţile autovehiculului şi coeficientul de frecare mobilizată (φ / φ m) reprezintă un coeficient de siguranţă la derapare. Mobilizarea parţială a forţei de frecare conduce însă, în cazul platformei orizontale, la raze prea mari, adesea greu de realizat în condiţiile unui teren accidentat sau la viteze prea mici.
3.2.3.2. Stabilitatea autovehiculului în cazul profilului transversal cu pantă unică Teoret Teoretic, ic, panta panta transv transvers ersală ală unică unică a drumul drumului ui care care ar anihil anihilaa comple complett efectu efectull forţei forţei centrifuge fără a considera şi contribuţia frecării între roţi şi cale (supraînălţarea teoretică sau ideală), ar fi aceea pentru care rezultanta celor două forţe Fc şi G ar acţiona normal pe suprafaţa căii (figura 3.12) şi deci, componenta paralelă cu calea, care produce derapajul, ar fi nulă.
Fig. 3.12. Asigurarea stabilităţii autovehiculului în curbă prin supraînălţare In acest caz, supraînălţarea rezultă: it=tgα
F C
=
G
V
2
(3.1)
127 R
sau exprimată procentual: it%=
V
2
127 R
100=0,8
V
2
R
Practic însă, combaterea derapajului numai numai prin supraînă supraînălţare lţare nu este posibilă, posibilă, deoarece deoarece conduce la valori exagerate ale pantei transversale. De exemplu, pentru V=50 km/h şi R= 100 m (condiţii curente la proiectarea unui drum), se obţine: i%=0,8
V
2
R
=0,8
50 2 100
=20%
Această înclinare teoretică corespunde numai pentru vehiculele care circulă cu viteza V=50km/h. In realitate, vehiculele circulă în curbă cu viteze diferite. Pentru vehiculele care circulă cu viteze mai mici, rezultanta R nu mai este perpendiculară pe suprafaţa căii, ci este dirijată spre interior. In acest caz, apare tendinţa de derapare sau de răsturnare spre interiorul curbei. Din 11
această cauză supraînălţarea căii este 1imitată. Pentru drumurile pe care circulă, în exclusivitate autovehicule, supraînălţarea poate ajunge până la l0%. In condiţiile unui trafic eterogen, limitarea supraînălţării este însă mai severă (6 ... 7%). V 2
it= 13 Rg =
V
2
127 R
Dacă înclinarea transversală este mai mică decât valoarea dată de relaţia (3.1), acceleraţia transversală acţionează spre exteriorul curbei; pentru supraînălţări mai mari, a t devine negativ şi deci acceleraţia acţionează spre interior. Din condiţii de confort, trebuie ca acceleraţia transversală a t să nu depăşească valoarea de 2 1,0m/s pentru a nu fi resimţită de călători (a t adm = 1,0 m/s2 ). Aceasta conduce în final la limitarea coeficientului de frecare mobilizată şi anume: at×m=Fm Luar Luaree în cons consid ider erar are, e, sepa separa rat, t, a frecă frecării rii sau sau supr supraî aînă nălţ lţăr ării ii nu cond conduc ucee la rezu rezult ltat atee satisfăcătoare şi nici nu corespunde situaţiei reale. Derapajul trebuie combătut prin acţiunea simultană a frecării dintre roţile autovehiculului şi drum şi supraînălţării căii. In cazul în care se utilizează întreaga frecare între roţi şi cale (φ m =φ = 0,3), se obţine ceea ce se numeşte viteză de siguranţă care reprezintă limita superioară a vitezei de circulaţie în condiţii de stare uscată a şoselei, fără asigurarea condiţiilor de confort. Evidenţierea gradului de contribuţie a frecării şi a supraînălţării în combaterea derapajului se face prin intermediul coeficientului de confort (K), definit ca raport între coeficientul de frecare angajată sau mobilizată (φm) şi supraînălţarea i: ,
K=
ϕm
i
Valorile coeficientului de confort variază, în general, între 1 şi 4. Cu cât valoarea lui k este mai redusă, respectiv contribuţia frecării este mai mică în raport cu aceea a supraînălţării, cu atât condiţiile de confort în circulaţie sunt mai bune. Cele mai bune condiţii de circulaţie corespund valorii minime a coeficientului de confort, adică K =l, când contribuţia supraînălţării pentru combaterea derapajului este egală cu contribuţia frecării. Normele de proiectare a elementelor geometrice ale drumurilor (STA 863/1-75) au la bază un coeficient de confort a cărui valoare medie este K=2. Această valoare a fost acceptată de altfel şi la Congresul mondial de drumuri de la Roma (1964).
12
3.2.3.3. Stabilitatea autovehiculului în cazul profilului transversal cu două versante plane In acest acest caz, caz, circu circulaţ laţia ia vehicu vehiculel lelor or pe banda banda exteri exterioa oară ră se face face pe dever deverul ul negati negativ, v, înclinarea căii favorizând derapajul (figura 3.13). Condiţia de stabilitate: FCcosα+Psinα≤f m(Pcosα-FCsinα)
Fig. 3.13. Asigurarea stabilităţii autovehiculului în curbă, în cazul profilului transversal cu două versante plane (circulaţia pe deverul negativ) De remarcat că, în cazul deverului negativ, coeficientul de confort k, definit ca raport între contribuţia frecării şi contribuţia supraînălţării în combaterea derapajului, nu poate fi luat în consid considera erare, re, deoare deoarece ce,, în acest acest caz, caz, panta panta transv transvers ersală ală a căii căii nu contri contribui buiee la comba combater terea ea derapajului, ci dimpotrivă îl favorizează f avorizează.. Din acest motiv, condiţiile condiţiile de confort, confort, în cazul cazul deverului deverului negativ, negativ, se introduc numai prin limitarea coeficientului de frecare mobilizată. 3.2.4. Raze de racordare caracteristice Pentru o viteză de proiectare dată şi o condiţie de confort impusă, elementul principal pe baza căruia se face clasificarea razelor, îl reprezintă forma profilului transversal al căii în curbă. Se disting astfel următoarele raze caracteristice: 1. Raza Raza minimă minimă (Rmin) (Rmin) care care asigur asigurăă circul circulaţi aţiaa autove autovehic hicule ulelor lor numai numai dacă dacă profilu profilull transversal al drumului este supraînălţat la maximum. Trecerea de pe aliniament pe curbă circulară de rază Rmin se face prin intermediul radioidelor, raza cercului primitiv fiind Rmin +Δ R. Curbe cu raze mai mici decât Rmin nu sunt admise pe drumurile publice. 2. Raza maximă până la care supraînălţarea căii este obligatorie (Rmax.s). Aceasta reprezintă raza pentru care valoarea supraînălţării "i" calculată tinde spre valoarea "p" a pantei transversale a profilului în aliniament. Valoarea razei Rmax.s se deduce Rmax.S=
V
2
381 P
Rezultă că pentru Rmax.s ≥ R ≥Rmin, arcele de cerc se racordează cu aliniamentele obligatoriu prin arce de tranziţie iar profilele transversale au pante unice supraînălţate spre interiorul curbei. Raza maximă maximă de conve convertir rtiree (Rma (Rmax. x.cc ) sau sau raza raza limi limită tă până până la care care se im impu pune ne 3. Raza convertirea profilului transversal. Aceasta este raza critică pentru deverul negativ. Pentru R ≥ Rmax.c Rmax.c racord racordare areaa alinia aliniamen mentel telor or se face face cu arce arce de cerc, cerc, modifi modificar carea ea profilului transversal al căii nefiind necesară (circulaţia autovehiculelor se poate face pe deverul 13
negativ, fără ca siguranţa şi confortul să. fie periclitate). Pentru Rmax.c ≥ R ≥ Rmax.s, profilul transversal al căii se execută cu pantă unică spre inte interi rior orul ul curb curbei ei cu valo valoar area ea din din alin alinia iame ment nt,, iar iar arcu arcull de cerc cerc poat poatee fi raco racord rdat at dire direct ct cu aliniamentele (introducerea radioidelor nu este obligatorie). In tabelu tabelull 3.1 sunt sunt cuprin cuprinse se valori valorile le razelo razelorr carac caracter terist istice ice determ determina inate te pentru pentru diferi diferite te condiţii de confort, iar în tabelul 3.2 valorile razelor caracteristice prescrise de STAS 863/1-75. Se poate observa că valorile adoptate în normele româneşti corespund unor condiţii apropiate de confortul optim (k = 2 şi fm = 0.07).
3.2.5. Curbe circulare 3.2.5.1. Elemente principale ale curbelor circulare Curbele circulare interioare se caracterizează prin următoare1e elemente principale: - Unghiul dintre aliniamente (U) care se determină pe teren prin măsurători directe sau indirecte, iar pe planuri, pe cale grafică. Unghiul U este suplimentar unghiului la centru ( α ) al curbei (figura 3.14) şi se exprimă în grade şi minute (centezimale sau sexagesimale);
Fig.3.14.Elementele principale ale unei curbe circulare - Raza curbei (R) a cărei mărime se alege în funcţie de viteza de proiectare, de configuraţia terenului şi de condiţiile tehnico-economice ce se impun la stabilirea traseului (lungimea minimă a curbelor, distanţa minimă dintre două curbe consecutive, lucrări minime de terasamente etc.). In cazul studiilor pe planuri cu curbe de nivel, alegerea razei de racordare, astfel încât traseul să se înscrie cât mai bine în relieful terenului, se face utilizându-se tipar de curbe confecţionate din material plastic sau carton. In mod curent, la proiectarea drumurilor se adoptă valori rotunjite ale 14
razelor de racordare şi anume: R < 25 m..............din metru în metru, 25 < R < 100 m............din 5 în 5 m, 100 < R < 200 m............din 10 în 10 m, 200 < R < 500 m............din 20 în 20 m, 500 < R < 1000 m..........din 50 în 50 m, R > 1000 m...........din 100 în 100 m. - Tangenta (T) cuprinsă între vârful de unghi (V) şi punctele de tangenţă ale curbei cu aliniamentele Ti (tangenta de intrare) şi Te (tangenta de ieşire) şi care se calculează cu relaţia: T=Rctg
U
2
=Rtg
α
2
Uneori lungimea tangentei este limitată (de exemplu pentru asigurarea unui aliniament de redresare). In acest caz, se stabileşte T şi se determină raza corespunzătoare: - Lungimea curbei da racordare r acordare (C) cuprinsă între punctele de intrare (Ti ) şi ieşire (Te) din curbă: C=
R (200
π
−U )
200
Bisectoarea (B) cuprinsă între vârful de unghi V şi mijlocul arcului Ti, Te (punctul B). Pentru calcul se utilizează relaţia: -
B=R(sec
α
2
-1)
In unele unele cazuri cazuri,, din condiţ condiţii ii locale locale,, valoa valoarea rea bisec bisectoa toarei rei se impune impune (spre (spre exempl exemplu, u, amplasamentul potrivit pentru pod, sau pod existent etc.). Rezultă: Mărimi Mărimile le U,R,T, U,R,T,C,B C,B,, reprez reprezint intăă elemen elementel telee princi principa pale le ale curbel curbelor or circul circulare are şi se menţionea menţionează ză în mod obligatori obligatoriuu pentru pentru fiecare fiecare curbă, atât pe planul de situaţie, situaţie, cât şi în profilul profilul longitudinal al drumului. In afara acestor elemente principale se mai utilizează: - lungimea corzii : - abscisa mijlocului curbei : - ordonata mijlocului curbei: Coordonatele mijlocului curbei sunt considerate în sistemul rectangular, având axele pe direcţia tangentei T şi respectiv a razei R, iar originea în Ti (sau Te ). In practică, elementele curbelor principale se determină în mod curent cu ajutorul tabelelor în care sunt calculate valorile T,C,B, precum şi coordonatele punctului B, pentru diferite valori ale unghiului U, respectiv α şi raza unitară .
