GIÁO TRÌNH QUY HOẠCH ĐÔ THỊ PHẦN 02: NHỮNG YÊU CẦU VỀ GIAO THÔNG ĐƯỜNG ĐÔ THI

Taát caû caùc nguyeân taéc toå chöùc cho xe löu thoâng treân ñöôøng phoá ñöôïc giôùi thieäu trong boä luaät Giao thoâng ñöôøng boä cuûa Boä Giao thoâng vaän taûi (khi thi caáp baèng laùi xe chuùng ta ñaõ coù dòp tìm hieåu).Khi nghieân cöùu boä luaät ta ñaëc bieät chuù yù ñeán moät soá ñieåm lieân quan tröïc tieáp ñeán lyù thuyeát :1. Xe löu thoâng treân ñöôøng khoâng ñöôïc vöôït qua toác ñoä cho pheùp cuûa tuyeán ñöôøng quy ñònh.2. Xe löu thoâng theo nguyeân taéc tay phaûi. Neáu xe löu thoâng vôùi vaän toác cao thì phaûi löu thoâng treân tuyeán moät chieàu.3. Xe coù vaän toác lôùn chaïy ngoaøi, xe vaän toác nhoû chaïy saùt væa heø, xe ñieän baùnh hôi chaïy ôû laøn gaàn væa heø.4. Neáu treân ñöôøng coù maät ñoâï xe thoâ sô, xe gaén maùy ñoâng thì chæ ñöôïc chaïy ôû laøn xe saùt væa heø.5. Khi xe vöôït thì vöôït beân tay traùi vaø coù ñuû taàm nhìn vôùi vaän toác vöôït khoâng ñöôïc quaù vaän toác cho pheùp cuûa tuyeán ñöôøng.6. Boä haønh qua ñöôøng phaûi ñuùng choã quy ñònh.7. Khi coù nhieàu laøn xe vaän chuyeån cuøng chieàu, khi ñeán tröôùc ngaõ giao phaûi theo doõi chæ daãn treân moãi laøn xe (caùch ngaõ giao nhau khoaûng 100m, kyù hieäu chæ reõ phaûi, reõ traùi vaø ñi thaúng).8. Ñeán nuùt giao thoâng giaûm toác ñoä chuù yù höôùng daãn vaø ñeøn tín hieäu, v.v…

Tất cả các nguyên tắc tổ chức cho xe lưu thông trên đường phố được giới

thiệu trong bộ luật Giao thông đường bộ của Bộ Giao thông vận tải (khi thi cấp

bằng lái xe chúng ta đã có dịp tìm hiểu)

Khi nghiên cứu bộ luật ta đặc biệt chú ý đến một số điểm liên quan trực

tiếp đến lý thuyết :

1 Xe lưu thông trên đường không được vượt qua tốc độ cho phép của tuyến

đường quy định

2 Xe lưu thông theo nguyên tắc tay phải Nếu xe lưu thông với vận tốc cao

thì phải lưu thông trên tuyến một chiều

3 Xe có vận tốc lớn chạy ngoài, xe vận tốc nhỏ chạy sát vỉa hè, xe điện

bánh hơi chạy ở làn gần vỉa hè

4 Nếu trên đường có mật đôï xe thô sơ, xe gắn máy đông thì chỉ được chạy ở

làn xe sát vỉa hè

5 Khi xe vượt thì vượt bên tay trái và có đủ tầm nhìn với vận tốc vượt không

được quá vận tốc cho phép của tuyến đường

6 Bộ hành qua đường phải đúng chỗ quy định

7 Khi có nhiều làn xe vận chuyển cùng chiều, khi đến trước ngã giao phải

theo dõi chỉ dẫn trên mỗi làn xe (cách ngã giao nhau khoảng 100m, ký

hiệu chỉ rẽ phải, rẽ trái và đi thẳng)

8 Đến nút giao thông giảm tốc độ chú ý hướng dẫn và đèn tín hiệu, v.v…

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHI XE CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG

(XÉT MỐI QUAN HỆ XE - ĐƯỜNG)

