Thiết kế yếu tố hình học đường ô tô part 2 ppsx

Lưu lượng này để chọn và bố trí số làn xe, dự báo chất lượng dòng xe, tổ chức giao thông … d Năng lực thông hành xe/h, xe/nđ: Năng lực thông hành khả năng thông xe là số lượng xe lớn nh

Lưu lượng xe thiết kế là số xe con được quy đổi từ các loại xe khác, thông qua

một mặt cắt ngang đường trong một đơn vị thời gian, tính cho năm tương lai

Năm thiết kế tương lai là năm mà tuyến đường thỏa mãn yêu cầu sử dụng và có

mức độ phục vụ nhất định, năm bắt đầu tính là năm xây dựng xong tuyến đường

đó

Đường ô tô gồm nhiều công trình có thời gian phục vụ khác nhau: nền đường có

thời hạn phục vụ 100 năm, cầu 25-100 năm, mặt đường 7-30 năm tùy loại Về

nguyên tắc năm tính toán lưu lượng xe thiết kế phải được xác định tùy thuộc vào

thời hạn phục vụ của công trình Tuy nhiên việc dự báo lưu lượng thiết kế sẽ kém

chính xác nếu chọn thời gian tính toán quá dài Hiện nay quy trình của nhiều

nước lấy năm tương lai thứ 10-20 để thiết kế tùy từng cấp loại đường

Bảng 1.9 Hệ số quy đổi từ xe các loại về xe con

Loại xe

Địa hình

Xe đạp

Xe máy

Xe con

Xe tải 2 trục và xe buýt dưới

25 chỗ

Xe tải có

3 trục trở lên và xe buýt lớn

Xe kéo moóc, xe buýt kéo moóc

a Lưu lượng xe thiết kế bình quân ngày đêm trong năm tương lai (Ntbnđ) có thứ

nguyên xcqđ/nđ (xe con quy đổi/ngày đêm)

Lưu lượng này được tham khảo khi chọn cấp hạng của đường và tính toán nhiều

yếu tố khác

b Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm trong năm tương lai (Ngcđ) có thứ nguyên

xcqđ/h (xe con quy đổi/giờ)

Lưu lượng này để chọn và bố trí số làn xe, dự báo chất lượng dòng xe, tổ chức

giao thông …

d) Năng lực thông hành (xe/h, xe/nđ):

Năng lực thông hành (khả năng thông xe) là số lượng xe lớn nhất đi qua một mặt

cắt nào đó của tuyến đường trong một đơn vị thời gian với một điều kiện đường

và điều kiện giao thông nhất định (giả thiết theo mô hình tính hoặc thực tế)

™ Năng lực thông hành lý thuyết (xe/h):

Năng lực thông hành lý thuyết là số lượng xe thông qua một làn xe trong một đơn

vị thời gian (giờ) ở điều kiện đường lý tưởng xác định theo mô hình tính toán

nhất định

Năng lực thông hành lý thuyết không xét đến chất lượng giao thông Năng lực

thông hành lý thuyết của mỗi làn xe của đường ô tô cao tốc 4 làn xe thường bằng

1500 – 2000 xe/h

™ Năng lực thông hành thực tế:

Năng lực thông hành thực tế là số xe lớn nhất có thể thông qua một mặt cắt

ngang đường trong một đơn vị thời gian ở điều kiện thời tiết thuận lợi, có xem xét đến điều kiện thực tế về điều kiện đường, về chất lượng giao thông (tốc độ

xe, thời gian chờ, tình trạng dòng xe)

™ Năng lực thông hành thiết kế:

Năng lực thông hành thiết kế là năng lực thông hành tương ứng với mức phục vụ

mà thực tế chấp nhận được

e) Mật độ xe (xe/km):

Mật độ xe: Là số lượng phương tiện đang chạy trên một đơn vị chiều dài quãng

đường tại một thời điểm nhất định (một mặt cắt thời gian), đơn vị tính là phương tiện/km, được xác định trên toàn bộ phần xe chạy hoặc trên mỗi làn đường

f) Quan hệ giữa vận tốc (V), lưu lượng (N) và mật độ (D):

Ở đây ta xem xét mối quan hệ giữa các đặc tính cơ bản của dòng xe là lưu lượng, mật độ và vận tốc Trong đó, lưu lượng nói lên nhu cầu chuyển dịch của phương tiện, mật độ đại diện cho tính tập trung của dòng xe, và vận tốc nói lên trình độ tiện nghi hay chất lượng của dòng

