Forudsætninger for vejbyggeri i Grønland

Transkript

1 Lyngby Forudsætninger for vejbyggeri i Grønland Fotografi af Uttoqqaat, Grønland Billede af vejen ved Uttoqqaat, set i Microstation Forfatter: Asmus Skar Christiansen s03131 Vejledere: Marianne Rask (DTU Transport)og Arne Villumsen (DTU Byg, Artek)

2 1 Indledning... Teori Designhastighed...3. Horisontal kurveradius Vertikal kurveradius Gradienter Hårnålesving Designparametre Årsdøgntrafik (ÅDT) og dimensioneringsklasse Sidehældning for grus Bremsefriktion og sidefriktion Dimensionerende hastighed Linieføring og længdeprofil Bestemmelse af horisontal kurveradius Oversigtsarealets bredde Bestemmelse af vertikal kurveradius Kurvelængder Kørselsdynamik Gradienter Konstruktion af hårnålesving Beskrivelse af strækning Forklaring for valg af linieføring Forklaring for valg af længdeprofil Normaltværsnit Mængdeberegning Diskussion og fremtidig arbejde Konklusion Referencer...31 Side 1 af 31

3 1 Indledning Denne rapport har til hensigt at kortlægge de vejgeometriske udfordringer der ligger i at bygge vej i Grønland. Rapporten har sit udgangspunkt i tidligere arbejde med vejstrækningen Sisimiut- Kangerlussuaq, og linieføringsforslaget præsenteret i rapporten Roadex III, Road construction in Greenland the Greenlandic case, 007 er brugt som udgangspunkt for projektet. Der er udvalgt en vejstrækning i området omkring Uttoqqaat til vejgeometrisk dimensionering, her passerer vejen blandt andet flere vandløb og ikke mindst en stejl højderyg hvilke giver store udfordringer mht. dimensioneringen. Der er ikke taget hensyn til geologiske eller geotekniske aspekter. Side af 31

4 Teori Der er i teoriafsnittet forsøgt i størst mulig grad at benytte de danske normer, men i flere tilfælde er disse ikke tilstrækkelige når der tales om vej i kuperet terræn. Linieføringsteorien er stort set identisk i Danmark og Norge, og det er derfor valgt at bruge norske vejnormer til at supplere de danske. I tillæg er der anvendt en rapport af Via Trafik om vejbyggeri i Grønland til supplement..1 Designhastighed Den ønskede hastighed er ikke identisk med den dimensionerende hastighed. På vejstrækninger beliggende i åbent landskab sættes hastigheden til: km Vd = Vø + 0, hvor V ø er den ønskede hastighed 1 t [km/t] Iflg. norske vejnormer afhænger designhastigheden af vejklassen samt af den ønskede hastighed. Det samme gælder friktionskoefficienten. Tabel 1- Vejdimensioneringsklasser Dimensioneringsklasse V ø [km/t] Fartstillæg [km/t] Sikkerhed sidefriktion f s S H Sa A f sd. Horisontal kurveradius Afsnittet bygger på teori hentet fra Thagesen, B., Veje og Stier, 000 Bestemmelse af minimumsradier: I Danmark opereres der hovedsagligt med fire typer bestemmende radier, hvilke er: Minimums radius for stopsigt; at en bilist kan nå at se, reagere på en forhindring og stoppe for at undgå kollision med hinanden. Minimumradius for mødesigt, at to modsatkørende bilister kan nå at se, reagere og stoppe for at undgå kollision. Minimumsradius for overhaling, at en bilist kan se tilstrækkelig langt frem til at sikre sig, at en overhaling kan gennemføres uden kollision og uden at være til gener for en modkørende bil. Side 3 af 31

5 Minimumsradius under ideelle forhold Bremseafstanden og bremsereaktionsafstanden er bestemmende for stopsigten og mødesigten, hvilket er en funktion af bilens hastighed, samt førerens reaktionstid. Bremseafstand og bremsereaktionsafstand beregnes via følgende formler: Bremsereaktionsafstand: L R Vd = t R [m] 3.6 Hvor V d er den dimensionerende hastighed, t R er reaktionstiden for en bilist og t R =s. Bremseafstand: L b = 3.6 V d g ( µ + s) [m] hvor V d er den dimensionerende hastighed, g er tyngdeaccelerationen, µ er bremsefriktionskoefficienten og s er vejens sidehældning. Overhalingsafstanden er en sammensætning af flere parametre, s 1 er den strækning som den overhalende bil tilbagelægger under selve overhalingsmanøvren (fra bilen trækker ud, til den er tilbage på oprindelige vognbane), s er den strækning som den overhalede bil tilbagelægger under overhalingsmanøvren, og til sidst er overhalingsafstanden ved en sikkerhedsafstand s 3, som er den afstand der er fra den overhalende bil umiddelbart efter overhalingens afslutning og frem til den modkørende bil. De forskellige parametre er udtrykt således: s V 114 s [m] 1 = d + V s d = t [m] 3. 6 hvor t er 85%-fraktilen af overhalingens varighed i sekunder. t har vist sig at ligge omkring 9 sek. uanset hastighed. Side 4 af 31

6 s = 15 s [m] 3 s 3 er 85%-fraktilen af den observerede sikkerhedsafstand Den nødvendige vejkurveradius er givet ved: R s S ( R b) = + b S = 8Rb R = [m] 8b hvor b er afstanden til sigtehindringen, f.eks. afstanden fra bilen på vejbanen og til fjeld i indersiden af kurven, og S er sigteafstanden langs vejen.3 Vertikal kurveradius Afsnittet bygger på teori hentet fra Thagesen, B., Veje og Stier, 000 Radier for vertikale kurver er styret af følgende udtryk: Radius for konkave kurver: S R = [m] h ( H h + H ) 1 Radius for lange konvekse kurver: S R = [m] h ( h + ) 1 hvor S er sigteafstanden (altså variabel mht. til sigteafstande omhandlet i afsnittet. Horisontal kurveradius), H er frihøjden og er sat til 4.5 m, h1 er øjehøjde og er sat til 1 m, h er objekthøjde og er sat til 0.15 m for konvekse kurver og 0.50 m for konkave kurver. Side 5 af 31

