grondbeginselen van het …...< 4 x 106 < 2 x 106 < 1 x 106 < 0,5 x 106 < 0,25 x 106...

ir. Pieter De Winne

28 april 2015

AWV Kennisdag

GRONDBEGINSELEN VAN HET

WEGENBOUWKUNDIGE ONTWERP

Inhoud

• Inleiding en situering

• Nomenclatuur van de weg

• Ontwerp van de weg – typedwarsprofiel

• Rijdynamica – bewegingsvergelijking v.e. voertuig

• Remkrachten – remafstanden in rechte lijn / bocht /

motorremmen

• Realisatie van de dwarsverkanting / Wentelende verkanting

• Grondplan – het nut van de overgangsboog

• Basisgegevens ruimtegebruik

• Geometrie van het lengteprofiel

• Ruimtegebruik in het verticale vlak

• Ruimtelijke beeldvorming (lijnvorming)

• Grenswaarden voor de lijnvorming

Inleiding en situering

• Geometrisch ontwerp

Grondplannen

(Type-)Dwarsprofielen

Lengteprofielen

Materiaaltechnisch ontwerp


• Referentiedocumenten:

• Cursus Wegen I : Geometrische aspecten van de

wegenbouw (3de Bachelor - Universiteit Gent)

• Cursus Wegen II : Material and Environmental Aspects of

Road Engineering (1ste Master – Ghent University)

• SB250 voor de Wegenbouw

Belgisch wegennet :

Autosnelwegen :

Hoofdwegen :

Provinciale wegen :

Plaatselijke wegen :

1 600 km

13 100 km

1 300 km

100 000 km

90 % personenvervoer

70 % goederenvervoer


• Indeling in relatie tot functie – ruimtelijk structuurplan

Vlaanderen

Categorie Hoofdfunctie Aanvullende

functie

Inrichting

Hoofdweg Verbinden op

internationaal

niveau

Verbinden op

Vlaams niveau

Autosnelweg, naar

Europese normen

Primaire weg,

categorie I

Verbinden op

Vlaams niveau

Verzamelen op

Vlaams niveau

Autosnelweg/stedelijke

autosnelweg

Autoweg, weg met

gescheiden

verkeersafwikkeling


• Indeling in relatie tot functie – ruimtelijk structuurplan

Vlaanderen

Categorie Hoofdfunctie Aanvullende

functie

Inrichting

Primaire weg,

categorie II

Verzamelen op

Vlaams niveau

Verbinden op

Vlaams niveau

Autoweg, weg met

gescheiden

verkeersafwikkeling

Secundaire weg Verbinden en/of

verzamelen op

lokaal en

bovenlokaal niveau

Toegang geven Doortochten in

bebouwde kom, niet

noodzakelijk

gescheiden

verkeersafwikkeling

Lokale weg Toegang geven Weg met gemengde

verkeersafwikkeling

• Indeling op basis van verkeersintensiteit - Bouwklassen

N100 KN Bouwklasse

<128 x 106

< 64 x 106

< 32 x 106

< 16 x 106

< 8 x 106

< 4 x 106

< 2 x 106

< 1 x 106

< 0,5 x 106

< 0,25 x 106

B1

B2

B3

B4

B5

B6

B7

B8

B9

B10

- BF

B1 - B2: autosnelwegen ; B6 - B9 : gemeentewegen ; BF: fietspaden

= Indeling volgens te verwachten aantal 100 kN-assen

over de ontwerplevensduur (20 of 30 jaar)


Nomenclatuur van de weg


- platform


- Weg in uitgraving


- Weg op niveau van maaiveld


- Weg in ophoging

Ontwerp van de weg

ASPECTEN DEELASPECTEN

Draagvermogen Sterkte

Stijfheid

Veiligheid en comfort Stroefheid

Vlakheid

Oppervlakafwatering – watergladheid

Ijzelgevoeligheid

Zichtbaarheid – reflecties

Duurzaamheid

Onderhoud Onderhoudskosten

Gebruikerskosten

Milieu Landschap, omgeving, (grond)water, bodem, lucht,

lawaai en trillingen, afvalstoffen en emissie

Kosten en baten Aanleg-, onderhouds-, beheer-, gebruikerskosten,

baten, kosten-batenanalyse

Beschikbaarheid

Ontwerp van de weg

Wegcategorie:

• Ontwerpsnelheid

• Bochtstralen, helling, kruispunten, zichtafstanden…

• Profiel van het oppervlak (dwarshelling), vlakheid en

stroefheid: eisen in SB 250 voor hoofdwegen,

primaire wegen, secundaire wegen en lokale wegen

Verkeersintensiteit => Bouwklassen

• Wegstructuur

• Keuze materialen

• Eisen materialen

• Benodigde capaciteit – aantal rijstroken

Ontwerp van de weg

• Opmeting bestaande toestand

• XYZ-coördinaten

XY Lambert72 Lambert2008 projectie

www.NGI.be

Z TAW

• Totaalstation = theodoliet + afstandmeter

• Overbrengen naar tekenprogramma…

Autocad, Star,…

http://www.ngi.be/

Ontwerp van de weg

• Aslijn van het grondplan

+ Typedwarsprofiel

Grondplan

Lengteprofiel

Dwarsprofielen

• Aslijn van het grondplan =

• Opeenvolging van rechte stukken en

cirkelbogen

• Overgang tussen 2 stukken :

Overgangsboog

Ontwerp van de weg

• Typedwarsprofiel = verticale doorsnede loodrecht

op as van de weg

Ontwerp van de weg


op as van de weg

• Laagopbouw en laagdiktes: zie de theorie over de standaardstructuren (bouwklassen)

• Dwarsverkanting it • Rijstroken, verharde zijstroken (vluchtstrook,

parkeerstrook, bushalte), wegbermen,...

• Fietspaden, voetpaden, verkeereiland,...

