Особенности проектирования автомобильных дорог в плане

Проекция оси дороги на земную поверхность образует пространственную кривую - трассу.

 

Прямые участки обеспечивают проектирование дороги в заданном направлении.

 

Кривые участки (закругления) обеспечивают плавное движение автомобилей в местах примыкания одного прямого участка к другому, где между этими прямыми участками имеется некоторый угол поворота.

 

Прямые участки характеризуются длиной и румбом участка.

 

 

Строительство развязок

 

Круговые дорожные кривые (закругления) характеризуются углом поворота, радиусом кривизны и длиной кривой.

 

Рис. 9. Разбивка   круговой дорожной кривой

Пример. Наложенный на карту участок обращен направо и вверх, образуя с географическим меридианом угол 80°. Румб  r₁  этого участка будет СВ : 80°.

Другой участок обращен также направо, но вниз, образуя с меридианом угол 75°. Румб  r₂ этого участка будет ЮВ:75°.

Угол поворота представляет собой угол, образованный прежним (продолженным) и новым направлением трассы (рис. 9).

Между величиной угла поворота и румбами прямых участков, образующих этот угол, существует закономерная взаимосвязь. Величину угла поворота можно получить в виде разности, производя геометрическое вычитание угла, соответствующего румбу одного участка, из угла, соответствующего румбу другого, примыкающего участка.

В предыдущем примере, где r₁=СВ:80°, а r₂=ЮВ:75°, искомый угол поворота будет равен                                                     

Угол поворота тождествен центральному углу круговой дорожной кривой. Это обусловливается тем, что круговая дорожная кривая вписывается в угол,   дополнительный   к углу поворота.

Если угол поворота равен , то кривая вписывается в угол .

Длина кривой, как и длина всякой дуги окружности, может быть выражена через величину радиуса кривизны и угла поворота.

 , м

Точки начала и конца кривой находятся на равном расстоянии отвершины угла поворота. Эти расстояния, откладываемые по касательным к кривой, носят название тангенсов (употребляемый в дорожном деле тангенс измеряется в линейных единицах).

,  м

т. е. тангенс круговой дорожной кривой равен радиусу кривой, умноженному на тангенс половины угла поворота.

Сумма двух тангенсов за вычетом длины кривой характеризует сокращение длины трассы в результате разбивки кривой (так называемый домер).

После нанесения трассы дороги в законченном виде на карту (с учетом кривых, вписанных во всех углах поворота или, точнее, в дополнительных к этим углам) трасса разбивается на равные отрезки длиною по 100 м, так называемые пикеты. Пикеты пронумеровывают начиная с нулевого, соответствующего начальной точке участка   дороги.

Разбивка пикетажа помогает определить точное местонахождение любой точки на оси дороги; для этого указывается предшествующий порядковый номер пикета плюс количество метров от этого пикета до заданной точки. Так, например, местонахождение точки ПК 27 + 86, значит, данная точка находится на расстоянии 2786 м от начальной точки дороги.

При разбивке дорожных кривых необходимо учитывать пределы изменения углов поворота и радиусов кривизны.

Углы поворота подразделяются на углы влево и углы вправо по ходу лежащие; пределы изменения углов поворота от 0 до 180°.

При выборе радиуса кривизны руководствуются категорией дороги.

В интересах улучшения условий движения при разбивке кривых стремятся применять радиусы от 2000 до 5000 м. Однако условия местности не всегда это позволяют, часто приходится уменьшать радиусы, но не ниже предела, установленного в НиТУ 128-55.

Автомобили, двигаясь с самой незначительной скоростью, могут развернуться на кривых значительно меньшего радиуса кривизны, чем нормативные; для большинства отечественных автомобилей этот  радиус не превышает 10 м. Эту величину при разбивке дорожных кривых увеличивают в несколько десятков раз исходя из требований безопасности движения.

Центробежная сила С, возникающая при движении автомобиля по кривой, обратно пропорциональна величине радиуса кривизны

Поэтому с уменьшением радиуса возрастает центробежная сила (рис. 10), которая при известных условиях может привести к таким опасным явлениям, как боковой занос  автомобиля или даже его   опрокидывание.

