design of proposed highway

31
GEOMETRIC DESIGN OF PROPOSED HIGHWAY PROJECT REPORT Submitted by AHMED TOWFEEQULLAH SIDDIQUI (247935) & MOHAMMED SHOAIB (248509) DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING & CONSTRUCTION BRADLEY UNIVERSITY PEORIA, IL

Upload: ahmed-towfeequllah-siddiqui

Post on 14-Jan-2017

239 views

Category:

Engineering


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Design of proposed highway

  

 

 

 

GEOMETRIC DESIGN OF PROPOSED HIGHWAY 

 

PROJECT REPORT 

Submitted by  

AHMED TOWFEEQULLAH SIDDIQUI 

(247935) 

MOHAMMED SHOAIB 

(248509) 

 

 

DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING & CONSTRUCTION 

BRADLEY UNIVERSITY 

PEORIA, IL 

 

 

 

 

 

 

 

Page 2: Design of proposed highway

  

TABLE OF CONTENTS 

 

 

 

LOCATION MAP 

BACKGROUND AND SPECIFICATIONS 

 ALTERNATIVE ROUTES 

SCREENING OF ALTERNATIVE ROUTES 

HORIZONTAL ALIGNMENT 

HORIZONTAL CURVE COMPUTATIONS 

PROFILE (VERTICAL ALIGNMENT) 

VERTICAL CURVE COMPUTATIONS 

CROSS SECTIONS 

  

 

Page 3: Design of proposed highway

  

LOCATION MAP 

       

  The location map indicates the topographic features in the area of the route and selected end points where  connections with  the existing  roads are  to be made. Obviously,  the  route  cannot  be  indicated  until  the  preliminary  design  has  been completed. 

        In  addition,  it  is  usually  important  that  the  location  map  be  properly identified  with  regard  to  state,  country,  municipal,  and  other  jurisdictional boundaries, (including federal) agencies and other interests. In practice, it would also be usual to relate the proposed highway to the regional highway network. 

 

 

 

 

Page 4: Design of proposed highway

  

8 1 9

9 0 0

100

0

950

900

850

8 5 2

E

A

B

11 0 1 1

9 4 0

850

E n d p o in t

E

B E G I N N I N G P O I N T

810

810B

19 9 5

1 0 0 0

850

840

9 7 0

830

840A

BO

ND

ON

ED

RO

AD

800

800

790

790

780780

 

 

Specified end points of proposed highway 

Beginning point – B 

End point ‐ 1 

 

 

 

 

DRAWING NO:        Figure  Title:     LOCATION OF PROPOSED HIGHWAY   SCALE (S) :        As shown  

Page 5: Design of proposed highway

  

BACKGROUND AND SPECIFICATIONS 

        This section provides the basic information which the designer relies upon to select  the  routes  and  undertake  the  design.  The  information  should  be  clearly stated also because it informs others about the base guidelines and assumptions that  have  affected  the outcome.  These  guidelines  and  assumptions may be  the subject  of  future  policy  changes  resulting  from  the  review  of  the  preliminary design but typically do not change during the preliminary design process. 

      In  this  project  the  background  and  specifications  are  presented  in  the following pages: 

 

Introduction and Background: 

The  preliminary  route  selection  and  design  of  the  proposed  highway  is  intended  to  exist  in 

exploring the cost and land use implications of connecting North road with Southwest Road at 

points  B  and  1  respectively,  shown  on  the  location map.  Tentative  analysis  of  future  traffic 

levels has been made,  including  consideration of potential use of  the  state  reservation as an 

environmental research area, with possible public access. 

Objectives: 

In accordance with above background,  it  is  required  to conduct a preliminary  route selection 

and design for a 2  lane highway  in accordance with AASHTO “Rural collector” highway design 

standards.  Two  alternative  routes  initially  investigated.  However,  only  one  Route  is  to  be 

selected for the design process, immediately following a brief screening of both routes. 

