Κυκλοφοριακή Τεχνική με Στοιχεία Οδοποιίας 8. Χαρακτηριστικά μεγέθη της κυκλοφορίας Κυκλοφοριακοί κόμβοι Κυκλοφοριακή ικανότητα Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανικών Χωροταξίας, Πολεοδομίας & Περιφερειακής Ανάπτυξης Διδάσκων Γαλάνης Αθανάσιος Πολιτικός Μηχανικός MSc, PhD Επικοινωνία atgalanis@uth.gr
Βιβλιογραφία Κυκλοφοριακή Τεχνική, Ι. Μ. Φραντζεσκάκης, Ι. Κ. Γκόλιας, Μαγδαληνή Χ. Πιτσιάβα-Λατινοπούλου, 1 η έκδ., Αθήνα: Παπασωτηρίου, 2009. Σχεδιασμός των Μεταφορών και Κυκλοφοριακή Τεχνική, Φραντζεσκάκης, Ι.Μ., Γιαννόπουλος, Γ.Α., Θεσσαλονίκη: Επίκεντρο, 2005.
Εισαγωγή Το πρόβλημα των μεταφορών Οι μεταφορές, προσώπων ή εμπορευμάτων, αποτελούν υπηρεσία για την οποία υπάρχει μια συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση. Η μη ικανοποίηση των βασικών αυτών απαιτήσεων σχετικά με τις μεταφορές αποτελεί την ουσία του προβλήματος των μεταφορών. Το σύνολο των απαιτήσεων για μεταφορές ονομάζεται ζήτηση, ενώ το σύστημα των μεταφορών που προσφέρονται για την ικανοποίηση αυτής της ζήτησης, χαρακτηρίζεται από τον όρο προσφορά. Το πρόβλημα των μεταφορών μπορεί να οριστεί ως η διατάραξη της ισορροπίας μεταξύ προσφοράς και ζήτησης στις μεταφορές. Το μέγεθος αυτής της διατάραξης μεταβάλλεται ανάλογα με τον εξεταζόμενο τρόπο μεταφοράς, τη χρονική περίοδο και την εξεταζόμενη περιοχή.
Χαρακτηριστικά μεγέθη της κυκλοφορίας Τα κυριότερα χαρακτηριστικά μεγέθη της κυκλοφορίας σε ένα δίκτυο είναι τα εξής: Κυκλοφοριακός φόρτος. Ταχύτητα κίνησης των οχημάτων. Πυκνότητα κυκλοφορίας ή ο μέσος χωρικός ή χρονικός διαχωρισμός των οχημάτων. Αριθμός και το είδος των ατυχημάτων. Μεγέθη σχετικά με τη στάθμευση.
Κυκλοφοριακοί φόρτοι Κυκλοφοριακός φόρτος (Traffic Volume - Q) Ο συνολικός αριθμός οχημάτων που περνούν από τη διατομή μιας λωρίδας ή οδού κατά τη διάρκεια ενός δεδομένου χρονικού διαστήματος (συνήθως οχήματα ανά ώρα). Διακυμάνσεις κυκλοφοριακού φόρτου Ετήσια μεταβολή Μηνιαία διακύμανση (κατά τη διάρκεια του έτους) Ημερήσια διακύμανση (κατά τη διάρκεια της εβδομάδας) Ωριαία διακύμανση (κατά τη διάρκεια της ημέρας) Διακύμανση μέσα στην ώρα
Ετήσια Μεταβολή Ιδιαίτερη σημασία στο σχεδιασμό και τη μελέτη οδικών τμημάτων Ετήσια Μέση Ημερήσια Κυκλοφορία-ΕΜΗΚ (Average Annual Daily Traffic-AADT) Ο συνολικός αριθμός των οχημάτων που διέρχονται από δεδομένο σημείο ή διατομή οδού σε ένα έτος διαιρεμένο με το συνολικό αριθμό των ημερών του έτους. Αντίστοιχα ορίζεται η Μέση Ημερήσια Κυκλοφορία-ΜΗΚ (Annual Daily Traffic-ADT).
