Κεφάλαιο 4. Λειτουργία οδικών στοιχείων: αυτοκινητόδροµοι

Transcript

1 Κεφάλαιο 4. Λειτουργία οδικών στοιχείων: αυτοκινητόδροµοι Σύνοψη Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται βασικές έννοιες σχετικά µε τη λειτουργία τµηµάτων αυτοκινητοδρόµων. Επίσης, παρουσιάζεται µια αναλυτική µεθοδολογία για την εκτίµηση της στάθµης εξυπηρέτησης τµηµάτων αυτοκινητοδρόµων, η οποία συµπληρώνεται από το κεφάλαιο 8, στο οποίο παρουσιάζονται αντίστοιχες µεθοδολογίες για κλάδους σύνδεσης αυτοκινητοδρόµων και τµήµατα πλέξης. Προαπαιτούµενη γνώση Είναι χρήσιµες κάποιες έννοιες από το κεφάλαιο Εισαγωγή Οι αυτοκινητόδροµοι ορίζονται ως οδοί µε πλήρη αριθµό πρόσβασης και δύο ή περισσότερες λωρίδες ανά κατεύθυνση για την αποκλειστική χρήση της κυκλοφορίας. Οι αυτοκινητόδροµοι αποτελούνται από διάφορα οµοιόµορφα οδικά τµήµατα, τα οποία αναλύονται για την εκτίµηση της κυκλοφοριακής ικανότητας και της στάθµης εξυπηρέτησης. Οι αυτοκινητόδροµοι µπορούν γενικά να διακριθούν σε: Περιοχές συµβολής και µερισµού: οδικά τµήµατα στα οποία δύο ή περισσότερα ρεύµατα συµβάλλουν για τη δηµιουργία ενός ρεύµατος (συµβολή) ή ένα ρεύµα διακρίνεται σε δύο ή περισσότερα ρεύµατα (µερισµός). Περιοχές πλέξης αυτοκινητοδρόµου: οδικά τµήµατα στα οποία δύο ή περισσότερα κυκλοφοριακά ρεύµατα που κινούνται προς την ίδια γενική κατεύθυνση διασταυρώνονται κατά µήκος ενός σηµαντικού µήκους του αυτοκινητοδρόµου, χωρίς τη βοήθεια εξοπλισµού ελέγχου (εκτός από σήµανση και καθοδήγηση). Περιοχές πλέξης διαµορφώνονται όταν µια περιοχή µερισµού ακολουθεί αµέσως µετά από µια περιοχή συµβολής ή όταν ένας κλάδος εξόδου µιας λωρίδας ακολουθεί αµέσως µετά από έναν κλάδο εισόδου µιας λωρίδας, και οι δυο συνδέονται µε συνεχόµενη επιπλέον λωρίδα κυκλοφορίας. Βασικά τµήµατα αυτοκινητοδρόµου: όλα τα τµήµατα που δεν αποτελούν συµβολή, µερισµό ή πλέξη. Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζεται η µεθοδολογία ανάλυσης των βασικών τµηµάτων αυτοκινητοδρόµου, ενώ οι άλλες δυο περιπτώσεις (περιοχές συµβολής και µερισµού, καθώς και οι περιοχές πλέξης) παρουσιάζονται στο κεφάλαιο 8. Πριν από την παρουσίαση της µεθοδολογίας υπολογισµού της κυκλοφοριακής ικανότητας και στάθµης εξυπηρέτησης για οδικά τµήµατα αυτοκινητοδρόµων είναι χρήσιµο να εισαχθεί η έννοια της περιοχής επιρροής, πέρα από τις οποίες θεωρείται ότι υφίσταται βασικό τµήµα αυτοκινητοδρόµου. Οι περιοχές επιρροής είναι ως εξής (Εικόνα 4.1): Τµήµα πλέξης: το βασικό µήκος του τµήµατος πλέξης συν 500 πόδια ανάντη του σηµείου εισόδου συν 500 πόδια κατάντη του σηµείου εξόδου από την περιοχή πλέξης. Τα σηµεία εισόδου και εξόδου ορίζονται ως τα σηµεία όπου τα άκρα των λωρίδων συµβολής και µερισµού συναντώνται. Τµήµα συµβολής: από το σηµείο όπου συναντώνται τα όρια των λωρίδων κυκλοφορίας µέχρι το σηµείο πόδια κατάντη του σηµείου αυτού. Τµήµα µερισµού: από το σηµείο όπου συναντώνται τα όρια των λωρίδων κυκλοφορίας µέχρι το σηµείο πόδια ανάντη του σηµείου αυτού. Αντωνίου και Σπυροπούλου 77