15
3.2.6.Curbe progresive 3.2.6.1.Parabola 3.2.6.1.Parabola cubică Parabola cubică este radioida la care curbura, într-un punct oarecare P 1, este proporţiona1ă cu abscisa punctului, respectiv cu proiecţia pe axa absciselor a arcului parcurs de la origine până la punctul considerat. Se poate scrie în general: 1 ρ
=kx
Constanta k se poate determina din condiţii limită. Pentru punctul M (sfârşitul curbei de racordare figura 3.15) XM=L' ≅ L; ρ M = R
Fig.3.15.Parabola cubică
şi deci: y=
1 63 L
x3
(3.2,a)
Relaţia (3.2,a) reprezintă ecuaţia parabo1ei cubice. Parabola cubică prezintă o serie de proprietăţi datorită căror căroraa trasar trasarea ea pe teren teren este este foarte foarte simplă simplă.. Dintre Dintre aceste aceste propri proprietă etăţi ţi se menţionează: a) Proiecţia centrului de curbură al arcului de cerc împarte lungimea de racordare L în două părţi egale, adică parabola cubică este dispusă simetric faţă de punctual de tangenţă teoretic. b) Ordonata punctului final al arcului de parabolă (yM) este de 4 ori mai mare decât deplasarea ΔR a curbei circulare. c) Parabola cubică împarte ΔR în două părţi egale.
16
Fig.3.16.Elementele geometrice ale parabolei cubice Parabola cubică prezintă însă şi o serie de inconvenienţe, datorită cărora utilizarea ei ca arc de tranziţie este limitată. Astfel: a) Raza de curbură a parabolei cubice nu are o variaţie uniformă de la infinit la zero. Începând din originea 0, raza de curbură descreşte de la infinit până într-un anumit punct, când trece printr-un minim. b)Parabola cubică nu are deci arc util, adică nu prezintă posibilitatea de întoarcere a curbei astfel astfel încât încât să se poată poată duce duce o tange tangentă ntă la parabo parabola la norma normală lă pe abscis abscisaa (figura (figura 3.17), 3.17), ceea ceea ce limitează, de asemenea, domeniul de aplicare al parabolei cubice.
Fig.3.17.Arc util de radiodă Rezultă deci că acest termen poate fi neglijat numai în cazul când raza arcului de cerc este mare, respectiv raportul L/R este mic. Din acest motiv, parabola cubică se foloseşte adesea la căile ferate, unde razele de racordare sunt mari. In general se consideră că parabola cubică este utilizabilă dacă L R L R
≤ 0,5 Pentru drumuri ≤ 0,2 Pentru căi ferate,
17
ceea ce corespunde unui unghi Ө P de maxim 10 o . Pentru valori
L R
≤ 0,5 , eroarea de calcul
devine prea mare.
Parabola cubică se poate admite, deci, ca radioidă, la drumuri, numai la racordări complete între aliniamente numai cu arce de parabolă cubică, fără arc de cerc, întrucât în acest caz intervin lungimi mari de radioidă şi în consecinţă unghiuri Ө mari, ceea ce ar duce la erori inadmisibile.
3.2.6.2.Lemniscata Lemniscata este o radioidă mult mai exactă din punct de vedere mecanic decât parabola cubică. Pe de altă parte, datorită proprietăţilor sale geometrice, legate de trasare şi adaptare la teren în condiţii foarte favorabile, lemniscata are un câmp vast de aplicaţii la proiectarea drumurilor. Lemniscata lui Bernoulli aparţine familiei de curbe denumite “ovalele lui Cassini”, fiind un caz particular al acestora. Curbele lui Cassini reprezintă locul geometric al punctelor din plan pentru care produsul distanţelor la două puncte fixe, numite focare, este constant. Curba corespunzătoare corespunzătoare are forma f orma unui opt sau nod de fundă.
Fig.3.18.Lemniscata lui Bernoulli raportată faţă de axa absciselor Elementele caracteristice ale lemniscatei sunt: - originea lemniscatei (punctul 0) - axa lemniscatei (în cazul de faţă, axa absciselor) - vârfurile lemniscatei A1(a,o) şi A2(-a,o) - semiaxa lemniscatei (a) - distanţa focală (e) Utilizarea lemniscatei pentru racordarea aliniamentelor nu este limitată. De regulă se utilizează utilizează arce de lemnisca lemniscată, tă, adică adică porţiuni porţiuni reduse, reduse, începând începând de la origine. origine. Lemnisca Lemniscata ta poate poate fi utiliz uti lizată ată însă însă şi în înt întreg regime ime.. Acesta Acesta este este cazul cazul racord racordări ăriii a două două căi căi de comun comunica icaţii ţii care care se intersectează denivelat, când se utilizează bucle complete de lemniscată (intersecţia în treflă sau trifoi cu patru foi sau dublu opt.
18
Fig.3.19.Intersecţia în treflă având rampe alcătuite din bucle complete de lemniscată 3.2.6.3.Clotoida Clotoida sau spirala lui Euler este curba plană pentru care produsul dintre raza de curbură şi lungimea arcului corespunzător este constant. Modu Modulu lull clot clotoi oide deii depi depind ndee de vite viteza za de proi proiec ecta tare re;; fiecă fiecăre reii vite viteze ze de proi proiec ecta tare re îi corespunde un anumit modul şi deci o singură clotoidă.
Fig.3.20.Clotoida raportată la bisectoarea cadranelor I-III Unghiul Ө este unghiul format de tangenta la clotoidă cu sensul pozitiv al axei absciselor şi reprezintă variabila independentă a clotoidei. Dacă unghiul variază de la zero la infinit, se obţin două ramuri în formă de spirală, cu două puncte asimptotice I şi I’.
19
Principalele proprietăţi ale clotoidei sunt: a)Clot a)Clotoid oidaa este este curba curba mecani mecanică că cea mai bună, bună, înt întruc rucât ât reprez reprezint intăă chiar chiar traiec traiectori toriaa autovehiculului la trecerea din aliniament pe arcul de cerc, în cazul când viteza este constantă şi rotirea volanului se face în mod uniform. Datorită acestei proprietăţi, clotoida este considerată curba mecanică prin excelenţă şi este folosită în mod frecvent la drumuri. b)Curbura clotoidei variază liniar în lungul curbei de racordare şi anume în origine curbura este
1 ρ
=
1 ∞
=0
iar la sfârşitul racordării
1 ρ
=
1 ∞
c)Clotoida are arc util, cuprins între origine (Ө=0) şi respectiv punctul în care tangenta la clotoidă este normală pe axa absciselor.
3.2.6.4.Arcul de cerc de rază dublă Arcul Arcul de cerc de rază dublă reprezintă reprezintă o aproximare aproximare a radiodelo radiodelorr şi se utilizează utilizează în cazul cazul lucrărilor de drumuri mai puţin pretenţioase având avantajul unor simplificări substanţiale.Metoda constă în intercalarea, între aliniament şi arcul de cerc de rază R, a unui arc de cerc de rază 2R dipus simetric faţă de tangenta teoretică . Punctele A şi M reprezintă extremităţile arcului de cerc cu raza 2R şi centrul în O 1’.
Fig.3.21.Racordarea cu cerc de rază dublă Proiecţia pe aliniament a segmentelor AD respectiv DM se numeşte mărime divizionară(a). 3.2.7.Amenajarea curbelor 3.2.7.1.Amenajarea 3.2.7.1.Amenajarea curbelor izolate În curbele cu raze mai mari decât razele recomandabile se păstrează forma profilurilor din aliniamente, efectele forţelor centrifuge la circulaţia, cu viteze cel mult egale cu vitezele de bază putând fi preluate de către frecarea dintre pneurile autovehiculelor şi îmbrăcămintea rutieră ; intrarea în aceste curbe se poate face lin, fără a fi resimţită de către participanţii la trafic. Convenţional, aceste curbe au dever pozitiv pe jumătatea profilurilor transversale situată 20
către interiorul curbelor şi au dever negativ pe cealaltă jumătate, situată către exteriorul curbelor. În curbele cu raze mai mici decât razele recomandabile, efectul forţei centrifuge nu mai poate fi preluat numai de către frecarea dintre pneurile autovehiculelor şi îmbrăcămintea rutieră, în acest caz este necesar a se crea, o forţă suplimentară ajutătoare împotriva derapajului şi răsturnării. Aceasta se realizează prin stabilirea şi pe semiprofilurile transversale din exterioarele curbelor a unor deveruri pozitive către interioarele curbelor (pe semiprofilurile din interioarele curbelor aceste deveruri pozitive există). Deverurile pozitive provoacă înclinarea vehiculelor şi apariţia în acest mod a unor componente ale greutăţii autovehiculelor paralele cu îmbrăcămintea. Dacă razele curbelor sunt mai mici decât razele recomandabile dar mai mari decât razele curente (sunt deci cuprinse în intervalele dintre razele curente şi cele recomandabile) deverul pozitiv are aceeaşi valoare p ca în aliniamente şi se numeşte dever convertit (convertire), întrucât razele curbelor în aceste intervale sunt încă suficient de mari pentru a nu provoca reacţii neplăcute la schimbare schimbareaa direcţiei direcţiei prin manevrare manevrarea, a, volanului volanului la începutu începuturile rile curbelor, curbelor, aliniamen aliniamentele tele se racordează direct prin arce de cerc cu raze R. Deverul convertit se menţine pe lungimile arcelor de cerc între tangente. Conve Convertir rtirea ea profilu profilului lui se realiz realizea ează ză pe lungim lungimii l CS amplasate pe aliniamente până la punctele de tangenţă, prin rotirea de jos în sus în jurul axei drumului a semiprofilului care în continuare pe curbă corespunde exteriorului acesteia, figura 3.22. (a, b).