• Waterafvoer : greppels, sloten,…

• Beveiliging : stootbanden, trottoirbanden,…

‘Vrijheidsgraden’ in het

wegontwerp

• Ontwerpsnelheid => geometrie van de weg

(bochtstralen, hellingen, verkantingen, breedte

rijstroken, …)

• Ontwerpvoertuig => maatvoering van de rijstroken

• Functie van de strook => breedte rijstrook en

naastgelegen rijstroken en ruimtes

Ontwerpsnelheid

Klasse ASW Primair I Primair II Secundair

Vlak A B C D

Heuvelachtig B C D E

Bergachtig C D E E

Breedte

rijstrook

3.75 3.50 3.50 3 of 3.50

Aantal

rijstroken

2x2;

2x3;

2x4;

(2x5)

3;

2x2;

4

2 2

A B C D E

120 km/uur 90 km/uur 70 km/uur 50 km/uur 30 km/uur

Typedwarsprofiel

• Profiel van de vrije ruimte

• Voertuigen

• Personenauto: 1,77 m (excl.spiegels) breed, 4 m hoog

• Vrachtwagen: 2,60 m (excl. Spiegels) breed, 4 m hoog

• Voetganger

• Fietser

• Functie van de strook

• Rijden

• Uitwijken (vluchten)

• Redresseren (terug op goede baan brengen bij kleine

uitwijking)

Ruimtebeslag in de breedte

en de hoogte

• Benodigde capaciteit

• Profiel van vrije ruimte en objectafstand

• Veiligheidszones

• Obstakelvrije zone

• Bergingszone, vluchtzone en vluchtruimte

• Bermbeveiligingsconstructie

Capaciteit van de weg

= maximaal aantal voertuigen, omgerekend per uur, waarvan in

redelijkheid kan worden aangenomen dat ze een punt of uniform

segment van een strook of een verkeersbaan kunnen passeren

gedurende een bepaalde tijdsperiode onder de heersende weg-,

verkeers- en beheerscondities

Aantal rijstroken Capaciteit (pae/uur) Pae-factor

1 (lengte > 1500m) 2.160 2,0

1 (lengte < 1500m) 2.310 1,5

2 4.650 1,5

3 7.250 1,5

4 9.700 1,5

5 12.150 1,5

6 14.450 1,5

= f(breedte van rijstrook,

weersomstandigheden,…)

Profiel van vrije ruimte

• Breedte referentievoertuig + speelruimte (ook voor fietsers en voetgangers)

• Rekening houden met vetergang van het voertuig: afwijking van rechte

groter bij hogere snelheden (grotere uitwijkingen bij zelfde reactietijd)

vetergang

minimum-ruimte minimum-ruimte

Vrachtverkeer Vmax = 80 km/h

2.0

6

4.0

00.20

0.30

0.20

Claudia 1

2.0

6

0.20

1.50 1.50 >1.00 >1.00>1.00 >1.001.751.75 2.60

1.50Claudia 1

1.00 1.00

1.75 -1.85

3.35 2.85 3.20

Vo = 120 km/h Vo = 90 km/h

stilstaand

rijdend

stilstaand

rijdend

rijdend

rijdend

Profielen van vrije ruimte

vetergang afh. van snelheid

Profiel van minimumruimte

in de breedte

Ontwerpsnelheid Ontwerp-

voertuig

Breedte (min) Breedte (2)

120 km/uur Personenauto 1,77 2,77

Vrachtauto 2,60 3,10







Horizontaal profiel van vrije

ruimte

• = ruimte binnen het dwarsprofiel waarbinnen geen vaste

voorwerpen mogen voorkomen = horizontale minimumruimte

+ horizontale objectafstand (= kortste afstand tussen

binnenkant van de kantstreep en object)

Ontwerpsnelheid Ontwerpvoertuig Horizontale

objectafstand (m)

120 km/uur Personenauto 1,50




80 km/uur Vrachtwagen 1,00

50 km/uur Vrachtwagen 0,50

Verticaal profiel van vrije

ruimte

• Profiel van minimumruimte in de hoogte:

• Verticale objectafstand

Ontwerpvoertuig Hoogte (min) Hoogte (2)

Personenauto 4,00 4,20

Vrachtauto

Ontwerpvoertuig Hoogte (min) Hoogte (2)

Personenauto 0,30 0,10

Vrachtauto

Obstakelvrije zone

• Gebied langs het deel van de weg waarin geen obstakels

mogen voorkomen

• Obstakel = voorwerp, beplantingselement of

dwarsprofielelement dat bij aanrijding ernstige schade aan

een voertuig en letsel aan inzittenden kan veroorzaken

Ontwerpsnelheid Breedte (1) Breedte (2) Breedte (3)

120 km/uur 13,00 10,00 25,00

100 km/uur 10,00 10,00 20,00

80 km/uur 6,00 6,00 12,00

50 km/uur 4,50 4,50 9,00

(1) Nieuwbouw – (2) verbeteringswerken – (3) ASW met middenberm

Zone voor een

bermbeveiligingsconstructie

• = gebied dat bestemd is voor de plaatsing van een

bermbeveiligingsconstructie (in geval een

obstakelvrije zone niet mogelijk is)

• Zie EN 1317-1&2: Normen gebaseerd op prestaties,

beoordeeld d.m.v. botsproeven

Kerend vermogen

Schokindex

Werkingsbreedte

Typedwarsprofiel (loodrecht op de as)

• Kenmerken = functie van

• ontwerpsnelheid;

• maximum capaciteit

• Keuze = functie van

• belangrijkheid van verkeer;

• belang en grootte van de te verbinden gemeenten;

• noodzakelijkheid wegen te verkrijgen zonder

discontinuïteiten

• Dimensionering = functie van

• te voorziene verkeer, huidige verkeer en verkeerstoename

• gegevens metingen verkeersintensiteit

Ontwerp van de weg


op as van de weg

Baanlichaam

verharding

fundering

onderfundering

(verbeterde) ondergrond

wegontwerp = bepaling dikte van de lagen

+ keuze van de materialen

Functie verharding

• contact met verkeer

• stroefheid

• vlakheid

• draagvermogen

• krachten spreiden

Functie fundering

• stabiel draagvlak

voor verharding

• draagvermogen

• lasten van het

verkeer spreiden

Functie onderfundering

• belasting overdragen naar ondergrond

• fundering beschermen (water, fijne deeltjes)

• draineren

• werfverkeer

Functie onderfundering

• bescherming tegen vorstfront

Bepaling standaardstructuren

Verkeerstellingen en prognoses

Bouwklassen

Standaardstructuren

Webapplicatie

Black Box


Empirisch – Elastische Ontwerpmethode

Structuur: - laagdiktes

- mechanische kenmerken

Belasting

Spanningen en rekken

Vergelijken met toelaatbare

Vermoeiingscriteria


MODELLERING VAN DE STRUCTUUR

Asfaltverharding: lineair elastisch meerlagenmodel met volledige

hechting (model van Burminster formules van Van Cauwelaert)