2 Εικόνα 4.1 Περιοχή επιρροής περιοχών πλέξης και κλάδων εισόδου και εξόδου (Πηγή: HCM, 2010). 4.2 Βασικές έννοιες Στην ενότητα αυτή παρουσιάζεται η µεθοδολογία υπολογισµού της κυκλοφοριακής ικανότητας και της στάθµης εξυπηρέτησης (ΣΕ) για υφιστάµενα οδικά τµήµατα αυτοκινητοδρόµων, βάσει των αµερικανικών κανονισµών Highway Capacity Manual 2010 (HCM, 2010). Κατ αντιστοιχία, η µεθοδολογία αυτή µπορεί να χρησιµοποιηθεί και για εφαρµογές σχεδιασµού νέων οδικών τµηµάτων, π.χ. για τον υπολογισµό του αριθµού λωρίδων, και των χαρακτηριστικών τους, για την εξασφάλιση συγκεκριµένης στάθµης εξυπηρέτησης για συγκεκριµένες δοµές ζήτησης. Οι κανονισµοί Highway Capacity Manual 2010 ακολουθούν και επεκτείνουν τις προηγούµενες εκδόσεις (η αµέσως προηγούµενη είχε εκδοθεί το 2000) και εφαρµόζονται ευρέως όχι µόνο στις ΗΠΑ, αλλά και σε πολλές άλλες χώρες του κόσµου (όπως η Ελλάδα), που δεν διαθέτουν εθνικούς κανονισµούς. Προφανώς, στην περίπτωση αυτή ο µηχανικός που εφαρµόζει τον κανονισµό πρέπει να χρησιµοποιεί τις γνώσεις και την εµπειρία του, ώστε να διασφαλίζεται ότι τα παραγόµενα αποτελέσµατα ανταποκρίνονται στην ελληνική πραγµατικότητα και σε ειδικές συνθήκες. Η µεθοδολογία βασίζεται σε αποκλίσεις από ένα σύνολο βασικών συνθηκών, για τις οποίες επιτυγχάνεται η πλήρης κυκλοφοριακή ικανότητα ενός οδικού τµήµατος. Οι συνθήκες αυτές περιλαµβάνουν καλές καιρικές συνθήκες, καλή ορατότητα, απουσία συµβάντων και ζωνών εργασίας και καλή κατάσταση οδοστρώµατος. Αν δεν ισχύουν αυτές οι συνθήκες, τότε τα πραγµατικά κυκλοφοριακά µεγέθη (π.χ. ταχύτητα, ΣΕ, κυκλοφοριακή ικανότητα) αναµένεται να είναι χειρότερα από τα εκτιµώµενα µε βάση τη µεθοδολογία. Επίσης, γίνεται η υπόθεση ότι για τις βασικές συνθήκες δεν υπάρχει κυκλοφορία βαρέων οχηµάτων, οι οδηγοί είναι τακτικοί χρήστες της οδού και εξοικειωµένοι µε αυτήν, ενώ εξασφαλίζονται ελάχιστα πλάτη λωρίδας 3,6 µ. (12 πόδια) και 1,80 µ. (6 πόδια) έρεισµα στη δεξιά πλευρά. Στην Εικόνα 4.2 παρουσιάζονται οι διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας ενός οδικού τµήµατος. Συγκεκριµένα, διακρίνονται τρεις περιοχές λειτουργίας: Συνθήκες µη κορεσµού, όπου η κυκλοφοριακή ροή δεν επηρεάζεται από ανάντη ή κατάντη ουρές. Ροή εκτόνωσης ουράς, κατά την οποία οχήµατα έχουν περάσει από µια στένωση και επιταχύνουν προς την επιθυµητή ταχύτητα των οδηγών για τις επικρατούσες συνθήκες και µέχρι την εµφάνιση κατάντη ουράς η εκτόνωση συνεχίζεται ανεµπόδιστα µέχρι την πλήρη εξάλειψη της ουράς. Συνθήκες κορεσµού, όπου περιγράφει τις συνθήκες εντός µιας ουράς που έχει προκύψει από µια κατάντη στένωση. Οι συνθήκες αυτές δεν απεικονίζουν την κατάσταση στο ίδιο οδικό τµήµα, αλλά τις επιπτώσεις ενός κυκλοφοριακού προβλήµατος κατάντη. Αντωνίου και Σπυροπούλου 78

3 Εικόνα 4.2 Τρεις βασικές συνθήκες λειτουργίας (Πηγή: HCM, 2010). Η µεθοδολογία ανάλυσης για τµήµατα αυτοκινητοδρόµων βασίζεται στη βαθµονόµηση σχέσεων ταχύτηταςφόρτου υπό συνθήκες αναφοράς για την περίπτωση µη κορεσµού. Η Εικόνα 4.3 παρουσιάζει ένα σύνολο τέτοιων καµπυλών για ταχύτητες ελεύθερης ροής από 55 έως 75 µίλια ανά ώρα. Κάθε καµπύλη διακρίνεται σε δυο περιοχές: Από τον άξονα των ψ (µηδενικός φόρτος) µέχρι µία συγκεκριµένη τιµή, όπου η ταχύτητα παραµένει πρακτικά σταθερή και ίση µε την ταχύτητα ελεύθερης ροής, η οποία παίρνει τις ακόλουθες τιµές: o Για ΤΕΡ=75 µίλια ανά ώρα (µαω): οχήµατα/ώρα/λωρίδα o Για ΤΕΡ=70 µίλια ανά ώρα (µαω): οχήµατα/ώρα/λωρίδα o Για ΤΕΡ=65 µίλια ανά ώρα (µαω): οχήµατα/ώρα/λωρίδα o Για ΤΕΡ=60 µίλια ανά ώρα (µαω): οχήµατα/ώρα/λωρίδα o Για ΤΕΡ=55 µίλια ανά ώρα (µαω): οχήµατα/ώρα/λωρίδα Για τιµές υψηλότερες των κρίσιµων αυτών τιµών του φόρτου, οι ταχύτητες µειώνονται µέχρι την επίτευξη της κυκλοφοριακής ικανότητας. Εικόνα 4.3 Σχέσεις ταχύτητας-φόρτου για διάφορες ταχύτητες ελεύθερης ροής (Πηγή: HCM, 2010). Αντωνίου και Σπυροπούλου 79

