THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ

TỔNG CÔNG TY XÂY DỰNG TRƯỜNG SƠN TRƯỜNG TRUNG HỌC CẦU ĐƯỜNG VÀ DẠY NGHỀ THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ NĂM 2007 TRƯỜNG TRUNG HỌC CẦU ĐƯỜNG VÀ DẠY NGHỀ NGUYỄN TIẾN SỸ THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ Tài liệu dùng cho giảng dạy học tập hệ THCĐ thời gian đào tạo 24 tháng HÀ TÂY - NĂM 2007 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Trang Chương MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƯỜNG Ô TÔ 1.1 Vai trò đường ô tô giao thông vận tải 1.2 Các phận đường ô tô 1.3 Quan hệ ô tô đưòng 1.4 Trích dẫn yêu cầu thiết kế đường ô tô theo TCVN 4054-2005 Chương THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN ĐƯỜNG 2.1 Những khái niệm 2.2 Thiết kế yếu tố kỹ thuật đường cong nằm 2.3 Sự phối hợp đoạn thẳng đoạn cong bình đồ 2.4 Phối hợp tuyến đường cảnh quan Chương THIẾT KẾ TRÊN MẶT CẮT DỌC TUYẾN ĐƯỜNG 3.1 Định nghĩa yêu cầu mặt cắt dọc 3.2 Chọn độ dốc chiều dài dốc 3.3 Thiết kế đường cong đứng 3.4 Giảm độ dốc dọc đường cong nằm có bán kính nhỏ 3.5 Trắc dọc nơi có công trình nhân tạo 3.6 Các phương pháp thiết kế trắc dọc Chương THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG NỀN ĐƯỜNG 4.1 Khái niệm mặt cắt ngang đường 4.2 Các quy định mặt cắt ngang (Theo TCVN 4054 - 2005) 4.3 Các yêu cầu chung thiết kế đường 4.4 Đất đắp đường 4.5 Thiết kế mặt cắt ngang đường 4.6 Các loại biến dạng đường 4.7 Gia cố ta luy Chương TÍNH KHỐI LƯỢNG NỀN ĐƯỜNG,ĐIỀU PHỐI VÀ VẬN CHUYỂN ĐẤT 5.1 Tính khối lượng đất đá 5.2 Điều phối vận chuyển đất đá Chương THIẾT KẾ THOÁT NƯỚC 6.1 Quy hoạch hệ thống công trình thoát nước 6.2 Hệ thống thoát nước mặt 6.3 Hệ thống thoát nước ngầm Chương THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG 7.1 Yêu cầu chung cấu tạo kết cấu áo đường 7.2 Phân loại áo đường 7.3 Thiết kế cấu tạo áo đường mềm 7.4 Tính toán cường độ bề dày áo đường mềm 7.5 Thiết kế áo đường cứng (áo đường bê tông xi măng) Chương KHẢO SÁT TUYẾN ĐƯỜNG Ô TÔ 8.1 Mục đích, nhiệm vụ giai đoạn khảo sát đường ô tô 8.2 Khảo sát để lập báo cáo tiền khả thi lập báo cáo khả thi 8.3 Khảo sát để lập thiết kế kỹ thuật (Hoặc TKKT thi công) 8.4 Khảo sát để lập thiết kế vẽ thi công 8.5 Khảo sát đường hữu TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI NÓI ĐẦU Nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy, học tập nhà trường kịp thời cập nhật tiêu chuẩn, quy trình vào trình giảng dạy, trường THCĐ &DN tổ chức biên soạn chỉnh lý lại giáo trình: Thiết kế đường ô tô dùng cho hệ THCN ngành cầu đường bộ, với thời gian đào tạo 24 tháng Giáo trình thiết kế đường ô tô gồm chương biên soạn chỉnh lý theo chương trình đào tạo THCĐ 24 tháng Tổng giám đốc TCTXD Trường Sơn phê duyệt Trong trình biên soạn chỉnh lý giáo trình Thiết kế đường ô tô lần này, cố gắng lược bỏ bổ sung nội dung cần thiết, cô đọng, vận dụng quy trình, quy phạm, tiêu chuẩn kỹ thuật vào phần để có sách sát với thực tế Quá trình biên soạn chỉnh lý giáo trình Thiết kế đường ô tô nhận tham gia đóng góp ý kiến quý báu đồng chí cán giáo viên nhà trường: Đặng Công Tôn; Nguyễn Văn Bản; Nguyễn Đình Hoàng; Nguyễn Văn Doanh đồng nghiệp khác nhà trường Dù chỉnh lý biên soạn lại không tránh khỏi thiếu sót Chúng mong muốn nhận nhiều ý kiến đóng góp đông đảo bạn nhà trường Mọi ý kiến đóng góp xin gửi Khoa Cầu Đường –Trường THCĐ&DN