BÀI GIẢNG THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ

gọi là các đỉnh đường cong; - Các góc chuyển hướng 1,2,3, … tại các đỉnh; - Chiều dài các đoạn thẳng; - Các yếu tố của đường cong đường cong tròn và đường cong có bán kính thay đổi;Kh

CHƯƠNG 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ1.1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG

1.1.1 Xe trên đường ô tô

Đường ô tô được thiết kế cho tất cả các phương tiện giao thông, riêng xe bánh xích phải cóguốc mới được phép lưu thông

Xe có một kích thước vượt quá quy đị nh trong bảng 1 được coi là xe quá khổ, chỉ sau khiđược phép của cơ quan quản lý đường mới được phép lưu thông theo chế độ riêng

Xe thiết kế là loại xe phổ biến trong dòng xe được Người có thẩm quyền quyết định đầu tưchấp thuận để tính toán các yếu tố của đường, có kiểm định theo loại xe lớn lớn hơn ít đượcphổ biến Các kích thước của xe thiế t kế được quy định trong bảng 1

Nh« vÒ phÝa sau

Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c trôc xe

Đường ô tô cao tốc cũng được chia thành:

+ Đường ô tô cao tốc ngoài đô thị

+ Đường ô tô cao tốc đô thị

Mức độ phát triển của mạng lưới được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau:

1 Mật độ đường trên 1000 km2 diện tích lãnh thổ

Các nước phát triển : 250 -:- 1000 km/1000km2

Các nước đang phát triển : 100 -:- 250 km/1000km2

Các nước chậm phát triển : < 100 km/1000km2

2 Chiều dài đường trên 1000 dân

Được xem là ở mức độ trung bình khi đạt từ 3 -:-5 km đường có lớp mặt cấp cao trên 1000dân

3 Chiều dài đường trên 1 phương tiện giao thông (ôtô)

Lưới đường được xem như đủ nếu đạt : > 50 m đường / 1 ôtô

Cần bổ sung : 20-:-30 m đường / 1 ôtô

1.1.2.3 Các bộ phận cơ bản của đường bộ

1 Tuyến đường

Tuyến đường là đường nối giữa các điểm tim đường (các điểm nằm giữa nền đường hoặcgiữa phần xe chạy) Tuyến đường là một đường không gian, nó luôn luôn chuyển hướng đểphù hợp với địa hình và thay đổi cao độ theo địa hình

Tuyến đường được thể hiện bằng 3 bản vẽ:

- Bình đồ tuyến đường: Hình chiếu bằng của tuyến đường

- Trắc dọc tuyến: Hình chiếu đứng của tuyến đường khi ta đem duỗi thẳng

- Trắc ngang tuyến: Hình chiếu các yếu tố của đường lên mặt phẳng vuông góc với timtuyến đường

a Bình đồ

Bình đồ tuyến là hình chiếu bằng của tuyến đường và địa hình dọc theo tuyến đường Bình

đồ tuyến gồm 3 yếu tố tuyến chính là : đoạn thẳng, đoạn đường cong tròn và đoạn đườngcong có bán kính thay đổi (gọi là đường cong chuyển tiếp)

Do bị hạn chế bởi điều kiện địa hình nên tuyến đường ô tô trên hình chiếu bằng thường phảiuốn lượn, vì vậy bình đồ gồm các đo ạn thẳng và đoạn cong nối tiếp nhau Trên bình đồ cao

độ của mặt đất thiên nhiên biểu diễn bằng các đường đồng mức, vị trí tuyến đường xác địnhtrên bình đồ nhờ các yếu tố sau (Hình 1):

- Điểm xuất phát và góc định hướn g đầu tiên 0;

- Các điểm chuyển hướng Đ1, Đ2, Đ3, (gọi là các đỉnh đường cong);

- Các góc chuyển hướng 1,2,3, … tại các đỉnh;

- Chiều dài các đoạn thẳng;

- Các yếu tố của đường cong (đường cong tròn và đường cong có bán kính thay đổi);Khi cắm tuyến trên thực địa tất cả các yếu tố trên được đánh dấu bằng các cọc cùng với cáccọc đánh dấu lý trình (cọc Km, cọc 100m ký hiệu là cọc H), các cọc đặt ở những chỗ địahình thay đổi (cọc địa hình), các cọc tại vị trí bố trí công trình và các cọc chi tiết

Bình đồ đường là bản vẽ thể hiện hình chiếu bằng toàn bộ công trình đường

- Cao độ đường đỏ tại điểm đầu tuyến

- Độ dốc dọc % (id) và chiều dài các đoạn dốc

- Đường cong đứng chỗ đổi dốc với các yếu tố của nó

Dựa vào đường đỏ trắc dọc tính được cao độ thiết kế của các điểm trên tuyến đường Sựchênh lệch giữa cao độ đỏ và cao độ đ en là cao độ thi công (cao độ đào đắp tại tim các cọc)

c Trắc ngang

Trắc ngang là hình chiếu các yếu tố của đường khi cắt vuông góc với tim đường ở mỗi điểmtrên tuyến (ở vị trí các cọc)

Trờn trắc ngang, cỏc cao độ của địa hỡnh thiờn nhiờn cũng được thể hiện bằng màu đen, cỏcyếu tố thiết kế được thể hiện bằng màu đỏ.

Cao độ thiết kế tim đuờng

Mặt đường (ỏo đường): Bộ phận nền đường được tăng cường bằng 1 hoặc nhiều lớp kết cấu

ỏo đường đảm bảo cho phương tiện và bộ hành đi lại an toàn, ờm thuận

xanh

xe thô sơ

đừơng gom

xe đạp

Trắc ngang đường cấp cao

Hỡnh 4 Trắc ngang đường cấp cao.

- Phần xe chạy dành cho giao thụng cơ giới: Bộ phận mặt đường dành cho cỏc phươngtiện giao thụng cơ giới đi lại

- Phần xe chạy dành cho giao thụng địa phương: Bộ phận mặt đường đỏp ứng nhu cầu

đi lại của cỏc phương tiện giao thụng di chuyển với cự ly ngắn trước khi vào đườngchớnh Phần này cũn là đường gom để khống chế xe cơ giới vào, ra đường chớnh cútốc độ cao ở những vị trớ nhất định

- Làn xe: là một dải đường của phần xe chạy cú bề rộng đủ cho một hàng xe chạy antoàn

- Làn xe đặc biệt: Làn xe được bố trớ thờm cho cỏc mục đớch đặ c biệt như: làn chuyểntốc, làn leo dốc, làn vượt xe, làn trỏnh xe, làn dự trữ,

- Làn đỗ xe khẩn cấp: Làn xe được bố trớ sỏt mộp phần xe chạy chớnh ở cỏc đường caotốc để đỗ xe khi cú nhu cầu đỗ xe, dừng xe khẩn cấp

- Dải phân cách giữa: Dải đường không chạy xe đặt ở tim tuyến, bố trí theo chiều dọccủa đường, phân cách hai phần xe cơ giới chạy ngược chiều Thường dải phân cáchgiữa chỉ được bố trí khi đường có 4 làn xe trở lên.

- Dải phân cách bên: Dải đường không chạy xe đặt ở mép phần xe cơ giới, bố trí th eochiều dọc của đường, phân cách các loại giao thông với nhau

- Dải an toàn: Dải hình băng đặt ở mép dải phân cách, bố trí theo chiều dọc của đường,đảm bảo xe không va chạm với dải phân cách tăng cường an toàn giao thông

- Dải định hướng: Là vạch sơn kẻ li ền (trắng hoặc vàng) sát với mép mặt đường được

bố trí ở các đường có tốc độ cao để dẫn hướng, đảm bảo an toàn xe chạy

- Dải cây xanh: Dải đất trồng cây xanh trong phạm vi chiếm đất của đường

- Lề đường: Dải hình băng có một chiều rộng nhất định kể từ mép ng oài của phần xechạy đến mép ngoài của nền đường để bảo vệ phần xe chạy, đảm bảo cho lái xe yêntâm chạy với tốc độ cao, đặt các thiết bị an toàn giao thông và dùng để đỗ xe tạmthời,

- Lề đường bao gồm phần lề gia cố và lề đất

- Đường xe đạp: Phần đường giành riêng cho xe đạp

- Đường đi bộ: Phần đường giành riêng cho người đi bộ

- Độ dốc ngang: Độ dốc theo hướng ngang của các bộ phận của đường: mặt đường, lềđường, dải phân cách, dải cây xanh, tính bằng phần trăm

- Mái dốc (ta luy đường): Mái đất, đá được thiết kế với các độ dốc nhất định tính từmép nền đường đến đất thiên nhiên Có 2 loại mái dốc đào và đắp

