Chương IV: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG KHAI THÁC LỚP BÊ TÔNG NHỰA TẠO NHÁM MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ
4.1 Nghiên cứu một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng khai thác của lớp BTN tạo nhám
4.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng màng nước đến điều kiện chạy xe
Theo thống kê, tỉ lệ tai nạn giao thông do mặt đường bị trơn trượt hoặc do xuất hiện màng nước (hydroplaning) trên đường khi trời mưa ngày càng tăng, nhiều tai nạn giao thông khi trời mưa không thể chứng minh được do thời tiết, do đường bộ hay do phương tiện đi lại; tuy nhiên quan hệ độ nhám và hiệu ứng màng nước cần xem xét kỹ để đánh giá điều kiện đi lại trên đường.
Nội dung của mục này, tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của màng nước khi xe chạy với các tốc độ khác nhau, xác định hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường, qua đó đánh giá được mức độ ảnh hưởng của màng nước trên đường đến điều kiện chạy xe.
Khái niệm hiệu ứng màng nước
Hiệu ứng màng nước (hydroplaning) là sự ngăn cách giữa bánh xe và mặt đường hoặc khả năng gây trượt trên mặt đường bởi một lớp chất lỏng (hình 4.7). Đánh giá ảnh hưởng bề mặt nhám và tương tác giữa bánh xe với mặt đường với mục đích xem xét hiệu ứng của màng nước.
Hình 4.6: Mô phỏng hiệu ứng màng nước và hiện tượng bắn nước sau bánh xe khi mặt đường ẩm ướt trên tuyến cao tốc TpHCM-Trung Lương (Tiền Giang).
Lực bám bánh xe và mặt đường được xem xét khi mặt đường có độ nhám vĩ mô thấp, xe chạy tốc độ cao và có màng nước trên bề mặt. Độ nhám vĩ mô tạo các kênh thoát nước, vì vậy có thể làm giảm ảnh hưởng màng nước tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường. Với chiều dày màng nước mỏng và xe chạy tốc độ cao, độ nhám vĩ mô là cần thiết để duy trì tiếp xúc bánh xe và mặt đường.
Đặc điểm hiệu ứng màng nước
Hiệu ứng màng nước là hiện tượng màng nước xuất hiện trên mặt đường làm mất khả năng tiếp xúc và lực bám của bánh xe với mặt đường. Ở mặt đường ẩm ướt hay có nước, áp lực màng nước tăng khi tốc độ xe chạy tăng và đạt đến điểm giới hạn khi đó bánh xe bị nâng (do nêm nước) và tách khỏi tiếp xúc với mặt đường.
Những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu ứng màng nước gồm có: cường độ mưa, loại vật liệu mặt đường, đặc tính vỏ lốp xe và người điều khiển phương tiện.
Vỏ gai lốp xe là một trong các yếu tố chính ảnh hưởng đến màng nước. Việc thiết kế, bảo trì mặt đường tốt, kinh nghiệm của việc bơm hơi vỏ lốp xe thay đổi cao hay thấp thì có thể hạn chế nguy cơ rủi ro với màng nước.
Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng màng nước đến điều kiện chạy xe
Nghiên cứu hiệu ứng màng nước đến điều kiện chạy xe, tác giả tiến hành thí nghiệm tại lý trình KM4+500, gói thầu 1A, công trình xây dựng tuyến Cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh-Long Thành-Dầu Dây.
Mục đích thí nghiệm: xác định chiều dài hãm xe với áp lực hơi trong lốp xe thay đổi; tốc độ xe thay đổi và đoạn thí nghiệm với bề mặt không có nước và có nước (mô phỏng hiệu ứng màng nước).