4 Αντίθετα µε τις παλαιότερες µεθοδολογίες, η ταχύτητα ελεύθερης ροής θα πρέπει να στρογγυλεύεται στην κοντινότερη τιµή των 5 µιλίων ανά ώρα. Ο Πίνακας 4.1 παρουσιάζει την αναλυτική σχέση που περιγράφει κάθε µια από τις καµπύλες που απεικονίζονται στην Εικόνα 4.3. ΤΕΡ (µαω) Όριο 0 και όριο όριο και κυκλοφοριακή ικανότητα (ΜΕΑ/ω/λωρίδα) (v p -1000) (v p -1200) (v p -1400) (v p -1600) (v p -1800) 2 Πίνακας 4.1 Αναλυτικές σχέσεις ταχύτητας-φόρτου Στάθµες εξυπηρέτησης Η έννοια της στάθµης εξυπηρέτησης ορίζεται µε βάση την πυκνότητα. Αν και οι οδηγοί συνήθως αντιλαµβάνονται την ταχύτητα ως ένδειξη της ποιότητας των κυκλοφοριακών συνθηκών, θα ήταν δύσκολο να χρησιµοποιηθεί η ταχύτητα για τον ορισµό της στάθµης εξυπηρέτησης. Ένας λόγος είναι ότι η ταχύτητα παραµένει πρακτικά σταθερή για ένα µεγάλο εύρος τιµών φόρτου. Επίσης, η ταχύτητα εξαρτάται από χαρακτηριστικά της οδού. Αντίθετα, η πυκνότητα είναι ευαίσθητη σε µεταβολές του φόρτου και µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως ένας καθολικός δείκτης. Από την άλλη, δεν είναι πάντα εύκολη η συσχέτιση συγκεκριµένης κυκλοφοριακής κατάστασης µε τιµές της πυκνότητας από τους οδηγούς. Η Εικόνα 4.4 παρουσιάζει οπτικά τις στάθµες εξυπηρέτησης σε έναν αυτοκινητόδροµο, έτσι ώστε η διακύµανση αυτή να γίνεται πιο εύκολα αντιληπτή. Η στάθµη εξυπηρέτησης Α αντιστοιχεί σε συνθήκες ελεύθερης ροής, όπου τα οχήµατα είναι απολύτως ανεµπόδιστα στους ελιγµούς που επιθυµούν να πραγµατοποιήσουν, ενώ οι επιπτώσεις συµβάντων απορροφούνται εύκολα. Η στάθµη εξυπηρέτησης Β αντιπροσωπεύει συνθήκες πρακτικά ελεύθερης ροής, όπου η ταχύτητα ελεύθερης ροής διατηρείται, ενώ η δυνατότητα πραγµατοποίησης ελιγµών από τους οδηγούς περιορίζεται ελάχιστα. Επίσης, η ψυχολογική άνεση των οδηγών είναι αρκετά υψηλή, ενώ οι επιπτώσεις συµβάντων απορροφούνται ακόµα εύκολα. Η στάθµη εξυπηρέτησης C αντιστοιχεί σε συνθήκες κίνησης κοντά στην ταχύτητα ελεύθερης ροής. Παρ όλα αυτά, η ελευθερία πραγµατοποίησης ελιγµών των οδηγών περιορίζεται σε αντιληπτό βαθµό, ενώ οι αλλαγές λωρίδας απαιτούν προσπάθεια και εγρήγορση από πλευράς του οδηγού. Οι επιπτώσεις ελαφρών συµβάντων συνεχίζουν να µπορούν να απορροφούνται, αλλά µε τοπική υποβάθµιση της ποιότητας κυκλοφορίας και εµφάνιση ουρών. Η στάθµη εξυπηρέτησης D είναι η στάθµη στην οποία αύξηση του φόρτου οδηγεί σε σηµαντική µείωση της ταχύτητας, ενώ αντίστοιχα αυξάνει η πυκνότητα. Η ελευθερία πραγµατοποίησης ελιγµών από τους οδηγούς περιορίζεται σηµαντικά, περιορίζοντας το επίπεδο άνεσης των οδηγών. Ακόµα και ελαφρά συµβάντα οδηγούν σε δηµιουργία ουρών, καθώς η κυκλοφορία διαθέτει περιορισµένο περιθώριο για την απορρόφηση ανωµαλιών. Η στάθµη εξυπηρέτησης Ε περιγράφει λειτουργία κοντά στη χωρητικότητα. Η λειτουργία της οδού είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη, καθώς δεν υπάρχουν επαρκή κενά στην κυκλοφορία για την εξυπηρέτηση ελιγµών. Ακόµα και τα ελαφρύτερα συµβάντα µπορούν να οδηγήσουν σε σηµαντικές αρνητικές επιπτώσεις, µε µεγάλες ουρές, οι οποίες δεν είναι δυνατόν να απορροφηθούν όσο η λειτουργία της οδού εξακολουθεί να είναι σε στάθµη εξυπηρέτησης Ε. Οι συνθήκες αυτές έχουν αρνητικές επιπτώσεις στις ψυχολογικές συνθήκες των οδηγών. Η στάθµη εξυπηρέτησης F περιγράφει συνθήκες στις οποίες η κυκλοφορία έχει καταρρεύσει ή είναι τουλάχιστον ασταθής. Οι συνθήκες αυτές παρατηρούνται τυπικά µέσα σε ουρές. Πρακτικά, όταν παρατηρείται λόγος v/c µεγαλύτερος του 1 παρατηρούνται συνθήκες στάθµης εξυπηρέτησης F. Στην περίπτωση αυτή, το πρόβληµα µπορεί να επεκταθεί σε µεγάλη απόσταση ανάντη. Αντωνίου και Σπυροπούλου 80

5 Αρχές Κυκλοφοριακής Τεχνικής και Προσοµοίωσης Εικόνα 4.4 Οπτική απεικόνιση διαφορετικών σταθµών εξυπηρέτησης (Πηγή: HCM, 2010). Η συσχέτιση τιµών της πυκνότητας µε τη στάθµη εξυπηρέτησης φαίνεται στον Πίνακα 4.2. Στάθµη εξυπηρέτησης A B C D E Πυκνότητα (ΜΕΑ/µίλι/λωρίδα) 11 >11-18 >18-26 >26-35 >35-45 F Η ζήτηση υπερβαίνει την κυκλοφοριακή ικανότητα >45 Πίνακας 4.2 Στάθµη εξυπηρέτησης αυτοκινητοδρόµου σε σχέση µε τιµές της πυκνότητας. Στην Εικόνα 4.5 παρουσιάζεται η διάκριση των σταθµών εξυπηρέτησης στις καµπύλες ταχύτητας φόρτου. Σε ένα διάγραµµα ταχύτητας-φόρτου, η πυκνότητα προκύπτει ως ευθεία γραµµή σταθερής κλίσης που περνάει από την αρχή των αξόνων. Αντωνίου και Σπυροπούλου 81

