Etapy modernizacji skrzyżowania częściowo skanalizowanego na małe rondo oraz wyniki obliczeń przepustowości przed i po wprowadzeniu zmian w organizacji ruchu

Z ESZY TY N A U K O W E P O L IT E C H N IK I Ś L Ą S K IE J Seria: T R A N S P O R T z. 46

2002 N r kol. 1571

Elżbieta D U D A

ETAPY MODERNIZACJI SKRZYŻOWANIA CZĘŚCIOWO SKANALIZOWANEGO NA MAŁE RONDO ORAZ WYNIKI OBLICZEŃ PRZEPUSTOWOŚCI PRZED I PO WPROWADZENIU ZMIAN W ORGANIZACJI RUCHU

Streszczenie. W o p raco w an iu zap rezen to w an o kolejne etapy m odernizacji skrzyżow ania wraz z w ynikam i o bliczania p rz e p u sto w o śc i p rzed i po m odernizacji ze skrzyżow ania czterow lotow ego częścio w o skan alizo w an eg o , na m ałe tró jw lo to w e ro n d o o średnicy zewnętrznej 26 m, n ie p rz e je z d n ą w y sp ą ś r o d k o w ą je d n o p aso w y ch w lo ta c h i jed n o p aso w ej jezdni w o k ó ł w yspy śro d k o w ej ronda. C elem w p ro w ad zo n y ch zm ian w organizacji ruchu było polepszenie p an u jąc y ch w a ru n k ó w ru ch o w o - d rogow ych, tak ich ja k zw iększenie przepustow ości, w ty m płynności ruchu, ja k i b ezp ieczeń stw a ru ch u d ro g o w eg o w obrębie skrzyżowania.

THE STAGES OF CROSSROAD MODERNIZATION ON SMALL ROUNDABOUT AND CALCULATIONS RESULTS OF CAPACITY BEFORE AND AFTER CHANGES IN TRAFFIC ORGANIZATION

S um m ary. T he elab o ratio n p resen ts th e succesives o f crossroad m odernization stages w ith the calculation resu lts o f capacity b efo re and after m o d ern izatio n from c ro ssro ad w ith fo u r partly canalized inlets, to sm all ro u n d a b o u t w ith th ree inlets and external diam eter 26 m. T he central island o f ro u n d a b o u t w ill be im passable. E v ery inlet w ith one ro ad w ay and one roadway around cen tral island o f ro u n d ab o u t. T he destination o f changes in traffic ro ad organization is m ake fo r im p ro v em en t p resen t traffic ro ad condition, like traffic fluency and larger capacity in all th e inlets o f ro u n d a b o u t and b e tte r safety on traffic ro a d an all crossroad.

1. W P R O W A D Z E N IE

Jednym z najbardziej w id o czn y ch dziś p ro b lem ó w w y stępujących n a skrzyżow aniach drogow ych zw iązan y ch ze stale w zrastający m n atężeniem ruchu je s t niew y starczająca przepustow ość w lo tó w p o d p o rz ą d k o w a n y c h na w ięk szo ści z obserw o w an y ch skrzyżow ań.

Podczas wizji na ro z p a try w a n y m skrzyżow aniu i po m iaró w natężenia ruchu zao b serw o w an o następujące problem y ru ch o w e:

• T w orzenie się ko lejek p o jazd ó w lew o sk rętn y ch na w locie 2 (p atrz rys. 1) w okresie szczytow ego ruchu. W czasie tw o rzen ia się kolejki p o jazd ó w utru d n io n y je s t ruch, gdyż w skrajnych p rz y p a d k a c h k o lejk a sięga o k o ło 50 - 60 m etró w od w lotu.

E. Duda W odległości BO m od w lotu 2 zlokalizowany jest przystanek komunikacji autobusowej.

Z uw agi na brak zatoki autobusy zatrzymujące się na przystanku zwężają przekrój jezdni i w raz z kolejką lew oskrętów blokują ulicę. W obszarze przystanku autobusowego zarówno samochody zbliżające się do w lotu skrzyżowania, jak i autobusy zatrzymujące się na przystanku są dla siebie przeszkodą i stw arzają sytuacje niebezpieczne.