Ωριαία Διακύμανση Πρωινή και απογευματινή αιχμή: Οι χαρακτηριστικές περίοδοι που ο φόρτος λαμβάνει υψηλές τιμές το πρωί και το απόγευμα Κατά τη διάρκεια των περιόδων αυτών οι οδηγοί πηγαίνουν προς και επιστρέφουν από την εργασία τους. Ώρα Αιχμής (peak hour): Η μια ώρα της ημέρας που ο φόρτος παίρνει, συνολικά, την υψηλότερή του τιμή Η ώρα αιχμής διαφέρει από μέρα σε μέρα και από περιοχή σε περιοχή. Ένα οδικό τμήμα μπορεί να έχει την ικανότητα να εξυπηρετεί τη ζήτηση στην ώρα αιχμής. Όμως οι βραχυπρόθεσμες διακυμάνσεις (πχ για 15 λεπτά), μπορεί να υπερβαίνουν την κυκλοφοριακή ικανότητα της οδού. Αποτέλεσμα η συσσώρευση της κυκλοφορίας και η δημιουργία ουρών.
Σύνθεση της κυκλοφορίας Με τον όρο «σύνθεση της κυκλοφορίας» (traffic composition) ορίζεται η ποσοστιαία κατανομή του κυκλοφοριακού φόρτου κατά είδος οχήματος. Για τις αστικές οδούς χρησιμοποιείται η ακόλουθη σύνθεση της κυκλοφορίας: επιβατικά αυτοκίνητα (ΙΧ και ταξί), λεωφορεία και πούλμαν, φορτηγά αυτοκίνητα (περισσότερα από 4 ελαστικά, ΩΦ>1,5τόννο), μοτοσυκλέτες, μοτοποδήλατα και ποδήλατα. Η σύνθεση της κυκλοφορίας διαφέρει τόσο μεταξύ των πόλεων, όσο και με την εξεταζόμενη θέση σε μια πόλη. Η σύνθεση της κυκλοφορίας μεταβάλλεται χρονικά, ιδιαίτερα κατά τις διάφορες ώρες της ημέρας και τις διάφορες ημέρες της εβδομάδας.
Αναγωγή σε Μονάδες Επιβατικών Αυτοκινήτων (ΜΕΑ) Οι διάφορες κατηγορίες οχημάτων απαιτούν διάφορες επιφάνειες οδού και προκαλούν διαφορετικό μέγεθος κυκλοφοριακής συμφόρησης, ανάλογα με τις διαστάσεις τους και τα χαρακτηριστικά λειτουργίας τους, σε σχέση με τις οδικές και κυκλοφοριακές συνθήκες. Για τη μετατροπή των διαφόρων κατηγοριών οχημάτων σε συγκρίσιμες μονάδες, από άποψη κυκλοφοριακής ικανότητας οδού, χρησιμοποιείται σαν βασική μονάδα το επιβατικό αυτοκίνητο και οι κυκλοφοριακοί φόρτοι εκφράζονται σε Μονάδες Επιβατικών Αυτοκινήτων ΜΕΑ (Passenger Car Units PCU).
Αναγωγή σε Μονάδες Επιβατικών Αυτοκινήτων (ΜΕΑ) Κατηγορία Οχήματος Επιβατικά οχήματα, ταξί, ημιφορτηγά (ΩΦ<1,5t) Γενικευμένοι συντελεστές μετατροπής σε Μονάδες Επιβατικών Αυτοκινήτων Αστικές οδοί Υπουργείο Μεταφορών Μ. Βρετανίας Υπεραστικές οδοί Μελέτη Κυκλικών Κόμβων Μελέτη Σηματοδότησης ΥΠΕΧΩΔΕ 1 1 1 1 1 Μοτοσυκλέτες, μοτοποδήλατα 0,75 1 0,75 0,33 0,5 Μέσα και βαρέα φορτηγά (ΩΦ>1,5t) 2 3 2,8 1,75 2 Λεωφορεία, πούλμαν, τρόλλεϋ 3 3 2,8 2,25 3 Ποδήλατα 0,33 0,5 0,5 0,2 0,5
Ταχύτητα και πυκνότητα κυκλοφορίας Τα τρία βασικά είδη ταχυτήτων για μεμονωμένα οχήματα είναι τα εξής: Ταχύτητα σημείου (spot speed) Ταχύτητα διαδρομής (journey speed, travel speed) Ταχύτητα λειτουργίας (operating speed) Για το σύνολο των οχημάτων που κυκλοφορούν σε ένα τμήμα ή περνούν από ένα σημείο της οδού ορίζονται τα παρακάτω δυο μεγέθη ταχύτητας: Μέση ταχύτητα χώρου (space mean speed) Μέση ταχύτητα χρόνου (time mean speed)
