DOPRAVNÍ STAVBY I (Pozemní komunikace) Doc.Ing. Marián Krajčovič, CSc. a kolektiv
1
ÚVOD
Pod pojmem << dopravní stavby >> zahrnujeme veškeré stavby související s dopravou a zařízení pro dopravu. Zahrnujeme mezi ně stavby silniční, železniční, letištní, regulaci a úpravu vodních toků, související s jejich splavněním. V širším pojetí pak mezi dopravní stavby můžeme zařadit i produktovody (ropovody a plynovody), které slouží pro dopravu ropy nebo zemního plynu. Dále i stavby a zařízení pro pásovou dopravu (např. uhlí, kameniva apod.) v povrchových dolech. Plánováním, projektováním, stavbou a provozem těchto staveb se zabývá stavební inženýrství, respektive jeho vědní obory. Významnou složkou stavebního inženýrství je silniční inženýrství, do něhož zahrnujeme obor silničního a městského inženýrství. Zjednodušené schéma návaznosti stavebního a silničního inženýrství je na obr.11. Silniční inženýrství, jako vědní obor, velmi úzce navazuje a plně se opírá o řadu vědních disciplín, zejména fyziky a matematiky (při návrhu), mechaniky, dynamiky a pružnosti (při stavbě). Z široké škály dopravních staveb se budeme zabývat jen silničními stavbami, resp. jen pozemními komunikacemi. Stavba komunikací dále předpokládá dokonalou znalost geodézie a měřičských způsobů zobrazování a vytyčování staveb. Silniční inženýr musí mít znalosti o mechanizačních prostředcích (stavebních strojích) vhodných pro zemní práce, stavbu vozovek, jakož i pro práce udržovací a obnovovací. Při zemních pracích silniční inženýr pracuje se zeminou jako stavivem, které je stavivem nejrozšířenějším s nestejnorodými vlastnostmi, jehož vlastnosti se na liniové stavbě často mění. Proto silniční inženýr (samozřejmě nejen on, ale každý stavební inženýr) musí ovládat základní zákony vědního oboru geotechniky, zejména nauku o mechanice zemin. K těmto znalostem patří základní znalost geologie, inženýrské geologie a v neposlední řadě znalost chemie v souvislosti se stavivy a jejich technologického užití. Při studiu silničního inženýrství je třeba vycházet z jeho souvislostí s uvedenými vědními obory a jejich naukami, neboť dopravní stavba z hlediska plánování, projektu a stavby je multidisciplinární komplexní inženýrské dílo, které má být vhodně začleněno do krajiny z hlediska vytváření a ochrany životního prostředí.
STAVEBNÍ INŽENÝRSTVÍ INŽENÝRSKÉ STAVITELSTVÍ SILNIČNÍ INŽENÝRSTVÍ
SILNIČNÍ A MĚSTSKÉ DOPRAVNÍ INŽENÝRSTVÍ
SILNIČNÍ STAVITELSTVÍ
SILNIČNÍ HOSPODÁŘSTVÍ
PLÁNOVÁNÍ
STAVBA
SPRÁVA
PROJEKTOVÁNÍ
REKONSTRUKCE
PROVOZ
OPRAVY
ÚDRŽBA
Obr.1-1 Silniční inženýrství a jeho hlavní vazby
4
2
DOPRAVA A JEJÍ VÝZNAM
2.1
Společenská funkce dopravy Dějiny civilizace jsou bezprostředně spjaty s historií a rozvojem dopravy. Doprava zpřístupnila zvídavému člověku svět, stala se nezbytností jeho každodenního života, určuje tep a rytmus hospodářství každého státu. Bez dopravy by se jeho život musel vrátit o tisíciletí zpět. Málokterá z lidských činností ovlivnila vývoj lidské společnosti tak výrazně jako doprava. Na jejím charakteru se však za tisíciletí od dob pravěku až po nástup mechanizované dopravy v 19.století, změnilo jen málo. Zato její rozvoj za posledních 150 let výrazně ovlivnil rozvoj lidské společnosti. Doprava velmi ovlivnila rozhodující měrou průmyslovou i zemědělskou výrobu. Zásadní mírou ovlivnila urbanismus současných měst a území a stala se neodmyslitelným faktorem, který limituje naše životní prostředí. Historie dopravy se rýsuje již při počátku první společenské dělby práce, při které se projevila potřeba přepravy surovin, plodin, výrobků i osob. S postupujícím rozvojem společnosti rostl význam dopravy. Nejvýznamnější města ve starověku a středověku se nenacházela v centrech výroby, ale na křižovatkách tras komunikací, ať již suchozemských, vodních a v novověku i vzdušných. Bouřlivý rozvoj lidské společnosti v posledních 50-ti letech a také kooperace v národním a mezinárodním měřítku v současné době povýšily význam dopravy do dominantní polohy při zvyšování životní úrovně lidí. Doprava je jednou ze základních podmínek fungujícího hospodářství, protože zabezpečuje přepravu osob, zboží a výkon některých služeb. Je také samostatnou lidskou potřebou, zvláště v době přibývajícího volného času. Některé druhy dopravy mají značné negativní účinky na životní prostředí. Další vývoj dopravy je neoddělitelně spjat s otázkami hodnot, životního stylu, způsobu života a hospodaření. Dopravou se rozumí soubor procesů, které vedou k cílenému přemísťování osob, materiálů, energie a informací v prostoru a čase. Přemístění, jako výsledek dopravy, se nazývá přeprava. Doprava je samostatný obor specifické lidské činnosti, respektující realitu technickou, technologickou a ekonomickou, podporovaná vědními disciplínami rozvíjenými uvnitř dopravy nebo v interakcích s dalšími obory. Dopravu lze tedy stručně a poněkud zjednodušeně charakterizovat jako spojovací a vysoce významný článek mezi těžbou surovin, výrobou statků a spotřebou a jako významný faktor v oblasti uspokojování služeb obyvatelstvu. Oblast působnosti dopravy je prakticky neomezená. Zahrnuje nejen spojení mezi městy a venkovem na území státu, ale i spojení mezi jednotlivými státy a kontinenty a v poslední době i dopravu vesmírnou. Doprava je naprosto nepostradatelná v rozvoji služeb obyvatelstvu, v rozvoji národní i mezinárodní turistiky. Z uvedeného vyplývá, že doprava svou přepravní činností stále výrazněji ovlivňuje ekonomiku všech ostatních odvětví národního hospodářství včetně objektivně nutných zásob v celém národním hospodářství. Ovlivňuje však také významně kulturní a veškerou ostatní společenskou činnost. Doprava plní významnou úlohu v mezinárodní dělbě dopravní práce. Plní také významnou funkci v osobní a společenské potřebě a to jak v oblasti pracovního času (růst nároků na přepravu do zaměstnání a do škol), tak i v oblasti využívání volného času (růst nároků na přepravu za rekreací, která se stále více spojuje s potřebou změny prostředí). Hledisko společenského zájmu a infrastruktury se prosazuje zcela zřetelně při budování a udržování komunikační sítě, která má sloužit hospodářskému a kulturnímu rozvoji oblastí. Moderní ekonomiku ani kvalitu běžného života si dnes neumíme bez dopravní a telekomunikační infrastruktury vůbec představit. V ekonomicky vyspělých zemích pracuje zhruba každý šestý pracovník ve sféře dopravy nebo v průmyslu, který souvisí s výstavbou a provozem dopravních cest a dopravních prostředků, případně v dopravě zpráv - v telekomunikacích. V obecném slova smyslu je možné vidět přínos dopravy ve zvýšení kvality života na ukazatelích charakterizujících komplexnost produkčních systémů v regionu. Doprava je ve své podstatě fenoménem interakce člověka s technickým artefaktem, interakce člověka a lidské společnosti s technologickou infrastrukturou rozšiřující dimenzi lidského bytí v časoprostorovém smyslu. Základní metodologií dopravy jako svébytného vědního oboru je systémový způsob nazírání na obecnosti ve vztazích mezi dopravními cestami, dopravními prostředky a vzájemně
5
provázanými provozními systémy. V tomto smyslu se doprava zúčastní jak tvorby, tak i péče a rozvoje životního prostředí v kvalitě nového fenoménu „zhušťování“ prostoru a času. Současné úlohy dopravy lze zjednodušeně shrnout do následujících forem : − − −
doprava zboží, materiálů, energií a informací, doprava lidí jako součást produkčního procesu, turistika. Potřeba přemístění vzniká ve všech fázích vývoje společnosti a je vyvolána nejrůznějšími důvody. Prakticky neexistují společenské potřeby, které by v určité fázi nebyly závislé na dopravě, která prostupuje celým společenským životem. Společenskou funkci dopravy je proto nutno posuzovat globálně, a to jak v závislosti na řadě dílčích aspektů, tak také ve vztahu k její úrovni. Význam dopravy se projevuje v mnoha oblastech, které se vzájemně prolínají a doplňují. Nejde však o působení jednostranné; tak jako doprava ovlivňuje rozvoj společnosti, mají také společenské potřeby vliv na další rozvoj dopravního systému. Za hlavní oblasti společenské působení dopravy lze považovat : − význam dopravy pro rozvoj státu, − vliv dopravy na rozvoj osídlení, − význam dopravy pro rozvoj národního hospodářství, − význam dopravy pro rozvoj kultury, − vliv dopravy na rozvoj osobnosti. Zjednodušené schéma základních vazeb mezi společenským rozvojem a dopravou ukazuje obr.2-1.
ROZVOJ SPOLEČNOSTI
rozvoj hospodářství
rozvoj území a osídlení výroba služby životní úroveň
DOPRAVA
silniční
železniční
letecká
vodní
spoje
speciální
Obr.2-1 Vazby rozvoje společnosti a dopravy Všechny tyto vazby a v nich uvedené relace je třeba chápat nejen v přímých vzájemných souvislostech, ale i ve zpětných vazbách. Podle těchto vazeb zvláštní význam mají relace : − − −
počtu obyvatelstva a jeho rozmístění v území (hustota obyvatelstva apod.), potřeb a nároků obyvatelstva na dopravu (hybnost, přepravní vzdálenosti, tonáž apod.), rozvoje dopravy ve vztahu k její technice a ekonomice,
6
− −
dopravního zatížení pozemních komunikací v územním i časovém rozložení (intenzita provozu, hustota apod.), vlivu změn vozidlové techniky a technologie dopravy na základní charakteristiky a parametry dopravních cest ovlivňované dále i konfigurací území, jeho zástavbou a osídlením, klimatickými i povětrnostními podmínkami, materiálovými a výrobními možnostmi.
2.2
Druhy dopravy a dělba přepravní práce Druhem dopravy nazýváme dopravu uskutečňovanou určitým druhem dopravních prostředků nebo dopravních zařízení bez ohledu na organizační začlenění. Z dopravně-technického hlediska, podle toho, v jakém prostředí, po jaké dopravní cestě (dráze, trase) nebo jakým dopravním prostředkem, resp. zařízením, se přeprava vykonává, rozlišujeme : a) konvenční dopravu, do které se zahrnuje doprava : − pozemní (silniční a železniční), − vodní (říční a námořní), − letecká (vzdušná), − kombinovaná (kontejnerová, silniční vozidla /kamióny/ po železnici), − vesmírná (kosmická, meziplanetární), b) nekonvenční dopravu, do které se zahrnuje speciální doprava : − potrubní (produktovody, potrubní pošta, ...), − dopravníky (pásové, korečkové, šnekové, žlabové, ...), − lanové visuté dráhy (kabinkové, sedačkové,...), − jednodráhové systémy (ALWEG, SAFEGE,...), − vznášedly (vzduchové, magnetické, ...), c) spoje (doprava zpráv) : − radiokomunikace, − telekomunikace, − pošta, − internet. Z hlediska místa působnosti můžeme rozlišit dopravu : − − − − −
technologickou, nevyhnutelnou jako součást výrobního procesu, vnitrozávodní, uskutečňovanou uvnitř prostoru určitého závodu, firmy, společnosti apod. příměstskou, uskutečňovanou v nejbližším okolí města ve vztahu k městské dopravě, vnitrostátní, uskutečňovanou na území určitého státu, mezinárodní, uskutečňovanou v dopravním styku dvou nebo několika států. Z provozně-organizačního hlediska se rozlišuje doprava :
−
veřejná, uskutečňovaná pro cizí potřeby a přístupná podle předem vyhlášených podmínek pro každého, neveřejná, doprava uskutečňovaná pro vlastní potřeby, např. pro firmu (závodová doprava smluvní) apod. Z provozně-technického hlediska se rozlišuje doprava :
−
−
hromadná, charakterizovaná pravidelností, jízdním řádem a obvykle větším počtem přepravovaných osob jako osm, − individuální, vykonávaná příležitostně bez dříve stanovených tras a jízdního řádu vlastním nebo používaným dopravním prostředkem (menší počet osob jako osm). Podle dopravního substrátu, tj. podle toho, co se dopravuje, mluvíme o dopravě osobní, nákladní a o dopravě zpráv a informací. Pro řešení dopravních problémů je třeba využít předností jednotlivých druhů doprav. V dopravní prognóze je třeba se zaměřit na cesty z hlediska celospolečensky nejdůležitější, tj. na cesty do zaměstnání, do škol a do zdravotních zařízení, tedy na cesty denně se opakující a z dopravního hlediska časově a prostorově nejnáročnější. K tomuto účelu slouží dělba přepravní práce, což je způsob rozdělování 7
přepravních objemů a mezioblastních vztahů mezi alternativními druhy doprav. Cílem je určení podílů jednotlivých druhů doprav na přepravní práci. Užití dělby přepravní práce v prognostických pracích je především při řešení dopravy osob. Volba dopravního prostředku pro konkrétní přemístění osob je závislá na možnostech výběru. Volba je odlišná u skupiny obyvatel s možností použití osobního automobilu a u skupin obyvatel bez této možnosti. V současných podmínkách se jedná především o volbu mezi pěší docházkou, prostředkem hromadné dopravy, motorovým vozidlem a také jízdním kolem. Na obr.2-2 je vidět přehled dělby přepravní práce v % v některých městech EU, v Praze a v Brně. 60 50 40 cyklisté pěší
30
veř. dopr. IAD
20 10
Brno
Salzburg
Praha
München
Malmö
Leipzig
Kodaň
Madrid
Delft
Grenoble
Erfurt
Berlin
Amsterdam
0
Obr.2-2 Dělba přepravní práce v osobní dopravě 2.2.1 Železniční doprava Vznik železniční dopravy byl podmíněn vynálezem parního stroje Jamesem Wattem v roce 1765. První železniční trať s parním pohonem byla dána do provozu v roce 1825 ve Velké Británii mezi městy Stockton a Darlington. Podle anglického vzoru byla postavena první kontinentální evropská železnice mezi Českými Budějovicemi a Lincem. Provoz na ní byl zahájen v roce 1827 jako na železnici koněspřežní (koňské). První parní železnice v České republice byla dána do provozu v roce 1839 jako severní dráha Ferdinandova, která vedla z Vídně do Břeclavi. Odtud vedla jedna větev do Olomouce a dále do Polska, druhá větev do Brna. Z Olomouce byla v roce 1845 železniční trať prodloužena do Prahy. Výstavba železniční sítě na našem území byla do první světové války podřízena zájmům rakousko-uherské monarchie. Proto většina hlavních tratí směrovala směrem severojižním k Vídni a Budapešti. Po vzniku Československé republiky v roce 1918 bylo zapotřebí doplnit železniční síť tratěmi vedoucími západovýchodním směrem, které spojily Slovensko s Moravou a Čechami. Po druhé světové válce se pokračovalo s výstavbou nových a s elektrifikací hlavních tratí. Před rozdělením ČSFR v roce 1992 bylo celkem 13 106 km železničních tratí, z kterých zůstalo ČR 9 446 km, tj. 72 %, z čehož je 2 561 km elektrifikováno. Struktura železniční sítě nevyhovuje současným požadavkům, zejména rychlosti a spolehlivosti železniční dopravy. Z celkové délky tratí vyhovuje 5 % rychlosti 120 km/h a 17 % rychlosti 100 km/h. Proto je třeba velmi rychle přistoupit ke zvyšování rychlostí na vybraných nejdůležitějších tratích sítě Českých drah podle mezinárodních dohod o železničních magistrálách (dohoda AGC) a trasách 8
kombinované dopravy (dohoda AGTC). Zejména I.koridor ve směru : Berlín-Děčín-Praha-Česká Třebová-Brno-Břeclav-Vídeň, II.koridor ve směru : Vídeň-Břeclav-Přerov-Petrovice u Karviné-KatoviceVaršava, III.koridor ve směru : Norimberk - Cheb - Plzeň - Praha - Olomouc - Petrovice u Karviné a IV.koridor ve směru : Berlín - Děčín - Praha - Veselí nad Lužnicí - České Velenice - Linec. Na obr.2-3 je schéma návrhu modernizovaných tratí Českých drah tzv. tranzitních koridorů.
Obr.2-3 Modernizované tratě ČD Železniční správy sousedních států rovněž řeší zkvalitnění hlavních navazujících železničních tratí v rámci EU tak, aby modernizace přinesla srovnatelnost s jinými druhy dopravy. Např. snížení celkové jízdní doby mezi Berlínem a Vídní je vidět v tab.2-1. Tab.2-1 Přehled cestovní doby mezi Berlínem a Vídní Doba cestování „z domu do domu“ Úsek
vlak stávající
vlak modernizovaný
osobní auto
letadlo
Berlín - Vídeň
10 h 41 min
7 h 15 min
7 h 45 min
5 h 56 min
Berlín - Praha
5 : 25
3 : 33
4 : 15
3 h 30 min
Praha - Vídeň
5 : 41
4 : 12
4 : 05
3 : 30
Děčín - Praha
2 : 33
1 : 59
1 : 40
Praha - Brno
3 : 37
2 : 53
2 : 20
Praha - Břeclav
4 : 44
3 : 23
3 : 25
Cestovní doba je uvažována „z domu do domu“, tj. u vlaku jízdní doba a 2x20 minut cesta na nádraží. U osobního auta s přestávkami na odpočinek a 30 minut na odbavení na hranicích. U letadla doba letu 2x40 minut cesta na letiště a 1 hodina na celní odbavení. Po modernizaci některých železničních
9
tratí se může změnit „atraktivita cestování železnicí“, jako ekologicky přijatelná doprava vyznačující se charakteristikami: − − −
hromadnost a ekonomická výhodnost přeprav na střední a dlouhé vzdálenosti, pravidelnost a nepřetržitost provozu podle grafikonu, bezpečnost a pohodlnost. V minulém období odrážel vývoj železniční dopravy extenzívně rozvoj našeho hospodářství i průmyslovou strukturu podřízenou zájmům RVHP. To vedlo k preferenci těžké nákladní dopravy, přetěžování hlavních železničních tratí a k zanedbání údržby. Po roce 1989 vstoupily ČSD do tvořícího se tržního hospodářství se zanedbanou rozsáhlou infrastrukturou, zastaralým vozovým parkem a nízkou produktivitou práce. Logickým důsledkem je, že v nových ekonomických podmínkách zaznamenává železniční doprava stále klesající tendenci jak v nákladní, tak i v osobní dopravě. V návrhu strategie vlády ČR v dopravě do roku 2005 se počítá v souladu s reformami železničních systémů v EU s větším působením tržních sil, a to nejen zevnitř, ale také zvenčí. Proto nelze očekávat výrazný nárůst objemu přeprav nákladů a osob. Železniční doprava se bude muset orientovat na přepravy, kde svými výhodami dokáže soupeřit s ostatními dopravními obory. To jest dopravy hromadného zboží na dlouhé vzdálenosti, kombinovanou dopravu a tranzit. Totéž platí i u osobní dopravy, která má navíc ještě výrazný ekologický význam. 2.2.2 Silniční doprava Historie silniční dopravy začíná vynálezem kola. Tento vynález ovlivnil dále budování dopravní cesty - silnic, které měly svůj vliv na obchodní výměnu a vojenské cíle tehdejších otrokářských říší. S úpadkem obchodu a s rozpadem velkých říší ztrácí silnice a silniční doprava svůj význam. Další úpadek silniční dopravy nastal v první třetině XIX.století, kdy s využitím kolejnic a parního stroje byl položen základ rozvoje železniční dopravy. Ovšem na druhé straně se začínal rodit i automobilismus, když první automobil sestrojil v roce 1863 francouzský vynálezce Lenoir. Po zahájení tovární výroby automobilů v roce 1903 Fordem, můžeme mluvit o začátku silniční automobilové dopravy. Silniční doprava zabezpečuje přepravu především na kratší a střední vzdálenosti - pro stavebnictví, zemědělství a služby; přeprava na dlouhé vzdálenosti tehdy, je-li zájem na rychlosti dodání, úspoře obalů a omezení překládky nebo jde-li o přepravu výrobku mimořádné tíhy nebo rozměrů. Vyznačuje se řadou předností : Je rychlá a pružně přizpůsobivá, ať potřebě nových dopravních linek při pravidelné dopravě nebo náhlé potřebě přepravy (nepravidelná doprava), kdekoli na komunikační síti. Volbou přepravního prostředku co do jeho únosnosti a objemu nákladů, vzhledem k povaze přepravovaného substrátu a možnosti přepravy přímo od zdroje k cíli bez překládky, tedy prakticky „od domu k domu“, je ekonomicky mimořádně výhodná. Byla-li železniční doprava charakterizována jako doprava pravidelná, pak dopravu silniční s výjimkou pravidelných autobusových linek - lze charakterizovat jako dopravu nepravidelnou. To má ovšem za následek značné kvantitativní výkyvy v intenzitě dopravy během dne, týdne, měsíce i roku a vede k narušení plynulosti dopravy (dopravní shluky před místy s malou dopravní propustností a na křižovatkách) a ke zvýšené nehodovosti. Složitým problémem je individuální automobilová doprava ve městech a zejména ve větších aglomeracích, relativně nejnáročnější nejen na dynamický uliční prostor, ale i na prostor parkovací (statický). Lze jej úspěšně vyřešit jedině důslednou postupnou realizací celkové koncepce dopravního řešení s dobře fungující městskou hromadnou dopravou jako těžištní a s náležitou, účelně rozmístěnou a ekonomicky přístupnou potřebnou vybaveností individuální automobilové dopravy (záchytná parkoviště, ústřední hromadné garáže apod.), vždy však s důsledným a co nejširším uplatněním řízení městské dopravy podle zásad dopravního inženýrství a telematiky. Změna hospodářského a politického systému po roce 1989 s důsledky na změnu vlastnických vztahů, přetrhání starých a navazování nových vnitrostátních i mezinárodních vztahů, vedla k určitému poklesu objemu přeprav. Bodem obratu je rok 1992, od kterého nastává již rychlý nárůst poptávky. Určitou roli sehrálo i zmenšení teritoria státu po rozdělení ČSFR a vznikem samostatné ČR došlo ke zkrácení přepravních vzdáleností, což samo zvýhodňuje dopravu silniční. Když k tomu přidáme kvalitnější služby silniční dopravy je zřejmé, že např. poměr nákladní silniční a železniční dopravy, který byl v roce 10
1990 30 % : 70%, se v roce 1996 změnil na 57 % : 43 %. Této situaci odpovídá i rostoucí zátěž na silnicích a dálnicích, ale také na hraničních přechodech. Zatížení silniční sítě vzrostlo od roku 1990 do roku 1997 v průměru o 21 %, nejvíce na dálnicích o 33 % a na silnicích I.třídy o 28 %. Souběžně došlo k nárůstu počtu nákladních, ale zejména osobních automobilů, celkem o 22 % u nákladních a o 42 % u osobních automobilů. Takovému nárůstu automobilové dopravy však neodpovídá stav a technické parametry naší silniční sítě, které nemohou uspokojit stále se zvyšující přepravní nároky. Záměrem ČR musí být pokud možno co nejrychlejší náprava a urychlená výstavba hlavních dopravních tepen napojitelných na dopravní infrastrukturu zemí EU. Vývoj silniční osobní a nákladní dopravy do roku 1998 je vidět v tab.2-2. Na základě dosavadního vývoje, provedených analýz i zkušeností evropských zemí, lze očekávat i v budoucnu další nárůst silniční dopravy, jak je vidět v tab.2-3. Tab.2-2 Vývoj silniční osobní a nákladní dopravy do roku 1998 Silniční doprava
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
Nákladní [mil.tun]
839,0
734,0
615,0
580,0
585,0
601,0
627,0
686,0
720,0
Osobní [mil.osob] 1 270,0 1 330,0 1 370,0 1 430,0 1 520,0 1 670,0 1 700,0 1 795,0 1 840,0
Tab.2-3 Nárůst silniční dopravy do roku 2015 Silniční doprava
1998
1999
2000
2005
2015
Nákladní [mil.tun]
758,0
796,0
842,0
1 090,0
1 140,0
Osobní [mil.osob]
1 885,0
1 930,0
1 973,0
2 165,0
2 290
Obr.2-4 Plánovaná výstavba dálnic a rychlostních komunikací do roku 2010 Z toho vyplývá, že je nezbytné pokračovat ve výstavbě kapacitních silnic a dálnic odvádějící dopravní zátěž z center měst a obcí. Prioritou musí být odstraňování nejzatíženějších vnitrostátních úseků 11
a napojení ČR na sousední státy. K tomu samozřejmě patří zlepšení stavu údržby a oprav stávající silniční sítě. Na obr.2-4 je vidět schéma výstavby dálnic a rychlostních komunikací. Silniční doprava má u nás ze všech druhů dopravy k dispozici nejhustší komunikační síť (hustota 0,70 na km2, spolu s místními komunikacemi dokonce 1,44 km silnic na km2), umožňující zajistit v plném rozsahu přímé spojení odesilatelů a příjemců (z domu do domu), z čehož vyplývá i vysoká přepravní rychlost a operativnost. Ve srovnání s ostatními druhy dopravy vykazuje silniční doprava nejvyšší nehodovost. Nepříznivě se také silniční doprava jeví i při hodnocení z hlediska energetické náročnosti. Negativní je také vliv silniční dopravy na tvorbu a ochranu životního prostředí. 2.2.3 Letecká doprava Je nejmladším dopravním systémem mezi tzv. konvenčními dopravami. Zabezpečuje rychlou přepravu cestujících, zvláštních nákladů a poštovních zásilek na větší vzdálenosti. Pravidelná civilní letecká doprava se začala rozvíjet až po skončení první světové války, nejprve na přepravu pošty a pak i cestujících. Protože používala vojenská letadla s otevřenými kabinami, neposkytovala mnoho pohodlí. Na evropském kontinentě již od roku 1919 spojovala pravidelná mezinárodní letecká doprava Paříž s Londýnem, Bruselem a Casablankou. Francouzsko-rumunská společnost zajišťovala od roku 1920 letecké spojení mezi Prahou a Paříží, když 7.10.1920 se zapojením kbelského letiště v Praze se zahájila pravidelná zahraniční letecká doprava v Československu. Vlastní československá letecká společnost - Československé státní aerolinie - zahájily 29.10.1923 pravidelný letecký provoz na lince Praha - Bratislava, která byla v roce 1925 prodloužena až do Košic. První zahraniční linka ČSA byla provozována od roku 1930 na trati Bratislava - Záhřeb, později prodloužena až do Sušaku. Po druhé světové válce v roce 1945 nastal prudký rozvoj letecké dopravy v celém světě, nevyjímaje naši zemi. V roce 1975 dosáhl v bývalém Československu podíl až 3,7 % z celkové dopravy. Z důvodů úspory pohonných hmot nastal prudký pokles a po rozdělení ČSFR v roce 1992 se ještě snížila přeprava na vnitrostátních linkách na minimum. Objem přepravy nákladů byl v roce 1990 0,024 mil. tun a v roce 1996 klesl na 0,013 mil. tun. Naproti tomu u osobní přepravy vzrostl podíl letecké dopravy o 5 %, což je zásluhou zahraničních linek. V současné době se na letecké dopravě osobní a nákladní v ČR podílí 99 letišť, z toho 9 (Praha, Brno, Pardubice, Karlovy Vary, Klatovy, Kunovice, Ostrava-Mošnov, Holešov, Hosin) pro veřejný mezinárodní provoz a 2 neveřejná (Otrokovice, Vodochody), 52 pro veřejný vnitrostátní provoz a 7 letišť pro neveřejný letecký provoz. Leteckou základnu doplňuje 13 helioportů určených především pro leteckou záchrannou službu. Zákon o civilním letectví, který byl přijat v roce 1997, stabilizuje dostatečný regulační rámec pro podnikání v oblasti letectví. Dominantní postavení mezi letišti má letiště Praha-Ruzyně, které zajišťuje cca 94 % celkových výkonů v osobní přepravě a cca 84 % v nákladní dopravě. Vývoj letecké dopravy ve světě a s tím související počty cestujících a množství nákladu odbaveného se projevují i na pražském letišti Ruzyně. Prognózy IATA (International Air Transport Association - Mezinárodní sdružení pro leteckou dopravu), Ministerstva dopravy a spojů ČR a České správy letišť předpokládají, že do roku 2010 vzroste počet cestujících až na 10-12 milionů ročně. Nezbytností proto bude další rozšiřování odbavovacího areálu, který byl postaven v roce 1997 s max. roční kapacitou 5 milionů cestujících. Také další výstavba rozjezdových drah bude muset následovat po roce 2000. K tomu ještě přibude terminál nákladní dopravy, který zvýší současnou kapacitu z 35 000 až na 100 000 tun ročně. Samostatnou kapitolou, která s rozvojem letiště také souvisí, je problém dopravy cestujících z hlavního města Prahy do Ruzyně. Zřejmě se bude muset urychlit výstavba rychlodráhy (metra) mezi Prahou a Kladnem ještě před rokem 2010. Na obr.2-5 je graf rozvoje letiště Ruzyně. Hlavní význam letecké dopravy u nás spočívá především v osobní přepravě, přeprava nákladů je odůvodněna jen výjimečně. Vzhledem k vysoké energetické náročnosti má letecká doprava opodstatnění při dlouhých přepravních vzdálenostech, a proto se využívá zejména v mezinárodní přepravě. Přednosti letecké dopravy je kromě vysoké přepravní rychlosti, pohodlí a vysoké bezpečnosti také možnost zajištění dopravní obsluhy odlehlých oblastí a jinými druhy dopravy těžce přístupných míst. Nevýhodou je vedle vysokých nákladů a vysoké energetické náročnosti i závislost na klimatických podmínkách.
12
V posledních letech jsou snahy zavádět do letecké dopravy ekonomicky výhodné vzducholodě. Nový typ vzducholodě Zeppelin vypustili v roce 1997 v SRN. Je to 60 let poté, co v roce 1937 zeppelinovská vzducholoď jménem Hindenburg explodovala a zahynulo přitom 36 lidí.
Obr.2-5 Rozvoj letiště Ruzyně A právě bezpečnost provozu je oblast, v níž letecká doprava dosáhla největšího pokroku, neboť v období po první světové válce vykazovala 23 usmrcených osob na sto milionů osobokilometrů, v roce 1939 to byly 5,4 osoby, v prvních letech po druhé světové válce kolem 2,0 a v současnosti již jen 0,02 osoby. Tento trend je pro leteckou dopravu velmi příznivý a roky, v nichž zahyne více než 1 000 lidí, jsou výjimkou. Celosvětově se počítá do roku 2020 s trojnásobkem cestujících v letecké dopravě. Slouží k tomu vývoj vysokovýkonných obřích letadel s kapacitou kolem 700 - 1 000 cestujících. Proto se soudí, že velkokapacitní letadla jsou jediným řešením jak zvládat velké množství cestujících. Cestující by na jejich palubách mohli dozajista očekávat více pohodlí a větší rozsah služeb. Tyto klady mají ale i zápornou stránku. Mezi hlavní očekávané problémy bude patřit odbavování cestujících při odletech a příletech obřích letadel. Tyto obavy vycházejí ze současných praktických zkušeností s největšími letadly, tzv. airbusy. Mnohá letiště jen obtížně zvládají odbavení několika plně obsazených letadel současně. V této souvislosti se hovoří o „létání bez letenek“, o automatickém odbavování prostřednictvím kreditních karet a otisku prstu, o odbavování v hotelích, na nádražích i na parkovištích před letištěm apod. Problémem však zůstávají např. zavazadla, čas potřebný k jejich naložení a vyložení. Dále ve hře jsou i tak obtížně vyčíslitelné faktory, jako je třeba výpadek počítačů rezervačního systému nebo tak prostá věc jako porucha pásu dopravujícího zavazadla. 2.2.4 Vodní doprava Historie plavby a mořeplavby začala ve starověku ve středomořské oblasti, která se díky příznivým přírodním podmínkám stala kolébkou evropské civilizace. Výjevy ze staroegyptských váz a nástěnných reliéfů nasvědčují tomu, že první plachetní plavidla se objevila v Egyptě asi 3000 let př.n.l. Dějiny mořeplavby severských a zapadoevropských národů otevřeli normanští mořeplavci Vikingové, kteří se někdy kolem roku 980 př.n.l. dostali až k břehům Severní Ameriky. V současné době se konstruktéři znovu vracejí k myšlence využití plachet pro hospodárnou přepravu nákladů a pro rekreační plavby. 13
Vodní osobní doprava má v ČR význam jen rekreační po splavných řekách a vodních nádržích. Vodní doprava má značný hospodářský význam pro nejlevnější způsob hromadné dopravy zboží. Umožňuje dopravovat zboží nejen uvnitř země, ale i do oceánských přístavů, a tím do celého světa. V České republice se vodní (lodní) doprava využívá zejména pro dopravu nákladů, dále na přepravu hromadných substrátů, jako jsou uhlí, ruda, dřevo, stavebniny a jiné hmoty a kusové zásilky. Z hlediska dopravní cesty rozlišujeme vodní dopravu říční a námořní, z hlediska nákladu na osobní a nákladní. Říční plavbě vyhovují jen velké vodní toky s dostatečnou hloubkou a stálým množstvím vody. Vodní cesty se dělí podle mezinárodní klasifikace do tříd a musí vyhovovat určitým podmínkám. Dosavadní význam vodní dopravy v celkové přepravě je celkem velmi nízký vzhledem k poměrně malé délce našich splavných toků a také k nedostatečnému plavebnímu vybavení. Nejdůležitějšími plavebními toky jsou Labe, Odra a dolní tok Vltavy, které slouží jak vnitrozemské přepravě, tak také v zahraniční plavbě pro spojení ČR se Severním a Baltickým mořem. Po rozdělení ČSFR ztratila Česká republika spojení s Černým a Středozemním mořem. Pozornost vodní dopravě je nutno věnovat jako výhodné alternativě v zahraničních přepravách a to v kombinaci s ostatními druhy dopravy, zejména železniční. Proto přijala v roce 1996 vláda ČR „Program podpory rozvoje vodní dopravy do roku 2005“, kde se vyvíjí úsilí ke zlepšení plavebních podmínek na vnitrozemských vodních cestách, zejména na Labi, a to především splavněním až do Pardubic a zlepšení podmínek plavby v úseku Ústí nad Labem po státní hranice s Německem. Vodní doprava na současné labsko-vltavské vodní cestě, která má celkovou délku 303 km, se uskutečňuje především přeprava hromadného zboží. Objem přeprav i přepravní výkony byly rozhodujícím způsobem negativně ovlivněny rozhodnutím o přesunu dopravy energetického uhlí pro elektrárnu ve Chvaleticích na železnici. Vodní doprava se jeví jako velmi hospodárná, jak z hlediska nákladů na přepravu, tak také z hlediska energetického a šetrná k životnímu prostředí. Proti jiným dopravním systémům je velmi příznivý poměr hmotnosti plavidla přepravovaného nákladu a také z hlediska produktivity práce. Naše říční doprava zajišťuje z podstatné části mezinárodní přepravu. Celková průměrná přepravní vzdálenost je kolem 330 km, ve vnitrostátní přepravě 90 km. Nevýhodou vodní dopravy v ČR jsou omezené možnosti plavby vzhledem k malé délce splavných toků a k nízké hustotě vodních cest. Dále sezónní omezení při nevhodných plavebních a klimatických podmínkách a nízká přepravní rychlost. V budoucnu lze očekávat podstatné zvýšení významu říční dopravy, což by vedlo k vybudování dlouhá léta plánovaného kanálu (průplavu) Dunaj - Odra - Labe, jehož hospodářský význam se dotýká širší geografické oblasti a jehož investiční rozsah přesahuje možnosti nejen ČR. Na obr.2-6 je vidět projekt průplavu Dunaj - Odra Labe a na obr.2-7 mapa vodních cest v ČR. Pro oživení osobní vodní dopravy odborníci vyvíjejí kombinaci hydroplánu a lodi jako dopravní prostředek pro přepravu cestujících po moři s kapacitou 80 - 100 pasažérů. Stroj je více jak pětkrát rychlejší než loď a létá ve výšce od 0,5 do 2,5 m nad hladinou moře. Takovýto dopravní prostředek může v budoucnu vést k renesanci osobní vodní dopravy na středně dlouhé vzdálenosti do 600 - 800 km. Obr.2-6 Schéma průplavu Dunaj - Odra –
14
Labe
Obr.2-7 Mapa splavných vodních cest v ČR 2.2.5 Kombinovaná doprava Pojmem kombinovaná doprava se označuje spojení alespoň dvou dopravců v rámci přepravního řetězce. Zboží neopustí původní přepravní prostředek a převážná část cesty proběhne po železnici, vnitrozemských či námořních vodních cestách a na silniční dopravu na začátku nebo na konci přepravního řetězce připadne jen velmi malý podíl. Pro kombinovanou dopravu je charakteristické propojení systémových výhod dvou přepravních prostředků. To je možností hromadné přepravy, jak ji skýtá železnice, jež se takto ideálně hodí k překlenutí velkých vzdáleností, s kamióny, které jsou nepřekonatelné pro svážení a rozvoz zboží na krátkých vzdálenostech. Kombinovaná doprava vychází vstříc rostoucím požadavkům na ekologickou únosnost dopravy. Kombinovaná doprava má ekonomický význam především na vzdálenosti delší než 400 km, proto je důležitá koncentrace center, tzv. terminálů. Nejrozšířenější formou kombinované dopravy je tzv. nedoprovázená doprava, tj. přeprava pomocí kontejnerů, výměnných přepravníků a sedlových návěsů. Takováto přeprava bez doprovodu, při které po železnici obíhají pouze ložné jednotky, má v současnosti podíl asi 80 %. Když k tomu připočteme ještě přepravu kontejnerů pro námořní přepravu po železnicích v zázemí, pak dosahuje kombinovaná nedoprovázená doprava dokonce devadesátiprocentní podíl. Při dopravě, kde je náklad, resp. nákladní auto doprovázeno, hovoříme o kombinované doprovázené dopravě. Při doprovázené dopravě najíždí nákladní auta po vlastní ose přes rampu na speciální nízkopodlažní vagóny, tomu říkáme horizontální přemístění. Řidič zůstává po celou dobu přepravy ve vlaku, doprovází kamión ve zvláštním, pohodlně vybaveném lehátkovém vagónu. V cílovém terminálu usedne řidič opět za volant a může pokračovat po vlastní ose až k zákazníkovi.Tento způsob přepravy je velmi oblíbený zejména na trasách vedoucích přes Alpy a tam, kde jsou na hranicích dlouhé čekací doby. Je vhodný všude tam, kde je třeba provozovat kombinovanou dopravu bez ohledu na krátkou dobu, jaká je k dispozici na její přípravu. A co je důležité, existující vozový park není třeba nijak upravovat nebo vybavovat. Nejsou nezbytné ani žádné nákladné přípravy v dopravní infrastruktuře, např. zřizování terminálů. Hodí se proto obzvlášť k překonávání středních a kratších vzdáleností (200-400 km) a tam, kde je možno dosáhnout vysoké rychlosti cirkulujících vlaků. Největší nevýhodou doprovázené kombinované dopravy (systém ROLA - Rollende Landstrasse - česky pojízdná silnice) je zvlášť vysoká „mrtvá váha“, neboť k nákladu je nutno přičíst ještě vlastní hmotnost kamiónu, jenž se musí vlakem přepravit také. Tam, kde jsou již vybudované terminály, ukazuje se být doprovázená kamionová doprava méně hospodárná než doprava nedoprovázená. První linka ROLA v ČR
15
byla otevřena k provozu 12.9.1993 z Českých Budějovic do Villachu v Rakousku. Druhá linka ROLA je k dispozici od 25.9.1994 z Lovosic do Drážďan v SRN. Tímto byla vytvořena alternativa silničních hraničních přechodů, kde se nezřídka vyskytují velmi dlouhé čekací doby. Kombinovaná doprava je v současné době provozována na 16-ti překladištích mezi dopravou silniční a železniční. V tom jsou zahrnuta i 2 překladiště ROLA. Přeprava velkých kontejnerů železniční dopravou zaznamenala po roce 1989 prudký pokles v souvislosti s rozpadem obchodních vztahů bývalého RVHP a také zánikem ČSFR. Po vzniku samostatné ČR se od roku 1995 přepravní objemy ve velkých kontejnerech ustálily a od roku 1993 se zvyšovaly v systémech ROLA, což je vidět v tab.2-4. Tab.2-4 Přepravní objemy ve velkých kontejnerech Kombinovaná doprava Doprovázená ROLA [mil. tun] Nedoprovázená [mil. tun]
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
-
-
-
0,025
0,719
2,557
2,686
2,333
1,247
1,021
1,016
1,010
1,213
1,604
O budoucnosti kombinované dopravy není pochyb, čemuž slouží i počátek výstavby nového velikého terminálu v Brně. Ten má být za tři léta jedním z největších překladišť kontejnerů ve střední Evropě. Terminál, který se stane součástí sítě podobných zařízení v Evropě, naváže na dálniční i železniční síť a také na letiště. Bude sloužit především k ucelenému sestavování vlakových souprav a kamionové dopravy a k překládce zboží z celého světa. Jedním z hlavních záměrů terminálu je směrování většiny obchodních aktivit na východní trhy. 2.2.6 Vesmírná doprava Prvním letem člověka do vesmíru (kosmu) byla zahájena vesmírná doprava. V kosmickém korábu VOSTOK dne 12.dubna 1961 obletěl Jurij Gagarin planetu Zemi jako první člověk. Vystoupením prvního člověka (amerického kosmonauta Neil Armstronga) na planetu Měsíc, zahájili američtí vědci programem APOLLO novou epochu lidstva v dobývání kosmického prostoru. Americká kosmická expedice APOLLO, v níž byli tři kosmonauti (Neil Armstrong, Edwin Aldrin a Michael Collins) odstartovala dne 16.července 1969 ze Země. Přistála na Měsíci v Moři klidu 20.července, kde vystoupili dne 21.července dva kosmonauti, nejprve Armstrong a po 20-ti minutách Aldrin. Kosmonaut Collin zůstal ve velitelské kabině. Velitelská kabina s kosmonauty přistála opět na Zemi dne 24.července 1969. Vybudováním vesmírné stanice MIR, která byla vypuštěna na oběžnou dráhu kolem Země dne 20.února 1986 započala pravidelná vesmírná doprava. V současné době MIR ještě pracuje jako mezinárodní vědeckovýzkumná základna pro kosmonauty z celého světa. Mezi pravidelnou vesmírnou dopravu zahrnujeme také lety amerických kosmonautů raketoplány. Již delší dobu se realizuje mise Národního úřadu pro letectví a vesmír Spojených států amerických (NASA) k mapování MARSU jako příprava pilotovaných letů. Dne 15.října 1997 se na sedm let dlouhou cestu k planetě SATURN vydala americká sonda CASSINI, které jedna část má v roce 2004 přistát na Měsíci TITAN obíhajícím planetu SATURN. Druhá část má ještě čtyři roky kroužit kolem Saturnu a vysílat signály na Zemi. Vědci a kosmičtí experti se domnívají, že po roce 2010 začnou turistické cesty do kosmu. Americká NASA plánuje kolem roku 2015-2020 kosmické turistické lety na MARS, kde má být do té doby vybudována kosmická stanice. 2.2.7 Nekonvenční doprava Za nekonvenční dopravu jsou v současné době považovány ty dopravní systémy, v nichž je navrhována neklasická dopravní cesta, popř. neklasické vozidlo. Významnou předností nekonvenční dopravy je technologicky rychlejší postup výstavby dopravní cesty (dráhy, trasy). Nekonvenční dráhy bývají stavěny na podporách jako pilířové dráhy s mimoúrovňovým křížením s ostatními druhy dopravy na klasických dopravních cestách (železniční tratě, pozemní komunikace). Výstavba těchto drah probíhá rychle, protože je umožněno komplexní použití mechanismů. Obvykle elektrický pohon a použití pneumatik na nosných a vodících kolech výrazně snižuje hlučnost provozu. Další výhodou je relativně 16
malá potřeba zabíraných ploch s následnou možností využití prostorů pod drahou, či plné zavedení automatizovaného provozu. Už „klasickou“ dopravou je potrubní doprava. Potrubní doprava je vhodná pro tekuté látky (ropa), zemní plyn nebo hmoty zrnité (obilí) a práškovité (cement, vápno, mouka). Podle povahy substrátu se uplatňuje na různé vzdálenosti propojující mnohdy vzdálené státy i kontinenty. V současné době jsou nejrozšířenější dálkové ropovody a plynovody, umožňující přepravu ropy a plynu mnohem levněji a pohotověji než železnicí, případně silnicí. V ČR je nejvýznamněji zastoupená mezinárodní potrubní doprava ropy a plynu, jak ze států západní Evropy, ale také ze SNS (států bývalého SSSR). Další využití potrubní dopravy je v horkovodech, parovodech a různých druzích produktovodů. V minulosti se jako potrubní doprava využívala potrubní pošta, která po nástupu výpočetní techniky ztratila svůj význam. Vzhledem k ekonomickým a také ekologickým přednostem potrubní dopravy lze očekávat její další rozvoj. Na obr.2-8 je schéma ropovodů v ČR a SR. Nekonvenční dopravu z hlediska drah, u kterých je vozidlo při jízdě v kontaktním dotyku s vodící drahou, rozdělujeme podle způsobu na : ⇒ vozidlo nesené po dráze (jedno nebo dvoukolejnicové), ⇒ vozidlo zavěšené nebo podepřené, ⇒ vozidlo vedené v dráze, ⇒ vozidlo vedené v potrubí (tunelu). První jednokolejnicovou dráhu (monorail) postavili ve Wuppertalu (SRN), která vede pro nedostatek místa nad řekou. Dalším představitelem jednokolejnicových drah jsou dráhy typu ALWEG, z nichž nejdelší je v japonském Tokiu - HANEDA. Francouzská visutá dráha SAFEGE má dráhu dlouhou 1,3 km, na dráze je zavěšen vůz se stále huštěnými pneumatikami. Vozidlo pojme 123 cestujících a s elektromotory o výkonu 200 kW dosahuje rychlosti až 100 km/h. Na obr.2-9 je vidět monorail ALWEG v Tokiu a na obr.2-10 je vidět vůz zavěšené dráhy SAFEGE. Veškeré navrhované nebo již provozované systémy mají společnou nevýhodu. Jejich výstavba na povrchu by byla sice rychlá, ale o to dražší a vrchní vedení drah hyzdí tvář města. Cesty ke konečnému cíli, masovému využívání nekonvenční dopravy jsou hrbolaté. Proto se zatím konají pokusy s jednotlivými vozy na krátkých tratích. Nekonvenční dráhy mají své uplatnění zejména při vysoké koncentraci cestujících osob, ať už v městských centrech, či při zajištění dopravy nárazových sportovních, kulturních nebo výstavnických akcí.
Obr.2-8 Schéma ropovodů zásobujících rafinérie na území ČR a SR
17
Obr.2-9 Monorail HITACHI-ALWEG na trati Tokio-Haneda
Obr.2-10 Vůz visuté dráhy SAFEGE
18
Zcela reálné jsou projekty nových železničních drah, kde se budou na magnetickém polštáři, tedy bez tření, pohybovat vlaky rychlostí větší než 500 km/h. Taková doprava bude mít velké přednosti pro přepravu cestujících na vzdálenosti do 2000 km. Bude zajišťovat nehlučný provoz, bez jedovatých zplodin, bude mít nízkou spotřebu energie a při plné automatizaci co nejvyšší bezpečnost. 2.3
Trendy dopravy a její vliv na mezinárodní a vnitrostátní dopravu Trend světové dopravy harmonicky spojuje rychlost, bezpečnost, hospodárnost a v osobní dopravě k nim přidává požadavek pohodlí a kulturnosti cestování. Zvyšující se rychlost dopravy a stále větší hustota provozu na všech dopravních cestách si vyžádaly pomoc automatizace a kybernetiky. Železniční provoz na hlavních tratích již dávno zabezpečují nezávisle na postřehu člověka automatické systémy. Na lodích a v letadlech se uplatňují radary, s jejichž pomocí člověk vidí v noci, v mlze i v nejnepříznivějším počasí desítky a stovky kilometrů daleko. Rychle se rozšiřující systémy automatizovaného přistávání umožňuje udržovat letecký provoz prakticky za každého počasí a přistávat „na slepo“. V automobilové dopravě se vylepšuje pasívní a aktivní bezpečnost, zkouší se protisrážkové radary a elektronicky řízené dálnice. Poslední způsob je zatím nejúčinnější, ale zatím z finančního hlediska nedostupný. Hospodárnost dopravy se nejvíce uplatňuje v optimalizaci a dělbě přepravní práce v nákladní dopravě. Odborníci právem připomínají, že nejlevnější doprava je žádná doprava, protože ve světovém průměru se výrobky i suroviny dopravou zdražují asi o čtvrtinu, ale na hodnotě jim nic nepřibývá. Bedlivě se zkoumají obrovské prostředky investované do dopravy, pro každý případ se volí nejpříznivější způsob dopravy a jednotlivé způsoby se co nejvýhodněji kombinují. Ruší se nehospodárné železniční tratě a staré lodní přístavy, které již nemohou přijímat velké moderní lodě. Překládání zboží se soustřeďuje do plně mechanizovaných a automatizovaných překladišť, tzv. terminálů. Trendy automobilové dopravy ukazují, že kolem roku 2005 připadne na každého obyvatele vyspělých států v průměru jeden automobil. Protože města nelze od základů přestavět, ztratí osobní automobil nejprve ve městě a později i mimo město svou atraktivnost a privilegium a pohodlí. S tím počítají konstruktéři novodobých dopravních prostředků veřejné dopravy, které jsou bezhlučné, mají dobré osvětlení, pohodlná anatomická sedadla. Cestující v nich mají možnost sledovat rozhlasové a televizní programy, některé jsou vybaveny počítači, které umožňují pomocí sítí spojení s celým světem. Samozřejmostí jsou služby poskytované za jízdy vlakem, letadlem či lodí, kde je možno telefonovat, faxovat, či objednávat služby, které mají být připraveny v cílové stanici. Svět se stal pro moderní dopravu těsný a tak ustupují hranice a cestuje se bez přestupování a čekání a lidé se sjednocují nejen osobním kontaktem, ale také komunikačními dálnicemi - sítěmi (např. Internetem). Vzhledem k celospolečenskému významu dopravy je nutné, aby doprava plnila své poslání po všech stránkách co nejefektivněji a za všech okolností. V dnešní době, ale i v budoucnu, se musí vyznačovat co nejvyššími parametry v hospodárnosti, kvalitě a kulturnosti, rychlosti a pohodlnosti, spolehlivosti a bezpečnosti. Tyto vlastnosti dopravy musí být splněny jak v návrhu systému, tak v návrhu konstrukce a ve výrobě dopravních prostředků, tak i v návrhu, výstavbě, obnově i údržbě dopravních cest a zařízení. Ze statistických údajů vyplývá, že mezinárodní přeprava zboží roste rychleji než přeprava vnitrostátní, která od roku 1989 doznala velký pokles a od roku 1994 již stálý nárůst. Všemi dopravními cestami se v rámci zahraničního obchodu ČR přepravilo v roce 1996 celkem 72,04 miliónu bruttotun zboží (mezinárodní nárůst o 34 %). Export se na tom podílel 41,95 miliónu a dovoz 30,09 miliónu tun. Meziroční nárůst zhruba o čtvrtinu zaznamenala železniční nákladní doprava, která přepravila 48,69 miliónu bruttotun zboží. Vývoz po kolejích dosáhl 27,30 miliónu a dovoz 21,39 miliónu tun. Železnice se tak na celkovém objemu zboží přepraveného v rámci zahraničního obchodu podílela největší měrou. Podle statistik, zveřejněných Ministerstvem průmyslu a obchodu následovala silniční nákladní doprava s celkovým objemem 21,78 miliónu bruttotun a říční s 1,53 miliónu bruttotun. Podíl letecké nákladní dopravy byl nepatrný, když přepravila jen asi 37 000 tun zboží. Vývoj přepravy osob, zboží a přepravní výkony jsou uvedeny v tab.2-5 a 2-6. Prognóza objemů přepravy do roku 2005 je uvedena v tab.2-7.
19
Tab.2-5 Přeprava zboží a výkony nákladní dopravy podle druhů přeprav Ukazatel Celkem v tom doprava: železniční silniční říční Celkem v tom doprava: železniční silniční říční
1991 1992 Přeprava zboží (tis. t) 221 599 209 655 132 742 117 280 83 000 87 250 5 857 5 125 Výkony (mil. tkm) 40 491 39 306 32 679 6 305 1 507
31 116 6 583 1 337
1993
1994
1995
1996
199 170
189 809
194 145
188 760
123 728 70 536 4 906
110 206 74 790 4 247
108 879 81 019 4 247
107 250 78 631 2 879
33 254
33 969
35 370
34 296
25 579 6 414 1 261
24 401 8 385 1 183
25 468 8 713 1 189
24 294 9 101 901
1995
1996
Tab.2-6 Přeprava osob a výkony osobní dopravy podle druhů přeprav Ukazatel 1991 1992 1993 1994 Přepravené osoby (tis.) 1 577 913 1 712 709 1 439 540 1 316 438 Celkem v tom doprava: 294 930 289 586 242 182 228 720 železniční 1 282 000 1 422 000 1 196 000 1 086 000 silniční 983 1 123 1 358 1 718 letecká Výkony (mil. oskm) 43 290 40 285 33 012 29 933 Celkem v tom doprava: 13 557 11 753 8 548 8 481 železniční 27 625 26 001 21 909 18 847 silniční 2 108 2 531 2 555 2 605 letecká
1 237 004
1 112 226
227 147 1 008 000 1 857
219 244 891 000 1 982
27 853
26 509
8 023 16 777 3 053
8 111 15 228 3 170
Dopravní politika v EU se stala svým pojetím i závazností celoevropskou a podpisem Evropských dohod o přidružení se v etapě začleňování ČR do jednotného evropského trhu stává závaznou. Koncepce dopravní politiky EU se opírá o středně a dlouhodobou koncepci sbližování práva v oblasti prohlubování jednotného trhu a vytváření jednotné evropské dopravní soustavy. Evropa již nadále neunese neomezený růst mobility, zajišťované zejména automobilovou dopravou a v osobní dopravě dopravou individuální. I po řadě úspěšných technických opatření k ochraně životního prostředí se stává především silniční doprava z hlediska zhoršování životního prostředí problematická. Technický rozvoj umožnil v minulých 20-ti letech snížit rozsah emitovaných škodlivin v silniční dopravě až na jednu desetinu původního množství. Avšak provoz v silniční dopravě, a s ním spjatý rozsah emitovaných škodlivin, narostly ještě rychleji. Zdroje znečištění přitom, na rozdíl od zdrojů v průmyslu, pronikají za lidmi a je obtížné je místně izolovat. U nás „vzorovým“ příkladem může být doprava v Praze, kde se „jednoznačně“ preferuje individuální doprava, ale nejen tam, podobně je to v Brně a jiných větších městech ČR. Zatímco se v hospodářsky vyspělých státech světa preferuje hromadná doprava, u nás se upravují normy pravidel silničního provozu parkovacím a dopravním režimem, který namísto ve světě obvyklé preference MHD ztěžuje její provoz. ČR zatím jednotnou dlouhodobou koncepci dopravní politiky, vycházející ze společensky žádoucího a únosného uspokojování přepravních potřeb v rámci dopravní soustavy, nemá. Je nutno zpracovat dlouhodobou koncepci přípustného rozvoje mobility na území ČR a jejího zabezpečování dopravou jako systémem, s maximálním podílem ekologicky přátelštějších druhů dopravy, zejména dopravu kolejovou a přepracovat všechny normy řízení dopravy ve prospěch veřejné dopravy. Mělo by v ní jít, tak jako v EU, o rozvoj systému, který optimálně uplatňuje podíl jednotlivých druhů dopravy s využitím nástrojů tržní ekonomiky. V rámci dopravního systému, již s ohledem na preference sousedících
20
států EU, je zapotřebí soustředit se především na železniční dopravu, kde je řešení nejsložitější. Železniční doprava, zejména jako segment integrovaných systémů dopravy, může být jádrem trvale udržitelného nárůstu mobility. Její postavení je žádoucí optimalizovat z hlediska zabezpečování přepravních potřeb a harmonizace podmínek se silniční dopravou. Je zapotřebí soustředit se na dokončení dálnic a expresních komunikací spojující naši republiku se sousedními státy a dále řešit integrované dopravní systémy velkých měst a regionů. Je nutná taková koncepce silniční dopravy, která bude optimálně navazovat na růst mobility. Protože tempo přírůstku počtu silničních vozidel je proti vyspělé Evropě nesrovnatelně rychlejší, úroveň infrastruktury je mnohem zaostalejší, budou problémy s mobilitou silničních vozidel v ČR ostřejší. Tab.2-7 Prognóza objemu přepravy do roku 2005 1997
1998
1999
2000
2003
2005
OSOBNÍ DOPRAVA
silnice
železnice
BUS
mil. osob
504
506
510
515
518
520
Indiv.
mil. osob
1840
1885
1930
1973
2165
2290
BUS
mld. osobkm
6,33
6,35
6,40
6,45
6,50
6,52
Indiv.
mil. osobkm
59,35
60,80
62,25
63,64
69,83
73,90
mil. osob
217,8
209,5
205,1
200,0
205,0
210,0
mld. osobkm
8,06
7,75
7,60
7,40
7,60
7,90
NÁKLADNÍ DOPRAVA silnice
železnice
CELKEM
mil. tun
720
758
796
842
990
1090
mld. tkm
34,70
36,50
38,40
40,60
47,70
52,50
mil. tun
111,7
109,2
105,4
105
115
125
mld. tkm
24,08
23,46
22,64
22,55
24,70
26,85
mil. tun
831,7
867,2
901,4
947
1105
1215
mld. tkm
58,78
59,96
61,04
63,15
72,40
79,35
21
1 2
OBSAH PŘEDMLUVA ......................................................................................................................................3 ÚVOD ...................................................................................................................................................4 DOPRAVA A JEJÍ VÝZNAM ...........................................................................................................5 2.1 Společenská funkce dopravy.......................................................................................................5 2.2 Druhy dopravy a dělba přepravní práce......................................................................................7 2.2.1 Železniční doprava .........................................................................................................8 2.2.2 Silniční doprava............................................................................................................10 2.2.3 Letecká doprava............................................................................................................12 2.2.4 Vodní doprava ..............................................................................................................13 2.2.5 Kombinovaná doprava..................................................................................................15 2.2.6 Vesmírná doprava.........................................................................................................16 2.2.7 Nekonvenční doprava ...................................................................................................16 2.3 Trendy dopravy a její vliv na mezinárodní a vnitrostátní dopravu ...........................................19
3
SILNIČNÍ DOPRAVA
Člověk byl od nepaměti závislý na přírodě, v počátcích žil primitivně, chodil bos a jako lovec klestil jen příležitostně cesty pralesem. Proto ani nebylo potřeba zvlášť upravených cest. Teprve s rozvojem výrobní činnosti, kdy začala doprava nabývat na významu, počaly vznikat první stezky. Jak člověk zdokonaloval svůj způsob života, přišel na to, že práci mu může ulehčit ochočené zvíře buď nošením nákladů, nebo tahem. K tomuto poznání však člověk potřeboval desítky tisíc let. Tato domestikace byla ukončena mezi lety 3000 až 2000 před naším letopočtem, přibližně současně na různých místech zeměkoule. Vykopávky z doby urucké, vymezené lety 3400-3100 př. n. l., nalezené předměty u jihobabylónského města Uruku (biblického Erechu, dnešní Varky) dokazují, že Sumerové používali válečné vozy. Na tzv. Urské standartě si můžeme prohlédnout kolo, které je sestaveno jako deska složená z jednotlivých fošen. Do této doby archeologové posunují pravděpodobný vznik kola, jako největší vynález v historii lidstva. To bylo objeveno podle Leonarda Wolleyho, který dělal vykopávky v letech 1927 a 1928 u města Uru, ležícího na březích Eufratu asi v roce 3 500 př.n.l. Archeologické nálezy v bulharské vesnici Bekovo v roce 1976 posunují vynález kola do doby 5 800 let před našim letopočtem. Faktem je, že přesné určení doby, kdy se začalo používat poprvé ve světě vozů s koly, je velmi obtížné, ale je zřejmé, že to byl objev, který lidstvo posunulo hodně vpřed v rozvoji společenského, ekonomického a technického života. Na obr.3-1 je sumerský válečný vůz z 27.století př.n.l., kde je vidět použití kola pro dopravu, jako největšího vynálezu v historii lidstva. Užívání vozů s koly brzy podnítilo stavbu upravených cest - zpevněných silnic.
Obr.3-1 Sumerský válečný vůz z 27.-26.století př. n. l. Tak vznikla první etapa silniční dopravy, kterou výrazně ovlivnili Římané, kteří dokázali vybudovat 150000 km. Téměř 90000 km zpevněných silnic, z čehož asi 14000 km se nacházelo na území samotné Itálie. O římských silnicích byly již napsány desítky knih, které zhodnotily jejich význam politický, hospodářský, vojenský a technický. Silniční síť Římské říše dosáhla možného vrcholu nejen ve světě starověku, nýbrž v mnohých směrech nebyla překonána do dnešní doby. Poslání a smysl římských silnic plně vystihuje staré přísloví: „Via est vis - via est vita“, což v překladu znamená : silnice je moc silnice je život. Římané dbali také na dobrou organizaci provozu na silnicích. Nejznámější je nařízení Julia Caesara o zákazu jízdy těžkými vozy ve městech v noci, kvůli velkému hluku. Je však zajímavé, že dodnes nevíme, po které straně Římané jezdili. Dále je třeba uvést, že vlastnili nejen popisy silnic (předchůdce našich průvodců), ale i orientační mapy, na kterých je vidět až kam se rozprostírala silniční síť římského impéria. Do hlavního ústředí - Říma se v té době sbíhalo 16 hlavních silnic, které měly nultý milník (tzv. zlatý) na hlavním náměstí - Forum Romanum , proto ten název, že všechny cesty vedou do Říma. S rozpadem velkých otrokářských říší a nástupem feudální společnosti upadal obchod a tím ztrácely silnice a silniční doprava na významu a nastává období stagnace v budování silniční sítě. K
22
oživení výstavby silnic a silniční dopravy dochází v Evropě až v 18.století, které dalo podnět k založení první silniční a mostní školy v Paříži (1747, Ecole des ponts et chaussées). Ovšem vynálezem parního stroje a stavbou železnic a rozvojem železniční dopravy došlo k dalšímu úpadku silniční dopravy. Na druhé straně však koncem 19.století se začínal rodit automobilismus a zahájením tovární výroby automobilů v roce 1903 Henry Fordem začíná další rozvoj silniční dopravy, který pokračuje dodnes. Ten podnítil budování nových bezpečnějších silnic pro rychlou automobilovou dopravu. Těmito komunikacemi se staly tzv. rychlostní komunikace - dálnice, komunikace jen pro motorová vozidla dosahující určitou požadovanou minimální rychlost. 3.1
Silniční doprava a dopravní prostředky Základní charakteristika silniční dopravy, její vývoj a rozvoj je popsána ve statích 2.2.2, 3.2 a 3.3. Z hlediska plánování a projektování silnic a dálnic je rozhodující dlouhodobé výhledové množství silniční dopravy a její vývoj a skladba dopravního proudu (podíl jednotlivých druhů vozidel) v relacích 10-20 roků. Zatímco u ostatních druhů dopravy patří k aktivním účastníkům jen omezený okruh lidí, vykonávajících tuto činnost jako svou profesi, je soubor účastníků silniční dopravy velmi rozsáhlý a nesourodý. Účastníky silničního provozu jsou i řidiči a uživatelé nemotorových dopravních prostředků a rovněž velmi početná a různorodá skupina chodců. Vozidla, která tvoří dopravní proud, se od sebe mnohdy dosti výrazně liší, jak svými charakteristikami, tak také okamžitým technickým stavem. V teorii dopravního proudu rozlišujeme pohyb jednotlivého vozidla a skupiny vozidel (kolony) v jednom jízdním pruhu nebo pásu. Klasická mechanika pohybu vozidla se obyčejně rozděluje na tři části : a) statiku, b) kinematiku, c) dynamiku pohybu jednotlivého vozidla. K statickým charakteristikám patří zejména rozměry a hmotnost vozidel. Základy geometrie pohybu jednoho vozidla se zabývá kinematika, která spolu se statikou u58 418.6344aruhu2trieaa
jen pro motorová vozidla) maximální rychlost 130 km/h, na silnicích s neomezeným přístupem 90 km/h a v obcích 50 km/h. V současné době jsou v silniční dopravě převládajícími dopravními prostředky různé druhy automobilů, proto také silniční dopravu nazýváme automobilovou dopravou. Při ní je tu pohyb chodců, cyklistů, motocyklistů a ve velmi malém množství také potahová doprava. V tab.3-1 je uveden přehled dopravních prostředků vyskytujících se na pozemních komunikacích. Plánování, projektování, návrh, stavba a provoz pozemních komunikací ovlivňují motorové dopravní prostředky především svým množstvím, rozměry, hmotností a rychlostí v dopravním proudu. Proto základní charakteristiku vozidla určují podmínky zákona č.38/1995 Sb., o technických podmínkách provozu silničních vozidel na pozemních komunikacích. Dále Vyhláška Ministerstva vnitra č.102/1995 Sb., o schvalování technické způsobilosti a technických podmínkách provozu silničních vozidel na pozemních komunikacích. Tab.3-1 Přehled dopravních prostředků na pozemních komunikacích BEZKOLEJOVÁ SILNIČNÍ VOZIDLA osobní
motorová
nemotorová
motocykly, motocykly s přívěsným vozíkem, motocykly s postranním vozíkem, skútry, mopedy, osobní tříkolky, osobní automobily, osob.autom. s přívěsem, kombinovaná vozidla, mikrobusy, autobusy, autobusy s přívěsem, autobusové návěsy, trolejbusy, sanitky a jiné
tříkolky, dodávkové automobily, nákladní nákladní automobily:- valníkové, - sklápěcí, - skříňové, tahače, traktory, přívěsy, návěsové soupravy a jiné účelové
vozidla požární ochrany, zemědělské stroje, stavební stroje, speciální automobily:- kropící, - cisternové, - poštovní,- na smetí aj. jeřáby, rypadla, kalové vozy, vozy na převoz čerstvého betonu a jiné
osobní
cyklistická kola, kola s pomocným motorkem, kočáry a jiné
nákladní účelové
valníkové povozy, zemědělský vůz-žebřiňák apod., ruční káry, přívěsy, návěsy a jiné zemědělské stroje a jiné
Obr.3-2 Rozměry a zatížení silničních vozidel
24
a) nákladní vozidlo, b) nákladní vozidlo, c) vozidlo s návěsem, d) vozidlo s přívěsem, e) souprava vozidla se dvěma přívěsy Rozměry silničních motorových a jejich přípojných vozidel, popř. jízdních souprav. nesmí překročit určité dovolené maximum. Celková šířka vozidel může být nejvíce 2,55 m, výjimku tvoří zemědělské a lesnické stroje, samojízdné a přípojné pracovní stroje, kde maximální šířka je 3,0 m a u tramvají je 2,65 m. Celková výška vozidel s nákladem může být nejvíce 4,0 m, přípojných vozidel max. 3,0 m, délka jednotlivého silničního vozidla nemůže být větší než 12,0 m, s návěsem max. 15,5 m. Souprava s jedním přívěsem, kloubový dvoučlánkový autobus a trolejbus může mít max. délku 18,0 m. Souprava silničního vozidla s dvěma přívěsy, resp. s návěsem a jedním přívěsem, může být dlouhá nejvíce 22,0 m, délky sólo tramvaje max.18,0 m, soupravy tramvají a kloubové tramvaje včetně spřáhel nejvíce 40,0 m. Na obr.3-2 jsou vidět dovolené rozměry silničních vozidel a jejich maximální dovolené zatížení. Ve většině států světa jsou stejné rozměry silničních vozidel, v USA naproti tomu je dovolená největší šířka až 2,88 m. Hmotnost silničních vozidel je také omezena zákonem o technických podmínkách provozu silničních vozidel na pozemních komunikacích. Osobní automobily prakticky neovlivňují nějak významně svým účinkem konstrukci vozovek silnic, neboť jejich zatížení jsou malá a jejich celková hmotnost většinou nepřesahuje 2t, čili 500 kg na jedno kolo. Uplatňují se však svým množstvím, tj. intenzitou při návrhu celkového uspořádání komunikace v příčném řezu. Nákladní automobily naproti tomu jsou svou hmotností a nápravovými tlaky rozhodující pro návrh konstrukce vozovky a huštění jejich pneumatik ovlivňuje stabilitu horní vrstvy vozovky. 3.2
Historický vývoj silnic a silniční dopravy Nejstarší zprávy o silnicích pocházejí z Egypta, z doby 3000 let, a z Číny z doby 2000 let starého letopočtu. Egypťané budovali silnice z plochých, hlazených kamenů pro dopravu materiálu na stavbu pyramid. V Evropě budovali zpevněné cesty především Řekové jako cesty posvátné, sloužící náboženským účelům, tj. dopravě darů bohům. Římané stavěli silnice pro budování, správu a udržení svého impéria. Vybudovali mohutnou síť silnic o celkové délce asi 150000 km, z nichž nejdelší vedla z Val Antonini ve Skotsku do Jeruzaléma v délce 5984 km. Nejstarší z římských silnic - Via Appia, vedoucí z Říma do Capuy, jejíž zbytky se dochovaly dodnes (obr.3-3), je z roku 312 starého letopočtu. Zánikem římského impéria (asi ve 4.st. nového letopočtu) ztratila však síť jeho silnic význam, pro který byla budována. Při nepatrné dopravě -po odpadnutí potřeb vojenských zůstala bez udržování a většinou, až na nečetné malé zachovalé zbytky (Itálie, Švýcarsko, Portu-galsko, Anglie aj.), starověká silniční síť římského impéria postupně zanikla. Středověk měl poměrně malé potřeby dopravy, protože města a hrady, v nichž se středověký život převážně soustřeďoval, byly zásobovány z nejbližšího okolí a silnic nebylo celkem potřeba. Cestovalo se většinou koňmo. Až na úpravu městských ulic nepravidelnou dlažbou veřejná moc nedbala Obr.3-3 Zachovalá stará římská silnice Via Appia z r.312 před n.l.
25
o úpravu silnic. Dobré cesty byly považovány spíš za nevýhodu, protože usnadňovaly nepřátelské vpády do země. Cizozemští kupci, výbojné výpravy vojenské, náboženští poutníci a jízdní poselstva se spokojili s použitím stezek a nezpevněných cest. K první obnově silnic v Evropě dochází kolem 17.st. a ve st. 18. V té době vzrůstá v některých západoevropských státech, především ve Francii, doprava rozvojem výroby a obchodu; vznikají poštovní spoje s poštovními dostavníky (známé diligence). U nás je to také údobí slávy formanské dopravy se zájezdními hostinci jako přípřežními stanicemi ve vzdálenostech asi 25 km. Tato rozvíjející se koněspřežní (hipomobilní) doprava vyvolává naléhavou potřebu úpravy silnic a také potřebu určitého personálního vybavení státního aparátu, který by se o úpravu a udržování silnic staral. Tak např. v r.1716 vzniká ve Francii Státní silniční a mostní správa - Corps des Ponts et Chaussées. Také všechny ostatní evropské státy na konci 18.století postupně chápou a oceňují význam a důležitost silnic pro úspěšný výkon centralizované veřejné správy, pro podporu výroby a obchodu i pro obranu státu, a proto stavějí a udržují silnice z veřejných prostředků. Tak dochází k prvnímu znovuvybudování a dalšímu rozvíjení silniční sítě v Evropě. V druhé polovině 18.století dochází ke skutečné výstavbě silniční sítě v Čechách. Do 18.století spadá i založení stavovské inženýrské školy v Praze v r.1717. Pro srovnání je třeba uvést, že podobná inženýrská škola byla ustavena v tehdejším hlavním městě Rakouské říše Vídni, až v roce 1815, v Norimberku v roce 1823, v Berlíně roku 1824 a v Hannoveru v r.1831. Podle rozhodnutí císařovny Marie Terezie v polovině r.1746 mělo být pokračováno ve výstavbě silnic, přerušené smrtí císaře Karla IV. a následujícími válkami. Koncem r.1751 dochází k vypracování soupisu hlavních silnic, takže v r.1752 mohla být zahájena výstavba dalších úseků silnic. Příklad tzv. tereziánské erární silnice je na obr.3-4. Tato silnice tvoří budoucí naše silnice I.tř., výstavbou spadají do období 1736-1939. V naší silniční síti je dle tohoto typu postaveno několik tisíc km silnic. V pol. 19.století bylo na Moravě a ve Slezsku celkem 23 erárních (státních) silnic a 372 okresních silnic. Komunikační síť v okolí Brna je na tehdejší poměry dobře vybavena. Politický vývoj v rakouské monarchii a prohraná válka prusko-rakouská i další imperiální záměry zejména na Balkáně, projevily se negativně na silniční síti. Ta neustále chátrala, hlavně v době první světové války, kdy byly silnice značně zničeny. Po válce začíná rozvoj silniční automobilové dopravy, která si postupně vynucuje zlepšení stavu silnic a hlavně jejich povrchu vozovek. Obr.3-4 Tereziánská erární silnice
3.3
Rozvoj automobilismu v České republice Rozvoj automobilismu ve více než stoletém jeho trvání je velkolepý. K jeho začátkům zařazujeme zkonstruování spalovacího motoru Gotthem Daimlerem v roce 1884. Záhy nato vznikl automobil s tekutou pohonnou látkou. Od té doby až do dnešní doby se zvýšil počet automobilů téměř na 600 milionů. Z toho je 450 milionů osobních a 143 milionů nákladních automobilů. Ve státech Evropské unie je 183 milionů a v USA 245 milionů osobních automobilů. Automobilový park vykazuje soustavný růst na celém světě a prognózy předpovídají, že v roce 2010 se počet automobilů zvýší na jednu miliardu. Největší rozvoj se předpokládá v asijských a afrických zemích a také v některých středoevropských státech. V České republice celkový počet motorových vozidel má už několik let stále stoupající vývoj. Relativně vysoké tempo nárůstu z 60. a 70.let se sice v 80.letech zpomalilo, ale po roce 1990 se počet motorových vozidel začal výrazně zvyšovat. Rozhodující podíl na těchto přírůstcích tvoří osobní automobily. Zatímco v 80.letech přibývalo ročně v průměru 55000 osobních automobilů, zvýšil se v roce 26
1996 tento nárůst až na 236000 osobních automobilů. V tab.3-2 je uveden přehled počtu registrovaných motorových vozidel od roku 1961 do konce roku 1996 a stupně motorizace a automobilizace v tomto období. K 1.1.1998 připadlo 345 osobních automobilů na 1000 obyvatel, což představuje stupeň automobilizace 2,9. V této koncentraci automobilů zaujímají velká města, kde specifické postavení má zejména Praha, kde bylo koncem roku 1996 registrováno 702966 motorových vozidel, z toho 588968 osobních a dodávkových automobilů. Tím Praha předstihla v počtu osobních automobilů i nejmotorizovanější města v Evropě, jako je Mnichov, Frankfurt nad Mohanem nebo Vídeň, kde připadá 1 osobní auto na 2,2, resp. 2,7 obyvatel, zatímco v Praze jsou to přesně dva automobily a v Brně ke konci roku 1997 2,7 obyvatel. Tab.3-2 Vývoj motorizace a automobilizace ČR (do r.1971 Československo) Rok
Obyvatel (tis.)
Motorová vozidla celkem
Osobní a dodávkové automobily
1961
13846
1326801
291680
1971
14419
2931629
1041137
1981
10306
3449300
85 %
1872694
79 %
1990
10365
4039606
100
2411297
100
1993
10331
4360896
108
2746995
114
1994
10330
4579569
113
2967253
123
1995
10321
4728859
117
3113476
129
1996
10309
4991607
124
3349008
139
Stupeň motorizace
Stupeň automobilizace
Rok
Vozidel na 1000 obyvatel
Obyvatel na 1 vozidlo
Osobních aut. na 1000 obyvatel
Obyvatel na 1 vozidlo
1961
97
10,4
21
47,1
1971
203
4,9
72
13,8
1981
335
3,0
182
5,5
1990
390
2,6
233
4,3
1993
422
2,4
266
3,8
1994
443
2,3
287
3,5
1995
458
2,2
302
3,3
1996
484
2,1
325
3,1
Automobilová doprava ve městech s přibývajícími počty vozidel a s nárůstem intenzity provozu stále více ovlivňuje obyvatelstvo a celkově životní prostředí. To platí v posledních letech především pro Prahu a další větší města, kde se projevují nadprůměrně vysoké intenzity a dopravní výkony. Na obr.3-5 je vidět kolik připadá osobních automobilů na 100 obyvatel v jednotlivých krajích v ČR. Mezi nejdůležitější požadavky, které jsou na silniční dopravu kladeny, patří nesporně bezpečnost provozu vozidel. Nehody v silniční dopravě, která se v ČR soustavně podrobněji sledují od r.1955, vykazují soustavně trvalý vzestup. Nejvíce je zaznamenáván výrazný vzestup po roce 1989, který je částečně ovlivněn trvalým vzestupem počtů vozidel. Růst počtu mrtvých a zraněných uživatelů dopravy je patrný z přehledu v tab.3-3.
27
Obr.3-5 Počet osobních automobilů na 100 obyvatel v jednotlivých krajích ČR Tab.3-3 Vývoj dopravní nehodovosti v České republice za posledních 10 let Druh nehody
Údaje v ČR za roky 1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
77 075
79 961
79 717
94 664
101 387
125 599
152 157
156 242
175 520
201 697
jen s hmotnou škodou
59 022
61 195
60 232
72 754
79 927
100 663
127 007
128 652
146 774
172 357
osobní
18 053
18 766
19 485
21 910
21 460
24 936
25 150
27 590
28 746
29 340
vážné
3 688
3 859
4 224
4 859
5 059
5 752
5 843
6 534
6 511
6 791
766
810
914
1 173
1 194
1 395
1 355
1 473
1 384
1 386
těžce raněné
3 456
3 670
3 998
4 514
4 833
5 429
5 629
6 232
6 298
6 621
lehce zraněné
19 025
19 987
20 437
23 371
22 806
26 708
26 821
29 590
30 866
31 296
Dopravní nehody celkem
osoby usmrcené
3.4
Rozvoj silnic a dálnic v České republice Mohutný rozvoj silniční dopravy a jím vyvolaného rozvoje silniční a později i dálniční sítě si vynutil i v nově vzniklém Československu v r.1918 se zabývat potřebou nejprve rychlé obnovy a zbezprašnění silnic. K tomu mohlo dojít až po zajištění finančních prostředků, hlavně v r.1927 uzákoněným silničním fondem, do něhož plynuly finance z daní z motorových vozidel a z pohonných hmot. Z prostředků Silničního fondu a ze státního rozpočtu byly v Československu do r.1938 vybudovány novodobé vozovky na tzv. dlouhých tazích a kromě toho na Slovensku výstavba tzv. silničních magistrál. Tyto směřovaly ze západu na východ, takže v r.1938 dosáhla silniční síť se zpevněnou vozovkou až 70145 km. Rozvojem automobilové dopravy po druhé světové válce se u mnohých okresních silnic změnil dopravní význam tím, že se staly důležitými spoji mezi jednotlivými oblastmi a nabyly významu převyšujícího zájem okresu. V r.1949 došlo k novému rozdělení silniční sítě zákonem č.147 Sb. z 11.května 1949, jímž byly vydány některé předpisy o veřejných silnicích, týkající se převzetí do státní správy všech silnic státních, zemských, okresních, vicinálních aj., kterých je třeba k dosažení souvislé silniční sítě. Tímto zákonem byla
28
vytvořena jednotná síť státních silnic, v níž silnice jsou roztříděny do tří tříd (I., II., III.tř.). Mimo tuto jednotnou síť státních silnic zůstávají jen silnice obecní, příjezdné a soukromé, jako její nezbytný doplněk za účelem dosažení souvislosti a úplnosti sítě státních silnic. Před rozdělením ČSFR v roce 1992 byla délka dálnic celkem 550 km a délka silnic I., II. a III.tř. celkem 73 500 km. Z toho v České republice bylo 380 km dálnic a 55500 km silnic. Ke konci roku 1997 bylo již v provozu celkem 480 km dálnic a 55080 km silnic a přibližně stejné množství místních komunikací. Z toho 6460 km silnic I.tř., 14270 km silnic II.tř. a 34350 km silnic III.tř. Rozvoj silnic a dálnic byl stanoven usnesením vlády ČR č.631 z r.1993 a je každoročně upřesňován, naposledy usnesením vlády č.528 z r.1996. Byl vypracován Program investiční výstavby na síti silnic a dálnic na léta 1997-2000 s výhledem do r.2005, resp. 2010. Tento program přijal zásady pro urychlení výstavby dálnic a silnic pro motorová vozidla (rychlostní silnice), zejména nejvýznamnější a nejzatíženější dálkové tahy a silnice E (evropského významu). S cílem zajistit přestavbu na vysokokapacitní komunikace, které by odpovídaly evropským standardům. Program navrhuje řešit přeložky silnic ve velkých městech s cílem odstranit dopravní problémy, zvýšit bezpečnost a plynulost dopravy a zlepšit životní prostředí. Dále odstraňovat největší dopravní závady na ostatních silnicích, zejména na úsecích s velkým výskytem dopravních nehod. Na obr.3-6 je vidět síť mezinárodních silnic navazujících na Českou republiku a na obr.3-7 je mapka plánovaných dálnic a rychlostních silnic. V úsilí postupně modernizovat silniční síť na standard, který bude odpovídat potřebám automobilové dopravy, se musí nadále pokračovat i po r.2005. Bude nutno vycházet zejména z toho, že hustota dálniční sítě vcelku vyhovuje, ale pro nedostatečné finanční zajištění se musí stanovit priorita údržby a obnovy. Zejména po schválení a skutečném naplnění funkce Vyšších územních samosprávních celků - krajů (VÚSC), kdy musí dojít k převodu kompetencí součas-ných silnic na nově vzniklé celky. To umožní zvýraznit odpovědnost státu za nejvýznamnější dopravní tahy (dálnice, rychlostní silnice a silnice I.tř.) zabezpečující mezinárodní a celostátní propojení a vytvoření odpovědnosti regionů za silnice místního významu a tak získat soustředěné finance na stavbu a obnovu hlavních tahů.