Design policy: 

In  addition  to Using  the AASHTO policy  on  geometric  design  for  “rural  collector”  highway  as 

basic design guidelines, several more specific guidelines has been defined within the IDOT and 

general policy,  resulting  from examination or  the environs of highway and  its  likely uses. The 

traffic control devices should be provided in accordance with the latest version of MUTCD and 

local regulations. 

 

 

 

Page 6: Design of proposed highway

  

Design designation: 

Classification               =Rural Collector 

Design speed               =40mph 

ADT (current year)             =0 

ADT (future year)             =4000 

K                 =10%  

D                =60% 

T                 =2% 

Design Controls: 

Design speed, V               =40mph 

Super elevation rate, e(max)          =6% 

Minimum Radius for above V and E        =485 ft 

(Also satisfies stopping sight dist. Requirements for horizontal curves) 

Maximum grade, except at intersections      =6% 

Minimum grade (All locations)         =0.5% 

Maximum Vertical curve K value, drainage criteria =167 

Design vehicle             =WB‐50 

Intersection Geometrics:  Horizontal intersection of proposed route with existing highway should be a minimum 

of 100ft tangent segment as close to 90°as possible to the existing highway, but within 

the range of 75° to 105°. 

Maximum grade (+ or ‐) within 100ft of intersection  

 

 

Lane Requirements:  Two lanes are minimum number of lanes for an adequate design. Therefore, the 

highway will comprise 2‐12ft lanes with 8ft shoulders. 

Page 7: Design of proposed highway

  

ALTERNATIVE ROUTE  

      From the examination of the contours and terrain, two possible routes, A and 

B, were defined, as shown in the figure. In the plan view of these routes, the 

curves have been shown to conform with the minimum required radius. In the 

profiles shown in figure, both alternatives comply with the required controls, and 

Route A is approximately 403ft longer than B. (fig) 

819

900

1000

950

900

850

852

E

A

B

11011

940

850

E n d p oin t

E

B E G IN N IN G P O IN T

810

810B

1995

1000

850

840

970

830

840A

BO

ND

ON

ED

RO

AD

800

800

790

790

780780

ROUTE B

ROUT

E A

 

 

 

 

 

DRAWING NO:        Figure  Title:     ALTERNATIVE ROUTES A & B   SCALE (S) :        As shown  

Page 8: Design of proposed highway

  

 

ROUTE‐A 

Elevations  Cummulative Distance 

845  0 

840  255.73 

830  389.33 

820  539.11 

810  677.67 

800  852 

790  1104.8 

780  1258.79 

770  1444.2 

780  1545.45 

790  1629.51 

800  1724.94 

810  1900.14 

820  2048.71 

830  2116.51 

840  2539.42 

850  2645.84 

860  2970.87 

870  3126.49 

880  3299.36 

890  3409.6 

900  3708.97 

910  3846.4 

920  4032.08 

930  4219.95 

940  4407.03 

950  4559.27 

960  4689.71 

970  4826.07 

980  4930.36 

990  5068.12 

995  5322.29 

 

 

Page 9: Design of proposed highway

  

 

 

ROUTE A 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 10: Design of proposed highway

  

ROUTE‐B 

(DESIGN ROUTE) 

Elevations  Cummulative Distance 

845  0 

840  336.49 

830  529.73 

820  727.16 

810  938.87 

810  1121.88 

820  1233.39 

830  1781.54 

830  2312.28 

820  2417.28 

830  2510.67 

840  2588.7 

850  2717.04 

860  2816.56 

870  2907.1 

880  3111.91 

890  3255.83 

900  3295.93 

910  3423.04 

920  3599.98 

930  3749.73 

940  3869.29 

950  3952.76 

960  4116.65 

970  4350.79 

980  4528.06 

990  4735.71 

1000  4919.92 

 

 

Page 11: Design of proposed highway

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 12: Design of proposed highway

  

SCREENING OF ALTERNATIVES  

Examination  of  the  profiles  of  Routes  A  and  B,  shown  in  figure  ,  indicates  that 

both Routes A and B could provide a vertical profile which would conform with 

the gradient and depth of cut and  fill but  that Route A  requires excessive uphill 

haul.  For  this  and  other  reasons  indicated  in  the  summary  screening  process 

shown in the figure, Route B is the one selected for technical feasibility. 