Ταχύτητα και πυκνότητα κυκλοφορίας Επιπρόσθετοι ορισμοί ταχυτήτων: Μέση ταχύτητα μελέτης (average highway speed) Ταχύτητα περιοχής (area speed) Ταχύτητα ελεύθερης ροής (free flow speed) Ταχύτητα πορείας (running speed) Γραμμική ταχύτητα κίνησης (linear speed) Για την έννοια της καθυστέρησης υπάρχουν οι εξής ορισμοί: Λειτουργικές καθυστερήσεις Σταθερές καθυστερήσεις (fixed delays)
Ταχύτητα και πυκνότητα κυκλοφορίας Η πυκνότητα κυκλοφορίας (traffic density, concentration), είναι ο αριθμός των οχημάτων που κινούνται σε μια δεδομένη στιγμή στη μονάδα του μήκους της οδού (συνήθως οχήματα ανά χιλιόμετρο). Η πυκνότητα κυκλοφορίας μπορεί να αναφέρεται και στις δυο ή σε κάθε μια από τις κατευθύνσεις κίνησης της κυκλοφορίας, καθώς επίσης και σε μια ή περισσότερες λωρίδες κυκλοφορίας. Ο χρονικός και χωρικός διαχωρισμός (time and space headway), είναι η απόσταση μετρημένη σε χρόνο ή μήκος αντίστοιχα, μεταξύ των μπροστινών ακραίων σημείων (προφυλακτήρων) διαδοχικών οχημάτων, καθώς αυτά περνούν μπροστά από ένα δεδομένο σημείο. Ο χρονικός διαχωρισμός εκφράζεται σε δευτερόλεπτα ενώ ο χρονικός σε μέτρα.
Κυκλοφοριακοί κόμβοι Κόμβος είναι η συνάντηση δυο ή περισσότερων οδών. Ισόπεδος κόμβος (at grade intersection) είναι η συνάντηση των οδών στο ίδιο επίπεδο. Ανισόπεδος κόμβος (interchange) είναι η συνάντηση των οδών σε διαφορετικά επίπεδα με σύνδεση μεταξύ τους στην περιοχή του κόμβου. Ανισόπεδη διασταύρωση (two-level crossing) είναι η συνάντηση των οδών σε διαφορετικά επίπεδα χωρίς συνάντηση μεταξύ τους. Βασικό στοιχείο κάθε κόμβου αποτελούν οι χώροι ελιγμών (maneuver areas) στα σημεία συνάντησης των κυκλοφοριακών ρευμάτων, που ονομάζονται σημεία εμπλοκής (conflict points). Διακρίνονται τρεις μορφές ελιγμών: διασταύρωση (crossing), συμβολή (merging), μερισμός (diverging). Οι ελιγμοί ονομάζονται στοιχειώδεις όταν συναντώνται δυο μόνο ρεύματα μιας κατεύθυνσης, ή πολλαπλοί όταν συναντώνται περισσότερα ρεύματα.
Κυκλοφοριακοί κόμβοι Οι ισόπεδοι κόμβοι υποδιαιρούνται σε κατηγορίες ανάλογα με τα εξής: Αριθμός των σκελών: τριών σκελών, τεσσάρων σκελών, πολυσκελείς. Γωνία συνάντησης των σκελών: κόμβοι κατ ορθή γωνία ή λοξοί. Μορφή: ταυ (Τ), ύψιλον (Υ). Τρόπος διαμόρφωσης: με ή χωρίς διοχετευτικές νησίδες. Τρόπος ρύθμισης της κυκλοφορίας: σηματοδοτούμενοι ή όχι, με ή χωρίς σήμανση κλπ. Σημαντικό στοιχείο για τη διαμόρφωση των ισόπεδων κόμβων είναι ο βαθμός διοχετευτικής διαρρύθμισης (channelization), (με τη χρήση νησίδων περιορισμένου πλάτους, μέσου πλάτους και μεγάλου πλάτους).
