Giáo trình thiết kế đường ô tô 2017

GIÁO TRÌNH THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ 2017
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 mạch
máu 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 loại
hàng 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 tải
trung gian, giao thông đường bộ có khả năng luồn lách đến tất cả mọi nơi mọi miền của đất
nước, từ vùng đồng bằng đến vùng miền núi xa xôi mà các hình thức giao thông khác
không 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 đường
cao tốc có thể chạy trên 100km/h nên trên các cự ly ngắn nó có thể cạnh tranh với đường
hàng không;
- Cước phí vận chuyển trên đường bộ rẻ hơn rất nhiều so với đường hàng không nên

lượng hành khách và hàng hóa thường chiếm 80 - 98% về khối lượng hàng và 59 - 70% về
khối lượng vận chuyển;
- Nhược điểm chủ yếu của vận tải ô tô là tai nạn giao thông cao. Hiện tại nước ta là một
trong số những nước có số vụ tai nạn giao thông lớn thế giới, chính phủ đã và đang có
những biện pháp nhằm hạn chế tai nạn;
Vì ý nghĩa đó nên chúng ta cần nhanh chóng phát triển giao thông đường bộ nhằm thỏa
mãn 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


1.1.2. 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 chuẩn
TCVN 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 như
sau:
Bảng 1.1. Các kích thước của xe thiết kế (Kích thước tính bằng mét)
Loại xe
Xe con
Xe tải
Xe moóc tỳ

Chiều dài
toàn xe
6,00
12,00
16,50

Chiều rộng
phủ bì
1,80
2,50
2,50

Chiều
cao
2,00
4,00
4,00

Nhô về phía Nhô về phía Khoảng cách giữa
trước
sau
các trục xe
0,80
1,40
3,80
1,50
4,00
6,50
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 mặt
cắt trong một đơn vị thời gian, tính cho năm tương lai. Năm tương lai là năm thứ 20 sau khi
đưa đường vào sử dụng đối với các cấp I và II; năm thứ 15 đối với các cấp III và IV; năm

thứ 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
Loại xe
Xe tải có
Xe tải có
Địa hình
Xe kéo moóc, xe
Xe đạp Xe máy Xe con 2 trục và xe buýt 3 trục trở lên
buýt kéo moóc
dưới 25 chỗ
và xe buýt lớn
Đồng bằng và đồi
0,2
0,3
1,0
2,0
2,5
4,0
Núi
0,2
0,3
1,0
2,5
3,0
5,0
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 thứ
nguyên 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 nguyên
xcqđ/h (xe con quy đổi/giờ). Lưu lượng này để chọn và bố trí số làn xe, dự báo chất lượng
dòng xe, tổ chức giao thông…
Ngcđ có thể tính bằng cách: khi có thống kê, suy từ Ntbnđ bằng các hệ số không đều theo
thời gian; khi có đủ thống kê lượng xe giờ trong 1 năm, lấy lưu lượng giờ cao điểm thứ 30
của năm thống kê; khi không có nghiên cứu đặc biệt dùng Ngcđ = (0,10  0,12) Ntbnđ.
2


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







Hình - Các yếu tố tuyến trên bình đồ
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:
3


dc dc thit k (tớnh phn trm hay phn nghỡn),
Chiu di cỏc on dc.
ng cong ni dc ti cỏc v trớ i dc v cỏc yu t ca ng cong ú. xỏc nh
chiu cao thi cụng, da vo cao thiờn nhiờn v cao thit k ti mt v trớ.

Cống hộp bxh =1.25x1.25m
cọc 12, km0+224.87

giao đường sắt
cọc h1, km0+098.04

điểm đầu dự án

km760+802.00

(lý trình theo ql1)

- Cỏc cụng trỡnh trờn ng: v trớ cu, cng, ng giao ct

Rãnh dọc bên trái
Rãnh dọc bên phải
Dốc dọc thiết kế

Cao độ thiết kế

Cao độ thiên nhiên

Cự ly lẻ

Cự ly cộng dồn

Tên cọc
Lý trình

Đoạn thẳng, đoạn cong

Hỡnh - Mt on trc dc thit k
c) Trc ngang: hỡnh chiu cỏc yu t ca ng trờn mt chiu thng gúc vi tim
ng. Trờn mt ct ngang mt t t nhiờn th hin bng ng en, cỏc yu t thit k
mt ct ngang ch yu l:
- Tim ng: l trc i xng ca nn ng v mt ng (tr trng hp trong
ng cong v cú m rng mt phớa).
- Phn xe chy (mt ng): L phn kt cu gm nhiu tang lp vt liu trc tip chu
tỏc dng ca ti trng xe c v cỏc yu t thi tit, l phn quan trng nht ca ng. Phn
xe chy cú th cú 1 hoc nhiu ln xe v mi ln cú b rng c xỏc nh tựy theo cp

ng.
- Nn ng: l nn tng ca phn xe chy, lp phớa trờn ca nn ng cựng vi ỏo
ng chu tỏc dng ca ti trng xe. Nn ng bao gm chiu rng phn mt ng v l
ng (hay b rng gia hai vai ng).
- L ng: l phn nm 2 bờn ca mt ng cú chc nng: giao thụng b hnh, ni
vt liu khi duy tu v sa cha ng, ni xe tm thi, ln xe thụ s, i b L
ng cú th bao gm l t v cú th cú c l gia c.
4


