Bài tiểu luận thiết kế hình học và cảnh quan môi trường đường ô tô

Phân biệt các tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô cao tốc, kiến nghị và đánh giá nhằm chọn ra các chỉ tiêu tối ưu nhất. Phân tích các quan hệ vận tải, 4 quan hệ Lái xe môi trường đường ô tô xe có 8 quan hệ, khái niệm về môi trường, lái xe, xe, đường.

ĐỀ BÀI Bài 1:

So sánh ưu nhược điểm và kiến nghị của tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô cao tốc 5729-1997 và 5729-2012 kết hợp so sánh với tiêu chuẩn AASHTO-2011

BÀI LÀM Bài 1:

A. Một số chỉ tiêu đánh giá, so sánh các tiêu chuẩn với nhau:

1 Phân loại và phân cấp đường cao tốc

2 Xác định số làn xe cần thiết của đường ô tô cao tốc

3

Yêu cầu với đoạn tuyến thẳng trên bình đồ đường cao tốc

4 Thiết kế tuyến đường cao tốc trên bình đồ, mặt cắt dọc và thiết kếphối hợp các yếu tố hình học

5 Quan điểm lựa chọn bán kinh đường cong nằm

6 Quan điểm lựa chọn tầm nhìn trong thiết kế đường ô tô cao tốc

7 Bố trí mặt cắt ngang đường ô tô cao tốc

8 Thiết kế chỗ giao nhau trên đường cao tốc và các chỗ ra vào đường cao tốc

9 Tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho tuyến đường cao tốc trong phạm vị chỗ giao khác mức liên thông.

1. Phân loại và phân cấp đường cao tốc

Phân loại đường cao tốc:

Tiêu chí TCXDVN 5729-97 TCXDVN 5729-2012 AASHTO-2011

Phân loại đường

Đường cao tốc( Free way)

Phân cấp đường cao tốc:

Theo tốc độ tính toán, đường cao tốc được phân làm 4 cấp:

Nhược điểm của cách phân loại này là chưa có hướng dẫn cụ thể cho việc thiết kế đường cao tốc bên trong đô thị và bên ngoài đô thị

2. Xác định số làn xe cần thiết của đường ô tô cao tốc:

Công thức tính toán số làn xe cần thiết trong tiêu chuẩn 5729-1997; 5729-2012

là gần giống nhau và nó không phù hợp so với tiêu chuẩn AASHTO - 2011 về sử dụng khả năng thông hành để tính toán số làn xe:

- Công thức tính toán

số làn xe:

k lx

- Lưu lượng xe thiết

kế theo giờ (viết tắt Nk) là lưu lượng xe giờ cao điểm ở năm tương lai

- Lưu lượng xe thiết

kế theo giờ (viết tắt Ngiờ) là lưu lượng xe giờ cao điểm ở năm tương lai

2011 sử dụng khả năng thông hành tính toán để tính

Nhận xét:

Khi tính toán số làn xe yêu cầu thì trong tiêu chuẩn AASHTO sử dụng khả năng thông hành tính toán Ptt = (0,7 ÷ 0,9)Pln để tính chứ không sử dụng khả năng thônghành thực tế lớn nhất như trong tiêu chuẩn 5729-97 và 5729-2012

3. Yêu cầu với đoạn tuyến thẳng trên bình đồ đường cao tốc:

5729-1997

TCXDVN 5729-2012

Các nghiên cứu và kiến nghị mới

Đoạn tuyến

thẳng trên bình

đồ đường cao

tốc

- Không dài quá 4 Km

- Chiều dài không quá (20÷25) lần tốc độ thiết kế

- Không dài quá

Nhận xét:

Theo Lamm Ruediger, Basil Psarianos, and Theodor, Mailaender “Highway design and traffic safety Engineering Handbook”, New York : McGraw-Hill,1999:

Trong thiết kế, một đoạn tuyến quá dài không được khuyến khích Chiều dài lớn nhất của đoạn đường thẳng chỉ nên là: L = 20 Vd.