- Rãnh thoát nước: Rãnh được bố trí trong phạm vi đường để thoát nước cho côngtrình đường Tùy từng vị trí đặt rãnh mà có các loại rãnh như rãnh dọc ( rãnh biên),rãnh đỉnh, rãnh tháo nước,

- Tĩnh không: là giới hạn không gian nhằm đảm bảo lưu thông cho các loại xe, trongphạm vi này không cho phép tồn tại bất kỳ chướng ngại vật nào, kể cả các công trìnhthuộc về đường như biển báo, cột chiếu sáng,

- Dải đất dành cho đường: Toàn bộ phần đất xây dựng con đường, các công trình phụthuộc của đường và dải đất trống xác định để bảo vệ công trình đường và an toàngiao thông

3 Các bộ phận đặc biệt của đường

- Bến xe: Công trình xây dựng ở các đầu mối giao thông, dùng cho xe đón trả khách vàbốc xếp hàng hóa, có các dịch vụ phục vụ hành khách và xe

- Trạm xe buýt: Nơi dừng xe buýt được bố trí ở những vị trí thuận lợi cho việc đón, trảkhách của ô tô vận tải công cộng Thường trạm xe buýt được bố trí ở phần mặtđường mở rộng thêm không làm cản trở cho dòng xe đi thẳng

- Trạm xăng: Nơi cung cấp xăng dầu cho xe đi lại trên đường, được bố trí gần bênđường với cự ly khoảng 20km (tùy thuộc vào dự trữ nhiên liệu thông thường củaphương tiện chủ yếu)

- Trạm phục vụ: Được bố trí ngoài phạm vi đường phục vụ cho hành khách và phươngtiện như: Nơi nghỉ ngơi ngắm cảnh, rửa xe, kiểm tra sửa chữa xe, nơi ăn uống, tắmgiặt, vệ sinh, điện thoại, hoặc mua xăng dầu,

Trạm phục vụ thường được bố trí gần các thị trấn, thị tứ hay khu dân cư bên đường vớikhoảng cách 50km trở lên.

4 Phân loại đường bộ

Các kiểu phân loại đường bộ

Đường bộ theo lý thuyết về đường được chia ra hai loại chủ yếu:

Đường ô tô bao gồm đường ngoài đô thị và đường đô thị

Đường ô tô cao tốc bao gồm đường cao tốc ngoài đô thị và đường cao tốc trong đô thị.Đường ô tô còn có thể chia theo cấp quản lý: đường quốc lộ, đường tỉnh lộ, đường huyện,đường xã, Cấp quản lý có trách nhiệm đầu tư và quản lý đường

Trong khuôn khổ giáo trình này chỉ đề cập tới loại đường ngo ài đô thị, loại đường trong đôthị được trình bày ở giáo trình “Đường đô thị và tổ chức giao thông”

Phân loại đường theo tầm quan trọng về giao thông.

Phân loại đường theo tầm quan trọng về giao thông phản ánh được mối liên hệ về chức năngGTVT của tuyến đường trong mạng lưới đường bộ mà trong các tiêu chuẩn phân cấp đườngtheo lưu lượng xe không thể hiện rõ ràng

Phân loại đường theo tầm quan trọng về giao thông thành 4 loại: Đường trục chính, đườngtrục thứ yếu, đường gom và đường địa phương

Đường trục chính (Principal Arterial Highway) : Gồm hệ thống đường phục vụ, được chiathành đường cao tốc và các đường trục chính khác (không phải cao tốc) Tốc độ thiết kế cao(110-120km/h), mức phục vụ B, C, giao thông quan trọng ý nghĩa toàn quốc, nối các đô thị

có dân số trên 50.000 dân và phần lớn các đô thị quan trọng có dân số trên 25.000 dân

Đường trục thứ yếu (Minor Arterial Highway): Gồm hệ thống đường phục vụ, tốc độ thiết

kế lớn (60-110km/h), mức phục vụ B, C, nối liền các thành phố, các đô thị lớn và các điểmlập hàng có khả năng thu hút giao thông ở cự ly dài

Đường gom (Collector Road): Gồm hệ thống đường chủ yếu phục vụ nội bộ một vùng vànối liền với hệ thống đường trục quốc gia, chiều dài đường ngắn hơn, tốc độ thiết kế từ 30 -100km/h, mức phục vụ C, D

Đường địa phương (Local Road): Chức năng chủ yếu là phục vụ giao thông ra vào của cácvùng hấp dẫn của đường gom và phục vụ giao thông ở cự ly ngắn trong vùng, bao gồm tất

cả các mạng lưới đường không thuộc đường trục và đường gom Tốc độ thiết kế từ 30 80km/h, mức phục vụ D

-Phân loại đường theo cấp quản lý

Theo tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-05, việc phân cấp kỹ thuật dựa trên chứcnăng và lưu lượng thiết kế của con đường trong mạng lưới đường và được quy định theobảng 1.2

Bảng 2 Phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức năng của đường và lưu lượng thiết kế.

Cấp

đường thiết kế (xcqđ/nđ) Lưu lượng xe Chức năng của đường

Cao tốc > 25.000 Đường trục chính quan trọng

Cấp I > 15.000 Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị,văn hoá lớn của đất nước

Quốc lộCấp II > 6.000

Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị,văn hoá lớn của đất nước, nối vào đường cao tốc vàđường cấp I

Quốc lộCấp III >3.000

Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị,văn hoá lớn của đất nước, của địa phương, nối vàođường cao tốc, đường cấp I, cấp II, cấp III

Quốc lộ hay đường tỉnhCấp IV > 500

Đường nối các trung tâm của địa phương, các điểm lậphàng, các khu dân cư Đường nối vào đường cấp I, cấp

II và cấp III

Quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện

Cấp V >200 Đường phục vụ giao thông địa phương Đường tỉnh,đường huyện, đường xãCấp VI < 200 Đường huyện, đường xã

Tốc độ thiết kế đường ô tô trong quy trình TCVN 4054-05 ở bảng 3

Bảng 3 - Tốc độ thiết kế đường ô tô

Tốc độ tính toán theo địa hình (km/h)

Cấp hạng kỹ thuật của đường ô tô cao tốc

Đường cao tốc là loại đường chuyên dùng cho ô tô chạy với các đặc điểm sau: được táchriêng hai chiều (mỗi chiều tối thiểu phải có 2 làn xe); mỗi chiều đều có bố trí làn dừng xekhẩn cấp; trên đường có bố trí đầy đủ các loại trang thiết bị, các cơ sở phục vụ cho việc b ảođảm giao thông liên tục, an toàn, tiện nghi và khống chế xe ra, vào ở các điểm nhất định.Đường cao tốc được chia thành 2 loại:

- Đường cao tốc loại A (Freeway): Phải bố trí các nút giao khác mức ở tất cả các chỗ

ra vào đường cao tốc, ở mọi nút giao thông

- Đường cao tốc loại B (Expressway): Cho phép một số nút giao thông trên tuyến đượcphép giao bằng

1.2 SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE TRÊN ĐƯỜNG

1.2.1 Đặc điểm xe chạy trên đường

1.2.1.1 Các lực tác dụng khi xe chạy

Chuyển động của ô tô trên đường là một chuy ển động phức tạp - tịnh tiến trên đường thẳng,quay trên đường cong đứng, lượn trên đường cong nằm và dao động khi chuyển động trênmặt đường không bằng phẳng Tất cả những đặc điểm chuyển động đó hiện nay chưa vậndụng hết vào việc xác định các yếu tố tuyến đường, vì vậy trong thiết kế đường, người ta giảđịnh là ô tô chuyển động không dao động trên mặt đường hoàn toàn phẳng, rắn và khôngbiến dạng

Khi xe chạy trên đường động cơ phải tiêu hao năng lượng để khắc phục các lực cản trênđường Các lực cản khi xe chạy bao gồm: sức cản lăn, sức cản không khí, sức cản quán tính

Hình 5 - Các lực tác dụng lên ô tô khi chuyển động

Pk– Lực kéo; Pf– Lực cản lăn; Pw- Lực cản không khí

Thực nghiệm cho thấy tổng lực cản lăn trên tất cả các bánh xe Pf tỉ lệ thuận với trọng lượng

Bảng 3- Hệ số lực cản lăn f phụ thuộc loại mặt đường

+ Bê tông xi măng

và bê tông nhựa

+ Đá dăm đen

+ Đá dăm

0,01 – 0,020,02 – 0,0250,03 – 0,05

+ Lát đá+ Đất khô và bằng phẳng+ Đất ẩm và không bằng phẳng+ Đất cát rời rạc

0,04 – 0,050,04 – 0,050,07 – 0,150,15 – 0,30

Thực nghiệm thấy rằng dưới tốc độ 50Km/h hệ số cản lăn thực tế không thay đổi, còn trongkhoảng tốc độ 50-150Km/h tăng theo công thức sau:

k – hệ số sức cản không khí phụ thuộc vào mật độ không khí và hình dạng xe: ô tô tải k =0,06–0,07; ô tô bus k = 0,04 – 0,06; xe con k = 0,025 – 0,035

F – diện tích cản trở (diện tích mặt cắt ngang lớn nhất của ô tô) (m2)

F = 0,8.B.H (B và H là chiều rộng và chiều cao của ô tô m).

v – vận tốc tương đối của xe kể cả tốc độ gió, thường tính toán với vận tốc của gió bằngkhông, như vậy v là vận tốc xe chạy tính toán (m/s)

Trong kỹ thuật, thường vận tốc xe chạy được tính bằng km/h, như vậy ta có :

Khi xe lên dốc lấy dấu “+” và khi xe xuống dốc lấy dấu “-“.