2.2.1 Lực cản xe chạy

Hiện tại đường đô thị được thiết kế theo điều kiện vận chuyển hàng hóa

và hành khách Về cơ bản các điều kiện này thỏa mãn năng lực vận tải của các

loại phương tiện Việc phân tích chuyển động của xe trên đường là rất quan trọng, nó ảnh hưởng đến năng suất vận tải, giá cước, khả năng thông hành Có nhiều yếu tố tác động đến sự chuyển động của ôtô, ở đây ta xét mối quan hệ tác động qua lại giữa “xe và đường”

Điều kiện cần để xe chuyển động trên đường là phải thắng được tất cả các lực cản :

Khi ôtô chuyển động trên đường chịu các lực cản như sau:

+ Lực cản lăn tác dụng lên bánh xe; ký hiệu là Pf+ Lực cản của không khí lên thân xe; ký hiệu là Pw+ Lực cản leo dốc (khi đường dốc); ký hiệu là Pi+ Lực cản quán tính (lực cản gia tốc); ký hiệu là Pj Các lực này tác động vào xe được mô tả như hình vẽ :

Hình 2 - 1: Sơ đồ các loại lực cản tác động vào xe

a Lực cản lăn lên bánh xe : P f

Lực cản lăn sinh ra do trọng lượng của xe khi chạy trên đường làm biến dạng bánh xe Khi chuyển động bánh xe tác động lên mặt đường và mặt đường không hoàn phẳng Nếu mặt đường rắn chắc, không bị lún thì lực cản lăn tỷ lệ với trọng lượng của xe

Thực nghiệm chứng tỏ :

Pf = f.G (kG) (2.1)

Trong đó :

Pf : lực cản lăn, kG

G : tải trọng tác dụng lên bánh xe, kG

f : hệ số lực cản lăn, không thứ nguyên, phụ thuộc vào :

- Độ cứng của lốp xe (áp suất hơi càng lớn, bánh xe càng cứng thì hệ số lực cản lăn càng nhỏ)

- Loại mặt đường và chất lượng mặt đường (mặt đường càng tốt, ít lồi lõm, thì hệ số lực cản lăn càng nhỏ)

- Tốc độ xe chạy càng cao hệ số lực cản lăn càng lớn (do biến dạng của lốp xe chưa kịp hồi phục đã chịu thêm một lần biến dạng nữa, hiện tượng này cần chú ý khi thiết kế đường cao tốc và đường băng sân bay)

Bảng 2-1 : Hệ số lực cản lăn trung bình f

Loại mặt đường Hệ số f Loại mặt đường Hệ số f

Bê tông xi măng và BT nhựa

Đá dăm đen, mặt đường tráng

nhựa

Đá dăm và đá cuội

Đường lát đá

0,01 - 0,02 0,02 - 0,025

0,03 – 0,04 0,04 – 0,05

Đường đất khô và bằng phẳng

Đường đất ẩm không bằng phẳng

Đường cát khô rời rạc

0,04 - 0,05 0,07 - 0,15 0,15 - 0,30

Trong những trường hợp đặc biệt :

Bánh xe lún, xe để lại vệt lún trên mặt đường thì lực cản lăn tính theo công thức :

D

H ⋅

ξ (kG) (2.2) Trong đó :

H : vệt sâu của vết lún bánh xe (m)

D : đường kính bánh xe (m)

ξ : hệ số phụ thuộc vào tình trạng mặt đường thay đổi trong khoảng 0,6 – 1,0

Khi xe vận chuyển với V > 50 km/h thì lực cản lăn tính theo công thức:

Pf = fv.G = f.[1+0,01.(V-50)] (kG) (2.3)

V : vận tốc xe chạy (km/h)

b Lực cản không khí lên thân xe : P w

Khi xe chạy có lực cản không khí do :

- Khối không khí trước xe bị ép lại

- Do bị ma sát không khí ở thành xe

- Do các khối chân không đằng sau xe hút lại Lực cản không khí tác dụng vào xe như hình vẽ :

Hình 2 - 2 : Lực cản không khí tác dụng vào xe

Theo nguyên lý khí động học, lực cản không khí tác dụng vào xe khi xe chạy được tính như sau :