7 For korte konvekse kurver findes minimumsradius som: ( S( h ) ) 1 h R min = α + α [m] hvor α er vist på Figur 1 Figur 1- Vinkel α og sigteafstand S i kort konveks vertikalkurve Af hensyn til komfort bør en minimumsradius i en vertikal kurve helst større end: Vø R komfort = [m] Gradienter Afsnittet bygger på teori hentet fra Via Trafik, Vejledning i projektering af vejanlæg i Nuuk, 3. udgave 007 Vejens gradient og vertikale kurveradier er afgørende for trafiksikkerheden. Antal uheld på en vejstrækning øges proportionelt med hældningen af vejen, specielt ved glat føre. Valg af rigtig type vinterdæk har her stor betydning for risikoen for udskridninger på glat vejbane. Mængden af snerydning og glatførebekæmpelse har ligeledes stor betydning for risikoen for udskridninger, og denne parameter bør også indgå i overvejelserne omkring maksimalt tilladt hældning. Side 6 af 31

8 I vejregler og retningslinier der bruges i lande med tilsvarende typografiske og klimatiske forhold som i Grønland (som Norge, Island, etc.), afhænger den maksimalt tilladte hældning af skiltede hastighed på den aktuelle delstrækning. Ifølge de norske retningslinier sættes den maksimalt resulterende hældning generelt til 10 %. De maksimale værdier benyttes under forudsætning af at: alle biler skal være forsynet med enten vinterdæk eller pigdæk i vinterhalvåret tunge køretøjer skal køre med pigdæk i vinterhalvåret veje anlagt med maksimal hældning skal have Prioritet A i forhold til vintervedligeholdelse, hvilket vil sige at der bl.a. skal udstrøs sand eller grus ved glatføre med størst mulig frekvens, i forhold til den øvrige vintervedligeholdelse at der er tydeligt angivet på færdselstavler, at det er en strækning med stor hældning Nyanlagte delstrækninger med stor hældning bør nøje overvåges ved første tegn på vinter. Ved etablering af delstrækninger med store hældninger er det vigtig at være særligt opmærksom på de bilister der kører nedad. Deres hastighed og derved bremselængde kan være stor, og det er vigtigt at køretøjet kommer ud på en flad delstrækning uden horisontalsving med lille radius. Korrekt brug og opsætning af autoværn er særdeles vigtigt i forbindelse med etablering af strækninger med stor hældning. På vejstrækninger hvor vejen hælder med mere end 6 % eller hvis vejen falder 100 højdemeter uden mellemliggende flade stykker eller sving, bør der anlægges afkørselslommer for hver ca. 500 m, hvor bilisterne kan bremse op ved problemer med kontrol over køretøjet. Side 7 af 31

9 Figur - Ifølge de islandske vejregler bør den højst tilladelige hastighed på dette stykke være 30 km/t Ulykkesrisikoen er størst ved længdeprofilets toppunkt, hvor oversigten ofte er ringe, og i dybdepunktet hvor hastigheden er stor. Ved tracering af strækninger med stor hældning er det ekstra vigtigt, at følgende bliver overholdt: En horisontalkurve må ikke starte umiddelbart efter et toppunkt, da kurven kan være svær at erkende. Skal en horisontal- og en vertikalkurve kombineres bør det tilstræbes at horisontalkurven overlejrer vertikalkurven, dvs. begynder før og slutter efter vertikalkurven, så det er muligt at se horisontalkurven, inden man rammer den. Radius i en vertikalkurve bør være så stor, at vertikalkurvens længde ikke bliver meget mindre end længden af den overlejrende horisontalkurve. Dette gælder især for konkave vertikalkurver og kræver almindeligvis, at vertikalkurvens radius bliver ca. 10 gange så stor som end horisontalkurvens radius..5 Hårnålesving Afsnittet bygger på teori hentet fra. Vegdirektoratet, Linjeføringsteori, 008, Håndbok 35 Ekstreme hældninger i terrænet pga. bjerge og fjeldovergange medfører at det er nødvendigt at anlægge hårnålesving. Et hårnålesving er et svært skarpt sving, hvilket vil sige et linieforløb med svært lille horisontalkurveradius ( R < 40m ) og med en retningsforandring væsentlig større end o 90 Side 8 af 31

10 Brug af hårnålesving bruges eksempelvis: som erstatning for en tunnel i bjergsider, hvor der er risiko for skred i svært terræn. Her findes eksempler på at hårnålesving kan reducere vejlængden betragtelig Der er defineret fire klasser af hårnålesving. Inddelingen af disse klasser er afhængig af kørebanebredden Tabel - De fire klasser af hårnålesving Kørebanebredde [m] H. S. Klasse Møde mellem Mindste radius Forklaring 6,5-7,0 1 VT 1 m VT kan mødes. 5,5-6,0 L VT og P kan mødes. VT må kunne bruge 1 m modgående felt. 5,0-5,5 3 L og P Konstrueres med L i indre kørebane. VT kan 1 m trafikere svinget. < 5,0 4 P 10 m mindste radius for snerydning med lastbil. L 10 m kan trafikere svinget. Forklaring til forkortelser: VT=Vogntog, L=Lastebil og P=Personbil Ved konstruktion af et hårnålesving er det mest hensigtsmæssigt at bruge sammensatte klotoider da denne liniekombination giver bedst tilpasning for dimensionerende køretøjer. Hårnålesvingets horisontalkurvatur er vist i Figur 3. Konstruktion af hårnålesving kan kort beskrives som følger: Svinget er symmetrisk om brydningsvinkelens halveringslinie. Cirkelcentrum for centerlinien, indre kørebanekant og ydre kørebanekant er sammenfaldende. Dette giver lidt større bredde i ind- og udgangen af svinget, dog ikke for hårnålesving med store radier. Udvidelseskurven for indre kørebanekant er den samme for alle køretøjer. Ydre kørebanekant udvides lineært fra det punkt, hvor en tangent til cirkelkurven er parallel med retlinien ind i hårnålesvinget. Centerlinien vil normalt bestå af en cirkelkurve og en oprettingskurve. Oprettingskurven vil bestå af en kombination af op til tre klotoider. Side 9 af 31