Obr.3-6 Česká republika v síti mezinárodních silnic „E“
29
Obr.3-7 Dálnice a rychlostní silnice v ČR
30
3
OBSAH SILNIČNÍ DOPRAVA......................................................................................................................22 3.1 Silniční doprava a dopravní prostředky ....................................................................................23 3.2 Historický vývoj silnic a silniční dopravy ................................................................................25 3.3 Rozvoj automobilismu v České republice ................................................................................26 3.4 Rozvoj silnic a dálnic v České republice.....................................................................................28
4
PLÁNOVÁNÍ A PROJEKTOVÁNÍ POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ
Pozemní komunikace je budována pro dopravu. Proto její konstrukce, tvořená zpravidla zemním tělesem a ovlivněná místními přírodními podmínkami, musí co do geometrického tvaru, rozměrů, uspořádání v příčném řezu a úpravy povrchu vyhovovat především potřebám dopravy. Doprava se při určení geometrických prvků silniční konstrukce uplatňuje ve dvou charakteristických případech: – Je-li intenzita dopravy malá, vozidla si v pohybu vzájemně nepřekážejí, pohybují se na sobě prakticky nezávisle, takže ovlivňují řešení silniční konstrukce pouze svou jízdou, tj. pohybem ojedinělých jednotlivých vozidel v tom smyslu, že rychlým vozidlům musí silniční konstrukce umožnit jízdu velkou rychlostí, těžkým vozidlům zase musí umožnit zdolávat stoupání a vozidlům s dlouhým nákladem bezpečně projíždět zatáčky. – Při intenzívní dopravě se vozidla v pohybu vzájemně ovlivňují, vzájemně si překážejí, a proto silniční konstrukce musí být řešena tak, aby její kapacita umožnila zvládnout výhledovou intenzitu dopravy v dopravně i ekonomicky přijatelných podmínkách. Postup při navrhování pozemní komunikace: Z výhledové intenzity (kapacity) se určí uspořádání komunikace v příčném řezu. Z intenzity a z návrhové rychlosti se určí směrové a výškové prvky, jež se ovšem přizpůsobují podmínkám území, kterým trasa prochází. Při jejich stanovení je nutno vycházet nejen z hledisek bezpečnosti a pohodlné dopravy, ale i z hledisek investičně a provozně ekonomických, tj. pečlivě vážit vynaložené investiční i provozní náklady a jejich přínos pro společnost. Protože dopravní vztahy souvisí s územím, které je vyvolává, a které doprava zpětně ovlivňuje, musí být dopravní řešení také součástí rozvoje tohoto území, tedy součástí územně-plánovací dokumentace (ÚPD). Pro dlouhodobé a krátkodobé plánování tohoto dopravního řešení území se používá základní dokumentace, dopravně-inženýrská dokumentace (DID). Mezi základní druhy dopravněinženýrské dokumentace zařazujeme: prognózu rozvoje dopravy, generální dopravní plán, plán rozvoje dopravního systému, studie organizace a řízení dopravy, projekt organizace a řízení dopravy, operativní návrhy organizace a řízení dopravy, prověřovací dopravně-inženýrské studie. Práce zahrnují především provedení průzkumů dopravy a jejich rozbor, zpracování konceptu návrhu a vlastní zpracování návrhu. 4.1
Prognóza dopravy a dopravní průzkumy Znalost současného stavu dopravních problémů, zjištěných nejrůznějšími metodami dopravních průzkumů a rozborů, je nezbytnou podmínkou pro plánovací a projektovou přípravu (stavbu, rekonstrukci či lepší využití komunikace). Projektant potřebuje podrobně znát stav problematiky a její příčiny, aby navrhovaná řešení odpovídala skutečným potřebám, odstraňovala dosavadní nedostatky a celkově zlepšovala podmínky pro dopravu. Avšak pouhá znalost údajů o současném stavu není dostačující, navrhované řešení musí vyhovovat mnoho let po uvedení do provozu, a proto je třeba znát i údaje o dopravě v budoucnosti, znát výhledové nároky a požadavky, které doprava bude mít na navrhovanou komunikaci. Neboť komunikaci nebudujeme samu pro sebe, ale tak, aby optimálně sloužila dopravě po ní se pohybující. Proto údaje o budoucích dopravních nárocích jsou nezbytné pro správné plánování a projektování komunikací. Cílem prognózy dopravy je tedy stanovení výhledových údajů o dopravě. O jaké dopravní údaje se jedná a jaká je jejich podrobnost, závisí na potřebách zpracovaného řešení. Např. pro návrh a posouzení příčného řezu silnice budou nutné údaje o výhledové dopravě, vyjádřené v počtu vozidel za hodinu nebo za 24 hodin. Projekt parkoviště bude vyžadovat znalost maximálního počtu parkujících vozidel, pro návrh autobusové linky budou nutné údaje o požadovaném počtu přepravovaných osob. Podrobnost údajů a jejich přesnost bude záviset na období, pro které se projekt zpracovává. Přesnější data budeme vyžadovat, bude-li se projektovat na křižovatce světelné zařízení, které bude dáno do provozu následující rok, zatímco pro přibližné úvahy o volbě typu křižovatky (tzn. zda je třeba ji uvažovat jako křižovatku prostou, neřízenou, nebo řízenou světelnou signalizací, nebo dokonce jako křižovatku mimoúrovňovou pro potřebu dlouhodobého územního plánu) budeme vyžadovat data podstatně méně přesná. Základním principem řešení dopravy by mělo být takové rozmístění jednotlivých míst lidské činnosti, jednotlivých funkcí, aby doprava mezi nimi byla omezená a co nejkratší. Všechny
31
nejrozmanitější funkce však pochopitelně nelze stěsnat na jediné místo, abychom dopravu mezi nimi vyloučili. Je možné však minimalizovat dopravu správným vzájemným uspořádáním jednotlivých funkcí, tj. snižováním počtu přepravních vztahů a zkracováním jejich délky. Podaří-li se např. umístit co nejblíže bydliště k pracovišti, samozřejmě s ohledem na přírodní, hygienické a jiné požadavky, pak se většina dennodenně se opakujících cest za prací může uskutečnit pěšky a požadavky na přepravu dopravním prostředkem klesají. Nezbytným předpokladem správného řešení každého problému, je důkladná znalost stávajícího, dnešního stavu. Pro řešení dopravního problému je nutná maximální znalost o soudobé, dnešní dopravě na území, které máme řešit. A komplexní, úplnější řešení ovšem vyžaduje mnohem důkladnější a zevrubnější popsání současného stavu. Proto dopravní průzkumy a jejich rozbory jsou naprosto nezbytným stadiem všech druhů dopravních řešení. Znalost současného stavu je nutná nejen pro vytypování míst a záležitostí, které je třeba nezbytně řešit, ale i pro odvození základních charakteristik dopravy, jako jsou projektové parametry, a dokonce i jako výchozí materiál pro prognostické výpočty, pro určení výhledových dopravních nároků a potřeb. Pro komplexní pochopení dopravních problémů a především pro jejich řešení se ukazuje stále více potřebná znalost faktorů, které dopravu vyvolávají. Proto komplexní dopravní průzkumy se neobejdou bez sledování příčin, účelu a důvodu cest. Často jsou tyto průzkumy nazývány dopravně územní průzkumy či dopravně územní studie (land use transport study). Části těchto dopravně územních průzkumů jsou už průzkumy či záznamy o využití území, demografii obyvatelstva apod. a tedy se již vymykají oboru dopravních průzkumů, a jsou častěji popisovány v sociologii měst, v územním plánování apod. Dopravní průzkumy zajišťují podklady: − pro zlepšení dopravních poměrů včetně bezpečnosti dopravy na stávajících dopravních zařízeních a dopravních cestách, − pro modernizaci silniční sítě, − pro projektování nové vybavenosti dopravních i provozních objektů, − pro plánování rozvoje dopravního systému, − pro řešení provozně-ekonomických, organizačních otázek apod., zpracovávaných k jednotlivým druhům „Dopravně-inženýrské dokumentace- DID“. Pro potřeby DID se provádějí zejména: − − − − − − −
průzkumy intenzity přepravních a dopravních proudů, průzkumy objemů přepravních a dopravních vztahů, průzkumy pěších proudů a pohybů, průzkumy dopravy v klidu, průzkumy k zjištění současného stavu organizace dopravy, sociologické průzkumy, zvláštní průzkumy. Dopravní průzkumy dělíme podle zjišťovaných charakteristik na: a) průzkum intenzity (počet vozidel, popř. osob, které projdou během určitého časového úseku daným profilem komunikace), b) směrový průzkum (zjištění počtu vozidel nebo osob, které projedou mezi jednotlivými zdroji a cíli během určitého časového úseku), c) průzkum kvality dopravy (zjištění základních dynamických charakteristik dopravního proudu rychlost nebo zdržení). Údaje z dopravních průzkumů slouží k důležitým plánovacím a projekčním podkladům sítě pozemních komunikací, zejména návrhu kategorie, funkční úrovně a jiných dopravně-technických charakteristik.
4.2
Třídění pozemních komunikací
32
Ve smyslu zákona č.13/1977 Sb. o pozemních komunikacích ze dne 23.1.1997 (tzv. silniční zákon) dělíme pozemní komunikace na tyto kategorie: a) dálnice, b) silnice, c) místní komunikace, d) účelové komunikace. Zákon charakterizuje pozemní komunikaci jako dopravní cestu, která je určená k užití silničními a jinými vozidly a chodci, včetně pevných zařízení nutných pro zajištění tohoto užití. Pozemní komunikace tvoří nejrozsáhlejší a jednu z nejdůležitějších součástí infrastruktury České republiky. Označení jednotlivých druhů pozemních komunikací jako kategorie zavádí nově tento zákon, oproti dřívějšímu, který kategorii označoval technické znaky pozemních komunikací. Proto ve stávající ČSN 73 6101 se označení pro šířkové uspořádání kategorií (např. S 9,5) mění na „technickou kategorii“. O zařazení pozemní komunikace do kategorie dálnice, silnice nebo místní komunikace rozhoduje příslušný silniční správní úřad na základě jejího určení, dopravního významu a stavebně technického vybavení. Dojde-li ke změně dopravního významu nebo určení pozemní komunikace, rozhodne příslušný silniční správní úřad o změně kategorie. −
Dálnice je pozemní komunikace určená pro rychlou dálkovou a mezistátní dopravu silničními motorovými vozidly, která je budována bez úrovňových křížení, s oddělenými místy napojení pro vjezd a výjezd a která má směrově oddělené jízdní pásy. Dálnice je přístupná pouze silničním motorovým vozidlům, jejichž nejvyšší povolená rychlost není nižší než 50 km/h.
−
Silnice je veřejně přístupná pozemní komunikace určená k užití silničními a jinými vozidly a chodci. Silnice tvoří silniční síť. Silnice se podle svého určení a dopravního významu rozdělují do těchto tříd: a) silnice I.třídy, která je určena zejména pro dálkovou a mezistátní dopravu, b) silnice II.třídy, která je určena pro dopravu mezi okresy, c) silnice III.třídy, která je určena k vzájemnému spojení obcí nebo jejich napojení na ostatní pozemní komunikace. Silnice I.třídy vystavěná jako rychlostní silnice je určena pro rychlou dopravu a je přístupná pouze silničním motorovým vozidlům, jejichž nejvyšší povolená rychlost není nižší než 50 km/h. Rychlostní silnice má obdobné stavebně technické vybavení jako dálnice.
−
Místní komunikace je veřejně přístupná pozemní komunikace, která slouží převážně místní dopravě na území obce. Místní komunikace může být vystavěna jako rychlostní místní komunikace, která je určena pro rychlou dopravu a přístupná pouze silničním motorovým vozidlům, jejichž nejvyšší povolená rychlost není nižší než stanoví zvláštní předpis. Rychlostní místní komunikace má obdobné stavebně technické vybavení jako dálnice. Místní komunikace se rozdělují podle dopravního významu, určení a stavebně technického vybavení do těchto tříd: - místní komunikace I.třídy, kterou je zejména rychlostní místní komunikace, - místní komunikace II.třídy, kterou je dopravně významná sběrná komunikace s omezením přímého připojení sousedních nemovitostí, - místní komunikace III.třídy, kterou je obslužná komunikace, - místní komunikace IV.třídy, kterou je komunikace nepřístupná provozu silničních motorových vozidel nebo na které je umožněn smíšený provoz.
−
Účelová komunikace je pozemní komunikace, která slouží ke spojení jednotlivých nemovitostí pro potřeby vlastníků těchto nemovitostí s ostatními pozemními komunikacemi nebo k obhospodařování zemědělských a lesních pozemků. Účelovou komunikací je i pozemní komunikace v uzavřeném prostoru nebo objektu, která slouží potřebě vlastníka nebo provozovatele uzavřeného prostoru nebo objektu. Tato účelová komunikace není přístupná veřejně, ale v rozsahu a způsobem, který stanoví vlastník nebo provozovatel uzavřeného prostoru nebo objektu. V pochybnostech, zda z hlediska pozemní komunikace jde o uzavřený prostor nebo objekt, rozhoduje příslušný silniční správní úřad. Vlastníkem dálnic a silnic je stát. Vlastníkem místních komunikací je obec, na jejímž území se místní komunikace nacházejí. Vlastníkem účelových komunikací je právnická nebo fyzická osoba.
33
Dálnice a silnice mohou vést územím zastavěným nebo zastavitelným („průjezdní úsek dálnice“ nebo „průjezdní úsek silnice“), pokud se tím převádí převážně průjezdná doprava tímto územím. Třídění silnic a dálnic podle ČSN 73 6101 pro účely plánovací a projekční je členěno na kategorie, resp. „technické kategorie“ takto: − silniční komunikace směrově nerozdělené (S), − silniční komunikace směrově rozdělené (S, R, D). Základní „technické kategorie“ jsou pro dálnice, silnice I. a II.třídy stanoveny výhledovými záměry výstavby silnic, dálnic a rychlostních silnic. Pro silnice III.třídy se určují kategorie podle výhledových intenzit dopravních proudů a charakteristiky území. Kategorií (technickou kategorii) silniční komunikace rozumíme označení pro soubor technických rozlišujících znaků společných pro silniční komunikace téhož příčného uspořádání, dané návrhové rychlosti a režimu provozu (např. S 9,5/80, což znamená, že v čitateli se označuje písemným znakem komunikace - silnice -, rychlostní silnice, dálnice a kategorijní šířka v metrech, ve jmenovateli pak návrhová rychlost v km/h). Kategorijní šířka, nebo-li příčné uspořádání silniční komunikace, představuje šířkové a výškové členění jejího příčného řezu. Návrhová rychlost znamená rychlost, pro níž jsou stanoveny minimální hodnoty návrhových prvků silniční komunikace. Těmi jsou geometrické a konstrukční prvky pro projektování silničních komunikací (směrové a výškové návrhové prvky, návrh tvaru zemního tělesa). Šířkové členění směrově nerozdělených a rozdělených silničních komunikací je vidět na obr.4-1 a 4-2.
Obr.4-1 Šířkové uspořádání směrově nerozdělené silniční komunikace
Obr.4-2 Šířkové uspořádání směrově rozdělené silniční komunikace Rozměry šířkového uspořádání směrově rozdělených a směrově nerozdělených silničních komunikací jsou uvedeny v tab.4-1 a 4-2. Třídění místních komunikací podle funkčních skupin rozdělujeme podle ČSN 73 6110 na tyto kategorie: − −
místní rychlostní komunikace (MR), místní sběrné komunikace (MS),
34
− − − −
místní obslužné komunikace (MO), městské obslužné s tramvají (MOT), městské sběrné komunikace s tramvají (MST), místní obslužné komunikace s krajnicí (MOK). Podrobnější pojednání o místních komunikacích je v kapitole 6.
Tab.4-1 Dvoupruhové silniční komunikace Kategorie písmenný znak
S
Šířka v m
b m
návrhová rychlost km/h
a ∗)
v
c
e
7,5 ∗∗)
70; 60; 50
3,00
0,25
0,25
0,25
0,25
1,00
0,50
0,25
1,50
0,50
9,5
0,50 80; 70; 60;
10,5
3,50
11,5 R
1,50
11,5
100; 80; 70;
3,50
∗)
Základní hodnota bez rozšíření ve směrovém oblouku
∗∗)
Při intenzitě silničního provozu do 1 500 voz./24h se kat. typ S 7,5 provádí v tomto uspořádání : S
7,5
70; 60; 50
3,00
0,00
0,00
0,75
Tab.4-2 Směrově rozdělené silniční komunikace Kategorie písmenný znak
b m
návrhová rychlost km/h
S
22,5
100; 80; 70 120; 100; 80
R S
24,5
DaR
100; 80 120; 100; 80
R ∗)
Šířka v m
26,5
140; 120; 100; 80
a ∗)
v1
v2
c
d
e
b1, b2
3,50
0,25
0,50
1,50
3,00
0,50
10,25
3,75
0,25
0,50
2,00
3,00
0,50
11,25
3,75
0,25
0,50
2,50
4,00
0,50
11,75
Základní hodnota bez rozšíření ve směrovém oblouku
4.3
Návrhové prvky pozemních komunikací Mezi návrhové prvky zařazujeme geometrické a konstrukční prvky pro projektování pozemních komunikací. Tyto jsou většinou závislé na návrhové rychlosti, zejména směrové a výškové návrhové prvky. Mezi směrové návrhové prvky řadíme geometrické, které v půdorysném průmětu trasy pozemní komunikace (silnice) znázorňují její směrové vedení, tj. osu komunikace (oblouky a přímky). U výškových návrhových prvků je to soubor geometrických prvků, které v rozvinutém podélném profilu trasy silniční komunikace znázorňují její výškové vedení, tj. niveletu (přímky a oblouky). Směrové, výškové, šířkové a konstrukční návrhové prvky určují tvar, vzhled a průběh komunikace v prostoru. Na obr.4-3 je vidět příčné uspořádání silniční komunikace v prostoru s názvoslovím základních návrhových a konstrukčních prvků.
35
Obr.4-3 Základní názvosloví silniční komunikace 1 - směrový sloupek, 2 - svah výkopu, 3 - hranice silničního pozemku, 4 - mezník, 5 - původní terén, 6 humus a zatrávnění, 7 - výkop (zářez), 8 - příkop, 9 - nezpevněná krajnice, 10 - zpevněná krajnice, 11 vodicí proužek, 12 - jízdní pruh, 13 - násyp, 14 - svah násypu, 15 - svodidlo, 16 - osa komunikace Podle obr.4-3 je vidět, že tvar a rozměry tělesa silniční komunikace jsou určeny trasou (osou a niveletou) a příčným uspořádáním komunikace. Zemní těleso je po obou stranách ohraničeno svahy. Sklony svahů jsou předmětem návrhů tvaru zemního tělesa. Průsečnice povrchu krajnic s rovinou svahů zemního tělesa se jmenuje hrana koruny silniční komunikace. Povrchová část silniční komunikace mezi těmito hranami je koruna silniční komunikace. Vedle svahů zemního tělesa obyčejně jsou příkopy na odvedení vody, popř. jiné odvodňovací zařízení. Výkopový svah se stýká s přilehlým terénem v temenní čáře svahu a jeho přechod do přilehlého území se provádí zaoblením. Násypový svah zemního tělesa se stýká s přilehlým terénem v temenní čáře svahu a prochází do přilehlého území patovým zaoblením. Nejdůležitějším návrhovým a funkčním prvkem silniční komunikace v příčném řezu je jízdní pás, který je vyhrazen pro provoz vozidel. Skládá se z jízdních pruhů, které jsou určeny pro jednotlivé proudy dopravních prostředků. Kromě jízdního pásu může mít komunikace i přidružený pruh nebo pás, který je vyhrazen pro jeden nebo více přidružených druhů dopravního (silničního) ruchu (provozu). Jízdní pás po stranách lemují vodicí proužky, kterých šířku započítáváme do šířky krajnic a nebo při směrově rozdělených komunikacích do šířky středního dělicího (zeleného) pásu. Po stranách jízdního pásu jsou dále krajnice, které v přilehlé části k jízdnímu pásu jsou zpevněné a na vnější straně nezpevněné. Těleso silniční (dálniční) komunikace je vybudováno na silničním (dálničním) pozemku, který je ohraničen mezníky. Dopravní pásy (jízdní pruhy, vodicí proužky a zpevněné krajnice) se vytváří (budují) zpevněním vozovkou. Vozovka je ta část komunikace, která je určena k jízdě nebo odstavení vozidel, jež podle platných předpisů o provozu na pozemních komunikacích ji mohou užívat. Je to konstrukce, sestávající zpravidla z několika vrstev, jejichž únosnost směrem dolů klesá ve shodě s ubývajícím napětím podle roznášení tlaku kol vozidel směrem do hloubky. Pod konstrukcí vozovky je podloží, tj. vrstva rostlé nebo nasypané zeminy (horniny), které po upravení do předepsaného sklonu a minimální únosnosti tvoří pláň, na níž se kladou jednotlivé vrstvy vozovky (podrobněji jsou konstrukční vrstvy pojednány v kapitole 5). Důležitou částí silničního tělesa jsou odvodňovací zařízení, které slouží k odvedení povrchové vody jak z vozovky, tak z přilehlého území. Jsou to různé příkopy, rigoly, plošné odvodňovací zařízení, drenáže, odvodňovací potrubí a jiné zařízení. Do tělesa silniční komunikace zařazujeme také silniční objekty. Jedná se o zařízení, která usnadňují překonání přírodních nebo umělých překážek silniční trasy. Při návrhu silniční (pozemní) komunikace, pro splnění účelu komunikace pro který se budují, musíme navrhovat i pomocné součásti. Mezi ně zařazujeme: −
vybavení (směrové sloupky, zábradlí, svodidla, osvětlení, dopravní značky a mezníky),
36
− − − − −
silniční zeleň (zatravnění, květinová výsadba, keře, stromy), silniční pomocný pozemek (slouží pro skladování údržbových potřeb a materiálů), dopravní plochy (odpočivadla, parkoviště, zastávky autobusových linek aj.), silniční telefon (tvoří součást jen když ho spravuje správce pozemní komunikace), údržbové příslušenství (zařízení, které slouží pro letní údržbu a zimní službu). Základní podmínkou pro stanovení návrhových prvků pozemních komunikací (geometrických a konstrukčních) je maximální rychlost, kterou navržená komunikace musí vozidlům zcela bezpečně umožnit za příznivých provozních podmínek (povětrnost, stav vozovky, intenzita dopravy a denní doba). Obyčejně se definuje jako maximální rychlost, kterou mohou na navržené komunikaci bezpečně používat řidiči motorových vozidel za příznivých provozních podmínek, a která je proto vzata za podklad pro návrh všech geometrických a konstrukčních prvků. Z hlediska homogenity (stejnorodosti) pozemní komunikace je důležité, aby vždy co nejdelší úsek silnice (dálnice) byl navržen na stejnou návrhovou rychlost. Zmíněnou homogenitu silnice nebo dálnice nutno ovšem vztahovat i na osobní návrhové prvky, jako např. minimální poloměr směrových oblouků, maximální podélný sklon, kapacitu komunikace apod. 4.4
Trasa komunikace Jedním ze základních problémů kvalitního návrhu trasy pozemní komunikace spočívá v tom, že v žádné části projektu (návrhu) se současně nezobrazí souvisle osa i niveleta. Tato skutečnost klade mimořádné nároky na prostorovou představivost projektanta. Bezchybný návrh osy a nivelety může být ve vzájemné kombinaci prostorově závadný. Je možné návrh ověřit bodově (místně) dílčí prostorovou souvislost pomocí perspektivního zobrazení, ale tento postup je dosti náročný (pracný) a nedává nám souvislou představu o trase. Zpracování prostorového modelu je ještě pracnější a využívá se jen výjimečně. V současné době je již na postupu využívání výpočetní techniky i při návrhu silniční trasy v prostoru pomocí vizualizace a perspektivního pohledu řidiče nebo cestujících při jízdě vozidla po silnici. To je již celkem jiná dimenze návrhu trasy jakékoliv pozemní komunikace, kterou může projektant pečlivě začlenit do krajiny (prostředí) z hlediska technického i estetického. Trasa komunikace obvykle není jen přímou spojnicí určitých míst, nýbrž obecnou čarou obvykle vyrovnanou v plynulou trasu různé křivosti. Silniční nebo dálniční trasa je spojnicí středů povrchu silniční (dálniční) koruny v jednotlivých příčných řezech tělesa komunikace, pokud ovšem koruna komunikace je vzhledem k ose jízdního pásu symetrická. Na směrově rozdělených silničních komunikacích (dálnicích) je osa uprostřed středního dělícího pásu. Silniční trasa je v důsledku členitosti terénu a s ohledem na trasovací zásady zpravidla čarou prostorovou. Je omezena prostorovým mnohoúhelníkem, s vrcholy výškového mnohoúhelníku, se stranami obecně různého směru a sklonu. Plynulost trasy vyžaduje, aby přechod z jednoho směru nebo sklonu do druhého, byl vytvořen plynulou křivkou, tvořenou směrovým, výškovým, popř. prostorovým obloukem a jejich vhodnou kombinací. K názornému zobrazení trasy a tělesa komunikace a k snadnému výpočtu všech veličin a hodnot potřebných v projektové dokumentaci používáme v projektování komunikací dvou průměten, tj. půdorysu - polohopisného plánu (situace) a nárysu - podélného řezu, do nichž trasu komunikace, popř. celé její těleso, promítáme. Na obr.4-4 je schematické znázornění silniční trasy jako čáry prostorové (a), jejího průmětu do vodorovné roviny - osy (b) a průmětu do nárysu - podélný řez (c). Úkol projektanta při návrhu trasy silniční komunikace je poměrně složitý, poněvadž musí při své práci respektovat řadu požadavků jako například: − − − −
dosáhnout optimálního ekonomického řešení s přihlédnutím k dlouhodobé životnosti komunikace tak, aby nebyla v krátké době morálně zastaralá, klást důraz na prostorový účinek trasy, tj. nejen sledovat začlenění komunikace do krajiny, ale sledovat plynulost trasy (tvrdost trasy, vyváženost směrových oblouků, délky mezipřímých, vazbu na výškové řešení apod.), minimální objem zemních prací, tj. vést trasu pokud možno po terénu v mírných zářezech a násypech, v maximální míře přihlédnout i k podmínkám půdně geologickým a hydrogeologickým tak, aby jinak velmi vhodná trasa nebyla vedena územím, kde by bylo nutno např. odstranit velké kubatury
37
nevhodných zemin z podloží nebo nevhodný násypový materiál a zajistit jeho nákladný odvoz na deponie, − zachovat silniční estetiku tak, aby se těleso komunikace nestalo dominujícím prvkem území, − uvažovat s psychologií řidičů a s tím spojené nároky na vlastní trasu a její okolí. Tyto požadavky nelze zachytit technickými normami, jejich respektování závisí pouze na zkušenosti a citlivém přístupu projektanta k návrhu trasy komunikace.
Obr.4-4 Trasa, osa a niveleta silniční komunikace a) trasa jako prostorová čára b) osa trasy c) podélný profil trasy Návrh trasy, tj. určení nejvhodnějšího směrového a výškového řešení komunikace, se ve většině případů provádí na základě mapových podkladů s výškopisem. Protože trasa, kterou tvoří prostorová křivka, se zde navrhuje pouze jejím půdorysným průmětem (osou), vznikají nároky na projektanta představit si vrstevnicový plán plasticky. Vyhledávání trasy je jednou z prvních a nejzodpovědnějších prací na projektu komunikace. Snadnější volba trasy je v rovinatém terénu, kde směrové vedení bývá jednodušší, v pahorkatině a hlavně pak v horském terénu je trasování obtížnější. Než projektant přistoupí
38
k návrhu trasy, provede tzv. rekognoskaci terénu za účelem seznámení se s územím, ve kterém má být trasa komunikace vedena a nebo podrobné prostudování mapového podkladu, které může rekognoskaci nahradit. Ve vrstevnicovém plánu vyhledáváme vhodný směr trasy při určitém dovoleném stoupání. Při trasování se musíme snažit dosáhnout co nejvíce možného přímého spojení určeného začátku a konce trasy nejmenšími podélnými sklony a dosáhnout plynulosti trasy. V rovinatém terénu je hledání trasy podstatně jednodušší. Kromě umělých překážek se přírodní překážky vyskytují řidčeji, obvykle jen vodní toky, inundační nebo zamokřené území. Křížení se železnicemi a dálnicemi řešíme zásadně mimoúrovňově s vhodným využitím konfigurace terénu. Ve vrstevnicovém plánu vyhledáváme vhodný směr trasy komunikace při určitém dovoleném stoupání pomocí tzv. řídící (stupové) čáry. Takovýmto způsobem ji vyhledáváme zejména v území členitém s velkými výškovými rozdíly. V rovinatém území je vyhledání, resp. návrh trasy jednoduché a je možno od řídící čáry upustit. Řídící čára je čára stejného sklonu (zvolené hodnoty podélného sklonu), která jde po povrchu území. Zjistíme ji pomocí intervalu d, tj. vypočtené úsečky, kterou v příslušném měřítku mapy přetínáme postupně všechny vrstevnice, pro něž bylo d vypočítáno, pomocí kružítka a to v žádaném směru - viz obr. 4-5. Výpočet protínacího úseku „d“ Řídící (stupová) čára
d=
v 0,9 s max
dvsmax -
délka protínacího úseku v m , kterou však musíme vynést v měřítku mapy, výškový rozdíl vrstevnic v m, maximální podélný sklon v %. Obr.4-5 Návrh řídící čáry
Pomocí řídící čáry dostáváme tak lomenou čáru - polygon protínacích úseků „d“. Trasa vedená v řídící čáře by sice vyvolala minimum zemních prací, avšak směrově by byla pro dopravu nepřijatelná. Proto skutečná osa silniční (dálniční) komunikace nahrazuje tuto řídící čáru mnohoúhelníkem o menším počtu delších stran, jimiž se řídící čára vyrovnává. Vyrovnáním řídící čáry do tečnového polygonu a vložením do jeho vrcholů se osa komunikace proti řídící čáře zkrátí, což je vidět na obr.4-6. To vede k tomu, že její stoupání (s %) může překročit maximální dovolený podélný sklon. Aby se tomu zabránilo, určí se protínací úsek pro stoupání o 10-20 % nižší než je smax, tj. 0,9 smax - 0,8 smax. Téhož se dosáhne, zvětší-li se protínací úsek „d“ o 10 až 20 %, tj. 1,1-1,2 d. Ukázka návrhu dvou tras (osy) ve vrstevnicovém mapovém podkladu spolu s nahrazením řídící čáry tečnovým polygonem a vložením směrových kružnicových oblouků je na obr.4-6. Návrh trasy, tzn. vyhledání nejvhodnějšího směrového a výškového řešení silniční komunikace, se provádí v mapovém podkladu, kterým mohou být mapy základní, tematické a účelové, případně kopie map, které mohou být obsahově přiměřeně redukované a nebo i doplněné např. o výškopis apod.
39
Při návrhu trasy je třeba dbát plynulého prostorového vzhledu, vzájemného souladu směrových a výškových prvků trasy. Pro posouzení splnění tohoto požadavku se ve složitých podmínkách doplňuje projekt výkresem perspektivního zobrazení trasy, který běžně vyhotovuje kreslicí zařízení moderních počítačů. Někdy může být zhotoven i model.
Obr.4-6 Příklad vedení trasy ve vrstevnicové mapě Pro estetický účinek a z důvodů homogenity trasy je třeba při návrhu polygonu dbát na to, aby délky stran byly vyvážené, tj. nemají být některé strany příliš krátké a jiné příliš dlouhé a úhly stran mají být v určitém poměru navzájem i k délkám stran, viz příklady na obr.4-7 a 4-8. Délky stran tečnového polygonu, tj. vzdálenosti mezi vrcholy, musí být minimálně tak dlouhé, aby součet tečen kružnicových oblouků i s přechodnicemi byl jim roven. Vzájemný délkový poměr a sled přímých úseků a oblouků je směrově a výškově nutno volit tak, aby hodnoty poloměrů směrových oblouků postupně vzrůstaly nebo klesaly a vyjadřovaly tak pozvolný přechod do podmínek příznivějších nebo obtížnějších, a aby trasa stejnoměrně vyhovovala jízdě danou návrhovou rychlostí, aby po celé délce trasy byla zajištěna délka rozhledu pro zastavení, a aby na dvoupruhových silnicích byla zajištěna délka rozhledu pro předjíždění. Délka úseku ve směrové přímce na směrově rozdělených silničních komunikacích má být co nekratší a úseky v prostorové přímce nemají být vůbec budovány.
40
Obr.4-7 Vyváženost délek stran tečnového polygonu
Obr.4-8 Poměr délky a úhlu tečnového polygonu Z hlediska bezpečnosti silničního provozu je pak nutno ještě dodržovat zásadu, že za přímým stoupáním nesmí ve vrcholovém zaoblení následovat směrový oblouk a je-li takového řešení nutné, pak je změnu směru nutno naznačit již dříve, a to použitím dlouhé přechodnice. S ohledem na vozidla jedoucí z klesání je nutno, aby poloměry směrových oblouků na konci klesání byly navrhovány co největší. Je samozřejmé, že v členitém nebo zastavěném území není možné podřídit trasu všem požadavkům. Je třeba však všechny požadavky posoudit se zřetelem na jejich důležitost a provozní i stavební náklady trasy komunikace. Dobrý projektant musí obecně respektovat všechny požadavky na návrh trasy vždy z komplexního hlediska, vícekriteriálního posouzení celého návrhu. Vedle hledisek technických a ekonomických je nutno zdůraznit i hledisko zvýšené bezpečnosti a pohodlí jízdy cestujících na navrhované pozemní komunikaci. 4.5
Směrové prvky trasy Trasa silnice, kterou jsme v základních pojmech definovali jako spojnici středů povrchu silniční koruny, je čára prostorová, kterou v silničním projektování zobrazujeme ve dvou průmětnách: vodorovné a svislé. Svislý průmět silniční trasy do vodorovné roviny (mapy, vrstevnicového plánu) znázorňuje směrové vedení trasy a nazývá se silniční osa. Při navrhování silniční osy v plánu nebo mapě, popř. přímo v terénu, je úlohou projektanta navrhnout spojení dvou míst, tj. začátku a konce komunikace tak, aby její výstavba, provoz na ní i údržba, byly co nejhospodárnější. Nejkratší vzdáleností dvou bodů je jejich přímá spojnice. Přímá trasa by tedy měla být nejvýhodnější. Při zvlněném terénu a delších trasách není ovšem možno dodržet přímý směr, protože z důvodů technicko-ekonomických a jiných musí budoucí komunikace napojit četná mezilehlá místa, průmyslové podniky, železniční stanice apod., ležící stranou od přímé, nejkratší spojnice daných koncových míst navrhované komunikace. Kromě toho se trasa komunikace musí vyhýbat četným přirozeným a umělým překážkám, ležícím ve směru přímé spojnice obou koncových míst. V novodobém projektování se přímé trase vyhýbáme z důvodů provozních (oslňování, monotónní jízda apod.). Z uvedených důvodů se trasa komunikace v plánu jeví jako mnohoúhelník o různých délkách stran s vloženými oblouky. Na obr.4-9 je vidět předběžný návrh osového polygonu trasy mezi dvěma body A a B.
41
Obr.4-9 Osový polygon se směrovými oblouky Z jedné strany tohoto mnohoúhelníku do druhé se přechází směrovým obloukem, který má zajistit plynulý pohyb vozidla v zatáčce. Trasa silnice promítnutá do plánu (mapy), čili silniční osa, se tedy v klasickém pojetí skládá z přímek a oblouků. Řešení silnic a dálnic v dlouhých přímkách není z mnoha příčin žádoucí, a proto se nedoporučuje. Jízda v trase složené z oblouků menších poloměrů a přímek je v obloucích zpravidla obtížnější a méně pohodlná, než na trati přímé. Při jízdě v oblouku působí na ně bočným směrem odstředivá síla, která se snaží vozidlo vysunout v příčném směru vně zatáčky. Odstředivá síla může nepříznivě ovlivnit bezpečnost jízdy, zejména při velké rychlosti vozidla, malém poloměru oblouku, nedostatečné drsnosti povrchu vozovky (náledí), popř. i při nevhodné úpravě příčného sklonu vozovky. Vjezd do oblouku vyžaduje zvýšenou pozornost řidiče, který z důvodu bezpečnosti musí vozidlo udržet ve vyhrazeném dopravním pruhu. Cestující pociťuje při náhlém působení odstředivé síly bočný náraz, který je tím prudší, čím menší je poloměr zakřivení a čím větší je rychlost vozidla. Bezpečnost dopravy se snižuje, není-li v oblouku dostatečný rozhled (např. v hlubokých zářezech, při oplocení nebo vysokém porostu na vnitřní straně oblouku apod.) 4.5.1 Směrové přímky Jízda v dlouhých přímých úsecích je jednotvárná, unavuje řidiče, jehož pozornost v důsledku toho ochabuje; dlouhé přímé úseky svádějí řidiče k nadměrnému zrychlení jízdy. Za noci dochází kromě toho na dlouhých přímých úsecích dálnic s úzkým dělícím pásem a zejména u dvoupruhových dvousměrných silnic k vzájemnému oslňování protijedoucích řidičů. Nejdelší přípustný přímý úsek nelze stanovit jednoznačně; doporučuje se, aby nepřesahoval délku 3 až 5 km. V projekční praxi byla vžita zásada, že největší délka úseku přímé trasy v situaci i v podélném řezu nemá být větší než úsek odpovídající dvěma minutám jízdy návrhovou rychlostí. Dlouhé přímky mají být vystřídány plochými směrovými oblouky. Čím jsou přímé úseky delší, tím větší musí být poloměry vložených oblouků, aby nevznikaly oblouky krátké, které v perspektivním pohledu vyvolávají dojem lomené trasy. Vzájemný délkový poměr a sled přímých úseků a oblouků je třeba volit z vhodného prostorového účinku trasy tak, aby trasa působila plynulým dojmem a byly vyloučeny náhlé změny směru. Toto hledisko je třeba mít na paměti zejména při malých středových úhlech, pro něž je třeba volit co největší délky směrových oblouků. Praktické zkušenosti doporučují, že např. při středovém úhlu 5°, popř. 6g, nemá délka oblouku klesnout pod 150 m; pro každé další zmenšení středového úhlu o 1o, popř. 1g, má být délka oblouku zvětšena o 30 m. Ze stejných důvodů mají být vyloučeny přímky mezi dvěma stejnosměrnými oblouky. Delších přímých úseků lze použít tam, kde trasa sleduje jinou přímku, v terénu již danou (např. přímý úsek železniční tratě, průplavu apod.). Je vhodné zaměřit přímý úsek na dominantu v krajině (např. věž, skupinu stromů apod.). Vedení komunikace ve směrové přímce (přímé) je v současném náhledu na trasování nevhodné řešení. Bylo s oblibou používáno na římských starověkých silnicích
42
a v novověku až zhruba do první poloviny 19.století. Přímka se však v přírodě prakticky nevyskytuje, je uměle vytvořena člověkem a je násilný zásah do přírody. ČSN 73 6101 doporučuje používat přímé úseky trasy co nejkratší a prostorové přímé zcela vyloučit, a dále vymezuje návaznost přímých a oblouků. 4.5.2 Směrové oblouky Ve vzájemné kombinaci lze použít oblouk: a) prostý kružnicový, b) kružnicový s přechodnicemi, c) přechodnicový, d) složený a) Prostý kružnicový oblouk Prostý kružnicový oblouk je z hlediska průjezdu vozidla, zejména vyšší návrhovou rychlostí, velmi nevhodný. V místě napojení kružnice na přímou tečnu vzniká skok v křivosti. Tento motiv není silniční vozidlo schopné ani velmi malou rychlostí projet. Znamenalo by to, že v jednom bodě osy a v jediném okamžiku by se musel změnit rejdový (volantový) úhel. Natočení volantu však trvá zhruba 3-6 sekund a po tuto dobu musí vozidlo projíždět po křivce, která spojitě mění křivost. Jízdní dráha určená pro silniční vozidlo je však navrhována s určitou šířkovou rezervou, jízdní pruh má minimální šířku 3,00 m. V rámci této rezervy ji tedy může řidič vložit do kruhové dráhy přechodnice, aniž by vozidlo opustilo vymezený prostor. ČSN 73 6101 použití prostého kružnicového oblouku připouští pouze v tom případě, když odsun normové přechodnice (tj. přechodnice k danému poloměru v minimální možné délce) by měl hodnotu ∆R ≤ 0,25 m. Pouze tehdy je možné krajní přechodnice vypustit. Podle této zásady jde pouze o kružnicové oblouky s velkými poloměry a přechodnicemi minimální délky. V ČSN 73 6101 je uvedena minimální hodnota poloměru oblouku R ≥ 800 m a nebo R ≥ 0,375 V n2 . Pro bezpečnou a pohodlnou jízdu je nutné navrhovat pro poloměry oblouků R < 800 m (R < 0,375 Vn2 ) přechodnice, tj. takové křivky, jejichž křivost se mění úměrně k délce. Z hlediska estetiky a zachování optické plynulosti trasy však je normou doporučeno i abnormálně velké poloměry kružnicových oblouků opatřit dlouhými krajními přechodnicemi. S prostým kružnicovým obloukem se na trase novostaveb dnešních komunikací setkáme pouze výjimečně. Jsou však zcela běžné na komunikacích předválečných. Jejich využití je omezeně možné i při malých návrhových rychlostech (Vn) např. u účelových komunikací nebo na méně významných křižovatkách. b) Kružnicový oblouk s přechodnicemi Kružnicový oblouk s krajními přechodnicemi je nejčastějším řešením směrového oblouku v praxi. Skládá se z kružnicové střední části, jejíž poloměr musí vyhovovat dané návrhové rychlosti a z oboustranných krajních protisměrných přechodnic, jimiž je napojen na přímou. Kružnice musí být odsazena o příslušné hodnoty ∆R směrem ke svému středu. Obě krajní přechodnice jsou na kružnici napojeny v dotykovém bodě, přes jednu tečnu (koncová tečna přechodnice je současně základní tečnou kružnicové části). Obvykle je rovněž zachován shodný koncový poloměr přechodnice o kružnicové části oblouku. Navrhnou-li se dva protisměrné kružnicové oblouky s přechodnicí ve tvaru zvratného oblouku, musí se zachovat poměr parametrů stykových přechodnic A2 / A1 menší nebo rovný 1,5 a doporučuje se použití poměru poloměrů R2 I R1 menšího nebo rovného 2, kde R2 a A2 jsou větší z obou srovnávaných hodnot. Následují-li po sobě dva protisměrné prosté kružnicové oblouky, musí být mezi ně vložena mezipřímá alespoň v délce 2Vn metrů. Vzhledem k tomu, že kružnice má nejkratší možnou délku tečny, je možno využívat kružnicových oblouků s minimálními délkami přechodnic v případech, kdy délka stran tečnového polygonu by neumožnila použití oblouků přechodnicových. Pomocí nesymetrických přechodnic pak lze řešit sled protisměrných oblouků na směrovou inflexi.
43
c) Přechodnicový oblouk Přechodnicové oblouky se dle ČSN 73 6101 připouští tam, kde z trasovacích důvodů je vhodnější úplně vyloučit kružnicovou část a stykovat dvě krajní přechodnice (symetrické či nesymetrické kolem osy středového úhlu) přes společnou vrcholovou tečnu. Zpravidla bývá zachován i shodný koncový poloměr (poloměr oskulační kružnice oblouku), který musí vyhovovat dané návrhové rychlosti. U nesymetrických přechodnicových oblouků je normou stanovena podmínka, že poměr většího parametru (A2) k menšímu (A1), A2/A1 musí být roven nebo menší 1,5. Je potřeba si uvědomit, že čisté přechodnicové oblouky jsou náročné na potřebnou délku tečny. U běžných středových úhlů je tečna oblouku přechodnicového prakticky dvojnásobná jak u oblouku kružnicového se stejným poloměrem. Používá se proto zejména pro menší středové úhly s dlouhými stranami směrového polygonu. d) Složený oblouk Složené oblouky jsou tvořeny více směrovými prvky v nejrůznější možné kombinaci. Jde např. o složené přechodnicové oblouky ze tří nebo více přechodnic, kružnicové oblouky napojené na tečny dvěma i více přechodnicemi, složené kružnicové oblouky, kde dvě sousední kružnice jsou propojeny mezilehlou přechodnicí a různé jiné. Složených oblouků používáme zejména tam, kde potřebujeme trasu důsledně přimknout k terénu, projít mezi složitě situovanými omezujícími body aj. Často jsou rovněž použity při řešení ramp mimoúrovňových křižovatek, nebo parkových komunikací pro pěší provoz, při řešení ploch náměstí aj. Složený oblouk lze navrhnout tam, kde klasické řešení je z trasovacích nebo estetických důvodů prokazatelně méně vhodné. Lze jej sestavit : − −
nejvhodněji ze vzájemně vystřídaných úseků kružnicových, krajních a mezilehlých přechodnicových, výjimečně z kružnicových částí o různém poloměru - obvykle s krajními přechodnicemi - pokud nejmenší z navržených poloměrů oblouku odpovídá návrhové rychlosti a příslušnému dostřednému sklonu, vzájemný poměr většího (R2) k menšímu (R1) ze dvou sousedních poloměrů R2 / R1 je menší nebo roven 2. Při trasování rozeznáváme pravostranné směrové oblouky, odbočující ve směru trasy doprava (střed křivosti vpravo) a levostranné směrové oblouky, odbočující doleva (střed křivosti vlevo). V trase se střídají pravostranné a levostranné oblouky a to podle dopravních a ekonomických hledisek. Dále pak podle místních podmínek a podle požadavků na vedení silniční trasy. Když následují za sebou oblouky se středem křivosti na různé straně od osy silniční komunikace, nazýváme je protisměrné. Když jsou středy křivosti sousedních oblouků na jedné straně, jde o oblouky stejnosměrné.
4.5.3 Minimální poloměr směrového oblouku Při navrhování směrových oblouků je třeba vyřešit tyto problémy: − − − −
jaký minimální poloměr oblouku je možné na trase navrhnout, jak vytvořit plynulý přechod z přímé do oblouku, jak zabezpečit rozhled v oblouku, jak vzájemně sladit jednotlivé trasovací prvky a dosáhnout plynulou trasu. Při jízdě automobilu po kružnicové dráze, pohybují se kola automobilu po kružnicích (obloucích) s různým poloměrem. Dosáhne se to pootočením roviny předních kol pomocí volantu a převodu řízení. Absolutně minimální poloměr kružnicového oblouku pro velmi pomalou jízdu, po kterém může vozidlo (automobil) projet, plyne z konstrukce vozidla, především z jeho výchylného (volantového) rejdového úhlu α a rázvoru l (viz obr.4-10). Podle obr.4-10 bude tg α =
44
l , z toho minimální poloměr oblouku při R
velmi malé rychlosti pohybu vozidla Rmin =
l . Takovýto poloměr je možno použít pro pomalé tg α
odbočování automobilů z původního směru, např. na parkovištích. Pro rychlou jízdu takovýto poloměr směrového oblouku nevyhovuje a pro zachování bezpečnosti jízdy vozidla po oblouku musí být dodržen určitý poměr mezi návrhovou rychlosti a minimálním poloměrem.
Obr.4-10 Schéma vozidla při jízdě v oblouku
Obr.4-11 Schéma působení sil v oblouku
Z hlediska stability automobilu mohou při jízdě návrhovou rychlostí směrovým obloukem nastat tyto teoretické situace: − vozidlo se převrhne, − vozidlo se usmykne dovnitř oblouku, − vozidlo se usmykne vně oblouku. Na automobil při jízdě po směrovém oblouku bude působit ve svislém směru tíha vozidla G a ve vodorovném směru kolmém ke směru jízdy odstředivá síla Fo v těžišti vozidla - viz obr.4-11. Vzhledem k tomu, že hmotnost automobilu je konstantní, lze z rovnováhy obou sil k možnému bodu převrhnutí (vnější kola) stanovit pro danou návrhovou rychlost Vn minimální hodnotu poloměru směrového oblouku a to z rovnováhy momentů obou sil. Bezpečnost proti usmyknutí je dána z hlediska limitní hodnoty bočního smykového tření Tb, tj. reakce maximální příčné síly vyvozené kolem pneumatiky na vozovce. Projíždí-li vozidlo směrovým obloukem, působí v těžišti O jeho tíha a odstředivá síla. Silniční komunikace má kvůli odstranění vlivu odstředivé síly příčný sklon p = tg α, viz obr.4-11. Proti výslednici těchto sil Fb, působí tření v příčném směru Tb. Aby nenastal smyk automobilu vně oblouku, musí platit: Fb ≤ Tb , kde
Fb = Fo . cosα ; Tb = f b (G . cosα + Fo . sin α ); kde fb je součinitel bočního (příčného) tření [-]. Když dosadíme za Fb a Tb do nerovnosti:
Fo . cosα ± G . sinα ≤ f b (G . cosα + Fo . sin α ), a za Fo =
G v2 . , potom bude nerovnost: g R
G v2 G v2 . . cosα ± G . sinα ≤ f b ( G .cos α + . . sinα ) . g R g R Po úpravě obou stran, tj. vydělení hodnotou G . cosα a po dosazení za tg α = p bude nerovnost ve tvaru:
45
v2 (1 - f b . p ) ≤ g ( f b ± p ). R Jelikož hodnoty fb a p jsou velmi malé, lze jejich součin v nerovnosti zanedbat a vyjádřit poloměr R v závislosti na dostředném (příčném) sklonu p nebo naopak, takže minimální poloměr směrového oblouku bude:
Rmin ≥
v2 , g ( f b ± p)
když dosadíme do tohoto vzorce za g hodnotu tíhového zrychlení a za fb hodnotu součinitele příčného tření a provedeme přepočet návrhové rychlosti z m/s na km/h a za příčný sklon p dosadíme hodnotu v procentech. Po úpravě dostaneme hodnotu minimálního poloměru směrového oblouku jako určitý podíl návrhové rychlosti:
Rmin = 0,3
Vn2 , p
Rmin je minimální poloměr směrového oblouku v m, návrhová rychlost v km/h, Vn p příčný (dostředný) sklon v oblouku v %. Z této rovnice lze odvodit i velikost poloměru směrového oblouku, který nevyžaduje dostředný sklon. V tab. 4-3 jsou uvedeny nejmenší dovolené poloměry směrových kružnicových oblouků ve vztahu k návrhové rychlosti a k dostřednému sklonu podle ČSN 73 6101. kde
Tab.4-3 Nejmenší dovolené poloměry směrových kružnicových oblouků ve vztahu k návrhové rychlosti a k dostřednému sklonu podle ČSN 73 6101 Návrhová rychlost v km/h
Poloměr kružnicového oblouku v m při dostředném sklonu vozovky v % 2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
bez dostřed. sklonu
120
2200 1750 1450 1250 1100
975
875
800
725
-
-
100
1500 1200 1000
875
750
675
600
550
500
-
-
80
1000
775
650
550
500
450
400
350
325
-
-
70
750
600
500
425
375
330
300
270
250
-
-
3500 (3800) 3500*) 2500 (2700) 3500*) 1500 (1700) 1500
60
550
450
375
325
270
240
220
200
180
170
-
1500
140
125
120
110
1500
375 300 250 220 190 170 150 50 * Platí jen na dálnicích a rychlostních silnicích ( ) Platí pro základní sklon 2,5 % Hodnoty pro větve křižovatek jsou uvedeny v ČSN 73 6102. )
Hodnoty poloměrů uvedených v tabulce vpravo od čárkované čáry je třeba přezkoušet z hlediska rozhledu pro zastavení, poloměry uvedené v tabulce vpravo od silné čáry je třeba přezkoušet i z hlediska výsledného sklonu. K převrácení vozidla kolem vnějšího kola může dojít pouze při vysoko položeném těžišti vozidla a nepřiměřené rychlosti. Prakticky je vyloučeno, projíždí-li vozidlo obloukem rychlostí, která je menší nebo rovna návrhové.
46
Stojí-li vozidlo v oblouku, Fo = 0 a v těžišti působí jen tíha vozidla G, musí platit, aby nenastal smyk vozidla dovnitř zatáčky,
G sinα ≤ f b g G cosα . Po vydělení obou stran nerovnosti hodnotou G cos α a po zavedení tg α = p dospějeme k nerovnici p ≤ fb . Pro náledí je hodnota fb = 0,1, a proto tedy maximální příčný sklon, případně výsledný sklon m nesmí přestoupit 10 %. Na základě dlouholetých výzkumů bezpečnosti silničního provozu a nehodovosti, neměly by hodnoty minimálních poloměrů směrových kružnicových oblouků být při návrhové rychlosti Vn = 90 km/h menší než 400 m. V zásadě má projektant navrhnout co největší poloměry směrových oblouků, přičemž musí přihlížet ke konfiguraci terénu a na požadavek rozhledu, zejména v noci. Minimální poloměry směrových kružnicových oblouků je třeba považovat za povolenou výjimku a ne za pravidlo. Při návrhu se doporučuje uplatňovat zásadu, že čím delší jsou strany osového polygonu a čím menší je úhel mezi nimi, tím větší je třeba navrhnout poloměr směrového oblouku. 4.5.3.1 Vytyčovací prvky kružnicového oblouku Základní vytyčovací prvky lze vypočítat ze známých hodnot středového (vrcholového) úhlu α a poloměru kružnicového oblouku R podle obr.4-12 na základě matematických vztahů goniometrických funkcí.
Obr.4-12 Základní vytyčovací prvky prostého kružnicového oblouku Z trojúhelníku TK; VB; KT vyplývá délka tečny TK − VB a VB - KT :
T = R . tg
α ; 2
Vzdálenost vrcholu (středu) oblouku KK od vrcholu osového mnohoúhelníku (průsečíku tečen) VB je:
z=
α - R = R sec - 1 ; α 2 cos 2 R
47
kterou je možné dále vypočítat a vytyčit pomocí pravoúhlých souřadnic xKK a yKK a které jsou:
y KK = R - R . cos x KK = R . sin
α α = R 1 - cos ; 2 2
α ; 2
Délka kružnicového oblouku, tj. vzdálenost začátku TK a konce oblouku KT, je:
O=
π
.R
(
180 o nebo 200 g
) .α
= R . arcα
Základní vytyčovací prvky a podrobné body oblouku vytyčujeme obvyklými vytyčovacími metodami nižší geodézie. 4.5.4 Přechodnicové křivky Projíždí-li motorové vozidlo z přímé do oblouku, je tato jízda jen tehdy zcela bezpečná, když projíždí rovnoměrnou rychlostí a s plynulým rovnoměrným vychylováním řídících kol. Kombinace přímky a kružnicového oblouku, dotýkajícího se této přímky, je geometricky plynulá. S přihlédnutím k průběhu křivosti takových dvou prvků trasy shledáme, že je to kombinace nevhodná. Každá prudší změna rychlosti nebo směru může vést ke smyku a k nehodě. To znamená, že projektant silniční komunikace musí navrhnout trasu tak, aby se v obloucích eliminoval nepříznivý vliv odstředivé síly. V počátcích rozvoje automobilismu vyhověly silniční trasy navržené kružnicovými oblouky bez přechodnic. Až rozvojem po 1.světové válce a výstavbou prvních dálnic se začaly používat přechodnice různých typů, zejména kubické paraboly v počátcích, později používaná lemniskáta a Oerleyeova křivka. U nás se začala počátkem padesátých let používat „volantová přechodnice“ - klotoida (spirála), která nejlépe vyhovuje jízdě automobilu z přímého úseku do oblouku. Na obr.4-13 jsou vidět některé nejpoužívanější přechodnicové křivky. Podle ČSN 73 6101 se přechodnice navrhuje ve tvaru klotoidy, ale nevylučují se i jiné vhodné křivky. Matematicky lze klotoidu odvodit z hlediska bezpečnosti jízdy vozidla pro křivku, které vozidlo vytváří po přechodnici a její tvar je : L . R = A2
Součin poloměru křivosti a délky pro každý bod křivky je konstantní. Odmocnina z konstanty A2 je tzv. parametr, který určuje poměrnou velikost křivky. Pro představu parametru uvádím tento příklad : Obr.4-13 Nejpoužívanější přechodnicové křivky
48
A =100 m znamená, že přechodnice na délku L = 100 m dosahuje poloměru R = 100 m. Obdobně v bodě této
přechodnice, vzdáleném jen 50 m od počátku, je poloměr křivosti R = 200 m, jak plyne ze základní rovnice klotoidy. Čím je parametr menší, tím rychleji se poloměr křivosti zmenšuje. Parametr tedy určuje i tvar klotoidy a je pro klotoidu tím, čím je poloměr pro kružnicový oblouk. Pro účely silničních přechodnic se však používá pouze krátký úsek od bodu 0, kde je poloměr R = ∞ (kde se napojuje na přímou) až k místu, kde je R shodné s poloměrem hlavního kružnicového oblouku, na který přechodnice přímku napojuje. Všechny klotoidy jsou si geometricky podobné, liší se jen jejich velikost, která je určena velikostí parametru. Známe-li hodnoty pro určitou klotoidu a její parametr, můžeme vypočítat hodnoty klotoidy s jakýmkoli jiným parametrem tak, že tyto hodnoty násobíme poměrem parametrů. Platí to o všech , který svírá tzv. krátká tečna (subtangenta) s tečnou hodnotách délkových, neplatí to však pro úhel vedenou ke klotoidické přechodnici v bodě s poloměrem R = ∞. Tento úhel se nemění, když měníme parametr. Odvození minimálně možného koncového poloměru přechodnice je shodné se stanovením poloměru kružnicového oblouku. O pohodlí a bezpečnosti přejezdu po přechodnici však kromě koncového poloměru rozhoduje i délka přechodnice v závislosti na nárůstové rychlosti, tj. rychlosti
τ
nárůstu křivosti ρ =
1 . R
Potřebnou minimální délku přechodnice stanovujeme z těchto podmínek: − − − −
z přírůstku odstředivého zrychlení (dynamiky jízdy), z potřebné doby průjezdu (kinematická podmínka), z psychologicko-vizuálních (perspektivní obrat), z bezpečnosti jízdy (maximální, resp. minimální sklon vzestupnice).
4.5.4.1 Navrhování přechodnice - klotoidy Přechodnice se vkládá buď mezi přímou a kružnicový oblouk, nebo mezi dva stejnosměrné kružnicové oblouky různých poloměrů, navrhuje se ve tvaru klotoidy. Délku přechodnice L v m se z estetických důvodů doporučuje navrhovat v závislosti na velikosti poloměru kružnicového oblouku v hodnotách uvedených v následující tabulce : Doporučené délky přechodnice L podle ČSN 73 6101 Rvm
100
200
300
500
1 000
1 500
2 000
3 000
4 000
5 000
Lvm
60
80
100
120
160
210
290
430
400
550
Nelze-li těchto hodnot ve stísněných poměrech dosáhnout, navrhne se na délku vzestupnice nebo sestupnice, nejméně však : −
1,5 .Vn metrů pro případ klopení jízdního pásu kolem vnější hrany vodicího proužku,
−
1 . Vn metrů pro případ klopení jízdního pásu kolem osy (Vn je hodnota návrhové rychlosti v km/h).
Od návrhu přechodnice lze upustit, když odsunutí kružnicového oblouku ∆R je menší než 0,25 m. Přibližné odsunutí kružnicového oblouku od tečny ∆R lze po vložení klotoidické přechodnice zjistit ze vzorce :
∆R =
kde
L2 R
1 τ2 τ 4 − ...... , − + 24 672 31680
τ = A
L2 A2
=
A2 2R2
=
L 2R
je vnější úhel tečen přechodnice, je konstanta (parametr) navržené přechodnice.
49
Pro úhly τ ≤ 30o je ∆R =
L2 L .τ = 24 R 12
Je-li ∆R ≤ 0,25 m, přechodnice se již nenavrhuje.
L2 L2 Pro ∆R = 0,25 m pak platí = 0,25 m, odtud R = , nebo L = 6 R . 24 R 6 Pro stanovení nejmenšího dovoleného poloměru směrového kružnicového oblouku, který lze již navrhnout bez přechodnice R v m, se za L dosazuje jednotně hodnota 1,5 Vn metrů, a to bez ohledu na odlišný způsob klopení vozovky v obloucích o menších poloměrech.
4.5.4.2 Vytyčovací prvky klotoidy Pro klotoidu jako spirálovou křivku (radiodu) platí, že součin poloměru R v daném bodě a délky L od počátku pro daný bod je neustále konstantní (R - L = A2) - viz obr.4-14. Koncový bod klotoidy má pak souřadnice:
x= y= − − − − −
a 2
π
Podle obr.4-15 pro vytýčení klotoidické přechodnice musíme znát: tečnový úhel τ v koncovém bodě přechodnice PK, pravoúhlé souřadnice libovolných bodů x a y, odsun kružnicového oblouku ∆R, délku tečny, tzv. základní tečna, vzdálenost xM průsečíku společné tečny, tzv. střední tečny přechodnice a kružnicového oblouku v bodě PK s hlavní, tzv. základní tečnou v bodě M. Vztahy mezi základními prvky klotoidy, tj. mezi parametrem A,
tečnovým úhlem τ, koncovým poloměrem R a délkou přechodnice L jsou tyto:
A=
L .R = R 2.τ =
L ; 2.τ
A2 = 2.τ .R = A 2.τ ; R A2 L A ; R= = = L 2.τ 2.τ L=
τ
Obr.4-14 Klotoida
50
=
L L2 A2 = = 2 R 2 A2 2 R 2
Obr.4-15 Základní vytyčovací prvky klotoidy
=
Úhel
π 180
τ je nutno dosazovat samozřejmě v obloukové míře [rad] nebo jako arc τ , tj. pro stupně
.τ a pro grady =
π
200
.τ . Pokud se týká vzorce pro výpočet úhlu tečny
τ=
L
2R O poznamenat, že je obdobou vzorce pro výpočet úhlu tečny v kružnicovém oblouku α = . R
, je potřeba
Pravoúhlé souřadnice x a y lze odvodit z diferenciálních rovnic:
dx = dl . cosτ
dx = dl . cosτ a dy = dl . sinτ .
τ
a cos Po dosazení a úpravě rovnice, vyčíslení sin v koncovém bodě přechodnice PK souřadnice xPK a yPK.
x PK
A = .2 2
τ
τ 2 + τ 4 - ..... ; 1 5 .2 ! 9 .4 !
A .2 2
τ
τ τ 3 + ..... ; 1 + 3 7 .3!
y PK =
τ
rozvojem řady a integraci dostaneme
anebo po rozvinutí funkce τ :
x PK = L y PK =
L3 6 A2
L5 40 -
A4
+
L9 3456 A 8
L7 336
A6
+
- ...
L11 42240 A 10
- ...
anebo po dosazení za A2 = R . L :
x PK = L y PK =
L3 40 R 2
+
L5 3456 R 4
- ...
L4 L6 L2 + - ... 6 R 336 R 3 42240 R 5 51
Protože rady pro yPK a yPK rychle konverguji, pro praktickou potřebu stačí použít jen první dva členy rovnic. Výpočet ostatních vytyčovacích hodnot přechodnice již není velký problém: xs = xPK - R . sin
τ;
∆R = yPK - R . (1- cos st =
y PK ; sin τ
xM = xPK - yPK . cotgτ ;
τ );
T = xPK + yPK . tgτ ; z =
y PK ; cos τ
Největší potíže při výpočtu jsou s vyčíslením pravoúhlých souřadnic xPK a yPK. Proto při výpočtu vytyčovacích prvků klotoidy používáme tabulky nebo programovatelné kalkulátory. 4.5.5 Směrové oblouky s přechodnicemi
τ τ
Mezi přímku a kružnicový oblouk můžeme přechodnici vložit když je středový úhel α > 2 . vznikne oblouk ze dvou přechodnic, tzv. přechodnicový oblouk. Pokud α < 2 Když bude α = 2 řešení. tj. návrh přechodnic není možný. V takovém případě je třeba zvětšit poloměr oblouku R a nebo
τ
zmenšit délku přechodnice L, protože
τ
=
L . 2R
Podle ČSN 73 6101 není možné vkládat přechodnici mezi přímku a kružnicový oblouk tehdy, když ∆R ≤ 0,25 m. Při malých středových úhlech (α < 6o) a dlouhých přímkách před a za obloukem se z hlediska estetického účinku doporučuje vkládat přechodnici též při velkém poloměru kružnicového oblouku. Přechodnice v některých případech nemusí být z obou stran oblouku stejně dlouhá. Stává se to zejména tehdy, když je třeba naznačit ve výškovém zaoblení trasy komunikace, že za vrcholem zaoblení následuje směrový oblouk a nebo když je třeba vyloučit velmi krátkou mezipřímou mezi dvěma oblouky. 4.5.5.1 Přechodnicový klotoidický oblouk Je-li středový úhel roven dvojnásobku tečnového úhlu čili α = 2 , popř. α = 1 + 2, redukuje se kružnicový oblouk ve střední části oblouku pouze na oskulační kružnici ve vrcholu oblouku (viz obr.4-16). Oblouk je tvořen ve vrcholu na sebe navazujícími přechodnicovými klotoidickými oblouky Tyto mají v bodě PKP společnou oskulační kružnici a společnou tzv. střední tečnu a délka „čistého“ kružnicového oblouku je nulová.
τ
τ
τ
Obr.4-16 Průběžný přechodnicový klotoidický oblouk - symetrický Přechodnicový klotoidický oblouk se použije v případech, kdy z trasovacích nebo estetických důvodů bude vhodnější úplně vyloučit kružnicovou část směrového oblouku. Dále k dosažení plynulejšího přechodu do protisměrného oblouku, k odstranění krátké mezipřímé prodloužením přechodnice. Přechodnice mohou být stejné nebo různě dlouhé. V prvém případě mluvíme o přechodnicovém oblouku souměrném, ve druhém případě o přechodnicovém oblouku nesouměrném. Toto řešení po stránce dopravní bezpečnosti vyhovuje méně a mělo by se používat jen u malých středových úhlů (přesněji u malých vnějších úhlů tečnového polygonu, protože zde kružnicový oblouk vymizel). Obvykle lze toto řešení nahradit kružnicovým obloukem se dvěma přechodnicemi, aniž je nutno
52
podstatněji změnit délku tečen nebo vzepětí. Při takovém řešení lze často vložit kružnicový oblouk většího poloměru, než je poloměr zakřivení v bodě PP přechodnicového oblouku. Přesné řešení není pro zaokrouhlenou délku přechodnic možné. Vynutí si malé pootočení jedné z polygonových stran a nebo jen přiblížení se ke středovému úhlu α přechodnicového oblouku. Tím se vytvoří malá část kružnicového oblouku (např. 1 až 5 m). Pro přesný návrh a výpočet hlavních vytyčovacích prvků klotoidických přechodnicových oblouků používáme tabulky Prof.Ing. V. Veselého a Ing. J. Kašpárka : Klotoida. Pro výpočet přechodnicového a pro jednotkový oblouku použijeme první části tabulek. Je třeba uvést, že jsou sestaveny podle úhlu parametr a = 100. Vzájemný vztah hodnot tabulkových ke skutečným je konstantní a platí, že
τ
A T x PKP y PKP R ∆R L ..... = = = = = = a t x y r ∆r l Při výpočtu přechodnicového oblouku lze vycházet z jakéhokoliv vztahu, vypočítat parametr a ostatní hodnoty, pak získat vynásobením tabulkové hodnoty vztahem
A . a
Při výpočtu parametru je nutno zvážit, je-li nutné zachovat přesně výchozí hodnotu a počítat dále s nezaokrouhleným parametrem, či máme-li možnost menšího zkrácení nebo prodloužení výchozí hodnoty a použít zaokrouhleného parametru. Parametry zpravidla zaokrouhlujeme a to na takové hodnoty, které jsou uvedeny ve druhé části tabulek. Tím při stanovení vytyčovacích hodnot podrobných bodů si práci značně ulehčíme. 4.5.5.2 Kružnicový oblouk s přechodnicemi Bylo již řečeno, že jízda v přímé a v kružnicovém oblouku při správně vytvořeném dostředném sklonu nepůsobí žádné obtíže. Ty způsobuje pouze přechod z přímé do oblouku a naopak, který se však usnadňuje přechodnicemi. To je nejjednodušší a nejčastější případ použití klotoidy, při němž jen zbývá stanovit její vhodnou délku. V ČSN 73 6101 je délka určena z hlediska estetického působení trasy a ve stísněných poměrech ze závislosti návrhové rychlosti a způsobu klopení jízdního pásu. Máme-li mezi přímou a kružnicový oblouk vložit přechodnice, musí se oblouk odsunout o hodnotu ∆R od hlavní tečny. Tato okolnost ovlivní výpočet základních vytyčovacích prvků od klasického výpočtu prostého kružnicového oblouku, což je vidět na obr.4-17. Z obr.4-17 vyplývá, jak vypočítáme délku tečny odsunutého oblouku, hlavní tečnu, vzepětí oblouku (bisektrisa) a délku kružnicového oblouku. Při určování vytyčovacích prvků kružnicového oblouku se symetrickými přechodnicemi vycházíme z návrhové rychlosti Vn, velikosti poloměru R a ze středového úhlu α . Délku přechodnice L navrhujeme podle podmínek ČSN 73 6101. V tabulkách vyhledáme základní vytyčovací prvky přechodnice nebo je spočítáme podle vzorců. Jde o hodnoty A, R, L, ∆R, xPK, yPK, xM, xS, st, . Prověříme, zda platí podmínka α ≥ 2 a zda je nutné přechodnici navrhovat, tzn. zda je ∆R > 0,25 m.
τ
τ
53
Obr.4-17 Základní vytyčovací prvky kružnicového oblouku se souměrnými klotoidickými přechodnicemi Abychom mohli vynést vytyčovací prvky klotoidy, potřebujeme znát polohu bodu TP (PT), to znamená zjistit délku hlavní tečny, pro kterou platí vztah: T = T´ + xs je délka tečny ke kružnicovému oblouku o poloměru R + ∆R: T
T = ( R + ∆ R ) . tg
a 2
Vynesením vzdálenosti xM dostaneme na tečně směrového polygonu bod M, který je průsečíkem společné tečny přechodnice a kružnice v bodě PK (KP) s tečnou směrového polygonu. Polygonová a společná tečna svírají úhel , od společné tečny vytyčujeme podrobné body kružnicového oblouku. Vzdálenost z (bisektrisu) vrcholu oblouku od vrcholového bodu směrového polygonu, vzepětí určíme ze vztahu:
τ
1 - 1 + ∆R ; z = ( R + ∆R ) . α cos 2 Vzepětí kružnicového oblouku vůči průsečíku pomocných tečen z0 bude obdobně :
α 1 z0 = R . - R = R . - 1 = R . sec 0 - 1 ; α α0 2 cos 0 cos 2 2 1
α0= α
τ
-2 a délku „malé“ tečny kružnicového oblouku o poloměru R podle vztahu :
T0 = R . tg
54
α0 2
Délka kružnicového oblouku mezi body PK a KP je dána výrazem : O0 = R . arc α 0 Délka celého oblouku včetně přechodnic pak rovnicí : O = L + O0 + L = 2 . L + O0 Výpočet podrobných bodů klotoidické přechodnice a kružnicového oblouku provedeme známým způsobem podle vytyčení, pravoúhlými nebo polárními souřadnicemi. Pro výpočet můžeme použít tabulky Prof.Ing.V.Veselého a Ing. J.Kašpárka : Klotoida; Doc.Ing. J.Puchríka,CSc. : Silnice a dálnice Klotoida a nebo Ing. A.Kutnohorského : Vytyčovací tabulky pro klotoidické přechodnice ke kruhovým obloukům. 4.5.5.3 Protisměrné kružnicové oblouky Kružnicové protisměrné oblouky bez přechodnic je třeba navrhovat tak, aby mezi nimi byla dostatečně dlouhá mezipřímá, podle ČSN 73 6101 min 2 . Vn. Ta je žádoucí pro zabezpečení plynulé jízdy automobilu, aby při jízdě z jednoho do druhého oblouku nedošlo k náhlé změně odstředivého zrychlení, což je dopravně závadné. Při použití protisměrných kružnicových oblouků s přechodnicemi by měla být mezipřímá delší než 15 m, když to není možné, tak mezi protisměrné oblouky vkládáme tzv. vratnou přechodnici, bez mezipřímé. Přechodnice protisměrných kružnicových oblouků se dotýkají v inflexním bodě, v němž mají dvě klotoidy poloměr křivosti R = ∞. Parametry obou přechodnic se mohou lišit, je však žádoucí, aby byly pokud možno stejné, protože jen v tom případě je přechod příčných rázů (odstředivého zrychlení) zcela plynulý. Podle ČSN 73 6101 poměr jejich parametrů (A2 : A1) nemá být větší jak 1,5 a poměr poloměrů oblouků R2 : R1 se doporučuje menší jak 2, přičemž A2 a R2 je větší hodnota. Motiv řešení protisměrných oblouků je vidět na následujícím obr.4-18. Princip řešení protisměrných oblouků : je dáno - směrový polygon - společná tečna dvou protisměrných oblouků : V1 V2 = [m], - středové úhly : α 1 ; α 2 ; [o ; g], - poloměry kružnicových oblouků : R1 ; R2 ; [m], Podstatou řešení bude, aby se sousední přechodnice protisměrných kružnicových oblouků dotýkaly (inflexní bod) a aby byly zhruba stejně dlouhé.