Pw = C.ϕ.F.v2 = K.F v2 (kG) (2.4) Trong đó :

K : hệ số cản không khí, (K = C.ϕ) phụ thuộc vào mật độ không khí, chủ yếu là hình dạng thân xe và độ nhẵn mặt ngoài của xe Các loại xe có tốc độ cao phải nghiên cứu khí động học để giảm lực cản này

v : vận tốc tương đối của xe (kể cả gió), (m/sec)

Trong kỹ thuật thường sử dụng thứ nguyên km/h công thức trên trở thành :

Pw = K.F.V2 /13 (kG) (2.5)

F diện tích hình chiếu của xe theo phương thẳng đứng với hướng xe chạy (Tính gần đúng thì F = 0,8 B.H)

Bảng 2.2

Loại xe Hệ số K F (m 2 )

Ôtô tải Ôtô công cộng Ôtô con Ôtô đua

0,05 - 0,07 0,025 - 0,05 0,015 – 0,03 0,01 – 0,015

3~6

4 ~ 6,5 1,5 ~ 2,6 1,5 ~2,0

c Lực cản leo dốc : P i

Lực cản leo dốc tác dụng vào xe như hình vẽ :

Hình 2-– 3 : Lực cản lên dốc tác dụng vào xe

Khi xe chạy lên dốc động cơ phải khắc phục lực cản do trọng lượng bản thân xe gây ra Lực này được tính như sau :

Pi = G.sinα (kG)

Vì a nhỏ (α < 100) nên có thể coi : sinα ~tgα ~ i Vậy :

Pi = G.sinα = G.tgα = i.G (kG) (2.6)

Trong đó :

i : là độ dốc dọc của đường

i mang dấu (+) trong trường hợp leo dốc

i mang dấu (-) trong trường hợp xuống dốc

Pj= = ⋅ (kG) (2.8)

Ngoài chuyển động tịnh tiến còn có chuyển động quay của các bánh xe

do đó phải kể cả quán tính quay ta có :

dt

dvg

G

Pj=±δ ⋅ (kG) (2.9)

δ là hệ số ảnh hưởng của các bộ phận quay của xe δ = 1,03 ∼ 1,07

2.2.2 Lực kéo của ôtô : P a

a Lực kéo P a

Lực kéo của ôtô là do động cơ của xe tạo ra tại vị trí tiếp xúc giữa bánh

xe với mặt đường ta ký hiệu là Pa Lực kéo Pa sinh ra nhằm khắc phục các loại lực cản giúp cho xe chuyển động

Khi nhiên liệu trong động cơ bị đốt cháy chuyển hóa thành 1 công năng có công suất hiệu dụng N, công suất này tạo nên một mômen quay tại trục khuỷu của động cơ Ta có quan hệ :

.n 2.

75 ⋅

= N 75.60

T Pa

π

n

N 716,2

Hình 2 – 4

Mô men quay tại trục khuỷu còn nhỏ, tốc độ quay còn lớn, muốn sử dụng được cần qua hộp số để tạo một mômen kéo đủ lớn Mk ở trục chủ động, mômen này sẽ sản sinh ra một ngoại lực (lực kéo ở điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường), bằng về trị số và trái chiều với phản lực của đường T Lực kéo đó xác định như sau :

η r

.i M.i r

M P

k

0 k k

k

a = = ⋅ (kG) (2.11)

Trong đó :

M : mômen quay của trục khuỷu của động cơ

ik : tỉ số truyền động của hộp số (thay đổi theo từng số)

i0 : tỉ số truyền động cơ bản không thay đổi, có trong bảng thông số kỹ thuật của xe

rk : bán kính bánh xe chủ động có xét tới biến dạng

η : hiệu suất truyền động, có trong bảng thông số kỹ thuật của xe

Với xe tải, xe bus : η = 0,8 – 0,85

Từ công thức này ta thấy nếu muốn số vòng quay nk của bánh xe chủ động lớn trong khi n và i0 = const buộc phải giảm ik

Sau khi thay các tham số ta được :

.ηn.r

.iN.i716,2

P

k

0 k

Vận tốc xe chạy xác định như sau :

