Để đảm bảo xe chạy an toàn, lái xe luôn luôn phải nhìn rõ một đoạn đường phía trước để xử lý mọi tình huống về đường và về giao thông trên đường như tránh các chỗ hỏng hóc, các ch−ớng ngại vật, tránh hoặc v−ợt cự ly. Đoạn đ−ờng tối thiểu cần nhìn thấy rõ ở phía trước đó gọi là tầm nhìn. Khi thiết kế tuyến các yếu tố của tuyến trên bình đồ và trên trắc dọc đều phải đảm bảo có đủ tầm nhìn để xe chạy an toàn và tiện lợi.
Cự ly tầm nhìn nói chung phụ thuộc vào tốc độ xe chạy và biện pháp điều khiển xe cần áp dụng khi xử lý các tình huống và đ−ợc tính theo hai tr−ờng hợp sau:
a. Xác định tầm nhìn một chiều.
Xe cần hãm để kịp dừng trước chướng ngại vật, chiều dài tầm nhìn được xác định theo sơ đồ sau:
Chướng ngại vật theo sơ đổ tầm nhìn một chiều này là một vật cố định nằm trên làn xe đang chạy: chướng ngại vật, đống đất trượt, hố sụt.... Xe đang chạy với vận tốc V phải kịp thời dừng lại an toàn tr−ớc ch−ớng ngại vật với tầm nhìn S1 bao gồm một
đoạn phản ứng tâm lý l1, một đoạn hãm xe Sh và một đoạn dự trữ an toàn l0. Công thức xác định tầm nhìn:
S1= l1 + Sh + l0 = 0
2
) ( 254
* 6
,
3 l
i V K
V +
+ ± ϕ
Trong đó:
+ l1: đoạn phản ứng tâm lý l1 = 6 , 3
V m
+ V: vận tốc xe chạy tính toán, V = 80 km/h.
+ K: hệ số sử dụng phanh K = 1,2.
+ l0: cự li an toàn =5 ữ10 m ( Ta lấy lo = 10 m ) + i: độ dốc dọc trên đường ( i = 5% )
+ ϕ: hệ số bám dọc, tr−ờng hợp mặt đ−ờng bằng phẳng ϕ = 0,5.
- Khi (i = 0) : ⇒S1 =
5 , 0
* 254
80
* 2 , 1 6 , 3
80 2
+ +10 = 93 m
- Khi lên dốc i lấy dấu d−ơng (i = 0,05) : ⇒ S1 =
) 05 , 0 5 , 0 (
* 254
80
* 2 , 1 6
, 3
80 2
+ + +10 = 87 m
S1 Sh
lp− l0
1 1
Sơ đồ 1
- Khi xuèng dèc i lÊy dÊu (-) ⇒ S1 =
) 05 , 0 5 , 0 (
* 254
80
* 2 , 1 6
, 3
80 2
+ − + 10 = 99 m
Theo qui phạm TCVN 4054 - 05 quy định chiều dài tầm nhìn trước chướng ngại vật cố định (tầm nhìn một chiều) với vận tốc thiết kế V = 80 km/h là 100 m . Kết hợp tính toán với qui trình ta chọn S1= 100 m để thiết kế.
b. Xác định tầm nhìn hai chiều
Tầm nhìn hai chiều được xác định trong trường hợp có hai xe chạy ngược chiều trên cùng một làn xe. Hai xe cần hãm kịp thời để không đâm vào nhau. Chiều dài tầm nhìn hai chiều đ−ợc xác định theo sơ đồ sau:
Công thức xác định tầm nhìn hai chiều:
S2 = l1 + l2+ Sh1 + Sh2+ l0 + l1: đoạn phản ứng tâm lý của xe 1: l1 =
6 , 3
V m
+ l2: đoạn phản ứng tâm lý của xe 2: l2 = 6 , 3
V m
+ Sh1: đoạn hãm xe của xe thứ 1 (giả sử là xe lên dốc ): Sh1=
) ( 254
* 2 i V K
ϕ+ + Sh2: đoạn hãm xe của xe thứ 1 (giả sử là xe xuống dốc ): Sh2=
) ( 254
* 2 i V K
ϕ−
Các thông số tính toán nh− sơ đồ tầm nhìn một chiều, ta có công thức tính toán:
S2 = 2 2 0
2
) (
127
*
* 8
,
1 l
i V K
V +
+ − ϕ
ϕ S2
Sh1 l0 lp−
1 1
Sơ đồ 2
lp− Sh2
2 2
- Khi i = 0 ⇒ S2 = 2
2
5 , 0
* 127
5 , 0
* 80
* 2 , 1 8 , 1
80+ + 10 =115 (m)
- Khi i =0.06 ⇒ S2 =
) 05 , 0 5 , 0 (
* 127
5 , 0
* 80
* 2 , 1 8 , 1
80
2 2
2
+ − + 10 =116 (m)
Theo TCVN 4054- 05 qui định: chiều dài tầm nhìn thấy xe ng−ợc chiều (tầm nhìn 2 chiều) của đ−ờng có cấp kỹ thuật 80 km/h là 200 m. Kết hợp giữa qui phạm và tính toán ta chọn S2 = 200 m để thiết kế.