Obr.4-18 Protisměrné oblouky
55
V praxi se často využíval přibližný výpočet délek vratných přechodnic, kdy se určovala přípustná mezipřímka a nebo krátké překrytí přechodnic do délky d =
A1 + A2 Krátké překrytí (do 10 m) a nebo 40
krátká mezipřímka nejsou na závadu, protože leží v oblasti, kde se prakticky průběh od přímky neliší a rozdíl mezi přímkou a klotoidou je nepostřehnutelný. 4.5.5.4 Stejnosměrné kružnicové oblouky a
b
Obr.4-19 Stejnosměrné kružnicové oblouk Obr.4-20 Složený oblouk a - s mezipřímou, b - s přechodnicemi Následují-li rušivě za sebou dva stejnosměrné kružnicové oblouky (viz obr.4-19), jeví se v silniční ose určitá strnulost a také v perspektivním pohledu mezipřímka působí rušivě. Křivost vykazuje náhlé zlomy, proto se takovému vedení trasy vyhýbáme. Pro rychlou jízdu jsou takové oblouky nevhodné a v perspektivním pohledu neestetické. Také při vložení je trasa deformovaná. Nepříznivý estetický účinek takovéto trasy se částečně odstraní, když je mezipřímá ve vypuklém výškovém oblouku. Proto se při stejnosměrných obloucích doporučuje krátké mezipřímé vyloučit, a to vložením mezilehlých přechodnic při složených obloucích a nebo návrhem jediného směrového oblouku s velkým poloměrem. Když jsou mezipřímé nezbytné, měly by být přiměřeně dlouhé, nejméně 250 m. Jinak se doporučuje prošetřit plynulost trasy z hlediska prostorového účinku (vzhledu). Při složených obloucích poměr většího a menšího poloměru R sousedních oblouků nesmí být větší než 2 a při stykovaných přechodnicích poměr většího a menšího parametru A nesmí být větší než 1,5. Složené oblouky (viz obr.4-20) se mohou uplatnit pro dobré začlenění silniční trasy do terénu, při odstranění krátkých přímek mezi stejnosměrnými oblouky a pro zlepšení prostorového vzhledu trasy. 4.6
Výškové prvky trasy
Podélný řez silnicí musí být s ohledem na bezpečnost, pohodlnost a hospodárnost dopravy čarou plynulou, tj. s niveletou bez lomů a v přiměřeném sklonu. Náhlé změny sklonů totiž vyvolávají u cestujících pocit nepohodlí a ohrožují bezpečnost dopravy, zejména při velkých rychlostech vozidla. Prakticky tedy podélný řez silnicí je vždy vytvářen úseky přímými, které jsou vzájemně propojeny zaobleními, jež tvoří výškové oblouky. Nutno ovšem mít na paměti, že studie nivelety nesmí být prováděna odděleně od studie trasy. Silnice ve svém prostorovém průběhu je ve skutečnosti zborcenou plochou. Zmíněné požadavky dopravy musí zůstat zajištěny i při změnách směru osy i sklonu nivelety. Je
56
třeba zkoumat prostorový účinek trasy a vyloučit především ostré směrové oblouky v blízkosti výrazných změn výškového řešení. Sklony nivelety a její zaoblení musí být navrženy s ohledem na stabilitu vozidla, jež je funkcí součinitele tření kol vozidla s vozovkou, ale také na hospodárnost dopravy a její bezpečnost, zejména ve vrcholových obloucích, dále s ohledem na pohodlí cestujících a konečně s ohledem na zajištění odvodnění vozovky. Je nutné připomenout, že trasa nejhospodárnější z hlediska konstrukce nemusí být nejvhodnější z hlediska dopravy. Všeobecně lze uvést, že nejlepší je taková trasa, pro níž součet stavebních nákladů na silnici a nákladů provozních je nejnižší. Dále musí být věnována pozornost okolnostem, které ovlivňují návrh nivelety. Sklonem nivelety je značně ovlivněna jízdní rychlost vozidel, zejména nákladních a tím také hospodárnost dopravy. Řazením nižších rychlostí se sice zvyšuje tažná síla motoru, ovšem při současném snížení rychlosti vozidla. K ujetí délkové jednotky při zařazení nižších rychlostí je třeba delší doby, a tím také dochází i k vyšší spotřebě pohonných hmot, tedy ke zvýšení dopravních nákladů. U osobních vozidel je vliv sklonu nivelety nepatrný do stoupání 6 %, u vozidel nákladních je však velmi značný. 4.6.1 Návrh nivelety Podélný sklon nivelety se řídí členitostí území a návrhovou rychlostí. Největší dovolené hodnoty podélného sklonu podle ČSN 73 6101 jsou uvedeny v tab.4-4. Návrh nivelety ovlivňují i další faktory, z nichž nejdůležitější jsou: − − −
geologické poměry, množství zemních prací, které musí být úměrné významu silnice, větší objekty ovlivňují podstatně volbu nivelety, protože se silnice buď musí přizpůsobit jejich podélnému sklonu (mosty, tunely, přehradní hráze) a nebo musí být zachována určitá pojízdná výška, tj. výška mezi povrchem vozovky a spodní hranou konstrukce objektu (nadjezdy, podjezdy), − vodní poměry (niveleta musí být minimálně 1,5 m nad maximální hladinou vody v nádržích nebo rybnících a také hladina spodní vody ovlivňuje niveletu), − niveleta musí mít podélný sklon minimálně 0,3 %, aby bylo umožněno odvodnění povrchu vozovky i v místech, kde příčný sklon p = 0, − ostatní komunikace podzemní, pozemní i nadzemní . Tab.4-4 Návrhové rychlosti podle druhu území a největší dovolené podélné sklony (s) základních kategorií silničních komunikací *) podle ČSN 73 6101 Návrhová rychlost v km/h pro území Kategorijní typ silniční komunikace
rovinaté nebo mírně zvlněné
pahorkovité
horské
podélný sklon (s) v % D 26,5 R 26,5
120 ∗∗)
120
3
4
∗∗∗)
100 4,5
80
∗∗∗)
4,5 ∗∗∗)
R 26,5
120
100
80
R 24,5 a R 22,5
3,5
4,5
4,5 ∗∗∗)
100
80
70
3,5
4,5
4,5 ∗∗∗)
100
80
R 11,5 S 24,5 S 22,5
3,5
4,5 (6)
100
80
80 ∗∗∗∗)
6 70
∗∗∗∗)
6
4
4,5 (6)
S 11,5; S 10,5 a
80
70
60
S 9,5
4,5
6
7,5
57
70
S 7,5
60
50
4,5 7 9 Hodnoty pro větve křižovatek jsou uvedeny v ČSN 73 6102 ∗∗) Použití je vyhrazeno pouze pro možné pozdější přeřazení silnice do dálniční sítě ∗∗∗) Překročení hodnoty je třeba doložit rozborem zvýšení spotřeby pohonných hmot a je vázáno na souhlas příslušného ústředního orgánu státní správy ve věcech dopravy ∗∗∗∗) Vyšších hodnot lze použít v případech, kdyby neobvyklé zvýšení objemu zemních prací nadměrně zvětšilo ekonomickou náročnost řešení nebo by se nadměrně zvětšilo trvalé odnětí kvalitní nebo chráněné zemědělské půdy. Současně je však nutné při použití větších sklonů posoudit zvýšenou spotřebu pohonných hmot. ∗)
Volba nivelety je otázkou hlavně ekonomickou a má být u důležitých silnic řešena spolu s vyhodnocením provozních nákladů. Druh dopravy má vliv na volbu sklonu nivelety na silnicích s převážně těžkou nákladní dopravou. Proto na takto zatížených důležitých dálkových silnicích je odůvodněn menší sklon nivelety, než na silnicích s dopravou lehkou. Dalším nepříznivým vlivem velkých podélných sklonů dvoupruhových obousměrných silnic je výrazné snížení dopravní kapacity v důsledku toho, že rychlá vozidla jsou v pohybu omezována vozidly pomalými. Proto se na takových silnicích s těžkou nákladní dopravou, se značným a dlouhým stoupáním přidává na celou délku stoupání jeden dopravní pruh, tzv. přídatný pruh pro pomalá vozidla, takže rychlá vozidla nejsou nucena je sledovat bez možnosti předjetí. Výchozím podkladem pro návrh nivelety je podélný profil terénu v ose silniční komunikace. Obdobně jako u řešení směrového, vychází řešení nivelety z výškového tečného polygonu, který musí umožnit takový výpočet nivelety, aby byly dodrženy normou předepsané podélné spády a alespoň minimální hodnoty zakružovacích oblouků, při respektování minimálního rozsahu zemních prací. 4.6.2
Výškový polygon Výškový tečný polygon je dán absolutní nebo relativní výškou jednotlivých základních nebo vrcholových bodů, délkou polygonových stran měřené ve vodorovném průmětu a sklonem stran vůči vodorovné vyjádřených v %. Výšky základních bodů (začátku a konce trasy) a vrcholových bodů (lomů polygonu) jsou dány podmínkou zadání a konfigurací terénu. Schéma výpočtu výškového polygonu je na obr.4-21.
s1 ⋅ l n 100 s ⋅l H1 = H A - 1 1 100 Hn = H A -
H2 = H A -
s1 ⋅ l 1 s 2 ⋅ l 2 + 100 100
HB = HA -
s1 ⋅ l 1 s 2 ⋅ l 2 s 3 ⋅ l 3 + 100 100 100
Obr.4-21 Výpočet výškového polygonu
58
U výpočtu tečnového polygonu je třeba znát tři základní prvky: délku polygonových stran (l), sklon stran (s) a výšky jednotlivých vrcholových bodů. Zvolit, či zadat, je možné vždy jen dva z nich, třetí je nutno vypočítat. Sklon tečen musí odpovídat z hlediska maximální hodnoty požadavkům ČSN 73 6101. Maximální podélný sklon (s) je omezen v závislosti na kategorii komunikace a charakteru terénu. (Např. dálnice D 26,5/120 v rovinatém terénu má smax = 3 %, S 7,5/50 v horském terénu smax = 9 % - viz tab.4-4). Je potřeba si uvědomit, že maximální hodnoty podélných sklonů výrazně zvyšují provozní náklady na komunikaci, zvláště tam, kde ve skladbě dopravního proudu je velký podíl těžkých nákladních vozidel, jejich využívání proto není žádoucí. V dobře provedeném návrhu jsou vyloučeny tzv. „ztracené spády“ (viz obr.4-22), tj. vhodnějším návrhem odstranitelné střídání stoupajících a klesajících úseků. Práce vozidla v ztracených spádech je z hlediska vedení dopravy zcela neefektivní.
Obr.4-22 Ztracené spády (∆h) Z hlediska využití motoru však není vhodný ani nulový sklon. Běžný motor silničního vozidla má konstruovaný motor s poměrně velkou rezervou pro všechny převodové stupně. Vozidlo jedoucí po trvale vodorovném úseku má vyšší měrnou spotřebu, než vozidlo jedoucí po střídajících se úsecích s 2 % stoupání a klesání. Hodnoty maximálních povolených podélných sklonů udané naší normou jsou poměrně dosti přísné. Stoupavost silničních vozidel tyto hodnoty značně převyšuje. Celá řada zahraničních norem udává povolené maximální sklony v horském terénu vyšší (Švýcarsko 10 %. SRN až 12 % aj.). Minimální podélný sklon není normou přímo omezen. V úsecích, kde je zaručeno odvodnění vozovky trvalým příčným sklonem (tj. v úsecích, kde není nutno řešit vzestupnice) a odtok vody z tělesa je zabezpečen např. kanalizací, násypem s vyspádovanými příkopami aj., je možné použít i sklon nulový. V zářezech však vzniká vážný problém s podélným odvedením vody. Minimální podélný sklon nivelety pak je vhodné volit shodně s minimálním sklonem podélného odvodňovacího zařízení - 0,5 % (výjimečně až 0,3 %) u otevřených příkopů a rigolů a 0,5 % u podélné drenáže. 4.6.3 Lomy nivelety Délky polygonových stran musí být navrženy v takové hodnotě, aby bylo možno provést zaoblení lomů tečnového polygonu pomocí parabolických oblouků s předepsanými oskulačními poloměry. Polygonová strana pak musí být alespoň tak dlouhá, aby vykryla délky tečen dvou navazujících oblouků. Zásada řešení výškového však má prakticky obrácené pravidlo o vkládání mezipřímé mezi následující oblouky. Mezipřímá mezi stejnosměrnými oblouky je nežádoucí. Umožňuje-li to konfigurace terénu a podmínky zadání, nahrazujeme vždy kratší mezipřímé složeným výškovým obloukem. Krátká mezipřímá působí pohledově rušivě. U oblouků protisměrných pak mezipřímá je z estetických důvodů nutná. Inflexe výškového řešení vede k pohledové deformaci trasy. 59
Obr.4-23 Lomy nivelety
60
4
OBSAH PLÁNOVÁNÍ A PROJEKTOVÁNÍ POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ .........................................31 4.1 Prognóza dopravy a dopravní průzkumy ..................................................................................31 4.2 Třídění pozemních komunikací ................................................................................................32 4.3 Návrhové prvky pozemních komunikací ..................................................................................35 4.4 Trasa komunikace .....................................................................................................................37 4.5 Směrové prvky trasy .................................................................................................................41 4.5.1 Směrové přímky ...........................................................................................................42 4.5.2 Směrové oblouky..........................................................................................................43 4.5.3 Minimální poloměr směrového oblouku ......................................................................44 4.5.3.1 Vytyčovací prvky kružnicového oblouku .....................................................47 4.5.4 Přechodnicové křivky...................................................................................................48 4.5.4.1 Navrhování přechodnice - klotoidy...............................................................49 4.5.4.2 Vytyčovací prvky klotoidy ...........................................................................50 4.5.5 Směrové oblouky s přechodnicemi...............................................................................52 4.5.5.1 Přechodnicový klotoidický oblouk ...............................................................52 4.5.5.2 Kružnicový oblouk s přechodnicemi ............................................................53 4.5.5.3 Protisměrné kružnicové oblouky...................................................................55 4.5.5.4 Stejnosměrné kružnicové oblouky ................................................................56 4.6 Výškové prvky trasy .................................................................................................................56 4.6.1 Návrh nivelety ..............................................................................................................57 4.6.2 Výškový polygon .........................................................................................................58 4.6.3 Lomy nivelety...............................................................................................................59
Lomy tečnového polygonu nivelety zaoblujeme parabolickými oblouky druhého stupně se svislou osou. Výškový oblouk může být podle polohy v tečném polygonu buď vypuklý (vrcholový) - niveleta v zaoblení probíhá pod tečným polygonem, nebo vydutý (údolnicový) - niveleta v zaoblení probíhá nad tečným polygonem. Tyto základní oblouky řeší zaoblení nivelety v případech obrácených znamének navazujících sklonů tečen, tj. stoupání - klesání či obráceně. Jsou-li znaménka navazujících sklonů shodná, tj. leží-li zaoblení na úbočí svahu, vzniknou tzv. svahové vypuklé (vrcholové) či vyduté (údolnicové) oblouky. 4.6.4
Druhy výškového zaoblení Do lomů nivelety, tj. do lomů výškového mnohoúhelníku, se vkládá zaoblení takové křivosti, aby nevznikalo vertikální přirychlení nepříznivé pro stabilitu vozidla a nepříjemné pro cestující. Tyto požadavky na zaoblení určují mez vertikálního přirychlení a jemu odpovídající křivost. Význam výškového zaoblení vzrůstá s rostoucí rychlostí vozidel. Kromě uvedených požadavků stability vozidla a pohodlí cestujících, musí zaoblení vyhovovat především podmínce dostatečného rozhledu, který je nutno zajistit pro bezpečnost dopravy. Podle polohy rozeznáváme výškové zaoblení vrcholové, kde vkládáme vypuklé oblouky a výškové zaoblení údolnicové, kde vkládáme vyduté oblouky. Návrh zaoblení musí zahrnovat: − návrh tvaru, − určení polohy zaoblení ve výškovém polygonu, − určení délky zaoblení s návrhem poměru kružnice. Nejjednodušší a nejpraktičtější tvar zaoblení lomu nivelety je parabola 2o a to ze dvou důvodů: − jednak změna sklonu její tangenty je konstantní, což je výhodné po stránce dopravní, − jednak rovnice paraboly umožňuje snadný výpočet pořadnic a tím jednoduché určení kót nivelety. Minimální velikost poloměrů zakružovacích oblouků je odvozena z podmínky zajištění potřebných rozhledů. Pro oblouky vrcholové je dán absolutně nejmenší poloměr pro rozhled pro zastavení. Pro větší komfortnost a bezpečnost jízdy jsou navrhovány podstatně větší poloměry a to z podmínky zajištění rozhledu pro předjíždění. U oblouků údolnicových je definován absolutně minimální poloměr z podmínky zajištění rozhledu pro zastavení, kdy rozhled je omezen dosahem paprsků reflektorů při jízdě za snížené viditelnosti (v noci). Jelikož podmínky zajištění rozhledu jsou přísnější než podmínky vyplývající z meze vertikálního přirychlení, musí být podle ČSN 73 6101 navrženy nejmenší poloměry minimálně pro zastavení. Podrobněji je o podmínkách rozhledu pojednáno v kapitole 4.8. Vypuklé lomy podélného sklonu se zaoblí tak, aby byl : a) na dvoupruhových silnicích zajištěn podle možnosti rozhled pro předjíždění, b) na všech silničních komunikacích zajištěn bezpodmínečně rozhled pro zastavení. Nejmenší poloměry vypuklých výškových oblouků podle ČSN 73 6101 jsou uvedeny v tab.4-5. Tab.4-5 Nejmenší poloměry vypuklých výškových oblouků podle ČSN 73 6101 Ru v m
při návrhové rychlosti v km/h 120
100
80
70
60
50
nejmenší doporučený pro zastavení
12 000
10 000
5 000
4 000
2 500
1 500
nejmenší dovolený pro zastavení
11 000
6 000 ∗)
3 000 ∗∗)
2 500
1 500
1 000
nejmenší dovolený pro předjíždění
-
38 000
21 000
15 000
10 000
6 000
∗) ∗∗)
Platí jen do rozdílu podélných sklonů |s1 - s2 | ≤ 2,5 %, jinak je nutno dodržet hodnotu doporučenou. Platí jen do rozdílu podélných sklonů |s1 - s2 | ≤ 3,3 %, jinak je nutno dodržet hodnotu doporučenou.
60
Nejmenší poloměry vypuklých výškových oblouků, které jsou uvedeny v tab.4-5, mají být navrhovány co největší, zejména v případech malých rozdílů podélných sklonů a to proto, aby nevznikl dojem náhlého lomu nivelety. Poloměry výškových oblouků (vypuklých i vydutých) mají být navrženy co největší. Čím menší je rozdíl podélných sklonů, tím větších poloměrů zaoblení je třeba použít. Normou stanovené nejmenší poloměry však nejsou hodnoty doporučované. Nebrání-li tomu některé okolnosti, např. rozsah zemních prací, možné délky tečen, vazby na směrové řešení aj., jsou používány poloměry podstatně vyšší. Není nijak výjimečné použití poloměrů v statisícových hodnotách a na dálnici i milionové. Vyduté lomy podélného sklonu se zaoblí tak, aby byl zajištěn rozhled pro zastavení v noci (snížená viditelnost). Nejmenší poloměry vydutých výškových oblouků podle ČSN 73 6101 jsou uvedeny v tab.4-6. Tab.4-6 Nejmenší poloměry vydutých výškových oblouků podle ČSN 73 6101 při návrhové rychlosti v km/h
Ru v m
120
100
80
70
60
50
nejmenší doporučený
6 000
4 200
3 000
2 000
1 500
1 200
nejmenší dovolený
5 000
3 400
2 100
1 500
1 000
700
Přímkové sklony mezi výškovými oblouky téhož smyslu jsou nevzhledné a v místech pohledově exponovaných musí být vyloučeny výškovým obloukem o větším poloměru nebo alespoň výškovým obloukem složeným. Následují-li těsně za sebou výškové oblouky opačného smyslu, doporučuje se vložit mezi ně přímkový sklon délky :
100 Vn2 Cp = , Rv kde Cp je délka svislého průmětu vloženého přímkového sklonu do vodorovné v m, návrhová rychlost v km.h-1, Vn poloměr vypuklého výškového oblouku v m. Rv R t ymax
Hlavní vytyčovací prvky výškových parabolických oblouků jsou: = poloměr oskulační kružnice parabolického oblouku [m], = délka tečny oblouku [m], = vzepětí oblouku (maximální svislá pořadnice [m].
R [(± s1 ) - (± s 2 )] 200 t2 yn = 2R
t=
yn =
x n2 2R
x1 = R ⋅
s1 100
x1 = R ⋅
Obr.4-24 Vytyčovací prvky výškového parabolického oblouku 61
s2 100
Na obr.4-24 je vidět schéma výpočtu vytyčovacích prvků výškového parabolického oblouku. Jsou-li znaménka sklonů s1 a s2 opačná (opačného smyslu) +, - nebo -, +, pak jsou sklony sčítány. Jsou-li znaménka sklonů s1 a s2 shodná +, + a -, -, pak je brán v úvahu jejich rozdíl a sklon s1 je absolutně větší (čitatel zlomku s1 ± s2 udává absolutní rozdíl sklonů tečen ve vrcholu nivelety). Vypočítané svislé pořadnice yn jednotlivých bodů výškového oblouku se buď odečtou nebo přičtou k absolutním výškám tečny výškového oblouku. 4.7
Rozhledy ve směrových a výškových návrhových prvcích Protože bezpečnost silničního provozu je rozhodujícím hlediskem na pozemních komunikacích, musí být při projektování (silnic, dálnic, místních a účelových komunikací) směrových I výškových návrhových prvků respektována zásada rozhledu pro řidiče v jakékoliv poloze na trase. Tento rozhled musí být zabezpečen tak, aby řidič mohl spatřit překážku na dostatečnou vzdálenost - minimálně na brzdní vzdálenost s určitým bezpečnostním odstupem od překážky. Je to tzv. délka rozhledu pro zastavení Dz, tyto délky jsou samozřejmě různé a závisí od návrhové, resp. jízdní rychlosti a také od sklonů nivelety. Délky rozhledu pro zastavení podle ČSN 73 6101 jsou uvedeny v tab.4-7, její podrobný výpočet je uveden v příloze citované normy podle tohoto vzorce:
Dz = kde
1,5 Vn Vn2 + 3,6 2 g n ⋅ 3,6 2 ( f v ± 0,01 s )
[m] ;
Vn gn fv
je návrhová rychlost v km/h, normální tíhové zrychlení (gn = 9,81 m/s2), výpočtový součinitel brzdného tření na mokré vozovce při hloubce dezénu pneumatiky v hodnotě 1 mm, s podélný sklon jízdního pásu v %. Samozřejmě, že takové komunikace, které by splňovaly tyto podmínky, by byly bezpečné, ale při větší intenzitě, vzhledem k jízdní rychlosti pomalých vozidel (nákladních) by se tvořily kongesce (zácpy) a provoz by se stával rizikovým až nebezpečným. Proto je nutno zabezpečit na všech dvoupruhových silnicích předjíždění pomalejších vozidel a to zabezpečením délky rozhledu pro předjíždění Dp. Je to vzdálenost nutná pro bezpečné předjetí pomalejšího vozidla za předpokladu, že na počátku mají obě dvě vozidla stejnou rychlost. Délky rozhledu pro předjíždění pro návrhové, resp. jízdní rychlosti jsou předepsány ČSN 73 6101, kde je v příloze také uveden podrobný výpočet těchto vzdáleností. Tab.4-7 Délky rozhledu pro zastavení podle ČSN 73 6101 Návrhová rychlost vn [km/h]
Délka rozhledu pro zastavení Dz [m] Sklon nivelety [%] -2 -1 0 1 210 210 200 200
120
-4 220
-3 220
2 190
3 100
160
160
160
160
150
150
150
140
140
80
100
100
100
100
100
100
90
90
70
75
75
75
75
75
70
70
70
60
60
55
55
55
55
55
55
55
50
40
40
40
40
40
40
40
40
Tab.4-8 Délky rozhledu pro předjíždění podle ČSN 73 6101 Návrhová rychlost v km/h Délka rozhledu Dp vm
100
80
70
60
50
40
490
440
370
300
240
180
62
V tab.4-8 jsou uvedeny podle této normy délky rozhledu pro předjíždění Dp. Zajištění potřebného rozhledu pro zastavení nebo předjíždění se plně uplatňuje při návrhu směrového a výškového řešení trasy silniční komunikace. Dostatečný rozhled musí být také zajištěn na všech křižovatkách. Předepsané délky rozhledu musí být ve všech směrových obloucích dodrženy minimálně pro zastavení, na dvoupruhových silnicích však musí být zajištěn rozhled pro předjíždění. Potřebná rozhledová pole jsou vymezena obalovými křivkami tětiv určujících jízdních stop v rozhledových délkách Dz a Dp. Určující jízdní stopy se umisťují do osy toho jízdního pruhu na jízdním pásu, který je pro vymezení rozhledového pole rozhodující - viz obr.4-25. Při zajištění rozhledového pole mimo těleso silniční komunikace zemními nebo demoličními pracemi, uvolníme rozhledové pole pro zastavení 0,30 m pod hranu silniční koruny. Rozhledové pole pro předjíždění uvolníme do výšky 0,90 m nad hranou silniční koruny. Podle obr.4-25 jsou hranice bočního rozhledu pro zastavení Cz a pro předjíždění Cp dány obalovou čárou rozhledových tětiv. Při zajišťování délky rozhledu pro předjíždění se za překážku nepovažují svodidla a jiná neprůhledná zařízení nižší než 1,20 m. Také výškové návrhové prvky, zejména výškové oblouky, musí být navrženy tak, aby řidič mohl v každém okamžiku zastavit své vozidlo před překážkou na vozovce. Proto je požadavek ČSN 73 6101 na zajištění rozhledu takový, aby nedošlo ke střetu vozidla s překážkou na vozovce a nebo s protijedoucím vozidlem, tedy délky rozhledu pro zastavení Dz a délky rozhledu pro předjíždění Dp musí odpovídat návrhové, resp. dovolené jízdní rychlosti. Na jednosměrném jízdním pásu se vozidlo nemůže střetnout s protijedoucím vozidlem, ale s nepohyblivou překážkou (předmět ležící na silnici aj.), jejíž výšku (h2) udává ČSN 73 6101 od 0,10 m do 0,00 m, podle návrhové rychlosti. Délka rozhledu se uvažuje od oka řidiče k překážce na vozovce, výška oka řidiče přitom norma uvažuje 1,20 m nad vozovkou.
Obr.4-25 Rozhledové pole pro zastavení a předjíždění 1 - osa jízdního pásu, 2 - určující jízdní stopa, a - jízdní pruh, v - vodicí proužek, c - zpevněná krajnice, e - nezpevněná krajnice, Dz - délka pro zastavení, Dp - délka pro předjíždění, Cz - boční rozhled pro zastavení, Cp - boční rozhled pro předjíždění Při obousměrném jízdním pásu může podle obr.4-26 dojít k předjíždění vozidla G za splnění podmínek normy, tj. bude-li dostatečná délka dráhy vozidla umožňující předjíždění, délka pro předjíždění Dp pro návrhovou, resp. jízdní rychlost uvedenou v tab.4-8.
63
Uplatnění rozhledu pro předjíždění v údolnicových vydutých obloucích nepřichází v úvahu za jízdy vozidla v noci. Uplatňuje se pouze podmínka zabezpečení rozhledu pro zastavení Dz, na kterou vzdálenost musí být zabezpečeno osvětlení světlomety vozidla.
Obr.4-26 Rozhled pro předjíždění ve vypuklém vrcholovém oblouku 4.8
Sladění směrového a výškového návrhu trasy Bezchybný směrový a výškový návrh osy a nivelety silniční komunikace není ještě zárukou optimálního působení trasy. Je třeba si uvědomit, že obě samostatné složky trasy vytváří v situačním průmětu ve vodorovné rovině i ve svislé rovině rozvinutého nárysu vždy rovinnou křivku v celém svém rozsahu. Trasa komunikace však může být a většinou bývá, křivka prostorová. Zatímco rovinná křivka zůstává z jakéhokoliv pohledu pořád rovinnou křivkou, prostorová křivka mění svůj zdánlivý průběh podle místa pozorování. V zdánlivém průběhu může dojít nejen k obrácení podélných spádů, ale i ke změně znaménka křivosti, optickému zasmyčkování apod. Názorným příkladem může být trasa vedoucí po šroubovici. Směrově je osa v kružnici, výškově v přímé, tudíž obě složky jsou navrženy bez závad. Výsledné působení však může být buď přijatelná vlnovka, směrová úvrať nebo smyčka. Plynulost a prostorový vzhled trasy jsou dány vzájemným souladem směrových a výškových složek trasy. Proto je třeba vzájemný délkový poměr a sled přímých úseků a oblouků směrově i výškově volit tak, aby se podmínky z příznivých měnily na obtížnější postupně a aby: − trasa stejnoměrně vyhovovala jízdě danou návrhovou rychlostí, − po celé délce trasy byla zajištěna délka rozhledu pro zastavení a u dvoupruhových silnic také délka rozhledu pro předjíždění, − délka úseku ve směrové přímce na směrově rozdělených silničních komunikacích byla co nejkratší a na směrově nerozdělených nepřesáhla doporučenou hodnotu podle ČSN, − úseky v prostorové přímé, tedy úseky trasy s osou v přímé a niveletou bez výškových oblouků nebo lomů , byly vzhledem k možnosti oslněni protijedoucích řidičů pokud možno zcela vyloučeny, − za přímým stoupáním nenásledoval ve vrcholovém zaoblení směrový oblouk - změnu směru je třeba signalizovat již dříve použitím dlouhé přechodnice, − směrový oblouk byl pokud možno delší než výškové zaoblení, nacházející se v něm, − poloměry směrových oblouků na začátku stoupání většího než 3 % byly navrženy co největší s ohledem na vozidla jedoucí z klesání,
64
− umístění úrovňových křižovatek, mostů a ostatních objektů bylo zvoleno tak, aby byla zajištěna přehlednost, bezpečnost a plynulost trasy; na mostech se doporučuje volit co největší směrové oblouky a je nutno na nich dodržet maximální a minimální podélné skony nivelety. Celkovým působením a začleněním silniční komunikace, včetně jejich obslužných dopravních zařízení do krajiny, se zabývá estetika. Estetika silniční komunikace se dělí na tzv. vnitřní estetiku, tj. estetický dojem, který komunikace vyvolá u přímého uživatele (řidič, chodec, spolujezdec apod.), který vidí celou komunikaci z poměrně malého nadhledu, vnější estetiku, tj. estetické působení na pozorovatele mimo komunikaci a konečně na estetiku objektů začleněnou jak do vnitřní, tak i do vnější estetiky, ale mající některé specifické prvky. Na obr.4-27a je příklad "ztracené trasy" a na obr.4-27b je příklad "odskakující trasy" v perspektivním pohledu.
Obr.4-27 Nepříznivý vjem řidiče na: a) - ztracenou trasu, b) - odskakující trasu Vedení trasy silniční komunikace musí v prvé řadě splňovat dopravně-technická hlediska. V zájmu ochrany životního prostředí je však nejméně důležité respektování zásad prostorové plynulosti trasy, jejího začlenění do okolní krajiny a celkového estetického působení. I dokonalé technické dílo může necitlivým způsobem znehodnotit krajinu. Je nutno důsledně respektovat zájmy ekologie, chráněná území, památkové objekty apod. Musí být přihlédnuto i k poměrům klimatickým, povětrnostním, biologickým, geologickým, vodohospodářským apod. Dále je nutno pamatovat na vzájemné propojení území, které bylo rozděleno silniční komunikací. Tento požadavek vystupuje do popředí zejména u dálnic a rychlostních komunikací. Je potřeba si uvědomit jak obrovské plochy jsou novostavbou odnímány z půdního fondu. I z hlediska kvality zabrané zemědělské či lesní půdy je nutno posuzovat návrh. Silniční komunikace by neměla přetínat lesní masívy ani velké zemědělské parcely v dlouhých přímých. Svahy zemního tělesa by měly být v úměrných proporcích jak k významu komunikace, tak i k okolnímu terénu. Z pohledového hlediska vnější estetiky působí příznivěji zářez, který naruší ráz krajiny méně než násyp. Z technologického hlediska a s ohledem na údržbu, zejména zimní, je vhodnější násyp. Nemalou roli v osazení komunikace do krajiny hraje i výsadba. Ozelenění svahů, keřová či stromová výsadba, využití stávající zeleně apod. může výrazným způsobem změnit estetické působení komunikace. Důkazem toho jsou např. i staré tereziánské silnice lemované vzrostlými alejemi stromů, které se po dobu trvání zcela sžily s okolní krajinou. 4.9
Silniční komunikace v příčném řezu Silniční komunikace v příčném řezu má své šířkové a výškové uspořádání. Při šířkovém uspořádání máme na mysli především šířkové prvky, které vytvářejí povrchovou část silniční 65
komunikace, její korunu. (Podrobněji bylo o tomto pojednáno v kapitole 4.2 a 4.3). Uspořádání silniční komunikace v příčném řezu, stručně šířkové poměry, závisí na řadě činitelů, jimiž jsou druh i intenzita dopravy, její změny apod. Šířka silniční komunikace tedy závisí především na maximálním dopravním množství (intenzity, resp. počtu vozidel), jehož přepravu má navrhovaná komunikace umožnit v přijatelných podmínkách. Nutno připomenout, že šířka silniční komunikace není spojitou funkcí intenzity vozidel, nýbrž funkcí stupňovitou, a to ve funkci vždy celé šířky jízdního pruhu. Se šířkou komunikace je úzce spjat tvar silničního tělesa, jehož tvar i rozměry ovlivňují: − šířka koruny silniční komunikace, − svahy, resp. sklony svahů silničního tělesa, − tvar, resp. sklon povrchu území a jeho únosnost, − výška nivelety silniční komunikace nad povrchem území (terénem). Šířky koruny silniční komunikace uvedené v ČSN 73 6101 musí zůstat v celé trase zachovány. To platí jak pro trasu v zastavěném území (intravilán) nebo ve volné krajině (extravilán), samozřejmě také v násypech, zářezech a zejména na objektech (mostech a podjezdech). Pro návrh a prostorovou úpravu mostů jsou šířky komunikace (volné šířky) dány v závazné ČSN 73 6101. Vychází se ze zásady, že musí být zachováno prostorové uspořádání stejné na mostech a objektech jako mimo ně, tj., že šířka jízdního pásu musí být na mostech (podjezdech) stejná jako na přilehlých úsecích silniční komunikace, a aby na okrajích mostů (podjezdů) ohraničovaly volnou šířku silniční komunikace obrubníky. Výše zmíněná norma předepisuje také výšku průjezdného prostoru (obrys) na mostech podjezdech, a která je dána od minimálních 4,2 m (na místních) až do maximálních 5,20 m (na vybraných komunikacích). 4.9.1
Šířka koruny silniční komunikace Jak již bylo popsáno v kapitolách 4.2 a 4.3 koruna silniční komunikace se skládá z jízdního pásu, popř. dopravního pásu, krajnic, cyklistických pruhů a nebo chodníků a někdy také z dělícího pásu. Nejdůležitějším skladebním prvkem je jízdní pás, resp. jízdní pruhy, které slouží pohybu vozidel. U nás se používají šířky jízdních pruhů 3,00; 3,50 a 3,75 m podle kategorie komunikace. Jízdní pruhy o šířce 3,00 a 3,50 m se podle ČSN 73 6101 v obloucích o poloměru menším než 3,20 m rozšiřují, hodnoty rozšíření jsou uvedeny v tab.4-9. Tab.4-9 Rozšíření jízdního pruhu podle ČSN 73 6101 ve směrovém oblouku se základní šířkou pruhu 3,50 a 3,00 m
∗)
Poloměr Rozšíření jízdního pruhu ∆a směrového oblouku v ose jízdního pásu v m vm 0,15 320 > R ≥ 250 0,20 250 > R ≥ 200 0,25 200 > R ≥ 170 0,30 170 > R ≥ 141 0,35 141 > R ≥ 125 0,40 125 > R ≥ 110 ∗) Rozšíření jízdních pruhů u směrových oblouků menších poloměrů než jsou uvedeny v této tabulce se provede v týchž hodnotách jako na větvích křižovatek podle ČSN 73 6102
Celková hodnota rozšíření jízdního pásu dvoupruhové silnice je dvojnásobkem rozšíření připadajícího na jeden jízdní pruh. Vnitřní jízdní pruh se rozšiřuje na vnitřní stranu a vnější jízdní pruh na vnější stranu směrového oblouku. Na směrově rozdělených silnicích se základní šířkou jízdního pruhu 3,50 m se rozšíření provede pouze pro pravý krajní jízdní pruh ve směru jízdy. Předepsané rozšíření ve směrovém oblouku, jak v mezipřímkových úsecích, tak i ve větvích křižovatek, a jeho opětné zrušení, se provede náběhovým klínem lineárně na délku přechodnice. Průběh rozšíření jízdního pásu na vnější straně
66
oblouku nesmí však být pohledově patrný. Způsoby provedení rozšíření jízdního pásu jsou patrny z obr.428.
Obr.4-28 Rozšíření jízdního pásu 4.9.2
Příčný a výsledný sklon Z provozního hlediska by byl ideální příčný sklon nulový v přímce. Ve směrových obloucích je pro alespoň částečnou eliminaci účinků odstředivé síly prováděn jednostranný dostředný příčný sklon. V přímé se zpravidla provádí sklon střechovitý. Z důvodu snadnějšího odvodnění, ve vhodných terénních podmínkách, v oblasti úrovňových křižovatek apod., může být proveden i jako jednostranný. Změny střechovitého sklonu na jednostranný, musí být provedeny plynule tak, aby byly co nejméně patrné. Základní příčný sklon jízdních pruhů v přímé i v obloucích (viz obr.4-29), pokud nevyžadují sklon větší, se bez ohledu na druh krytu navrhuje zpravidla 2,5 %, nejméně 2,0 %. Dostředný sklon ve směrových obloucích musí být v odpovídajícím vztahu k návrhové rychlosti a k poloměru podle údajů uvedených v ČSN 73 6101. Největší dovolené hodnoty dostředného sklonu pro návrhové rychlosti v území pahorkovitém a horském odpovídají nejmenším hodnotám směrových oblouků. V území rovinatém a mírně zvlněném se použijí jako největší hodnoty o 0,5 % nižší. Přitom však nesmí být s výjimkou toček navržen dostředný sklon větší než 6 % v území s častými námrazami. U všech oblouků, jejichž poloměr nedosahuje hodnot, u nichž podle normy již není třeba dostředného sklonu, a které nevyžadují většího dostředného sklonu, než je sklon základní, se navrhne dostředný sklon v hodnotě 2,5 %, nejméně však 2,0 %. Velké dostředné sklony povrchu vozovky mohou být nebezpečné pro pomalá vozidla, zejména když je povrch kluzký. Z tohoto důvodu ČSN 73 6101 stanovuje povinnost prověření dostředných sklonů a předepisuje z hlediska bezpečnosti provozu tzv. výsledný sklon je prostorová veličina jízdního pásu m v % , který je určen vztahem:
m = s2 + p2 , kde s, p
jsou hodnoty podélného a příčného sklonu jízdního pásu v %.
67
Takto vypočtený výsledný sklon je normou omezen hodnotou maximální, zajišťující bezpečnost před smykem a hodnotou minimální, umožňující odtok vody (0,50 %). Přechod střechovitého sklonu do jednostranného dostředného se provádí klopením (otáčením) jízdních pruhů. Toto klopení, nebo-li postupná změna příčného sklonu, se provádí na délku přechodnice (stejně jako rozšíření) postupným zvedáním vnější hrany vozovky po plynulé křivce, která se nazývá vzestupnice (sestupnice).
Obr.4-29 Příčný sklon povrchu vozovky 4.9.3
Klopení vozovky v oblouku Po celé délce kružnicového oblouku musí být vozovka převýšena v konstantním dostředném (příčném) sklonu. Do tohoto převýšení musí být vozovka přivedena postupně od počátku přechodnice až do jejího konce. Přechod vozovky z příčného řezu ve tvaru střechovitém v přímé, do předepsaného dostředného příčného sklonu, se podle ČSN 73 6101 vytváří otáčením příčného řezu kolem osy jízdního pásu, nebo kolem vnějšího okraje vodicího proužku. Střechovitý příčný sklon jízdního pásu se klopí zásadně nejdříve podle osy jízdního pásu. Po dosažení jednostranného příčného sklonu se v případě potřeby většího dostředného sklonu klopí dále podle způsobů a), b) uvedených na obr.4-30. Na směrově rozdělených komunikacích se klopí každý jízdní pás zvlášť (obr. 4-30c až 4-30h). Způsob klopení je závislý na sledovaném účelu, např. na jednoduchosti provádění (obr.4-30c), zploštění vypuklého výškového oblouku (obr.4-30e), zmírnění vzestupnic a sestupnic (obr.4-30d), zachování vodorovného středního dělícího pásu (obr.4-30f), popř. jeho minimálního příčného sklonu (obr.4-30g a 430h) a na možnosti snadného odvodnění sestupnicových proláklin bez zvýšení nákladů, popřípadě na nutné prohlubování odvodňovacích zařízení (obr.4-30d až 4-50h). Ve všech případech je ovšem třeba přezkoušet a zajistit plynulý odtok srážkové vody i z nejnižších míst koruny silniční komunikace. Je-li při klopení podle obr. 4-30a, 4-30c a 4-30e vychýlen vnější vodicí proužek až za přídatný pruh (pro pomalá vozidla, odbočovací nebo připojovací), klopí se jízdní pás kolem teoretického pokračování původní (ještě nevychýlené) vnější hrany vnějšího vodicího proužku, takže osa klopení zůstává i v úsecích s přídatnými
68
pruhy na témž místě jako v trase bez přídatných pruhů. Na obr.4-31 je zobrazen axonometrický pohled na klopení.
Obr.4-30 Způsoby klopení jízdního pásu
Obr.4-31 Klopení jízdního pásu - axonometrický pohled
69
4.9.3.1 Klopení kolem osy jízdního pásu Klopení probíhá tak, že nejprve se začne zvedat vnější polovina jízdního pásu do vodorovné polohy (poloha 2 na obr.4-32a, 4-32b, 4-32c) a zvedá se dále až celý jízdní pás dosáhne dostředného sklonu p0 (poloha 3). Od tohoto okamžiku se začne otáčet celý pás kolem osy až do požadovaného dostředného sklonu p (poloha 4). Vnější hrana vytváří přitom vzestupnici a vnitřní sestupnici. Příčné řezy v jednotlivých polohách jsou na obrázku 4-32b.
a)
b)
c) Obr.4-32 Klopení příčného řezu kolem osy Z obr. 4-32c vyplývá výpočet kót vnější hrany vnějšího a vnější hrany vnitřního vodicího proužku.
h0 = kde
s . p0 200 š p0 p
h=
s.p 100
Lz =
2 . h0 . L h + h0 2
je šířka jízdního pásu a vodicích proužků v m, příčný sklon jízdního pásu v přímé v %, maximální dostředný sklon jízdního pásu v oblouku v %.
70
4.9.3.2 Klopení kolem vnějšího okraje vodicího proužku Tento způsob klopení probíhá tak, že v prvé fázi se nejprve zdvihá vnější polovina jízdního pásu do vodorovné (poloha 2 na obr.4-33a, 4-33b a 4-33c) a dále až celý jízdní pás dosáhne sklonu p0 (poloha 3). Od tohoto okamžiku se začne otáčet celý jízdní pás kolem vnější hrany vnitřního vodicího proužku až do požadovaného maximálního dostředného sklonu p (poloha 4). Vnější hrana vytváří přitom vzestupnici, vnitřní hrana sleduje sklon průběžné nivelety a od polohy 3 se v ose zvedá niveleta. Příčné řezy jednotlivých poloh jsou na obr.4-33b.
a)
b)
c) Obr.4-33 Klopení kolem vnější hrany vnitřního vodicího proužku Z obr. 4-33c vyplývá výpočet kót vnější hrany vnějšího a vnější hrany vnitřního vodicího proužku.
h0 = kde
š p0 p
s . p0 200
h=
s.p 100
je šířka jízdního pásu a vodicích proužků v m, příčný sklon jízdního pásu v přímé v %, maximální dostředný sklon jízdního pásu v oblouku v %.
4.9.4
Vzestupnice - sestupnice Při klopení na začátku přechodnice (TP) začíná stoupat vnější hrana vnějšího vodicího proužku. Překonává tak plynule výškový rozdíl mezi nepřevýšenou hranou v přímé a převýšenou hranou na začátku oblouku. Toto výškové vedení vnější hrany vnějšího vodicího proužku se nazývá vzestupnice.
71
Vzestupnice (sestupnice) se zpravidla navrhuje do délky přechodnice. Přitom však musí být zachována její nejmenší délka podle ČSN 73 6101, jinak je třeba délku přechodnice zvětšit. Nelze-li délku přechodnice zvětšit, nebo není-li nezbytná, lze vzestupnici (sestupnici) částečně nebo úplně posunout do navazující přímé. U kružnicového oblouku o poloměru, pro který by výpočtová hodnota podle ČSN již dostředný sklon nevyžadovala, ale požaduje se podle Rmin, lze vzestupnici (sestupnici) umístit i do jeho kružnicové části. Půdorysně se vzestupnice (sestupnice) umisťuje do vnějšího okraje nevychýleného vodicího proužku, který při zvoleném způsobu klopení mění svou výškovou polohu a provádí se zásadně v jednotném přímkovém podélném sklonu (viz obr.4-32c a 4-33c). Lomený přímkový podélný sklon se provede tehdy, jestliže v rozmezí základních příčných sklonů -2,5 % (min -2,0 %) až +2,5 % (min +2,0 %) je nutno uplatnit nejmenší podélný sklon vzestupnice (sestupnice) ∆s. Sklon vzestupnice (sestupnice) ∆s je rozdílem mezi podélnými sklony okraje nerozšířeného jízdního pásu a osy klopení:
∆s=
p 2 − p1 . a′ , Lvz
kde ∆s je sklon vzestupnice v %, příčný sklon jízdního pásu na konci vzestupnice (sestupnice) v %, p2 příčný sklon jízdního pásu na začátku vzestupnice (sestupnice) v %, p1 Lvz délka vzestupnice (sestupnice) v m, a´ vzdálenost okraje jízdního pásu od osy klopení v m. V průběhu celé délky vzestupnice nesmí být překročen její největší sklon a v rozmezí základních příčných sklonů zpravidla -2,5 % až +2,5 % (nejméně -2,0 % až +2,0 %) nesmí klesnout pod hodnotu nejmenšího sklonu vzestupnice (sestupnice). Největší a nejmenší sklony vzestupnice (sestupnice) jsou uvedeny v tab.4-10. Tab.4-10 Největší a nejmenší sklony vzestupnice (sestupnice) max ∆s (%)
min ∆s (%)
Návrhová rychlost v km/h
a´ ≤ 4,25 m
a´ > 4,25 m
≤ 50
1,2
1,4
60 až 70
1,0
1,2
80 až 90
0,7
0,85
100 až 120
0,6
0,7
a´ ≤ 4,25
0,1 a´
a´ > 4,25 m
0,07 a´ (≤ max ∆s)
Lomy na začátku a konci vzestupnice (sestupnice) se výškově zaoblí na délku tečny, rovnající se minimálně 1/6 délky vzestupnice (sestupnice), přičemž se vypočtená délka vzestupnice (sestupnice) prodlouží o dvojnásobek délky tečny. Od zaoblení lze však upustit v případech, kdy největší svislá pořadnice zaoblení ymax nepřestoupí hodnotu 0,025 m. 4.9.5
Tvar silničního (zemního) tělesa Zemní těleso spolu s odvodňovacím zařízením, objekty, vozovkou, vodicími proužky, zpevněnými a nezpevněnými krajnicemi včetně dopravních ploch vytváří těleso pozemní komunikace (silnice, dálnice, místní komunikace). Zemní těleso je vytvářeno zemními pracemi a případně i vegetačními úpravami. Bývá provedeno buď celé ve výkopu nebo celé v násypu nebo konečně z části ve výkopu a z části v násypu, čili v odřezu. Podle toho, jaká je poloha nivelety vzhledem k povrchu území, nebo jaký je příčný sklon povrchu území vzhledem k silniční trase. Upravená povrchová plocha zemního tělesa, na které se buduje konstrukce vozovky, je označována jako pláň zemního tělesa. Tvar a rozměry silničního zemního tělesa 72
jsou podle výše uvedených případů určeny šířkou koruny B, rozdílem výšek nivelety a povrchu území ∆H, sklonem svahů násypu nebo výkopu 1:n, tvarem příkopů a tvarem a sklonem povrchu území (viz obr.4-34). Při kladné hodnotě rozdílu výšek ∆H je niveleta komunikace nad povrchem území - v násypu. Při záporné hodnotě rozdílu výšek je niveleta komunikace pod povrchem území - ve výkopu. Je-li rozdíl výšek H = 0, jde o zemní těleso v tzv. nulovém profilu.
Obr.4-34 Tvar zemního tělesa a jeho svahy v příčném řezu Při návrhu zemního tělesa komunikace platí ustanovení několika norem, zejména ČSN 73 3050, ČSN 73 6101 a ČSN 73 6133. Rozhodujícím cílem je však vytvořit takový tvar zemního tělesa, který vyhoví podmínkám norem z hlediska stability, ale také i z hlediska začlenění do okolního terénu. U zářezů (výkopů) je nutno brát ohled na vzhled krajiny, ale také zásad geotechniky, které mohou být rozhodující při zabezpečení stability. Závažným úkolem je stanovení sklonů zářezových svahů, které navrhujeme (pokud nevyžadujeme mírnější z praktických důvodů) takto: − při hloubce zářezu do 2,00 m s jednotným sklonem 1:2, − při hloubce zářezu od 2,00 do 6,00 m s jednotným sklonem 1:1,75, − při zářezech hlubších než 6,00 m je třeba navrhnout sklon podle vlastností hornin zjištěných inženýrskogeologickým průzkumem, − sklon svahů skalních zářezů se určí v závislosti sklonu skalních vrstev, soudržnosti vylamované horniny a na způsobu těžby a určí se podle výsledků petrografického průzkumu (obvyklý sklon v celistvých horninách je 5:1). Sklony násypových svahů silničního zemního tělesa, na rozdíl od sklonů výkopových (zářezových) svahů, se navrhují obvykle odstupňované. Násypové zemní těleso je tvořeno dovezenou, po vrstvách rozprostřenou a zhutněnou zeminou na odhumusovaném stávajícím terénu. Sklony svahů pro běžné typy násypů (pokud ustanovení norem nebo jiné okolnosti nevyžadují jinak) se navrhují podle výšek v těchto sklonech: −
v pásmu do 3,00 m ve sklonu 1:2,5;
−
v pásmu od 3,00 do 6,00 m a) při výšce násypu do 6,00 m ve sklonu 1:1,5, b) při výšce násypu nad 6,00 m ve sklonu 1:1,75,
−
v pásmu od 6,00 m výše ve sklonu 1:1,5,
−
pro kamenité násypy v pásmu nad 3,00 m v jednotném sklonu 1:1,5, bez ohledu na jejich výšku. Základním úkolem při řešení návrhu zemního tělesa je zabezpečit jeho stabilitu. Stabilitou zemního tělesa rozumíme rovnováhu vnitřních sil v zemním tělese za působení vnějších sil a vlivu vody, větru a mrazu. Při návrhu násypů, zejména vysokých, je nutno na základě inženýrsko-geologického průzkumu stanovit únosnost a sedání podloží a navrhnout případnou úpravu v aktivní hloubce podloží. Velkou péči
73
při návrhu je nutno věnovat silničnímu zemnímu tělesu v odřezu, které vznikne kombinací zářezu v jednom příčném řezu. Vytvoření zemního tělesa je poměrně náročná práce vyžadující energeticky náročný přesun a těžbu zeminy. Velikost zemních prací závisí nejen od výšky (hloubky) silniční pláně od terénu, ale i na použitém sklonu svahů zemního tělesa. Použitím strmějších sklonů se jednak absolutně zmenší rozsah zemních prací a navíc klesá nárok na nutný zábor pozemků. Zvýšit sklon svahů lze různými způsoby, např. volbou vhodné zeminy (pokud je v dosahu) a větším úhlem vnitřního tření, vyztužením svahu např. geotextilií, rychlým zatravněním svahu apod. Svahy zemního tělesa je nutno chránit před erozí. Obvyklá ochrana je zatravnění. Zatravnění lze provést klasickým způsobem, tj. ohumusováním a osetím nebo je vhodné travní semeno přidáno již do humusu. Moderní metoda, využitelná ale pouze u větších ploch, je hydroosev. Z hlediska estetiky norma doporučuje všechny svahy zářezů a násypů zaoblit. Velmi důležitou částí zemního tělesa je pláň. Pláň je rovina o určitém sklonu, jejímž hlavním účelem je přenesení zatížení celé konstrukce vozovky spolu s nahodilým zatížením. Podle typu zemního tělesa může být pláň v zářezu (rostlá) nebo v násypu (nasypaná). Pláň silničního zemního tělesa ve směrové přímce a v oblouku bez dostředného sklonu či s dostředným sklonem menším jak 3,00 % je v příčném střechovitém sklonu. Jeho velikost závisí na vlastnostech zeminy v podloží pláně, typu vozovky a použití technologie při stavbě. Základní, resp. minimální sklon je 3,00 %, maximální kolem 5,00-6,00 %. Ve směrových obloucích s dostředným sklonem větším jak 3,00 % se příčný sklon pláně provádí vždy rovnoběžně se sklonem krytu vozovky. Změna střechovitého sklonu pláně na sklon jednostranný se provede v oblasti vzestupnice na co možná nejkratší délce. Přitom je nutno připomenout, že hodnoty výsledného sklonu vozovky platí taky pro pláň, zejména jeho minimální hodnota m = 0,50 %. 4.9.5.1 Stanovení kubatur zemního tělesa Podkladem pro výpočet kubatur zemního tělesa jsou zpravidla příčné řezy silničního zemního tělesa. Přesnost výpočtu je závislá na přesnosti stanovení ploch příčných řezů, na proměnlivosti konfigurace terénu, vzdálenosti příčných řezů a jejich vhodném umístění. Při orientačním stanovení (výpočtu) kubatur zemních prací se výkopové nebo násypové plochy v jednotlivých příčných řezech vypočítávají obvykle z rozdílu kóty nivelety a kóty terénu pomocí nomogramů (grafů). Každý nomogram respektuje sklony násypových a výkopových svahů v závislosti na jejich výšce a kategorijní šířce, resp. koruny silniční komunikace, avšak předpokládá vodorovný příčný sklon terénu. Pro přesné stanovení kubatur zemních prací však musíme vypracovat pracovní příčné řezy v určitých vzdálenostech po trase. Polohu řezů volíme tak, abychom dosáhli co nejpřijatelnější přesnost výpočtu podle průběhu terénu mezi nimi. Velikost násypových a výkopových ploch zjišťujeme nejčastěji pomocí polárního planimetru (při velkých plochách) a běžně principem nitkového planimetru nahrazeného milimetrovým papírem (proto se příčné řezy kreslí na něj) nebo analyticky pomocí software z počítače. Výpočet provádíme ve formuláři zobrazeného v tab.4-11. Po zjištění ploch výkopů a násypů určíme kubaturu tak, že sečteme plochu dvou sousedních příčných řezů zvlášť pro násyp a pro výkop a vynásobíme poloviční vzdáleností příčných řezů. Pro zjištění přebytku výkopu nebo nedostatku násypu v jednotlivých profilech musíme tam, kde se vyskytuje výkop i násyp zároveň, odečíst tzv. příčný přehoz. Příčný přehoz je tedy to množství zeminy, které v tomtéž profilu spotřebujeme. Po odečtení příčného přehozu dostáváme celkové přebytky výkopu nebo nedostatky násypu v jednotlivých profilech. Označíme-li přebytky výkopu jako kladné hodnoty a nedostatky násypu jako záporné, dostáváme postupným sčítáním pořadnice součtové čáry hmot a jejím narýsováním - tzv. hmotnici. Je to plynulá čára, vyjadřující součtově přírůstek (když čára vzrůstá), případně úbytek (když čára klesá) hmoty zeminy určené k podélnému rozvozu, kde stoupající větev hmotnice představuje zásobu zemních hmot (zeminy) a klesající pak spotřebu hmot. V této čáře (hmotnici) řešíme podélný rozvoz hmot s určením střední rozvozní vzdálenosti. Jednotlivé položky, tj. vypočítané, resp. graficky určené kubatury, odměřené rozvozné vzdálenosti a vypočítané dopravní momenty (součin kubatury a vzdálenosti) sestavujeme do tabulky a vypočítáme střední rozvozní vzdálenost ze vzorce:
74
Lstř
[ ]
4 ∑ dopravních momentů (V . m )i m = = [m ] ; 3 ∑ objemů zeminy (V ) m
[ ]
Na obr.4-35 je příklad výkresu hmotnice s určenými rozvoznými vzdálenostmi. Na obr. 4-35 je příklad výkresu hmotnice s určenými rozvoznými vzdálenostmi.
Obr.4-35 Grafické znázornění hmotnice 4.10
Odvodňovací zařízení Celé těleso silniční komunikace, zejména aktivní zóna podloží, pláň zemního tělesa, konstrukce vozovky i okolní pozemky musí být chráněny před možnými škodlivými účinky povrchové i podzemní vody. Základem odvodňovacího zařízení vozovky je příčný sklon pláně (min. 3 %) a krytu (min. 2,5 %, výjimečně 2 %). Jak povrchová dešťová voda, tak i voda z pláně, jsou příčným sklonem svedeny mimo silniční korunu buď do terénu, nebo do podélného odvodňovacího zařízení. Jako podélné odvodňovací zařízení lze použít: a) otevřené podélné odvodňovací zařízení (příkopy, rigoly, skluzy, kaskády), b) kryté podélné odvodňovací zařízení (trativody, odvodňovací potrubí, kanalizace), c) vhodná kombinace ad a), ad b) Při volbě druhu odvodňovacího podélného zařízení se kromě funkce musí zohlednit zejména nárok na zábor půdy a nároky na rozsah zemních prací. V posouzení vhodnosti je nutno zvážit i náročnost údržby. Samostatnou skupinu odvodňovacího zařízení tvoří zařízení upravující původní vodní režim podloží, např. hloubkové trativody, studně, plošné odvodnění aj. Tyto zařízení se navrhují na základě hydrogeologického průzkumu. Pro převedení vody pod silniční komunikací slouží i různé objekty, jako např. propustky, mosty a shybky.
75
Tab.4-11 Výpočet kubatur zemních prací a hmotnice - příklad formuláře Řez
Staničení
č. 1
Plocha příč. řezu výkopu 2
násypu 2
Součet ploch výkopu 2
násypu 2
Polovina vzdál. příč. řezů
Kubatury výkopu 3
násypu
Přebytek
Nedostatek
přehoz
výkopu
násypu
[m ]
[m ]
[m]
[m ]
[m ]
[m ]
[m ]
[m ]
[m ]
[m3]
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
76
3
3
-
[m ]
SOUČET
3
+
[m ]
PŘENOS
3
Pořadnice hmotnice
[km] PŘENOS
3
Příčný
Příkopy Příkopy se zřizují v základním tvaru trojúhelníkovém, kde svah přilehlý k vozovce musí být navržen ve sklonu 1:3 nebo mírnějším. Protilehlý svah ke komunikaci je proveden jednotně ve sklonu 1:2 nebo navazuje na použitý sklon zářezového svahu. Pokud je provedeno zpevnění dna příkopu příkopovou tvárnicí (se zaoblením dna), je příkop posuzován jako trojúhelníkový. Hloubka příkopu je min. 0,40 m od hrany příkopu (tj. vodorovnou rovinou proloženou hranou silniční komunikace, nebo nižší hranou mezi příkopem a stávajícím terénem). Pokud je použit lichoběžníkový profil, musí být šířka příkopu ve dně min. 0,50 m a komunikace musí být v hraně koruny osazena svodidlem. Sklony svahů lichoběžníkového profilu jsou min. 1:1,25. Dno příkopu, má-li zabezpečit i odvedení vody z pláně zemního tělesa, musí být u silnic min. 0,20 m, u dálnic 0,40 m pod vyústěním podsypné (ochranné) vrstvy vozovky. Na obr.4-36 je vidět uspořádání trojúhelníkového příkopu. a)
b)
Obr.4-36 Úprava trojúhelníkového příkopu a) zpevněného, b) s trativodem Podélný sklon příkopů nesmí být menší jak 0,5 %, výjimečně, u zpevněných příkopů 0,3 %. Největší přípustný sklon závisí na podélném sklonu nivelet komunikace, půdních poměrech nebo druhu zpevnění příkopu a množství a rychlosti převáděné vody. Největší podélný sklon nezpevněného příkopu nemá
78
zpravidla přestoupit hodnotu 3 %, u příkopů zpevněných 5-6%. Při větších spádech je nutno snížit podélný spád stupni. Uspořádání příkopu musí zabezpečit i převedení největšího průtokového množství zjištěného hydrotechnickým výpočtem. Intenzita patnáctiminutového deště s periodicitou 2 se pro běžné výpočty uvažuje q15 = 100 l.s-1 .ha-1. Zvláštním typem příkopů jsou tzv. záchytné příkopy budované pod svahem zářezu nebo zárubní zdí pro ochranu zemního tělesa před přívalovou vodou z výše položených svažitých území. Rigoly Rigoly mají obdobnou funkci jako příkopy. Jejich hloubka od hrany je však max. 0,30 m. Jsou-li použity jako podélné odvodňovací zařízení silniční komunikace v zářezu, musí být spojeny s odvodněním pláně pomocí drenáže. Rigoly navrhujeme zejména v zářezech pro úsporu zemních prací a zemědělské půdy a na dopravních plochách, které nelze odvodnit do okolního území. Rigoly jsou zpravidla zpevněné, mnohdy i pojížděné. Základní trojúhelníkový profil má svah přilehlý k vozovce ve sklonu 1:3, protilehlý svah buď navazující na plochu nadlehlého svahu nebo rovněž 1:3. Šířka rigolu je min. 0,50 m. Podélný sklon je shodný se sklonem příkopů. Je-li podélný sklon nivelety menší než min. spád rigolu, provede se vyspádování rigolu střechovitým podélným spádem 0,5 % (0,3 %) se zaústěním nejnižších míst do dešťových vpustí a do kanalizace. Trativody Podélné trativody se navrhují v zářezech, v násypech podél patních příkopů, jejichž dno leží nad úrovní rostlé pláně a v zelené části středního dělicího pruhu směrově rozdělených komunikací. V zářezech se trativod umisťuje do prostoru mezi dnem příkopu nebo rigolu a zpevněnou krajnicí a to tak, aby byla umožněna prohlídka a údržba trativodu bez nutnosti vybourání konstrukce vozovky či zpevnění příkopu či rigolu. Dno rýhy trativodu musí ležet min. 0,25 m pod rostlou plání, ale vždy v takové hloubce, aby horní hrana drenážních trubek ležela min. 0,10 m pod úrovní pláně. V každém případě však musí být dno umístěno až v nezámrzné hloubce. Nejmenší profil trativodních trubek z pálené hlíny je ∅ 100 mm, jsouli použity perforované trativody z umělé hmoty je min. ∅ 80 mm. Podélný sklon trativodu je min. 0,5 %. Voda je z podélného trativodu odváděna příčným trativodem do svahových skluzů nebo je provedeno zaústění do odvodňovacího potrubí nebo do kanalizace. V místech napojení příčných trativodů nebo v místech směrových lomů se zřídí revizní šachty. 4.11
Bezpečnostní zařízení Bezpečnostní zařízení na pozemních komunikacích se navrhují v místech, kde hrozí zvýšené nebezpečí úrazu sjetím vozidla, cyklisty nebo pádem chodce z tělesa komunikace, popř. střetnutí motorového vozidla s jiným účastníkem silničního provozu (např. s jiným vozidlem, chodcem apod.). Bezpečnostní zařízení se rozdělují podle svého účelu na: a) záchytná b) vodicí 4.11.1 Záchytná bezpečnostní zařízení Záchytná bezpečnostní zařízení se navrhují jako svodidla, zábradelní svodidla nebo zábradlí. Na úsecích silnic s nejvýše dovolenou (trvale předpokládanou) rychlostí 60 km/h lze od osazení svodidel upustit v případech podle ČSN 73 6101. Dálnice a rychlostní silnice se vybavují pouze svodidly. Používat se smí pouze konstrukce svodidel odpovídající předpisům a technickým podmínkám vydaným Ministerstvem dopravy a spojů České republiky. V současné době se používá již několik druhů 79
schválených typů svodidel, zábradlí nebo zábradelních svodidel. Mezi progresivní druhy svodidel patří nové typy ocelových i betonových svodidel, u nás zejména vyráběné v Nové Huti, a.s. Ostrava (ocelové svodidlo) a v a.s. Stavby silnic a železnic Praha (betonové svodidlo profilu New-Jersey). Silniční svodidla jsou bezpečnostní zařízení, které snižují nárazovou energii vozidel a brání vozidlům vyjet z vymezeného dopravního pásu. V dnešní přibývající hustotě dopravy jsou svodidla nutná ve všech prudkých obloucích, strmých násypech a dalších nebezpečných místech a také ve středních dělicích pásech směrově rozdělených komunikacích. Svodidlo se osazuje v nejkratší nutné délce, nejméně však v minimální spolupůsobící délce své konstrukce podle ČSN 73 6101. Jednostranné svodidlo se osazuje v prostoru nezpevněné části krajnice v těchto případech: ⇒ na násypech vyšších než 4,00 m za předpokladu dodržení sklonů násypových svahů podle článku 126 ČSN 73 6101, ⇒ nad všemi opěrnými zdmi vyššími než 2,0 m podle ČSN 73 6201, ⇒ podél všech vodních toků a nádrží, pokud je horní hrana břehu blíže než 0,5 m od hrany koruny silniční komunikace: − s normální hloubkou vody větší než 1,0 m, − s výškovým rozdílem dna větším než 2,0 m (od hrany koruny silniční komunikace). ⇒ podél všech souběžných pozemních komunikací nebo železničních tratí, je-li vzdálenost mezi jejich okraji menší než 10,0 m a leží-li níže než 1,50 m nad hranou koruny silniční komunikace, ⇒ podél všech pevných překážek vzdálených od hrany jízdního pásu méně než 4,50 m a leží-li pata této překážky níže než 1,50 m nad hranou koruny silniční komunikace (neplatí pro silnice s Vn≤60 km/h), ⇒ před pevnými překážkami v koruně silniční komunikace jako jsou mostní podpěry apod. Jednostranné svodidlo se dále osazuje: − na všech mostech bez přesypávky, − na mostech a nad propustky s přesypávkou a nad propustky bez přesypávky, jejichž římsy leží výše než 2,0 m nad terénem, dnem vodního toku a povrchem přemosťované komunikace. Na obr.4-37. je vidět osazení jednostranného svodidla na násypu.
Obr.4-37 Příklad použití svodidla na krajnici v násypu V krajních polohách středního dělicího pásu se osazuje jednostranné svodidlo:
80
⇒ v případě výskytu překážek (pilíře, sloupy osvětlení), ⇒ na mostech se střední mezerou mezi konstrukcemi. Oboustranné ocelové nebo betonové svodidlo se doporučuje průběžně osadit ve středním dělicím pásu o šířce ≤ 5,0 m, ale vždy musí být osazeno, je-li roční průměr denních intenzit silničního provozu u čtyřpruhových komunikací 10 000 a více vozidel za 24 hodin. Zábradelní svodidla se navrhují k ochraně chodců místo jednostranných svodidel, není-li zřízen chodník: ⇒ nad všemi opěrnými zdmi bez ohledu na výšku přesypávky, ⇒ podél všech vodních toků nebo nádrží, − s normální hloubkou vody větší než 1,0 m, − s výškovým rozdílem dna větším než 2,0 m (od hrany koruny silniční komunikace) pokud je horní hrana břehu blíže než 5,0 m od hrany silniční komunikace. Nejmenší výška horní hrany zábradelního madla je 1,10 m nad přilehlým povrchem. Zábradlí schválených typů se navrhuje v místech, kde je ho třeba k ochraně chodců před pádem z tělesa pozemní komunikace nebo k zabránění jejich vstupu do jízdního pásu. Navrhuje se: − na vnější straně chodníků s nadobrubníkovým svodidlem v místech podle čl. 200 ČSN 736101, − na mostech bez přesypávky podle ČSN 73 6201; nad mosty a propustky s přesypávkou a na propustcích bez přesypávky, leží-li horní hrana římsy výše než 1,00 m a níže než 2,00 m nade dnem vodního toku nebo překračované překážky a podél všech toků nebo vodních nádrží s normální hloubkou vody od 0,50 m do 1,00 m, pokud je horní hrana břehu blíže než 5,00 m od hrany koruny silniční komunikace, − na stezkách pro pěší nebo cyklisty podle zásad uvedených v čl. 200 ČSN 73 6101, − na lávkách pro pěší nebo cyklisty podle ČSN 73 6201, − k usměrnění chodců na úrovňový přechod apod. Výšku horní hrany zábradelního madla na mostních objektech stanoví ČSN 73 6201, v ostatních případech je stejná jako v čl. 200 ČSN 73 6101, tj. 1,10 m. Pokud zábradlí vymezuje volnou (popř. dílčí volnou) šířku silniční komunikace a nahrazuje směrové sloupky, musí být opatřeno odrazkami tak, aby spolu se svodidly a směrovými sloupky tvořilo funkčně jednotný vodicí systém na silniční komunikaci. 4.11.2 Vodicí bezpečnostní zařízení Vodicí bezpečnostní zařízení slouží pro orientaci řidiče, pokud jde o směr a šířku pozemní komunikace. Funkci vedení vozidel plní vodicí proužky a směrové sloupky, kterými se vybavují všechny silniční komunikace. Vodicí proužky se funkčně, v příčném uspořádání komunikace, považují za součást trvale nepojížděné plochy, k níž přiléhají, tj. zpevněné části krajnice, středního (popř. postranního) dělicího pásu a dopravního ostrůvku. Vodicí proužky, mající týž příčný sklon a stavební konstrukční vrstvy jako přilehlý pruh, umisťují se: − na rozmezí jízdního pásu a zpevněné části krajnice v šířce 0,25 m, − na rozmezí jízdního pásu a zelené části středního dělicího pásu v šířce 0,50 m. Šířku vodicí čáry, jíž se vyznačí vodicí proužek, stanovuje ČSN 01 8020. Podle ČSN 73 6101 se vodicí proužky provádějí i podél dopravních ostrůvků a stínů na křižovatkách i v jejich blízkosti. Směrové sloupky se umisťují tam, kde nejsou jiná bezpečnostní zařízení, osazují se v nezpevněné části krajnice nebo ve středním dělicím pásu na hranici volné šířky (kategorijní) komunikace. Jsou vysoké 1,05 m u směrově rozdělených silničních komunikací a 0,80 m u ostatních silnic a mají mít obrysovou plochu o šířce 0,10 až 0,13 m. Používat se smí pouze směrové sloupky
81
schválených typů, z ohebných nebo lehce destruovatelných hmot, vybavených oranžovými a bílými odrazkami. Osazují se vstřícně, tj. v témže příčném řezu. Vzájemná vzdálenost směrových sloupků je: − v přímé a ve směrovém oblouku o poloměru Ro ≥ 1 250 m
50 m
− ve směrových obloucích s hodnotami poloměrů 1 250 m > R ≥ 850 m 40 m 850 m > R ≥ 450 m 30 m 450 m > R ≥ 250 m 20 m 250 m > R ≥ 50 m 10 m > R < 50 m 5m Vzájemná vzdálenost směrových sloupků se měří vždy v ose jízdního pásu. V úsecích s častým výskytem mlh se doporučuje podle ČSN 73 6101 největší dovolené vzájemné vzdálenosti snížit. Na obr.4-38 je vidět příklad umístění směrového sloupku na nezpevněné části krajnice.
Obr.4-38 Umístění směrového sloupku na krajnici
82
OBSAH 4
60 4.6
60 4.6.1 60 4.6.2 60 4.6.3 60 4.6.4 Druhy výškového zaoblení ...........................................................................................60 4.7 Rozhledy ve směrových a výškových návrhových prvcích ......................................................62 4.8 Sladění směrového a výškového návrhu trasy ..........................................................................64 4.9 Silniční komunikace v příčném řezu.........................................................................................65 4.9.1 Šířka koruny silniční komunikace ................................................................................66 4.9.2 Příčný a výsledný sklon................................................................................................67 4.9.3 Klopení vozovky v oblouku .........................................................................................68 4.9.3.1 Klopení kolem osy jízdního pásu..................................................................70 4.9.3.2 Klopení kolem vnějšího okraje vodicího proužku ........................................71 4.9.4 Vzestupnice - sestupnice ..............................................................................................71 4.9.5 Tvar silničního (zemního) tělesa ..................................................................................72 4.9.5.1 Stanovení kubatur zemního tělesa.................................................................74 4.10 Odvodňovací zařízení ...............................................................................................................75 4.11 Bezpečnostní zařízení ...............................................................................................................79 4.11.1 Záchytná bezpečnostní zařízení....................................................................................79 4.11.2 Vodicí bezpečnostní zařízení........................................................................................81
5
NAVRHOVÁNÍ A STAVBA POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ
5.1
Zemní práce Zemní práce představují v dopravních stavbách, tedy i ve stavbách pozemních komunikací, značný podíl z celkového objemu prací. Zemní práce se týkají hornin různých vlastností a v různých podmínkách uložení. V zemních pracích se uplatní také jiné materiály jako jsou pojiva, geosyntetika a objekty. Zemními pracemi se vytváří zemní objekty a pro jejich provedení se užívá výkonná a specializovaná i menší a víceúčelová mechanizace. 5.1.1
Vlastnosti hornin Nejdůležitější vlastnosti hornin z hlediska zemních prací a zemních objektů jsou těžitelnost, zhutnitelnost, využitelnost při stavbě a schopnost plnit funkce v daném nebo pod daným objektem. Vlastnostmi hornin se zabývají předměty Inženýrská geologie, Mechanika zemin a Zakládání staveb. V souvislosti s tím jen připomeňme základní rozdělení hornin a některé jejich vlastnosti. Horniny se dělí na: • horniny pevné (skalní a poloskalní), • zeminy. Horniny pevné se vyskytují v horninových masivech v přírodním stavu, jejichž celistvost je porušena diskontinuitami (plochami vrstevnatosti, puklinami, zlomovými plochami apod.). Skalní horniny rozrušené těžbou se označují jako kamenitá sypanina. Zeminy jsou nezpevněné nebo slabě zpevněné horniny mající zrnitostní složení (podíly složek definované velikostí částic se uvádějí v procentech hmotnosti suché zeminy). Podle velikosti částic se rozlišují složky: • Velmi hrubé částice - balvanitá složka (-b-) > 200 mm - kamenitá složka (-cb-) 200 až 60 mm • Hrubé částice - štěrková složka (-g-) 60 až 2 mm - písčitá složka (-s-) 2 až 0,06 mm •
Jemné částice (-f-) - prachovitá složka (-m-) 0,06 až 0,002 mm - jílová složka (-c-) < 0,002 mm Zeminy obvykle obsahují zastoupení více složek a zatřídění zemin se provádí podle trojúhelníkového diagramu uvedeného v obr.5-1. Zeminy neobsahující jemné částice jsou sypké a nazývají se nesoudržné zeminy. Naopak všechny zeminy s podílem jemných částic, který zamezí vzájemnému dotyku písčitých a štěrkovitých zrn, se označují jako soudržné zeminy. Obsah zrn podle jejich velikosti vyjadřuje zrnitost. Velikost zrna odpovídá velikosti čtvercového otvoru kontrolního síta, kterým zrno projde. Velikost menších zrn, která nelze měřit otvory sít se stanovuje hustoměrnou metodou založenou na postupném usazování zrn v závislosti na jejich velikosti. Zastoupení jednotlivých zrn v zemině vyjadřuje čára zrnitosti. Tuto čáru dokumentuje obr.5-4. Důležitou vlastností je vlhkost zeminy jako obsah vody v procentech suché zeminy. Důležité vlhkosti jsou znázorněny na obr.5-2.
82
Obr. 5-1 Klasifikační diagram zemin s částicemi < 60 mm
tuhá konzistence
polotuhá konzistence
wS
plastická konzistence
wopt
wp
tekutá konzistence
wL IP
Obr. 5-2 Znázornění stavu zeminy a mezí vlhkosti ws – mez smršťování, wopt – optimální vlhkost, wp – mez plasticity, wL – mez tekutosti, Ip – index plasticity Vlhkosti na mezi tekutosti a plasticity, tzv. meze konzistence, jejichž rozdíl udává index plasticity, rovněž přispívají ke klasifikaci zemin a předpovědi jejich chování. Vlhkost přirozená je důležitá pro předpovězení zhutnitelnosti. Užívá se zkoušky zhutnitelnosti podle metody Proctor - standard nebo Proctor modifikovaný, druhá metoda odpovídá stavbám s vysokým zatížením jako jsou letiště. Tato laboratorní zkouška odvozená z praktických pozorování chování zemin v dopravních stavbách stanovuje objemovou hmotnost dané zeminy, která zaručí její objemovou stálost. Zároveň stanovuje vlhkost, při níž lze tuto objemovou hmotnost dosáhnout. Přesně stanovenou zhutňovací energií dosahovanou počtem úderů pěchu ze stanovené výšky se postupně po vrstvách hutní vzorky do válcové formy. Sada vzorků lišících se vlhkostí umožní vynést dosaženou suchou objemovou hmotnost zeminy v závislosti na vlhkosti a v místě maximální hodnoty se nachází maximální objemová hmotnost a optimální vlhkost, viz obr. 5-3. Při nižší přirozené vlhkosti zeminy je třeba zvýšit zhutňovací práci nebo zeminu navlhčit. Při vyšší vlhkosti již vzduch obsažený mezi zrny nevytváří spojitou fázi a nelze jej zhutňováním vypudit (jen snížením mezer vyplněných vzduchem se zvyšuje objemová hmotnost), vzduch je v pórech uzavřen, přejezdem zhutňovacího prostředku nebo zatížením vozidlem se vzduch snadno stlačí, ale po odjezdu zatížení se vzduch vrátí do původního objemu. Říká se, že zemina „péruje“. Tento stav je z hlediska zemních prací velmi nepříjemný, zeminu je
83
třeba odstranit, nahradit vhodnější, nebo ji stabilizovat nehašeným vápnem, které váže na svou reakci přebytečnou vlhkost a zeminu zpevní.
2,07 2,06 2,05 2,04 2,03 2,02 2,01 2 1,99 1,98 1,97 1,96
11,5
11
10,5
10
9,5
9
8,5
8
7,5
7
6,5
6
5,5
5
4,5
4
3,5
optimální vlhkos
m a x .o b je m o v á h m o tn o s t
3
objemová hmotnost (g/cm3)
P r o c to r -S t a n d a r d
v lh k o s t (% )
Obr. 5-3 Vyhodnocení zkoušky zhutnitelnosti Proctor-standard V zemních pracích je pak požadována míra zhutnění jako poměr dosažené objemové hmotnosti k maximální objemové hmotnosti. Požadovaná míra zhutnění je odlišná v závislosti na vlivu účinků zatížení a při provádění zemních prací se důsledně kontroluje; jakékoliv zanedbání zhutnění má za následek nerovnosti na povrchu dopravní stavby. Namrzavost je schopnost zemin při postupném promrzání vytvářet ledové vrstvičky a čočky. O tloušťku těchto vrstviček a čoček se zvyšuje tloušťka promrznuté zeminy. Namrzavost je vlastností zemin obsahujících jemné částice a kritéria jsou znázorněna v obr.5-4. Ve sporných případech nebo u zemin zlepšených nebo stabilizovaných se používá měření vzorku v laboratorním zařízení modelujícím promrzání s přímým měřením mrazového zdvihu vzorku.
Obr. 5-4 Čáry zrnitosti zemin charakterizující stupeň jejich namrzavosti Charakteristikou chování zeminy v dopravní stavbě z hlediska zatížení je únosnost stanovená zkouškou únosnosti CBR (California Bearing Ratio). Podstata zkoušky spočívá ve zhutnění vzorku na 84
maximální objemovou hmotnost zeminy při návrhové vlhkosti (o 1 až 3% vyšší než je optimální vlhkost) a zatlačování trnu o ploše 20 cm2 do povrchu tohoto vzorku. Z pracovního diagramu záznamu síly v závislosti na zatlačení trnu se pak postupem výpočtu podle normy stanoví hodnota CBR vyjádřená v procentech. Existují dvě měření: při návrhové vlhkosti a při saturaci vzorku po jedno až čtyřdenním uložení vzorku ve vodě. Horniny pro účely jejich rozpojování nebo těžení se zatřiďují do 7 tříd, nazýváme je třídy těžitelnosti. Pro jejich označení se s výhodou používají charakteristiky způsobu rozpojování: 1. třída – sypké horniny, je možné je nabírat lopatou a nakladačem, 2. třída – rypné horniny, lze je rozpojovat rýčem a nakladačem, 3. třída – kopné horniny, rozpojují se krumpáčem a rypadlem, 4. třída – drobivé pevné horniny rozpojitelné klíny a rypadlem, 5. třída – lehce trhatelné pevné horniny rozpojitelné rozrývačem, těžkým rypadlem (40 t) a trhavinami, 6. třída – pevné horniny těžce trhatelné rozpojitelné těžkým rozrývačem nebo trhavinami, 7. třída – pevné horniny velmi těžko trhatelné rozpojitelné trhavinami. Zatřiďování hornin také ovlivňují osamělé kameny s objemem nad 0,1 m3, větší cizí tělesa jako jsou kmeny a podzemní konstrukce (piloty, základy apod.). Těžitelnost zhoršuje také lepivost zemin, vlhké jemnozrnné zeminy se nalepují na pracovní nástroje a dopravní prostředky, což snižuje pracovní výkon (ztráty objemu pracovních nástrojů a dopravních prostředků a ztráty času při odstraňování nalepené zeminy). Z hlediska použití zemin v dopravních stavbách se zeminy člení do 4 skupin podle jejich vhodnosti do násypu a do 10 skupin podle jejich vhodnosti do podloží vozovky (do horní vrstvy násypu pod konstrukci dopravní stavby). Začlenění zeminy do příslušné skupiny závisí na těchto vlastnostech: • granulometrické složení a vlastnosti složek (např. přítomnost organických látek), • základní fyzikální vlastnosti, a to zejména vlhkost, mez tekutosti a plasticity, objemová hmotnost, pórovitost apod., • technické vlastnosti jako je únosnost a zhutnitelnost, • stupeň namrzavosti. Za málo vhodné a nevhodné se považují zeminy s vysokým obsahem jemných částic, jejich vlastnosti závisí na vlhkosti. Nevhodné jsou jíly. Málo vhodné a nevhodné zeminy se použijí za předpokladu odpovídajících opatření: • úprava (zlepšení) vlastností zeminy, • vyztužení násypu geotextiliemi, případně jinými výztužnými prvky, zabudování zeminy do vrstevnatého násypu sendvičového typu, • úpravami, zpevněním a zabezpečením svahů, kterými musí být zabezpečena stabilita zemního tělesa po dokončení i ve všech stadiích výstavby. Pro určení vhodnosti nebo nevhodnosti zeminy je nutno také uvážit ulehlost a konzistenci zeminy v původním stavu, hladinu podzemní vody, možnost vzlínání, reliéf území a jeho polohu, možnost odvedení povrchové vody apod. Zeminy se zlepšují mechanicky nebo příměsí pojiva. Mechanicky zlepšené zeminy se provádí mísením zeminy s jinou granulometricky odlišnou zeminou. Úpravou se dosáhne příznivějšího zatřídění podle vhodnosti do násypů a podloží vozovky, lepší zhutnitelnosti a lepších mechanických vlastností zlepšené zeminy. Zlepšením zeminy příměsí pojiva se zlepší zhutnitelnost snížením její vlhkosti, zvýší se únosnost, sníží se nepříznivý vliv vlhkosti a sníží se namrzavost. 5.1.2
Geosyntetika Geosyntetika je souhrnný název pro geotextilie a další geosyntetické materiály určené pro zabudování do zemních těles a jim podobných konstrukcí: • Geotextilie jsou propustné plošné textilie převážně z polymerních vláken a jsou tkané, netkané nebo pletené. • Geomembrány jako plošné nepropustné fólie z polymerů tloušťky cca 0,475 mm až 2,5 mm.