Khi xe lên dốc lực này ngược chiều chuyển động, khi xe xuống dốc cùng chiều chuyểnđộng

4 Lực cản do quán tính Pj

Phát sinh khi xe tăng hoặc giảm tốc Bao gồm sức cản quán tính do chuyển động tịnh tiếncủa ô tô có khối lượng m và sức cản quán tính do các bộ phận quay của ô tô Khi xe tăng tốcthì lực quán tính ngược chuyển động của ô tô, cản trở chuyển động; khi xe giảm tốc, lựcquán tính cùng chiều chuyển động Do đó ta có:

Dấu “+” ứng với trường hợp tăng tốc và dấu “-” ứng với trường hợp giảm tốc

Xe con TOYOTA CAMRY 2.4 Hình 8 - Gia tốc J theo V và chuyển

số Hình 9 - Thời gian T và quãng đường tăng tốc S theo V

5 Lực kéo và quá trình sinh ra sức kéo

t

S

Khi xe chạy, nhiên liệu cháy trong động cơ, biến nhiệt năng thành cơ năng tạo ra một côngsuất làm quay trục khuỷu, tạo ra mô men quay M tại trục của động cơ rồi chuyền qua hộp

số, trục các đăng tới cầu xe tạo ra mô men quay tại trục chủ động Mk và sinh ra lực kéo Pk

tại bánh xe chủ động

Hình 10 - Quá trình sinh ra sức kéo của ô tô

1: Động cơ 2: Ly hợp 3: Hộp số

4: Trục các đăng 5: Cầu xe 6: Bánh xe

Công suất hiệu dụng N của động cơ tạo nên mô quay M tại trục khuỷu của động cơ :

N=

75

.w

M (mã lực)Trong đó :

716 (kG.m)

Từ đó tính được mô men quay ở bánh xe chủ động:

Mk=M.ik..io (kG.m)

Trong đó:

ik: tỉ số truyền của hộp số, thay đổi theo số cài của xe

io: tỉ số truyền cơ bản ở cầu xe, nó phụ thuộc vào loại xe

: hệ số hiệu dụng của cơ cấu truyền động

+=0.80.85 đối với xe tải

+=0.850.9 đối với xe con, xe du lịch

r

i i

M . (kG)

Bán kính rk phụ thuộc vào áp lực hơi trong lốp xe, cấu tạo của lốp và tải trọng tác dụng trênlốp xe Thường rk=(0,93-0,96)r

1.2.1.2 Phương trình chuyển động của ô tô và biểu đồ nhân tố động lực

Lực kéo sinh ra để khắc phục tất cả các lực cản trên đường Để xe có thể chuyển động đượcthì Pk ≥ ∑ Pcản

Như vậy, phương trình chuyển động của ô tô

Pk=Pf + Pw + Pi + Pj

Hay Pk = fG Gi +

13

dt

dvg

Gδ

Đặt D =

dt

dvg

δif

Biểu đồ trên đó biểu diễn các đường D = f(v) ứng với các chuyển số khác nhau của một loại

ô tô được gọi là biểu đồ nhân tố động lực của loại ô tô đó (Hình 2.9)

Hình 11 - Biểu đồ nhân tố động lực của xe TOYOTA Camry 2.4

Các vận dụng từ biểu đồ nhân tố động lực

1 Xác định được vận tốc xe chạy đều thực tế lớn nhất khi biết tình trạng của đường :

D=f  i J. khi xe chuyển động đều thì J=0  D=f  i

2 Xác định các điều kiện cần thiết của đường để đảm bảo một tốc độ xe chạy cân bằng yêu cầu.

D=f  i J. khi xe chuyển động đều thì J=0  D=f  i

Chọn một loại xe đặc trưng cho đoạn đường đang xét (chiếm % lưu lượng lớn nhất) để cóbiểu đồ nhân tố động lực của loại xe đó

Có V dựa vào biểu đồ nhân tố động lực suy ra D, căn cứ vào loại mặt đường có f

 imax=D-f

Trường hợp này thường được áp dụng cho việc thiết kế đường mới

Trong quy phạm thiết kế đường, tương ứng với vận tốc thiết kế độ đốc dọc lớn nhất đượcquy định tương ứng với từng cấp hạng kỹ thuật của đường

Cũng theo phương pháp này có thể xác định khả năng khởi động ở chân dốc

Muốn khởi động xe phải bắt đầu ở chuyển số I, lúc đó có Dmax và tính được gia tốc

D (f i).g

max

dt

dv    gia tốc đủ để khởi động được không nhỏ hơn 1,5m/s2

3 Xác định chiều dài cần thiế t của đoạn tăng tốc, giảm tốc

Xe đang chạy với tốc độ cân bằng v1 ứng với điều kiện đường D1=f1 i1 chuyển sang mộttốc độ cân bằng mới v2 có gia tốc dv/dt khi có điều kiện mới D2=f2 i2

DiD(254

2iV

21iV2

v1

v (D1 D2)

dv.v2

v1

dsg

,tS

g)2

D1D(

dv.vdt

.vds

g)

2D1D(

g.)ifDdtdv

Viết theo biểu thức cuối có nghĩa là ta phân sự chênh lệch tốc độ ra nhiều phân tố rồi tổnghợp dần lại

Từ đó có thể vẽ được biểu đồ vận tốc trên trắc dọc

1.2.1.3 Lực bám của bánh xe với mặt đường

Khi ô tô đang chuyển động thì có các lực tác dụng lên bánh xe chủ động và bị động

Tại bánh xe chủ động mô men Mk tác dụng lên mặt đường lực kéo Pk và theo định luật IIINewton mặt đường tác dụng trở lại bánh xe một lực T theo phương ngang cùng phương,ngược chiều và cùng độ lớn với Pk Nhờ có T mà điển tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường

trở thành tâm quay tức thời của bánh xe, giúp cho xe chuyển động được, ta gọi T là lực bám

của bánh xe và mặt đường.

Ngoài ra bánh chủ động còn chịu trọng lượng Gk theo phương thẳng đứng đè lên mặt đường,

và mặt đường cũng tác dụng lại bánh xe một lực R theo phương thẳng đứ ng nhưng lệch tâmmột đoạn là a (do quá trình chuyển động bánh xe bị biến dạng và xô về phía trước) (a/r k=f)

M k 29M1 - 1369

Về bản chất: T là lực ma sát trượt giữa bánh xe và mặt đường, nó phụ thuộc vào:

+ áp suất hơi của bánh xe, tính chất bề mặt tiếp xúc của bánh xe

+ Tính chất bề mặt tiếp xúc của mặt đường (ráp hay nhẵn, trơn)

+ Tình trạng mặt đường (khô, sạch hay ẩm, bẩn)

Do đó lực bám T là một lực bị động, khi Pk xuất hiện thì T mới xuất hiện, và Pkcàng lớn thì

T cũng càng lớn, nhưng T chỉ tăng được đến một giá trị Tmax nào đó mà thôi (gọi là lực bámlớn nhất), lúc đó cứ tăng Pk lên thì điểm tiếp xúc không còn là tâm quay tức thời nũa, bánh

xe sẽ bị quay tại chỗ hoặc trượt theo quán tính và xe không thể chuyển động được

Đối với bánh xe bị động, lực P đặt tại tâm bánh xe, phản lực tiếp tuyến trên đường là Tnhưng ngược chiều chuyển động, như vậy ta có R=Gt và P=T

a.R = P.rk => P = (a/rk)Gt = f.Gt

Trong đó Gt là thành phần trọng lực tác dụng lên trục bị động

Như vậy điều kiện chuyển động bình thường của xe về lực bám là Pk≤ Tmax

Bằng thực nhiệm người ta tính được lực bám lớn nhất giữa bánh xe với mặt đường theocông thức sau :

