BÀI GIẢNG THIẾT KẾ ĐƯƠNG Ô TÔ, HỆ ĐẠI HỌC

Đặc điểm: - Có tính cơ động cao, vận chuyển trực tiếp không cần qua các phương tiện chuyển tảitrung gian, giao thông đường bộ có khả năng luồn lách đến tất cả mọi nơi mọi miền của đấtnướ

Chương 1

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ ĐƯỜNG Ô TÔ

1.1 TỔNG QUAN VỀ XE TRÊN ĐƯỜNG VÀ ĐƯỜNG Ô TÔ

1.1.1 Vận tải, các hình thức vận tải

Giao thông vận tải đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, là động lực của

sự phát triển kinh tế, nó có vai trò quan trọng hàng đầu trong kết cấu hạ tầng và là mạchmáu lưu thông của đất nước

Trong GTVT có nhiều ngành và mỗi ngành có một đặc trưng khác nhau:

Vận tải thủy: vận tải đường sông và vận tải đường biển Ưu điểm là tiết kiệm được năng

lượng vận chuyển do đó chi phí vận chuyển rất rẻ, thuận lợi trong việc vận chuyển các loạihàng hóa cồng kềnh từ khắp mọi nơi trên thế giới Nhược điểm là tốc độ vận chuyển chậm,phụ thuộc vào đường biển, các điều kiện sông ngòi, điều kiện thời tiết khí hậu

Vận tải hàng không: ưu điểm là tốc độ cao, tiết kiệm thời gian vận chuyển Nhược

điểm là giá thành cao Hiện đang phát triển rất mạnh mẽ

Vận tải đường sắt: ưu điểm là tốc độ vận chuyển khá cao, vận chuyển được hàng hóa

khối lượng lớn, và giá thành tương đối rẻ Nhược điểm là không vượt được độ dốc lớn,đường vận chuyển là cố định nên không cơ động

Vận tải đường bộ: chủ yếu là đường ô tô, là một bộ phận rất quan trọng của ngành vận

tải Đặc điểm:

- Có tính cơ động cao, vận chuyển trực tiếp không cần qua các phương tiện chuyển tảitrung gian, giao thông đường bộ có khả năng luồn lách đến tất cả mọi nơi mọi miền của đấtnước, từ vùng đồng bằng đến vùng miền núi xa xôi mà các hình thức giao thông kháckhông thể đến được hoặc rất khó khăn tốn kém;

- Kinh phí xây dựng không quá cao so với các hình thức giao thông khác;

- Tốc độ vận tải khá lớn, nhanh hơn đường thủy, tương đương đường sắt, trên đườngcao tốc có thể chạy trên 100km/h nên trên các cự ly ngắn nó có thể cạnh tranh với đườnghàng không;

- Cước phí vận chuyển trên đường bộ rẻ hơn rất nhiều so với đường hàng không nênlượng hành khách và hàng hóa thường chiếm 80 - 98% về khối lượng hàng và 59 - 70% vềkhối lượng vận chuyển;

- Nhược điểm chủ yếu của vận tải ô tô là tai nạn giao thông cao Hiện tại nước ta là mộttrong số những nước có số vụ tai nạn giao thông lớn thế giới, chính phủ đã và đang cónhững biện pháp nhằm hạn chế tai nạn;

Vì ý nghĩa đó nên chúng ta cần nhanh chóng phát triển giao thông đường bộ nhằm thỏamãn mọi nhu cầu vận chuyển hàng hóa, nhu cầu đi lại của nhân dân, nhu cầu giao lưu kinh

tế, văn hóa trong mọi miền đất nước

1.1.2 Xe trên đường ô tô

1.1.2.1 Các kích thước của xe thiết kế

Trên đường cao tốc chỉ cho phép xe ô tô lưu hành, còn trên đường ô tô theo tiêu chuẩnTCVN 4054: 2005 tất cả các loại xe, trừ xe bánh xích, được phép lưu hành do đó ngoài xe ô

tô còn có các loại xe như xe máy, xe đạp, bộ hành Kích thước xe thiết được quy định nhưsau:

Bảng 1.1 Các kích thước của xe thiết kế (Kích thước tính bằng mét)

Loại xe Chiều dài

toàn xe

Chiều rộng phủ bì

Chiều cao

Nhô về phía trước

Nhô về phía sau

Khoảng cách giữa các trục xe

Xe moóc tỳ 16,50 2,50 4,00 1,20 2,00 4,00 - 8,80

1.1.2.2 Lưu lượng xe thiết kế (xcqđ/nđ)

Lưu lượng xe thiết kế là số xe con được quy đổi từ các loại xe khác, thông qua một mặtcắt trong một đơn vị thời gian, tính cho năm tương lai Năm tương lai là năm thứ 20 sau khiđưa đường vào sử dụng đối với các cấp I và II; năm thứ 15 đối với các cấp III và IV; nămthứ 10 đối với các cấp V, cấp VI và các đường thiết kế nâng cấp, cải tạo Hệ số quy đổi từ

xe các loại về xe con lấy theo Bảng 1.2 (Bảng 2 TCVN 4054 - 2005)

Bảng 1.2 Hệ số quy đổi từ xe các loại ra xe con

Xe tải có

3 trục trở lên

và xe buýt lớn

Xe kéo moóc, xe buýt kéo moóc

Chú thích: Việc phân biệt địa hình được dựa trên cơ sở độ dốc ngang phổ biến của sườn đồi, sườn

núi như sau: Đồng bằng và đồi ≤ 30 %; núi > 30 %.

Đường tách riêng xe thô sơ thì không quy đổi xe đạp.

Các loại lưu lượng xe thiết kế

Lưu lượng xe thiết kế bình quân ngày đêm trong năm tương lai (viết tắt là Ntbnđ) có thứnguyên xcqđ/nđ (xe con quy đổi/ngày đêm)

Lưu lượng này được tham khảo khi chọn cấp thiết kế của đường và tính toán nhiều yếu

tố khác

Lưu lượng xe thiết kế giờ cao điểm trong năm tương lai viết tắt là Ngcđ có thứ nguyênxcqđ/h (xe con quy đổi/giờ) Lưu lượng này để chọn và bố trí số làn xe, dự báo chất lượngdòng xe, tổ chức giao thông…

Ngcđ có thể tính bằng cách: khi có thống kê, suy từ Ntbnđ bằng các hệ số không đều theothời gian; khi có đủ thống kê lượng xe giờ trong 1 năm, lấy lưu lượng giờ cao điểm thứ 30của năm thống kê; khi không có nghiên cứu đặc biệt dùng Ngcđ = (0,10 ÷ 0,12) Ntbnđ

Khi lựa chọn cấp hạng đường điều trước tiên mà ta nên quan tâm là chức năng haytầm quan trọng của con đường đồng thời có xét tới yếu tố địa hình, mỗi cấp có các tiêuchuẩn theo địa hình để có giá thành xây dựng hợp lý Chỉ tiêu về lưu lượng xe thiết kếchỉ để tham khảo (chỉ tiêu này được mở rộng, không có cận trên) vì có nhiều trường hợpnhững tuyến đường có chức năng quan trọng nhưng lượng xe không nhiều hoặc tạm thờikhông nhiều.

1.1.3 Đường ô tô

Đường ô tô là tổng hợp các công trình, các trang thiết bị nhằm phục vụ cho giao thôngtrên đường và thường được thể hiện bằng 3 bản vẽ cơ bản:

a) Bình đồ: là hình chiếu bằng của tuyến đường trên địa hình, ngoài các yếu tố địa

hình, biễu diễn bằng đường đồng mức, tuyến đường trên bình đồ còn thể hiện các yếu tốsau:

- Điểm đầu, điểm cuối các điểm chuyển hướng của tuyến đường

- Các góc chuyển hướng, giá trị góc chuyển hướng α

- Các yếu tố đường cong tại điểm chuyển hướng

- Các cọc lý trình, các vị trí công trình trên tuyến

b) Trắc dọc: là hình chiếu mặt cắt thẳng đứng dọc theo tuyến đường đã duỗi thẳng.