11 Indre kørefeltkant udformes som en cirkelkurve over samme vinkel og med samme center som centerliniens cirkelkurve. Breddeudvidelsen i hårnålesvinget foretages over en strækning lig oprettingskurvens længde + 15 m. Ydre kørefeltkant består af en cirkelkurve med samme center som centerliniens cirkelkurve. En eventuel retningsforandring på ydre kørefeltskant fra tilstødende element til cirkelkurven, jævnes ud over en strækning på 15 m fra det punkt, hvor tangenten til cirkelkurven er parallel med tilstødende element (O,y-K,y på Figur 3). Figur 3- Hårnålesving, princip skitse Skulderbredden reduceres til 0,4 m i hårnålesvinget. Nødvendige kørebanebredder for indre og ydre kørefelt i svingets kurve kan ses i Tabel 3. Side 10 af 31

12 Tabel 3- Kørebanebredder Normal køreban ebedde Radius i centerlinien H. S. Klasse Kørefelt ,0 1 6,5 1 6,0 5,5 5,5 3 5,0 3 3,0 4 Indre Ydre Indre Ydre Indre Ydre Indre Ydre Indre Ydre Indre Ydre Indre Ydre Strækninger med hårnålesving kan give problemer i trafikken, specielt om vinteren. Dette skyldes hældningen og tværfaldet i svinget, som kan vær vanskelig at håndtere, specielt for tunge køretøjer. Af den grund, skal hældningen i centerlinien af hårnålesvinget reduceres i forhold til hældningen på tilstødende rette vejstrækning. Størrelsen på reduktionen bør være så lille som mulig for at minimere vejlængden. Maksimalt tilladte hældning i hårnålesvingets centerlinie er afhængig af maksimalt tilladte hældning på tilstødende vej, samt svingets horisontalkurveradius. Hældningen i indre kørebane skal ikke overstige maksimalt tilladt hældning for vejen. Samtidig som at et vogntogs bevægelsesretning ikke skal være sammenfaldende med drivhjulenes retning. Disse forhold medfører stærkt reduceret hældning i centerlinien. Hældningen reduceres over en strækning, som går fra cirkelkurvens begyndelse til det profil, hvor den indre kørebane har normal vejbredde. Side 11 af 31

13 Figur 4- Hårnålesving vertikal kurve Figur 5- Aflæsningstabel, maksimal hældning i hårnålesving Vertikalkurverne udføres således at kurverne afsluttes (begynder), i samme profil som hældningsreduktionen begynder (stopper). For krav til mindste vertikalkurveradius, se Tabel 4: Tabel 4- Krav til mindste vertikalradius i hårnålesving H. S. Klasse R,V,min [m] Side 1 af 31

14 3 Designparametre Designparametrene bestemmes ud fra norske vejnormer. Den norske og danske linieføringsteori bygger på de samme principper og giver ens resultat ved samme udgangspunkt. Det er derfor skønnet at det er muligt at hente alle designparametre fra norske vejnormer og benyttes i den danske linieføringsteori beskrevet i afsnit Teori Det er valgt at benytte designværdier fra norske vejnormer, fordi de er vurderet mere realistiske ved konstruktion af vej i kuperet terræn. 3.1 Årsdøgntrafik (ÅDT) og dimensioneringsklasse Der anbefales ikke at grusdække på vej bruges til adkomstveje med ÅDT over 300 og samleveje med ÅDT over 100. Overstiger vejen ÅDT 300, kan grusvej blive en meget kostbar løsning på grund af vedligehold. ÅDT sættes derfor til Stamvej eller hovedvej med en trafikmængde på ÅDT og hastighedsgrænse på 60 km/t, giver en Dimensioneringsklasse A Sidehældning for grus Tværfaldet på grusvejen er sat til s 60 00, for både ensidigt tværfald og tagformet g tværprofil. Sidehældning for grus sættes til: s g = Side 13 af 31

15 3.3 Bremsefriktion og sidefriktion Bremsefriktion for bildæk mod diverse underlag kan ses af Tabel 5: Tabel 5- Friktionskoefficienter 6 Materiale Tør/Våd vej Friktionskoef. grus Tør grus Våd sne Tør sne Våd is Tør is Våd Bremsefriktionen sættes i dette projekt til 0,4 på baggrund af de oplysninger der findes om området og vejbelægningen. Bremsefriktion: f b, g = 0. 4 Sidefriktionen er den radiale komponent af friktionen mellem dæk og vejoverflade ved kørsel i kurve. Dimensionsklasse A giver iflg. tabel 1 en sidefriktion: Sidefriktion: f s, g = Sidefriktionen er beregnet på baggrund af friktion mod asfalt. Sidefriktionen vil antageligt være højere ved friktion mod grus, men da denne værdi ikke kendes bliver sidefriktion for asfalt brugt, da denne er på den sikre side. 3.4 Dimensionerende hastighed Den dimensionerende hastighed er bestemt ud fra vejens dimensioneringsklasse og ønsket hastighed. Dimensioneringsklasse for stamvej eller hovedvej med en trafikmængde på ÅDT og hastighedsgrænse på 60 km/t giver dimensioneringsklasse A med et farttillæg på 5 km/t. Ud fra de antagelser der er gjort om pågældende vejs funktion og brug, kan vejen ifølge norske normer kategoriseres som en dimensionsklasse A vej. Side 14 af 31