Fig.3.22.a
21
Fig.3.22.b Acosta Acostamen mentel telee din exter exterior iorul ul curbel curbelor or se conver convertes tescc preluâ preluând nd aceea aceeaşi şi pantă pantă p cu a îmbrăcămintei convertite (în aliniamente pantele acostamentelor p 1 sunt mai mari decât pantele îmbrăcămintei p ). Dacă razele curbelor sunt mai mici decât razele curente, dar mai mari decât razele minime (sunt deci cuprinse în intervalele dintre razele minime şi cele curente) deverurile sunt pozitive şi au valorile i mai mari decât p. Deverul i este determinat în funcţie de mărimile razelor, profilul transversal fiind denumit supraînălţat (supraînălţare). În aceste curbe, razele fiind mici, pentru combaterea combaterea efectului neplăcut produs la intrările intrări le în curbe de apariţia bruscă a forţelor centrifuge care sunt mai mari, între arcele de cerc şi aliniamente se introduc racordări formate din arce de clotoidă având lungimile l . Supraînălţarea se realizează astfel: - se face face conv conver erti tirea rea de la forma forma acop acoper eriş iş la deve deveru rull p pe lungimile lCS amplasate pe aliniament până în originile arcelor de clotoidă, - se continuă rotirea în jurul axei drumului a profilului transversal convertit, care are o singură pantă, pe lungimile l ale arcelor de clotoidă, de la valoarea p la valorile i. Valorile i ale supraînălţării se menţin pe lungimile arcelor de cerc centrale. Acostamentele din exterioarele curbelor urmează pantele îmbrăcămintei rotindu-se odată cu aceasta, în timp ce acostamentele din interioarele curbelor, având panta p 1 mai mică decât i îşi menţin panta până în punctul unde prin rotirea profilului îmbrăcămintei aceasta atinge valoarea p 1. De aici acostamentele încep să se rotească împreună cu îmbrăcămintea până la valoarea i. În aceleaşi intervale de variaţie a razelor (între razele minime şi curente) racordările aliniamentelor în plan se mai pot realiza fără arce de cerc centrale, numai prin câte două arce de clotoidă simetrice care se întâlnesc pe bisectoarele unghiurilor aliniamentelor.
22
Fig.3.23. În aceste cazuri arcele de clotoidă trebuie să îndeplinească, următoarele condiţii: - în punctele de întâlnire de pe bisectoarele unghiurilor aliniamentelor să aibă razele de curbură mai mari sau cel puţin egale cu razele minime pentru vitezele de baza şi deverurile i adoptate; - să aibă lungimi mai mari sau cel puţin egale cu L. Trecerea de la profilurile transversale convertite din originile clotoidelor până la profilurile supraînălţate se face prin rotire pe axa drumului pe lungimi l S. Lungimile lS sunt mai mici decât lungimile L ale clotoidelor folosite la racordările fără arce de cerc cerc cent centra rale le astfe astfell încâ încâtt prof profil ilul ul devi devine ne supr supraî aînă nălţa lţat, t, cu deve deveru rull i înai înaint ntee de sfâr sfârşi şitu tull clotoidelor, respectiv înainte de bisectoare şi se menţine pe lungimi L-l S. Astfel pe zonele centrale ale curbelor formate din câte două arce de clotoidă supraînălţarea i se menţine pe lungimi C egale cu 2 (L -ls). Lungimile C sunt mai mari sau cel puţin egale cu V/3,6 şi sunt amplasate simetric faţă de bisectoare. 3.2.7.2.Amenajarea dintre două curbe succesive În curbele succesive amenajările se fac la fel ca în curbele izolate pentru următoarele elemente : - racordările aliniamentelor care se realizează cu sau fără arce de clotoidă ; - deverul negativ sau pozitiv (convertit sau supraînălţat) se menţine la valoarea maximă pe aceleaşi lungimi ca în curbele izolate ; - supralărgirile platformei şi părţii carosabile. Curbele care au raze mai mari decât cele recomandabile, nefiind amenajate, respectiv având deveruri negative pe semiprofilurile dinspre exterior şi nefiind racordate cu arce de clotoidă; sunt echivalente cu aliniamentele, în consecinţă pe aceste curbe se pot amplasa total sau parţial lungimile l CS CS de convertire ale curbelor vecine care se amenajează ca şi când ar fi izolate, indiferent de sensurile lor. Astfel între două curbe : - neamenajate se menţine profilul transversal din aliniamente indiferent de sensurile lor, 23
distanţa între ele putând la limită să fie nulă; - dintre care una este neamenajată, iar cealaltă este convertită lungimea l CS CS a acesteia se poate amplasa total sau parţial pe curba neamenajată, indiferent de sensurile celor două curbe, distanţa dintre ele putând la limită să fie nulă; - dintre care prima este neamenajată, iar a doua supraînălţată, distanţa dintre ele trebuie să permită amplasarea arcului de clotoidă al celei de a doua curbe, iar lungimea l CS CS se poate amplasa total sau parţial pe curba neamenajată, sensurile curbelor fiind indiferente. În intervalul dintre două curbe succesive cu raze mai mici decât razele recomandabile, profilurile transversale care se rotesc în jurul axei drumului nu mai trec prin forma de acoperiş, pe care o au în aliniamente, ci se rotesc în acelaşi sens sau în sensuri contrarii de la p la i ori de la i1 la i2, trecând şi prin situaţii în care sunt orizontale (dever nul) astfel : În cazul a două curbe convertite : - dacă au acelaşi sens, se menţine convertirea şi pe intervalul dintre ele;
Fig.3.24.
24
- dacă au sensuri contrarii, profilul convertit din prima curbă se roteşte pe axa drumului începând din tangenta de ieşire, proporţional cu distanţa dintre curbe, ajun gând la mijlocul acestei distanţe în poziţie orizontală (dever nul) şi devenind în tangenta de intrare a celei de a doua curbe, convertit, dar cu sens contrar, figura 3.25
Fig.3.25. În cazul a două curbe dintre care una este supraînălţată iar cealaltă convertită : - dacă au acelaşi sens, profilul convertit din originea arcului de clotoidă al primei curbe se menţine convertit în continuare până în tangenta de intrare a celei de a doua curbe;
Fig.3.26. 25
- dacă au sensuri contrarii, profilul supraînălţat de la finele arcului de cerc central al primei curbe se roteşte proporţional pe axa drumului, schimbându-şi sensul, până în tangenta de intrare a celei de a doua curbe unde ajunge convertit, însă cu sens contrar, trecând printr-un profil orizontal, cu dever nul;
Fig.3.27.
26
In cazul a două curbe supraînălţate : - între curbele arc de cerc cu acelaşi sens, profilul cu deverul i1 din prima curbă îşi menţine sensul, dar se roteşte pe axa drumului proporţional până ce ajunge la deverul i2 din curba a doua (figura 3.28.); - între curbele arc de cerc cu sensuri contrarii, profilul cu deverul i1 din prima curbă se roteşte proporţional de axa drumului schimbându-şi sensul până ajunge la valoarea i2 în a doua curbă, prin intermediul unui profil orizontal (dever nul) care trebuie să fie situat între originile clotoidelor celor două curbe, în caz că acest profil se
Fig.3.28. găseşte pe una dintre clotoide, el se va muta în originea ei renunţându-se la rotirea proporţională cu distanţa.
Fig.3.29. 27
În situaţiile când curbele supraînalţate sunt formate din câte două arce de clotoidă fără arce de cerc centrale, toate rotirile se efectuează pe lungimile l S S şi nu pe lungimile L ale arcelor de clotoidă, astfel încât pe lungimile L- l S să se poată menţine ca şi în curbe izolate profilurile supraînălţate.
3.2.7.3.Calculul razelor curbelor şi a deverurilor In curbe, deverul provoacă înclinarea vehiculelor către interiorul acestora. Ca o consecinţă, apare o componentă a greutăţii, Px contrară componentei forţei centrifuge Fx care împreună cu forţele de frecare se opun derapajului către exteriorul curbelor.
Fig. 3.30. La calculul deverului se ţine seama că forţele care acţionează asupra autovehiculelor autovehiculelor figura 3.30., sunt situate pe direcţiile razelor curbelor, perpendicular pe axa drumului neluându-se în consideraţie forţa de tracţiune, componenţa longitudinală dată de declivitate etc., astfel : Px = P sin β Fx = F cos β Py = P cos β Fy=F sin β
P- greutatea vehiculului, F- forţa centrifugă. Pentru combaterea, derapajului se dă relaţia : ±Px + f (Py + Fy ) ≤ Fx
în care semnul minus corespunde deverului negativ ±P sin β+f (P cos β + F sin β) ≤F cos β
unghiul fiind mic, se fac aproximaţiile : sin β = tg β = i cos β = l
Astfel relaţia devine: ±Pi + f (P + Fi) ≤F dar produsul f • Fi, fiind foarte mic, se neglijează neglijează şi la limită ±Pi + fP = F sau P(f ±i) =F dar F F =ma , în.care m = a g
=
V
P
V 2
g
R
, iar a =
2
13 Rg
şi P(f±i)=
=
V 2 3.6 2 R
=
P V 2 g 13 R
28
V 2 13 R
rezultă: R =
V 2 13 g ( f ± i )
=
V 2 127 ( f ± i )
Calculul razelor convenţionale se face înlocuind în formula de mai sus valorile f şi - pentru raza minimă 0,07 - pentru raza curentă 0,02 - pentru raza recomandabilă 0,025 Diferenţele faţă de razele sunt datorate rotunjirilor
3.2.8.Vizibilitatea în plan 3.2.8.1.Generalităţi Pentru ca circulaţia autovehiculelor să se desfăşoare în siguranţă, fără accidente, este necesar să se asigure condiţii de bună vizibilitate în tot lungul drumului şi în special în porţiunile mai dificile ale traseului, cum sunt curbele cu raze mici sau la încrucişări de drumuri. Astfel, Astfel, pentru pentru autovehic autovehiculele ulele care circulă circulă în curbe trebuie asigurată asigurată vizibilita vizibilitatea tea spre interiorul curbei, pentru a evita ciocnirea cu un obstacol care se află pe partea carosabilă sau cu un alt vehicul care circulă neregulamentar neregulamentar (caz frecvent)la drumurile cu două benzi de circulaţie, când un conducător de autovehicul "taie" curba, pentru scurtarea drumului şi sporirea razei (figura 3.31.) La încrucişările de drumuri, trebuie create de asemenea condiţii de vizibilitate, astfel încât conducătorii vehiculelor să se vadă reciproc de la o anumită distanţă, pentru a putea frâna şi opri, evitând întâlnirea lor în punctul 0 (punct de ciocnire sau de coliziune - figura3.37). In mod concret, prin asigurarea vizibilităţii în plan, se înţelege asigurarea unei distanţe minime pe care conducătorul vehiculului trebuie să vadă drumul în faţa sa şi implicit obstacolele care apar pe drum, în vederea ocolirii acestora sau opririi la timp a vehiculului. Această distanţă depinde de viteza de circulaţie, de coeficientul de frecare al îmbrăcăminţii drumului, precum şi de performanţele tehnice ale autovehiculelor. autovehiculelor. Vizibilitatea de ansamblu trebuie să permită sesizarea din timp a sectoarelor deosebite ca ramificaţii, accese, zone turistice în vederea perceperii desfăşurării traseului în continuare, pe lungimi mari fără discontinuităţi, chiar în zonele cu relief accidentat sau obstacole artificiale. Vizibilitatea pe traseele rutiere trebuie asigurată, în plan orizontal şi în profil longitudinal, la distanţa pe care două vehicule circulând pe aceeaşi bandă din sensuri contrare să poată fi frânate; în curbe, măsurarea distanţei se face pe axa benzii interioare. In plan orizontal se degajă spaţiile din interioarele curbelor de orice obstacole ca : dâmburi de pământ sau rocă, clădiri, garduri, plantaţii, stâlpi etc. Spaţiile degajate se pot amenaja numai cu plantaţii sau culturi cu înălţime mică, conform STAS 11210-79 şi numai prin grija administraţiei drumurilor. În cazul în care, îndepărtarea obstacolelor din interioarele curbelor sau la dâmburi conduc la cheltuieli mari, distanţele de vizibilitate se pot micşora cu condiţia separării benzilor de circulaţie prin insule de dirijare, având borduri denivelate tip trotuare pe lungimile curbelor sau racordărilor verticale, la care se adaugă câte 30 m la fiecare f iecare dintre capete, în aceste cazuri, lăţimile libere ale fiecărei benzi de circulaţie sunt de min. 5,5 m. În cazurile foarte dificile, când vizibilităţile nu se pot asigura se prevăd semnalizări rutiere conform STAS 1848/1-85 pentru reducerea vitezei de circulaţie şi interzicerea depăşirii conform reglementărilor legale în vigoare privitoare la circulaţia pe drumurile publice.