Trên mặt cắt dọc thể hiện các yếu tố chủ yếu sau:

- Cao độ thiên nhiên theo tim tuyến, đường nối các cao độ này được gọi là đường đen,

- Cao độ thiết kế đường nối các cao độ này được gọi là đường thiết kế (đường đỏ).Đường đỏ xác định bằng:

Độ dốc dọc thiết kế (tính phần trăm hay phần nghìn),

Chiều dài các đoạn dốc

Đường cong nối dốc tại các vị trí đổi dốc và các yếu tố của đường cong đó Để xác địnhchiều cao thi công, dựa vào cao độ thiên nhiên và cao độ thiết kế tại một vị trí

- Các công trình trên đường: vị trí cầu, cống, đường giao cắt…

c) Trắc ngang: hình chiếu các yếu tố của đường trên mặt chiếu thẳng góc với tim

đường Trên mặt cắt ngang mặt đất tự nhiên thể hiện bằng đường đen, các yếu tố thiết kếmặt cắt ngang chủ yếu là:

- Tim đường: là trục đối xứng của nền đường và mặt đường (trừ trường hợp trongđường cong và có mở rộng một phía)

- Phần xe chạy (mặt đường): Là phần kết cấu gồm nhiều tang lớp vật liệu trực tiếp chịutác dụng của tải trọng xe cộ và các yếu tố thời tiết, là phần quan trọng nhất của đường Phần

xe chạy có thể có 1 hoặc nhiều làn xe và mỗi làn có bề rộng được xác định tùy theo cấpđường

- Nền đường: là nền tảng của phần xe chạy, lớp phía trên của nền đường cùng với áođường chịu tác dụng của tải trọng xe Nền đường bao gồm chiều rộng phần mặt đường và lềđường (hay bề rộng giữa hai vai đường)

- Lề đường: là phần nằm 2 bên của mặt đường có chức năng: giao thông bộ hành, nơi

để vật liệu khi duy tu và sửa chữa đường, nơi đỗ xe tạm thời, làn xe thô sơ, đi bộ… Lềđường có thể bao gồm lề đất và có thể có cả lề gia cố

- Mép mặt đường: là phần tiếp giáp giữa lề đường và mặt đường

- Mái đường dốc nền đường: có 2 dạng mái đường dốc nền đường đắp và mái đườngdốc nền đường đào

Hình 1.1 Các bộ phận cơ bản của đường

1- Phần xe chạy, 2- Lề đường, 3- Mái đường, 4- Hành lang

an toàn đường bộ, 5- Nền đường, 6- Tim đường, 7- Vai đường, 8- Mép phần xe chạy, 9- Đỉnh mui luyện, 10- Dải phân cách, 11- Dải đất hai bên đường bộ, dành cho quản

lý, bảo vệ công trình đường bộ, 12- Dấu hiệu phân làn, 13-

Lề gia cố, 14- Rãnh dọc.

d) Các công trình trên đường:

- Các công trình thoát nước trên đường

- Công trình vượt qua dòng nước

- Các công trình khác trên đường: Hệ thống an toàn và tổ chức giao thông, cây xanh,chiếu sáng, trạm nghỉ, trạm thu phí, nhà phục vụ bảo trì đường bộ

1.1.4 CÊp h¹ng kü thuËt đường ô tô

a Phân cấp theo cơ quan quản lý đường: Mạng lưới đường ô tô quốc gia được phân

+ Đường cao tốc: đường chuyên cho ô tô chạy, có 2 phần xe chạy riêng biệt (mỗi chiều

có ít nhất 2 làn xe), trong đó lại chia ra :

- Đường cao tốc loại A: tất cả các nút giao thông trên đường đều là khác mức;

- Đường cao tốc loại B: một số nút giao thông trên tuyến được phép giao bằng.

+ Đường ô tô: được dùng chung cho các loại phương tiện giao thông, trừ xe xích

c Phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức năng và lưu lượng xe thiết kế:

Đường ô tô và đường cao tốc được phân ra các cấp tùy theo chức năng của con đường,theo địa hình như chỉ dẫn trong bảng 1.3:

Bảng 1.3 Phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức năng và lưu lượng xe thiết kế

Cấp thiết

kế của

đường

Lưu lượng xe thiết kế *) (xcqđ/nđ)

Chức năng của đường

Cao tốc > 25 000 Đường trục chính, thiết kế theo TCVN 5729 : 1997.

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 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.Quốc lộ hay đường tỉnh.

Cấp IV > 500 Đường nối các trung tâm của địa phương, các điểm lập hàng, các khu dân cư 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.

*) Trị số lưu lượng này chỉ để tham khảo Chọn cấp hạng đường nên căn cứ vào chức năng của đường và theo địa hình.

d Các chỉ tiêu chủ yếu của từng cấp đường

- Vận tốc thiết kế (Vtk): Tốc độ thiết kế là tốc độ được dùng để tính toán các chỉ tiêu kỹ

thuật chủ yếu của đường trong trường hợp khó khăn Tốc độ này khác với tốc độ cho phép lưuhành trên đường của cơ quan quản lý đường Tốc độ lưu hành cho phép, phụ thuộc tình trạngthực tế của đường (khí hậu, thời tiết, tình trạng đường, điều kiện giao thông, )

Tốc độ thiết kế các cấp đường dựa theo điều kiện địa hình, xem Bảng 1.4 (Bảng 4 củaTCVN 4054 - 2005)

Bảng 1.4 Tốc độ thiết kế của đường

Địa hình Đồng

bằng

Đồng bằng

Đồng bằng Núi

Đồng bằng Núi

Đồng bằng Núi

Đồng bằng NúiTốc độ thiết kế,

CHÚ THÍCH: Việc phân biệt địa hình được dựa trên cơ sở độ dốc ngang phổ biến của sườn đồi,

sườn núi như sau: Đồng bằng và đồi ≤ 30 %; núi > 30 %.

- Chiều dài tối thiểu của tuyến đường ứng với cấp đường: Các đoạn tuyến phải có mộtchiều dài tối thiểu thống nhất theo một cấp Chiều dài tối thiểu này đối với đường từ cấp IV

trở xuống là 5 km, với các cấp khác là 10 km.

- Mặt cắt ngang: Chiều rộng tối thiểu của các yếu tố trên mặt cắt ngang đường đượcquy định tuỳ thuộc cấp thiết kế của đường như quy định ở Bảng 1.5 (Bảng 6 TCVN4054-2005) áp dụng cho địa hình đồng bằng và đồi, Bảng 1.6 (Bảng 7 TCVN4054-2005) áp dụngcho địa hình vùng núi

Bảng 1.5 Chiều rộng tối thiểu các yếu tố trên mặt cắt ngang

cho địa hình đồng bằng và đồi

Số làn xe tối thiểu dành cho xe cơ

Chiều rộng 1 làn xe, m 3,75 3,75 3,50 3,50 2,75 3,50 Chiều rộng phần xe chạy dành

cho cơ giới, m

2 x 11,25 2 x 7,50 7,00 7,00 5,50 3,5Chiều rộng dải phân cách giữa 1) ,

Chiều rộng lề và lề gia cố 2) , m (3,00)3,50 (2,50)3,00 (2,00)2,50 (0,50)1,00 (0,50)1,00 1,50 Chiều rộng nền đường, m 32,5 22,5 12,00 9,00 7,50 6,50 1) Chiều rộng dải phân cách giữa có cấu tạo nói ở điều 4.4 và Hình 1 áp dụng trị số tối thiểu khi dải phân cách được cấu tạo bằng dải phân cách bê tông đúc sẵn hoặc xây đá vỉa, có lớp phủ và không bố trí trụ (cột) công trình Các trường hợp khác phải bảo đảm chiều rộng dải phân cách theo

quy định ở điều 4.4.

2) Số trong ngoặc ở hàng này là chiều rộng phần lề có gia cố tối thiểu Khi có thể, nên gia cố toàn

bộ chiều rộng lề đường, đặc biệt là khi đường không có đường bên dành cho xe thô sơ.

Bảng 1.6 Chiều rộng tối thiểu các bộ phận trên mặt cắt ngang cho địa hình vùng núi

1,0 (0,5m)

1,5 (1,0m) 1,25Chiều rộng của nền đường, m 9,00 7,50 6,50 6,00

*) Số trong ngoặc ở hàng này là chiều rộng phần lề có gia cố tối thiểu Khi có thể, nên gia cố toàn

bộ chiều rộng lề đường, đặc biệt là khi đường không có đường bên dành cho xe thô sơ.

