Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang1

CHƯƠNG 1
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƯỜNG Ô TÔ

§1. VAI TRÒ CỦA ĐƯỜNG Ô TÔ TRONG GIAO THÔNG VẬN TẢI
VÀ TRONG HỆ THỐNG KHAI THÁC VẬN TẢI Ô TÔ.
1. Vai trò của đường ô tô trong giao thông vận tải:
Vận tải trên đường ô tô là một bộ phận quan trọng của mạng lưới giao thông
vận tải nói chung của mỗi nước bao gồm giao thông đường sắt, đường thủy (sông
và biển), đường bộ và đường hàng không. Vận tải trên đường ô tô có những đặc
điểm sau:
- Có tính cơ động cao, điề
u động xe cộ nhanh chóng.
- Có thể vận chuyển trực tiếp từ chỗ lấy hàng đến nơi quy định, không cần
phải có phương tiện vận chuyển và bốc dỡ trung gian, tiện lợi trong vận chuyển
ngắn.
- Thích ứng với địa hình vùng núi khó khăn, ít phụ thuộc hướng cố định do
đó với một mạng lưới giao thông thích hợp có thể đáp ứng nhu cầu vận tải đến
những vùng xa xôi hẻo lánh.
- Tốc độ vận tải trên đường ô tô cũng khá nhanh, nhanh hơn đường thủy và
tương đương với đường sắt.
- Có thể sử dụng hỗn hợp cho nhiều loại phương tiện vận tải, kể cả vận tải
thô sơ.
Chính vì những đặc điểm có ý nghĩa trên nên đường ô tô là một bộ phận
không thể thiếu trong mạng lưới giao thông vận tải c
ủa mỗi nước.
Mặc dù có ý nghĩa quan trọng như vậy, song việc vận tải trên đường ô tô vẫn
có những nhược điểm:
- Do tải trọng chở được ít, lại tốn nhiên liệu nên giá thành vận chuyển ô tô
cao hơn so với đường sắt và đường thủy, nhất là khi cự ly vận chuyển lớn.

pháp kỹ thuât cho phù hơp.
- Mối quan hệ : “ Môi trường xung quanh – người lái xe”
Môi trường xung quanh ở đây bao gồm cả bản thân con đường có ảnh hưởng
trực tiếp đến tâm – sinh lý người lái xe. Trên cơ sở đó người thiết kế tạo ra môi
trường thích hợp để người lái xe làm việc được tốt.
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang3

- Mối quan hệ : “ Đường ôtô – ôtô”
Mối quan hệ này xét đến ảnh hưởng của đường ôtô vơí chất lượng khai thác
sử dụng đường trong công việc vận tải ôtô như tiêu hao nhiên liệu, tốc độ, năng
suất của ôtô.
§2. TUYẾN ĐƯỜNG VÀ CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA TUYẾN
ĐƯỜNG
Đường ô tô bao gồm các đoạn đường thẳng, đường cong phẳng và đường
cong không gian; trong đó có các công trình, các trang thiết bị dùng cho xe chạ
y và
để phục vụ giao thông trên đường.
Để thể hiện một con đường trên bản vẽ, thường dùng 3 hình chiếu:
- Hình chiếu bằng (bình đồ tuyến đường).
- Hình chiếu đứng (mặt cắt dọc – trắc dọc tuyến đường).
- Hình chiếu cạnh (mặt cắt ngang – trắc ngang tuyến đường).
1. Bình đồ:
Bình đồ là hình chiếu bằng của tuyến đường, địa hình, địa vật.

Hình 1.1 Bình đồ tuyến đường
Trong bình đồ, tuyến đường được thể hiện bằng một nét mảnh hay thể hiện
chi tiết ( bề rộng mặt đường, nền đường, chân mái dốc taluy, rãnh đỉnh, rãnh biên)
là tuỳ thuộc vào giai đoạn thiết kế. Còn địa hình được thể hiện bằng các đường
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang4


+ Chiều dài các đoạn thẳng.
+ Các yếu tố của đường cong như: góc ngoặt α, bán kính đường cong R,
chiều dài tiếp tuyến T, chiều dài cung tròn K và chiều dài phân cự P.
Tất cả các yếu tố trên được đánh dấu trên thực địa bằng các cọc đánh dấu lý
trình (cọc Km, cọc 100m ký hiệu là cọc H
n
n=1…9 ở mỗi Km), và các cọc đặt ở
những chỗ địa hình thay đổi (cọc địa hình ký hiệu là cọc C
n
, n=1…1000 được
đóng tại chỗ tuyến cắt qua các đường phân thủy, đường tụ thủy, những điểm đổi
dốc của mặt đất, độ dốc ngang của sườn thay đổi và tại những vị trí cọc chi tiết quy
định).
2. Mặt cắt dọc:
Mặt cắt thẳng đứng dọc theo tuyến đường đem “duỗi thẳng” được gọi là trắc
dọc.
Hình 1.4 Trắc dọc tuyến đường
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang6

