CESTOVNE PROMETNICE I

4. Predavanje:

CESTA I KRETANJE VOZILA

izv. prof. dr. sc. Dubravka Hozjan

IV. CESTA I KRETANJE VOZILA

U rješavanju složenih projektnih zadaća i prometno-tehničkih analiza treba poznavati teoriju kretanja vozila te međusobni utjecaj vozila i ceste.

Unutar sustava vozilo – vozač - okolina (V-V-O) posebno se moraju istaći bitničimbenici u pogledu učinkovitosti i sigurnosti prometa: cestovna vozila, prosječne reakcije vozača te vozno-dinamička svojstva i neke operacije vozila na kolniku.

Za projektno rješavanje ceste između ostalog je potrebno poznavati:- značajke vozila- značajke vozača

2

1 Cestovna vozila

Suvremena cestovna vozila mogu se podijeliti u dvije osnovne vrste: osobna i teretna vozila. S obzirom na različite vrste vozila i njihovo sudjelovanje u prometu određuje se mjerodavno vozilo koje služi kao jedan od bitnih elemenata pri projektiranju cesta, raskrižja, priključaka itd.

Mjerodavno vozilo:• vozilo najvećih dimenzija, odnosno vozilo koje zbog svoje konstrukcije

postavlja najveće prostorne zahtjeve - mjerodavno je za statičko dimenzioniranje prometnog prostora

• vozilo koje je najzastupljenije u prometnom toku, odnosno reprezentativno vozilo koje svojim dimenzijama obuhvaća 85% učesnika u prometu –mjerodavno je za dinamičko dimenzioniranje

3

1.1 Osobna vozila

Različiti tipovi osobnih vozila razlikuju se po obliku školjke (karoserije), broju sjedala, smještaju motora, načinu pogona, vrsti okvira (šasije) i sl. U osobna vozila mogu se svrstati ona vozila koja imaju najviše osam sjedala za putnike, ne računajući mjesto vozača. Autobusi se zbog težine obično svrstavaju među teretna vozila.

Izmjere osobnih vozila i najmanji polumjer kruga okretanja različiti su kod različitih tipova vozila, a pretežito iznose:

- duljina vozila: 3,3 do 5,8 m, - širina vozila: 1,38 do 2,1 m, - visina vozila: 1,2 do 1,7 m,- razmak između osovina: 2,2 do 3,8 m, a - najmanji polumjer kruga okretanja: 8,7 do 12,5 m (polumjer putanje najistaknutije vanjske točke vozila pri maksimalnom zaokretu volana)

4

1.2 Teretna vozila i autobusi

U ovu kategoriju vozila pripadaju:

•teretna vozila (kamioni)•teretna vozila s poluprikolicom•teretna vozila s prikolicom•autobusi.

5

Teretna vozila koja su mjerodavna za dimenzioniranje prometnog prostora imaju uglavnom jednake maksimalne širine (2,55 m) i visine (4,00m), a razlikuju se samo u duljinama. Najveću duljinu ima vučno vozilo s prikolicom za prijevoz automobila: 21,00m.Najveću širinu ima hladnjača sa stjenkom debljine preko 45mm: 2,60m.

Motorna i priključna vozila, kao i skupovi vozila moraju imati takve uređaje da pri vožnji u krugu, promjer vanjske opisane kružnice bude najviše 25m, a promjer unutarnje kružnice najmanje 10,60m, tj. prebrisana širina ne bi trebala biti veća od 7,20m.

Najveći postotak u sastavu teretnog parka čine teretna vozila (65%) i teretna vozila s poluprikolicom (26%).

Za geometrijske analize što se odnose na dimenzioniranje poprečnog profila ceste, proračun proširenja u zavojima, potrebno je prihvatiti jedan od tipova teretnih vozila kao mjerodavno vozilo. To mora biti vozilo koje zbog svoje konstrukcije postavlja najveće zahtjeve.

6

7

Registrirana motorna vozila prema podacima iz Statističkog ljetopisa za 2014. godinu

8

2 Vozač

Iz šireg okvira psiho-fizioloških osobina, predočene su uobičajene prosječne vrijednosti koje osiguravaju udobnost vožnje i donošenje ispravnih odluka te služe u objektivnim analizama i projektnim rješenjima.