29
La intersecţii cu alte drumuri şi accese, trebuie asigurată şi vizibilitatea reciprocă pe minimum 20 m către toate sensurile de circulaţie prin degajarea obstacolelor care o împiedică. În aceste puncte se montează obligatoriu indicatoarele rutiere de prioritate conform STAS 1848/1-85. Pentru Pentru asigu asigurar rarea ea capac capacită ităţii ţii de circul circulaţi aţiee a drumur drumurilo ilor, r, trebui trebuiee create create posibi posibilită lităţi ţi de depăşire prin asigurarea vizibilităţii in spaţiu (în plan şi profil longitudinal) pe sectoare cât mai lungi. Înainte de finalizarea proiectului traseului se calculează suma lungimilor pe care este asigurată vizibilitatea pentru depăşire, recomandându-se ca această sumă să reprezinte din totalul lungimii drumului cel puţin : - 50% pentru drumurile din clasa II tehnică - 40% pentru drumurile din clasa III tehnică - 30 % pentru drumurile din clasa IV tehnică - 25% pentru drumurile din clasa V tehnică şi drumurile de exploatare.
3.2.8.2.Vizibilitatea în curbe In curbe, distanţa de vizibilitate trebuie asigurată pe arcul AB, care reprezintă linia de circulaţie a autovehiculului. Lungimea razei vizuale este coarda aferentă arcului AB (figura 3.31.) şi reprezintă limita în interiorul căreia zona drumului trebuie eliberată de orice obstacol (plantaţii, terasamente - în cazul debleelor adânci, case etc.).
Fig.3.31.Vizibilitate în curbă La stabilirea distanţei de vizibilitate se iau în considerare diferite situaţii ce pot apare în circulaţia rutieră (apariţia unor obstacole fixe sau mobile), precum şi posibilităţile de prevenire a accidentelor (prin frânare, oprire, ocolire sau depăşire). Pentru simplificare, în schemele de calcul pentru determinarea distanţei de vizibilitate, traseele se consideră rectilinii, diferenţele faţă de traseele curbilinii fiind neglijabile. 1. Distanţa de vizibilitate necesară pentru evitarea unui obstacol fix a) Prin oprire. Distanţa de vizibilitate necesară pentru oprirea vehiculului prin apariţia unui obstacol fix (vehicul în staţionare, pietre, arbori căzuţi etc.) este egală cu distanţa de frânare Df =s =s1+df +s +s0 în care s-a notat: s1- spaţiul parcurs în timpul de percepţie-reacţie; df - distanţa de frânare propriu-zisă s0- spaţiul de siguranţă. Distan Distanta ta Df trebui trebuiee asigu asigurat ratăă pentru pentru creare creareaa condiţ condiţiilo iilorr de vizibi vizibilita litate, te, în specia speciall la drumurile cu benzi de circulaţie separate. b) Prin ocolire. In acest caz, conducătorul de autovehicul trebuie să vadă obstacolul de la o distanţă suficientă (Do), astfel încât să fie posibilă deplasarea în continuare a autovehiculului în 30
timpul de deliberare, precum şi trecerea acestuia pe banda de circulaţie alăturată (cazul drumurilor cu două sau mai multe benzi de circulaţie alăturate şi circulaţia într-un singur sens), respectiv: D0
= s1 + s2
În care s2 este distanţa necesară (în proiecţie) pentru ca vehiculul să treacă de pe o bandă pe cealaltă .
Fig.3.32. c) Prin depăşire. In acest caz, distanţa de vizibilitate (D d) este compusă din:
Fig.3.33.Distanţa de vizibilitate necesară pentru depăşire - spaţiul necesar deliberării (s 1) înainte de efectuarea depăşirii; - două distanţe de ocolire (s 2) : una la trecere tr ecere pe banda alăturată şi alta la revenire; - lungimea obstacolului (l) şi o lungime de siguranţă V A/2 de o parte şi de alta a obstacolului, necesară din cauza imperfecţiunii geometrice a depăşirii; - eventual, un spaţiu de siguranţă la sfârşitul depăşirii, pentru revenire (liniştire); pentru simplificare se consideră că acest spaţiu este egal cu spaţiul s 1.
31
2. Dist Distan anţa ţa de vizi vizibi bili lita tate te nece necesa sară ră pent pentru ru evit evitar area ea unui unui.. vehi vehicu cull care care circ circul ulăă neregulamentar In cazu cazull a două două auto autove vehi hicu cule le care care circ circul ulăă în sens sens cont contra rar, r, dint dintre re care care unul unul circ circul ulăă neregulamentar, pe aceeaşi bandă de circulaţie, evitarea ciocnirii este posibilă prin următoarele manevre: a) Prin oprirea ambelor vehicule în timp util (cazul când autovehiculul care circulă neregulamentar nu are posibilitate să treacă pe banda regulamentară). Distanţa de vizibilitate (figura 3.34.) se calculează, în acest caz, cu relaţia: D’f =s =s1A+s1B+dfA+dfB+s0
Fig.3.34.Distanţa de vizibilitate necesară pentru evitarea ciocnirii a două vehicule care circulă în sens opus pe aceeaşi bandă(prin oprirea ambelor vehicule) sau, în mod asemănător, cu relaţia: D’f = 2Df în care Df reprezintă distanţa de vizibilitate necesară pentru evitarea unui obstacol fix. b)Prin frânare. In acest caz vehiculul A care circulă regulamentar frânează, în timp ce vehiculul B execută ocolirea.
Fig.3.35.Distanţa de vizibilitate necesară pentru evitarea ciocnirii a două vehicule care circulă în sens opus pe aceeaşi bandă(fără oprire) s1A,s1B- spaţii necesare deliberării pentru vehiculele A şi B d’f - spaţiul parcurs de vehiculul A frânat pentru reducerea vitezei de la v Al a v’A s2B-distanţa de ocolire pentru vehiculul B D”f = 2V 32
3.Distanţa de vizibilitate necesară pentru depăşirea unui vehicul în mers Această distanţă trebuie asigurată îndeosebi la drumurile cu un trafic intens şi variat (vehic (vehicule ulele le circul circulăă cu vit viteze eze mult mult diferi diferite) te).. Pentru Pentru stabil stabilire ireaa acest acestei ei distan distanţe ţe se observ observăă că vehiculul care depăşeşte trebuie să parcurgă în acelaşi timp (t) un spaţiu mai mare decât vehiculul depăşit; acest spaţiu este compus din distanţa parcursă pentru depăşire, la care se adaugă distanţa iniţială d1 dintre cele două vehicule şi cea de după depăşire d 2 Dd=vAt-vBt+d1+d2 de unde t=
d 1
+ d 2
V A
+ V B
Fig.3.36.Distanţa de vizibilitate necesară pentru depăşirea unui vehicul în mers Asigurarea distanţei de vizibilitate D’ d este absolut necesară în cazul drumurilor cu benzi multiple pentru un sens de circulaţie. In cazul drumurilor cu două benzi de circulaţie, trebuie avut în vedere şi pericolul întâlnirii cu vehiculul C care circulă în sens opus pe banda pe care se face depăşirea. Distanţele de vizibilitate pentru depăşire rezultă destul de mari(100...500 m) şi asigurarea lor fiind dificilă mai ales în regiunile muntoase; cu toate acestea se recomandă evitarea sectoarelor sectoarelor de drum fără posibilităţi de depăşire din lipsă de vizibilitate; aceste sectoare, cu depăşire interzisă, se admit numai în cazuri excepţionale şi pe lungime de maximum 3 km.
33
3.2.8.3.Vizibilitatea la încrucişări de drumuri La încrucişări de drumuri, distanţele de vizibilitate D,D’ se stabilesc în funcţie de distanţa necesară pentru oprire corespunzător vitezelor V A respectiv VB (figura 3.37): D=s1A+dfA+s0 D’=s1B+dfB+s0 Pe drumul secundar, în cazul vitezelor de proiectarea reduse, se recomandă ca distanţa de vizibilitate adoptată să nu fie mai mică de 20 m.
Fig.3.37.Vizibilitatea la încrucişări de drumuri Pentru satisfacerea condiţiilor de vizibilitate, tot spaţiul haşurat se eliberează de orice obstacol, debleele tratându-se în modul arătat mai sus. Dacă Dacă drumur drumurile ile au acee aceeaşi aşi import importanţ anţă, ă, triung triunghiu hiull haşur haşurat at este este isosce isoscel.l. In cazul cazul când când primează considerente urbanistice sau de sistematizare sau în cazul intersecţiilor existente, cu fronturi construite cu caracter definitiv deci cu distanţe de vizibilitate impuse, problema se pune invers, adică se determină vitezele maxime admise pe cele două artere, astfel încât să se evite coliziunea în punctul C. 3.3.Drum în profil longitudinal 3.3.1.Elementele profilului longitudinal Profilul în lung sau profilul longitudinal este proiecţia desfăşurată pe un plan vertical atât a axei drumului cât şi a traseului
Fig.3.38.Elementele profilului longitudinal 34
Proiecţia axei drumului se numeşte linie roşie sau linia profilului, iar proiecţia traseului poartă denumirea de linie neagră sau linia terenului . Linia terenului este o linie ondulată, neregulată cu frânturi dese şi înclinări pronunţate, fiind deci necorespunzătoare necorespunzătoare pentru circulaţie. Linia roşie este o linie poligonală, bine definită geometric, fiind formată din porţiuni orizontale orizontale denumite paliere şi din porţiuni înclinate înclinate,, în limit limitee admise, admise, denumite denumite declivităţi (d). Declivităţile pot fi rampe sau pante, după cum drumul urcă sau coboară, iar mărimea lor se exprimă prin tangenta trigonometrică a unghiului format de linia roşie cu orizontala în punctul considerat sau în procente. Punctele din profilul longitudinal în care linia roşie îşi schimbă înclinarea se numesc puncte de schimbare a declivităţii. Pentru a evita modificarea bruscă a traiectoriei vehiculului, trecerea de la o declivitate la alta se face prin racordări curbilinii, concave sau convexe. Distanţa dintre două schimbări consecutive a declivităţii se numeşte pas de proiectare. Orice punct de pe linia roşie sau de pe linia terenului este definit printr-o cotă. Cotele punctelor de pe linia roşie se numesc cotele proiectului , iar cotele punctelor de pe linia neagră se numesc cotele terenului. Diferenţele, măsurate pe verticală, dintre cotele roşii şi cotele terenului se numesc cotele de execuţie (figura 3.39). Acestea pot fi pozitive sau negative, după cum linia roşie se află deasupra sau dedesubtul liniei terenului, adică după cum drumul se găseşte în umplutură (rambleu) sau în săpătură (debleu). La calculul volumelor terasamentelor, cotele de execuţie urmează să fie corectate cu grosimea sistemului rutier. Astfel, înălţimea rambleului, în ax (figura 3.39,a) este dată de cota de execuţie, din care se scade grosimea sistemului rutier; pentru calculul adâncimii de săpătură în ax (figura 3.39,b), această grosime trebuie adăugată.