Nội dung thí nghiệm gồm:
1. Chọn đoạn thử nghiệm với độ nhám vi mô thay đổi: L=100m;
2. Chọn loại xe thí nghiệm: xe con (hiệu Toyota);
3. Chọn áp lực hơi trong lốp xe thay đổi: 2kg/cm2 (196 kPa); 1,8kg/cm2 (176 kPa);
1,6kg/cm2 (156 Kpa); và 1,4kg/cm2 (137 Kpa) (1kg/cm2=98 kPa);
4. Chọn tốc độ xe: 40; 50; 60 và 80 km/giờ;
5. Trạng thái mặt đường: trạng thái khô và ướt (màng nước mô phỏng) với độ nhám cho trước;
6. Kết quả: Xác định hệ số bám bánh xe ở tốc độ xe chạy khác nhau thông qua chiều dài hãm phanh, khi áp lực hơi thay đổi ở đoạn đường có trạng thái bề mặt khô và ướt.
Hình 4.7: Công tác chuẩn bị thí nghiệm và đo chiều dài vệt hãm xe khi mặt đường khô trên tuyến cao tốc Thành phố HCM - Long Thành - Dầu Dây.
Hình 4.8: Công tác chuẩn bị thí nghiệm và đo chiều dài hãm xe trên mặt đường ướt.
Bảng 4.5: Quan hệ áp lực hơi bánh xe, tốc độ xe và tỉ số chiều dài hãm phanh khi mặt đường khô.
lần 1 lần 2 lần 3
40 5,6 5,5 5,9 5,7
50 8,3 8,6 8,7 8,5
60 10,1 11,3 10,9 10,8
80 11,1 11,2 11,7 11,3
40 6,1 6,3 5,9 6,1
50 6,7 6,9 7,2 6,9
60 8,1 8,5 8,7 8,4
80 10,4 10,9 9,8 10,4
40 5,4 5,5 5,1 5,3
50 6,2 5,9 6,4 6,2
60 7,8 7,2 7,4 7,5
80 9,5 9,8 9,2 9,5
40 2,7 2,4 2,85 2,7
50 5,7 5,4 5,6 5,6
60 6,9 7,2 7,1 7,1
80 8,2 8,1 7,8 8,0
Chiều dài hãm phanh (m)
(Trạng thái khô) Trung bình Vận tốc (km/h) (m)
5,7
8,5
10,8 11,3
6,1 6,9
8,4
10,4
5,3 6,2
7,5
9,5
2,7
5,6 7,1
8,0
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0
40 50 60 80
Áp lực hơi 1,4 kPa Áp lực hơi 1,6 kPa Áp lực hơi 1,8 kPa Áp lực hơi 2,0 kPa
Hình 4.9: Biểu đồ quan hệ giữa chiều dài hãm xe với áp lực hơi, tốc độ xe thay đổi trên mặt đường khô.
5,5
9,2
13,9
17,1
6,3 7,9
12,2
16,1
5,9 7,1
11,2 14,3
2,3
5,6
10,5 13,2
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0
40 50 60 80
Áp lực hơi 1,4 kPa Áp lực hơi 1,6 kPa Áp lực hơi 1,8 kPa Áp lực hơi 2,0 kPa
Chiều dài hãm phanh mặt đường ướt (m)
Hình 4.10: Quan hệ chiều dài hãm xe trên mặt đường khô với áp lực hơi, tốc độ xe thay đổi trên mặt đường ướt.
Bảng 4.6: Quan hệ tốc độ xe và tỉ số chiều dài hãm phanh mặt đường ướt và khô.
lần 1 lần 2 lần 3
40 5,6 5,5 5,9 5,7
50 8,3 8,6 8,7 8,5
60 10,1 11,3 10,9 10,8
80 11,1 11,2 11,7 11,3
40 6,1 6,3 5,9 6,1
50 6,7 6,9 7,2 6,9
60 8,1 8,5 8,7 8,4
80 10,4 10,9 9,8 10,4
40 5,4 5,5 5,1 5,3
50 6,2 5,9 6,4 6,2
60 7,8 7,2 7,4 7,5
80 9,5 9,8 9,2 9,5
40 2,7 2,4 2,85 2,7
50 5,7 5,4 5,6 5,6
60 6,9 7,2 7,1 7,1
80 8,2 8,1 7,8 8,0
Chiều dài hãm phanh (m)
(Trạng thái khô) Trung bình Vận tốc (km/h) (m)
Áp lực bánh xe (kg/cm2)
1,6
1,4
Tốc độ màng nước
(km/h)
89,0
84,5
79,4
74,3 2,0
1,8 Vận tốc (km/h) Vận tốc (km/h)
Chiều dài hãm phanh mặt đường khô (m)
Bảng 4.7: Hệ số bám φ giữa bánh xe và mặt đường ở trạng thái khô và ướt.