Chúng cảm ơn ý kiến đóng góp bạn Tháng 1năm 2007 TÁC GIẢ MỞ ĐẦU Thiết kế đường ô tô môn học chuyên ngành chương trình đào tạo kỹ thuật viên ngành cầu đường Nội dung môn học nghiên cứu nguyên lý phương pháp thiết kế tuyến đường, công trình đường để đảm bảo cho đường ô tô thực vai trò hệ thống giao thông vận tải cách tốt Nội dung môn học bao gồm: -Những khái niệm chung đường ô tô: Các phận đường; Quan hệ ô tô đường; Một số trích dẫn TCVN 4054-2005 -Phương pháp thiết kế: Bình đồ, mặt cắt dọc, mặt cátd ngang đường, thiết kế thoát nước, thiết kế mặt đường mềm (đối với mặt đường cứng có tính chất giới thiệu) -Cách tính toán khối lượng đường, cách điều phối vận chuyển đất -Nội dung công tác khảo sát tuyến đường ô tô Môn học có thời gian 80 tiết gồm chương ( chương giới thiệu phần thực tập khảo sát thiết kế) để bổ trợ, ứng dụng vào thực tiễn sau chương trình khảo sát thiết kế trường với thời gian tuần Cụ thể sau: -Một số khái niệm chung đường ô tô -Thiết kế bình đồ tuyến đường -Thiết kế mặt cắt dọc tuyến đường -Thiết kế mặt cắt ngang đường -Tính khối lượng đường, điều phối vận chuyển đất -Thiết kế thoát nước -Thiết kế áo đường Vì môn học “Thiết kế đường ô tô” môn khoa học có tính chất tổng hợp nội dung đề cập đến nhiều vấn đề nên học làm công việc thiết kế đường phải có quan điểm tổng hợp, xét toàn diện nhân tố ảnh hưởng, không nặng tính toán mà phải trọng biện pháp cấu tạo, biện pháp kỹ thuật, không đáp ứng yêu cầu đường cách cứng nhắc mà phải giải điều kiện thiên nhiên cụ thể Phải có quan điểm kinh tế - kỹ thuật – xã hội, nghĩa tiết kiệm sở đảm bảo yêu cầu kỹ thuật yêu cầu phục vụ rộng rãi đường, phải luôn ghi nhớ mục tiêu thiết kế đường an toàn – tiện lợi – kinh tế Nhưng phạm vi giáo trình với mục đích đặt môn học trang bị cho học viên kiến thức công tác thiết kế, biết vận dụng quy trình quy phạm để thiết kế tuyến đường không phức tạp, nên không sâu vào số vấn đề có tính chất chuyên sâu Khi nghiên cứu môn học học viên trang bị kiến thức môn học như: Đo đạc công trình; Vật liệu xây dựng; Thuỷ lực thuỷ văn; Vẽ kỹ thuật… sở cho học viên tiếp thu kiến thức giáo trình Đồng thời với việc nắm vững kiến thức học viên phải biết vận dụng vào thực hành thực tập khảo sát thiết kế đường, thực tế thi công cầu đường công trường Ngoài để hoc tập tốt môn học này, học viên cần tham khảo thêm tài liệu sau: -Các tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô -Các định hình thiết kế cống, tường chắn… -Các vẽ thiết kế hành CHƯƠNG MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƯỜNG Ô TÔ 1.1 Vai trò đường ô tô giao thông vân tải: Trong hình thức vận tải: Vận tải thuỷ, vận tải hàng không, vận tải đường sắt,vận tải đường vận tải đường phận quan trọng ngành vận tải Vận tải đường chủ yếu đường ô tô có vai trò quan trọng có đặc điểm sau: -Có tính động cao vận chuyển trực tiếp không cần qua phương tiện trung gian - Đường ô tô đòi hỏi vốn đầu tư đường sắt, độ dốc dọc lớn nên đến nơi có địa hình hiểm trở Vì mặt trị, quốc phòng ngành vận tải quan trọng -Tốc độ vận tải lớn nhanh đường thuỷ, tương đương đường sắt, cự ly ngắn trục đường cấp cao cạnh tranh với hàng không - Cước phí vận tải rẻ nhiều so với đường hàng không nên lượng vận chuyển hành khách hàng hoá đường chiếm tỷ trọng lớn Tuy nhiên nhược điểm lớn vận tải ô tô tai nạn giao thông cao Hàng năm số người chết, bị thương không giảm có xu hướng tăng