16 km km Vd = Vø + 5 = = 65 t t 4 Linieføring og længdeprofil 4.1 Bestemmelse af horisontal kurveradius Ved valg af horisontalradier kan tre kriterier lægges til grund: kørselsdynamik, oversigtsforhold og æstetik. Kørselsdynamikken vil normalt give anledning til de mindste radier, mens de æstetiske hensyn normalt vil tale for de største radier. Den dimensionerende hastighed giver de i Tabel 6 givne mindsteafstande. Standselængderne er beregnet for kørsel på plan vej, og for kørsel på vej med henholdsvis 10 % stigning og 10 % fald: Tabel 6- Mindsteafstand Hældning L,r 36 m 36 m 36 m Bremsereaktionsafstand L,b 4 m 55 m 33 m Bremseafstand L,s 78 m 91 m 69 m Stopsigtlængden L,o 489 m 489 m 489 m Overhalingsafstanden Dette giver igen flg. horisontalkurveradiuser: Tabel 7- Mindsteradius Hældning R,h,stop 116 m 161 m 9 m Nødvendig vejkurveradius for stop R,h,overh. 459 m 459 m 459 m Nødvendig vejkurveradius for overhaling R,h,min 109 m 109 m 109 m Minimal radius under ideelle forhold Mindsteradius sættes til R=116, som er den nødvendige radius for stop. Det er ikke nødvendigt at dimensionere vejen for overhaling, da vejen er meget lavt trafikeret, og hastigheden er meget begrænset. I tillæg vil kravene være umulig at overholde pga. terrænet. Der skal ud over dette tages hensyn til følgende 7 : Ved små vinkelændringer, dvs. mindre end 5, bør kurvelængden være mindst 0 gange kørebanebredden. Side 15 af 31

17 Ved sammensatte cirkelkurver bør forholdet mellem den mindste og den største radius være mindst 0,7. 4. Oversigtsarealets bredde Den mindste afstand fra bil i indre kørebane til forhindringen skal findes ved forskellige hastigheder. Det er forsøget at finde en realistisk afstand for det kuperede terræn vejen bevæger gennem. Figur 6- Oversigtsarealets bredde, skitse. Efter gennemgang af linieføringsforslaget, er størrelsen af de mest anvendte horisontalkurveradiuser mellem R=50 m og R=150 m. Ved den dimensionerende hastighed på 65 km/t og radius i horisontalkurven på f.eks. R=100 m, er denne afstand b 8m. Denne afstand kan være for stor i enkelte tilfælde, og en hastighedsreduktion kan være nødvendig for at opnå en rimelig mindsteafstand.. Både afstanden b, hastigheden V og afstanden S influerer hinanden, se afsnittet. Horisontal kurveradius. Vi har følgende formler: L b = 3.6 V d g ( µ + s), L R Vd = t R, S = L b + LR og 3.6 R = S 8b Dette giver følgende to ligninger: for S S t R Vd = V d g ( µ + s) og S = 8bR Side 16 af 31

18 hvor t R, g, µ og s er kendt og konstante d og R er kendte men varieres og dermed kan V d findes for forskellige værdier af b og R vha. af andengradsligningen: 0.01V d V 8bR d = 0 Nedenunder er der lavet en tabel over maksimal hastighed for forskellige aktuelle værdier af R og b. Tabel 8- Maksimal hastighed ved små horisontalkurveradier og mindsteafstande R [m] d [m] V, max [km/t] R [m] d [m] V, max [km/t] Bestemmelse af vertikal kurveradius For vertikale kurver med dimensionerende hastighed er på 65 km/t, findes følgende mindstekrav til radier: Tabel 9- Mindste vertikal kurveradius Radier i m Opbremsning mulig Overhaling mulig R,v,konveks 783 m m R,v,konkav 101 m 3984 m Minimumsradius for konvekse (opadbuede) kurver sikrer stopsigt for de trafiktekniske grundværdier. Den bør kun anvendes i specielle tilfælde, og vejen skal da, forsynes med spærrelinier. Ikke mindst af æstetiske grunde anbefales det at anvende væsentligt større radier de steder typografien tillader det. Side 17 af 31

19 Anbefalet mindsteradius angiver hvilke radier der normalt bør være minimum. Radierne sikrer mødesigt for de kørselstekniske grundværdier, således at der ikke skal etableres spærrelinier. For veje med en ønsket hastighed på 30 km/t og derunder bør mindste vertikalradius fastsættes ud fra hensyn til køretøjernes geometri. Ved radier på 60 m og derover undgås for både konvekse og konkave kurver, at bussers undervogn støder mod kørebanen. 8 Ved tracering af strækninger med stor hældning er det ekstra vigtigt, at radius i en vertikalkurve er så stor, at vertikalkurvens længde ikke bliver meget mindre end længden af den overlejrende horisontalkurve. Dette gælder især for konkave vertikalkurver og det kræves almindeligvis, at vertikalkurvens radius er ca. 10 gange større end horisontalkurvens radius Kurvelængder Der bør anvendes kurvelængder, som giver et harmonisk længdeprofil med bløde stigningsændringer. Ved små vinkler mellem de rette linier i vejens længdeprofil bør der anvendes kurver med så store radier, at kurvelængden er større end de værdier, der er angivet i Tabel 10 Tabel 10- Mindste horisontalkurvelængde 10 Ønsket hastighed Mindste kurvelængde 70 km/t 70 m 60 km/t 60 m 50 km/t 50 m 40 km/t 40 m 4.5 Kørselsdynamik For at passage gennem vertikalkurver ikke skal føles ubehagelige må centrifugalaccelerationen højst være 0,5 m/s. Dette gælder for både konvekse (opadbuede) kurver og konkave (nedadbuede) kurver. Større værdier vil føles som kilden i maven. Der skal således gælde: R komfort Vø = 3.6 Dette giver flg. tabel for ulige aktuelle hastigheder: Side 18 af 31

