DGM = Vt + (2.2) 2. KARAYOLU TASARIM MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ

Transkript

1 . KARAYOLU TASARIM MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ Bir karayolu güzergahını (yada geçki veya eksen) oluştururken Görüş Mesafesi Yatay ve Düşey Kurblar Dever Diğer (Eğim, karar görüş mesafesi, eğim, enkesit, düşey açıklık, tırmanma şeridi, vb.) gözönüne alınacak başlıca tasarım elemanlarıdır..1. GÖRÜŞ MESAFESİ Sürüş emniyeti için sürücünün, belirli bir ufki uzunlukta ilerisini görebilmesi gereklidir. Karayolu tasarımlarında a)duruş Görüş Mesafesi (DGM) ve b)geçiş Görüş Mesafesi (GGM) ayrı ayrı hesaplanmalıdır. GGM, sadece İki Şeritli-İki Yönlü karayollarında gerekli iken DGM ise bölünmüş ve otoyollar dahil olmak üzere tüm karayollarında (gerek kentdışı gerekse kentiçi) gereklidir Duruş Görüş Mesafesi (DGM) Duruş görüş mesafesi, sürücünün aracını durdurmayı gerektirdiği hallerde gerekli mesafe olup durmayı gerektiren hususu algılama süresinde ve daha sonra durmak için frene basmaya kadar geçen reaksiyon süresinde alınan yol ile frene basıldıktan sonra durmaya kadar geçen süredeki frenleme mesafesi için alınan yolun toplamına eşittir. Dolaysıyla DGM, For..1 ile hesaplanmalıdır. DGM = d a&r + d f = 0.78Vt (.1) DGM : Emniyetli Duruş Görüş Mesafesi, m V : Tasarım hızı, km/h t : Algılama ve reaksiyon süresi,.5 s a : Yavaşlama ivmesi, 3.4 m/s Algılama ve reaksiyon süresi yapılan araştırmalarda 1.64 s kadar az olabileceği görülmüş olsada.5 s olarak alınması emniyet açısından AASHTO tarafından tavsiye edilmekte ve KGM tarafındanda ülkemizde kabul görmektedir. Yavaşlama ivmesi hernekadar 4.5 m/s kadar olduğu yapılan araştırmalar ile ortaya konmuş olsada yine AASHTO tarafından 3.4 m/s olarak alınması emniyet açısından önerilmektedir. O.78 ve katsayıları, tasarım hızını km/h olarak alınması halinde metre cinsinden DGM mesafesini bulmak için formüle ilave edilmiştir. Buna göre; başlıca hızlara ait DGM değerleri Tab..1 de verilmiştir. Tablo.1 Düz Eğimde ve Eğimli Yollarda Duruş Görüş Mesafesi Tasarım Hızı Km/h d a&r m d f m Duruş Görüş Mesafesi, m Hesaplanan, m Tasarım, m -%3 -%6 -%9 +%3 +%6 +% Eğer yol eğimli ise DGM For.. ile hesaplanmalıdır. DGM = 0.78 Vt + (.) 1