- Mộp mt ng: l phn tip giỏp gia l ng v mt ng.
- Mỏi ng dc nn ng: cú 2 dng mỏi ng dc nn ng p v mỏi ng
dc nn ng o.

o(

Đuờng thiên nhiên

T

ắp
yđ
a lu

1
(-)

/m

in (%)

Kết cấu gia cố lề

lề đất

igcl (%) iđ (%)

in (%)

Kết cấu mặt đuờng

gia cố

b

c

lề đuờng

Chiều rộng mặt đuờng

Lề đuờng

Ta

iđ (%) igcl (%)

luy

đà

Cao độ thiết kế tim đuờng

+)
1/n

h7
Km4+700

Rãnh dọc

B
Chiều rộng nền đuờng

Hỡnh - Trc ngang ng
d) Cỏc cụng trỡnh trờn ng:
- Cỏc cụng trỡnh thoỏt nc trờn ng.
- Cụng trỡnh vt qua dũng nc.
- Cỏc cụng trỡnh khỏc trờn ng: H thng an ton v t chc giao thụng, cõy xanh,
chiu sỏng, trm ngh, trm thu phớ, nh phc v bo trỡ ng b...
1.1.4. Cấp hạng kỹ thuật ng ụ tụ
a. Phõn cp theo c quan qun lý ng: Mng li ng ụ tụ quc gia c phõn
thnh:
+ H thng ng Quc l, ni cỏc trung tõm kinh t chớnh tr giao thụng cú ý ngha
ton quc
+ H thng ng a phng: ng tnh, ng huyn - ng xó, ni lin cỏc trung
tõm kinh t cú tớnh cht a phng nh tnh, huyn, xó
b. Phõn loi ng theo TCVN: Theo tiờu chun Vit Nam, ng ụ tụ c phõn ra 2
loi:
+ ng cao tc: ng chuyờn cho ụ tụ chy, cú 2 phn xe chy riờng bit (mi chiu

cú ớt nht 2 ln xe), trong ú li chia ra :
- ng cao tc loi A: tt c cỏc nỳt giao thụng trờn ng u l khỏc mc;
- ng cao tc loi B: mt s nỳt giao thụng trờn tuyn c phộp giao bng.
+ ng ụ tụ: c dựng chung cho cỏc loi phng tin giao thụng, tr xe xớch.
c. Phõn cp k thut ng ụ tụ theo chc nng v lu lng xe thit k:
ng ụ tụ v ng cao tc c phõn ra cỏc cp tựy theo chc nng ca con ng,
theo a hỡnh nh ch dn trong bng 1.3:

5


Bảng 1.3. Phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức năng và lưu lượng xe thiết kế
Cấp thiết
kế của
đường
Cao tốc

Lưu lượng xe
thiết kế*)
Chức năng của đường
(xcqđ/nđ)
> 25 000
Đường trục chính, thiết kế theo TCVN 5729 : 1997.
Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá
Cấp I
> 15 000
lớn của đất nước. Quốc lộ.
Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá
Cấp II
> 6 000

lớn của đất nước. Quốc lộ.
Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá lớn
Cấp III
> 3 000
của đất nước, của địa phương.Quốc lộ hay đường tỉnh.
Đường nối các trung tâm của địa phương, các điểm lập hàng,
Cấp IV
> 500
các khu dân cư. Quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện.
Đường phục vụ giao thông địa phương. Đường tỉnh, đường
Cấp V
> 200
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 lưu
hành trên đường của cơ quan quản lý đường. Tốc độ lưu hành cho phép phụ thuộc tình trạng
thực 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 của
TCVN 4054 - 2005).
Bảng 1.4. Tốc độ thiết kế của đường
Cấp thiết kế
Địa hình

I
Đồng
bằng

II
Đồng
bằng

III
Đồng
bằng

Núi

IV
Đồng
Núi
bằng

V
Đồng
bằng

Núi

VI
Đồng
Núi
bằng

Tốc độ thiết kế,
120
100
80
60
60
40
40
30
30
20
Vtk, km/h
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 một
chiều 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 được
quy định tuỳ thuộc cấp thiết kế của đường như quy định ở Bảng 1.5 (Bảng 6 TCVN40542005) áp dụng cho địa hình đồng bằng và đồi, Bảng 1.6 (Bảng 7 TCVN4054-2005) áp dụng
cho địa hình vùng núi.