6 Εικόνα 4.5 Απεικόνιση στάθµης εξυπηρέτησης στο διάγραµµα ταχύτητας-φόρτου (Πηγή: HCM, 2010). Τα απαιτούµενα δεδοµένα για την εκτίµηση της στάθµης εξυπηρέτησης διακρίνονται σε (α) χαρακτηριστικά του αυτοκινητοδρόµου, (β) δεδοµένα ζήτησης, ενώ απαιτείται και επιλογή της (γ) διάρκειας της περιόδου ανάλυσης. Τα δεδοµένα που αφορούν στα χαρακτηριστικά του αυτοκινητοδρόµου είναι: Ταχύτητα ελεύθερης ροής (µεταξύ 55 και 75 µαω). Αριθµός λωρίδων αυτοκινητοδρόµου ανά κατεύθυνση (τουλάχιστον 2). Πλάτος λωρίδων (10 ή 12 πόδια, ή και µεγαλύτερο). Απόσταση πλευρικών εµποδίων στη δεξιά πλευρά της οδού (από 0 έως 6 ή περισσότερα πόδια). Συνολική πυκνότητα κλάδων εισόδου/εξόδου (0 έως 6 κλάδοι ανά µίλι). Ανάγλυφο: είτε συνοπτικά (επίπεδο, λοφώδες ή ορεινό) είτε αναλυτικά (συγκεκριµένο µήκος και επί τοις εκατό κλίση). Ως προς τα χαρακτηριστικά της ζήτησης, τα δεδοµένα είναι: Ζήτηση κατά την ώρα ανάλυσης (ή ηµερήσια ζήτηση και συντελεστές µετατροπής). Παρουσία βαρέων οχηµάτων (ποσοστό βαρέων οχηµάτων), µεταξύ 0 και 100% σε γενικό ανάγλυφο, ή µεταξύ 0 και 25% για συγκεκριµένες κλίσεις. Συντελεστής ώρας αιχµής (ΣΩΑ): που λαµβάνει τιµές µέχρι 1. Συντελεστής εξοικείωσης οδηγών: που λαµβάνει τιµές µεταξύ 0,85 (περιστασιακοί χρήστες της οδού) και 1 (εξοικειωµένοι, τακτικοί χρήστες της οδού). 4.4 Μεθοδολογία εκτίµησης στάθµης εξυπηρέτησης Περιορισµοί χρήσης της µεθοδολογίας Πριν από την περιγραφή της µεθοδολογίας που περιγράφεται στο Highway Capacity Manual 2010 είναι απαραίτητο να παρουσιαστεί το πλαίσιο εφαρµογής της µεθοδολογίας αυτής και συγκεκριµένα οι περιορισµοί, δηλαδή οι περιπτώσεις στις οποίες δεν µπορεί να εφαρµοστεί (χωρίς τροποποιήσεις και προσαρµογές από τον µηχανικό). Συγκεκριµένα, η µεθοδολογία δεν µπορεί να εφαρµοστεί όπως είναι στις περιπτώσεις όπου ισχύουν οι παρακάτω συνθήκες: Ύπαρξη ειδικών λωρίδων κυκλοφορίας, π.χ. για βαρέα οχήµατα, οχήµατα υψηλής πληρότητας ή λωρίδες αναρρίχησης. Περιορισµός στις αλλαγές λωρίδας. Παρατεταµένα τµήµατα σε γέφυρα ή σήραγγα. Αντωνίου και Σπυροπούλου 82

7 Τµήµατα κοντά σε σταθµούς διοδίων. Τµήµατα µε ταχύτητα ελεύθερης ροής χαµηλότερης από 55 µαω ή υψηλότερης από 75 µαω. Επίδραση της κατάντη ουράς σε ένα οδικό τµήµα. Επιπτώσεις αστυνόµευσης. Παρουσία ευφυών συστηµάτων µεταφορών (intelligent transportation systems, ITS), τα οποία επηρεάζουν την καθοδήγηση του οδηγού ή τη λειτουργία του οχήµατος. Εφαρµογές ελέγχου στους κλάδους εισόδου. Λειτουργικές επιπτώσεις σε συνθήκες κυκλοφοριακού κορεσµού. Λειτουργικές επιπτώσεις εργασιών επί της οδού. Στις περιπτώσεις αυτές, ο µελετητής θα πρέπει να ανατρέξει σε εναλλακτικές µεθοδολογίες εκτίµησης της στάθµης εξυπηρέτησης, π.χ. µε τη συνδροµή προσοµοίωσης ή χρησιµοποιώντας ειδικές περιπτώσεις της µεθοδολογίας. Η συνολική µεθοδολογία παρουσιάζεται στην Εικόνα 4.6. Στη συνέχεια παρουσιάζονται αναλυτικά τα βήµατα. Αντωνίου και Σπυροπούλου 83

8 Βήμα 1: Δεδομένα εισόδου Γεωμετρικά στοιχεία Ζήτηση ΤΕΡ από μετρήσεις πεδίου (αν υπάρχει) Δεν υπάρχει μέτρηση ΤΕΡ Βήμα 2: Υπολογισμός ΤΕΡ Προσαρμογή πλάτους λωρίδας Προσαρμογή πλευρικών εμποδίων Υπάρχει μέτρηση ΤΕΡ Βήμα 3: Επιλογή καμπύλης ΤΕΡ Βήμα 4: Προσαρμογή ζήτησης Συντελεστής ώρας αιχμής Αριθμός λωρίδων (ανά κατεύθυνση) Προσαρμογή βαρέων οχημάτων Προσαρμογή εξοικείωσης οδηγών Ζήτηση > κυκλ. ικανότητα Στάθμη εξυπηρέτησης F Εφαρμογή ειδικής μεθοδολογίας Ζήτηση κυκλ. ικανοτητα Βήμα 5: Εκτίμηση ταχύτητας και πυκνότητας Γραφικά ή μέσω σχέσεων Βήμα 6: Εκτίμηση στάθμης εξυπηρέτησης Εικόνα 4.6 Συνολική µεθοδολογία ανάλυσης για τµήµατα αυτοκινητοδρόµου Βήµα 1: Συλλογή δεδοµένων εισόδου Η εφαρµογή της µεθοδολογίας προϋποθέτει τη συλλογή κάποιων βασικών δεδοµένων, είτε χρησιµοποιώντας πραγµατικές τιµές από το οδικό τµήµα ανάλυσης είτε επιλέγοντας κατάλληλες καταρχήν τιµές. Τα δεδοµένα που απαιτούνται είναι: Ζήτηση για χρήση της υποδοµής. Αριθµός και πλάτος λωρίδων. Απόσταση πλευρικών εµποδίων από τη δεξιά πλευρά. Συνολική πυκνότητα κλάδων εισόδου και εξόδου. Ποσοστό βαρέων οχηµάτων (φορτηγά και λεωφορεία). Συντελεστής ώρας αιχµής (ΣΩΑ). Αντωνίου και Σπυροπούλου 84