20 Tabel 11- Mindste vertikalkurveradius mht. kørselsdynamik Hastighed [km/t] R,min,kom [m] Gradienter Som nævnt i teorien skal det forsøges at undgå gradienter over 10 %. Der er enkelte steder på vejstrækningen hvor der findes gradienter over 10 %, og dette vil medføre hastighedsreduktion. Det må vurderes for hvert enkelt tilfælde, hvor meget hastigheden skal sænkes ved gradienter over 10 %. Det er ikke vurderet nærmere hvilken hastighed det skal være tilladt at køre på de forskellige dele af strækningen. 4.7 Konstruktion af hårnålesving Først vælges hvilken klasse af hårnålesving der ønskes anlagt. Områdets typografi begrænser brugen af meget tunge køretøjer, men det ønskes dog at vejen kan benyttes af lastbiler og busser. Hårnålesvinget ønskes derfor dimensioneret efter møde mellem personbil og lastbil (evt. bus). Iflg. Tabel giver dette hårnålesving klasse 3. For at designe hårnålesving er det nødvendig at analysere svingets udformning mht. horisontalkurveradius, hårnålesvingets klasse og hældning på tilstødende vejstrækning. Resulterende fald i kurven før reduktion udregnes vha.: f = imax + p f = imax + p 11,hvor f er resulterende fald, i maksimalt tilladelige sidehældning og p vejens længdefald. Kørebanebredderne aflæses i tabel 3 og maksimal hældning i horisontalkurven aflæses af Figur 4. Ved at aflæse disse figurer, samt tegning 5 ( Længdeprofil ), kan Tabel 1 opstilles: Side 19 af 31

21 Tabel 1- Design af hårnålesving Sving nr. R [m] L,s [m] h,v [%] f,res[%] h,max [%] Diff. [%] Indre Køre.B Ydre Køre.B Det ses af tabellen at 1 af hårnålesvingene har en for høj vertikalhældning i forhold til tilladte (se kolonne diff. [%] ). Disse sving skal konstrueres med opretningskurver vertikalt, pga. at den resulterende hældning er for høj. Alle hårnålesving skal have kurveudvidelse for at kunne overholde krav til møde mellem bus og personbil. Der er ikke reduceret skulderbredde (yderrabat) i hårnålesvingene, som der er nævnt i teorien. Dette fordi der med stor sandsynlighed skal placeres autoværne og skredsikring i mange af hårnålesvingene, og en stor reduktion af skulderbredden (1 m til 0,4 m) ville være urealistisk. I tillæg sikrer en større bredde af vejen mulighed for snerydning og giver bilisterne en bedre oversigts gennem svinget. Eksempel på design af hårnålesving, Sving 4, Station til Hældning i sving: 6,96 %, horisontalkurveradius R=1 m. Ifølge Figur 5 giver dette en maksimal tilladt hældning på 3 %, i tillæg skal de vertikale overgangskurver være minimum R=600 m (se Tabel 4). Dette bliver løst som vist i Figur 7 Side 0 af 31

22 Figur 7- Ændring af længdeprofil i hårnålesving Videre skal der foretages en kurveudvidelse i svinget, ifølge tabel skal indre kørebane udvides fra,75 m til 5,6 m og ydre kørebane fra,75 m til 3,0 m. Ifølge teorien skal breddeudvidelsen i hårnålesvinget foretages over en strækning lig oprettingskurvens længde + 15 m. Strækningen sættes til 15 m, da længden af opretningskurven udgør meget lille i forhold til de 15 m, se Figur 3. En oversigt over geometrien i hårnålesving kan ses i tegning. Det ses at kurveudvidelsen nok kunne gøres over en længere afstand, for at undgå den skarpe overgang. På tegning 7 og 9 ses en 3D-model af det samme snit, her fornemmes tydelig de indgreb, der skal gøres, samt hvor stor hældningen på vejen er. Side 1 af 31

23 5 Beskrivelse af strækning Strækningen valgt til analyse er station til station , selve hovedstrækningen starter i station 0.000, i Sisimiut by og ender i station et stykke vest for Kangerlussuaq. Figur 8- Oversigt over vejstrækning Sisimiut til Kangerlussuaq Udsnittet af strækningen kan ses på tegning 1 og 3 Beskrivelse af strækning mellem station og station : Vejen passerer en lille sø på sydvestsiden i en skråning, hvor der er relativt fladt og jævnt underlag. Vejen bevæger sig videre lidt nedad til enden af søen, hvor den skal krydse et lille vandløb, bevæger sig over på østsiden af søen og drejer i retning sydøst lidt opad langs en bjergkant. Beskrivelse af strækning mellem station og station : Vejen kommer over højderyggen og bevæger sig nedad i sydlig til sydvestlig retning, hvor vejen passerer flere mindre klipper og vandløb og terrænet er relativt ujævnt. Det vil være nødvendig med en bro over et af de større vandløb. Beskrivelse af strækning mellem station og station 3.000: Vejen når enden af et større vandløb, og det bliver nødvendigt at krydse dette for at bevæge sig mod nordøst og op i et mere kuperet terræn. Her vil også være behov for bro. Beskrivelse af strækning mellem station og station : Vejen bevæger sig nordøst langs vandløbet og videre mod øst når den nærmer sig toppen af højderyggen. Her er meget brat og ujævnt underlag og flere steder findes større klipper til forhindring for vejen. Side af 31

