Mérnöki alapismeretek II. 2011/2012, őszi félév Levelező tagozat

1. Mérnöki alapismeretek II.2011/2012, őszi félévLevelező tagozat Katona János

2. Áttekintés • Az úttervezés tárgya • Az úttervezés távlatai, tervműveletek • Mozgó járművek mechanikája • Biztosítandó látótávolságok • Vízszintes és magassági vonalvezetés • Ívösszehangolások

3. Az úttervezés tárgya • ~: új közutak létesítése és a meglévők korszerűsítése. (Közutakon állami és önkormányzati utakat egyaránt értünk.) • Hálózat elve: az utak nem önállóan, hanem hálózatot alkotva kapcsolják össze a településhálózat egyes elemeit, a településeket. • Hierarchia elve: pl. a szabályos hálózatban csak azonos rangú vagy legfeljebb csak eggyel alacsonyabb rangú úthálózati elemek csatlakoznak egymáshoz. A közutak kategorizálása: • Külterületi közutak (az országos (állami) közúthálózat) • Belterületi közutakat (a belterületi (önkormányzati) illetve a helyi közutak)

4. A környezeti körülmények meghatározása - külterület „A” jelű környezet • síkvidékés/vagytermészetiésépítettkörnyezetkorlátozásoknélkül. „B” jelű környezet • dombvidékés/vagytermészetiésépítettkörnyezetkorlátozásoknélkül, • síkvidék oly mértékű természeti és/vagy épített korlátozásokkal, amelyek még lehetővé teszik a „B” kategóriához előírt tervezési sebességekhez kapcsolt paraméterek gazdaságos alkalmazását. „C” jelű környezet • hegyvidék, • sík és dombvidék oly mértékű természeti és/vagy épített korlátozásokkal, amelyek csak a hegyvidéki tervezési paraméterek alkalmazását teszik lehetővé.

5. A környezeti körülmények meghatározása - külterület

6. A környezeti körülmények meghatározása - belterület „A” jelű környezet • beépítésrenemszánt, beépítetlenvagylazánbeépítettterület, • nemérzékenykörnyezet. „B” jelű környezet • beépítésrenemszánt, beépítetlenvagylazánbeépítettterület, • érzékenykörnyezet. „C” jelű környezet • sűrűn beépített terület, • nemérzékenykörnyezet. „D” jelű környezet • sűrűn beépített terület, • érzékenykörnyezet.

7. A környezeti körülmények meghatározása - belterület

8. Páneurópai folyosók

9. Páneurópai folyosók

10. Útpályával kapcsolatos fogalmak • Alépítmény = Földmű: A pálya és a kapcsolódó építmények elhelyezésére szolgáló terepkiegyenlítés, melyet általában a talaj saját anyagából hoznak létre. A terepből a talaj eltávolításával kialakított földmű a bevágás, a terepszintből kiemelkedő földmű a töltés. Az útpályaszerkezet élettartama döntő mértékben függ a földmű minőségétől, állékonyságától. A földmű terheléssel szembeni ellenálló-képességét alapvetően meghatározza a földmű tömörsége valamint a talaj összetétele és víztartalma által megszabott teherbíró-képessége.

11. Útpályával kapcsolatos fogalmak • Felépítmény = Útpályaszerkezet Cél: a forgalom számára alkalmas és biztonságos burkolatfelület létesítése úgy, hogy a jármű terhelések okozta feszültségek, alakváltozások az útpálya-szerkezet egyes rétegein fokozatosan lecsökkenjenek, így a földműre már csak tartósan elviselhető kis igénybevételek jussanak.

12. Útpályával kapcsolatos fogalmak • Forgalmi sáv: az útpályának egy gépkocsisor biztonságos közlekedésére elegendő szélességű része. 3,00 - 3,75 m • Korona: a földmű felső lehatárolása a koronaszélek között, szélessége a koronaszélesség. A koronaszélességen belül középen helyezkedik el az útpálya, fő mérete a burkolatszélesség. • Közúti űrszelvény: a közúti fogalom számára, az útpálya felett szabadon tartandó tér • A koronaszélen túl a földművet rézsűk határolják. A terep és a rézsű metszésvonala a rézsűláb. A rézsűk hajlását σ –val jelöljük és a vízszintessel bezárt hajlásszög tangensével adjuk meg, pl: σ=1:1,5 • Árkok, folyókák: a koronáról, a rézsűről és a terepről az út felé folyó víz elvezetésére szolgáló nyílt felszínű csatornák. A vízelvezetés biztosítása az út állékonysága szempontjából döntő fontosságú. (talpárok, oldalárok, övárok)

13. Útpályával kapcsolatos fogalmak • Helyszínrajz: az út tengelyének vízszintes vetülete • Hossz-szelvény: az út tengelyében állított, függőleges alkotókkal rendelkező felületnek és a terepnek, valamint a burkolatnak a metszésvonala síkban kifejtve. A burkolattal való metszés a pályaszint a tereppel való metszés a terepvonal. • Keresztszelvény: az úttengelyre merőleges sík és a terep, valamint az úttest metszésvonala.