Granične vrijednosti vrijede za:• ubrzanje: +b=0,5 - 1,5 m/s2

• usporenje: -b=1,5 - 2,0 m/s2

• usporenje pri kočenju: -b=4,0 - 5,0 m/s2

• uzdužni udar: Xu =0,5 - 0,7 m/s3

• bočni udar: Xb=0,3 - 0,7 m/s3

• vrijeme reagiranja: tr=1,0 s u naselju; tr= 2,0 s izvan naselja

Visinski položaj očiju vozača uzima se u iznosu 1,0 do 1,2 m iznad površine kolnika.Linija kretanja očiju u poprečnom presjeku uzima se na udaljenosti 1,5 m od desnog ruba prometnog traka.

9

10

11

12

4 Brzine mjerodavne za oblikovanje ceste

Osnovu i polazište za određivanje projektno-oblikovnih elemenata ceste uz mjerodavno prometno opterećenje (qmjer ) čine još projektna i računska brzina, te najveća dopuštena brzina istaknuta na prometnim znakovima (kao uporabna kategorija).

4.1 Projektna brzina (Vp)

Projektna brzina (Vp) je najveća brzina za koju je zajamčena potpuna sigurnost vožnje u slobodnom prometnom toku duž poteza trase, pod optimalnim vremenskim uvjetima i uz dobro održavanje ceste.

Projektna brzina odražava razinu građevinsko-prometnih svojstava ceste i određuje se projektnim zadatkom. U praktičnom pogledu Vp je polazni parametar u fazi studijskih analiza, idejnog modeliranja i načelnih rješenja trase.

13

U realnim uvjetima određuje se projektnim zadatkom na osnovi ključnih odrednica:

- zadaće u mreži cesta odnosno prema razredu ceste- terenske konfiguracije odnosno prostornih ograničenja- najveće brzine dopuštene zakonom

Projektna brzina Vp određuje granične vrijednosti tlocrtnih i visinskih elemenata trase, odnosno:

• najmanji polumjer horizontalnog (tlocrtnog) zavoja Rmin [m]• najveći uzdužni nagib trase smax [%]• poprečni presjek ceste (tipski:a,b,...h)

14

15

4. 2 Računska brzina (Vr)

Računska brzina (Vr) najveća je očekivana brzina koju vozilo u slobodnom prometnom toku može ostvariti uz dovoljnu sigurnost vožnje na određenom dijelu ceste, u skladu s prihvaćenim modelom njezinog ustanovljavanja te ovisno o tlocrtnim i visinskim elementima toga dijela trase.

Računska brzina (Vr) ne može biti manja od projektne brzine (Vp), a najveća vrijednost Vr ne smije biti veća od najveće brzine dopuštene zakonom (Vdop )za određene razrede ceste:

Vp ≤ Vr ≤ Vdop

Vdop - 130 km/h za autoceste- 110 km/h ostale ceste za motorni promet- 90 km/h ceste za mješoviti promet izvan naselja

16

Razlika među brzinama Vr – Vp ne smije biti veća od 20 km/h: Vr – Vp ≤ 20 km/h

Ako je razlika između njih: Vr – Vp ≥ 20 km/h,potrebno je provjeriti opravdanost usvojene projektne brzine Vp i povećati je, ili pak smanjiti računsku brzinu Vr putem korekcije trase kako bi razlika bila u propisanim granicama (Vr – Vp ≤ 20 km/h).

Načinom vođenja osnovne linije i odabirom pojedinih elemenata treba težiti da računska brzina ima ujednačene vrijednosti na što duljim dionicama trase ali ne kraćim od:- 10 km na autocestama i cestama 1. razreda- 5 km na cestama 2.-5. razreda.