85
•
Geomříž je výrobek z geomembrány, vyrábí se jejím pravidelným proděravěním a následným protažením v jednom nebo obou směrech. • Geosíť je plošný výrobek z polymerů vyráběný ukládáním vláken, příze nebo pásků přes sebe v předurčené vzdálenosti s následným spojením tepelným, chemickým nebo mechanickým způsobem. • Geokompozitum je výrobek složený z více komponent, z nichž alespoň jedna je geosyntetikum. • Geobuňky a geomatrace jako sešité geotextilie určené pro zvláštní použití, např. po naplnění betonem k ochraně svahů. Geosyntetika jsou převážně vyráběna z termoplastických materiálů jako je polyester, polypropylén a polyetylén, polyvinylchlorid a polyamid. Všechna geosyntetika se označují plošnou hmotností v g.m-2, tloušťkou, filtračním součinitelem v rovině a kolmo na rovinu geosyntetika, tahovou pevností a protažením při tahové pevnosti. Geosyntetika k vyztužení zemních objektů musí mít také charakteristiku vyjadřující časově závislé přetvoření při konstantním zatížení (creep), smykový odpor na kontaktu geosyntetikum-zemina a mechanickou odolnost proti proražení. Požadovanou vlastností může být také odolnost proti působení organických kyselin, proti působení světla (ultrafialovému záření), povětrnostním vlivům apod. Geosyntetika jsou nový materiál v zemních pracích a jejich použití se rychle vyvíjí. Jejich užití lze rozdělit pro tyto funkce: • Filtrační - zajištění stability rozhraní dvou odlišných zemních vrstev zabráněním vyplavování z chráněné vrstvy do druhé vrstvy. •
•
• •
Separační a ochrannou - klasická separační - oddělení dvou materiálů různé zrnitosti např. jemnozrnného od hrubozrnného, - ochranná - např. ochrana izolace, - protierozní - ochrana svahů zemního tělesa. Výztužná - vyztužení zemního tělesa (násypu) za účelem - zvýšení stability (únosnosti), - snížení nerovnoměrných a absolutních deformací. Drenážní - odvedení vody z drénované zemní konstrukce Zvláštní - např. svislý drén k urychlení konsolidace zemin nasycených vodou v podloží násypu
Obr. 5-5 Pokládání filtrační, separační nebo výztužné geotextilie 5.1.3
Materiály pro speciální zemní konstrukce V poslední době se rozšiřuje i použití vyztužovacích ocelových prvků opatřených antikorozní úpravou jako jsou ocelové mříže, rohože, sítě, pásy a tyče ke zpevnění a vyztužení svahů násypů a zářezů a také pletiva a sítě, do nichž se uzavírají kamenné rovnaniny k vytváření gabionů. Všechny tyto ocelové prvky zvyšují stabilitu svahů a zmenšují velikost zemních objektů.
86
5.1.4
Zemní práce a zemní objekty Mezi zemní práce patří rozpojování, přemisťování, sypání, zhutňování nebo zpevňování a jiné úpravy pevných hornin a zemin. Dvěma skupinami zemních prací se vytváří zemní objekty: • Vykopávkou (rozpojování horniny, odebírání výkopku a jeho uložení stranou nebo naložením na dopravní prostředek) se současným zřizováním svahů a dna s jejich případným urovnáváním, roubením a pažením se vytváří výkopy, odkopy, prokopávky a hloubené výkopy (jámy, hloubené výkopy, rýhy a šachty). Patří sem i vytváření zemníku při těžbě sypaniny. • Sypáním, které zahrnuje přepravu sypaniny (výkopku získaného vykopávkami nebo těžením nebo sypaniny získané rubáním z dolů a tunelů, z průmyslových odpadů jako je struska, škvára, popílek, recyklovaná stavební suť apod.), její rozprostírání, zarovnávání do vrstev, zhutňování a případné úpravy povrchů, se vytváří násypy, zásypy, obsypy nebo jen výsypky s uložením sypanin. a)
b)
c)
Obr. 5-6 a) výkop, b) násyp, c) odřez Zemní práce se vyznačují navazujícím procesem. Zemním pracím předchází geotechnický průzkum. Na zemní práce se váže řada doprovodných činností, bez nichž by nebylo možno zemní objekty realizovat a/nebo jejichž realizací by došlo ke škodám v jiných oblastech hospodářského a společenského života. 5.1.5
Geotechnický průzkum Geotechnický průzkum je neodmyslitelnou součástí všech úrovní projektové dokumentace staveb. Rozlišuje se geotechnický průzkum: a) podle druhu výstavby - pro novostavby, - pro rekonstrukce a opravy komunikací, b) podle předmětu šetření - průzkum trasy a jejího bezprostředního okolí, - průzkum materiálových nalezišť, - průzkum pro objekt c) podle etapovosti - průzkum jednoetapový, - průzkum víceetapový Víceetapový průzkum se provádí pro novostavby a každá etapa odpovídá jednotlivé fázi projektové dokumentace: • Pro studii dopravní stavby se provádí rešerše a orientační průzkum k posouzení území dotčeného navrhovanou stavbou z inženýrskogeologického a hydrogeologického hlediska. • Dokumentace pro stavební povolení vyžaduje předběžný průzkum s vyšetřením z inženýrskogeologických a hydrogeologických poměrů a jejich geotechnickou interpretací (těžitelnost a vhodnost hornin, ovlivnění spodních vod apod.), s návrhem založení objektů a zásad pro podrobný průzkum, případně s doporučením ke změně trasy. • Dokumentace ke zpracování stavebního povolení vyžaduje podrobný průzkum s detailním komplexním hodnocením geomechanických vlastností hornin. • Dokumentace pro zadání stavby užívá doplňující průzkum, který je spíše podetapou podrobného průzkumu.
87
•
Další fáze dokumentace vázaná na realizaci a skutečné provedení stavby je zaměřena na sledování kvality výstavby. Jednotlivé etapy geotechnického průzkumu musí být provedeny v dostatečném předstihu před příslušným druhem dokumentace, pro který shrnuje a vytváří podklady. Geotechnické průzkumy užívají poznatky základního geologického výzkumu a všech dřívějších průzkumných prací, inženýrskogeologického mapování a přímé studium zkoumaného území. Na daném území se uplatňují geofyzikální metody, sondy, zkušební metody mechanických vlastností hornin a laboratorní zkoušky pro zatřídění hornin a stanovení jejich vlastností jak z hlediska provádění zemních prací, tak navrhování zemních objektů se zajištěním jejich dlouhodobé spolehlivé funkce. Při provádění staveb se uplatňují polní a laboratorní metody sledování kvality zemních prací. Geotechnické průzkumy provádí specializované firmy. 5.1.6
Doprovodné činnosti zemních prací První činností před zahájením zemních prací je vytyčení objektu. Týká se vytyčení prostorové polohy stavebního objektu, hlavní osy a charakteristických bodů (příčných řezů), vnějších rozměrů a tvaru zemního objektu, vytyčení svahů výkopu a násypu. Vytváří se tak síť bodů označených kolíky, lavičkami, výškovými značkami ve tvaru T a šikmými lavičkami. Tato síť bodů se doplňuje pomocnými body mimo zemní objekty. Pro bezproblémové provádění zemních prací se musí také vytyčit uložení podzemních vedení, jako jsou telekomunikační kabely, kabely silnoproudé rozvodné sítě, napájecí kabely městské hromadné dopravy, spojovací kabely k řízení dopravy, plynovody, horkovody, produktovody, vodovody a kanalizační sítě. V bezprostřední blízkosti těchto sítí je pak upraven způsob provádění vykopávek, obvykle je nutno sondami ověřit uložení sítí a do vzdálenosti do 1 m je povoleno provádět vykopávku strojně. Provádění dalších vykopávek se děje ručně způsobem odpovídajícím charakteru vedení. O způsobu, postupu prací a o bezpečnostních opatřeních musí být pracovníci před zahájením prokazatelně poučeni. Před zahájením prací je nutno zjistit stav objektů v blízkosti provádění zemních prací a zabezpečit je proti poškození a porušení. Týká se to zajištění bezpečnosti proti sesuvu a sedání objektů v blízkosti výkopu, ale také provedení opatření proti poškození menších objektů a stromů. V zastavěné oblasti je třeba staveniště oplotit nebo vyznačit pro zabránění vstupu na staveniště. Před zahájením prací je nutno věnovat pozornost zhoršení životního prostředí při provádění zemních prací. Staveniště se ohrazují pevným plotem a upravuje se doba provádění prací pro omezení vlivu hlučnosti, provádí se opatření pro snížení prašnosti apod. Při předpokladu nálezů povahy historické, archeologické, paleontologické či geologické a jiných důležitých nálezů veřejného zájmu a výskytu minerálních pramenů se obvykle práce přerušují pro zajištění nálezů a výskytů. Vykopávkami se snižuje hladina podzemní vody, což ovlivní výskyt vody ve studních a také při vyplavování jemných částic horniny může být narušena stabilita dotčeného území. 5.1.7
Přípravné práce Prvními pracemi na staveništi jsou bourací práce s odstraněním stávajících rušených objektů. Provádí se odstřelem, použitím mechanických a hydraulických kladiv nebo závaží, zemními stroji nebo ručně. Pokud jsou na staveništi inženýrské sítě, jejichž funkce má být zachována, musí být přeloženy (elektrické vedení, telekomunikační kabely, vodovody, kanalizace, meliorační systémy, produktovody apod.). Další práce se týkají odstranění porostu a sejmutí ornice. Stromy se odstraní těžením, malé stromky a keře shrnutím s jejich štěpkováním nebo spálením. Ornice se shrne, odstraní se větší kameny, kořeny a nevhodné předměty a uloží se na skládku tak, aby se neznehodnotila (na vhodném místě, výška skládky nesmí být vyšší než 2 m, sklony svahů 1:1,5 až 1:2). 5.1.8
Rozpojování Způsob rozpojování nebo těžby hornin závisí na jejich vlastnostech vyjádřených třídou těžitelnosti (viz kapitola 5.1.1). Při rozpojování jemnozrnných zemin je třeba vždy zajišťovat odtok vody
88
jak zabráněním přítoku vody z přilehlého území, tak odtoku vody z míst rozpojování. Volba způsobu rozpojování a nejvhodnější sestava strojů pro zemní práce závisí na požadavcích výstavby. Obvykle rozhodují ekonomické důvody a dává se přednost takové sestavě strojů, která má nejnižší spotřebu práce, přímých nákladů, pohonných hmot, elektrické energie apod. V následujících schématech je znázorněna funkce jednotlivých strojů na rozpojování hornin. Stroje, jako jsou buldozer a rypadla, jsou universální stroje s velkými možnostmi použití. Skrejpr je stroj nejproduktivnější při dopravních stavbách, nejenže rozpojuje a nakládá zeminu, ale také obstará vodorovnou přepravu, rozprostírání vrstvy a částečně i hutnění. Nakladače se používají pro rozpojování zemin prvních dvou tříd, ale ve spojitosti s buldozerem, který obstará rozpojení radlicí nebo u vyšších tříd těžitelnosti rozrývačem, je tato souprava strojů velmi výkonná. 5.1.9
Přemisťování U dopravních staveb se převážně jedná o vodorovné přemisťování a podle vzdálenosti přepravy se užívají: • Dozery, malé osazené na kolovém traktoru nebo grejdru na vzdálenost do 60 m, velké buldozery až 100 m, • Skrejpry na vzdálenosti od 100 do 2000 m, • Dampry do obtížných terénů, • Nákladní vozidla do vhodnějších terénů s upravovanými cestami nebo pro přemisťování po pozemních komunikacích.
Vzhledem na velké množství přepravovaného materiálu je nutno se věnovat efektivnosti přepravy. Na efektivnost přemisťování hornin má vliv vhodný výběr mechanického prostředku, vytváření a udržování staveništních cest. 5.1.10 Sypání a zhutňování Násypy, zásypy, obsypy se vytvářejí po vrstvách. Tloušťka vrstvy odpovídá možnosti tuto vrstvu zhutnit, což je závislé na vlastnostech sypaniny a na zhutňovacích prostředcích. Obvykle se tloušťky vrstev pohybují v rozmezí 0,2 až 1 m, menší tloušťky platí pro soudržné zeminy a větší pro nesoudržné sypaniny.
89
Obr. 5-7 Buldozer, skrejpr, nakladač a rypadla Převažujícím typem zemních prací je stavba násypů. Násyp se provádí ve shodě s vytyčenými směrovými prvky a vzorovým příčným řezem podle dokumentace stavby. Vrstvy se provádí na celou šířku a délku odpovídající dennímu výkonu strojů při rozhrnování a hutnění. Při provádění se musí staveniště chránit před škodlivým účinkem povrchových vod. Povrch musí být v příčném sklonu, rovný, po ukončení pracovní směny zhutněný.
Obr. 5-8 Nákladní auto a dampr Podle druhu použitých technologických vrstev rozlišujeme násypy: • prosté - násyp je tvořen z nezlepšené zeminy, převážně stejnorodého charakteru, • vrstevnaté - násyp sendvičového charakteru vybudovaný obvykle pravidelným střídáním vrstev sypanin výrazně odlišných vlastností, rozlišuje se poddajná vrstva a ztužující vrstva, • vyztužené – ztužující vrstva je nahrazena výztužnou geosyntetikou. Podle druhu sypanin se rozlišují násypy, které mají některé zvláštnosti provádění: • z nezlepšené zeminy, kde se věnuje zvláštní pozornost spraším a sprašovitým hlínám a vátému písku, 90
které se obtížně zpracovávají, z kamenité sypaniny z tvrdých sklaních a měkkých skalních hornin, z druhotných surovin, u nichž je nutno zjišťovat ovlivnění životního prostředí, a rozlišuje se popílek a/nebo popel (je nutno ochraňovat a vyztužovat), hlušiny rudných, nerudných a uhelných dolů (je nutno věnovat pozornost obsahu spalitelných látek a zabránění samovznícení v násypu), vysokopecní struska a recyklované materiály. Základní stroje pro provádění vrstev násypů jsou stroje na rozhrnování navážených sypanin jako jsou buldozery a grejdry a stroje na hutnění. Nejběžnějšími zhutňovacím prostředky jsou válce (statické, vibrační, pneumatikové, hladké, ježkové, mřížové), vibrační desky apod. Vhodnost a účinnost zhutňovacích prostředků a kontrola zhutňování se obvykle ověřuje na zhutňovacím pokusu. • •
Obr. 5-9 Grejdr a válec 5.1.11 Úpravy V zemních pracích je třeba zdůraznit úpravu podloží násypu, podloží vozovky a svahů zemních těles. Podloží násypu musí být připraveno násyp unést, podloží se bude pod jeho tíhou stláčet, ovlivňovat jeho stabilitu nebo jen musí zajistit provedení násypu. Násyp se staví delší dobu nebo se přitíží a k urychlení sedání zvodnělých podloží se provádí svislé drenážní trativody (pískové piloty a kompozitní geosyntetické pásky). Ke zvýšení stability se násyp vyztužuje výztužnými geotextiliemi. Horní vrstva podloží násypu musí být zhutněna na předepsanou míru zhutnění. Pokud je z nevhodných zemin a nelze ji zhutnit, pak se vyměňuje nebo zlepšuje. Horní vrstva zemního tělesa jako podloží vozovky musí být nejen z vhodných nebo zlepšených zemin, zhutněná na požadovanou míru zhutnění, ale povrch musí být rovný a u soudržných zemin odvodněný do odvodňovacích zařízení (povrchové nebo podpovrchové podélné drenáže, na přechodu ze zářezu do násypu je rovněž třeba zřídit příčnou drenáž). Svahy zemních těles musí být rovněž rovné a zhutněné s co nejrychlejším provedením ochrany před erozí vodou. Provádí se ohumusování zeminou uskladněnou z přípravných prací a osetím nebo se volí rychlejší a produktivnější metoda hydroosevem (na svahy se nastříká směs živin, posekané slámy, travních semen a ztužující emulze) a zejména na strmé svahy se použijí zatravňovací rohože a geosyntetika obsahující živiny a travní semena. 5.1.12 Objekty Silniční objekty jsou tunely, mosty (estakády, nadjezdy, podjezdy), propustky, opěrné a zárubní zdi a galerie. Jsou sice ekonomicky náročné, ale zejména v obtížných poměrech měst se jich stále více používá. Poloha silničních objektů se přizpůsobuje trase. Navrhování a provádění větších objektů spadá do speciálních oborů inženýrských staveb. Pouze malé objekty jako jsou propustky (délka přemostění je do 2 m) a zdi spadají do navrhování a provádění pozemních komunikací. Propustky slouží k odvedení vody (přemostění potoků, otevřených kanálů nebo jen k odvedení srážkové vody) přes násyp zemního tělesa. Úhel křížení propustku rozlišuje kolmé a šikmé propustky. Jednotlivé varianty propustků jsou na obr. 5-10. Kolmé propustky jsou sice kratší, ale při změně směru 91
toku vody se mohou zanášet. Varianta c) v obr. 5-10 zavádí do užití kalovou jámu zpomalující rychlost toku, zejména dešťové vody. Podle nosné konstrukce se propustky rozlišují na deskové (deska na opěrách), rámové, kruhové a klenbové. Podle použitého stavebního materiálu jsou betonové, kamenné, z vlnitého plechu a také dřevěné. Každá nosná konstrukce je v čele zemního tělesa ukončena křídly. Důležitý je také návrh průtočného profilu propustku, propustek musí převést obvykle 100-letou vodu, ve volné trase u méně významných komunikací nižší. Propustky se obvykle navrhují podle vzorových technologických listů.
Obr. 5-10 Umístění propustků, a – kolmý, b – šikmý, c - kolmý s kalovou jámou
Obr. 5-11 Opěrná gravitační zeď
Obr. 5-12 Zárubní gravitační zeď
Opěrné zdi se provádí na zachycení paty nebo celého násypu. Uspořádání opěrné zdi je na obr. 5-11. Opěrné zdi se zakládají v nezámrzné hloubce, přičemž nepropustným materiálem se zamezuje pronikání vody k základu. Zadní líc zdi se zabezpečuje propustným materiálem a každých 5 až 10 m se ve zdi zřizuje odtoková trubka o průměru 100 mm. Navrhování opěrné zdi se provádí s ohledem na bezpečnost otočení, posunutí a porušení materiálu zatížením od vlastní hmotnosti zdi a zemním tlakem zvýšeným o účinky náhodného zatížení silničním provozem. Základní rozměry gravitačních opěrných zdí podle symboliky v obr. 5-11 jsou v tab. 5-1. Je však možno použít i jiné typy vyztužených opěrných zdí nebo vyztužených násypů. Zárubní zdi zabezpečují svahy výkopů proti sesuvu. Nižší náhodné zatížení a stabilita svahů
92
umožňuje navrhnout gravitační zárubní zdi o menších rozměrech než zdi opěrné, což dokumentuje obr.5-12 a tab. 5-2. Tab. 5-1 Rozměry opěrných gravitačních zdí H [m] 1 2 4 6 8 10 12 16 20
1
2
3
4
5
6
pro h [m] 7 8
9
10
12
14
16
20
1,55 1,75 1,95 2,05 2,20 2,30 2,40 2,55 2,65
1,75 1,95 2,15 2,25 2,45 2,55 2,65 2,75 2,90
2,10 2,35 2,50 2,70 2,85 3,00 3,15 3,25 3,40
2,45 2,70 2,90 3,10 3,25 3,45 3,60 3,75 3,90
2,80 3,05 3,30 3,50 3,70 3,90 4,10 4,25 4,45
3,55 3,85 4,10 4,35 4,60 4,80 5,00 5,25 5,50
9
10
12
14
16
20
1,35 1,45 1,50 1,60 1,65 1,75 1,80 1,90 2,05
1,50 1,55 1,65 1,75 1,80 1,90 2,00 2,10 2,25
1,75 1,85 1,95 2,05 2,15 2,25 2,35 2,45 2,60
2,05 2,15 2,25 2,15 2,45 2,55 2,65 2,80 3,00
2,35 2,45 2,55 2,65 2,75 2,85 2,95 1,15 3,35
2,95 3,05 3,15 3,25 3,40 3,50 3,60 3,85 4,15
K [m] 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60
0,65 0,70 0,70 0,75 0,80 0,80 0,80 0,80 0,85
0,75 0,80 0,85 0,90 1,00 1,00 1,00 1,05 1,10
0,85 0,95 1,00 1,05 1,15 1,20 1,25 1,30 1,35
0,95 1,05 1,15 1,25 1,35 1,40 1,45 1,55 1,60
1,10 1,20 1,35 1,45 1,55 1,65 1,70 1,80 1,85
1,25 1,35 1,55 1,65 1,75 1,85 1,95 2,05 2,10
1,40 1,55 1,75 1,85 1,95 2,05 2,15 2,30 2,40
Tab. 5-2 Rozměry zárubních gravitačních zdí H [m] 1 2 4 6 8 10 12 16 20
1
2
3
4
5
6
pro h [m] 7 8 K [m]
0,55 0,55 0,55 0,55 0,55 0,55 0,55 0,55 0,55
0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,65 0,65 0,65 0,65
0,65 0,65 0,70 0,70 0,75 0,75 0,80 0,80 0,85
0,75 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,00 1,05
0,85 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25
0,95 1,00 1,10 1,15 1,20 1,25 1,30 1,40 1,45
1,10 1,15 1,25 1,30 1,35 1,40 1,45 1,55 1,65
5.2
1,20 1,30 1,35 1,45 1,50 1,55 1,65 1,70 1,85
Návrh zemního tělesa Při návrhu zemního tělesa se podle povahy řešeného problému uváží následující mezní stavy: • ztráta celkové stability nebo únosnosti, • porušení povrchovou erozí (vodní toky, dešťové srážky), • porušení vztlakem, vnitřní erozí nebo vymíláním (v inundačních územích), • deformace, které vedou k omezení použitelnosti zemního tělesa a které mohou způsobit poruchy přilehlých konstrukcí (vozovka, přechod na mostní objekt) a inženýrských sítí (kanalizace, drenáž a pod.). Posouzení návrhu se provádí výpočtem, použitím vzorových řešení, experimentálních modelů, pozorování objektu v průběhu stavby a užívání nebo jen odborným odhadem. Použití způsobu posouzení nebo jejich kombinace záleží na geotechnických poměrech a náročnosti stavby zemního tělesa. Jednoduché geotechnické poměry jsou v případě, není-li území členité, vlastnosti hornin se podstatně nemění, vrstvy podloží mají stálou mocnost a jsou uloženy přibližně vodorovně a hladina 93
podzemní vody neovlivňuje návrh zemního tělesa. Stavba se považuje za nenáročnou, pokud výška násypu nebo hloubka zářezu je menší než 3 m a sklon původního terénu nepřesahuje 10%. Při splnění všech těchto charakteristik je možno provést návrh podle zkušeností bez provádění geotechnického průzkumu. Při jednoduchých geotechnických poměrech a při zemním tělese do 6 m výšky se mohou použít vzorová řešení. Tato řešení je možno použít tam, kde srovnatelná zkušenost (stávající zemní tělesa v okolí jsou dlouhodobě stabilní a bez poruch) činí navrhované výpočty zbytečnými. V těchto případech se navrhují svahy násypu odpovídající začlenění násypu do krajiny a svahy zářezů odpovídají druhu zeminy. Pro posuzování zemních těles se využívají jak geotechnické informace o geologii, hydrologii, hydrogeologii a historii staveniště, tak parametry hornin odvozené z polních a/nebo laboratorních zkoušek. Ve složitých poměrech a náročné stavbě se provádí zvláštní průzkumné práce, zhutňovací pokusy, pokusné stavby apod. 5.3
Stavební materiály pro stavbu dopravních staveb
5.3.1
Kamenivo Kamenivo je přírodní nebo umělý zrnitý materiál anorganického původu a jak ve stavebnictví, tak v dopravních stavbách, je základním stavebním materiálem. Kamenivo se rozděluje: a) Podle původu: - přírodní - těžené z přírodních ložisek nebo drcené z přírodního kamene, - umělé - průmyslově vyráběné procesem tepelného nebo jiného zpracování, - recyklované – zpracováním anorganického materiálu dříve použitého ve stavebních konstrukcích. b) Podle vzniku zrn: - drcené - získané drcením kusového kamene nebo jiných anorganických látek, v rozmezí 2 mm až 22 mm se nazývá drť, frakce 32-63 je označována jako štěrk, - těžené – vzniklé přirozeným rozpadem hornin a uložením zrn vodou nebo větrem, méně než 40% hmotnostního obsahu tvoří zrna s nejméně jednou lomovou plochou, - těžené předrcené - vzniklé předrcením těženého kameniva nad 2 mm s podílem zrn s nejméně jednou lomovou plochou větším než 40%. c) Podle velikosti zrn: - hrubé – velikosti 4 mm až 125 mm (zrna, která projdou sítem se čtvercovými oky 125 mm a zůstanou na sítě 4 mm.. - drobné – velikosti do 4 mm, - štěrkodrť – směs drobného a hrubého drceného kameniva omezená horním sítem (např. 0-8,0-16, 0-22 atd.), - štěrkopísek – směs drobného a hrubého přírodního těženého kameniva omezená horním kontrolním sítem, - kamenná moučka – přírodní kamenivo vzniklé mletím větších zrn nebo odsáváním kamenného prachu omezené horním sítem 2 mm s propadem sítem 0,09 mm nejméně 60%. Propad sítem 0,09 mm se v asfaltových směsích nazývá filer. d) Podle objemové hmotnosti: - pórovité - objemová hmotnost je menší než 2000 kg.m-3, - hutné - objemová hmotnost je větší než 2000 kg.m-3, toto kamenivo nachází uplatnění v dopravních stavbách. - těžké - objemová hmotnost je menší než 3000 kg.m-3 Kamenivo se třídí proséváním na sítech. Prosátá směs zrn různých velikostí v rozsahu dvou mezních sít, z nichž síto s menšími otvory zadržuje a síto s většímu otvory propouští zrna, tvoří frakci. Frakce kameniva se označuje dvěma čísly vyjadřujícími tyto otvory sít. Frakce jsou úzké v rozmezí dvou sousedních sít základní (poměr velikosti otvorů v řadě je 1:2) nebo doplňkové řady (poměr je přibližně 1:1,41), vznikají tak např. frakce 4-8, 8-16, 11-22 nebo 8-11, 16-22 apod.). Široká frakce je frakce v rozmezí kontrolních sít se čtvercovými oky přesahující poměr 1:2, nebo frakce omezené jen kontrolním sítem s otvory většími než 1 mm, např. 2-6, 0-2 apod. Čára zrnitosti kameniva je součtová 94
čára propadů kameniva na jednotlivých sítech základní, případně i doplňkové řady sít vyjádřená v procentech hmotnosti. Na rozdíl od zemin čára zrnitosti končí sítem velikosti 0,05 mm. Souhrn všech zrn frakce zadržených horním sítem vyjádřených procentem hmotnosti kameniva je nadsítné. Nadsítné ovšem musí propadnout v základní řadě vyšším sítem. Nadsítné vzniká v procesu třídění opotřebením nebo protržením sít. Všechna zrna vyjádřená v procentech hmotnosti propadající spodním sítem frakce tvoří podsítné. Podsítné vzniká při třídění většího množství kameniva než je výkon třídící linky, dochází k zahlcování sít. Rozlišujeme vlastnosti kameniva: 1. Fyzikální, popisující velikosti, tvar, hutnost a nasákavost zrn: • frakce zrnitosti, čára zrnitosti a u štěrkopísku je čára zrnitosti charakterizována číslem nestejnozrnnosti (poměrem velikosti zrn odvozených z propadu 60% a 10%), • nadsítné, • podsítné, • tvar zrn - podíl plochých a protáhlých zrn (poměr nejmenšího rozměru k největšímu je 1:3) v procentech hmotnosti, • obsah cizorodých částic - procento hmotnosti jiných částic než zrn kameniva, • odplavitelné částice - obsah zrn v procentech hmotnosti kameniva, který promýváním projde sítem 005, zrna mohou pocházet i z jemnozrnných zemin, • nasákavost – procento hmotnosti vody vyplňující po uložení kameniva do vody póry v zrnech. 2. Mechanické • mrazuvzdornost – charakterizuje rozpadání zrn působením vlhkosti a mrazových cyklů, • trvanlivost – vyjadřuje rozpadavost působením rozpínavých účinků krystalizujícího síranu sodného v pórech kameniva, • otlukovost nebo drtitelnost v rázu vyjadřující odolnost proti rozdrcení zrn působením ocelových koulí v ocelovém válci nebo pro železnice působením rázů pomocí beranu, • ohladitelnost – odolnosti vůči vyhlazení povrchu působením korundového písku; je důležitá pro kamenivo na povrchu vozovek. S harmonizací evropských norem některá zde uvedená názvosloví nebo velikost sít doznají v krátké době změn. Například se rozlišují totálně drcená, drcená, oválná a totálně oválná zrna, za drobné (jemné) kamenivo se považuje kamenivo pod 2 mm a bez ohledu na původ bude se označovat písek, odplavitelné částice a filer jsou jednotně stanovovány na sítu 0,063 mm. Podle naměřených hodnot jednotlivých vlastností kameniva se jednotlivá kameniva, pocházející z různých hornin, zpracovávaná různými technologiemi a za různé technologické kázně, zatřiďují do tříd vyjadřujících jejich kvalitu. Nejvyšší třídy kameniva A, B nebo dokonce kameniva se zvýšenými technickými vlastnostmi, se pak používají v dopravních stavbách pro nejnáročnější účely, jako jsou kryty vozovek bezprostředně namáhané dopravou a klimatickými vlivy. 5.3.2
Hydraulická pojiva První použití hydraulických pojiv je dokumentováno na Krétě 3 500 let př.n.l. Kamenné desky na cestě ke svatyni byly uloženy do směsi vápna a hlíny. Hydraulická vlastnost pojiv je schopnost práškovitých látek po rozmíchání s vodou tuhnout na vzduchu nebo i ve vodě v trvale pevnou hmotu. Nyní se jako hydraulická pojiva používají: • Cementy – portlandské cementy struskové a vysokopecní, portlandské cementy a pro výstavbu cementobetonových krytů se používá velmi jemně mletý portlandský cement často označovaný jako silniční cement, • Vápna – vzdušná vápna kusová, mletá nebo vápenný hydrát, • Pomalu tuhnoucí pojiva – pojiva z vedlejších produktů jako jsou odprašky z rotačních pecí cementáren (pokud zachycený úlet z odprašovacích zařízení obsahuje více než 4% CaO), pojiva získaná mletím vysokopecní granulované strusky, vytvořením směsi cementu s popílkem nebo vápna (cementu) a popílku apod. Cementy se používají na výrobu betonů a pro zpevnění nebo stabilizování písčitých zemin
95
a kameniv, vápna a pomalu tuhnoucí pojiva na stabilizování a zlepšení jemných soudržných zemin, do reakce při zlepšování vstupuje i jemná frakce (jíly) a stává se součástí pojiva. Ke tvrdnutí, zpevnění, stabilizování nebo zlepšení je zapotřebí vody. Tato se do směsí přidává nebo naopak použitím pojiv, zejména nehašeného vápna, pojivo váže vodu na chemickou reakci a zeminy jinak nezpracovatelné pro vysokou vlhkost se stanou využitelnými v zemních objektech. 5.3.3
Asfaltová pojiva Asfaltové materiály se v dopravních stavbách užívají od starověku. Na územích výskytu ropy se vyskytují snadno přístupné asfaltické písky, které vnikly tak, že těžko se odpařující látky z ropy vyplnily mezery mezi pískovými zrny. Po zahřátí tato směs písku a asfaltu je formovatelná do cihel, které se užívaly jako izolace proti vlhkosti nebo na zpevnění cest. Asfalt se také užíval na vyplnění spár mezi keramickými dlaždicemi zpevňujícími povrch silnice. Asfalt je viskózní pojivo a k viskózním pojivům přiřazujeme ještě dehty. Asfalty a dehty jsou také společně nazývány živičnými pojivy. K využití kamenouhelného dehtu ke zpevnění povrchu silnic dochází v první polovině 19. století, ale současné poznatky o karcinogenních účincích dehtu na člověka využití dehtu zakazují. Proto již lze o viskózních nebo živičných pojivech hovořit jen o asfaltu, který je ve většině jazyků nazýván bitumenem. Asfaltem je jak v běžném laickém jazyce, tak i v cizích jazycích, označována směs kameniva a pojiva, tedy u nás technicky správně asfaltová směs nebo asfaltová vrstva. K použití asfaltových směsí vyrobených současnými způsoby dochází již koncem 19. století. Asfalt je koloidní směs vysokomolekulárních uhlovodíků, je zde zastoupeno až kolem tisíce různých sloučenin. V zásadě se rozdělují na tekuté složky (oleje a pryskyřice nebo podle jiných označení maltény) a pevné částice – asfaltény. Tato směs se v zásadě vyznačuje viskozitou (tekutostí) v závislosti na teplotě, viz obr. 5-13. Asfalty se podle původu a vlastností dělí na: a) Přírodní získané těžením v přírodních nalezištích (Selenica v Albánii, Trinidad apod.), obvykle je to směs jemného kameniva (popelu) a asfaltu. b) Ropné získané destilací ropy jako zbytek destilace po získání benzinu, nafty a lehkých topných olejů. Asfalty nemusí být oddělovány a mohou být součástí těžkých topných olejů. Zvláštní skupinou jsou asfalty parafinické jako asfalty obsahující více než 4% parafinů (např. svíčka), které tají při teplotách mezi 25°C až 35°C. Tyto asfalty se dále rozlišují na ropné asfalty • destilační jako asfalty získané přímo po destilaci vhodné pro použití, • polofoukané vyráběné z destilačních asfaltů umělým stárnutím za použití vzduchu (částečnou oxidací), • foukané (oxidační) vyráběné umělým stárnutím k získání vysoce viskózních asfaltů používaných v izolacích proti vodě a vlhkosti, • modifikované, kdy destilační nebo polofoukané asfalty jsou upravené přídavkem přísad zlepšujících jejich užití jak v asfaltových směsích, tak pro hydroizolace nebo zálivky. c) Ředěné asfalty, kde asfalty destilační a polofoukané jsou ředěny prchavými látkami (lakový benzin apod.) k získání řidší hmoty umožňující zpracování za běžných nebo mírně vyšších teplot. Z důvodů ekologických se ředěné asfalty nedoporučují používat. d) Asfaltové emulze jako stabilní směsi jemně mechanicky rozptýleného asfaltu ve vodě (podobně jako je mléko směs vody, tuku a jiných látek) za použití látek nazývaných emulgátory a stabilizátory, čímž je zajištěna řídkost umožňující zpracování při běžné teplotě bez zahřívání. Rozdělení asfaltů se děje na základě konvenčních zkoušek více méně charakterizujících viskozitu v závislosti na teplotě (viz obr. 5-13): • Penetrace. Definovaná jehla zatížená 100 g je po dobu 5 s vtlačována do povrchu asfaltu. Zatlačení v jednotkách 0,1 mm vyjadřuje hodnotu penetrace, standardizována je při teplotě 25°C. • Bod měknutí. Je to teplota, při níž asfalt změkne natolik, že ocelová kulička položená na vrstvě asfaltu o tloušťce 6,4 mm v kroužku (prstýnku) ji protáhne na délku 25 mm. • Teplota lámavosti. Je to teplota, při níž vrstva asfaltu o tloušťce 0,1 mm nanesená na ocelový plíšek je s ním současně ochlazována a namáhána intenzívním prohýbáním až vrstvička asfaltu praskne. • Duktilita. Vyjadřuje tažnost vzorku asfaltu ve tvaru osmičky. Pomalou rychlostí se asfalt při dané teplotě, standardně 25°C, vytahuje, až do tvaru vlákna. Délka, při níž se vlákno přetrhne je hodnota 96
•
duktility v cm. U modifikovaných asfaltů se stanovuje vratná duktilita, měří se zpětné zkrácení vlákna po jeho přestřižení. Penetrační index. Charakterizuje teplotní citlivost, je možné ho stanovit z hodnot penetrací při dvou odlišných teplotách nebo z hodnot penetrace a bodu měknutí.
První čtyři vlastnosti jsou charakteristiky asfaltů uváděné ve všech normách nebo na všech dodávkách asfaltů a jsou východiskem pro předpoklad jejich vlastností z hlediska jejich použití. Penetrační index není běžná charakteristika, zejména pro modifikované asfalty. Teplotu zpracování jako teplotu míchání asfaltové směsi a teplotu hutnění musí pak výrobce uvést přímo. Stejně tak musí být uvedena teplota zpracování pro ředěné asfalty. Viskozita asfaltových emulzí se snižuje obsahem vody.
Obr. 5-13 Závislost viskozity a smluvních zkoušek asfaltů na teplotě S – primární a polofoukané asfalty, W- parafinické, B - foukané nebo modifikované asfalty. Jsou vyznačeny také viskozity a jim odpovídající teploty požadované pro zpracování asfaltových směsí. 5.4
Konstrukční vrstvy Vozovka je zpevněná část pozemní komunikace. Skládá se z vrstev vozovky, které se z hlediska jejich funkce rozdělují na vrstvy: • Krytové s rozdělením na vrstvu obrusnou, která tvoří povrch vozovky a je přímo ovlivňována účinky dopravy a klimatickými, a vrstvu ložní, která napomáhá funkci obrusné vrstvy a není nutnou u vozovek nižšího významu. • Podkladní, která má hlavní nosnou funkci vozovky spočívající v roznosu zatížení a omezení účinku zatížení na zemní těleso. Obvykle se rozděluje na horní a spodní podklad. • Ochrannou vrstvu, která má rovněž nosnou funkci, funkci přerušovací k zamezení pronikání vody do vozovky kapilárním vzlínáním, infiltrační k zamezení pronikání podložní zeminy do vrstvy ochranné a podkladních vrstev; přispívá k ochraně vozovky před účinky mrazu v podloží. Pokud plní i funkci drenážní (plošná drenáž) k odvedení vody pronikající vozovkou nebo z podloží či zemního tělesa, pak se taková vrstva nazývá podsyp. • Funkci vozovky výrazně ovlivňuje podloží vozovky jako horní část zemního tělesa, do níž pronikají účinky zatížení a účinky klimatické. Podloží se také nazývá aktivní zónou. Pokud aktivní zóna 97
splňuje podmínky kladené na vrstvy vozovky, je snahou ji zahrnout do vrstev vozovek. Povrch podloží se nazývá pláň zemního tělesa. Umístění vrstev vozovky dokumentuje schéma na obr. 5-14. 5.4.1
Vlastnosti konstrukčních vrstev Vrstvy vozovky se rozdělují podle použitých materiálů, což dokumentuje tab. 5-3. Pro konstrukční vrstvy je podstatná jejich odezva na zatížení vyjádřená jejich reologickými vlastnostmi a způsobem porušování.
Obr. 5-14 Schéma konstrukce vozovky Tab. 5-3 Rozdělení vrstev vozovky podle použitých materiálů a technologie výroby Konstrukční vrstvy vozovek Druh
prolévané
nestmelené
Pojivo
cement
Výroba
na místě
drcené/ těžené
v centru
na místě
Název vrstvy
MZ, VŠ
ŠD / ŠP
MZK
ŠCM, KAPS
stmelené hydraulická pojiva vápno*) cement na místě ZZv
v centru S VB, PB, KSC CB
asfalt viz tabulku 5-4
*) Jako vápno lze použít ostatní pomalu tuhnoucí hydraulická pojiva uvedená v kapitole 5.2.2 Vysvětlivky ke zkratkám: MZ – mechanicky zpevněná zemina, VŠ – vibrovaný štěrk, MZK – mechanicky zpevněné kamenivo (minerální beton), ŠD – štěrkodrť, ŠP – štěrkopísek, ŠCM – štěrk částečně vyplněný cementovou maltou, KAPS – kamenivo zpevněné popílkovou suspenzí, ZZv – zemina zlepšení vápnem, S – stabilizace zemin, KSC – kamenivo zpevněné cementem, VB – válcovaný beton, PB – podkladní beton, CB – cementobetonový kryt. Reologické vlastnosti charakterizují způsob přetváření látky pod zatížením v závislosti na čase a znázorňují se reologickými modely a diagramy (obr. 5-15). Za materiály pružné (elastické) lze v rozsahu běžného zatížení považovat vrstvy zpevněné cementem, tedy cementový beton, kamenivo stmelené cementem a stabilizace zemin cementem. Tyto vrstvy se přetvářejí prakticky přímo úměrně velikosti zatížení jako jejich reologický model – pružina (obr. 5-15a). Po odtížení zůstává jen zanedbatelná část deformace jako nevratná. Při překročení meze pevnosti se látky porušují trhlinou a v podmínce spolehlivosti při posuzování bude vystupovat návrhová pevnost v tahu nebo v tahu za ohybu. Jako materiály plastické, přesněji pružnoplastické se chovají nestmelená kameniva a nesoudržné zeminy. Až do jisté velikosti napětí se vrstvy z těchto materiálů přetvářejí jako pružné látky, ale překonáli namáhání velikost vnitřního tření mezi zrny, materiál se přetváří, pokud působí zatížení (obr.5-15c).
98
Taková mez kluzu se výrazně v konstrukci vozovek nevyskytuje (týká se jen zvodnělých zemin, které nelze zabudovat ani do zemního tělesa), ale přesto při každém zatížení zůstane část přetvoření jako nevratná a kumulací nevratných přetvoření vznikají trvalé deformace.
Obr. 5-15 Reologické modely přetváření a reologické diagramy jako závislost napětí σ na přetváření ε Vazké (viskózní) vlastnosti jsou charakteristické pro kapaliny. Ze silničních materiálů asfalt ve vrstvách stmelených asfaltem a voda v soudržných zeminách způsobují vazkopružné přetváření. Toto přetváření je výrazně závislé na charakteru zatížení, čím rychlejší je zatížení (kratší doba působení zatížení), tím méně se vrstvy přetvářejí (obr. 5-15b). Při dlouhodobém zatížení (obr. 5-15d) zůstává po odtížení část deformace jako trvalá. Porušení takové vrstvy bude charakterizováno trvalou deformací. Asfaltové vrstvy mají výraznou závislost vazkých vlastností na teplotě. Při teplotách pod - 10°C až 0°C (podle druhu a obsahu asfaltu) se směsi přetváří převážně pružně a porušení charakterizuje síť trhlin. Od teploty 30°C až 40°C se trhliny nevytvářejí a dochází k rychlejšímu nárůstu trvalých deformací. Při namáhání, které překročí vnitřní tření kameniva, se asfaltová směs trvale přetváří nade všechny meze (naprosto technologicky vadná směs). Podle reologických vlastností se pak krátce vozovky s cementobetonovým krytem nazývají vozovky tuhé, jsou pružné a porušují se trhlinami. Pokud jsou cementem stmelené vrstvy překryty asfaltovými vrstvami, pak se vozovky nazývají polotuhé a mají porušování obojí, vznikají jak trhliny v důsledku pružného přetváření a tepelného namáhání cementem stmelených vrstev, tak trvalé deformace v asfaltových vrstvách. Vozovky s asfaltovými, nestmelenými, prolévanými vrstvami i vozovky s krytem z dlažby a tvárnic jsou souhrnně netuhé, porušují se trvalou deformací jak asfaltových vrstev, tak celé vozovky, tak trhlinami v případě chladného počasí. 5.4.2
Nestmelené vrstvy Nestmelené vrstvy se vyznačují zrnitou skladbou materiálu, jehož vlastnosti ve vozovce záleží jen na vnitřním tření zrn kameniva. Není zajištěno žádné stmelení, žádné kohezivní vlastnosti. Pouze pro mechanicky zpevněnou zeminu (MZ) je materiál získán těžením ze zemníku, pro ostatní nestmelené vrstvy se používá kamenivo získané od výrobce kameniva. Pro MZ se těží vhodné zeminy vyhovující předepsané čáře zrnitosti nebo se vhodné zeminy míchají tak, aby požadovaná čára zrnitosti byla splněna. MZ je v zásadě zrnitosti 0-32, přičemž se připouští propad na sítě 0,063 až 12%, jen v nepříznivých poměrech vodního režimu (viz kapitola 5.5.4) se požaduje průběh čáry v rozsahu nenamrzavé zeminy (viz obr. 5-4).
99
Vibrovaný štěrk (VŠ) je kamenivo frakce 32-63 (štěrk), rozprostřené do vrstvy a do jeho mezer se vibrováním vpravuje kamenivo nižších frakcí (nejprve 8-16 a pak 0-4). Tímto postupem se na vozovce vytváří vrstva, v níž jsou minimalizovány mezery mezi zrny kameniva, zvyšuje se tak vnitřní tření mezi zrny a tím i mechanické vlastnosti vrstvy. Pokud se již kamenivo vyrobí se zastoupením všech velikostí zrn v plynulé čáře zrnitosti, štěrkodrť (ŠD) 0-D, pak stejného dokonalého uložení se dosáhne pouze zhutněním vrstvy bez jiných pracných operací. Materiálem pro mechanicky zpevněné kamenivo (MZK) je kamenivo nejméně dvou frakcí, které se v míchačce smíchá za přidání optimálního množství vody pro zamezení segregace zrn a usnadnění zhutnění. Na zhotovení vrstev z nestmeleného kameniva jsou zapotřebí dopravní prostředky, na rozhrnutí a zarovnání nejlépe grejdr a na zhutnění válce, ve většině případů vibrační. Je možno používat i vysokovýkonných pokladačů s přesným elektronickým naváděním směru a výšky pokládané vrstvy. Podobné zařízení je možno nasadit po zhutnění vrstvy, které vrstvu seřízne do požadované výšky. K provedení MZK je navíc třeba jednoduché míchací zařízení. 5.4.3
Prolévané vrstvy Prolévané vrstvy uvedené v tabulce 5.3 jako ŠCM a KAPS jsou vrstvy kameniva 32-63 provedené stejně jako VŠ jen s tím rozdílem, že namísto zavibrovávání méně hrubého a drobného kameniva se do vrstvy pomocí vibračního válce vpravuje rozprostřená řídká cementová malta (ŠCM) nebo popílková suspenze. Cementová malta vtéká do mezer kameniva, přičemž vibrováním se do mezer zespodu z ochranné vrstvy dostává část kameniva. Obě tyto hmoty se setkají a vyplní mezery mezi hrubým kamenivem, navíc cementová malta ztvrdne. Je tak maximalizováno vnitřní tření, přičemž horní povrch je celistvý a umožňuje chůzi chodcům v průběhu výstavby a následnou pokládku dlažby do pískového lože. V případě KAPS je popílková suspenze natolik řídká, že proteče až na spodní líc hrubého kameniva (vrstva štěrku se musí chránit, aby suspenze netekla kam nemá, mimo vozovku, do otvorů kanalizace a ochranných potrubí). Popílková suspenze je buď jen směs vody a popílku ve vyváženém množství, takže po ztrátě menšího množství vody vsáknutím do pórů kameniva suspenze ztuhne stejně jako mletá káva po dopití šálku turecké kávy. Obvykle je však v popílkové suspenzi cement (vyšší kvalita vrstvy), který zvýší tekutost a navíc suspenze ztvrdne. Jak vyplývá z popisu technologie, je zapotřebí dopravních prostředků na dovoz štěrku, grejdru na jeho rozhrnutí a zarovnání. Cementovou maltu dopravuje domíchavač betonu, popílkovou suspenzi může kromě domíchavače přepravovat upravená cisterna na dopravu a rozstřik tekutých hmot (fekální vůz). Dávkování malty a suspenze se zajišťuje ručně podle zkušenosti k vyplnění mezer. Zhutňování se děje vibračním válcem. 5.4.4
Vrstvy stabilizované a zpevněné hydraulickými pojivy Tyto vrstvy pokrývají širokou škálu materiálů s použitím méně vhodných zemin až kvalitních kameniv. Nicméně pevnost materiálů není prvotním cílem těchto vrstev, k jejich rozdělení se užívá pevnosti v prostém tlaku. Materiály, užití a pevnosti znázorňuje tab. 5-4. Tab.5-4 Složení, použití a pevnosti stabilizovaných a zpevněných vrstev Materiály Pojivo Použití Vrstva vozovky
zeminy
kamenivo
vápno
cement
podloží ochranná vrstva ZZV
Pevnost (MPa)
S III, 1
podkladní vrstva horní
spodní II,
I
1,8
2,5
KSC II, 7
Použité zkratky viz tab. 5-3
100
I 8
VB II, 12
I 15
PB III 20
II
I 25
5
OBSAH NAVRHOVÁNÍ A STAVBA POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ .....................................................82 5.1 Zemní práce ..............................................................................................................................82 5.1.1 Vlastnosti hornin..............................................................................................................82 5.1.2 Geosyntetika ....................................................................................................................85 5.1.3 Materiály pro speciální zemní konstrukce .......................................................................86 5.1.4 Zemní práce a zemní objekty...........................................................................................87 5.1.5 Geotechnický průzkum ....................................................................................................87 5.1.6 Doprovodné činnosti zemních prací ................................................................................88 5.1.7 Přípravné práce ................................................................................................................88 5.1.8 Rozpojování .....................................................................................................................88 5.1.9 Přemisťování....................................................................................................................89 5.1.10 Sypání a zhutňování.......................................................................................................89 5.1.11 Úpravy ...........................................................................................................................91 5.1.12 Objekty...........................................................................................................................91 5.2 Návrh zemního tělesa................................................................................................................93 5.3 Stavební materiály pro stavbu dopravních staveb.....................................................................94 5.3.1 Kamenivo.........................................................................................................................94 5.3.2 Hydraulická pojiva...........................................................................................................95 5.3.3 Asfaltová pojiva...............................................................................................................96 5.4 Konstrukční vrstvy....................................................................................................................97 5.4.1 Vlastnosti konstrukčních vrstev.......................................................................................98 5.4.2 Nestmelené vrstvy............................................................................................................99 5.4.3 Prolévané vrstvy ............................................................................................................100 5.4.4 Vrstvy stabilizované a zpevněné hydraulickými pojivy ................................................100
Techologická zařízení pro stavbu vrstev stmelených hydraulickými pojivy jsou dávkovací a míchací zařízení. Jsou buď stacionární, jako míchací centra (betonárny nebo pro stabilizace jednodušší centra) nebo zařízení pojízdná. Pojízdná souprava strojů obsahuje přepravník s dávkovacím zařízením práškového pojiva, které se dávkuje na povrch vrstvy, a za ním se pohybuje pojízdná zemní fréza promíchávající pojivo se zeminou. Některé soupravy užívají dávkovací zařízení cementu a případně vody nebo cementové kaše přímo do zemní frézy. V obou případech je pak vrstva rozprostřena, vyrovnána a zhutněna jako u nestmelených vrstev. Technologie podkladních betonů vyžaduje k přepravě domíchavač betonu a vibrátor na hutnění rozprostření vrstvy do bednění. U těchto betonů se musí zřizovat spáry, aby nedošlo k divokému vytvoření trhlin. 5.4.5
Asfaltové vrstvy Asfaltové vrstvy mají široké použití a několikerou technologii výroby a zpracování, což je uvedeno v tab. 5-5. Tab. 5-5 Rozdělení asfaltových vrstev podle technologie zpracování Asfaltové vrstvy v centru
Výroba
na místě
hutněním Zpracování Název vrstvy
za studena
litím za studena
za horka OK
AB
AK
L A
EKZ
vtlačováním Za horka
postřikem za horka i za studena
VAB,URV VM
PM
N
P
OK - obalované kamenivo, AB - asfaltový beton, AK – asfaltové koberce (M - mastixový, D - drenážní, T - tenký, VT - velmi tenký, O - otevřený), LA – litý asfalt, EKZ – emulzní kalový zákryt, VAB - vtlačovaný asfaltový beton, URV – uzavřená recyklovaná vrstva (Remix – plus), VM – vsypný makadam, PM – penetrační makadam, N – nátěr, P – postřik Asfaltové směsi se připravují v obalovnách. Schéma takové obalovny je na obr.5-16. Z oddělených skládek kameniv různých frakcí a kvalitativní třídy se pomocí dávkovacího zařízení pro dodržení navržené zrnitostní skladby směsi kameniva vytváří proud kameniva unášený do sušícího bubnu. Zde se v proudu spalin z plynového nebo olejového hořáku vysuší a ohřeje na teplotu obalování, která odpovídá viskozitě pojiva (viz obr. 5-13). Jemné částice kameniva unášené proudem spalin a horkého vzduchu se zachycují ve filtračním zařízení a vrací se zpět do výroby. Pro přesné dodržení čáry zrnitosti, na níž záleží plnění požadavků silničního provozu a doba životnosti vrstvy, se kamenivo znovu roztřídí na jednotlivé úzké frakce, které se při dávkování do míchačky váží. Do míchačky směřuje také asfalt z dávkovacího zásobníku ohřátý na teplotu obalování kameniva a přesně se dávkuje v množství odpovídajícím naváženému množství a zrnitosti kameniva. V míchačce se kamenivo asfaltem obalí (zamíchá). Vyrobená asfaltová směs pro hutněné vrstvy putuje před odvezením na staveniště do zásobníků asfaltové směsi. Automobily se zakrytá nebo zaplachtovaná směs doveze ke speciálnímu pokladači (finišer, viz obr. 5-17), který vrstvu rozprostře do projektované tloušťky, rovnost je zajištěna elektronickým naváděcím zařízením. Takto položenou vrstvu okamžitě hutní válce, vibrační, statické nebo pneumatikové. Po vychladnutí je možno směs pojíždět. Asfaltovou směsí pro litý asfalt, u níž jsou všechny mezery mezi kamenivem vyplněny asfaltem (kamenivo v pojivu „plave“), se po zamíchání plní přepravník litého asfaltu, v němž se za stálého ohřevu směs míchá a dopravuje na staveniště. Jak z názvu vyplývá, klade se ručně nebo finišerem pro litý asfalt bez hutnění pouze do projektované tloušťky. V obalovně se používá asfalt vyšší viskozity, tudíž teplota zpracování je vyšší, a proto přidávaná kamenná moučka, která se používá v dvojnásobném množství než u hutněných směsí (až 30%), se musí ve zvláštním sušícím bubnu ohřívat.
101
Obr. 5-16 Obalovna na výrobu asfaltových směsí Rozdělení hutněných vrstev na typy směsí je podle jejich použití a tomu odpovídají použitá kameniva, asfalty a také čára zrnitosti. Obalovaná kameniva jsou určena pro podkladní vrstvy, ostatní směsi jsou pro vrstvy krytové. Asfaltové koberce mastixové, drenážní, tenké a velmi tenké jsou určeny výhradně pro obrusnou vrstvu. Koberce použitím převážně úzkých frakcí drcených kameniv vytváří výraznou texturu povrchu, dobrou drsnost a sníženou hlučnost. Zvláštní vlastnosti nabízí asfaltový koberec drenážní, mezery mezi zrny úzké frakce (4-8 nebo 8-11) nejsou vyplněny drobným kamenivem, ve směsi zůstává 20 až 28 % volných mezer, jimiž se povrch vozovky odvodňuje. Za projíždějícími vozidly za deště nedochází k vytváření mlhy snižující viditelnost a na tomto povrchu je pak dosažena nejnižší hlučnost. Obr. 5-17 Finišer pro pokládku asfaltových směsí 1 – násypka asfaltové směsi, 2 – dopravník asfaltové směsi, 3 – šnekový rozhrnovač směsi, 4 – hydraulicky rozšiřitelná hutnící kladina Obalovny jsou v současnosti plně automatizované provozy s hodinovou kapacitou nejméně 100 t asfaltové směsi pro hutněné vrstvy. Asfaltové směsi jsou tak kvalitním, trvanlivým materiálem pro výstavbu vozovek. Asfaltové směsi za studena mají před sebou budoucnost. Zatím je u nás zavedena výroba směsi obalené asfaltovou emulzí pro údržbu výtluků v zimním období a obalování směsi zpěněným asfaltem (k asfaltu se před jeho dávkováním přidává voda, která jej napění) a touto pěnou se za studena obalí vlhké kamenivo. Pěnoasfaltová směs se užívá v podkladních vrstvách zejména menších staveb, je možné ji totiž skladovat a postupně zpracovávat. Asfaltové vrstvy vznikající postřikovou technologií patří k nejstarším. Penetrační makadam se 102
vyrábí rozprostřením kameniva 32-63, zarovnáním a zhutněním statickým válcem. Pak se povrch pomocí rozstřikovače prolije asfaltem a podrťuje kamenivem nižší zrnitosti (8-16,11-22 apod.) a důkladně zaválcuje. Postřik je pouze tenká vrstva asfaltu nanesená rozstřikovačem a slouží k infiltraci otevřeného povrchu (infiltrační postřik), ke spojení vrstev vozovky (spojovací postřik) nebo k regeneraci zestárnutého asfaltového povrchu (regenerační postřik). Nátěr se skládá z postřiku, do něhož se okamžitě po provedení nanese podrťováním vrstva kameniva. Zrna kameniva úzké frakce jsou co nejtěsněji vedle sebe a do pojiva se zatlačí válcem. Rozšířeného použití nyní dosahuje nátěrová technologie při údržbě asfaltových vozovek, zejména ke zvýšení drsnosti a ochrany míst s počínajícím porušováním. Používají se také vysprávkové soupravy aplikující nátěr na omezené plochy vozovky, které vykazují počínající porušování. Emulzní kalové zákryty jsou asfaltové směsi vyrobené z kameniva, vody, asfaltové emulze a přísad v pojízdném pokladači, který řídkou směs okamžitě pokládá ve vrstvě o málo převyšující velikost největších zrn v kamenivu. Je to údržbová technologie jíž ze omezuje vznik a šíření poruch povrchu vozovky (povrch se utěsňuje) a ve zvláštních případech se obnovuje drsnost (emulzní kalový zákryt speciální se pak také nazývá mikrokoberec). Obr. 5-18 Detail rozstřikovací lišty a podrťovače nátěrové soupravy
1 – zásobník kameniva, 2 – zásobník kamenné moučky, 3 – nádrž na stabilizátor, 4 – dávkovač kameniva, 5 – dávkovač emulze, 6 – dávkovač vody a stabilizátoru, 7 – míchačka, 8 – asfaltová směs, 9 – pokládací rám, 10 – emulzní kalová zákryt, 11 – zvlhčení povrchu Obr. 5-19 Schéma pokladače emulzních kalových zákrytů Mezi vtlačované úpravy patří vsypný makadam, který se od penetračního makadamu liší tím, že se prolití asfaltu nahrazuje použitím již obaleného (předobaleného) kameniva. Pro zvýšení drsnosti se může použít asfaltový beton, do jehož povrchu se zatlačí předobalené kamenivo úzké frakce, které vytvoří hrubou makrotexturu (úprava se zvláště používá ve Velké Británii). Mezi speciální vtlačované úpravy patří také recyklážní technologie Remix Plus, kde na za tepla rozpojenou a znovu rozprostřenou vrstvu se jedním strojem položí velmi tenká nová obrusná vrstva a obě vrstvy se naráz hutní (viz kapitola 5.6). 5.4.6
Cementobetonový kryt Využít trvanlivost betonu pro vozovky se pokoušejí už celé generace silničářů. Základním problémem jsou však dilatační spáry, kterými je nutno dělit souvisle pokládanou vrstvu betonu. Tyto spáry jsou vždy zdrojem poruch, které snižují pohodlí silničního provozu a životnost vozovky nedosahuje
103
životnost betonu. Jistou nevýhodou je obtížná udržovatelnost a opravitelnost cementobetonových vozovek. Přesto jsou známy doby užívání cementobetonových vozovek bez oprav přes 50 let. V současnosti se cementobetonové vozovky užívají pro nejtěžší dopravní zatížení (dálnice), nebo naopak v drobných a průmyslových stavbách. Kontinuální automatizovaná výroba a plně mechanizovaná výstavba s vysokými denními výkony je hlavní charakteristikou dálničních staveb. Pro omezení vlivu účinků na sparách desek (viz obr.5-20) se do nich vkládají kluzné trny umožňující délkové změny desek a kotevní trny spínající desky v jednotlivých pásech. Všechny spáry jsou naříznuty diamantovými kotouči a těsněny trvanlivou asfaltovou zálivkou k zabránění pronikání vody pod desku. V některých případech se jde ještě dále, desky se spojitě vyztužují pouze podélnou výztuží a výztuž zabraňuje vzniku pravidelných širokých trhlin, vytváří se pouze úzké, sotva znatelné trhliny. Na takto zhotovených deskách potom nedochází ani k výškovým pohybům desek na hranách z důvodu rozdílných teplot horního a spodního povrchu desky (v noci je povrch chladnější a kratší a hrany a rohy se zdvihají, ve dne se zdvíhá střed desky). Tyto pohyby jsou jednak znatelné při jízdě, volný nepodepřený povrch je více namáhán a pokud je pod deskou voda, tak průhybem desky při každém přejezdu těžkého vozidla dochází k vytlačení vody pod tlakem a k následné erozi desky nebo podkladní vrstvy. Cementobetonové kryty se zřizují v tloušťkách 200 mm pro nejmenší dopravní zatížení, pro dálnice 260 mm a pro letištní vozovky až 350 mm. Cementobetonový kryt je ze speciálního betonu, jeho pevnost se měří ve zkoušce v tahu za ohybu a pro zvýšení odolnosti proti účinkům mrazu a rozmrazovacích prostředků (soli) se přidávají provzdušňovací přísady. Pokud se nepoužije pro drobné stavby tento beton, musí být navržena kvalita nejméně B 30.
Obr. 5-20 Cementobetonový kryt se spárou kotvenou kluzným trnem a spojitě vyztužená cemetobetonová deska 5.4.7 Dlažby a dílce Dlažba je jeden z nejstarších krytů vozovek vůbec. Užívalo se a doposud se užívá dlažebních kostek nebo desek z přírodního kamene. V současnosti k těmto trvanlivým materiálům přibývají dlažební prvky z betonu nebo ze směsi kameniva a syntetické pryskyřice (konglomerovaný kámen). Dlážděné vozovky pro svůj trvanlivý povrch a příjemný estetický dojem jsou hlavně užívány na místních komunikacích, pěších zónách a také na plochách s extrémním namáháním jako jsou kontejnerová překladiště. Dlažbu z přírodního kamene rozdělujeme podle rozměrů na mozaikovou (40 až 60 mm), drobnou (80 až 120 mm) a velkou. Dlažba z vibrolisovaného betonu je různých tvarů a velikostí (viz
104
obr. 5-21), doporučuje se však, aby délka nepřesáhla 4,5násobek její výšky a nebyla větší než 280 mm. Povrch betonu se také probarvuje.
Obr 5-21 Různé tvary dlažeb z vibrolisovaného betonu Základní vlastností dlažeb z hlediska konstrukce vozovky je, že pouze roznáší koncentrované zatížení na podklad. V případě zatížení pneumatikami dlažba nepřispívá nijak ke snížení namáhání vrstev vozovky a podloží. Veškeré toto zatížení musí přenést podkladní vrstvy, a to i v případě tzv. zámkových dlažeb z vibrolisovaného betonu. Dlažební prvky se kladou ručně nebo mechanizovaně do pískového lože a poté se do lože zahutní. Je možné použít i lože z malty. Nejlepší podkladní vrstvou jsou vrstvy stabilizované nebo zpevněné hydraulickými pojivy a prolévané vrstvy (KAPS, ŠCM). Vozovky ze silničních dílců (panelů) se používají pro dočasné vozovky a dopravní plochy, pro staveništní komunikace, objížďky apod. Silniční dílec je prefabrikát ze železobetonu obdélníkového nebo lichoběžníkového tvaru o rozměrech nejméně 2000 mm x 1000 mm až 3000 mm a tloušťce 150 až 180 mm. Dílce se kladou jeřábem do písku nebo směsi drobného kameniva cementu a popílku. Zajímavé řešení vozovek nabízí kryty z vegetačních dílců (viz obr. 5-22), vytváří zpevněnou plochu, ale cca 50% jeho plochy je tvořeno humusem a vegetací z různých travin. Užívá se na příjezdech ke garážím a na zpevněná travnatá parkoviště. Pravidelné pojíždění povrchu zastoupí sekání trávy. Přesto tyto plochy vyžadují údržbu, sekání trávy, hnojení a také obnovu humusu, případně obnovu plochy s novým položením vegetačních tvárnic.
Obr. 5-22 Příklad vegetačního dílce 5.5
Návrh vozovek K navrhování vozovek se přistupuje jako u jiných konstrukcí z hlediska jejich spolehlivosti a navrhují se pomocí metod respektujících teorii mezních stavů. Je skutečností, že k navrhování vozovek se musí přistupovat v celé šířce principů navrhování. Vozovky se navrhují s rozdílnou spolehlivostí, využívá se místních a druhotných materiálů a jsou vystaveny různému zatížení a klimatickým vlivům. 5.5.1
Základní pojmy Vozovka musí umožnit bezpečný, rychlý, plynulý, hospodárný a pohodlný silniční provoz. Požadavky silničního provozu jsou plněny složkami spolehlivosti: provozní způsobilostí, trvanlivostí, udržovatelností a opravitelností. Tyto složky spolehlivosti deklarují schopnosti a je třeba je převést do technicky měřitelných a stanovitelných vlastností. Provozní způsobilost se vyjadřuje vlastnostmi povrchu vozovky: • Drsnost se vyjadřuje koeficientem tření mokrého povrchu vozovky, jehož ztráta ovlivňuje bezpečnost
105
provozu. • Nerovnost v podélném směru jako nerovnosti povrchu o vzdálenostech větších než 0,3 m, které způsobují přerušovaný styk pneumatiky s povrchem vozovky (bezpečnost provozu) a pohyby vozidla působící nepříjemně na osoby v dopravních prostředcích (pohodlí). • Nerovnost v příčném směru jako vyjetá kolej ve stopě vozidel, v níž se může shromáždit voda, která při rychlé jízdě zabrání styku pneumatiky s povrchem vozovky (aquaplanning). • Poruchy jako různé druhy poruch povrchu vozovky omezující bezpečnost, plynulost, rychlost a pohodlí silničního provozu a poruchy konstrukční omezující udržovatelnost a opravitelnost vozovky. Obvykle se vychází z popisu poruchy v zásadním rozdělení na poruchy povrchu vozovky, krytu vozovky, konstrukce vozovky a jiné poruchy týkající se zemního tělesa a objektů. Mezi měřitelné charakteristiky provozní způsobilosti se začíná také považovat hlučnost povrchu, která je způsobena jednak makrotexturou a rovněž nerovnostmi povrchu v rozsahu do 0,3 m. Trvanlivost jako schopnost vozovky odolávat zatížení v extrémních podmínkách a vlivu klimatu je zdůrazňována s ohledem na používání méně kvalitních a neobvyklých stavebních materiálů jako je na prvním místě asfalt. Únosnost je schopnost vozovky přenášet zatížení s porušováním konstrukce vozovky odpovídajícím dopravní důležitosti pozemní komunikace (návrhové úrovni porušení). Odvozuje se z charakteristik průhybu za definovaného zatížení nebo z charakteristik vrstev vozovky a podloží. Pro dané dopravní zatížení se nejobecněji vyjadřuje zbytkovou dobou životnosti vozovky. Doba životnosti vozovky je doba do potřeby provést zesílení, opravu nebo rekonstrukci vozovky. Doba životnosti obrusné vrstvy je doba do nutnosti provést souvislou údržbu. Udržovatelnost a opravitelnost jsou schopnosti netuhých vozovek údržbou a opravami zachovávat nebo zlepšovat provozní způsobilost a únosnost vozovky. Jsou základními schopnostmi, na nichž je založeno navrhování vozovek, jejich údržba a opravy. 5.5.2
Návrhová úroveň porušení V závislosti na požadované spolehlivosti jako pravděpodobnosti neporušení vozovky se navrhuje různá kvalita vrstev vozovky a různá tloušťka vrstev. Kvalita a tloušťka vrstev vozovky se projeví v nákladech na výstavbu vozovku. Pravděpodobnost porušení se při běžném používání vozovky projeví rozsahem porušených ploch povrchu vozovky a konstrukce vozovky, na kterých je třeba provést údržbu a opravu a tak vznikají náklady na údržbu a opravy. Při výskytu porušení dochází ke vzrůstu nákladů na provoz, zvýší se náklady uživatelů vlivem ztráty času, zvýšené spotřeby pohonných hmot, vyššího opotřebení vozidel a vyšší nehodovostí při snížené provozní způsobilosti vozovky a při vlastním provádění údržby a oprav vozovek. Tato fakta znázorňuje schéma v obr. 5-23. Čáry A vyjadřují náklady na výstavbu vozovky (investiční náklady) v závislosti na spolehlivosti návrhu (pravděpodobnosti neporušení) pro vozovky dimenzované pro různou v obrázku uvedenou intenzitu dopravy. Požadujeme-li pravděpodobnost neporušení blízkou 100 %, náklady prudce rostou, je možno dokonce prohlásit, že vozovku s nulovou pravděpodobností porušení při současné materiálové základně nedokážeme vůbec postavit. V závislosti na pravděpodobnosti porušení, která se v budoucnosti projeví procentem porušené plochy vozovky v rozsahu úměrném pravděpodobnosti porušení, vznikají také rozdílné náklady na údržbu a opravy vozovky k docílení požadovaných funkcí vozovky. Náklady na údržbu a opravu jsou tím větší, čím pravděpodobněji se vozovky poruší (čím větší bude rozsah poruch a poruchy budou významnější).
106
Obr. 5-23 Závislost investičních nákladů, nákladů na údržbu a opravy a zvýšených nákladů uživatelů na spolehlivosti návrhu vozovky Vyneseme-li tyto náklady nad čáry A, pak čáry B vyjadřují součtové čáry nákladů investičních a nákladů na údržbu a opravy. V závislosti na pravděpodobnosti porušení (rozsahu porušení) existují také zvýšené náklady uživatelů. V obrázku jsou tyto náklady opět uvedeny ve třech úrovních v závislosti na intenzitě vozidel užívajících pozemní komunikaci a opět vyjadřují součtovou čáru nákladů investičních, údržby a opravy a nákladů uživatelů. Podle tohoto schématu existuje spolehlivost návrhu vozovky (pravděpodobnost neporušení), při níž jsou náklady vznikající vlastníku a uživatelům konkrétní vozovky při daném dopravním zatížení minimální. Návrh vozovky jako stanovení druhu a kvality vrstev vozovky a jejich tlouštěk je rozdělen do celkem 4 návrhových úrovní porušení D0 až D3, které ctí výše popisovanou logiku nákladů. Čím nižší číslo má návrhová úroveň porušení, tím vyšší jsou požadavky na kvalitu a tloušťky vrstev vozovek a tím nižší bude přípustný rozsah a význam poruch.
107
Je sice pravdou, že při vyšší důležitosti komunikace je obvykle vyšší intenzita dopravy, ale při stejné intenzitě těžkých nákladních vozidel jsou při vyšší důležitosti požadavky na kvalitu a tloušťky vrstev vyšší. Stejně tak požadavky vyšší návrhové rychlosti, požadavky životního prostředí, sevření vozovky do obrubníků, omezení zvyšovat niveletu vozovky a také důvody estetické vedou k požadavkům zvýšení kvality a tlouštěk vrstev, tedy k nižší návrhové úrovni porušení. Tab.5-6 Doporučené návrhové úrovně porušení a tomu odpovídající skupiny pozemních komunikací v závislosti na dosavadním roztřídění pozemních komunikací Skupina pozemních komunikací
Návrhová úroveň porušení vozovky D0
A D1
D2 B D3
Důležitost pozemní komunikace ČSN 73 6101, ČSN 73 6110
Očekávaná třída dopravního zatížení ČSN 73 6114
Dálnice, rychlostní silnice, rychlostní místní komunikace funkční třídy A1, silnice I.třídy Silnice I. a II.třídy, rychlostní místní komunikace funkční třídy A 2, sběrné komunikace funkční třídy B 1 Silnice II. a III.tř., sběrné místní komunikace funkční třídy B 2, obslužné místní komunikace, odstavné a parkovací plochy Obslužné místní komunikace, nemotoristické komunikace, odstavné a parkovací plochy Dočasné komunikace Účelové komunikace
I, II, III
II, III, IV
IV, V, VI
VI II až VI
5.5.3
Dopravní zatížení Při stanovení dopravního zatíženi vozovky se může vycházet ze sčítání dopravy, z vážení náprav vozidel za provozu (vážní systém WIM), z celkového objemu přepravovaných hmot a dopravněurbanistických studií. Vychází-li se ze sčítání dopravy, je určena průměrná denní intenzita těžkých nákladních vozidel TNVo, což je v zásadě součet vozidel a jejich přívěsů nebo návěsů, jestliže mají celkovou hmotnost nad 15 t. Tato intenzita se upravuje na charakteristickou hodnotu denní intenzity dopravy TNVk uvážením průměrného ročního růstu dopravy v návrhovém období. Podle charakteristické intenzity TNVk se dopravní zatížení rozděluje do tříd dopravního zatížení podle tabulky 5.7. Tab. 5-7 Třídy dopravního zatížení podle ČSN 73 6114 Třída dopravního zatížení TNVk, vozidel/den I > 3 500 II 1501 - 3 500 III 501 - 1 500 IV 101 - 500 V 15 - 100 VI < 15 Dopravní zatížení z celkového objemu přepravených hmot se stanovuje po určení způsobu jejich přepravy, stanovení druhu vozidel, jejich vytížení apod. Objem přepravených hmot se pak převede na počet vozidel běžného silničního provozu a dále se již postupuje níže popsaným způsobem. Vážení vozidel za provozu se děje záznamem přejezdu každého vozidla se záznamem hmotnosti každé nápravy.
108
Jejich hmotnost se pak převede na účinek návrhových náprav. Pro posouzení návrhu vozovky nebo posouzení existující vozovky je třeba jakoukoliv charakteristiku dopravního zatížení převést na účinek normového zatížení. Normové zatížení v současnosti představuje návrhová náprava s charakteristikami: • zatížení nápravy Qk = 100 kN, • počet kol se zdvojenými pneumatikami 2, • poloměr dotykových (zatěžovacích) ploch ak = 0,1203 m, • dotykový tlak (intenzita svislého rovnoměrného zatížení) qk = 0,550 MPa, • vzdálenost středu dotykových ploch 0,344 m. Těžká nákladní vozidla v běžném silničním provozu se na normová zatížení převádějí porovnáním jejich účinku na porušení vozovky. Je prokázáno, že stejný účinek na porušení vozovky jako návrhová náprava má např. 26 000 osobních vozidel a naopak jedna přetížená náprava působící zatížením 150 kN poruší vozovku podobně jako 10 návrhových náprav. Za celé návrhové období se stanoví celkový přejezd návrhových náprav: Ncd = 365 . TNVk . C1 . C2 . C3 . C4 . td / γDi*
(5.1)
kde Ncd TNVk C1 C2 C3 C4
td
γDI*
je celkový počet přejezdů návrhových náprav za návrhové období, návrhové nápravy, je charakteristická hodnota denní intenzity TNV pro všechny jízdní pruhy v obou směrech, vozidel/den, je součinitel vyjadřující podíl intenzity TNV na nejvíce zatíženém jízdním pruhu, pohybuje se podle počtu pruhů pozemní komunikace mezi hodnotami 1 až 0,4, je součinitel vyjadřující fluktuaci stop (ne všechna vozidla jedou stejnou stopou), pohybuje se podle intenzity dopravního zatížení mezi hodnotami 0,7 až 1,0 je součinitel spektra hmotnosti náprav TNV a podílu plně vytížených vozidel se pohybuje mezi hodnotami 0,5 až 1,0, je součinitel vyjadřující vliv rychlosti pohybu TNV, při dovolené nebo návrhové rychlosti do 50 km/h a třídách dopravního zatížení I a II (při zastavování vozidel) C4 = 2,00, ostatních případech je C4 = 1,00, je (dílčí) návrhové období, roky, je dílčí součinitel spolehlivosti porušení vozovky v závislosti na návrhové úrovni porušení (na pravděpodobnosti porušení) a dosahuje hodnot: γD0* = 1,0, γD1* = 1,6, γD2* = = 3,0 a γD3* = 6,0.
5.5.4
Návrhové období Návrhové období pro návrh vozovek sítě silnic a místních komunikací a také pro návrh jejich oprav a rekonstrukcí je obvykle 20 let, pro cementobetonové kryty nejméně 25 let. Pro vozovky účelových komunikací návrhové období stanovuje správce. Při možnostech pravidelného zesilování lze zvolit dílčí návrhové období odpovídající předpokládané době životnosti krytu vozovky. Ve zdůvodněných případech se volí návrhové období odpovídající potřebám užívání pozemních komunikací, době užívání komunikace v dané důležitosti před uvedením do provozu nové komunikace (např. dálnice), zesílení objížďkových tras apod. 5.5.5
Klimatické vlivy Klimatické poměry ovlivňují charakteristiky vrstev vozovky a podloží. Teplota výrazně ovlivňuje chování asfaltových vrstev (mění se modul pružnosti, únavové charakteristiky a Poissonovo číslo), změny vlhkosti podloží ovlivňují chování podloží a promrznutí způsobuje mrazové zdvihy.
109
5.5.6
Vodní režim podloží Vodní režim ovlivňuje vlhkost zemin a mrazové zdvihy v namrzavém podloží. Vodní režim se hodnotí podle obr. 5-24. Pokud voda přitéká kapilární vzlínavostí až do hloubky promrzání podloží, vodní režim je velmi nepříznivý. V obou dalších režimech je mezi kapilární vzlínavostí ovlivněnou velikostí částic pod 0,02 mm a hloubkou promrznutí jistá bezpečnostní mezera a podle její velikosti se rozlišují režim nepříznivý a příznivý.
Obr. 5-24 Definice vodních režimů HPV – hladina podzemní vody, hpv – průměrná vzdálenost HPV, dpr- hloubka promrzání vozovky, hs – kapilární výška při úplném nasycení pórů zeminy vodou Vodní režim: • difúzní (příznivý) hpv > 2 hs + dpr, • pendulární (nepříznivý) dpr + hs < hpv < dpr +2 hs , • kapilární (velmi nepříznivý) hpv < dpr+ hs 5.5.7
Charakteristiky podloží Podkladem pro stanovení návrhových charakteristik podloží je hodnota únosnosti CBR (viz kapitolu 5.1.1), charakteristika vodního režimu a stupeň namrzavosti zeminy. 5.5.8
Charakteristiky vrstev vozovky Vrstvy vozovky se hodnotí návrhovými reologickými vlastnostmi a z hlediska porušování se vlastnosti vrstev vyjadřují návrhovými charakteristikami únavy, kterými se vyjadřuje postupná degradace materiálu při jeho opakovaném zatěžování vedoucím k porušení. 5.5.9
Návrh vozovky Návrh vozovky pro různé podmínky návrhové úrovně porušení, dopravního zatížení, klimatických vlivů a podloží se provede na základě: • Zkušenosti, jako opakování konstrukcí vozovek, které v podobných podmínkách a zatížení poskytly vhodné plnění svých funkcí, • Pomocí katalogu vozovek, což jsou doporučené návrhy vozovek pro specifikované podmínky, • Podrobným postupem podle návrhové metody.
110
Tab. 5-9 Příklady návrhů vozovek pro návrhovou úroveň porušení (Di, viz tab.5-6), třídu dopravního zatížení (I až VI, viz tab. 5-7), různá podloží a podkladní vrstvy Návrhová úroveň porušení / Třída dopravního zatížení (druh pozemní komunikace) D0/I (dálnice)
D1/II (silnice I. třídy) D2/II (sil II. třídy) AB II AB III OKS I 50
KSC I 200
ABS I 40 ABH II 60 OKS II 80 S I 150
ŠD 200 CBR 15 %
MZ 200 CBR 10%
MZ CBR 5 %
D0/I (dálnice)
D1/III (silnice I. tř.)
CB I 260
AKM I 40 ABVH I 60 OKS I 50 OKSH II 80 KSC I 120 MZ 150
D3/IV (Dočasná sil.) 40 50
ŠD 150 200
D2/III (sil. II. třídy)
Nátěr PMH 90 ŠD 150 MZ 150 CBR 10 %
D3/IV (Účel. kom.)
ABS I 40 ABH II 50 OKS I 50 KAPS II 200
ABS II 50 OKS I 70
CB IV 200
ŠD 150
ŠCM 200
ŠP 250
ŠP 200
MZ 200
CBR 5 %
CBR 5%
CBR
D0/II (rychl. silnice)
D1/IV (sil I. třídy)
D2/IV (sil II. třídy)
D3 (cyklist. stezka)
AKM I 40 ABH I 50 OKS I 50 OKH I 60 MZK 200 ŠP 200
ABS I 50 OKS I 90
ABS III 40 OKS I 60
ŠD 150
ŠD 150
CBR
15
%
%
AKT 30 PMJ 50 ŠD 250 CBR 5 %
ŠP 250
ŠP 200 CBR 10 %
5
CBR 5 %
CBR 10 %
D0/III (sil I. třídy) ABS I 50 ABH II 50 OKS I 80 PMJ 50 ŠD 200 MZ 150 CBR 15 %
D1/IV (sil. II. třídy)
D2/V (sil III. třídy)
ABS I 50 OKS I 50 VM 90 ŠD 150
ABS III 60 PMJ 50
DL 80 písek 40 mm
ŠD 150
ŠCM 200 ŠP 150 CBR 10 %
CBR 15 %
ŠP 200
Parkoviště os.vozů
CBR 10 %
D0/IV (městská třída)
D1/V (obsluž. kom)
D2/VI (sil III. třídy) Chodník
ABS I 50 ABH II 50 OKS I 50 OKH I 80
ABS II 40 OKS I 60 ŠD 150
Nátěr PMH 90 ŠD
MZ 200 CBR 10 %
ŠP 250
MZ 150
CBR 5 %
CBR 5 %
DL 40 písek 30 150
S I 100 CBR 5 %
Poznámka: Význam zkratek v označení vrstev je v tab. 5-3 až 5-5 Při navrhování se uvažuje dostupnost konstrukčních materiálů v daném území, postup výstavby, užívání konstrukce vozovky v průběhu výstavby, přejímka postavených vrstev vozovky a další požadavky investora.
