KARAYOLU GEOMETRİK ELEMANLARININ TASARIMI ANKARA ÜNİVERSİTESİ Tarımsal Yapılar ve Sulama A.B.D. TARIMSAL YOLLAR Yar. Doç. Dr. H. Eylem POLAT Gökçe Çağla ÖZARPAT Nisan 2013

Tasarımın İlkeleri Bir yolun ister köy yolu ister otoyol olsun hizmet ömrü süresince güvenli, hızlı, konforlu ve elverişli olması istenilir. Bu özelliklere sahip bir yol, planlama, tasarım, yapım ve bakım onarım-iyileştirme-yenileme aşamalarında temel mühendislik ölçütlerinin uygulanması ile gerçekleşir. Karayolu tasarımından bahsedebilmek için tasarımın amaçları, tasarımı kısıtlayan etkenler ve tasarım elemanları hakkında bilgi sahibi olmak gerekir. Yol tasarımında etkileşim matrisi adı verilen değerlendirme ölçütü yolu; tasarım amaçları, kıstasları ve tasarım elemanları gibi üç ana unsurun birbiri ile etkileşimini ele alır. Bu matriste; • Tasarım amaçları; güvenlik, elverişlilik, konfor, ekonomi, çevresel kalite, iyileştirebilme veya bakım onarım kolaylıkları, • Tasarım kısıtları; araç, sürücü, trafik, çevre, bileşik etki, • Tasarım elemanları; düşey eksen, yatay eksen, görüş mesafesi, enkesit, yapısal elemanlar, işletme, kaplama yüzeyi, bileşik etkiden oluşur.

BU SUNUMDA KARAYOLU GEOMETRİK ELEMANLARI KAPSAMINDA; Görüş Mesafesi Yatay Eksen Düşey Eksen Yatay ve Düşey Eksen Uyumu bunların tasarım ilkeleri ve kriterleri ile ilgili hususlar incelenecektir.

1.Görüş Mesafesi Taşıtların karayolunda güvenle hareket edebilmeleri için sürücülerin önlerindeki yol kesimini görebilmeleri çok büyük önem taşımaktadır. Karayolunda seyir eden motorlu taşıtların takip ettikleri yörünge ve hızları, yeteneği ve deneyimi oldukça farklı sürücülerin kontrolü altındadır. Yol güvenliği açısından tüm karayollarında sürücünün önünde beklenmeyen bir nesne ile karşılaştığında, ona çarpmadan durabilmesi için gereken Duruş görüş mesafesi ile iki şeritli karayollarında sürücülerin önlerindeki taşıtı geçerken, karşı şeridi çarpışma riski olmadan kullanabilmeleri için gereken Geçiş Görüş Mesafesi tasarımcı tarafından dikkate alınmalıdır. Duruş Görüş Mesafesi: Yol güvenliğini sağlamak amacıyla sürücünün bir tehlikeyi fark edip durabilmesi için ihtiyaç duyduğu süre ve bu sürede hıza bağlı olarak katetmesi zorunlu olan mesafeye denir. Minimum duruş görüş mesafesi reaksiyon süresi ile frenleme süresinin toplamıdır. Geçiş Görüş Mesafesi: İki şeritli karayollarında Bir taşıtın diğer taşıtı güvenli bir şekilde geçebilmesi için gerekli olan minimum mesafedir.

İki Şeritli Karayollarında Geçiş Olanaklarını Arttırma Yöntemleri Dağlık bölgelerdeki iki şeritli karayollarında taıtların geçiş olanağını arttırmak amacıyla, tasarımcı aşağıda belirtilen tasarım yöntemlerini dikkate alarak geçiş şeridi, geçiş cebi, tırmanma şeridi uygulama olanaklarını araştıracaktır. Yatay ve düşey eksen mümkün olduğunca GGM sağlayacak şekilde tasarlanmalıdır. Tasarım hacmi kapasiteye yaklaştığında, taşıtların geçiş olasılığının azalması nedeniyle hizmet seviyesindeki düşüş dikkate alınmalıdır. Rampa boyu kritik eğim boyunu aştığında, tırmanma şeridi yapımı dikkate alınmalıdır. 1. ve 3.ncü kriterlerin uygulanmasına karşın, geçme olasılığının sıklığı ve uzunluğu halen yeterli değil ise geçme şeritli kesimlerin yapımı dikkate alınmalıdır.