Để thể hiện rõ sự mấp mô của tuyến đường, người ta quy định rõ tỉ lệ theo
phương đứng gấp 10 lần tỉ lệ theo phương ngang (Hình 1.4): ví dụ trong thiết kế cơ
sở, tỉ lệ theo phương đứng 1/1.000, tỉ lệ theo phương ngang 1/10.000; trong thiết
kế kỹ thuật, tỉ lệ theo phương đứng 1/100, tỉ lệ theo phương ngang 1/1.000. Cự ly
giữa các cọc ghi trong mặt cắt dọc là cự
ly của hình chiếu của các cọc đó trong mặt
phẳng bằng.
Trong bản vẽ mặt cắt dọc phải thể hiện:
- Đường đen là đường thể hiện cao độ mặt đất tự nhiên tại tim đường.
- Đường đỏ là đường thể hiện cao độ thiết kế ở mép nền đường ( đối với
đường thiết kế mới) và ở tim đường hay mép mặt đường (

3. Mặt cắt ngang:
Là mặt cắt thẳng đứng vuông góc với tim đường tại vị trí các cọc trên tuyến.
Khoảng cách giữa các điểm trên trắc ngang ghi trong mặt cắt ngang là khoảng
cách giữa hình chiếu của các điểm đó trong mặt phẳng bằng.
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang7

Mặt cắt ngang được vẽ với tỷ lệ đứng bằng tỷ lệ ngang. Thường là tỷ lệ 1/200. Hình 1.5 Trắc ngang đường
Trong trắc ngang thể hiện:
+ Cao độ đường đen.
+ Cao độ đường đỏ.
+ Bề rộng nền đường Bn.
+ Bề rộng mặt đường (phần xe chạy) B.
+ Bề rộng lề đường B
lề
.
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang8

+ Độ dốc ta luy 1:m.
+ Các kích thước rãnh thoát nước dọc.
+ Diện tích đào, diện tích đắp.
+ Bán kính đường cong, độ dốc siêu cao, độ mở rộng mặt đường trong đường
cong (nếu có).
Thiết kế đường chính là quyết định các yếu tố đường trên bình đồ, trắc dọc và
trắc ngang sao cho chúng đáp ứng được yêu cầu chạy xe an toàn, tiện lợi, kinh tế.
§3. CÁC ĐẶC TRƯNG VẬN TẢI CỦA ĐƯỜNG VÀ PHÂN CẤP HẠ
NG
KỸ THUẬT ĐƯỜNG Ô TÔ.

1.3. Tốc độ xe chạy:
Trên đường ô tô có nhiều loại xe chạy khác nhau nên tốc độ xe chạy cũng
khác nhau. Để tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của đường ô tô trong trường
hợp điề
u kiện địa hình khó khăn người ta quy định tốc độ tính toán (V
tt
) cho các
cấp kỹ thuật của đường ô tô.
Trên một tuyến đường có thể có nhiều giá trị tốc độ tính toán khác nhau tuỳ
thuộc vào lưu lượng xe chạy trên các đoạn đường đó. Nhưng phải đảm bảo tốc độ
tính toán của các đoạn đường liền kề nhau không được chênh lệch quá 20Km/h, và
đảm bảo chiều dài đoạn tuyến là 10Km đối với đoạn đường từ c
ấp III trở lên và
5Km đối với đoạn đường từ cấp IV trở xuống.
1.4. Lưu lượng xe chạy:
Lưu lượng xe thiết kế là số xe con được quy đổi từ các loại xe khác, thông
qua một mặt cắt ngang trên đường theo cả hai chiều trong một đơn vị thời gian,
tính cho năm tương lai (có thứ nguyên là xcqđ/ngàyđêm hoặc xcqđ /giờ).
Đặc điểm: lưu lượng xe chạy trên đường thay
đổi theo giờ, theo tháng và theo
năm.
Đây là một đặc trưng vận tải quan trọng và có tính chất quyết định nhất đối
với việc xác định các tiêu chuẩn kỹ thuật của đường.
Hệ số quy đổi từ xe các loại về xe con lấy theo bảng 1.1. Bảng 1.1