1.2 SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE TRÊN ĐƯỜNG

1.2.1 Lực cản của xe trên đường

Chuyển động của ô tô trên đường là một chuyển động phức tạp: tịnh tiến trên đườngthẳng, quay trên đường cong đứng, lượn trên đường cong nằm và dao động khi chuyểnđộng trên mặt đường không bằng phẳng Tất cả những đặc điểm chuyển động đó hiện naychưa vận dụng hết vào việc xác định các yếu tố tuyến đường Ngoài ra, trình độ nghềnghiệp, tâm sinh lí của lái xe chưa xét ở đây Chúng ta chỉ xét một hệ đơn giản: Xe -Đường Trong đó, xe được coi là một chất điểm, có lực kéo của động cơ để thắng các lựccản trên đường, còn mặt đường được giả thiết bằng phẳng, cứng và không biến dạng

Khi xe chạy trên đường, động cơ phải tiêu hao năng lượng để khắc phục các lực cảntrên đường Các lực cản khi xe chạy bao gồm: lực cản lăn, lực cản không khí, lực cản quántính và lực cản leo dốc

Hình 2.1 Các lực tác dụng lên ô tô khi chuyển động

P k - Lực kéo; P f - Lực cản lăn; P w - Lực cản không khí;

P j - Lực cản quán tính; P i - Lực cản leo dốc.

1.2.1.1 Lực cản lăn P f

Khi xe chạy, tại các điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường xuất hiện lực cản lăn.Lực này ngược chiều chuyển động của xe, cản trở sự chuyển động của ô tô Lực cản lănsinh ra là do ma sát giữa bánh xe với mặt đường, sinh ra do biến dạng của lốp xe và biếndạng của mặt đường, do xe bị xung kích và chấn động trên mặt đường không bằng phẳng

và do ma sát trong các ổ trục của xe khi xe chạy

Thực nghiệm cho thấy tổng lực cản lăn trên tất cả các bánh xe Pf tỉ lệ thuận với trọnglượng G (kG) của ô tô:

Trong đó: G - tải trọng tác dụng trên bánh xe ô tô (kN);

f - hệ số cản lăn không thứ nguyên;

Pf - lực cản lăn (kN)

Hệ số sức cản lăn f phụ thuộc vào độ cứng của lốp xe, tốc độ xe chạy và chủ yếu phụthuộc vào loại mặt đường (Bảng 1) Thường lấy f = 0,02 khi tính toán thiết kế các yếu tốhình học đường

Bảng 2.1 Hệ số lực cản lăn f phụ thuộc loại mặt đường

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

+ Bê tông xi măng

và bê tông nhựa

+ Đá dăm đen

+ Đá dăm

0,01 - 0,02

0,02 - 0,025 0,03 - 0,05

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

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

1.2.1.2 Lực cản không khí P w

Khi xe chạy, lực cản không khí gây ra do phản lực của khối không khí phía trước, do

ma sát của thành xe với không khí hai bên và do khoảng chân không phía sau ô tô hút lại.Lực cản không khí khi được xác định theo công thức:

Pw = k.F.v2 = k.F.V2/13 ̣ (kN) (2.2)Trong đó:

Pw - Lực cản không khí (kN);

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, (m/s);

V - vận tốc xe chạy, (km/h)

1.2.1.3 Lực cản leo dốc P i

Lực cản leo dốc sinh ra khi xe phải khắc phục một đoạn dốc (h 2.1) Giả thiết xe phảileo một độ cao h trên một đoạn có chiều dài l (m), với trọng lượng của xe G (kN), xe phảisinh ra một công phụ leo dốc là G.h Vậy lực cản leo dốc được tính theo công thức:

Pi = h.G/l = ± G.i (kN) (2.3)Trong đó:

G - là tải trọng tác dụng trên bánh xe ô tô (kN);

Vì ngoài chuyển động tịnh tiến xe còn có các chuyển động quay của các bánh xe, trục

xe nên phải nhân thêm hệ số kể đến quán tính quay δ = 1,03-1,07

dt

dv g

hai lực cản này còn có tên gọi là lực cản trên đường Lực cản này có thể tính theo:

Đối với xe con và xe buýt : Pđ = 0,00453 G + 0, 000073 GV + 0, 000625 CFV²

Đối với xe tải: Pđ = 0,00345 G + 0, 0000653 GV + 0, 0004656 CFV²

Công thức trên theo giáo trình TKĐ tập 1/2006 của GS Đỗ Bá Chương với:

Pđ - lực cản trên đường là tổng của lực cản không khí và lực cản lăn, (kN);

G - tải trọng tác dụng trên bánh xe ô tô, (kN);

V- tốc độ xe chạy, km/h;

F - diện tích cản trở, có thể tính F = 0,8.B.H (B và H là chiều rộng và chiều cao của ô

tô m);

C- thông số lực cản không khí, xe con 0,40 - 0,50, xe tải 0,65- 0,70, xe buýt 0,60 - 0,70

1.2.2 Lực kéo của xe - nhân tố động lực của xe

1.2.2.1 Lực kéo của xe

Nhiên liệu trong động cơ được chuyển hóa thành công năng có công suất hiệu dụng N,công suất này tạo nên một mômen M tại trục khuỷu của động cơ Giữa N và M có quan hệnhư sau:

n- Số vòng quay của trục khuỷu trong một phút

Mô men tại trục khuỷu còn nhỏ và tốc độ quay còn lớn, muốn sử dụng cần phải quahộp số để tạo một mômen kéo đủ lớn Mk ở trục chủ động, mômen này sẽ sinh một ngoại lực(lực kéo Pk ở điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường) bằng về trị số và trái chiều vớiphản lực của đường T

Hình 2.6 Quá trình sinh ra sức kéo của ô tô

Lực kéo:

o k k

M.i iM

ik - Tỉ số truyền của hộp số, thay đổi theo số cài của xe;

io - Tỉ số truyền của cầu số, phụ thuộc loại xe;

rk - Bán kính bánh xe phụ thuộc vào áp lực hơi trong lốp xe, loại lốp, tải trọng tác dụnglên lốp, thưởng rk = (0,93÷0,96) r bánh xe khi chưa biến dạng

η - Hiệu suất truyền động

1.2.2.2 Nhân tố động lực và biểu đồ nhân tố động lực

Sức kéo sinh ra là để khắc phục các sức cản như đã phân tích ở phần 2.1.1

Đặt P -Pk w

D=

G gọi là nhân tố động lực của ô tô, chính là tỷ số của hiệu số giữa lực kéo

và lực cản không khí với trọng lượng của ô tô:

δ dvf±i±

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

xe chuyển động đều, ta có dv/dt = 0 biểu thức (2.10) sẽ là D = f ± i

Khi từ D gióng sang ngang cắt biểu đồ tại hai điểm thì chỉ có điểm ở bên phải có giá trị

ổn định và dùng được để xác định Vmax thực tế Trường hợp này thường được áp dụng chocác đường cải tạo nâng cấp và khi tính toán khai thác đường

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

Khi xe chuyển động đều có D = f ± i Chọn một loại xe đặc trưng cho đoạn đườngđang xét (chiếm % lưu lượng lớn nhất) để có biểu đồ nhân tố động lực của loại xe đó Có Vdựa 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 nhấtđược quy 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:

dv

maxdt

Gia tốc đủ để khởi động được không nhỏ hơn 1,5m/s2

- Xác định chiều dài cần thiết 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 một tốc độ cân bằng mớiv2 có gia tốc dv/dt khi có điều kiện mới D2=f2 ± i2 , vận dụng (2.10) ta có:

−

−+

Viết theo biểu thức cuối có nghĩa là ta phân sự chênh lệch tốc độ ra nhiều phân tố rồitổng hợp dần lại Từ đó có thể vẽ được biểu đồ vận tốc trên trắc dọc

1.2.3 Lực bám của bánh xe với mặt đường – Sù h·m xe

1.2.3.1 Lực bám của bánh xe với mặt đường

Tại bánh xe chủ động mô men Mk tác dụng lên mặt đường lực kéo Pk và theo định luậtIII Newton 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 điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đườngtrở thành tâm quay tức thời của bánh xe, giúp cho xe chuyển động được, ta gọi T là lực bámcủa bánh xe và mặt đường Trong quá trình vận chuyển nếu gặp phải chỗ mặt đường ẩmướt; trơn trượt thì bánh xe có thể bị trượt hay quay tại chỗ vì lực bám giữa bánh xe với mặtđường không đủ

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

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)

Điều kiện chuyển động của xe trên đường là lực kéo của xe phải thắng được lực cản vàlực bám giữa bánh xe và mặt đường phải đủ

Bảng 2.2 Các giá trị hệ số bám dọc φ Tình trạng mặt đường Điều kiện xe chạy Hệ số bám

Khô sạch

Khô sạch

ẩm và bẩn

Rất thuận lợi Bình thường Không thuận lợi

0,70,50,3Điều kiện để xe chuyển động là: Pk ≥ ΣPcản

Và xe lăn không trượt thì: Pa < Tmax = φ.Gk

R G

G

R T

b = − = ⋅ϕ− ≥ ± ±δ ⋅

(2.15)