24 5.1 Forklaring for valg af linieføring For at undgå for store hældninger i den vertikale linieføring, bør vejen langsomt slynge sig op ad stigningerne, på en måde så linieføringen krydser højdekurverne i mindst mulig vinkel. Samtidig bør der undgås for mange hårnålesving, og under ingen omstændigheder hårnålesving med en radius under 1 m, da dette vil umuliggøre ønsket trafik. Station : I linieføringsforslag i rapport Roadex III, Road construction in Greenland the Greenlandic case, 007, var intensionen at lægge linieføringen op over en højde østnordøst for søen, hvilket på kortet ser ud som en relativt god løsning, fordi terrænet, efter at have nået toppen, er bredt og fladt og videre er der jævnt fald ned til station Efter nærmere undersøgelse viser det sig, at dette ikke er tilfældet, terrænet er lang mere ujævnt en først antaget og det vælges derfor at lægge linieføringen langs bjergkanten i stedet for over denne. Herved sikres en minimal stigning og det vil til gengæld øge udfordringen i at placere vejen optimalt mht. bjergsiden. Station : Terrænet er ujævnt, men der forsøges i højst mulig grad at få linieføringen til at følge højdekurverne og samtidig undgå mindre klipper. Vandløb er uundgåeligt og omkring station og er der konstrueret bro, da det er nødvendig at krydse meget dybe kløfter. Station : På stykket lige efter vandløbet drejer vejen igen mod øst. På det første stykke er det muligt at krydse højdekurverne med små vinkler, og terrænet er jævnt, men hårnålesving kan dog ikke undgås. Fra station og til station nås et meget stejlt område med mange mindre klipper og ujævnt terræn og det er forsøgt at undgå klipperne i størst muligt omfang : Toppen af denne stigning er næsten nået og herfra kan højdekurven følges videre som mellem station og Side 3 af 31

25 5. Forklaring for valg af længdeprofil For den vertikale linieføring gælder det, som nævnt i afsnit 4 Linieføring og længdeprofil, om ikke at overstige de maksimale gradienter. Specielt skal der tages hensyn til hårnålesving, hvilke kræver specielt design, da der er krav til maksimalt resulterende fald gennem svinget, samt krav til minimums vertikal radius i overgangskurverne. I øvrigt skal den vertikale linieføring i bedst mulig grad tilpasses terrænet, her er det vigtigt at tage hensyn til geologien. Er overfladen jord, kan den vertikal linjeføring måske lægges lidt ned i terrænet nogle steder, for så at bruge jorden til påfyldning andre steder. Er terrænoverfladen i hovedsag grundfjeld, vil denne løsning nok være mindre god, da der kræves sprængning og flytning af tunge materialer i ufremkommeligt terræn. Der kan også være andre vurderinger, hvilke bliver diskuteret i afsnit 7 Mængdeberegning. Der ses at strækningen hovedsagelig skal konstrueres ovenpå grundfjeld. Det vil derved være uundgåeligt med sprængning enkelte steder hvor terrænet er meget ujævnt. Samtidig vil det kræves to broer på strækningen, en i station og en i station Længdeprofilet kan ses på tegning 5. Det er som nævnt forsøgt at lægge længdeprofilet så tæt ved terrænkoten som overhovedet muligt, men specielt hårnålesvingene gør det uundgåeligt at enten synke en del under terræn eller op over, og der er derfor gjort den antagelse, at det i de fleste tilfælde, vil være bedst at sprænge, og altså lade længdeprofilet synke under terrænkoten (se Figur 7). Dette forklares nærmere i afsnit 7 Mængdeberegning. Station : Her er længdeprofilet lagt så tæt ved terrænkoten som mulig, det er ikke behov for mage skarpe sving og terrænet er relativt jævnt. Massediagrammet på Figur 10, reflekterer også dette. Station Terrænet stiger markant og samtidig bliver terrænet også mere ujævnt. Længdeprofilet bliver lagt så tæt på terrænkoten om mulig, men mange steder kan det ikke undgås, at det ligger en del over eller under, for at overholde krav til hældning. Specielt er dette en udfordring mht. hårnålesving (se Figur 7). Fra station er stort set alle vertikalkurveradier R=600, hvilket er mindste værdi Side 4 af 31

26 accepteret for hårnålesving klasse 3. Det er dog blevet nødvendigt at bruge R=00 mellem og station og Som nævnt i afsnit.4 og 4.3, vil dette medføre ekstra krav til f.eks. reduktion af hastighed. Så længe R>60m, vil de dimensionsgivende køretøjer fortsat kunne trafikere vejen. 6 Normaltværsnit Der skal tages hensyn til mange variable, når tværsnittet af vejen skal designes. I kuperede områder, som i dette projekt, er det specielt vigtig med hensynstagen til afvanding, snerydning og skredfare. Der gås ikke nærmere ind i de specifikke detaljer omkring tværsnittet i dette projekt. I norske normer findes typiske normaltværsnit for vej i kuperet terræn specialdesignet til fjeld. Tværsnittet fra norsk norm som er brugt som udgangspunkt for normaltværsnittet i dette projekt, kan ses nedenunder: Figur 9- Vejledende tværsnit ved skæring i klippefjeld 1 Det standardiserede tværsnit modificeres og tilpasses de allerede fastlagte designparametre, så som hældningen for grusvej og yderrabattens bredde. Yderrabattens bredde er sat til 1 m, da dette gør det muligt at opføre autoværn. Autoværn skal opføres, hvor der er skråning a=1,5 og faldhøjde mere end 3 m, er a<1,5, som ved indstøbt vejkasse, er faldhøjdekravet sænket til 1,5 m. 13 Det er ikke blevet undersøgt mere detaljeret i hvilket omfang autoværn skal opføres. Side 5 af 31