Fig.3.39.Cote de execuţie în ax: a- pozitive; b-negative Pentru a scoate mai bine în evidenţă diferenţele de nivel, profilul longitudinal se reprezintă deformat, scara înălţimilor luându-se de zece ori mai mare decât scara lungimilor, care de regulă, este aceeaşi cu scara planului de situaţie) scările uzuale sunt l:l00 sau 1:2000 pentru lungimi şi respectiv l:l00 şi 1:200 pentru înălţimi. 3.3.2. Criterii de proiectare ale liniei roşii Stabilirea liniei roşii este una din cele mai importante şi mai complexe probleme ale proiectării unui drum, datorită faptului că proiectarea liniei roşii trebuie să asigure circulaţia vehicu vehiculel lelor or în condi condiţii ţii de sigura siguranţă nţă şi confort confort fiind fiind subord subordona onată tă în acela acelaşi şi tim timpp condi condiţiil ţiilor or topografice, geotehnice, hidrologice, climatice etc., ce caracterizează regiunea respectivă, precum şi condiţiilor economice. Pe de altă altă part partee li lini niaa roşi roşiee trebu trebuie ie core corela lată tă cu alur aluraa trase traseul ului ui în plan plan şi în prof profil il longitudinal. Condiţii de confort şi estetică impun evitarea unor trasee inutil sinuoase în plan sau a unor trasee rectilinii în plan şi sinuoase în profil în lung. Din aceste considerente nu se pot da reguli pentru fixarea liniei roşii care să fie valabile în toate situaţiile; problema se analizează de la caz la caz şi rezolvarea ei se face pe baza studierii
35
variantelor celor mai raţionale care satisfac cel mai bine condiţiile arătate. Proiectarea liniei roşii se face pe baza unor criterii generale care trebuie avute în vedere şi a unor norme de proiectare a elementelor geometrice, după cum urmează: 1.Decl 1.Declivi ivităţ tăţi.Ac i.Acest estea ea reprez reprezint intăă una din princi principa palel lelee carac caracter terist istici ici ale lin liniei iei roşii. roşii. In principiu se recomandă să se folosească declivităţi mici pe lungimi cât mai mari, ceea ce conduce la îmbunătăţirea indicilor de exploatare ai autovehiculelor şi la reducerea preţului de cost al transporturilor. Declivităţile maxime se stabilesc în funcţie de viteza de proiectare (implicit şi de relieful terenului). La stabilirea declivităţilor trebuie să se ţină seama şi de natura îmbrăcăminţii. Declivităţile maxime admise sunt: 9%- la betonul asfaltic cu agregat mărunt, rugos 6%- la betoane asfaltice cu agregat mare sau bogate în criblură 5,5%- la betoane asfaltice cu agregat mărunt, sărace în criblură 4,5%- la mortare asfaltice La celelalte tipuri de îmbrăcăminţii (betoane de ciment, pavaje, macadamuri)se respectă valorile prevăzute în STAS 863/1-75 2.Lucrări minime de terasament. Aceasta înseamnă o linie roşie cât mai aproape de linia terenului şi paralelă cu ea, ceea ce, de regulă, nu este posibilă, datorită neregularităţilor terenului natural. Doar în regiuni de şes, unde variaţiile de relief sunt rare şi declivităţile mici, linia roşie poate poate fi aşezată aşezată paralel paralel cu suprafaţa suprafaţa terenului terenului natural. natural. In aceste aceste regiuni regiuni este indicată indicată proiectare proiectareaa liniei roşii la 0,50...1,00 m deasupra liniei terenului. Rambleele de înălţime mică ce se obţin prezintă următoarele avantaje: - asigură scurgerea de pe platforma drumului - nu au şanţuri a căror întreţinere este dificilă - nu se înzăpezesc - sunt expuse soarelui şi vântului, ceea ce contribuie la menţinerea lor în stare uscată - patul căii este un pământ verificat. Lucrările minime de terasamente conduc la cheltuieli de investiţie reduse. De multe ori însă acest deziderat poate conduce la lungirea traseului sau la adoptarea unor declivităţi mari pentru înscrierea în relieful regiunii, ceea ce atrage o exploatare grea şi neeconomică. neeconomică. 3.Compensarea terasamentelor. In terenurile frământate, linia roşie trebuie condusă în aşa fel încât să înlăture neregularităţile prea dese ale reliefului. In acest mod se obţine o succesiune de ramb ramble leee şi debl deblee ee.. Pe asem asemen enea ea sect sectoa oare re se pot pot urmă urmări ri o comp compen ensa sare re long longit itud udin inal alăă a terasamentelor, adică o echilibrare a volumelor de săpătură şi umplutură, astfel încât rambleele să se realizeze în întregime cu pământul rezultat din porţiunile debleate. In realitate, la executarea lucrărilor de terasamente pot apare următoarele cazuri. - volumul de săpătură este mai mare decât volumul de umplutură; surplusul trebuie transportat în depozite - volumul de umplutură este mai puţin decât volumul de săpătură, pământul rezultat din săpătură este insuficient pentru executarea rambleelor şi trebuie recurs la umpluturi din gropi sau din camere de împrumut - volumul de săpătură este egal cu volumul de umplutură 4.Scurgerea apelor. Pe sectoarele de drum în debleu, evacuarea apei superficiale se face prin şanţuri, la care linia fundului este paralelă cu linia roşie. Pentru a se asigura scurgerea
36
longitudinală apei din şanţuri, lina roşie trebuie să aibă o declivitate de cel puţin 0,5% şi să nu creeze depresiuni ale şanţurilor din care apele nu pot fi evacuate. Scurgerea apelor trebuie prevăzută şi pentru porţiunile în rambleu, când terenul natural are panta dirijată transversal căii. 5.Puncte de cotă obligată. La stabilirea liniei roşii trebuie avute în vedere anumite puncte fixe, de cotă obligată, cum ar fi pasajele de cale ferată, încrucişările cu alte drumuri, podurile etc. Astfel, la pasajele de nivel cu calea ferată, cota liniei roşii în dreptul pasajului este cota şinei, la pasajele superioare, înălţimea liberă faţă de cota şinelor se stabileşte în funcţie de gabaritul de cale ferată (5500 ...6400 mm); la pasajele inferioare înălţimea liberă este dată de gabaritul de liberă trecere al drumului(4500 mm)
3.4. Drumul în profil transversal 3.4.1. Tipuri de profiluri transversale Profilul transversal reprezintă intersecţia corpului drumului şi a suprafeţei terenului natural cu un plan vertical, perpendicular pe axa drumului. Profilul transversal cuprinde atât linia terenului natural cât şi linia proiectului şi poate fi: proiectului se află deasupra deasupra liniei terenului terenului natural natural şi drumul drumul se - în rambleu, când linia proiectului execută în umplutură (figura 3.40a) înălţimea umpluturii considerată la marginea platformei trebuie să fie de cel puţin 0,50 m (pentru a se evita executarea şanţurilor), pământul necesar executării rambleelor este adus din sectoarele în care se execută săpături, din camere sau gropi de împrumut sau din alte surse; rambleele foarte înalte pot fi înlocuite pe baza unui calcul tehnicoeconomic, prin viaducte; - în debleu, când linia proiectului este sub linia terenului natural şi drumul se execută în săpătură (figura 3.40,b); caracteristica drumurilor în debleu o constituie existenţa şanţurilor care colectează şi evacuează apele de suprafaţă; debleele adânci, în terenuri dificile, pot fi înlocuite prin tunele, dacă această soluţie se justifică în urma unui calcul tehnico-economic) -mixt, când platforma drumului se găseşte parţial în umplutură şi parţial în săpătură (figura 3.40.c); aceste profile sunt caracteristice drumurilor de coastă.
Fig.3.40.Tipuri de profile transversale: a- rambleu; b- debleu; c- mixt Profilele transversale cuprind elementele necesare execuţiei infrastructurii drumului ca: dimensiuni, cote, pante, date privind amenajarea virajelor, elementele caracteristice lucrărilor de artă şi dispozitivelor pentru scurgerea apelor etc. Ele indică în acelaşi timp şi unele elemente ale suprastructurii ca de exemplu: lăţimea şi grosimea sistemelor rutiere, dimensiunile benzilor de încadrare, pantele transversale etc. Profilele Profilele transversa transversale le servesc servesc la calculul calculul volumelor volumelor de terasamen terasamente, te, a suprafeţe suprafeţelor lor de taluzat, precum şi la evaluarea terenurilor care trebuie, eventual, expropiate. Profilele transversale se întocmesc în toate punctele traseului în care terenul natural îşi 37
schimbă înclinarea, unde drumul îşi modifică declivitatea şi în punctele în care apar lucrări de artă (podeţe, ziduri de sprijin) sau alte lucrări importante. Distanţa dintre două profile transversale consecutive depinde de felul reliefului şi nu trebuie să depăşească 50 m. In mod obişnuit, profilele transversale de execuţie se desenează la scara 1:100. Ele se indică prin poziţia lor kilometrică şi numărul lor de ordine. In proiectare, se elaborează în afara profilelor transversale de execuţie, specifice fiecărui pichet, şi un profil transversal tip (obligatoriu mixt) care are drept drept scop să arate, arate, în detaliu, forma şi dimensiu dimensiunile nile elementelor elementelor construct constructive ive ale drumului în profil transversal. Dacă drumul este împărţit în sectoare distincte, diferenţiat din punctul de vedere al elementelor constructive, atunci se întocmesc mai multe profile transversale tip, specificându-se în dreptul fiecăruia poziţiile kilometrice între care se aplică. In mod curent, profilul transversal tip se desenează la scara 1:50, iar detaliile la scara 1:20 (eventual...1:10).