c. Xác định tầm nhìn v−ợt xe
Xét theo sơ đồ 4, xe 1 chạy nhanh bám theo xe 2 chạy chậm với khoảng cách an toàn Sh1 - Sh2, khi quan sát thấy làn xe trái chiều không có xe, xe 1 lợi dụng làn trái để v−ợt xe. Ta xét tr−ờng hợp nguy hiểm nhất là xe 3 cũng chạy với vận tốc nhanh nh− xe 1.
Thời gian phản ứng có thể quan niệm bằng không vì xe 1 luôn quan sát đợi thời cơ v−ợt xe : VËy ta cã :
S3 = 1 1 2 0 ) ( 5 , 63
)
( l
i V V
V +
± +
ϕ
TÝnh cho V1 = V2 = 80 Km/h * Khi i= 0 : S3 =
5 , 0
* 5 , 63
) 80 80 ( 80 +
= 413 (m)
• Khi xe lên dốc : S3 =
) 05 , 0 5 , 0 ( 5 , 63
) 80 80 ( 80
+
+ = 376 (m)
• Khi xe xuèng dèc : S3 =
) 05 , 0 5 , 0 ( 5 , 63
) 80 80 ( 80
−
+ = 458 (m) Sơ đồ 4
3 3
Theo TCVN 4054-2005, chiều dài tầm nhìn v−ợt xe S3= 550m. Vậy kiến nghị chọn S3 = 550 m. Kết hợp giữa qui phạm và tính toán ta chọn S3= 550 m để thiết kÕ.
VII - Xác định bán kính đường cong đứng tối thiểu để
đảm bảo tầm nhìn ban đêm
R = α
S
* 30 1
Trong đó:
S1: tầm nhìn một chiều trên mặt đ−ờng, S1 = 100 m α: góc chiếu sáng của pha đèn ôtô, α = 20
⇒ R = 1500
2 100
*
30 = m
* Xác định trị số bán kính tối thiểu của đường cong đứng :
Trên trắc dọc tại những vị trí thay đổi độ dốc người ta phải bố trí đường cong lồi hoặc lõm để xe chạy êm thuận và an toàn. Với vận tốc thiết kế 80 km/h đường cấp III ta phải bố trí đường cong đứng ở những chỗ W > 2%.
+ Bán kính đường cong đứng lồi nhỏ nhất
- Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn 1 chiều:
R =
d
* 2
S21
Trong đó:
S1: tÇm nh×n mét chiÒu, S1 = 100 m
d: chiều cao tầm mắt của ng−ời lái xe, d =1,2 m ⇒ R = 4167
2 , 1
* 2
1002
= m
- Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn hai chiều:
R =
d
* 8
S22
Trong đó:
S2 là tầm nhìn hai chiều, S2 = 200 m
d =1,2 m
Thay vào ta có:
R = 4167
2 , 1
* 8
2002 = m
Kết hợp với TCVN 4054 - 05 qui định bán kính tối thiểu trên đường cong đứng lồi với vận tốc tính toán 80 km/h là 4500 m, ta chọn bán kính tối thiểu R = 4500 m
để thiết kế đường cong đứng lồi.
