Thiết kế yếu tố hình học đường ôto - Chương 3: THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN

TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 1

CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN

3.1 KHÁI NIỆM CHUNG VÀ NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN
3.1.1 Khái niệm :
Bình đồ tuyến đường là hình chiếu của tuyến đường trên mặt phẳng nằm
ngang. Bình đồ tuyến gồm 3 yếu tố chính là: đoạn thẳng, đoạn đường cong tròn và
đoạn đường cong chuyển tiếp nối tiếp đoạn thẳng với đoạn đường cong tròn.
3.1.2 Những yêu cầu chung đối với tuyến trên bình đồ
1. Đảm bảo các yếu tố của tuyến như bán kính tối thiểu đường cong nằm, chiều
dài đường cong chuyển tiếp, độ dốc dọc lớn nhất khi triển tuyến, không vi
phạm những quy định về trị số giới hạn đối với cấp đường thiết kế.
2. Đảm bảo tuyến đường ôm theo hình dạng địa hình để khối lượng đào đắp nhỏ
nhất, bảo vệ cảnh quan thiên nhiên
3. Đảm bảo sự hài hoà, phối hợp giữa đường và cảnh quan
4. Xét yếu tố tâm lý người lái xe và hành khách đi trên đường, không nên thiết kế
đường có những đoạn đường thẳng quá dài (lớn hơn 3km) gây tâm lý mất cảnh
giác và gây buồn ngủ đối với lái xe, ban đêm đèn pha ô tô làm chói mắt xe
ngược chiều.
5. Cố gắng sử dụng các tiêu chuẩn hình học cao như bán kính đường cong, đoạn
chêm giữa các đường cong, chiều dài đường cong chuyển tiếp trong điều kiện
địa hình cho phép
6. Đảm bảo tuyến là một đường không gian đều đặn, êm thuận, trên hình phối
cảnh tuyến không bị bóp méo hay gãy khúc. Muốn vậy phải phối hợp hài hoà
giữa các yếu tố tuyến trên bình đồ, trắc dọc, trắc ngang, giữa tuyến và công
trình và giữa các yếu tố đó với địa hình, cảnh quan môi trường xung quanh

3.1.3 Những nguyên tắc cơ bản khi vạch tuyến, định tuyến
1. Định tuyến phải bám sát đường chim bay giữa 2 điểm khống chế.
2. Thiết kế nền đường phải đảm bảo cho giao thông thuận lợi, đồng thời phải tuân
theo mọi quy định về tiêu chuẩn kỹ thuật của tuyến.
3. Khi định tuyến nên tránh đi qua những vị trí bất lợi về thổ nhưỡng, thuỷ văn,
địa chất (như đầm lầy, khe xói, sụt lở, đá lăn, kast, ) để đảm bảo cho nền
đường được vững chắc.
4. Không nên định tuyến qua khu đất đai đặc biệt quí, đất đai của vùng kinh tế đặc
biệt, cố gắng ít làm ảnh hưởng đến quyền lợi của những người sử dụng đất.
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 2
5. Khi tuyến giao nhau với đường sắt hoặc đi song song với đường sắt cần phải
tuân theo quy trình của Bộ GTVT về quan hệ giữa đường ôtô và đường sắt (vị
trí giao phải ở ngoài phạm vi ga, đường dồn tàu, cửa hầm đường sắt, ghi cổ
họng, các cột tín hiệu vào ga, góc giao  45
0
).
6. Khi chọn tuyến qua thành phố, thị trấn thì cần chú ý đến quy mô và đặc tính của
giao thông trên đường, lưu lượng xe khu vực hay xe quá cảnh chiếm ưu thế, số
dân và ý nghĩa về chính trị, kinh tế, văn hoá, xã hội của đường để quyết định
hướng tuyến hợp lý nhất.
7. Khi qua vùng đồng bằng cần vạch tuyến thẳng, ngắn nhất, tuy nhiên tránh
những đoạn thẳng quá dài (≥3km) có thể thay bằng các đường cong có bán kính
R≥1000m, tránh dùng góc chuyển hướng nhỏ.
8. Khi đường qua vùng đồi nên dùng các đường cong có bán kính lớn uốn theo địa
hình tự nhiên. Bỏ qua những uốn lượn nhỏ và tránh tuyến bị gãy khúc về bình
đồ và trắc dọc.
9. Qua vùng địa hình đồi nhấp nhô nối tiếp nhau, tốt nhất nên chọn tuyến là những

đường cong nối tiếp hài hoà với nhau, không nên có những đoạn thẳng chêm
ngắn giữa những đường cong cùng chiều, các bán kính của các đường cong tiếp
giáp nhau không được vượt quá các giá trị cho phép.
10. Khi tuyến đi theo đường phân thuỷ, điều cần chú ý trước tiên là quan sát hướng
của đường phân thuỷ chính và tìm cách nắn thẳng tuyến trên từng đoạn, chọn
những sườn đồi ổn định và thuận lợi cho việc đặt tuyến, tránh những mỏm cao
và tìm những đèo thấp để vượt.
11. Khi tuyến đi trên sườn núi, mà độ dốc và mức độ ổn định của sườn núi có ảnh
hưởng đến vị trí đặt tuyến thì cần nghiên cứu tổng hợp các điều kiện địa hình,
địa chất và thuỷ văn để chọn tuyến thích hợp. Nếu tồn tại những đoạn sườn dốc
bất lợi về địa chất, thuỷ văn như sụt lở, trượt, nước ngầm, cần cho tuyến đi
tránh hoặc cắt qua phía trên.
12. Khi triển tuyến qua đèo thông thường chọn vị trí đèo thấp nhất, đồng thời phải
dựa vào hướng chung của tuyến và đặc điểm của sườn núi để triển tuyến từ đỉnh
đèo xuống hai phía.
Đối với những đường cấp cao nếu triển tuyến qua đèo gặp bất lợi như sườn núi
không ổn định hoặc các tiêu chuẩn kỹ thuật về bình đồ, trắc dọc quá hạn chế
không thoả mãn thì có thể xem xét phương án hầm. Tuyến hầm phải chọn sao
cho có chiều dài ngắn nhất và nằm trong vùng ổn định về địa chất, thuỷ văn.
13. Khi tuyến đi vào thung lũng các sông suối, nên :
- Chọn một trong hai bờ thuận với hướng chung của tuyến, có sườn thoải ổn
định, khối lượng công tác đào đắp ít
- Chọn tuyến đi trên mực nước lũ điều tra
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 3
- Chọn vị trí thuận lợi khi giao cắt các nhánh sông suối: nếu là thung lũng hẹp
tuyến có thể đi một bên hoặc cả hai bên với một hoặc nhiều lần cắt qua khe
suối. Lý do cắt qua nhiều lần một dòng suối thường là khi gặp sườn dốc

nặng, vách đá cao, địa chất không ổn định (sụt, trượt, )
14. Vị trí tuyến cắt qua sông suối cần chọn những đoạn suối thẳng có bờ và dòng
ổn định, điều kiện địa chất thuận lợi.
15. Trường hợp làm đường cấp cao đi qua đầm hồ hoặc vịnh cần nghiên cứu
phương án cắt thẳng bằng cách làm cầu hay kết hợp giữa cầu và nền đắp nhằm
rút ngắn chiều dài tuyến.