lên Theo thống kê tổ chức y tế giới WHO hàng năm giới có 1,2 triệu người chết hàng chục triệu người bị thương, nước ta năm gần hệ thống đường đầu tư đáng kể tai nạn giao thông hàng năm cướp hàng chục nghìn sinh mạng năm Từ đặc điểm người làm công tác thiết kế phải có giải pháp cần thiết phù hợp để thiết kế tuyến đường cho phương tiện tham gia giao thông đường an toàn, thuận lợi, kinh tế, giảm thiểu tối đa tai nạn giao thông 1.2 Các phận đường ô tô: * Khái niệm đường ô tô: Đường ô tô sản phẩm nghành xây dựng công trình giao thông, dải không gian gồm nhiều phận , tổng hợp công trình trang thiết bị nhằm phục vụ giao thông đường nhanh chóng thuận tiện, an toàn Thông thường truyến đường ô tô thường thể vẽ bản: Bình đồ, Mặt cát dọc, Mặt cắt ngang Nội dung cụ thể việc thiết kế vẽ nghiên cứu chương sau Để thuận lợi cho việc thiết kế tuyến đường cần phải nắm phận đường ô tô thông qua việc xét mặt cắt ngang đường (Hình 2- 1) 2 h×nh 1-1 1.Phần xe chạy 2.Lề đường Mái đường 4.Dải đất ven đường 5.Nền đường 6.Tim đường 7.Vai đường 8.Mép phần xe chạy 9.Đỉnh mui luyện 1.2.1 Tim đường: Tim đường trục đối xứng đường mặt đường (Trừ trường hợp đường cong phải mở rộng mặt đường đường) Nối điểm tim đường đoạn tuyến thành tuyến đường đoạn tuyến Tập hợp điểm tim đường đường cong không gian, gồm đoạn thẳng nối tiếp với đoạn cong (Trên bình đồ) đoạn đoạn dốc (Trên cắt dọc) 1.2.2 Phần xe chạy: Còn gọi phần mặt đường, phận quan trọng đường phải chịu tác dụng trực tiếp xe chạy tác dụng thiên nhiên nên thường tăng cường loại vật liệu khác Mặt đường gồm số nguyên xe: từ nhiều xe tuỳ theo cấp kỹ thuật đường ô tô (Bề rộng xe từ 2,75 m - 3,75m) 1.2.3 Nền đường: Nền đường phần tảng xe chạy, phận chống đỡ đảm bảo cường độ phần xe chạy ổn định chịu tác dụng nhân tố tự nhiên Nền đường bao gồm: phần xe chạy, lề đường; cần thiết có bố trí giải phân cách, xe phụ… 1.2.4 Lề đường: Trên bề mặt đường hai bên phần xe chạy lề đường Lề đường có tác dụng chắn giữ vật liệu xây đắp thành mặt đường, chỗ đỗ xe tạm thời, chỗ dành cho xe thô sơ người qua lại lề đường tối thiểu rộng 1,5m có gia cố phần lề đất tối thiểu phải đạt 0,5m 1.2.5 Mép mặt đường: Là đường ranh giới lề đường mặt đường 1.2.6 Ta luy đường: Phần giới hạn hai bên bề mặt đường gọi mái đường (Ta luy).Tuỳ theo điều kiện địa hình thiết kế mà có ta luy đào hay ta luy đắp Độ dốc mái ta luy vào vào chiều cao đào đắp, địa chất, khí hậu, thuỷ văn 1.2.7 Mốc lộ giới: Là chỗ cọc mốc cắm mép khoảng đất hành lang đường theo chiều ngang đường 1.3 Quan hệ ô tô đường 1.3.1 Tác dụng ô tô mặt đường: 1.3.1.1 Tác dụng lực thẳng đứng (Trọng lực ô tô): Lực thẳng đứng bao gồm tự trọng tải trọng ô tô tác dụng xuống mặt đường đường thông qua mặt tiếp xúc bánh xe mặt đường Áp lực đơn vị mặt tiếp xúc phụ thuộc vào lớn, nhỏ tải trọng áp lực không khí bánh xe Tác dụng lực thảng đứng thường gây cho mặt đường bị lún rạn nứt 1.3.1.2 Sự hãm xe: Khi tham gia giao thông đường nhiều tình phải hãm xe, hãm xe lực hãm lớn phụ thuộc vào hệ số ma sát lốp xe với mặt đường có trị số: Ph = Tmax =   G đó: : hệ số ma sát G: Trọng lượng toàn ô tô Khi hãm xe tất lực cản tham gia vào không đáng kể, đáng kể dốc dọc, trị số dốc dọc lớn 4% chiều dài hãm xe tăng lên đáng kể, lúc đó: : Ph = Tmax  Pi = .G  i.G = G(  i) Dấu (+) xe lên dốc, dấu (- ) xe xuống dốc 1.3.1.3 Lực cản lăn: Khi xe chạy điểm tiếp xúc bánh xe với mặt