III. Cỏc tiờu chuẩn an toàn đỏnh giỏ chất lượng đồ ỏn thiết kế đường ụtụ
3. Tiờu chuẩn an toàn thứ ba
a) CCRSi ≤ 180gon/km > 180gon/km và ≤
360gon/km >360gon/km
Xỏc định tốc độ khai thỏc với suất bảo đảm 85% (V85) :
Tốc độ 85% (V85) : là tốc độ đặc trưng của một đoạn đường cú những đặc điểm đường xỏc định mà 85% xe con chạy khụng vượt quỏ tốc độ ấy khi cú những điều kiện chạy xe : khụng bị xe khỏc cản trở ; mặt đường khụng bị ẩm ướt và sạch.
Đối với cỏc tuyến đường xõy dựng mới, cú thể xỏc định tốc độ khai thỏc V85 dựa theo : tốc độ giới hạn, tốc độ thiết kế, hệ số thay đổi độ ngoặc của đường cong nằm CCRs, độ cong DC hay bỏn kớnh R của đường cong nằm thiết kế trờn từng đoạn tuyến. Đối với tuyến đường hiện hữu đang khai thỏc cần phải thiết kế nõng cấp, cải tạo thỡ việc xỏc định V85 trờn từng đoạn của tuyến được thực hiện bằng phương phỏp khảo sỏt đo tốc độ thực tế của dũng xe.
Trong điều kiện ngành GTVT của nước ta chưa cú số liệu nghiờn cứu, chỳng ta cú thể tham khảo cỏc cụng thức của cỏc nước như sau:
V85 theo qui trỡnh Đức.
Xỏc định cỏc thành phần hệ số bỏm sử dụng để tớnh toỏn theo tiờu chuẩn an toàn thứ III:
Trong lý thuyết “ Thiết kế đường ụ tụ” thỡ bỏn kớnh đường cong nằm ứng với độ nghiờng siờu cao isc % được xỏc định theo cụng thức quen thuộc:
)( ( 127 2 sc i V R + = à
Và để đảm bảo ụ tụ chạy trờn đường cong khụng bị mất ổn định trượt thỡ lực ngang của ụ tụ phải khụng nhỏ hơn lực ngang xuất hiện. Nghĩa là phải thỏa món điều kiện:
φn > μ
Trong đú:
φn: hệ số bỏm ngang μ: hệ số lực ngang
Để xem xột ổn định chống trượt ngang của ụ tụ đi trờn đường cong nằm, ta lấy: μ = φn. Và khi đú cụng thức trờn được viết lại:
)( ( 127 2 sc n i V R + = ϕ
Để tiện cho việc theo dừi, ta chuyển đổi ký hiệu cho thống nhất với cỏc ký hiệu đó sử dụng của cỏc nước khi thiết lập cỏc tiờu chuẩn an toàn như sau:
fR, ft thay cho ký hiệu φn (hệ số bỏm ngang) và φd (hệ số bỏm dọc) và e thay cho ký hiệu isc.
Cụng thức trờn được viết lại như sau:
)( ( 127 2 e f V R R + =
Với Q: trọng lượng của ụ tụ (tải trọng truyền từ bỏnh xe xuống mặt đường). Dựa trờn cơ sở cỏc số liệu nghiờn cứu ở 5 nước khỏc nhau: Mỹ, Đức, Phỏp, Thụy Điển, Thụy Sỹ người ta đó lập được quan hệ giữa hệ số bỏm dọc , ngang và Vd như sau:
- Hệ số bỏm dọc: ft = 0,59 – 4,85.10-3Vd + 1,51.10-5V2d. FR Ft F Chỳ ý rằng , hệ số bỏm tổng cộng f2 = f2R + f2t và lực bỏm theo hướng dọc Ft, theo hướng ngang FR được xỏc định theo cỏc cụng thức:
Ft = ft . Q
- Hệ số bỏm ngang:
fR = 0,27 – 2,19.10-3Vd + 5,79.10-6V2d. - Quan hệ giữa hệ số bỏm ngang và hệ số bỏm dọc:
fRA = n.0,925.ft
Trong đú: n là hệ số sử dụng phụ thuộc vào điều kiện địa hỡnh đồ ỏn được thiết kế mới hay thiết kế cải tạo cỏc đường hiện cú mà n cú cỏc trị số khỏc nhau:
n = 0,4 – đối với đồ ỏn thiết kế mới qua vựng đồi, nỳi n = 0,45 - đối với đồ ỏn thiết kế mới qua vựng đồng bằng n = 0,6 – đối với đường hiện cú hay thiết kế cải tạo.