Κυκλοφοριακοί κόμβοι Οι ανισόπεδοι κόμβοι προσφέρουν μεγαλύτερη ασφάλεια και κυκλοφοριακή ικανότητα με την εξάλειψη όλων ή των πιο σημαντικών ισόπεδων διασταυρώσεων ρευμάτων και την αντικατάσταση τους με ανισόπεδες διασταυρώσεις δυο ή περισσότερων επιπέδων που συνδέονται μεταξύ τους με ράμπες (ramps). Ο όρος ράμπα ή κλάδος χρησιμοποιείται για να δηλώσει την κάθε τύπου σύνδεση μεταξύ δυο ή περισσότερων σκελών ενός ανισόπεδου κόμβου. Κάθε ράμπα αποτελείται από τα άκρα της, δηλαδή από μια έξοδο και μια είσοδο και από το μεταξύ τους τμήμα σύνδεσης. Διακρίνονται τρεις βασικοί τύποι ράμπας: Κατ ευθεία σύνδεση (Direct connection). Σύνδεση με αναστροφή Βρόχος (Loop). Σύνδεση ενδιάμεσης μορφής (Semi-direct connection).
Κυκλοφοριακοί κόμβοι Διαμόρφωση άκρων ράμπας Τα άκρα μιας ράμπας προς ή από μια κύρια οδό μπορούν να διαμορφωθούν είτε κατά τον τύπο μειούμενου πλάτους (tapered type) είτε κατά τον παράλληλο τύπο (parallel type). Ισοζύγιο λωρίδων κυκλοφορίας Οι κυκλοφοριακοί φόρτοι μελέτης και η προσφερόμενη κυκλοφοριακή ικανότητα προσδιορίζουν τον ελάχιστο επιβαλλόμενο αριθμό λωρίδων κυκλοφορίας για τις διασταυρούμενες οδούς και τις ράμπες. Τύποι ανισόπεδων κόμβων Χαρακτηρίζονται από τα εξής: Αριθμός των σκελών τους: τριών σκελών, τεσσάρων σκελών, πολυσκελείς. Αριθμός των χρησιμοποιούμενων τεχνικών έργων. Μορφή: τριφύλλι, ρόμβος, τρομπέτα κλπ.
Κυκλοφοριακοί κόμβοι Οι βασικές προϋποθέσεις χρησιμοποίησης ανισόπεδων κόμβων είναι οι εξής: Έλεγχος των προσβάσεων Κυκλοφοριακοί φόρτοι Εξάλειψη επικίνδυνων σημείων Τοπογραφία Οφέλη για όσους χρησιμοποιούν την οδό Κυκλικοί κόμβοι Στους κυκλικούς κόμβους τα οχήματα κινούνται σε φορά αντίθετη προς εκείνη των δεικτών του ρολογιού γύρω από μια κεντρική νησίδα. Στους κυκλικούς κόμβους όλες οι διασταυρώσεις κυκλοφοριακών ρευμάτων μετατρέπονται σε διαδοχικούς ελιγμούς συμβολής και μερισμού.
Κυκλοφοριακοί κόμβοι Λειτουργικά χαρακτηριστικά Ταχύτητα μελέτης Μήκος ορατότητας Μήκη στάσης ή προσπεράσματος Κυκλοφοριακή ικανότητα στοιχείων του κόμβου Γεωμετρικά χαρακτηριστικά Αλλαγή λωρίδων Ακτίνες καμπυλότητας Λωρίδες επιτάχυνσης και επιβράδυνσης
Κυκλοφοριακή ικανότητα Η κυκλοφοριακή ικανότητα (Traffic Capacity) εκφράζει τον μέγιστο ωριαίο ρυθμό ροής οχημάτων ή προσώπων, δηλαδή τα οχήματα ή πρόσωπα που μπορεί να περάσουν από ένα δεδομένο σημείο ή ομοιόμορφο τμήμα λωρίδας κυκλοφορίας ή οδού, κατά μια κατεύθυνση ή και κατά τις δύο κατευθύνσεις, κατά τη διάρκεια μιας δεδομένης χρονικής περιόδου, υπό τις οδικές και κυκλοφοριακές συνθήκες καθώς και τις συνθήκες ελέγχου της κυκλοφορίας που επικρατούν.