2 G, yolun eğimi olup tamsayı olarak yani m/m cinsinden alınacaktır..1.. Geçiş Görüş Mesafesi (GGM) İki-Şeritli, İki-Yönlü kentdışı ve kentiçi yollarda birçok araç, önlerindeki yavaş seyreden araçları sık sık sollayarak geçmek durumunda kalmaktadır. Arkadaki hızlı aracın öndeki yavaş aracı emniyetli olarak geçebilmesi için geçiş sırasında alınan mesafenin karşıdan gelen araçla olan mesafesinden daha az yada eşit olmak zorundadır. Zira, sürücünün karşıdan gelen aracı mesafe olarak algılaması, işaret verip karşı şerite geçerek sollama yapması, hızını artırıp öndeki aracı karşı şeritde geçmesi, tekrar işaret verip sollayarak gidiş şeritine geçmesi ve bu manevra sırasında karşıdan gelen aracın aldığı mesafe için yeterli bir uzunluğa ihtiyaç vardır. A Policy on Geometric Design of Highway and Street, AASHTO nun 6. ve en son baskısında (011) sollama manevrası sırasında katedilen mesafeler ayrı ayrı hesaplanmak yerine Tasarım Hızı-Geçilen Vasıtanın Hızı-Geçen Vasıtanın Hızı dikkate alınarak Tab.. de verilmiştir. Şek..1 de ise tasarımda esas alınacak DGM ile GGM mukayesesi verilmiştir. Tablo.. İki-Şeritli Yollarda Geçiş Görüş Mesafesi Tasarım Hızı Kabul Edilen Hızlar (Km/h) Geçiş Görüş Mesafesi (Km/h) Geçilen Vasıta Geçen Vasıta (m) YATAY GÜZERGAH Yatay güzergahlar hem aliymanlardan (düz kesimler) hemde yatay kurblardan (dairesel eğrilerden) ibarettir. Zaten aliymanlar sonsuz yarıçaplı eğriler iken yatay kurblar belirli bir yarıçapa sahip eğriler (yada halk tabiri ile virajlar) olarak teşkil edilmektedirler...1. Yatay Kurblar Yatay kurb yarıçaplarının 00 m den daha az olmamasına (çok küçük trafik hacmine sahip düşük standartlı yollar ile köy/orman yolları hariç) azami gayret sarfedilmelidir. Eğer kurb yarıçapı 00 ila 450 m arasında ise kurb yarıçapı artıkça sürüş konforu ile özellikle sürüş emniyeti giderek büyük artış göstermektedir. Kurb yarıçapı 450 m den fazla ise aliyman ile kurb arasında özellikle sürüş emniyeti açısından hemen hemen bir fark yok gibidir. Şek.. de yatay kurb elemanları verilmiştir. Yatay kurbda diğer bir önemli husus ise eğrilik derecesidir. Eğrilik derecesi (D ⁰ ); 100 m uzunluğundaki yay parçasını gören açı olarak tanımlanır ve For..3 ile hesaplanır. D ⁰ = = (.3) Diğer elemanlar aşağıdaki gibi hesaplanır. T = R tan(δ/) (.4)

3 E = R ( (.5) M = R[1-cos(Δ/)] (.6) L = (.7) Şekil.1. Tasarım Hızına Bağlı Olarak DGM ile GGM Mukayesesi R : Yarıçap, m Δ: Sapma açısı, derece T : Tanjant uzunluğu, m E : Bisektris (yada dış mesafe), m M : İç mesafe, m L : Kurb uzunluğu, m Şekil. Yatay Kurb Elemanlarının Elemanları... Yatay Kurbda Dever Hesabı Bir yatay kurbda haraket eden bir araç merkezkaç kuvveti etkisi ile kurb merkezinden dışarı doğru savrularak devrilme ve/veya yoldan çıkma türü kazalar oluşmaktadır. Zaten kentdışı yollarda en fazla devrilme veya 3