4. Thiết kế tuyến đường cao tốc trên bình đồ, mặt cắt dọc và thiết kế phối hợp các yếu tố hình học.

Bán kính không cần cấu tạo, độ

nghiêng một mái isc=-2%

1200

2000

3000

4000

1500

2500

400

0 5500Chiều dài hãm xe hay chiều dài

max

127( sc )

V R

max

127( 0,5sc )

V R

max

122,5( 0,75sc )

V R

Trên thực tế, tốc độ khai thác V85 của các xe lớn hơn so với tốc độ thiết kế với

các tốc độ thiết kế nhỏ hơn từ 90 - 100 km/h Như vậy, tại các đường cong này, thực tế các xe cần thêm siêu cao và lực ma sát ngang để tăng cường độ ổn định Nhu cầu thực

tế này không được đáp ứng vì các số liệu thiết kế về siêu cao và hệ số lực ma sát ngang

đã được lựa chọn cho một tốc độ thấp hơn, đó chính là tốc độ thiết kế

Để giải quyết được vấn đề này, một số nước châu Âu, Úc và Nam Phi đã sử

dụng tốc độ khai thác V85 trong xác định siêu cao, đoạn chuyển tiếp, hệ số lực ma sát

ngang, và thậm chí cả bán kính đường cong nằm Mỹ và Canada vẫn sử dụng công

thức trên nhưng dùng tốc độ vận hành V85 để kiểm tra các điều kiện về an toàn giao

thông

Khi sử dụng công thức trên, người thiết kế có thể đã không xét sự khác biệt về kích thước của xe tải và xe con Vì với sự khác nhau của các loại xe và độ dốc dọc đường, bán kính đường cong nằm cũng nên được tính riêng cho các loại xe Các nghiên cứu cũng cho thấy khi các xe tải xuống dốc, nó cần một bán kính đường cong nằm tối thiểu lớn hơn so với các bán kính tối thiểu được xác định theo các qui trình

6 Quan điểm lựa chọn tầm nhìn trong thiết kế đường ô tô cao tốc.

Tầm nhìn phụ thuộc vào tuyến trên bình đồ và trắc dọc có vai trò cực kỳ quan trọng trong an toàn giao thông Các nghiên cứu của Silyanov tại Liên xô cũ cho thấy

có môi quan hệ tỷ lệ nghịch giữa cường độ tai nạn và tầm nhìn hãm xe Babkov cũng công bố kết quả cho thấy việc không đảm bảo tầm nhìn là nguyên nhân cho từ 8-10%

số tai nạn tại Liên xô cũ

Cần lưu ý rằng các sơ đồ tầm nhìn hiện nay được sử dụng rất linh hoạt và phong phú Cho đến nay, trên thế giới đang sử dụng là: Tầm nhìn hãm xe; tầm nhìn vượt xe; tầm nhìn xử trí, tầm nhìn thấy trước (preview sight distance) Trong số các tầm nhìn trên, tầm nhìn sơ duyệt phát triển năm 1995 bởi Gattis và Duncan, được dựa trên quan điểm là người thiết kế phải cố gắng làm sao cho các yếu tố thiết kế hoặc các tình huống khai thác không bình thường cần được hạn chế tối đa Đến nay, Canada đã đưa quan điểm này vào trong thiết kế và Pháp có quy định cụ thể về chiều dài tầm nhìn này, cụ thể là điểm bắt đầu của đường cong nằm phải được nhìn thấy rõ 3 giây trước khi xe vào đường cong

Sự thay đổi chiều rộng các yếu tố trên mặt cắt ngang giữa TCXDVN 5729-1997

Và 5729-2012:

Chiều dài dốc tối đa với các độ dốc khác trên đường cao tốc theo TCXDVN 1997:

Chiều dài dốc tối đa với các độ dốc khác trên đường cao tốc theo TCXDVN 2012:

5729-8 Thiết kế chỗ giao nhau trên đường cao tốc và các chỗ ra vào đường cao tốc.

Phân loại các chỗ giao nhau trên đường cao tốc

yêu cầu trộn dòng, thay đổi tốc

độ xe chạy( tăng, giảm) và bố

giao nhau gần nhau thành một

chỗ, riêng đối với đường cao

tốc trong phạm vi xung quanh

chạy( tăng, giảm) và bố trí báo hiệu

- Nên bố trí chỗ giao nhau khác mức liên thông từ 15-

20Km bằng cách làm các đường phụ đến gộp các chỗ giao nhau gần nhau thành một chỗ, riêng đối với đường cao tốc trong phạm vi xung quanh các thành phố lớn và các khu công nghiệp quan trọng thì khoảng cách này bố trí 5Km-10Km