Theo cơ học lý thuyết ta có :

v = w.rkKhi v có thứ nguyên m/sec, ta có :

60

.r.n2

v= π k k

Khi V có thứ nguyên km/h, ta có :

0 k

k k k

k

.ii

.nr0,3773,6

60

.r.n2

b Quan hệ giữa lực kéo Pa và mặt đường

Khi lực kéo Pa tác dụng lên mặt đường thì mặt đường cũng sinh ra một phản lực T tác dụng ngược trở lại bánh xe và có giá trị bằng Pa nhưng ngược chiều Nếu đường trơn, lầy lội thì phản lực T < Pa không đủ sức đẩy bánh xe đi

Do vậy phản lực của mặt đường phải luôn luôn bằng lực kéo, không được vượt qua trị số Tmax :

Tmax = ϕ Gb (kG) (2.14)

Trong đó :

Gb : trọng lượng tác dụng lên bánh xe truyền động :

Gb = (0,5 –0,7) G

G : trọng lượng xe

ϕ : hệ số bám (chính là hệ số ma sát) giữa bánh xe và mặt đường

Hệ số bám ϕ Loại mặt đường

Mặt đường khô Mặt đường ướt

Bê tông xi măng

Đá dăm sạch

Mặt đường nhựa sạch

Cấp phối tốt

Mặt đường đất, đường nhựa có bùn

0,70 –0,80 0,70 – 0,80 0,60 – 0,70 0,60 – 0,70 0,50 – 0,60

0,65 – 0,70 0,60 – 0,70 0,55 – 0,60 0,40 – 0,60 0,20 – 0,40

Căn cứ vào những điều kiện phân tích trên, xe muốn chạy được phải thỏa mãn hai điều kiện :

Lực kéo Pa phải lớn hơn hoặc bằng tổng các lực cản :

Pa > Pf + Pw + Pi + Pj (kG) Lực kéo Pa phải bằng hoặc nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe với mặt đường:

Pa < Tmax = ϕ Gb (kG)

2.2.3 Chiều dài hãm xe trên đường phố

- Khi xe ôtô đang chuyển động trên đường với vận tốc V, phát hiện ra phía trước có chướng ngại vật (xe, người, cây đổ,v.v.), xe phải giảm tốc độ và dừng lại

- Qui trình trên được phân tích : lái xe phát hiện ra chướng ngại vật mất một thời gian (t1 = 1~1,5 giây) và xe đã chạy đi một đoạn đường l1 = vt (v tính bằng m/s) Người lái xe thắng giảm tốc độ, xe vẫn chạy đi một đoạn :

f) i 254.(

k.V S

2

(m) (2.15)

Trong đó :

k : hệ số hãm xe : xe du lịch 4 bánh : k = 1,2

xe buýt, tải : k = 1,3 ~ 1,4

ϕ : hệ số bám mặt đường (tra bảng 2 - 3)

i : độ dốc dọc của đường : + i khi xe lên dốc

- i khi xe xuống dốc

f : hệ số cản lăn

Sau đó xe dừng lại cách chướng ngại một khoảng 5~10m Chiều dài xe được chọn là chiều dài xe du lịch dài 5m = l Vậy ta có khoảng chiều dài an toàn là Lo

Lo = l + l1 + Sh + lo (m) (2.16) Ngoài ra còn có cách xác định : Sh = C.v2

Trong đó :

V : m/s

C : hệ số hãm (hay còn gọi là hệ số bám bánh xe với mặt đường, c = 0,125)

Hình 2 - 5 : Xác định khoảng cách an toàn tối thiểu giữa hai xe ô tô kế tiếp nhau

2.3 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI ĐƯỜNG PHỐ

Đường phố khi thiết kế và xây dựng phải đảm bảo được các mặt cơ bản sau :

- Đường phải đảm bảo năng lực vận tải

- Đường và các công trình phải đảm bảo về mặt mỹ quan, tầm nhìn cho lái xe

- Thiết kế hợp lý các đoạn đường cong và ngã giao nhau

- Đảm bảo chiếu sáng tốt và thoát nước kịp thời khi gặp mưa, có độ bám giữa bánh xe với mặt đường tốt