 

                          SCREEN EVALUATION 

    S No.  CRITERIA 

      ROUTE A  ROUTE B 

1 Length of Route  5322.29 ft  4919 FT 

Conformance with design controls 

Full conformance   

3 Cut and fill balance  There is an even balance 

Excessive cutting is required 

Need for bridges or special structures 

None  None 

5  Environmental impacts  No obvious Environmental impacts 

Excessive cut & fill will lead to 

environmental impacts. 

Potential high cost items 

None  Excessive hauling & digging costs 

involved 

7 Haul direction   Satisfactory 

Excessive uphill hauling. 

 

 

CONCLUSIONS: Route‐A is longer than Route‐B, but Route B requires excessive 

uphill haul and need to dispose of considerable earthwork off the site. 

PROCEEDING WITH THE ROUTE‐A FOR ANALYSIS PURPOSES. 

Page 13: Design of proposed highway

  

 

HORIZONTAL ALIGNMENT 

The  horizontal  alignment  can  be  developed  for  alternative  B  and  the  relevant dimensions and angles computed and checked. The development of tangent and curve  distances  may  then  be  converted  to  stations  and  an  estimate  of  the traverse  closure  made  to  ensure  that  no  gross  errors  have  been  made  in  the scaling of distances and angles. As well as the dimensions of each of the tangent and  curve  segments  of  the  proposed  highway,  the  stations  are  computed  for points along the centerline of the route. 

      Care must  be  taken  to  define  clearly  the  location  of  the  beginning  and  end points of  the proposed  route,  in  this  case assumed  to be  the  centerlines of  the existing highways. Each curve radius is checked for compliance with the minimum allowable radius of 485ft (According to BDE manual). 

      During this preliminary design stage for this class of highway, no attempt has been made to illustrate the use of transition curves, however, the superelevation curve has been designed and calculated and shown on drawings. 

 

 

Page 14: Design of proposed highway

  

STA 1+00

STA 2+00

STA 3+00

STA 4+00

STA 5+00

STA 6+00

STA 7+00

STA 8+00

STA 9 +00

ST A 1 0+00

ST A 1 1+00

STA 12+00

STA 13+00

STA 14+00

STA 15+00

ST A 16 +00

STA 17+00

STA 18+00

STA 19+00STA 20+00

STA 21+00STA 22+00

STA 23+00STA 24+00

STA 25+00STA 26+00

STA 27+00STA 28+00

STA 29+00

STA 30+00

STA 31+00

STA 32+00

STA 33+00

STA 34+00

STA 35+00

STA 36+00

STA 37+00

STA 38+00

STA 39+00

STA 40+00

STA 41+00

STA 42+00

STA 43+00

STA 44+00

STA 45+00

STA 46+00

STA 47+00

STA 48+00

STA 49+00

STA 50+00

STA 51+00

STA 53+22.29STA 53+00

STA 52+00

434.7621

849.4409

660.

7152

STA 0+00

CURVE #1

CURVE #2

CURV

E #

3

81.1156°

41.5167°

63.0

936°

 

 

 

 

 

DRAWING NO:        Figure  Title:     HORIZONTAL ALIGNMENT PROPOSED    CENTRELINE  SCALE (S) :        As shown  

Page 15: Design of proposed highway

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DRAWING NO:        Figure  Title:     HORIZONTAL TOPO     SCALE (S) :        As shown  

Page 16: Design of proposed highway

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DRAWING NO:        Figure  Title:     HORIZONTAL CURVE 1     SCALE (S) :        As shown  

Page 17: Design of proposed highway

  

 

 

 

 

 

DRAWING NO:        Figure  Title:     HORIZONTAL CURVE 2      SCALE (S) :        NA  

Page 18: Design of proposed highway

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DRAWING NO:        Figure  Title:     HORIZONTAL CURVE 3      SCALE (S) :        NA  

Page 19: Design of proposed highway

  