đường xuất lực cản lăn Lực tác dụng ngược chiều với chiều chuyển động xe Lực cản lăn loại ma sát lốp xe mặt đường, sinh biến dạng lốp xe biến dạng mặt đường làm cản trở xe chạy, chấn động xung kích xe chạy mặt đường không phẳng, ma sát ổ trục bánh xe xe chạy Theo thực nghiệm lực cản lăn tỷ lệ thuận với trọng lượng tác dụng bánh xe : (Kg) Pf=fG Trong đó: G: Tải trọng tác dụng bánh xe (Kg) 10 f: Hệ số lực cản lăn, không thứ nguyên phụ thuộc vào độ cứng lốp xe, tình trạng loại mặt đường Trong điều kiện lốp xe cứng, tốt hệ số sức cản lăn phụ thuộc vào loại mặt đường chất lượng mặt đường sau: Bảng 1-1 Hệ số sức cản lăn trung bình f Loại mặt đường Hệ số f Loại mặt đường Hệ số f Bê tông XM BT nhựa 0,01-0,02 Đường đất khô phẳng 0,04-0,05 Đá dăm sỏi cuội đen 0,02-0,025 Đường đất ẩm không phẳng 0,07-0,15 Đá dăm trắng 0,03-0,05 Đường cát khô rời rạc 0,15-0,30 Đường lát đá 0,04-0,05 1.3.1.4.Tác dụng bánh xe quay trượt: Khi xe vào chỗ mặt đường lầy lội, bánh xe sau bị sa lầy quay mà không chạy (hoặc bánh trước vầo chỗ lầy trượt mà không quay) Đó tượng quay trượt bánh xe đường mà ta gọi Pa tilê Hoặc lên dốc người lái xe phải tăng ga, bánh xe quay trượt làm phát sinh vệt bánh xe 1.3.2 Tác dụng đường xe chạy: 1.3.2.1 Lực bám: Như hình vẽ 1-2 ta thấy rằng: Lực kéo hình thành từ công suất động cơ, xe chạy nhiên liệu động chuyển hoá từ nhiệt thành truyền tới bánh xe chủ động mô men quay Mk Mô men gây lực kéo Pk tác dụng lên mặt đường qua vệt tiếp xúc đủ sức bám bánh xe với mặt đường mặt đường tác dụng trở lại bánh xe phản lực T Phản lực cần thiết để điểm tiếp xúc trở thành tâm quay tức thời, xe chuyển động Phản lực T giá trị cân với lực kéo Pk ngược chiều chuyển động gọi lực bám bánh xe với mặt đường Trong đó: rk: Bán kính bánh xe chủ động kể biến dạng (rk =0.93-0.95 r0) r0: Bán kính bánh xe chủ động Pk: Lực kéo Mk: mô men quay Mk Quan hệ Pk T: + T lực bị động : Pk nhỏ T nhỏ, Pk lớn T lớn theo lực bám Tkhông thể tăng lên mà đạt đến giá trị gọi Tmax +Nếu Pk> Tmax điểm tiếp xúc không trở thành tâm quay tức thời bánh xe quay chỗ (Patilê) +Nếu Pk  Tma x điểm tiếp xúc trở thành tâm quay tức thời xe chuyển động Lực bám lớn nhất: Tmax =  Gb 11 Như điều kiện chuyển động ô tô mặt lực bám là: Pk  Tmax =  Gb Trong : Gb trọng lượng xe trục chủ động - xe Gb= ( 0.5-0.55) G -xe tải Gb=(0.65-0.70) G G:trọng lượng xe : Hệ số bám (hệ số ma sát) bánh xe với mặt đường phụ thuộc vào tình trạng mặt đường độ nhám lớp mặt Bảng 1- Trị số hệ số bám  bánh xe mặt đường Tình trạng mặt đường Khô Khô Ẩm bẩn Điều kiện xe chạy Rất thuận lợi Bình thường Không thuận lợi Hệ số 0,7 0,5 0,3 1.3.2.2 Sức cản lên dốc: Lực cản leo dốc sinh xe phải khắc phục cao độ Giả thiết xe phải leo độ cao h chiều dài l, với trọng lượng xe G, xe phải sản công phụ leo dốc G.h chiều dài l Như vậy, lực cản leo dốc tính theo công thức: Pi=G h/l =  (G  i) Trong : h: độ cao xe phải leo G :trọng lượng xe dấu (+) : leo dốc l: chiều dài đoạn xe phải leo i=h/l độ dốc đường dấu ( - ) : xuống dốc 1.3.2.3.Do chất lượng mặt đường: Mặt đường tuỳ theo chất lượng khác sau thời gian sử dụng thường bị mài mòn nhiều bị lồi lõm, lượn sóng… làm cho xe bị xóc, gẫy nhíp, chóng hư hỏng lốp… Ngoài ra, xe chạy đường chịu tác dụng lực cản không khí, lực cản quán tính, lực cản đường… thời gian có hạn, giáo trình không sâu vào nội dung 1.4Trích dẫn yêu cầu thiết kế đường ô tô theo