Μη διακοπτόμενη & διακοπτόμενη ροή Τα κύρια στοιχεία ενός οδικού συστήματος μεταφορών μπορούν να καταταγούν σε δύο κατηγορίες, ανάλογα με το είδος ροής που προσφέρουν: Μη διακοπτόμενη ροή (Uninterrupted Flow) όταν δεν υπάρχουν μόνιμες εγκαταστάσεις, όπως π.χ. σηματοδότηση, που μπορεί να προκαλέσουν διακοπές της κυκλοφοριακής ροής. Οι συνθήκες κυκλοφοριακής ροής προκύπτουν από την αλληλεπίδραση μεταξύ οχημάτων στο ρεύμα κυκλοφορίας και μεταξύ οχημάτων και των γεωμετρικών και περιβαλλοντικών χαρακτηριστικών της οδού. Οι ελεύθερες λεωφόροι αποτελούν τυπικό παράδειγμα μη διακοπτόμενης ροής. Διακοπτόμενη ροή (Interrupted Flow) όταν υπάρχουν ελεγχόμενα ή μη σημεία πρόσβασης που να προκαλούν την περιοδική διακοπή ή ουσιαστική επιβράδυνση της κυκλοφοριακής ροής, ανεξάρτητα από το μέγεθός της. Η ροή αυτή παρουσιάζεται συνήθως στις οδούς όπου η ροή διακόπτεται ή επιβραδύνεται από σηματοδότηση ή σήμανση.
Κυκλοφοριακή ικανότητα Η ποσοτική έκφραση της κυκλοφοριακής ικανότητας έχει νόημα μόνον όταν είναι γνωστές οι επικρατούσες οδικές και κυκλοφοριακές συνθήκες, οι συνθήκες ελέγχου, η χρονική περίοδος επαναφοράς και η στάθμη εξυπηρέτησης. Οι επικρατούσες οδικές συνθήκες αναφέρονται στα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της οδού και δεν αλλάζουν χρονικά παρά μόνο όταν πραγματοποιηθούν νέες κατασκευές ή βελτιώσεις στην εξεταζόμενη οδό. Οι επικρατούσες κυκλοφοριακές συνθήκες εξαρτώνται από τη φύση της κυκλοφορίας στο εξεταζόμενο οδικό δίκτυο και αλλάζουν χρονικά κατά τις διάφορες περιόδους της ημέρας, ή κατά τις διάφορες ημέρες του έτους. Οι συνθήκες ελέγχου αναφέρονται στη ρύθμιση της κυκλοφορίας με κατάλληλα μελετημένες συσκευές και στους κανόνες κυκλοφορίας που εφαρμόζονται.
Κυκλοφοριακή ικανότητα Η στάθμη εξυπηρέτησης (Level of Service) καθορίζεται σαν ένα ποιοτικό μέγεθος που εκφράζει τις συνθήκες λειτουργίας μέσα σε ένα ρεύμα κυκλοφορίας, όπως τις αντιλαμβάνονται οι οδηγοί και επιβάτες. Ο μέγιστος κυκλοφοριακός φόρτος εξυπηρέτησης (Service Volume) αποτελεί το μέγιστο αριθμό οχημάτων ή πεζών που μπορούν να περάσουν από ένα οδικό στοιχείο σε μια ορισμένη χρονική περίοδο ώστε οι συνθήκες λειτουργίας να διατηρούνται σε μια καθορισμένη στάθμη κυκλοφορίας. Ο συντελεστής ώρας αιχμής ΣΩΑ (Peak Hour Factor) εκφράζει την ομοιομορφία της ζήτησης. Ορίζεται ως ο λόγος του αριθμού των οχημάτων που περνούν από μια διατομή λωρίδας ή οδού σε μια ώρα, προς τον τετραπλάσιο αριθμό των οχημάτων που περνούν από την ίδια διατομή κατά τη διάρκεια των 15 συνεχόμενων λεπτών της ώρας που παρουσιάζουν το μεγαλύτερο φόρτο κυκλοφορίας. ΣΩΑ, μέγιστη τιμή: 1,00 (ομοιομορφία), ελάχιστη τιμή: 0,25 (ανομοιομορφία), τυπική τιμή: 0,85-0,95.