Geçiş Şeridi: Geçiş şeritleri, iki şeritli karayollarında geçiş bölgesinin arzu edilen sıklıkta sağlanması veya düşük hızlı ağır taşıtların trafiğe yaptığı müdahalenin ortadan kaldırılması amacıyla 3 veya 4 şerit genişliğinde inşa edilir. Geçiş Cepleri: İki şeritli dağlık karayollarında yapılacak geçiş cepleri ağaç, direk, çalı vb. sabit nesnelerin olmadığı ve yavaş hareket eden taşıtların yoldan dışa doğru çekilerek arkasındaki hızlı taşıtların geçmesine olanak tanımak için yapılan genişletilmiş banket alanlarıdır.

2.Yol Projelerinin Yatay Konum Geometrileri İle İlgili Grafik Unsurları Bir yol projesinin jeodezik anlamda yatay durumdaki biçimi, onun yatay konum geometrisi olup, bu geometriyi tanımlayan çizimler o yolun yatay konum geometrisi ile ilgili grafik unsurları oluşturur. Bir yolun aliyman (doğru hat) ve kurp bölümleri, şerit, banket ve platform durumları bir yol projesinin yatay konum geometrisi ile ilgili grafik unsurları meydana getirir.

Yatay eksendeki konum geometrisini oluşturan aliymanlar ve kurplar üzerindeki noktaların konumları ve tanımları; Proje başlangıcına olan km, m ve cm olarak belirtilen mesafelendirme bilgileriyle (0+430.00, 7+851.40 v.b) Lokal ya da ülke genelinde tanımlanmış jeodezik koordinat değerleri (Y=385000, X=4513200 v.b) şeklinde belirlenir ve tanımlanır. Dolayısı ile, yatay konum geometrisi projelendirilmiş bir yol üzerindeki her nokta başlangıca mesafe ve koordinat değerleri ile tanımlanmış olmaktadır. Aliymanların başlangıç ve son noktalarına ait koordinat değerleri ile tanımlanması, aliyman üzerindeki tüm noktaların konumların tanımlanması için yeterli olmaktadır. Kurplarda ise, kurbun daire, klothoid gibi geometrik türü ile bu geometriyi tanımlayan yarıçap ve sapma açısı gibi değerlerin bilinmesi gerekmektedir.

Şekil de görülen Δ ve R’si bilinen dairesel yatay kurplardaki diğer parametreler aşağıdaki eşitliklerden hesaplanır. Bir yol projesine ait yatay geometride aliyman başlangıç ve son some noktaları, kurp başlangıç ve son noktaları ile kurp merkezinin koordinatları yolun yatay konum geometrisini tanımlayan temel değerler olmaktadır. Bu değerlerin yardımı ile yola ait tüm yatay konum geometrisinin tanımlanması ve grafik gösterimi mümkün olabilmektedir.

2.1. Aliyman Tasarımı Yatay eksen elemanı olup, karayolun doğrusal kesimlerini oluşturmaktadır. Aliyman uzunluğunun fazla olması durumunda; Sürücülerin aşırı hız yapmasına olanak tanımaktadır. Karşıdan gelen veya takip eden taşıtların hız ve mesafelerini tayin edilmesi zorlaşmaktadır. Gece seyahatlerinde karşıdan gelen taşıt farları sürü konfor ve güvenliğini olumsuz yönde etkilemektedir. Doğu- Batı yönünde sabah güneş doğarken ve akşam güneş batarken sürücü güneş ışığından etkilenmektedir. Monoton sürüş şartları sürücüde dikkat dağılımı ve yorgunluğa neden olabilmektedir. Yeterli geçiş görüş mesafesinin sağlanması güçleşmektedir. Aliyman-kurp-aliyman ilişkisinde bağımsız aliyman uzunluğu sağlanamamaktadır. Kapasite azalmaktadır. Yatay eksen tasarımında bağımsız aliymanların oluşturulmasına özen gösterilmeli, gece sürüş şartlarında far ışıklarından sürücülerin etkilenmemesi için sabit eğimli aliymanların uzunluğunun tasarım hızının 20 katını geçmemesine gayret edilmelidir.