TCVN4054-2005 số quy định yêu cầu thiết kế đường ô tô Trong yêu cầu thiết kế đường ô tô theo TCVN 4054-2005chỉ quy định thiết kế xây dựng mới, cải tạo nâng cấp đường ô tô Các đường chuyên dụng như: đường cao tốc, đường công nghiệp, đường lâm nghiệp loại đường khác thiết kế theo tiêu chuẩn ngành 12 1.4.1 Các yêu cầu thiết kế: - Không tuân thủ đầy đủ quy định tiêu chuẩn mà phải nghiên cứu toàn diện để có tuyến đường an toàn, hiệu định hướng phát triển bền vững, lâu dài -Phải phối hợp yếu tố tuyến đường: bình đồ, mặt cắt dọc, mặt cắt ngang tận dụng địa hình để tạo nên tuyến đường đặn không gian, đảm bảo tốt tầm nhìn ổn định học, bảo vệ môi trường, cân sinh thái hợp lý để đường trở thành công trình đóng góp tốt cho vẻ đẹp cảnh quan khu vực -Đường ô tô cấp cao (Cấp I, II III) nên tránh qua đô thị Các đường tiếp nối vào thành phố cần phải dựa vào quy hoạch để thiết kế -Nhất thiết phải xét phương pháp đầu tư phân kỳ -Hành lang bảo vệ đường ô tô thực theo quy định hành 1.4.2 Xe thiết kế: 1.4.2.1 Xe thiết kế: Xe thiết kế loại xe phổ biến dòng xe để tính toán yếu tố đường Việc lựa chọn loại xe thiết kế người có thẩm quyền đầu tư định Các kích thước xe thiết kế quy định Bảng 1- Bảng 1- Các kích thước xe thiết kế Kích thước tính mét Loại xe Xe Xe tải Xe moóc tỳ Chiều dài toàn xe Chiều rộng phủ bì 6,00 12,00 16,50 1,80 2,50 2,50 Chiều Nhô cao phía trước 2,00 4,00 4,00 0,80 1,50 1,20 Nhô phía sau Khoảng cách trục xe 1,40 4,00 2,00 3,80 6,50 4,008,80 1.4.2.2 Lưu lượng xe thiết kế: Là số xe quy đổi từ loại xe khác, thông qua mặt cắt đơn vị thời gian, tính cho năm tương lai Năm tương lai: năm thứ 20 sau đưa đường vào sử dụngđối với cấp I II; năm thứ 15 với đường cấp III IV; năm thứ 10 đường cấp V, cấp VI đường thiết kế nâng cấp cải tạo Hệ số quy đổi từ xe loại xe lấy theo Bảng 1-4 Hệ số quy đổi từ xe loại xe Loại xe Địa hình Đồng đồi Xe đạp Xe máy Xe Xe tải có trục xe buýt 25 chỗ 0,2 0,3 1,0 2,0 Xe tải có trục trở lên xe buýt lớn Xe kéo moóc, xe buýt kéo moóc 2,5 4,0 13 Núi 0,2 0,3 1,0 2,5 3,0 5,0 CHÚ THÍCH: -Việc phân biệt địa hình dựa sở độ dốc ngang phổ biến sườn đồi, sườn núi sau: Đồng đồi  30%: núi  30% -Đường tách riêng xe thô sơ không quy đổi xe đạp Lưu lượng xe thiết kế có hai loại: -Lưu lượng xe thiết kế bình quân ngày đêm năm tương lai (viết tắt Ntbnđ) có thứ nguyên xcqđ/nđ (xe quy đổi/ ngày đêm) Lưu lượng tham khảo chọn cấp thiết kế đường tính toán nhiều yếu tố khác - Lưu lượng xe thiết kế cao điểm năm tương lai viết tắt Ngcđ có thứ nguyên xcqđ/h (xe quy đổi/ giờ) Lưu lượng để chọn bố trí số xe, dự báo chất lượng dòng xe, tổ chức giao thông… 1.4.3 Cấp thiết kế đường: Phân cấp thiết kế khung quy cách kỹ thuật đường nhằm đạt tới: -Yêu cầu giao thông với chức đường mạng lưới giao thông -Yêu cầu lưu lượng xe thiết kế cần thông qua (chỉ tiêu mở rộng có trường hợp đường có chức quan trọng lượng xe không nhiều tạm thơì không nhiều xe) -Căn cú vào địa hình, cấp thiết kế lại có yêu cầu riêng tiêu chuẩn để có mức đầu tư hợp lý mang lại hiệu tốt kinh tée Việc phân cấp kỹ thuật dựa chức lưu lượng thiết kế tuyến đường mạng lưới giao thông quy ddịnh theo Bảng 1-5 Bảng 1-5 Bảng phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức đường lưu lượng thiết kế Cấp thiết kế đường Cao tốc Lưu lượng xe thiết kế (xcqđ/nđ) 25000 Cấp I 15000 Cấp II 6000 Cấp III 3000 Chức đường Đường trục chính, thiết kế theo TCVN 5729-1997 Đường trục nối trung tâm kinh tế, trị, văn hoá lớn đất nước Quốc lộ Đường trục nối trung tâm kinh tế, trị, văn hoá lớn đất nước Quốc lộ Đường trục nối trung tâm kinh tế, trị, văn hoá lớn đất nước, địa phương Quốc lộ hay đường tỉnh 14 Đường nối trung tâm địa phương, điểm lập Cấp IV hàng, khu dân cư 500 Quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện Đường phục vụ giao thông địa phương.