CURVE#1  CURVE#2  CURVE#3 

PC= 6+12.13  PC= 13+42.15  PC= 42+61.18 PT= 10+46.89  PT= 21+91.59  PT= 49+21.89 R=600  R=600  R=600 Rmin= v^2          15(e+fs)  Rmin= 40^2            =485ft         15(0.06+fs)   

Rmin= v^2          15(e+fs)  Rmin= 40^2            =485ft         15(0.06+fs)  

Rmin= v^2          15(e+fs)  Rmin= 40^2            =485ft         15(0.06+fs)  

D= 5729.58    = 9.54°          600 

D= 5729.58    = 9.54°          600 

D= 5729.58    = 9.54°          600 

Δ=L*D       100 Δ=434.76*9.54 =41.47°             100  

Δ=L*D       100 Δ=849.44*9.54 =81.036°             100  

Δ=L*D       100 Δ=660.71*9.54 =63.03°             100  

T= Rtan (Δ/2) T= 600tan (41.47/2) = 230.31’  

T= Rtan (Δ/2) T= 600tan (81.03/2) = 512.44’  

T= Rtan (Δ/2) T= 600tan (63.03/2) = 367.68’  

M= R (1‐cos (Δ/2)) M= 600(1‐cos (41.47/2)) M=22.84’  

M= R (1‐cos (Δ/2)) M= 600(1‐cos (81.03/2)) M=22.91’  

M= R (1‐cos (Δ/2)) M=600(1‐cos (63.03/2)) M=22.68’  

E=R (sec (Δ/2)) E=600(sec (41.47/2)) E=42.68’  

E=R (sec (Δ/2)) E=600(sec (81.03/2)) E=189.05’  

E=R (sec (Δ/2)) E=600(sec (63.03/2)) E=103.69’  

C=2RSin (Δ/2)   C=2*600Sin (41.47/2) C=424.85’  

C=2RSin (Δ/2)   C=2*600Sin (81.036/2) C=779.624’  

C=2RSin (Δ/2)   C=2*600Sin (63.03/2) C=627.26’  

Station  Chord  Cummulative Angle PC = 6+12.13  0  0 7+00  88.72  4.24° 8+00  101.04  9.07° 9+00  101.04  13.9° 10+00  101.04  18.73° PT= 10+46.89  46.89  20.99° (D/2=21°) 

 

 

 

 

DRAWING NO. :  Title : HORIZONTAL CURVE 1,2 & 3 CALCULATION  

Page 20: Design of proposed highway

  

SUPER ELEVATION TRANSITION LENGTH (SETL) 

 

Curve 1 

SUPER ELEVATION TRANSITION LENGTH (SETL):‐ 

Lr = (w*n1)ed*bw 

Δ 

ed  = 5.8% 

Lr = (12*1)5.8*1  = 120’ 

0.58 

Lr =    120’ 

Nc           = 1.5 

Lt   = (Nc/ ed)* Lr 

Lt   = (1.5/ 5.8)* 120 =31.03’ 

Lt = 31.03’ 

SETL=151.03 

I. Start of Tangent Runout: 

12+30.72 

II. Start of Super elevation Runoff: 

12+61.75 

III. Point at which Design Super elevation is attained: 

13+81.75 

IV. Last Point of Full Design Super elevation: 

21+51.4 

 

V. End of Super elevation Runoff: 

22+71.99 

 

VI. End of Tangent Runout: 

23+03.02 

Page 21: Design of proposed highway

  

 

 

 

VERTICAL ALIGNMENT  

Based upon the horizontal alignment established earlier and incorporating any modifications to it, the profile at the centerline of the proposed highway is plotted shown in the figure. The location and length of all vertical curves and of positive gradients are clearly shown. All the controls (maximum grades, maximum and minimum length of curve, maximum vertical cut and fill dimensions, and approximate balance of cut and fill) have been compiled with. The following summarizes the curve selection process: 

The minimum length of the curve is based upon stopping sight distance criterion. 

The maximum length of the curve for this project is based upon the maximum K (=167) value established for the drainage criteria.  