Vấn đề đảm bảo ổn định về phương diện động học cho xe chạy an toàn trờn cỏc đường cong cú bố trớ siờu cao được nghiờn cứu thụng qua cỏc kết quả khảo sỏt hệ số lực ngang xuất hiện khi xe chạy vào đường cong này với tốc độ khai thỏc cú suất bảo đảm là 85% (fRD ), đồng thời đối chiếu với hệ số lực ngang thiết kế (fRA).
Hệ số lực ngang tương ứng với tốc độ khai thỏc V85 :
sc RD i R V f = − . 127 2 85
Hiệu số của hai hệ số lực ngang khi thiết kế và yờu cầu (fRA – fRD) biểu thị mức độ ổn định động học, bảo đảm độ an toàn của ụ tụ khi chạy vào đường cong. Cụ thể: nếu (fRA – fRD) > 0 nghĩa là hệ số lực ngang yờu cầu tương ứng với tốc độ khai thỏc V85 nhỏ hơn hệ số lực ngang thiết kế (dự kiến). Trong trường hợp này xe đi vào đường cong cú mức độ an toàn cao. Ngược lại nếu (fRA – fRD) < 0, tức là lực ngang yờu cầu ứng với tốc độ khai thỏc V85 của xe xuất hiện lớn hơn lực ngang thiết kế. Tựy thuộc vào mức độ nguy hiểm nhiều hay ớt xảy ra khi xe chạy trờn đường cong để từ đú đỏnh giỏ mức độ tốt xấu của tuyến thiết kế hoặc đang khai thỏc (ở đõy, để xem xột ổn định ngang của xe chạy trờn đường cong người ta lấy trị số giới hạn hệ số lực ngang bằng hệ số bỏm ngang).
Xem như vậy thấy rằng, việc lựa chọn độ dốc siờu cao trong thiết kế và kiến tạo độ dốc siờu cao của mỗi đường cong theo bỏn kớnh thiết kế khụng thể là việc làm thiếu thận trọng. Vỡ thế, trong qui trỡnh thiết kế đường ụ tụ TCVN 4054: 2005 của nước ta đó qui định độ dốc siờu cao tối thiểu ứng với mỗi cấp tốc độ và bỏn kớnh đường cong nằm lựa chọn, vỡ rằng nếu chọn trị số isc nhỏ hơn cỏc trị số qui định cho phộp sẽ dẫn đến việc tăng hệ số lực ngang và nếu hệ số này tăng vượt quỏ trị số yờu cầu ứng với tốc độ khai thỏc V85 sẽ dẫn tới khả năng cú xe mất ổn định khi đi vào đường cong.
Từ tiờu chuẩn an toàn thứ nhất và thứ hai được nghiờn cứu, cỏc nước đó xõy dựng đồ thị để hỗ trợ cho người thiết kế đường ụ tụ lựa chọn một cỏch định lượng bỏn kớnh hợp lý của cỏc đường cong trũn được bố trớ liờn tiếp trờn bỡnh đồ tuyến như sau:
Cỏc đồ thị do mỗi nước lập ra đều ở dạng hỡnh vuụng đối xứng qua đường chộo bỏn kớnh đường cong nằm thay đổi tử R=70m đến R=1800m và chia ra làm 3 vựng để đỏnh giỏ chất lượng của đồ ỏn thiết kế, bao gồm:
Vựng ở giữa (vựng I) được đỏnh giỏ là đồ ỏn thiết kế cú chất lượng tốt. Ứng với vựng này, người thiết kế đó lựa chọn hai đường cong liền kề trờn bỡnh đồ cú bỏn kớnh thỏa món cỏc điều kiện về của cỏc hệ số thay đổi độ ngoặt │CCRsi - CCRsi+1│≤ 180 gon/km hay 162 o/km cũng như bảo đảm quan hệ tốc độ thiết kế (Vd) và tốc độ khai thỏc (V85) chờnh nhau khụng vượt quỏ 10km/h. Trờn đường chộo hai đường vũng được lựa chọn bỏn kớnh cú trị số bằng nhau (Ri
= Ri+1).