4 yoldan çıkma şeklindeki kazalar kurblarda görülmektedir. Bunu önlemek amacıyla Şek..3 de görüldüğü gibi yolda dever uygulanmaktadır. Bilindiği gibi, merkezkaç kuvveti, F = (V /R)(W/g) olarak bilinmektedir. Burada araca etki eden ana kuvvetler, F c merkezkaç kuvveti, W araç ağırlığının düşey kuvveti ve teker ile kaplama arasındaki F f sürtünme kuvvetleridir. Deverli yolda araca etki eden kuvvetler, trigonometrik bağıntılardan aşağıdaki gibi elde edilir. 1 m Şekil.3 Yatay Kurblarda Dever Uygulanması Halinde Araca Etki Eden Kuvvetler W p = Wsinα ;Araç ağırlığının kaplama yüzeyine paralel bileşkesi F f = f f (W n + F cn ) = f f (Wcosα + ;Yanal sürtünme kuvveti F cp = W p + F f = Wsinα + f f (Wcosα + ; Merkezkaç kuvvetinin kaplamaya paralel bileşkesi Temel fizik kurallarına bağlı olarak denge şartından ötürü kaplamaya paralel yatay kuvvetlerin toplamı (yani F cp ) merkezkaç kuvvetinin kaplamaya paralel bileşenine eşit olmak zorundadır. Bu denge şartı For..8 ile tanımlanır. Wsinα + f f (Wcosα + = (.8) Her iki tarafı Wcosα ile bölersek For..9 elde edilir. tanα + f f = f s tanα) (.9) Burada tanα = e ve f f tanα 0 olması nedeniyle nihai olarak dever(e) ve minimum kurb yarıçapı(r) For..10 ve.11 den hesaplanabilir. e = (.10) 4

5 R = (.11) AASHTO ya göre minimum kurb yarıçapı For..1 ile tayin edilmekte olup ülkemizdede kullanılmaktadır. R min = & e = ( ) 100 (.1) Buradaki hız km/h, kurb yarıçapı m olarak ve max sürtünme katsayısı Tab..3 den alınmalıdır. Tablo.3 Dever Tasarımında Tavsiye Edilen Yanal Sürtünme Katsayısı ve Ort.İşletme Hızı V tas (Km/h) f max Ort.İşl.Hızı (Km/h) Tab..4 de dever ve yanal sürtünme katsayısının limit değerlerine göre tasarım esnasında verilmesi gerekli minimum kurb yarıçapları verilmiştir. Tablo.4 e max ve f max Değerlerine göre Minimum Kurb Yarıçapı V tas (Km/h) e max (%) f max Σ(e/100+f) Hesaplanan (m) Yuvarlatılmış (m)

6 ..3. Yatay Kurbda Dever Uygulaması Deverin konfor, yüzeysel yağmur sularının drenajı ve görünüş açısından uygun olabilmesi için yeter bir uzunluğa sahip olması gerekir. Bu uzunluk Şek..4 de görüldüğü gibi L= L t + L r olarak saptanacaktır. L r uzunluğu aşağıda belirtildiği gibi hesaplanmalıdır. L W n e 1 t r bw (.13) L r : Yolun dış kenarının %0 ve iç kenarının -% olduğu noktadan itibaren dış kenarın maksimum devere ulaşması için gerekli uzunluk, m W : Şerit genişliği, m n 1 : Rotasyon yapılan şerit sayısı e t : Tasarım dever miktarı, % : Maksimum relatif eğim, % (Tab..5 den alınacak) b w : Rotasyon yapılan şerit sayısı için düzeltme faktörü (Tab..6 dan alınacak) Minimum L t uzunluğu dış kenarın yükselme oranı için gerekli olup aşağıdaki gibi hesaplanmalıdır. e L n t Lr (.14) et L t : Yolun normal çatı eğiminden itibaren dış kenarın %0 ve iç kenarın -% olduğu noktaya kadar gerekli minimum uzunluk, m e n : Normal çatı eğimi, % e t : Tasarım dever miktarı, % L r : For..14 ile hesaplanan yani L t mesafesinden itibaren max devere ulaşılan mesafe Minimum L r ve L t uzunlukları Tab..1 den alınacaktır. Şekil.4 Yatay Kurbda Dever Uygulaması 6