14. Útpályával kapcsolatos fogalmak

15. Mintakeresztszelvény - Autópálya

16. Mintakeresztszelvény - Autóút

17. Űrszelvény – Autópálya, autóút

18. Külterületi osztatlan pályás közutak keresztszelvény elemei

19. Űrszelvény – Külterületi közút

20. Űrszelvény – Belterületi közút

21. Külterületi közutak útkorona mintakeresztszelvény elemeinekszélességi méretei

22. Külterületi közutak útkorona mintakeresztszelvény elemeinekszélességi méretei

23. Az egyes útkategóriákhoz tartozó sávszélességek értékei [m]

24. Az utak tervezési szempontjai • Biztonság: az út vonalvezetése (ívek, lekerekítések, láthatóság) nagymértékben meghatározza a közlekedés biztonságát. • Gazdaságosság: építési költség, közlekedési költség, externáliák (külső gazdasági hatások). • Utazáskényelem: harmonikus, a vezetőt nem fárasztó vonalvezetés. • Környezetvédelem: mind az építés, mind az üzemelés a lehető legkisebb mértékben terhelje a természetes illetve az épített környezetet. • Tájba illeszkedés: a tervezett út simuljon a tájba, ne egy idegen testként jelenjen meg.

25. Tervszintek A tervezés során egymásra épülve különböző tervszinteken, egyre nagyobb részletességgel készülnek el az út tervei. Az egyes tervszintek különböző, szintén egymásra épülő célokat szolgálnak: • Településrendezési tervközútimunkarésze: a településterületénbelülszabályozzaazutakéscsomópontjaikhelyétésterületét. • Tanulmányterv: az alapvető geometriai adatokat tartalmazza, főként az út tengelyére vonatkozóan, célja a legkedvezőbb variáció kiválasztása. • Engedélyezési terv: az út teljes szélességére kiterjedő részletes terv, mely a földmunkára és a víztelenítésrevonatkozóinformációkat is tartalmazza, célja a létesítésiengedélyekmegszerzése.

26. Tervszintek • Ajánlati terv (ajánlatkérési műszaki dokumentáció, tenderterv): célja a kivitelező kiválasztása. • Építési terv (kiviteli, kivitelezési terv): célja a megfelelő műszaki minőség megvalósítása, a létesítménymegvalósításávalkapcsolatosösszesrészletesinformációttartalmazza. • Megvalósulási dokumentáció: A megvalósult létesítmény kialakítását, eredeti tervektől való eltéréseitrögzíti. Minden terv több munkarészből (helyszínrajz, hossz-szelvény, stb.) áll, amelyeket egymással folyamatosan egyeztetni kell a tervezés folyamán. Az egyes munkarészek állhatnak kötelező illetve esetenként kötelező részekből. Az esetenként kötelező részek elhagyhatók, ha az adott úttervezés során ilyen feladat nincs, vagy ha a feladat jelentősége önálló munkarész készítését nemigényli.

27. Tervezéshez szükséges adatok A tervezéshez első sorban az alábbi alapadatokat kell figyelembe venni: − a forgalmi adatok (forgalmi tervezés szerint), − az érintett terület épített és természeti környezeténekadatai, − geotechnikai adatok. A tervezett út osztályba sorolásától, jelentőségétől és környezetétől függően még további adatok beszerzése is értelemszerűen szükségessé válhat, ilyenek lehetnek: − az érvényes területrendezési és -fejlesztési, valamint úthálózat-fejlesztési tervek, − baleseti adatok, − meglévő útpályaszerkezetek és műtárgyak adatai, − közművek jelenlegi és tervezett adatai, − környezetvédelmi tervezéshez szükséges adatok, − vízügyi adatok, − meteorológiai adatok,

28. Közutak forgalmi tervezése • A közutak tervezési osztályba sorolásához, a nagy távlatban szükséges hely biztosításához, akeresztmetszeti elemek (forgalmi sávok száma, pályaszerkezete, vízelvezetés stb.) meghatározásához forgalmi tervezés (méretezés, ellenőrzés) szükséges. A közúthálózatok tervezése és a távlati forgalmak meghatározása a hálózatfejlesztési tervek, valamint a területfejlesztési tervekkeretében történik, vagy a tanulmánytervben egyedi vizsgálattal. Konkrét úttervezéseknél, új útesetén a távlati forgalom általában adott érték. Az út tervezési osztályba sorolásának ismeretében kell az út tervezési időtávra előrebecsült mértékadó forgalmát összehasonlítani a megengedett forgalomnagyság-értékekkel annak eldöntésére, hogy milyen keresztszelvényt kell kiépíteni.