1.2.3.2 Sự hãm xe

Khi hãm xe người lái ấn chân lên bàn đạp phanh, qua truyền chuyển động áp lực làm

mở các vành hãm tác dụng vào bánh xe Bánh xe lúc đó bị gắn chặt vào trục, không quayđược và trượt ở trên mặt đường Lực hãm lớn nhất cũng phụ thuộc vào hệ số ma sát giữalốp xe và mặt đường có trị số:

P h = T max = G φ

Trong đó: φ - hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường, thường lấy φ = 0,3;

G- trọng lượng toàn bộ xe

Lúc này tất cả các lực cản đều tham gia vào quá trình hãm xe Lực cản không khí nhỏkhông đáng kể xe chạy chậm, lực cản lăn nhỏ so với lực hãm về bản chất cũng là lực masát, đãng kể là độ dốc dọc, khi trị số dốc dọc lớn hơn 4%, chiều dài hãm phanh cũng tănglên đáng kể

Ta có: Ph = Tmax + Pi = G φ + G.i = G.(φ ± i),

Dấu cộng khi xe lên dốc, dấu trừ khi xe xuống dốc

Khi xe chuyển động với vận tốc v1 (m/s) sau hãm chạy với vận tốc v2 (m/s), theonguyên lý bảo toàn động năng trên đoạn chiều dài hãm xe Sh ta có:

Sh (Tmax + Pi) = (v1² + v2² ) m/2G.(φ + i).Sh = (v1² + v2² ) G/2.g

- Chiều dài hãm phanh được xác định theo nguyên lý động năng:

Nếu vận tốc tính bằng km/h ta có:

)(254

)

2

2 1

i

V V K

K - hệ số hãm phanh, xác định tùy vào loại xe; (xe con: K = 1,2; xe tải: K = 1,3 ÷ 1,4)

V1 - vận tốc xe chạy trước khi hãm (km/h) V2 - vận tốc xe chạy sau khi hãm (km/h)

φ - hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường, thường lấy φ = 0,3

i - độ dốc dọc của đường (%), lấy dấu cộng khi xe lên dốc, dấu trừ khi xe xuống dốc.Trong trường hợp hãm xe dừng hẳn V1 = V, V2 = 0, khi đó ta có:

2 h

ngại vật (nếu có) hay là tránh được nó Chiều dài này được gọi là tầm nhìn.

Tầm nhìn này phải được đảm bảo trên mặt cắt dọc cũng như trong đường cong nằm saocho không bị vách đá, nhà cửa, cây cối che khuất Trên đường cấp cao, đường du lịch tầmnhìn không chỉ đảm bảo an toàn mà còn phải nâng cao để xét đến yếu tố tâm lý nhằm tạođiều kiện cho người lái xe an tâm chạy với tốc độ cao

Hình 2.10 Sơ đồ tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định S1

Tình huống: ô tô gặp chướng ngại vật tĩnh trên làn xe đang chạy, người lái xe cần phảinhìn thấy chướng ngại vật và kịp dừng xe trước nó

Công thức tính:

Trong đó:

lpu - chiều dài xe chạy được trong thời gian người lái xe phản ứng tâm lý;

lpu = v.tpu Với v: tốc độ ô tô trước khi hãm phanh (m/s);

tpu: thời gian người lái xe phản ứng tâm lý (khi tính toán với một mức độ an toàn nhấtđịnh, lấy bằng 1s);

Sh:chiều dài xe chạy được trong quá trình hãm phanh;

lo: đoạn dự trữ an toàn (thường lấy từ 5-10m)

Nếu vận tốc V tính bằng km/h thì:

2

o 1

Hình 2.11 Sơ đồ tầm nhìn thấy xe ngược chiều S2

Tình huống: Hai xe chạy trên cùng 1 làn kịp dừng lại trước nhau một khoảng cách antoàn

Công thức tính:

S2 = lpư1 + Sh1 + lo + lpư2 + Sh2 , (m) (2.39)Trong đó:

lpu1, lpu2 : chiều dài xe 1 và xe 2 chạy được trong thời gian người lái xe phản ứng tâm lí;Sh1, Sh2: chiều dài xe 1 và xe 2 chạy được trong suốt quá trình hãm phanh;

-

.VV

xe chạy sai làn đường của mình

- Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 3 : Tầm nhìn vượt xe S vx :

Tình huống: Xe 1 chạy nhanh bám theo xe 2 chạy chậm với khoảng cách an toàn SSh2, khi quan sát thấy làn xe trái chiều không có xe, xe 1 lợi dụng làn trái chiều để vượt xe 2

h1-và quay trở về làn của mình an toàn.

- Ở điều kiện bình thường: Svx = 6.V (m)

- Ở điều kiện cưỡng bức khi đông xe: Svx = 4.V (m)

Với V (km/h): Tốc độ thiết kế của tuyến đường

Vận dụng: là trường hợp nguy hiểm phổ biến trên đường có 2 làn xe Khi đường có dảiphân cách trung tâm, trường hợp này không thể xảy ra Tuy vậy, trên đường cấp cao, tầmnhìn này vẫn phải kiểm tra nhưng với ý nghĩa là bảo đảm 1 chiều dài nhìn được cho lái xe

an tâm chạy với tốc độ cao

1.2.4.3 Quy định về tầm nhìn tối thiểu khi xe chạy trên đường (TCVN 4054 : 2005)

Phải đảm bảo tầm nhìn trên đường để nâng cao độ an toàn xe chạy và độ tin cậy về tâm

lý để chạy xe với tốc độ thiết kế Giá trị tầm nhìn tối thiểu (tầm nhìn hãm xe S1, tầm nhìntrước xe ngược chiều S2, tầm nhìn vượt xe Svx) được quy định trong bảng 2.8 (Bảng 10TCVN4054 : 2005)

Các giá trị tầm nhìn được tính từ mắt người lái xe có chiều cao 1,00m bên trên phần xechạy, khi xe ngược chiều có chiều cao 1,20m, chướng ngại vật có chiều cao 0,10m

Bảng 2.8 Tầm nhìn tối thiểu khi chạy xe trên đường

Tốc độ thiết kế, V tk , km/h 120 100 80 60 60 40 40 30 30 20 Tầm nhìn hãm xe (S 1 ), m 210 150 100 75 75 40 40 30 30 20 Tầm nhìn trước xe ngược chiều (S 2 ), m − − 200 150 150 80 80 60 60 40 Tầm nhìn vượt xe S vx , m − − 550 350 350 200 200 150 150 100

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1

Câu 1: Các cơ sở để phân cấp đờng ô tô? Đờng ô tô có những cấp

nào?

Câu 2: Yờu cầu đối với xe trờn đường ụ tụ?

Câu 3: Lưu lượng xe thiết kế là gỡ, cỏc loại lưu lượng xe, cỏch xỏc định lưu lương

xe?

Câu 4: Trỡnh nội dung cỏc bản vẽ cơ bản của tuyến đường?

Câu 5: N ờu cỏc bộ phận chủ yếu trờn mặt cắt ngang của đường?

Câu 6: Trỡnh bày cỏc căn cứ để phõn cấp đường ụ tụ?

Câu 7: N ờu cỏc chỉ tiờu chủ yếu của từng cấp đường?

Chơng 2

THIếT Kế BìNH Đồ

2.1 Các vấn đề chung

2.1.1 Đặc điểm sự chuyển động của ụ tụ trong đường cong nằm

Khi chuyển động trong đường cong ngoài việc khắc phục cỏc điều kiện như trờn đườngthẳng, xe cũn phải chịu thờm những điều kiện bất lợi:

- Xe phải chịu thờm lực ly tõm, đặt ở trọng tõm của xe, theo phương bỏn kớnh, chiềuhướng ra ngoài đường cong Lực cú xu hướng đẩy xe về phớa lưng đường cong và được xỏcđịnh theo cụng thức:

F =

gR

Gv R

R- Bỏn kớnh đường cong trờn bỡnh đồ, m;

g - Gia tốc trọng trường được lấy bằng 9,81m/s2

Lực ly tõm cú thể gõy lật đổ xe, trượt ngang, làm cho việc điều khiển xe khú khăn, gõykhú chịu cho hành khỏch, làm hư hỏng hàng húa Làm tiờu hao nhiờn liệu, mũn săm lốp

- Khi xe chạy trong đường cong, chiếm đường nhiều hơn ở ngoài đường thẳng Vỡ vậy,

để cho xe chạy đảm bảo cỏc điều kiện về khổ động học bề rộng mặt đường trong đườngcong phải lớn hơn bề rộng mặt đường ngoài đường thẳng