111
Vychází se vždy z vlastností podloží. Podloží, které je z nevhodných zemin, se zlepšuje nebo vyměňuje, vlastnostmi podloží musí být nejen zajištěna budoucí funkce vozovky v daném zatížení a klimatických podmínkách, ale musí být zajištěno i řádné provedení dalších vrstev vozovky. Podle hodnot únosnosti CBR zemin v podloží se navrhuje tloušťka ochranné vrstvy nebo kombinace minimální tloušťky ochranné vrstvy s vrstvou zlepšeného podloží (zemina zlepšená mechanicky, pojivy nebo výměna zeminy za vhodnou zeminu). Na vhodném podloží se ochranná vrstva může i vypustit. Krytové vrstvy jsou navrženy podle návrhové úrovně porušení a dopravního zatížení, vybírá se tak druh, kvalita a tloušťka krytové nebo krytových a podkladních asfaltových vrstev. Výběrem ochranné vrstvy a krytových vrstev jsou řešeny podstatné části vozovky a navrhování se koncentruje na návrh podkladní vrstvy z různých materiálů. Může se použít všech dostupných materiálů, v jejich různé kvalitě a tloušťce. Některé příklady návrhů jsou v tab. 5-9. 5.5.10 Posouzení vozovky Posouzení vozovky je vázáno na omezení pravděpodobnosti porušení vozovky podle obr. 5-25. Je třeba prokázat, že navržené tloušťky vrstev vozovky jsou normovým zatížením namáhány tak, že dosažená přetvoření (nebo napětí u cementobetonového krytu) umožní vyšší počet opakování zatížení než je očekáváno výpočtem dopravního zatížení za celé návrhové období (viz rovnici 5.1). Při posuzování se berou v úvahu únavové vlastnosti asfaltových vrstev a cementobetonového krytu a nárůst trvalé deformace s opakovaným namáháním podloží. Dalšími kritérii porušení jsou odolnost konstrukce vozovky proti mrazovým zdvihům namrzavého podloží, která se obvykle řeší požadovanou tloušťkou nenamrzavých materiálů v závislosti na mrazovém indexu, vodním režimu v podloží a stupni namrzavosti zemin v podloží. Obr. 5-25 Schéma namáhání a posuzování konstrukce vozovky Kromě uvedených podmínek spolehlivosti se požaduje splnění konstrukčních a technologických požadavků. Ty zajišťují řádnou funkci vozovky, dobu životnosti, udržovatelnost a opravitelnost vozovky, ale také řádné provedení a kontrolu provedení. Tak se předepisuje nejnižší možná tloušťka asfaltových vrstev, nejvyšší tloušťka cementem stabilizovaných a zpevněných podkladů a minimální tloušťka nestmelených podkladů. Zvláštní je požadavek odolnosti asfaltových krytů vůči tvorbě trvalých deformací pod pomalým nebo zastavujícím dopravním zatížením. Je to požadavek technologický, mohou se použít jen takové asfaltové směsi, které tomuto účinku odolají. 5.5.11 Výběr vhodné konstrukce O výběru vhodné konstrukce vozovky rozhoduje plnění stanovených požadavků a hlavně cena konstrukce. Zhotovitel, jako stavební firma, navrhuje tu konstrukci, na jejíž provedení je vybaven a pomocí níž získá konkurenční výhodu oproti jiným firmám. Používá ty hmoty, jimiž zajistí požadovanou kvalitu vozovky a jejich vrstev vozovky a na jejichž pořízení, dopravu, zpracování a zabudování do vozovky vynaloží nejmenší náklady, dosáhne nejvyšší produktivitu, optimálního využití strojů, mechanismů a pracovníků. Investor financující stavbu vybírá tu konstrukci vozovky, která splňuje stanovené požadavky s jistými výhodami. Tyto výhody jsou zahrnují cenu, vyšší kvalitu prací, vyšší očekávané životnosti vozovky a krytu vozovky, delší záruční dobu apod.
112
5.5.12 Kontrola stavby vozovky Jak navrhování a posouzení vozovky, tak stavba vozovky, vychází z hodnocení podloží. Podloží musí být zhutněno na požadovanou míru zhutnění, ale musí také zajistit provádění vrstev vozovky, musí být tedy únosné. Kontrola únosnosti se nejčastěji provádí zkouškami únosnosti. Na povrch podloží se osadí kruhová zatěžovací deska a ta se postupně staticky nebo dynamickým rázem zatěžuje a měří se její pokles pod zatížením. Pokud jsou splněny stanovené požadavky, je možno přistoupit k provádění dalších vrstev vozovky. U vrstev vozovky se kontrolují použité materiály při výrobě nebo dodávce, jejich množství ve směsi, čára zrnitosti kameniv a také mechanické vlastnosti. Na provedené vrstvě se kontroluje tloušťka vrstvy, její rovnost, příčný sklon a míra zhutnění. Míra zhutnění se získá porovnáním objemové hmotnosti vrstvy na stavbě dosažené a požadované objemové hmotnosti stanovené v laboratoři při průkazních zkouškách, které modelují výrobu a zhutňování vrstvy. Mechanické vlastnosti mohou být vyjádřeny zkouškou CBR (nestmelené vrstvy, zlepšené zeminy), zkouškou pevnosti v tlaku (vrstvy stabilizované a zpevněné hydraulickými pojivy) nebo jinou zkouškou charakterizující stmelení vrstvy (stabilita hutněných asfaltových směsí a číslo tvrdosti litého asfaltu). Nestmelené vrstvy se také kontrolují zkouškami únosností stejně jako podloží. 5.6
Údržba a oprava vozovek Jako každá konstrukce sloužící svému účelu i vozovky se různými mechanismy porušování poškozují a kumulací poškození vznikají poruchy vozovky. Všechny poruchy jsou nákladné ztrátami při dopravních nehodách, ztrátami hospodárnosti silničního provozu (zvýšení nákladů na provoz, ztráty času a pohodlí) a náklady na údržbu, opravu a případně rekonstrukci vozovky. Charakteristiky provozní způsobilosti se odvíjejí od charakteristik povrchu vozovky. Ke stanovení charakteristik se používá výkonných měřicích zařízení osazených elektronickým snímáním fyzikálních charakteristik, jejich ukládáním do paměti počítačů, vyhodnocením a zatříděním jednotlivých úseků silnic do klasifikačních tříd vyjadřujících plnění provozních funkcí vozovky. Ke stanovení únosnosti (charakteristika vhodnosti konstrukce vozovky pro dané dopravní zatížení) se používá měřicích zařízení popisujících odezvu konstrukce na zařízením vyvolané zatížení. Naměřené průhyby a průhybové čáry se zaznamenávají, vyhodnocují a úseky vozovek se zatřiďují do klasifikačních stupňů podle jejich zbytkové (očekávané) doby životnosti, jako doby do nutnosti provést opravu zesílením konstrukce (přidání nových vrstev vozovky) nebo rekonstrukce. Plnění provozní způsobilosti a únosnosti vozovky je možno také popsat kvalitativním a kvantitativním záznamem a vyhodnocením poruch. Záznamem poruch se také doplňují charakteristiky povrchu vozovky získané měřicí technikou. 5.6.1
Kvalitativní rozdělení poruch Kvalitativní rozdělení poruch je otázkou zasažené tloušťky vozovky a vrstev vozovky. Vznikají tak poruchy povrchu, obrusné vrstvy, krytu, konstrukce vozovky včetně poruch v podloží.
Dojde-li ke vzniku poruchy v konstrukčních vrstvách nebo v podloží a zemním tělese, může se
113
toto objevit měřením únosnosti. Poruchy ze spodních vrstev se šíří rychle vrstvami vozovky vzhůru až na povrch vozovky, kde dojde k jejímu viditelnému projevu charakteristickému pro poruchu konstrukce vozovky a podloží. 5.6.2
Kvantitativní třídění poruch Vývoj každé poruchy spočívá ve zvyšování množství poruch a v jejich šíření do okolních ploch. Druhé hledisko třídění poruch je tedy hledisko plochy postižené poruchou.
5.6.3
Strukturální třídění poruch a jejich odstraňování Složí-li se kvalitativní a kvantitativní třídění poruch, vymezují se požadavky na plnění vztahu porušení - odstranění poruchy dle následujícího schématu: V uvedeném schématu je šipkami a čísly vyznačen obvyklý vývoj poruch a jejich odstraňování. Údržba nebo oprava je tak definována následujícím způsobem: • běžná údržba = porucha povrchu + ojedinělý výskyt • souvislá údržba = porucha povrchu + souvislý výskyt • lokální oprava = porucha konstrukce + ojedinělý výskyt • souvislá oprava = porucha konstrukce + souvislý výskyt nebo rekonstrukce porucha konstrukční kvalita LOKÁLNÍ OPRAVA
SOUVISLÁ OPRAVA nebo REKONSTRUKCE 4
3 porucha ojedinělá
kvantita 1
2 SOUVISLÁ ÚDRŽBA
BĚŽNÁ ÚDRŽBA porucha povrchu
114
porucha souvislá
K návrhu údržby a opravy je třeba poruchy řádně kvalitativně roztřídit a vymezit jejich plošný rozsah. Oba popisy jsou součástí časového vývoje porušení v konstrukci vozovky a ve směru příčném a podélném. Vývoj porušování v čase upřesní popis mechanismů porušování. 5.6.4
Mechanismy porušování vozovek Každá hmota účinkem klimatického prostředí, zatížením provozem a teplotními změnami podléhá poškozování a porušování. Také obrusná vrstva vozovky a konstrukce vozovky za různých podmínek klimatických a zatížení vykazuje podle svých vlastností mechanismy porušování. Tato poškozování a porušování se vyskytují zákonitě a náhodně, lze je však výběrem stavebních materiálů, jejich složením a provedením ovlivnit, omezit nežádoucí vlastnosti a snížit pravděpodobnost jejich výskytu. Tím se ovlivní jak kvalitativní, tak kvantitativní vývoj poruch a rychlost vývoje porušování, ale porušení se nezabrání. Je vždy třeba počítat s údržbou a opravou povrchu vozovky i celé vozovky. K poškozování a poruše povrchu vozovky a konstrukce vozovky vedou různé mechanismy porušování, které souvisí s návrhem vozovky, s dodržením konstrukčních opatření a s provedením vrstev (návrhem, použitím hmot, výrobou a položením): • Ztráta drsnosti jako ztráta smykového tření jako odporu při relativním pohybu povrchu pneumatiky vůči povrchu vozovky při brždění nebo zrychlování a změně směru jízdy vozidla. Odpor je pak dán množstvím uvolněných částic z obou povrchů. Čím bohatěji tvarované oba povrchy jsou (zvýšení měkkostí a připuštění většího opotřebení pneumatik se zatím užívá jen na závodních drahách) a čím více ostrý a pevný je materiál na povrchu vozovky, tím vyšší a trvanlivější tření je možno očekávat. Při popisu drsnosti je na místě přirovnání k brusným nástrojům jako jsou pilníky a brusné papíry či kotouče. Pro měření tření jsou užívána zařízení se zablokovaným měřicím kolem i s kolem s prokluzem (ABS). Pomocné charakteristiky mohou být mikrotextura a makrotextura povrchu. Mikrotextura charakterizuje povrch v nerovnostech menších než 1 mm a ztráta mikrotextury je dána náchylností kameniva v povrchu vozovky vytvořit ohlazený, vyleštěný povrch (ohladitelnost kameniva). Makrotextura charakterizuje povrch v nerovnostech o velikosti 1 mm až 30 mm, je dána složením směsi kameniva v asfaltových krytech nebo úpravou povrchu u betonových krytů. • Ztráta hmoty z krytu. Spojení zrn kameniva je účinkem zatížení, působením vody, stárnutím asfaltu a drobením kameniva narušováno. Hmoty obrusné vrstvy postupně ubývá až do vzniku hlubokých výtluků. • Mrazové trhliny. Podle popsaných vlastností asfaltu v předešlém odstavci musí při velmi nízkých teplotách docházet ke smršťování stejně jako u betonu. Pokud teploty poklesnou pod – 20 °C nebo pokles teploty povrchu je rychlý, pak se na povrchu vytvoří příčná smršťovací trhlinka, která oslabí asfaltové vrstvy. Tato trhlinka opakovanými poklesy teploty roste do hloubky obrusné vrstvy. Jakmile trhlina dosáhne vzájemného spojení s ložní nebo podkladní vrstvou vozovky, pak se šíří buď stejně do hloubky, nebo naruší spojení vrstev.
•
Reflexní trhliny. Při výstavbě cementem zpevněných nebo stabilizovaných podkladů, stejně jako u betonu, dochází při tvrdnutí vrstvy ke smršťování, které vyvolá ve vrstvě tahová napětí vyšší než je pevnost materiálu vrstvy a to způsobí vznik příčných trhlin přes celou šířku vrstvy. Pokud je vrstva překryta asfaltovými vrstvami, spojením vrstev tohoto podkladu se pohyby teplotní roztažnosti přenáší do asfaltových vrstev a trhlina začne prorůstat až na povrch vozovky. Rozšiřování a uzavírání trhlin pokračuje, trhlinami proniká voda a trhliny jsou vyplňovány pískem a nečistotami.
115
•
•
•
•
•
•
Mozaikové trhliny. Pokud nejsou asfaltové vrstvy vzájemně spojeny (další vrstva byla kladena na vlhký, mokrý a znečištěný povrch nebo nebyl proveden spojovací postřik apod.), dochází při jejich zatížení k namáhání mnohem většímu než při jejich spojení (je na místě přirovnání zatížení dřevěného trámu a stejného profilu složeného z volně položených nespojených prken). Při opakovaném zatěžování nespojených vrstev, zejména vrstvy obrusné, tak dochází v nejvíce namáhaném průřezu a v bodě jakéhokoliv oslabení vrstvy (porušené kamenivo, velké kamenivo, mezerovitost ve směsi apod.) k narušení spojení mezi vzájemně dotýkajícími se zrny směsi a narušení dá podnět k vývoji trhliny, která prorůstá směsí na povrch vozovky. Trhlina se počne šířit souběžně se směrem pohybu vozidel, prodlužuje se a větví, jak sleduje všechna náhodná oslabení vrstvy. Trhliny se spojují zahušťují a vznikají mozaikové trhliny jako síť trhlin o vzájemných vzdálenostech odpovídajících až přibližně tloušťce nespojené vrstvy. Trvalé deformace krytu. Asfaltem stmelené krytové vrstvy mají vlastnosti pojiva, které při nízkých teplotách (podle druhu asfaltu při teplotě 5 °C až –10 °C) nebo při vysokých rychlostech zatížení (pak může být teplota o 20 °C vyšší) se chová jako pevná a křehká hmota. Při teplotách vyšších (podle druhu asfaltu při teplotě 40 °C až 65 °C) a dlouhodobém zatížení se chová jako hustá kapalina (přirovnání k hustému medu je možné). Tímto pojivem je kamenivo vzájemně slepeno nebo u litých asfaltů v tomto pojivu je uloženo (plave v něm). Při nízkých teplotách a vysokých rychlostech zatížení jsou asfaltové směsi pružné (lze je přirovnat k betonu) a při vysokých teplotách, pomalých rychlostech a stání vozidel dochází již ke vzájemnému posunu zrn kameniva a asfaltová směs se pohybuje z míst soustředěného tlaku do míst mimo jeho působení (lze ji přirovnat k hustému těstu). Trvalé deformace se projeví jako vyjetá kolej v příčném řezu nebo podélné zvlnění (např. stáním osobních vozidel před řízenou křižovatkou a stáním autobusů na zastávkách). Porušení pracovních spár. Na napojení postupně pokládaných obrusných asfaltových vrstev vzniká oslabení průřezu spojením pokládaných pásů. Vrstva prvně pokládaného pásu nemůže být u volného okraje řádně zhutněna (směs uniká z pod kola hutnícího válce) a vrstva v dalším pásu se vždy hůře spojí se studenou vrstvou první. Trhliny v konstrukci vozovky. Opakovaným zatěžováním v místě nejvyššího namáhání (pod středem zatížení) na spodním líci asfaltových vrstev dojde ke vzniku narušení spojení mezi zrny a zárodku trhliny. Trhlina se šíří na povrch vozovky a do délky. Dosáhne-li povrchu vozovky, vozovkou se dostane voda do podloží, jehož únosnost se zvýšeným obsahem vody a rozbřídáním sníží. Dochází ke zvýšenému namáhání trhlinou oslabeného průřezu a zvýšenému namáhání podloží. Trhliny se šíří, spojují v síť, méně hustou než u mozaikových trhlin (síť odpovídá vyšší tloušťce vrstev), ale hlavně dochází k zatlačování vozovky do podloží, vyvíjí se trvalá deformace vozovky. Trhliny v cementobetonových krytech. Zdviháním povrchu desek z rozdílné teploty horního a dolního líce cementobetonové desky se stává deska nepodepřená, což zvyšuje její namáhání. Dojde tak k ulomení rohu, trhlině příčné nebo podélné v prostřední třetině desky. Poruchy na spárách a trhlinách cementobetonových krytů. Pokud spárami a trhlinami proniká pod cementobetonový kryt voda, je vlivem zatížení pod tlakem rychle vytlačena (části narušené vrstvy "pumpují") a eroduje vrstvy. Účinek je urychlován také působením rozmrazovacích solí. Trhliny se tak rozšiřují a druhá deska ve směru jízdy vozidel se snižuje, vznikají schodky na spárách nebo trhlinách. 116
•
•
•
Jiné trhliny jsou méně časté, jsou to smykové trhliny lemující poruchy zemního tělesa usmyknutím, poklesem, propadem apod. a podélné trhliny mrazovým zdvihem středu vozovky (pokud na krajích vozovky leží sníh). Deformace snížením povrchu vozovky následkem dohutnění vrstev vozovky, podloží a zemního tělesa, porušení stability zemního tělesa (např. usmyknutím), namáhání podloží opakovanými přejezdy vozidel (část stlačení podloží při každém přejezdu vozidla zůstane jako trvalá deformace), ztráty únosnosti vozovky způsobené pronikáním vody do podloží propustným krytem (štěrkový, dlážděný, penetrační makadam) nebo asfaltovými vrstvami porušenými trhlinami, špatným nebo porušeným odvodněním, dohutnění zásypů objektů mostů, propustků a jiných podpovrchových konstrukcí), rýh, oprav inženýrských sítí apod., vyplavení zemního tělesa do kanalizace, odvodňovacích systémů a chrániček kabelů. Jiné poruchy ovlivňující provozní způsobilost špatným odvedením dešťové vody z povrchu vozovky zvýšením krajnice posypovým materiálem, spadem přepravovaných hmot, vegetací a poškozením, porušením povrchového odvodnění, rigolů, příkopů, vsakovací drenáže a kanalizace jejich zanesením. Tato porucha rovněž může ovlivnit únosnost zavodněním podloží. Časté jsou poruchy kolem poklopů, vpustí, hrnců šoupat a hydrantů a to jak trhlinami a výtluky, tak trvalými deformacemi.
5.6.5
Návrh údržby a oprav Základním požadavkem určení poruch a uvážení mechanismu porušení je řešení vztahu :
PORUCHA
⇒
ODSTRANĚNÍ PORUCHY
Při návrhu odstranění poruchy se vychází z : • •
dopravního významu pozemní komunikace a charakteristik silničního provozu, charakteristik provozních funkcí a únosnosti vozovky doplněných výskytem poruch nebo z kvalitativního a kvantitativního popisu poruch, • technologických možností údržby a oprav, • ekonomického posouzení údržby a oprav různými technologiemi. K těmto rozhodujícím faktorům pro návrh způsobu údržby a oprav vozovek pozemních komunikací mohou přistoupit i jiná hlediska, která případně mohou rozhodnutí upravit (strategie údržby a oprav vozovek, plánované opravy sítí a rozvoj přilehlého území, ekologická a estetická hlediska, charakteristiky prostředí apod.) Jestliže podle kvality rozlišujeme poruchy na povrchové a konstrukční, rozdělily se tím také technologie údržby a technologie oprav. Hranice mezi porušením povrchu a konstrukce vozovky je dána hloubkou porušení obrusné vrstvy. Porušení povrchu je porušení do hloubky nejvýše 15 mm. Porušení do hloubky nejvýše 7 mm lze odstranit položením nátěru a emulzního kalového zákrytu (EKZ). Větší hloubky porušení lze odstranit položením emulzního kalového zákrytu speciálního (mikrokobercem - EKZS) a asfaltového koberce tenkého v tloušťce do 30 mm. Pouze nátěrovou technologii lze použít na běžnou údržbu jako odstranění porušení povrchu na ojedinělých a nebo nesouvislých plochách. Na odstranění vyjetých kolejí, jejichž hloubka se již nezvyšuje, lze použít jejich vyplnění mikrokobercem nebo asfaltovým kobercem tenkým. Úzké (v šířce do 5 mm) nebo mozaikové trhliny lze udržovat rovněž nátěrem nebo emulzním kalovým zákrytem. Úzké podélné nebo příčné trhliny se utěsňují zálivkou s šířkovým překrytím trhliny nebo rozšířením a vyčištěním trhliny a jejím vyplněním zálivkou. Údržba je tedy v souladu se zavedenou praxí definována tloušťkou úpravy do 30 mm. Všechny zmíněné technologie údržby byly již popsány v kapitole 5.4.5. Návrh oprav je nákladnější a je nutno ho podepřít zkouškami zkoumajícími příčinu poruchy. Provádí se zkoušky únosnosti, sondáž, odběr vzorků a jejich zkoušení v laboratoři. Na jejich základě se pak navrhnou technologie oprav jako jsou odstranění porušených vrstev a položení nové nebo nových vrstev, recyklážní technologie asfaltového krytu, zesílení vozovky nebo dokonce rekonstrukce celé vozovky. Některé z těchto technologií byly zmíněny poprvé.
117
5.6.6
Technologie oprav Pokud jsou krytová nebo krytové asfaltové vrstvy porušeny (ztrátou hmoty, trvalými deformacemi) a navrhne se jejich výměna, provede se odstranění vrstvy frézováním. Při odstraňování trvalých deformací se podle výsledku laboratorních zkoušek frézuje 50 až 120 mm, vyjímečně až 180 mm vrstev z asfaltových směsí. Otočný buben frézy osazený samoostřícími se noži za pomalé jízdy frézy vylamuje na hloubku záběru asfaltovou vrstvu a obvykle ji hned nakládá na nákladní automobil (viz obr. 5-26). Fréza může být vybavena i elektronickým naváděcím zařízením, takže odstranění vrstvy může být provedeno na zadanou rovinu. Plocha po odfrézování se opatří spojovacím postřikem a pokládají se nové vrstvy, které odstraněnou vrstvu nahradí. Frézu lze použít i na malé plochy k odstranění malých poruch, poruch při vpustech, poklopech apod. Odfrézovaný materiál se použije při výrobě v obalovnách nebo přímo na místě pokládky. Odstranění porušených vrstev na menších plochách (obvykle porušené trhlinami v asfaltových vrstvách) se spojuje se zesílením. Nahradí se porušená část vrstev a pak se ke konstrukci vozovky přidá nová vrstva, kterou se omezí namáhání jak stmelených vrstev vozovky, tak podloží. Tato úprava prodlouží dobu životnosti vozovky.
Obr. 5-26 Silniční fréza odstraňující vrstvu vozovky
Obr. 5-27 Recyklační souprava Remix a Remix- Plus Pokud porušená obrusná vrstva umožňuje zlepšení vlastností přidáním některé složky asfaltové směsi (přidání frakce kameniva, pojiva), je možno použít recyklážní technologii na místě. 118
Využívá se hlavní přednosti asfaltu, povrch vozovky se zahřeje na teplotu zhutňování (viz obr. 5-13) a vrstva se snadno rozpojí. Toto zařízení pod názvem Remixer je znázorněno na obr. 5-27. Existují dvě možnosti jeho využití. Rozpojená vrstva se v míchačce promíchá s nově přidanou asfaltovou směsí doplňující chybějící složku směsi a položí se jako nová vrstva namísto porušené vrstvy. Druhé použití Remixeru umožňuje položení rozpojené vrstvy do nového povrchu (odstraní se nerovnosti, zvláště při poruchách ztráty hmoty) a na tuto vrstvu se druhou kladinou finišeru položí tenká nová obrusná vrstva. Obě vrstvy se naráz zhutní. Tato druhá technologie se označuje jako Remix-Plus. Vozovky z nestmelených kameniv rozšiřované, zesilované a neustále opravované bez zlepšení rovnosti je vhodné re-cyklovat celé upravenou silniční frézou podle obr. 5-28. Rozpojením vozovky a promícháním asfaltových a nestmelených vrstev s cementem se získá kvalitní a relativně stejnorodý podklad v celé šířce vozovky. Na takto vybudovaný podklad se podle dopravního zatížení položí 50 až 150 mm asfaltových vrstev.
Obr.5-28 Úplná recyklace vozovky jejím rozpojením silniční frézou za přidání cementu a vody Jisté problémy s údržbou a opravami přináší cementobetonové vozovky. Všechny technologie údržby jako je nátěr, emulzní kalový zákryt nebo asfaltový koberec tenký lze také použít, ale obvykle měly krátkou dobu životnosti. Uplatňuje se tedy technologie utěsňování spár a trhlin a broušení schodků na spárách nebo vyrovnání desek a podinjektováním cementovou maltou. Další opravy směřují k odstranění porušených desek vybourá-ním nebo vyzdvižením a novým vybetonováním desky. Velmi často se používá zesílení vozovky asfaltovými vrstvami, ale ani tloušťky přes 250 mm nedokázaly zabránit prokopírování spár a trhlin do asfaltového krytu. Proto se v poslední době přistupuje k rozbití betonových desek na segmenty (obvykle pomocí padající ocelové desky) s vytvořením mikrotrhlin, které umožní teplotní pohyby bez ovlivnění asfaltových vrstev. Tímto opatřením se z tuhých vozovek učiní vozovka netuhá. 5.6.7
Údržba a opravy vozovek silničních sítí Při návrhu údržby nebo oprav každého jednotlivého úseku pozemní komunikace se bere v úvahu ekonomické posouzení navržené technologie. Vybere se ten technologický soubor prací údržby nebo oprav, který má při uvážení jeho předpokládané doby životnosti nejnižší průměrnou cenu nebo náklady na provedení. Do ekonomického posouzení je nutné vzít v úvahu i náklady na řízení nebo odklon silničního provozu v době provádění údržby nebo oprav a je vhodné zahrnout i ztráty v silničním provozu v době provádění údržby nebo oprav (ztráta času, nehodovost). Při výběru vhodné technologie se přihlíží k ekonomickým přínosům údržby a oprav: • běžnou údržbu a lokální opravy se doporučuje neodkládat, jakékoliv opožděné provedení údržby 119
a oprav je mnohem nákladnější (poruchy mají kvalitativní a kvantitativní vývoj). • z technologií souvislé údržby a oprav se vybírá ta, která má minimální průměrnou cenu: průmCENA = CENA/ŽIVOTNOST
(5.2)
kde průmCENA CENA
je průměrná cena nebo náklady, Kč/rok je celková cena nebo náklady na provedení údržby nebo oprav se zahrnutím nákladů na opatření pro regulaci dopravy, Kč, ŽIVOTNOST je předpokládaná doba životnosti údržby nebo oprav při daném dopravním zatížení, roky. Doby životnosti jednotlivých technologií údržby a oprav vyplývají z podstaty technologie a dále jsou závislé na dopravním zatížení, prostředí a kvalitě provedení. Při navrhování údržby a oprav dané sítě pozemních komunikací přistupují hlediska upřednostnění údržby nebo opravy některých úseků před druhými. Tento proces optimalizace musí být rovněž založen na ekonomických principech. Nejprve se vybraná údržba nebo oprava provede na těch úsecích, kde dochází k největším celkovým ztrátám v silničním provozu (ztráty nehodovostí, zvýšené náklady uživatelů při snížené provozní způsobilosti, zvýšené spotřeby času a pohonných hmot, opotřebení vozidel a negativní vlivy na uživatele a okolí pozemní komunikace). Podle objemu finančních prostředků se tak navrhuje postupně údržba a opravy na důležitějších úsecích vozovek až na některé méně důležité úseky prostředky nezůstanou. Jako kritéria optimalizace údržby a oprav sítě pozemních komunikací lze použít podíl: průmCENA/PŘÍNOS (5.3) kde průmCENA PŘÍNOS
je průměrná cena nebo náklady podle vzorce (5.2), Kč/rok, je součet ztrát v silniční dopravě při snížené provozní způsobilosti a při provádění údržby nebo opravy. Ztráty v dopravě jsou ovlivněny celou řadou vlivů, které zatím nebyly sledovány a vyčísleny. Proto lze PŘÍNOS definovat intenzitou přejezdů vozidel po daném úseku komunikace a tím je dosaženo relativního porovnání přínosu platného stejně pro všechny komunikace v dané síti. Další nevyčíslovaná kritéria optimalizace mohou být: • bezpečnost silničního provozu, zejména nehodové úseky, • politický, správní, kulturní a jiný význam.
120
OBSAH 5.4
5.5
5.6
101 5.4.1 101 5.4.2 101 5.4.3 101 5.4.4 101 5.4.5 Asfaltové vrstvy .............................................................................................................101 5.4.6 Cementobetonový kryt...................................................................................................103 5.4.7 Dlažby a dílce ................................................................................................................104 Návrh vozovek........................................................................................................................105 5.5.1 Základní pojmy ..............................................................................................................105 5.5.2 Návrhová úroveň porušení.............................................................................................106 5.5.3 Dopravní zatížení ...........................................................................................................108 5.5.4 Návrhové období............................................................................................................109 5.5.5 Klimatické vlivy ............................................................................................................109 5.5.6 Vodní režim podloží ......................................................................................................110 5.5.7 Charakteristiky podloží..................................................................................................110 5.5.8 Charakteristiky vrstev vozovky .....................................................................................110 5.5.9 Návrh vozovky...............................................................................................................110 5.5.10 Posouzení vozovky ......................................................................................................112 5.5.11 Výběr vhodné konstrukce ............................................................................................112 5.5.12 Kontrola stavby vozovky .............................................................................................113 Údržba a oprava vozovek .......................................................................................................113 5.6.1 Kvalitativní rozdělení poruch ........................................................................................113 5.6.2 Kvantitativní třídění poruch...........................................................................................114 5.6.3 Strukturální třídění poruch a jejich odstraňování...........................................................114 5.6.4 Mechanismy porušování vozovek..................................................................................115 5.6.5 Návrh údržby a oprav ....................................................................................................117 5.6.6 Technologie oprav .........................................................................................................118 5.6.7 Údržba a opravy vozovek silničních sítí ........................................................................119
6
MÍSTNÍ KOMUNIKACE
Místní komunikace jsou součástí sítě pozemních komunikací. Z právního hlediska definuje místní komunikace zákon č. 13/1997 Sb. - Zákon o pozemních komunikacích (silniční zákon). Podle něj je místní komunikace „... veřejně přístupná pozemní komunikace, která slouží převážně místní dopravě na území obce.“ Sítě místních komunikací musí být v souladu s územními plány budovány a udržovány tak, aby usnadňovaly osídlení a vyhovovaly potřebám místní dopravy. Pro projektování místních komunikací platí norma ČSN 73 6110 Projektování místních komunikací. Platnost normy je definována v jejím úvodě takto: „Tato norma platí pro projektování místních komunikací v sídelních útvarech i ve volné krajině, a to pro novostavby a přestavby. Platí i pro průtahy silnic v zastavěném území nebo v území určeném územním plánem k zastavění.“ Často se používá termín „městské komunikace“, což jsou podle normy ČSN 73 6100 Silniční názvosloví „místní komunikace na území města“. Je to tedy označení užší, nezahrnující komunikace na území neměstských obcí, jedná se však o část komunikační sítě, na které se odehrává velký objem dopravy. Vzhledem k velké koncentraci se v těchto oblastech projevují nejvíce problémy plynoucí z dopravy a jejich řešení je zde nejnáročnější. 6.1
Rozdělení místních komunikací Norma ČSN 76 6110 dělí místní komunikace podle urbanisticko-dopravní funkce na čtyři skupiny: A rychlostní, s funkcí dopravní B sběrné, s funkcí dopravně-obslužnou C obslužné, s funkcí obslužnou D nemotoristické Tyto skupiny se dále dělí na funkční třídy označené A1, A2, B1, B2, C1, C2, C3, D1, D2, D3. Použití, poloha a požadavky na funkční třídy jsou v normě uvedeny v tabulce, která je níže uvedena. Vybrané komunikace funkčních skupin A a B tvoří základní komunikační systém. Přitom rychlostní komunikace A1, A2 plní funkci rychlého převedení soustředěných proudů vnitřní a vnější silniční dopravy. Jsou uspořádány jako směrově rozdělený průtah nebo okruh s omezeným přístupem silničního provozu, s mimoúrovňovými křižovatkami napojením na dálnici nebo rychlostní komunikaci. Sběrné komunikace B1, B2 plní sběrnou funkci tím, že přivádějí dopravu na vnější silniční síť nebo na městské rychlostní komunikace. Jsou hlavním nositelem městské hromadné dopravy v sídelních útvarech. Obslužné komunikace plní obslužnou funkci, zpřístupňují objekty a umožňují jejich přímou obsluhu. Charakteru funkčních skupin a tříd komunikací musí odpovídat nejen návrhové prvky směrového, výškového a šířkového řešení, ale i jejich trasování a vzájemné propojení musí být navržené tak, aby přirozeně plnily tu funkci, ke které jsou určeny. Východiskem úvah o návrhu sítě je její hierarchizace. V dopravním systému to znamená, že napojení je provedeno postupně mezi komunikacemi podle jejich významu, zjednodušeně řečeno pouze mezi dvěma sousedními kategoriemi. Doprava má být takto směrována a vedena z jemné a husté sítě obslužných komunikací na vyšší úroveň sběrných komunikací a dále (v případě větší vzdálenosti zdroje a cíle) na úroveň komunikací rychlostních. Pro obslužné komunikace v každém případě platí, že nemají svým směrovým a šířkovým řešením přitahovat nebo vůbec umožňovat tranzitní dopravu. Významným prostředkem pro dosažení tohoto cíle je i organizace a místní úpravy dopravy. Schéma hierarchizace komunikační sítě je na na obr.6-1.
121
Tab. 6-1 Členění místních komunikací podle struktury osídlení, dopravního významu a vazby na komunikace ve volné krajině Funkční třída
Poloha v sídelním útvaru
Typické požadavky
A1
rychlostní komunikace ve městech nad 250 tisíc obyvatel, průtah dálnic a rychlostních silnic ve městech nad 100 tisíc obyvatel, vazba na dálnice a rychlostní silnice
na hranici vyšších urbanistických útvarů
vyloučení přímého styku s okolním územím
A2
rychlostní komunikace ve městech nad 50 tisíc obyvatel, průtah rychlostních silnic ve městech nad 20 tisíc obyvatel, vazba na rychlostní silnice
na hranici vyšších urbanistických útvarů
omezení přímého styku s okolním územím
B1
sběrné komunikace ve městech nad 20 tisíc obyvatel, průtah ve městech a významných střediskových obcích, navazují na silnice I. a II. tř.
na hranici nižších urbanistických útvarů
převážně dopravní význam, důraz na požadovanou rychlost a omezení přímé obsluhy
B2
sběrné komunikace nižších obytných útvarů pro jejich obsluhu a průtahy silnic III. tř., spojení nestřediskových obcí navazující na silnice III. tř.
mezi nižšími obytnými útvary
dopravní význam s částečnou přímou obsluhou
C1
městské třídy převážně společenského významu ve stávající zástavbě
obslužné osy městských útvarů
C2
obslužné komunikace doplňující spojení sběrných komunikací ve stávající i nové zástavbě
mezi nižšími obytnými útvary nebo uvnitř obytných útvarů
C3
obslužné komunikace zpřístupňující objekty a území dokončené někdy i slepě
uvnitř obytných útvarů
Charakteristické použití
v historických a obchodních městech
pěší zóny D1 zklidněné komunikace
ve stávajících i nově budovaných obytných souborech obytné zóny
obytné ulice ve stávajících obyt. souborech nízkopodlažní zástavby
D2 cyklistické
cyklistické stezky, pruhy a pásy určené k cyklistickému provozu
neomezená
D3 pro pěší
stezky pro pěší, chodníky, průchody apod.
neomezená
122
umožnění přímé obsluhy všech objektů
za stanovených podmínek dovolená obslužná doprava pěší ulice s vyloučením veškeré motorové dopravy
přímá obsluha všech objektů za stanovených podmínek provozu
vyloučení nebo oddělení veškeré motorové dopravy
Obr. 6-1 Schéma hierarchizace komunikační sítě 6.2
Zásady projektování místních komunikací Norma ČSN 73 6110 Projektování místních komunikací se zabývá zásadami pro projektování místních komunikací v části II. V článku 13 se zdůrazňuje návaznost místních komunikací na urbanistickou strukturu a ostatní infrastruktury: „Při projektování místních komunikací nebo jejich jednotlivých úseků je nutné zajistit komplexní vazbu na celkový urbanistický návrh zástavby území, zejména na silniční síť a jiné druhy dopravy.“ Naplnit tento logický a jednoznačný požadavek tak, aby komunikace přispívala k životaschopnosti řešeného území je složitým a komplikovaným úkolem, na kterém musí dopravní inženýr spolupracovat s odborníky z jiných oblastí. Životaschopnost území a správné řešení není jednoznačně definovatelné a za různých okolností a v různých společnostech bude uspokojivé řešení odlišné. Dokonce ani spolupráce odborníků nemusí vést k přijatelnému řešení. Jedná se totiž o problematiku uspokojování společenské objednávky, což je obtížné už i kvůli nejednoznačnému a složitému zjišťování převažujících požadavků při respektování požadavků minoritních. U dopravních staveb a u komplexních řešení městských území se většinou jedná o velmi nákladné stavby, které se dotýkají velkého množství lidí a jako takové jsou politickým tématem na lokální úrovni. Jejich financování je schvalováno příslušnými zastupitelskými orgány a na druhé straně dopravně urbanistická řešení mohou být pro politiky i volebním tématem pro oslovení voličů. V každém případě dopravní odborníci nepracují a neprojektují zcela volně bez těchto často komplikovaných vazeb a je dobré, když si uvědomují i tyto limity, které nejsou obsaženy v příslušné normě. Zároveň by měl být městský dopravní inženýr zdrojem nových nápadů a nových řešení, která předkládá k veřejnému posouzení. Rovněž by měl být schopen navrhovat tato řešení podle svých nejlepších vědomostí tak, aby bylo dlouhodobě funkční. Dopravní stavby formují dlouhodobě a často nevratně tvář města a podmiňují jeho strukturu. V této souvislosti se často mluví o trvalé udržitelnosti; k ní by měl vývoj města a tedy i dopravní struktury směřovat. Norma stanovuje základní požadavky na místní komunikace, projektant však nemůže očekávat, že s ní vystačí při řešení městského území. Vzhledem k tomu, že městské území má svoji vlastní strukturu dlouhodobě formovanou historickým vývojem, s prostorovými omezeními, není možné často uplatnit všechny normové požadavky. Dobrý projektant musí normové požadavky nejen znát, musí i vědět jak a od čeho jsou odvozeny a jaké následky má jejich nedodržení nebo modifikace. Ve článcích 14 a 19 se připomíná význam správného začlenění komunikací do funkčních tříd a do kategorií tak, aby jejich návrhové prvky odpovídaly potřebám města (sídelního útvaru). Jako výchozí údaje pro správný návrh jsou vyjmenovány dopravní funkce (funkční třídy) a výhledové intenzity dopravních proudů. Správný návrh komunikací však není často ten, který pouze kopíruje trendy vývoje dopravních intenzit, ale měl by aktivně a po důkladné rozvaze sám formovat a ovlivňovat výhledové dopravní intenzity.
123
Článek 15 popisuje typické místní komunikace: „Ve městech a dalších sídelních útvarech ... se navrhují místní komunikace s podélným odvodňovacím potrubím a chodníky oddělenými od vozovky zvýšeným obrubníkem nebo dělicím pásem, ... V pěších a obytných zónách se navrhuje zpravidla řešení povrchu v jedné úrovni s vhodným optickým vyjádřením funkcí jednotlivých ploch.“ Sporným bodem normy je poslední odstavec článku 15: „U průtahů silnic a dálnic sídelními útvary musí být přinejmenším zachována jejich volná šířka jako ve volné krajině ...“ Je to v rozporu s požadavky na bezpečnost dopravy ve městech (viz kapitola 2.6 Zklidňování komunikací) a odporuje to tomu, že městský prostor v sobě kumuluje kromě dopravní funkce mnoho dalších funkcí a ty nelze podřídit funkci dopravní. To, že norma takto jednoznačně dává prioritu dopravě, činí potíže při takzvaném zklidňování dopravy, které je v poslední době oprávněně požadováno právě i u průtahů skrze obce. Podle článku 16 se má změna šířkového uspořádání (kategorie), což je jeden z možných prvků dopravního zklidňování, provádět v prostoru křižovatky. V městském prostoru se odehrává doprava různých druhů, tím jsou místní komunikace mnohem pestřejší a komplikovanější než silnice. Kvůli jejich správné funkci a bezpečnosti je žádoucí je vhodným způsobem oddělovat. To doporučuje i článek 17 normy. Oddělení (segregace) může být i důležitým prvkem posílení významu a účinnosti systémů veřejné dopravy. Veřejné dopravě ve městech (městské hromadné dopravě) je věnován článek 25. V něm je formulován požadavek na co největší prostorové oddělení tramvajových tratí, při novostavbách se má navrhovat trať na zvýšeném tramvajovém pásu. To je však možné pouze mimo zástavbu nebo v místech s dostatečnými prostorovými možnostmi. Přitom smyslem veřejné dopravy je propojení obydlených míst (zdrojů dopravy) a městských a místních center (cílů dopravy), které se většinou vyznačují právě nedostatkem prostoru pro dopravní stavby a nejsou tam rozhodně žádoucí prostorové bariéry, které vznikají výraznou segregací veřejné dopravy. Norma připouští „... ve výjimečných případech vedení tramvajových tratí pěšími zónami nebo na jinak dopravně zklidněných komunikacích.“ Ve skutečnosti je posílení veřejné dopravy a její zavedení do prostor dopravního zklidnění podmínkou úspěšného dopravního zklidňování a omezení automobilové dopravy. V části normy věnované životnímu prostředí (články 27 a 28) odkazuje norma na urbanistické řešení a na územně plánovací dokumentaci. Je pravdou, že plán územního rozvoje města je základním dokumentem pro stanovení funkční třídy, kategorie a jiných vlastností komunikace a že jsou v něm zahrnuty aspekty ochrany životního prostředí a tvorby městského prostředí. Konkrétní návrh komunikace pak ale musí být posuzován s ohledem na hlukové emise a emise exhalátů. Ve složitém městském prostředí s mnoha často protichůdnými funkcemi a požadavky nelze očekávat jednoznačné a jednoduché řešení, prací projektanta je nacházet mezi možnými řešeními optimum odpovídající mnohým kritériím. Zvolená kritéria by měla odpovídat právě společenským preferencím. V článcích 29 a 30 jsou formulovány požadavky na bezpečnost, požaduje se (zestručněno): a) logické, dlouhodobě stabilní dopravní řešení b) psychologická jistota na hlavní komunikaci c) oddělování jednotlivých druhů doprav d) srozumitelná a jednoznačná organizace dopravy e) správné dopravní značení f) správné osazení bezpečnostních zařízení a účinné odvodnění g) ve změně ČSN 73 6110 Z1 byl doplněn požadavek respektování bezpečnosti rovněž „v odůvodněných případech i snižováním rychlost, např. zpomalovacími prahy, střídavým parkováním, zvláštním směrovým vedením komunikace apod.“, to dává možnosti pro takzvané zklidňování komunikací. Odvodnění městských komunikací není možné běžně provádět do příkopů a rigolů jako u silnic a dálnic, používá se tzv. odvodňovací proužek s odtokem do kanalizačních vpustí. Vzniká rozpor mezi prostorovým požadavkem právě pro tento odvodňovací proužek (neměl by být pojížděný, a jízdní pruh by neměl být narušený kanalizačními vpustěmi) a stísněnými prostorovými možnostmi ve městě. Kanalizační vpustě případně i kryty šachet umístěných pod vozovkou jsou rovněž častým zdrojem poruch vozovek. Přitom
124
dopravní prostor bývá přirozeně i místem relativně volným pro vedení nejrůznějších technických sítí, které se ve městě nacházejí ve velkém množství. I když z hlediska dopravního je optimem nepřítomnost šachet a sítí a oddělení odvodňovacího systému mimo pojížděné plochy, výsledkem bývá kompromis mezi protichůdnými požadavky. 6.3
Příčné uspořádání místních komunikací Doprava ve městech je soustředěna do takzvaného dopravního prostoru.
Obr. 6-2 Příčné uspořádání dopravního prostoru městských komunikací Dopravní prostor je definován jako prostor nad tou částí komunikace, která slouží veřejnému dopravnímu prostoru vozidel a pěších. Dělí se na hlavní dopravní prostor a přidružený prostor. Hlavní dopravní prostor je část dopravního prostoru vymezená u místních komunikací šířkou mezi obrubníky, rozšířenou na každé straně o 0,50 m (tzv. bezpečnostní odstup). Do této části hlavního dopravního prostoru se nesmí osazovat ani do něho zasahovat žádná zařízení ani překážky s výjimkou nadobrubníkových svodidel. Přidružený prostor je část dopravního prostoru mezi hlavním dopravním prostorem a přilehlou zástavbou. Přidružený dopravní prostor je část přidruženého prostoru určená pro přímé využívání dopravním provozem, tj. prostor nad přidruženými pásy nebo pruhy anebo chodníky, umístěnými v přidruženém prostoru.
125
Pro návrh příčného uspořádání předkládá norma tabulku 3 Skladební prvky šířkového uspořádání místních komunikací. Tvůrci normy se zde pokoušejí zohlednit různorodost a pestrost místních komunikací jakož i výskyt více druhů dopravy. Proti normě ČSN 73 6101 Projektování silnic a dálnic zde přibývá jízdní pruh o šířce 3,25 m, nicméně realita je pestřejší než možnosti normy a ve skutečnosti se v městském prostoru vyskytují i jiné šířky. I zde se objevují požadavky na použití menších šířek než v normě uvedených při zklidňování komunikací. Obr. 6-3 Nenormové jízdní pruhy na ulici Veveří
126
Obr. 6-4 Skladební prvky šířkového uspořádání Na to reaguje změna ČSN 73 6110 Z1, kde byla část článku 42 upravena následovně: „V žádném případě se nesmí navrhovat základní šířka jízdního pruhu větší než 3,75 m a menší než 2,75 m (původně 3,00 m). Šířka 2,75 m se může navrhovat pouze v odůvodněných případech na komunikacích funkční třídy C2 a C3 s malou intenzitou dopravy, popř. v úsecích místních komunikací vyhrazených pro osobní vozidla. Šířka jízdního pruhu pro komunikací navrhovaných pro provizorní vedení dopravy omezenou rychlostí je pro osobní vozidla nejméně 2,25 m a pro nákladní vozidla nejméně 2,25 m.“ Ani to však nelze někdy u městských komunikací dodržet a to ani v případě vysokých dopravních intenzit, jak je patrné z příčného profilu ulice Veveří před budovou Fakulty stavební. Ze zahraničí jsou známy případy záměrného a úspěšného zmenšování šířky jízdních pruhů u vícepruhových komunikací pro účely zklidňování, dokonce i v místech s autobusovou dopravou, která pak využívá dva jízdní pruhy. V článcích 38 až 41 norma definuje základní kategorie místních komunikací: MR - místní rychlostní MS - místní sběrná MO - místní obslužná MOT - městská obslužná s tramvají vedenou na zvýšeném nebo nezvýšeném pásu MST - městská sběrná s tramvají vedenou na zvýšeném pásu MOK - místní obslužná s krajnicí (řeší se podle ČSN 73 6101) Pro ně pak uvádí jejich šířkové uspořádání a rozměry jejich skladebných prvků. Změny v ČSN 73 6110 Z1 pak doplňují kategorie používající šířku jízdního pruhu 2,75 m.
127
Obr. 6-5 Základní kategorie čtyřpruhových komunikací
Obr. 6-6 Základní kategorie dvoupruhových místních komunikací
128
Obr. 6-7 Změna kategorií dvoupruhových komunikací podle ČSN 73 6110 Z1
Obr. 6-8 Jednopruhové místní komunikace
Obr. 6-9 Změna kategorií jednopruhových komunikací podle ČSN 73 6110 Z1 V článcích 42 až 44 připouští norma odvozené kategorie, ale pouze v mezích uvedených skladebných prvků. Výslovně se zakazuje šířka jízdního pruhu větší než 3,75 m a menší než 3,00 m, což znemožňuje účinné využití šířky jízdního pruhu jako zklidňovacího prvku. Příčné uspořádání může být rovněž modifikováno přídatnými pruhy. Těmi jsou: ♦ Řadicí a odbočovací pruhy (podle ČSN 73 6102), které slouží především pro bezpečné a plynulé odbočování na křižovatkách. Rovněž se sem zahrnují jízdní pruhy na průpletových úsecích křižovatek. ♦ Připojovací pruhy (podle ČSN 73 6102), které se umísťují na výjezdových paprscích křižovatek a umožňují bezpečné a plynulé připojení vozidel. ♦ Pruhy pro pomalá vozidla ve stoupání (podle ČSN 73 6101). Při regulaci provozu na městských komunikacích se používají vyhrazené jízdní pruhy a pásy. Běžným prvkem je tramvajový zvýšený nebo pouze částečně zvýšený pás. Obdobou může být vyhrazený jízdní pruh či pás pro jiné druhy veřejné dopravy - pro autobus či trolejbus, případně pro vozidla taxi nebo pro osobní vozidla s plnou obsazeností v těch městech, která se snaží o tzv. „car-pooling“. V příčném řezu mohou být i vyhrazené pruhy či pásy pro cyklistickou dopravu. Podle toho, zda se jedná o hlavní dopravní funkci nebo o lokální, přidruženou funkci, umísťují se skladebné prvky v hlavním či přidruženém dopravním prostoru. 6.4
Směrové návrhové prvky místních komunikací Směrové návrhové prvky se navrhují obdobně jako podle normy ČSN 73 6101. ČSN 73 6110 Projektování místních komunikací se zabývá směrovým řešením v článcích 110 až 118 a doplňuje návrhové prvky pro nízké návrhové rychlosti až do 20 km/h. ČSN 73 6110 uvádí doporučené hodnoty poloměrů (počítané podle ČSN 73 6001).
129
Tab. 6-2 Doporučené poloměry směrových oblouků Poloměr kružnicového oblouku v m
Dostředný sklon v%
100
80
70
60
50
40
30
20
2
1500
1000
750
550
375
240
135
60
2,5
1200
775
600
450
300
190
110
50
3
1000
650
500
375
250
160
90
40
4
750
500
375
270
190
120
70
30
5
600
400
300
220
150
100
55
25
6
500
325
250
180
125
80
45
20
Poloměr kružnicového oblouku v m Návrhová rychlost km/h 70 60 50 40 230 160 100 50 220 155 100 50 215 150 95 50 205 145 90 50 195 135 85 45 185 130 85 45
30 28 27 27 26 25 25
20 12 11 11 11 11 10
Návrhová rychlost km/h
a nejmenší dovolené poloměry (počítané podle ČSN 73 6102). Tab. 6-3 Minimální poloměry směrových oblouků Dostředný sklon v% 2 2,5 3 4 5 6
100 525 510 495 465 440 415
80 315 305 300 280 265 255
ČSN 73 6110 určuje i minimální poloměry pro směrové oblouky cyklistických stezek. Tab. 6-4 Poloměry oblouků pro cyklistické stezky Návrhová rychlost km/h 20 30 40
Nejmenší poloměr při dostředném sklonu 2% v m 8 16 30
V městském prostředí je nutno přihlédnout ke specifikům, zejména k prostorovým omezením a k urbanistickým funkcím. V městském prostředí se budou vyskytovat menší poloměry než v extravilánu. Ve městě se ve velkém počtu vyskytují křižovatky, především na nižších kategoriích komunikací. Požadavky na poloměry křižovatek jsou uvedeny v normě ČSN 73 6102 Projektování křižovatek na silničních komunikacích, kterou lze přiměřeně aplikovat na místní komunikace. U malých křižovatek nevýznamných komunikací se často používají poloměry limitně malých hodnot. Rozhodující je v těchto případech poloměr obrubníku a geometrické vlastnosti projíždějících vozidel (minimální poloměr zatáčení). Pro osobní automobily je rmin ≅ 3,0 m, pro lehké nákladní automobily rmin ≅ 6,0 m, pro těžké nákladní automobily rmin ≅ 8,0 m, pro autobusy a trolejbusy rmin ≅ 9,5 m, pro kloubové autobusy a trolejbusy rmin ≅ 15,0 m. Obrubníkové oblouky je vhodné navrhovat jako přechodnicové oblouky nebo aspoň jako složené oblouky z kružnic o různých poloměrech. V každém případě použití malých poloměrů (podle normy menších než 320 m) je nutno uvážit rozšíření jízdního pruhu. Pro malé poloměry jsou příslušné hodnoty uvedeny v normě ČSN 73 6102 Projektování křižovatek na silničních komunikacích. Tyto hodnoty nelze používat automaticky a bez uvážení toho, jaká vozidla a s jakou intenzitou se budou v řešeném prostoru pohybovat. Rozšíření při malých poloměrech nabývá hodnot větších než je sama šířka jízdního pruhu a nelze je na městských nárožích beze zbytku aplikovat. Navíc jsou to často místa, kde je pohyb velkých vozidel nežádoucí.
130
6.5
Výškové návrhové prvky místních komunikací Norma vymezuje doporučené a maximální hodnoty podélných sklonů pro jednotlivé funkční třídy komunikací v článku 127. Největší podélné sklony, které se mohou vyskytovat na místních komunikacích jsou pak 3 % pro A1, 4,5 % pro A2, 6 % pro B1 a B2, 9 % pro C1 a C2 a 12 % pro C3. V normě jsou přitom uvedeny některé další omezující podmínky. Rovněž pro chodce je uveden maximální podélný sklon 9 % a pro cyklisty 6 %. Poloměry zakružovacích oblouků se počítají shodně s ČSN 73 6101. Tabulky i pro malé návrhové rychlosti jsou uvedeny v normě. Norma stanovuje i minimální podélný sklon v článku 126: Nejmenší podélný sklon nemá klesnout pod 0,3 %. Je-li nezbytné navrhnout podélný sklon mírnější, musí být dodržena hodnota nejméně 0,3 % alespoň v odvodňovacích proužcích se střechovitě uspořádaným podélným sklonem ke vpustím odvodňovacího potrubí, nebo se odvodnění musí zajistit jiným způsobem (např. žlabem zakrytým mříží). Je nezbytné si uvědomit, že tyto minimální hodnoty sklonů, které mají zabezpečit odvodnění skutečně velmi malé. Odpovídá to výškovému rozdílu 0,3 cm na délce jednoho metru a pokud toto porovnáme s dosažitelnou přesností při stavbě krytu vozovky a zvláště pak s dosahovanými hodnotami deformací při provozu, je jasné, že odvodnění s tak kritickými sklony nebude dokonale spolehlivé a je lepší se vyhnout tak malým hodnotám. U nových vozovek se dovoluje pro obrusné vrstvy 5 mm výškový rozdíl měřený pod čtyřmetrovou latí, po uvedení do provozu dochází k deformacím mnohem větším. Z toho důvodu by odvodňovací proužek neměl být pojížděný aspoň při takto kritických hodnotách sklonů. 6.6
Příčný sklon Příčným sklonem se zabývají články 119 až 124 ČSN 73 6110. Příčné sklony se navrhují podle stejných zásad jako u silnic a dálnic. Norma připouští u směrově nerozdělených komunikací základní příčný sklon jednostranný, pokud je to vhodné z důvodu snazšího odvodnění, ve vhodných terénních podmínkách, v oblasti křižovatek apod. Ve směrových obloucích se navrhují příčné sklony obdobně jako u silnic a dálnic, článek 121 vymezuje poloměry, pro které není požadován dostředný sklon: Tab. 6-5 Nejmenší poloměry oblouků bez dostředného příčného sklonu Návrhová rychlost v km/h Nejmenší poloměr oblouku bez dostředného sklonu
100
80
70
60
50
40
30
20
2300
1500
1100
800
600
400
200
90
Článek 122 určuje příčné sklony mimo jízdní pruh: Příčný sklon vodicích proužků má týž směr a velikost jako příčný sklon přilehlého jízdního pruhu. Zastavovací, parkovací a zastávkové pruhy a odvodňovací proužky se v přímé a na vnější straně směrových oblouků mohou navrhovat s příčným sklonem protisměrným. 6.7
Odlišnosti místních komunikací Místní, městské, komunikace jsou zahrnuty přirozeně do oboru pozemních komunikací společně se silnicemi a dálnicemi, přirozeně na ně navazují a vytvářejí spolu s nimi dopravní síť, ale vyznačují se mnoha vlastnostmi, které je výrazně odlišují od silnic a dálnic a které činí jejich správný návrh komplikovanějším. Městské komunikace vyžadují širší spektrum znalostí a vědomostí a rovněž nutí městského dopravního odborníka, aby bral do úvahy mnohem větší množství vlivů a požadavků, často protichůdných. Je nutné a přitom velmi obtížné dát těmto požadavkům správnou váhu a určit jejich prioritu. Z toho plyne také, že městský dopravní specialista nebude pracovat samostatně, nýbrž bude svoji činnost koordinovat a konzultovat s dalšími odborníky, například s urbanisty, architekty, environmentalisty, se správci sítí a v neposlední řadě s politiky, především lokálními, kteří by měli přenášet směrem k odborníkům takzvaný společenský požadavek, což je vlastně součástí přiřazování správné váhy jednotlivým požadavkům. Základním rozdílem mezi silničními a místními komunikacemi je v prostředí, ve kterém se odehrávají. Silnice a dálnice leží v extravilánu, což je volná krajina mimo zastavěné území sídelních útvarů. Místní komunikace v intravilánu, to jest v území sídelního útvaru zastavěném nebo určeném k zastavení. Z toho vyplývá rozdíl v prostorovém omezení. Městské komunikace se nestaví „na zelené louce“, jsou zasazeny do městského prostředí, které s množstvím budov a jiných konstrukcí ponechává pro 131
komunikace pouze omezený prostor. Kromě toho město má svá vlastní měřítka prostoru a ani v případě budování nových částí města nebo dokonce celých měst není možné věnovat dopravě libovolně veliký prostor odvozený třeba od dopravních požadavků. Městské komunikace jsou zasazeny do urbanistické struktury, která se většinou (aspoň v případě středoevropských měst) postupně vyvíjela po staletí. Urbanistická a dopravní struktura spolu úzce souvisejí a vyvíjely se společně. Lidská sídla vznikala původně na stezkách a cestách, na jejich křižovatkách, na vodních tocích a v místech brodů a jiných křížení s toky a v dalších dopravně zajímavých místech. Původní dopravní struktura se stávala základem vznikajících ulic, které byly uzpůsobeny tehdejším dopravním prostředkům a dopravním požadavkům. Současným problémem je zejména to, že dopravní požadavky prudce expandují v průběhu tohoto století a požadavky na dopravní strukturu silně předbíhají možnosti urbanistické struktury. Městské komunikace mají podstatně odlišné funkce ve srovnání se silnicemi. Městská ulice rozhodně není pouhým prostorem pro dopravu, ale má funkci obytnou a společenskou, utváří městský prostor jako místo vhodné pro život velkého množství lidí. Výstižný je popis městské ulice v Anglických listech od Karla Čapka: „U nás, v Itálii, ve Francii je městská ulice jakási veliká hospoda nebo veřejný sad, náves, shromaždiště, hřiště a divadlo, rozšířený domov a zápraží, kde se lidé baví, kontaktují, hlučí, pískají, koketují, básní nebo filosofují, chodí na stranu, užívají života, dělají vtipy nebo politiku a shlukují se ve dvojice, v trojice, v rodiny, v zástupy nebo v revoluci.“ Městská komunikace v sobě vždy nese funkci dopravní i společenskou v různém podílu. Na městských komunikacích se pohybují jiné dopravní prostředky, v mnohem pestřejším druhovém zastoupení. Nákladní doprava má menší podíl a ve městě se pohybují nákladní automobily spíše menší pro místní zásobování. Hlavní podíl dopravy představuje ve městech osobní doprava. Zatímco na silnicích a dálnicích se podíl nemotorové dopravy blíží nule, ve městech má rozhodující význam. Především doprava pěší, v některých místech i doprava cyklistická. Zvláštní pozornost je třeba nemotoristické dopravě věnovat nejen z hlediska podílu na přepravní práci, ale důležité je vytvoření prostředí bezpečného pro chodce, případně pro cyklisty. Vzhledem k jejich větší zranitelnosti je třeba na ně brát větší ohledy a toho by se mělo vycházet při návrhu a i legislativa by měla patrně upravit vzájemný vztah chodců a automobilistů ve prospěch chodců při porovnání se současným stavem. Významným prvkem dopravy ve městě je přítomnost systémů veřejné dopravy, které přenášejí velkou část zatížení a jsou vlastně pro fungování města nezbytné. Jejich přítomnosti je uzpůsobeno šířkové uspořádání a především organizace dopravy, dopravní omezení a preference veřejné dopravy v některých územích. Městské komunikace jsou ve městě relativně volným prostorem, kam se ukládají snadněji a dostupněji různé technické sítě. Projektant s tím musí počítat a poloha těchto sítí bývá často limitujícím faktorem, který určuje nebo znemožňuje řešení. Z dopravního a stavebního hlediska je rovněž důležité, že výstupy různých šachet k uloženým sítím narušují homogenitu vozovky, mění lokálně její povrchové vlastnosti a jsou zdrojem poruch stavební konstrukce. Při stavbě komplikují využití mechanismů a zvyšují náročnost na geodetické práce. Na rychlost, kapacitu a hustotu dopravního proudu jsou kladeny jiné požadavky než u silnic. Ve městě jsou podstatně kratší přepravní vzdálenosti a zvyšování rychlosti nemá velký vliv na zkrácení přepravní doby. Z toho plyne, že ve městě je možné používat nižší návrhové rychlosti. To ostatně i odpovídá požadavkům na bezpečnost. Velké časové ztráty však vznikají při narušení plynulosti dopravního proudu, při vzniku kongescí a také na křižovatkách. Pro zachování plynulosti je důležitá kapacita komunikace. Je známo, že maximálních kapacit se dosahuje při nižších rychlostech. Ve srovnání se silnicemi tedy je méně významný požadavek na rychlost. Plynulosti a kapacity se dosahuje při větší hustotě dopravního proudu a při nižších rychlostech. Městský dopravní systém je náročnější na organizaci a řízení. V článku 105 ČSN 73 6110 je předepsána délka rozhledu pro zastavení na místních komunikacích. Výpočet je sice proveden podle ČSN 73 6101, ale předpokládá se doba postřehu a reakce 1 s místo 1,5 s u silničních komunikací. Proto jsou rozhledové vzdálenosti pro zastavení menší. Vychází to z předpokladu vyššího stupně pozornosti.
132
7
DOPRAVA VE MĚSTECH
7.1
Systémy veřejné dopravy (městské hromadné dopravy - MHD) Města jsou území s velkou koncentrací obyvatel a s velkou dopravní potřebou. Systémy veřejné dopravy jsou v městském území nezbytnou a nepominutelnou součástí dopravy. Správně navržený systém veřejné dopravy je součástí celkového dopravního systému a je provázán na dopravní síť přesahující z území města do přiléhajících oblastí. Rozsah tohoto systému a jeho přesah do okolí vyplývá z velikosti města a z jeho významu pro okolní území. Veřejnou dopravou se rozumí osobní doprava nabízená k veřejnému použití a je provozovaná k tomu určenými speciálními dopravními prostředky. Hlavními znaky jsou veřejná přístupnost, pravidelnost a vícenásobné využití. Podmínky pro používání těchto dopravních prostředků jsou zveřejněny přiměřeným způsobem a všeobecně přístupné. Z hlediska cestujících jsou důležité především jízdní řády veřejné dopravy, které stanovují jízdní trasu, zastávky a časové údaje. Mezi veřejně nabízené dopravní možnosti patří i taxi, míra jejich podílu na celkové práci veřejných dopravních systémů je v různých městech a společnostech různá (v našich podmínkách spíše malá) a neplatí pro ně atribut pravidelnosti. U nás se často používá termín městská hromadná doprava, který je upřesněn obsaditelností 8 a více osob a předpokládá pravidelnost, nezahrnuje tedy nájemná vozidla. Zahrnuje však ty dopravní systémy, které jsou schopny přenést největší část zátěže. MHD se dělí na kolejovou a nekolejovou dopravu. Kolejové systémy mají větší přepravní kapacity, jsou investičně náročnější a jako takové se hodí pro větší sídelní útvary. Nekolejové patří mezi lehčí, méně náročné na investice a jsou pružnější, snáze se dají modifikovat ať už okamžitě při nehodě či krátkodobém narušení dopravního systému nebo kvůli přizpůsobení novým podmínkám. ČSN 73 6110 věnuje MHD články 143 až 149, ve kterých stanovuje pouze nejobecnější požadavky a to hlavně na kolejovou dopravu. Rovněž odkazuje na normy ČSN 73 6405, ČSN 73 6412 a ON 28 0318, které stanovují požadavky na tramvajové tratě a zastávky. Norma preferuje návrh tramvajových tratí (čl. 144) na zvýšeném tramvajovém pásu, při rekonstrukcích v nedostatečných šířkových poměrech je možno tramvajovou trať ponechat v nezvýšeném tramvajovém pásu. a pokud je to možné (čl. 145) při vyšších intenzitách dopravních proudů se má oddělit městská hromadná doprava od individuální dopravy prostorově a to zřízením samostatného drážního tělesa, samostatného autobusového nebo trolejbusového pásu nebo autobusového nebo trolejbusového pruhu, i vyhrazením celých komunikací, popř. jejich úseků, pouze městské hromadné dopravě. V normě je tak umožněno větší využití výhod a předností veřejné dopravy její preferencí před individuální automobilovou dopravou (IAD). Hlavním problémem měst je nedostatek prostoru a jeho velká spotřeba pro dopravu. Veřejná a městská hromadná doprava má proti individuální dopravou výhody v efektivnějším využití prostoru. Prostředky MHD nejen, že mají příznivější poměr plochy na jednoho cestujícího, ale zároveň tyto dopravní prostředky nezůstávají stát v cílové nebo zdrojové oblasti dopravy a nezabírají místo pro parkování v městských centrech nebo v obytných čtvrtích. Při rozhodování o způsobu dopravy hraje hlavní roli takzvaná časová dostupnost z počátečního místa do cíle a v tomto ohledu je MHD handicapovaná nutností docházky k zastávce a od zastávky, čekáním, přestupy a nižší cestovní rychlostí vzhledem k nutnosti zastavovat na zastávkách. Právě preference veřejné dopravy ve městech má za cíl zlepšit časovou dostupnost tak, aby byla konkurenční ve srovnání s IAD. Veřejná doprava je pro život města jedním z nejdůležitějších infrastrukturních systémů. Není schopná existence v dostatečném rozsahu z vlastních finančních zdrojů a musí být dotována z veřejných zdrojů (převážně z městského rozpočtu). Objem veřejných financí věnovaný na veřejnou dopravu determinuje rozsah systému a kvantitu i kvalitu dopravních služeb a to výrazně ovlivňuje vlastnosti a charakter města. Schvalování městského rozpočtu a tím i přidělování dotací do veřejné dopravy se děje na úrovni městského zastupitelstva. Na zastupitelích tedy leží zodpovědnost, že dopravní systém bude vyhovovat většinovému souhlasu společnosti (samozřejmě v různých společnostech převládají různé představy o optimálním řešení a dopravní systémy a charakter města se výrazně liší třeba v amerických městech ve srovnání s evropskými a i v Evropě jsou 133
výrazné rozdíly mezi jihem a severem, východem a západem). Pro rozhodování volených zástupců jsou důležité dobře zpracované podklady a návrhy odborných složek. V našich poměrech má tradičně veřejná doprava velký význam. V době centrálního řízení (spojeného s nízkým stupněm automobilizace) měla velkou státní podporu a systém MHD přebíral až 80 % přepravní práce. V době, kdy západoevropská města po prudkém a živelném rozvoji IAD začala cítit potřebu ovlivňovat dělbu přepravní práce ve prospěch MHD a po letech zanedbávání ji musela začít hojně dotovat, byl rozvinutý systém MHD u nás oceňován a dostávalo se nám doporučení, abychom jej nezanedbávali a nedopouštěli se již poznaných chyb. Přes tyto rady se mění se stoupající automobilizací ve městech dělba přepravní práce ve prospěch IAD a MHD stagnuje nebo ztrácí. Pro dobré fungování systémů veřejné dopravy se osvědčuje vytváření koordinátora veřejné dopravy na regionální úrovni. Centrum regionu - velké město, metropole - přináší největší požadavky a dodává i nejvíce dotací, významná je ale i koordinace s požadavky a zdroji obcí v přilehlém regionu, který je na metropoli dopravně, hospodářsky a společensky napojen. Koordinace požadavků a spojení prostředků zefektivňuje řešení dopravního systému. Pozice koordinátora umožňuje využít pro poskytování dopravních služeb více dopravců a koordinátor jejich služby objednává za vyjednaných podmínek. Není potom nutné, aby byly dopravní podniky byly ve vlastnictví města nebo státu. Město se dostává do pozice zadavatele, který stanovuje požadavky na dopravní systém a na podmínky jeho fungování (například trasy a jízdní řády) a uvolňuje na to finanční zdroje. Koordinátor hledá optimální řešení pro celý region a stanovuje konkrétní podmínky pro dopravce a tarifní podmínky. Pro městské veřejné dopravní systémy je charakteristické prolínání městské a příměstské dopravy, jak kolejové, tak nekolejové. Cílem je integrace (vytvoření integrovaného dopravního systému), který je jednotně koordinován a navenek se pro uživatele jeví jako jednotný především vhodným tarifním systémem, který umožňuje využívat jeden typ přepravních dokumentů pro všechny druhy přepravy. Dalším znakem integrace je vytváření přestupných terminálů, které umožní rychlé a pohodlné přestupy. Rovněž je nutné koordinovat jízdní řády tak, aby spoje na sebe navazovaly. Jednotný tarifní systém dává uživateli možnost výběru a optimalizace jeho cesty. Využití dopravních prostředků a cest by mělo být efektivnější. 7.2
Nekolejová doprava MHD Nekolejová MHD je představována především autobusy a trolejbusy, možné je i použití méně kapacitních vozidel pro trasy s menší dopravní intenzitou (midibusy, minibusy), možné jsou i alternativní nebo kombinované pohonné soustavy (duobusy - s vlastním dobíjením elektrických akumulátorů a s možností různých provozních režimů, elektrobusy - poháněné akumulátory nabíjenými zvnějšku, gyrobusy poháněné setrvačníkem - buď v kombinaci s motorem nebo „dobíjením“ v konečné stanici a podobně. AUTOBUSY jsou nezávislá silniční motorová vozidla. Jsou určena pro přepravu devíti a více osob včetně obsluhy. Výhody autobusů: ♦ volnost pohybu, umožňující okamžitou změnu (odklon) ve vedení linek ♦ těsná vazba na model individuální dopravy ♦ nejsou nutné investice na stavbu zvláštní dopravní cesty (kromě zastávek) ♦ zastavuje u chodníku, není nutné při nástupu přecházet přes jiné dopravní proudy ♦ má předpoklady pro dobré plošné krytí obsluhované oblasti ♦ při vysoké přepravní nerovnoměrnosti je hospodárnější proti jiným dopravním prostředkům ♦ umožňuje snadno rozložit přepravní zátěž do více tras ♦ lze je provozovat při větších podélných sklonech než kolejovou dopravu Nevýhody autobusů: ♦ negativní vlivy na životní prostředí ♦ opotřebení komunikace ♦ menší životnost a účinnost spalovacího motoru ♦ více podléhá vnějším vlivům a obtížněji dodržuje jízdní řády
134
TROLEJBUSY patří mezi elektrická závislá drážní vozidla. V našich zemích jsou běžně a tradičně používána, v ČR existuje výrobce. V evropských městech je trolejbus často odmítán, většinou kvůli trolejovému vedení, které není dobře přijímáno v městském prostředí. Výhody trolejbusů: ♦ příznivý pro životní prostředí ♦ dlouhodobá životnost ♦ dobré trakční vlastnosti motoru ♦ je flexibilnější než kolejová vozidla a má menší stavební investice ♦ zastavuje u chodníku, není nutné při nástupu přecházet přes jiné dopravní proudy Nevýhody trolejbusů: ♦ polozávislý provoz na trolejovém vedení, možné zdržení při vypadení sběračů ♦ komplikovaný napájecí systém a trolejové výhybky ♦ poškozování vozovky je ještě větší než u autobusů - větší nápravové zatížení a větší tangenciální zatížení 7.3
Kolejová doprava MHD Na území měst mohou existovat tyto druhy kolejové dopravy:
♦ Železnice (rychlík, osobní vlak). Železnice jako historicky nejstarší dopravní systém je hluboce zakořeněná do městské struktury, v historii ji významně formovala a železniční tratě rozdělují města na jednotlivé části. Jejich význam je především v dopravě na větší vzdálenosti. Složitým a důležitým problémem je návrh přednádražního prostoru a napojení železnice na další dopravní systémy. ♦ Příměstská železnice (osobní vlaky - většinou speciální soupravy - s kratší cílovou vzdáleností, s relativně malými - někdy pravidelnými - intervaly mezi jednotlivými spoji. Příměstská železnice využívá intenzívně železniční síť v blízkém okolí města. Pracuje v relativně velkých přepravních objemech a slouží typicky pro každodenní dojížďku do zaměstnání a škol. Měla by vyhovovat požadavkům na krátký interval, cestovní rychlost, kapacitu, kulturu cestování a návaznost na další systémy veřejné dopravy v cílové i zdrojové oblasti. ♦ Městské rychlodráhy (segregované - podzemní, nadzemní - metro, U-Bahn, Subway; v některých případech jsou rychlodráhy segregované jen v centrech měst a v okrajových částech se připouští v omezeném rozsahu styk s jinými druhy dopravy za použití automatizovaného systému zabezpečování). Mají smysl ve větších městech (asi nad 1 mil. obyvatel) s vysokou koncentrací a s vysokými přepravními nároky. Kapacita v jednom směru dosahuje 20 až 40 tisíc cestujících za hodinu. To většinou předpokládá napájení tohoto systému lehčími dopravními systémy - „napaječovými“ autobusovými, tramvajovými či trolejbusovými linkami. Rychlodráhy mají vysoké návrhové parametry, velké poloměry a malé podélné sklony. Vedení trasy v podzemí umožňuje nedbat na městskou uliční síť a tak splnit náročné projekční požadavky. Pro stavbu podzemních tunelů se užívají dva zásadně odlišné pracovní postupy, jejichž užití podmiňuje i návrhové prvky a trasování. Tunelování, ražba v hloubce, umožňuje trasovat nezávisle na uliční síti, pouze s ohledem na polohu stanic. Při výstavbě méně omezuje život na povrchu. Má však většinou stanice hlouběji založené a tedy vzdálenější a hůře dostupné. Možnost tunelování může být omezena geologickými podmínkami. Hloubení z povrchu může být jednodušší co se týče použitých technologií a levnější. Zasahuje však do infrastrukturních prvků umístěných pod uličním povrchem a vyvolává náročné investice na jejich přeložky nebo přebudování. Tím se smazává rozdíl v nákladech proti ražbě. Trasa musí být uzpůsobena volným a přístupným prostorám na povrchu, tedy prakticky uliční síti. Trasa je umístěna v malé hloubce pod povrchem. ♦ Tramvajová rychlodráha má vyplňovat mezeru mezi autobusy, trolejbusy a těžkou podzemní dráhou. Využívá moderních tramvajových vozů, které lze spojovat do souprav s různou kapacitou. Používá různých stupňů segregace s ohledem na druh území a na dopravní zátěže. Tyto systémy jsou schopné zvládnout až 25 tisíc cestujících za hodinu v jednom směru. ♦ Tramvaj je osvědčeným dopravním prostředkem ve městech, který po dlouhodobém budování obsluhuje úspěšně v poměrně husté síti řadu měst. Je charakterizovaný krátkými intervaly a přijatelnými docházkovými vzdálenostmi. Vzdálenosti zastávek jsou poměrně malé - v centru města 300 až 500 m.
