قوس و انواع آن در طراحی مسیر راه ها

در اصطلاح قوس یا خم به بخشی از مسیر که، به لحاظ هندسی از شکل خط مستقیم خارج شده و به شکل منحنی یا خمیده در می آید گفته می شود. در طراحی مسیر به طراحی قوس توجه ویژه می شود زیرا؛ چگونگی طراحی قوس های یک مسیر، بر کیفیت تردد و ایمنی مسیر اثر گذار است. در طراحی قوس، دو نوع قوس مطرح است،قوس افقی و قوس قائم که هر یک دارای انواع مختلفی هستند. در طراحی قوس توجه به سرعت طرح و ویژگی های زمین اهمیت زیادی دارد.

قوس افقی

مهندسین طراح برای ایجاد سهولت و افزایش ایمنی در رفت و آمد وسایل نقلیه در جاده ها، به جای استفاده از خطوط شکسته در طراحی مسیر، از یک مسیر منحنی استفاده می کنند. این مسیر منحنی که؛ برای اتصال خطوط متقاطع یک مسیر مورد استفاده قرار می گیرد؛ در اصطلاح راه سازی و نقشه برداری قوس افقی نامیده می شود. لازم به ذکر است، چنانچه زاویه ما بین دو امتداد مسیر از 30 دقیقه کوچکتر باشد، طراحی قوس افقی در مسیر ضرورت نخواهد داشت.

شعاع قوس

 در طراحی قوس، شعاع آن اهمیت زیادی دارد. در طراحی مسیر تا حدی که ویژگی های زمین و موانع موجود اجازه دهد، شعاع قوس افزایش داده می شود؛ زیرا افزایش شعاع قوس باعث افزایش ایمنی و کاهش طول مسیر می گردد. لازم به ذکر است، در مسیر هایی مانند بزرگراه این موضوع اهمیت بیشتری دارد؛ زیرا از کاهش سرعت وسایل نقلیه جلوگیری می کند.

بر بلندی

از دیگر ویژگی هایی که در طراحی قوس اهمیت می یابد، شیب عرضی است. وسایل نقلیه در هنگام عبور از قوس تحت تاثیر نیروی گریز از مرکز قرار گرفته و به سمت خارجی قوس، سوق پیدا می کنند؛ به منظور خنثی نمودن این نیرو، در طراحی قوس، به عرض راه، شیب عرضی داده می شود. این شیب عرضی اصطلاحا “بر بلندی” نامیده می شود. به جهت تامین ایمنی و راحتی حرکت وسایل نقلیه، در طراحی قوس های مسیر، بر بلندی بر اساس سرعت طرح مشخص می گردد. البته باید توجه داشت، وسایل نقلیه همیشه در هنگام عبور از قوس سرعت بالایی ندارند و به هنگام شلوغی راه و یا در هنگام بارش برف و باران و یا یخبندان ممکن است، کاهش سرعت و کاهش ضریب اصطکاک بین سطح جاده و چرخ های وسایل نقلیه وجود داشته باشد که؛ در این حالت احتمال سر خوردن وسایل نقلیه به داخل قوس به واسطه بر بلندی وجود دارد؛ از این جهت حداکثر بربلندی در قوس محدود شده است. براساس استاندارد های تعیین شده، هنگام طراحی قوس در انواع راه ها، حداکثر بر بلندی نباید از 12 درصد تجاوز نماید.

انواع قوس افقی

انواع مختلفی از قوس های افقی در طراحی مسیر راه ها مورد استفاده قرار می گیرد؛ از پر کاربرد ترین و مهم ترین انواع این قوس ها می توان به قوس های دایره ای ساده، دایره ای مرکب، دایره ای معکوس، و منحنی های اتصال (کلوتوئید )اشاره کرد.

قوس دایره ای ساده: قوسی است که، توسط یک کمان دایره ای شکل، دو قسمت مستقیم یک جاده را به یکدیگر متصل می کند.

قوس دایره ای مرکب: قوسی است که، از قرار گرفتن دو یا تعداد بیشتر قوس دایره ای  ساده هم جهت با شعاع های مختلف در یک راستا ایجاد شده است. در طراحی مسیر استفاده از قوس دایره ای ساده اولویت دارد.

قوس دایره ای معکوس: قوسی است که، از قرار گرفتن دو یا تعداد بیشتری قوس دایره ای ساده، با جهت های مختلف در یک مسیر است که؛ به دلیل تامین بربلندی( با توجه به تغییر جهت قوس، جهت شیب عرضی نیز تغییر می کند) قطعه ای مستقیم در فاصله مابین آنها در نظر گرفته می شود.

قوس منحنی اتصال:قوسی است که، به منظور اتصال دو قوس افقی با اختلاف شعاع قابل توجه و یا اتصال یک قوس افقی دایره ای، با شعاع کم به مسیر مستقیم، به منظور افزایش ایمنی راه، از آن استفاده می شود.

قوس قائم

 در طراحی مسیر  اتصال سربالایی ها و سرپایینی های راه، به وسیله قوس قائم انجام می شود. استفاده از قوس قائم، در طراحی مسیر، به منظور سهولت و ایمنی حرکت، در محدوده اتصال راستاهای متقاطع  دو مسیر  دارای شیب است. چنانچه حاصل تفاضل قدر مطلق دو شیب کمتر از 0.5 درصد شود، طراحی قوس قائم در مسیر ضرورت نخواهد داشت. لازم به ذکر است غالبا در طراحی مسیر، قوس های سهموی استفاده می شود.

طول خم

مهمترین ویژگی یک قوس قائم در طراحی مسیر،  طول خم است. طول خم مشخص کننده میزان دید راننده است که، در نتیجه ایمنی مسیر به آن وابسته است. در تعیین طول خم به سرعت طرح و شیب مسیر توجه می شود.

قوس قائم انواع مختلفی دارد که پرکاربردترین و مهمترین آنها قوس محدب یا گنبدی و قوس مقعر یا کاسه ای است.

قوس محدب: قوس محدب، قوسی است که، حالت برآمده داشته باشد و محل تقاطع شیب های طرفین در بالا قوس قرار گیرد. به طور کلی، میزان دید در این خم در شب و روز تفاوت خاصی ندارد و از این جهت ایمن تر از قوس مقعر می باشد.

قوس مقعر: قوس مقعر، قوسی است که، بر خلاف قوس محدب، مالت فرو رفته داشته باشد و محل تقاطع شیب های طرفین در پایین قوس قرار گیرد. قوس مقعر در روز به دلیل وجود روشنایی کافی دید راننده را محدود نمی کند، اما در تاریکی، فاصله ای که توسط نور چراغ های راننده در این خم روشن می شود، محدود است.