Với đường cao tốc, tốc độ thiết

kế rất lớn, theo 2 tiêu chuẩn bố trí chỗ giao nhau khác mức liên thông cách nhau 4Km là quá gần Nó sẽ làm giảm tốc độ

xe trên đường

do xe ra vào đường cao tốc tại những chỗ giao nhau này

Chọn loại hình chỗ giao nhau liên thông trong tiêu chuẩn 5729-2012:

Tại chỗ giao nhau gồm 3 nhánh đường có thể nghiên cứu bố trí dạng nút giao nhau trên cơ sở các loại hình nút giao thông khác mức cơ bản như hình vẽ:

Tại chỗ giao nhau gồm 4 nhánh đường (ngã tư) có thể nghiên cứu bố trí dạng nút giao nhau trên cơ sở các loại hình nút giao thông khác mức cơ bản như hình vẽ:

9 Tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho tuyến đường cao tốc trong phạm vị chỗ giao khác mức liên thông.

Bảng tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho tuyến đường cao tốc trong phạm vị chỗ giao khác mức liên thông trong 5729-1997:

Bảng tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho tuyến đường cao tốc trong phạm vị chỗgiao khác mức liên thông trong 5927-2012:

Nhận xét:

Trong bảng tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng thiết kế tuyến đường ô tô cao tốc trong phạm

vi chỗ giao khác mức liên thông thì độ dốc dọc lớn nhất giới hạn ở trong 5729-2012 lớn hơn 1% so với 5729-1997

Bài 2:

- 4 yếu tố chính, 8 quan hệ logic

- Yếu tố nào cơ bản, có tính chất quyết định chất lượng khai thác của mạng lưới đường, của tuyến?

- Phân tích từng mối quan hệ →Đề xuất giải pháp kỹ thuật thiết kế, tổ chức quản lý khai thác nhằm đạt hiệu quả toàn hệ thống

B. Phân tích các mối quan hệ logic:

Trước hết ta tìm hiểu các khái niệm:

1- Khái niệm về người lái xe:

Là người trực tiếp điều khiển phương tiện tham gia giao thông

2- Khái niệm về xe:

Xe là toàn bộ các loại phương tiện giao thông chạy trên đường ô tô, tạo thành các dòng xe (kể cả các loại máy tự hành, mooc kéo theo, mô tô, xe máy, xe đạp, v.v…)

3- Khái niệm về đường:

Đường ô tô bao gồm toàn bộ các công trình: Nền đường, kết cấu áo đường, các công trình trên đường ,các thiết bị và các dấu hiệu hướng dẫn và đảm bảo an toàn giao thông, có thể tại mặt đường, trên đường và dưới mặt đất, tất cả tạo nên một tổ hợp công trình thống nhất

4- Khái niệm về môi trường:

Môi trường bao gồm những ý niệm nằm trong tầm nhìn của người đi trên đường , còn đối với người lái xe thì là tầm nhìn từ trong cabin ra ngoài Đó là các yếu

tố của đường: Phần dành cho xe chạy, các loại ký hiệu, tín hiệu, các loại thiết bị phòng

hộ trên đường, các cây cối, đồi núi, kênh rạch, các yếu tố thời tiết v.v…

1 Quan hệ “ xe – đường”

Quan hệ tác dụng tương hộ giữa xe đến đường:

Nghiên cứu mối quan hệ này là cơ sở đề xuất các yêu cầu của việc chạy xe đối với các yếu tố của đường từ đó xác định cụ thể các chỉ tiêu kỹ thuật của tuyến và các giải pháp

Tác dụng của xe, dòng xe lên đường làm cho đường bị tích lũy biến dạng lún, bị mài mòn, bị dao động đơn điệu làm cho đường lượn sóng

Đây là một quan hệ cơ học của quá trình vận tải Chúng ta phân tích quan hệ này từ đó sẽ đánh giá được độ ổn định của xe chạy trên đường, và phân tích được các nguyên nhân gây ra các biến dạng, hư hỏng của đường và công trình trên đường

Xét các trường hợp tải trọng tác dụng lên đường do xe gây ra gồm có:

+ Tải trọng thẳng đứng:

Tải trọng thẳng đứng tác dụng rất phức tạp lên kết cấu nền - mặt đường do nhiều loại xe có tải trọng khác nhau, tốc độ khác nhau, do dó nó gây ra các áp lực khác nhau theo thời gian gây ra trong KCAĐ các sóng đàn hồi