- Xe chạy trong đường cong dễ bị cản trở tầm nhỡn, nhất là khi bỏn kớnh đường congnhỏ, ở đoạn đường đào Tầm nhỡn ban đờm của xe trong đường cong bị hạn chế vỡ đốn phachiếu thẳng trờn 1 đoạn ngắn hơn

2.1.2 Lực ngang và hệ số lực ngang

Xột trường hợp xe cú trọng lực G, vận tốc v chạy vào đường cong cú bỏn kớnh R, mặtđường nghiờng so với mặt phẳng nằm ngang một gúc α, (độ dốc ngang mặt đường in); theohỡnh vẽ (hỡnh vẽ 2.4) ta cú:

+ Trọng lực bản thõn của xe G cú phương thẳng đứng và cú chiều từ trờn xuống;

+ Lực ly tõm F cú phương nằm ngang, chiều cú xu hướng kộo xe về phớa lưng đường cong

Để xột ảnh hưởng của cỏc lực đến điều kiện xe chạy, ta tiến hành tổng hợp cỏc lực tỏcdụng tại trọng tõm của xe theo phương song song với mặt đường

Hình 2.4 Xe chạy trong đường cong có bán kính R

Hợp lực theo phương song song với mặt đường (Lực ngang Y):

2cos sin

α - góc nghiêng mặt đường với đường nằm ngang

Dấu của công thức (2.20): dấu cộng ”+” trường hợp cấu tạo mặt đường hai mái xe trênlàn phía lưng đường cong; dấu trừ ”-” cấu tạo toàn bộ phần xe chạy của mặt đường nghiêng

một mái hướng tâm đường cong cấu tạo mặt đường có siêu cao

Vì α nhỏ nên: cosα ≈ 1, sinα ≈ tgα = in độ dốc ngang mặt đường Thay vào (2.20) tacó:

G = gRmĐặt =

G

Y

μ : Hệ số lực ngang

Xác định hệ số lực ngang: được xác định theo điều kiện: ổn định chống lật; chống trượt

ngang của xe chạy trong đường cong; đảm bảo thoải mái, êm thuận cho hành khách trên xekhi xe chạy vào đường cong và điều kiện tiết kiệm nhiên liệu và săm lốp xe

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm, khi hành khách trên xe ô tô vào đường cong có hệ số

μ khác nhau nhận thấy:

- Nếu μ ≤ 0,10: không cảm thấy có đường cong;

F G

Fcosα

Fsinα Gsin α

- Nếu μ = 0,15: hơi cảm thấy cú đường cong;

- Nếu μ = 0,20: cảm thấy đang đi vào đường cong và hơi khú chịu;

- Nếu μ = 0,30: cảm thấy người như dạt về một bờn và xe như sắp bị lật đổ

Kết luận: tiờu chuẩn Việt Nam chọn μ khi tớnh toỏn Rmin : μ = 0,15

2.2 CÁC YẾU TỐ kỹ thuật TRấN đờng cong nằm

2.2.1 Bỏn kớnh đường cong nằm

2.2.1.1 Bỏn kớnh tối thiểu

Khỏi niệm: Bỡnh đồ tuyến đường nếu điều kiện địa hỡnh cho phộp, người thiết kế luụn

tỡm cỏch phúng tuyến thẳng để cho xe chạy được an toàn ờm thuận, trường hợp địa hỡnhhạn chế (đồi, nỳi hoặc gặp vật chướng ngại) thỡ tuyến phải được chuyển hướng bỏm địahỡnh theo cỏc đỉnh, nối giữa cỏc cỏnh tuyến của đỉnh đú là đường cong cú bỏn kớnh R:+ Nếu đường cong cú R lớn thỡ đảm bảo cho xe chạy an toàn, ờm thuận về kỹ thuật;+ Nếu đường cong cú R nhỏ đường bỏm sỏt địa hỡnh, điều kiện an toàn xe chạy bị hạnchế nhiều

Bỏn kớnh đường cong nằm nhỏ nhất đảm bảo cho xe chạy an toàn tối thiểu cho phộptheo vận tốc thiết kế yờu cầu (theo cấp đường) gọi là bỏn kớnh tối thiểu (ký hiệu Rmin)

Xỏc định bỏn kớnh tối thiểu:Xột trường hợp xe cú trọng lực G, vận tốc v chạy vào

đường cong cú bỏn kớnh R, mặt đường nghiờng so với mặt phẳng nằm ngang một gúc α, (độdốc ngang mặt đường in); theo hỡnh vẽ (hỡnh vẽ 2.4) ta cú:

+ Trọng lực bản thõn của xe G cú phương thẳng đứng và cú chiều từ trờn xuống;

+ Lực ly tõm F cú phương nằm ngang, chiều cú xu hướng kộo xe về phớa lưng đường cong

Để xột ảnh hưởng của cỏc lực đến điều kiện xe chạy, ta tiến hành tổng hợp cỏc lực tỏcdụng tại trọng tõm của xe theo phương song song với mặt đường

Hỡnh 2.4 Xe chạy trong đường cong cú bỏn kớnh R

Hợp lực theo phương song song với mặt đường (Lực ngang Y):

2cos sin

α - góc nghiêng mặt đường với đường nằm ngang

Dấu của công thức (2.20): dấu cộng ”+” trường hợp cấu tạo mặt đường hai mái xe trênlàn phía lưng đường cong; dấu trừ ”-” cấu tạo toàn bộ phần xe chạy của mặt đường nghiêng

một mái hướng tâm đường cong cấu tạo mặt đường có siêu cao

Vì α nhỏ nên: cosα ≈ 1, sinα ≈ tgα = in độ dốc ngang mặt đường Thay vào (2.20) tacó:

G = gRmĐặt =

v R

V R

µ

=

Trong đó:

V- Tốc độ xe chạy tính toán (km/h) được xác định đối với từng cấp đường;

in- Độ dốc ngang của mặt đường (%);

μ - Hệ số lực ngang

Xác định hệ số lực ngang: được xác định theo điều kiện: ổn định chống lật; chống trượt

ngang của xe chạy trong đường cong; đảm bảo thoải mái, êm thuận cho hành khách trên xekhi xe chạy vào đường cong và điều kiện tiết kiệm nhiên liệu và săm lốp xe

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm, khi hành khách trên xe ô tô vào đường cong có hệ số

μ khác nhau nhận thấy:

- Nếu μ ≤ 0,10: không cảm thấy có đường cong;

- Nếu μ = 0,15: hơi cảm thấy có đường cong;

- Nếu μ = 0,20: cảm thấy đang đi vào đường cong và hơi khó chịu;

- Nếu μ = 0,30: cảm thấy người như dạt về một bên và xe như sắp bị lật đổ

Kết luận: tiêu chuẩn Việt Nam chọn μ khi tính toán Rmin : μ = 0,15

Vận tốc xe chạy: đối với từng cấp đường là vận tốc thiết kế của cấp đường đó.

Theo TCVN 4054 2005 bán kính đường cong nằm được phân ra các loại như sau:

+ Bán kính tối thiểu giới hạn R : Là bán kính nhỏ nhất, không có trường hợp nào nhỏmingh

hơn, áp dụng trong trường hợp khó khăn, khi đó mặt đường phải bố trí nghiêng thấp về phíabụng đường cong có trị số lớn nhất iscmax (E siêu cao)

Từ công thức (2.23) xảy ra dấu cộng (+), ta có:

2 min

iscmax- Độ dốc siêu cao lớn nhất của mặt đường,%;

μ - Hệ số lực ngang, tính toán lấy μ = 0,15

+ Bán kính tối thiểu thông thường R Là trị số bán kính nhỏ nhất khuyên dùng trở lên,mintt

khi đó mặt đường được bố trí siêu cao, ta có:

2 min

osc

n

V R

V- Tốc độ tính toán, km/h; in - Độ dốc ngang của mặt đường ,

μ - Hệ số lực ngang, tính toán lấy μ = 0,08

2.2.1.2 Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô Việt Nam 4054 : 05 quy định R min

Bảng 2.3 Bán kính đường cong nằm tối thiểu

- Tối thiểu thông thường 1000 700 400 250 250 125 125 60 60 50

- Tối thiểu không siêu cao 5500 4000 2500 1500 1500 600 600 350 350 250

Khi thiết kế bình đồ chọn bán kính cho phù hợp với địa hình và cố gắng cải thiện điều kiện xe chạy trên đường:

Nếu điều kiện địa hình thuận lợi chọn R càng lớn càng tốt;

Nếu điều kiện địa hình tương đối thuận lợi chọn R từ tối thiểu thông thường trở lên;Nếu điều kiện địa hình đặc biệt khó khăn chọn R từ tối thiểu giới hạn trở lên

2.2.2 Siêu cao - đoạn nối siêu cao

Muốn có hệ số µ nhỏ có thể có nhiều biện pháp: Tăng bán kính R biện pháp này khôngphải lúc nào cũng thực hiện được vì phụ thuộc vào điều kiện địa hình Giảm vận tốc xechạy đậy là biện pháp không thích hợp vì giảm điều kiện tiện nghi trên đường Biện pháp

hữu hiệu là chọn số hạng i n mang dấu trừ có nghĩa là phần xe chạy có độ dốc nghiêng về

phía tâm đường cong, với trị số hợp lý lớn i n trên mặt đường hai mái, độ nghiêng bất

thường phần xe chạy một mái về phía tâm đường cong (bụng đường cong) gọi là siêu cao

i sc (E) Vậy siêu cao có tác dụng về cơ hoặc là giảm lực ngang, làm cho xe chạy an toàn.