Razlika između najveće i njmanje vrijednosti računske brzine unutar iste dionice ne smije biti veća od 15 km/h:

Vr(max) – Vr(min) ≤ 15 km/h

17

Određivanje Vr

Za ceste 3., 4. i 5. razreda/kategorije kao računska brzina usvaja se projektna brzina: Vr = Vp [km/h]

Na autocestama i cestama 1. i 2. razreda/kategorije određuje se na temelju projektiranih tlocrtnih i visinskih elemenata u idejnom rješenju trase:

- najmanjeg primijenjenog polumjera tlocrtnog zavoja (Rmin)→ Vr(Rmin)

- najvećeg primijenjenog uzdužnog nagiba (smax)→ Vr(Smax)

Kao Vr usvaja se manja od ovako određenih brzina. primjer: ako je Vr(Rmin) < Vr(Smax) tada je Vr = Vr(Rmin) [km/h]

18

Vr(Rmin)

Vr (Smax)

19

Na osnovi računske brzine Vr određuju se detaljniji geometrijski elementi trase (u fazi projektne razrade):

• poprečni nagib kolnika u zavojima q [%]• potrebne duljine preglednosti P1 i P2 [m]• polumjeri vertikalnih zaobljenja trase Rv [m]• najmanji polumjer horizontalnog zavoja sa suprotnim nagibom

kolnika Rmin(-q) [m]

20

5 Zaustavni put (Lz)

Put koji vozilo prijeđe od trenutka uočavanja nepomične zapreke do trenutka kad vozač zaustavi vozilo naziva se zaustavni put L. Put Lz sastoji se od puta koji vozilo prijeđe za vrijeme reagiranja ar i puta koje vozilo prijeđe od aktiviranja kočnice do zaustavljanja ak. Da vozilo nakon zaustavljanja ne udari u zapreku, između vozila i zapreke mora se osigurati sigurnosni razmak a2

(slika IV-02.).Duljina zaustavnog puta Lz iznosi:

Lz = ar+ak+a2 [m]gdje je: ar- put za vrijeme reagiranja [m]

ak- put za vrijeme kočenja [m]a2- sigurnosni razmak nakon zaustavljanja vozila [m] (obično do 5 m)

21

22

23

Koeficijent otpora klizanja ili prianjanja f

- ovisi o vrsti i stanju kolnika, opterećenju, brzini kretanja, tipu i vrsti pneumatika

Propisane vrijednosti dopuštenoga koeficijenta tangencijalnog prianjanja ft

ovisne su o brzini i nalaze se u tablici gdje je i zbroj dopuštenoga koeficijenta ft

i koeficijent otpora zraka fz.

24

Slobodno kočenje

- nastaje pri postupnom djelovanju sile kočenja, a usporenje se ne postižeodmah u punoj vrijednosti, nego se odvija u tri faze

U prvoj fazi usporenje raste od nule do pune vrijednosti, u drugoj fazi je konstantno, a u trećoj postupno opada do nule. U tom slučaju put kočenja je dulji, ali je vožnja udobnija. Takvo kočenje primjenjuje se na prilazima raskrižju, postajama za snabdjevanje gorivom, pri slobodnom manevriranju u prometnom toku. Put slobodnoga kočenja ak2 dobije se pomoću jednadžbe:

25

26

PRAVILNIK

NN110/01

27

28

Prema Pravilniku:

29

6 Duljina pretjecanja

Dovoljne duljine preglednosti koje omogućuju pretjecanje vozila preduvjet su sigurnije vožnje i veće propusne moći na pojedinim dionicama ceste.

30

31

Prema Pravilniku:

7 Sile koje djeluju na kolnik

Suvremena ispitivanja pokazala su da naprezanja koja nastaju na kolniku ne ovise samo o težini i brzini vozila nego i o konstrukciji vozila. Tako vozila s niskim težištem, većim brojem osovina i s elastičnim zračnicama na kotačima stvaraju manje naprezanje te su pogodnija za konstrukciju kolnika.

Najveće dopuštena masa vozila:- tegljač s prikolicom 40 t- tegljač s prikolicom kada prevozi ISO konteiner 44 t

Dopuštena osovinska opterećenja:- jednostruka pogonska osovina 115 KN- jednostruka slobodna osovina 100 KN

32

Na konstrukciju kolnika djeluju sile koje nastaju zbog prolaza vozila, i to:- vertikalne (statičke i dinamičke) sile- horizontalne (uzdužne i poprečne) sile- sile isisavanja.