Tầm nhìn cho người lái xe : là khoảng cách tối thiểu để người lái xe kịp thời xử lý an toàn, nhất là các đoạn đường cong, dốc

Để đảm bảo an toàn, người lái xe luôn luôn phải được nhìn thấy đường phía trước trên một chiều dài nhất định để kịp thời xử lý hoặc là hãm dừng trước các chướng ngại vật (nếu có) hay là tránh được nó

Chiều dài này gọi là tầm nhìn, khi tầm nhìn càng rõ, càng thoáng, người lái xe xử lý tình huống chính xác, an tâm chạy xe với tốc độ cao Để nghiên cứu tính toán chiều dài tầm nhìn phải xét các tình huống có thể xảy ra khi xe chạy trên đường

2.3.1 Tầm nhìn trên đoạn đường thẳng

a Chiều dài tầm nhìn 1 chiều S 1 , xe cần hãm trước 1 chướng ngại vật

tĩnh, trường hợp này rất thường gặp (tầm nhìn dừng xe)

Sơ đồ xác định :

l1 : chiều dài phản ứng tâm lý trong thời gian phản ứng tâm lý tpư; tpư là thời gian cần thiết để người lái xe nhận biết có chướng ngại vật; thường

k.V v.1

± +

=

Khi V có thứ nguyên km/h chiều dài tầm nhìn xác định như sau :

k.V 3,6

V

+

± +

=

ϕ

(m) (2.19)

Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô – TCVN 4054 -98

Tầm nhìn ngược chiều (S2) m 40 80 150 200

Theo tiêu chuẩn mới “Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô 22TCN – 273 – 01”

Tầm nhìn dừng xe có ba yếu tố :

- Khoảng cách nhận biết – quãng đường xe chạy được trong khoảng thời

gian nhận biết, là thời gian diễn ra từ lúc người lái xe nhận biết ra chướng ngại

vật để ra quyết định dừng xe cho đến khi anh ta quyết định hành động tnb = 1,5s

- Khoảng cách phản ứng – thời gian phản ứng tâm lý t pư = 1s

- Khoảng cách hãm phanh :

Chiều dài tầm nhìn theo công thức và 22TCN-273-01

Bảng 2 – 5

Phản ứng phanh xe Chiều dài tầm nhìn : S 1

(m) Tốc độ

Hệ số

ma sát (ϕ)

Khoảng cách Phanh xe (m)

TCVN 4054-98

22TCN 273-01

b Chiều dài tầm nhìn theo sơ đồ 2 (tầm nhìn 2 xe chạy ngược chiều)

Hai xe chạy ngược chiều (cùng trên một làn) kịp hãm lại không đâm vào

2 2 o

2

)i127(

.k.V1,8

V

−+

=

ϕ

ϕ

(m) (2.21)

Thực tế ta thường lấy S2 =2.S1

Trường hợp này ít xảy ra nhưng có thể áp dụng với đường không có dải phân cách ở trung tâm và dùng để tính toán bán kính đường cong đứng

c Chiều dài tầm nhìn tránh xe theo sơ đồ 3, xác định theo công thức sau :

Hai xe ngược chiều trên cùng một làn tránh nhau và không giảm tốc độ, khi gặp xe ngược chiều phải trở về làn của mình

2 2

a : khoảng cách tim hai làn xe

r : bán kính tối thiểu để xe có thể rẽ mà không giảm tốc độ

o

l ar

V

8,1

d Chiều dài tầm nhìn vuợt xe theo sơ đồ 4, xác định như sau :

Hai xe cùng chiều có thể vượt nhau là trường hợp nguy hiểm phổ biến trên đường có hai làn xe

Sơ đồ xác định : S4 = l1 + 2l2 + l3 + l0 (m)

l 3

3 3

Xe 1 chạy nhanh bám theo xe 2 chạy chậm với khoảng cách an toàn Sh1 –

Sh2, khi quan sát thấy làn xe trái chiều không có xe, xe 1 lợi dụng làn trái chiều để vượt