6


Bảng 1.5. Chiều rộng tối thiểu các yếu tố trên mặt cắt ngang
cho địa hình đồng bằng và đồi
Cấp thiết kế của đường
Tốc độ thiết kế, km/h
Số làn xe tối thiểu dành cho xe cơ

giới (làn)
Chiều rộng 1 làn xe, m
Chiều rộng phần xe chạy dành
cho cơ giới, m
Chiều rộng dải phân cách giữa1),
m

I
120

II
100

III
80

IV
60

V
40

VI
30

6

4

2

2

2

1

3,75
2x
11,25

3,75

3,50

3,50

2,75

3,50

2 x 7,50

7,00

7,00

5,50

3,5

1,50

0

0

0

0

3,00

3,50
3,00
2,50
1,00
1,00
1,50
(3,00)
(2,50)
(2,00)
(0,50)
(0,50)
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.
Chiều rộng lề và lề gia cố2), m

Bảng 1.6. Chiều rộng tối thiểu các bộ phận trên mặt cắt ngang cho địa hình vùng núi
Cấp thiết kế của đường
Tốc độ thiết kế, km/h
Số làn xe dành cho xe cơ giới, làn
Chiều rộng 1 làn xe, m
Chiều rộng phần xe chạy dành cho xe
cơ giới, m

III
60
2
3,00

IV
40
2
2,75

V

30
1
3,50

VI
20
1
3,50

6,00

5,50

3,50

3,50

1,5
1,0
1,5
1,25
(1,0m)
(0,5m)
(1,0m)
Chiều 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.
Chiều rộng tối thiểu của lề đường và
lề gia cố *), m

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 đường
thẳng, quay trên đường cong đứng, lượn trên đường cong nằm và dao động khi chuyển
động trên mặt đường không bằng phẳng. Tất cả những đặc điểm chuyển động đó hiện nay
chưa vận dụng hết vào việc xác định các yếu tố tuyến đường. Ngoài ra, trình độ nghề
nghiệp, 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 lực
cản trên đường, còn mặt đường được giả thiết bằng phẳng, cứng và không biến dạng.
7


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

Hình 2.1. Các lực tác dụng lên ô tô khi chuyển động
Pk - Lực kéo; Pf - Lực cản lăn; Pw - Lực cản không khí;
Pj - Lực cản quán tính; Pi - Lực cản leo dốc.
1.2.1.1. Lực cản lăn Pf
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 lăn
sinh ra là do ma sát giữa bánh xe với mặt đường, sinh ra do biến dạng của lốp xe và biến
dạng 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 trọng

lượng G (kG) của ô tô:
Pf = f.G (kN)
Trong đó: G - tải trọng tác dụng trên bánh xe ô tô (kN);

(2.1)

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 phụ
thuộc vào loại mặt đường (Bảng 1). Thường lấy f = 0,02 khi tính toán thiết kế các yếu tố
hình học đường.
Bảng 2.1. Hệ số lực cản lăn f phụ thuộc loại mặt đường
Loại mặt đường
+ Bê tông xi măng

Hệ số f
0,01 - 0,02

và bê tông nhựa

Loại mặt đường

Hệ số f

+ Lát đá

0,04 - 0,05

+ Đất khô và bằngphẳng

0,04 - 0,05

+ Đá dăm đen

0,02 - 0,025

+ Đất ẩm và không bằng phẳng

0,07 - 0,15

+ Đá dăm

0,03 - 0,05

+ Đất cát rời rạc

0,15 - 0,30

1.2.1.2. Lực cản không khí Pw
8


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);
2

F - diện tích cản trở (diện tích mặt cắt ngang lớn nhất của ô tô) (m );
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 Pi
Lực cản leo dốc sinh ra khi xe phải khắc phục một đoạn dốc (h 2.1). Giả thiết xe phải
leo một độ cao h trên một đoạn có chiều dài l (m), với trọng lượng của xe G (kN), xe phải
sinh 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);
Pi - Lực cản leo dốc (kN)
i - là độ dốc dọc của đường (%), có dấu dương khi xe lên dốc, âm khi xe xuống dốc.
1.2.1.4. Lực cản quán tính Pj
Phát sinh khi xe tăng hoặc giảm tốc. Bao gồm sức cản quán tính do chuyển động tịnh
tiến của ô tô có khối lượng m và sức cản quán tính do các bộ phận quay của ô tô. Khi xe
tăng tốc thì lực quán tính ngược chuyển động của ô tô, cản trở chuyển động; khi xe giảm
tốc, lực quán tính cùng chiều chuyển động. Do đó ta có:
Pj = ± m.j (kG)
(2.4)
Trong đó:
m - khối lượng của ô tô (G/g);
2

g - là gia tốc trọng trường (9,81 m/s );
j - là gia tốc của ô tô (dv/dt).
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.
G dv
Pj  