2.2. Dever Tasarımı Yatay kurpta güvenlik ve konforun sağlanabilmesi için uygun dever tasarımı gereklidir. Yatay kurpta hareket eden taşıtlar merkezkaç kuvvetinin etkisi ile dışa doğru savrulmaya zorlandıklarından, yapılacak uygun dever tasarımı ile savrulmanın güvenlik ve konfor üzerindeki olumsuz etkileri giderilmelidir. Maksimum Dever: Yatay kurptaki maksimum dever miktarı yol platformunun maksimum yanal eğimi olup, Devlet yolları için kabul edileilir maksimum dever %8 olarak alınacaktır.Kar ve donun etkili olduğu bölgelerde maksimum dever %6 alınabilir. Rekordman Boyu: Kurpta dever uygulamasının konfor güvenlik, drenaj ve estetik ihtiyaçlara cevap verebilmesi için aliymanda çatı eğimi ile başlayıp kurbun içinde belirli bir noktada maksimum devre ulaşacak şekilde aşamalı bir geçiş yapılmalıdır. Bu geçişin yapıldığı mesafe dever rekortman boyu olarak tanımlanmaktadır.

2.3. Kurp Tasarımı Taşıtların bir aliymandan diğer bir aliymana geçişlerinde, geçişin rahat ve düzgün olmasını sağlamak amacıyla aliymanlar arasına bir eğri yerleştirilir. Bu eğri R yarıçaplı bir daire olabileceği gibi birkaç dairenin birleşimi ya da üçüncü dereceden bir eğri olabilir.

Yatay Konum Geometrisinin Projelendirilmesinde Bazı Temel Kriterler 1. Yatay konum geometrisinin projelendirilmesinde yolda sağlanması istenen proje hızı, yolun geçeceği arazinin topoğrafik yapısı, emniyet, estetik gibi unsurlar belirleyici etken olmaktadır. Yolların yatay konum geometrilerinin tasarımında, aşağıda belirtilen hususların göz önünde bulundurulması önerilmektedir. Seçilen proje hızına bağlı olarak tespit edilen minimum kurp yarıçapı ancak şartların zorladığı durumlarda kullanılmalıdır. Şartlar elverdiği sürece büyük yarıçaplı kurplar tercih edilmelidir. 2. Uzun aliymanların sonuna küçük yarıçaplı kurpların konulmasındankçınılmalıdır. Aksi takdirde uzun aliymanda iyice hızlanma eğilimindeki bir taşıtın küçük yarıçaplı kurpta yoldan çıkma ve devrilme riski ortaya çıkacaktır. 3. Yatay kurplar arasına çok uzun ve çok kısa kurplar konulmasından kaçınılmalıdır. 4. Aynı yönde birbirini takip eden kurpların konulmasından kaçınılmalı, konulması gerekli ise aynı yöndeki kurplar arasındaki aliyman uzunluğu dikkate alınacak şekilde kurplar yerleştirilmelidir. 5. Büyük yarıçaplı kurplardan küçük yarıçaplı kurplara aniden geçilmemelidir. Küçük yarıçaplı kurp konulacak yere ulaşılmadan önce kurp yarıçapları aşamalı olarak azaltılmalıdır.

6. Keskin yatay kurpların olmaması için yatay eksenlerinin sapma açıları olabildiğince küçük tutulmaya çalışılmalıdır. Sapma açılarının küçük tutulması mümkün değil ise kurbun yarıçapı büyük seçilerek bu olumsuzluk olabildiğince giderilmeye çalışılmalıdır. 7. Uzun ve özellikle yüksek dolguda geçen kesimlerinde keskin kurplar kullanılmamalıdır. Bu kesimlerde keskin kurpların yapılması kaçınılmaz ise gerekli güvenlik önlemleri önerilmelidir. 8. Kombine (farklı yarıçaplı) kurpların kullanımında dikkatli olunmalıdır. 9. Yatay kurplar arasına çok uzun ve çok kısa aliymanların konulmasından kaçınılmalıdır. Genel bir kural olarak yollarda, proje hızının 20 katından daha fazla uzunluğa sahip aliymanlar uzun ve 6 katından daha az olan aliymanlar ise kısa olarak kabul edilmektedir. Uzun aliymanlarda sürücülerin hızlarını artırması ve kısa aliymanlarda ise geçiş olanaklarının kısıtlanması nedenleriyle kaza riski yükselmektedir. 10. Arazi topoğrafyasının da müsaade etmesi koşuluyla seçilecek yatay kurbun açık ve görüşü olmasına çalışılmalıdır. Ard arda gelen açık ve kapalı yatay kurplardan kapalı olanları diğerlerine oranla mümkünse biraz daha büyük yarıçaplı olmalıdır, v.b.

3. Yol Projelerinin Düşey Konum Geometrileri İle İlgili Grafik Unsurları Bir yol projesinin düşey konumu da eğimli hatlardan ve bu hatları birleştiren düşey kurplardan oluşur. Düşey geometrinin tasarımında, ekonomik şartlar, drenaj, estetik, yol güvenliği gibi faktörlerle birlikte yatay eksenle olan ilişkileri de göz önünde bulundurulur. Düşey kurplar farklı eğimdeki ardışık iki kırmızı hattı birbirine bağlayan eğriler olup, büyük yarıçaplı daire veya parabolik eğrilerden oluşmaktadır.