- Quan hệ giữa mật độ và vận tốc xe chạy trên đường

Khi D → 0xe có thể chạy với vận tốc tối đa theo đặc tính động lực Vm →Vf Với Vf là vận tốc xe chạy được theo đặc tính động lực và điều kiện trên đường Khi mật độ D tăng thì vận tốc giảm

Mật độ đạt được giá trị tối đa nếu các xe đứng yên, có nghĩa là: Vm →0,

max

D

Hình 1.8 Quan hệ giữa vận tốc và mật độ xe trên đường

- Quan hệ giữa mật độ và lưu lượng xe

Trên biểu đồ hình 1.9a) thể hiện quan hệ giữa N ~ D, ta thấy rõ lưu lượng xe tăng lên (khả năng thông qua tăng) khi mật độ tăng, tại điểm cực đại có Nmax và DN-max, nhưng khi D tiếp tục tăng thì N giảm xuống

Trên biểu đồ hình 1.9b) thể hiện quan hệ giữa N ~ V và có 5 khu vực tương ứng

với 5 mức độ phục vụ khác nhau từ A-F (xem mức độ phục vụ ở phần g)

Mức phục vụ (LOS-Level of Service) là thước đo chất lượng mô tả các điều kiện

vận hành trong một dòng giao thông và được chấp nhận bởi người tham gia giao thông

Mức phục vụ hay mức độ giao thông thuận tiện được đặc trưng bằng 3 chỉ tiêu dưới đây :

V0 : Tốc độ một ô tô đơn chiếc chạy tự do trên đường (km/h)

N : Lưu lượng xe chạy thực tế theo hai hướng (xe/giờ)

α : Hệ số giảm tốc độ tuỳ theo cơ cấu dòng xe (0,008-0,016)

3) Tỷ lệ thời gian xe chạy bị cản trở (Percent Time Delay)

Là tỷ lệ phần trăm trung bình thời gian của tất cả các xe bị cản trở trong khi chạy trong nhóm do không có khả năng vượt nhau

Chỉ tiêu này thực tế rất khó xác định, thực tế người ta dùng 2 chỉ tiêu Z và Vtb để đánh giá mức độ giao thông thuận tiện

Dựa vào các chỉ tiêu nói trên AASHTO đã đánh giá chất lượng mức độ phục vụ

và hiệu quả khai thác đường về mặt kinh tế theo 6 mức khác nhau

- Mức A : là mức có chất lượng phục vụ cao nhất, lái xe có thể điều khiển xe chạy với tốc độ mong muốn và với tâm lý thoải mái Xe chạy tự do, yêu cầu vượt xe thấp hơn khả năng cho vượt rất nhiều Kinh tế đường không hiệu quả (đầu tư tốn kém nhưng ít xe chạy)

- Mức B : Trên đường có sự hình thành 3 – 4 nhóm xe Yêu cầu vượt xe tương đương với khả năng cho vượt; xe chạy có phần bị gò bó Kinh tế đường ít hiệu quả Tóm lại dòng xe vẫn còn tự do nhưng tốc độ bắt đầu có phần hạn chế

Hình 1.10 Các mức độ phục vụ - LOS A đến F

- Mức C : Trên đường xuất hiện các nhóm xe nối đuôi nhau Khả năng vượt xe

bị giảm đáng kể Tâm lý lái xe căng thẳng và bị hạn chế trong việc lựa chọn tốc độ riêng cho mình Dòng xe ổn định, kinh tế đường có hiệu quả

- Mức D : Hình thành các nhóm xe với quy mô trung bình 5 – 10 xe Việc vượt

xe trở nên vô cùng khó khăn Dòng xe tiếp cận trạng thái không ổn định Lái

xe ớt cú khả năng tự do vận hành, tõm lý căng thẳng, kinh tế đường cũn hiệu quả

- Mức E : Hỡnh thành cỏc nhúm xe kộo dài Thực sự khụng cú khả năng vượt, lưu lượng xe đạt tới trị số năng lực thụng hành thực tế lớn nhất Dũng xe khụng ổn định (cú thể bị dừng xe trong thời gian ngắn) Chi phớ vận doanh lớn, kinh tế đường khụng hiệu quả

- Mức F : Dũng xe bóo hoà, lưu lượng xe chạy vượt quỏ năng lực cho phộp Dũng xe cưỡng bức dễ bị ựn tắc Kinh tế đường khụng hiệu quả

Do vậy, đối với cỏc đường thiết kế mới, nõng cấp cải tạo thỡ cần đảm bảo ở cuối thời kỳ tớnh toỏn, chỉ được ở mức C hoặc mức D