Đường tỉnh, Cấp V >200 đường huyện, đường xã Cấp VI < 200 Đường huyện, đường xã Trị số lưu lượng để tham khảo.Chọn cấp hạng đường nên vào chức đường theo địa hình Các đoạn tuyến phải có chiều dài tối thiểu thống theo cấp Chiều dài đường cấp VI trở xuống km, cấp khác 10 km 1.4.4 Tốc độ thiết kế (Vtk) Tốc độ thiết kế tốc độ dùng để tính toán tiêu kỹ thuật chủ yếu đường trường hợp khó khăn Tốc độ khác với tốc độ cho phép lưu hành đường quan quản lý đường Tốc độ lưu hành cho phép phụ thuộc vào tình trạng thực tế đường (khí hậu, thời tiết, tình trạng đường, điều kiện giao thông…) Tốc độ thiết kế cấp đường dựa theo địa hình, quy định Bảng 1-6 Bảng 1-6 Tốc độ thiết kế cấp đường Cấp thiết kế Địa hình I Đồng II III IV V VI Đồng Đồng Đồng Đồng Đồng Núi Núi Núi Núi bằng bằng Tốc độ thiết 120 100 80 60 60 40 40 30 30 20 kế; Vtk; km/h CHÚ THÍCH: Việc phân biệt địa hình dựa sở độ dốc ngang phổ biến sườn đồi, sườn núi sau: Đồng đồi  30%: núi  30% CÂU HỎI ÔN TẬP 1.Nêu phận đường ô tô, đặc điểm tác dụng phận, mối liên hệ phận nào? 2.Khi xe chạy đường ô tô đường có mối quan hệ nào? Giải thích tượng bánh xe quay chỗ 3.Các yêu cầu thiết kế, xe thiết kế lưu lượng xe thiết kếđược quy định TCVN 4054-2005 nào? Việc chọn cấp thiết kế đường phải dựa vào yếu tố nào? Tốc độ thiết kế gì? Tốc độ thiết kế có đồng với tốc độ lưu hành không? 15 CHƯƠNG THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN ĐƯỜNG 2.1 Những khái niệm 2.1.1 Khái niệm: Bình đồ hình chiếu tuyến đường địa hình, chi tiết thực địa thu nhỏ lại, đơn giản hoá thể quy ước ( đường đồng mức , sông, núi, cầu, cảng ) Trên bình đồ tuyến đường xác định nhờ yếu tố sau: -Điểm xuất phát ,điểm tới điểm chuyển hướng ( đỉnh) 16 -Các góc ngoặt 0 ;1; 2 n chỗ đổi hướng tuyến -Chiều dài góc phương vị đoạn thẳng -Các yếu tố đường cong , R, T, B -Các cọc lý trình H, Km ,các vị trí cầu cống -Cọc địa hình -Cọc đường cong: TĐ, P, TC, NĐ, NC 2.1.2 Bản vẽ bình đồ tuyến đường: Như trình bày trên, tuyến đường thể vẽ bình đồ có nhiều yêu tố Trước vẽ bình đồ thiết kế phương pháp thủ công, nhờ có phần mềm thiết kế chuyên dụng nên nâng cao tính xác phối hợp với vẽ khác để kiểm tra trình thiết kế Do nội dung chương trình nên không trình bày cách thiết kế vẽ bình đồ tuyến đường mà giới thiệu hình vẽ bình đồ đoạn tuyến (Hình 2-1) 2.1.3 Đặc điểm chuyển động ô tô đường cong Khi xe chạy đường cong xe phải chịu nhiều điều kiện bất lợi so với chạy đường thẳng Những điều kiện bất lợi là: 2.1.3.1 Lực ly tâm: Khi chạy đường cong trọng lực, lực kéo, lực bám xe phải chịu thêm lực ly tâm Lực có phương nằm ngang mặt phẳng thẳng góc với trục chuyển động, có hướng đường cong có giá trị: F m V G V  R gR (2-1) Trong đó: F: Lực ly tâm V: Tốc độ xe chạy (m/giây) G: Trọng lượng ô tô (Kg) m: Khối lượng xe R:Bán kính đường cong (m) g: Gia tốc trọng trường (m/giây2) Lực ly tâm có tác dụng xấu gây lật đổ xe, gây trượt ngang làm cho việc điều khiển xe khó khăn, gây khó chịu cho hành khách, gây hư