Select a curve length that is equal to or greater than the minimum length for stopping sight distance criteria and equal to or less than the maximum for the drainage criteria. 

If the selected length of curve based upon the above considerations is not acceptable when the overall profile is considered, the profile must be examined and adjusted, and the process repeated until all criteria are met. 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 22: Design of proposed highway

  

 

VERTICAL CUVE #1 COMPUTATIONS(CREST) 

 

 

 

                1.1%                                   ‐5.72% 

 

 

 

 

 

 

Vertical Curve Computations 

Sag(1) Curve ‐Input 

ITEM   SOURCE  VALUE 

G1  Profile  1% 

G2  Profile  5.7% 

PVC  Profile  100 

PVT  Profile  490 

L  Profile  401 

PVI  PVC + L/2  300.5 

A  G2‐G1  6.7 

E  LA/800  3.35 

PVI EI  Profile  874.39 

PVC EI  (PVI EI)‐((G1/100)*(L/2))  841.34 

PVT EI  EL of PVC + (G1/100)*L )+ 4E(X/L)2  831.5 

XTP  G1*L/G2‐G1  59.85 

X: Station  PVC +X  159.85 

XELEV  EL of PVC + (G1/100)*X )+ 4E(X/L)2  841.67 

DRAWING NO.:  TITLE: Vertical Curve 1 computations 

Page 23: Design of proposed highway

  

VERTICAL CURVE #2 COMPUTATIONS (SAG)  

   

 

 

 

 

     ‐5.7%                         5.8% 

 

 

 

 

Vertical Curve Computations 

CREST(1) Curve  ‐Input 

ITEM   SOURCE  VALUE 

G1  Profile  5.7% 

G2  Profile  5.8% 

PVC  Profile  780 

PVT  Profile  2020 

L  Profile  1248.07 

PVI  PVC + L/2  2644.03 

A  G2‐G1  11.5 

E  LA/800  17.94 

PVI EI  Profile  782.43 

PVC EI  (PVI EI)‐((G1/100)*(L/2))  818.00 

PVT EI  EL of PVC + (G1/100)*L )+ 4E(X/L)2  816.00 

XTP  G1*L/G1‐G2  618.57 

X: Station  PVC +X  1398.57 

XELEV  EL of PVC + (G1/100)*X )+ 4E(X/L)2  800.24 

DRAWING NO :  TITLE: Vertical Curve# 2    Computations 

Page 24: Design of proposed highway

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OMMENTS:  

 The Horizontal# 2 and Vertical Sag Curve#2  coincides at PVI = 2600+44.03 

 

 

 

 

 DRAWING NO :  TITLE: Horizontal & Vertical  

Page 25: Design of proposed highway

  

CROSS SECTIONS 

The cross sections are based upon the selected design elements shown in figure that are consistent with the cross section design dimensions described in the background and specifications. Note that the cross section elevations for earthmoving are not the same as the pavement elevations because the pavement thickness must be allowed for. For this highway, we are assuming the total pavement thickness (surface, base, sub base) of 1.5 ft. 

          The cross‐sections are taken at 500‐ft intervals instead of the usual 100‐ft intervals. The 500‐ft intervals are been used to illustrate the process only. In certain instances of preliminary design, this will provide an indication of the extent of the balance between cut and fill but may not always not provide an adequate indication of haul lengths. This latter consideration is not investigated further in this project. 

 

 

 

 

Page 26: Design of proposed highway

  

 

 

 

 DRAWING NO :  TITLE: TYPICAL CROSS SECTIONS  

Page 27: Design of proposed highway

  

 

 

 

 

 

  DRAWING NO :  TITLE:  CROSS SECTIONS 

Page 28: Design of proposed highway

  

 

 

 

Page 29: Design of proposed highway

  

 

 

 

 

 

 

Page 30: Design of proposed highway

  

 

 

 

 

Page 31: Design of proposed highway

  

CRITICAL LENGTH OF GRADE 

 

 

Critical length of grade:   

= 401 + 275 + 1248.07   = 787.51’      4                        4 

 

From length of grade chart for 5.6% grade 10 mph curve ; L = 800 Safe