(2.5)
g dt
Dấu dương ứng với trường hợp tăng tốc và dấu âm ứng với trường hợp giảm tốc.
1.2.1.5. Lực cản trên đường
Lực cản leo dốc và lực cản quán tính không phải luôn luôn có (trừ khi leo dốc hoặc trừ
khi thay đổi tốc độ). Còn lực cản lăn và lực cản không khí luôn có khi xe chạy. Do đó tổng
9


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 hệ

như sau:
N=

M.w
(mã lực)
75

(2.6)

Trong đó: w - Tốc độ góc của trục khuỷu, có liên hệ với vòng số quay của động cơ n
(vòng/phút)
w =2πn / 60

Do đó, ta thiết lập được quan hệ như sau:
M =716,2

N
(kNm)
n

(2.7)

Trong đó: N- Công suất (mã lực);
w- Tốc độ góc của trục khuỷu;
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 qua
hộp 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 với
phản lực của đường T.

Hình 2.6. Quá trình sinh ra sức kéo của ô tô
10


1: Động cơ.
4: Trục các đăng.

2: Ly hợp.
5: Cầu xe.

3: Hộp số.
6: Bánh xe.

Lực kéo:
Pk =

M.i o .i k
Mk
 Pk =
.η
rk
rk

(2.8)

Trong đó:
M- Mômen quay của động cơ (kNm);
Mk- Mômen quay ở bánh xe chủ động (kNm);
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 dụng
lên lốp, thưởng rk = (0,93÷0,96) r bánh xe khi chưa biến dạng.
η - Hiệu suất truyền động

 Ô tô tải:

η = 0,80 ÷ 0,85;

 Ô tô bus:

η = 0,80 ÷ 0,85;

 Xe con:

η = 0,85 ÷ 0,90.

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.
Ta sẽ có :
Pk = Pf + Pw + Pi + Pj
=> Pk - Pw = Pf + Pi + Pj
=> Pk - Pw = G.f ± G.i ±

δG dv
.
g dt

=> Pk - Pw = G.f ± G.i ±

δG dv

.
g dt

=>
Đặt D=

Pk -Pw
δ dv
 f±i± .
G
g dt

(2.9)

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

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

δ dv
g dt

D  f±i± .

(2.10)

Trong phương trình trên thì vế trái biểu diễn các yếu tố phụ thuộc vào ô tô, và vế phải
biểu diễn các yếu tố phụ thuộc vào điều kiện đường.
Biểu đồ trên đó biểu diễn các đường D = f(v) ứng với các chuyển số khác nhau của một

loại ô tô được gọi là biểu đồ nhân tố động lực của loại ô tô đó (Hình 2.3).
11


Hình 2.3. Biểu đồ nhân tố động lực của xe TOYOTA Camry 2.4
Các vận dụng từ biểu đồ nhân tố động lực
- 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 cho
các 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 đường đang
xét (chiếm % lưu lượng lớn nhất) để có biểu đồ nhân tố động lực của loại xe đó. Có V dựa
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 nhất
được 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:

g
dv 
 D
 ( f  i)  .
 
dt  max

(2.11)

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 mới v2
có gia tốc dv/dt khi có điều kiện mới D2=f2  i2 , vận dụng (2.10) ta có:

12


g
g
dv
  D  ( f  i ) .  ( D  D ).
1
2
dt


 v.dv
 ds  v.dt 
(D  D )g
1
2
v
v
V 2 V 2
2
 2 v.dv
i 1 i
S

  ds 


t, g
g v (D  D )
254( D  D
)
v
1
2
i
i

1
1
1

(2.12)

Viết theo biểu thức cuối có nghĩa là ta phân sự chênh lệch tốc độ ra nhiều phân tố rồi
tổng 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 luật
III 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 đường
trở thành tâm quay tức thời của bánh xe, giúp cho xe chuyển động được, ta gọi T là lực bám
của bánh xe và mặt đường. Trong quá trình vận chuyển nếu gặp phải chỗ mặt đường ẩm
ướt; trơn trượt thì bánh xe có thể bị trượt hay quay tại chỗ vì lực bám giữa bánh xe với mặt
đường 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 và
lực bám giữa bánh xe và mặt đường phải đủ.
Thực nghiệm ta có công thức tính lực bám là:

Tmax = φ.Gk

(2.13)