Betonverharding:

Westergaard model


BASIS VAN DE BEREKENING

Mechanische kenmerken

Materialen :

E-modulus (Variabel)

Dikte

Coëf. van Poisson


BELASTING

Statisch

Bitumen :

aslast : 2x 50 kN

Beton : Volledige Spectrum

+ Temp. Gradiënt

Oppervlak constant

mits correctie


N = c . (1/e)m

N : # 100 kN overgangen

c , m : parameters

e : rek onderaan asfaltlaag

: berekend via software-

programma NOAH

Vermoeiingswetten voor bitumineuze lagen


smax/fbr = A + B.logN

N : # 100 kN overgangen

A, B : parameters

fbr : buigtreksterkte

smax : spanning

: berekend met formules

van Westergaard

Vermoeiingswetten voor betonverhardingen


Resultaat :

Elke opbouw bestaande uit

x cm verharding type A

x cm fundering type B

x cm onderfundering type C

ondergrond type D

resulteert in een waarde van N

Omgekeerd : voor elke waarde van N (Bouwklasse) bestaat een

geschikte oplossing

Op basis daarvan : Economische keuze

Ontwerp van de weg - Bouwklassen

N100 KN Bouwklasse

<128 x 106

< 64 x 106

< 32 x 106

< 16 x 106

< 8 x 106

< 4 x 106

< 2 x 106

< 1 x 106

< 0,5 x 106

< 0,25 x 106

B1

B2

B3

B4

B5

B6

B7

B8

B9

B10

- BF

B1 - B2: autosnelwegen ; B6 - B9 : gemeentewegen ; BF: fietspaden

= Indeling volgens te verwachten aantal 100 kN-assen

over de ontwerplevensduur (20 of 30 jaar)

Dienstorder MOW/AWV/2010/2

Bouwklassen - Standaardstructuren

Ontwerplevensduur

Ontwerplevensduur is uitgedrukt door het aantal SA die door de weg

gedragen kan worden vooraleer één van de lagen van de structuur

bezwijkt

Tellingen

Op basis van de verkeerstellingen van de administratie


Het verkeer

Totaal verkeer

V0-24 = 1,1 × V6-22

Vrachtverkeer

vwd = 1,20 × vd

Percentage vrachtverkeer is constant

jaarlijkse groei vrachtverkeer = totale groei

anders:


Aantal 100 kN standaardassen

N100kN = SPEC×Nas×NVV×Cr×Cb×Csn×Cbb×Cwr

Nas : gemiddeld aantal assen per vrachtwagen (hoofdwegen=4)

NVV : aantal vrachtwagens gedurende ontwerplevensduur

NVV = NVV1 + NVV2

Hoofdwegen: max. capaciteit per rijstrook = 20000 p.e. bij 90 km/h


Aantal vrachtwagens gedurende ontwerplevensduur: NVV

Groeiend verkeer tijdens de eerste periode, tot verzadiging wordt

bereikt na Nmax,VV jaar:

Constant verkeer (i = 0) na het bereiken van de maximale

capaciteit CAP:


Correctiefactoren

SPEC assenspectrumwaarde

Cr f(aantal rijstroken)

Cb f(breedte rijstrook)

Csn f(snelheid) - alleen bitumen

Cbb f(breedbanden)

Beschadigd vermogen van een assenspectrum

SPEC = S fi. (Ni/100 kN)4

SPEC ASW = 0,2597

Aantal 100 kN standaardassen

N100kN = SPEC×Nas×NVV×Cr×Cb×Csn×Cbb×Cwr

Cr = 0,86 voor 3 rijstroken

Cb = 0,85 voor rijstrookbreedte van 3,5 meter

Csn = 1,00 voor autosnelwegen (90 km/h)

Csn als ontwerpsnelheid daalt (enkel bij asfaltbeton)

Cbb= 1,18 voor 20% breedbanden

Cwr = 1,50 indien wringend verkeer van toepassing


• AANTAL RIJSTROKEN – CR

Aantal rijstroken per rijrichting,

Nr

Correctiefactor, Cr

1 1,00

2 0,93

3 0,86

4 en meer 0,80

Parameters bij bepaling van standaardassen

• Snelheid

Correctiefactor Csn

Ontwerpsnelheid Asfaltbeton Cementbeton Betonstraatstenen

10 km/uur 1,55 1,00 1,20

30 km/uur 1,35 1,00 1,15

50 km/uur 1,17 1,00 1,10

70 km/uur 1,07 1,00 1,05

90 km/uur 1,00 1,00 1,00

Parameters bij bepaling van standaardassen

http://www.wegenenverkeer.be


http://www.wegenenverkeer.be/

Standaardstructuren – keuze materialen

Verhardingen

• asfalt

• asfalt met onderlagen in AVS

(asfalt met verhoogde stijfheid)

• platenbeton

• doorgaand gewapend beton

• betonstraatstenen

Funderingen

• steenslagfundering

• behandelde

steenslagfundering

• gestabiliseerde

steenslagfundering

• schraal beton

• schraal asfalt

Er wordt verondersteld dat de materialen voldoen aan de voorschriften van het

Standaardbestek 250.

zie dienstorder MOW/AWV/2010/2

en dienstorder MOW/AWV/2013/17

Standaardstructuren - onderfundering

• Minimumdikte van de onderfundering

= f(CBR-waarde van de ondergrond)

• In Vlaanderen: minimaal 20 cm

Standaardstructuren - onderfundering

Dvorstvrij

Donderfundering

Dstandaardstructuur

• Dvorstvrij = Dvorstindringing

• Dvorstvrij = 0,8×Dvorstindringing (F.O. > 1,4 m)

• Donderfundering ≥ 20 cm

Standaardstructuren – onderfundering -

Vorstindex

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

1-11-2010 1-12-2010 31-12-2010 30-1-2011

I = 142 cm60I5D ngingvorstindri

Standaardstructuren – onderfundering -

Vorstvrije dikte

provincie locatie I Dvorstvrij in cm

Antwerpen Oorderen 196 70 56

Limburg Gerdingen 289 85 68

Limburg Leopoldsburg 256 80 64

Vlaams-Brabant Halle 256 80 64

Vlaams-Brabant Tienen 256 80 64

Oost-Vlaanderen Drongen 196 70 56

West-Vlaanderen Brugge 196 70 56

West-Vlaanderen Ieper 196 70 56

West-Vlaanderen Oostende 144 60 48

Brussel Ukkel 225 75 60

Onderfunderingen

Onderfundering Standaardbestek 250

type I Hoofstuk 5-3.2

type II Hoofstuk 5-3.3

type III Hoofstuk 5-3.4

MATERIAALTECHNISCH ONTWERP

Onderfundering type I en II

• onderfundering van zand = type I

• één laag: zand voor onderfunderingen

• twee lagen:

• boven: mengsel zand en steenslag, type 0/40

• onder: (draineer)zand

• grofkorrelige onderfundering = type II

• één of meerdere lagen:

• mengsel zand en steenslag, type 0/56

Onderfundering type III

• stabiliseren van grond met een bindmiddel

• vooronderzoek door

• aanbestedende overheid bestek

• aannemer 100 dagen voorzien

Funderingen

mengsel van:

• zand

• steenslag

• ev. toevoegsel of

bindmiddel

• cement

• kalk

• bitumen

Steenslagfunderingen

• mengsel van zand, steenslag en ev. toevoegsel

• speciaal geval

• teerhoudend asfaltgranulaatcementfundering

= IA of IIA met teerhoudend asfaltgranulaat

minstens 1500 m³ TAG (cfr. Vlarema)

• OPGELET = VERBODEN vanaf 1 mei 2019 !!!

toevoegsel kaliber 0/31,5

kaliber 0/63

kaliber 0/40 kaliber 0/20

geen niet-continu type I type II

cement - type IA type IIA

calciumchloride - type IB type IIB

Andere funderingen

• stabiliseren bestaande verharding met cement

• samenstelling opnemen in het bestek !

• zand-cement

• schraal beton

• walsbeton

• schraal asfalt

Reflectiescheuren

snelheid = ca. 1 à 2 cm / jaar

Kerven of zagen

• cementgebonden fundering

• kerven of zagen

• voegvullen

• afwalsen na kerven

• opnemen in bestek, als

• schraal beton

of walsbeton

• én asfaltverharding

Keuze fundering

verharding fundering

asfalt (rijbaan) steenslag type I (lagere bouwklassen)

steenslag type IA (hogere bouwklassen)

schraal asfalt (berijdbaar)

(giet)asfalt (fietspad) steenslag type I

beton schraal beton

walsbeton (hoge bouwklassen, DGB)

bestrating (rijbaan) steenslag type I (lagere bouwklassen)

schraal beton (hogere bouwklassen)

bestrating (voetpad/fietspad) zand-cement

waterdoorlatende bestrating drainerend schraal beton

drainerende steenslag (3-7.1.2.15)

Bitumineuze verhardingen

• toplagen

• onderlagen

• profileerlagen

Hoofdstuk 6 of 12 ?

geval 1

geval 2 geval 3 geval 4 geval 5

TL TL TL TL TL

OLn OLn OL PL

te behouden asfaltlagen

... ... PL

te behouden asfaltlagen

OL1 te behouden asfaltlagen

OL1 PL

nieuwe

fundering

te behouden

fundering

te behouden

fundering

te behouden

fundering

te behouden

fundering

zie dienstorder MOW/AWV/2011/1

Hoofdstuk 6-2 Hoofdstuk 12-4

PL ?

Types

toplagen onderlagen profileerlagen

APT-C

APT-D

AB-4C

AB-4D

AB-5D

SMA-C

SMA-D

ZOA-B

ZOA-C

AGT

GA-C

GA-D

GA-E

APO-A

APO-B

AVS-B

APO-A

APO-B

AVS-B

A 0/20

B 0/14

C 0/10

D 0/6,3

E 0/4

prestatiemengsels

Samenstelling asfalt

• granulaten

• steenslag

• zand

• vulstof

• bindmiddel

• (polymeer)bitumen

Driehoek skelet

• steenfractie > 2,0 mm

• zandfractie

• vulstoffractie < 0,063 mm

= gietasfalt

Soorten mengsels

zandskelet steenskelet

asfaltbeton

(AB, APO, APT)

steenmastiekasfalt

(SMA)

zeer open asfalt

(ZOA)

Keuze toplagen

wegcategorie B1-B2 B3 B4-B5 B6-B10 BF

hoofdwegen 4 / 5 cm SMA-C

3 cm SMA-D

-

primaire wegen 4 / 5 cm SMA-C

3 cm SMA-D

-

secundaire wegen

lokale wegen

- buiten beko:

4 / 5 cm SMA-C

3 cm SMA-D AB-4C

AB-4D

AB-4C

AB-4D

GA - binnen beko:

4 cm APT-C

3 cm APT-D

AGT

• Asfalt voor Geluidsarme Toplagen

• vermindert het rolgeluid

• enkel als v > 60 km/h

• combinatie van:

stille toplaag

APO-B

70 mm

Keuze onderlagen

• APO-A of APO-B

• vb. 10 cm

onderlaag:

type onderlaag profileerlaag

APO-A 60 mm

70 mm

80 mm

60 tot 80 mm

(rekenwaarde: 70 mm)

APO-B 40 mm

50 mm

60 mm

40 tot 60 mm

(rekenwaarde: 50 mm)

4 cm APO-B

6 cm APO-A

4 cm APO-B

6 cm APO-B

5 cm APO-B

5 cm APO-B

• AVS-B: enkel voor hoofdwegen en primaire wegen

van bouwklasse B1-B3

Voegen en naden

kleeflaag

voegband

15 cm

Platenbetonverhardingen

Doorgaand gewapend beton

Typische opbouw

onderfundering

schraal beton

asfalt type ABT

platenbeton

krimpvoeg om de 5 m (4 m voor fietspaden)

deuvels

Pompeffect

verplaatsing van fijne deeltjes holte

rijrichting van het verkeer

Keuze verharding

B1 B2-B3 B4 B5 B6 B7-B10 BF

asfalt

asfalt met AVS

platenbeton

DGB

bestrating

Inhoud






motorremmen

• Realisatie van de dwarsverkanting







GEOMETRISCH +

MATERIAALTECHNISCH

ONTWERP

GEOMETRISCH

ONTWERP

GEOMETRISCH

ONTWERP

Rijdynamica

- Bij het opstellen van de algemene bewegingsvergelijking van een voertuig

moet men voor de bepaling van het motorvermogen rekening houden met het

overwinnen van een aantal weerstanden:

- Rolweerstand;

- Hellingsinvloed;

- Luchtweerstand;

- Traagheidskrachten.