Fig.3.41.Exemple de sisteme rutiere la autostrăzi
38
3.4.2. Elementele profilului transversal Elementele constructive ale drumului care apar în profil transversal (figura 3.4) sunt următoarele:
Nomenclatura elementelor profilului transversal tr ansversal Fig.3.42. Nomenclatura 1. Partea carosabilă sau calea propriu-zisă reprezintă elementul principal dintr-un profi1 transversal. Ea este destinată circulaţiei vehiculelor şi, ca atare, trebuie alcătuită în aşa fel încât să rezi rezist stee la acţi acţiun unea ea repe repeta tată tă a vehi vehicu cule lelo lorr şi a agen agenţi ţilo lorr atmo atmosf sfer eric icii şi să aibă aibă o supr supraf afaţ aţăă corespunzătoare corespunzătoare pentru circulaţia rapidă r apidă şi confortabilă a vehiculelor. In mod curent, la drumurile cu îmbrăcăminţi executate din betoane asfaltice sau pavaje, partea carosabilă este limitată şi protejată la marginea şi prin borduri de încadrare, confecţionate din piatră cioplită sau beton şi a căror lăţime este inclusă în lăţimea părţii carosabile (figura 3.43). In ce priveşte alcătuirea căii, forma în secţiune, lăţimea, modul de construcţie (succesiunea straturilor din sistemul rutier şi grosimea lor), acestea vor fi tratate, separat, ulterior. Pentru scurgerea laterală a apelor, partea carosabilă este prevăzută cu pante transversale cuprinse între l,5...3% în funcţie de tipul de îmbrăcăminte. 2. Acosta Acostame mente ntele le sunt sunt fâşiil fâşiilee latera laterale le de pământ pământ care care încadr încadrea ează ză şi protej protejeaz eazăă partea partea carosabilă, împiedicând deplasarea laterală a materialelor din corpul drumului. Acostamentele împreună cu calea alcătuiesc platforma_drumului.
Fig.3.43.Încadrarea îmbrăcăminţilor cu borduri 39
In afară de rolul de încadrare a părţii carosabile acostamentele mai îndeplinesc următoarele funcţiuni: - asigură scurgerea apelor de pe cale; în acest scop, acostamentelor, fiind din pământ sau având o suprafaţă mai puţin netedă, li se dă o pantă transversală mai accentuată (4...6%); - permit circulaţia pietonilor şi staţionarea vehiculelor - asigură amplasarea elementelor accesorii, borne, parapete, table indicatoare etc., precum şi depozitarea materialelor necesare întreţinerii drumului; - permit la nevoie, lărgirea ulterioară a părţii carosabile. In mod obişnuit, acostamentele se consolidează parţial; fâşia din acostamente care limitează partea carosabilă şi este consolidată se numeşte bandă de încadrare (figura 3.43). Benzile de încadrare se execută din materiale granulare stabilizate cu ciment sau bitum, din pavaj de piatră brută sau bolovani de râu, mixturi asfaltice etc. Rolul acestor benzi este de a feri de degradări marginile căii şi de a mări lăţimea utilă pe care se poate efectua circulaţia, mai ales în cazul întâlnirilor şi depăşirilor de vehicule. 3. Taluzurile sunt suprafeţele înclinate ale terasamentelor. Marginea inferioară a taluzului se numeşte poala sau piciorul taluzului iar marginea lui superioară se numeşte creasta taluzului. Taluzurile se caracterizează prin înclinarea lor, adică prin tangenta unghiului pe care îl fac cu orizontala tgα=
h mh
=
1
m
Înclinare Înclinareaa taluzurilo taluzurilorr depinde depinde de înălţimea înălţimea lor, de caracteri caracteristicil sticilee fizico-mec fizico-mecanic anicee ale pământului limitat de ele, de regimul hidrologic şi de alte caracteristici locale. Întrucât rambleele se execută cu pământ săpat şi transportat, la care s-a deranjat structura interioară şi s-a modificat coeziunea dintre particule, este necesar ca pentru stabilitate să se adopte taluzuri mai puţin înclinate decât în cazul debleelor. Pent Pentru ru asig asigur urar area ea unei unei stab stabil ilit ităţ ăţii mai mai bune bune a tera terasa same ment ntel elor or cu înăl înălţim ţimee mare mare,, se obişnuieşte ca la fiecare diferenţă de nivel de circa 2 m, să se introducă pe taluz o banchetă de sigu sigura ranţ nţăă numi numită tă berm bermă, ă, de cel cel puţi puţinn 0,50 0,50 m lăţi lăţime me.. Berm Bermel elee mai mai serv serves escc şi la circ circul ulaţ aţia ia lucrătorilor care se ocupă cu întreţinerea taluzului 4. Dispozitivele de scurgere a apelor Apa superficială provenită din ploi şi din topirea zăpezii acţionează atât prin forţa de antrenare, de eroziune, cât şi prin micşorarea capacităţii portante a pământului din patul drumului. De aceea apele superficiale trebuie îndepărtate de pe suprafeţele platformei drumului şi descărcate lateral, fie pe terenul natural, când drumul este în rambleu, fie în şanţuri sau rigole, când drumul este în debleu. Şanţurile se pot prevedea cu secţiune trapezoidală (în cazul debitelor mari figura 3.44,a) sau triunghiulară (şanţuri în V, figura 3.44,b). Adâncimea şanţului h este variabilă, în funcţie de cantitatea de apă ce trebuie evacuată; în mod curent ea este de circa 0,50 m la şanţurile trapezoidale şi 0,25...0,30 m la cele triunghiulare.
40
Fig.3.44.Tipuri de şanţuri: a-trapezoidale b-triunghiulare Taluzurile şanţurilor au înclinări diferite. La şanţurile trapezoidale, taluzul interior are înclinarea taluzului de rambleu (1:m), în timp ce taluzul exterior o are pe aceea a taluzului de debleu (1:n). La cele triunghiulare, taluzul interior se execută cu înclinarea de 1/2...1/3; spre exterior, panta este mai pronunţată, 1:1...1.1,5 sau dacă terenul este stâncos,1:0,5 sau1:0,1, Lăţimea fundului şanţului trapezoidal este de 0,4...0,5 m. In situaţiile în care debitul apelor colectate este redus sau când terenul este accidentat şi stâncos şi executarea unor şanţuri normale nu este economică, se pot amenaja rigole în formă de albie (figura 3.45a) sau cu secţiune triunghiulară ( figura 3.45.c); în aceste situaţii, deşi rigola are o secţiune de scurgere mai redusă, totuşi pantele accentuate asigură scurgerea unui debit suficient de mare.
Fig.3.45.Rigole:a-în formă de albie; b-rigolă pereată; c-de formă triunghiulară. Rigolele se adoptă nu numai în regiunile accidentate, ci şi în zonele suburbane sau urbane şi în regiuni cu terenuri plantate sau clădite. De obicei, rigola se consolidează cu un pereu de piatră brută sau bolovani, executat pe un pat de nisip (figura 3.45.a,b). 5. Banchetele laterale sunt fâşii de pământ ce se prevăd între muchia) şanţului şi piciorul taluzului, pentru a opri pământul care cade de pe taluz şi a împiedica împotmolirea şanţului. Banchetele laterale au lăţimea de 0,20...0,50 m (în funcţie de natura terenului şi de adâncimea debleului), cu o uşoară înclinare (1...2%) spre şanţ. In terenurile stâncoase şi consolidate, pentru a reduce lucrările de derocări care sunt foarte scumpe, nu se prevăd banchete. 6. Ampriza şi zona drumului. Ampriza reprezintă fâşia de teren ocupată de un rambleu sau de un debleu. Ea este delimitată, de picioarele taluzelor la ramblee, respectiv, de crestele taluzelor la deblee. In cazul când se execută şi şanţuri de gardă, ampriza este delimitată de muchiile exterioare ale acestor şanţuri.
41
Fig.3.46.Şanţuri de gardă: a-la deblee; b- la ramblee. La stabilirea amprizei drumurilor se va urmări reducerea la minimum a ocupării de terenuri agricole şi silvice şi evitarea demolării de clădiri, adoptându-se, în cazul rambleelor înalte sau deblee lor adânci, soluţii de sprijinire, susţinere şi consolidare a taluzurilor. De o parte şi de alta a amprize, se află zonele laterale, care limitează proprietatea administraţiei drumului şi servesc pentru depozitarea materialelor de întreţinere, construcţii anexe etc. Lăţimea minimă a zonelor laterale este de 0,75...1,00 m. In cazul rambleelor mai înalte de 2,00m, nu se mai prevăd zone laterale. Ampriza, împreună cu cele două zone laterale ale drumului, formează zona propriu-zisă a drumului. Limita zonei este marcată în profil transversal prin borne plantate pe teren. In locurile cu privelişti frumoase, zona drumului se poate lărgi în vederea amenajării de spaţii pentru staţionarea vehiculelor, platforme de odihnă etc. 3.4.3.Lăţimea drumului în aliniament S-a arătat că lăţimea platformei drumului rezultă din însumarea lăţimilor părţii carosabile şi a celor două acostamente. Lăţimea părţilor carosabi1e sau a căii se determină în funcţie de caracteristicile traficului. Fâşia din partea carosabilă, destinată circulaţiei unui singur şir de vehicule care se deplasează în acelaşi sens, se numeşte bandă de circulaţie. Lăţimea benzii de circulaţie se stabileşte ţinând seama de lăţimile vehiculelor şi de spaţiile de siguranţă necesare asigurării circulaţiei cu o anumită viteză. Numărul benzilor de circulaţie este determinat de compoziţia şi intensitatea traficului şi de viteza de proiectare. Cele mai înguste drumuri sunt cele cu o singură bandă de circulaţie a cărei lăţime este cuprinsă între 2,75 şi 4,00 m. Acesta este cazul drumurilor de interes local, cu circulaţie redusă (drumuri de exploatare). Pe aceste drumuri, încrucişările şi eventual depăşirile se fac trecând pe acostamente sau platforme de încrucişare, amenajate la distanţa de 150...300 m în funcţie de condiţiile de vizibilitate. Pe drumurile cu circulaţie foarte intensă, este necesar să se introducă benzi duble sau multiple pentru fiecare sens de circulaţie Astfel, se pot executa drumuri cu 3, 4, 6 sau mai multe benzi (cazul arterelor de mare circulaţie din zonele urbane). Şoselele cu trei benzi de circulaţie sunt de obicei evitate, întrucât pe banda de mijloc destinată depăşirilor de vehicule în ambele sensuri se pot produce accidente. Din acest motiv, se preferă drumurile cu un număr par de benzi. Benzile multiple pot fi alăturate, constituind o singură cale sau pot fi despărţite între ele cu o zonă verde mediană.
42
Fig.3.47. 4.Metode de dimensionare empirice. Metodele de dimensionare empirice se bazează în principal pe analiza comportării pe termen lung în exploatare a structurilor rutiere, deci pe rezultate experimentale. Aceasta implică o mare atenţie în aplicarea acestor metode, deoarece ele pot fi folosite cu încredere numai în acele zone în care condiţiile locale (trafic, climă, proprietăţile materialelor, măsuri de drenaj, tehnici şi echipamente de construcţie) sunt aceleaşi cu cele din ţările unde au fost elaborate. Principalele metode de dimensionare empirice a structurilor rutiere rigide ce se practică în prezent în unele ţări ale lumii sunt: metoda AASHTO (SUA), metoda PCA (SUA). metoda BDS (MAREA BRITANIE) şi metoda BRD (GERMANIA).