Áp lực hơi bánh xe (kPa)
V1 (km/h)
V2 ướt (km/h)
S-ướt (m)
V2-khô (m)
S-khô
(m) φ-ướt φ-khô Δφ (% )
40 29 5.5 25 5.7 0.54 0.67 19.3
50 35 9.2 33 8.5 0.55 0.65 16.5
60 45 13.9 43 10.8 0.45 0.64 30.1
80 68 17.1 68 11.3 0.41 0.62 33.9
40 27 6.3 24 6.1 0.54 0.66 17.6
50 39 7.9 37 6.9 0.49 0.65 24.4
60 46 12.2 47 8.4 0.48 0.65 26.5
80 67 16.1 69 10.4 0.47 0.62 24.7
40 25 5.9 25 5.3 0.65 0.72 10.2
50 37 7.1 38 6.2 0.63 0.67 6.5
60 44 11.2 49 7.5 0.58 0.63 7.1
80 66 14.3 71 9.5 0.56 0.56 0.1
40 25 5.3 24 2.7 0.72 1.49 51.5
50 36 6.8 29 5.6 0.70 1.17 40.2
60 42 10.5 40 7.1 0.69 1.11 37.9
80 65 13.2 65 8 0.65 1.07 39.4
1.4 kPa 2 Kpa
1.8 kPa
1.6 kPa
0.62
0.64 0.62
0.65
0.63 0.56
1.11 1.07
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
50 55 60 65 70 75 80 85
Tốc độ xe (km/h)
Hệ số bám φ (mặt đường khô)
2 Kpa 1.8 kPa 1.6 kPa 1.4 kPa
0.41 0.45
0.48
0.47
0.58 0.56
0.69 0.65
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80
50 55 60 65 70 75 80 85
Tốc độ xe (km/h)
Hệ số bám φ (mặt đường ướt)
2 Kpa 1.8 kPa 1.6 kPa 1.4 kPa
Hình 4.11: Hệ số bám của bánh xe với mặt đường ở trạng thái khô và ướt.
Qua khảo sát đánh giá ảnh hưởng của hiện tượng màng nước trên mặt đường nhám (đánh giá khảo sát ở tốc độ xe 60; 80 km/h) có thể nhận thấy một số vấn đề sau:
1. Khi xe chạy ở tốc độ 60 km/h, ở ba cấp áp lực hơi 1,6;1,8 và 2,0kPa thì hệ số bám φ giữa bánh xe và mặt đường thay đổi từ 0,63÷0,65 là rất thuận lợi cho điều kiện chạy xe trong trường hợp mặt đường khô; cũng với tốc độ này hệ số bám φ
giảm đi 20-30% khi chạy trên mặt đường ẩm ướt;
2. Khi xe chạy ở tốc độ 80 km/h, ở trạng thái mặt đường khô với cấp áp lực hơi bánh xe 1,6;1,8 và 2,0kPa; hệ số bám φ thay đổi nhỏ 0,62÷0,65; ở trạng thái mặt đường ướt giá trị hệ số bám φ thay đổi từ 10÷30% so với trạng thái mặt đường khô.
3. Khi thử nghiệm với áp lực hơi 1,4kPa thì giá trị hệ số bám φ là khá cao, tuy nhiên gây cảm giác rất rất khó chịu cho người lái xe.