Rijdynamica

- Rolweerstand

Rijdynamica

- Rolweerstand

- Beschouw de aswrijving. Om de tangentiële wrijvingskracht in het

wegoppervlak te doen dalen, moet men:

- µ doen dalen: de lagers smeren;

- r doen dalen: is in realiteit beperkt;

- R doen stijgen: een zo groot mogelijk wiel gebruiken.

- Beschouw de rolwrijving. Om de tangentiële wrijvingskracht in het

wegoppervlak te doen dalen, moet men:

- R doen stijgen: een zo groot mogelijk wiel gebruiken;

- a doen dalen: de vervorming zo beperkt mogelijk houden door met

een hoge bandendruk op een zo glad mogelijk wegoppervlak te rijden.

Rijdynamica

- Hellingsinvloed

- Hellingsinvloed

- De relatieve aandelen van de "hellingsweerstand" en de

“rolwrijvingsweerstand" in de globale tractiecoëficiënt zijn afhankelijk van de

helling enerzijds en van de rolwrijving (met andere woorden de toestand van de

weg en het wiel) anderzijds. Een spoorweg bijvoorbeeld, is gekenmerkt door

een bijzonder lage rolwrijving, zodat het reeds bij een heel kleine helling

noodzakelijk wordt om te remmen.

- Voor een helling van 4%:

- Weg: k=0.05, dus T(stijgend) = 1.8 x T(horizontaal)

- Spoorweg: k=0.005, dus T(stijgend) = 10.8 x T(horizontaal)

- Waterweg: k=0.00083, dus T(stijgend) = 49.2 x T(horizontaal)

Rijdynamica

- Luchtweerstand is de kracht die een voorwerp ondervindt als het zich

voortbeweegt door de lucht. Op analoge wijze wordt weerstand ondervonden

van elk ander medium waar een voorwerp zich doorheen beweegt. De formule

voor luchtweerstand geldt niet alleen voor lucht, maar ook voor andere gassen

en vloeistoffen.

Rijdynamica

- Traagheidskrachten : Om een snelheidsverandering van een voertuig te

bewerkstellingen dient een tegenwerkende kracht overwonnen worden die

verantwoordelijk is voor een toename of een afname van de energie. Naast de

met deze versnelling of vertraging, overeenstemmende traagheidskracht die de

translatie-energie voorstelt dient ook rekening gehouden te worden met een

traagheidskoppel dat de rotatie-energie voorstelt.

- Translatie

- Rotatie

Hierbij dient wel opgemerkt te worden dat, aangezien het globale gewicht van

de roterende onderdelen van een voertuig minder dan 5% bedraagt van

het totale gewicht, deze kracht beduidend lager is.

Rijdynamica

- Totale bewegingsvergelijking

Rijdynamica

- Bocht in grondplan:

- Alle tot op dit ogenblik beschouwde krachten zijn krachten die werken volgens

de langsrichting van het voertuig. De beschouwde situatie betreft dus een

voertuig dat op een rechte weg rijdt, zonder wind en op een perfecte

rijwegbekleding. In realiteit ontstaan er echter dwarse krachten omwille van:

- afwijkingen veroorzaakt door de luchtbanden;

- de zijwind;

- oneffenheden van het rijwegoppervlak;

- centrifugaalkrachten in de bochten. Deze vormen de belangrijkste factor.

Deze krachten zijn gericht volgens de uit het centrum van de

draaibeweging door het zwaartepunt van de wagen getrokken vector

Rijdynamica

- Bocht in grondplan

Rijdynamica

- Remkrachten

- Voorwaarde voor niet-slippen

- Algemene evenwichtsvergelijking

Remmen

- Een van de belangrijkste factoren voor een veilige dimensionering van de

weggeometrie is de remafstand. De bepaling hiervan gebeurt niet enkel op

basis van de eerder afgeleide bewegingswetten, doch ook op basis van

menselijke factoren. Er treedt immers een bijkomende vertraging op, die het

gevolg is van:

- Perceptietijd: de tijd om de probleemsituatie waar te nemen en zich er

bewust van te worden;

- Reactietijd: het eigenlijke reageren, in casu het induwen van de

rempedaal.

Remmen

- Remafstand in rechte lijn

Remmen

Remmen

- Remafstand in bocht

- De berekening voor de remafstand in bocht is grotendeels gelijkaardig aan

deze in rechte lijn. Het belangrijkste verschil is dat de maximale waarde van de

versnelling, niet langer constant is, maar een functie wordt van de snelheid v.

Remmen

- Enkele voorbeelden:

- 50 km/h

- 120 km/h

- 17-19% langer dan in rechte lijn

Remmen

- Remmen op de motor

Remmen

- Verkanting:

- Stel: fractie adhesie reserveren als veiligheid

- Remafstanden groter (17-19%)

- Langshelling en stroefheid liggen vast

Dwarsverkanting

Dwarsverkanting

Veiligheidssnelheid v = f(bochtstraal, dwarsverkanting)

- Beperkte invloed op toelaatbare snelheid: (R= 500m)

- i=0% v=93km/h

- i=6% v=110km/h

- Beter gewichtsverdeling

- Veilig gevoel

- Kantelen/afglijden ?

Dwarsverkanting

Dwarsverkanting

- Resulterende verkanting:

- Minimum 1%

- Dus, ook in rechte lijn een verkanting

- Van 1% naar 2,5%

- Dakprofiel

- Lessenaarsprofiel

- Wentelingsas

Dwarsverkanting

• Om langsas (1 of 2)

• Goede afwatering & veiligheid

Wentelende verkanting

Wentelende verkanting

• Wanneer men de stuurhoek van een

auto met een constante snelheid

verandert, dan kan men aannemen

dat ook de instelhoek van de wielen

met een constante snelheid wordt

gewijzigd. De verandering van de

stuurhoek kan gebeuren bij:

• constante snelheid: In dat geval is

de instelhoek van de wielen of

met andere woorden de

kromming van de gevolgde weg

een lineaire functie van de

afgelegde afstand L. Men spreekt

dan van een "clothoïde" of een

spiraal van Cornu;

Grondplan

• een veranderlijke snelheid: Dit

kan gebeuren op plaatsen waar

bijvoorbeeld afgeremd moet

worden tijden het afslaan. In dat

geval heeft men te maken met

een "samengedrukte clothoïde“

• In de periode voor het gebruik van

computertekenprogramma's

werden dergelijk krommen

meestal getekend met

tekenmallen of vereenvoudigd tot

parabolen.