135
Cestovní rychlost není vysoká. Závisí na vzdálenosti zastávek, průměrné době staničení a na jízdní rychlosti - tu lze zvýšit segregací tramvajové tratě. Tramvajová síť tvoří v městech střední velikosti často základní kostru systému veřejné dopravy (např. Brno). Tato škála různých druhů kolejových drah může mít různé mezistupně. které se liší použitými vozy a návrhovými parametry. V některých případech mohou používat různé druhy dopravy v některých úsecích stejnou dopravní cestu, což umožňuje hlubší integraci dopravního systému. 7.4 Nemotorická doprava ve městech Významná přítomnost nemotorické dopravy je typickým znakem dopravy ve městech. Jedná se především o dopravu pěší a v některých oblastech i o dopravu cyklistickou. Existence nemotorické dopravy je dána dvěma základními faktory: 1. Velké množství cest ve městě se odehrává na malou vzdálenost. Tím je umožněna nemotorická doprava, která je při větších vzdálenostech znevýhodněna malou cestovní rychlostí. 2. Velká lidská sídla s vysokou koncentrací se vyznačují nedostatkem prostoru, to znamená i nedostatek prostoru pro dopravní stavby a především pro parkování. Využívání nedostatečného prostoru nad jeho možnosti vede v dopravě ke kongescím, zácpám, k vyčerpání kapacity a k tomu, že po zahlcení dopravní systém zkolabuje. Při dlouhodobém a častém kolapsu dopravy není možné uchovat vitalitu města a to by bylo odsouzeno ne-li k zániku, tak k úpadku nebo k stagnaci. Pěší doprava je nezbytnou a nepominutelnou součástí dopravního systému a cyklistická doprava je rovněž velmi žádoucí. Proti motoristické dopravě se vyznačují menšími prostorovými nároky a nepoškozují životní prostředí. ČSN 73 6110 se zabývá především komunikacemi pro pěší a to v článcích 150 až 175. Podle čl. 150 pro pěší provoz v sídelních útvarech slouží stezky pro pěší, pásy pro pěší (chodníky, průchody, nadchody a podchody) a na komunikacích mimo zástavbu krajnice nebo stezky pro pěší. V článku 151 se definují pěší zóny: V centrálních oblastech měst, historických jádrech měst, lázeňských městech i při stavbě center větších sídlišť se pro zklidnění provozu organizačními nebo stavebními opatřeními na základě dopravně inženýrského řešení vytvářejí pěší zóny, ve kterých se připouští výjimečně městská hromadná doprava a dopravní obsluha ve vymezeném čase. Pěší zónu lze považovat za jeden z možných stupňů segregace pěší dopravy a regulace dopravy ve městě. Nejedná se jen o dopravní opatření ale také o velmi výrazný prvek urbanistický při formování charakteru městského prostředí. Norma vyjmenovává vhodné oblasti pro uplatnění tohoto stupně regulace, neměla by ale být chápána jako zásadně omezující, je jistě možné navrhovat pěší zónu i v menších obcích a jiných místech. Při návrhu pěší zóny a její organizaci je nutno přihlédnout k tomu, že absolutně bez přístupu motorické dopravy se neobejde větší územní plocha. Je nutné zajistit tyto aktivity: ♦ ♦ ♦ ♦
zásobování obchodů parkování automobilů obyvatel pěší zóny údržba a čištění zóny veřejná doprava Zásobování obchodů je možno dvěma způsoby. Při omezeném rozměru a vhodné stavební dispozici lze obchody zásobovat z přilehlých ulic přes přístupové cesty uvnitř bloků zástavby. Pokud to není možné, umožňuje se (viz norma) zásobování ve vymezeném čase (v nočních nebo časně ranních hodinách) vhodnými dopravními prostředky. Pro správné fungování zóny s regulovanou dopravou je důležitá kontrola zajišťující dodržování regulačních předpisů (viz obr. pěší zóny v Brně zaplněné parkujícími automobily). Zodpovědné a moudré městské úřady budou preferovat pro pěší zóny ty aktivity, které nevyžadují velké objemy přepravy. To znamená, že nevhodný je prodej velkého zboží (nábytek, koberce, stavební materiály ...) a nevhodné jsou i potravinové velkoobchody a hypermarkety. Vhodnější (i s ohledem na druh zástavby v městských centrech) jsou spíše menší obchody a zařízení v takové skladbě, aby vyhovovaly i návštěvníkům i stálým obyvatelům. Různé názory se objevují na přítomnost cyklistické dopravy v pěších zónách. Jedná se o věc místní úpravy a o dodržování místních předpisů. Za problém se považuje rozdíl rychlostí chodce a cyklisty a z toho plynoucí nebezpečí kolizí. Na druhé straně by žádoucí cyklistická doprava pozbývala na atraktivitě, pokud by byla vyloučena z pěší zóny, která je jistě významným cílem i zdrojem dopravy. Vyskytují se všechny možné způsoby řešení: 136
1. Vyloučení cyklistické dopravy z pěší zóny. Je možné v případě menšího rozsahu pěší zóny; v tom případě není podstatným zdržením vedení kola a pěší pohyb cyklisty. Pokud je pěší zóna tak veliká, že pohyb v ní představuje pro cyklistu cestu (vhod-nou pro užití kola), není toto řešení vhod-né. Obr. 7-1 Pěší zóna v Hradci Králové 2. Vymezení cyklistických a pěších pásů v oblasti pěší zóny. Odděluje dopravní proudy s rozdílnou rychlostí. Umožňuje cyklistům rychlejší pohyb. Vyžaduje větší prostorové možnosti. Zvláště při větších intenzitách pěšího provozu dochází k přestupování vymezeného prostoru a k vzájemným konfliktům. Je vhodné spíše pro liniové trasy, kde je vedený souběžně chodník a stezka pro pěší. 3. Společné užívání dopravní plochy cyklisty i pěšími (viz obr. 7-1 v Hradci Králové). Vyžaduje větší vzájemnou toleranci. Ta by měla být podpořena osvětou a veřejným vysvětlováním smyslu a funkce pěší zóny. Toto řešení snižuje cyklistům jejich rychlost. Podle zkušeností přináší méně konfliktů mezi chodci s cyklisty než snahy oddělit je. Vhodné pro plošné pěší zóny většího rozsahu. Návrhové parametry (šířky a poloměry) jsou limitovány nutností přístupu pro čistící a údržbové mechanismy a také vozy pro odvoz odpadků. Rovněž je nutné zajistit příjezd v případě nouze pro záchranná vozidla (hasiči, sanitky, ...). Správně navržená veřejná doprava je rovněž nezbytnou podmínkou pro fungování zóny dopravní regulací. Pro její životnost musí být zajištěna její dostupnost a veřejná doprava je pro městské centrum nejvhodnější. Parkovací plochy a garáže jsou vhodné na okraji zóny, veřejná doprava je naopak žádoucí uvnitř zóny. Soužití prostředků MHD a pěšího provozu je možné. Nejpříznivější je samozřejmě prostorová segregace a umístění MHD do jiné výškové úrovně (metro), při koexistenci na povrchu je důležité vhodně vymezit a odlišit plochy pro pěší a pro dopravu. Vhodné je použití odlišných materiálů a barev pro povrch chodníků a pro kryty plochy pro MHD a použití segregačních prvků průchodných pro pěší a zapadajících vhodně do prostředí městského centra (např. nízké kamenné či litinové sloupky). Vzhledem k jednoznačnosti dráhy pohybu lze preferovat kolejovou dopravu, možné je i užití trolejbusů, autobusů a jejich menších verzí. Šířka pruhu pro pěší je 0,75 m. Pro určení potřebné šířky chodníku uvádí norma v části VI. Výkonnost místních komunikací v článku 56: a) výkonnost prvního a druhého pruhu dvoupruhového pásu nebo prvního pruhu více než dvoupruhového pásu - 900 chodců/h b) výkonnost každého dalšího 0,75 m širokého pruhu pro pěší více než dvou-pruhového pásu - 800 chodců/h c) pro chodník podél obchodů, výkladů a jiných atraktivních zařízení s předpokládaným hromadě-ním stojících chodců platí snížená výkonnost: d) prvního a dalšího pruhu - 360 chodců/h e) každého dalšího pruhu 800 chodců/h Výkonnosti udané v bodech a) a b) platí též pro chodníky na mostech, lávkách pro pěší a v podchodech; výkonnosti podle bodů c) a d) též pro podchody, pasáže a podloubí se shora uvedeným občanským vybavením.
137
Pro případy se silně nerovnoměrnými intenzitami pěšího provozu se posouzení provádí podle šesti stupňů režimu pěšího provozu (čl. 57), kde norma uvádí charakteristiky a typické užití pěších režimů. Chodník se má navrhovat v minimální šíř-ce dvou pruhů. Od-stup od vozovky má být 0,50 m, od pevné překážky fasády domů - se požaduje vzdálenost 0,25 m. To znamená, že minimál-ní šířka chodníku je 2,25 m. V každém případě má chodník umožnit pohyb kočár-ků a invalidních vozíků a jejich míjení.
Obr.7-2 Pěší zóna v Brně Velmi důležitý je článek 162, který má zajistit bezpečnost chodců na přechodech tím, že stanovuje největší délku nechráněného pohybu chodce na ploše pojížděné motoristickou dopravou: Na nově navrhovaných komunikacích je největší dovolená délka neděleného přechodu přes 4 jízdní (řadicí) pruhy. Při větších délkách se přechod rozdělí ochrannými ostrůvky pro chodce o nejmenší šířce 1,75 m. V celé šířce přechodu se ostrůvky přeruší, aby pro chodce nevznikla zvýšená překážka. Zvýšená část ostrůvku se zpravidla vybaví světelnými majáky nebo výstražnými deskami s odrazkami. Při rekonstrukcích v zastavěném území na světelně řízených křižovatkách je možné výjimečně použít délky přechodu 18,00 m (bez ochranného ostrůvku). Cyklistickým komunikacím se norma věnuje obecnými předpisy v článcích 181 až 187, návrhové podmínky, šířky cyklistických pruhů a pásů a jejich kapacity jsou uvedeny v článcích 81 až 82 a v tabulce 3 Skladebné prvky šířkového uspořádání místních komunikací. Cyklistické pruhy se navrhují v případech, kdy intenzita cyklistického provozu v jednom směru přestoupí v denní špičce mezní hodnotu:
Obr.7-3 Stavební šířka chodníku
a)
50 jízdních kol/h na komunikacích bez zpevněné části krajnic, zastavovacích nebo parkovacích pruhů, popř. na komunikacích, na nichž tyto přidružené pruhy nemohou být využívány cyklisty buď pro nedostatečnou šířku (menší než 1,00 m) nebo pro obsazenost stojícími vozidly,
138
b) 200 jízdních kol za hodinu při možnosti využívání přidružených pruhů pro jízdu cyklistů, tj. při šířce 1,00 m a větší za současného nejvýše pětiprocentního využívání zastavovacích možností motorovými vozidly, stojícími na přidruženém pruhu ve špičkové době cyklistického provozu, c) nebo na místních komunikacích v zastavěném území 50 jízdních kol/h a 500 motorových vozidel/h, 100 jízdních kol/h a 300 motorových vozidel/h, 200 jízdních kol/h a 200 motorových vozidel/h na pruh, d) nebo na komunikacích v území nezastavěném a neurčeném k zastavění 50 jízdních kol/h a 5000 motorových vozidel/den, 100 jízdních kol/h a 3000 motorových vozidel/den, 200 jízdních kol/h a 2000 motorových vozidel/den je-li návrhová rychlost vn ≥ 80 km/h. Doporučuje se budovat cyklistické pruhy v předstihu i při nižších intenzitách cyklistického provozu v oblastech s předpoklady jejich využití (rovinatý terén, větší závody na okraji sídelního útvaru atd.) Z citovaného článku 81 je nejdůležitější poslední věta. Z celosvětového vývoje cyklistického provozu je patrné, že důležitým a úspěšným způsobem návrhu a výstavby komunikací pro cyklisty je systém nabídkového plánování. Důležitým kritériem pro rozhodování o použití kola jako dopravního prostředku je pocit bezpečí při jízdě. Při hustém motoristickém provozu a absenci cyklistických stezek se nikdo právě kvůli bezpečnosti nikdo nevydá a nelze naměřit intenzity opravňující budování cyklistických komunikací. Podle zahraničních zkušeností nepřesáhne podíl cyklistů 3 % tam, kde není vybudovaná síť cyklistických stezek.
Obr. 7-4 Délka cyklistických komunikací a velikost města Návrhové rychlosti cyklistických stezek jsou do 30 km/h, v místech s klesáním větším než 3 % je vhodné ji zvýšit na 40 km/h. Směrové poloměry při dostředném sklonu 2 % jsou 8,0 m pro 20 km/h, 16,0 m pro 30 km/h a 30,0 m pro 40 km/h. Důležité jsou vzhledem k námaze cyklistů podélné sklony. Vhodné jsou sklony do 3 %, maximální sklon by neměl přesáhnout 6 % a výjimečně do 200 m délky 9 %. Délka rozhledu pro zastavení je 15,0 m. Podjezdná výška minimálně 2,5 m. Důležitá je možnost parkování a odstavování kol v cíli i zdroji dopravy. Žádoucí jsou místa krytá před povětrnostními vlivy, která přitom svou otevřeností a případně dohledem odrazují případné zloděje. Nedostatek možností pro bezpečné a pohodlné dlouhodobé odstavování kol na vysokoškolských kolejích byl hlavním důvodem uváděným proti užití kol při průzkumu mezi studenty VUT FAST. 7.5
Statická doprava ve městech Statická doprava je parkování a odstavování vozidel. Pro projektování platí ČSN 73 6056 Odstavné a parkovací plochy silničních vozidel a články 193 až 203 ČSN 73 6110. Parkování je umístění vozidla mimo jízdní pruhy. Vozidlo parkuje u cíle cesty, je využíváno - rozdíl proti odstavování. Parkování krátkodobé je zhruba do dvou hodin, například pro nákup, návštěvu kina, divadla, pro jednání na úřadě. Předpokládá několikanásobné využití parkovacího místa během dne. Parkování dlouhodobé - více než dvě hodiny - typické je parkování u zaměstnání; převládá pouze jednonásobné využití místa během dne.
139
Odstavování je umístění vozidla mimo jízdní pruhy v době, kdy se vozidlo nepoužívá - ve zdroji dopravy - u bydliště, v sídle provozovatele vozidla. Plocha určená pro parkování nebo odstavování vozidla včetně nezbytných vzdáleností kolem vozidla se nazývá stání. ČSN 73 6110 předepisuje počet parkovacích míst v článku 196 a v tabulce 19. Složitý je problém umístění parkovacích a odstavných míst a docházkových vzdá-leností. Ty by měly být co nejmenší, na druhé straně především v cílových oblastech dopravy - v centrech měst - je nedo-statek prostoru a není možné tam vytvořit dostatečný počet parkovacích míst. Jako orientační hodnoty doporu-čuje ČSN 73 6110 pro krátkodobé parkování 100 m, pro dlouhodobé parkování 200 m a pro odstavování 300 m. Při odstavování však jistě dá každý přednost přímému dohledu i kvůli odcizení. Pro potřeby návrhu parkovišť a odstavných ploch dělí ČSN 73 6056 vozidla do kategorií s různými rozměry viz Tab.7-1. Kategoriím uvedeným v Tab.7-1odpovídají požadované geometrické rozměry stání a přilehlých ploch. Tab. 7-1 Třídění a rozměry vozidel
ČSN 73 6056 rozeznává různé druhy stání: čl. 5 Odstavná a parkovací stání se navrhují: a) na parkovacích pruzích podél komunikací, kde se stání řadí podélně ke komunikaci, b) na parkovacích pruzích podél komunikací, kde se stání řadí kolmo nebo šikmo ke komunikaci, c) na samostatných plochách, kde se stání řadí podél vnitřních komuni-kací zpravidla kolmo nebo šikmo k nim v jedné řadě nebo ve více řadách za sebou
Regulace parkování ve městech je významným prvkem regulováním městské dopravy vůbec. Nedostatek parkovacích míst je limitujícím faktorem pro dojíždění do centra města nebo do jiných cílů dopravy. Je žádoucí účelné využití parkovacích stání (nebo je možné počet redukovat při jejich účelnějším využití), to znamená zvýšit násobnost jejich využití (krátkodobé parkování). Toho se dosahuje většinou vhodně zvoleným parkovacím poplatkem. Optimální je taková výše, která zaručí s rozumnou pravděpodobností, že je možné zaparkovat v každou dobu a parkoviště je převážně zaplněné. Při návrhu parkovacích ploch je třeba vyhlášku č. 174 ministerstva hospodářství ze dne 15. srpna 1994, která stanoví požadavky pro užívání staveb osobami s omezenou schopností pohybu a orientace. Podle ní vyznačené odstavné a parkovací ploch pro
140
osobní automobily musí mít vyhrazena 2 % stání, nejméně však 2 stání, pro vozidla zdravotně postižených osob. Je předepsáno značení, rozměry a řešení takových stání.
Obr. 7-5 Rozměry stání vozidel Tab. 7-2 Rozměry stání vozidel
141
7.6
Zklidňování dopravy ČSN 73 6101 definuje funkční třídu D1 - zklidněné komunikace - a v této kategorii definuje v článku 35 pěší zóny a obytné zóny. Zklidněnými komunikacemi se zabývají dále články 174 a 175. Čl. 174:V centrálních a historických zónách měst a v obytné zástavbě se provádí dopravně organizačními a stavebními opatřeními zklidňování komunikací. Zklidněné komunikace (ulice a náměstí) se navrhují z důvodu bezpečnosti pěšího provozu, zlepšení životního prostředí a musí být v souladu s projednanou dopravní koncepcí. Pěší zóny musí být v docházkové vzdálenosti městské hromadné dopravy. Čl. 175: Zklidněné komunikace jsou určeny pěšímu provozu a nezbytnému dopravnímu provozu s omezeným stáním motorových Obr.7-6 Kolmé a podélné stání pro vozidel. K zvýšení atraktivnosti těchto komunikací pro pěší je žádoucí zabezpečit vhodný povrch a osvětlení komunikací, doprovodnou zeleň a zařízení pro odpočinek pěších. V současné době má pojem zklidňování dopravy širší význam a ukazuje se, že ČSN 73 6101 v některých ohledech nestačí potřebám a její dodržování brání žádoucímu, racionálnímu a odůvodněnému dopravnímu zklidňování ve městech a obcích. Za zklidňování dopravy se považuje každá činnost (stavební úpravy, změna návrhových parametrů, organizace dopravy), která vede ke snížení rychlosti vozidel, zlepšení bezpečnosti nemotorizované dopravy (zvláště chodců) a k posílení obytné a společenské funkce prostoru. Na různých druzích a kategoriích komunikací a v různých prostorách může mít různé podoby s různými stupni omezení motoristické dopravy. Nejúplnějším typem zklidnění jsou pěší zóny. I zde však je zapotřebí uvažovat aspoň s minimální přístupností pro motorová vozidla viz kap. 2.4. V rámci pěší zóny lze uvažovat tam, kde lze zásobování provádět z vnitrobloků nebo z jiné úrovně, o pěší ulici, ta patří do funkční třídy D3. Prvkem dopravního zklidňování jsou různé stupně regulace a omezení provozu. Jedná se například o omezování rychlosti. Nedávné (říjen 1997) omezení rychlosti v obcích lze rovněž považovat za důležitý příspěvek k bezpečnosti ve městech a pro posílení společenské funkce městského prostoru. Pro pochopení požadavků na rychlost motorových vozidel v obcích je základní informací závislost pravděpodobnosti nepřežití chodce při kolizi s vozidlem na rychlosti pohybu vozidla. Je známo, že při rychlostech do 30 km/h je značná pravděpodobnost přežití, je to rychlost, která je lidskému organismu přirozená, „konstrukční rychlost“ člověka. Při stoupající rychlosti prudce stoupá pravděpodobnost úmrtí a nad 80 km/h se téměř blíží jistotě. Protože se nedá vyloučit střet chodce s vozidlem v prostorách určených pro společné užívání (např. přechody), znamená použití vyšších rychlostí než 30 km/h připouštění pravděpodobnosti smrtelných nehod. Řešením je oddělení pěší a motorizované dopravy (to ve městech znamená velké stavební náklady a vytváření nežádoucích bariér pro pohyb chodců, nebo omezování rychlostí a zklidňování dopravy. Trendem v evropských městech je vytváření tzv. 30 km zón, což jsou oblasti nebo celá městská území, ve kterých je rychlost omezená na 30 km/h. V takových oblastech je pouze na vybraných a označených páteřních komunikacích povolená vyšší rychlost - 50 km/h, u komunikací odpovídajících naší funkční skupině A i rychlost vyšší. Přes původně negativní reakce na zavedení padesátikilometrové rychlosti
142
v našich obcích se dá očekávat obdobné další snižování rychlostí a zavádění zón typu ZÓNA 30. Zvolená rychlost v zóně je odvozená od výše uvedené „přijatelné bezpečné rychlosti“ pro chodce. Dalším možným regulačním prvkem může být omezení tonáže vozidel, omezení pro některé druhy vozidel, například nákladním automobilům, autobusům, individuální automobilové dopravě, ... V některých případech je vhodné časové omezení pro některé dopravní prostředky, které umožní např. zásobování mimo dobu špičky, vyloučí automobilovou dopravu z území v době intenzivního pěšího provozu a přitom umožní pohodlnou návštěvu divadla či kina. Takové úpravy místního charakteru vždy závisí na konkrétních místních podmínkách. Proti nežádoucí tranzitní (průjezdné) dopravě lze s úspěchem použít zjednosměrnění komunikací či uzavření některých tras, způsobem, který umožní obsluhu území, ale znemožní či zkomplikuje průjezd tak, aby tranzitní doprava použila k tomu určené komunikace vyšších funkčních tříd. Organizační a regulační opatření se doplňují stavebními úpravami a použitím vhodných návrhových parametrů a směrového vedení. Používají se tyto prvky: ⇒ zpomalovací prahy ⇒ zvýšení úrovně vozovky v místě přechodu při pěší ⇒ vyrovnání výškové úrovně chodníků a vozovky, jejich odlišení barvou či materiálem ⇒ použití vhodného povrchu vozovky (např. mozaiková kamenná dlažba) ⇒ zřizování ochranných ostrůvků pro pěší ⇒ omezování šířky jízdních pruhů ⇒ umístění sloupků, patníků, veřejného osvětlení, stromů podél jízdních pruhů pro psychologické zúžení jízdních pruhů ⇒ odstranění dlouhých přímých úseků s dalekým rozhledem a náhrada přímé osy osou zalomenou - lze vhodně navrhnout při zjednosměrňování a při návrhu parkovacích ploch ⇒ zmenšování volné šířky komunikací u vjezdu do obce (běžně používaný prvek v evropských zemích odporuje ČSN 73 6110 čl. 15 ... U průtahů silnic a dálnic sídelními útvary musí být přinejmenším zachována jejich volná šířka jako ve volné krajině ...okružní křižovatka na vjezdu do obce má kromě svých specifických vlastností při rozvádění dopravy do napojených komunikací také tu vlastnost, že sníží přirozeně a účinně rychlost vozidel na hodnotu plynoucí z poloměru objezdu; tím se dostane řidiči mimo jiné důležité informace, že vjíždí do obydlené oblasti, kde je třeba pohybovat se nižší rychlostí. ČSN 73 6110 v článcích 176 až 180 popisuje tzv. obytné zóny, které jsou rovněž uvedeny ve vyhlášce o pravidlech silničního provozu. V obytné zóně smějí chodci užívat silnici v celé její šířce a jsou v ní výslovně dovoleny dětské hry. Chodci (i hrající si děti) musí umožnit vozidlům jízdu, vozidla se smí pohybovat rychlostí nejvýše 20 km/h a musí dbát zvýšené ohleduplnosti vůči chodcům, které nesmí ohrozit. Stání je dovolené jen na označených parkovištích.
143
Obr. 7-7 Příklady prvků pro dopravní zklidňování
144
8
ÚČELOVÉ KOMUNIKACE
Podle zákona č.13/97 Sb. „O pozemních komunikacích (tzv. „Silniční zákon“) jsou účelové komunikace pozemní komunikace, které slouží ke spojení jednotlivých nemovitostí pro potřebu vlastníků těchto nemovitostí nebo ke spojení těchto nemovitostí s ostatními pozemními komunikacemi případně k obhospodařování zemědělských a lesních pozemků. Mimo uzavřené pozemky a objekty jsou obecně účelové komunikace veřejně přístupné. Příslušný silniční správní úřad (v případě intravilánu i příslušný odbor místní správy) však může na návrh vlastníka účelové komunikace a po projednání s příslušným orgánem Policie ČR upravit nebo omezit veřejný přístup na účelovou komunikaci, pokud je to nezbytně nutné k ochraně oprávněných zájmů tohoto vlastníka. Účelová komunikace je však i komunikace v uzavřených prostorách a objektech. „Uzavřenost“ může být dána fyzicky (plot, zeď, obestavěnost aj.), ale i právně formou tabulí (např. vojenské újezdy, chráněná území aj.). Ve sporných případech rozhoduje obecní (městský) úřad, případně příslušný silniční správní úřad. Nejčastějším případem účelových komunikací jsou polní a lesní cesty, závodové komunikace a komunikace staveništní. V současné době (r.1998) je pro účelové komunikace vydána jediná platná norma - ČSN 73 6108/96 „Lesní dopravní síť“, která je novelizací původní normy stejného čísla z roku 1961 „Projektování lesních cest“, novelizované dále v r.1975 pod stejným číslem jako „Projektování lesních odvozných cest“. Pro projektování polních cest byla v roce 1980 schválena oborová norma - dnes již neplatná - ON 73 6118. Rovněž pro projektování závodových komunikací byly vydány dnes již neplatné oborové normy ON 73 6115/83 „Projektování pozemních komunikací v hutních závodech“ a ON 73 6117/81 „Projektování komunikací a manipulačních ploch v zemědělských závodech“. Pro projektování autobusových nádraží byla vydána ČSN 73 6075/90 „Navrhovanie autobusových stanic“ aj. V případě, že není k dispozici jiný novější podkladový materiál, jsou i již dnes neplatné oborové či státní normy dobrým vodítkem pro návrh. 8.1
Polní cesty Polní cesty se dle významu a funkce dělí na: a) Polní cesty hlavní - soustřeďují dopravu z polních cest přístupových a podchycující dopravu z přilehlých pozemků ve směru k výrobnímu středisku. Tyto cesty jsou obvykle napojeny na výrobní střediska nebo na síť místních komunikací či síť komunikací silničních. b) Polní cesty přístupové - podchycují dopravu z přilehlých pozemků a jsou napojeny na polní cesty hlavní, výjimečně i na místní komunikace či silnice. c) Polní cesty dočasné (sezónní) - jsou budovány jako provizória s nezpevněným či jen částečně zpevněným povrchem. Obvykle umožňují sezónní zabezpečení dopravy v rámci pozemku po dobu trvání sezónních prací. Polní cesty se navrhují jako dvou či jednopruhové. Základní min. šířka jízdního pásu je 3,00 m. Je-li volná šířka totožná s šířkou koruny polní cesty, navrhuje se: – při šířce v koruně hlavní cesty 7,00 m: 2x jízdní pruh 3,00 m a 2x 0,50 m nezpevněná krajnice. Jízdní pruhy se však nevyznačují. Šířka jízdního pásu je 6,00 m; – při šířce v koruně hlavní cesty 6,00 m: jízdní pás 5,00 m (dva jízdní pruhy 2,50 m) a 2x 0,50 m nezpevněná krajnice; – při šířce v koruně přístupové cesty 4,00 m: u nezpevněných cest jednotná úprava v celé šířce, u cest zpevněných jízdní pruh 3,00 m a 2x 0,50 m nezpevněná krajnice; – při šířce v koruně přístupové cesty 3,50 m: u nezpevněných cest jednotná úprava v celé šířce, u zpevněných cest jízdní pruh 3,00 m a 2x 0,25 m nezpevněná krajnice; – ve stísněných, ale terénně vhodných podmínkách (nehrozí-li např. převržení vozidla či sesuv cesty aj.) lze v nezpevněné úpravě použít volnou šířku v koruně 3,00 m
145
Návrhová rychlost se u hlavních cest s šířkou v koruně 7,00 m uvažuje až 60 km/h, pří šířce v koruně 6,00 m pak 50 a 40 km/h. Přístupové cesty se navrhují na návrhovou rychlost 30 km/h. Nejvyšší dostředný sklon polních cest je až 8 %. Při tomto sklonu je přípustný min. poloměr směrových oblouků v závislosti na návrhové rychlosti: 60 km/h - 115 m; 50 km/h - 80 m; 40 km/h - 50 m a 30 km/h - 30 m. Pro nižší návrhové rychlosti (20 a 15 km/h) je nutno min. poloměry odvodit z geometrie pohybu uvažovaného největšího vozidla nebo použít hodnoty pro navrhování místních komunikací (ČSN 73 6110) nebo křižovatek (ČSN 73 6102). Podélný sklon je v závislosti na návrhové rychlosti omezen na 60 km/h - 9 %; 50 km/h - 10 %; 40 km/h - 11 % a pro rychlosti 30 km/h a nižší - 12 %. U poloměrů oblouku 20 m a méně je nejvyšší povolený podélný sklon 6 %. Doporučený min. sklon zpevněných komunikací je 0,5 % a u nezpevněných pak 2 %. Výsledný sklon (vektorový součet příčného a podélného sklonu) nesmí klesnout u nezpevněných cest pod 4 %. Max. výsledný sklon nesmí být větší jak max. podélný sklon. V celé délce trasy musí být dodržena min. rozhledová vzdálenost pro zastavení. Pro návrhovou rychlost 30 km/h se potřebná délka rozhledu pohybuje od 53 m u 12 % klesání přes 31 m ve vodorovné a 26 m ve 12 % stoupání. Pokud nelze zajistit u hlavních cest délky rozhledu pro předjíždění (pro 60 km/h - 300 m; 50 km/h 240 m a 40 km/h - 180 m) je nutno dopravní značkou zákaz předjíždění přikázat. Směrové oblouky lze řešit ve všech případech i jako prosté kružnicové. Vhodnější jsou však, alespoň u hlavních cest s vyšší návrhovou rychlostí, oblouky opatřené vjezdovou a výjezdovou přechodnicí nebo alespoň kružnicové oblouky složené, kde krajní poloměry jsou dvojnásobkem poloměru střední kružnice (tzv. košovka). Při 6 % dostředném sklonu je min. poloměr kružnicového oblouku v závislosti na rychlosti: Vn = 60 km/h 150 m; Vn = 50 km/h - 105 m, Vn = 40 km/h - 70 m; Vn = 30 km/h - 40 m; Vn = 20 km/h - 20 m a při Vn = =15 km/h - 15 m. Při 8 % dostředném sklonu pak pro Vn = 60 km/h - 115 m; Vn = 50 km/h - 80 m; Vn = 40 km/h - 50 m; Vn = 30 km/h - 30 m; Vn = 20 km/h - 20 m a pro Vn = 15 km/h - 15 m. Lomy nivelety se zaoblují obdobně jako u silničních komunikací parabolickými oblouky, kde min. poloměry jsou dány v závislosti na návrhové rychlosti Vn [km/h]
60
50
40
30
20
Rv [m] - vrcholový oblouk
1 500
800
500
250
120
Ru [m] - údolnicový oblouk
1390
660
470
270
130
Rozdíly sklonu 1 % a menší není nutno zaoblovat. Rozšíření jízdního pruhu ve směrových obloucích se navrhuje v obloucích o poloměru menším jak 200 m. U dvoupruhových vozovek je rozšíření jízdního pásu dáno hodnotou:
)
(
∆ s = 2 ⋅ R - R2 - c2 +
V 10 R
[m]
U dvoupruhových vozovek je rozšíření jízdního pruhu (pásu) dáno vzorcem:
∆ s= Rkde V R
(R
2
)
- c2 +
V 10 R
[m]
návrhová rychlost [km/h] poloměr oblouku [m]
c rozvor náprav tažného vozidla nebo sdružený rozvor náprav návěsových či přívěsových souprav [m] U netypických vozidel (zemědělských strojů) je nutno rozšíření řešit speciálně (např. i graficky z geometrie pohybu). Příčný sklon v přímé (základní příčný sklon) se doporučuje u jednopruhových komunikací jednostranný, u dvoupruhových střechovitý. Minimální základní příčný sklon je dán druhem krytu: u
146
nezpevněných cest 4 až 6 %, kryty živičné a cementobetonové - 2,5 %, štěrkové a stabilizované kryty - 3 %. Minimální dostředný sklon pro oblouky o poloměru menším jak: 1 800 m pro Vv = 60 km/h; 1 500 m pro Vn = 50 km/h; 800 m pro Vn = 40 km/h a 500 m pro Vn = 39 km/h; nesmí být menší jak základní příčný sklon v přímé. Oblouky o poloměrech větších jak výše uvedené, lze řešit bez dostředného sklonu (tj. i se sklonem odstředným). Max. odstředný sklon však nesmí být vyšší jak 6 %. Změna příčného sklonu se provádí v přechodnici oblouku. U oblouků bez přechodnic se provede překlopení na takové délce před obloukem, aby poměrný sklon vzestupnic (sestupnic) hran vozovky nebyl strmější jak 1:100. Na jednopruhových polních cestách se dle provozní potřeby zřizují výhybny. Pokud to situace dovoluje, zřizují se výhybny na dohled jedné od druhé a to po pravé straně ve směru jízdy na pole (obvykle prázdná vozidla). Výhybna se zřídí vytvořením dvoupruhové komunikace v délce 20 m napojenou na původní hrany ve sklonu 30o - odpovídá obvykle délce náběhu cca 6 m. Lomy směrového vychýlení hran je vhodné zaoblit kružnicovými oblouky o poloměru 30 až 40 m. Celková délka výhybny se tím však poněkud prodlouží. Při použití návěsových souprav či speciálních zemědělských strojů je nutno délku výhybny zvláště vypočítat. Z hlediska odvodnění polních cest má ležet hladina spodní vody alespoň 0,80 m pod horní hranou koruny. Odvodnění (kromě plošného odvodnění jízdního pruhu či pásu) se u polních cest provádí jen v případech, kde je třeba zachytit a odvést vodu k zabezpečení tělesa polní cesty nebo okolních pozemků před účinky podmáčení. Na rozdíl od silničních komunikací nemusí být, zejména u vedlejších cest a prakticky nikdy u sezónních cest, vždy řešeno - záleží na místních podmínkách. Odvodňovací zařízení podélné (povrchové - příkopy, podpovrchové - trativody) má základní zásady návrhu: −
dno příkopu musí být min. 0,20 m pod úrovní přilehlé pláně polní cesty nebo pod vyústěním příčného trativodu;
−
u nezpevněných cest se navrhuje hloubka příkopu min. 0,40 m pod úrovní hrany koruny;
−
tvar příkopu se navrhuje trojúhelníkový se sklonem vnitřního svahu nejvíce 1:2 a protilehlého svahu 1:1 až 1:1,25. Lze použít i tvar lichoběžníkový s šířkou dna 0,30 až 0,50 m a sklony svahů 1:1 až 1:25. Nutno však brát vždy ohled na zajištění stability svahu (přirozený sklon zeminy) a sklony svahů případně zmírnit;
−
rigoly se navrhují v místech, kde je potřeba podélné odvodňovací povrchové zařízení přejíždět mimo vybudované hospodářské přejezdy nebo v případech potřebné úspory zemních prací (např. výlom ve skále aj.). Přejížděné rigoly musí být vždy zpevněné. Rigol je možné umístit v rámci krajnice (úspora šířky komunikace). Hloubka rigolů bývá zpravidla 0,10 až 0,15 m, max. 0,30 m. Šířka rigolů se navrhuje 0,50 až 1,00 m (min. 0,30 m);
−
při větších odtokových množstvích vody je nutno posoudit příkopy či rigoly hydrotechnickým výpočtem;
−
nejvyšší podélný sklon nezpevněných příkopů (zpevnění pouze zatravněním) nemá přestoupit 5 %, nutno však respektovat jak množství odváděné vody, tak i vlastnosti zeminy;
−
zpevnění dna příkopů se provádí štěrkovým pohozem případně betonovými prefabrikovanými tvárnicemi nebo u velkých spádů a velkém odtokovém množství i dlažbou z lomového kamene. Při velkém podélném sklonu je potřeba snížit odtokovou rychlost zřízením stupňů či skluzů, případně i s vývařištěm nebo se u dlážděných úprav používá zdrsnění dna a svahů vyčnívajícími kameny (tzv. dračí zuby);
−
podélné trativody se navrhují tam, kde nelze provést odvodnění otevřenými příkopy či rigoly;
−
nejmenší podélný spád trativodů z trubek je 0,5 % při vnitřním průměru 100 mm (lépe 150 mm) u trubek z pálené hlíny a 80 mm u trubek z perforovaných plastů. U kamenných trativodů je min. podélný sklon 1 % a min. rozměr 0,40 x 0,70 m Odvodňovací zařízení příčné je povrchově v ploše koruny cesty tvořeno příčným, resp. výsledným sklonem koruny. Podpovrchově je pak plošné příčné odvodnění prováděno pouze u zpevněných vozovek
147
v podsypné vrstvě s min. tloušťkou 0,15 m a příčným sklonem plání - min. 3 %, ne však méně než je příčný sklon krytu. Pro sanaci podmáčeného podloží vozovky lze použít příčné trativody zaústěné do podélného odvodňovacího zařízení (příkop, rigol, podélná drenáž apod.). Příčné trativody se provádí buď z trubek min. profilu 100 mm (plastové 80 mm) v hloubce 0,6 až 1,2 m s min. spádem 0,5 %, nebo štěrkové šířky 0,30 m o hloubce 0,60 až 1,00 m a spádem min. 1 %. Vzájemná vzdálenost příčných trativodů je 5 až 20 m - podle fyzikálně mechanických vlastností zeminy. U nezpevněných cest se navrhují tzv. svodné žlábky, zejména při větších podélných sklonech cest. Žlábky se budují jako dřevěné, kamenné či betonové, výjimečně i ocelové, při podélném sklonu cesty 8-12 % po 25 až 50 m, při sklonu nad 12 % (tento sklon však již nevyhovuje normě) po 25 m. 8.2
Lesní cesty Lesní cesty jsou účelové komunikace sloužící potřebám lesního hospodářství, především k dopravě dřeva a ostatních lesních produktů. Podle významu se dělí na: a) Lesní odvozné cesty tvořené jedno nebo dvoupruhovými komunikacemi, které vytváří dopravní síť uvnitř lesních hospodářských celků, propojení těchto hospodářských celků mezi sebou a napojení na síť ostatních pozemních komunikací. Podle své kvality a vybavení zajišťují celoroční provoz nebo alespoň provoz sezónní. Podle dopravního významu a technické vybavenosti se dále dělí na dvě třídy: 1 L - lesní odvozné cesty 1.třídy zaručující bezpečný celoroční odvoz dřeva návrhovým vozidlem návrhovou rychlostí při uvažované návrhové intenzitě provozu, tj. jsou prakticky vždy zpevněné s navrženou konstrukcí vozovky, vybavené odvodňovacím a bezpečnostním zařízením, dopravním značením apod. 2 L - lesní odvozné cesty 2.třídy s takovou technickou vybaveností, která umožňuje sezónní odvoz dřeva v obdobích klimaticky vhodných s vyloučením dopravy v nepříznivém období. Namísto vozovky mohou mít např. jen vhodně zpevněný pruh (např. jen štěrkový posyp). b) Lesní přibližovací cesty slouží k soustřeďování dřeva na lesní sklady nebo jsou napojeny na odvozné cesty. Jedná se většinou o nezpevněné komunikace bez technické vybavenosti. V lesnické praxi se obvykle označují jako „svážnice“. I když mohou a prakticky jsou využívány pouze sezónně, jedná se o trvalé cesty. c) Ostatní lesní cesty se budují v rámci technologické přípravy pracovišť pro těžbu a dopravu dřeva. Jedná se zpravidla o v porostu vyznačené a upravené zemní pásy, po kterých se vytahuje dřevo z porostu. Nejedná se o trvalé cesty, ale pouze o provizória zřizovaná na dobu těžby v dané lokalitě. Šířkové uspořádání Základní šířka jízdního pruhu (bez rozšíření) je u dvoupruhové komunikace 3,00 m, tj. jízdní pás 6,00 m. S nezpevněnými krajnicemi 2x 0,75 m pak je volná šířka koruny 7,50 m. Toto šířkové uspořádání používá pouze nejvyšší kategorie lesní odvozné cesty třídy 1 L. Všechny ostatní kategorie lesních odvozných cest třídy 1 L jsou navrhovány jako jednopruhové se základní šířkou jízdního pruhu 3,00 nebo 3,50 m. V kombinaci se šířkami nezpevněné krajnice 2x 0,75 m nebo 2x 0,50 m pak vytváří kategorijní šířku (volnou šířku v koruně) 5,00 m; 4,50 m a 4,00 m. Lesní přibližovací cesty nemají definován jízdní pruh - vozovky jsou nezpevněné či jen částečně zpevněné. Navrhují se vždy jako jednopruhové s volnou šířkou v koruně 5,00 m; 4,50 m a 4,00 m. Ostatní lesní cesty se budují v šířce přibližně kolem 2,5 m. Ve stísněných podmínkách, dle použité techniky i méně - až 1,50 m. Nelze zde přesně definovat volnou šířku, jsou vždy nezpevněné a tedy nemá smysl definovat ani šířku jízdního pruhu. Návrhová rychlost Návrhová rychlost je definována pouze u odvozných lesních cest. Pouze u dvoupruhové lesní cesty s šířkou v koruně 7,5 m je Vn = 60 km/h. U jednopruhových cest pak návrhová rychlost je 40, resp. 30 km/h.
148
U přibližovacích lesních cest, pokud tomu nebrání vážné důvody, by měla být umožněna jízdní rychlost alespoň 15 km/h. Ostatní lesní cesty mají z hlediska jízdní rychlosti jedinou podmínku - musí být sjízdné alespoň minimální rychlostí danou použitou technikou či prostředky. Ostatní návrhové prvky, vybavení a zařízení lesních cest Ostatní prvky návrhu lesních cest lze, i když jsou zde drobné výjimky, převzít ze zásad pro výše uvedené polní cesty. Zcela shodné jsou např. poloměry výškových oblouků a princip výpočtu zaoblení. Shodné je i rozšíření směrových oblouků, překlápění příčného řezu, odvodnění, značení aj. Lze rovněž převzít i hodnoty max. podélného sklonu; u lesních cest odvozných je pouze doporučeno, že v normálních podmínkách by neměl podélný sklon přesahovat 10 %. Pouze příčný sklon lesních odvozných cest by neměl přesáhnout 6 %, což ale neznamená, že v extrémních podmínkách (např. v točce), kde lze uvažovat s poklesem návrhové rychlosti na 30 km/h, nelze použít dostředný sklon až 8 %. Výsledný sklon však nesmí být větší jak 12 %. 8.3
Staveništní a závodové komunikace Staveništní a závodové komunikace představují širokou škálu řešení dle specifických požadavků na ně kladených. Je zde nutno prvořadě vycházet z účelu, pro který je komunikace tvořena a z geometrických možností vozidel, která budou tuto komunikaci používat. Rozhoduje tady především typ vozidel, stroje či mechanizace, tj. jejich rozměry, pohon, stoupavost, rozvor, rozchod, nápravové tlaky aj. a dále pak požadovaná jízdní rychlost, předpokládaná intenzita provozu a požadovaná doba životnosti. Staveništní komunikace mají obvykle charakter provizorní úpravy. Často jsou prováděny jako panelové, rozebíratelné konstrukce ze silničních panelů. Pokud však tyto komunikace mají po skončení stavby sloužit jako závodové či přístupové účelové komunikace, mohou být dle požadavků investora budovány jako např. první etapa jejich konečné úpravy a to i dle silniční projektové normy (ČSN 73 6101, ČSN 73 6102, případně ČSN 73 6110). Za staveništní komunikaci však není považována zemní nezpevněná cesta bez definovatelných hran vyježděná terénními vozidly a stroji při vytváření zemních prací ani silniční pláň, případně jednotlivé konstrukční vrstvy vozovky, po kterých se pohybuje vozidlo a stroje při navážení materiálu a zřizování konstrukčních vrstev vozovky. Obdobně lze popsat i závodové komunikace, kde pouze charakter cesty bývá na rozdíl od staveništních provizorních úprav, ve velké většině trvalý. Jako projekční podklady návrhu lze dle charakteru těchto komunikací použít zásady pro navrhování polních a lesních cest, popř. normy pro návrh jednotlivých, řadových a hromadných garáží, parkovišť a odstavných ploch (ČSN 73 6056, ČSN 73 6057 a ČSN 73 6058) nebo projekčních výše uvedených norem silničních a místních komunikací.
149
6
7
8
OBSAH MÍSTNÍ KOMUNIKACE .......................................................................................................................121 6.1 Rozdělení místních komunikací.......................................................................................................121 6.2 Zásady projektování místních komunikací......................................................................................123 6.3 Příčné uspořádání místních komunikací..........................................................................................125 6.4 Směrové návrhové prvky místních komunikací..............................................................................129 6.5 Výškové návrhové prvky místních komunikací..............................................................................131 6.6 Příčný sklon ......................................................................................................................................131 6.7 Odlišnosti místních komunikací ......................................................................................................131 DOPRAVA VE MĚSTECH ....................................................................................................................133 7.1 Systémy veřejné dopravy (městské hromadné dopravy - MHD)...................................................133 7.2 Nekolejová doprava MHD...............................................................................................................134 7.3 Kolejová doprava MHD...................................................................................................................135 7.4 Nemotorická doprava ve městech....................................................................................................136 7.5 Statická doprava ve městech ............................................................................................................139 7.6 Zklidňování dopravy ........................................................................................................................142 ÚČELOVÉ KOMUNIKACE ..................................................................................................................145 8.1 Polní cesty.........................................................................................................................................145 8.2 Lesní cesty ........................................................................................................................................148 8.3 Staveništní a závodové komunikace................................................................................................149
9
KŘÍŽENÍ A KŘIŽOVATKY POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ
9.1 Úvod a) Základním technicko-právním materiálem řešícím problematiku projektování křižovatek na silničních komunikacích je česká norma ČSN 73 6102 „Projektování křižovatek na silničních komunikacích“ z března 1995. (Norma byla zpracována jako revize původní oborové normy ON 73 6102 stejného názvu z roku 1980). Tato norma je podle § 3 zák. 142/1991 Sb. o československých technických normách ve znění zákona č. 632/1992 Sb. závazná v rozsahu působnosti Ministerstva dopravy čR (dnes Ministerstva dopravy a spojů ČR - MDS ČR) na základě jeho požadavku. b) Rozpracování výše uvedené normy, zejména v řešení detailů, je provedeno ve Vzorových listech staveb pozemních komunikací v části VL 3 „Křižovatky, zpracovaných Dopravoprojektem Brno, a.s. a schválených MD ČR v roce 1995. Vzorové listy jsou součástí podkladů pro vypracování projektové dokumentace a rozpracovávají ustanovení normy a dalších předpisů do uživatelských parametrů v souladu s parametry užívanými v EU. c) Problematika železničních přejezdů a přechodů je řešena československou normou ČSN 73 6380 „Železniční přejezdy a přechody“ z února 1993. Kapitoly 4 až 7, řešící technické parametry přejezdů a přechodů jsou podle § 3 zákona 142/1991 Sb. (viz bod a)) závazné v rozsahu působnosti federálního ministerstva dopravy (dnes MDS ČR) na základě jeho požadavku. Další citované a související technické a právní předpisy jsou uvedeny ve výše popsaných třech základních materiálech. Seznam vybraných nejdůležitějších podkladů je uveden v seznamu literatury. 9.2 Definice a pojmy a) Křižovatky a křížení pozemních komunikací – Křižovatka - je místo, v němž se pozemní komunikace v půdorysném průmětu protínají nebo stýkají a alespoň dvě z nich jsou vzájemně propojeny. (Za křižovatku se nepovažuje připojení lesních a polních cest, sjezdy k nemovitostem a připojení obslužných dopravních zařízení - např. čerpací stanice pohonných hmot, odpočívky apod.). – Křížení - je místo, v němž se pozemní komunikace v půdorysném průmětu protínají, aniž jsou vzájemně (fyzicky) propojeny, nebo místo, v němž se pozemní komunikace v půdorysném průmětu protíná s drážní komunikací, popř. s jinými zařízeními nebo vedeními (např. vodoteč). – Přejezd - úrovňové křížení pozemní komunikace s drážní komunikací, tzv. železniční přejezd, popř. úrovňové křížení cyklistického pruhu s jiným dopravním pruhem pozemní komunikace. Názvu se užívá i pro označení zpevněné části středního dělícího pásu sloužící k umožnění jízdy vozidla do opačného (odvráceného) jízdního pásu směrově rozdělené komunikace. – Úhel křížení α - je úhel, pod kterým se v půdorysu dotýká osa (tečna osy) paprsku vedlejší komunikace s osou (tečnou osy) přilehlého paprsku komunikace hlavní. Úhel bude menší, max. roven 100g (uvažuje se vždy ostřejší úhel).. – Větev křižovatky - jízdní pruh nebo pás, který propojuje pozemní komunikace v oblasti křižovatky. – Paprsek křižovatky - úsek pozemní komunikace v oblasti křižovatky, od místa průsečíku (či dotyku) křižujících se komunikací k hranici křižovatky. – Hranice křižovatky - čára vymezená příčnými řezy jednotlivých paprsků křižovatky v místě, v němž se mění původní uspořádání příčného řezu křižujících se komunikací pro konstrukční uspořádání křižovatky. V případě, že se tyto příčné řezy dvou sousedních paprsků navzájem protínají uvnitř pozemkových hranic (na silničním pozemku) křižujících se komunikací, je hranice křižovatky vymezena těmito příčnými řezy. V případě, že se sousední řezy neprotínají
149
nebo se protínají mimo pozemkovou hranici, je hranice křižovatky vedena od průsečíků těchto příčných řezů s pozemkovou hranicí po pozemkové hranici. – Oblast křižovatky - prostor uvnitř hranic křižovatky. – Střetný bod - místo na křižovatce, na němž dochází k vzájemnému křížení, připojování nebo rozvětvování jízdních směrů (obvykle uvažovaných v ose jednotlivých jízdních pruhů a větví). Podle vzájemného vztahu střetávajících se směrů rozeznáváme: – křižný bod (nenormově někdy nazývaný také jako přímý kolizní bod), – přípojný bod, – odbočný bod, – (průpletový kolizní bod - není normou přímo definován. Názvoslovně odpovídá „průpletovému úseku". Lze ho teoreticky rozčlenit na samostatné dva obočné, dva přípojné a jeden křižný kolizní bod. Problém je, že nelze přesněji definovat polohu těchto bodů v rámci celého průpletového úseku). – Průpletový úsek - úsek silniční komunikace, na němž dochází k průpletu jízdních proudů v témž dopravním směru. – Dopravní ostrůvek - vodicí bezpečnostní zařízení tvořené plochou ohraničenou na všech stranách fyzicky nebo opticky vůči přilehlým dopravním pruhům. Podle účelu se rozlišují: Podle úpravy se dělí na: - dělící ostrůvky, - zvýšené ostrůvky - směrovací ostrůvky, - dopravní stíny. - ochranné ostrůvky, - nástupní ostrůvky. b) Železniční přejezdy a přechody – Železniční přejezd - úrovňové křížení pozemní komunikace s dráhou. – Nebezpečné pásmo přejezdu - prostor na pozemní komunikaci ohraničený svislými plochami rovnoběžnými s krajními kolejemi ve vzdálenosti 2,50 m na vnější strany od jejich os u kolejí rozchodu 760,1000 a 1 435 mm a na vzdálenost 3,10 m na vnější strany od jejich os u kolejí rozchodu 1 520 (1 524) mm. – Vozovka přejezdu - vozovka pozemní komunikace na přejezdu v celé jeho délce a šířce. – Délka přejezdu - délka přejezdu se měří v ose pozemní komunikace. U přejezdu bez závor je to vzdálenost průsečíků této osy s hranicemi nebezpečného pásma. U přejezdu se závorami je to vzdálenost průsečíků této osy se závorovými břevny. – Šířka přejezdu - šířka přejezdu se měří v ose koleje a rovná se vzdálenosti průsečíků této osy s ohraničením volné šířky pozemní komunikace na přejezdu (včetně chodníků a krajnic). Volná šířka pozemní komunikace má být stejná po obou stranách dráhy do vzdálenosti alespoň 30 m od os krajních kolejí. – Volná výška pozemní komunikace - je dána výškou trolejového drátu nad vozovkou. – Výška průjezdního prostoru - musí odpovídat ČSN 73 6101 (min. 4,20 až 5,20 m) a musí být dodržena v celé délce a šířce přejezdu. Rovná se volné výšce pozemní komunikace zmenšené o bezpečnostní vzdálenost: • 0,55 m pro stejnosměrnou trakční proudovou soustavu, • 0,65 m pro jednofázovou trakční proudovou soustavu, • 0,50 m pro městské dráhy.
150
9.3
Rozdělení křižovatek pozemních komunikací Základní rozdělení křižovatek pozemních komunikací lze provést podle těchto rozhodujících
kritérií: a) Podle výškové úrovně nivelet křižujících se komunikací na: • Křižovatky úrovňové, kde překřížení (případně styk) os křižujících se komunikací probíhá v jedné výškové úrovni. • Křižovatky mimoúrovňové, na níž jsou vzájemně propojeny pozemní komunikace křižující se (případně stýkající se) na dvou či více různých výškových úrovních. b) Podle stupně usměrnění dopravy na: • Prosté křižovatky (křižovatky neusměrněné), na nichž nejsou dopravní směry rozčleněny do jednotlivých jízdních směrů, a to ani stavebními úpravami ani dopravními vodorovnými či svislými značkami. • Křižovatky částečně usměrněné, na nichž jsou některé vybrané dopravní směry stavebními úpravami (např. ostrůvky) a dopravními vodorovnými a svislými značkami rozčleněny do jednotlivých jízdních směrů. Obvykle je usměrnění provedeno pouze na hlavní či dopravně významnější komunikaci.
c)
• Usměrněné křižovatky, kde je stavebními úpravami a dopravními značkami přesně vymezen možný dopravní pohyb všech dopravních proudů. Podle možnosti řízení dopravy na: • Křižovatky neřízené, kde přednost jízdy v daných dopravních směrech je dána pouze vyhláškou stanovenými pravidly provozu na pozemních komunikacích (hlavní a vedlejší směr, přednost zprava, pravidla pro chodce na přechodech aj.). • Křižovatky řízené, kde přednost jízdy je dána signálním plánem světelně signalizačního zařízení. (Pod řízenou křižovatkou není myšlena křižovatka, kde přednost v jízdě je určována přímým řízením provozu příslušníkem policie či jiné oprávněné osoby. Podmínkou je řízení pomocí světelné signalizace.)
9.3.1
–
Úrovňové křižovatky Úrovňové křižovatky lze dále členit následovně: a) Druh: b) Typ: úrovňová křižovatka
– bez určení přednosti v jízdě, – s určením přednosti v jízdě, se světelnou signalizací.
Obr.9-1 Vzory úrovňových křižovatek d) Stupeň usměrnění: 151
c) Vzor: (obr.9-1) – – – – – –
průsečná, odsazená, styková, hvězdicová, vidlicová okružní,
– – – – –
9.3.2
s dělícím ostrůvkem na vedlejší komunikaci, s řadicím pruhem pro odbočení vlevo, s řadicím pruhem pro odbočení vpravo, s připojovacím pruhem, se středním ostrovem: - nepojížděným, částečně či plně pojížděným. (Stupeň usměrnění lze kombinovat a případně doplnit o další prvky usměrnění, zejména pomocí směrovacích ostrůvků). Mimoúrovňové křižovatky U mimoúrovňových křižovatek udává ČSN 73 6102 následující podrobnější členění:
Tab.9-1 Typy, vzory a stupeň usměrnění mimoúrovňových křižovatek Druh
s křižnými body
Stupeň usměrnění dopravních proudů
Vzor (obr.9-2)
Typ – – –
kosodélná jednovětvová osmičková
– – –
s průpletovými úseky Mimoúrovňová křižovatka bez průpletových úseků útvarová
– – – – – – – – – – –
– srdcovitá – čtyřlístková – dvojlístková (sousední kvadranty) prstencovitá trubkovitá sdružená trubkovitá dvojlístková s vystřídanými lístky rozštěpová spirálová turbinová hvězdicová
s dělicím ostrůvkem na vedlejší s řadicím pruhem pro odbočení vlevo s řadicím pruhem pro odbočení vpravo s připojovacím pruhem s přídatnými pruhy s přídatnými pásy
Rozdělení mimoúrovňových křižovatek však lze zjednodušeně provést i následovně: a) podle počtu křižných bodů na jednotlivých větvích: – křižovatky bezkolizní (nemají žádný křižný bod, přičemž se křižný bod průpletových úseků do tohoto výčtu nezapočítává), – křižovatky kolizní (mají alespoň jeden křižný bod, přičemž se rovněž křižný bod průpletového úseku nezapočítává), b) podle počtu nutných mostních objektů (M1, M2,...,Mx) c) podle půdorysného tvaru : (viz též vzory křižovatek z předcházejícího rozdělení - např. trubkovitá, deltovitá, osmičková, čtyřlístková, kosodélná, jednovětvová, srdcovitá,..., útvarová). 9.3.3
Podklady a zásady návrhu křižovatek Dopravně-technické řešení křižovatek musí odpovídat požadavkům na bezpečné a plynulé převedení jednotlivých dopravních proudů za daných podmínek, určených zejména: – dopravním významem křižujících se komunikací, – výhledovou intenzitou průběžných a odbočujících dopravních proudů, – kategorií křižujících se pozemních komunikací, 152
– –
vzájemnou vzdáleností křižovatek, tvarem území, umístění křižovatek v trase a homogenitou trasy.
Obr.9-2 Vybrané vzory některých mimoúrovňových křižovatek
9.3.3.1 Výhledové intenzity Křižovatky jsou navrhovány na návrhové období 20-ti let od uvedení do provozu. Po celé návrhové období nesmí být překročena kapacita křižovatky. 153
Obvyklý postup je, že ze zjištěných intenzit provozu z období vzniku projekčního návrhu křižovatky se pomocí odhadnutých koeficientů nárůstu dopravy určí výhledová intenzita na konci návrhového období a na tuto intenzitu je pak křižovatka navrhována. Lze však narazit na dva základní problémy: – Špatný odhad koeficientů růstu dopravy: Odpovědným orgánem garantujícím výhledy v dopravě v ČR - Ředitelství silnic a dálnic ČR, jsou určeny pouze celostátní koeficienty růstu dopravy, resp. výhledové intenzity dopravy. Tyto koeficienty se však mohou v jednotlivých oblastech velmi značně různit. Zodpovědný projektant by měl provést vlastní analýzu dopravy v dané oblasti a nechat si potvrdit svoje závěry od správce sítě! Pokud dojde ke zřízení Vyšších územních celků, pak Ředitelství silnic a dálnic ČR bude garantovat pouze dálnice, rychlostní komunikace a silnice I.třídy - u velkých měst i vymezenou část místních komunikací funkční třídy A a B. Ostatní komunikace přejdou pod správu vyšších územně správních celků či obcí! – V jistých případech, nikoliv však zcela výjimečných, může dojít k situaci, kdy špičková intenzita je dosažena během návrhového období a intenzita na konci návrhového období může být nižší. Jedná se o případy, kdy je např. během návrhového období dané křižovatky vybudována a zprovozněna nová trasa, která danou křižovatku odlehčí apod. Pak je pochopitelně nutné navrhnout křižovatku na max. intenzitu daného návrhového období. Výjimku může udělit pouze investor či správce sítě, pokud na sebe vezme odpovědnost za možné překročení kapacity ve vymezeném úseku návrhového období. Objekty a zemní těleso se zpravidla navrhují na delší návrhové období než 20 let. Potřebu rozšíření křižovatky o zejména další pruhy, možnou potřebu přebudování úrovňové křižovatky na mimoúrovňovou, možnou změnu signálních plánů aj. je nutno řešit již od samého počátku např. volbou vhodných objektů a zemního tělesa, rezervou stavebních ploch, úvahou o možné etapizaci výstavby aj. Prokáže-li se výpočtem, že neusměrněná úrovňová křižovatka silnice S 7,5, nebo obslužná místní komunikace vzhledem k dopravnímu významu a návrhové intenzitě dopravních proudů nevyhoví do 15 let po uvedení do provozu, navrhne se ihned jako křižovatka usměrněná. 9.3.3.2 Bezpečnost provozu Při návrhu křižovatky je nutno respektovat zásady bezpečnosti provozu, spočívající zejména: a) Ve včasné postřehnutelnosti dopravních značek a zařízení. Viditelnost křižovatky je možné zvýšit správným umístěním dopravních značek a volbou jejich správné velikosti, zřízením dělících ostrůvků, optickým zdůrazněním křižovatky (např. změnou výsadby dřevin, osazením svislých značek na portály či výložníky aj.), osvětlením významných křižovatek nebo odlišným osvětlením křižovatek místních komunikací aj. b) V přehlednosti jednotlivých ploch a zařízení, kterou lze zvýšit např. použitím kolmého křižování, zajištěním co největšího rozhledového pole, a to i pro vozidlo stojící za sebou na vedlejší komunikaci aj. c) V jednoznačné srozumitelnosti navržení organizace dopravy. Tu lze zajistit použitím jednoduchých vzorů křižovatek, vhodným výškovým a směrovým řešením zejména hlavní komunikace, usměrněním a optickým, popř. fyzickým vedením jednotlivých dopravních proudů, usměrněním pěších a cyklistických proudů, srozumitelným vyznačením tvaru křižovatky svislými a vodorovnými značkami aj. d) V zajištění technické možnosti bezpečného průjezdu všemi jízdními pruhy křižovatky a jejich větví. Je potřeba dbát na to, aby poloměry oblouků a odbočení vyhovovaly návrhové rychlosti, šířky jízdních pruhů byly pokud možno shodné se šířkami jízdních pruhů v navržených úsecích, v úsecích směrových oblouků a v odbočeních bylo použito dostatečné rozšíření, dodržením šířkového uspořádání navazujících úseků na hlavní (včetně zpevněných krajnic) a s potlačením plynulosti na vedlejší (např. zúžení profilu, směrovací ostrůvky, v krajním případě i optickými či fyzickými retardéry dopravy aj.) apod.
154
e)
V psychologické jistotě hlavní komunikace. Nesplnění této zásady je zdrojem velmi závažných a poměrně častých nehod. Řidič jedoucí po vedlejší by bez ohledu na dopravní značení neměl nikdy nabývat dojmu, že komfortní řešení jeho komunikace automaticky vede k přednosti v jízdě před podstatně skromněji řešenou komunikací hlavní. Osazení dopravního značení v základním provedení je zde zcela nedostatečné. Je potřeba značky na vedlejší opakovat (víckráte), opakovaně informovat řidiče návěstní značkou aj. Zde je nutno dát pozor na skutečnost, že vodorovné značení je pouze doplňkem značení svislého. Jakákoliv úprava vodorovného značení je v jistých případech buï zcela neúčinná (sníh, náledí) nebo ztíženě čitelná (déšť, noc, nečistoty na vozovce aj.) Psychologickou přednost hlavní komunikace lze dále zdůraznit např. neměnností barvy a struktury na hlavní oproti v předstihu provedené změně na vedlejší, zřízením směrovacích ostrůvků a dopravních stínů s dodržením šířkového uspořádání navazujících úseků na hlavní (včetně zpevněných krajnic) a s potlačením plynulosti na vedlejší (např. zúžení profilu, směrovací ostrůvky, v krajním případě i optickými či fyzickými retardéry dopravy aj.) apod.
9.3.3.3 Poloha křižovatky v trase Z hlediska směrového vedení osy křižujících se komunikací, zejména osy hlavní komunikace je nejvhodnější umístění úrovňové křižovatky ve směrové přímé. Pokud je nutno umístit křižovatku do směrového oblouku, pak poloměr oblouku by měl být minimálně odpovídající návrhové rychlosti hlavní komunikace zvýšené o 20 km/h. Nevhodné je umístění křižovatky v místech, kde na hlavní komunikaci je osa vedena v přechodnici, jejíž délka se blíží k minimálně použitelné hodnotě. Nejvhodnější umístění úrovňové křižovatky ve výškovém vedení je poloha ve vydutém (údolnicovém) zaoblení nivelety. Přijatelná je i poloha ve výškové přímé. Nejméně vhodné je umístění ve vypuklém (vrcholovém) zaoblení. Nedoporučuje se (není ale normou vyloučené) umístění úrovňové křižovatky do úseku, kde zejména na hlavní komunikaci jsou použity přídatné pruhy pro pomalá vozidla. V každém případě musí být v křižovatce splněny délky rozhledů pro zastavení a na hlavní komunikaci rozhledy pro předjíždění. Podélný sklon vedlejší komunikace by měl plynule navazovat na příčný sklon komunikace hlavní. Překlápění příčného sklonu na hlavní komunikaci z titulu křižovatky s vedlejší je sice možné, ale krajně nevhodné. Křižovatka nesmí být navržena v místech, kde velikost a délka klesání před křižovatkou neumožňuje, aby i těžká nákladní vozidla mohla před křižovatkou, zejména s ohledem na možný ohřev brzd, bezpečně zastavit. Vzájemné vzdálenosti křižovatek na silnicích a dálnicích udává ČSN 73 6101 a u místních komunikací ČSN 73 6110. Nelze-li u dvou stykových křižovatek ve stávající zástavbě tuto vzdálenost zajistit, je třeba řešit obě křižovatky jako jeden celek, tj. jako křižovatku odsazenou. Nejmenší vzdálenost křižovatky a obslužného dopravního zařízení (podle ČSN 73 6101 - např. připojení čerpací stanice PH, připojení odpočívky aj.) je taková, která umožní vložení průpletového úseku nebo přídatného pásu a současně umožní dopravní značení (svislé, vodorovné) v předepsaných vzdálenostech. Toto ustanovení však neplatí pro místní komunikace funkční třídy C. Úhel křížení (připojení) paprsků vedlejší a hlavní komunikace se měří od osy přilehlého jízdního pruhu hlavní komunikace k ose vedlejší komunikace. Připojení zprava (zleva) se vztahuje ke směru staničení hlavní komunikace. Úrovňové křížení (připojení) paprsků vedlejší a hlavní komunikace se doporučuje v pravém úhlu. Šikmé křížení (připojení) lze provést jen v rozmezí úhlu 75o až 105o. Je-li úhel menší jak 75o, resp. větší jak 105o, upraví se směrové vedení osy vedlejší komunikace směrovým vychýlením pomocí oblouku s poloměrem větším nebo roven 150 m (nejméně však 50 m u silnic a 45 m u místních komunikací obslužných a komunikací účelových) tak, aby vlastní křížení (připojení) bylo kolmé (obr.9-3).
155
Obr.9-3 Úprava úhlu křížení přesahující hodnoty 75o až 105o 9.3.3.4 Okružní křižovatky Okružní křižovatky (velké - obr.9-4 -, malé a mini) je vhodné použít např. v případech, kdy je účelné či nutné zpomalit průjezdní rychlosti všech vozidel křižovatkou a dále pak pokud úrovňová křižovatka má více jak 4 paprsky, mají-li křižující se komunikace přibližně stejný dopravní význam a je-li potřeba zabezpečit přibližně stejný dopravní význam a je-li potřeba zabezpečit přibližně shodnou plynulost na všech paprscích. Účelné použití je i v případě, kdy je nutno řidiče důrazně upozornit na konec komunikace s vyšší návrhovou rychlostí či velmi komfortním šířkovým uspořádáním, nájezd na komunikaci s jiným dopravním režimem nebo s jinou funkcí. Jedná se např. o napojení přivaděče na běžnou uliční síť města, přechod silnice na uliční síť s tramvají, ukončení přednosti v jízdě a mnohé jiné. U malých okružních křižovatek je nutno ověřit možnost průjezdu rozměrných vozidel. V případě potřeby je možné použít i částečně pojížděný střední ostrov, tj. umožnit rozměrově nadměrným vozidlům bez porušení pravidel provozu přejetí vnitřního vodicího proužku. Aby tato možnost nebyla zneužívána, je vhodné předpokládanou pojížděnou část středního ostrova provést v povrchové úpravě výrazně snižující komfort jízdy - např. velmi hrubá dlažba aj. U miniokružních křižovatek je mnohdy nutné provést takovou úpravu na celém středním ostrůvku. Opět nerovnost povrchu a provedení plochy ostrůvku jako vyduté plochy, např. ve tvaru kulového svrchlíku, brání zneužívání možnosti přejezdu ostrůvku. U malých a miniokružních křižovatek je bezpodmínečně nutné zabránit přímému průjezdu křižovatkou návrhovou rychlostí. Křižovatka musí působit jako retardér či směrová šikana, tj. požadované snížení rychlosti zde nemůže být vyžadováno jen dopravním značením, ale vyšší rychlosti je bráněno fyzicky. Na všech směrech musí být vozidlo omezeno malými poloměry tak, aby bylo nuceno snížit rychlost jízdy. Nelze-li snížení rychlosti dosáhnout malými poloměry, je potřebné použít jiné psychologické a fyzické překážky, jako např. optické či zvýšené příčné prahy, zúžení pruhů, barevné odlišení povrchů vozovky okruhu od vjezdových větví apod. Oproti pravidlům silničního provozu je (zejména u malých a miniokružních křižovatek) prakticky nezbytné, aby byl upřednostněn pohyb vozidla na okruhu, tj. aby pravidlo pravé ruky bylo změněno pomocí dopravního značení na přednost na okruhu. Dalším pravidlem, normou nedostatečně podchyceným je, že u malých a zejména miniokružních křižovatek je sice šířka komunikace na okruhu navržena v šířce dvou jízdních pruhů, ale tyto pruhy nejsou vodorovným značením na okruhu vymezeny. Jisté problémy mohou nastat i s odvodněním, opět zejména u malých a miniokružních křižovatek. Pokud není odvodnění provedeno hloubkově (přes kanalizaci), není vhodné řešit příčný sklon oblouku dostředně. Pokud není zemina středního ostrova výjimečně propustná, nelze uvažovat, že by při 156
přívalovém dešti voda z vozovky byla schopna vsakovat. Zapuštění středního ostrova je u malých okružních křižovatek velmi problematické a u mini nemožné. Pak jediným řešením je použít v rozporu s požadavky jízdními za cenu nízké návrhové rychlosti sklon odstředný.
Obr.9-4 Velká okružní křižovatka 9.3.3.5 Prvky křižovatek a) Jízdní pruhy Šířky průběžných jízdních pruhů v křižovatce jsou totožné s šířkami jízdních pruhů před křižovatkou. Pouze na vedlejší je z důvodů bezpečnosti (viz výše - psychologická přednost jízdy) možné ve výjimečných případech šířku i průběžných pruhů zúžit. Zvětšení počtu jízdních pruhů před křižovatkou se provede zřízením odbočovacích pruhů a za křižovatkou zřízením připojovacích pruhů, které pokračují jako další jízdní pruh za křižovatkou. Zmenšení počtu pruhů je provedeno tak, že se pravý jízdní pruh před křižovatkou vyznačí jako pruh pro pravé odbočení s tím, že za křižovatkou již nepokračuje. Je-li však za křižovatkou pravé připojení z vedlejší řešeno přes připojovací pruh, tj. opticky se může tento připojovací pruh jevit jako pokračování rušeného jízdního přímého pruhu před křižovatkou, provede se délka připojovacího pruhu o 50 % delší než obvykle. Šířka přídatných pruhů je u silnic a dálnic 3,50 m. Pokud však je šířka základních jízdních pruhů menší jak 3,50 m (např. u S 7,5, sběrné a obslužné MK), pak je šířka přídatného pruhu rovna šířce jízdního pruhu.
157
b) Řadicí a odbočovací pruhy (obr.9-5) Pruh pro odbočení vpravo, sloužící výhradně pro pravé odbočení, se umisťuje na vjezdovém paprsku vždy vpravo od průběžného pruhu. Pruh pro odbočení vpravo se zřizuje: – vždy u čtyř a vícepruhových silničních komunikací v extravilánu a u dvoupruhových rychlostních komunikací, – vždy u dvoupruhových komunikací s návrhovou rychlostí větší jak 80 km/h, – na ostatních komunikacích podle místních podmínek, přičemž v odůvodněných případech (zejména u místních komunikací) nemusí být vždy dodržena požadovaná délka pruhu, – na křižovatkách světelně řízených je potřeba pruhu pro pravé odbočení dána průkazním výpočtem se zohledněním místních podmínek Přídatný pruh pro odbočení vlevo se u úrovňových křižovatek umisťuje vždy vlevo od průběžného pruhu a slouží vždy jen pro levé odbočení, tj. nelze ho slučovat i pro přímý směr. Vozidla jedoucí v přímém směru nesmí být navržením pruhu pro levé odbočení nucena měnit jízdní pruh. Pruh pro odbočení vlevo se zřizuje: – vždy na kategorijním typu R 11,5, u čtyř a vícepruhových silničních komunikací v extravilánu a na místních komunikacích funkční třídy A a B1 v intravilánu, – na ostatních komunikacích tehdy, dosáhne-li intenzita vozidel odbočujících vlevo hodnoty 50 vozidel za hodinu, nebo je-li nutnost prokázána výpočtem, – na světelně řízených křižovatkách, je-li nutnost prokázána výpočtem, – u útvarových mimoúrovňových křižovatek, při odbočení větve na levé straně průběžného pruhu, např. vnitřní rampy prstencové křižovatky aj.).
Obr.9-5 Pruh pro odbočení vpravo Řadicí či odbočovací pruh musí umožnit odbočení vozidel bez podstatného snížení rychlosti v průběžném proudu. Celková délka řadicího či odbočovacího pruhu se rovná součtu délek: ⇒
vyřazovacího úseku Lv (index v - vyřazení)
158
Délka vyřazovacího úseku musí umožnit vyřazení vozidla z průběžného proudu z návrhové rychlosti na 0,75 návrhové rychlosti (75 % Vn) s přijatelným komfortem jízdy a při zachování přijatelné bezpečnosti jak na průběžném, tak i odbočujícím směru. Délka vyřazovacího úseku Lv je stanovena: – u dálnic, rychlostních silnic a rychlostních místních komunikací pro všechny tři v úvahu připadající návrhové rychlosti (80, 100 a 120 km/h) jednotně Lv = 120 m, – u ostatních komunikací (silnic a sběrných MK) je pak délka Lv v metrech rovna návrhové rychlosti Vn v km/h. ⇒
zpomalovacího úseku Ld (index d - decelerace) Délka zpomalovacího úseku Ld musí umožnit snížení rychlosti z 0,75 Vn (75 % návrhové rychlosti z průběžného proudu) na rychlost Vc (km/h), která odpovídá v případě nerušeného průjezdu z odbočovacího pruhu do větve křižovatky návrhové rychlosti větve, tj. použitému poloměru větve a příčnému sklonu. V případě použití stopčáry (např. u světelně řízených křižovatek) je uvažována hodnota Vc = 0 km/h. Délka zpomalovacího úseku lze vyjádřit ze vzorce:
Ld
2 0,75 Vn ) - Vc2 ( =
s 26 . d + 10
[m]
kde Ld návrhová rychlost průběžné komunikace (km/h), kterou lze u světelně řízených křižovatek, pokud je vyšší, snížit na max. Vn = 70 km/h Vc rychlost v km/h požadovaná na konci zpomalovacího úseku d průměrné zpomalení (decelerace), uvažované v hodnotě d= 1,5 m/s2 s sklon zpomalovacího úseku (%) znaménko sklonu při stoupání je +, při klesání Maximální délka zpomalovacího úseku se však neuvažuje vyšší jak 240 m. Pro normové návrhové rychlosti (60, 70, 80, 100 a 120 km/h) lze délky zpomalovacích úseků přímo odečíst v grafech uvedených v ČSN 73 6102. Od zpomalovacích úseků lze upustit u odbočovacích pruhů na komunikaci s neomezeným přístupem s Vn rovnou či nižší jak 80 km/h a u řadicích pruhů světelně řízených křižovatek. ⇒
čekacího úseku Lc Čekací úsek Lc se navrhuje prakticky pouze v těch případech, kdy řadicí či vyřazovací pruh je ukončen stopčarou. Vozidlo vyčkávající před stopčarou na možnost průjezdu by bez čekacího úseku začala blokovat zpomalovací úsek a tím by potřebu zpomalení vozidel přesunovala do vyřazovacího úseku nebo až do průběžného pruhu a to na úkor bezpečnosti a plynulosti. Délka čekacího úseku se prokazuje na základě intenzit, signálních plánů aj. výpočtem. Min. délka čekacího úseku, pokud je jeho nutnost zdůvodněna, je 20 m. Je-li však v odbočném proudu více jak 30 % pomalých vozidel (nákladních), pak by jeho délka měla být min. 40 m.
c) Připojovací pruhy (obr.9-6) Připojovací pruhy se umis ují na výjezdovém paprsku vpravo od průběžného pruhu. Pouze u útvarových mimoúrovňových křižovatek mohou být výjimečně umístěny i vlevo. Levé připojení je však nutno vždy velmi pečlivě zvážit. Je podstatně více rizikové než pravé připojení (připojení pomalejších vozidel do rychlého levého jízdního pruhu). Připojovací pruhy se zřizují vždy na silničních komunikacích s návrhovou rychlostí vyšší jak 80 km/h. Na ostatních komunikacích je potřebu zřízení připojovacího pruhu prokázat, výpočtem (např. z hlediska intenzit dopravy), nebo zvýšením bezpečnosti provozu (např. nevhodné rozhledové poměry aj.). Dále se připojovací pruhy zřizují při situaci, kde za křižovatkou se snižuje počet průběžných jízdních pruhů komunikace před křižovatkou.
159
Obr.9-6 Připojovací pruh Připojovací pruh je tvořen: ⇒
zrychlovacím úsekem La (index a - akcelerace) Zrychlovací úsek La má umožnit připojujícím se vozidlům zvýšit rychlost z hodnoty z rychlosti Va dosažené na čele vjezdové části větve (lze uvažovat návrhovou rychlost větve danou použitým poloměrem větve a jejím příčným sklonem) na rychlost odpovídající 75 % návrhové rychlosti průběžného jízdního pruhu (0,75 Vn). Při návrhové rychlosti průběžného jízdního pruhu Vn vyšší jak 80 km/h se navrhuje délka zrychlovacího úseku bez ohledu na rychlost v připojovacím čele větve jednotně - La = 120 m. Při rychlosti pro návrhovou rychlost na průběžném pruhu Vn = 80 k/h a nižší, se délka zrychlovacího úseku stanoví dle vzorce:
La
2 ( 0,75 Vn ) - Va2 =
s 26 . a + 10
[m]
kde Vn návrhová rychlost na průběžném jízdním pruhu (km/h), rychlost na čele vjezdové části připojované větve (km/h), Va a střední zrychlení vozidla uvažované hodnotou a = 1,0 m/s2 s sklon zrychlovacího pruhu (%) (při klesání -, při stoupání +). Délky zrychlovacího úseku La lze pro návrhové rychlosti průběžného pruhu Vn = 80, 70 a 60 km/h odečíst s dostatečnou přesností z grafů uvedených v ČSN 73 6102. Délka zrychlovacího úseku La je měřena od čela připojované větve. Poloha čela je dána geometrickým průsečíkem vnitřních hran vnějších (z hlediska vedení větve a průběžného pruhu) či vnitřních (z hlediska dotyku průběžného pruhu a připojované větve) vodicích proužků Jinými slovy - špicí jazyka spojení obou vodicích proužků - pravého u průběžného pruhu a levého u připojované větve. ⇒
manévrovacího úseku Lm (index m - manévr) Délka manévrovacího úseku Lm má umožnit řidiči jehož vozidlo je zrychlovacím úsekem La zrychleno na 75 % návrhové rychlosti průběžného pruhu, nalézt přijatelnou mezeru pro zařazení se do tohoto průběžného pruhu. V rámci manévrovacího úseku je řidič schopen i upravit jízdní rychlost v souladu s okamžitou rychlostí průběžného pruhu a případně provést i manévr zařazení. Délka manévrovacího úseku se navrhuje jednotně Lm = 150 m. Při návrhové rychlosti nižší jak 80 km/h při nízkých intenzitách lze délku Lm zkrátit, nejvíce však na 50 m.
⇒
zařazovacího úseku Lz (index z - zařazení) Zařazovací úsek umožňuje řidičům zařazení se do průběžného pruhu, pokud zařazení neprovedl již v rámci manévrovacího úseku. Samozřejmě může nastat situace, kdy řidič zrychlený na 75 %
160
návrhové rychlosti nenalezne v rámci manévrovaného úseku vhodnou bezpečnou mezeru pro zařazení. Vyloučíme-li možnost „násilného" zařazení, tj. vynucení si mezery pro zařazení, pro poměrně vysokou nebezpečnost, pak je velmi vhodné, aby zařazovací úsek byl napojen alespoň v délce rozhledu pro zastavení na zpevněnou krajnici takové šířky, aby vozidlo přejetím vodicího proužku mohlo bez ohrožení provozu na průběžném pruhu na krajnici zastavit. Délka zařazovacího úseku u dálnic, rychlostních silnic a rychlostních místních komunikací se navrhuje jednotně Lz = 120 m. U ostatních silnic a místních komunikací pak dle návrhové rychlosti: pro Vn rovnu či nižší jak 80 km/h je Lz = 50 m, pro Vn vyšší jak 80 km/h je Lz = 75 m. d) Průpletové úseky Průpletový úsek umožňuje při jednoduchém průpletu vzájemnou změnu jízdního pruhu dvou vozidel v jednom jízdním směru ze sousedních jízdních pruhů. Vícenásobný průplet pak vzniká při možnosti změny jízdního pruhu vozidel na více jak dvou souběžných jízdních pruzích jednoho jízdního směru. ČSN 73 6102 rozeznává „krátký průpletový úsek", který vzniká např. u okružních křižovatek, či křižovatek s podobnými dopravními poměry. Jeho délka se pohybuje řádově v desítkách metrů. Kapacita těchto krátkých průpletů se spočítá dle odst.7.1.10 ČSN 73 6102 (nebo dle grafu obr.22 téže normy). „Dlouhý průpletový úsek" vzniká v případech, kdy v prostoru křižovatky dochází k připojení dopravního proudu v úseku před odbočením dopravního proudu nebo je-li vzájemná vzdálenost dvou sousedních křižovatek taková, že připojovací pruh jedné křižovatky se překrývá s odbočovacím pruhem následující křižovatky. I zde může dojít k vícenásobnému průpletu. Délka dlouhých průpletů se pohybuje řádově ve stovkách metrů (až 2 km). Jejich kapacita je počítána dle odst.7.3.2 ČSN 73 6102 (nebo dle grafu obr.25 téže normy). Průpletové úseky jsou vyloučeny u dálnic a čtyřpruhových rychlostních komunikací. Pokud zde je průplet nutný, musí být řešen fyzicky odděleným přídatným pásem nebo u čtyřpruhových rychlostních komunikací v odůvodněných případech pouze přídatným pruhem. e) Větve pro odbočení vpravo a vlevo Na usměrněných úrovňových křižovatkách se větve pro odbočení vpravo navrhují v základní šířce (plus potřebné rozšíření) jako jednopruhové nebo v závislosti na intenzitě i jako dvoupruhové v jednom směru. Větve mimoúrovňových křižovatek, které jsou pojížděny obousměrně, se navrhují minimálně jako dvoupruhové. Jednosměrně pojížděné větve se pak navrhují jedno či dvoupruhové. Dvoupruhové jednosměrné větve se navrhují vždy u dálnic, u ostatních komunikací pak při délce větve delší jak 500 m nebo je-li na větvi intenzita vyšší jak 1 000 voz/h nebo je-li intenzita vyšší jak 400 voz/h při délce větve vyšší jak 250 m. U jednopruhové větve se pro možnost objetí nepojízdného vozidla navrhne jízdní pruh v šířce min. 5,5 m. Doporučené a minimální návrhové rychlosti ve směrových obloucích větví jsou udány v tab.5 ČSN 73 6102 v závislosti na kategorijním typu komunikace a její návrhové rychlosti. Poloměry směrových oblouků v závislosti na návrhové rychlosti větve a jejím příčném sklonu udává tab.7 ČSN 73 6102. Rozšíření jízdních pruhů ve směrových obloucích větví je dáno tab.4 ČSN 73 6102 v závislosti na poloměru vnitřní hrany jízdního pásu (vnitřní z hlediska zakřivení oblouků, nikoliv z hlediska geometrické polohy v ploše oblasti křižovatky). Dále rozšíření závisí na tom, zda je větev jednosměrná a zda je oblouk pravo či levotočivý. U dvoupruhových jednosměrných větví se rozšiřují oba jízdní pruhy, ale nesymetricky - vnitřní více než vnější. U malých poloměrů může hodnota rozšíření být větší než je základní šířka jízdního pruhu. Např. u obousměrné větve s poloměrem vnitřní hrany 10 m je rozšíření vnitřního pruhu 3,75 m a vnějšího 2,50 m.