hỏng cho hàng hoá Công thức (2-1) cho thấy lực ly tâm lớn tốc độ xe chạy nhanh bán kính cong nhỏ Trong đường cong có bán kính nhỏ,lực ngang gây nên biến dạng ngang lốp xe, làm tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn, săm lốp chóng hao mòn 2.1.3.2 Bề rộng phần xe chạy lớn đường thẳng xe chạy bình thường 2.1.3.3 Tầm nhìn bị cản trở, bán kính đường cong nhỏ, đoạn đường đào tầm nhìn ban đêm bị hạn chế Do phải chịu điều kiện bất lợi vào đường cong, nên chương nghiên cứu biện pháp cấu tạo để cải thiện điều kiện bất lợi này, xe chạy an toàn với tốc độ mong muốn, cải thiện điều kiện làm việc người lái điều kiện lữ hành hành khách 17 2.1.4 Nội dung thiết kế bình đồ tuyến đường: Trên bình đồ tuyến đường gồm đoạn thẳng đoạn cong nối tiếp nhau, nên công tác thiết kế bình đồ đề cập đến giáo trình là: Thiết kế phần xây dựng thêm đường cong (đặc biệt đường cong có bán kính nhỏ) để chống lại lực ly tâm, nối tiếp hài hoà đoạn thẳng, tạo điều kiện cho xe chạy thoải má,i an toàn Nội dung bao gồm: Xác định bán kính đường cong (xác định bán kính đường cong nhỏ theo cấp thiết kế), tính toán bố trí siêu cao, mở rộng bố trí đoạn nối tính toán bố trí tầm nhìn… 2.2 Thiết kế yếu tố kỹ thuật đường cong nằm: Do điều kiện tự nhiên bị hạn chế như: ao, hồ, sông, núi cao,vực sâu buộc phải chuyển nhiều hướng tuyến, giưã hướng tuyến kề phải bố trí đường cong nằm để nối hai cánh tuyến nhằm đảm bảo cho tuyến đường không bị gãy khúc, êm thuận đảm bảo an toàn xe chạy Khi bố trí đường cong nằm ta phải tính toán thiết kế yếu tố kỹ thuật đường nhằm đạt tiêu chuẩn kỹ thuật, yêu cầu mỹ thuật, độ êm thuận đảm bảo an toàn chạy xe 2.2.1 Xác định bán kính đường cong nằm: 2.2.1.1 Phương pháp tính toán: Khi xe chạy đường cong chịu tác dụng lực: + Trọng lượng thân xe G, lực có phương thẳng đứng + Lực ly tâm F, lực ly tâm có xu hướng kéo xe lật phía lưng đường cong (Hình 2-1) Phân tích lực theo nguyên tắc hình bình hành chiếu thành phần lực theo phương ngang gọi tổng hợp lực theo phương ngang Y ta có: Y = Fcos  Gsin (2-2) (Dấu “+” trường hợp cấu tạo bình thường trắc ngang hai mái, dốc ngang mặt đường hướng phía đường cong, G chiều với F; dấu “-“ cấu tạo siêu cao dốc ngang đổ vào bụng đường cong hướng tâm, G ngược chiều với F) Vì góc  nhỏ nên sin  tang  in ; cos  (: góc mặt đường hợp với đường nằm ngang; in: độ dốc ngang mặt đường đường cong hay gọi siêu cao) Thay giá trị F (2-1) G = mg ta có: Y   V2  G V  G.in  G  in  gR gR  (2-3) chia vế cho G gọi Y/G =  hệ số lực ngang (lực ngang tác dụng đơn vị trọng lượng xe) ta có:  v2  in gR (2-4) Từ (2-4) có biểu thức tính trị số bán kính đường cong nằm R sau: v2 (2-5) R g (   in ) 18 Trong công thức vận tốc tính m/sec; chuyển sang thứ nguyên km/h có dạng: R v2 127(   in ) (2-6) Dấu (+) mặt đường trắc ngang mái hướng tâm đường cong; dấu (-) mặt đường trắc ngang hai mái xe chạy (không bố trí siêu cao) Trường hợp in đạt giá trị max lúc ta có R tối thiểu là: Rmin  v2 127(   imax ) (2-7) Như việc xác định (lựa chọn) bán kính đường cong nằm biết tốc độ xe chạy phụ thuộc vào hệ số lực ngang tính toán độ dốc ngang mặt đường đường cong (siêu cao) Vậy thực chất việc xác định bán kính đường cong nằm xác định  & in 2.2.1.2 Chọn hệ số lực ngang: Lực ngang tuỳ theo hệ số nó, gây hiệu xấu cho ô tô sau: -Làm lật đổ xe qua điểm tựa bánh xe phía lưng đường cong -Làm xe trượt ngang mặt đường -Gây cảm giác khó chịu cho hành khách người lái -Tiêu tốn nhiên liệu hao mòn săm lốp nhiều Trong tính toán việc lựa chọn hệ số lực ngang phải vào điều kiện sau: 1.