- Trong điều kiện lốp xe trung bình, vận tốc chạy xe trung bình thì có thể tham khảo cácgiá trị của  như sau:

Bảng 4 - Các giá trị hệ số bám dọc φ

Tình trạng mặt đường Điều kiện xe chạy Hệ số bám

Khô sạchKhô sạch

ẩm và bẩn

Rất thuận lợiBình thườngKhông thuận lợi

0,70,50,3Theo điều kiện lực bám, để xe chuyển động được thì:

Pk≤ Tmax=.Gk.Mà

G

P G D P G D P G

P P

w k

f G

P G

Theo định luật bảo toàn chuyển động của khối tâm của cơ hệ có thể phân tích quá trìnhchuyển động của ô tô như sau:

Khi khởi động, áp lực của hơi nước hoặc của khí nén bên trong động cơ là lực trong, tự nókhông thể làm cho khối tâm của hệ di chuyển Chuyển động có thể thực hiện được là nhờ

động cơ đã truyền mô men quay Mk cho các bánh chủ động Khi tiếp điểm B của bánh chủ

động có khuynh hướng trượt về phía sau (sang trái) thì lực bám T sinh ra sẽ hướng về phíatrước (sang phải) Nhờ có lực ngoài này mà trọng tâm của ô tô chuyển động được sang phải

Còn ở bánh bị động (bánh dẫn) tác dụng vào bánh bị động không phải là mô men quay Mk

mà là lực P đặt vào trục của bánh Dưới tác dụng của lực P, cả bánh và điểm A tiếp xúc với mặt đường bị trượt về phía trước Khi đó lực ma sát hướng về phía sau tác dụng vào bánh

xe là lực ngoài cản lại chuyển động Nếu không có lực bám T hoặc lực đó không đủ lớn để

thắng sức cản của các bánh bị động, thì ô tô không thể di chuyển về phía trước được Lúc đócác bánh chủ động sẽ quay tại chỗ (sa lầy)

1.2.1.4 Sự hãm xe và cự ly hãm xe

Khi xử lý các tình huống giao thông trên đường thì người lái xe thường phải căn cứ vàokhoảng cách tới các chướng ngại vật để ước tính cường độ hãm phanh sao cho xe vừa kịpdừng lại trước chúng Khi thiết kế đường phải đảm bảo khoảng cách này cho người lái xe

trong mọi trường hợp Do đó, khi xét điều kiện an toàn chạy xe, chiều dài hãm xe có một ýnghĩa rất quan trọng.

Khi hãm phanh trên các bánh xe, má phanh tác dụng vào vành xe sinh ra mô men hãm Mh

và mô men này sinh ra lực hãm phanh Ph

29K1 - 0026

M h r

∑Phãm = Ph + Pi =G iG = G(  i)

trong đó: i – độ dốc dọc của đường

Gọi v1 và v2 (m/s) là tốc độ của ô tô trước và sau khi hãm phanh Theo nguyên lý bảo toànnăng lượng thì công của tổng lực hãm A sinh ra trên chiều dài hãm xe Sh phải bằng độngnăng W tiêu hao do tốc độ ô tô giảm từ v1 xuống v2 , tức là:

G(  i)Sh =

22

2 2

2 1

2 2

2

g

G v v

2 2

2 1

Trong thực tế cự ly hãm lý thuyết Sh không thực hiện được, vì khi hãm xe với cường độ cao,bánh xe có thể ngừng quay và bắt đầu trượt, đặc biệt là trên đường ẩm ướt Ngoài ra nếubánh xe bị hãm hoàn toàn thì bánh trước sẽ không lái được và bánh sau sẽ bị trượt ngang rấtnguy hiểm Do đó chiều dài hãm xe ngoài thực tế sẽ lớn hơn so với lý thuyết và người taphải đưa vào công thức trên hệ số sử dụng phanh k Theo thực nghiệm nên lấy k = 1,2 với ô

tô con và k = 1,3 – 1,4 với ô tô tải và ô tô buýt Do đó ta có:

 i

g

v v k

 i254

VV.k

2 1

Để hãm phanh, người lái phanh cho má phanh áp chặt vào tang quay gắn liền với bánh xe,

lực ma sát giữa má phanh và tang quay sinh ra mô men hãm Mh Lực ma sát giữa má phanh

và tang quay là lực trong, tự nó không làm thay đổi được chuyển động của khối tâm tức làkhông hãm được xe đang chạy Nhưng ma sát giữa má phanh và tang quay sẽ làm cho bánh

xe quay chậm lại và làm cho ma sát giữa bánh xe với mặt đường tăng lên Lực bám khi hãm

là lực ngoài, có chiều ngược với chiều chuyển động, nó làm cho khối tâm của xe phảichuyển động chậm dần nghĩa là bị hãm lại

1.2.2 Tầm nhìn xe chạy

Để đảm bảo xe chạy an toàn, người lái xe luôn luôn cần phải nhìn thấy rõ một đoạn đường ởphía trước để kịp xử lý mọi tình huống giao thông như tránh các chỗ hư hỏng, các chướngngại vật, vượt xe,… Chiều dài đoạn đường tối thiếu cần nhìn thấy ở phía trước đó gọi là tầmnhìn chạy xe Khi thiết kế đường cần phải đảm bảo được tầm nhìn này

Trở ngại đối với tầm nhìn có thể xảy ra ở chỗ đường vòng trên bình đồ hoặc cũng có thể xảy

1.2.2.1 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 1

Hình 14 - Tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 1

Ô tô gặp chướng ngại vật trên làn xe đang chạy, người lái xe cần phải nhìn thấy chướngngại vật và kịp dừng xe trước nó (Hình 14)

v – tốc độ ô tô trước khi hãm phanh, m/s;

Sh– Chiều dài xe chạy được trong quá trình hãm xe,

2g

vk

vk

Vk

1.2.2.2 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 2

Theo sơ đồ này, hai xe chạy ngược chiều nhau trên cùng một làn xe và kịp dừng lại trướcnhau một cách an toàn (Hình 15)

lpu1, lpu2- chiều dài xe 1 và xe 2 chạy được trong thời gian người lái xe phản ứng tâm lý, lậpluận tương tự như trên ta có:

(giả thiết xe 1 lên dốc và xe 2 xuống dốc)

l0– Cự ly an toàn, thường lấy từ 5 – 10m;

Do đó:

2 2

2 1 2

1

i2g

vki2g

vk

vv

1.2.2.3 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 3

Theo sơ đồ này, hai xe chạy ngược chiều nhau trên cùng một làn xe, xe chạy trái làn phảikịp lái về làn xe của mình để tránh xe kia một cách an toàn và không giảm tốc độ (Hình 16)

aar2

a2r2

a2

trong đó:

a – khoảng cách giữa trục các làn xe, m;

r – bán kính tối thiểu xe có thể lái ngoặt được tính theo điều kiện ổn định chống trượt ngang,m;

)(

2

v

lv

l

t  

arv

v2lv

vl

1

2 2 1

1

v

v2ar2v

V

1.2.2.4 Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 4

Hai xe cùng chiều có thể vượt nhau, xe 1 chạy nhanh bám theo xe 2 chạy chậm với khoảngcách an toàn Sh1-Sh2 và khi quan sát làn xe trái chiều, xe 1 vượt xe 2 và quay về làn củamình an toàn (Hình 17) Vận tốc các xe là v1, v2 và v3 (v1>v2) thường lấy v2=v3=vtk và xe 1chạy nhanh hơn xe 2 là 15km/h

Xe 1 chạy đến mặt cắt 0-0 thì bắt kịp xe 2 và quay về làn của mình cách xe 2 một khoảngcách an toàn Sh2+l0

Toàn bộ quá trình vượt xe không thay đổi tốc độ

* Tính l 1 +l 2 :

Thời gian xe 1 chạy đến mặt cắt 0-0 bằng thời gian xe 2 chạy đến mặt cắt 0-0

2 1

1 2 2 1 1 2 2

2 1 2 1

l v S S v l v

S S l

)( 1 2

1 2 1

2 1 2

v v

kv v v

v l

1 2

1

0 2 1

' 2 2 1

0 2 2

0 2

' 2 1

' 2

)(2

)

i g

kv v

v

v v

v

l S v l v v

l

S v

l S

l v

3 3 1

' 2 2 1 3

v

v l v

l l

l v



Từ các biểu thức trên ta có

)1).(

(

1

3 '

2 2 1

v l

l l

Viết gọn lại ta có

) 1 (

) ( 2 )

( 2

) (

1

3 0

2 2 2

1

1 2

1 1 2 1

2 1

v l

i g

kv v

v

v i

g

v v

kv v v

Vận dụng các sơ đồ tầm nhìn

Sơ đồ 1: Là sơ đồ cơ bản nhất cần phải kiểm tra trong bất kỳ tình huống nào của đường.