• Pojazdy lew oskrętne z w lotu 3 z uwagi na wspólny pas z relacją na w prost blokują możliwość wykonywania tej relacji. Szczególnie jest to widoczne, gdy za samochodem chcącym w ykonać m anewr skrętu w lewo znajdują się samochody ciężarowe.

• U trudniony wyjazd z w lotu 4 z uw agi na złą w idoczność spow odow aną zw artą zabudową.

Takie sytuacje prow adzą do dużych strat czasu podróży, jakie ponoszą użytkownicy dróg.

N iewystarczająca przepustow ość, jak i inne wyżej wymienione niedogodności w ruchu pojazdów poparte przeprowadzonym i badaniami natężenia i obliczeniami przepustowości w lotów podporządkow anych stanowiły podstaw ę do podjęcia decyzji o modernizacji i zmianie organizacji ruchu.

2. TOK POSTĘPO W A N IA

2.1.Inwentaryzacja stanu istniejącego

N a skrzyżowaniu tym przecinają się dwa najbardziej ruchliwe ciągi uliczne w mieście, trasa dojazdow a z Siemianowic Śląskich do DK 1 (Bielsko Biała - C zęstochow ą - Łódź - Toruń - Gdańsk) jest to głów na ulica Siemianowic, oraz dojazd do DK 94. Zlokalizowane jest ono w centrum miasta w obszarze zwartej zabudowy. W jego otoczeniu dominują obszary o miejskich sposobach zagospodarow ania terenu. Aktualnie jest ono rozlegle i zajmuje dużą powierzchnię terenu. Skrzyżowanie to, ze względu na wzajemne w ysokościow e usytuowanie krzyżujących się ulic, je st skrzyżowaniem jednopoziomowym. Pod względem schematu geom etrycznego jest to skrzyżowanie czterow lotow e skośne o lekko przesuniętych wlotach. W dalszym opisie i obliczeniach posłużono się numeracją poszczególnych w lotów jak na rys. 1.

Fig. 1. The skatch o f inlets

Etapy modernizacji skrzyżow ania 105 2.2. O rg a n iz a c ja r u c h u

Aktualnie skrzyżowanie działa na zasadzie pierwszeństwa przejazdu dla w lotu 1 i w lotu 3, co przedstawia rys. 2.

- Wlot 1 - ma wydzielony pas ruchu do jazdy na w prost oraz wydzielony pas ruchu dla prawoskrętów.

- Wlot 2 - je st w lotem skanalizowanym (wysepki w krawężnikach). Jest podporządkowany znakiem A-7 - „Ustąp pierw szeństw a przejazdu” .

- Wlot 3 - dopuszczalna jest jazda na w prost i w lewo, obydwie relacje korzystają ze wspólnego pasa ruchu.

- Wlot 4 - jest podporządkow any znakiem B -20 - „ S T O P ” . N a wlocie nie jest możliwa relacja lewoskrętu.

W L O T 2

Rys.2. S chem at organizacji ruchu Fig.2. T he diag ram o f traffic o rg an izatio n

2.3. Pomiary natężenia ruchu

W celu uzyskania inform acji o rzeczyw istej sytuacji ruchow ej na skrzyżow aniu w y konano m etodą ręczn y ch n o to w a ń d w a d w u n asto g o d zin n e pom iary n atężen ia ruchu, w okresie pom iarow ym od 6.0 0 - 18.00. P rz e p ro w a d z o n e badania posłużyły do: określenia w ielkości natężenia ru ch u n a p o szczeg ó ln y ch w lo ta c h o raz n a całym skrzyżow aniu, określenia stru k tu ry kierunkowej i ro d zajo w ej ruchu, w y zn aczen ia godziny szczytu dla całego sk rzy żo w an ia o raz dla poszczeg ó ln y ch w lo tó w , określen ia n atęż en ia ruchu w godzinie szczytu, obliczenia przepustow ości w lo tó w p o d p o rz ą d k o w a n y c h i oceny w aru n k ó w ru ch u o raz w y znaczenia prognozy ruchow ej. D la w yznaczonej godziny szczytu, k tó ra na analizow anym skrzyżow aniu przypada w g o d zin ac h p rzed p o łu d n io w y ch , sp o rząd zo n o w ykres w ahań n atężenia ru ch u na skrzyżowaniu (ry s.3).