Điều kiện ổn định chống trượt ngang: Dưới tác dụng lực ngang toàn xe ô tô bị trượt sang bên Để xe không bị trượt ngang lực cản ngang phải lớn lực ngang Y Giả thiết lực chống trượt ngang ô tô mặt đường tỷ lệ với trọng lượng ô tô, ta có điều kiện ổn định chống trượt ngang trường hợp giới hạn là: G.n  Y n   n: Hệ số bám ngang (hệ số bám theo chiều ngang bánh xe với mặt đường) n thường lấy (0,6 - 0,7)  (hệ số bám dọc) Xét điều kiện bất lợi thường lấy n = 0,15 – 0,17 2.Điều kiện ổn định chống lật (Hình 2-2): Mô men lật: Ml = Y h Mô men giữ: M g  G    b 2 Suy ra:  Y b        G 2  h (2-8) Trong đó: h: Chiều cao trọng tâm xe 19 b: Chiều rộng hai bánh xe : Độ lệch trọng tâm so với tâm hình học khoảng cách hai bánh xe Theo thực nghiệm  = 0,2b, xe đại tỷ số b/2h xe 23; xe buýt 1,72,2 Theo trị số an toàn nhỏ nhất, điều kiện để xe không bị lật đổ   0,6 3.Điều kiện êm thuận hành khách: Khi chịu tác dụng lực ly tâm, hành khách cảm thấy khó chịu, nhiều sợ hãi có cảm giác xe bị lật đổ Điều tra xã hội học phương diện cho ta kết sau: + Khi   0,1: hành khách khó nhận biết xe vào đường cong +Khi  = 0,15: hành khách bắt đầu cảm nhận thấy xe vào đường cong + Khi  = 0,2: hành khánh cảm thấy có đường cong khó chịu, người lái xe lúc muốn giảm tốc độ xe + Khi  = 0,30: hành khách cảm thấy xô dạt phía (cảm giác xe bị lật đổ) Về phương diện êm thuận hành khách, hệ số lực ngang không nên chọn lớn 0,15 Trong điều kiện khó khăn, hành khách có chuẩn bị (ví dụ xe chạy vào nút giao thông) lấy 0,2 4.Điều kiện kinh tế: Khi xe chạy vào đường cong tác dụng lực ngang bánh xe quay mặt phẳng lệch với hướng xe chạy Lực ngang lớn , góc lệch lớn Góc lệc lớn tiêu hao nhiên liệu xăm lốp nhiều Góc lệch 10 hao tổn nhiên liệu 10%- 12% Nhưng góc lệch 1,80 hao tổn đến 40% hao mòn lốp xe gấp đôi so với bình thường Do xét điều kiện trường hợp thông thường nên chọn   0,1và trường hợp khó khăn lấy  = 0,15, đặc biệt khó khăn lấy  = 0,2, quy phạm thường tính toán với  = 0,15 2.2.1.3 Chọn bán kính đường cong: Trong thiết kế nên cố gắng chọn đường cong có bán kính lớn, trường hợp khó khăn vận dụng bán kính đường cong nằm tối thiểu Khuyến khích dùng bán kính tối thiểu thông thường trở nên vận dụng địa hình để đảm bảo chất lượng xe chạy tốt Bán kính đường cong nằm tối thiểu bán kính để xe chạy có độ an toàn điều kiện địa hình hạn chế Ở nước ta, bán kính đường cong nằm tối thiểu quy định sau (Bảng 2-1): Bảng 2-1 Bán kính đường cong nằm tối thiểu Cấp đường Tốc độ thiết kế (km/h) Bán kính đường cong nằm (m) -tối thiểu giới hạn I 120 II 100 III IV V VI 80 60 60 40 40 30 30 20 650 400 250 125 125 60 60 30 30 15 20 ... CHUNG VỀ ĐƯỜNG Ô TÔ 1.1 Vai trò đường ô tô giao thông vận tải 1.2 Các phận đường ô tô 1.3 Quan hệ ô tô đưòng 1.4 Trích dẫn yêu cầu thiết kế đường ô tô theo TCVN 4054-2005 Chương THIẾT KẾ BÌNH... cầu thiết kế đường ô tô Trong yêu cầu thiết kế đường ô tô theo TCVN 4054-2005chỉ quy định thiết kế xây dựng mới, cải tạo nâng cấp đường ô tô Các đường chuyên dụng như: đường cao tốc, đường công... giao thông đường an toàn, thuận lợi, kinh tế, giảm thiểu tối đa tai nạn giao thông 1.2 Các phận đường ô tô: * Khái niệm đường ô tô: Đường ô tô sản phẩm nghành xây dựng công trình giao thông, dải