7.1 Vertikalne statičke i dinamičke sile

Djelovanje vertikalnih statičkih sila na konstrukciju kolnika može se pokazati jednadžbom:

[N/cm2]u kojoj je:

σ- specifično naprezanje na površinu kolnika [N/cm2]P- pritisak koji pripada od bruto opterećenja vozila jednom kotaču [N]F- dodirna površina kojom kotač naliježe na kolnik [cm2]

Iz jednadžbe se vidi da je specifično naprezanje σ veće ako je opterećenje kotača P veće, a dodirna površina F manja.

33

Može se pretpostaviti da površina nalijeganja kotača F ima oblik pravokutnika, elipse ili kružnice.

Uzima se da je pritisak kotača jednolično raspoređen po čitavoj dodirnoj površini.

Pneumatici vozila mogu biti s niskim unutarnjim tlakom, koji je u osobnih automobila 1,5 do 3,5 kPa, a u teretnih 3,5 do 5 kPa. Pneumatici s visokim tlakom su oni u kojih je tlak iznad 5 kPa.

Djelovanje vertikalnih dinamičkih sila nastaje pri kretanju vozila preko neravnih površina kolnika. Kada vozilo prelazi preko neravnog dijela zastora na kojemu se nalaze mala udubljenja, prestaje kontinuitet u kretanju kotača te nastaju udari i potresi. Udari koji se pojavljuju pri tim skokovima mogu se izraziti kao dinamički udari kotača na kolnik.

34

Veličina udara ovisi o vrsti naplatka (obruča, bandaže) kotača, njegovoj elastičnosti, nalijeganju vozila na opruge, veličini neravnosti kolnika i brzini vozila.Dinamički udari ovise umnogome o stupnju elastičnosti obruča odnosno zračnice vozila, što izravno utječe na udobnost vožnje, troškove pogona te trajnost vozila i same ceste.

35

Dinamički udari su pri brzini do 10 km/h vrlo mali, ali već pri brzini od oko 30 km/h imaju veću vrijednost. Dinamički koeficijent iznosi 1,5-2 kod motornih vozila, a 2-5 kod zaprežnih vozila.

Da se ublaže udari, potrebno je da površina kolnika bude što ravnija jer se zbog dinamičkog udara vozila oštećuju i smanjuje se trajnost kolničkog zastora.

Utjecaj izbora zastora na prigušenje djelovanja udara:- asfaltni zastor 75% prigušenje- betonski zastor 25% prigušenje

36

7.2 Horizontalne (uzdužne i poprečne) sile

Horizontalne uzdužne sile pojavljuju se na površini kolnika, a nastaju zbog prenošenja vučne sile i sile kočenja na kolnički zastor.

Horizontalne poprečne sile nastaju zbog djelovanja centrifugalne sile u zavoju, zbog poprečnog nagiba kolnika i zbog djelovanja vjetra.

Horizontalne sile troše kolnički zastor te smanjuju njegovu hrapavost i otpornost.

Štetan utjecaj sila osobito je izražen na dijelu ceste s oštrim zavojima, većim uzdužnim nagibima, na raskrižjima, pred prometnim znacima.Da se spriječi djelovanje sila na tim mjestima, izvode se hrapavi zastori otporni na trošenje.

37

7.3 Sile isisavanja

Zbog opterećenja vozila pneumatik na mjestu dodira s kolnikom mijenja oblik te pri kretanju vozila izaziva razrjeđivanje zraka (vakuum) u porama zastora. Na taj način nastaju sile isisavanja koje iz zastora izvlače sve nevezane ili slabo vezane čestice materijala.Najveća vrijednost sile isisavanja može iznositi jednu atmosferu, ali se obično računa s prosječnom vrijednošću od pola atmosfere.To štetno djelovanje sila isisavanja osobito je izraženo na zastoru od tučenca(ili male i velike kocke), i to pri mješovitom prometu.

38