Bài giảng Thiết kế đường ô tô

Chương 1 Khái niệm chung về đường ôtô 1.1.Những khái niệm cơ bản 1.1.1.Khái niệm về môn học Môn học thiết kế đường ôtô là môn khoa học nghiên cứu các nguyên lý và phương pháp thiết kế tuyến đường và các công trình trên đường (nền đường , mặt đường , cầu cống, các công trình phục vụ khai thác đường và tổ chức giao thông trên đường) để đảm bảo cho đường ôtô thực hiện được vai trò của nó trong hệ thống giao thông vận tải. 1.1.2.Nội dung chủ yếu của môn học Trên cơ sở phân tích cơ học đưa ra các nguyên lý xác định các yếu tố cơ bản của đường trên bình đồ , trắc dọc và ngang . Thiết kế nền đường và các công trình chống đỡ nền đường. Thiết kế mặt đường . Thiết kế các nút giao thông, thiết kết quy hoạch lưới đường . Thiết kế các công trình phục vụ khai thác và đảm bảo giao thông trên đường . 1.1.3.Tầm quan trọng của ngành vận tải Có vai trò đặc biệt quan trọng trong nền kinh tế quốc dân , trong các lĩnh vực chính trị , hành chính, quốc phòng , văn hóa và du lịch .(vận chuyển vật liệu xây dụng , máy móc để xây lắp nhà máy , vận chiyển nguyên vật liệu cho nhà máy hoạt động , phân phối sản phẩm đến tay người tiêu dùng ..) 1.2.Các hình thức vận tải 1.2.1.Vận tải thủy Gồm vật tải sông và vận tải bỉển (tỷ trọng vận tải biển chiếm 65% tổng số lượng hành hóa vận tải trên thế giới ). Đặc điểm của vận tải thủy : Tiết kiệm năng lượng vận chuyển nên giá cước rẻ (chi phí nhiên liệu vận chuyển một tấn hàng chie bằng 1% so với vận tải hàng không) , tốc độ vận chuyển chậm , thường vận chuyển các loại hàng công kềnh (máy móc , ngũ cốc, dầu lửa ..) , tiền đầu tư chủ yếu vào phương tiên và bến cảng (vào luồng ít). Tổng lượng hàng hóa vận chuyển bằng đường thủy ở nước ta hàng năm khoảng 4 tỷ. 1.2.2.Vận tải đường sắt Vận tốc tương đối lớn (100km/h đối với tàu thường ,300km/h đối với tầu cao tốc ) , giá cước hợp lý nên vận chuyển một số lượng lớn hành khách và hàng hóa . Hàng hóa chủ yếu là hành cồng kềnh ( nguyên liệu , nhiên liệu , ngũ cốc , dầu lửa , sản phẩm hóa học...). Trên thế giới mạng lưới đường sắt ước khoảng 1,3triệu km , khổ đường hầu hết là 1,435m (trừ Liên Xô cũ – 1,524m , Tây ban nha 1,676m) 1.2.3 .Vận tải hàng không Tốc độ cao nên tiết kiệm được thời gian vận chuyển (Tốc độ lữ hành khoảng 900km/h) Độ an toàn cao , tiện nghi nên mặc dù cước còn cao nhưng lượng khách tăng nhanh chóng .(Năm 1987 thế giới đã vượt con số 1 tỷ hành khách/năm , Việt nam hàng năm vận chuyển khoảng 5 triệu hành khách – 26/12/2004) 1.2.4.Vận tải đường bộ Vận tải đường bộ chủ yếu là đường ôtô , là bộ phận quan trọng của ngành vận tải Các đặc điểm của vận tải đường bộ : - Tính cơ động cao , vận chuyển trực tiếp không cần các phương tiện chuyên tải trung gian. -Đường ôtô đòi hỏi vốn đầu tư ít hơn đường sắt , độ dốc lớn nên đi tới được nơi địa hình hiểm trở - Tốc độ khá lớn , nhanh hơn đường thủy , trên đường cao tốc có thể đạt 100km/h ở cự ly ngắn có thể cạnh tranh với hàng không. -Cước phí vận chuyển rẻ nhiều so với hàng không nên lượng hàng hóa và hành khách vận chuyển bằng đường bộ thường chiếm tỷ trọng lớn . -Nhiện điểm của vận tải đường bộ là tai nạn giao thông cao (hàng năm trên thế giới có khoảng 25 vạn người chết vì tai nạn giao thông đường bộ Việt nam năm 2002 là 13186 người ). 1.3. Đường ô tô và xe trên đường ôtô 1.3.1.