Gk là thành phần trọng lực tác dụng lên trục chủ động
Xe con: Gk = (0.5 - 0.55)G
Xe tải: Gk = (0.65 - 0.7)G
φ: là hệ số bám của bánh xe với mặt đường.
Bảng 2.2. Các giá trị hệ số bám dọc φ
Tình trạng mặt đường
Khô sạch
Khô sạch
ẩm và bẩn

Điều kiện xe chạy
Rất thuận lợi
Bình thường
Không thuận lợi

Điều kiện để xe chuyển động là:

Hệ số bám
0,7
0,5
0,3

Pk ≥ ΣPcản
13


Và xe lăn không trượt thì:

Pa < Tmax = φ.Gk

Ta sẽ có :

Pk ≥ Pf + Pω + Pi + Pj

=> Pk - Pω ≥ Pf + Pi + Pj
=> Pk - Pω ≥ G.f ± G.i 

G dv


g dt
G dv
=> Pk - Pω ≥ G.f ± G.i 

g dt
P P
 dv

=> k   f  i 
D
g dt
Vậy điều kiện xe chạy:
T  Rk G k    Rk
 dV
Db 

 f i 
G
G
g dt

(2.14)

(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 quay
được và trượt ở trên mặt đường. Lực hãm lớn nhất cũng phụ thuộc vào hệ số ma sát giữa
lốp xe và mặt đường có trị số:

Ph = Tmax = 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 nhỏ
không đáng kể xe chạy chậm, lực cản lăn nhỏ so với lực hãm về bản chất cũng là lực ma
sát, đãng kể là độ dốc dọc, khi trị số dốc dọc lớn hơn 4%, chiều dài hãm phanh cũng tăng
lên 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), theo
nguyên lý bảo toàn động năng trên đoạn chiều dài hãm xe Sh ta có:
Sh. (Tmax + Pi) = (v1² + v2² ) m/2
G.(φ + i).Sh = (v1² + v2² ) G/2.g
- Chiều dài hãm phanh được xác định theo nguyên lý động năng:

K (v12  v22 )
Sh 
254(  i )

(2.16)

Nếu vận tốc tính bằng km/h ta có:

Sh 

K (V12  V22 )
(m)
254(  i )

(2.17)

Trong đó:
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.
14

i - dc dc ca ng (%), ly du cng khi xe lờn dc, du tr khi xe xung dc.
Trong trng hp hóm xe dng hn V1 = V, V2 = 0, khi ú ta cú:

Sh =

KV 2
(m)
254( i)

(2.18)

1.2.4. Tầm nhìn xe chạy
1.2.4.1. Tm nhỡn xe chy
m bo an ton, ngi lỏi xe luụn luụn phi c nhỡn thy ng trờn mt chiu
di nht nh v phớa trc ngi lỏi kp thi x lý hoc l hóm dng trc cỏc chng
ngi vt (nu cú) hay l trỏnh c nú. Chiu di ny c gi l tm nhỡn.
Tm nhỡn ny phi c m bo trờn mt ct dc cng nh trong ng cong nm sao
cho khụng b vỏch ỏ, nh ca, cõy ci che khut. Trờn ng cp cao, ng du lch tm
nhỡn khụng ch m bo an ton m cũn phi nõng cao xột n yu t tõm lý nhm to
iu kin cho ngi lỏi xe an tõm chy vi tc cao.

a)

Tim ủử ụứ
ng

Qùừy ủaùo xe chaùy

Vùứ
ng caỷn tỡụỷ tafm nhỡn

b)
Vùứ
ng caỷn tỡụỷ tafm nhỡn

Hỡnh - Khỏi nim v tm nhỡn
a) Trờn bỡnh ; b) Trờn trc dc
1.2.4.2. Xỏc nh chiu di tm nhỡn
xỏc nh chiu di tm nhỡn ta xột cỏc tỡnh hung cú th xy ra trờn ng. Thụng
thng cú th xut hin 3 tỡnh hung th hin 3 s sau.
- Xỏc nh chiu di tm nhỡn xe chy theo s 1 :Tm nhỡn hóm xe (tm nhỡn 1
chiu) S1:

S1

lpu

Sh

l0

Hỡnh 2.10. S tm nhỡn trc chng ngi vt c nh S1
Tỡnh hung: ụ tụ gp chng ngi vt tnh trờn ln xe ang chy, ngi lỏi xe cn phi
nhỡn thy chng ngi vt v kp dng xe trc nú.
15


Công thức tính:

S1 = lpư + Sh + lo , (m)

(2.37)

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 nhất
định, 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:

S1 =

V
V2
+k
+l ; (m)
3,6 254( ±i) o

(2.38)

Vận dụng: Đây là sơ đồ cơ bản nhất phải được kiểm tra trong bất kì tình huống nào của
đường, dùng để tính toán bán kính đường cong đứng.
- Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 2 :Tầm nhìn xe chạy ngược chiều S2:

S2
1

1

lpï1

Sh1

2

l0

2

Sh2

lpï2

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 an
toàn.
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;
lo: cự ly an toàn.
Giả sử một xe lên dốc, một xe xuống dốc, ta có:

V1 +V2
V12
V22
S2 =
+k
+k
+l , (m)
3,6
254( +i) 254( -i) o

(2.40)

Trong tính toán V1 = V2 nên:

 .V 2
V
S2 = +k
+l (m)
1,8 127( 2 - i 2 ) o

(2.41)
16


Vận dụng: Đây là trường hợp ít xảy ra nhưng có thể áp dụng với đường không có dải
phân cách ở trung tâm, gặp phải trên đường có một làn đường xe chạy hai chiều hoặc một
xe chạy sai làn đường của mình.
- Xác định chiều dài tầm nhìn xe chạy theo sơ đồ 3 : Tầm nhìn vượt xe Svx:
Tình huống: Xe 1 chạy nhanh bám theo xe 2 chạy chậm với khoảng cách an toàn Sh1Sh2, khi quan sát thấy làn xe trái chiều không có xe, xe 1 lợi dụng làn trái chiều để vượt xe 2
và quay trở về làn của mình an toàn.

Svx
0

Sh1-Sh2

Sh2+lo

1
1

2
lpï

2

l2

3

3

1

2
0

l'2

l3

Hình 2.12. Sơ đồ tầm nhìn vượt xe Svx
Công thức tính:
Svx= lpư + l2 + l2’ + l3 (m)

(2.42)

Bằng việc sử dụng thời gian vượt xe thống kê được trên đường ta có công thức thực
nghiệm sau:
- 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 dải
phân cách trung tâm, trường hợp này không thể xảy ra. Tuy vậy, trên đường cấp cao, tầm
nhìn 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 nhìn
trước xe ngược chiều S2, tầm nhìn vượt xe Svx) được quy định trong bảng 2.8 (Bảng 10
TCVN4054 : 2005)
Các giá trị tầm nhìn được tính từ mắt người lái xe có chiều cao 1,00m bên trên phần xe
chạy, 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
Cấp thiết kế của đường
Tốc độ thiết kế, Vtk, km/h
Tầm nhìn hãm xe (S1), m

I
II
III

120 100 80 60
210 150 100 75

IV
60
75

V

VI

40
40

40
40

30
30

30
30

20
20

80

60

60

40

Tầm nhìn trước xe ngược chiều (S2), m





200 150 150 80

Tầm nhìn vượt xe Svx, m





550 350 350 200 200 150 150 100

17


CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1
C©u 1: C¸c c¬ së ®Ó ph©n cÊp ®­êng « t«? §­êng « t« cã nh÷ng cÊp nµo?
C©u 2: Yêu cầu đối với xe trên đường ô tô?
C©u 3: Lưu lượng xe thiết kế là gì, các loại lưu lượng xe, cách xác định lưu lương xe?
C©u 4: Trình nội dung các bản vẽ cơ bản của tuyến đường?
C©u 5: N êu các bộ phận chủ yếu trên mặt cắt ngang của đường?
C©u 6: Trình bày các căn cứ để phân cấp đường ô tô?

C©u 7: N êu các chỉ tiêu chủ yếu của từng cấp đường?

18


Ch­¬ng 2
THIÕT KÕ B×NH §å
2.1. C¸c vÊn ®Ò chung
2.1.1. Đặc điểm sự chuyển động của ô tô trong đường cong nằm
Khi chuyển động trong đường cong ngoài việc khắc phục các điều kiện như trên đường
thẳng, xe còn phải chịu thêm những điều kiện bất lợi:
- Xe phải chịu thêm lực ly tâm, đặt ở trọng tâm của xe, theo phương bán kính, chiều
hướng ra ngoài đường cong. Lực có xu hướng đẩy xe về phía lưng đường cong và được xác
định theo công thức:
F=

mv 2 Gv 2
;

R
gR

(2.19)