3.2 ĐƯỜNG DẪN HƯỚNG TUYẾN, PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ
TUYẾN
Khi khảo sát thiết kế sơ bộ (định tuyến), việc thiết kế bình đồ, dù tiến hành
trên bình đồ hoặc trên thực địa là một quá trình không thể tách rời việc thiết kế các
yếu tố khác của đường (trắc dọc, trắc ngang, nền và công trình), đồng thời đó cũng
là một quá trình liên tục phân tích kinh tế – kỹ thuật để đi tới một phương án cuối
cùng được công nhận là hợp lý nhất.
Để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân tích kinh tế – kỹ thuật đó, việc
thiết kế bình đồ nên bắt đầu bằng cách xác định các đường dẫn hướng tuyến trên
từng đoạn (theo từng phương án khác nhau) giữa các điểm khống chế hoặc các
điểm tựa tuỳ theo quan điểm thiết kế và địa hình cụ thể. Sau khi định được đường
dẫn hướng tuyến, việc thiết kế bình đồ sẽ là tiến hành định tuyến sao cho sát nhất
với đường dẫn hướng tuyến, nhưng vẫn phải đảm bảo được các tiêu chuẩn kỹ thuật
khác đối với các yếu tố bình đồ đó, và đảm bảo tốt các yêu cầu phối hợp các yếu tố
bình đồ, trắc dọc, trắc ngang, yêu cầu phối hợp không gian các yếu tố tuyến và
cũng như yêu cầu phối hợp quang cảnh và giữ gìn môi trường hai bên tuyến.
3.2.1 Đường dẫn hướng tuyến và các lối đi tuyến phù hợp địa hình
Tuỳ thuộc vào địa hình, vị trí hai điểm khống chế khi thiết kế tuyến có hai
trường hợp sau :
a) Trường hợp vị trí hai điểm khống chế nằm dọc một bên theo hướng của đường
phân thuỷ hoặc đường tụ thuỷ (dọc theo thung lũng sông, suối của địa hình) :
- Lối đi tuyến thung lũng :
Tuyến thiết kế có thể đi theo thung lũng và đặt trên các thềm sông, suối có

thể dựa vào sông, suối đi gần các điểm khống chế để vạch đường dẫn hướng
tuyến.
Đường dẫn hướng tuyến được vạch trên quan điểm : Đảm bảo đặt tuyến trên
mức nước ngập; tránh được các đầm lầy ven sông; tránh được sự phá hoại
do dòng nước; tránh cho tuyến bị uốn lượn quá nhiều theo dòng sông. Tóm
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 4
lại đường dẫn hướng tuyến nên đi vào các thềm sông địa chất ổn định, rộng,
thẳng và không bị ngập.
- Lối đi tuyến đường phân thuỷ :
Tuyến đi bám theo đường phân thuỷ. Lối đi này có ưu điểm nổi bật là ít phải
làm công trình cầu cống và lợi về điều kiện thoát nước. Tuy vậy, đường dẫn
hướng tuyến chỉ nên đi trùng với đường phân thuỷ ở các đoạn đỉnh núi
không bị phong hoá, địa chất ổn định, phẳng, thẳng và ít lồi lõm, đồng thời
nên đi tránh xuống dưới sườn ở các đoạn đỉnh núi lên xuống răng cưa quá
nhiều.
- Lối đi tuyến sườn núi :
Tuyến thiết kế đi trên lưng chừng sườn núi trong phạm vi giữa đường phân
thuỷ và tụ thuỷ. Đường dẫn hướng tuyến nên chọn sao cho tranh thủ được
các đoạn sườn thoải (độ dốc ngang sườn núi dưới 50%), địa chất ổn định và
thế núi ít quanh co.
b) Trường hợp vị trí hai điểm khống chế nằm ở hai bên đường phân thuỷ hoặc
đường tụ thuỷ
Tuyến đường phải cắt qua đường phân thuỷ hoặc đường tụ thuỷ do đó phải
lên xuống dốc. Lối đi tuyến sử dụng lối đi sườn núi là chính và phải khắc phục
chênh lệch cao độ nên đường dẫn hướng tuyến phải xác định theo điều kiện
triển tuyến.
Độ dốc chỉ đạo của đường dẫn hướng tuyến i

d
= i
max
- i
’

Trong đó : i
max
là độ dốc max tương ứng với cấp hạng đường thiết kế
i
’
là độ dốc dự phòng (thường lấy 2-3%)
Trên bản đồ địa hình ta xác định được bước compa l
i
có độ dốc đều i
d
giữa hai
đường đồng mức chênh lệch cao độ H như sau :
d
i
i
H
l


(1)
Từ đó xác định được đường độ dốc đều dẫn tuyến.

Ví dụ : Bản đồ có tỷ lệ
1/25.000, khoảng cách chênh

cao giữa 2 đường đồng mức
kề nhau là 10m, muốn vạch độ
dốc đều 5% thì chiều dài đoạn
dốc đều trên thực địa là
10/0,05=200m và trên bản đồ
là 200/25.000=0,008m=8mm

Hình 1. Dùng compa bước cố định để đi đường độ dốc đều

R
D
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 5
c) Ngoài các lối đi tuyến trên, xét về mặt đặc trưng địa hình còn phân biệt hai lối
đi tuyến gò bó và tự do
- Lối đi tuyến gò bó :
Là trường hợp tuyến bắt buộc phải qua một vùng địa hình khó khăn về bình
đồ hoặc trắc dọc hay khó khăn cả bình đồ lẫn trắc dọc. Đường dẫn hướng tuyến
được kẻ theo đường độ dốc đều. Trường hợp chỉ gò bó về bình đồ mà không gò bó
về trắc dọc thì đường dẫn hướng tuyến thường bám theo một đường đồng cao độ
kết hợp với đường dẫn hướng tuyến lối đi sườn núi.
- Lối đi tuyến tự do :
Trường hợp này tuyến không bị khống chế trước về dải đặt tuyến, thường
gặp ở địa hình đồng bằng, thung lũng lòng chảo, vùng cao nguyên bằng phẳng
hoặc đồi thoải. Đường dẫn hướng tuyến hay dùng chính là đường chim bay giữa
các điểm tựa hoặc các điểm khống chế.
Ngoài ra, còn tuỳ thuộc vào ý nghĩa tuyến đường và cấp hạng kỹ thuật mà có
các phương án tuyến phù hợp.