Đường ôtô Đường ôtô là tổng hợp các công trình , các trang thiết bị nhằm phục vụ cho giao thông trên đường . Tuyến đường là đường nối giữa các điểm tim đường ( các điểm nằm giữa nền đường hoặc giữa phần xe chạy ). Một con đường thường được thể hiện trên ba bản vẽ cơ bản : Bình đồ , trắc dọc và trắc ngang . Bình đồ là hình chiếu bằng của tuyến đường trên địa hình. Ngoài yếu tố địa hình biểu diễn bằng các đường đồng mức , tuyến đường được xac định bởi các yếu tố sau : -Điểm xuất phát , điểm tới và các điểm chuyển hướng . -Các góc ngoặt ở chỗ đổi hướng tuyến . -Chiều dài và góc phương vị của các đoạn thẳng -Các yếu tố đường cong(góc ngoặt , bán kính cong R , chiều dài đường tiếp tuyến..) -Các cọc lý trình , các vị trí công trình cầu cống... Trắc dọc lầ mặt cắt đứng dọc theo tuyến đường đã duỗi thẳng. Trắc dọc thường được vẽ với tỷ lệ chiều đứng gấp 10 lần chiều dài . Cao độ tự nhiên thể hiện trên trắc dọc theo thói quen bằng mực đen . Cao độ thiết kế được thể hiện bằng mầu đỏ và được gọi là đường đỏ . Đường đỏ có thể thể hiện điểm tim đường hoặc điểm mép nền đường với đường cao tốc nên cần có ghi chú. Trên trắc dọc , các độ dốc thể hiện bằng các đường thẳng các chế độ thay đổi được nối bằng các đường cong lồi hay lõm để cho xe chạy êm thuận. Đường đỏ được xác định bằng : -Cao độ thiết kế điểm đầu và cuối -Độ dốc dọc và chiều dài các đoạn dốc -Đường cong lồi hoặc lõm tại chỗ độ dốc thay đổi và các yếu tố của nó -Cao độ thiết kế (cao độ đỏ ) của cac điểm trung gian , các điểm có công trình, các điểm lý trình ,các điểm thay đổi địa hình. Căn cứ vào cao độ đỏ và cao độ đen , xác định được khối lượng đào đắp . Trắc ngang là hình chiếu các yếu tố của đường lên mặt phẳng thẳng góc với tim đường. Trên trắc ngang , cao độ tự nhiên cũng thể hiện bằng mầu đen Các yếu tố thiết kế trên trắc ngang bao gồm: -Bề rộng phần xe chạy : bộ phận tăng cường chịu tác dụng trực tiếp của xe chạy. -Bề rộng nền đường : bộ phận chống đỡ , đảm bảo cường độ của phần xe chạy. -Các dãnh biên để thoát nước dọc tuyến. -Mái dốc (taluy) và độ dốc taluy. -Lề đường :diện tích còn lại hai bên phần xe chạy dể tăng an toàn , đỗ xe tạm thời. Trên đường cao tốc phần xe chạy được chia riêng biệt theo các chiều xe bằng giải phân cách . Phần lề đường có phần diện tích được gia cố và định hướng bằng giải định hướng (một vạch sơn trắng hoặc vàng rộng 20cm) 1.3.2.Xe chạy trên đường ôtô Xe ôtô Ô tô là loại xe chạy chủ yếu trên đường ôtô. Số lượng xe ôtô trên thế giới nói chung , ở Việt nam nói riêng không ngừng tăng . Mỗi quốc gia đều có quy định riêng vê xe ôtô lưu thông trên đường (Pháp qui định tổng trọng tải xe không vượt quá 19 tấn đối với xe hai trục , 26 tấn đối với xe ba trục , trục nặng nhất không vượt quá 13 tấn . Mỹ qui định trục nặng nhất không lớn hơn 8,2 tấn ). Về kích thước hình học Pháp qui định xe tiêu chuẩn như sau : -Xe con : dài 5m , rộng 1,8m -Xe tải : dài 11m , rộng 2,5m -Xe mooc tỳ : dài 15m , rộng 2,5m Mỹ qui định xe tiêu chuẩn như sau : -Xe con : dài 5,7m , rộng 2,1m ,cao 1,2m -Xe tải đơn : dài 9m , rộng 2,55m , cao 4,05m -Xe mooc tỳ loại trung : dài159m , rộng 2,55m , cao 4,05m -Xe mooc tỳ lớn : dài 16,5m , rộng 2,55m , cao 4,05m Tiêu chuẩn Việt Nam không qui định cụ thể về xe tiêu chuẩn , kích thước xe thiết kế là kích thước xe lớn nhất và phổ biến nhất trong tương lai. Xe hai bánh Bao gồm xe đạp và xe máy . Xe đạp là loại hình giao thông thuật lợi vì đầu tư thấp tiện lợi , không ô nhiễm môi trường . Xe đạp ở Việt Nam có chiều dài khoảng 1,8m ,rộng 0,8m , tốc độ trung bình trong thành phố khoảng 12km/h. Lượng xe đạp trong các thành phố rất đông , gây trở ngại cho giao thông vận tải , trên đường quốc lộ lượng xe đạp giảm nhưng tai nạn giao thông nhiều. Xe máy là phương tiện giao thông rất linh hoạt , đang thế dần xe đạp Xe máy tốc độ khá cao , người điều khiển ít được huấn luyện đầy đủ nên xe máy là thành phần gây nhiều tai nạn giao thông nhất (36,68 % - theo số liệu thống kê từ 1986 -1992) Các loại xe khác Trong thành phố còn có các loại xe như xe lam , bông sen , xích lô ..., đường ngoài thành phố còn có các loại máy nông nghiệp , xe súc vật kéo . Các laọi xe này gây nhiều trở ngại cho giao thông , gây nhiều tai nạn , trên đường cao tốc cấm lưu thông. 