Do mặt đường không bằng phẳng nên ngoài tác dụng tĩnh, khi xe chuyển động còn va chạm vào mặt đường tạo các xung kích

Khi xe chạy trong các đường cong đứng lồi, lõm, giá trị áp lực cũng bị biến đổi

do có thêm lực ly tâm

 Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên mặt đường lặp đi lặp lại nhiều lần trong một đơn vị thời gian làm cho vật liệu mặt đường phát sinh hiện tượng mỏi và xuất hiện biến dạng

dư , là biến dạng không hồi phục được

 Các biến dạng lún, dập, vỡ và các ứng suất kéo, nén, uốn , cắt tiếp tục phát triển

Hình 1.1 Các biến dạng hư hỏng mặt đường do tải trọng thẳng đứng gây ra + Tải trọng nằm ngang

Phát sinh do ma sát giữa bánh xe và mặt đường gây ra khi bánh xe chuyển động sinh ra mô men lớn, hoặc do lực ly tâm khi xe chạy trong đường cong, lực hãm xe, hoặc do xe bị lắc ngang…

Các trị số lực ngang kể trên phụ thuộc nhiều yếu tố khác nhau như: yếu tố về trắc dọc, trắc ngang, hệ số bám… và các tình huống ngẫu nhiên khi xe chạy trên đường.

 Tải trọng nằm ngang sẽ gây ra hiện tượng bào mòn, bong bật, gây các ứng suất kéo, cắt, trượt

Hình 1.2 Các biến dạng hư hỏng mặt đường do tải trọng ngang gây ra

Quan hệ tác dụng tương hộ giữa đường đến xe:

Nghiên cứu mối quan hệ này nói lên ảnh hưởng của chất lượng đường đến các chỉ tiêu khai thác vận tải của ô tô như ( tốc độ xe chạy, mức tiêu hao nhiên liệu )

Đường cũng tác dụng trở lại xe chạy trên đường bằng lực bám, lực xung kích, các đường cong nằm không cong đều sẽ làm cho xe chạy bị lắc ngang, các đường cong đứng sẽ làm cho bánh xe bị gia tải hoặc giảm tải, v.v…

Trong khai thác đường thì hệ số sức cản lăn phụ thuộc vào độ bằng phẳng của mặt đường, khi mặt đường càng bằng phẳng thì hệ số sức cản lăn càng nhỏ, và ngược lại

Ngoài ra hệ số bám cũng đóng vai trò hết sức quan trọng, khi hệ số bám mà giảm đến một giá trị nào đó thì chuyển động của ô tô trên đường càng trở nên nguy hiểm( như: trượt, lật, tăng chiều dài hãm xe, hoặc không điều khiển được xe, hoặc bánh xe có thể bị quay tại chỗ)

Hệ số bám phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như: Độ bằng phẳng, độ ẩm, bẩn của đường, độ nhám của mặt đường, độ cứng của lốp xe, áp lực hơi trong xăm xe, diện tích vệt tiếp xúc, độ mòn của lốp xe, tải trọng xe, tốc độ xe chạy

Ngoài các tác dụng cơ học thì đường còn phải chịu các tác động từ chất thải nhiên liệu ( dầu nhớt, xăng) rò rỉ từ ô tô

→

Đề xuất giải pháp kỹ thuật thiết kế, tổ chức quản lý khai thác nhằm đạt hiệu quả toàn hệ thống:

Ngành quản lý khai thác đường phải luôn chú ý làm cho các tác động này nằm trong phạm vi đảm bảo xe chạy tốt Nếu xét trường hợp mặt đường lồi lõm quá mức cho phép sẽ làm cho xe mau hỏng, xe chạy bị giảm tốc xuống mức dưới tốc độ thiết kế thì đường đã bị xuống cấp, và muốn điều đó không xảy ra thì phải biết nguyên nhân lồi lõm mặt đường là do xe chạy quá tải hoặc do chế độ thủy nhiệt sinh ra, v.v… để từ

đó tìm ra cách khắc phục hoặc phải sửa chữa, cải tạo, nâng cấp đường kịp thời và hiệu quả nhất

Phải luôn giữ cho mặt đường bằng phẳng, mục đích của giải pháp này nhằm làm giảm hệ số sức cản lăn của đường