161
U necitlivě provedeného rozšíření, zejména u úrovňových křižovatek usměrněných ostrůvky, může při malých poloměrech dojít k velmi nepěkné deformaci jednotlivých hran. U jednosměrných větví, kde se rozšiřuje jen pravý pruh, je rozšíření provedeno na vnější stranu oblouků. U obousměrných větví se rozšíření každého pruhu provede vně od osy větve. I zde může dojít, při malém poloměru u vnitřní hrany, odsunutím ke středu oblouku k deformaci, která se u krátkých větví velmi obtížně odstraňuje (např. vložením delšího přechodu z přímé do kružnice, než odpovídá min. přechodnici či přechodové oblasti v ose. f) Vedení jízdních pruhů Poloměr vnitřní hrany jízdních pruhů křižovatek a dostředné klopení vozovky musí odpovídat uvažované návrhové rychlosti. Nejmenší poloměr vnitřní hrany u křižovatek silnice a místní komunikace je 12 m. Nejmenší doporučený poloměr u křižovatky místních komunikací obslužných je 9 m a přípustný je při zvážení místních podmínek 6 m. Poloměry směrových oblouků ve vztahu k návrhové rychlosti a s ohledem na použitý dostředný sklon jsou udány tab.7 ČSN 73 6102. U větví s návrhovou rychlostí nižší jak 60 km/h je nutno při použití poloměru bez dostředného sklonu si vyžádat souhlas ústředního orgánu státní správy ve věcech dopravy (Ministerstvo dopravy a spojů ČR) nebo jím pověřené organizace (Ředitelství silnic a dálnic ČR). U místních komunikací pak souhlas příslušného odboru dopravy obecního, městského či okresního úřadu. Pro směrovou změnu osy jízdního pruhu větve se při poloměru 30 m a více použije kružnicový oblouk s klotoidickými přechodnicemi. U poloměrů menších jak 30 m lze použít složený kružnicový oblouk dle zásad přílohy „B" ČSN 73 6102. Na místních komunikacích obslužných a přístupových lze se souhlasem investora použít oblouk o jednom poloměru. g) Rozšiřovací klín (obr.9-7) Rozšiřovacím klínem je možné provést vybočení kterékoliv vyznačené směrové linie (vodicí proužek, střední dělicí čára, střední dopravní stín aj.). Lze tak zřídit či ukončit zejména odbočovací a připojovací pruhy, zřídit či ukončit střední dělicí pruhy a ostrůvky aj.
Obr.9-7 Rozšiřovací klín Délka rozšiřovacího klínu Lr je závislá na návrhové rychlosti Vn (km/h) a velikosti příčného odsunutí d (m). Je-li např. při rozštěpení střední dělicí čáry na střední dopravní stín proveden odsun obou nově vzniklých hran nesymetricky, pak ve výpočtu délky Lr se uvažuje hodnota d (m), která je rovna hodnotě z obou odsunů od symetrály odsunu, tj. d = d ′ + d ′′, kde d ′ je větší z obou hodnot.
Lr = V n . d ′
(m)
kde Vn návrhová rychlost komunikace (km/h), d´ příčné odsunutí hrany (m) kde
dmax = d
a d´ ≥ d´´ při d = d´ + d´
162
Tvar rozšiřovacího klínu je patrný z obr.9-7, kde L = Lr a b = d (případně d či d´´) !POZOR! Obrázek převzatý z ČSN 73 6102 není zcela přesný. Z uvedeného obrázku je zřejmé, že t = L/6. Druhá tečna by však musela být rovna t/2, což jistě není. Při přesném výpočtu by muselo být postupováno: − tgα =
b/2 L/3
− t = R . tgα / 2
- odtud α = arc tg α, - odtud R =
− t 0 = b 2 + (2L/3 )
2
t , tg α/2
kde t 0 = L/6
− 2 . t0
h) Dopravní ostrůvky (obr.9-8) Dopravní ostrůvky se zřizují pro fyzické (zvýšené ostrůvky) či optické (pouze nátěrovou technikou) oddělení a usměrnění dopravních proudů. Zejména u malých a miniokružních křižovatek může být i zvýšený ostrůvek řešen jako částečně pojížděný, např. skosením hran obrubníku, řešením ve tvaru kulového svrchlíku aj. Skosení obrubníku se obvykle provádí i u nepojízdných ostrůvků na nájezdové hraně. U dálnic, rychlostních silnic a rychlostních místních komunikací se provádí zemní ostrůvky, které jsou zatravněné a zapuštěné o 2-3 cm pod úroveň navazující zpevněné plochy, či zpevněné ostrůvky, barevně odlišené od přilehlých jízdních pruhů v úrovni navazující na zpevněné plochy. Dopravní ostrůvky v úrovni povrchu vozovky vyznačené pouze opticky vodorovnými dopravními značkami se nazývají „dopravní stíny". Střední dělicí zvýšené ostrůvky musí mít šířku min. 1,0 m. Nezvýšený dělicí pás pak musí mát šířku min. 1,5 m. (Těmto šířkám samozřejmě nemusí odpovídat rozšiřovací klín před čely zřizovaných ostrůvků a dělicích pásů). Zvláštním případem jsou tzv. „ochranné ostrůvky", zřizované obvykle v sídelních útvarech pro ochranu chodců na přechodech či na ochranu sloupků se značkami a návěstidly. Nejmenší šířka zvýšených ochranných ostrůvků je 1,5 m. Plocha ostrůvků (zvýšených i nezvýšených) je min. 5,0 m m2. Dělicí a směrovací ostrůvky musí být odsazeny min. 0,5 m od hrany přilehlého jízdního pruhu vedlejší komunikace a o šířku zpevněné krajnice (včetně vodicího proužku) od hrany přilehlého jízdního pruhu hlavní komunikace. U místních komunikací funkční třídy A a B1 se doporučuje odsadit zvýšený směrovací ostrůvek na vedlejší o šířku odstavného pruhu na hlavní. Nejkratší délka hrany směrovacího (ale i jiného) zvýšeného ostrůvku musí být min. 3,0 m. Čelo ochranného ostrůvku přechodu pro chodce má být předsazeno před hranu přechodu nejméně o 2,0 m.
163
164
Obr.9-8 Dopravní ostrůvky i)
Podélné sklony paprsků a větví Podélný sklon paprsků vedlejší komunikace mají být v prostoru křižovatky co nejmenší a nesmí překročit 4 %, výjimečně u obslužných komunikací mohou být až 6 %. Zejména u místních komunikací lemovaných zvýšenou obrubou (chodníkem, zelení aj.) je nutné, aby alespoň jeden paprsek měl podélný sklon v klesání od křižovatky. Jinak v případě ucpání či přehlcení deš ových vpustí dojde k zatopení křižovatky. Podélný sklon větví křižovatky má odpovídat sklonovým poměrům paprsku křižovatky a jejímu dopravnímu významu. Nemá překročit hodnotu 6 %, výjimečně může být sklon až 8 % na místních komunikacích obslužných a na jednosměrných větvích mimoúrovňových křižovatek v klesání. Lomy nivelety se zaoblují parabolickými oblouky s minimálními poloměry u silnic dle ČSN 73 6101 a u místních komunikací dle ČSN 73 6110. j)
Příčný a výsledný sklon Vzájemná závislost příčného sklonu, poloměru a návrhové rychlosti je dána tab.7 ČSN 73 6102. Základní příčný sklon po je min. 2,5 %, výjimečně 2 %. V přímých úsecích větví se může, je-li to výhodné (např. z důvodů odvodnění) navrhnout jednostranný příčný sklon. Změna příčného sklonu by neměla být větší jak 1 % na 10 m délky. Při rychlostech nižších jak 40 km/h však může být změna příčného sklonu až 2 % na 10 m délky. Délka se měří v ose skutečného nebo předpokládaného jízdního pruhu. Rozdíl opačných sklonů na začátku a na konci větve (např. na styku konce odbočného pruhu s průběžným jízdním pruhem apod.) nesmí přesahovat 4 %. Výsledný sklon pruhů a větví křižovatky nesmí být větší jak 8 %. Pro zajištěné odtoku povrchové srážkové vody pak nemá být min. výsledný sklon menší jak 0,5 % a nesmí být nižší jak 0,3 %. Značné problémy mohou nastat s dodržením normou požadovaných hodnot zejména u úrovňových usměrněných křižovatek na krátkých větvích malého poloměru (tj. s požadovaným max. dostředným sklonem), zejména pokud má větev opačnou křivost než v oblouku řešený průběžný pruh. 9.4
Železniční přejezdy
165
Dle silničního zákona č.13/97 Sb. o pozemních komunikacích se křížení silnic a místních komunikací (u novostaveb) zřizuje jako mimoúrovňové. U dálnic a směrově rozdělených rychlostních komunikací je tato podmínka příkazová a vylučuje výjimky. Zřízení úrovňového křížení silnice nebo místní komunikace (přejezd) může příslušný silniční správní orgán se souhlasem drážního správního úřadu a příslušného orgánu Policie čR povolit zcela výjimečně pouze v případech malého dopravního významu. Toto ustanovení se nevztahuje na tramvajovou a trolejbusovou dráhu a na vlečku. 9.4.1
Rozdělení přejezdů Přejezdy se dělí na: a) podle trvání na přejezdy: trvalé nebo dočasné, b) podle počtu křížených kolejí: jednokolejné nebo dvou či vícekolejné, c) podle úhlu křížení: kolmé nebo šikmé, d) podle druhu pozemní komunikace na přejezdu na: silnicích, na místních komunikacích, na účelových komunikacích, e) podle povahy a účelu dráhy na přejezdy na: celostátních drahách, drahách městských a dráhy zvláštního určení, f) podle nejvyšší dovolené rychlosti silničních vozidel na přejezdu, na přejezdy: s nejvyšší dovolenou rychlostí 30 km/h a rychlostí 50 km/h, g) podle zabezpečení na přejezdy: zabezpečené, nezabezpečené a přejezdy řízené světelně signalizačním zařízením ovládaným jízdou tramvaje, h) podle používání uživateli pozemních komunikací na přejezdy: trvale používané, uzavřené závorami otevíranými na požádání a přejezdy opatřené závorami znemožňujícími vjezd na přejezd (otvírané např. jen sezónně v době zemědělských prací aj.) Za přejezdy se nepovažují: a) úrovňová křížení pozemní komunikace s lanovými a trolejbusovými dráhami, b) úrovňová křížení pozemní komunikace s tramvajovou tratí, jejíž trasa je závislá na pozemní komunikaci a kde se provoz dráhy řídí též pravidly silničního provozu, c) dopravní plochy uvnitř výrobních objektů sloužící provozu silničních i kolejových vozidel závodu a pracovníkům závodu označené dopravní značkou D48a „Zóna s dopravním omezením", d) úrovňová křížení komunikace pro zavazadlové vozíky se staniční kolejí, e) přechody přes trať pro pracovníky drah (např. k obytným objektům na pozemku dráhy), f) úrovňová křížení vnitropodnikových komunikací s důlními dráhami v obvodu důlní organizace. (Pozn. : stavební úprava těchto objektů se však doporučuje stejná jako na přejezdech či přechodech). 9.4.2 Zásady návrhu a návrhové prvky a) Hranice nejbližší křižovatky musí být vzdálená od nebezpečného pásma přejezdu, měřeno v ose komunikace, nejméně 10 m. U novostavby pak nejméně 20 m. b) U novostaveb se musí umístit přejezd vně od krajních výchylek stanic, zastávek, výhyben, odboček, kolejišť vleček a nákladišť apod. Přejezd nesmí být umístěn v místech nezaručujících rozhledové poměry ani v lomech sklonů trati a před návěstidly, kde by zastavené železniční vozidlo či souprava obsazovala přejezd. c) Podle možností se nesmí přejezd zřizovat přes koleje v oblouku s převýšením a nesmí se zřídit v přechodnici, vzestupnici a oblouku, pokud převýšení vytváří na pozemní komunikaci podélný sklon větší jak 3 %, směřující proti sklonu pozemní komunikace. d) U staveb a přestaveb pozemních komunikací má být jejich podélný sklon v přilehlých úsecích co nejmenší, pokud možno do 3 %. U silnic kategorijní šířky vyšší jak S 7,5 smí být tento sklon nejvýše 3 % s tím, že přilehlý úsek komunikace v tomto sklonu musí mít délku alespoň 30 m (obr.9-9).
166
e)
Lomy podélného sklonu pozemní komunikace vně krajních kolejí se zaoblí parabolickými oblouky dle ČSN 73 6101 a ČSN 73 6110. Nejmenší poloměr zaoblení může být R = 260 m, popř. u přejezdů na místních a účelových komunikacích s jedním pruhem mimořádně až R = 100 m. f) Při řešení přejezdové vozovky platí příslušné drážní předpisy (vzorové listy). Stavební úprava přejezdové vozovky dle těchto předpisů se provede min. v délce nebezpečného pásma přejezdu. g) Příčný sklon přejezdové vozovky je dán niveletou koleje. Nelze zde obvykle splnit požadavek silničních norem na min. výsledný sklon pozemní komunikace.
Obr.9-9 Úprava podélného profilu silniční komunikace 9.4.3
Dopravní značení a zabezpečení přejezdů Dopravní značení přejezdů se provádí v souladu s příslušnými předpisy (zejména "Pravidla silničního provozu, vyhláška o křížení pozemních komunikací s dráhami, Pravidla technického provozu městských drah aj.). Výstražný kříž se umis uje ve směru jízdy silničních vozidel na pravé straně (popř. další i na levé straně) vně její volné šířky tak, aby žádná část nebyla od osy krajní koleje(! ne kolejnice) vzdálena méně než 4 m. Výstražný kříž musí být viditelný nejméně na vzdálenost 20 m. V případě použití dopravní značky C2 „Stůj, dej přednost v jízdě" se tato značka umístí pod nebo před výstražný kříž. V případě, že zabezpečovací zařízení přejezdu nevaruje řidiče předepsaným způsobem, je možno označit přejezd dopravní značkou D45 „Změna místní úpravy" s textem "Pozor - přejezdové zabezpečovací zařízení není v činnosti. Před přejezdy elektrizovaných tratí, kde skutečná výška trolejového drátu snížená o 0,55 m u stejnosměrné, 0,65 m u jednofázové trakční soustavy a 0,50 m u městských drah je menší než 4,80 m, se umisťuje dopravní značka B16 „Zákaz vjezdu vozidel, jejichž výška přesahuje vyznačenou mez". Osvětlovací zařízení přejezdu nesmí oslňovat řidiče ani rušit řízení vozidla a to jak silničního, tak i drážního. 9.4.4
Podmínky pro použití nezabezpečených přejezdů Nezabezpečené přejezdy nemají zabezpečovací zařízení, které by dávalo výstrahu, že se k přejezdu blíží drážní vozidlo. 167
Nezabezpečené přejezdy není dovoleno zřizovat: a) na dvou a vícekolejných tratích nebo soubězích tratí (tj. dvou samostatných tratích, je-li osová vzdálenost kolejí menší než 30 m), kde jsou na přejezdu nebo v jeho blízkosti možné současné jízdy drážních vozidel, b) na tratích s traťovou rychlostí na přilehlém úseku dráhy větší jak 60 km/h, v případě přejezdů vybavených zábranami (např. sezónní přejezdy) větší jak 80 km/h a v případě přechodu pro pěší větší jak 100 km/h, c) při dopravním momentu přejezdu (tj. součin padesátirázové intenzity silničního provozu na pozemní komunikaci vynásobené 10 hodinami, a průměrné intenzity provozu na železniční trati za 24 h) větším než 10 000 voz/den, d) nemůže-li být zajištěna některá rozhledová délka, e) v obtížných místních podmínkách. 9.4.5
Rozhledové poměry
a) Zabezpečené přejezdy U zabezpečených přejezdů musí být pro řidiče silničního vozidla zajištěn rozhled na výstražník (světelně signalizační zařízení), sklopené závorové břevno či na pracovníka dráhy střežícího přejezd a to na takovou délku, aby řidič mohl spolehlivě před přejezdem zastavit. Výpočet délky rozhledu pro zastavení Dzz je shodný s výpočtem této délky na pozemních komunikacích dle ČSN 73 6101.
0,393 V s2 D zz = 0,417 V s + + b [m] 100 . ( f v ± 0,01 s ) kde Vs rychlost silničního vozidla před přejezdem (km/h), s podélný sklon (%) (při klesání -, při stoupání +). b bezpečnostní odstup vozidla od překážky (m), získaný zaokrouhlením prvních dvou členů rovnice na nejbližších vyšší 5 m fv výpočtový součinitel brzdného tření - fv = 0,70 Vs = 30 km/h - fv = 0,56 Vs = 50 km/h Délka rozhledu pro zastavení Dzz se měří v ose příslušného jízdního pruhu na úrovni čelních ploch světel výstražníku nebo od sklopeného závorového břevna. Délka rozhledu Dzz však bez ohledu na výpočet nesmí být menší jak 20 m pro Vs = 30 km/h a 40 m pro Vs = 50 km/h. b) Nezabezpečené přejezdy (obr.9-10) U nezabezpečených přejezdů musí být v ose příslušného jízdního pruhu umožněn pohledový rozhled z výšky 0,90 m nad vozovkou na drážní vozidlo, alespoň jeho horní část přečnívající 2 m nad temeny kolejnic.
168
Obr.9-10 Rozhledové poměry nezabezpečeného přejezdu U nezabezpečených přejezdů je nutno ověřit dva rozhledové trojúhelníky, resp. rozhledová pole: - Rozhledové pole „r" Toto rozhledové pole umožňuje řidiči jedoucímu v souladu s pravidly silničního provozu návrhovou rychlostí upravenou ve vzdálenosti 30 m před nebezpečným pásmem přejezdu na 30 km/h (resp. u přejezdů zabezpečených světelně signalizačním zařízením ve vzdálenosti 50 m před přejezdem na 50 km/h) spatřit drážní vozidlo ve vzdálenosti Dzn tak, aby přejezd buď bezpečně přejel (pokud v dohledu není drážní vozidlo) nebo před přejezdem bezpečně zastavil. Ve směru osy jízdního pruhu je strana rozhledového trojúhelníku (měřená od hranice nebezpečného pásma přejezdu)
D zn =
0,393 V s2 3,5 . +b 3,6 100 ( f v ± 0,01 s )
[m]
kde význam symbolů je shodný jak u Dzz zabezpečených přejezdů. Druhá strana trojúhelníku Lr je měřena v ose koleje od jejího průsečíku s osou příslušného jízdního pruhu:
Lr =
Vz ⋅ tz 3,6
[m]
kde Vz traťová rychlost na přilehlém úseku dráhy (km/h), doba potřebná k zastavení silničního vozidla na dráze Dzn (s) tz 169
t z = 3,5 +
8 D zn - 7 V s Vs
[s]
(význam symbolů - viz výše). Třetí strana rozhledového trojúhelníku je dána přímou spojnicí koncových bodů ve vzdálenosti Dzn na silniční komunikaci a ve vzdálenosti Lr na drážní komunikaci. Vytvořený trojúhelník pak vymezuje rozhledové pole. - Rozhledové pole „p" Rozhledová délka pro nejpomalejší silniční vozidlo Lp (m) je délka úseku dráhy před přejezdem, kterou projede čelo drážního vozidla traťovou rychlostí za dobu, potřebnou pro řidiče nejpomalejšího silničního vozidla, aby s vozidlem postačil spolehlivě opustit nebezpečné pásmo přejezdu.
Lp =
Vz Vs
(D p + D s )
[m]
kde Vz traťová rychlost na přilehlém úseku dráhy (km/h), Vs rychlost nejpomalejšího silničního vozidla (km/h), - uvažuje se 5 km/h Dp délka měřená v ose jízdního pruhu od úrovně výstražného kříže k hranici nebezpečného pásma na opačné straně přejezdu (m) Ds délka nejdelšího silničního vozidla (m) (uvažuje se 22 m) Rozhledová délka Lr se měří v ose koleje od jejího průsečíku s osou příslušného jízdního pruhu silniční komunikace. Rozhledový trojúhelník a tím i rozhledové pole „p" je tedy dán třemi body: − průsečík osy jízdního pruhu s přilehlou hranou nebezpečného pásma průjezdu, − průsečíkem osy jízdního pruhu s osou posuzované koleje, bodem v ose posuzované koleje ve vzdálenosti Lr od průsečíku její osy s osou jízdního pruhu.
170
9
OBSAH KŘÍŽENÍ A KŘIŽOVATKY POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ ...................................................149 9.1 Úvod .......................................................................................................................................149 9.2 Definice a pojmy.....................................................................................................................149 9.3 Rozdělení křižovatek pozemních komunikací ........................................................................151 9.3.1 Úrovňové křižovatky ..................................................................................................151 9.3.2 Mimoúrovňové křižovatky .........................................................................................152 9.3.3 Podklady a zásady návrhu křižovatek ........................................................................152 9.3.3.1 Výhledové intenzity ....................................................................................153 9.3.3.2 Bezpečnost provozu ....................................................................................154 9.3.3.3 Poloha křižovatky v trase............................................................................155 9.3.3.4 Okružní křižovatky .....................................................................................156 9.3.3.5 Prvky křižovatek .........................................................................................157 9.4 Železniční přejezdy.................................................................................................................165 9.4.1 Rozdělení přejezdů .....................................................................................................166 9.4.2 Zásady návrhu a návrhové prvky ...............................................................................166 9.4.3 Dopravní značení a zabezpečení přejezdů..................................................................167 9.4.4 Podmínky pro použití nezabezpečených přejezdů......................................................167 9.4.5 Rozhledové poměry....................................................................................................168
149
10
NEGATIVNÍ VLIVY DOPRAVY NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
V posledních letech se dostal na jedno z prvních míst problém současnosti - životní prostředí a člověk.. Zvyšuje se počet odborných rokování, sympozií, konferencí a článků o ochraně životního prostředí, o problémech boje proti znečišťování ovzduší, vody, půdy, boje proti hluku a problémy s tuhými či tekutými odpady apod. Životní prostředí se stalo závažným problémem naší civilizace. Podle definice je životní prostředí místo, v kterém žije člověk, které přetrvává a využívá na uspokojování svých potřeb. Víme, že absolutně čisté ovzduší, čistá voda a úplné ticho ve skutečnosti nikdy neexistovalo. Určitý podíl znečišťujících látek tuhých i plynných ve vzduchu, půdě nebo vodě, vytvářely procesy tlení rostlinných i živočišných látek, požáry i výbuchy sopek, písčité a prachové bouřky, povodně. Hluk zase způsobuje vítr, bouřky, zvířata, lidé, voda apod. S takovými případy znečišťování ovzduší si příroda poradila sama. Životní prostředí vážně ovlivnil sám člověk zvýšenou činností při rozvoji techniky. Člověk si stále vytváří nové prostředí. Nejdříve úpravami přírodních výtvorů, později novým způsobem využívání přírodních materiálů. Potřeba soustavného řešení problémů životního prostředí vznikla později v souvislostech s industrializací. Dá se říci, že téměř denně účinkují na dnešního člověka změny, s kterými se setkává na každém kroku, a kterým se snaží přizpůsobovat; přírodní prostředí se rychle vytrácí. Přírodu však potřebuje každý, nejen jako důležitý zdroj přírodního bohatství, vzduchu, čisté vody a klidu, ale jako místo, kde může regenerovat svoje fyzické a psychické síly. Vývin vztahů člověka a přírody je provázený určitými zákonitostmi, které odhalují příčiny krize životního prostředí. Nestačí jen zabezpečovat vývin životního prostředí, jeho tvorbu, ale je nutná i jeho ochrana. Aby prudký rozvoj vědy a techniky přinesl více dobrého než zlého, a aby se nezničilo životní prostředí, o to se mají starat různé vládní i nevládní organizace, které mají velké pomocníky v zákonech, normách a zákonných opatřeních. 10.1
Účinky dopravy na okolí a životní prostředí Další všestranný rozvoj naší společnosti si vyžaduje vysokou úroveň dopravního systému. Doprava představuje faktor, který může významně ovlivňovat jak tvorbu, tak i narušování životního prostředí. Její rozvoj má nejen pozitivní, ale i negativní následky. V pozitivním směru doprava působí na vyrovnávání a zvyšování celkové úrovně společensko-ekonomických oblastí a zejména na úroveň procesu vlastního přemísťování, kde specifický význam připadá osobní dopravě. Mezi nejzávažnější negativní vlivy dopravy na životní prostředí můžeme zahrnout především hluk a různé odpadové produkty, které znečišťují zejména ovzduší a vodní zdroje. Komplexní řešení dopravních systémů včetně zohlednění souvisejících sociálně-ekonomických a ekologických aspektů si vyžaduje nové přístupy a metody. Řešení dalšího rozvoje by mělo nejen minimalizovat negativní působení dopravy na kvalitu životního prostředí, ale musí též zabezpečit, aby dopravní systém byl pohodlný, spolehlivý a bezpečný pro jeho bezprostřední uživatele, ale i pro ostatní obyvatele. Dalším závažným důvodem, vystupujícím do popředí v ostatních letech, je nejen vysoká efektivnost dopravního systému, ale i velmi hospodárné a racionální využívání a ochrana přírodních zdrojů. Vážné dopady má rozvoj dopravních systémů na zabírání půdy jak v krajině, tak i v sídelních aglomeracích. V některých zahraničních městech už dosáhla část z celkové rozlohy města, pokrytá silniční sítí a parkovišti, neúnosné hodnoty 30-40 %. Tyto skutečnosti poukazují na potřebu komplexně řešit otázky rozvoje dopravy, včetně zabezpečení optimálního poměru individuální a veřejné dopravy. Jednotlivé druhy dopravy ovlivňují životní prostředí rozdílnou měrou a různými formami. Při železniční dopravě jsou rozhodujícími faktory hluk a vibrace v blízkosti tratí a stanice. Velké jsou prostorové nároky stanic a uzlů a v omezeném rozsahu k znečišťování přispívá i exhalace motorové trakce. Lodní doprava může zvětšovat znečišťování vodních toků a nádrží, zatím při letecké dopravě je nejzávažnějším problémem především hlučnost v oblasti letišť. Velmi nepříznivý vliv z hlediska dopravy jako celku má rozhodující význam na snižování kvality životního prostředí silniční doprava a především silniční automobily. Počet automobilů roste rychleji a svým působením zasahují nejširší vrstvy obyvatel. Z hlediska celkového působení na kvalitu životního prostředí je potřebné dopravu posuzovat v širších souvislostech, pokud mají být přijatá nápravná opatření pro racionální a efektivní řešení negativních vlivů na životní prostředí úspěšná. 171
Rozhodující význam má především provoz dopravních prostředků. Mezi základní a nejdůležitější projevy nepříznivého působení motorových vozidel na kvalitu životního prostředí patří zejména: a) plynné exhalace, b) hluk a vibrace, c) tuhé a netuhé odpady (znečišťování půdy a vodních toků), d) prašnost, e) prostorové nároky na provoz a parkování (zabírání půdy), f) škodlivé zásahy do krajiny, g) úrazovost. Působení motorismu na životní prostředí přitom ovlivňuje mnoho faktorů. Člověk je působením motorismu ohrožovaný bezprostředně (např. nehodovost, hluk) nebo zprostředkovaně (škodlivé exhaláty v ovzduší, narušení krajiny a přírody apod.). Na člověka a jeho životní prostředí však nejvýrazněji působí především vlastní provoz motorových vozidel. 10.2
Hluk ze silniční dopravy V posledním čase se stává hluk, jako jeden z fyzikálních faktorů ovlivňující kvalitu životního prostředí, závažným hygienickým problémem. V životním prostředí je nejrozšířenějším zdrojem hluku především silniční doprava, i když v některých oblastech se může výrazněji projevovat hluk letecké a železniční dopravy, případně hluk šířící se do okolí z nejrůznějších výrobních provozů, tzv. komunální hluk. Hladiny hluku se v životním prostředí soustavně zvyšují a dopravní hluk roste nejen v centru měst, ale i v hustě obývaných sídlištích. Hluk na komunikacích, způsobený provozem automobilů a vozidel působí: − na uživatele komunikací (řidiče vozidel, cestující a chodce), − na obyvatele žijících a pracující v prostorech, kam proniká hluk z komunikace. Závažnou skutečností je, že dopravní hluk může vážně ovlivňovat bezpečnost provozu svým působením na únavu řidiče, na jeho pozornost, vnímavost a na zpomalené reakce. Vyhláška MŽ č.13/1977 Sb. stanoví přípustné ekvivalentní hladiny hluku pro jednotlivé druhy chráněných objektů na 30, 40, 50 a 60 dB (A). Ve venkovním prostoru se přípustná hladina hluku limituje hodnotami 60-70 dB ve dne a 50-60 dB v noci. Doprava, zejména silniční, je nejvýznamnějším zdrojem škodlivého hluku: uvádí se, že 63-70 % obyvatel bytů na ulicích se silným provozem je trvale ohrožováno dopravním hlukem. Podle měření Hygienické služby z přelomu 70.-80.let byly cca 2 miliony obyvatel ČR vystavovány ve svých domovech hluku 65 dB. Nejhorší je situace v Praze, kde je nadměrným hlukem ve dne zasaženo 46 % obyvatel a v noci 53 % obyvatel. Specifickým problémem je hluk z letecké dopravy, který zasahuje rozsáhlé území v okolí letišť a prakticky vyřazuje z rozvoje řady funkcí. Leteckým hlukem je zasaženo kolem 34% území Prahy. Zóna nadměrného hluku je určena izofonou ekvivalentní hladiny hluku, dovolené pro dané využití území podle hygienických předpisů (vyhláška MZ č.13/1997 Sb.). Tento předpis stanovuje nejvyšší přípustnou ekvivalentní hladinu hluku LAeq ve venkovním prostoru a ze součtem základní hladiny LAZ = 50 dB (A) a korekcí přihlížející k místním podmínkám. Některé hlukové hladiny jsou uvedeny v tab.10-1. Pro obytné prostory a smíšené zóny lze pro prostor bezprostředně navazující na území dálnic, silnic I. a II.tř. a hlavních městských komunikací použít korekci +10 dB (A). Při použití této korekce musí být dán průkaz, že jiné řešení, umožňující obvyklý stupeň ochrany před hlukem, nelze použít. V obytných souborech (sídlištích) lze tuto korekci uplatnit maximálně v 15 % bytových jednotek. Pro noční dobu (od 22,00 do 6,00 hod) je naopak pro všechny způsoby využití území stanovena korekce ve výši - 10 dB (A), o níž musí být přípustné hladiny hluku sníženy. K názornému vyjádření hlukových poměrů daného území slouží hluková mapa dopravy. Sestrojení izofon hlukové mapy provádíme buď spojením vypočítaných bodů se stejnou hlukovou úrovní, nebo graficky logaritmickou interpolací mezi dvěma body o známých LAeq. Individuálně se stanovují hygienická izolační pásma proti hluku, která u nejvyšších typů rychlostních komunikací dosahují orientačně 400 m v městském území a 850 m v příměstském území a u sídel do 5 000 obyvatel. Tab.10-1 172
Řádová velikost zvukové hladiny v dB (A)
Druh hluku Chvění listí
20
Noční ticho na venkově
30
Klidná ulice v noci
40
Denní ticho na venkově
45
Tichá ulice ve dne
55
Rozmluva mezi dvěma osobami poslouchaná ve vzdálenosti 1 m
65
Tekoucí voda
75
Hluk v ulici s intenzívní dopravou
70 až 80
Uvnitř autobusu
85
Nákladní automobily nebo metro ve vzdálenosti 10 m
90
Pneumatické kladivo
95
Letadlo s dvěma reaktivními motory při vzletu ve vzdálenosti 300 m
110
10.3
Vibrace vyvolané silniční dopravou Vibrace z dopravy na pozemních komunikacích patří mezi výrazně negativní účinky, které působí na bezprostřední okolí. Provozem vozidel na silnicích se vyvolávají otřesy a vibrace jako důsledek změn dotykových sil mezi koly vozidel a povrchem vozovky; vybuzují napěťové vlny, které se šíří do okolního prostředí. Účinek vibrací je závislý především na konstrukci vozidla (nápravové tlaky, odpružení), rychlosti vozidla a na nerovnostech povrchu vozovek (stavu krytu). Výraznou charakteristickou vibrací a dopravních otřesů je, že: −
mají náhodný nepravidelný charakter s délkami vln v rozmezí od 2 až 10 m, při amplitudách posunutí 20 m, − člověk je pociťuje subjektivně jako nepříjemné a v některých případech se projevují nepříznivými účinky na lidském zdraví, − v okolí komunikací dopravně zatížených těžkými vozidly působí prakticky nepřetržitě; při denní intenzitě 2000 vozidel lze roční zatížení okolí komunikace odhadnout podle podílu těžkých vozidel v dopravním proudu na 62 až 80.106 kmitů, − zrychlení těchto otřesů dosahují takových hodnot, že vyvolávají vnitřní změny ve hmotách otřásaných objektů, snížení jejich pevností a krácení jejich životnosti, popř. až ohrožení jejich stability, − účinky vibrací na budovy souvisí s vlastním kmitočtem objektů (popř. jejich části), v nepříznivých případech vznikají rezonance a účinek vibrací roste. Vibrace na stavbách pro bydlení a na stavbách občanského vybavení se vyjadřují vzhledem k obtížnosti měření a frekvenční analýzy nižších kmitočtů (1-10 Hz), celkovou váženou hladinou vibrací v dB, nebo celkovou váženou efektivní hodnotou zrychlení vibrací v m/s2 při přehledovém hodnocení. Hodnoty se zjišťují měřícími přístroji, které jsou vybaveny speciálními filtry, jejichž váhová funkce odpovídá průběhu nejvyšších přípustných hodnot vibrací. Nejvyšší přípustné hodnoty vibrací ve stavbách pro bydlení a v objektech občanského vybavení, vyjádřené hladinou zrychlení v referenční hodnotě rovné 10-6 m/s2 (dB re) nebo efektivní hodnotou zrychlení v m/s2, stanovené Hygienickými předpisy jsou uvedeny v tab.10-2.
Tab.10-2 Nejvyšší přípustné hodnoty vibrací ve stavbách pro bydlení a ve stavbách občanského vybavení 173
Povaha vibrací Druh místnosti
přerušované a nepřerušované
otřesy max. 1 až 3 za den
hladina zrychlení dB re 10-6 m/s2 (efektivní hodnota zrychlení m/s2) Operační sály Nemocniční pokoje, vyšetřovny Koncertní síně, hlediště divadel a kin
76
76
(0,0063)
(0,0063)
82
100
(0,0125)
(0,10)
Pracovny spisovatelů, vědců apod. Přednáškové síně, čítárny
79 (0,09)
79 (0,09)
Ostatní místnosti občanských staveb Kanceláře
88 (0,025)
118 (0,80)
Obytné místnosti Obytné kuchyně Hotelové pokoje Lékařské ordinace
10.4
Znečišťování ovzduší motorovými vozidly Z látek emitovaných motorovými vozidly se spalovacími motory nejnebezpečnější toxikologický je oxid uhelnatý (CO), který se vytváří v průběhu spalování při nedostatku kyslíku pro úplnou oxidaci paliva. Příčina emise uhlovodíků (CxHy) je především neúplné spalování paliva, případně oleje v motoru. Toxicky jsou uhlovodíky méně významné. Intenzívně se však zkoumá otázka karcinogenity některých emitovaných polycyklických uhlovodíků. Z oxidu dusíku (NOx) emitují spalovací motory, především oxid dusnatý, jako produkt spalování paliva ve vzduchu při vysokých teplotách. Oxid dusnatý v ovzduší rychle reaguje na oxid dusičný, který je považovaný za jedovatý a působí dráždivě na sliznice očí a horních cest dýchacích. Ve vyspělých zemích se doprava podílí na emisích CO cca 90 %, NOx cca 50 %, Pb cca 20 % a téměř 40 % emisí CO2. Největší podíl na znečišťování ovzduší má doprava silniční, kolem 90 % emisí CO, CxHy a NOx z úhrnu znečištění emitovaného dopravou. U nás je podíl automobilové dopravy na znečištění ovzduší zatím relativně menší - spíše vlivem enormního znečišťování ovzduší spalováním nekvalitních paliv. Ročenka životního prostředí v ČR 1996 uvádí podíly na znečištění takto: CO 42 %, CxHy 33 %, NOx 17 %. Předpokládá se další (přinejmenším relativní) nárůst podílu dopravy na celkovém znečišťování. Zejména emise NOx v důsledku růstu automobilismu trvale rostou. Co do toxicity je nejvýznamnější škodlivina z dopravy olovo z benzínových motorů - sleduje se zprostředkovaně na obsahu Pb v benzínu. Zde došlo ke zlepšení v důsledku snižované přísady olova do benzínu z původních na 0,15 g.l-1 0,7 g.l-1 a také snížením jeho výroby. Katalyzátory výrazněji snižují emise CO (ty nejkvalitnější) o více než 90 %. Snaha snížit škodlivé emise z motorových vozidel se projevila v našich předpisech. S přihlédnutím na vývojové trendy v jiných zemích i na naše vlastní potřeby, dá se očekávat, že povolené hladiny emisí jednotlivých škodlivin se budou dále postupně snižovat, a že se též rozšíří sortiment limitovaných látek. V této souvislosti je třeba upozornit, že: −
ani nejprogresívnější předpis nepřinese očekávané výsledky, pokud se nevytvoří příslušné podmínky a nezabezpečí pravidelné kontroly jeho dodržování,
−
pokud bychom se uspokojili se stupněm znečišťování životního prostředí motorovými vozidly, který máme nyní a chtěli bychom zachovat (i když v některých částech našich měst jsou překračované povolené hodnoty některých škodlivin), je jasné, že předpisy, limitující škodlivé inhalace, se musí zpřísnit, především pro neustále se zvyšujícím počtu vozidel v provozu, provozených kilometrech za rok a v rychlosti vyřazování starších vozidel z provozu. 174
Při řešení problematiky omezování nepříznivého vlivu exhalací motorových vozidel jsou v zásadě možné tři odlišné způsoby: a) snižování množství škodlivin emitovaných motorem, b) snižování množství exhalací motorových vozidel přídavnými zařízeními (katalyzátory), c) omezení škodlivého působení exhalací motorových vozidel na široké vrstvy obyvatel. To vše si vyžaduje zvyšovat aktivitu městské hromadné dopravy zlepšením kvality uspokojování přepravních nároků městských obyvatel. V této souvislosti je nutné: − − −
snižovat čas, který je potřebný na přemísťování, zvyšovat dostupnost dopravy, zvyšovat pohodlí při přepravě.
10.5
Ostatní vlivy dopravy na životní prostředí Dopravní stavby, zařízení i dopravní prostředky tvoří neodmyslitelnou součást prostředí sídel a často i krajiny. Řada staveb a zařízení přitom v území, ve kterém se nalézají, zhodnocuje a některé se staly významnými architektonickými díly. V jiných případech však dopravní zařízení a dopravní prostředky tvoří výraznou estetickou závadu (např. v historických částech sídel, ale i rozsáhlá parkoviště, kolejiště na nádražích atd.). Častým problémem je měřítko dopravních staveb, které nebývá v souladu s okolním prostředím. Doprava působí často psychicky rušivě hlukem, nebezpečím nehody apod. Na druhé straně však pohyb dopravních prostředků oživuje prostředí sídel a má i význam pro pocit bezpečnosti např. v noci. Dalšími negativními faktory dopravy jsou: a) Odpady, které souvisí s provozem a údržbou motorových vozidel. Rozhodující složku odpadu představují z provozu vyřazená motorová vozidla a jejich opotřebované dílce. Předpokládá se, že životnost vozidel se perspektivně bude zkracovat. Velkou pozornost je třeba věnovat i vývoji technologických postupů na znovuvyužití jednotlivých složek odpadu. Kvalitu životního prostředí může znehodnotit i nesprávná manipulace s opotřebovanými oleji. Velmi nepříznivě působí oprava, údržba i čištění motorových vozidel ve volné přírodě, v okolí našich měst a rekreačních oblastí. Při této činnosti se znečišťuje půda a voda olejem, benzínem, případně autokosmetickými přípravky a jejich obaly. b) Prašnost vzniká při soustavném rozšiřování prachu, který se z nejrůznějších zdrojů dostává na naše silnice, ale též ho produkují vozidla. Jde o otěr pneumatik, který se při prudkém brždění a akceleraci zvětšuje, dále o některé složky exhalací motorových vozidel, které se emitují přímo v pevné formě (saze, sloučeniny olova) a nebo do něj po reakcích v ovzduší přecházejí. Zvířený prach lidé vdechují, ale usazují se i na rostlinách a splachuje se do povrchových, případně odpadových vod. V této souvislosti se za nejnebezpečnější považuje především obsah olova a sazí v prachu. c) Zábor prostor (půdy) a zásahy do krajiny, zejména rekonstrukcí a výstavbou nových dálnic a rychlostních komunikací. Cílem není kvantitativní, ale především kvalitativní změna, která si vyžaduje náhradu existujících dvoupruhových silnic v hlavních dopravních směrech dálnicemi, nebo čtyř- a vícepruhovými silnicemi. Další prostorové nároky klade parkování vozidel, a to jak na začátku cesty (např. v blízkosti bydliště), tak na jejím konci. Situace je složitá zejména v centrech měst, kde stojící vozidla omezují prostor na provoz, zpomalují dopravu a tím zvýrazňují její negativní působení na životní prostředí, zhoršují přístup do některých objektů, a to i v naléhavých případech (záchranná služba, požárníci), znemožňují mechanické čištění komunikace v prostoru mezi vozidly a pod nimi a zhoršují podmínky pro pohyb chodců a tím přispívají ke zvýšenému nebezpečí úrazu. Vzhledem k prostorovému omezení je třeba počítat s výstavbou víceposchoďových parkovišť, resp. s garáží nejen ve středu města, ale i v okrajových obytných čtvrtích. Výstavba pozemních komunikací a zejména provoz na nich představuje výrazný zásah do krajiny, které možné následky nebyly vždy podrobně analyzované při hledání optimálního řešení. V této problematice nemůžeme zohledňovat jen technické, ekonomické aspekty apod., zejména v souvislosti s ochranou přírodních zdrojů a zachováním biologické rovnováhy krajiny. Krajina může být narušována nejen nesprávně vedenou trasou z hlediska ekologického nebo estetického, nesprávnými nebo nedostatečnými "kosmetickými
175
úpravami", které mají vytvořit předpoklady na postupné zahlazení stop po výstavbě a zabránit dalším možným škodám v důsledku např. větrné nebo vodní eroze, ale vážný vliv má především vlastní provoz na pozemních komunikacích. Půdy, které se nacházejí v oblastech, kde je vysoká koncentrace sloučenin dusíku v ovzduší, vyznačuje se kyselostí, obsahují nevyvážené množství makroelementu a mikroelementu. Velmi nepříznivě ovlivňuje fyzikálně-chemické vlastnosti půdy a stav vegetace v blízkosti komunikace solením vozovek v zimním období. d) Úrazovost a bezpečnost vozidel je jedním z důležitých faktorů při posuzování vlivu dopravy a životního prostředí. Podle údajů Světové zdravotnické organizace je při dopravních nehodách každý rok usmrceno více než 300 000 lidí a několik milionů dalších je vážně zraněných, často s trvalými následky. Charakter úrazu může ovlivnit nejen lidský činitel, tzn. řidič nebo chodec, ale i konstrukce vozidel, zlepšení sítě pozemních komunikací, organizace dopravy, urbanistické řešení nových sídlišť apod. V ostatních letech bylo ve vyspělých státech zaznamenáno určité zlepšení stavu, a to jak v počtu dopravních nehod, tak i především následkem technického pokroku v konstrukci vozidla, uplatněním několika bezpečnostních předpisů a pozornosti věnované jak prevenci nehod, tak i ochraně účastníků silničního provozu, která zahrnuje zlepšení silniční infrastruktury a podmínek dopravy (např. dokonalejší signalizace, omezení rychlosti) a chování řidičů (včetně zákazu používání alkoholických nápojů). Pravidelná kontrola technického stavu vozidla je základním předpokladem bezpečnosti provozu. Stejně důležitá je soustavná pozornost věnovaná výchově řidičů a chodců. Tento stručný přehled možných forem negativního působení dopravy a zejména motorových vozidel na životní prostředí naznačuje rozsah a náročnost problémů. Je zřejmé, že jediné řešení nebo jednoznačně stanovený soubor opatření nemůže odstranit komplexní problémy vyvolané provozem motorových vozidel v různých konkrétních podmínkách. Ochrana životního prostředí, která si vyžaduje splnění více požadavků, zahrnuje snížení emisí oxidu uhelnatého, uhlovodíků a oxidů dusíku, snížení hluku, zvýšení bezpečnosti a šetření materiálů a energie, často vyúsťuje do konfliktních situací. Řešení problémů dopravní nehodovosti, hluku, exhalátů a dalších jevů si vyžaduje nejen poznat příčiny jejich vzniku, ale i podrobné seznámení se se všemi jejich následky pro společnost. 10.6
Opatření ke snížení negativních účinků dopravy z hlediska ochrany životního prostředí Dopravní možnosti, dopravní prostředky a dopravní komunikace jsou určujícím faktorem pro utváření osídlení. S rozvojem mechanické dopravy od doby průmyslové revoluce se stala doprava určující i pro utváření měst. Zcela jinak je utvářeno město, kde je většina obyvatel závislá na hromadné dopravě, a město s převažujícím individuálním automobilismem. Obrovský rozvoj obchodu a výroby, umožněný pokrokem v dopravě v posledních stopadesáti letech, má pro krajinu, sídla a jejich obyvatele také řadu nepříznivých důsledků. Přestože je hlavním posláním dopravy navzájem spojovat, působí dopravní cesty jako bariéry. Železnice, vodní cesty, letiště a kapacitní silnice a dálnice vytvářejí v území těžko překonatelné překážky pro urbanistický rozvoj, pohyb lidí i migraci zvířat a hmyzu. Poloha vůči významným dopravním cestám nebo napojovacím bodům na nich je důležitým rozvojovým impulsem pro dané území. Vedení tras městské hromadné dopravy a poloha jejich zastávek obdobně stimuluje aktivity ve městech, navíc pak soustřeďuje rozvoj měst do okruhu dostupnosti hromadné dopravy. Zcela jiná je situace tam, kde převažuje individuální automobilismus, protože doprava autem je zpravidla rychlejší a pohodlnější, jsou taková města podstatně rozlehlejší, centra vybavení nemusí být v těžišti sídla nebo jeho části, ale v místě nejlépe dostupném autem, atd. Malé hustoty zástavby a nedostatečný zájem cestujících veřejnou dopravu zdražují, proto ji města dále omezují a nutí tak i další obyvatele jezdit auty. Zejména kapacitní dopravní komunikace mají značné územní nároky. Obrovská území však spotřebovává také tzv. doprava v klidu, tj. odstavování vozidel. Jestliže při obytné hustotě 300 obyvatel/Ha běžné na našich sídlištích připadá na jednoho obyvatele 33 m2 území, při stupni motorizace 1:3 (tj. 1 automobil na 3 obyvatele) z těchto 33 m2 je nutno odečíst cca 5 m2/obyv. na parkovací plochy a dalších cca 2-6 m2/obyv. na vozidlové komunikace ve čtvrtích činžovních domů. Mimo to je třeba počítat s dalšími parkovacími plochami u pracovišť, obchodů, kulturních rekreačních a sportovních zařízení ap. Další územní ztráty vyvolané dopravou představují ochranná pásma dopravy a další území, která nelze kvůli vedení dopravních tras efektivně využívat.
176
Běžně se uvažuje ochranné pásmo železnice 60 m od osy nejbližší koleje (ale nejméně 30 m od hranice obvodu dráhy), silniční ochranné pásmo dálnic, rychlostních silnic a rychlostních místních komunikací 100 m od osy jízdního pruhu, u silnic I. a ostatních místních komunikací I.třídy 50 m a 15 m od osy jízdního pásu silnice II.třídy nebo III.třídy a místní komunikace II.třídy. Statisticky nejbezpečnější je letecká a železniční doprava. Naopak nejnebezpečnější je individuální automobilová doprava. Relativně největší počty obětí dopravních nehod vzhledem k počtu vozidel mají země s méně vyspělým automobilismem. Totéž platí o počtu nehod. Absolutní počty obětí dopravních nehod jsou však ve vyspělých zemích enormní. Počet obětí automobilismu v USA byl v dobách války ve Vietnamu větší, než počet padlých Američanů v této válce. V zemích EU je každoročně na silnicích zabito kolem 45 000 lidí, dalších 150 000 zůstává trvale invalidních po dopravní nehodě (1996). Zatímco ve vyspělých zemích počet nehod a obětí díky dopravním prostředkům, komunikacím a každodennímu soužití obyvatel s dopravou stagnuje nebo relativně klesá, v méně vyspělých zemích nehodovost stále stoupá. U nás došlo v posledních letech k výraznému růstu nehodovosti zřejmě vlivem překotného nárůstu využívání automobilové dopravy a dovozem rychlých typů vozidel na naše komunikace. Zatímco v roce 1988 došlo v ČR v průměru ke 219 dopravním nehodám na silnicích denně, bylo to v roce 1997 již 544 nehod denně. Vzrostl také počet obětí na životech z 810 na 1 411. V této oblasti bezpečnosti nás čeká před vstupem do EU velké množství úkolů, zejména v řešení otázek bezpečnosti v silniční dopravě.
Obr.10-1 Možnosti snížení účinku hluku vyvolaného silniční dopravou Možnosti omezení vlivu dopravního hluku na životní prostředí spočívají v prostorovém oddělení dopravních tras od míst pobytu občanů, v organizačních opatřeních (preference ekologicky přijatelnějších druhů dopravy), a konečně v opatřeních technických: zlepšením technické úrovně dopravních prostředků, stav vozovek, protihluková opatření. Ideální, ale prakticky těžko proveditelným postupem by bylo snížit nároky na dopravu přiblížením zdrojů a cílů dopravy na minimum. V koncepci řešení je nutno neomezovat se pouze na požadavky vyplývající z účelného a bezpečného využití pro automobilovou dopravu (především zajištění provozní výkonnosti, bezpečnosti a plynulosti dopravy), ale naopak také dbát charakteristik procházeného prostředí. Jestliže se problém hluku uvažuje dostatečně včasně, již od prvních etap urbanistického a technického řešením, jsou stupně volnosti pro řešení četné a dosažené 177
výsledky budou efektivní, účelné a relativně málo nákladné. Jestliže naopak problém hluku uvažujeme teprve tehdy, kdy je projekt již ustálen nebo dokončen, budou některé ochranné objekty, jež musí být dodatečně budovány vzhledem k omezení velmi kritické hlukové situace, a zahrnout pouze dodatečná řešení a protihlukové objekty, navíc mnohdy nevhodně začleněné do prostředí. Časově vhodná prevence představuje tedy nejlepší způsob řešení problému hluku. Do souboru možností jak snížit některé negativní vlivy dopravy na život obyvatel, jsou technická opatření proti hluku a vibracím. Na obr.10-1 jsou vidět možnosti jak snížit účinky hluku. a)
b)
c)
d)
Obr.10-2 Příklady protihlukových opatření a) zemní val, b)c) tenké clony, d) kombinace valu s tenkou protihlukovou clonou Nelze-li dosáhnout ochrany území před hlukem silniční dopravy ani po vyčerpání urbanistických a technických možností, je nezbytné využít clonící prostředky podél silnice. Akusticky málo průzvučné
178
překážky (terénní vyvýšeniny, soustavná řada domů, zdí, zemní valy, tenké clony), postavené do cesty zvukovým vlnám, zmenšují vytvářením zvukového stínu intenzitu akustického tlaku zvukových vln za překážkou. Ochranný účinek těchto překážek (stínících clon) je tím větší, čím je vyšší efektivní výška překážky a čím hlouběji se posuzované místo nachází v oblasti zvukového stínu. Z hlediska tvarů rozměrů clon rozeznáváme: −
tenké clony, charakterizované výškovým a délkovým rozměrem, tloušťka této protihlukové překážky je zpravidla o jeden řád nižší, − hmotné objekty, charakterizované výškou, délkou a hloubkou objektu. Všechny tři rozměry jsou řádově srovnatelné, patří sem především bariérové domy. Příklady protihlukových opatření jsou zobrazeny na obr.10-2. Nepříjemné účinky vibrací a chvění na okolí, vyvolané vybuzenými vlnami silniční dopravy, a jejich velikost, jsou podmíněny kombinací faktorů, jako je skladba dopravního proudu, stav a konstrukce vozovky, kvalita povrchu krytu, podmínky pro šíření vln půdou, stavebním uspořádáním objektů apod. Velikost vibrací se převážně projeví až provozem na silnici. Nově budované vícevrstvové vozovky zpravidla vyhovují požadovaným podmínkám omezujícím vybuzování vln, avšak za předpokladu řádného stavu krytu vozovky. Ochranná opatření proti působení vibrací záleží především v omezení vybuzení vln v jejich šíření. Na obr.10-3 jsou zobrazeny příklady utlumení vibrací. a)
b)
Obr.10-3 Možnosti utlumení vibrací a) rýh vyplněná štěrkopískem, b) zahloubená betonová stěna V nově plánovaných a budovaných sídelních útvarech je nutno řešit účinky vibrací již v plánovací a projektové přípravě. Pro zjištění budoucích účinků vibrací je vhodné provést experimentální hodnocení měřením účinků za obdobných podmínek, jaké budou na plánované komunikaci, a to při rychlosti
179
projíždějících automobilů 30 až 60 km/h. Taková měření jsou nutná především u objektů zvlášť citlivých na chvění. V současné době, velkého nárůstu dopravy, zejména silniční, jsou exhaláty z automobilových motorů zařazovány mezi nejvážnější problémy lidstva. Složení a množství výfukových plynů je závislé na druhu motoru (zážehový, vznětový), na dalších konstrukčních parametrech vozidel, na pracovním režimu motoru, na složení pohonných látek apod. Tyto škodliviny nepůsobí samostatně, ale v kombinaci jako vznikající spaliny ve spalovacím motoru. Mají-li ochranná opatření významně přispět ke zlepšení čistoty ovzduší, musí být uplatňována již v dopravně-inženýrské dokumentaci (DID) i při vlastním projektování pozemních komunikací. Možnosti, jak částečně eliminovat negativní účinky dopravy z hlediska ochrany ovzduší jsou: − −
snížení mobility koordinovaného rozmisťování aktivit ve městě pomocí územního plánování, ovlivňování volby dopravních prostředků - např. podporou městské hromadné dopravy, zřizováním cyklistických a pěších tras a preferencí pěších v některých zónách města, − plánovitým rozvojem uliční sítě a záměrným omezováním některých druhů dopravy v určitých územích výchovou a záměrným ovlivňováním dopravních zvyklostí a chování občanů. Vztah dopravy a životního prostředí se stává velmi složitým komplexem problémů zahrnujících neefektivitu, dopravní zácpy, znečištění a potenciální ohrožení životů. Dosavadní vývoj dopravy, zejména nákladní, dokládá, že podíl ekologické dopravy od roku 1989 stále klesá. Podle prognóz Ministerstva dopravy a spojů ČR bude tento trend pokračovat až do roku 2005. Soustavně se snižuje podíl železniční nákladní dopravy ve prospěch dopravy silniční, což je také vidět na obr.10-4.
Obr.10-4 Přepravní výkon nákladní dopravy Strategie trvale udržitelné mobility bude vyžadovat kombinaci opatření −
lepší plánovaní využití území a ekonomického rozvoje na místní, regionální, národní a nadnárodní úrovni, 180
−
lepší plánování, řízení a provozování dopravních systémů a zařízení, započtení skutečných nákladů na infrastrukturu a životní prostředí do investičních politik a rozhodnutí a do uživatelských nákladů, − rozvoj veřejné dopravy a zlepšení její konkurenční schopnosti, − další technická zlepšení vozidel a pohonných hmot, podpora užívání pohonných hmot méně znečišťujících prostředí, − podpora takového využívání individuální dopravy, které by bylo z hlediska životního prostředí racionálnější, včetně změn v dopravních předpisech a zvycích řidičů. Ve stále rostoucích metropolitních aglomeracích však metody, které byly schopny zajišťovat ještě přijatelné prostředí obyvatelům jednotlivých průmyslových měst, nadále nepostačovaly. Proto nastupuje tendence znečištění likvidovat technickými prostředky: čištěním odpadních vod, odlučovači popílků a škodlivých látek z exhalací, protihlukovými bariérami. Argumentem pro tuto strategii ozdravení prostředí je úspora cenného území: pouze tehdy, přinese-li tato úspora zisk převyšující zpravidla veliké náklady na likvidaci znečištění, je opatření ekonomicky proveditelné. Tam, kde cena území není dostatečně vysoká, jako tomu bylo donedávna u nás, nemají technické postupy likvidace znečištění mnoho šancí na realizaci.
181
OBSAH 10 NEGATIVNÍ VLIVY DOPRAVY NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ ................................................171 10.1 Účinky dopravy na okolí a životní prostředí ...........................................................................171 10.2 Hluk ze silniční dopravy .........................................................................................................172 10.3 Vibrace vyvolané silniční dopravou........................................................................................173 10.4 Znečišťování ovzduší motorovými vozidly.............................................................................174 10.5 Ostatní vlivy dopravy na životní prostředí ..............................................................................175 10.6 Opatření ke snížení negativních účinků dopravy z hlediska ochrany životního prostředí ......176
53
11
MULTIKRITERIÁLNÍ HODNOCENÍ POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ
Řešení trasy navrhované komunikace lze provést zpravidla v několika alternativách. Je vysoce zodpovědnou, mimořádně náročnou a zpravidla značně obtížnou úlohou projektanta, aby z těchto možných řešení na základě jejich všestranného posouzení zvolil definitivní variantu. Samozřejmě takovou, která nejefektivněji splňuje požadavky vymezené a dané v podkladech v přípravné dokumentaci - zadání. Zadavatel, investor nebo jeho nadřízené orgány, schvalující souhrnné projektové řešení rozsáhlejších staveb zpravidla vyžadují vypracování porovnávací studie jednotlivých variant řešení. 11.1
Metody porovnávání variant Při posuzování variant lze uplatnit technicko-dopravní, ekonomické a ekologické ukazatele, jež jsou v době projektování komunikace známy. Z řady až dosud zpracovaných metod zhodnocení silniční trasy, z nich žádná není natolik dokonalá a komplexní, aby byla všeobecně použitelná, je častokrát upřednostňovaná metoda multikriteriálního hodnocení. S přechodem hospodářství na tržní mechanismus a s tím související změnou financování silničního hospodářství, je třeba počítat také s rozvojem metod hodnocení pozemních komunikací. Je třeba si uvědomit, že prostředky vložené do oprav nebo výstavby silnic a dálnic musí být využity co nejefektivněji, a to právě na základě výsledku účinného technickoekonomického nástroje. Hodnotící prostředky bude třeba rovněž uvést do souladu s obdobnými postupy uplatňovanými v zahraničí (EU) a to i podle požadavků zahraničních investorů. V praxi se používají různé hodnotící metodiky, jejichž užití závisí na druhu, úplnosti a míře podrobnosti dostupných informací. Např. vícekriteriální hodnocení porovnává varianty podle většího počtu nesouměřitelných kritérií, z nichž některá vyjadřujeme kvantitativně, jiná kvalitativně (tj. slovním popisem). U dopravních staveb nejčastěji používáme: – hlediska ekologická - dopravní hluk, exhalace, vibrace, zábor půdního fondu, zatížení krajinného ekosystému, – hlediska zřizovatele - investiční náklady, vyvolané investice, náklady na provoz a opravy komunikace, časové možnosti realizace, možnost etapové výstavby, – hlediska uživatelů - spotřeba pohonných hmot a času, bezpečnost provozu, plynulost průjezdu, – hlediska celospolečenská - vztah k obytné a rekreační funkci území, estetické působení trasy aj. K výběru kritérií pro hodnocení je nutno znát o čem se rozhoduje, jaké cíle a za jakých podmínek mají být splněny, z jakých hledisek se má rozhodnout a k jakému časovému horizontu působí výsledek. Během projektu se běžně rozhodujeme podle kvantitativních a kvalitativních kritérií. Projektované varianty takto zpracované jsou proto kombinací rozdílných prvků s různými principy výstavby. Porovnávání variant, tj. konfrontace různých a odlišných způsobů řešení se provádí na všech stupních projektového řešení. Podle stupně projektu se liší i rozbor kritérií. Porovnávané varianty musí být skutečnými alternativami řešení projektu pozemní komunikace. Jak jednotlivé prvky, tak i výsledné projekty musí dodržet okrajové podmínky, výchozí údaje a technické směrnice (normy). Provádíme-li výběr nejvýhodnější varianty silniční trasy je často rozhodujícím kritériem metoda hodnocení a výběr kritérií. Porovnávat proto můžeme: – metodou hodnocení variant tras pozemních komunikací z dopravního, technického a ekonomického hlediska, – metodou hodnocení vlivů (impaktu) tras pozemních komunikací na životní prostředí podle ESPOO konvence (zákon 242/92 Sb.), – metodou obecních přístupů k hodnocení vlivů stavby na životní prostředí. 11.2
Výběr kritérií K objektivnímu hodnocení různých kritérií mohou být použity různé metody. Obvykle jsou k tomu používané čtyři metody: – katalog kritérií,
182
– – –
výpočet rentability (návratnosti), analýza užitkovosti, porovnání s podobnou stavbou (projektem). Nezávisle na zvolených metodách porovnávání jsou pro každý projekt směrodatná technická hodnotící kritéria. Jednotné podchycení všech porovnávacích faktorů je zřídka možné. Metody hodnocení nejsou vždy všeobecně platné, musí být případ od případu přizpůsobeny. Kritéria a jejich hodnocení závisí na druhu a významu stavby, jakož i na obtížnosti území. Porovnávání variant je proto možné jen omezeně. Množství veličin a hledisek, ovlivňujících porovnávání variant, se dá rozdělit do těchto skupin: – zeměpisné, geologické a morfologické struktury, – podmínky územního plánování, – problémy plánování dopravy, – politické poměry, – zákony a předpisy, – finanční a hospodářské vlivy, – zatížení životního prostředí, – dopravně technické podmínky, – estetika a začlenění trasy do krajiny,- etapizace výstavby a časový činitel, – přeložky stávajících silnic, – zvláštní aspekty (dopravní spojení s cizinou, obrana země apod.). Podle cíle, druhu a významu stavby a jejich měřitelných účinků mají tyto vlivy různý stupeň významu, a proto je žádoucí stanovit optimální cílové funkce, s ohledem na vedlejší podmínky. Na silniční a dálniční komunikace jsou kladeny tyto požadavky: – bezpečnost, – výkonnost, – hospodárnost, – pohodlnost, – šetrnost k životnímu prostředí. Součet těchto požadavků se dá považovat za cíl, ukazuje se však, že již tyto požadavky samy v sobě obsahují rozpory. Proto je nutno požadavky optimalizovat. Optimalizace je tzv. proces, který vzniká běžným rozhodováním při konstruování návrhu podle "intuice" projektanta. To znamená, že každá varianta návrhu je v podstatě optimálně navržena podle určité cílové funkce. Optimalizace tedy znamená dosáhnout "možného" při respektování požadavků. Všeobecně se v projekční praxi vypracovávají variantní návrhy podle určité předem dané cílové funkce. Mezi ně můžeme zahrnout z hlediska kvantifikačního: – stavební náklady, – optimalizace hmot, – provozní a udržovací náklady. Cílové funkce, které nelze a nebo lze jen těžko kvantifikovat (např. ochrana přírody, estetika apod.) musíme však zahrnout do katalogu kritérií (velmi subjektivně). Poznámka: Matematicky lze pomocí počítačů optimalizovat návrh podélného profilu trasy s cílem vyrovnání zemních prací (hmot), ale nelze matematicky optimalizovat požadavky různých zájmových skupin při ochraně přírody, kladené na veřejné stavby.
11.3
Porovnávací metody
183
Pro porovnání variant řešení projektu jsou k dispozici obvykle různé metody, nezávislé na sobě. Samozřejmě je třeba brát v úvahu, že je tu úzká souvislost mezi různými metodami porovnávání a stupni projektu. Podle detailnosti projektu může být vhodná ta či ona metoda nebo jejich kombinace. Jestliže při porovnávání není dosaženo jednoznačného rozhodnutí, je nutno v dalším průběhu porovnávací akce uvažovat více variant a nebo porovnávací metodu upravit (zjemnit). K tomu může sloužit katalog kritérií, který se různí podle stupně projektu (druhu), a proto nemůže být univerzálně platný. Předpokládá-li se jen jedno hodnocení (porovnávání), potom je výhodné prověřit stabilitu správnosti výsledku „změnou vah“ (např. analýzou senzitivity). V dalším hodnocení je výpočet rentability neboli návratnosti, který je jen jedním z kritérií při porovnávání variant. Výpočet rentability je výpočet, při němž se náklady na určitou stavbu porovnávají s jeho užitkem (někdy také se ziskem) a obvykle jej provádějí ekonomové. Další porovnávací metodou je analýza užitkovosti, která oproti rentabilitě (výpočet nákladů a zisků) vychází z explicitně formulovaných cílů. Opomíjí ocenění tržními cenami a ovlivňuje projekt (stavbu) subjektivními hledisky při oceňování užitné hodnoty varianty. Protože zanedbává efektivní náklady, nedá se podle ní rozhodnout, zda vybraná alternativa má být realizovaná. U metody porovnávací s podobnou stavbou se projekt rozdělí na úseky stejného charakteru za účelem srovnání s podobnými úseky stávajících, již vybudovaných dopravních staveb. Tato metoda se hodí spíše pro varianty, které se od sebe velmi liší, a kde je tedy metoda katalogu kritérií problematická. 11.4
Technická kritéria hodnocení Ačkoliv všechny údaje o rentabilitě, užitkovosti a jiných kritérií jsou pro objasnění porovnání variant velmi důležité, hlavní význam má technické ohodnocení odborníka - inženýra. Je důležité provést porovnání podle technických znalostí a norem, protože zodpovědnost za bezpečnost a provoz projektované dopravní stavby (komunikace) náleží inženýrovi. Z jeho hlediska a požadavků, mohou být kritéria technického hodnocení rozdělena do těchto skupin: – požadavky na územní plánování, – dopravní sítě a zařízení, – provedení stavby, – provozní hlediska. Mezi požadavky na územní plánování zařazujeme: polohu vzhledem k sídlištím (atraktivita), nároky krajiny, ochranné zóny a realizovatelnost stavby. Do dopravních sítí a zařízení můžeme zahrnout: hierarchie sítí, soulad s požadovanými trasami, vedení trasy z hlediska optického, podélného profilu (ztracené spády), cestovního času (doby), konfliktní úseky trasy (křižovatky, kongesce), homogenitu, kontrolu a řízení provozu. K provedení stavby patří: etapovitost a doba výstavby, délka komunikace, umělé stavby, dopravní uzly, druh povrchu vozovky, pohyb a bilance hmot, protipovodňová ochrana, přídatné prvky, provizória a objížďky po dobu výstavby. Do provozně technického hlediska zařazujeme: čištění a údržbu vozovky a odvodňovacího systému, opravy, péče o svahy a vegetaci, dále péče o dopravní značení a signalizaci, zimní služba, řízení provozu, její dozor a kontrola. 11.5
Komplexní hodnocení návrhu trasy Při hodnocení kvality projektu pozemní komunikace nejsou vždy předmětem hodnocení samotné vlastnosti trasy, ale vazby mezi okolím (krajinou) a trasou. Kvalitu pozemních komunikací z hlediska začlenění do krajiny hodnotíme z pozice zájmů řidičů a cestujících a také vlivů na ostatní obyvatele, protože od vnímání řidičů závisí jak produktivita automobilové dopravy, tak bezpečnost provozu a od vlivů na okolí kvalita životního prostředí. Doposud bylo vypracováno několik metod (způsobů) hodnocení kvality krajiny (USA, SRN, SNS), ale ani jedna nenašla širší uplatnění pro její velkou subjektivitu. Obecnější metodu vypracoval v SRN Georgi, která je založena na sumarizaci bodů desetibodové stupnice s použitím řady empirických závislostí. Vychází z toho, že provoz na komunikaci vyvolává u řidiče a cestujících kladné pocity, jestliže prochází malebným územím, trasování odpovídá podmínkám začlenění do krajiny, trasa nemá prudké změny ve směrovém a výškovém vedení. Dále má dobrý rozhled po celé délce trasy, kde vedle vyhlídkových ploch jsou i účelově vyčleněné plochy (odpočívky) pro odpočinek a na nich nabídka různých služeb. Ornatski (Rusko) na základě metod
184
vypracovaných Milhollinem (USA) a Georgim (SRN) zpracoval systém komplexního relativního hodnocení vlastností trasy pro tyto čtyři skupiny ukazatelů: – geometrické ukazatele trasy, – ochrana životního prostředí, – estetika trasy a okolí, – charakteristiky zlepšení parametrů pozemní komunikace. Komplexní hodnocení trasy nebo ukazatel efektivnosti je tím vyšší, čím vyšší je souhrn dílčích hodnocení podle jednotlivých ukazatelů. Z hlediska všech hodnocených znaků je nejlepší ten úsek pozemní komunikace nebo varianta trasy, který je charakterizován nejvyšším součtem dílčích hodnocení, kterých je až 19. Při mnohaletém sledování již vybudovaných pozemních komunikací se dospělo k poznání, že na úsecích tras komunikací s vyšším komplexním hodnocením řidiči rychleji reagují na změny v provozu (kritické stresové situace) a to nejen v případě potenciálního nebezpečí, ale i při možnosti zvýšit rychlosti jízdy nebo předjíždět. 11.6
Multikriteriální hodnocení Multikriteriální (vícekriteriální) hodnocení je hodnocení prováděné podle většího počtu nesouměřitelných kritérií. Na rozdíl od monokriteriálního hodnocení variant, je při multikriteriálním hodnocení použito porovnání z nejrůznějších hledisek, z nichž řadu není možné vyjádřit kvantitativně, ale jen kvalitativně (slovním popisem). Použití více kritérií umožňuje vzájemně hodnotit alternativy z nejrůznějších hledisek a zahrnout tak do hodnocení nejen hlediska zřizovatele (investora, zadavatele), provozovatele (správce) a uživatele (řidiče, cestujících), ale i vlivy celospolečenské, včetně hledisek ochrany životního prostředí a vlivů na okolí. Na ČVUT byla vypracována komplexní metoda multikriteriálního hodnocení variant silničních komunikací (Říha), která byla později (r. 1995) propracována a přijata Ministerstvem dopravy a spojů jako závazná metodická pomůcka pro hodnocení variant tras pozemních komunikací z dopravního a ekonomického hlediska. Každý proces multikriteriálního hodnocení musí obsahovat tyto fáze: – vymezení problému a určení cílů řešení, – stanovení kritérií a hodnocení důležitosti kritérií, – stanovení variant řešení, – hodnocení variant a určení jejich pořadí, – zhodnocení a volba optimální varianty, Na rozdíl od cílů, které mohou být obecné, musí být kritéria konkrétní a kvantifikovatelná, i když v některých případech jen slovně nebo subjektivně. Váhy kritérií jsou vždy subjektivně ovlivňovány a to jednak volbou metody, jednak hodnotitelem (expertem), který váhy kritérií stanovuje. Zvýšení spolehlivosti a objektivity stanovených vah se dosahuje uplatněním většího počtu metod a využitím většího počtu hodnotitelů (někdy bývá tým expertů složený z 20 - 30 členů). Při výběru metod vhodných pro hodnocení pozemních komunikací jsou sledovány aspekty praktické použitelnosti pro uživatele, náročnosti na data i zpracování a jejich vypovídací schopnosti. Zkušenosti z multikriteriálního hodnocení ukazují, že pro stanovení preferenčního pořadí variant je vhodné použít většího počtu metod. To proto, že každá metoda vychází z určitých předpokladů, které nemusí být v praxi zcela přesně splněny, a proto získané výsledky nemusí být zcela spolehlivé. Větší počet použitých metod tak zaručuje zvýšení objektivity stanovení preferenčních pořadí variant. Metody pro multikriteriální hodnocení variant tvoří poměrně široké spektrum, z kterých v praxi jsou nejvíce používané metody jednoduché, ale často sofistikované (nesprávně argumentačně používané). Je to zejména tím, že jejich zdánlivá jednoduchost, snadnost a nenáročnost často svádí některé uživatele k vlastním úpravám a bývá pak paradoxně příčinou omylů při aplikacích. K takovým nejčastěji se vyskytujícím chybám patří, že: – kritéria hodnocení nejsou odvozena ze zadaných cílů projektu, – v kriteriálních hodnoceních se často některá kritéria vzájemně podmiňují nebo alespoň obsahově překrývají s jinými kritérii, 185
– –
–
některá kritéria postihují současně krátkodobé i dlouhodobé negativní vlivy vyplývající z variant, při používání různých stupnic pro bodové ohodnocování variant podle různých kritérií se často zapomíná na nutnou transformaci takto získaných dílčích hodnocení před vlastní syntézou z důvodu jejich převedení na stejnou úroveň, jednou z největších chyb je to, že váhy kritérií se neoddělují od vlastního bodového ohodnocování variant (diferencované váhy kritérií se tak slučují s vlastním bodových ohodnocením variant podle těchto kritérií a body pak vyjadřují jak váhu kritéria tak i míru pro bodování výsledků variant, čímž se hodnocení stává netransparentním).
11.7
Technicko-dopravně-ekonomické posuzování variant tras pozemních komunikací Základním předpokladem pro multikriteriální analýzu a rozhodování ve smyslu EIA (Environmental Impact Assessment), zejména zákona č.244/92 Sb. o posuzování vlivů na životní prostředí, je vypracování navrhovaného projektu pozemní komunikace ve více variantách. Tyto varianty Vi (pro i = 1, 2,..., n) se musí od sebe lišit a musí být vypracovány v časovém období navrhovaného záměru (předprojektové studie). Vypracování záměru ve variantách vede zpracovatele ke komplexnímu chápání vlivů, v našem případě pozemní komunikace (např. dálnice), na okolí z hlediska krajiny a obyvatel. Dále vede k chápání problému v širších souvislostech a umožňuje hlubší pohled na proces rozhodování, tzn. že principiálně mění model myšlení. Přitom třeba podotknout, že sebelépe zdůvodněné jednovariantní řešení nám zobrazuje vliv na okolí konstantně bez možnosti uplatnění inteligence člověka jako subjektu v procesu hodnocení (např. jako uživatele). Pro splnění podmínek zákona č.244/92 Sb. byl vydán Ministerstvem dopravy a spojů (MDS) Metodický pokyn: Hodnocení variant tras pozemních komunikací z technického, dopravního a ekonomického hlediska. Tento metodický pokyn zahrnuje metodiku pro technicko-dopravněekonomické posuzování, nebo-li TDEP - metodiku, pro: a) technicko-dopravně-ekonomické posouzení záměru, b) rozhodovací proces na úrovni MDS ČR pro posouzení a výběr variant pozemních komunikací. Součástí metodického pokynu je tzv. referenční katalog kritérií. Metodika TDEP tvoří součást systému rozhodování na úrovni MDS ČR o výsledné trase pro následné zpracování „krajinářského vyhodnocení pro liniové stavby“. Zpracování zajišťuje investorská organizace a „doporučení“ vydává Ministerstvo pro životní prostředí (MŽP ČR) na základě tohoto vyhodnocení. Z výše popsaného důvodu TDEP - metodika záměrně neobsahuje hlediska krajinářských, ekologických a sociálních kritérií. Nedílnou součástí TDEP - metodiky je již výše uvedený referenční katalog kritérií a ukazatelů, zahrnující hledisko technické, dopravní, ekonomické a hledisko průchodnosti územím. Soubor všech 28 ukazatelů kritérií musí být aplikován ve standardních projektech (záměrech). Třeba však uvést, že obsah katalogu je pokládán za otevřený systém, který musí přihlížet ke konkrétnímu případu podle lokality, účelu ap. Z tohoto důvodu je vhodné seznam upravit vždy tak, aby se zvýraznil rozdíl vlastností posuzovaných variant. A to při respektování požadavku zachování vzájemné užitkové nezávislosti kritérií a zároveň změnu váhových parametrů. Referenční katalog kritérií se skládá ze čtyř částí: technické, dopravní, ekonomické a územní. a) technické hledisko obsahuje 9 kritérií (doba výstavby, technická náročnost přípravy stavby, riziko technické proveditelnosti se sedmi ukazateli, vliv směrového a výškového vedení trasy na odvodnění, možnost etapovitosti výstavby, délka navazujících komunikací se dvěma ukazateli, protihluková opatření se dvěma ukazateli, technická náročnost správy a údržby, možnost a dopady využití stávajících komunikací po dobu stavby), b) dopravní hledisko obsahuje 5 kritérií (provozní náklady uživatele, dopravní náročnost se dvěma ukazateli, možnost objízdných tras, splnění dopravního účelu, riziko bezpečnosti provozu), c) ekonomické hledisko obsahuje 5 kritérií (náklady na přípravu, náklady na výstavbu, náklady na provoz, údržbu a opravy, náklady na finanční příspěvky jiným investorům a obcím, náklady na opatření na ochranu životního prostředí a na stávající funkci sídel se třemi ukazateli), d) hledisko průchodnosti územím má dvě kritéria (průchodnost trasy ve vazbě na pojednání, splnění územně-technických cílů se dvěma ukazateli).