Quy trình Việt Nam quy định Các tầm nhìn được tính từ mắt người lái xe có vị trí: chiều cao1,00 m bên trên phần xe chạy, xe ngược chiều có chiều cao 1,20 m, chướng ngại vật trênmặt đường có chiều cao 0,10 m

Sơ đồ 2 : Thường áp dụng cho các đường không có dải phân cách trung tâm và dùng để tính

toán bán kính đường cong đường

Sơ đồ 3 : Không phải là sơ đồ cơ bản, ít được sử dụng trong các quy trình nhiều nước

Sơ đồ 4 : Là trường hợp nguy hiểm, phổ biến xảy ra trên đường có 2 làn xe Khi đường có

dải phân cách giữa, trường hợp này không thể xảy ra Tuy vậy, trên đường cấp cao, tầm

nhìn này vẫn phải kiểm tra nhưng với ý nghĩa là bảo đảm một chiều dài nhìn được cho lái xe

an tâm chạy với tốc độ cao

Bảng 5 - Các giá trị tầm nhìn tối thiểu khi xe chạy trên đường

Tốc độ thiết kế (km/h) 120 100 80 60 60 40 40 30 30 20Tầm nhìn hãm xe S1

Tầm nhìn trước xe

ngược chiều S2 (m) - - 200 150 150 80 80 60 60 40Tầm nhìn vượt xe SVX

1.3 THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ

1.3.1 Bán kính đường cong nằm

1.3.1.1 Đặc điểm xe chạy trong đường cong

Khi chạy trong đường cong tròn, xe phải chịu nhiều điều kiện bất lợi hơn so với k hi chạytrong đường thẳng Những điều kiện bất lợi đó là:

1 Khi chạy trong đường cong xe phải chịu thêm lực li tâm, lực này nằm ngang trên mặtphẳng thẳng góc với trục chuyển động, hướng ra phía ngoài đường cong và có giá trị

C =

R

v

m 2 (kG)Trong đó:

C – lực ly tâm

m – khối lượng của xe (kg)

v – tốc độ xe chạy (m/s)

R – bán kính đường cong tại vị trí tính toán (m)

Lực ly tâm có tác dụng xấu, có thể gây ra những khó khăn sau :

+ Xe có khả năng bị lật hoặc trượt ngang về phía lưng đường cong

+ Gây khó khăn cho việc điều khiển xe, gây khó chịu cho hành khách, gây đổ vỡhàng hoá vận chuyển

+ Gây biến dạng ngang của lốp xe nên làm cho săm lốp chóng hao mòn hơn

+ Làm tăng sức cản do đó làm tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn

2 Xe chạy trong đường cong yêu cầu có bề rộng phần xe chạy lớn hơn trên đường thẳngthì xe mới chạy được bình thường

Hình 18 - Các lực tác dụng khi xe chạy trong đường cong

3 Xe chạy trong đường cong dễ bị cản trở tầm nhìn nhất là khi bán kính đường cong nhỏ, ởđoạn đường đào Tầm nhìn ban đêm của xe chạy trong đường cong cũng bị hạn chế do phađèn chiếu thẳng một đoạn ngắn hơn

1.3.1.2 Lựa chọn bán kính đường cong nằm

Bằng phân tích điều kiện xe chạy trong đường cong sẽ rút ra được các công thức tính toánbán kính đường cong nằm giới hạn như sau:

1 Bán kính đường cong nằm tối thiểu giới hạn

).(

2 min

sc

i

V R

(chọn giá trị μ nhỏ đối với đườn g cấp cao và địa hình thuận lợi)

iscmax - Độ dốc siêu cao lớn nhất

2 Bán kính đường cong nằm tối thiểu thông thường

).(

127

2 min

sctt

i

V R





 , mTrong đó:

V - Tốc độ xe chạy tính toán (km/h)

μ - Hệ số lực ngang, lấy μ = 0,05-0,08

isctt - Độ dốc siêu cao thông thường isctt=iscmax-2%

3 Bán kính đường cong nằm tối thiểu không cần bố trí siêu cao

).(

127

2

n ksc i

V R





 , mTrong đó:

V - Tốc độ xe chạy tính toán (km/h)

μ - Hệ số lực ngang, lấy μ = 0,04-0,05 để cải thiện điều kiện xe chạy

in- Độ dốc ngang mặt đường (in=2-4%)

Lựa chọn bán kính đường cong nằm tính toán

Đây là bài toán kinh tế-kỹ thuật, khi thiết kế cần vận dụng bán kính đường cong lớn để cảithiện điều kiện xe chạy, đảm bảo an toàn, tiện lợi đồng thời cũng đảm bảo giá thành xâydựng nhỏ nhất Chỉ khi khó khăn mới vận dụng bán kính đường cong nằm tối thiểu, khuyếnkhích dùng bán kính tối thiểu thông thường trở lên, luôn tận dụng địa hình để nâng cao chấtlượng chạy xe

Bán kính đường cong bằng được lựa chọn theo các nguyên tắ c:

- Lớn hơn các giá trị giới hạn

- Phù hợp với địa hình, càng lớn càng tốt (thường R=3 đến 5 R min)

- Đảm bảo sự nối tiếp giữa các đường cong

- Đảm bảo bố trí được các yếu tố đường cong như : chuyển tiếp, siêu cao

- Đảm bảo phối hợp hài hoà các yếu tố của tuyến, phối hợp tuyến đường với cảnhquan

Quy định của TCVN 4054-05 các giá trị giới hạn của bán kính

Bảng 6: Bán kính đường cong nằm tối thiểu [1]

1.3.2 Các yếu tố kỹ thuật trên đường cong nằm

1.3.2.1 Mở rộng và đoạn nối mở rộng mặt đường trong đường cong

1 Tính toán độ mở rộng

Khi xe chạy trên đường cong, mỗi bánh xe chuyển động theo quỹ đạo riêng, chiều rộng dảiđường mà ô tô chiếm trên phần xe chạy rộng hơn so với khi xe chạy trên đường thẳng Đểđảm bảo điều kiện xe chạy trên đường cong tương đương như trên đường thẳng, ở nhữngđường cong có bán kính nhỏ cần phải mở rộng phần xe chạy

Hình 18 - Sơ đồ mở rộng mặt đường trong đường cong

Để xác định độ mở rộng ta giả

thiết quỹ đạo chuyển động của ô

tô trong đường cong là đường

tròn

Xét chuyển động của ô tô trong

đường cong như hình vẽ Theo

hệ thức lượng tam giác vuông

0,05.V2R

0,1.VR

LAe

2 Bố trí độ mở rộng mặt đường trong đường cong:

Đoạn nối mở rộng làm trùng với đoạn nối siêu cao hoặc đường cong chuyển tiếp Khi không

có hai yếu tố này, đoạn nối mở rộng được cấu tạo:

- Một nửa nằm trên đường thẳng và một nửa nằm trên đường cong

- Trên đoạn nối, mở rộng đều (tuyến tính) Mở rộng 1m trên chiều dài tối thiểu 10m

Độ mở rộng bố trí ở cả hai bên, phía lưng và bụng đường cong Khi gặp khó khăn, có thể bốtrí một bên, phía bụng hay phía lưng đường cong

Thông thường để mép mặt đường được trơn tru, êm thuận, thì trị số độ mở rộng E n tại mộtđiểm bất kỳ được tính theo công thức:

K với LMR là chiều dài đoạn nối mở rộng

Ln là khoảng cách từ đầu đoạn nối mở rộng đến điểm đang xétPhương của độ mở rộng là phương đường pháp tuyến của tim đường xe chạy

Độ mở rộng được đặt trên diện tích phần lề gia cố Dải dẫn hướng (và các cấu tạo khác nhưlàn phụ cho xe thô sơ, …) phải bố trí phía tay phải của độ mở rộng Nền đường khi cần phải

Ón tiÕp

Bố trí mở rộng phần xe chạy về hai phía của đường cong Bảng6: Độ mở rộng phần xe chạy 2 làn xe trong đường cong nằm, m.[1]

Bán kính đường cong nằm (m)Dòng xe 25020

1.3.2.2 Siêu cao và bố trí đoạn nối siêu cao

1 Siêu cao, tác dụng của siêu cao

Trở lại công thức tính lực ngang, hệ số lực ngang và bán kính đường cong

Y = C.cosG.sin ; i n

R g



2

).(

2

n

i g

v R

§­êng cong chuy

Ón tiÕp

Isc %

In % 0%

Isc %

Ls c

Bố trí siêu cao trong đường cong

Vì vậy, để đảm bảo an toàn và tiện lợi trong việc điều khiển ô tô ở các đường cong bán kínhnhỏ thì phải làm siêu cao, tức là làm cho mặt đường có độ dốc ngang nghiên về phía bụngcủa đường cong

Siêu cao là cấu tạo đặc biệt trong các đường cong có bán kính nhỏ, phần đường phía lưng đường cong được nâng cao để mặt đường có độ dốc ngang một mái nghiêng về phía bụng đường cong đảm bảo xe chạy an toàn, êm thuận.