E. Duda

Rys. 3. W ykres wahań natężenia ruchu dla skrzyżowania Fig. 3. The graph for crossroad movement hesitate

2.4. Przepustowość skrzyżowania w stanie istniejącym

Przepustow ość czterow lotow ego skrzyżowania obliczono korzystając z metody obliczania przepustowości skrzyżowań drogowych działających na zasadzie podporządkowania ruchu znakami „U stąp pierw szeństw a przejazdu” i „S top”, zgodnie z [11], Do obliczeń przyjęto wielkości natężenia ruchu dla wyznaczonej godziny szczytu.

Przeliczenia natężeń ruchu relacji Qrd wyrażonych w pojazdach rzeczywistych na natężenia w pojazdach um ownych Qfd dokonano według w zoru [11]:

Qrd =^f~

J CS

gdzie:

Q rd - natężenie m chu relacji dławiących [E/h],

fes - współczynnik korygujący uwzględniający wpływ pochyleń podłużnych wlotu na linii 30 m od linii zatrzymań i struktury rodzajowej mchu.

N astępnie w celu wyznaczenia z odpowiednich w ykresów [11] przepustowości wyjściowych dla poszczególnych relacji wyznaczono natężenia relacji nadrzędnych dla danych relacji podporządkow anych i przyjęto graniczne odstępy czasowe.

Przepustow ość relacji, korzystającej z jednego pasa m chu w odniesieniu do rzeczywistych w arunków geom etryczno - mchowych, obliczono ze w zoru [1 1]:

C r = C o r f d f p f w [ E / h ] (2)

gdzie:

Cr - przepustow ość relacji korzystającej z jednego pasa m chu [E/h], Cor - przepustow ość wyjściowa relacji [E/h],

fd —współczynnik korygujący uwzględniający wpływ dławienia m chu na wlocie,

fp -w sp ó łczy n n ik korygujący uwzględniający wpływ szerokości pasa mchu, typ wlotu i natężenie m chu pieszego,

fw — współczynnik korygujący uwzględniający wpływ widoczności.

Etapy modernizacji skrzyżow ania 107 Na skrzyżow aniu ty m relacje p o d p o rz ą d k o w a n e to relacje z w lo tu 2 o raz z w lo tu 4. N a wlocie 4 rez e rw a p rz e p u s to w o śc i p a sa ru ch u w ynosi 4 90 [E/h], co o d p o w iad a I P S R (rys. 4).

Średnia stra ta czasu p rzy p ad ająca na po jazd w ynosi 0 - 1 0 [s/P],

Na w locie 2 p rz e p u s to w o ść p asa ruchu ró w n a je s t p rzep u sto w o ści relacji i w ynosi odpowiednio dla relacji p raw o sk rętn ej C2P = 770 [E/h], i lew oskrętnej C2L = 2 34 [E/h], Rezerwa p rz e p u s to w o śc i p ra w o sk rę tu w ynosi 428 [E/h], co o d p o w iad a I PSR , natom iast wyczerpana je s t p rz e p u s to w o ść lew o sk rętu AC2L = C21. - Q2l = 234 - 311 = - 77 E /h =>

przepustow ość w yczerp an a.

P r z e p u s to w u ś c p a s a r u c h u Ci [C / h]

Rys. 4. W ykres do w y zn aczan ia w a rto ś c i krytycznej rezerw y p rzep u sto w o ści i p o zio m ó w sw o b o d y ru ch u

Fig.4. T he diagram to v alu e calculation o f critical capacities reserve and m ovem ent levels liberty

Analiza p rz e p u s to w o śc i sk rzy żo w an ia w ykazała, że w y czerp an a je s t p rz e p u sto w o ść lew oskrętu z w lo tu 2. P o tw ie rd z a ją to tw o rz ą c e się w godzinie szczytu kolejki p o jazd ó w na wlocie, o czek u jący ch n a m o żliw o ść w łączen ia się do ruchu.