+ Bán kính tối thiểu trên đường cong đứng lõm - Theo điều kiện đảm bảo tính êm thuận:
R = 985
6,5 0 8 6,5
V2 = 2 = m
Trong đó:
V là vận tốc chạy xe (km/h)
- Theo điều kiện đảm bảo tầm nhìn ban đêm:
R =
) sin
* S (h
* 2
S
1 d
21
α +
Trong đó:
S1: tÇm nh×n mét chiÒu, S1 = 100 m
hd: chiều cao của tầm pha đèn trên mặt đường, hd=1 m α: góc chiếu sáng của đèn pha, α =20
Thay vào ta có
R = 1114
180 )
* sin2
* 100 1 (
* 2
1002
∏ =
+ m
Theo TCVN 4054 - 05 qui định bán kính tối thiểu trên đường cong đứng lõm ứng với tốc độ tính toán 80 km/h là 2000 m. Kết hợp giữa tính toán với qui phạm ta chọn bán kính tối thiểu của đường cong đứng lõm là 2000 m để thiết kế.
Trong thiết kế trắc dọc, việc thiết kế lựa chon bán kính đường cong đứng là nhằm tạo điều kiện cho xe chạy về phương diện động lực cũng như về phương diện quang học, cơ học. Một yêu cầu nữa là đường cong đứng phải bám sát địa hình, càng bám sát
địa hình thì khối l−ợng thi công càng nhỏ, công trình càng ổn định lâu dài hơn. Trong các tr−ờng hợp không tránh đ−ợc mới phải dùng các giới hạn tính toán ở trên.
viii- Siêu cao và bố trí siêu cao a. Độ dốc siêu cao
- Nghiên cứu sự chuyển động của ô tô ta thấy khi ô tô chạy trên đường cong bằng
ô tô có xu thế bị trượt hoặc lật đổ về phía lưng đường cong do ảnh hưởng của lực li tâm. Trên các đường cong có bán kính nhỏ sự ảnh hưởng này càng lớn. Để đảm bảo an toàn và tiện lợi cho xe chạy thì ở các đ−ờng cong bán kính nhỏ ng−ời ta th−ờng xây dựng làn đường có độ dốc ngang nghiêng về phía bụng đường cong gọi là siêu cao. Độ dốc siêu cao có tác dụng giảm bớt lực ngang và tác động tâm lý có lợi cho người lái xe, làm cho người lái tự tin có thể cho xe chạy với tốc độ như ở ngoài đường thẳng khi ch−a vào đ−ờng cong.
- Tuy nhiên độ dốc siêu cao phải nằm trong giới hạn cho phép. Độ dốc siêu cao phải đảm bảo là không bị trượt khi mặt đường bị trơn. Theo qui phạm thiết kế đường ô tô Việt Nam qui định trị số độ dốc siêu cao phụ thuộc và tốc độ thiết kế và bán kính
đ−ờng cong nằm.
Độ dốc siêu cao cần thiết để xe chạy với tốc độ trên đường cong có bán kính R
đ−ợc xác định theo công thức:
isc = V2
127R - à Trong đó:
R: bán kính đ−ờng cong tối thiểu (có bố trí siêu cao) à : hệ số l−c ngang = 0,15
V: vËn tèc thiÕt kÕ = 80 km/h
Theo TCVN 4054 - 05 qui định độ dốc siêu cao phụ thuộc vào bán kính đường cong nằm và tốc độ thiết kế.
b. Đoạn nối siêu cao
Khi xe chạy từ mặt cắt ngang hai mái sang mặt cắt ngang một mái (trên đoạn cong tròn có bố trí siêu cao) để đảm bảo cho xe chạy êm thuận không bị lắc ngang, cần thiết phải có một đoạn nối siêu cao đủ dài để chuyển từ mặt cắt ngang đường hai mái sang đ−ờng một mái. Chiều dài đoạn nối siêu cao tối thiểu đ−ợc tính theo công thức:
Lnsc = sc
p
i .i B+∆
Trong đó:
+ip: độ dốc nâng siêu cao, theo quy trình với đường cấp 80 tính bằng in=0,5%.