27 Når det gælder påfyldning, er den maksimalt tilladelige hældning for grusskråninger a=1,5 14. Denne hældning er anvendt på stor set på hele strækningen, men i enkelte tilfælde har det været nødvendig at bruge lodret væg fra rabatyderkant til fast bund, hvilke betyder at vejkassen skal indstøbes. Normaltværsnittet kan ses på tegning 6 Normaltværsnit. 7 Mængdeberegning Metoden til mængdeberegninger kan beskrives som følger: Vejen opdeles i tværsnit for hver 0m, arealet af disse tværsnit beregnes, og multipliceres med afstanden mellem dem. Beregningerne af alle snit kan ses i en volumen rapport, bilag 1. Nedenunder ses en graf over hvor meget der skal graves/fyldes langs strækningen. Figur 10- Mass-Haull diagram, kan ses i fuld størrelse bilag Der ses af grafen ovenover, at der skal sprænges/graves betragtelig mere end der skal påfyldes. Dette kan forklares ved at vejen på strækningen mellem station til i hovedsag bevæger sig langs en bjergside. Det skal derfor bestemmes om vejkassen skal placeres mest udenfor bjergsiden eller indenfor. Dette afgøres af hældningen på bjergsiden. Alternativ 1 på Figur 11 viser den løsning der er anvendt mest ved store hældninger. Hvis vejkassen flyttes ud, kan den påfyldte skråning blive for stor selv med den maksimalt tilladelige hældning a=1,5 (se alternativ, Figur 11), og en lodret væg til støtte af vejkassen (se alternativ 3, Figur 11) bliver nødvendig. Den lodrette væg vil kræve langt mere arbejde og materialeomkostninger end sprængning, da væggen skal Side 6 af 31

28 armeres og støbes. Alternativ er anvendt hvor muligt, for at få brugt noget af det fyld, der er i overskud. En skitse til vejledning kan ses af Figur 11 nedenunder: Figur 11- Skitse af tre løsninger til valg af placering af vejkasse i bjergside Det kan diskuteres hvorvidt sprængning/gravning ind i bjergsiden og påfyldning og indstøbning af vejkasse kan balanceres bedre. Dette afhænger også af, hvor besværligt transport af materialer er samt kvaliteten af fjeldet. Er kvaliteten af fjeldet god og overskuddet stort, kan dette måske sælges til god pris. Altså kan det være en stor fordel med et overskud fra sprængning. Masse beregningerne er et overslag lavet på baggrund af arealet af et snit i terræn og vejprofilet pr. 0m, multipliceret med afstanden mellem hvert snit (0 m). Dette skal gerne give et rimelig overslag, og mere detaljeret beregning er ikke nødvendigt, for at skønne det samlede masseoverskud på hele strækningen mellem Sisimiut-Kangerlussuaq. Det kan diskuteres hvorvidt området omkring Uttoqqaat er repræsentativt for hele strækningen, da der andre steder findes andre underlag, og terrænet i området omkring Uttoqqaat er meget kuperet. Af volumenrapporten, bilag 1, ses at den samlede afgravning (Cut) er m 3 og den samlede påfyldning (Fill) er m 3. Dette giver et samlet overskud af jord/sten på m 3 (se også Side 7 af 31

29 graf på Figur 10). Er dette repræsentativt for hele strækningen, vil der være et overskud af jord/sten på m 3 /km. 8 Diskussion og fremtidig arbejde Brug af normer Der har været anvendt to sæt af normer (norsk og dansk), samt en rapport til understøttelse af teorien. Det er begrundet, at der kan anvendes designparametre fundne i norske normer på dansk linieføringsteori, da linieføringsteorien er tilnærmelig ens, og ens resultat opnås ved ens forudsætninger. Hvorfor det er valgt at bruge norske vejnormer til at finde de dimensionsgivne designparametre begrundes, med at de norske normer er bedre tilpasset de udfordringer, der ligger i vejbygger i områder med topografi og klima som Grønland. I Tabel 13 ses en sammenligning af resultater mellem dansk og norsk linieføringsteori. Hastighed=65 km/t, sidefriktion=0.19 og sidehældning=0.04. Tabel 13- sammenligning af resultater fra norsk og dansk linieføringsteori Norge Danmark L,r [m] Bremsereaktionsafstand L,b [m] 43 4 Bremseafstand L,s [m] Stopsigtlængde R,h [m] Nødvendig vejkurveradius for stop Videre undersøgelser En nærmere vurdering af klimadata og en nærmere undersøgelse af den forventede trafikmængden vil være nødvendig for endelig fastlæggelse af flere af ovennævnte designparametre. Disse variable vil ændre kravene til vejen. Vejen er dog konstrueret konservativt, så der er en vis sikkerhed i forhold til kurveradier. I tillæg er yderrabatten gjort bred nok til autoværn, hvilket sandsynligvis skal opføres på store dele af strækningen. Side 8 af 31

30 Autoværn er vigtigt for sikkerheden og ligeledes er sikring af skred m.m. Området er meget kritisk mht. sikkerhed, blandt andet har en norsk undersøgelse vist at ulykkesrisikoen øges kraftig, når vejbanen er dækket af is eller sne (se Tabel 14) Tabel 14- Relativ risiko ved forskelligt vejføre 15 Vejføret Relativ risiko Tørt og bart 1.0 Våd og bart 1.3 Sjappet 1.5 Hård sne.5 Løs sne/isdækket vej 4.4 I tillæg bør vejens geologi undersøges mht. til sprængning, da sikring af skredfarlige områder er vigtigt for trafikanternes sikkerhed. Blandt andet bør det vurderes, om vejen skal overbygges med tag, som måske kan blive nødvendigt med alternativ 1 (Figur 11) eller om en løsning med skredsikre bjergsider opnås ved at flytte vejkassen udenfor bjergskråningen, som vist i alternativ 3, Figur 11. Det vil igen, som nævnt i afsnit 7 Mængdeberegning, medføre en indstøbt vejkasse. Det vil som nævnt i afsnit 5 Beskrivelse af strækning være nødvendigt med enten stor omlægning af vejen eller bro på to steder mellem station og , og der vil med al sandsynlighed også findes flere steder på den totale strækning mellem Sisimiut og Kangerlussuaq, at der er behov for anlægning af broer. Hvor og hvordan disse broer skal designes kræver helt speciel ekspertise, og bør selvfølgelig også undersøges nærmere. Som nævnt i afsnit 7 Mængdeberegning, kan det også tænkes, at man ønsker et materialeoverskud fra f.eks. sprængning, hvis dette materiale kan sælges til en fornuftig pris og dermed finansiere dele af vejen. Eller om materialet kan fordeles sådan, at alt der blev sprængt/gravet også kan bruges til påfyldning - altså en fuldstændig balance. En økonomisk vurdering og afvejning af ovennævnte aspekter bliver yderst nødvendig, og med al sandsynlighed bestemmende for hvilke løsninger der bør vælges. Side 9 af 31