Vựng hẹp kẹp ở giữa (vựng II) là vựng được đỏnh giỏ là đồ ỏn thiết kế cú thể chấp nhận được. Khi đú hai bỏn kớnh đường cong được lựa chọn của hai đường vũng kề liền bảo đảm chờnh lệch giữa tốc độ thiết kế Vd và tốc độ khai thỏc V85 khụng vượt quỏ 10-20km/h, và hiệu số của cỏc hệ số thay đổi độ ngoặt của đường cong nằm trong khoảng 180-360gon/km.
Vựng ngoài cựng (vựng III), sự lựa chọn hai bỏn kớnh đường trũn liờn tiếp được đỏnh giỏ xấu bởi tạo nờn sự chờnh lệch lớn giữa hai tốc độ │V85–Vd│> 20km/h và cú sự biến động độ cong lớn │CCRsi - CCRsi+1│> 360 gon/km hay 3240/km.
Khi thiết kế nếu lựa chọn hai bỏn kớnh đường vũng trong vựng “chấp nhận được “ thỡ theo cỏc kết quả điều tra nghiờm cứu của cỏc tỏc giả, hệ số tai nạn ớt nhất sẽ cao hơn 2-3 lần so với vựng đạt chất lượng tốt.
Nhận xột :
Việc thiết kế xõy dựng một tuyến đường đồng nghĩa với đũi hỏi phải thiết kế và xõy dựng một tuyến đường ụtụ đạt chất lượng cao, thể hiện qua tớnh tiện nghi, thuận lợi, xe chạy an toàn, tốc độ cao, đồng thời tuyến đường thoả món tốt nhất sự hài hoà với địa hỡnh tự nhiờn hay núi khỏc là phải cú tớnh thẩm mỹ cao
tương ứng với đồng tiền mà chỳng ta phải bỏ ra để xõy dựng đường. Nếu vẫn
thiết kế theo những nguyờn tắc thụng thường như từ trước đến nay, sẽ khụng đỏp
ứng được đầy đủ đũi hỏi trờn. Nghiờn cứu phương phỏp thiết kế tuyến sao cho
thoả món được cỏc yờu cầu, đồng thời đỏnh giỏ được chất lượng của tuyến thiết kế là hết sức cần thiết đối với cụng tỏc thiết kế đường ụtụ.
Tựy thuộc vào điều kiện về địa hỡnh và đặc tớnh giao thụng của mỗi nước
khỏc nhau dẫn tới cỏc mụ hỡnh dự đoỏn tốc độ V85 khỏc nhau,và cỏc thụng số
thiết kế tuyến cũng khỏc nhau. Trong điều kiện ngành GTVT của nước ta chưa cú số liệu nghiờn cứu, chỳng ta cú thể tham khảo cỏc cụng thức xỏc định tốc độ
khai thỏc V85 của cỏc nước. Nhưng việc tham khảo, ỏp dụng cụng thức của nước
nào cho phự hợp là vấn đề cần phải xem xột và nghiờn cứu.
Sự chờnh lệch tốc độ khai thỏc giữa hai cỏc yếu tố liờn tiếp (∆V85) cú thể
yếu tố này sang yếu tố kế tiếp sau đú. Nhưng từ cỏc mụ hỡnh xỏc định V85 cho thấy, việc tớnh toỏn, xỏc định V85 cho cỏc yếu tố liờn tiếp độc lập nhau là chưa hợp lý. Chỳng cần phải đặt trong mối quan hệ cú ảnh hưởng tương hỗ lẫn nhau. Tốc độ V85 của xe khi rời khỏi yếu tố này chớnh là tốc độ V85 tiếp cận yếu tố kế liền sau đú.
Chương 3