Düşey kurplar, birleştikleri düşey aliyman kesimlerinin eğimlerinin cebirsel farkına bağlımolarak dere düşey kurp (açık düşey kurp) ve tepe düşey kurp (kapalı düşey kurp) olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Düşey kurbun elemanları ve bu elemanlarla ilgili hesaplamalar aşağıda verilmiştir. g1 ve g2 ana parametreler, d ve E hesaplanan parametreler; g1 ve g2 = Aliymanların cebrik değerleri L = Düşey kurbun yatay izdüşümdeki uzunluğu N = Eğim üzerindeki herhangi bir nokta l = N noktasının en yakın teğet noktasına olan yatay mesafesi E = Eğimlerin kesiştikleri S noktasının düşey kurp üzerindeki izdüşümüne olan mesafesi d = Eğim üzerindeki bir N noktasının düşey kurp üzerindeki izdüşümüne olan mesafesi G = (g1-g2) eğimlerin cebrik farkı Düşey kurp üzerindeki d ve E’nin hesabı;

Düşey kurp üzerindeki noktaların yatay konumları yatay konumuna göre belirlenirken, düşey konumları ise aliymanların kesiştikleri some noktasının düşey kurp üzerindeki izdüşümüne olan mesafesi ile ya da aliymanlar üzerindeki bir noktanın düşey kurp üzerindeki izdüşümüne olan mesafesinin yardımı ile yukarıdaki bağıntılardan hesaplanır. Düşey konum geometrisinin belirlenmesinde ana etken olan kırmızı hat belirlenirken aşağıdaki hususların göz önünde bulundurulması önerilmektedir (KGM, 2005). Yarma ve dolgu hacimleri dengeli olmalıdır. Yeraltı su seviyeleri göz önünde bulundurulmalıdır. Yol kotları menfez ve/veya su kabarma seviyelerinin yeterince üzerinde olmalıdır. Düşey eksen çizgisi yol, kavşak v.b bağlantı noktalarının kotu ile uyumlu olmalıdır.

Düşey Konum Geometrisinin Projelendirilmesinde Bazı Temel Kriterler Düşey konum geometrisinin oluşturulmasında yolda sağlanması istenen ekonomik şartlar, drenaj, estetik, arazinin topoğrafik yapısı, yol güvenliği v.b gibi faktörlerin yanında bu konu ile ilgili olarak literatürlerde aşağıdaki unsurlar temel kriterler olarak verilmektedir. 1. Yol geometrik standartlarında yolun sınıfına göre tespit edilmiş olan maksimum boyuna eğim göz önünde tutulmalıdır. 2. Karayolunun tipine, sınıfına ve arazinin karakterine göre yavaş yavaş değişen yumuşak eğimler ile her zaman için sık sık kırılan kısa boydaki eğimler tercih edilmelidir. 3. Aynı yönlü iki düşey kurp arasına kısa aliyman konulmasından kaçınılmalıdır. Konulması kaçınılmaz ise, düşey kurbun boyu uzatılarak kırıklık giderilip yol güvenliği arttırılmalıdır. 4. Kazılarda, gerekli drenajın sağlanmadığı kesimlerde düşey kurplardan kaçınılmalıdır. 5. Sık sık değişen kısa uzunluktaki eğimler yerine arazi topoğrafyasına uyumlu eğriler tercih edilerek yol güvenliği açısından mümkün olduğunca düşük eğimlerin kullanılmasına çalışılmalıdır. 6. Uzun iniş eğimli ve sürekli eğim değiştiren kırmızı hat geçkilerinden