Bảng 1.10 Mức phục vụ thiết kế theo hướng dẫn của AASHTO

Loại vùng vμ mức phục vụ thích hợp

Đường ngoμi đô thị Loại đường

Đồng bằng Đồi Núi

Đô thị vμ Ngoại ô

1.3 PHÂN LOẠI ĐƯỜNG BỘ

1.3.1 Cỏc kiểu phõn loại đường bộ

Như trong phần 1.1.1 đó trỡnh bày, đường bộ theo lý thuyết về đường được chia

ra hai loại chủ yếu:

- Đường ụ tụ bao gồm đường ngoài đụ thị và đường đụ thị

- Đường ụ tụ cao tốc bao gồm đường cao tốc ngoài đụ thị và đường cao tốc trong đụ thị

Đường ụ tụ cũn cú thể chia theo cấp quản lý: đường quốc lộ, đường tỉnh lộ, đường huyện, đường xó, Cấp quản lý cú trỏch nhiệm đầu tư và quản lý đường Trong khuụn khổ giỏo trỡnh này chỉ đề cập tới loại đường ngoài đụ thị, loại đường trong đụ thị được trỡnh bày ở giỏo trỡnh “Đường đụ thị và tổ chức giao thụng”

1.3.2 Phõn loại đường theo tầm quan trọng về giao thụng

Phõn loại đường theo tầm quan trọng về giao thụng phản ỏnh được mối liờn hệ về chức năng GTVT của tuyến đường trong mạng lưới đường bộ mà trong cỏc tiờu chuẩn phõn cấp đường theo lưu lượng xe khụng thể hiện rừ ràng

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

1 Đường trục chính (Principal Arterial Highway) : Gồm hệ thống đường phục

vụ, được chia thành 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

2 Đường trục thứ yếu (Minor Arterial Highway): Gồm hệ thống đường phục

3 Đường gom (Collector Road): Gồm hệ thống đường chủ yếu phục vụ nội bộ

một vùng và nối 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 gom được chia thành 2 loại

- Đường gom lớn (hay đường gom chính): phục vụ các đô thị không nằm

ven đường trục, các thành phố và thị xã không được các đường trục trực tiếp phục vụ, và phục vụ các điểm lập hàng quan trọng của tỉnh

- Đường gom nhỏ (hay đường gom thứ yếu): phục vụ với mật độ dân số nhỏ

để gom các xe vận chuyển từ các địa phương, đảm bảo chiều dài đường gom hợp lý của vùng, nối liền các điểm lập hàng cục bộ với các vùng xung quanh

4 Đường địa phương (Local Road): Chức năng chủ yếu là phục vụ giao thông

ra vào của các vùng 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

1.3.3 Phân loại đường theo cấp quản lý

Luật Giao thông đường bộ hiện hành [3], quy định các nội dung sau:

Mạng lưới đường bộ được chia thành sáu hệ thống, gồm quốc lộ, đường tỉnh,

đường huyện, đường xã, đường đô thị và đường chuyên dùng, quy định như sau:

1.Quốc lộ: là đường nối liền Thủ đô Hà Nội với trung tâm hành chính cấp tỉnh;

đường nối liền trung tâm hành chính cấp tỉnh từ ba địa phương trở lên; đường nối

liền từ cảng biển quốc tế, cảng hàng không quốc tế đến các cửa khẩu quốc tế, cửa khẩu chính trên đường bộ; đường có vị trí đặc biệt quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội của vùng, khu vực;

2.Đường tỉnh: là đường nối trung tâm hành chính của tỉnh với trung tâm hành

chính của huyện hoặc trung tâm hành chính của tỉnh lân cận; đường có vị trí quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh;

3.Đường huyện: là đường nối trung tâm hành chính của huyện với trung tâm

hành chính của xã, cụm xã hoặc trung tâm hành chính của huyện lân cận; đường

có vị trí quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội của huyện;

4.Đường xã: là đường nối trung tâm hành chính của xã với các thôn, làng, ấp,

bản và đơn vị tương đương hoặc đường nối với các xã lân cận; đường có vị trí quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội của xã;

5.Đường đô thị: là đường trong phạm vi địa giới hành chính nội thành, nội thị; 6.Đường chuyên dùng: là đường chuyên phục vụ cho việc vận chuyển, đi lại của

một hoặc một số cơ quan, tổ chức, cá nhân

1.3.4 Cấp hạng kỹ thuật của đường ô tô công cộng [1,2]

Phân cấp kỹ thuật là bộ khung các quy cách kỹ thuật của đường nhằm đạt tới:

- Yêu cầu về giao thông đúng với chức năng của con đường trong mạng lưới giao thông

- Yêu cầu về lưu lượng xe thiết kế cần thông qua (Chỉ tiêu này được mở rộng

vì có những trường hợp, đường có chức năng quan trọng nhưng lượng xe không nhiều hoặc tạm thời không nhiều xe)

- Căn cứ vào địa hình, mỗi cấp hạng lại có các yêu cầu riêng về các tiêu chuẩn

để có mức đầu tư hợp lý và mang lại hiệu quả tốt về kinh tế

Theo tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-05, việc phân cấp kỹ thuật dựa trên chức năng và lưu lượng thiết kế của con đường trong mạng lưới đường và được quy định theo bảng 1.11

Bảng 1.11 Phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức năng

của con đường và lưu lượng thiết kế

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 lộ Cấp 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 và đường cấp

I

Quốc lộ Cấp III >3.000

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

Quốc lộ hay đường tỉnh Cấp IV > 500

Đường nối các trung tâm của địa phương, các điểm lập hàng, 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 xã Cấp VI < 200 Đường huyện, đường xã

Tốc độ thiết kế đường ô tô trong quy trình TCVN 4054-05 ở bảng 1.12

Bảng 1.12 Tốc độ thiết kế đường ô tô

Tốc độ tính toán theo địa hình

1.3.5 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 tách riêng hai chiều (mỗi chiều tối thiểu phải có 2 làn xe); mỗi chiều đều có

bố trí làn dừng xe khẩn cấp; trên đường có bố trí đầy đủ các loại trang thiết bị, các cơ sở phục vụ cho việc bảo đảm 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 được phép giao bằng

Bảng 1.13 Tốc độ thiết kế đường cao tốc

Tốc độ tính toán theo địa hình (km/h) Loại đường Tên cấp

2 Độ dốc siêu cao (hay độ nghiêng một mai,

3 Bán kính nhỏ nhất Rmin, tương ứng với

isc=+7%, (m)

140 240 450 650

4 Bán kính nhỏ nhất thông thường tương ứng

5 Bán kính tương ứng với isc= +2%, (m) 700 1300 2000 3000

6 Bán kính không cần cấu tạo độ nghiêng một

13 Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu, (m) 1500 3000 6000 1200

14 Bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu, (m) 1000 2000 3000 5000

1.4 NHỮNG LÝ THUYẾT (MÔ HÌNH) SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ HÌNH HỌC ĐƯỜNG

1.4.1 Các yêu cầu đối với thiết kế hình học đường

- Thoả mãn động lực học chạy xe

- Tuyến đường thiết kế đảm bảo người lái xe nhìn và đánh giá được phải chọn phương thức chạy xe như thế nào cho đúng với phương thức chạy xe của con đường được thiết kế theo động lực học chạy xe

- Phối hợp tốt các yếu tố của tuyến, phối hợp tuyến với cảnh quan đảm bảo tuyến đường hài hòa, lượn đều, êm thuận, đảm bảo các yêu cầu về kinh tế và

kỹ thuật

1.4.2 Lý thuyết động lực học chạy xe (mô hình xe-đường)

Lý thuyết không gian cổ điển của Newton trong khoa học tự nhiên là không gian liên tục, đều đặn và vô hướng.Trong thiết kế đường không gian khách quan, toán

- lý này được biểu diễn trong hệ toạ độ cong, ví dụ không gian Gauss- Krỹger và định hướng theo mặt nước biển Trong không gian này các tính toán và hình vẽ được thể hiện trên ba mặt phẳng: mặt bằng, mặt đứng (diễn biến của mặt cắt dọc)

và mặt cắt ngang

Trong mô hình “đường - xe chạy” người ta không kể đến người lái xe và thiết từng mặt cắt của đường riêng rẽ, xem tia nhìn bất động hướng tới cuối đường, khi thấy có dấu hiệu chướng ngại vật đầu tiên trên đường là sử dụng phanh gấp Những tai nạn xảy ra trên các con đường xây dựng theo quy phạm ấy đã nhắc nhở chúng ta phải phát triển mô hình chuyển động theo mọi khía cạnh để mô phỏng thực chất quá trình xe chạy, từ đó đưa ra các tiêu chuẩn cho một con đường an toàn