Trong đó:
G - Trọng lực của xe ô tô, kN;
V - Tốc độ xe chạy, m/s;
R- Bán kính đường cong trên bình đồ, m;
g - Gia tốc trọng trường được lấy bằng 9,81m/s2.
Lực ly tâm có thể gây lật đổ xe, trượt ngang, làm cho việc điều khiển xe khó khăn, gây

khó chịu cho hành khách, làm hư hỏng hàng hóa. Làm tiêu hao nhiên liệu, mòn săm lốp.
- Khi xe chạy trong đường cong, chiếm đường nhiều hơn ở ngoài đường thẳng. Vì vậy,
để cho xe chạy đảm bảo các điều kiện về khổ động học bề rộng mặt đường trong đường
cong phải lớn hơn bề rộng mặt đường ngoài đường thẳng.
- 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 trong đường cong bị hạn chế vì đèn pha
chiếu thẳng trên 1 đoạn ngắn hơn.
2.1.2. Lùc ngang vµ hÖ sè lùc ngang
Xét trường hợp xe có trọng lực G, vận tốc v chạy vào đường cong có bán kính R, mặt
đường nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc α, (độ dốc ngang mặt đường in); theo
hình vẽ (hình vẽ 2.4) ta có:
+ Trọng lực bản thân của xe G có phương thẳng đứng và có chiều từ trên xuống;
+ Lực ly tâm F có phương nằm ngang, chiều có xu hướng kéo xe về phía lưng đường cong.
Để xét ảnh hưởng của các lực đến điều kiện xe chạy, ta tiến hành tổng hợp các lực tác
dụng tại trọng tâm của xe theo phương song song với mặt đường.

19


y'

Gsin α

Fsinα

G

R

Fcosα

F

Gcosα

i

y

α
Hình 2.4. Xe chạy trong đường cong có bán kính R

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

Y  F cos   G sin 
Gv 2
Y
cos   G sin 
gR

(2.2)

Trong đó:
Y- là lực ngang;

F- lực ly tâm; G- trọng lực;

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 trên
làn 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) ta có:
Y 

Gv2
 G in
gR

(2.21)

Y v2
Chia cả hai vế của biểu thức trên cho G ta có:

 isc
G gR
Đặt

Y
 μ : Hệ số lực ngang.
G

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 xe
khi 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;
20

- 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.
2.2. CÁC YẾU TỐ kü thuËt TRÊN ®­êng cong n»m
2.2.1. Bán kính đường cong nằm
2.2.1.1. Bán kính tối thiểu
Khái niệm: Bình đồ tuyến đường nếu điều kiện địa hình cho phép, người thiết kế luôn
tìm cách phóng tuyến thẳng để cho xe chạy được an toàn êm thuận, trường hợp địa hình hạn
chế (đồi, núi hoặc gặp vật chướng ngại) thì tuyến phải được chuyển hướng bám địa hình
theo các đỉnh, nối giữa các cánh tuyến của đỉnh đó là đường cong có bán kính R:
+ Nếu đường cong có R lớn thì đảm bảo cho xe chạy an toàn, êm thuận về kỹ thuật;
+ Nếu đường cong có R nhỏ đường bám sát địa hình, điều kiện an toàn xe chạy bị hạn
chế nhiều.
Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất đảm bảo cho xe chạy an toàn tối thiểu cho phép
theo vận tốc thiết kế yêu cầu (theo cấp đường) gọi là bán kính tối thiểu (ký hiệu Rmin).
Xác định bán kính tối thiểu:Xét trường hợp xe có trọng lực G, vận tốc v chạy vào
đường cong có bán kính R, mặt đường nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc α, (độ
dốc ngang mặt đường in); theo hình vẽ (hình vẽ 2.4) ta có:
+ Trọng lực bản thân của xe G có phương thẳng đứng và có chiều từ trên xuống;
+ Lực ly tâm F có phương nằm ngang, chiều có xu hướng kéo xe về phía lưng đường cong.
Để xét ảnh hưởng của các lực đến điều kiện xe chạy, ta tiến hành tổng hợp các lực tác
dụng tại trọng tâm của xe theo phương song song với mặt đường.

y'

Gsin α

Fsinα

G

y

R

Fcosα

F

Gcosα

i
α

Hình 2.4. Xe chạy trong đường cong có bán kính R
Hợp lực theo phương song song với mặt đường (Lực ngang Y):

Y  F cos   G sin 
Y

Gv 2
cos   G sin 
gR

(2.20)
21


Trong đó:

Y- là lực ngang;
F- lực ly tâm;
G- trọng lực;
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 trên
làn 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) ta có:
Y 

Gv2
 G in
gR

(2.21)

Y v2
Chia cả hai vế của biểu thức trên cho G ta có:

 isc
G gR
Y
Đặt
 μ : Hệ số lực ngang. Ta có công thức tính bán kính đường cong nằm:
G
R

v2
g (   isc )

(2.22)

Chuyển v có thứ nguyên (m/s) sang V có thứ nguyên (km/h) và g = 9,81m/s2, công thức
(2.22) có dạng:
R

V2
, (m)
127(   isc )

(2.23)

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 xe
khi 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.
22

Theo TCVN 4054 2005 bán kính đường cong nằm được phân ra các loại như sau:
gh
+ Bán kính tối thiểu giới hạn Rmin
: Là bán kính nhỏ nhất, không có trường hợp nào nhỏ

hơn, áp dụng trong trường hợp khó khăn, khi đó mặt đường phải bố trí nghiêng thấp về phía
bụng đường cong có trị số lớn nhất iscmax (E siêu cao).
Từ công thức (2.23) xảy ra dấu cộng (+), ta có:
gh
Rmin