29. A forgalmi tervezés időtávlatai • Nagy távlat A tervezés idején meghatározott, a legnagyobb gépjárműellátottság-érték eléréséhez (telítettség) tartozó időpont. A nagy távlatra előrebecsült mértékadó forgalom alapján kell tervezni: − a közutaktervezésiosztályát, − a közutakvonalvezetését, helybiztosítását, − a csomópontokterületigényét, − a műtárgyak műszaki kialakítását.

30. A forgalmi tervezés időtávlatai • Tervezési időtáv A tervezési időtáv – amennyiben a létesítmény mértékadó részeinek élettartama konkrétan nem határozható meg – általában a létesítmény üzembe helyezésének időpontjától számított 15 év. Az erre az időtávra előrebecsült mértékadó forgalomra kell megtervezni: − a közutak keresztszelvényét, az ütemezés lehetőségeinek figyelembevételével, − a csomópontok (ütemezett) kialakítását, − a közutakpályaszerkezetét.

31. Tervezési forgalmak A közútiforgalomjellemzésérehasználttervezésiforgalmak: − átlagos napi forgalom (ÁNF, E/nap vagy jármű/nap), − mértékadó óraforgalom (MOF, E/h vagy jármű/h), − egységtengely-áthaladásiszám (F100, db – a pályaszerkezet-méretezéshez), − mértékadónappali (12 óra), esti (4 óra) éséjszakai (8 óra) forgalom– a közlekedésizaj- éslégszennyezésszámításához. A tervezési forgalmakat – a tervezési feladatnak megfelelően – személygépkocsi-egységben, járműdarabban, a forgalom összetételének megadásával, irányonként kell meghatározni.

32. Egységjármű szorzók

33. Forgalomfelvétel A forgalmi tervezéshez szükséges adatok beszerzése történhet a tervezési terület hálózatának keresztmetszetein áthaladó forgalom felvételével, azaz keresztmetszeti felvételekkel, vagy a tervezési terület forgalmának és az oda belépő, illetve az onnan kilépő forgalmak úticéljainak és kiindulási helyeinek felvételével, azaz célforgalmi felvétellel.

34. Keresztmetszeti számlálás Céljai lehetnek: • Egy-egy útkeresztmetszetet terhelő forgalom nagyságának megismerése; • A keresztmetszet által képviselt útszakasz terhelő forgalom időbeli ingadozásának meghatározása; • A forgalom összetételének megállapítása; • Egyidejűleg végrehajtott célforgalmi számlálás ellenőrzése

35. Keresztmetszeti számlálás A forgalomfelvétel történhet: • Kézi módszerrel: ebben ez esetben a számláló egy felvételi nyomtatványt tölt ki egyszerű strigulázással. A nyomtatványt számlálási irányonként, a főbb járműfajtákat megkülönböztetve és az áthaladási időpontokat 5 perces intervallumokba rendezve egyszerű vonalkázással kell kitölteni. • Automatikus forgalomszámláló detektorokkal, amelyek esetében két, egymástól 1 méterre elhelyezett detektor a járművek hosszát is méri, amelyből az áthaladt jármű fajtája is megállapítható.

36. Forgalomfelvételi adatlap

37. Célforgalomi számlálás Egy adott körzeten v. csomóponton belül kialakuló forgalom kiindulásának és végpontjának feltárása a cél: • egy csomóponton belül a csomóponti ágak között fellépő forgalomnagyságok és összetételük is meghatározható a csomóponti szabályozás megtervezéséhez. • egy nagyobb körzeten belül a jelentkező forgalmak keletkezési helyeinek és úticéljainak a megállapítása után a helyi keletkezésű, a helyi úticéllal rendelkező és az átmenőforgalom egymástól elkülöníthető, így (amennyiben szüksége) lehetővé válik egymástól független kezelésük. A felvétel módjai: • Megfigyeléssel, videótechnikával • Megfigyelési pontokon történő rögzítés (diktafon, videó) • Cédulákkal, számokkal való megjelölés • Kikérdezés, interjú

38. Átlagos napi forgalom

39. Mértékadó óraforgalom A forgalmi terhelés alapján történő méretezés másik fontos forgalmi jellemzője. A mértékadó óraforgalom az az óraforgalom, amelynél nagyobb az egész és folyamán legfeljebb 30-50 órában fordul elő. MOF= ω ANF [E/h] Az ωcsúcsóratényező a kívánt óratartósságtól (30-50) és az útjellegtől függ. A hazai 50 órás tartósságú MOF érték mellett: Külterületi közutaknál hétköznapi forgalomnál ω = 0,12 hétvégi forgalomnál ω = 0,15 Belterületi közutaknál ω = 0,10