7 Tablo.5 Maksimum Relatif Eğim (AASHTO 011) Tasarım Hızı (km/sa) Max Relatif Eğim (%) 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,47 0,44 0,41 0,38 0,35 Eşdeğer Max Relatif Şev 1:15 1:133 1:143 1:150 1:167 1:18 1:00 1:13 1:7 1:44 1:63 1:86 1. Max relatif eğim yüksek hızlar için uzun L r ve düşük hızlar için kısa L r sağlamaktadır.. Drenaj, konfor ve estetik açısından max relatif eğim kullanılacaktır. Tablo.6 Şerit Sayısı Düzeltme Faktörü (AASHTO 011) Rotasyon Yapılan Düzeltme Faktörü Şerit Sayısı (n 1 ) (b w ) 1 1,0 1,5 0,83 0,75,5 0,70 3 0,67 3,5 0,64 Not: Rotasyon ekseninin sağında veya solunda kalan yani döndürülen şerit sayısı n 1 olarak alınacaktır. Rakordman (yani L= L t + L r ) uzunluğu veya dever başlangıcı ile bitişi arasındaki mesafe belirlendikten sonra rakordmanın kurbdan ne kadar önce başlatılacağı Tab..8 deki gibi belirlenmelidir. Bu değerler kullanıldığında araçların yanal ivmesi ile yanal hareketleri (yani dış kenara savrulmaları) minimize edilmiş olacaktır...4. Yatay Kurblarda Yanal Görüş Açıklığı Yatay bir kurbda sürücü aliymanda olduğu gibi, bir tehlike anında emniyetli bir şekilde durabilmesi için dairesel kurb üzerinde hareket ederken Şek..5 de görüldüğü gibi, yanal bir mania ile DGM mesafesi engellenmemelidir. Bu nedenle yatay kurbda yanal görüş mesafesinin For..15 ile sağlanması gereklidir. YGA = R(1 - cos ) (.15) YGA : Yanal Görüş Açıklığı, m S : Duruş Görüş Mesafesi, m R : Kurb yarıçapı, m 7

8 Tablo.7 Minimum L r ve L t Uzunlukları (AASHTO 011) Tasarım Minimum L r (m) Hızı Dever (%) (km/h) Min L t (m) Tek Şerit Rotasyonu Çift Şerit Rotasyonu Tablo.8 Rakordman Uzunluğunun Aliymandaki Kısmı (AASHTO 011) Tasarım Hızı (km/h) Kurb başlangıcından önceki L r nin kısmı Rotasyon yapılan şerit sayısı 1,0 1,5,0-,5 3,0-3,5 0,80 0,70 0,85 0,75 0,90 0,80 0,90 0,85 Şekil.5 Yatay Kurblarda Yanal Görüş Açıklığı 8

9 .3. Düşey Kurblar Düşey aliymanların eğim değiştirdiği yerlerde sürüş konforu ve sürüş güvenliği esas alınarak düşey kurblar yapılmalıdır. Düşey kurb tasarımında Duruş veya geçiş görüş mesafesi (tepe düşey kurb için) Drenaj Far ışığı görüş mesafesi (dere düşey kurb uzunluğu için) gibi faktörler dikkate alınmalıdır. Düşey kurblar Şek..6 da görüldüğü gibi dere (veya açık düşey kurb) ve tepe (veya kapalı düşey kurb) olmak üzere iki ana tipde ve eğimlerin işaretine göre dört ayrı tipde teşkil edilmektedir. Sürüş konforu açısından eğim değişiminin azalması veya artmasının tedrici olması gerektiğinden dolayı düşey kurb uzunluğunun yeterince büyük olması gerekir. Ayrıca düşey kurb uzunluğu arttıkça görüş mesafesi ile drenaj şartlarıda iyileşmektedir. Düşey kurb uzunluğu için görüş mesafesi (duruş-geçiş-far ışığı), güvenlik, konfor, estetik ve drenaj gibi faktörler dikkate alınarak aşağıdaki gibi hesaplanmalıdır. L= K A (.0) L : Parabolik düşey kurb uzunluğu, m K : Düşey kurb katsayısı (Tab.. den alınacak) Parabolik tepe düşey kurbun minimum uzunluğu görüş mesafesi esas alınarak belirlenecek olursa güvenlik, konfor ve estetik şartlarıda aynı anda sağlanmış olacaktır. Tepe düşey kurb uzunluğu görüş mesafesinden daha uzun veya daha kısa olarak belirlenebilsede tepe düşey kurblarda yüksek kaza potansiyeli gözönüne alınarak Anayollarda, L Geçiş Görüş Mesafesi Tali Yollarda, L Duruş Görüş Mesafesi şartlarının sağlanmasına azami gayret sarfedilmelidir. Herhalikarda devlet yollarında düşey kurb uzunluğu duruş görüş mesafesinden daha az olmamalı ve minimun 00 m düşey kurb uzunluğu sağlanmalıdır. Şekil.6 Düşey Kurb Tipleri 9