9 Ανάγλυφο. Συντελεστής εξοικείωσης οδηγών Βήµα 2: Υπολογισµός ταχύτητας ελεύθερης ροής Η ταχύτητα ελεύθερης ροής (ΤΕΡ) µπορεί να υπολογιστεί είτε από επιτόπου µετρήσεις είτε βάσει µιας µεθοδολογίας που παρουσιάζεται στη συνέχεια. Στην περίπτωση της ύπαρξης, ή δυνατότητας πραγµατοποίησης, επιτόπου κυκλοφοριακών µετρήσεων, θα πρέπει να επιλέγεται αυτή η διαδικασία. Στην περίπτωση αυτή, δεν απαιτείται κάποια επιπλέον προσαρµογή της τιµής. Η µέτρηση της ταχύτητας θα πρέπει να πραγµατοποιείται σε κατάλληλη θέση του οδικού τµήµατος µελέτης και σε χρονική στιγµή όπου ο φόρτος είναι µικρότερος από ΜΕΑ/ώρα/λωρίδα. Η µέτρηση της ταχύτητας µπορεί είτε να µετράει την ταχύτητα όλων των οχηµάτων είτε να χρησιµοποιεί ένα συστηµατικό δείγµα (π.χ. µέτρηση της ταχύτητας για κάθε δέκατο διερχόµενο όχηµα σε κάθε λωρίδα). Απαιτείται δείγµα τουλάχιστον 100 επιβατικών οχηµάτων. Περαιτέρω οδηγίες για την πραγµατοποίηση τέτοιων µετρήσεων υπάρχουν διαθέσιµες σε αντίστοιχα εγχειρίδια, όπως π.χ. Institute of Transportation Engineers Manual of Traffic Engineering Studies (1994). Στην περίπτωση όπου δεν είναι δυνατή η πραγµατοποίηση µετρήσεων στο πεδίο, ή σε περιπτώσεις που αναφέρονται στον σχεδιασµό µελλοντικών υποδοµών, χρησιµοποιείται η ακόλουθη διαδικασία η οποία βασίζεται στη σχέση: FFS = 75.4 f!" f!" 3.22TRD!.!" όπου: FFS είναι η ταχύτητα ελεύθερης ροής του οδικού τµήµατος (µαω) f!" είναι ο συντελεστής προσαρµογής για το πλάτος λωρίδας (µαω) f!" είναι ο συντελεστής προσαρµογής για την απόσταση πλευρικών εµποδίων στη δεξιά πλευρά της οδού (µαω), και TRD είναι η συνολική πυκνότητα κλάδων εισόδου και εξόδου (κλάδοι ανά µίλι). Η χρήση της σταθεράς 75.4 µαω σχετίζεται µε το γεγονός ότι η µεθοδολογία εφαρµόζεται σε τµήµατα αυτοκινητοδρόµου µε ταχύτητες µεταξύ 75 µαω και 55 µαω, ενώ η σχέση περιλαµβάνει αποµειωτικούς συντελεστές. Η τιµή αυτή έχει υπολογιστεί µε βάση δεδοµένα πεδίου. Ο συντελεστής προσαρµογής λόγω πλάτους λωρίδας ισχύει όταν το πλάτος λωρίδας είναι µικρότερο από 12 πόδια. Στην περίπτωση αυτή, η ΤΕΡ αποµειώνεται ανάλογα µε τις τιµές που φαίνονται στον Πίνακα 4.3. Παραδείγµατος χάριν, αν το πλάτος λωρίδας είναι 10,5 πόδια, τότε η µείωση της ΤΕΡ είναι 6,6 µαω. Μέσο πλάτος λωρίδας (πόδια) Μείωση της ΤΕΡ, f LW (µαω) 12 0, , ,6 Πίνακας 4.3 Προσαρµογή της ΤΕΡ σε σχέση µε το µέσο πλάτος λωρίδας. Η βασική συνθήκη σχετικά µε την απόσταση πλευρικών εµποδίων στη δεξιά πλευρά είναι 6 πόδια ή περισσότερο. Η πλευρική απόσταση υπολογίζεται από το δεξιό άκρο της λωρίδας κυκλοφορίας µεχρι το πλησιέστερο πλευρικό εµπόδιο. Η εκτίµηση αυτής της απόστασης δεν είναι πάντα προφανής, καθώς εκτός από συνεχόµενα εµπόδια, όπως ένας τοίχος αντιστήριξης, µπορεί να υπάρχουν και σηµειακά εµπόδια, όπως ένας στύλος ηλεκτροφωτισµού, µε τα οποία µπορεί να έχουν εξοικειωθεί οι χρήστες της οδού, µε αποτέλεσµα η επιρροή τους να είναι ασήµαντη. Ο Πίνακας 4.4 περιγράφει την προσαρµογή της ΤΕΡ λόγω των πλευρικών εµποδίων σε απόσταση µικρότερη από 6 πόδια από το δεξιό άκρο της λωρίδας κυκλοφορίας. Σχετικά µε την επίπτωση εµποδίων στην αριστερή πλευρά της οδού, επισηµαίνεται ότι έχει παρατηρηθεί πως η επίπτωση αποστάσεων µεγαλύτερων των δυο ποδών έχει µικρή επίπτωση στην κυκλοφορία, ενώ αντίθετα µικρότερες αποστάσεις δεν παρατηρούνται σε σύγχρονους αυτοκινητοδρόµους. Αντωνίου και Σπυροπούλου 85