3.2.2 Thiết kế bình đồ tuyến qua các dòng nước
Thiết kế bình đồ tuyến qua các dòng nước thường được giải quyết theo các
quan điểm khác nhau tuỳ thuộc loại và khẩu độ công trình cũng như cấp hạng
đường.
Tuyến đường luôn luôn cắt thẳng góc với dòng chảy thì giá thành xây dựng
cầu cống là rẻ nhất, đồng thời ít gây ảnh hưởng hơn đến dòng nước. Tuy nhiên,
yêu cầu này sẽ dẫn đến bẻ gẫy hướng tuyến khiến cho không đảm bảo được độ đều
đặn và sự phối hợp giữa các yếu tố tuyến về mặt thị giác, do đó giảm chất lượng
vận doanh của tuyến.
Thông thường khi tuyến cắt qua các dòng nước nhỏ (các cống, cầu nhỏ và
cầu trung) thì nguyên tắc thiết kế bình đồ tuyến là đảm bảo có bình đồ tốt, chấp
nhận cắt chéo góc với dòng chảy, hoặc cầu cống nằm trong đường cong bằng, điều
này đặc biệt quan tâm áp dụng đối với đường cấp cao.
Ngược lại, khi cắt qua sông lớn thì vị trí và hướng cắt sông của cầu quyết
định đến bình đồ tuyến để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đối với việc thiết kế cầu
lớn và đảm bảo hạ giá thành xây dựng cầu.
3.2.3 Thiết kế bình đồ tuyến qua các điểm dân cư
Thiết kế bình đồ tuyến qua các điểm dân cư được giải quyết tuỳ theo quy mô
điểm dân cư, cũng như tuỳ theo quan hệ giữa yêu cầu vận chuyển quá cảnh và yêu
cầu vận chuyển địa phương. Nói chung có thể có các phương án sau:
- Cắt qua điểm dân cư, tuyến trùng với đường trục chính của thành phố và thị
trấn. Phương án này chỉ nên dùng khi yêu cầu vận chuyển quá cảnh nhỏ hơn
nhiều so với yêu cầu chuyên chở đến trực tiếp phục vụ cho điểm dân cư.
Phương án này được áp dụng cho các khu trung tâm công nghiệp, khai thác lớn
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 6
và các thành phố đang xây dựng. Nó có ảnh hưởng xấu là cản trở giao thông nội
bộ, chia cắt khu dân cư, dễ gây tai nạn, ô nhiễm môi trường

- Vòng qua điểm dân cư. Để kết hợp và tạo thuận lợi cho vận chuyển vào thành
phố, tuyến thiết kế lúc này có thể cắt qua vùng ngoại ô hoặc đi vào vùng ranh
giới thành phố và thị trấn.

3.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TRONG ĐƯỜNG
CONG
Khi chạy trong đường cong, xe phải chịu nhiều điều kiện bất lợi hơn so với khi
chạy trong đường thẳng. Những điều kiện bất lợi đó là:
1. Khi chạy trong đường cong xe phải
chịu thêm lực li tâm, lực này nằm
ngang trên mặt phẳng thẳng góc với
trục chuyển động, hướng ra phía
ngoài đường cong và có giá trị
C =
R
vm
2
.
(kG)
Trong đó:
C – lực li tâm

Hình 3.2 Các lực tác dụng khi xe chạy trong đường cong
m – khối lượng của xe (kg)
v – tốc độ xe chạy (m/s)
R – bán kính đường cong tại vị trí tính toán (m)
Lực li tâm có tác dụng xấu, có thể gây ra những khó khăn sau :
+ Xe có khả năng bị lật hoặc trượt ngang về phía lưng đường cong.
+ Gây khó khăn cho việc điều khiển xe, gây khó chịu cho hành khách, gây
đổ vỡ hàng hoá vận chuyển.

+ Gây biến dạng ngang của lốp xe nên làm cho săm lốp chóng hao mòn hơn.
+ Làm tăng sức cản do đó làm tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn.
2. Xe chạy trong đường cong yêu cầu có bề rộng phần xe chạy lớn hơn trên đường
thẳng thì xe mới chạy được bình thường.
3. Xe chạy trong đường cong dễ bị cản trở tầm nhìn nhất là khi bán kính đường
cong nhỏ, ở đoạn đường đào. Tầm nhìn ban đêm của xe chạy trong đường cong
cũng bị hạn chế do pha đèn chiếu thẳng một đoạn ngắn hơn.


TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 7

G
C
C.cos
G.cos
G.sin
b
h
3.4 LỰC NGANG VÀ HỆ SỐ LỰC NGANG
Khi xe chuyển động trong đường cong thì ôtô chịu hai lực tác dụng:
- Trọng lượng bản thân G của xe có hướng vuông góc với mặt phẳng nằm
ngang.
- Lực li tâm C hướng ra ngoài đường cong và vuông góc với trục chuyển
động, lực li tâm có giá trị:
R
V
g

G
C
2
 .
Chiếu các lực tác dụng lên ô tô theo
phương song song với mặt đường
được công thức tính lực ngang Y tác
dụng lên ôtô:
Y = C.cos

G.sin
Dấu “+” : trong trường hợp bình
thường, mặt đường hai mái và
xe chạy ở làn ngoài (xe chạy
phía lưng đường cong).
Dấu “” : trong trường hợp cấu tạo siêu cao, dốc đổ về phía bụng đường cong
(xe chạy phía bụng đường xong).
 : là góc nghiêng của mặt đường so với phương nằm ngang.
h : là chiều cao trọng tâm của xe tới mặt đường.
b : chiều rộng của hai bánh xe.
Vì góc  rất nhỏ  cos  1; sin  tg = i
n
: là độ dốc ngang của mặt đường.

n
iG
R
V
g
G

Y
2

đặt


G
Y




n
i
Rg
V
G
Y
.
2
với
G
Y


: là hệ số lực ngang, đặc trưng cho lực ngang tác dụng trên một đơn vị trọng
lượng của xe và dùng trong thiết kế đường.
Trong đó: Y là tổng lực ngang.; G là trọng lượng của ô tô.
Từ đó tính được bán kính đường cong nằm R theo hệ số lực đẩy ngang và vận tôc
xe chạy:


).(
2
n
ig
v
R



(m) v : (m/s)

).(127
2
n
i
V
R



(m) V: (km/h)
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 8
“+” khi xe chạy phía bụng đường cong
“-“ khi xe chạy phía lưng đường cong

3.5 LỰA CHỌN HỆ SỐ LỰC NGANG.

Lực ngang, tuỳ theo hệ số của nó, có thể gây ra những tác động bất lợi cho xe chạy
trong đường cong:
- Làm lật xe qua điểm tựa là bánh xe ở phía lưng đường cong.
- Làm cho xe bị trượt ngang trên đường.
- Gây cảm giác khó chịu cho hành khách và người lái xe.
- Làm tiêu hao thêm nhiên liệu và tăng hao mòn săm lốp.
Vì vậy cần phân tích từng mặt của vấn đề ta sẽ lựa chọn được hệ số lực ngang tính
toán cần thiết để đảm bảo cho xe chạy an toàn và kinh tế.
3.5.1 Điều kiện ổn định chống lật.
Dưới tác dụng của lực ly tâm thì xe có thể bị lật quanh bánh xe phía ngoài:
Điều kiện ổn định giữa mô men lật và mô men giữ :
)
2
.(. 
b
GhY
h
b
G
Y
.
2
.2



h
b
.
2

.2





b : khoảng cách giữa hai tâm bánh xe.
h: chiều cao của trọng tâm xe.
Thực nghiệm có được
: độ dịch ngang của thân xe ô tô so với bánh, thường lấy 0,2.b
thông thường:
32 
h
b
đối với xe du lịch.
= 1,73 đối với xe buýt.
Nếu lấy giá trị (b/h=2) thì ta có 0,6
Như vậy khi

0,6 thì điều kiện trên luôn đảm bảo.
3.5.2 Điều kiện ổn định chống trượt ngang.
Phân tích các lực tác dụng vào các bánh xe
Để đảm bảo xe không bị trượt ngang trên mặt đường thì :
Y≤ G.
2



Hình 3.3 Các lực tác dụng lên bánh xe
GG

G
Y
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 9
Trong đó:
G.
2
: là lực bám giữa bánh xe và mặt đường theo phương ngang
G : trọng lượng của ô tô.