R o zp atru jąc całe skrzyżow anie, m o żn a stw ierdzić, że cechuje się ono dużym i natężeniam i mchu w szy stk ich relacji n a w lo ta c h o p ró c z w lo tu 4. R elacjam i dom inującym i na skrzyżow aniu są: relacja ja z d y n a w p ro st z w lo tu 1, relacja lew o sk rętu z w lo tu 2, relacja lew oskrętu z w lo tu 3.

2.5. Prognoza ruchu

O bliczono p ro g n o z ę ru ch u dla sk rzy żo w an ia na 10 lat, k o rzy stając z m eto d y stałej stopy w zrostu, k tó ra za k ła d a stały w z ro s t ruchu w ciągu kolejnych lat. W ielkości ru c h o w e po prognozie na 10 la t p rzed staw io n o na k a rto g ra m a c h ruchu dla skrzyżow ania i dla m ałego ronda.

Pom iary stru k tu ry ro d zajo w ej w ykazały, ż e na skrzyżow aniu zd ecy d o w a n ą p rz e w a g ę m ają sam ochody o so b o w e. P o ró w n u ją c u d ział sam o ch o d ó w ciężarow ych i a u to b u s ó w na w szystkich w lo tach , o k azu je się, że je s t o n najw iększy dla w lo tu 3 o raz w lo tu 1.

E. Duda

2 4 / 8 £

<75,0*4* ( 2 S P f t

W L O T 2

Rys.5. K artogram m chu w P/h dla prognozy Fig.5. The m ovement route in V/h for prognosis

Wielkości m chow e po prognozie na 10 lat dla małego ronda przedstaw iono na kartogramie m chu (rys. 6 ).

W L O T ł

Rys. 6. K artogram prognozy dla ronda w P/h Fig.6. The prognosis ro u te for roundabout in V/h

2.6. Obliczenia przepustowości projektowanego małego ronda

W pierwszym etapie obliczeń wyznaczono odległości pomiędzy punktami kolizji dla potoków wjeżdżającego i wyjeżdżającego z wlotu z potokiem m chu na jezdni ronda oraz przeliczono natężenia m chu dla każdego w lotu ronda z P/h na E/h, zgodnie ze w zorem [2]:

Q w l E = Q s O D ' ESO D +Qsc +^SC + QsCP ' ESCP + Q a ' + Q a p ' E Ap + Q r / m ■ Eg / M [E/h] (3)

gdzie:

Q w i e - natężenie potoku m chu w [E/h],

Qsod - natężenie sam ochodów osobowych i dostawczych w [P/h], Qsc - natężenie sam ochodów ciężarowych w [P/h],

Etapy modernizacji skrzyżow ania 109

Q scp - natężenie sam ochodów ciężarowych z przyczepami, sam ochodów ciężarowych z naczepami w [P/h],

Qa - natężenie autobusów w [P/h],

Qap - natężenie autobusów przegubow ych w [P/h],

Qr/m- natężenie motocykli i row erów w [P/h],

E s o d , Esc, Escp, Ea, Ea p, Er/m - współczynniki przeliczeniowe na pojazdy umowne, odpowiednio do poszczególnych rodzajów pojazdów (patrz tablica 1),

Tablica 1 Współczynniki przeliczeniowe na pojazdy um ow ne dla wyróżnionych rodzajów pojazdów [2]

Rodzaj pojazdu Oznaczenie W artość współczynnika przeliczeniowego

Pochylenie w lotu i [%']