10 Απόσταση πλευρικών Λωρίδες ανά κατεύθυνση εµποδίων (δεξιά πλευρά, πόδια) Πίνακας 4.4 Στάθµη εξυπηρέτησης αυτοκινητοδρόµου σε σχέση µε τιµές της πυκνότητας. Τέλος, η παραπάνω σχέση περιλαµβάνει ένα όρο για την εκτίµηση της επίπτωσης της συνολικής πυκνότητας κλάδων εισόδου και εξόδου στην ΤΕΡ. Η συνολική πυκνότητα κλάδων ορίζεται ως ο αριθµός των κλάδων εισόδου και εξόδου, µονής κατεύθυνσης, που βρίσκονται σε απόσταση τρία µίλια ανάντη και τρία µίλια κατάντη από το µέσο του οδικού τµήµατος που µελετάται, διαιρούµενου µε τη συνολική απόσταση (δηλαδή έξι µίλια). Η συνολική πυκνότητα κλάδων περιγράφει τις επιπτώσεις των ελιγµών συµβολής και µερισµού που παρατηρούνται στους κλάδους αυτής στην ΤΕΡ Βήµα 3: Επιλογή καµπύλης ΤΕΡ Όπως προαναφέρθηκε, µετά την εκτίµηση της ΤΕΡ του τµήµατος αυτοκινητοδρόµου που εξετάζεται, επιλέγεται µια από τις βασικές καµπύλες ταχύτητας-φόρτου (Εικόνα 4.5). Αντίθετα µε τον προηγούµενο κανονισµό (Highway Capacity Manual, 2000), δεν προτείνεται η δηµιουργία καµπυλών στην ακριβή ΤΕΡ, αλλά η χρήση της πλησιέστερης καµπύλης Βήµα 4: Προσαρµογή ζήτησης Καθώς οι καµπύλες της ΤΕΡ βασίζονται σε ειδικές καταστάσεις (π.χ. ΜΕΑ, εξοικειωµένους χρήστες της οδού) στις περισσότερες περιπτώσεις απαιτείται προσαρµογή της ζήτησης και µετατροπή σε φόρτο ώρας αιχµής, µε τη χρήση της ακόλουθης σχέσης: V v! = ΣΩΑ Ν f!" f! όπου: v p είναι ο φόρτος υπό τις ισοδύναµες συνθήκες αναφοράς (ΜΕΑ/ώρα/λωρίδα), V είναι η ζήτηση υπό τις πραγµατικές συνθήκες, ΣΩΑ είναι ο συντελεστής ώρας αιχµής (συνήθως παίρνει τιµές µεταξύ 0,85 και 1), Ν είναι ο αριθµός λωρίδων στην κατεύθυνση του αυτοκινητοδρόµου που αναλύεται, f HV είναι συντελεστής προσαρµογής για την παρουσία βαρέων οχηµάτων στην κυκλοφορία, και f p είναι συντελεστής προσαρµογής για µη εξοικειωµένους οδηγούς. Ο συντελεστής ώρας αιχµής (ΣΩΑ) αντικατοπτρίζει τη διακύµανση της κυκλοφορίας εντός της ώρας, καθώς, σύµφωνα µε παρατηρήσεις, οι φόρτοι που παρατηρούνται στο δεκαπεντάλεπτο αιχµής εντός µίας ώρας δεν παρατηρούνται κατά τη διάρκεια ολόκληρης της ώρας. Σε αυτοκινητοδρόµους, ο ΣΩΑ λαµβάνει τιµές µεταξύ 0,85 και 0,98 (Zegeer et al., 2008), ενώ χαµηλότερες τιµές µπορούν να παρατηρηθούν σε συνθήκες χαµηλού φόρτου. Οι υψηλότερες τιµές παρατηρούνται σε συνθήκες ώρας αιχµής. Όπου υπάρχουν παρατηρήσεις από το πεδίο για τον υπολογισµό του ΣΩΑ θα πρέπει να χρησιµοποιούνται. Ο συντελεστής προσαρµογής βαρέων οχηµάτων υπολογίζεται από τη σχέση: 1 f!" = 1 + P! E! 1 όπου: f HV είναι ο συντελεστής βαρέων οχηµάτων, P T είναι το ποσοστό βαρέων οχηµάτων (φορτηγών και λεωφορείων) στη σύνθεση της κυκλοφορίας, Ε Τ είναι οι ΜΕΑ ενός βαρέως οχήµατος στην κυκλοφορία. Η προσαρµογή γίνεται σε δύο βήµατα. Πρώτα υπολογίζονται οι ισοδύναµες ΜΕΑ για κάθε βαρύ όχηµα και µετά εφαρµόζεται η σχέση για τον υπολογισµό του συντελεστή βαρεών οχηµάτων. Σηµειώνεται ότι Αντωνίου και Σπυροπούλου 86