2
: hệ số bám theo chiều ngang giữa bánh xe và mặt đường.
Y : tổng lực ngang tác dụng lên xe.
G
Y

2

Như vậy μ ≤ φ
2


: hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường (gồm hệ số bám dọc và ngang).
2
2
2
1




với 
1
là hệ số bám dọc của bánh xe và mặt đường. 
1
=(0,7-0,8).
thay vào ta có 
2
=(0,6-0,7).
Như vậy ta có các điều kiện của μ như sau :
- Mặt đường khô ráo μ ≤ 0,36
- Mặt đường khô, ẩm sạch μ ≤ 0,24
- Mặt đường ẩm có bùn bẩn μ ≤ 0,12
3.5.3 Điều kiện êm thuận và tiện nghi với hành khách.
Khi chịu tác dụng của lực li tâm, hành khách cảm thấy khó chịu, nhiều khi sợ hãi
có cảm giác xe bị lật đổ. Điều tra theo thực nghiệm cho ta các kết quả như sau :
≤0,1 thì hành khách không cảm thấy xe chạy trên đường cong.
=0,15 thì hành khách hơi cảm thấy trên đường cong.
=0,2 thì hành khách cảm thấy khó chịu.
=0,3 thì hành khách cảm thấy bị xô dạt về một phía
Để đảm bảo êm thuận và thoải mái cho hành khách nên chọn 

0,15 và trong điều
kiện khó khăn, khi hành khách có chuẩn bị cho phép dùng tới 0.25.
3.5.4 Điều kiện tiết kiệm nhiên liệu và săm lốp.
Dưới tác dụng của lực ngang thì lốp xe bị biến dạng và bị lệch sang một phía, do
đó đúng ra thì bánh xe phải hợp với trục dọc của xe một góc α khi xe vào đường
cong nhưng thực tế bánh xe không quay hết góc α mà chịu một góc lệch  so với
trục chuyển động của xe.

Theo nghiên cứu thực nghiệm góc lệch này rất nhỏ và tỉ lệ với lực ngang:
n
K
Y



K
n
: hệ số biến dạng ngang của lốp xe, phụ thuộc vào độ đàn hồi của lốp
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 10
Với xe con: K
n
= 40-70 (kG/độ)
Với xe tải: K
n
= 110-120 (kG/độ)
Góc lệch  càng lớn thì tiêu hao nhiên liệu càng nhiều và hao mòn lốp xe càng tăng
lên.
Nghiên cứu cho thấy nên dùng 

0,1 ( công suất tiêu thụ tăng 15%; hao mòn lốp
gấp 5 lần).
3.5.5 Lựa chọn hệ số lực ngang tính toán
Đây là một bài toán kinh tế - kỹ thuật, khi thiết kế phải đảm bảo an toàn và tiện
nghi với hành khách và phương tiện, hàng hoá, đồng thời lại phải bám sát địa hình
để đảm bảo khối lượng công tác là ít nhất, giá thành hạ.

Xét tổng hợp 4 điều kiện trên thì trong trường hợp thông thường nên đảm bảo
0,1; trường hợp khó khăn có thể lấy  = 0,15; trường hợp đặc biệt khó khăn
dùng = 0,2 trong qui phạm thường tính toán với  = 0,15.

3.6 SIÊU CAO VÀ ĐỘ DỐC SIÊU CAO
3.6.1 Siêu cao, tác dụng của siêu cao
Trở lại công thức tính lực ngang, hệ số lực ngang và bán kính đường cong
Y = C.cos

G.sin ;
n
i
Rg
V

.
2

;
).(
2
n
ig
v
R




Khi xe chạy trong đường cong, những xe chạy bên nửa phía lưng đường cong

kém ổn định hơn những xe chạy phía bụng đường cong, ngoài ra việc điều khiển
xe cũng khó khăn hơn. Hiện tượng này càng bất lợi khi đường cong có bán kính
nhỏ và tốc độ xe chạy lớn.
Vì vậy, để đảm bảo an toàn và tiện lợi trong việc điều khiển ô tô ở các đường
cong bán kính nhỏ thì phải làm siêu cao, tức là làm cho mặt đường có độ dốc
ngang nghiên về phía bụng của đường cong.
Siêu cao là cấu tạo đặc biệt trong các đường cong có bán kính nhỏ, phần
đường phía lưng đường cong được nâng cao để mặt đường có độ dốc ngang một
mái nghiêng về phía bụng đường cong đảm bảo xe chạy an toàn, êm thuận.
Tác dụng của siêu cao:
- Siêu cao có tác dụng làm giảm lực ngang, do đó giảm các tác hại của lực ly
tâm, đảm bảo xe chạy an toàn trong đường cong
- Siêu cao có tác dụng tâm lý có lợi cho người lái, làm cho người lái tự tin điều
khiển xe khi vào trong đường cong
- Siêu cao có tác dụng về mỹ học và quang học, làm cho mặt đường không bị
cảm giác thu hẹp giả tạo khi vào đường cong
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 11
In %
L3
§êng cong chuyÓn tiÕp
b
In %
-In%
In %
L1
L2
0 %

e
§êng cong trßn
0
R
In %
In %
In %
Isc %
In %
0%
Isc %
Lsc

Hình 3.4 Bố trí siêu cao trong đường cong
3.6.2 Độ dốc siêu cao
Độ dốc siêu cao có thể tính được theo biểu thức


Rg
V
i
sc
.
2

Như vậy, nếu V lớn và R nhỏ thì đòi hỏi độ dốc siêu cao lớn.
Nếu chọn độ dốc siêu cao lớn, đối với những xe tải và xe thô sơ có tốc độ
thấp có khả năng bị trượt xuống dưới, theo độ dốc mặt đường. Độ dốc siêu cao quá
lớn đòi hỏi phải kéo dài đoạn nối siêu cao, điểm này sẽ gặp khó khăn đối với
đường vùng núi vì sẽ không đủ đoạn chêm giữa 2 đường cong trái chiều.