+B: chiều rộng phần đ−ờng xe chạy B = 7 m +∆: là độ mở rộng phần xe chạy
Tra bảng 14 trong quy trình TCVN 4054 - 05 lấy ∆ = 0,6m và tính trong tr−ờng hợp độ dốc siêu cao lớn nhất isc = 6%, ta đ−ợc:
Lnsc = sc
n
i i
B = *0.06 005
. 0
6 . 0 7+
=91.2 (m)
Tuỳ thuộc bán kính đ−ờng cong và isc của từng đ−ờng cong mà có đoạn nối siêu cao t−ơng ứng.
Trước khi vào đoạn nối siêu cao cần một đoạn 10 m để vuốt cho lề đường có cùng
độ dốc với mặt đường ip. Sau đó tiến hành bố trí siêu cao theo một trong ba phương pháp sau:
Phương pháp 1: Quay quanh tim đường để nâng phần đường phía lưng đường cong để cho có cùng độ dốc phần xe chạy, sau đó tiếp tục quay trả phần xe chạy và lề gia cố quanh tim đường cho tới khi đạt độ dốc siêu cao.
Ph−ơng pháp 2: Quay phần đ−ờng phía l−ng đ−ờng cong quanh tim đ−ờng cho tới khi cả mặt cắt ngang có độ dốc ngang của phần xe chạy, sau đó quay quanh mép phần xe chạy phía bụng cả mặt cắt ngang cho tới khi đạt độ dốc siêu cao.
Ph−ơng pháp 3: Thực hiện quay quanh một trục ảo, cách mép phần xe chạy bên ngoài một cự ly là 7 m (áp dụng khi phần xe chạy > 7m).
Thực hiện nối siêu cao trên tuyến đ−ợc sử dụng ph−ơng pháp 1. Khi có đ−ờng cong chuyển tiếp, đoạn nối siêu cao bố trí trùng với đ−ờng cong chuyển tiếp. Khi không có đ−ờng cong chuyển tiếp thì đoạn nối siêu cao bố trí một nửa nằm ngoài
đ−ờng thẳng và một nửa nằm trong đ−ờng cong tròn.
iX - TÝnh ®−êng cong chuyÓn tiÕp
Khi xe chạy từ đường thẳng vào đường cong, bán kính cong thay đổi đột ngột từ + ∞ về R, đồng thời lực ly tâm tác dụng vào xe tăng dần từ 0 đến G.V2
gR . Các tác động này gây cảm giac khó chịu cho lái xe là hành khách, mất an toàn cho hàng hoá. Điều này đòi hỏi phải bố trí một đường cong chuyển tiếp giữa đường thẳng và đường cong tròn. Đ−ờng cong chuyển tiếp sẽ có tác dụng làm cho tuyến có dạng hài hoà hơn, tầm nhìn đ−ợc đảm bảo hơn và mức độ tiện nghi an toàn đều tăng rõ rệt.
Đ−ờng cong chuyển tiếp bố trí trùng hợp với đoạn nối siêu cao và đoạn nối mở rộng phần xe chạy (nếu có).
θ
Sơ Đồ Bố Trí Chuyển Tiếp
θ α
β β
- Tính toán và cắm đ−ờng cong chuyển tiếp:
Các yếu tố đ−ờng cong:
T = R*tg 2 α + t
b = R (sec 2 α -1)
K =180
π *(R-p)*(α−2β)+2L
P = R- cosβ
y R− 0
β = R
* π
L
* 90
t = x0 - (R-y0)*tgβ x0= L- 2
3
R
* 40
L
y0 = R
* 6
L2
Trong đó:
t: là chiều dài từ N đến T của đường cong
p: độ dịch chuyển của đường cong L: Chiều dài đ−ờng cong chuyển tiếp - Tính chiều dài đ−ờng cong chuyển tiếp:
Chiều dài đoạn đ−ờng cong chuyển tiếp Lcht không nhỏ hơn các đoạn nối siêu cao và đoạn nối mở rộng (đồng thời Lcht ≥ 15 m) và đ−ợc tính theo công thức:
Lcht =
R
* 23,5
V3
Trong đó:
V: tốc độ thiết kế V=80 km/h
R: bán kính đ−ờng cong cần làm chuyển tiếp
Tuỳ theo bán kính của từng đ−ờng cong ta sẽ tính và bố trí đ−ợc các đoạn đ−ờng cong chuyÓn tiÕp cÇn thiÕt kÕ.