+4% +2% 0 -2% -4%

Samochody osobowe, samochody dostawcze

Es o d 1,4 1 , 2 1 , 0 0,9 0 , 8

Samochody ciężarowe, autobusy Esc 3,0 2 , 0 1,5 1 , 2 1 , 0

Samochody ciężarow e z

przyczepami, samochody ciężarowe z naczepami, autobusy przegubowe

Es c p 6 , 0 3,0 2 , 0 1,5 1 , 2

Motocykle, rowery Em/r 0,7 0 , 6 0,5 0,4 0,3

Struktura typow a E n 1,7 1,4 1 ,1 1 , 0 0,9

Następnie obliczono natężenia ruchu na jezdni ronda Qr wi w E/h przy każdym z w lotów raz obliczono przepustow ość w lotów ronda zgodnie ze wzorami:

C „ ,= C o„ , [E/h] (4)

Cowl = 1 5 5 0 - e x p ( - 0 ,0 0084 ■ ^ ¡ - ) + 208 • LP„, + 48 ■LPRwl (5)

Rwl

a = 6 0• D m - 7 ,3 8 - D 2W + 0 ,1 5 2 -1 )^ (6) Pwi = _ 9P»2 • bwt + 4,37 ■ b 2wl - 0,0477 •

_ D ,

'ZN

gdzie:

Cowi - wyjściowa przepustow ość w lotu wl [E/h],

a - poprawka zależna od zewnętrznej średnicy ronda i liczby wlotów,

Pwi - poprawka zależna od odległości bwi pomiędzy punktami kolizji na wlocie wl, Qrwi - natężenie ruchu na jezdni ronda przy wlocie wl, [E/h],

LPwi - liczba pasów ruchu na w locie wl,

L PrWi- liczba pasów ruchu na jezdni ronda przy wlocie wl, Dzn - średnica ronda,

N - liczba w lotów na rondzie(N = 3+6),

bwi - odległość pomiędzy punktami kolizji dla potoków : wjeżdżającego i wyjeżdżającego z w lotu wl z potokiem ruchu na jezdni ronda [m],

Kolejnym etapem była ocena w arunków ruchu na w lotach ronda. Rezerwy przepustowości na każdym z w lotów obliczono w g wzoru:

A C w, = C wl- Q wl [ E / h ] (9)

gdzie:

AC w, - rezerw a przepustow ości na w locie w l [E/h], C wl - przepustow ość w lotu w l [E/h],

Q wl - natężenie ruchu na wlocie wl wyrażone w jednostkach umownych [E/h],

I tak dla w lotu 1, przy natężeniu ruchu na wlocie równym 914 [E/h], przepustow ości wlotu równej 957 [E/h], rezerw a przepustow ości w lotu wynosi 43 [E/h], Przybliżone średnie straty czasu na wlocie w ynoszą 58 [s], co z kolei odpowiada III PSR (poziomowi sw obody ruchu) (rys. 7).

Dla wlotu 2, przy natężeniu ruchu na wlocie równym 791 [E/h], przepustow ości wlotu równej 792 [E/h], rezerw a przepustow ości w lotu wynosi 1 [E/h], Przybliżone średnie straty czasu na wlocie w ynoszą 70 [s], co z kolei odpowiada IV PSR (rys. 7).

Dla wlotu 3, przy natężeniu ruchu na wlocie równym 625 [E/h], przepustow ości wlotu równej 914 [E/h], rezerw a przepustow ości w lotu wynosi 289 [E/h], Przybliżone średnie straty czasu na w locie w ynoszą 13 [s], co z kolei odpow iada I PSR (rys. 7).

W lotem krytycznym je st w lot 2.

o g g o

U ¡2 ^{^} ® (knywe pofeHtaat C„->12J0,758, ISO Wh)

Rys.7. W ykres do określania średnich strat czasu na w locie [2]

Fig.7. The diagram to average o f defining losses o f time on inlet [2]

Przepustow ość maksym alną ronda wyznaczono przeprow adzając iteracyjny tok obliczeń typu I - służący do obliczenia przepustow ości maksymalnej ronda, zgodnie z [2], zakładając i korygując w obliczeniach w yjściow ą w artość natężenia ruchu na jezdni ronda. W celu obliczenia przepustow ości rzeczywistej przy istniejących proporcjach natężeń ruchu przeprow adzono procedurę iteracyjną typu II, zgodnie z [2],

Ponieważ sama przepustow ość nie może być podstaw ą do projektowania, jak też nie można, posługując się tylko przepustow ością, oceniać dopasowania danego skrzyżowania do istniejących potrzeb ruchowych, dlatego pow yższe obliczenia przepustow ości poparto opracowaniem geometrycznym, dobierając odpowiednie w artości z norm i wytycznych, co przedstawiono na rys. 8.