Độ dốc siêu cao khi thiết kế được tra trong quy trình phụ thuộc vào tốc độ
thiết kế và bán kính đường cong.
TCVN 4054-05 quy định về độ dốc siêu cao:
- Độ dốc siêu cao lớn nhất : 8%
- Độ dốc siêu cao nhỏ nhất : bằng độ dốc ngang mặt đường hai mái
- Độ dốc siêu cao thông thường : 4%
- Những đường cong có bán kính lớn R>R
ksc
thì không cần bố trí siêu cao
Ngoài ra, ở vùng núi, những đường cong ôm vực, cần có các biện pháp đảm
bảo an toàn vì độ dốc siêu cao nghiêng về phía vực, có thể bố trí các tường phòng
hộ, hoặc hạn chế độ dốc siêu cao đến 4%. Nhiều trường hợp người ta còn bố trí
siêu cao ngược, quay về phía lưng đường cong (phía núi)

TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 12
Bảng 3.1 (Bảng 13-TCVN 4054-05
Độ dốc siêu cao (%) theo bán kính đường cong nằm (m) và tốc độ thiết kế (km/h)
Isc

(%)
V(km/h)
8 7 6 5 4 3 2
Không
làm siêu
cao
120
650


800
800

1000
1000

1500
1500

2000
2000

2500
2500

3500
3500

5500

5500
100
400

450

450

500

500

550

550

650

650

800

800

1000

1000

4000


4000
80
250

2
75

275


300

300

350

350

425

425

500

500

650

650

2500


2500
60 -
125

150

150

175

175

200

200

250

250

300

300

1500


1500
40 - - 60

75 75

100
100

60

0

600
30 - 30

50 50

75 75

350

350
20 - 25

50 50

75 75

150
150

250

250


3.7 ĐOẠN NỐI SIÊU CAO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG SIÊU CAO
Đoạn nối siêu cao được thực hiện với mục đích chuyển hoá một cách điều
hoà từ mặt cắt ngang thông thường hai mái sang mặt cắt ngang đặc biệt có siêu
cao.

Việc chuyển hoá này sẽ làm phía lưng đường cong có độ dốc dọc phụ thêm i
f

- Khi V
tt
=20

40 km/h thì i
f
= 1%.
- Khi V
tt


60 km/h thì i
f
= 0,5%.
Trước khi vào đoạn nối siêu cao cần có một đoạn dài 10m để nâng lề có độ
dốc ngang bằng độ dốc ngang mặt đường, riêng phần lề đất không gia cố phía lưng
đường cong vẫn dốc ra phía lưng đường cong. Sau đó có các phương pháp sau:
3.7.1 Phương pháp quay quanh tim đường
Đây là phương pháp thường hay được sử dụng nhất, phương pháp này được
quy định trong quy trình hiện hành TCVN 4054-05
Trình tự các bước :
- Quay mái mặt đường bên lưng đường cong quanh tim đường cho đạt độ dốc
ngang mặt đường i
n
;
- Tiếp tục quay cả mặt đường quanh tim đường cho đạt độ dốc i
sc

.
Theo hình 3.5 có thể tính được chiều dài đoạn nối siêu cao L
sc
và chiều dài các
đoạn đặc trưng như sau :
f
sc
i
H
L 
mà
2
)(
2
2
nsc
nsc
iib
i
b
i
b
H


;
12
1
1
;

2
LL
i
bi
i
h
L
f
n
f


TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 13
từ đó suy ra các công thức :
f
nsc
sc
i
iib
L
2
).( 
 ;
f
n
i
ib

LL
2
.
21
 ;
f
nsc
sc
i
iib
LLLL
2
)(
)(
213

 (1)
Trong đó : b : chiều rộng mặt đường (m)
L
1
: Chiều dài đoạn nâng lưng đường cong từ -i
n
đến 0
L
2
: Chiều dài đoạn nâng lưng đường cong từ 0 đến i
n

L
3

: Chiều dài đoạn nâng mặt đường từ i
n
đến i
sc
.












Hình3.5. Sơ đồ tính chiều dài L
sc
theo phương pháp quay quanh tim đường
Tính lại độ dốc dọc phụ thêm
sc
nsc
f
L
iib
i
2
).( 


Bằng hình học tìm được công thức tính độ dốc ngang i tại mặt cắt ngang bất
kỳ trong đoạn nối siêu cao cách đầu đoạn một khoảng cách x như sau :
+ Nếu x≤L
1
thì mặt cắt nằm trong đoạn 1 :
Độ dốc bên bụng đường cong i=i
n

Độ dốc bên lưng đường cong
1
1
)(
L
xLi
i
n


+ Nếu L
1
≤x≤L
2
thì mặt cắt nằm trong đoạn 2 :
Độ dốc bên bụng đường cong i=i
n

Độ dốc bên lưng đường cong
2
1
)(

L
Lxi
i
n


+ Nếu (L
1
+L
2
) ≤x≤ Lsc thì mặt cắt nằm trong đoạn 3 :
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 14
Độ dốc cả mặt đường
32
1
)(
LL
Lxi
i
sc



3.7.2 Phương pháp quay quanh mép đường
- Quay mái mặt đường bên lưng đường cong quanh tim đường cho đạt độ dốc i
n
;

- Tiếp tục quay quanh mép trong mặt đường (khi chưa mở rộng) cho đạt độ dốc
i
sc
.
2
4
5
3
1
1
3
5
4
2
2'
1,2
3,4
5
i
1
i
2
i
SC
i
1
i
2
i
1

i
=0
i
1
i
1
i
2
i
2
i
1
i
2
10m

Hình 3.6 Diễn biến nâng siêu cao quay quanh mép đường
Bằng cách tương tự, theo hình 3.7 có thể tính được chiều dài đoạn nối siêu cao Lsc
và chiều dài các đoạn đặc trưng như sau :

Hình 3.7 Sơ đồ tính chiều dài Lsc theo phương pháp quay quanh mép trong mặt đường
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 15
f
sc
sc
i
ib
L
.
 ;
f
n
i
ib
LL
2
.
21
 ;
f
nsc
sc
i
iib
LLLL
)(
)(

213

 (2)
Tính lại độ dốc dọc phụ thêm
sc
sc
f
L
ib
i
.