40. Megengedett forgalomnagyságok A forgalmi tervezésnél • a megfelelő és • az eltűrhető szolgáltatási szintet kell figyelembe venni. Megengedett forgalomnagyságok folyópályán külterületi közutak esetén:

41. Méretezés forgalomadatok alapján • Az ÁNF előrebecsült értékét a keresztmetszetek méreteinek, az MOF előrebecsült értékeit a csomópontok forgalmi sávjainak, a folyópálya szakaszok irányonkénti forgalmi sávjának meghatározásánál használjuk.(A jelenlegi ÁNF, MOF értékek ugyanezen méretek ellenőrzésére alkalmasak.) • A mértékadó éves forgalom pedig a pályaszerkezet méretezésének az alapja.

42. Mozgó járművek mechanikája Az útpályán haladó járművekre ható erők: Ellenállások: • Mozgási ellenállások • Külső ellenállások Gördülési ellenállás Emelkedési ellenállás Légellenállás Mozgatóerők • Vonóerő • Tömegerő Íves pályán a járműre a centripetális gyorsulás is hat!

43. A gépjárművekre ható ellenállások • Azt, hogy a gépjármű mozgása gyorsuló, egyenletes, vagy lassuló mozgás mindenkor a vonóerő (Fv) és a teljes ellenállás (E) egymáshoz való viszonya határozza meg. E = Eg + Ee + El [N] ahol: Eg = gördülési ellenállás; Ee = emelkedési ellenállás; El = légellenállás. Mivel az út hosszában az ellenállások összege sűrűn változik, emellett főleg a forgalmi viszonyok miatt a vonóerőt is sokszor változtatja a járművezető, a gépjármű útja során a fenti három mozgásállapot szabálytalanul váltakozva fordul elő.

44. Gördülési ellenállás • Elsősorban az útpálya egyenetlenségétől és benyomódásától, valamint a gumiabroncsok terhelés és gördülés alatti belapulásából adódik. • Kísérleti mérések alapján a gördülési ellenállás a jármű súlyával (Q) arányos: Eg = μ Q [N] ahol: μ = fajlagos gördülési ellenállási tényező (1 [kN] járműsúlyra hány [N] gördülési ellenállás adódik.) Közúton a gördülési ellenállás elsősorban a burkolatfajtától függ, ezért többnyire elhagyjuk a μ értékének a sebességtől és az abroncsnyomástól való függését.

45. Gördülési ellenállás • Fajlagos gördülési ellenállás (μ) jó burkolatnál [kN]:

46. Emelkedési ellenállás • Nem más mint az emelkedőn felfelé haladó Q [N] súlyú járműnek a Q * sinα pálya irányú komponense, melyet a vonóerőnek szintén le kell győznie: Ee = Q * sinα =~ Q * tgα = Q [kN] 10e% [N] • A fajlagos emelkedési ellenállás értéke nem más mint a pálya tízszeres emelkedő értéke százalékban. • Lejtőn lefelé való haladás esetén az emelkedési ellenállás a mozgás irányába hat, tehát gyorsító erő.

47. Emelkedési ellenállás • Az összefüggésből látható, hogy az emelkedési ellenállás értéke a sebességtől független, kizárólag az emelkedő mértékétől függ. • Fa - v koordinátarendszerben egy vízszintes tengellyel párhuzamos egyenes-sereget kapunk, mivel a különböző emelkedőkhöz különböző vízszintes egyenes, mint ellenállás tartozik. Lejtő esetén az egyenes az abszcissza alatt helyezkedik el:

48. Légellenállás • Értéke a kísérletek szerint a sebesség (v) négyzetétől, a homlokfelület (A) nagyságától, valamint a kocsiszekrény szögletes, vagy többé kevésbé áramvonalas alakjától függ. Az utóbbi hatását szélcsatornában aerodinamikai kísérletek eredményeképp nyert légellenállási tényezővel (c) vesszük figyelembe:

49. Légellenállás • Így a légellenállás értéke N-ban: El = c A v2 [N] (A [m2] ; v [km/h]) • Értéke a járműsúlytól (Q) független. • A homlokfelület (A) nagysága: • személygépkocsinál : 2-3 m2 • tehergépkocsinál: 3-6 m2 • autóbusznál: 4-7 m2

50. Teljes ellenállás értéke közúton E = Q (μ + 10e%) + c A v2 [N] (+ előjel emelkedőben, - előjel lejtőben)