Thời gian vượt xe gồm 2 giai đoạn : giai đoạn 1, xe 1 chạy trên làn xe trái chiều bắt kịp xe 2 và giai đoạn 2, xe 1 vượt xong trở về làn xe của mình trước khi đụng phải xe 3 trên làn trái chiều chạy tới Thời gian vượt xe tính được :

2 1

2 2

1

h2 h1 2 1

lv

v

SSttt

=

Khoảng cách an toàn l2 dài không đáng kể, nhiều tác giả đề nghị lấy bằng

1 thân xe Để đơn giản hóa việc tính toán và nghiêng về an toàn, lấy l2 bằng chiều dài hãm xe của xe 2, công thức trên rút gọn lại :

)v2g(v

k.vv

v

St

2 1

2 1 2

1

h1 vx

3 1 1

2 1 1

)V127(V

V3,6

V254

k.V3,6

V

−+

⋅+

Theo thống kê tvx trong trường hợp bình thường khoảng 10s, trường hợp

xe đông khoảng 7s Lúc đó chiều dài tầm nhìn sơ đồ 4 có thể có 2 trường hợp :

Bảng 2 – 6 : Tầm nhìn ứng dụng thiết kế đường cong và ngả giao nhau

Chiều dài tầm nhìn Loại đường

S 1 (m) S 2 (m)

Đường cao tốc

Đường phố chính cấp 1

Đường phố chính cấp 2

Đường phố khu vực

Đường vận tải

Đường khu dân cư

Đường trong khu công nghiệp và

2.3.2 Tầm nhìn trên đoạn đường cong, ngã giao nhau, đường dốc

a Tầm nhìn trên đường cong bằng : Rcb

Khi xe chạy trên đường cong bằng thì xuất hiện lực ly tâm, lực ly tâm lớn có thể gây lật hoặc trượt, văng xe ra ngoài đồng thời tầm nhìn kém an toàn Vậy phải giải quyết 3 vấn đề chính :

* Mặt cắt ngang có độ dốc siêu cao Bán kính đường cong có giá trị là :

)i( 127

VR

o

2 min

(m) (2.23)

Trong đó :

io : độ dốc siêu cao,

io mang dấu (+) khi mái dốc vào phía trong mặt đường

io mang dấu (-) khi mái dốc ra phía ngoài mặt đường

V : tốc độ xe chạy (km/h), thường lấy bằng 70% V thiết kế

μ : hệ số lực ngang; μ = 0,1 – 0,15, nếu không thiết kế siêu cao μ = 0,08

Hình 2 – 10

* Xe chạy trong đường cong yêu cầu bề rộng phần xe chạy lớn hơn trên đường thẳng thì mới chạy được bình thường

Độ mở rộng một làn xe E1 xác định theo :

Bảng 2 – 8 : Độ mở rộng phần xe chạy trên đường cong

Tốc độ tính toán (km/h)

(theo quy trình TCVN – 4054 – 85)

Nên tận dụng bố trí mở rộng phía bụng đường cong Trường hợp cần thiết có thể bố trí phía lựng hoặc bố trí một phần phía lưng và một phần phía bụng

* Mở rộng vỉa hè về phía bụng đường cong để đảm bảo giới hạn tầm nhìn

cho người lái xe (xem hình 2-10 và 2-10a)

Ta có thể dùng phương pháp giải tích để tính toán giới hạn tầm nhìn theo

sơ đồ hình vẽ dưới đây :

Hình 2 – 10a

Có hai trường hợp xảy ra :

- Tầm nhìn lớn hơn chiều dài đường cong bằng (S > k)

- Tầm nhìn nhỏ hơn chiều dài đường cong bằng (S < k)

Trong hình vẽ (2-10a), ta phải xác định đoạn DH = h Vì DH là chiều dài lớn nhất từ quỹ đạo xe chạy (tim làn xe) vào đến đường giới hạn tầm nhìn

1/ Tính cho trường hợp : S > k

h = DH = DE + EH :

• DE = OD – OE ( OD = R1 bán kính quỹ đạo xe chạy trên đường cong bằng)

và DE = R1 – OE