10 Tepe düşey kurblarda ekonomik nedenlerden ötürü geçiş görüş mesafesini sağlayan düşey kurb uzunluğu çoğu zaman yapılamamaktadır. Sürücünün göz seviyesi 1,08m ve durmayı gerektiren yol üstündeki nesnenin yüksekliği ise 0,60m kabul edilerek tepe düşey kurbun uzunluğu aşağıdaki gibi bulunacaktır. AS S L ise L (.1A) S L ise L S (.1B) A L : Tepe düşey kurb uzunluğu, m S : Görüş mesafesi, m Buna göre tepe tipi kurb uzunluğu Şek..14 deki abak ile kolayca bulunabilecektir. Buradaki düz çizgiler S < L olması halinde ve kesikli çizgiler ise S=L olması halinde tepe tipi düşey kurb uzunluğunu vermektedir. Şek..13 de görülen TipI tepe düşey kurbun orta kısımlarında yolun boyuna eğimi yatay bir hal almakta ve yüzeysel yağmur suları dren olamayacağından dolayı hidroplan etkisi ile sürüş güvenliği sağlanamamaktadır. Bu nedenle Şek..14 de görüldüğü gibi K=51 kesikli çizginin üstünde ve solunda kalan tüm K değerleri drenaj kriterini sağlamaktadır. S >L olması halinde A nın küçük değerleri için tepe düşey kurb uzunluğu çok kısa olmaktadır. Böyle durumlarda MinL = 0,6V şartı sağlanmalıdır. Burada L, m ve V, km/sa olarak tasarım hızı alınmalıdır. Tepe düşey kurbların uzunluğu geçiş görüş mesafesine göre belirlenmek istenirse aşağıdaki gibi hesaplanmalıdır. AS S L ise L (.3A) S L ise L S (.3B) A Burada h 1 = h = 1,08 m olarak alınmış olup S, m cinsinden geçiş görüş mesafesi L, m cinsinden tepe düşey kurb uzunluğu ve A, % cinsinden eğimlerin cebrik farkı olacaktır. Tablo. Düşey Kurb Katsayısı Tasarım Hızı (km/sa) DGM (m) Duruş Görüş Mesafesi için Tepe Düşey Kurb Dere Düşey Kurb K K Geçiş Görüş Mesafesi için GGM Tepe Düşey Kurb (m) K