Tính toán độ dốc ngang i tại mặt cắt ngang bất kỳ trong đoạn nối siêu cao
cũng tương tự như phương pháp trên.
3.7.3 Các phương pháp nâng siêu cao cho đường cao tốc, đường có dải phân
cách.
Đối với đường cao tốc, đường có nhiều làn xe thì có các phương pháp nâng
siêu cao như hình 3.8.
1. Hình 3.8a là mặt cắt ngang trên đoạn thẳng .
2. Hình 3.8b quay quanh tim đường (tim phần dải phân cách giữa) chiều dài đoạn
nối siêu cao và cách tính giống như phần 3.7.1 ở trên với bề rộng b là khoảng cách
giữa 2 mép đường.
3. Hình 3.8c nâng siêu cao hai phần đường riêng quanh 2 mép giữa đường giáp
giải phân cách :
Tương tự, có thể tính được chiều dài đoạn nối siêu cao Lsc và chiều dài các đoạn
đặc trưng như sau :
f
nsc
sc

i
iib
L
).( 
 ;
f
n
i
ib
LL
.
21
 ;
f
nsc
sc
i
iib
LLLL
)(
)(
213

 (3)
Tính lại độ dốc dọc phụ thêm
sc
nsc
f
L
iib

i
).( 

Độ dốc ngang mặt đường i tại mặt cắt bất kỳ trong đoạn nối siêu cao cách đầu đoạn
một khoảng cách x như sau :
+ Nếu x≤L
1
thì mặt cắt nằm trong đoạn 1 :
Độ dốc phần đường bên trái (bên bụng) i=in
Độ dốc phần đường bên phải (bên lưng)
1
1
)(
L
xLi
i
n


+ Nếu L
1
≤x≤L
2
thì mặt cắt nằm trong đoạn 2 :
Độ dốc phần đường bên trái i=in
Độ dốc phần đường bên phải
2
1
)(
L

Lxi
i
n



+ Nếu (L
1
+L
2
) ≤x≤ Lsc thì mặt cắt nằm trong đoạn 3 :
Độ dốc nâng cả 2 phần trái và phải
32
1
)(
LL
Lxi
i
sc



TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 16

TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ

III - 17
4. Hình 38.d quay quanh mép trong đường chiều dài đoạn nối siêu cao và cách
tính giống như phần 3.7.2 ở trên với bề rộng b là khoảng cách giữa 2 mép đường.
5. Hình 3.e nâng siêu cao hai phần đường riêng quanh 2 tim của từng phần đường :
Chiều dài đoạn nối siêu cao Lsc và chiều dài các đoạn đặc trưng được tính như sau
f
nsc
sc
i
iib
L
2
).( 
 ;
f
n
i
ib
LL
2
.
21
 ;
f
nsc
sc
i
iib
LLLL
2

)(
)(
213

 (4)
Tính lại độ dốc dọc phụ thêm
sc
nsc
f
L
iib
i
2
).( 

Độ dốc ngang mặt đường i tại mặt cắt bất kỳ trong đoạn nối siêu cao tính cũng
tương tự như phần 2.3.c trên.
6. Hình 3.f nâng siêu cao hai phần đường riêng quanh 2 mép ngoài của từng phần
đường :
Các công thức tính cũng giống như trường hợp hình 3.8c
f
nsc
sc
i
iib
L
).( 
 ;
f
n

i
ib
LL
.
21
 ;
f
nsc
sc
i
iib
LLLL
)(
)(
213

 (5)
Tính lại độ dốc dọc phụ thêm
sc
nsc
f
L
iib
i
).( 


Độ dốc ngang trong đoạn nâng siêu cao cũng tương tự.
3.7.4 Nhận xét :
- Tuỳ từng trường hợp cụ thể và tuỳ từng quan điểm mà chọn phương pháp nâng

siêu cao tính toán và bố trí đoạn nối siêu cao thích hợp. Phương pháp nâng siêu
cao phụ thuộc vào địa hình, điều kiện và biện pháp thoát nước, chiều rộng mặt
đường, kích thước và cấu tạo dải phân cách giữa, …
- Nên sử dụng phương pháp quay quanh tim đường để nâng siêu cao và bố trí
đoạn nối siêu cao. Với phương pháp này cao độ tim đường không thay đổi nên
dễ dàng thể hiện trên trắc dọc và tổng quát được khi lập các chương thiết kế
trên máy tính. Phương pháp này còn đặc biệt thuận lợi với trường hợp tuyến
uốn lượn gồm nhiều đường cong ngược chiều liên tiếp.
- Với đường cao tốc, đường nhiều làn xe thì nên thiết kế theo các phương pháp ở
hình 3.b và 3.c các phương pháp này đảm bảo tạo được độ đều đặn về thị giác
khi nhìn từ xa.
- Trường hợp đường cong chuyển tiếp quá dài nếu bố trí đoạn nâng siêu cao
trùng hoàn toàn với ĐCCT thì sẽ có một đoạn dài độ dốc nhỏ (lân cận mặt cắt
đặc trưng có độ dốc phía lưng bằng 0) khó thoát nước nên ĐNSC có thể ngắn
hơn ĐCCT.
- Với các phương pháp nâng siêu cao có tâm quay không trùng với điểm vẽ trắc
dọc khi thiết kế cần phải ghi chú đầy đủ và phải chú ý do việc nâng siêu cao
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 18
làm thay đổi cao độ trắc dọc. Lúc này bản vẽ trắc ngang với các cao độ thiết kế
sau khi nâng siêu cao sẽ là căn cứ để thi công.
3.7.5 Trình tự tính toán nâng siêu cao :
- Xác định độ dốc siêu cao i
sc
, độ dốc dọc phụ thêm i
f
: Theo quy trình quy định
phụ thuộc vào cấp đường và bán kính đường cong.

- Chọn phương pháp nâng siêu cao : Phương pháp nâng siêu cao phụ thuộc vào
địa hình, điều kiện thoát nước, chiều rộng mặt đường, kích thước và cấu tạo dải
phân cách giữa, …
- Lựa chọn chiều dài đoạn bố trí siêu cao L
SC
: Thông thường chiều dài đoạn bố
trí này phụ thuộc vào địa hình và lấy bằng giá trị lớn nhất trong các giá trị tính
toán : Chiều dài đoạn nối siêu cao - L
SC
, chiều dài đường cong chuyển tiếp -
L
CT
, chiều dài đoạn nối mở rộng - L
MR
và theo bảng 3.2; là bội số của 5 (để dễ
dàng cắm và thiết kế các mặt cắt ngang trong đường cong).
- Từ chiều dài L
BT
đã chọn tính lại i
f
và tính các đoạn đặc trưng L
1
, L
2
, L
3

Bảng 3.2 (bảng 14 TCVN 4054-05)
Độ dốc siêu cao i
sc

và chiều dài đoạn chuyển tiếp nối siêu cao L(m) phụ thuộc vào bán kính
đường cong R(m) và tốc độ thiết kế Vtt(km/h)
Tốc độ thiết kế (km/h)
120 100 80 60
R

isc

L

R

isc

L

R

isc

L

R

isc

L

650  800
0,08

125

400  450

0,08

120

250  275
0,08 110

125  150
0,07

70
800

1000
0,07

110

450

500

0,07

105

275

300
0,07 100

150

175
0,06

60
1000 1500
0,06

95
500 550
0,06

90
300  350
0,06 85
175  200
0,05

55
1500

2000
0,05

85
550

650

0,05

85
350

425
0,05 70
200

250
0,04

50
2000 2500
0,04

85
650  800

0,04

85
425  500
0,04 70

250  300
0,03

50
2500  3500
0,03

85
800


1000
0,03

85
500  650
0,03 70
300  1500
0,02

50
3500 5500
0,02

85
1000


4000
0,02

85
650  2500
0,02 70 - - -

T
ốc độ thiết kế (km/h)