Giữ cho mặt đường sạch và đủ độ nhám là một trong những nhiệm vụ quan trọng , bằng cách thiết kế cấp phối bê tông nhựa có hàm lượng đá dăm cao khoảng 60-65%, hoặc giải pháp xẻ rãnh tạo nhám

Trong giai đoạn thiết kế phải:

+ Đảm bảo cho đồ án thiết kế phối hợp các yếu tố hình học ( BĐ, TD, TN) đạt chất lượng tốt không những thõa mãn các tiêu chuẩn ứng với mỗi cấp hạng kỹ thuật

mà còn thõa mãn yêu cầu xe chạy

+Bảo đảm tuyến đường thiết kế sẽ đạt được tốc độ khai thác thực tế mong muốn (với xác xuất bảo đảm 85%) của dòng xe chạy trên đường

+ Đảm bảo cho các phương tiện giao thông khi đi vào ĐC ổn định về mặt động học, ngăn ngừa xẩy ra hiện tượng xe mất ổn định bị lật hoặc trượt ngang, nâng cao an toàn giao thông

2 Quan hệ “ Môi trường – Người lái xe”

Nghiên cứu mối quan hệ này để biết được ảnh hưởng của môi trường xung quanh đến tâm – sinh lý của người lái xe

Đây là mô hình thông tin của quá trình vận tải bởi môi trường là tổng hợp các

sự vật hiện tượng ảnh hưởng đến hoạt động của người lái xe trên đường bao gồm:

+ Cảnh quan hai bên đường, các điều kiện khí hậu thời tiết

+ Các yếu tố của tuyến đường, chất lượng kỹ thuật củ tuyến đường,

+ Người đi bộ hai bên đường, xe chạy cùng chiều, ngược chiều

+ Khí hậu trong buồng lái

Như vậy các yếu tố của môi trường không ngừng tác động lên người lái thông qua các giác quan, tạo cho người lái xe một cường độ cảm xúc Cường độ cảm xúc này dần được tích lũy , khi mà cường độ cảm xúc không còn phù hợp với cường độ cảm xúc tối ưu nữa thì người lái sẽ có những quyết định thay đổi chế độ chạy xe hoặc quỹ đão xe để tự điều chỉnh cường độ cảm xúc phát sinh trong người lái Trên cơ sở các quyết định đó, người lái sẽ tác động lên các bộ phận điều khiển của ô tô

Khi người lái xe thường xuyên chạy trên một con đường thì người lái đã hình thành khái niệm về môi trường, khi đó quá trình thụ cảm tâm sinh lý và cường độ cảm xúc phát sinh trong người lái sẽ thay đổi theo chiều hướng giảm → người lái đủ tin tưởng để lái xe và kịp thời điều khiển xe theo sự thay đổi của các tình huống bên ngoài.

Một môi trường ít thông tin có thể ảnh hưởng trực tiếp đến người lái xe, làm cho người lái thiếu tập trung

Một môi trường quá nhiều thông tin có thể ảnh hưởng trực tiếp đến người lái

xe, làm cho người lái căng thẳng → dễ có các quyết định sai lầm

Trong quá trình lái xe họ còn bị ảnh hưởng của môi trường như: Ánh sáng, màu sắc, tiếng ồn, khói, bụi, và độ rung do điều kiện mặt đường, với mức độ tác động lớn hơn

Lái xe là công việc lao động trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt (mưa gió, sương mù, bùn lầy, trơn trượt .)

→

Đề xuất giải pháp kỹ thuật thiết kế, tổ chức quản lý khai thác nhằm đạt hiệu quả toàn hệ thống:

Giải pháp tạo ra một môi trường đầy đủ thông tin, kể cả đưa ra cảnh báo

về môi trường cho người lái xe là một giải pháp cần thiết của khâu thiết kế thi công cũng như Cơ quan quản lý khai thác đường Mục tiêu này giúp tăng hiểu quả khai thác đường và giảm thiểu tai nạn giao thông

Phối hợp tốt các yếu tố của đường với quang cảnh để đảm đảm bảo điều kiện xe chạy an toàn thuận lợi, không gây mệt mỏi căng thẳng mà tạo cảm giác dễ chịu thoải mái cho người lái xe

3 Quan hệ “Môi trường – đường”

Đây là môi trường trao đổi nhiệt và ẩm

Phân tích quan hệ này sẽ cho phép đánh giá cường độ và độ ổn định của đường, tìm được các biện pháp hạn chế tác dụng có hại của các yếu tố thiên nhiên đến đường