43
4.1. Metodă de dimensionare AASHTO - S. U. A. Metoda de dimensionare AASHTO a structurilor rutiere rigide se bazează în principal pe rezultatele testului AASHTO realizat în perioada 1958-1960. Ea a fost publicată iniţial în ghidul de proiectare AASHTO în anul 1961, iar apoi revizuită în anii 1972 şi 1986. De asemenea, s-a efectuat o revizuire ulterioară care a inclus noi recomandări. Criteriul de dimensionare este calitatea în exploatare a structurii rutiere determinată de uniformitatea longitudinală a suprafeţei structurii rutiere . 4.1.1. Parametri de calcul Parametri de calcul consideraţi în această metodă sunt: calitatea în exploatare a structurii rutiere, rezistenţa pământului şi a stratului de fundaţie, traficul, caracteristicile betonului, drenajul şi siguranţa în exploatare. 4.1.1.1.Calitatea în exploatare a structurii rutiere Factorii principali pentru determinarea calităţii în exploatare a structurii rutiere sunt: comportarea structurală şi comportarea funcţională. Comportarea structurală este determinată de starea starea fizică fizică a structurii structurii rutiere cu privire privire la factorii care au un impact impact negativ negativ asupra capacităţii capacităţii structurii rutiere de a suporta încărcarea de trafic. Comportarea funcţională este dată de modul cum structura rutieră asigură confortul participanţilor la trafic. Pentru a cuantifica calitatea în exploata exploatare re a structurii structurii rutiere, rutiere, a fost elaborată elaborată o noţiune noţiune şi anume: anume: indicele indicele de viabilitat viabilitate, e, PSI al structurii rutiere, determinat pe baza rugozităţii şi fisurării. 4.1.1.2.Rezistenţa 4.1.1.2.Rezistenţa pământului şi a stratului de fundaţie Rezist Rezistenţ enţaa pămân pământul tului ui de fundaţ fundaţie ie este este dată dată de modulu modulull Wester Westergaa gaard rd de reacţi reacţiee al pământului, k a căror valori pot fi obţinute prin efectuarea de încercări de capacitate portantă, în conformitate cu testul AASHTO T222. Pentru determinarea modulului de reacţie efectiv al pământului de fundaţie se ţine seama de: efectul sezonier asupra modulului de elasticitate al pământului de fundaţie, tipul şi grosimea materialului care alcătuieşte stratul de fundaţie, efectul eroziunii stratului de fundaţie şi adâncimea la care se află roca de bază faţă de suprafaţa terenului de fundare a drumului. Stratul de fundaţie poate fi realizat din materiale granulare nestabilizate sau stabilizate cu o grosime minimă de 20 cm, iar lăţimea lui trebuie să depăşească marginea îmbrăcăminţii rutiere cu 30 cm până la 60 cm. 4.1.1.3. Traficul Caracteristicile de trafic sunt determinate în funcţie de numărul de aplicaţii ale încărcării pe osia simplă de 18.000 lb.(1lb=0,345kg), denumită încărcarea echivalentă pe osia simplă, ESAL. Utilizarea încărcării pe osia simplă de 18.000 lb. se bazează pe rezultatele experimentale care au arătat că efectul oricărei încărcări asupra comportării în timp a unei structuri rutiere poate fi reprezentat în funcţie de numărul de aplicaţii ale încărcării pe osia simplă, încărcarea pe osie a fiecărui tip de vehicul se transformă în încărcare echivalentă pe osia simplă de 18.000 lb. folosind factorii de echivalenţă ai încărcării sau dacă nu se cunoaşte încărcarea pe osie, se utilizează factorul camionului pentru acel tip de vehicul. Numărul cumulat de ESAL pentru toate categoriile de osii folosit în dimensionare este egal cu suma numărului cumulat de ESAL pentru fiecare categorie de osie. Numărului cumulat de ESAL pentru fiecare categorie de osie se determină în funcţie de factorul de creştere al traficului, factorul benzii de circulaţie folosită în dimensionare şi factorul de echivalenţă al încărcării/factorul camionului. Factorii de echivalenţă ai încărcării depind de grosimea dalei din beton şi de indicele de viabilitate fină (2.5) al structurii rutiere, prin urmare este necesar să se propună grosimea dalei la începutul dimensionării. Dacă grosimea 44
calculată este semnificativ diferită de grosimea propusă, numărul cumulat de ESAL trebuie să fie recalculat. 4.1.1.4. Caracteristicile betonului Caract Caracteri eristic sticile ile beton betonulu uluii folosi folosite te în dimens dimension ionare are sunt sunt reprez reprezent entate ate de modulu modulull de elasticitate Ec şi rezistenţa la întindere din încovoiere la 28 de zile S'c. Rezistenţa la întindere din încovoiere la 28 de zile a betonului din dală este determinată prin efectuarea unui test de încărcare în 4 puncte, după cum este specificat în AASHTO T97. 4.1.1.5. Drenajul Efectul drenării asupra comportării în exploatare a structurilor rutiere rigide este luat în consideraţie prin introducerea unui coeficient de drenaj, Cd determinat în funcţie de timpul în care structura rutieră este saturată şi calitatea drenajului. 4.1.1.6.Siguranţa în exploatare a structurii rutiere rigide Numărul cumulat de ESAL este un parametru de calcul important pentru orice metodă de dimensionare a unei structuri rutiere rigide. Totuşi, determinarea acestuia se bazează pe ratele de creşte creştere re propus propuse, e, care care pot fi imprec imprecise ise.. Majori Majoritat tatea ea metode metodelor lor de dimens dimension ionare are nu iau în consid considera eraţie ţie aceast aceastăă nesig nesigura uranţă nţă,, dar dar ghidul ghidul de dimens dimension ionare are AASHTO AASHTO propun propunee uti utiliz lizare areaa nivelului de încredere al structurii rutiere R, care ne asigură siguranţă în exploatare pe durata de viaţă şi a factorului de încredere fr, care ia în consideraţie posibilitatea nesiguranţei prognozei de trafic şi a calităţii în exploatare a structurii rutiere rigide. 4.1.2. Procedeul de dimensionare. dimensionare. Ecua Ecuaţi ţiaa de bază bază prez prezen enta tată tă în ghid ghidul ul de dime dimens nsio iona nare re AASH AASHTO TO (198 (1986) 6) pent pentru ru determinarea grosimii dalei din beton este următoarea: ∆ PSI ( 4.5 − 1.5) Log10W18=ZR S0+7,35log10(D+1)-0,06+ + 7 (1.62 624 4 *10 ) 1+ 8.46 D − 1 log log 10
S ' 215 ,63 C
D 75 −1,132 D 75 − 18 ,42 E 25 K C
(4,22+0,32Pt)log10
unde: ZR = este variabila normală standard corespunzătoare corespunzătoare nivelului de încredere selectat, R S0 = abaterea globală standard (0,3-0,40); W18 = numărul propus de aplicaţii ale încărcării echivalente pe osia simplă (ESAL18000lb.); D = grosimea dalei din beton; ΔPSI = Pi – Pt reprezintă reducerea valorii indicelui de viabilitate; Pi =indicele de viabilitate iniţial; Pt = indicele de viabilitate final; K = modulul de reacţie efectiv al pământului de fundaţie;
45
Ec = modulul de elasticitate al betonului; S'c = rezistenţa la întindere din încovoiere a betonului; J = coeficientul de transfer al încărcării la rosturi este egal cu 3,2 (propus); Cd = coeficientul de drenaj. Relaţia (1) pentru determinarea grosimii dalei din beton poate fi rezolvată folosind un program de calcul automat care facilitează reiterarea, întrucât grosimea dalei este propusă iniţial, pentru a se determina modulul de reacţie al pământului de fundaţie şi factorii ESAL utilizaţi în dimensionare.
4.2. Metoda de dimensionare PCA - S.U.A. Metoda de dimensionare PCA se bazează pe o combinaţie de studii teoretice, rezultate ale testelor pe model şi a celor la scară, cât şi pe experienţa obţinută prin urmărirea comportării pe termen lung a îmbrăcăminţilor rutiere rigide solicitate la încărcări normale de trafic. Această metodă a fost iniţial publicată în 1961 şi revizuită în 1984 . 4.2.1. Parametri de calcul Parametri de calcul consideraţi sunt: rezistenţa la întindere din încovoiere a betonului, rezistenţa pământului şi a stratului de fundaţie şi încărcarea de trafic. 4.2.1.1. Rezistenţa la întindere din încovoiere a betonului Rezistenţa la întindere din încovoiere la 28 de zile a betonului este determinată în funcţie de rezistenţa la rupere obţinută prin metoda de încercare în 3 puncte. ASTM C78. 4.2.1.2. Rezistenţa pământului şi a stratului de fundaţie Modulul de reacţie al pământului de fundaţie K 0 este folosit pentru a defini rezistenţa pământului şi a stratului de fundaţie. Valoarea modulului de reacţie al pământului de fundaţie pentru vară normală sau toamnă este luată în consideraţie. Modulul de reacţie al pământului de fundaţie poate fi mărit dacă se foloseşte un strat de fundaţie alcătuit din materiale granulare nestabilizate sau stabilizate peste terenul de fundare al drumului, obţinându-se valorile modulului de reacţie corectat al pământului de fundaţie, K. 4.2.1.3 Încărcarea de trafic Încărcarea de trafic este calculată în funcţie de numărul cumulat al osiilor simple şi dual determinat în funcţie de: traficul zilnic mediu (ADT), traficul zilnic mediu al camionului (ADTT) în ambele direcţii şi distribuţia încărcării pe osie a traficului camionului. Atunci când volumul traficului camionului variază pe fiecare direcţie, se poate utiliza un factor de corecţie (factorul benzii care se dimensionează). De asemenea se consideră şi un factor de siguranţă al încărcării LSF, care multiplică fiecare încărcare pe osie. 4.2.2. Procedeul de dimensionare Procedeul de dimensionare se bazează pe o analiză detaliată a tensiunilor şi deflexiunilor din dală la margine, rosturi şi colţuri, folosind programul de calcul cu elemente finite. Factorii principali luaţi în consideraţie sunt: dimensiunile finite ale dalei, poziţia pe dală a încărcării pe osie, transferul de încărcare la rosturi transversale/fisuri şi transferul de încărcare de la rosturile longitudinale la acostamentul din beton. Procedeul de dimensionare constă din două părţi; analiza la oboseală şi analiza la eroziune. Obiectivul analizei la oboseală este de a determina grosimea minimă a dalei din beton necesară pentru limitarea fisurării la oboseală. Acesta analiză se face prin 46
compararea numărului de aplicaţii prognozate ale încărcării pe osie cu numărul de aplicaţii admisibile pentru fiecare încărcare pe osie şi asigurându-ne că aplicaţiile cumulate sunt mai puţine decât cele admisibile. Obiectivul analizei la eroziune este de a determina grosimea minimă a îmbrăcăminţii rutiere pentru a limita eroziunea, pompajul şi deteriorarea stratului de fundaţie şi acostamentului. Grosimea minimă a dalei care satisface ambele analize este grosimea necesară a dalei din beton.