1.4.Mạng lưới đường ôtô và cấp hạng kỹ thuật đường ôtô 1.4.1.Mạng lưới đường ôtô Mạng lưới đường ôtô là hệ thống các đường nối liền các trung tâm giao thông của một khu vực. Một mạng lưới đường tốt là mạng lưới có hình dạng phù hợp với các hướng vận chuyển hàng hóa , hành khách chủ yếu và trình độ trang bị (cấp hạng kỹ thuật ) đáp ứng được nhu cầu vận chuyển đặt ra . Mức độ phát triển mạng lưới đường ôtô được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau : -Mật độ đường trên 1000km2 diện tích lãnh thổ (ở các nước phát triển chỉ tiêu này là 250-1000km , nước chậm phát triển nhỏ hơn 100km , nước đang phát triển 100-250km) -Chiều dài đường trên 1000 dân(trung bình : 3-5km/1000) -Chiều dài đường trên một phương tiện giao thông (Mạng lưới đường được xem như đủ nếu đạt 50m đường cho một ôtô , 20-50m : cần bổ sung , nhỏ hơn 20 : còn quá thiếu ) 1.4.2.Cấp hạng kỹ thuật của đường Đường được phân thành các cấp hạng kỹ thuật tùy theo trình độ trang bị kỹ thuật. Theo TCVN 4054-85 , có sáu cấp hạng kỹ thuật đường ôtô tùy theo ý nghĩa phục vụ của tuyến đường và lưu lượng xe chạy (Bảng 1-1 và 1-2) Bảng 1-1 . Cấp hạng đường theo ý nghĩa của tuyến STT Ý nghĩa phục vụ của tuyến đường Cấp hạng 1 Có ý nghĩa quốc gia đặc biệt quan trọng vế kinh tế , chính trị , văn hóa, quốc phòng phục vụ toàn quốc ,có vị trị giao thông quan trọng . Đường liên vận quốc tế I - II 2 Đường liên vận quốc tế : - Đường trục chính yếu nối các trung tâm kinh tế , chính trị , văn hóa chung cho toàn quốc -Đường nối các khu công nghiệp quan trọng -Đường nối các trung tâm giao thông quan trọng II - III 3 Đường trục chính thứ yếu nối các trung tâm kinh tế , chính trị , văn hóa quan trọng của địa phương . Đường nối các khu công nghiệp , nông nghiệp lớn. Đường nối các cửa cảng chính , ga xe lửa , sân bay chính . III - IV 4 Đường địa phương liên tỉnh , đường nối các khu công nghiệp và nông nghiệp vừa , đường nối các trung tâm giao thông của địa phương , đường nối các cảng , ga xe lửa , sân bay thứ yếu . V 5 Đường dịa phương trong tỉnh , liên huyện Đường nối các khu vực công nghiệp nhỏ , các công trình , hợp tác xã VI Sự lựa chọn cấp hạng của đường còn phải tuân thủ qui định về lưu lượng xe như bảng 1-2 Bảng 1-2 Phân cấp đường theo lưu lượng xe Cấp đường I II III IV V VI Lưu lượng xe tính toán (xe/ngày.đêm) 6000 3000-6000 1000-3000 300-1000 50-300 50 Mỗi cấp hạng đường sẽ có các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản tương ứng , trong đó tốc độ xe chạy tính toán là chỉ tiêu cơ bản nhất . TCVN 4054-85 qui định tốc độ xe chạy tính toán là tốc độ lớn nhất của xe đơn chiếc có thể chạy an toàn trong điều kiện bình thường về sức bám giữa bánh xe và mặt đường (mặt đường khô ráo và ẩm sạch) (Bảng 1-3) Bảng 1- 3 Tốc độ xe chạy tính toán (TCVN 4054-85) Cấp đường Địa hình bình thường Địa hinh miền núi I II III IV V VI 120 100 80 60 40 25 - 80 60 40 25 15 Một số nước lấy tốc độ xe chạy tính toán là tốc độ của xe đơn chạy an toàn trong điều kiện bất lợi nhất (Tức là trong điều kiện bình thường tốc độ xe chạy có thể cao hơn).