40 30 20
R

isc

L

R

I
sc

L

R

isc

L

65  75
0,06

0,05
35

30
30  50
0,06

0,05
33

27
15 50
0,06

0,05
20

15
75 100
0,04
0,03
25
20
50  75
0,04
0,03
22
17
50  75

0,04 10
100

600
0,02 12
75

350
0,02 11
75

150
0,03 7
Ghi chú bảng 3.2:
Trị số chiều dài L trong bảng áp dụng đối với đường hai làn xe. Đối với đường cấp I và II
nếu đường có trên hai làn xe thì trị số trên phải nhân với 1,2 đối với ba làn xe; 1,5 đối với
4 làn xe và 2 đối với  6 làn xe.
- Tính độ dốc phần mặt đường trong đoạn nối siêu cao
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 19
- Tính các độ dốc lề đường (lề đất, lề gia cố), độ dốc dải phân cách tại các mặt
cắt ngang trong đoạn nối siêu cao phụ thuộc vào độ dốc ngang mặt đường và
phương pháp nâng siêu cao.
- Kết hợp tính toán đường cong chuyển tiếp và mở rộng trong đường cong thiết
kế trắc ngang trên cơ sở các độ dốc ngang đã xác định được.

3.8 LỰA CHỌN BÁN KÍNH ĐƯỜNG CONG BẰNG
3.8.1 Bán kính đường cong nằm tối thiểu giới hạn

).(127
max
2
min
sc
i
V
R



, m
Trong đó:
V - Tốc độ xe chạy tính toán (km/h)
μ - Hệ số lực ngang, lấy μ = 0,15
i
scmax
- Độ dốc siêu cao lớn nhất
3.8.2 Bán kính đường cong nằm tối thiểu thông thường
).(127
2
min
sctt
i
V
R



, m

Trong đó:
V - Tốc độ V=V
tt
+20 (km/h)
μ - Hệ số lực ngang, lấy μ = 0,08-0,10
i
sctt
- Độ dốc siêu cao thông thường i
sctt
=i
scmax
-2%
3.8.3 Bán kính đường cong nằm tối thiểu không cần bố trí siêu cao
).(127
2
n
ksc
i
V
R



, m
Trong đó:
V - Tốc độ xe chạy tính toán (km/h)
μ - Hệ số lực ngang, lấy μ = 0,08 để cải thiện điều kiện xe chạy
i
n
- Độ dốc ngang mặt đường (i

n
=2-4%)
3.8.4 Lựa chọn bán kính đường cong nằm tính toán
Đây là bài toán kinh tế-kỹ thuật, khi thiết kế cần vận dụng bán kính đường cong
lớn để cải thiện điều kiện xe chạy, đảm bảo an toàn, tiện lợi đồng thời cũng đảm
bảo giá thành xây dựng nhỏ nhất. Chỉ khi khó khăn mới vận dụng bán kính đường
cong nằm tối thiểu, khuyến khích dùng bán kính tối thiểu thông thường trở lên,
luôn tận dụng địa hình để nâng cao chất lượng chạy xe.
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 20
Bán kính đường cong bằng được lựa chọn theo các nguyên tắc:
- Lớn hơn các giá trị giới hạn
- Phù hợp với địa hình, càng lớn càng tốt (thường R=3 đến 5 R
min
)
- Đảm bảo sự nối tiếp giữa các đường cong
- Đảm bảo bố trí được các yếu tố đường cong như : chuyển tiếp, siêu cao
- Đảm bảo phối hợp hài hoà các yếu tố của tuyến, phối hợp tuyến đường với
cảnh quan.
Quy định của TCVN 4054-05 các giá trị giới hạn của bán kính
Bảng 3.3 (Bảng 11TCVN 4054-05). Bán kính đường cong nằm tối thiểu
Cấp đường I II III IV V VI
Tốc độ thiết kế
(km/h)

120 100 80 60 60 40 40 30 30 20
Bán kính đư
ờng cong

n
ằm: (m)


- tối thiểu (giới
h
ạn)

650 400 250 125 125 60 60 30 30 15
- tối thiểu thông
thư
ờng

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

3.9 ĐƯỜNG CONG CHUYỂN TIẾP
3.9.1 Tác dụng của đường cong chuyển tiếp
Khi xe chạy từ đường thẳng vào đường cong, xe phải chịu các thay đổi
- Bán kính ρ giảm dần từ +ở ngoài đường thẳng
đến R trong đường cong
- Lực ly tâm C tăng dần từ 0 đến
R
mv
C
2

- Góc α hợp thành giữa trục bánh trước và trục xe
tăng dần từ 0 đến α
Những biến đổi đột ngột đó gây cảm giác khó chịu
cho lái xe và hành khách và làm cho việc điều khiển
xe khó khăn hơn.
Để đảm bảo tuyến đường phù hợp với quỹ đạo thực
tế xe chạy và để đảm bảo điều kiện xe chạy không
bị thay đổi đột ngột ở hai đoạn đầu đường cong,
người ta bố trí đường cong chuyển tiếp - ĐCCT.
Quy trình quy định với các đường có V
tt
≥ 60 km/h thì phải bố trí ĐCCT
LA

R
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 21

Các tác dụng của ĐCCT
- Thay đổi góc ngoặt của bánh xe phía trước một cách từ từ để đạt được góc quay
cần thiết ở đầu đường cong tròn
- Giảm mức độ tăng lực ly tâm do đó tránh được hiện tượng người trên xe bị xô
ngang khi vào đường cong tròn
- Tuyến có dạng hài hoà, lượn đều không bị gãy khúc, phù hợp với quỹ đạo thực
tế xe chạy, tăng mức độ tiện lợi êm thuận và an toàn xe chạy.
3.9.2 Nghiên cứu dạng hình học của ĐCCT
Để cấu tạo ĐCCT người ta giả thiết:
- Tốc độ xe chạy trên ĐCCT không thay đổi và bằng V
tt

- Trên suốt chiều dài của ĐCCT từ S=0 đến S=L
ct
gia tốc ly tâm thay đổi đều từ 0
đến
R
v
2
đồng thời bán kính đường cong ρ giảm dần từ + đến R tỷ lệ bậc nhất
với chiều dài ĐCCT.
Ta thấy, gia tốc ly tâm tăng đều tức là độ tăng của gia tốc ly tâm theo thời gian
bằng hằng số :
constsm
Rt
v
I  )/(
3
2
(1)

Trong đó:
I - Độ tăng của gia tốc ly tâm (m/s
3
)
v - Tốc độ xe chạy (m/s)
R - Bán kính đường cong tròn
t - Thời gian xe chạy từ đầu đến cuối ĐCCT ;
v
L
t
ct

Thay t vào (1) ta có
RI
v
L
RL
v
I
ct
ct
.
33
 với [v]=m/s
hoặc
R
I
V
L
ct

.
.
47
3

với [V]=km/h
Độ tăng của gia tốc ly tâm I theo thời gian được quy định tuỳ theo từng nước
- Theo quy trình Mỹ : 0,30-0,90 m/s
3

- Pháp : 0,65-1,00 m/s
3

- Liên xô (cũ) và Việt Nam : 0,5 m/s
3

Như vậy, với I=0,5 m/s
3
ta có công thức dùng để tính toán chiều dài tối thiểu của
đường cong chuyển tiếp
R
V
L
ct
5,23
3

TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ

III - 22
Nghiên cứu dạng hình học của ĐCCT
Xét một điểm B bất kỳ trên đường cong chuyển tiếp có toạ độ cong tính từ gốc
đường cong là S, tại đó có bán kính đường cong ρ, bán kính ρ này giảm dần đều từ
+ (S=0) đến R (S=L
ct
).