4.3. Metoda de dimensionare BDS - Marea Britanie Meto Metoda da de dime dimens nsio iona nare re engl englez ezăă se baze bazeaz azăă în prin princi cipa pall pe test testee "in "in situ situ"" asup asupra ra structurilor rutiere rigide realizate în Marea Britanie, privind comportarea pe termen lung. 4.3.1. Parametri de calcul Parametri de calcul consideraţi în această metodă sunt: încărcarea de trafic, caracteristicile betonului şi rezistenţa pământului de fundaţie. 4.3.1.1. Încărcarea de trafic Încărcarea de trafic este exprimată ca număr de vehicule pe zi (vehicule neîncărcate cu greutate mai mare de 1,5t) pe o direcţie de circulaţie, în primul an al duratei de viaţă considerată egală cu 40 ani. în cazul când sunt mai mult de două benzi pe o direcţie de circulaţie se corectează încărcarea de trafic. 4.3.1.2. Caracteristicile betonului O caracteristică a betonului considerată în această metodă este lăţimea dalelor din beton. 4.3.1.3. Rezistenţa pământului de fundaţie Rezistenţa pământului este apreciată prin valoarea indicelui de portanţă californian, CBR. 4.3.2. Procedeul de dimensionare Pe baza baza valori valoriii indice indicelui lui de portan portantă tă califo californi rnian an al pămân pământul tului ui de fundaţ fundaţie, ie, CBR se determină grosimea stratului de fundaţie inferior (stratul capilar). Se recomandă pentru stratul de fundaţie folosirea betonului slab cu o grosime de 15 cm. Dacă terenul de fundare este sensibil la acţiunea îngheţ-dezgheţului grosimea totală a structurii rutiere rigide nu va fi mai mică de 45 cm. Apoi, în funcţie funcţie de numărul numărul de vehicule vehicule comerciale comerciale pe zi se determină determină grosimea grosimea dalei dalei din beton din diagrama de dimensionare.
4.4. Metoda de dimensionare BRD - Germania Metoda de dimensionare germană este de fapt un catalog cu un număr limitat de structuri tip determinate în principal pe baza unei experienţe foarte largi în domeniul îmbrăcăminţilor rutiere rigide. Pentru a se putea folosi catalogul de structuri tip trebuie cunoscută încărcarea de trafic, exprimată în număr de vehicule grele pe zi (camioane şi autobuze), pe banda de circulaţie în primul an al duratei de viaţă (20 de ani). Pentru fiecare încărcare de trafic poate fi aleasă structura tip corespunzătoare, căreia îi corespund mai multe substructuri tip. La suprafaţa fiecărui strat al structurii rutiere este dat modulul său de elasticitate. 5. Staţionarea Am arătat mai înainte că este recomandabil să se separe vehiculele staţionate care, dacă ar fi menţinute pe partea carosabilă, ar produce o reducere apreciabilă a capacităţiii, constituind totodată şi un pericol. 47
In cale curentă, amenajarea acostamentelor, care a fost analizată mai înainte, constituie soluţi soluţiaa normal normalăă a proble probleme mei; i; adopta adoptarea rea,, benzii benzii de staţio staţiona nare re accide accidenta ntală lă trebui trebuiee să rămână rămână excepţională, creându-se zone speciale speciale de staţionare (vezi ( vezi figura 3.48.). In marile oraşe, staţionarea vehiculelor constituie cauza principală a reducerii capacităţii arterelor. S-au făcut studii numeroase pentru calculul numărului de amplasamente necesare în oraşe, număr care este, evident, în funcţie de numărul de locuitori şi de procentul de motorizare în cartierele periferice şi rezidenţiale. In cartierele comerciale, ar fi necesar aproximativ un loc pentru 50 m2 de birouri şi pentru 100 m 2 de ateliere. In general, suntem foarte departe de a oferi aceste posibilităţi, chiar dacă se admite o distanţă de 5 minute de mers pe jos între locul de staţionare şi cel de destinaţie. Suprafaţa locurilor de parcare se evaluează admiţând 25 m 2 pentru un vehicul. Studiul amănunţit al staţionării urbane depăşeşte cadrul acestei lucrări. Ne vom mărgini să indicăm, în mod general, principalele soluţii: - crearea unor drumuri largi (staţionarea laterală, în cazurile în care este compatibilă cu lăţimea drumului, este cea care permite amplasarea celui mai mare număr de vehicule pe o anumită suprafaţă). Reamintim că supralărgirea necesară pentru a permite staţionarea fără a stânjeni circulaţia este de la 2 la 2,50 m; - devierea circulaţiei de tranzit în afara centrului oraşelor; - îmbunătăţirea transporturilor în comun care necesită mult mai puţin spaţiu pentru un călător transportat decât transportul individual; limitarea corelativă a acestora din urma în centrul oraşelor; - crearea de locuri de parcare pentru autovehicule în amplasamentele libere; amenajarea locurilor de parcare subterane (care ar putea să prezinte, în anumite cazuri, interes pentru protecţia civilă); - obligarea particularilor de a construi garaje în imobile; - perceperea de taxe de staţionare; contoarele de parcaje sunt folosite curent în S.U.A. Ele au fost introduse la Basel şi Stockholm unde se pare ca au sporit în mod substanţial posibilităţile de folosire a amplasamentelor (taxa este de 0,20 F la 0,35 F pe ora); - limitarea duratei de staţionare permisă.
6. Instalaţii accesorii ale drumului Este indispensabil ca, la marginea drumului sau în imediata lui apropiere, să se amenajeze instalaţii ca: posturi de alimentare cu carburanţi, garaje, restaurante (şi în special puncte de odihnă pentru vehiculele grele). Aceste instalaţii, care depind, în general, de iniţiativa particulară, trebuie concepute ţinând seama de preocupările arătate mai înainte. In special, instalarea staţiilor de distribuire a carburanţilor a fost reglementată printr-o circulară din 6 mai 1954, al cărei obiectiv este evitarea staţionării pe partea carosabilă şi chiar, în măsura posibilităţilor, ocuparea zonei publice. Pentru instalaţiile de pe terenuri particulare (staţii – service), condiţiile de acces sunt definite strict (figura 3.48.); pe drumurile importante se prevăd benz benzii de accel accelera erare-d re-dece eceler lerare are.. In orice orice caz, caz, aceste aceste instal instalaţi aţiii sunt sunt int interz erzise ise în apropi apropiere ereaa intersecţiilor şi acolo unde vizibilitatea este rea (circulara din 24 mai 1949).
48
Fig.3.48.Zonă de staţionare De altfel nu este întotdeauna de dorit dezvoltarea instalaţiilor speciale rutiere, a căror proliferare excesivă ar conduce la izolarea drumului de mediul înconjurător; în Franţa, unde oraşele numeroase oferă călătorului ospitalitatea lor gastronomică, a peisajelor şi monumentelor lor, Şi a unei destinderi de câteva ore, pare preferabilă stabilirea unei simbioze avantajoase pentru toţii înt toţ între re drum drum şi regiun regiune. e. Amenaj Amenajare areaa bifurc bifurcaţi aţiiil iilor or semnal semnaliza izarea rea,, public publicita itatea tea (în lim limite itele le permise) trebuie să ţină seama de această preocupare. Pe autostrăzile de legătură se prevăd în principiu: - zone de staţionare, situate în exteriorul platformei, la fiecare 10 km; - zone de deservire normale, care asigură alimentarea vehiculelor, la fiecare 30 km; - zone de deservire principale, care comportă în plus locuri de repaus (restaurante, eventual moteluri), aproximativ la fiecare 100 km. Aceste Aceste instal instalaţi aţii,i, împreu împreună nă cu căile căile de accel accelera erare re şi decele decelerar rare, e, ocupă ocupă supraf suprafeţe eţele le importante; amplasamentul lor trebuie să fie judicios ales în vederea unei construcţii şi exploatări economice. Mai cităm, printre instalaţiile accesorii ale drumului: - adăposturile pentru călătorii serviciilor de transport în comun; trebuie să se urmărească să nu se adopte pentru acestea o poziţie stânjenitoare în intersecţii. In localităţile de oarecare importanţă, amenajările se amplifică până la a ajunge să constituie o adevărată autogară; - posturile telefonice destinate automobiliştilor în pană (fie pe autostrăzi, unde depanarea imediată este indispensabilă - la fiecare 2 sau 3 km - fie în regiunile slab populate); - posturile de ajutor, semnalizate pe drum de către asociaţiile de turism şi organizate în clădiri învecinate (restaurante, case forestiere etc.) 7. Peajul (taxa rutieră) Finanţarea unei autostrăzi, integral sau parţial, pe baza de împrumuturi garantate prin taxa rutieră impune un studiu foarte amănunţit al circulaţiei probabile şi prevederi cu privire la ,,evaziunea" ,,evaziunea" vehiculelor care, pentru a nu plăti taxa rutieră, vor rămâne pe drumurile vecine. Ghişeele de plată a taxei rutiere pot fi construite fie transversal pe artera principală, fie pe căile de acces (remiterea unei fişe la intrare, plata la ieşire). Căile au câte 3 m lăţime, insulele ghişeelor câte 2 m; capacitatea pe fiecare fir de circulaţie este de 500 vehicule/oră la intrare şi de 250 la ieşire. 49
Sporirea cheltuielilor corespunzătoare instalaţiilor pentru plata taxei rutiere este de ordinul a 7% din costul autostrăzii, în plus, cheltuielile de percepere a taxei rutiere (peajului) grevează cu 7 până la 10% totalul încasărilor brute.
Fig.3.49.Staţie de taxare pe autostradă In unele ţări, pe lângă participarea statului la construcţia de autostrăzi, sunt angrenate şi societăţi particulare, care apoi, în anumite condiţii, exercită şi dreptul de exploatare. Folosirea acestor autostrăzi de către utilizatori se poate face dacă se plăteşte taxa de circulaţie - peaj- ce variază în funcţie de tipul autovehiculului, distanţa de transport etc. Se pot include astfel diverse cote, pentru drumuri, în taxele privind: - examenul de conducere auto - obţinerea permisului de conducător - vânzarea benzinei, uleiurilor - amenzile aplicate contravenienţilor la legea drumurilor şi la legea circulaţiei rutiere Pentru exemplificare, se menţionează că în Franţa finanţarea programului de autostrăzi a avut următoarele surse: - permise de conducere şi înscriere în circulaţie 3% - impozite anuale pe autovehicule 7% - taxe asupra autovehiculelor societăţilor 1% - taxe asupra carburanţilor şi lubrifianţilor 85% - taxe pentru tonaje ridicate 3% - taxe de circulaţie 1% In Japonia, investiţiile pentru dezvoltarea reţelei rutiere provin din: - taxe pe benzină, lubrifianţi etc. 36% - taxe pe motorină şi impozite pentru drumuri 17% - fonduri generale şi taxe de circulaţie 47%
50