Xe đạp Xe máy Xe con
Xe tải 2
trục và xe
buýt dưới
25 chỗ

= N
1
(1+p)
t-1
(1-1)
Trong đó:
N
t
: lưu lượng xe chạy trung bình ngày đêm của năm khai thác thứ t.
(xcqđ/ng.đ)
N
1
: lưu lượng xe chạy trung bình ngày đêm của năm đầu khai thác đường ô
tô. (xcqđ/ng.đ)
p: mức tăng xe hằng năm.
Giá trị t được chọn tuỳ thuộc vào hạng mục công trình:
+ t = 20 năm đối với đường cấp I, II.
+ t = 15 năm đối với đường cấp III, IV.
+ t = 10 năm đối với đường cấp V, VI và các đường thiết kế nâng cấp, cải tạo.
+ t = 25 năm đối với đường thiế
t kế áo đường có tầng mặt là bê tông xi măng.
+ t = 15 năm đối với đường thiết kế áo đường có tầng mặt cấp cao A
1
( bê
tông nhựa (BTN) rải nóng).
+ t = 4÷10 năm đối với đường thiết kế áo đường có tầng mặt cấp cao A
2
( đá
dăm trộn nhựa, BTN rải nguội, rải ấm trên có láng nhựa; thấm nhập nhựa; láng
nhựa).

Theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN4054-05, phân cấp kỹ thuật là bộ khung các
quy cách kỹ thuật của đường nhằm đạt tới:
- Yêu cầu về giao thông đúng với chức năng của con đường trong mạng lưới
giao thông.
- Yêu cầu về lưu lượng xe thiết kế cần thông qua (Chỉ tiêu này được mở rộng
vì có những trường hợp, đường có chức nă
ng quan trọng nhưng lượng xe không
nhiều hoặc tạm thời không nhiều xe).
- Căn cứ vào địa hình, mỗi cấp hạng lại có các yêu cầu riêng về các tiêu chuẩn
để có mức đầu tư hợp lý và mang lại hiệu quả tốt về kinh tế.
Việc phân cấp kỹ thuật dựa trên chức năng và lưu lượng thiết kế của con
đường trong mạng lưới đường và được quy định theo bả
ng 1.2.
Bảng 1.2
Cấp đường
Lưu lượng
xe thiết kế
(xcqđ/nđ)
Chức năng của đường
Cao tốc
>
25.000
Đường trục chính, thiết kế theo TCVN 5729: 97.
Cấp I
>
15.000
Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế,
chính trị, văn hoá lớn của đất nước.
Quốc lộ
Cấp II > 6.000

khác là 10 km.
+ Tốc độ thiết kế.
- 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, ).
- Tố
c độ thiết kế các cấp hạng đường theo điều kiện địa hình, xem trong bảng
1.3. Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang13Bảng 1.3
Cấp hạng I II III
IV
V VI
Địa hình
ĐB
&Đ
ĐB
&Đ
ĐB
&Đ
N
Núi
ĐB
&Đ



Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang14

CHƯƠNG 2
SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TRÊN ĐƯỜNG

§1. CÁC LỰC TÁC DỤNG VÀO Ô TÔ KHI XE CHẠY.
Khi xe chạy trên đường, ngoài lực kéo ô tô còn chịu tác dụng của các loại lực
cản khác nhau bao gồm: lực cản lăn, lực cản không khí, lực cản quán tính và lực
cản do dốc (Hình 2.1).
Pω
Pj
Pf
Pk
α
Pi

Hình 2.1 Các lực tác dụng trên ô tô khi xe chạy
P
k
– lực kéo; P
f
– lực cản lăn; P

Loại mặt đường Hệ số f
0
Loại mặt đường Hệ số f
0

+ Bê tông xi măng
và bê tông nhựa
+ Đá dăm đen
+ Đá dăm

0,01 – 0,02

0,02 – 0,025
0,03 – 0,05
+ Lát đá
+ Đất khô và bằng phẳng
+ Đất ẩm và không
bằng phẳng
+ Đất cát rời rạc
0 ,04 – 0,05
0,04 – 0,05
0,07 – 0,15

0,15 – 0,30
Khi tốc độ xe chạy 60Km/h < V < 150Km/h thì hệ số lực cản lăn f
v
được xác
định theo công thức thực nghiệm sau:
f
v

22
=== FKFc
ρ
(2-3)
trong đó:
K = c.ρ – hệ số lực cản không khí phụ thuộc vào loại xe
c: hệ số không thứ nguyên phụ thuộc vào hình dạng và độ trơn bề mặt thân
xe.
ρ: mật độ không khí ở độ cao mưc nước biển ρ=0,125(Ns
2
/m
4
)
F – diện tích cản trở (diện tích mặt cắt ngang lớn nhất của ô tô).
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang16