Κυκλοφοριακή ικανότητα Στην περίπτωση του 15λεπτου, ο ΣΩΑ υπολογίζεται από τη σχέση: ΣΩΑ = V/4*V max15 ΣΩΑ = συντελεστής ωριαίας αιχμής, V = ωριαίος φόρτος (οχήματα / ώρα), V max15 = μέγιστος φόρτος 15 συνεχόμενων λεπτών εντός της ώρας. Ο ΣΩΑ μπορεί να καθοριστεί με: Επί τόπου μετρήσεις. Χαρακτηριστικές μετρήσεις σε ορισμένες τυπικές θέσεις μιας πόλης που καλύπτουν όλες τις συνθήκες που είναι πιθανό να παρουσιαστούν στην πόλη. Εκτιμήσεις.
Στάθμες εξυπηρέτησης Έχουν καθιερωθεί από το 1965 στις ΗΠΑ έξι στάθμες εξυπηρέτησης, που χαρακτηρίζονται με τα στοιχεία A έως F και καλύπτουν όλες τις πιθανές συνθήκες λειτουργίας, από τις καλύτερες μέχρι τις χειρότερες. Στάθμη εξυπηρέτησης A: Συνθήκες ελεύθερης ροής με χαμηλούς κυκλοφοριακούς φόρτους και υψηλές ταχύτητες. Στάθμη εξυπηρέτησης B: Σταθερή ροή με ταχύτητες που αρχίζουν να περιορίζονται κάπως από τις κυκλοφοριακές συνθήκες. Στάθμη εξυπηρέτησης C: Η στάθμη C βρίσκεται ακόμα στη ζώνη της σταθερής ροής, αλλά η ταχύτητα και οι ελιγμοί ελέγχονται περισσότερο από τους υψηλότερους κυκλοφοριακούς φόρτους.
Στάθμες εξυπηρέτησης Στάθμη εξυπηρέτησης D: Η στάθμη D πλησιάζει την ασταθή ροή, αλλά διατηρούνται ανεκτές ταχύτητες. Στάθμη εξυπηρέτησης E: Ταχύτητες λειτουργίας μικρότερες και από τη στάθμη D, με κυκλοφοριακούς φόρτους κοντά στην κυκλοφοριακή ικανότητα. Στάθμη εξυπηρέτησης F: Αναγκαστική ροή με μικρή ταχύτητα, όπου οι κυκλοφοριακοί φόρτοι βρίσκονται κάτω από την κυκλοφοριακή ικανότητα.
Παράγοντες που επηρεάζουν την κυκλοφοριακή ικανότητα Οδικές συνθήκες: Πλάτος λωρίδας κυκλοφορίας, ή γενικότερα οδοστρώματος Απόσταση κατακόρυφων εμποδίων Ερείσματα Βοηθητικές λωρίδες στάθμευσης, αλλαγής ταχύτητας (επιτάχυνση, επιβράδυνση), στροφής και αποθήκευσης, πλέξης, ανωφέρειας (για φορτηγά) Κατάσταση επιφάνειας κύλισης Χάραξη οδού Κατά μήκος κλίση Ορατότητα
Παράγοντες που επηρεάζουν την κυκλοφοριακή ικανότητα Κυκλοφοριακές συνθήκες: Ποσοστό φορτηγών αυτοκινήτων Ποσοστό διερχόμενων λεωφορείων Ποσοστό λεωφορείων που σταματούν για επιβίβαση ή αποβίβαση επιβατών Κατανομή κυκλοφορίας ανά λωρίδα Ποσοστό οχημάτων που στρέφουν δεξιά ή αριστερά Διακυμάνσεις της κυκλοφορίας Στάθμευση παρά το κράσπεδο, στάσεις λεωφορείων στην οδό Ροές πεζών Είδος οδηγών (τακτικοί και μη)
Παράγοντες που επηρεάζουν την κυκλοφοριακή ικανότητα Συνθήκες λειτουργίας: Λειτουργία της οδού ως μονόδρομου ή ως οδού δυο κατευθύνσεων Ύπαρξη φωτεινής σηματοδότησης Οδική σήμανση
Ευχαριστώ για την προσοχή σας! Επικοινωνία: atgalanis@uth.gr