11 στους κανονισµούς υπάρχει και µια ακόµα κατηγορία βαρέων οχηµάτων (οχήµατα αναψυχής, ή recreation vehicles), αλλά καθώς στην Ελλάδα ο αριθµός τους δεν είναι τόσο µεγάλος, αυτά αγνοούνται στην παρούσα παρουσίαση της µεθοδολογίας. (Συγκεκριµένα, οι κανονισµοί αναφέρουν ότι αν ο λόγος βαρέων οχηµάτων [φορτηγών και λεωφορείων] προς οχήµατα αναψυχής είναι µεγαλύτερος του 5:1, τότε όλα τα βαρέα οχήµατα µπορούν να αντιµετωπίζονται ως φορτηγά). Η επίπτωση των βαρέων οχηµάτων στην κυκλοφορία εξαρτάται από το ανάγλυφο της περιοχής, την κλίση της οδού και τη σύνθεση της κυκλοφορίας. Οι τιµές των ΜΕΑ επιλέγονται για µια από τις παρακάτω περιπτώσεις: Τµήµατα αυτοκινητοδρόµου σε γενικό ανάγλυφο. Συγκεκριµένες ανωφέρειες. Συγκεκριµένες κατωφέρειες. Στην περίπτωση του γενικού αναγλύφου ανήκουν περιπτώσεις όπου περιλαµβάνονται ανωφέρειες και κατωφέρειες µε κλίση και έκταση τέτοια ώστε να µην επηρεάζουν σηµαντικά τη λειτουργία του οδικού τµήµατος. Ένα γενικό κριτήριο υπαγωγής στην κατηγορία αυτή είναι κλίσεις µεταξύ 2% και 3% για απόσταση µεγαλύτερη από µισό µίλι ή 3% για µήκος µικρότερο από 0,25 µίλια. Στην περίπτωση αυτή µπορεί να γίνει η υπόθεση ότι πρόκειται για οµοιόµορφη κλίση. Διακρίνονται τρεις περιπτώσεις: Επίπεδο ανάγλυφο: περιλαµβάνει συνδυασµούς οριζόντιας και κατακόρυφης χάραξης, η οποία επιτρέπει στα βαρέα οχήµατα να διατηρούν ταχύτητες αντίστοιχες µε των ΙΧ. Αυτή η συνθήκη τυπικά εξασφαλίζεται σε µικρά τµήµατα µε κλίση όχι µεγαλύτερη από 2%. Λοφώδες ανάγλυφο: περιλαµβάνει συνδυασµούς οριζόντιας και κατακόρυφης κλίσης, που αναγκάζουν τα βαρέα οχήµατα να µειώσουν την ταχύτητά τους σηµαντικά χαµηλότερα από αυτήν των ΙΧ, αλλά δεν τα οδηγεί σε λειτουργία σε συνθήκες ταχύτητας αναρρίχησης. Επισηµαίνεται ότι η ταχύτητα αναρρίχησης είναι η µέγιστη ταχύτητα που µπορούν να διατηρήσουν φορτηγά σε µια εκτεταµένη ανωφέρεια. Αν η κλίση είναι αρκετά µεγάλη, τότε τα φορτηγά αναγκάζονται να επιβραδύνουν σε µια ταχύτητα αναρρίχησης, την οποία µπορούν να διατηρήσουν για µεγάλες αποστάσεις. Ορεινό ανάγλυφο: περιλαµβάνει οποιονδήποτε συνδυασµό οριζόντιας και κατακόρυφης χάραξης που αναγκάζει τα οχήµατα να κινηθούν µε ταχύτητα αναρρίχησης για σηµαντικές αποστάσεις ή σε διαδοχικές περιπτώσεις. Σηµειώνεται ότι το ορεινό ανάγλυφο απαντάται σχετικά σπάνια. Γενικά, αν το ανάγλυφο είναι τέτοιο, τότε οι κλίσεις θα έχουν ως αποτέλεσµα την ανάγκη χρησιµοποίησης της ανάλυσης µε συγκεκριµένες τιµές ανωφέρειας ή/και κατωφέρειας. Οι τιµές των ΜΕΑ για τα βαρέα οχήµατα είναι 1,5 για το επίπεδο ανάγλυφο, 2,5 για το λοφώδες και 4,5 για το ορεινό. Στην περίπτωση όπου η κλίση υπερβαίνει τα όρια που αναφέρθηκαν παραπάνω (µεταξύ 2% και 3% για µισό µίλι ή 3% και πάνω για 0,25 µίλι) η ανάλυση θα πρέπει να γίνεται ανά κατεύθυνση. Στην περίπτωση αυτή, χρησιµοποιούνται οι Πίνακες 4.5 και 4.6 για ανωφέρειες και κατωφέρειες αντίστοιχα. Οι συντελεστές που παρέχονται στους πίνακες αυτούς εξαρτώνται από την κλίση, το µήκος της ανωφέρειας ή κατωφέρειας και το ποσοστό των βαρέων οχηµάτων στην κυκλοφορία. Οι µέγιστες τιµές προκύπτουν όταν υπάρχει µικρός αριθµός βαρέων οχηµάτων στην κυκλοφορία και µειώνονται όσο αυξάνει η συµµετοχή τους στη σύνθεση της κυκλοφορίας, καθώς τα οχήµατα αυτά τείνουν να δηµιουργούν φάλαγγες ακολουθίας. Στην περίπτωση σύνθετων ανωφερειών παίζει ρόλο η σχετική κλίση των τµηµάτων. Παραδείγµατος χάριν, αν µια ανωφέρεια µε κλίση 5% ακολουθείται από µια ανωφέρεια µε κλίση 2%, τότε η δυσµενέστερη θέση αναµένεται να είναι το τέλος του τµήµατος µε κλίση 5%, καθώς ένα βαρύ όχηµα αναµένεται να µπορεί να επιταχύνει εισερχόµενο στο τµήµα µε κλίση 2%. Αντωνίου και Σπυροπούλου 87

12 Ανωφέρεια Μήκος Ποσοστό βαρέων οχηµάτων (%) (µίλια) 2% 4% 5% 6% 8% 10% 15% 20% 25% 2 Όλα > >2-3 > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > Πίνακας 4.5 Συντελεστές βαρέων οχηµάτων για συγκεκριµένες κλίσεις ανωφέρειας. Η λειτουργία των βαρέων οχηµάτων στις κατωφέρειες είναι λιγότερο σαφής. Γενικά, όπου τα βαρέα οχήµατα µπορούν να αντιµετωπίσουν ήπιες κατωφέρειες χωρίς να αναγκάζονται να χρησιµοποιήσουν µικρότερη ταχύτητα στο κιβώτιο (χρησιµοποιώντας δηλαδή τη µηχανή για επιβράδυνση), τότε µπορεί να χρησιµοποιείται η µεθοδολογία για γενικά/επίπεδα τµήµατα. Αν, αντίθετα, η κλίση είναι τέτοια, ώστε να αναγκάζει τον οδηγό να κατεβάσει ταχύτητα για να αποφύγει να αναπτύξει σηµαντική ταχύτητα, τότε χρησιµοποιούνται οι τιµές του Πίνακα 4.6. Κατωφέρεια Μήκος Ποσοστό βαρέων οχηµάτων (%) (µίλια) 5% 10% 15% 20% <4 Όλα > > > > > Πίνακας 4.6 Συντελεστές βαρέων οχηµάτων για συγκεκριµένες κλίσεις κατωφέρειας. Προφανώς, στους περισσότερους αυτοκινητοδρόµους η κλίση δεν είναι συνεχής και οµοιόµορφη. Στην περίπτωση αυτή, η πιο απλή αντιµετώπιση είναι ο υπολογισµός µιας µέσης κλίσης. Η λύση αυτή είναι γενικά Αντωνίου και Σπυροπούλου 88