mesafesi sağlanmalıdır. Yatay ve Düşey Konum Geometrilerinin Birlikte Tasarlanmasındaki Kriterler Bir yolun yatay ve düşey konum geometrisi birbirinden bağımsız olarak düşünülemez. Çünkü yatay ve düşey eksenin her ikisi de her zaman birbirini tamamladığından, her ikisinin uyumu birlikte düşünülmeden hazırlanan projelerde istenmeyen durumlar ortaya çıkacaktır. Yolun plan ve profili karayolunu oluşturan en önemli ve kalıcı proje unsurları olmaları nedeniyle üzerlerinde çok çalışılması gerekmektedir. Bu nedenle yatay ve düşey eksenin uygun birleşimi için aşağıdaki genel kurallara uyulmalıdır (KGM, 2005). 1. Büyük yarıçaplı yatay kurplarla, dik ve uzun kırmızı hatlar, yatık kırmızı hatlarla küçük yarıçaplı yatay kurpların birlikte kullanılmasından kaçınılmalıdır. 2. Kapalı düşey kurplara veya yakınlarına keskin yatay kurplar getirilmemelidir. 3. Açık düşey kurbun en düşük kotuna veya yakınına keskin yatay kurplar getirilmemelidir. 4. Kavşaklara yaklaşırken araçların yavaşlama ve durma ihtiyaçları için yatay ve düşey kurplar mümkün olduğunca büyük yarıçaplı olmalı ve gerekli görüş mesafesi sağlanmalıdır. 5. İki şeritli yollarda, emniyetli geçme mesafesinin gereksinimi gözden geçirilmelidir.

6. Bölünmüş yollarda, proje ve sürüş avantajı sağlayacak ise değişken refüj genişlikleri ve her iki istikamet için farklı yatay ve düşey eksen uygulaması yapmak mümkündür. 7. Yatay kurp ile düşey kurp çakışmak zorunda ise, her iki kurbun uzunluğu birbirine eşit, mümkünse kurp başlangıcı ile bitişi aynı noktada olmalı ve her ikisinin some noktası çakıştırılmalıdır. 8. Yatay kurpların içinde düşey kurp uygulaması gerektiğinde, yol güvenliğine olan etkisinin incelenmesi koşuluyla, düşey ve yatay kurpların çakıştırılması genellikle daha iyi görünüm sağlamaktadır. 9. Düşey tepe kurplarda yapılacak köprü yerleşimlerinde, köprü çıkışındaki yatay kurbun görünmesini engelleyen tasarımlardan kaçınılmalıdır. Bu şartlarda görüşü sağlamak amacıyla köprü yerleşiminin kurp içine alınması uygun olacaktır.

Yatay ve Düşey Konum Geometrilerinin Birlikte Tasarlanmasındaki Kriterler Bir yolun yatay ve düşey konum geometrisi birbirinden bağımsız olarak düşünülemez. Çünkü yatay ve düşey eksenin her ikisi de her zaman birbirini tamamladığından, her ikisinin uyumu birlikte düşünülmeden hazırlanan projelerde istenmeyen durumlar ortaya çıkacaktır. Yolun plan ve profili karayolunu oluşturan en önemli ve kalıcı proje unsurları olmaları nedeniyle üzerlerinde çok çalışılması gerekmektedir. Bu nedenle yatay ve düşey eksenin uygun birleşimi için aşağıdaki genel kurallara uyulmalıdır 1. Büyük yarıçaplı yatay kurplarla, dik ve uzun kırmızı hatlar, yatık kırmızı hatlarla küçük yarıçaplı yatay kurpların birlikte kullanılmasından kaçınılmalıdır. 2. Kapalı düşey kurplara veya yakınlarına keskin yatay kurplar getirilmemelidir. 3. Açık düşey kurbun en düşük kotuna veya yakınına keskin yatay kurplar getirilmemelidir.

4. Kavşaklara yaklaşırken araçların yavaşlama ve durma ihtiyaçları için yatay ve düşey kurplar mümkün olduğunca büyük yarıçaplı olmalı ve gerekli görüş mesafesi sağlanmalıdır. 5. İki şeritli yollarda, emniyetli geçme mesafesinin gereksinimi gözden geçirilmelidir. 6. Bölünmüş yollarda, proje ve sürüş avantajı sağlayacak ise değişken refüj genişlikleri ve her iki istikamet için farklı yatay ve düşey eksen uygulaması yapmak mümkündür. 7. Yatay kurp ile düşey kurp çakışmak zorunda ise, her iki kurbun uzunluğu birbirine eşit, mümkünse kurp başlangıcı ile bitişi aynı noktada olmalı ve her ikisinin some noktası çakıştırılmalıdır. 8. Yatay kurpların içinde düşey kurp uygulaması gerektiğinde, yol güvenliğine olan etkisinin incelenmesi koşuluyla, düşey ve yatay kurpların çakıştırılması genellikle daha iyi görünüm sağlamaktadır. 9. Düşey tepe kurplarda yapılacak köprü yerleşimlerinde, köprü çıkışındaki yatay kurbun görünmesini engelleyen tasarımlardan kaçınılmalıdır. Bu şartlarda görüşü sağlamak amacıyla köprü yerleşiminin kurp içine alınması uygun olacaktır.