Hình 2.7 Bố trí siêu cao trong đường cong nằm

Siêu cao làm giảm hiệu quả xấu của lực ly tâm, nhưng phải có giới hạn nhất định để

xe không bị trượt ngang khi mặt đường trơn hoặc các xe chuyển động trên đường congkhông đạt được vận tốc an toàn theo bán kính Theo TCVN 4054 : 2005 độ dốc tối đa siêucao là 8%

Õp

Isc

Ls c

2.2.2.3 Quy định trị số siêu cao i sc

- Độ dốc siêu cao lấy theo bán kính đường cong nằm và tốc độ thiết kế theo Bảng 2.5(Bảng 13 TCVN4054 : 2005) Độ dốc siêu cao lớn nhất không quá 8 % và nhỏ nhất khôngdưới 2 %

- Lề đường phần gia cố làm cùng độ dốc và cùng hướng với dốc siêu cao, phần lề đấtkhông gia cố phía lưng đường cong dốc ra phía lưng đường cong;

- Các phần xe chạy riêng biệt nên làm siêu cao riêng biệt

Bảng 2.5 Độ dốc siêu cao ứng với theo bán kính đường cong nằm và tốc độ thiết kế

800

÷ 100 0

1000

÷ 150 0

1500

÷ 200 0

2000

÷ 250 0

150 ÷ 25

2.2.2.4 Đoạn nối siêu cao (L SC )

a) Khái niệm: Đoạn nối siêu cao là đoạn trong đó mặt cắt ngang đường được biến đổi

một cách điều hòa từ dốc ngang thông thường 2 mái về dốc ngang một mái nghiêng thấp vềphía bụng đường cong (có độ dốc là (E) isc %) Sự chuyển hóa sẽ tạo ra một độ dốc dọc phụ

thêm i f

b) Công thức tính: Đoạn nối siêu cao được tính theo công thức:

s

(i + i )2

sc

f

B L

isc: độ dốc siêu cao (%); in: độ dốc ngang mặt đường.

if: độ dốc nâng siêu cao với: V < 60 km/h => if = 1%; V ≥ 60 km/h => if = 0,5%

Với đường có tốc độ thiết kế V ≥ 60 km/h ta phải bố trí từ đường cong chuyển tiếp:

3 (m)

Khi tính toán với đường có tốc độ thiết kế V ≥ 60 km/h thì ta tính 2 giá trị Lsc vàLCT, giá trị nào lớn hơn sẽ được sử dụng làm đoạn nối siêu cao Độ dốc siêu cao (isc) vàchiều dài đoạn nối siêu cao (Lsc) phụ thuộc vào bán kính đường cong nằm (R) và tốc độthiết kế (Vtk), không được nhỏ hơn các giá trị quy định trong Bảng 2.6 (Bảng 14TCVN4054 : 2005)

Bảng 2.6 Độ dốc siêu cao (i sc ) và chiều dài đoạn nối siêu cao (L)

với đường có trên 6 làn xe.

Nếu 2 giá trị tính được có trị số nhỏ hơn trị số quy định trong bảng 2.6 thì lấy giá trịtrong bảng 2.6 tính lại if Nếu 2 giá trị tính được có trị số lớn hơn trị số quy định trong bảng2.6 thì lấy giá trị lớn

c Bố trí đoạn nối siêu cao:

Đoạn nối siêu cao, đoạn nối mở rộng đều được bố trí trùng với đường cong chuyểntiếp Khi không có đường cong chuyển tiếp, các đoạn nối này bố trí một nửa trên đườngcong và một nửa trên đường thẳng.

Như vậy đối với đường có Vtk ≤ 40 km/h, không bố trí đường cong chuyển tiếp thì đoạnnối siêu cao được bố trí trùng với đoạn nối mở rộng và được bố trí 1 nửa ngoài đường thẳng

và 1 nửa trong đường cong

Với đường có Vtk ≥ 60 km/h đoạn nối siêu cao, đoạn nối mở rộng đều được bố trí trùngvới đường cong chuyển tiếp Lsc ≡ Lw ≡ Lct

d Sự biến đổi mặt đường trong đoạn nối siêu cao

- Trong đoạn nối siêu cao, siêu cao được thực hiện bằng cách quay phần xe chạy và lềgia cố (nếu có) ở phía lưng đường cong quanh tim đường nghiêng thấp dần về phía bụngđường cong đến khi đạt độ dốc ngang mặt đường (đoạn L1), sau đó vẫn tiếp tục quay toàn

bộ mặt đường và lề gia cố quanh tim đường đến khi đạt độ dốc siêu cao isc (đoạn L2)

- Trường hợp đường có dải phân cách giữa siêu cao được thực hiện có thể bằng cáchquay xung quanh mép trong hoặc mép ngoài mặt đường

Diến biến nâng siêu cao và sơ đồ tính chiều dài Lsc theo phương pháp quay quanh timđường:

Hình 2.8 Diễn biến nâng siêu cao theo phương pháp quanh tim đường

Như vậy diễn biến của đoạn nối siêu cao gồm hai đoạn cơ bản: đoạn L1, L2

Đoạn L1: đoạn để mặt đường biến đổi từ độ dốc 2 mái in sang độ dốc 1 mái in, bằng cáchlấy tim làm trục quay 1/2 phần xe và lề phía bụng đường cong, chiều dài L1 được tính theocông thức:

1 m n

f

B i L

Một nửa mặt đường phía lưng và lề đường gia cố phía lưng đường cong có độ dốcngang được tính theo công thức:

22

x - khoảng cách từ đầu đoạn nối đến mặt cắt cần tính toán độ nghiêng

Đoạn L2: là đoạn mà mặt đường và lề gia cố chuyển biến từ độ dốc một mái im về độdốc siêu cao isc nghiêng về phía bụng đường cong, bằng cách lấy tim làm trục quay toàn bộphần xe và lề phía bụng đường cong

f b

m

x i i

B

×

Trong đó ib là độ dốc ngang siêu cao của mặt đường tại vị trí tính toán (%)

Tính độ mở rộng của mặt đường tại một cọc bất kỳ trong đoạn thuộc L1 và L2:

Độ mở rộng tại cọc đó: x w'

sc

x w L

Trong đó:

w’ = w/2 nếu mở rộng cả 2 bên bụng và lưng đường cong

w’ = w nếu mở rộng cả 1 bên bụng hoặc lưng đường cong

2.2.3 Mở rộng phÇn xe ch¹y - đoạn nối mở rộng

2.2.3.1 Khái niệm: Khi xe chạy trên đường thẳng, quỹ đạo chuyển động của bánh xe ở

2 trục trước và sau của xe là như nhau, nhưng khi xe chạy vào đường cong thì quỹ đạochuyển động của các bánh xe là các đường cong khác nhau, bánh ngoài của trục trướcchuyển động với quỹ đạo có bán kính lớn nhất, bánh xe trong của trục sau chuyển động vớiquỹ đạo có bán kính nhỏ nhất, vì vậy xe chạy trong đường cong sẽ chiếm một phần mặtđường nhiều hơn so với khi xe chạy trong đường thẳng

Để đảm bảo điều kiện xe chạy trên đường cong cũng như trên đường thẳng và để đảm

bảo an toàn khi xe tránh nhau, ở những đường cong có bán kính nhỏ cần phải mở rộng phần xe chạy.