13 αποδεκτή όταν η κλίση για όλα τα επιµέρους τµήµατα που εξετάζονται είναι µικρότερη από 4% ή το συνολικό µήκος είναι µικρότερο από πόδια. Για ειδικές περιπτώσεις µε µεγαλύτερες κλίσεις, ο µελετητής πρέπει να ανατρέξει σε ειδικές µεθοδολογίες. Ο συντελεστής εξοικείωσης των οδηγών λαµβάνει γενικά τιµές µεταξύ 0,85 και 1, ενώ µικρότερες τιµές µπορούν επίσης να προκύψουν σε µεµονωµένες περιπτώσεις. Γενικά, αν δεν υπάρχει ειδική γνώση, ο µελετητής µπορεί να χρησιµοποιήσει την τιµή 1, η οποία υποδηλώνει ότι οι µετακινούµενοι γνωρίζουν το δίκτυο Βήµα 5: Εκτίµηση ταχύτητας και πυκνότητας Στο σηµείο αυτό της µεθοδολογίας έχει εκτιµηθεί η ταχύτητα και ο φόρτος και είναι δυνατή η χρήση γραφικής µεθόδου (χρησιµοποιώντας την Εικόνα 4.5) για την εκτίµηση της µέσης ταχύτητας και της στάθµης εξυπηρέτησης. Αντίστοιχα, η ταχύτητα µπορεί να εκτιµηθεί αναλυτικά από τις σχέσεις που απεικονίζονται στον Πίνακα 4.1. Γνωρίζοντας την ταχύτητα, είναι πλέον δυνατή η εκτίµηση της πυκνότητας: D = v! S όπου: D είναι η πυκνότητα (ΜΕΑ/µίλια/λωρίδα), v p είναι ο φόρτος (ΜΕΑ/ώρα/λωρίδα), και S είναι η µέση ταχύτητα κυκλοφορίας (µαω). Η σχέση αυτή µπορεί να χρησιµοποιηθεί µόνο όταν ο λόγος v/c είναι µικρότερος από 1. Όταν v/c>1 τότε η στάθµη εξυπηρέτησης είναι F και δεν είναι δυνατός ο υπολογισµός της ταχύτητας. Στην περίπτωση αυτή ακολουθείται διαφορετική µεθοδολογία, η οποία επικεντρώνεται στις χωρικές και χρονικές επιπτώσεις της κατάρρευσης της κυκλοφορίας. Μετά τον υπολογισµό της πυκνότητας, η στάθµη εξυπηρέτησης µπορεί να προκύψει από τον Πίνακα 4.2. Βιβλιογραφικές αναφορές HCM (2000). Highway Capacity Manual Washington, D.C.: Transportation Research Board of the National Academies of Science HCM (2010). Highway Capacity Manual Washington, D.C.: Transportation Research Board of the National Academies of Science. Robertson, H. D., Hummer, J. E., & Nelson, D. C. (1994). Manual of Traffic Engineering Studies. Institute of Traffic Engineers-USA, Prentice Hall. Zegeer, J.D., Vandehey, M.A., Blogg, M., Nguyen K., & Ereti, M. (2008). NCHRP Report 599: Default Values for Highway Capacity and Level of Service Analyses. Washington, D.C.: Transportation Research Board of the National Academics. Κριτήρια αξιολόγησης Κριτήριο αξιολόγησης 1 Ποιες είναι οι τρεις περιοχές λειτουργίας ενός οδικού τµήµατος αυτοκινητοδρόµου; Απάντηση/Λύση Διακρίνονται τρεις περιοχές λειτουργίας: Συνθήκες µη κορεσµού, όπου η κυκλοφοριακή ροή δεν επηρεάζεται από ανάντη ή κατάντη ουρές. Αντωνίου και Σπυροπούλου 89

14 Ροή εκτόνωσης ουράς, κατά την οποία οχήµατα έχουν περάσει από µια στένωση και επιταχύνουν προς την επιθυµητή ταχύτητα των οδηγών για τις επικρατούσες συνθήκες και µέχρι την εµφάνιση κατάντη ουράς η εκτόνωση συνεχίζεται ανεµπόδιστα µέχρι την πλήρη εξάλειψη της ουράς. Συνθήκες κορεσµού, όπου περιγράφει τις συνθήκες εντός µιας ουράς που έχει προκύψει από µια κατάντη στένωση. Οι συνθήκες αυτές δεν απεικονίζουν την κατάσταση στο ίδιο οδικό τµήµα, αλλά τις επιπτώσεις ενός κυκλοφοριακού προβλήµατος κατάντη. Κριτήριο αξιολόγησης 2 Η µεθοδολογία που παρουσιάστηκε µπορεί να εφαρµοστεί σε όλες τις περιπτώσεις ή υπάρχουν κάποιες εξαιρέσεις; Απάντηση/Λύση Η µεθοδολογία δεν µπορεί να εφαρµοστεί στις περιπτώσεις όπως οι παρακάτω όπου ισχύουν οι εξής συνθήκες: Ύπαρξη ειδικών λωρίδων κυκλοφορίας, π.χ. για βαρέα οχήµατα, οχήµατα υψηλής πληρότητας ή λωρίδες αναρρίχησης. Περιορισµός στις αλλαγές λωρίδας. Παρατεταµένα τµήµατα σε γέφυρα ή σήραγγα. Τµήµατα κοντά σε σταθµούς διοδίων. Τµήµατα µε ταχύτητα ελεύθερης ροής χαµηλότερης από 55 µαω ή υψηλότερης από 75 µαω. Επίδραση της κατάντη ουράς σε ένα οδικό τµήµα. Επιπτώσεις αστυνόµευσης. Παρουσία ευφυών συστηµάτων µεταφορών (intelligent transportation systems, ITS), τα οποία επηρεάζουν την καθοδήγηση του οδηγού ή τη λειτουργία του οχήµατος. Εφαρµογές ελέγχου στους κλάδους εισόδου. Λειτουργικές επιπτώσεις σε συνθήκες κυκλοφοριακού κορεσµού. Λειτουργικές επιπτώσεις εργασιών επί της οδού. Αντωνίου και Σπυροπούλου 90