Grondplan

Grondplan

• Krommingsdiagram

Grondplan

• Soorten:

• een gewone overgangsboog: de klassieke clothoïde als overgang van een

rechte naar een cirkelboog;

• een korfclothoïde: een boog die bestaat uit een opeenvolging van twee

clothoïden die in hun aansluitingspunt gelijke stralen en een

gemeenschappelijke raaklijn hebben;

• een verbindingsboog: een boog die bestaat uit een opeenvolging van

clothoïde-cirkelboog-clothoïde en de overgang vormt tussen twee rechte

stukken met verschillende richting;

• een kruinboog: een verbindingsboog waarbij de booglengte van de

tussenliggende cirkelboog gelijk is aan nul;

• een gewone S-boog: een boog bestaande uit twee aansluitende

clothoïden met gemeenschappelijke parameter en raaklijn doch

tegengestelde richting;

• een S-boog met twee parameters;

Grondplan

• Soorten:

• een varenboog: een S-boog tussen twee cirkelbogen met sterk

verschillende straal;

• een ei-lijn: de specifieke overgang tussen twee cirkelbogen waarbij de

kleinste cirkelboog volledig binnen de grootste gelegen is;

• een dubbele ei-lijn met omhullende cirkelboog: de verbinding tussen twee

naast elkaar gelegen cirkelbogen, wordt gemaakt door twee gelijkgericht

clothoïden met daartussen een deeltje van een beide cirkelbogen

omhullende cirkel;

• een C-boog: een variant op het vorige geval waarbij de straal van de

omhullende cirkel 1 oneindig is;

• een onvolledige clothoïde: nog een speciaal geval waarbij de ohgullende

cirkel booglengte nul heeft en de beide clothoïden een

gemeenschappelijke straal in hun aansluitingspunt.

Grondplan

• Stabiliteit: De overgang van

dakprofiel naar een zekere verkanting

gebeurt geleidelijk. Er is met andere

woorden steeds een beperking van

de supplementaire langshelling om

de stabiliteit van de voertuigen ten

opzicht van slippen en kantelen te

behouden.

• Rijwegas

Lengte overgangsboog

• Stabiliteit:

• Rijwegrand


• Comfort: Een van de hoofdredenen van het voorzien van de overgangsboog is

dat een geleidelijke overgang gerealiseerd wordt van de centrifugaalkracht in

de bocht.

• Centrifugaalkracht

• Dwarsruk:

• Er kan een algemene comfortgrens vastgelegd worden op:

• In een bocht zonder verkanting kan, mits enige veiligheid en

aangenomen dat men een beperkte ruk als waarschuwing gebruikt

volgende eis gelden: 0.3 – 0.5 m/s³


• Comfort:

• Dwarsruk

• Het is echter correcter van de dwarsruk afhankelijk te veronderstellen

van de snelheid. Als de snelheid toeneemt zal immers de veilige

grootte van de dwarsruk afnemen.

• Bij wijzigende snelheid:


• Comfort


• Veiligheid : De snelheid in de boog dient bovendien steeds beperkt te blijven

tot een veilige waarde.


• Veiligheid


• In een bocht neemt een wagen, zoals eerder reeds gesteld, een grotere

breedte in dan in rechte lijn omdat de achterwielen een andere baan

beschrijven dan de voorwielen. Dit is evenredig met de asafstand en dus ook

met de lengte van het voertuig. In België is de maximale asafstand 8m. De

maximumlengte van een voertuig bestaande uit twee assen is hiermee 12m en

van een sleep bestaande uit twee wagen 22m.

• Eenvoudig voertuig

• Aanhangwagen

Bochtverbreding

• de overbreedte is te verwaarlozen als de straal groter is dan 300m;

• als de bochtstraal groter is dan 50m, dan is benaderend per rijstrook:

• voorzichtigheidshalve wordt in de bochten een overbreedte voorzien om het

kruisen van twee wagens te vergemakkelijken. Empirisch kan hiervoor een

waarde van 10/R genomen worden;

• op kruispunten wordt de overbreedte langsheen verkeersgeleider berekend

zonder bijkomende verbreding voor kruisend verkeer wegens de lage snelheid

Bochtverbreding

• De verbreding kan worden aangebracht aan de binnen- of buitenzijde van de

weg:

• aan de binnenzijde heeft het voordeel dat tegemoetgekomen wordt aan de

wil om de bocht af te snijden. Daarentegen vermindert de zichtbaarheid en

neemt de bochtstraal van de wegrand verder af;

• aan de buitenzijde is eigenlijk het best, doch omwille van de beperking van

het grondwerk wordt soms voor een symmetrische overbreedte gekozen.

Bij bochtstralen kleiner dan 20m dient de overbreedte steeds aan de

buitenzijde genomen te worden omwille van de manoeuvreerbaarheid;

• de verbreding moet volledig beschikbaar zijn in de bocht. De verbreding

moet dus aangebracht worden, uitgespreid over de gehele lengte van de

overgangsboog.

Bochtverbreding

• Bij cementbetonverhardingen wordt vaak gewerkt met een constante

rijbaanbreedte. Hier verdient het dan aanbeveling om de rijstrookbreedte

voldoende breed te kiezen, zodat bochtverbredingen vermeden worden;

• In bergwegen wordt vaak gewerkt met haarspeldbochten, die gebruik maken

van een heel kleine bochtstraal, zodat bochtverbredingen noodzakelijk zijn. Bij

sterke helling geeft een rechte route een te grote langshelling. In die situaties

wordt de weg kunstmatig langer gemaakt door een zigzag traject te gebruiken

waarbij de langshelling beperkt blijft.

• Tussen de rechte stukken worden dan

korte haarspeldbochten voorzien. De

keercirkel van de bocht wordt met

dubbele clothoïden aan de rechte delen

verbonden. Bij een dergelijke oplossing

zijn vele dwarsprofielen noodzakelijk

om de wijziging van de resulterende

helling van beide rijbaanranden op te

volgen.