31 9 Konklusion Teorien for vejgeometri i kuperede områder er gennemgået og en strækning på 6 km mellem Sisimiut og Kangerlussuaq er dimensioneret iht. til teorien. På tegning 4, ses hvordan der i linieføringsforslaget i denne rapport er foretaget en del modifikationer sammenlignet med det originale linieføringsforslag præsenteret i rapporten Roadex III, Road construction in Greenland the Greenlandic case, 007. Der er i den modificerede linieføring indført betragtelig flere sving, men der er til gengæld kortet ned på strækningen, så den totale vejlængde stort set er den samme. På tegning 5 Længdeprofil, kan en se hvordan længdeprofilet varierer sammenlignet med variation og hændelser i linieføringen vist på et kurvebånd. De fleste modifikationer foretaget, er helt nødvendig for at vejen kan trafikeres af normal trafik som busser og personbiler. Det er tydeligt at denne type kuperet område er en stor udfordring mht. til vejbyggeri. I forhold til vejgeometri er det vist at en funktionel vej kan konstrueres, men som nævnt i afsnittet 8 Diskussion og fremtidig arbejde er det fortsat mange aspekter som bør klarlægges inden et endelig vejforslag kan fremlægges. Side 30 af 31

32 10 Referencer 1 Thagesen, B., Veje og Stier, 000 Vegdirektoratet, Linjeføringsteori, 008, Håndbok 35 3 Vegdirektoratet, Vegbygning, 005, Håndbok Vegdirektoratet, Linjeføringsteori, 008, Håndbok 35 5 Vegdirektoratet, Linjeføringsteori, 008, Håndbok 35 6 Baker, J.S., "Traffic Accident Investigation Manual", Via Trafik, Vejledning I projektering af vejanlæg I Nuuk, 3. Udgave Via Trafik, Vejledning I projektering af vejanlæg I Nuuk, 3. Udgave Via Trafik, Vejledning I projektering af vejanlæg I Nuuk, 3. Udgave Via Trafik, Vejledning I projektering af vejanlæg I Nuuk, 3. Udgave Thagesen, B., Veje og Stier, Vegdirektoratet, Vegbygning, 005, Håndbok Vegdirektoratet, Rekkverk, 003, Håndbok Vegdirektoratet, Vegbygning, 005, Håndbok Via Trafik, Vejledning I projektering af vejanlæg I Nuuk, 3. Udgave 007 Side 31 af 31

33 Tegningsliste Nr. Tegning Beskrivelse 1 Oversigtsplan Linieføring med stationering og terrænprofil er afbildet. Afstanden mellem højdekurverne er 5 m. Bilagsliste: Geometri hårnålssving Udsnit af vejstrækningen (station til ). Strækningen viser hvordan hårnålssvingene er konstrueret horisontalt med kurveudvidelse, dette for at sikre oversigt og at større køretøjer kan komme rundt uden at standse helt. Kurverne flader også ud i svingene vertikalt, dette ses bedre på tegningerne 7 til 9. I tillæg ses her arealet af den flade som skal påfyldes eller udgraves (sprænges). Yderkanten af det der skal fyldes på er markeret med blå og afgravning rød. En af de to broer nødvendig på strækningen kan også ses (markeret turkis). 3 Oversigtsplan Linieføring og stationering, med orto-foto som baggrund 4 Ny lineføring og Sammenligning af linieføringsforslag i denne rapport og den præsenteret i oprindelig linieføring rapport Roadex III 5 Længdeprofil Længdeprofil afbildet sammen med kurvebånd. Kurvebåndet viser hændelser i linieføringen. 6 Normaltværsnit Normaltværsnit 3D Billede af hele strækningen station til Påfyldning og 7 Udsnit 1 afgravning er markeret med hhv. blå og rød. 3D Billede af hårnålssving ved station til Påfyldningen er 8 Udsnit her markeret med gul. 3D Billede af overfladerne der skal graves/sprænges eller påfyldes 9 Udsnit 3 (markeret med grøn, vejbanen er markeret med blå) Nr. Bilag Beskrivelse 1 Volumen rapport Samlet påfyldning og afgravning samt beregning af areal og volumen snit for snit pr. 0m Masse diagram Mass-Haull diagram, grafisk fremstilling af volumen rapport

34 End Area Volume Report Page 1 of 5 End Area Volume Report Cross Section Set Name: LIN_Udsnit_3_1_ Alignment Name: LIN_Udsnit_3_1 Report Created: 10/31/008 Time: 1:36pm Input Grid Factor: Note: All units in this report are in meters, square meters and cubic meters unless specified otherwise. Baseline Station Station Quantities Added Quantities Cut Fill Cut Fill Mass Factor Area Volume Adjusted Factor Area Volume Adjusted Factor Volume Adjusted Factor Volume Adjusted Ordinate file://c:\vej_sisimut\cad\inr\rpt\endareavolume_udsnit.html

35 End Area Volume Report Page of 5 Baseline Station Station Quantities Added Quantities Cut Fill Cut Fill Mass Factor Area Volume Adjusted Factor Area Volume Adjusted Factor Volume Adjusted Factor Volume Adjusted Ordinate file://c:\vej_sisimut\cad\inr\rpt\endareavolume_udsnit.html