2.2.3.2 Công thức tính

Để xác định độ mở rộng ta đặt xe trong điều kiện bất lợi như hình vẽ

e1

e2

L L

C

A D

O

A' D' C'

DC = L là chiều dài từ trục sau xe tới đầu xe (m);

AD = e2 là chiều rộng cần mở rộng thêm của 1 làn xe (m);

OA = OC = R bán kính đường cong nằm

2 1

22

D'C' = L là chiều dài từ trục sau xe tới đầu xe (m);

A'D' = e1 là chiều rộng cần mở rộng thêm của 1 làn xe (m);

Từ đó ta có độ mở rộng của phần xe chạy có 2 làn xe gồm có e1 và e2 là: w = e1 + e2;

Ta có nhận xét e1 < e2 vì khi xe chạy trong đường cong có bán kính lớn hơn sẽ có độ

mở rộng nhỏ hơn Do đó để an toàn người ta tính: w = 2.e2;

Công thức trên được xác định theo sơ đồ hình học mà chưa xét đến khả năng thực tếkhi xe chạy, khi xe chạy với tốc độ cao, xe không giữ được quỹ đạo chuyển động như hình

vẽ nó có thể dao động sang hai bên, do vậy ta cần phải bổ sung thêm số hạng hiệu chỉnh e3:

R

V ,

w /2

Ð P TÐ

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

- Độ mở rộng được đặt trên diện tích phần lề gia cố Dải dẫn hướng (và các cấu tạo

khác như làn phụ cho xe thô sơ ), phải bố trí phía tay phải của độ mở rộng Nềnđường khi cần mở rộng, đảm bảo phần lề đất còn ít nhất là 0,5 m

Bảng 2.4 Độ mở rộng phần xe chạy hai làn xe trong đường cong nằm

<150 ÷ 10 0

<100 ÷ 7 0

2.2.3.4 Đoạn nối mở rộng mặt đường (L w )

a) Khái niệm: Là đoạn để độ mở rộng mặt đường biến đổi từ 0 đến trị số mở rộng quy

định w

b) Bố trí đoạn nối mở rộng: 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

(1/10);

+ Trường hợp V < 60 km/h: Đoạn nối mở rộng được bố trí trùng với đoạn nối siêu cao:

Lw ≡ Lsc , một nửa nằm trên đường thẳng và một nửa nằm trên đường cong;

Độ mở rộng được thực hiện theo quy luật bậc nhất

+ Trường hợp Vtk ≥ 60 km/h: Lw được bố trí trùng với đoạn nối siêu cao và trùng hoàntoàn với đoạn nối chuyển tiếp:

- Đoạn nối chuyển tiếp → đường cong tròn →đoạn nối chuyển tiếp;

- Độ mở rộng được thực hiện theo quy luật bậc nhất

CT sc

Trong đó đoạn nối chuyển tiếp được xác định bằng:

29

Hình 2.6 Bố trí đoạn nối mở rộng trong đường cong chuyển tiếp

+ Khi không có hai yếu tố trên (LCT; Lsc), đoạn nối mở rộng được cấu tạo (1/10) W, chiều

dài đoạn vuốt nối mở rộng không nhỏ hơn 10m

2.2.3.5 Ví dụ

Xác định độ mở rộng và chiều rộng của mặt đường tại phân giác khi xe chạy trongđường cong có: R = 150m; đường cấp III miền núi, loại xe tải

Tra quy trình, ta có L = 6,5+1,5 = 8,0 (m);

Đường cấp III miền núi có tốc độ thiết kế V = 60 (km/h),

Do đó độ mở rộng sẽ được tính như sau:

Theo quy trình đối với đường cong nằm có bán kính từ 100 ÷ 150 độ mở rộng được lấy

là 0,9 (m) đối với xe tải

Vậy độ mở rộng cần mở là 0,9 (m)

Đối với đường cấp III miền núi chiều rộng mặt đường là 3,0 (m), mở rộng hai bên nên

ta có chiều rộng mặt đường mỗi bên sẽ là 3,0 + 0,45 =3,45 (m)

2.2.4 Đường cong chuyển tiếp

R

v

m 2 tương ứng với bán kính thay đổi từ

∞ => R Lực ly tâm gây cảm giác cảm giác khó chịu cho hành khách và người lái

Góc chuyển hướng α của bánh xe trước hợp với trục xe từ chỗ bằng 0 đường thẳngchuyển sang đường cong tròn có trị số α

Để giảm các ảnh hưởng trên, tránh cho đối tượng chịu sự thay đổi đột ngột, người talàm một đường cong nối giữa đường thẳng và đường cong tròn Với ý nghĩa này, đường

cong đó gọi là đường cong chuyển tiếp.

2.2.4.2 Cấu tạo đường cong chuyển tiếp

Để tính chiều dài đường cong chuyển tiếp ta có giả thiết sau:

- Tốc độ xe chạy trên đường cong chuyển tiếp không đổi và bằng tốc độ thiết kế;

- Trên chiều dài đường cong chuyển tiếp, gia tốc ly tâm thay đổi từ 0 tới v²/ R, đồngthời bán kính thay đổi từ +∞ tới R, tỷ lệ bậc nhất với chiều dài đường cong chuyển tiếp từ s

J- độ tăng gia tốc ly tâm;

t- thời gian xe chạy từ đầu đường cong tới cuối đường cong chuyển tiếp, t = Lct/vv- vận tốc xe chạy thiết kế m/s; V: vận tốc xe chạy thiết kế km/h

Ta có: J =

2

ct

v L R v

= 3

ct

v RL

Vậy chiều dài đường cong chuyển tiếp sẽ là: Lct = v³/ R J => Lct = V³/ 47.R J

J: độ tăng gia tốc ly tâm theo TC Mỹ J: 0,3 ÷ 0,9 m/s³; theo Pháp J : 0,65 ÷ 1.0 m/s³;

theo Việt Nam J : 0,50 m/s³ chiều dài đường cong chuyển tiếp sẽ là :

Công thức tính chiều dài đường cong chuyển tiếp:

3

Các dạng của đường cong chuyển tiếp:

- Đường cong xuắn ốc (Clothoide): ρ =

S C

- Đường cong hoa thị Becluni: ρ = 3C.sin 2ω

- Phương trình Parabol bậc 3:

R

x y

.6

3

=

Bố trí đường cong chuyển tiếp:

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

Với đường có Vtk ≥ 60 km/h đoạn nối siêu cao, đoạn nối mở rộng đều được bố trítrùng với đường cong chuyển tiếp Lsc ≡ Lw ≡ Lct

Phương trình đường cong chuyển tiếp là đường xoắn ốc Euler hay còn gọi là đườngcong clothoide, xét tại điểm bất kỳ trên đường cong chuyển tiếp có khoảng cách theo đườngcong tới gốc là s, tại điểm đó bán kính là ρ bán kính này giảm dần từ +∞ (s= 0) tới R (s =

L ct );

Trong kỹ thuật với công trình đường ôtô thường áp dụng đường cong dạng đường congxoắn ốc (Clôthôit):

ρ = C

s

Trong đó:

C : thông số không đổi;

ρ : bán kính của đương cong tại điểm tính toán có chiều dài đường là s tính từ NĐ đếnđiểm tính toán;

A : là thông số của đường cong clothoide C = A2 = RL ct;

s : Khoảng cách đến điểm xét theo đường cong

Phương trình đường cong Clothoide dới dạng tọa độ vuông góc :

1 Tính toán sơ bộ (để sơ bộ bố trí và kiểm tra) các yếu tố cơ bản của đường cong tròn

theo góc ngoặt α và bán kính đường cong R

T=

2.tgα

2cos

2sin

.0

0 0

o R

y p

L R

x t

180

);

2tan(

K R

π R

K = (hoặc K0 = R.α0 với α0 tính bằng rad)

7 Xác định điểm bắt đầu, kết thúc của ĐCCT và độ rút ngắn của đường cong

NĐ=Đ-(T+t)NC=NĐ+K0+2LctΔ=2(T+t) – (K0+2Lct)Trong đó : NĐ, NC, Đ là lý trình của điểm bắt đầu, kết thúc và đỉnh của đường congtổng hợp

Hình 2.9 Tính toán đường cong chuyển tiếp trong trường hợp L 1 =L 2

8 Xác định toạ độ của các điểm ĐCCT cách nhau 5-10m/cọc sau đó dựa vào toạ độnày cắm nhánh 1 của ĐCCT

9 Tính và cắm nhánh thứ 2 của ĐCCT tương tự

10 Tính và cắm phần đường cong tròn còn lại K0

Một điểm A bất kỳ trên phần đường cong tròn có chiều dài cung đến TĐ là St với gócchắn cung β sẽ có tọa độ xt, yt theo hệ trục NĐ được tính theo công thức sau:

§ N§

2.2.4.4 Ví dụ: tính toạ độ TD, (Xo , Yo) của đường cong có đường cong chuyển tiếp

với chiều dài L = 80m, bán kính đường cong tròn R = 125m; thông số:

2.2.5 Đảm bảo tầm nhìn trên những đường cong cã b¸n kÝnh nhá

- Đường ở đồng bằng thường khuất tầm nhìn do nhà cửa, cây cối, các công trình kỹthuật khác;

- Đối với đường miền núi thường khuất tầm nhìn do taluy nền đào…

Khi thiết kế đường cong, sau khi tính toán các thông số kỹ thuật đường cong cần kiểmtra xem đường cong đó có bị khuất tầm nhìn không từ đó xác định khoảng phát quang cầnthiết để đảm bảo tầm nhìn.