Tác dụng của siêu cao:

- Siêu cao có tác dụng làm giảm lực ngang, do đó giảm các tác hại của lực ly tâm, đảmbảo xe chạy an toàn trong đường cong

- Siêu cao có tác dụng tâm lý có lợi cho người lái, làm cho người lái tự tin điều khiển xekhi vào trong đường cong

- Siêu cao có tác dụng về mỹ học và quang học, làm cho mặt đường không bị cảm giác thuhẹp giả tạo khi vào đường cong

2 Độ dốc siêu cao

Độ dốc siêu cao có thể tính được theo biểu thức  

R g

V

i sc

2

Như vậy, nếu V lớn và R nhỏ thì đòi hỏi độ dốc siêu cao lớn

Nếu chọn độ dốc siêu cao lớn, đối với những xe tải và xe thô sơ có tốc độ thấp có khả năng

bị trượt xuống dưới, theo độ dốc mặt đường Độ dốc siêu cao quá lớn đòi hỏi phải kéo dàiđoạn nối siêu cao, điểm này sẽ gặp khó khăn đối với đường vùng núi vì sẽ không đủ đoạnchêm giữa 2 đường cong trái chiều

Độ dốc siêu cao khi thiết kế được tra trong quy trình phụ thuộc vào tốc độ thiết kế và bánkính đường cong

Độ dốc siêu cao (%) theo bán kính đường cong nằm (m) và tốc độ thiết kế (km/h)

Isc %)

Không làm siêu cao

- Độ dốc siêu cao nhỏ nhất : bằng độ dốc ngang mặt đường hai mái

- Độ dốc siêu cao thông thường : 4%

- Những đường cong có bán kính lớn R>Rksc thì không cần bố trí siêu cao

Ngoài ra, ở vùng núi, những đường cong ôm vực, cần có các biện pháp đảm bảo an toàn vì

độ dốc siêu cao nghiêng về phía vực, có thể bố trí các tường phòng hộ, hoặc hạn chế độ dốcsiêu cao đến 4% Nhiều trường hợp người ta còn bố trí siêu cao ngược, quay về phía lưngđường cong (phía núi)

3 Đoạn nối siêu cao và các phương pháp nâng siêu cao

Đoạn nối siêu cao được thực hiện với mục đích chuyển hoá một cách điều hoà từ mặt cắtngang thông thường hai mái sang mặt cắt ngang đặc biệt có siêu cao

Việc chuyển hoá này sẽ làm phía lưng đường cong có độ dốc dọc phụ thêm if

- Khi Vtt=2040 km/h thì if = 1%

- Khi Vtt 60 km/h thì if = 0,5%

Đoạn nối siêu cao, đoạn nối mở rộng đều được bố trí trùng với đường cong chuyển tiếp Khikhông có đường cong chuyển tiếp, các đoạn nối này bố trí một nửa trên đường cong và mộtnửa trên đường thẳng

a Phương pháp quay quanh tim đường

Đây là phương pháp thường hay được sử dụng nhất, phương pháp này được quy định trongquy trình hiện hành TCVN 4054-05 [1]

Trình tự các bước :

- Quay mái mặt đường bên lưng đường cong quanh tim đường cho đạt độ dốc ngang mặtđường in ;

- Tiếp tục quay cả mặt đường quanh tim đường cho đạt độ dốc isc

Theo hình vẽ có thể tính được chiều dài đoạn nối siêu cao Lsc và chiều dài các đoạn đặctrưng như sau :

h L

f

n f

i i b L L L L

2

)(

)( 1 2

Trong đó : b : chiều rộng mặt đường (m)

L1: Chiều dài đoạn nâng lưng đường cong từ -in đến 0

L2: Chiều dài đoạn nâng lưng đường cong từ 0 đến in

L3: Chiều dài đoạn nâng mặt đường từ in đến isc

Diễn biến nâng siêu cao và sơ đồ tính chiều dài Lsc theo phương pháp quay quanh tim đường

Tính lại độ dốc dọc phụ thêm

sc

n sc

f L

i i b i

2

).( 



Bằng hình học tìm được công thức tính độ dốc ngang i tại mặt cắt ngang bất kỳ trong đoạnnối siêu cao cách đầu đoạn một khoảng cách x như sau :

+ Nếu x≤L1 thì mặt cắt nằm trong đoạn 1 :

Độ dốc bên bụng đường cong i=in

Độ dốc bên lưng đường cong





+ Nếu L1≤x≤L1+L2 thì mặt cắt nằm trong đoạn 2 :

Độ dốc bên bụng đường cong i=in

Độ dốc bên lưng đường cong

1)

(

L L

L x i

(

L

L L x i i i

b Phương pháp quay quanh mép đường

- Quay mái mặt đường bên lưng đường cong quanh tim đường cho đạt độ dốc in;

- Tiếp tục quay quanh mép trong mặt đường (khi chưa mở rộng) cho đạt độ dốc isc

Bằng cách tương tự, theo hình vẽ trên có thể tính được chiều dài đoạn nối siêu cao Lsc vàchiều dài các đoạn đặc trưng

c Nhận xét :

- Tuỳ từng trường hợp cụ thể và tuỳ từng quan điểm mà chọn phương pháp nâng siêu caotính toán và bố trí đoạn nối siêu cao thích hợp Phương pháp nâng siêu cao phụ thuộc vàođịa hình, điều kiện và biện pháp thoát nước, chiều rộng mặt đường, kích thước và cấu tạodải phân cách giữa, …

- Nên sử dụng phương pháp quay quanh tim đường để nâng siêu cao và bố trí đoạn nốisiêu cao Với phương pháp này cao độ tim đường không thay đổi nên dễ dàng thể hiện trêntrắc dọc và tổng quát được khi lập các chương thiết kế trên máy tính Phương pháp này cònđặc biệt thuận lợi với trường hợp tuyến uốn lượn gồm nhiều đường cong ngược chiều liêntiếp

- Với đường cao tốc, đường nhiều làn xe thì nên thiết kế theo các phương pháp ở hình3.8b và 3.8c các phương pháp này đảm bảo tạo được độ đều đặn về thị giác khi nhìn từ xa

d Trình tự tính toán nâng siêu cao :

- Xác định độ dốc siêu cao isc, độ dốc dọc phụ thêm if : Theo quy trình quy định phụ thuộcvào cấp đường và bán kính đường cong

- Chọn phương pháp nâng siêu cao : Phương pháp nâng siêu cao phụ thuộc vào địa hình,điều kiện thoát nước, chiều rộng mặt đường, kích thước và cấu tạo dải phân cách giữa, …

- Lựa chọn chiều dài đoạn bố trí siêu cao LSC : Thông thường chiều dài đoạn bố trí nàyphụ thuộc vào địa hình và lấy bằng giá trị lớn nhất trong các giá trị tính toán : Chiều dàiđoạn nối siêu cao - LSC, chiều dài đường cong chuyển tiếp - LCT, chiều dài đoạn nối mở rộng

- LMR và theo bảng 3.2; là bội số của 5 (để dễ dàng cắm và thiết kế các mặt cắt ngang trongđường cong)

- Từ chiều dài LBT đã chọn tính lại if và tính các đoạn đặc trưng L1, L2, L3

- Tính độ dốc phần mặt đường trong đoạn nối siêu cao

- Tính các độ dốc lề đường (lề đất, lề gia cố), độ dốc dải phân cách tại các mặt cắt ngangtrong đoạn nối siêu cao phụ thuộc vào độ dốc ngang mặt đường và phương pháp nâng siêucao

- Kết hợp tính toán đường cong chuyển tiếp và mở rộng trong đường cong thiết kế trắcngang trên cơ sở các độ dốc ngang đã xác định được

Bảng 3.2 - Độ dốc siêu cao isc và chiều dài đoạn chuyển tiếp nối siêu cao L(m) phụ

thuộc vào bán kính đường cong R(m) và tốc độ thiết kế Vtt(km/h)