V2
,m
127(   iscmax )

(2.24)

Trong đó:
V- Tốc độ tính toán, km/h;
iscmax- Độ dốc siêu cao lớn nhất của mặt đường,%;
μ - Hệ số lực ngang, tính toán lấy μ = 0,15.
tt
+ Bán kính tối thiểu thông thường Rmin
Là trị số bán kính nhỏ nhất khuyên dùng trở lên,

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

V2
,m
127(   isctt )

(2.25)

Trong đó:
V- Tốc độ tính toán cộng thêm 20, km/h;
isctt - Độ dốc siêu cao thông thường của mặt đường : isctt = 4%;
μ - Hệ số lực ngang, tính toán lấy μ = 0,05-0,08.
tt
+ Bán kính tối thiểu không làm siêu cao Rmin
Là bán kính nhỏ nhất không làm siêu cao,

mặt đường 2 mái.
osc
min

R

V2

,m
127(   in )

(2.26)

Trong đó:
V- Tốc độ tính toán, km/h;

in - Độ dốc ngang của mặt đường ,

μ - Hệ số lực ngang, lấy μ = 0,04-0,05 để cải thiện điều kiện xe chạy.
2.2.1.2. Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô Việt Nam 4054 : 05 quy định Rmin
Bảng 2.3. Bán kính đường cong nằm tối thiểu
Cấp đường

I

II

VTK(km/h)

120

100

III
80

IV
60

60

V

VI

40

40

30

30

20

60
125
600

60
125
600

30
60
350

30
60
350

15
50
250

Bán kính đường cong nằm (m)
- Tối thiểu giới hạn
- Tối thiểu thông thường
- Tối thiểu không siêu cao

650 400 250 125 125
1000 700 400 250 250
5500 4000 2500 1500 1500

23


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
2.2.2.1. Khái niệm
Ta có công thức tính hệ số lực đẩy ngang :  

v2
 in
gR

Muốn có hệ số µ nhỏ có thể có nhiều biện pháp: Tăng bán kính R biện pháp này không
phải lúc nào cũng thực hiện được vì phụ thuộc vào điều kiện địa hình. Giảm vận tốc xe
chạy đậy là biện pháp không thích hợp vì giảm điều kiện tiện nghi trên đường. Biện pháp
hữu hiệu là chọn số hạng in mang dấu trừ có nghĩa là phần xe chạy có độ dốc nghiêng về
phía tâm đường cong, với trị số hợp lý lớn in 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
isc (E).
In
In

In

0
In

Isc

W

R
§­êng cong trßn

Isc

0

In

§­êng cong
chuyÓn tiÕp

In

In

0%

L2

Lsc
L1

-In
Bm

Hình 2.7. Bố trí siêu cao trong đường cong nằm
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
24


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 cong
không đạt được vận tốc an toàn theo bán kính. Theo TCVN 4054 : 2005 độ dốc tối đa siêu
cao là 8%.
2.2.2.2. Công thức tính isc:
V2
V2
R
 isc 


Từ
(2.28)
127  (   i sc )
127 R
Trong đó:

V- vận tốc xe chạy (km/h);

R- bán kính đường cong nằm (m);

μ- hệ số lực đẩy ngang.
2.2.2.3. Quy định trị số siêu cao isc
- 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 không
dưới 2 %.
- Lề đường phần gia cố làm cùng độ dốc và cùng hướng với dốc siêu cao, phần lề đất
không 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
Tốc độ thiết
kế, Vtk, km/h
120
100
80
60
40

Độ dốc siêu cao, %
8

7
6
5
4
3
2
Bán kính đường cong nằm, m
650
800
1000
1500
2000
2500
3500
800 1000 1500 2000 2500 3500
5500
400
450
500
550
650
800
1000
450 500 550 650 800 1000
4000
250
275
300
350
425

500
650
275 300 350 425 500
650
2500
125
150
175
200
250
300

150 175 200 250
300
1500




Không làm siêu
cao

 5500
 4000
 2500
 1500

6075

75100

100600

 600

5075

75350

 350

5075 75150 150250

 250

30



3050

20



2550

2.2.2.4. Đoạn nối siêu cao (LSC)
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 về

phía bụng đường cong (có độ dốc là (E) isc %). Sự chuyển hóa sẽ tạo ra một độ dốc dọc phụ
thêm if
b) Công thức tính: Đoạn nối siêu cao được tính theo công thức:

Lsc 

Bm  (i n + isc )
; (m)
2i f

(2.29)

Trong đó:
25