11 Dere tipi düşey kurb tasarımında Far ışığı görüş mesafesi Konfor Drenaj Estetik olmak üzere dört farklı kriter esas alınarak dere düşey kurb uzunluğu belirlenmelidir. Dere düşey kurb uzunluğunun tayini için genellikle Şek..16 da görüldüğü gibi, far ışığı görüş mesafesi esas alınmaktadır. Bunun için far yüksekliğini 0,6m ve ışık doğrultusunun yatayla 1 açı yaparak yükseldiği kabul edilerek aşağıdaki gibi hesaplanmalıdır. Ad Ad S L ise L (.4A) 00(0,6 d tan1º ) 10 3,5d 00(0,6 d tan1º) 10 3,5d S L ise L d d (.4B) A A L : Dere düşey kurb uzunluğu, m d : Işık hattı uzunluğu, m Yol güvenliği açısından d= Duruş Görüş Mesafesi alınacaktır. Bu durumda Şek..17 deki abak ile dere kurb uzunluğu tayin edilebilir. Ayrıca dere düşey kurb uzunluğu aşağıdaki gibi hesaplanabilmektedir. L = K A (.5) L : Dere düşey kurb uzunluğu, m K : Dere düşey kurb katsayısı (Tab.. den alınacak) Dere düşey kurblarda hareket eden araçların düşey yöndeki merkezkaç ivmesinin değişmesinden dolayı konfor olumsuz yönde etkilenmektedir. Eğer düşey yöndeki merkezkaç kuvvetinin değişimi 0,3m/sn den daha fazla değilse konfor yönünden sakıncalı olmayıp dere düşey kurb uzunluğu aşağıdaki gibi hesaplanmalıdır. Konfor kriterine göre hesaplanan uzunluk, far görüş mesafesine göre hesaplanan uzunluğun yaklaşık yarısı kadardır. AV L (.6) 395 L : Dere düşey kurb uzunluğu, m V : Tasarım hızı, km/sa Şek..13 görülen Tip III dere tipi düşey kurb şehir geçişi yollarında olduğu gibi bordürlü olarak yapılacak ise drenaj açısından en düşük kottaki 15m lik kesimde minimum boyuna eğim %0,30 olmalıdır. Bunu sağlamak için K=51 olarak alınmalı yani Şek..17 de K=51 kesikli-noktalı çizginin üstünde ve solundaki uzunluklar kullanılmalıdır. 11

12 Şekil.14 Tepe Düşey Kurb Uzunluğunun Tayini Şekil.16 Dere Düşey Kurb Uzunluğu Dere düşey kurbların estetik kriteri için K=30 alınarak veya L 30 A olarak hesaplanmalıdır. Alt geçitlerde dere tipi düşey kurb mevcut ise gerekli kurb uzunluğu aşağıdaki gibi hesaplanmalıdır. 800 C h1 h / L için L S (.7A) A S AS S L için L (.7B) 800 C h h / 1 1

13 L : Dere düşey kurb uzunluğu, m S : Görüş mesafesi, m C : Düşey açıklık, m (köprü, alt geçit, vb. gabari yüksekliği) h 1 : Göz yüksekliği (kamyon sürücüsü için,40m tavsiye olunur) h : Nesne yüksekliği (0,60m tavsiye olunur) Dere düşey kurbların estetik kriteri için K=30 alınarak veya L 30 A olarak hesaplanmalıdır. Alt geçitlerde dere tipi düşey kurb mevcut ise gerekli kurb uzunluğu aşağıdaki gibi hesaplanmalıdır. 800 C h1 h / L için L S (.7A) A S AS S L için L (.7B) 800 C h h / 1 L : Dere düşey kurb uzunluğu, m S : Görüş mesafesi, m C : Düşey açıklık, m (köprü, alt geçit, vb. gabari yüksekliği) h 1 : Göz yüksekliği (kamyon sürücüsü için,40m tavsiye olunur) h : Nesne yüksekliği (0,60m tavsiye olunur) Tüm düşey kurbların tasarımında güvenlik açısından Düşey kurb uzunluğunun mümkün olduğunca uzun olması Geçiş görüş mesafesinin sağlanması ekonomik açıdan büyük bir sorun yaratacak ise duruş görüş mesafesinin sağlanması uygun olacaktır. Ancak L 00 m olması yol güvenliği açısından mutlak gereklidir. L mesafesinin artması halinde yarma veya dolgu hacimlerinin artışı ve tepe kurblarda tepe kısmında boyuna eğimin azalması hatta sıfıra düşmesi kaçınılmaz olsada yol güvenliğinin sağlanması için mümkün olduğunca büyük kurb uzunluğunun seçilmesine gayret sarfedilmelidir. Şekil.17 Dere Düşey Kurb Uzunluğunun Tayini 13