1.3.2.3 Đường cong chuyển tiếp

1 Tác dụng của đường cong chuyển tiếp

Khi xe chạy từ đường thẳng vào đường cong, xe phải chịu các thay đổi

- Bán kính ρ giảm dần từ +ở ngoài đường thẳng đến R trong đường cong

Những biến đổi đột ngột đó gây cảm giác khó chịu cho lái

xe và hành khách và làm cho việc điều khiển xe khó khăn

hơn

Để đảm bảo tuyến đường phù hợp với quỹ đạo thực tế xe

chạy và để đảm bảo điều kiện xe chạy không bị thay đổi

đột ngột ở hai đoạn đầu đường cong, người ta bố trí đường

cong chuyển tiếp - ĐCCT

Quy trình Việt Nam, Trung Quốc và một số nước quy định

với các đường có Vtt ≥ 60 km/h thì phải bố trí ĐCCT

Theo AASHTO thì chỉ thiết kế ĐCCT khi đường ô tô

được thiết kế với tốc độ V ≥ 50 km/h

Các tác dụng của ĐCCT

- Thay đổi góc ngoặt của bánh xe phía trước một cách từ từ để đạt được góc quay cần thiết

ở đầu đường cong tròn

- Giảm mức độ tăng lực ly tâm do đó tránh được hiện tượng người trên xe bị xô ngang khivào đường cong tròn

- Tuyến có dạng hài hoà, lượn đều không bị gãy khúc, phù hợp với quỹ đạo thực tế xechạy, tăng mức độ tiện lợi êm thuận và an toàn xe chạy

2 Xác định chiều dài của ĐCCT

Để cấu tạo ĐCCT người ta giả thiết:

- Tốc độ xe chạy trên ĐCCT không thay đổi và bằng Vtt

- Trên suốt chiều dài của ĐCCT từ S=0 đến S=Lct gia tốc ly tâm thay đổi đều từ 0 đến

R

v2đồng thời bán kính đường cong ρ giảm dần từ +  đến R tỷ lệ bậc nhất với chiều dài ĐCCT

Ta thấy, gia tốc ly tâm tăng đều tức là độ tăng của gia tốc ly tâm theo thời gian bằng hằng số:

const s

m Rt

t - Thời gian xe chạy từ đầu đến cuối ĐCCT ;

v L RL

v

ct

3 3

V

L ct

47

- Liên xô (cũ) và Việt Nam : 0,5 m/s3

- Thụy Điển, Anh, Ý : 0,8 m/s3

Như vậy, với I=0,5 m/s3 ta có công thức dùng để tính toán chiều dài tối thiểu c ủa đườngcong chuyển tiếp

3

L23,5 R



Chiều dài của ĐCCT còn được xác định từ điều kiện thời gian hành trình trên ĐCCT Vớilái xe có trình độ chuyên môn trung bình thì thời gian này bằng 3s và ta được công thức Lct

= 3.v = 0,83V (m)

3 Nghiên cứu dạng hình học của đường cong chuyển tiếp

Đường cong chuyển tiếp là đường cong quá độ có bán kính cong thay đổi dần thích ứng vớiquỹ đạo xe chạy biến đổi, được dùng khi nối đường thẳng với đường cong tròn hoặc giữahai đường cong tròn có bán kính khác nhau

Có một số dạng đường cong toán học có thể thỏa mãn các yêu cầu trên với những mức độnhất định Đó là các đường cong xoắn ốc bức xạ hay gọi là clothoid; đường hoa thịLemniscat Becnulli; đường parabol bậc 3 và bậc 4, Người ta sử dụng một p hần của cácđường cong toán học này để làm ĐCCT

Tiêu chuẩn để lựa chọn sử dụng loại đường cong toán học nào làm ĐCCT phụ thuộc vào 2điều kiện cơ bản:

- Dạng đường cong phù hợp với quỹ đạo chuyển động của xe

- Tính toán và cắm đường cong được đơn giản và dễ d àng

1.3.2.4 Đảm bảo tầm nhìn trên đường cong nằm

Trong đường cong bằng có bán kính nhỏ, nhiều trường hợp có chướng ngại vật nằm ở phíabụng đường cong gây trở ngại cho tầm nhìn như mái ta luy đào, nhà cửa, cây cối, Muốnđảm bảo được tầm nhìn S trên đường cong cần phải xác định được phạm vi phá bỏ chướngngại vật cản trở tầm nhìn

Tầm nhìn trên đường cong nằm được kiểm tra đối với các ô tô chạy trên làn xe phía bụngđường cong với giả thiết mắt người lái xe cách mép mặt đường 1,5m và ở độ cao cách mặtđường 1,0m (tương ứng với trường hợp xe con)

Các phương pháp xác định phạm vi cần dỡ bỏ:

1 Phương pháp đồ giải:

1 2 3

2' 3' 4'

Đường giới hạn nhìn Quỹ đạo xe chạy 1,5m

Sơ đồ xác định tầm nhìn theo phương pháp đồ giải

Trên bình đồ đường cong nằm vẽ với tỉ lệ lớn, theo đường quỹ đạo xe chạy, định điểm đầu

và điểm cuối của những dây cung cĩ chiều dài bằng chiều dài tầm nhìn S Vẽ đường congbao những dây cung này ta cĩ đường giới hạn nhìn Trong phạm vi của đường bao này tất cảcác chướng ngại vật đều phải được phá bỏ như cây cối, nhà cửa,…

   

S-K 2

S-K 2

Hình 3.33 Xác định đường giới hạn nhìn theo phương pháp giải tích

Bằng hình học, chúng ta tính toán được cự ly tĩnh ngang lớn nhất như hình 3.32 kết quả thểhiện ở bảng sau:

Bảng 3.9 Các công thức tính cự ly tĩnh ngang Z

1 Khi S  K hình a)

) 2 cos 1 ( R

RK

;R

K S ) 2 cos 1 ( R

R

S 180

) 2 ( R K

s s

0

s 0

sin(

cos

X X ) 2

2 cos 1 ( R

M C

XX

YYarctg

Rad , R 2

) 2 ( R K

s s

0

s 0

M(XM,YM) ~

2

K S

K S

) 2

sin(

cos

X ) 2

2 cos 1 ( R

Rad , R 2

) 2 ( R K

s s

0

s 0

- K : Chiều dài đường cong nằm tổng hợp

- K0 : Chiều dài đường cong tròn khi có bố trí ĐCCT

- RS : Bỏn kớnh quỹ đạo xe khi tớnh toỏn tĩnh ngang 

- R, b : Bỏn kớnh đường cong và chiều rộng mặt đường thiết kế

- LS : Chiều dài ĐCCT quỹ đạo xe ứng với RS và thụng số A thiết kế

- φ : Gúc hợp bởi tiếp tuyến tại điểm cuối ĐCCT và cỏnh tuyến

- C(XC, YC) ~ LS : Tọa độ Đề cỏc của điểm cuối ĐCCT ứng với LS

- M(XM, YM) ~

2

K S

1.0m 1.5m

Zo Z

1.0m Cây phải đốn

1.5m

Hỡnh 3.34 Xỏc định phạm vi cần dỡ bỏ trờn mặt cắt ngang.

Sau khi xỏc định được phạm vi tĩnh ngang lớn nhất Z, bố trớ phạm vi cần dỡ bỏ trờn bỡnh đồnhư hỡnh 3.34

Trong phạm vi Z và trờn 1,0m cần phải dỡ bỏ cỏc chướng ngại vật như nhà cửa, cõy cối, đất

đỏ Nhưng để đề phũng cõy cỏ cú thể mọc lại nờn phải dỡ thấp hơn 0,5m hoặc dỡ ngang mặtđường

1.3.3 Nguyờn tắc thiết kế bỡnh đồ

1.3.3.1 Những yờu cầu chung đối với tuyến trờn bỡnh đồ

1 Đảm bảo cỏc yếu tố của tuyến như bỏn kớnh tối thiểu đường cong nằm, chiều dàiđường cong chuyển tiếp, độ dốc dọc lớn nhất khi triển tuyến, khụng vi phạm những quyđịnh về trị số giới hạn đối với cấp đường thiết kế

2 Đảm bảo tuyến đường ụm theo hỡnh dạng địa hỡnh để khối lượng đào đắp nhỏ nhất,bảo vệ cảnh quan thiờn nhiờn

3 Xột yếu tố tõm lý người lỏi xe và hành khỏch đi trờn đường, khụng nờn thiết kếđường cú những đoạn đường thẳng quỏ dài (lớn hơn 4km) gõy tõm lý mất cảnh giỏc và gõybuồn ngủ đối với lỏi xe, ban đờm đốn pha ụ tụ làm chúi mắt xe ngược chiều