186
K tomuto referenčnímu katalogu kritérií jsou přiloženy závazné hodnoty kvantifikativních multiplikátorů - váhy wj(N), které jsou výsledkem expertní ankety pro katalog kritérií zavedený v TDEP metodice. Každá aplikace TDEP - metodiky si vyžaduje závazný postup řešení a to šesti kroky: – první krok tvoří sestavení tabulky vstupních údajů, výsledkem je tzv. maticová tabulka pro množinu (variantu) Vi a parametry Pj, – ve druhém kroku se pro každý parametr Pj určí hodnota kvalitativního multiplikátoru (kvocientu) užitku Uj, výsledkem řešení je tabulka transformovaných hodnot funkce užitku Uj pro soubor variant Vi, – ve třetím kroku se pro každý parametr Pj určí hodnota kvantitativního multiplikátoru kritérií wj, výsledkem je tabulka normovaných hodnot relativní důležitosti kritérií wj pro soubor parametrů Pj (součet kritérií wj musí být vždy roven 1), –
ve čtvrtém kroku se definuje hodnota souhrnné funkce užitku Ui pro každou posuzovanou variantu Vi, výsledkem je tabulka Ui pro všechny Vj, – pátý krok spočívá v provedení výsledné hierarchizace souboru posuzovaných variant Vi a výsledkem je výsledná preference variant podle společenské funkce užitku, – šestý krok tvoří komentář k analytické části TDEP - metodiky, verbálně (slovně) objasňuje příčiny obdrženého výsledku, který tímto obhajuje. Výhodou této graficko-analytické metody je její pohotovost a adaptibilita při současném respektování objektivních ukazatelů kvality jednotlivých parametrů. Další výhodou je hodnocení podle našich technických norem, zvyklostí a dosaženého konsensu v týmu odborníků - expertů. 11.8
Hodnocení z hlediska vlivů na životní prostředí Zavedením procedury posuzování vlivů činnosti na životní prostředí EIA (Environmental Impact Assessment) získává rozvoj tržních mechanismů a mechanismů „sebeřízení“ společnosti výraznou ekologickou dimenzi. Zákon ČNR č.244/1992 Sb., o posuzování vlivů na životní prostředí z 15.dubna 1992 přebírá výčet činností, obsah dokumentace o hodnocení jejich vlivů a provazuje proceduru mezinárodního projednávání podle ESPOO - konvence. Proto je podle této legislativy žádoucí při hodnocení vlivů koncepcí (návrhů) a významných staveb posuzovat zejména: – ekologickou únosnost dotčeného území, – porovnání variant koncepcí, – prevenci, minimalizaci, příp. kompenzaci nepříznivých účinků záměrů na životní prostředí, – důsledky činností a využití území na životní prostředí, – způsoby nakládání s odpady a jejich zneškodňování, – úplnost informací a metodiku posuzování. Výsledkem tohoto posouzení by mělo být zajištění takového stavu, který vyvažuje nárokované požadavky záměrů s možnostmi území. Navržená ochranná, příp. kompenzační opatření a případné korekce řešení sledují prevenci ekologických ohrožení, příp. minimalizaci nepříznivých účinků na životní prostředí. Tato opatření by měla harmonizovat jednotlivé společenské potřeby, tj. urbanistické, krajinářské, ekologické a sociální. Základní potřebou je zabezpečení trvale udržitelného využívání území tak, aby nedocházelo k poškozování ekologické stability krajinných systémů, k závažnému ohrožování nebo nešetrnému využívání přírodních zdrojů a snižování hygienické a pohodové úrovně životního prostředí (zejména k překračování ekologických limitů). Dopravní stavby (liniové) velmi závažně ovlivňují nejen kontaktní území, ale i rozsáhlá návazná území a to vzhledem tzv. nálevkového efektu. Protože jejich problematika nebývá dostatečně odborně a společensky řešena, stává se často prostředkem populismu a politikaření. Problémovost jejich řešení je patrná např. na dosud neřešeném okruhu kolem Prahy, na obchvatu dálnice D5 kolem Plzně, dálnice D3 v Posázaví, nebo průchodu některých mezinárodních tras cennými a nebo chráněnými územími. Aby k tomu nedocházelo, je žádoucí před návrhem trasy liniové stavby zpracovat krajinářské vyhodnocení území a vytypovat vhodné koridory. 187
Při hodnocení a vyhledávání optimálního řešení je sledování minimalizace ekologického ohrožování obyvatel, krajinných systémů a přírodních zdrojů na základě vhodně stanovených priorit v příslušném území a vážení nárokovaných požadavků s možnostmi funkčního využívání území na základě adekvátních hledisek a kritérií. S ohledem na zprůhlednění celkového posouzení variantních řešení je potřebné omezit výběr sledovaných hledisek na základní (rozhodující) a dílčích kritérií na klíčová, tedy ba ty, jež podstatně ovlivní situaci konkrétního využívání území pro osídlení, rekreaci a další využívání potenciálu území a jeho ekologickou stabilitu. Úplný výčet veškerých přímých a nepřímých vlivů výstavby a provozování uvažované stavby v blízkém a vzdáleném časovém horizontu nelze prakticky postihnout. Při schematickém výčtu možných vlivů a matematicky pojatém multikriteriálním hodnocení se může skutečný dopad následků výrazně lišit od výsledné skutečnosti, proto je tento způsob vhodný pouze jako doplňující. V dynamice přírodních jevů a vzájemných interakcí nedochází k lineárnímu, resp. součtovému ovlivňování, neboť některé jevy působí synergicky, a v jiných případech dochází při překročení některých prahových hodnot ke kvalitativní změně skokem, přičemž jednotlivé korelace nabývají přímo úměrné vstupům do systému (v ekologických a krajinných soustavách je váha jednotlivých vlivů proměnnou, ne konstantní veličinou). Při hodnocení variantních možností jsou obvykle základní následující hlediska: – ekologické (prioritní), – urbanisticko-krajinářské (zásadní), – ekonomicko-provozní (doplňující), – ekonomicko sociální a správní (doplňující). V jejich rámci je potřebné volit vhodná kritéria. Např. v rámci ekologického hlediska sledovat tyto kritéria: – potenciální ohrožení hygienické úrovně životního prostředí trvalých obyvatel sídel do vzdálenosti 500 m (hluk, dopravní exhaláty), – zhoršení životního prostředí rekreačních lokalit do vzdálenosti 300 m, – ohrožování přírodně významných území do vzdálenosti 1 000 m (zvláště chráněná území přírody, cenné biotopy, významné krajinné prvky, prvky územního systému ekologické stability, významný genofond), – ohrožování přírodních zdrojů do vzdálenosti 50 m (vodní zdroje, půdy, nerostné suroviny). V rámci urbanisticko-krajinářského hlediska sledovat: – narušení územního rozvoje sídel, včetně průchodnosti územím, – narušení krajinného rázu území včetně bariérového efektu a dělicích účinků, – ohrožení funkčnosti rekreačních území. Významnou součástí EIA je navržení vhodných opatření k prevenci, minimalizaci, příp. kompenzaci nepříznivých vlivů na životní prostředí. Jednotlivá opatření jsou obvykle zaměřena technicky či technologicky, organizačně či správně, příp. urbanisticky či krajinářsky, a to v následujících okruzích: – zabezpečení hygienické a pohodové úrovně životního prostředí obyvatel, – ochrana ekologické stability území, – ochrana přírodních zdrojů, – nenarušování funkční způsobilosti území, – ochrana před ekologickým ohrožováním odpady antropogenních činností, – kompenzace škod (vyhodnocení ekologické újmy, náhrada narušených přírodních zdrojů aj.). Pro posouzení EIA, které by se co nejvíce přiblížilo skutečným dopadům ve sledovaném území se navrhuje vycházet z následujících zásad: – zohlednění ekologických principů a zákonitostí, – vymezení významných biotopů v území, – zjištění max. rozsahu stávajících organismů v území, zejména ohrožených (dle vyhl.č.315/92 Sb.), ale i vzácných a významných.
188
Na základě poznatků a zkušeností z posuzování a hodnocení EIA strategických koncepcí, záměrů, územních prognóz atd. se doporučuje souběžné zpracování dokumentace EIA a dokumentace jednotlivých stupňů územně plánovací či projektové dokumentace. Při hodnocení variantních řešení je potřebné zprůhlednit posuzování tak, aby byl získán společenský konsensus. Závažnou potřebou EIA je např. u liniových staveb zjištění údajů o emisích a hluku, dále zohlednění potřeby „doprovodné“ připojující komunikace apod., protože by mohl být nepřesný či mylný výsledek hodnocení. Podle některých odborníků je třeba rozlišovat hledisko nebo sledovaný cíl společenský od hlediska či cíle ekologického. Během přípravy procesu EIA je třeba pro každý konkrétní případ vymezit časové a prostorové hranice, v rámci kterých bude hodnocení prováděno. Obecně se vychází ze čtyř kategorií možného vymezení hranic, z jejichž dostupnosti nebo kombinace je třeba provést volbu a výběr. Jsou to hranice: a) administrativní, tj. omezení dané politickými, sociálními a ekonomickými skutečnostmi, které vymezují prostor a čas; b) projektové, tj. současným a prostorovým rozsahem navrhovaného projektu (varianty); c) ekologické, tj. měřítka prostoru a času daného ekosystému a jeho funkcemi; d) technické, tj. omezení dané vlastními schopnostmi stanovit (měřit, predikovat) ekologické změny pro daný záměr. Vždy je třeba rozlišit mezi těmito kategoriemi hranic, které jsou více méně pružné. Před zahájením procesu EIA jsou zpravidla málo známy ekologické a technické hranice. Proto první úroveň v tomto smyslu tvoří administrativní, ekonomické, politické, popř. legislativní vymezení rámce EIA. S tímto často souvisí i objem možného vynaložení finančních prostředků.
189
OBSAH 11 MULTIKRITERIÁLNÍ HODNOCENÍ POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ ..................................182 11.1 Metody porovnávání variant ...................................................................................................182 11.2 Výběr kritérií...........................................................................................................................182 11.3 Porovnávací metody................................................................................................................183 11.4 Technická kritéria hodnocení..................................................................................................184 11.5 Komplexní hodnocení návrhu trasy ........................................................................................184 11.6 Multikriteriální hodnocení ......................................................................................................185 11.7 Technicko-dopravně-ekonomické posuzování variant tras pozemních komunikací ..............186 11.8 Hodnocení z hlediska vlivů na životní prostředí.....................................................................187
12
VYUŽITÍ VÝPOČETNÍ TECHNIKY PŘI PLÁNOVÁNÍ, STAVBĚ A PROVOZU POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ
Práci dnešního inženýra si těžko umíme představit bez používání výpočetní techniky (VT). Je jen málo oblastí, kde nelze počítač využít. Využívání výpočetní techniky znamená zbavit se netvůrčí opakující se práce, zkvalitnit svou práci, připravit, v případě projektování pozemních komunikací, více variant řešení a současně zkrátit potřebnou dobu pro vypracování řešení. Počítač může pomoci na základě dat pravidelně vkládaných do databází pomoci analyzovat aktuální stav vozovek a navrhovat způsob oprav s optimalizováním finančních toků. Geografické informační systémy je možno použít pro snadnější orientaci při řešení rozvoje nebo systému oprav sítě pozemních komunikací. Automatizovaný sběr dat o provozu na komunikacích v návaznosti na aktuální prezentaci těchto dat jeho účastníkům, např. pomocí Internetu, umožňuje mj. zvýšení bezpečnosti silničního provozu a přispívá k optimálnímu využívání silniční sítě. Tato kapitola má za úkol přinést celkový, ale stručný přehled implementace výpočetní techniky ve vazbě na pozemní komunikace, a to od prvotního záměru budování komunikace, přes její projekt, stavbu, údržbu až po řízení provozu. 12.1
Historie uplatnění VT v silničním stavitelství První počítače, které můžeme považovat za plnohodnotné předchůdce současné VT jsou počítače vyvinuté v Německu Konrádem Zusem na počátku 40. let a pak zejména počítač ENIAC, který byl uveden do provozu v roce 1946 v USA. Novodobá éra výpočetní techniky se tedy píše již přes 50 let. Rozhodují pokrok v oblasti aplikace VT v silničním stavitelství byl dán počátkem 60. let uvedením nové třídy tzv. minipočítačů a vyvinutím programovacího jazyka, vhodného pro vědeckotechnické výpočty - FORTRAN IV. S nástupem cenově relativně dostupnějších minipočítačů v 60. a 70. letech se rozšiřují možnosti aplikace výpočetní techniky i do oblastí mimo statistické a ekonomické výpočty, zejména do zpracovávání vědeckotechnických výpočtů. V zemích s rozvinutou ekonomikou vznikají v těchto letech ve větším počtu výpočetní střediska. Tento trend se později objeví i v bývalé ČSSR ve všech větších projekčních organizacích. Nová výpočetní technika byla v některých případech již od výrobce vybavena příslušným programovým vybavením, jindy bylo potřeba vlastního vývoje. O počítač se staral tým vyškolených specialistů a uživatel zpravidla neměl k němu přístup. Prostředníkem mezi počítačem a uživatelem byla obsluha počítače. Tato obsluha měla mj. za úkol převádět zadání z vyplněných formulářů na děrné štítky nebo děrné pásky. Po tomto kroku byly pomocí snímačů děrných médií předány počítači data a projektant si mohl vyzvednout své výsledky. Proces získání výsledků byl poněkud zdlouhavý. Tento způsob zadávání vstupů se nazýval dávkový. Interaktivní způsob práce (alfanumericky) umožnilo až vybavení minipočítačů terminály (přelom 70. a 80. let). Mnoho programů bylo s nástupem osobních počítačů převedeno na tuto platformu a můžeme se s nimi ještě setkat i v dnešní době. Na minipočítačích firem, které se zabývaly projektováním dopravních staveb, byly implementovány např. systémy pro: • • • •
systémy pro podporu projektování pozemních komunikací, statické výpočty - metoda konečných prvků (např. NEXX), časové plány výstavby komunikace - metoda kritické cesty, podniková ekonomická agenda. Zmíněný nástup minipočítačů, které později nahrazovaly od konce 80. let osobní počítače a po zrušení embarga i pracovní stanice (workstationy s procesory RISC), potvrdil možnosti uplatnění výpočetní techniky v celé šíři potřeb silničního stavitelství. Správnost těchto kroků potvrdil příchod systémů CAD a dalších programů pro práci s grafickou. Výpočetní technika umožnila odstranit opakující se rutinní
190
práci, usnadnila práci s neustále rostoucím počtem dat a umožnila řešit problematiku silničního stavitelství kvalitněji a komplexně. 12.2
Výpočetní technika v procesu plánování pozemních komunikací
12.2.1 Prognózování dopravy Řešit prognózování rozvoje dopravy umožňuje software, který je určený pro modelování dopravy. Tento systém řeší rozvržení dopravních vztahů automobilové dopravy na komunikační síť. Vstupní data pro výpočty tvoří matice přepravních vztahů mezi územními celky a tzv. popis komunikační sítě. Výstupem jsou soubory zátěží na úsecích komunikační sítě. Komunikační síť může být představována silničními komunikacemi na území města (nebo na jeho části) nebo celostátní komunikační sítí. Programový systém, který v našich zemích řeší problematiku modelování dopravy nejčastěji je systém AUTO. Autor tohoto systému je ing. Miroslav Fuchs. Je současně i autorem programového vybavení pro modelování městské hromadné dopravy (systém MHD). Dopravní síť, která je předmětem modelování, je popsána pomocí uzlového referenčního systému, který je založen na číslování uzlů, tj. křižovatek. Úseky sítě jsou v systému zadány dvojicí uzlů, které úsek omezují. Jednotlivé úseky jsou pak popsány svou délkou, počtem jízdních pruhů, rychlostí pojíždění atd. Pro určení křižovatek je zadávána přednost jednotlivých vjezdů, počet jejich řadících pruhů, % koordinace, rozlišení na úrovňové a mimoúrovňové křižovatky a zda je křižovatka opatřena SSZ (světelně signalizačním zařízením). Systém obsahuje i další funkce a je graficky orientovaný. Pomocí systému AUTO lze např. zjišťovat výhledové vztahy Fratarovou nebo Detroitskou metodou, provádět vybrané operace s maticemi atd. Obdobně pracují další produkty, řešící tuto problematiku. Jedná se např. o produkt firmy PTV SYSTEM (SRN) - VISUM. Produkt má vestavěný editor dopravní sítě a obsahuje funkce systémů GIS. Se sociodemografickými údaji pracuje systém VISEM stejné firmy. Tyto systémy mohou být doplněny o další moduly, jako je např. určování emisního zatížení, optimalizace a analýza veřejné dopravy, určování mezioblastních vztahů apod. Ve Švýcarsku a ve Francii je využíván švýcarský systém Polydrom, který řeší obdobné úkoly jako předešlé produkty. 12.2.2 Plánování pozemních silničních sítí V procesu plánování pozemních sítí hraje velkou roli, vedle prognózování dopravy, také přesná znalost silniční sítě. Aktuální stav komunikační sítě je zaznamenáván pobočkou Ředitelství silnic a dálnic - Silniční databankou Ostrava, která je správcem Informačního systému o silniční síti České republiky. Tato databáze je tvořena od roku 1977. Silniční síť České republiky je rozdělena na referenční úseky, na kterých jsou průběžně zjišťovány proměnné (např. poruchy vozovek, podélné a příčné nerovnosti, drsnost krytu, únosnost vozovky) a neproměnné faktory (např. šířkové uspořádání komunikace, prvky směrového a výškového vedení trasy, příčný sklon atd.). Do sběru dat je zapojeno specializované mobilní pracoviště ARAN, které je vybaveno zařízením GPS (Global Position System) pro přesnou lokalizaci uzlů (křižovatek) a zjišťování např. Podélných sklonů. Výstupy jsou sestavy informací, které zkoumané úseky sítě popisují. Uložená data jsou například používána systémy pro návrh plánování oprav a údržby pozemních komunikací. Provozovatel Informačního systému (IS) o silniční síti ČR má za úkol: • zabezpečovat programové vybavení včetně jeho inovace, • zpracování vstupních dat včetně jejich kontrol • ukládání dat do ústřední datové základny IS • zajišťovat automatizovaný sběr dat (životnost vozovky, drsnost) • archivaci a aktualizaci dat v aktualizačních obdobích, • poskytování informací uživatelům IS o sil. síti ČR. Pro zvýšení využitelnosti této databáze, přistoupilo se k propojování uložených dat se systémem s grafickým uživatelským rozhraním. Toto propojení je realizováno pomocí programového vybavení, 191
které je souhrnně označováno jako geografický informační systém - GIS. Tyto práce probíhají od roku 1996 v prostředí ARC/INFO.
12.2.2.1 Geografické informační systémy Geografické informační systémy (GIS) jsou chápány jako organizované spojení počítačových technologií pro získávání, aktualizaci, manipuIaci, analýzu a zobrazení všech forem geograficky lokalizovaných informací. Většina současných GIS systémů pracuje prakticky s mapou a jejími polohopisnými informacemi spojenými s množstvím popisných informací. V této části se seznámíme s geografickými informačními systémy. Závěrem si uvedeme přehled nejrozšířenějších geografických informačních systémů v České republice. 12.2.2.1.1 Co to je geografický informační systém Kniha týkajících se technologie geografických informačních systémů "Understanding GIS - The ARC/INFO Method“ od firmy ESRI uvádí následující definici pojmu geografický informační systém. • GIS je organizované spojení počítačového hardware, software geografických dat a osob, vytvořené za účelem efektivního získávání, aktualizace, manipulace, analýzy a zobrazení všech forem geograficky lokalizovaných informací. Podívejme se, jaké moduly musí systém GIS obsahovat. GIS má umožnit efektivní zobrazování geografických dat. Nejefektivnějším zobrazením geografických dat je mapa. Součástí GIS musí tedy nutně byt kreslící modul, modul pro generování map. Pro popisování a v užívání dat, která popisují místa, na zemském povrchu, stejně tak jako pro popisování a využívání jakýchkoliv jiných dat, postačí obyčejný databázový systém. Ten samozřejmě musí být součástí GIS. Systém má dále umožňovat získávání a aktualizaci geografických dat. Data můžeme získávat z již existujících digitálních map uložených v různých formátech. GIS by tedy měl obsahovat prostředky pro prostředky pro převod různých geografických dat. Druhým způsobem získávání geografických dat je digitalizace. GIS by měl fungovat i jako digitalizační program. Kromě vlastního získávání dat pak musí umožnit manipulaci s nimi a jejich aktualizaci. Musí tedy obsahovat prostředky pro vyhledávaní potencionálních chyb, nepřesností a neaktuálností v digitálních geografických datech a pro jejich efektivní odstraňování. Ve všech výše uvedených činnostech, tedy při získávání dat, jejich aktualizaci, manipulaci s nimi a zobrazování, nevyžadují digitální geografická data podstatně jiný přístup než například data popisující např. silniční objekt. Nebyl by tedy důvod pro zavádění nového s systému na veškerou činnost by postačil libovolný systém CAD. To co odlišuje systémy GIS od obecných CAD systémů, je analýza geografických dat. Tím se rozumí jejich geografická analýza, tedy analýza, při které musíme odpovídat na otázky, které vyžadují vyhodnocení prostorových operací mezi objekty. Uvedeme si příklady několika typických úloh, které lze řešit pomocí GIS: • • • • •
lokalizace objektů, identifikace objektů, sledování vývojových trendů, modelování, hledání souvislostí mezi daty.
12.2.2.1.2 Datové struktury GIS Jako příklad si popíšeme metodu, kterou pro ukládání dat používá jeden z nejrozšířenějších GISů, systém ARC/INFO americké firmy ESRI. Řada jiných GISů používá struktury velmi podobné formátu systému ARC/INFO. O některých dalších přístupech a jejich výhodách a nevýhodách se zmíníme na konci kapitoly.
192
Nejprve si pokusíme uvědomit jaké podmínky jsou na formáty dat pro GIS kladeny. Tyto podmínky úzce souvisí s jednotlivými požadavky kladenými na GIS jako celek. • Datové formáty GIS musí umožňovat efektivní provádění základních operací pro relační databáze, tedy faktorizaci, filtraci a spojování relačních tabulek. • Musí být umožněno efektivní vykreslení těch informací, které mají grafický charakter (souřadnice jednotlivých objektů). • Musí být snadno přístupné informace nutné pro geografickou analýzu (jak jsou které objekty od sebe vzdálené, které objekty spolu sousedí, jaké body spojuje která čára atd.). 12.2.2.1.3 Mapové vrstvy Systém ARC/INFO stejně tak jako většina jiných GISů rozčleňuje jednotlivé objekty obsažené v digitální mapě do tzv. mapových vrstev (coverage). Každá mapová vrstva obsahuje informace o jednom druhu objektů. Běžná turistická mapa se tedy například skládá z mapové vrstvy silnic, mapové vrstvy vodních toků a ploch, mapové vrstvy obydlených ploch, mapové vrstvy turistických značek, mapové vrstvy zalesněných ploch, mapové vrstvy turisticky zajímavých objektů a mnoha dalších vrstev. Rozumné rozdělení objektů na mapě do vrstev je jedním z prvních kroků při tvorbě digitální mapy. Jedna mapová vrstva smí obsahovat vždy objekty jednoho typu. Objekty v jedné mapové vrstvě mohou být bud' • body (points), • lomené čáry (arcs), • polygony (polygons). 12.2.2.1.4 Konkrétní příklady systémů GIS Možností pro úpravu mapové kresby před jejím tiskem nebo vykreslením na plotru je celá řada. Manipulace s mapou se v těchto rysech již nijak neliší od manipulace s jakoukoliv jinou kresbou tak, jak je obvyklé u systémů CAD. 12.2.2.1.4.1 ARC/INFO Pravděpodobně nejrozšířenějším geografickým informačním systémem jak v celosvětovém, tak v českém měřítku je systém ARC/INFO. Mluvíme-li o systému ARC/INFO, je potřeba si uvědomit, že se nejedná o jeden program, ale o celý soubor programů použitelných na různě silných hardwarových platformách pro různé účely. Klasické ARC/INFO je program pro UNIXové pracovní stanice. Umožňuje velmi pohodlně provádět veškeré činnosti uvedené v předcházejících kapitolách a má velmi komfortní ovládání založené na standardu OSF/Motif. Jeho cena stejně tak jako cena potřebného hardwarového vybavení je velmi vysoká. Proto se obvykle tento program používá na těch místech, kde vzniká potřeba zpracování extrémně velkého množství geografických dat. Systém PC ARC/INFO je verzí programu ARC/INFO pro běžné osobní počítače. Tento systém lze provozovat již na osobních počítačích. Používá stejné datové struktury i stejné metody zpracování dat jako “plné“ ARC/INFO. Jeho ovládání je však dosti těžkopádné a rychlost zpracování dat není vysoká. PC ARC/INFO se skládá ze šesti samostatných modulů, které obhospodařují jednotlivé oblasti nasazení systému. Modul STARTER KIT obsahuje základní příkazy pro digitalizaci, editování a prohlížení geografických dat. Obsahuje program TABLES pro práci s popisnými daty v relační databázi. Umožňuje spouštět všechny ostatní moduly PC ARC/INFO: • PC ARCEDIT je modul, který obsahuje prostředky pro digitalizaci mapových podkladů, pro vytváření topologie dat a pro údržby a aktualizaci dat. Obsahuje též grafický editor pro aktualizaci dat přímo v grafické podobě. • PC ARCPLOT je modul pro prohlížení geografických dat v různých podobách, pro vytváření mapových kompozic a výsledných map a pro jejich tisk na výstupních zařízeních. • PC OVERLAY je modul pro geografickou analýzu. Obsahuje příkazy pro vykonání základních operací s mapovými vrstvami. 193
• PC NETWORK je modul pro zkoumání liniových vrstev, které představují dopravní sítě. Obsahuje programy pro řešení některých kombinatorických úloh (hledání nejkratší cesty, hledání centra grafu atd.). • DATA CONVERSION je modul obsahující konverzní programy z mnoha různých datových formátů do formátů PC ARC/INFO a naopak. Na závěr se zmíníme o programu ARCVIEW. ARCVIEW je též programem pro osobní počítače a pracuje v prostředí MS-Windows. Jeho pomocí je možné prohlížet data získaná a udržovaná pomocí PC ARC/INFO. ARCVIEW umožňuje i vytváření mapových kompozic a tisk map. Jeho ovládání je podstatně pohodlnější než ovládání modulu ARCPLOT klasického PC ARC/INFO. ARCVIEW však alespoň prozatím neumožňuje údržbu a aktualizaci geografických dat, ani složitější formy geografické analýzy. 12.2.2.1.4.2 GISy založené na bázi MicroStation Další velká skupina GIS programů jsou nadstavby obecného CAD systému MicroStation. Nejznámější z těchto systémů je systém MGE, který pro práci používá kromě MicroStation i databázový systém Oracle. Existuje však celá řada informačních systémů, které jsou vyvinuty menšími firmami, např. firma SPIN s.r.o. vyvinula produkt SPIN a URBAN. Nový způsob komunikace - geoprostorovou komunikaci přináší další produkt Intergraphu GeoMedia Web Map. Produkt pracuje v prostředí sítě Internet nebo ve vnitropodnikové síti. V prvním případě lze pomocí tohoto programu prezentovat veřejnosti mapy doplněné o potřebné informace. Koncoví uživatelé využívají pro práci s GeoMedia Web Map klasických browserů pro Internet. Výhodou je možnost získávání připojených multimediálních dat. 12.2.2.1.4.3 GISy založené na bázi AutoCAD V poslední době (od konce roku 1996) se snaží prosadit na trhu GIS vedle firem ESRI a Intergraph také firma Autodesk s produkty Autodesk Map Guide, AutoCAD Map a Autodesk World. Produkt MapGuide využívá architektury klient/server a je určen pro práci s mapovými podklady v rozsáhlých počítačových sítích. Uživatelé pracují s klasickým prohlížečem WWW-stránek (MS Explorer nebo Netscape Navigator) a tak je umožněno jednoduché procházení stránek Internetu či podnikového intranetu. V případě hypertextového skoku na mapu se automaticky aktivuje Autodesk MapGuide plug-in, jenž umožní uživateli interaktivně pracovat s geografickými daty. Samotná data jsou uložena v souborech SDF (Spatial Data File) a jedná se klasický vektorový formát. Ke každému objektu (bod, křivka, polygon a text) lze připojit URL adresu, která umožní zobrazení připojeného textového dokumentu, obrázku, videa, výkresu AutoCADu (formát DFW) nebo získat informace ze vzdálených databází. Produkt AutoCAD Map je orientován do oblasti CAD jako GIS. Autodesk World je nová technologie, která je zaměřená na integraci správy dat. 12.2.2.1.4.4 Quikmap Quikmap je jednoduchý GIS systém pocházející z Kanady. Je určen pro osobní počítače a funguje i na jednoduchých a levných strojích. Popisná data jsou uchovávána v souborech typu DBF. Je tedy možné zpracovat je i pomocí jiných prostředků pro spravovaní relačních databázi na PC (FoxBase, FoxPro, dBASE). Systém QuikMap se využívá hlavně na těch pracovištích, kde nelze předpokládat zpracování velkého množství dat ani hlubší požadavky na geografickou analýzu. Jeho výhodou je nízká cena a možnost spolupráce s jinými programy pro PC. 12.2.2.1.4.5 Kokeš Kokeš je původní český program určený především pro zpracování geodetických dat a pro vytváření digitálních map na jejich základě. Program je napsán pomoci modulu MiniGKS
194
v programovacím jazyce Fortran. Výhodou Kokeše je i dobře vyřešená spolupráce s dalším českým programem, s digitálním modelem terénu Atlas. 12.3
Výpočetní technika a její uplatnění při projektování pozemních komunikací Projektování je činnost, jejímž výsledkem je soubor informací o budoucím plánovaném díle, tedy projekt. Můžeme mluvit o „informačním modelu budoucí skutečnosti“. Vytvořený projekt slouží jako podklad při rozhodování a vytváření názoru o budoucím díle, přípravě jeho realizace a při jeho vlastní realizaci. Projektování je v podstatě postupné provádění různých činností různého typu v logickém sledu současně s dávkou subjektivního vlivu ze získaných vlastních zkušeností a zpětných vazeb. Rozvojem implementace výpočetní techniky současně s vývojem vhodného programového vybavení dochází k automatizaci projektování silničních komunikací. Tyto softwarové systémy jsou navrženy tak, aby využívaly výhody výpočetní techniky a současně také technický cit, zkušenosti a tvořivý intelekt člověka. Automatizace projektování přináší zejména: • • • •
kvalitativně vyšší úroveň procesu projektování, vyšší stupeň kvality projektovaného díla, vyšší rychlost zpracování s menším počtem pracovníků, možnost doplnění o přílohy, které není při ručním způsobu zpracovávání téměř možné vytvořit (perspektivní pohledy, průjezd navrhovanou trasou s pohledu řidiče a mít tak možnost odstranit nepřehledné úseky již na úrovni projektu ap.), • osvobození projektanta od množství rutinních výpočtů a technického kreslení, kdy je projekční činnost posouvána do polohy tvořivé aktivity při řešení komplikovaných úloh, ve kterých je lidský faktor nezastupitelný. Projektování liniových staveb má některé charakteristické vlastnosti, které na jedné straně zvyšují pracnost, složitost a náročnost, ale na druhé straně poskytují vhodné předpoklady efektivního využívání výpočetní techniky a počítačové grafiky. 12.3.1 Historie aplikace VT a počítačové grafiky v projektování pozemních komunikací 12.3.1.1 Stručný přehled historie aplikace výpočetní techniky Snahou výrobců počítačů v 60. letech bylo najít nové oblasti uplatnění pro jejich výrobky a tak součástí nabídky bylo často i bezplatné programové vybavení pro konkrétní oblast práce, včetně zdrojových textů předávaných programů, které pak mohly být dále rozvíjeny a přizpůsobovány platným tuzemským normám. Např. na základě programů, které byly vytvořeny v té době v SRN skupinou odborníků pro projektování pozemních komunikací a programátorů v IBM Deutschland, byla v Československu započata éra počítačové podpory projektování pozemních komunikací. Původní programy byly vyvinuty pro minipočítače IBM system 360 a IBM 1130. Programový systém se nazýval STRASSENBAU. Na počátku 70. let se počítačová technika vyskytovala ještě v omezeném počtu a tak bylo nutné získávat počítačový čas externě u podniků, které již měly výpočetní techniku zavedenou. V té době byl využíván např. počítač IBM 1130 (8KB RAM, 0.5 MB HDD) v Bečovicích u Prahy, kam dojížděli zájemci až z Brna. V Dopravoprojektu Brno byl uveden do provozu v roce 1975 minipočítač PDP 110/10 (16KB RAM, 1.2 MB HDD). Ve velkých projektových ústavech pozemních komunikací (Pragoprojekt, Dopravoprojekt Brno) mohly být zahájeny práce na implementaci VT a programového vybavení pro projektování pozemních komunikací. V roce 1979 byl rozšířen PDP na typ PDP 1/34 (128KB RAM, 2X5MB HDD, operační systém RSX). K tomuto počítači byly posupně připojeny terminály pro alfanumerické zpracovávání dat, a tak byl postupně odstraněn proces děrování štítků. To umožnil vývoj interaktivního dialogového rozhraní. Celý systém byl postupně doplněn dalšími periferiemi, jakými byl např. grafický monitor Tektronix pro pasivní vizuální kontrolu návrhu a vykreslovací zařízení - plotr
195
firmy Calcomp. Na počátku 80. let tak byla v Dopravoprojektu Brno vytvořena velmi moderní automatizovaná technologická linka pro projektování pozemních komunikací. V roce 1986 je do Dopravoprojektu Brno pořízen počítač SM 5212 (4MB RAM, 100MB HDD), který byl nepodařenou kopií počítačové řady VAX s operačním systémem VMS. Již v následujícím roce je zakoupen první osobní počítač a v dalších letech se programové vybavení již opírá o tuto platformu. K tomuto směru rozvoje výrazně přispělo zavádění graficky orientovaných systémů (CAD) do projektování pozemních komunikací. Výpočetní systémy, které byly provozovány ve zmíněných organizacích, byly pak s nástupem osobních počítačů převedeny na platformu PC a jsou užívány doposud. Jedná se o systém SILNICE Dopravoprojektu Brno a o systém ROADPAC fy Pragoprojekt. Posledně zmíněný systém byl na přelomu 80. a 90. let byl systém doplněn o nadstavbu pro AutoCAD - ROADCAD. Pro geodetické a geometrické výpočty byl vyvinut v Dopravoprojektu Brno program GS2 (geometrický systém), který byl později rovněž převeden na platformu PC. Obdobně postupoval Dopravoprojekt v Bratislavě, který převedl svůj systém pod názvem TLAPC na personální počítače. Systém mimo klasických výpočtů pro projektování obsahuje program C920, což je program na výpočet ekonomické efektivnosti a energetické náročnosti silničních komunikací. 12.3.1.2 Stručný přehled historie počítačové grafiky Nástupem graficky orientovaných systémů pro projektování začíná nové období v této oblasti. Následující odstavce se pokusí přiblížit problematiku počítačové grafiky z pohledu jejího využití v různých disciplínách stavebních profesí. O historii počítačové grafiky lze napsat mnohé, i když její počátky můžeme datovat nejdříve od šedesátých let. V té době takřka neexistovaly grafické periferie, ovšem na sálových počítačích se již rodil obor počítačové podpory projektování. Například již od roku 1964 vyvíjí Nemetschek Programmsystems GmbH svůj software pro projektování. Samozřejmě se obecně nejednalo o systémy s dokonalým grafickým interaktivním ovládáním a tyto systémy (především pro "výpočtové modelování“) byly doménou velkých výpočetních středisek. Firma Hewlett-Packard, která je v současné době známá na trhu grafického hardwaru, byla sice založena v roce 1939, ale první počítače vyrábí od roku 1966. V 70. letech začala upouštět od sálových počítačů (systémem HP3000) a její populární řada HP1000 byla u nás kopírována pod označením ADT. V sedmdesátých letech také začala firma Intergraph (USA) nabízet svůj IGDS (Interactive Graphics Design System) na počítačích VAX, přičemž zobrazování bylo řešeno pomocí hardware, dodávaného přímo firmou Intergraph. Ceny hardware i software byly ve srovnání s dnešními přímo astronomické. Konec 70. let je označován jako ranný věk mikropočítačů a s nimi spojeného rozšíření grafiky i mimo výpočetní centra. Bratři Bentleyové (v rámci Intergraphu) přenesli svůj IGDS na mikropočítače a zpřístupnili tak silný projekční systém širší veřejnosti. Začínají se vyrábět kvalitnější, ale velmi drahé grafické periferie. Teprve v osmdesátých letech je možné zaznamenat pravý rozmach počítačové grafiky díky silným osobním počítačům. Průkopníkem grafiky na osobních počítačích je jistě firma Apple se svými Macintoshi (její první počítače se jmenovaly LISA), ale hlavní zásluhu má firma IBM díky zveřejnění architektury PC, jejichž výroby se ujalo velké množství firem. Vznikají také první opravdu komerční stanice s RISC procesory pracující pod různými klony UNIXu. Ty umožňovaly provoz skutečně silných grafických systémů. V roce 1982 byla založena firma Autodesk (USA), která prakticky od počátku vyvíjela vlastní CAD systém pro osobní počítače - AutoCAD. Ten zapříčinil velký rozmach CAD systémů na platformě osobních počítačů. Na přelomu osmdesátých a devadesátých let bylo u nás jako takřka plnohodnotná grafická pracovní stanice označováno PC AT s EGA monitorem, myší a devítijehličkovou tiskárnou. Tento ve světě již tenkrát překonaný stav byl rychle prolomen v letech 1991 a 1992, kdy k nám bylo mimo jiné zrušeno embargo COCOM a začal velký příliv silných stanic s RISC procesory s komplexním řešením grafických systémů. 196
Grafické uživatelské prostředí na bázi OSF/Motif a jemu podobných proniklo takřka na všechny výpočetní platformy. Firma Hewlett Packard vyvinula tiskárny a plotry založené na inkoustové technologii a tím vlastně začala éra značně kvalitních grafických výstupů a vzestup úrovně stavebních výkresů, která byla dosahována u výkresové dokumentace v období před nástupem ozalidu. V současné době je znát silná snaha výrobců o standardizaci na všech úrovních, snaha oprostit uživatele od starostí, spojených s používáním různých typů počítačů, operačních systémů, datových struktur, uživatelských prostředí atd. Trojrozměrné modelování a zobrazování bylo technologicky dobře zvládnuto v 80. letech a v současnosti je tak propracované, že je možné modelovat i na osobních počítačích. Koncem 80. let se začala prosazovat technologie animace a vizualizace a známá je v poslední době aktivita firem v rovině tzv. virtuální reality. 12.3.2 Nástroje pro projektování pozemních komunikací Na tomto místě si přiblížíme konkrétní dostupné softwarové prostředky pro počítačovou podporu projektování. Důraz bude samozřejmě kladen na oblast stavebnictví. Bohužel nelze tuto kapitolu považovat za komplexní, protože zachycuje pouze část trhu, především z oblasti systémů pro osobní počítače kategorie PC. V současné době je trh CAD programů, tedy software pro inženýrské projekční práce, velmi rozsáhlý. Přitom se jedná většinou o velmi drahé systémy, takže je nutné se důkladně rozhodnout před případným nákupem. Finanční náročnost CAD se týká nejen softwarových, ale i hardwarových prostředků, protože provoz takových systémů většinou vyžaduje vyšší třídu momentálně na trhu dostupných počítačů. Existuje samozřejmě i levnější kategorie prostředků, určená bud' k výuce, nebo k demonstračním a reklamním účelům. Často se jedná o prostředky zaměřené na prostředí, kde je CAD pouze okrajovou doplňující disciplínou. V současné době v celém světě existuje vedle sebe mnoho softwarových produktů, které se buď specializují na automatizaci návrhu pozemních komunikací nebo existují ve formě nástaveb k nejrozšířenějším grafickým vektorovým editorům na bázi PC (AutoCAD a MicroStation). Základem každého systému pro projektování pomocí počítačů je modul digitální model terénu. 12.3.2.1 Digitální model terénu Vlastní proces projektování se skládá z přípravy mapového podkladu zájmového území a návrhu liniové stavby ve vyžádaném rozsahu projektové dokumentace. Vstupním předpokladem pro dobré zpracování projektu, zejména pro realizaci, je kvalitní a přesné geodetické zaměření území a vyhotovení kvalitního geodetického podkladu. Pro počítačové zpracování projektu je nejvhodnější forma podkladu území digitální model terénu (digital terrain model - DTM). Terénní plocha je útvar velmi nepravidelný, matematicky nedefinovatelný. Obsahuje místa, kde je povrch zdánlivě hladký a pravidelný, ale také místa, kde je hladkost porušena terénními stupni a lomy. Setkáváme se také se singularitami, které je možno matematicky definovat jako nespojité funkce nebo lokální extrémy - vrcholy, sedla apod. Tento problém odstraníme tak, že plochu rozdělíme na menší části a po jejich okraje jsou současně hranicemi singularit. Úloha se tak zjednoduší na vytvoření geometrie menších ploch, které se stýkají ve vrcholech na hranách. Z tohoto principu vychází digitální model terénu. Existuje několik typů DTM: • polyedrický model, • rastrový model, • plátový model. Problematika zpracování digitálního modelu terénu (DTM) zasahuje do dvou disciplín - mezi systémy CAD (objemové modelování, zobrazování) a mezi GIS systémy (rozsáhlostí dat a shodným předmětem modelování). Jedná se však o samostatnou problematiku, kterou je nutné chápat izolovaně. Zpracovává se zde především reliéf zemského povrchu, ale kromě toho také stávající stavební objekty, silnice, lesy, vody, státní hranice atd. Tedy vše, co obsahují topografické mapy.
197
Obr. 12-1 Ukázka rastrového digitálního modelu terénu 12.3.2.2 Systémy CAD Jednou z nejdůležitějších aplikací počítačové grafiky pro stavebně-projekční profese je její klíčová úloha v systémech, které se označuji jako CAD. Tato zkratka znamená především Computer Aided Design, což se nejčastěji překládá jako „počítačová podpora projektováni“. Projektování obecně lze tedy chápat jako dvě odlišné (ovšem spolu související) činnosti: • tvorbu projektové dokumentace, • vytváření představ o budoucím stavu, nebo také navrhování. Do první oblasti zasahuje především tzv. Computer Aided Drafting, tedy počítačem podporované kreslení, rýsování. Na tomto poli lze mnohé činnosti silně podporovat až nahrazovat počítači. Pro navrhování se používají prostředky, které se již řadí do vyspělé kategorie Computer Aided Design. Samozřejmě, že obě oblasti spolu silně souvisí, nelze mezi nimi vymezit nějaké přesné hranice. Co se týká automatizace navrhování, tedy vytváření představ o budoucím stavu, jistě nikdy nepůjde o automatizaci tvořivosti, ale o automatizaci prostředků, které jsou při tvůrčí práci projektantovi k dispozici. Původně vznikaly systémy CAD ve smyslu kreslení jako prostředek pro návrhy počítačů. Lidé z oboru si vyvinuli tento nástroj tak, že se velká většina počítačových systémů projektovala na počítačích. 198
Návrhy integrovaných obvodů se především zpracovávají na počítačích, je to totiž teoreticky dobře zvládnutá oblast, obsahující jasně vymezené, ohraničené problémy. Až na výjimky (např. odvod tepla) se problematika odehrává z geometrického hlediska v rovině. Nejvíce jsou výhody CAD vidět v architektuře, kde je nejmarkantnější rozdíl mezi technologiemi klasickými a mezi použitím CAD (trojrozměrné modelování, rendering, animace). Obdobně lze ale postupovat i projektování pozemních komunikací. Některá závažná rozhodnutí při rozvoji sítě pozemních komunikací, např. nová trasa dálnice, si vyžaduje odpovídající prezentaci, která se bez perspektivních fotorealistických pohledů, popř. animačních sekvencí, neobejde. Papír se přesto zcela vytlačit nepodařilo a zřejmě velmi dlouho nepodaří. Je to médium, které není třeba speciálními technickými prostředky převádět člověkovi do srozumitelné podoby a stále nachází praktické uplatnění např. přímo na stavbě. Oblast CAD je charakteristická nároky na vysokou odbornost uživatelů, kteří musí zvládat jak problematiku nástroje (počítače), tak samozřejmě i svoji profesi projektanta. Bohužel se stále vyskytuje mnoho odborníků na projektování i mnoho odborníků na výpočetní techniku, ale odborníků v obou oblastech najednou je stále málo. 12.3.2.3 Vazba na databáze Každý větší CAD systém se již neobejde bez datových vazeb na (obvykle) navazující projektové práce. To umožňuje kooperaci, práci ve skupinách v reálném čase na jediném exempláři dat, nemůže dojít k redundanci informací, na jednom grafickém datovém souboru mohou pracovat různé profese, jako např. projektanti, statici, rozpočtáři, atd. Samozřejmě lze databáze využít i pro řešení ostatních neprojekčních aktivit firmy, jako je vedení personální a hospodářské agendy, agenda zakázek, databáze souborů v rámci rozsáhlého projektu atd. Základní přednosti použití databází přímo v CAD systému jsou: • odstranění redundance v datech, sloučení souborů, které obsahují tytéž informace, • oddělení struktury programů a datových souborů, • izolace uživatele od starostí s fyzickými problémy uložení dat (problematiku jednotného přístupu k datům řeší systém pro řízení báze dat - DBMS, Data Base Management System), • vyhodnocení dat podle potřeby programu DBMS zajistí „nové“ pohledy na uložená data (třídění, výběry, atd.), • víceuživatelský přístup ke sdíleným datům, který umožní zpřístupnění dat různým profesím apod. CAD systémy většinou pracují s klasickou databází. Může ale jít i o znalostní bázi dat, protože se někdy v rámci CAD používají prvky umělé inteligence a expertních systémů.
199
. Obr. 12-2 Triangulovaný digitální model terénu 12.3.2.4 Speciální systémy pro projektování pozemních komunikací Speciální softwarové systémy pro projektování pozemních komunikací mají své vlastní grafické prostředí, ve kterém je možné interaktivně navrhovat silniční komunikaci. Nezbytnou částí těchto
200
produktů je výkonný modul pro digitální model terénu, geodetický modul, modul pro zobrazování perspektiv, modul pro export a import vstupních a výstupních dat včetně jejich konverze, výpočty objemů zemních prací a modul pro vytváření výkresové dokumentace. Systémy obsahují ještě případně modul pro testování průjezdu křižovatky vozidly, modul pro simulace průjezdů po komunikaci z pohledu řidiče, moduly pro návrh kanalizací a odvodnění vozovek ve městech atd. Tyto speciálně zaměřené softwarové produkty nelze zahrnout zcela do skupiny programů CAD. Ve skutečnosti se více jedná o generátory liniových staveb ve 3D než o prostředek pro pouhé kreslení. Je proto vhodné využívat silné stránky obou skupin programů a vytvořit vhodným propojením kvalitní projektovou dokumentaci. Nabídku těchto specializovaných systémů tvoří např.: • • • • • • • •
MOSS (MOSS Systems Limited Moss House - Velká Británie), ATLAS DMT (Atlas, s.r.o., Česká republika), SMIGS (CEANET, Austrálie), CARD/1 (Basedow und Tornow, SRN), STRATIS (RIB - Bausfotware, SRN), VESTRA (AKG-STRAPS, SRN), CADICS (ICS Software Services, Francie), STRAB (Ing. H. Mader, Rakousko) atd. Všechny uvedené systémy mají sice speciální grafické rozhraní, ale postup návrhu je pro většinu produktů totožný. Do digitálního terénu je nejprve navrženo směrové řešení, vytvořen podélný řez terénem a proveden návrh výškového řešení. K této prostorové čáře, která představuje osu komunikace, je připojeno po celé její délce šířkové uspořádání vozovky a na závěr je vymodelováno zemní těleso (násyp/výkop) včetně informace o kubaturách. Průběžně mohou být generovány základní výkresy navrhované komunikace. Pro alespoň letmé seznámení si popíšeme některé zmíněné systémy. 12.3.2.4.1 Atlas DMT Tento původní český systém firmy Atlas s.r.o. pro interaktivní modelování terénu je velmi úspěšný i v zahraničí. Původně byl vytvořen pro prostředí DOSu (od roku 1989), nyní existuje pro MSWindows a UNIX. Digitální model plochy se vytváří nad nepravidelnou trojúhelníkovou sítí zadanou seznamem bodů a seznamem lomových hran. Generace sítě je velmi rychlá a umožňuje několik různých optimalizací. Díky tomu probíhá generace relativně rychle a umožňuje zpracovat současně až 300 000 vstupních bodů. Systém se skládá z jednotlivých modulů, které se dají sestavit podle potřeb uživatele. Nadstavba Atlas ROAD obsahuje interaktivní grafické moduly pro návrh směrového a výškového řešení, výpočet příčných řezů v požadovaných staničeních trasy, výpočet kubatur a další programy. Systém umožňuje zpracovávat úlohy od jednoduchých řešení komunikací až po složité mimoúrovňové křižovatky. Firma Atlas vyvíjí ještě spolupracující systémy, jako například Atlas MapBase - grafický databázový systém pro zpracování informací z evidence nemovitostí. 12.3.2.4.2 SMIGS SMIGS (Surface Modelling Interactive Graphics System) od australské firmy CEANET je jedním z nejsilnějších systémů pro modelování terénu a jeho využití pro navrhování silnic, železnic, dolů, golfových hřišť a rekultivaci krajiny. Původně byl určen pro několik platforem RISCových pracovních stanic, nyní je k dispozici také pro DOS. Jedná se o velmi silný systém, bez omezení počtu zpracovávaných bodů terénu, který má velmi propracovanou metodu použití řetězců (stringů), kterými se modelují trasy, vrstevnice atd. 201
Obr. 12-3 Příklad řešení situace křižovatky v systému SMIGS Obsahuje několik modulů s následujícím určením: • modul pro vstupy a výstupy (konverze formátů), • digitalizační modul, • geodetický modul pro přenos dat z elektronických záznamníků, • modul pro návrh silnic, • modul na zjišťování objemů, • parcelační modul pro generování hranic pozemků a jejich popis, hydraulický modul pro návrh systému dešťové kanalizace a analýzu hydraulických sítí atd.
202
Obr. 12-4 Příklad automatického vykreslení pracovních příčných řezů komunikací 12.3.2.4.3 MOSS Z obdobné filozofie, z jaké vychází systém SMIGS, je britský MOSS (firmy CEANET a MOSS v minulosti úzce spolupracovaly). První MOSS byl vyvinut pro UNIXové stanice v roce 1975. Od té doby bylo prodáno přes 4000 licencí do 55 zemí světa. V současné době je k dispozici verze MOSS for Windows 1.2 (MfW) pro Windows NT. Ve stadiu beta-verze je MOSS pro AutoCAD (MfA) a MOSS pro MicroStation (MfS). Pro menší projektové organizace je možné zakoupit MfW Lt. Zajímavé je vývojové prostředí. MfW přináší integrovanou knihovnu OCX funkcí a s Visual Basicem jako s vnitřním programovým prostředím. Navrhování zákaznických aplikací je snadné a rychlé. Je velmi jednoduché začlenit speciální aplikace na přání zákazníka jako např. modul regresní analýzy stávající trasy, kontroly průjezdných profilů v tunelech apod. 203
12.3.2.5 Nadstavby pro projektování pozemních komunikací Protože obecné CAD programy neumožňují generaci silniční komunikace, ale jejich postavení na trhu je dominantní, vznikla řada nadstaveb, které umožňují využití těchto systémů i v oblasti projektování pozemních komunikací. Zmiňme se o nejrozšířenějších systémech CAD v našich zemích a současně i o jejich nadstavbách. 12.3.2.5.1 Systém firmy Autodesk - AutoCAD Firma Autodesk byla založena v roce 1982 v Kalifornii. V podstatě od začátku pracuje na vývoji svého vlajkového produktu - AutoCADu. Tento systém byl vždy určen pro osobní počítače a znamenal průlom v systémech CAD na tuto platformu výpočetní techniky. První verze AutoCADu byla představena v roce 1982 na veletrhu COMDEX a byla určena pro osmibitové mikropočítače S-100 a Z80. V našich zemích se dá mluvit o takřka historické revoluci v oboru, spojenou s verzí 2.5 AutoCADu z června 1986. AutoCAD je rovněž spjat s akcí 2000 AIP z konce osmdesátých let, která jakkoliv nesla pečeť socialistického plánování, přece jenom znamenala velký přínos pro projekční ateliéry v ČSSR. Jednalo se o akci z roku 1987, kdy bylo v plánu během dvou let vybavit dva tisíce CAD pracovišť za příznivé ceny. Díky této akci a především díky softwarovému pirátství došlo v našich zemích k velmi silnému šíření systémů CAD, daleko rychlejšímu, než tomu bylo v mnoha jiných zemích socialistického tábora. V popředí byl tehdy systém AutoCAD firmy Autodesk, který tak na našem trhu získal výchozí pozici a vzápětí dominantní postavení. Autodesk je velmi často zastřešující firma, pod jejíž hlavičkou se schovává spolupráce s mnoha dalšími vývojovými pracovišti. Autodesk se angažuje především na poli systémů CAD a virtuální reality. Veškeré produkty Autodesku jsou datově kompatibilní. Vektorový přenos dat je mezi nimi zajištěn minimálně přes takřka nejrozšířenější standard pro přenos vektorových dat CAD systémů formát DXF od Autodesku. AutoCAD je základní produkt firmy Autodesk. Jedná se obecný modulární grafický CAD systém, od počátků určen pro osobní počítače. Právě na osobních počítačích položil de facto základy CAD. V současné době má více něž jeden milión instalací, u nás jsou to desítky tisíc. Má asi osmnáct jazykových mutací a existuje pro několik platforem hardware a operačních systémů. Jako svého základu používá AutoCAD přes čtyři tisíce aplikací. Základem je samozřejmě obecné (především vektorové) rovinné kreslení a prostorové modelování. Popisovat všechny funkce na tomto místě nebudeme, protože se jedná o obvyklý soubor možností. AutoCAD často svými možnostmi vytyčil standard pro širokou škálu systému této kategorie. Uživatelské prostředí je grafické, velmi otevřené a přizpůsobivé. Ač se od počátků firma snažila o vlastní cestu GUI, vždy bylo součástí i roletové menu, ikony a samozřejmě příkazová řádka. Mnoho ostatních systémů se prostředí AutoCADu snažilo připodobnit, takže v tomto směru lze také hovořit o jistém standardu. V prostředí Windows jsou samozřejmě ctěny jeho prvky blízké OSF/Motif (i když ne stoprocentně). Vstupních a výstupních periferií je možno použít obrovskou škálu, pokud by snad neexistoval driver, dodaný Autodeskem nebo přímo výrobcem periferie, lze použít tzv. ADI driver. Jeho definice sklidila velký úspěch. Jedná se o definované rozhraní pro grafické karty, plotry a digitizéry. Přes tuto definici lze ovládat prakticky každou periferii, která nemá přímý driver. V současnosti je poslední verze AutoCADu označena jako AutoCAD r14. Tato verze pracuje v 32 bitovém prostředí operačních systémů Windows 95 a zejména Windows NT. Je otázkou, nakolik je vhodné upravovat AutoCAD a všechny podobné systémy do prostředí Windows. Pro hovoří samozřejmě standardizace ovládání, příjemnost obsluhy, prostředky typu Clipboard, DDE, OLE. Proti však vystupuje celá řada argumentů: Současné i ty nejvýkonnější osobní počítače jsou většími systémy CAD natolik zaneprázdněny, že si těžko mohou dovolit plýtvat výpočetním výkonem pro zpracovávání požadavků grafického prostředí. Proti hovoří i poměrně menší stabilita všech těchto nevyzrálých systémů. Výhoda, kterou se může jevit např. standardizace ovládání není příliš podstatná, vezmeme-li v úvahu, že s většími systémy CAD pracují převážně zkušení uživatelé počítačů, a to větší část doby, strávené u počítače. Takže zvyknout si na libovolné dobře vytvořené GUI (a takové 204
jsou již prakticky všechny) nečiní problémy. Je tedy v současných podmínkách stále diskutabilní, zda osvědčené systémy z DOSovské platformy násilím používat v prostředí Windows. Jinou otázkou je pohled do budoucnosti, kdy se všeobecný přechod do prostředí Windows NT nebo podobných očekává, a to i na platformě výkonných grafických pracovních stanic s RISCovými procesory. Z ostatních produktů Autodesku zmiňme produkt 3D STUDIO. Jedná se o interaktivní samostatný systém pro fotorealistickou 3D vizualizaci a ztvárňování objektů. Je možné v něm zpracovat jak statické scény, tak i animaci. Používá se pro prezentaci a průmyslový design. Spolupracující systémy V České republice je nejrozšířenější nadstavbou pro AutoCAD systém ROADCAD firmy Pragoprojekt. ROADCAD je současně i nadstavbou výpočetních modulů systému ROADPAC. V poslední verzi této nadstavby, která je nazývána SILNICE se vyskytují již moduly, které umožňují interaktivní návrh komunikace (HORAL - směrové řešení, VERAL - návrh nivelety). Zajímavou nadstavbou je produkt firmy Intergraph - systém InRoads, který již nevyžaduje pouze prostředí MicroStationu, ale má rovnocennou možnost pracovat také v prostředí AutoCADu. Protože ale vyšel z tohoto prostředí, více se o něm zmíníme v následující kapitole. Další nadstavbou je produkt Plateia, který umožňuje rovněž interaktivní návrh liniové stavby a má v sobě integrovány všechny potřebné obvyklé funkce. Jako digitální model slouží modul QuickSurf od firmy Schreiber Instruments. S produktem Plateia je možné se setkat ve Slovinsku, SRN, Rakousku a v Polsku. Posledním zmíněným produktem bude programový systém CIVIL - SURVEY s modulem ADVANCED DESIGN od firmy Softdesk, který je určen pro návrh všech typů liniových staveb. Tato firma patří k největším vývojářům AEC aplikací (Architect Engineering Construction) pod AutoCADem. 12.3.2.5.2 Systémy firem Intergraph a Bentley Na produkty firmy Intergraph bylo do konce roku 1990 uvaleno embargo COCOM. Proto začínají být její systémy známy u nás až po demokratizačních změnách, i když firma vznikla vlastně již v roce 1969. Její první zakázkou byla digitalizace řídících programů raket Pershing a podobné kontrakty pro americkou armádu a NASA. V roce 1974 zpracovala firma první komerční dodávku - GIS systém, který se stal později jádrem systému IGDS. V roce 1980 se firma pojmenovala Intergraph, a zvolila stálé sídlo v Huntsvillu, USA. V současné době vyvíjí Intergraph grafické systémy (software i hardware) pro projektování v dopravním inženýrství, inženýrských sítích, kartografii, státní správě, architektuře a stavebnictví, elektronice a strojírenství. Jejími zákazníky jsou naftové společnosti, národní správy kartografických služeb a podobné silné instituce. Firma vyvinula první grafické systémy na počítačích DEC řady PDP, později pro VAX, dnes se orientuje na UNIX a DOS. Poslední aktivitou firmy z tohoto pohledu je přechod na operační systém Windows NT (ohlášeno v listopadu 1992). Základním jádrem většiny grafických systémů je MicroStation, vyvinutý firmou Bentley Systems Inc., který má v Intergraphu padesátiprocentní účast. MicroStation je obecný CAD systém. Jeho grafické prostředí jednoznačně vychází ze standardu OSF/Motif. Základní systém obsahuje množství funkcí pro kreslení v rovině a modelování v prostoru. Součástí je interface k databázovým aplikacím, především dBase, Oracle a Informix. Velmi silné je vývojové prostředí pro tvorbu maker a aplikací. Zatím poslední verzí programu je MicroStation 95. Pro prostředí MicroStation byla firmou Intergraph navržena nadstavba InRoads, která umožňuje interaktivní návrh liniové stavby. Ve verzi 7.0 se jedná o produkt, který je možno implementovat i v prostředí AutoCADu. InRoads obsahuje možnost navrhovat silniční těleso pomocí hran (vhodné pro intravilán) nebo pomocí příčných řezů (vhodné pro extravilán). InRoads je navíc vybaven výkonnou a efektivní metodou regresní analýzy pro rekonstrukce komunikací. Program automaticky vykreslí
205
křivostní diagram z vybraných zaměřených bodů a editací seznamu těchto bodů v návaznosti na nabízené odchylky lze dosáhnout velmi rychle nový návrh prvků liniové stavby s požadovanou minimální odchylkou. Způsob generování výkresové dokumentace je volitelný, a tak je možné generovat ve stejném projektu dokumentaci podle ČSN, DIN nebo Eurokodu. Systém je používán kromě USA také v skandinávských státech, zejména v Dánsku, dále v Německu, v České republice a jeho obliba vzrůstá v Polsku. 12.3.2.6 Ostatní software pro projektování PK I když není možné bezezbytku se zmínit o všech systémech, ať už velkých (CAD) nebo malých (výpočty, nejrůznější nástavby, konverzní programy), zmiňme se alespoň ještě o některých pro představu, co od podobných programů můžeme očekávat. V dopravním inženýrství, které často předchází fázi projektování, jsou využívány prostředky tabulkových procesorů (např. Excel, Lotus) a různých grafických programů (CADDY, CorelDraw aj.). 12.3.2.6.1 Jednoduché systémy pro projektování PK Velmi úspěšným a výkonným systémem, přesto jednoduchým, je systém SILNICE PC, vyvinutý v Dopravoprojektu Brno, který je určen pro základní výpočty při projektování pozemních komunikací. Skládá se z těchto částí (vyjmenujeme jen nejdůležitější): • • • • • • •
AXIS - výpočet osy, GRADI - výpočet nivelety pomocí tečnového polygonu, SETOF - výpočet vytýčení, ELEV - výpočet pokrytí vozovky, INCH - výpočet os v oblasti připojování, NAXES - vztahy dvou os, PAXIS - kreslení os a pevných bodů atd. Obdobné moduly obsahují podobné programy (již zmíněný ROADPAC z Pragoprojektu Praha, program pro výpočet komunikací od ing. Beneše), které jsou doplněné o kreslení podélného profilu. Dalším velmi oblíbeným a požívaným softwarem je systém GS2. Tento systém se skládá ze 42 programů, které umožňují nejrůznější geometrické a geodetické výpočty (protínání vpřed, vzad, vytyčování os PK různými metodami ap.) 12.3.2.6.2 Software pro návrh konstrukcí vozovek Pro kompletní výčet nejrůznějšího programového vybavení je potřeba se zmínit o programu pro výpočet a posouzení netuhých vozovek. K tomu slouží program LAYEPS, který pracuje podle předpisu TP 77 (Technický předpis č. 77). Výpočet napětí a všech přetvoření. Je založen na řešení lineárně pružného vrstevnatého poloprostoru. Jeho podrobnější popis naleznete v kapitole 5. 12.3.3 Automatizace projektování Díky výpočetní technice lze snadno použít mnoho dalších navazujících technologií, jako třeba prostorové modelování objektů, animované sekvence, fotorealistické zobrazení budoucího objektu atd. Další úlohou je spočítat jisté parametry objektu, tedy statické vlastnosti, prostupnosti tepla atd., k čemuž obecně slouží systémy pro tzv. "výpočtové modelování“ (často založené na principu MKP metody konečných prvků). Kromě takto získaného technického, popř. technologického projektu je zde silné místo i pro ekonomický projekt stavby. Zde se uplatní technologie databází, tabulkových procesorů, textových editorů atd. Nezkoumáme samozřejmě časovou posloupnost těchto činností v procesu projektování, jejich důležitost nebo vliv na charakter stavby. Pouze konstatujeme, že do projektovaní zasahuje velké množství činností, a tím i velké množství počítačových technologií.
206
Konečným produktem projektování je projekt, což je informační model projektovaného díla artefaktu. Jedná se také o návrh postupu, metod a prostředků jeho realizace, takže projekt lze bez nadsázky považovat za systémový model. Pro zachycení tohoto projektu na papír jsou prostředky aplikace počítačové grafiky v systémech CAD jistě jedny z nejvhodnějších. Je pravděpodobné, že jinak se bude postupovat v procesu projektování, pokud se budou používat klasické dokumentační technologie, jako je psaný text nebo výkres, jinak v případě použití CAD programů se systémy pro správu a archivaci výkresové dokumentace v elektronické podobě. Propojení jednotlivých programů (procedur, funkcí programu,. . .) ve vertikálním směru tvoří tzv. "technologickou linku projektování". Je to část automatizovaného úseku procesu projektování jednoho objektu, obvykle končí výkresovou dokumentací, výkazy výměr, rozpočty atd. Technologické linky jsou účelné, jen když problém má předem značně snížený stupeň volnosti, aby se snížil počet všech možných uspořádání. Proto se sestavují linky na projektování úzké třídy objektů. Například systém pro stavebnictví a architekturu nemá zcela obecný objemový modelář, jen speciální, určený k vytváření střech, schodišť a pod. Přístup k automatizaci projektování Ize tedy rozdělit na: • specializované samostatné programy, • integrované systémy - propojené horizontálně, • technologické linky - propojené vertikálně. 12.4
Aplikace výpočetní techniky při stavbě a provozu pozemních komunikací
12.4.1 Výpočetní technika při přípravě stavby Nasazení výpočetní techniky se nevyhýbá samozřejmě ani oblasti pro přípravu a realizace staveb. Prováděcí podniky jsou každodenně vystavovány tlaku na okamžité zpracování nabídkových podkladů. V případě úspěchu ve výběrovém řízení nastupuje potřeba kontroly ekonomických ukazatelů a termínů. Systémy pro tuto oblast tvoří velká nabídka vzájemně si konkurujících firem. Podívejme se na dva produkty - systém BUILD Power od firmy RTS s.r.o. a systém CALLIDA od stejnojmenné firmy. 12.4.1.1 Systém BUILD Power Systém je softwarovým nástrojem pro podporu činností, které souvisejí s přípravou a realizací stavebního díla. Svým obsahem postihuje jednotlivé realizační fáze celého procesu. Všechny vložené informace nebo naopak tímto systémem vytvořené podklady a dokumenty je možné vzájemně vázat a tím je přiřadit k určené akci či zakázce. To znamená, že lze přesně zachytit a evidovat činnosti od sběru požadavků, objednávek, případně veřejných soutěží až po konečné zhodnocení realizovaného díla. Pomocí systému je možné vypracovat okamžitý orientační propočet ceny, dále nabídkový rozpočet včetně výkazů výměr pro výběrové řízení s využitím agregovaných položek nebo standardních položek cen a prací. Systém umožňuje provést kalkulaci ceny stavby, objektu, provozního souboru v libovolném množství variant a na ně navazující časové, nákladové a finanční plány stavby a objektu. Součástí je i možnost tvorby limitek pro kapacitní a materiálové zabezpečení realizace. Dále je možné zpracovat podklady pro fakturaci od soupisů provedených prací, měsíčních rozborů přímých a nepřímých nákladů až po vlastní daňové doklady včetně jejich evidence, opět s vazbou na konkrétní zakázku. Součástí systému je kompletní datová základna oceněná v několika cenových úrovních s možností vlastních úprav. Struktura datové základny zahrnuje základní ukazatele (THU), agregované položky (AGP), ceníkové položky stavebně-montážních prací (VCSP) a materiálů (SPCM) a normotvorné podklady pro kalkulaci (SPON). Orientace v datové základně je podpořena stromovou strukturou podle ceníků a jejich částí, podrobnými popisy u položek, barevným rozlišením položek RTS a vlastních, možností vkládání obrázků.
207
Normotvorné podklady v kombinaci s variabilně koncipovaným kalkulačním vzorcem umožňují postižení všech specifických vlivů souvisejících s cenou konkrétní akce nebo zakázky. Kompletní informační systém je sestaven do samostatných modulů podle předpokládaného zaměření uživatele a podle rozsahu programu. Kalkulace staveb ( Dodavatel)
Verze programu
Rozpočtování (projektant)
Základ
Standard
Komplet
Základ
Komplet
* *
* *
* *
* *
* *
* * -
* * -
* * *
* -
* *
* * *
* * *
* * *
* * -
* * -
* -
* * -
* * * *
* -
*
-
-
*
-
-
-
-
*
-
-
Datová základna - položky stavebních prací - normy a spotřeba - agregované položky - technickohosp.ukazatele Rozpočet stavby Výkaz výměr Kalkulace vlastních nákladů Limitky potřeb Fakturace a soupisy prací Propočet stavby dle THU Vazba na grafické systémy Vazba na časové plánování Evidence zakázek
* -
12.4.1.2 Systém CALLIDA Program CALLIDA vychází z filozofie, že základem zpracování není stavební objekt, ale stavba, která je členěná do objektů, kapitol, agregací, položek a v případě sestavování kalkulace i do nákladových položek. Položky rozpočtu jsou ukládány ve formě tzv. lokální databanky akce. Systém CALLIDA umožňuje velice variabilní systém zadání, třídění, cenových úprav, výpočtů limitek, uspořádání tiskových sestav atd. Systém je tedy možno použít pro zpracování výkazu výměr, rozpočtu a kalkulace nákladů. Program je určený pro práci s databází cen stavebních a montážních prací, materiálů a výrobků, polotovarů, agregovaných cen a objemových ukazatelů. Systém pracuje pod operačním systémem Windows 95 a Windows NT. To umožňuje používat uživatelské šablony pro tiskové sestavy včetně možnosti preview ve formě WYSIWIG. Ceny a podíl jednotlivých složek na tvorbě ceny je možno zobrazovat ve formě grafu. Systém je opatřen modulem pro import a export dat (dBase, text). Součástí nabídky je v rámci systému cenových informací - SCI CALLIDA nový katalog materiálů, který poskytuje komplexní informace o výrobcích určených pro stavebnictví (technická data, aktuální ceny, údaje o výrobci aj.). Nezbytnou součástí je možnost použití celostátních ceníků stavebních prací HSV, PSV, S-850 a příslušné normy spotřeby, soubory materiálů PCM, montážní ceníky a katalog objektů pro rozpočtové ukazatele. Doplnění existující soustavy ceníků umožňuje modul CALLIDA EXPRES. Nabídka zahrnuje pět katalogů s 3.000 položkami. Systém CALLIDA se skládá z těchto modulů: • údržba normativní základny,
208
• • • • • •
rozpočty, kalkulace, výkaz výměr, čerpání rozpočtu, fakturace, rozpočtové ukazatele, harmonogramy, vyhodnocení nabídkového řízení, archivace a instalační program.
12.4.2 Podnikové informační systémy Racionálnímu řízení podniků mohou přispět vnitropodnikové informační systémy - IS. Cílem IS je přinášet potřebné informace v požadované podobě a ve správný čas. Mezi manažery se zatím zcela nezakotvilo mínění, že přebytek informací, navíc nevhodně uspořádaných, může být pro proces řízení mnohem škodlivější než jejich nedostatek. IS samozřejmě nenachází uplatnění jen v stavebních podnicích. IS každého podniku je tvořen lidmi, technickými prostředky a metodami, zabezpečujícími sběr, zpracování a uchování dat ke tvorbě a prezentaci informací pro potřeby řízení. Nelze tedy zjednodušit význam pojmu IS pouze na aplikační program sloužící ke zpracování informací. Smyslem aplikačního programového vybavení je poskytnout uživateli komplexní programové zabezpečení buď celého nebo podstatné části podnikového informačního systému. Do této kategorie spadají v současné době stovky aplikací různých úrovní cen a také určení. Většina těchto systémů má tzv. modulární strukturu, takže si uživatel může zvolit, které části systému bude používat a tedy i pořizovat. Koupi softwaru by měla předcházet analýza datových toků v podniku a na jejím základě by mělo dojít k optimalizaci organizační struktury a podnikových procesů. Vyjmenujme alespoň několik programů, které umožňují provozovat podnikový IS, včetně jejich modulů: • ABRA GOLD - podvojné účetnictví, fakturace a pokladna, pokladní prodej, sklad a odbyt, majetek, doprava, plánování výroby, mzdy a personalistika. • BYZNYS - finanční účetnictví, fakturace, evidence majetku, skladové hospodářství, bankovní operace, zakázky, informace. • NAVISION - finanční účetnictví, dodavatelé, sklad, zdroje, projekty, marketing, výroba, mzdy a personální evidence, leasing aj. • WINDUO • SBT a další. 12.4.3 Aplikace výpočetní techniky při provozu pozemních komunikací Provoz pozemních komunikací zahrnuje poměrně širokou oblast činností. Tyto činnosti bychom mohli rozdělit do dvou základní skupin: • řízení provozu na pozemních komunikacích, • provozování systému pozemních komunikací - oblast oprav a údržby pozemních komunikací. 12.4.3.1 Aplikace VT při návrhu a řízení provozu na pozemních komunikacích Touto oblastí se zabývá část oboru dopravní inženýrství. Jeho úkolem mj. je navrhovat a posuzovat řízené (pomocí světelně-signalizačního zařízení), neřízené křižovatky a okružní křižovatky z hlediska kapacitních výpočtů. Pro dopravně-inženýrské výpočty zmíněné problematiky lze použít např. programy, které byly vyvinuty na universitě v Bochumi. Jedná se o programy: • •
KNOSIMO - simulační model pro výpočet výkonnosti neřízené stykové křižovatky, AMPEL - výpočet signálních plánů pro SSZ, výpočty SSZ v liniové koordinaci, kapacitní výpočty, výpočty zatížení okolí hlukem a emisemi, • KREISEL - kapacitní výpočty okružních křižovatek a jejich posouzení podle různých autorů (např. podle Harderse). Obdobný program na výpočet světelně řízených křižovatek vyvinul ing. Fuchs. Systém se nazývá KOORDI. Tento systém řeší: 209
• interaktivní návrh liniové koordinace grafickou metodou, • posouzení navržené koordinace s vyčíslením počtu zastavených vozidel, zdržení a spotřeby na jednotlivých vjezdech a na celém koordinovaném tahu, • výpočet optimální koordinace na základě minimalizace zvoleného parametru (počet zastavených vozidel, zdržení nebo spotřeba pohonných hmot), • vykreslení koordinačního schématu, • archivace údajů o koordinované trase. Přínosy jsou zejména v podstatném snížení potřebné projekční kapacity a v možnosti optimalizace, která se projeví ve zvýšené kvalitě řešení úsporou pohonných hmot, snížením zdržení vozidel a snížení exhalací. Rovněž program firmy SIEMENS řeší problematiku SSZ na křižovatkách pomocí „Integrovaného dopravně-inženýrského pracoviště IVA“. Jedná se o interaktivní grafickou pracovní stanici pro dopravní inženýry, zabývající se oblastí světelné signalizace. Okruh prací, při kterých lze nasadit systém IVA, zahrnuje tyto dílčí oblasti: • analýza dopravy, • výpočet mezičasů, • zpracování, výpočet, zkoušení a vyhodnocování signálních programů, • zpracování výpočet a vyhodnocování koordinace v diagramech dráha-čas, • realizaci a vyhodnocování měřících jízd, vývoj dopravně závislého řízení, • plánování oblastního řízení na základě časových programů a jeho zadávání, • automatické zadávání dat dopravních počítačů a řadičů a další. Oblast řízení SSZ je například v Brně řešena pomocí dvou počítačů, které jsou umístěny v řídící ústředně centrálního řízení dopravy. Jedná se o počítače ADT 4.700.1 ZPA Čakovice a SIEMENS VSR 16M 56. Na tyto počítače jsou napojeny SSZ na jednotlivých křižovatkách v poměru cca 47/29. Křižovatky se SSZ v městě Brně jsou při rekonstrukcích vybavovány detekčními smyčkami a to buď pro vlastní dynamické řízení nebo pro strategické rozhodování řídící ústředny (výběr vhodných signalizačních plánů z archivu těchto sestav). Počítač firmy SIEMENS umožní podporu preference vozidel MHD. Toto řešení již spadá do dynamicky se rozvíjející oblasti nového oboru - do telematiky, resp. inteligentních dopravních systémů ITS. Termín telematika vznikl spojením slov telekomunikace a informatika. Současný rozvoj počítačových technologií a prudké nárůsty výpočetních kapacit umožňují sběr dat o silničním provozu, jejich vyhodnocení a vyslání příslušných opatření ovlivňujících provoz na silničních komunikacích v reálném čase (on-line). Do oblasti telematiky spadá např. proměnné dopravní značení, systém navádění vozidel, informační systém o situaci na hromadných parkovištích, informační systémy pro veřejnou dopravu, aplikace systémů na určování polohy vozidla, sběr dat o dopravním proudu a další aplikace. Cílem těchto záměrů je zvýšení bezpečnosti dopravy, optimální využití silniční sítě, omezení kongescí (tzv. úzká místa), snížení ztrátových časů, exhalací atd. Důležitá je zpětná vazba na řidiče dopravního prostředku (např. osobního automobilu) a to v předcestovní fázi ale i ve fázi průběhu vlastní cesty. Informace v první fázi umožní volit vhodný dopravní prostředek v závislosti na aktuální dopravní situaci, popř. počasí. Aktuální informace v druhé fázi umožní řidiči pružně reagovat na okamžitou situaci, která vznikla po zahájení cesty. Jedná se především o informace o kolizích, které mohou výrazně změnit situaci na určitém úseku dopravní sítě. V mnoha případech jsou tyto informace o dopravní situaci předávány v reálném čase účastníkům dopravy pomocí sítě Internet (např. oblast Los Angeles). Z dalších aplikací telematiky v silničním provozu si vyjmenujme alespoň sběr údajů o počasí v celém úseku plánované cesty, elektronické placení poplatků za používání určitých úseků komunikací (např. dálnic), vážení vozidel za pohybu pro odstranění přetěžovaných vozidel, která způsobují škody na vozovkách (projekt EU DRIVE/ATT v oblasti Mnichova) a mnohé další. 210
Mezi země s prudce se rozvíjející telematikou patří především USA, Japonsko, Jižní Korea Austrálie a země Evropské unie. 12.4.3.2 Využití VT při návrhu oprav a údržby PK Nemalé náklady, které každoročně vyžaduje údržba a oprava silniční sítě v celém světě, při současném nedostatku finančních prostředků, si vynutila vznik tzv. systému hospodaření s vozovkou SHV. Ten se skládá ze systému činností a počítačových programů, jimiž se získávají, zpracovávají a využívají neproměnné a proměnné parametry vozovek k navrhování a optimalizaci údržby a oprav vozovek pozemních komunikací. Systémy hospodaření s vozovkou jsou tvořeny ucelenými soubory programů, které automatizovaným způsobem: • evidují neproměnné a proměnné parametry pozemních komunikací (PK), • obsahují technické a ekonomické podklady pro každoroční plánování údržby a oprav vozovek každého jednotlivého úseku PK, • stanovují a optimalizují plán roční údržby a oprav vozovek, • poskytují střednědobé výhledové plány údržby a oprav vozovek. Funkce SHV je založena na toku informací a koordinaci prací při každoročním cyklickém užívání. Vedle sebe existují dva systémy SHV - velký (VSHV) a malý (MSHV). VSHV je zaveden na všech SÚS a ŘSaD pro centrální plánování údržby a oprav vozovek I. třídy a části silnic II. třídy. MSHV je instalován na všech SÚS je určen pro plánování údržby a oprav sítě silnic II. a III. třídy. Pro dálnice se využívá zvláštní databáze. VSHV - systém PUMA RW se skládá z těchto modulů: • • • •
databáze, expertní modul, predikční modul, plánovací modul. Cílem VSHV i MSHV (systém RoSy PMS) je zejména zabezpečení hospodárného vynakládání finančních prostředků na opravu a údržbu sítě pozemních komunikací. To se provádí pomocí vytvořených strategických plánů, které se pomocí expertních systémů vyhodnocují. • Systémy pro hospodaření s vozovkami čerpají údaje mj. také z Informačního systému o silniční síti v ČR zajišťuje Ředitelství silnic a dálnic v pobočce Silniční databanka Ostrava. O tomto systému jsme se již dozvěděli některé informace v kapitole 12.2.2. 12.5
Závěr Tyto kapitoly zdaleka nevyčerpaly celou problematiku využití výpočetní techniky při plánování, stavbě a provozu pozemních komunikací. Nebylo to ani jejich cílem, protože tento text není určen pro budoucí odborníky na tuto problematiku. Tento materiál je určen pro studenty mimo studijní obor KD. Podrobněji se jí zabývají studenti denního studia, kteří na Ústavu pozemních komunikací završují svá studia diplomovou prací a státními závěrečnými zkouškami. V každém případě je potvrzena úvodní část této kapitoly, která hovoří o širokém uplatnění výpočetní techniky v oblastech souvisejících se stavbou pozemních komunikací a jejich provozováním. O dalším prohlubováním implementace VT v této oblasti lidské činnosti se nedá pochybovat.
211
12
OBSAH VYUŽITÍ VÝPOČETNÍ TECHNIKY PŘI PLÁNOVÁNÍ, STAVBĚ A PROVOZU POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ ........................................................................190 12.1 Historie uplatnění VT v silničním stavitelství .................................................................190 12.2 Výpočetní technika v procesu plánování pozemních komunikací...................................191 12.2.1 Prognózování dopravy ........................................................................................191 12.2.2 Plánování pozemních silničních sítí....................................................................191 12.2.2.1 Geografické informační systémy ......................................................192 12.2.2.1.1 Co to je geografický informační systém.......................192 12.2.2.1.2 Datové struktury GIS....................................................192 12.2.2.1.3 Mapové vrstvy..............................................................193 12.2.2.1.4 Konkrétní příklady systémů GIS ..................................193 12.3 Výpočetní technika a její uplatnění při projektování pozemních komunikací.................195 12.3.1 Historie aplikace VT a počítačové grafiky v projektování pozemních komunikací..........................................................................................................195 12.3.1.1 Stručný přehled historie aplikace výpočetní techniky ......................195 12.3.1.2 Stručný přehled historie počítačové grafiky .....................................196 12.3.2 Nástroje pro projektování pozemních komunikací .............................................197 12.3.2.1 Digitální model terénu ......................................................................197 12.3.2.2 Systémy CAD ...................................................................................198 12.3.2.3 Vazba na databáze.............................................................................199 12.3.2.4 Speciální systémy pro projektování pozemních komunikací............200 12.3.2.4.1 Atlas DMT....................................................................201 12.3.2.4.2 SMIGS..........................................................................201 12.3.2.4.3 MOSS ...........................................................................203 12.3.2.5 Nadstavby pro projektování pozemních komunikací........................204 12.3.2.5.1 Systém firmy Autodesk - AutoCAD ............................204 12.3.2.5.2 Systémy firem Intergraph a Bentley.............................205 12.3.2.6 Ostatní software pro projektování PK...............................................206 12.3.2.6.1 Jednoduché systémy pro projektování PK ..................206 12.3.2.6.2 Software pro návrh konstrukcí vozovek.......................206 12.3.3 Automatizace projektování .................................................................................206 12.4 Aplikace výpočetní techniky při stavbě a provozu pozemních komunikací....................207 12.4.1 Výpočetní technika při přípravě stavby ..............................................................207 12.4.1.1 Systém BUILD Power ......................................................................207 12.4.1.2 Systém CALLIDA ............................................................................208 12.4.2 Podnikové informační systémy...........................................................................209 12.4.3 Aplikace výpočetní techniky při provozu pozemních komunikací.....................209 12.4.3.1 Aplikace VT při návrhu a řízení provozu na pozemních komunikacích ....................................................................................209 12.4.3.2 Využití VT při návrhu oprav a údržby PK........................................211 12.5 Závěr ................................................................................................................................211
212