- Quỹ đạo mắt người lái xe cách mép trong phần xe chạy (chưa mở rộng): 1,5m Chiềucao tầm mắt so với mặt đường: 1,0m Khi thiết kế phải kiểm tra tầm nhìn

Các chỗ không đảm bảo tầm nhìn phải dỡ bỏ các chướng ngại vật (chặt cây, đàomái taluy ) Chướng ngại vật sau khi dỡ bỏ phải thấp hơn tia nhìn 0,30 m Trường hợpthật khó khăn, có thể dùng gương cầu, biển báo, biển hạn chế tốc độ hoặc biển cấmvượt xe

a) Các trường hợp kiểm tra tầm nhìn theo phương pháp giải tích:

- Trường hợp S ≤ K

S - chiều dài tầm nhìn để tính toán kiểm tra (m);

K - chiều dài quỹ đạo xe chạy chắn bởi góc chuyển hướng α

Khoảng cách dỡ bỏ Z được tính:

)

2cos1( − γ

s R

S-K 2

Hình 2.13 Sơ đồ xác định cự ly tĩnh ngang theo phương pháp giải tích

a) Xác định phạm vi tĩnh ngang khi không có Đ CCT

Đ

Rs O

A S

B

b) Xác định phạm vi tĩnh ngang khi có Đ CCT

Hỡnh 2.14 Xỏc định đường giới hạn nhỡn theo phương phỏp giải tớch

R - bỏn kớnh đường cong (m); Rs - bỏn kớnh quỹ đạo xe chạy (m);

γ - gúc ở tõm chắn bởi tia nhỡn S (o);

Bm - bề rộng của mặt đường (m)

- Trường hợp S > K

2

sin2

)2cos1

R

(2.44) Trong đú:

1.0m 1.5m

Zo Z

1.0m Cây phải đốn

1.5m

Chỳ ý: Nguyờn tắc cơ bản khi kiểm tra tầm nhỡn là dựng tầm nhỡn 2 chiều Chỉtrong trường hợp cú quy định cho một chiều xe chạy riờng thỡ mới dựng tầm nhỡn mộtchiều.

b) Kiểm tra tầm nhỡn theo phương phỏp đồ giải:

1,5m

1

1

2 3 4 5 6

3 4

Hỡnh 2.6 Sơ đồ xỏc định đảm bảo tầm nhỡn theo phương phỏp đồ giải

Muốn vẽ đường giới hạn nhỡn trong đường cong từ A đến B cỏch thực hiện như sau:

Vẽ đường quỹ đạo xe chạy; Xỏc định chiều dài tầm nhỡn tớnh toỏn S (theo quy địnhtrong TCVN); Trờn đường quỹ đạo xe chạy kẻ cỏc tia nhỡn 11’ = 22’ = 33’ = … cú giới hạn

là S chiều dài tầm nhỡn; Nối trung điểm của cỏc tia nhỡn ta được đường bao cỏc tia nhỡn(đường giới hạn nhỡn)

Vậy trong phạm vi giới hạn giữa quỹ đạo xe chạy và đường giới hạn nhỡn mặt đườngcần phải phỏt quang

Phạm vi ỏp dụng của phương phỏp: độ chớnh xỏc khụng cao nờn thường kiểm tra tầmnhỡn của cỏc phương ỏn sơ bộ

2.3 sự nối tiếp giữa các đờng cong nằm

Ở vựng đồi nỳi, tuyến đường thường rất quanh co, trong trường hợp đú bố trớ cỏc đỉnhcủa tuyến đường phải chỳ ý tới khoảng cỏch tối thiểu giữa 2 đỉnh xem cú bố trớ được đườngcong hay khụng Núi cỏch khỏc sự phối hợp giữa đoạn thẳng và đoạn cong trờn bỡnh đồ lànghiờn cứu chiều dài ngắn nhất của đoạn thẳng nằm giữa 2 đường cong trong trường hợpđịa hỡnh bất lợi khụng cho phộp 2 đường cong đú cỏch xa

Khi cắm tuyến nến trỏnh cỏc trường hợp tạo ra bất ngờ cho người lỏi, cỏc bỏn kớnhđường cong cạnh nhau khụng nờn quỏ chờnh lệch tốt nhất là khụng quỏ 1,5 lần bỏn kớnhđường cong liền kề Sau một đoạn thẳng dài khụng nờn bố trớ đường cong cú bỏn kớnh quỏnhỏ Cỏc bỏn kớnh nhỏ nờn tập trung trong một đoạn tuyến để lỏi xe giảm tốc và tập trung

sự chỳ ý Về mặt liờn kết kỹ thuật cần cú sự chỳ ý trong cỏc trương hợp sau:

a) Giữa hai đường cong cùng chiều:

Hình 2.17 Bố trí nối tiếp các đường cong tròn trên bình đồ

a,b) Đường cong cùng chiều; c) Đường cong ngược chiều

Hai đường cong cùng chiều là hai đường cong có cùng hướng rẽ;

Quy định nối giữa 2 đường cong:

Hai đường cong cùng chiều có thể nối trực tiếp với nhau hoặc giữa chúng có một đoạnthẳng chêm tùy theo từng trường hợp cụ thể :

- Nếu hai đường cong cùng chiều có bán kính lớn không bố trí siêu cao thì có thể nốitrực tiếp với nhau (TC1≡TĐ2): đường cong ghép

- Nếu hai đường cong có bố trí đường cong chuyển tiếp thì có thể nối trùng tang (NC1 ≡ NĐ2);

- Đối với đường có vận tốc Vtk ≤ 60 (km/h) khi phối hợp giữa 2 đường cong thì phảiđảm bảo:

+ Chiều dài đoạn nối Lo (Lw, LE) ≤ chiều dài đường cong (K) đó;

+ Giữa chúng phải có 1 đoạn chêm m đủ dài để bố trí 2 đoạn nối siêu cao, tức là:

, trong đó L1 và L2 là chiều dài đoạn nối siêu cao của 2 đường cong, m

Trường hợp không thỏa mãn điều kiện đoạn chêm như trên thì có các cách giải quyếtsau đây:

Nếu chiều dài đoạn thẳng chêm giữa hai đường cong không có hoặc không đủ thì tốt

độ nghiêng Emax, Wmax và với điều kiện

11,3(1,5)

i i

R

b) Giữa hai đường cong ngược chiều:

- Hai đường cong ngược chiều là hai đường cong có hướng rẽ ngược nhau theo chiều đicủa tuyến

- Quy định phối hợp giữa 2 đường cong:

+ Hai đường cong ngược chiều có bán kính lớn, không yêu cầu làm siêu cao thì có thểnối trực tiếp với nhau

+ Trong trường hợp cần phải làm siêu cao thì chiều dài đoạn thẳng chêm phải đủ dài

* Trình tự công tác thiết kế trên bình đồ

Nội dung của công tác thiết kế bình đồ như sau:

1 Chọn vị trí tuyến đường trên địa hình (công tác phóng tuyến, định đỉnh, phần KSTK)

2 Công tác đo góc cắm đường cong:

- Xác định dạng đường cong: đường cong tròn đơn, đường cong tổng hợp gồm đườngcong chuyển tiếp và đường cong tròn hoặc đường cong quay đầu

- Lựa chọn bán kính đường cong tròn cơ bản, chiều dài đường cong chuyển tiếp

- Kiểm tra việc liên kết giữa các đường cong với nhau: (đoạn thẳng chêm giữa haiđường cong)

- Tính toán cắm các điểm chủ yếu, chi tiết của đường cong đã chọn bán kính, chiều dàichuyển tiếp

3 Tính toán lựa chọn các yếu tố kỹ thuật trong đường cong nằm:

- Độ mở rộng mặt đường và đoạn nối mở rộng,

- Siêu cao và đoạn nối siêu cao

- Kiểm tra tầm nhìn và đảm bảo tầm nhìn trong đường cong

- Tính toán các yếu tố mở rộng, siêu cao, tầm nhìn các điểm chủ yếu và chi tiết trênđường cong trên đường cong