Bochtverbreding

Inhoud






motorremmen

• Realisatie van de dwarsverkanting / Wentelende verkanting







• Om het ruimtegebruik van een nieuw aan te leggen weg te bepalen, zijn er naast de bochtstraal, de langshelling en het minimale dwarsprofiel nog enkele andere zaken waar men rekening mee moet houden:

– Vetergang

– De gevolgde weg bij het beschrijven van bogen

– Bijzondere kenmerken van het voertuig

– Nodige zichtbaarheid (horizontaal en verticaal)

– Reserveruimte

– Aanmeetbare intensiteit

Basisgegevens ruimtegebruik

Vetergang: Wanneer een weggebruiker een voertuig bestuurt over een rechte weg,

blijkt dat zelfs een ervaren bestuurder niet in staat is een perfect rechte lijn te volgen. Dit wordt veroorzaakt door diverse zijdelingse krachten zoals oneffenheden, wind, enz. De bestuurder tracht hierop steeds te reageren door een koerscorrectie, doch dat gebeurt pas nadat hij de afwijking heeft waargenomen en beslist heeft in te grijpen. De grootte van de afwijking wordt voornamelijk bepaald door de snelheid van het voertuig;


De gevolgde weg bij het beschrijven van bogen:

Wanneer een weggebruiker een bocht of opeenvolgende bochten beschrijft, zijn er slechts een beperkt aantal mogelijke trajecten die hij kan kiezen. De beperkingen volgen uit de snelheid van de beweging, mogelijke snelheidsveranderingen en de hoeksnelheid waarmee aan het stuur gedraaid wordt. Indien bij de lijnvorming onvoldoende rekening gehouden wordt met de rijgeometrische karakteristieken, leidt dit tot ongevallen, bvb. ongevallen met tegenliggers;


Bijzondere kenmerken van het voertuig

Bij de verplaatsingen in een horizontaal en verticaal vlak wordt door een voertuig een grotere ruimte ingenomen dan beschreven door de contactpunten met de weg. Concreet, steekt een wagen een beperkte afstand uit ten opzichte van de wielbasis, wat onder andere een begrenzing vormt voor de convexe en concave bogen in het lengteprofiel. Vergelijkbare problemen treden op bij een bocht in grondplan, of bij de kruising met een kunstwerk;


Bijzondere kenmerken van het voertuig


Nodige zichtbaarheid (horizontaal en verticaal) Om zich veilig te kunnen verplaatsen moet de weggebruiker niet alleen

beschikken over voldoende ruimte voor zijn voertuig. Alle mogelijke vaste en mobiele obstakels dienen tijdig zichtbaar te zijn, zodat hij hierop kan anticiperen.

Eisen inzake zichtbaarheid hebben betrekking op:

- zichtbaarheid voor het inhalen; - zichtbaarheid voor het stoppen.

Zichtbaarheid in de bocht (horizontaal) Zichtbaarheid in het verticale vlak


Zichtbaarheid in de bocht (horizontaal)


Zichtbaarheid in het verticale vlak


Reserveruimte Deze ruimte moet zich bevinden tussen de ruimte ingenomen bij de

beweging of bewegingsruimten en de vaste voorwerpen die zich naast en boven de weg bevinden. De afmetingen van de reserveruimte zijn afhankelijk van de snelheid en de aard van het voertuig.

Aanmeetbare intensiteit De aanmeetbare intensiteit heeft betrekking op het verkeer dat weg uit

verkeerskundig oogpunt kan verwerken. De aanmeetbare intensiteit moet minstens gelijk zijn aan de te verwerken intensiteit. Het aantal rijstroken van een weg wordt onder meer hierdoor bepaald.


• De keuze van het lengteprofiel van een weg wordt bepaald door een combinatie van factoren:

– De basissnelheid

– De ondergrond

– De dwangpunten

– De veiligheid (zichtbaarheidsafstand groter dan de remafstand)

– De kostprijs

Het lengteprofiel

– De basissnelheid, die functie is van de belangrijkheid van de weg, van het terrein (vlak, heuvelig, bergachtig):

• De basissnelheid beïnvloedt rechtstreeks de maximumhelling. Met deze helling hangt ook steeds een vertraging samen die de capaciteit beïnvloedt;

• De stralen van de convexe of concave overgangsbogen in het lengteprofiel hangen samen met de snelheid;

• Ook de comfortvoorwaarden en de zichtbaarheid en dus de veiligheid zijn snelheidsafhankelijk;

Het lengteprofiel

– De ondergrond: • De ligging van de weg ten opzichte van het freatisch oppervlak;

• De ligging van de weg in verhouding tot het overstromingspeil van rivieren, bufferbekkens, enz.;

• De aanwezigheid van steen en rots;

• Mogelijke zettingen, bijvoorbeeld in mijngebieden;

– De dwangpunten: • Het begin- en eindpunt van de aan te leggen weg;

• De te respecteren vrije hoogte boven rivieren, kanalen, wegen, enz.;

• De vlotte toegang tot de aanpalende gebouwen;

• Gelijkgrondse of ongelijkgrondse kruisingen met andere wegen;

Het lengteprofiel

– De veiligheid • Men eist dat in alle omstandigheden de zichtbaarheidsafstand

groter is dan de remafstand. Bij alle hoge en lage punten van het lengteprofiel dient hiermee rekening gehouden te worden, in functie van aanwezige hindernissen, kunstwerken, de invloed van koplampen, enz.;

– De kostprijs: • Tijdens de uitvoeringsfase zal de ondergrond en de hoeveelheid

grondwerk meestal doorslaggevend zijn voor de kostprijs;

• De exploitatiekost hangt dan weer af van het brandstofverbruik en dus de langshelling, van een mogelijke capaciteitsreductie en van de daaruit voortvloeiende vertraging en het tijdverlies.

Het lengteprofiel

• De overgangsboog

Het lengteprofiel

• De maximale langshelling De maximale langshelling wordt voor een belangrijk deel bepaald door

het minimaliseren van het brandstofverbruik, en dit om redenen van

kostprijs en energiebesparing. Enerzijds verkiest men situaties

waarbij tijdens het klimmen niet of zo weinig mogelijk geschakeld

dient te worden en anderzijds dat tijdens het dalen zonder actief

remmen de veiligheidssnelheid niet overschreden wordt. Het blijkt

dat langshellingen kleiner dan 6% weinig invloed hebben op het

verbruik van personenwagens, terwijl bij lichte vrachtwagens een

hellingstoename van 3 naar 5% een toename van het verbruik van

7liter/100km betekent.