Etapy m odernizacji skrzyżowania 111

Rys.8. Geom etria małego ronda - stan projektowany Fig. 8. The geom etry o f small roundabout - projected state

3. W NIOSKI

Przedstaw iona koncepcja modernizacji czterow lotow ego skrzyżowania ulic na małe, trójwlotowe rondo o średnicy zewnętrznej 26 m, jednopasow ych wlotach i jednopasowej jezdni ronda daje lepsze warunki ruchow o - geom etryczne niż obecnie istniejące rozwiązanie.

Pod względem ruchow ym now a koncepcja zapewni przepustow ość i dobre warunki ruchu na wszystkich w lotach skrzyżowania.

Przy założeniu przyjętego do prognozy równom iernego w zrostu natężeń ruchu na wlotach ronda m ożna liczyć na dobre jego funkcjonowanie w okresie najbliższych 10 lat. W lotem krytycznym jest w lot 2.

L ite ra tu ra

1. D atka S, Suchorzewski W, Tracz M: Inżynieria ruchu. WKiŁ, W arszawa 1999.

2. Wytyczne projektow ania skrzyżowań drogowych - części I, II. GDDP, W arszawa 2001.

3. Rozporządzenie M TiG M z dnia 2. 03. 1999 w sprawie w arunków technicznych, jakim powinny odpow iadać drogi publiczne i ich usytuowanie. DzU N r 43, pozycja 430 z 1999.

4. Rozporządzenie M TiG M z dnia 21. 06. 1999 w sprawie znaków i sygnałów drogowych.

DzU N r 58, poz. 622 z 1999.

5. Instrukcja projektow ania małych rond. Politechnika K rakowska - GDDP, W arszawa 1996.

6. Instrukcja o znakach drogowych pionowych. M onitor Polski, załącznik do numeru 16, poz. 120 z dn. 9. 03. 1994.

7. Instrukcja o znakach drogowych poziomych. M onitor Polski, załącznik do numeru 8, poz.

61 z dnia 1. 03. 1991.

8. Katalog szczegółów drogowych ulic, placów i parków miejskich. W arszawa, CTBK 1987.

9. Stypułkowski B: D rogi kołow e i węzły drogowe. PWN, W arszawa 1979.

10. Wytyczne Projektow ania Ulic - WPU. W arszawa - GDDP 1992.

11. Instrukcja obliczania przepustow ości skrzyżowań bez sygnalizacji świetlnej. Politechnika K rakowska - GDDP, W arszawa 1988.

12. W itkowski I: Pieszy w ruchu drogowym. WKiŁ, W arszawa 1978.

13. D uda E: K oncepcja modernizacji czterow lotow ego skrzyżowania ulic Świerczewskiego, Staszica, D am rota w Siemianowicach Śląskich. Praca dyplomowa magisterska, Instytut Transportu Politechniki Śląskiej, Katowice, czerwiec 2002.

Recenzent: D r hab. Tomasz Ambroziak, prof. Pol. Warszawskiej

A b stra c t

Presented conception o f crossroad modernization to small roundabout w ith diamater external 26 m, w ith one roadw ay inlet and one roadway around the roundabout gives better traffic and geometrical conditions than present solution.

The new conception in relation to traffic will assure capacity and better condition of movement on all inlets o f crossroad.

To assume accepted prognisis the larger equal traffic on all inlets o f roundabout w e can calculate for good w orking o f roundabout for next 10 years. The inlet number 2 is the critical inlet.