Вредное действие центробежной силы на отлогих кривых или при небольших скоростях движения нейтрализуется собственным весом автомобиля с учетом величины сцепления его шин с поверхностью дороги

где  - коэффициент  сцепления,   который   при   поперечном смеще­нии автомобиля несколько меньше, чем при движении в продольном направлении. Для дорог в хорошем состоянии  = 0,3-0,4; для мокрых и гряз­ных дорог  = 0,1-0,12.

Из последнего уравнения выводится формула взаимозависимости между расчетной скоростью движения и радиусом кривизны

   м/сек

Если скорость автомобиля при движении на повороте окажется большей, чем она должна быть при данных R и , то произойдет боковой занос автомобиля. При боковом заносе автомобиль может оказаться на соседней полосе движения, сползти в кювет и даже сделать полный поворот почти на одном месте. При очень высоком коэффициенте сцепления или при наличии какого-нибудь препятствия (например, выступающего трамвайного рельса) боковой занос может не произойти, но в этом случае
автомобилю на крутом повороте   угрожает   опрокидывание.

Опрокидывание автомобиля относительно его продольной оси может произойти, потому что центробежная сила, действуя на плече h, равном высоте расположения центра тяжести автомобиля, создает опрокидывающий момент

 (рис.11, а).

Сила тяжести (вес автомобиля) препятствует опрокидыванию, в свою очередь создавая момент

где b - ширина колеи автомобиля, м.

Опрокидывание произойдет, если момент от центробежной силы М₁ превысит момент М₂ от силы тяжести автомобиля (равенство моментов будет соответствовать состоянию неустойчивого равновесия)

Отсюда может быть выведена вторая формула расчетной скорости движения автомобиля на повороте, устанавливающая соотношение между скоростью, при которой возможно опрокидывание, радиусом кривизны и конструктивными параметрами автомобиля

м/сек

Поскольку на возможность опрокидывания состояние дороги не влияет, а на возможность возникновения бокового заноса не влияют конструктивные параметры автомобиля, расчетную скорость следует определять по обеим формулам. Как правило, при превышении расчетных скоростей боковой занос происходит ранее опрокидывания, но может сопровождаться опрокидыванием. Таким образом, если в исключительных случаях приходится идти на разбивку дорожных кривых радиусом менее нормативного, то движение на этих кривых должно совершаться со скоростями меньшими, чем расчетные, установленные для данной категории дороги.

Руководствуясь интересами безопасности движения, вместо нормального двухскатного поперечного профиля, типичного для прямых участков дорог, на кривых, имеющих радиус кривизны менее 2000 м, прибегают к односкатному профилю с поперечным уклоном, обращенным в сторону центра кривой. Участок дорожной кривой с односкатным поперечным профилем называется   виражом   (рис. 12).

Кривая, имеющая вираж, допускает более значительную скорость движения (не подвергая автомобиль опасности возникновения бокового заноса), чем кривая того же радиуса, не имеющая виража

м/сек

При наличии виража в некоторой степени ослабляется и опасность опрокидывания, происходит увеличение  плеча и уменьшение h (рис.  11, б).

Виражи на дорогах I категории обычно имеют поперечный уклон 0,02-0,04, на дорогах II-III категорий - 0,02-0,06, на остальных дорогах - до 0,10.

Переходный участок, на котором происходит изменение поперечного профиля от двухскатного до односкатного, называется отгоном виража. В плане эти участки обычно имеют форму сложных переходных кривых (например, в виде кубической параболы или радиоиды), что обеспечивает плавность выхода автомобилей с прямой на круговую кривую и обратно.

На кривых малого радиуса в целях лучшего вписывания габаритов подвижного состава в проезжую часть дороги производится уширение проезжей, части сверх норм, установленных для прямых участков.

Уширение делается от 0,40 до 1,40 м за счет внутренней обочины с тем чтобы ее ширина оставалась не менее 1,0 м(в горных условиях не менее 0,5 м).