In de meeste gevallen zal de voorwaarde voor klimmend verkeer de

doorslaggevende ontwerpfactor zijn. Enkel bij autosnelwegen met

strikt gescheiden rijbanen, kan dan met de andere voorwaarde

rekening gehouden worden.

Het lengteprofiel

• Experimentele bepaling van de maximale langshelling, il,max, met een

bijhorende maximale hellingslengte Lmax

Het lengteprofiel

• Beschrijving experiment

Het blijkt dat er een economisch maximum bestaat voor de maximale

langshelling, il,max, met een bijhorende maximale hellingslengte Lmax.

Tussen twee sectoren waar de maximumhelling toegepast wordt, kunnen best

horizontale of flauw hellende delen uitgebouwd worden om de snelheid niet

te sterk te reduceren of de snelheid terug op te drijven. Een analoge

redenering kan opgebouwd worden voor dalende hellingen (om de remmen

af te koelen).

Het lengteprofiel

• Grenswaarden voor de maximale langshelling

Het lengteprofiel

• De zichtbaarheidsafstand moet > de remafstand • De eigenlijke zichtbaarheidsafstand is functie van twee

hoogtepeilen. In België wordt hierbij gewerkt met de hoogtes

h1=1,20 m en h2= 0,25 m boven het wegdek.

Bijkomende opmerking:

• de zichtbaarheid 's nachts wordt

in omstandigheden zonder

straatverlichting bepaald door een

alternatieve hoogte h1 = 0,70m,

zijnde de hoogte van de

koplampen;

Het lengteprofiel

• De zichtbaarheidsafstand moet > de remafstand • Hoogtes voor de zichtbaarheidsafstand in andere landen:

Het lengteprofiel

• De zichtbaarheidsafstand moet > de remafstand Uitgaande van een reactietijd van 1s geeft dit voor België voor wat

betreft maximale langshelling en minimale paraboolparameter voor

een convex traject de waarden:

Het lengteprofiel

• De zichtbaarheidsafstand moet > de remafstand

Enkele bijkomende opmerkingen:

• ook de stralingshoek van de

koplampen kan 's nachts mede

bepalend zijn voor de

zichtbaarheidsafstand;

• bij kruisingen met bruggen of tunnels

zullen deze een grote impact hebben

op de zichtbaarheidafstand;

Het lengteprofiel

• De zichtbaarheidsafstand moet > de remafstand

Belangrijke opmerking:

Concave overgangsbogen geven meestal veel minder

problemen qua zichtbaarheid dan convexe overgangsbogen.

Er wordt dan ook meestal gesteld dat:

Rmin,concaaf = ½ Rmin,convex

Het lengteprofiel

• Het lengteprofiel

Het lengteprofiel

• Rijden volgens ruimtekrommen:

– Vluchtboog

– Gewone boog

– Schroefboog

• Ontleding van de ruimtekromme en van de beschikbare ruimte

Ruimtegebruik in het

verticale vlak

• Vluchtboog Een vluchtboog vormt de verbinding tussen twee rechte lijnen die elkaar snijden. De gehele kromme ligt dus in eenzelfde plat vlak, het vluchtvlak genoemd.


verticale vlak

- Een vluchtboog is de aangewezen oplossing op locaties waar de zichtbaarheid van groot belang is, zoals bij overbruggingen. In andere situaties, zoals een onderdoorgang of bij uitgravingen, levert een vluchtboog geen wezenlijk voordeel.

- Om de vluchtboog te tekenen brengt met de projectie van de ruimtekromme aan op het horizontaal vlak. De daarop aangebrachte cirkelboog resulteert in het vluchtvlak dan in een ellips. Rijgeometrisch zijn er geen problemen omdat bij de kleine hoek, die V maakt met H, de ellips de cirkel benadert. Hetzelfde geldt ook voor de overgansgbogen die in het horizontaal vlak getekend worden.


verticale vlak

• Gewone boog Bij een gewone boog liggen beide tangenten niet in eenzelfde vlak. Ze kruisen elkaar op een zekere afstand. (A) is een topboog; (B) is een dalboog.


verticale vlak

• Schroefboog Indien de elkaar kruisende tangenten en de kromme ertussenin eenzelfde langshelling

vertonen, gaat het om een schroefboog. Deze boog geeft een rechte lijn in het

lengteprofiel.


verticale vlak

• Ontleding van de ruimtekromme en van de beschikbare ruimte

Om de ruimtekromme te bepalen zoekt men de tangenten van de verschillende bogen van de weg.

• Tussen tangent A en B

= gewone boog

• Tussen tangent B en C

= schroefboog

• Tussen tangent C en D

= vluchtboog


verticale vlak

• Lijnvorming = krommen

= samenstelling van rechte stukken en bogen

(cirkelbogen, klotoïden, parabolen)

Weergave van aslijnen en rijbaanranden

Vereenvoudigde voorstelling a.d.h.v.:

Liggingsplan + lengteprofiel

Ruimtelijke beeldvorming

• Lijnvorming


• Factoren die de “Lijnvorming” bepalen:

• Dwangpunten;

• Verkeer: de aan te leggen weg moet de opgelegde verkeersintensiteit op een veilige en

comfortabele manier kunnen verwerken in functie van het bij het ontwerp gekozen

dwarsprofiel en de ontwerpsnelheid. Hierbij dient rekening gehouden te worden met

doorgaand verkeer, open afritten, stilstaand verkeer, zichtbaarheid, inhaalafstanden,

zwakke weggebruikers, enz.;

• Omgeving: de weg dient steeds zo goed mogelijk aan te sluiten bij de omgeving;

• Bouwkundig: de stabiliteit van het ontwerp moet gewaarborgd worden, b.v. door de

keuze voor een draagkrachtige bodem, goede waterafvoer, inplanting van kunstwerken,

enz.

• Economie;

• Esthetica;

• Optische geleiding: zorgen voor een overzichtelijke en rustige opeenvolging van

ontwerpelementen, zonder dubbelzinnigheden die de bestuurder kunnen verwarren. Er

wordt steeds gestreefd naar een zo uniform en eenvormig mogelijk ontwerp.


Grenswaarden voor de

lijnvorming

grondbeginselen van het …...< 4 x 106 < 2 x 106 < 1 x 106 < 0,5 x 106 < 0,25 x 106...

Documents