4 Cố gắng sử dụng cỏc tiờu chuẩn hỡnh học cao như bỏn kớnh đường cong, đoạn chờmgiữa cỏc đường cong, chiều dài đường cong chuyển tiếp trong điều kiện địa hỡnh cho phộp

5 Đảm bảo tuyến là một đường không gian đều đặn, êm th uận, trên hình phối cảnhtuyến không bị bóp méo hay gãy khúc Muốn vậy phải phối hợp hài hoà giữa các yếu tốtuyến trên bình đồ, trắc dọc, trắc ngang, giữa tuyến và công trình và giữa các yếu tố đó vớiđịa hình, cảnh quan môi trường xung quanh

1.3.3.2 Những nguyên tắc cơ bản khi vạch tuyến, định tuyến

1 Định tuyến phải bám sát đường chim bay giữa 2 điểm khống chế

2 Thiết kế nền đường phải đảm bảo cho giao thông thuận lợi, đồng thời phải tuân theomọi quy định về tiêu chuẩn kỹ thuật của tuyến

3 Khi định tuyến nên tránh đi qua những vị trí bất lợi về thổ nhưỡng, thuỷ văn, địa chất(như đầm lầy, khe xói, sụt lở, đá lăn, kast, ) để đảm bảo cho nền đường được vững chắc

4 Không nên định tuyến qua khu đất đai đặc biệt quí, đất đai của vùng kinh tế đặc biệt,

cố gắng ít làm ảnh hưởng đến quyền lợi của những người sử dụng đất

5 Khi tuyến giao nhau với đường sắt hoặc đi song song với đường sắt cần phải tuântheo quy trình của Bộ GTVT về quan hệ giữa đường ôtô và đường sắt (vị trí giao phải ởngoài phạm vi ga, đường dồn tàu, cửa hầm đường sắt, ghi cổ họng, các cột tín hiệu vào ga,góc giao  450 )

6 Khi chọn tuyến qua thành phố, thị trấn thì cần chú ý đến quy mô và đặc tính của giaothông trên đường, lưu lượng xe khu vực hay xe quá cảnh chiếm ưu thế, số dân và ý nghĩa vềchính trị, kinh tế, văn hoá, xã hội của đường để quyết định hướng tuyến hợp lý nhất

7 Khi qua vùng đồng bằng cần vạch tuyến thẳng, ngắn nhất, tuy nhiên tránh nhữngđoạn thẳng quá dài (≥3 -4km) có thể thay bằng các đường cong có bán kính R≥1000m, tránhdùng góc chuyển hướng nhỏ

8 Khi đường qua vùng đồi nên dùng các đường cong có bán kính lớn uốn theo địa hình

tự nhiên Bỏ qua những uốn lượn nhỏ và tránh tuyến bị gãy khúc về bình đồ và trắc dọc

9 Qua vùng địa hình đồi nhấp nhô nối tiếp nhau, tốt nhất nên chọn tuy ến là nhữngđường cong nối tiếp hài hoà với nhau, không nên có những đoạn thẳng chêm ngắn giữanhững đường cong cùng chiều, các bán kính của các đường cong tiếp giáp nhau không đượcvượt quá các giá trị cho phép

10 Khi tuyến đi theo đường phân thuỷ, điều cần chú ý trước tiên là quan sát hướng củađường phân thuỷ chính và tìm cách nắn thẳng tuyến trên từng đoạn, chọn những sườn đồi ổnđịnh và thuận lợi cho việc đặt tuyến, tránh những mỏm cao và tìm những đèo thấp để vượt

11 Khi tuyến đi trên sườn núi, mà độ dốc v à mức độ ổn định của sườn núi có ảnh hưởngđến vị trí đặt tuyến thì cần nghiên cứu tổng hợp các điều kiện địa hình, địa chất và thuỷ văn

để chọn tuyến thích hợp Nếu tồn tại những đoạn sườn dốc bất lợi về địa chất, thuỷ văn nhưsụt lở, trượt, nước ngầm, cần cho tuyến đi tránh hoặc cắt qua phía trên

12 Khi triển tuyến qua đèo thông thường chọn vị trí đèo thấp nhất, đồng thời phải dựavào hướng chung của tuyến và đặc điểm của sườn núi để triển tuyến từ đỉnh đèo xuống haiphía

Đối với những đường cấp cao nếu triển tuyến qua đèo gặp bất lợi như sườn núi không ổnđịnh hoặc các tiêu chuẩn kỹ thuật về bình đồ, trắc dọc quá hạn chế không thoả mãn thì cóthể xem xét phương án hầm Tuyến hầm phải chọn sao cho có chiều dài ngắn nhất và nằmtrong vùng ổn định về địa chất, thuỷ văn

13 Khi tuyến đi vào thung lũng các sông suối, nên :

- Chọn một trong hai bờ thuận với hướng chung của tuyến, có sườn thoải ổn định, khốilượng công tác đào đắp ít

- Chọn tuyến đi trên mực nước lũ điều tra

- Chọn vị trí thuận lợi khi giao cắt các nhánh sông suối: nếu là thung lũng hẹp tuyến cóthể đi một bên hoặc cả hai bên với một hoặc nhiều lần cắt qua khe suối Lý do cắt qua nhiềulần một dòng suối thường là khi gặp sườn dốc nặng, vách đá cao, địa chất không ổn định(sụt, trượt, )

14 Vị trí tuyến cắt qua sông suối cần chọn những đoạn suối thẳng có bờ và dòng ổnđịnh, điều kiện địa chất thuận lợi

15 Trường hợp làm đường cấp cao đi qua đầm hồ hoặc vịnh cần nghiên cứu phương áncắt thẳng bằng cách làm cầu hay kết hợp giữa cầu và nền đắp nhằm rút ngắn chiều dàituyến

1.4 THIẾT KẾ MẶT CẮT DỌC

1.4.1 Nguyên tắc thiết kế trắc dọc

1.4.1.1 Các yêu cầu và nguyên tắc cơ bản khi thiết kế trắc dọc

Thiết kế đường đỏ hay thiết kế trắc dọc là xác định vị trí của mặt đường trên trắc dọc so vớimặt đất tự nhiên

Khi thiết kế đường đỏ cần tuân theo các yêu cầu và nguyên tắc sau đây:

- Trắc dọc có ảnh hưởng nhiều đến các chỉ tiêu khai thác của đường như tốc độ xe chạy, khảnăng thông xe, tiêu hao nhiên liệu và an toàn giao thông,… có ảnh hưởng lớn đến khốilượng công tác và giá thành xây dựng, do đó khi thiết kế đường đỏ phải đảm bảo tuyến lượnđều, ít thay đổi dốc, nên dùng độ dốc bé Chỉ ở những nơi địa hình khó khăn mới sử dụngcác tiêu chuẩn giới hạn như imax, imin, Lmax, Lmin, Rmin, Kmin, Khi thiết kế trắc dọc cần phốihợp chặt trẽ thiết kế bình đồ, trắc ngang, phối hợp giữa đường cong nằm và đường congđứng, phối hợp tuyến với cảnh quan đảm bảo đường không bị gẫy khúc, rõ ràng và hài hoà

về mặt thị giác, chất lượng khai thác của đường như tốc độ xe chạy, năng lực thông xe, antoàn xe chạy cao, chi phí nhiên liệu giảm

- Đảm bảo cao độ các điểm khống chế theo suốt dọc tuyến đường

- Đảm bảo thoát nước tốt từ nền đường và khu vực hai bên đường Cần tìm cách nâng caotim đường so với mặt đất tự nhiên vì nền đường đắp có chế độ thủy nhiệt tốt hơn so với nềnđường đào Chỉ sử dụng nền đường đào ở những đoạn tuyến khó khăn như qua vùng đồi núi,sườn dốc lớn,…

- Độ dốc dọc tại các đoạn nền đường đào hoặc đắp thấp (cần phải làm rãnh dọc) không đượcthiết kế nhỏ hơn 0,5% (cá biệt là 0,3%) để đảm bảo thoát nước tốt từ rãnh dọc và lòng rãnhkhông bị ứ đọng bùn cát

- Khi thiết kế đường đỏ cần chú ý đến điều kiện thi công Hiện nay chủ yếu thi công bằng cơgiới nên trắc dọc đổi dốc lắt nhắt sẽ không thuận lợi cho thi công, cho duy tu bảo dưỡng vàkhai thác đường

- Trắc dọc trên những công trình vượt qua dòng nước cần thiết kế sao cho đảm bảo cao độ,

độ dốc, chiều dài đoạn dốc, các đường cong nối dốc hợp lý đảm bảo thoát nước tốt và ổnđịnh chung của toàn công trình