Chỉ xét riêng chuyển động của ô tô trên đường cũng là một chuyển động phức tạp - tịnh tiến trên đường thẳng, quay trên đường cong đứng, lượn trên đường cong nằm và dao động khi chuyển động trên mặt đường không bằng phẳng Tất

cả những đặc điểm chuyển động đó hiện nay chưa vận dụng hết vào việc xác định các yếu tố tuyến đường, vì vậy trong mô hình xe-đường, người ta giả định ô

tô là chất điểm chuyển động không dao động trên mặt đường hoàn toàn phẳng, rắn và không biến dạng, đó là vấn đề tồn tại cần nghiên cứu trong thiết kế hình học đường hiện đại

Mô hình xe-đường chỉ phù hợp với các đường có tốc độ thấp (V≤ 50km/h) theo quan điểm thiết kế hình học đường hiện đại

1.4.3 Lý thuyết thiết kế theo nguyện vọng của người tham gia giao thông

(mô hình Xe-Đường-người lái-môi trường chạy xe)

Như tất cả các ngành khoa học tự nhiên khác, ba nhân tố không gian, thời gian, mối quan hệ nhân quả được dùng để tính toán, bố trí cấu tạo các yếu tố hình học khi thiết kế đường ôtô Nhưng khác với các nhà khoa học kỹ thuật khác, các mô

hình không gian và mối quan hệ nhân quả đối với người kỹ sư đường cần phải được mở rộng ra

1 Không gian chạy xe

Với tư cách người kỹ thuật khi nói đến không gian chạy xe ta nghĩ ngay đến không gian vật lý có thể đo được bằng ba toạ độ Nếu thêm vào nhân tố thời gian chúng ta xác định được trong không gian ấy những điểm chuyển động một cách

rõ ràng Tất cả các nhà nghiên cứu đều đạt được cùng một trị số đo khi nghiên cứu một không gian chạy xe ngắn và cùng rút ra một số kết quả tính toán Không gian vật lý vì vậy không phụ thuộc vào người nghiên cứu, còn được gọi là không gian toán học hay không gian khách quan

Nếu ngược lại chúng ta với tư cách người lái xe mở mắt nhìn không gian ba chiều xung quanh ta với đầy đủ màu sắc của nó, với cảnh vật đa dạng có đủ hình dáng, vị trí thì mỗi người quan sát sẽ mô tả một khác Không gian chạy xe đến với chúng ta một cách tự giác và luôn luôn biến đổi như vậy người ta gọi là không gian chủ quan

Lý thuyết không gian tâm sinh lý dùng cho người lái xe là một bán không gian giới hạn bởi đường chân trời, được hợp thành do các không gian thành phần không liên tục (ví dụ không gian của một đại lộ), bị gãy ở tầm mắt của người lái

xe và có xu hướng là hướng nhìn của lái xe Để có được những phản ứng chắc chắn an toàn, người lái xe về nguyên tắc phải có được tâm lý nhìn thấy rõ ràng chính xác

2 Con người, xe và đường là một hệ thống điều khiển

Hình 1.11 trình bày quá trình chạy xe dưới hình thức một hệ thống điều khiển: Thông qua các cơ quan thần kinh, người lái xe (Lái xe), với tư cách nhà đạo diễn tiếp nhận các thông tin từ môi trường xung quanh anh ta ở đây mắt (quang học)

có ý nghĩa quan trọng nhất, sau đó đến cảm giác do ma sát của bàn tay trên vô lăng và áp lực lên cơ thể (sự gò bó bức bối) tai nghe (âm thanh) và các vận động

tự thân của con người thông qua các cơ và các cơ quan thư giãn (tự cân bằng) Sự nhận biết thực tế không chỉ là riêng nhìn thấy như khi nhìn một biển báo, hay chỉ chờ cảm giác như khi một vật xô mạnh vào bánh xe mà là cả một sự nhận biết tổng hợp có sự tham gia của cả bốn nhân tố nói trên như khi ta chạy xe qua một đường cong tròn chẳng hạn

Phần lớn sự nhận biết là không tự giác Bộ phận này chịu tác động của các phản

xạ tự phát trong hoạt động của mắt và hoạt động điều chỉnh đặc trưng Chỉ một ít thông tin về môi trường bên ngoài vượt quá ngưỡng tự giác và người lái xe từ chối Sự tự giác của người lái xe không có khả năng nhận biết vô hạn, giống như con nhện trong mạng, chỉ hoạt động ở chỗ nào xuất hiện những tin tỏ ra quan trọng nhất Sự tự giác đó chỉ bằng 10x17=170 bit (đơn vị bằng tiếng Anh thể hiện một thông tin đơn vị : có –không , hoặc vào – ra)