Ta có


33
I
v
S
S
v
I 

v, I không đổi
S
CC
S 


(2)
Phương trình (2) là cơ sở lý thuyết
để tính toán đường cong chuyển
tiếp.
Hằng số

2
3
. ARL
I
v
C
ct

và
người ta gọi A là thông số
Clothoide

- Nếu coi S ≈ x thì ta có phương trình
x
C


đây là phương trình Parabol bậc
3 trong toạ độ cực
- Nếu coi S ≈ a với a là dây trương cung,
thì ta có phương trình
a
C


đây là
phương trình đường cong Lemniscate
Bernouilli

1- Hoa thị Bernouilli; 2- Clothoide; Parabole B3
Phương trình (2) được viết dưới dạng toạ độ cực, vì vậy việc cắm tuyến còn
khó khăn. Người ta chuyển sang hệ toạ độ Descarte nhờ phương trình sau:

42240
336
6

345640
10
11
6
7
2
3
8
9
4
5


A
S
A
S
A
S
Y
A

S
A
S
SX
(3)
Y
X


c/s
x
s
a

8
B
y
Y
X
1
2
3
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 23
Phương trình (3) hội tụ nhanh nên chỉ cần 2 số hạng đầu là đủ chính xác,
nhưng đối với những đường cong dài thì phải tính tới 3 số hạng. Hiện nay phương
trình (3) được lập sẵn trong máy tính cầm tay (PDA) để tính toạ độ ĐCCT ngoài
thực tế.

Điểm cuối của ĐCCT có S=L
ct
ứng với toạ độ (X
0
, Y
0
)
Góc φ
0
hợp bởi tiếp tuyến của điểm cuối ĐCCT và tuyến được xác định như sau:


LctLct
R
Lct
C
dSSdSdS
d
0
0
0
00
2
.





, (Rad)

Thông số A của ĐCCT theo quy định của các tiêu chuẩn thiết kế đường hiện hành

ct
LRA . và A ≥ R/3
Chiều dài tối thiểu của ĐCCT được quy định trong quy trình (xem bảng 3.2)
Ngoài ra, có thể tham khảo kết quả nghiên cứu sau đây của M.Godin.
Trị số L tối thiểu phụ thuộc vào bán kính R theo điều kiện quang học là đề nghị
của M.Godin.
Trị số L tối thiểu theo bán kính R và điều kiện quang học (đề nghị M.Godin)
R,m 650 800 1000 1200 2000 3000
5000
L,m 140 140 160 180 300 425 550
3.9.3 Tính toán và cắm ĐCCT
Khi bố trí đường cong chuyển tiếp thì góc ở tâm của đường cong tròn là: 
0
=-2
0

Điều kiện bố trí được của đường cong chuyển tiếp: -2
0
0 hay   2.
0
Trong trường hợp không đủ hoặc không đảm bảo ta phải tăng bán kính R hoặc
giảm chiều dài đường cong chuyển tiếp.
Việc tính toán và cắm ĐCCT được thực hiện theo trình tự sau:
1. Tính toán sơ bộ (để bố trí) các yếu tố cơ bản của đường cong tròn theo góc
ngoặt  và bán kính đường cong R
T=
2
.


tgR
; p=
)1
2
cos
1
.( 

R
;
0
180



R
K 
.
2. Tính toán và lựa chọn chiều dài bố trí ĐCCT L
ct
dựa vào công thức, dựa vào
chiều dài tối thiểu theo quy trình, phù hợp với địa hình và phối hợp tốt các yếu tố
của tuyến, sau đó xác định thông số
ct
LRA .
3. Tính góc kẹp 
0
và kiểm tra điều kiện bố trí ĐCCT   2.
0

, nếu không thoả
mãn điều kiện này thì phải tăng bán kính R hoặc giảm L
ct

4. Xác định toạ độ của điểm cuối ĐCCT (X
0
,Y
0
) và xác định các chuyển dịch
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 24
)cos1(
2
sin.
0
0
o
Ryp
L
Rxt





5. Tính lại bán kính đường cong tròn R
1
=(R+p) và tính chính xác các yếu tố của

đường cong tròn theo R
1

0
1
1
180

);
2
tan(.


R
KRT 








Y
X
O
§
N§
NC
T§

TC


XO
t
T
R1
R
R
R1
P
YO
p
K
O


6. Xác định chiều dài phần còn lại của đường cong tròn K
0
ứng với góc 
0
sau khi
bố trí ĐCCT,
0
0
0
180


R

K 
7. Xác định điểm bắt đầu, kết thúc của ĐCCT và độ rút ngắn của đường cong
NĐ=Đ-(T+t)
NC=NĐ+K
0
+2L
ct

Δ=2(T+t) – (K
0
+2L
ct
)
Trong đó : NĐ, NC, Đ là lý trình của điểm bắt đầu, kết thúc và đỉnh của đường
cong tổng hợp.
TS. LÊ VĂN BÁCH THIẾT KẾ YẾU TỐ HÌNH HỌC ĐƯỜNG Ô TÔ


III - 25
8. Theo công thức (3) xác định toạ độ của các điểm ĐCCT cách nhau 5-10m/cọc
sau đó dựa vào toạ độ này 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 K
0

Chú ý : Vì điều kiện địa hình mà 2 nhánh ĐCCT của đường cong tổng hợp không bằng nhau, thì
trình tự tính toán tương tự.

3.10 MỞ RỘNG PHẦN XE CHẠY TRONG ĐƯỜNG CONG
3.10.1 Tính toán độ mở rộng

Khi xe chạy trên đường cong, mỗi bánh xe chuyển động theo quỹ đạo riêng,
chiều rộng dải đường mà ô tô chiếm trên phần xe chạy rộng hơn so với khi xe chạy
trên đường thẳng. Để đảm bảo điều kiện xe chạy trên đường cong tương đương
như trên đường thẳng, ở những đường cong có bán kính nhỏ cần phải mở rộng
phần xe chạy.

Hình. Sơ đồ xác định độ mở rộng mặt đường trong đường cong
Để xác định độ mở rộng ta giả thiết quỹ đạo chuyển động của ô tô trong đường
cong là đường tròn.
Xét chuyển động của ô tô
trong đường cong như hình vẽ.
Theo hệ thức lượng tam giác
vuông CAD ta có
CB
2
= AB.BD
trong đó:
CB = L
A
– chiều dài từ đầu xe
tới trục bánh xe sau, m;
AB = e – chiều rộng cần mở
thêm của 1 làn xe, m;
A
B
C
D
R
0
L

A
e