F = 0,8.B.H (m
2
): đối với xe con hiện đại.
F = 0,9.B.H (m
2
): đối với xe tải và xe buýt.
(B và H là chiều rộng và chiều cao của ô tô).
v,V: – vận tốc xe chạy, có thứ nguyên m/s, km/h.
Giá trị sơ bộ của K và F của các loại xe được lấy theo bảng 2.2 sau:
Loại xe F (m
2
) K (Ns
2
/m

cản trở sự chuyển động của ô tô. 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.
Do đó ta có:
dt
dv
g
G

dt
dv
m.δ.P
j
δ
==
(2-5)
trong đó:
m – khối lượng của ô tô; G – trọng lượng của ô tô (daN), g – gia tốc trọng
trường; v – tốc độ xe chạy, t – thời gian; δ - hệ số xét đến lực cản quán tính của các
bộ phận quay.
δ = 1,04 + n.i
k
2

n = 0,03 – 0,05 đối với xe con
n = 0,05 – 0,07 đối với xe tải
i
k
– tỷ số truyền động của hộp số.
Dấu “+P
j

=⇒=
π
ω
n(vòng/phút)
Nhờ bộ phận ly hợp mômen quay của động cơ truyền qua hộp số có các tỷ
số truyền động (i
k
) và nhờ trục truyền động mômen quay của động cơ được
truyền đến bộ phận truyền động cơ bản ở trục xe với tỷ số truyền động (i
0
) và
cuối cùng mômen quay của động cơ được truyền đến bánh xe chủ động. Do
phải truyền qua nhiều bộ phận nên M
đc
bị tổn thất và được thể hiện qua hệ số
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang18

hiệu suất truyền động ξ
k
. Như vậy : mômen quay của bánh xe chủ động còn lại
là M
k
và mômen quay của bánh xe chủ động sinh ra lực kéo P
k
.
k
k
kodc
k
k

ξ
k
: hiệu suất truyền động, với xe tải và xe buýt 0.80 – 0.85, với xe con
0.85 –0.90
r : bán kính của bánh xe chủ động.
r
k
= r.λ
λ: hệ số biến dạng của lốp xe, với áp lực bánh xe thấp 0.93-0.935, cao
0.945-0.95 được áp dụng cho các xe tải.

Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang19

§2. PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ VÀ BIỂU ĐỒ
NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC.
Để ô tô có thể chuyển động được trên đường thì động cơ của ô tô phải sản
sinh ra một sức kéo không nhỏ hơn tổng các lực cản trên đường, do vậy phương
trình chuyển động của ô tô là:
P
k
= P
f
± P
i
+ P
w
± P

ột loại ô tô được gọi là biểu đồ nhân tố động lực của loại ô tô đó (Hình
2.4).

Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang20

Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang21
Hình 2.4 Biểu đồ nhân tố động lực của một số ô tô

dt
dv
g
δ
if
= D +±

dt
dv
g
δ
+ = D
ψ
(2-8)
Trong đó ψ= (f± i): lực cản đơn vị của đường ô tô
Dấu “+” ứng với trường hợp xe lên dốc.

càng lớn thì T càng lớn. Nhưng sức bám giữa lốp xe với mặt đường
là một nhân tố khách quan nên không phải sức bám cứ tăng mãi được mà chỉ tăng
đến một trị số nhất định là T
max
, tức là sức bám lớn nhất. Nếu P
k
> T
max
thì tại điểm
A bánh xe sẽ quay tại chỗ và trượt theo quán tính. Do vậy sức bám giữa lốp xe với
mặt đường là một điều kiện quan trọng để xe có thể chuyển động được và để đảm
bảo an toàn chạy xe.
Thực nghiệm cho thấy sức bám lớn nhất T
max
tỉ lệ thuận với trọng lượng trục
xe chủ động G
k
.
T
max
= ϕ
d
G
k
kG (2-10)
trong đó: ϕ
d
- hệ số bám (hệ số ma sát) giữa lốp xe với mặt đường, phụ thuộc
chủ yếu vào tình trạng và độ nhám của mặt đường.
Bàigiảng Thiết kế đường ô tô F1       Trang23

Am ướt, Có bùn 0,2 – 0,3

Yêu cầu về hệ số bám dọc cho các đoạn đường: Bảng 2-4
Điều kiện
chuyển động
Đặc trưng của các đoạn đường
Trị số ϕ
d
tối thiểu Thuận tiện
Đoạn đường thẳng, đường vòng
có bán kính > 1000m, độ dốc
dọc nhỏ hơn 3%, lề đường có
gia cố, không giao cắt cùng
mức với đường ô tô khác và lưu
lượng xe chạy nhỏ 0,45

Khó khăn
Đoạn đường vòng có bán kính
(250 – 1000)m, độ dốc dọc nhỏ
hơn (3 – 6)%, đường có lưu
lượng xe chạy trung bình

0,50 – 0,45
Đoạn đường không bảo đảm

.
G
PP
w
w
k
= D −≤
−
ϕ
m (2-11)
m: hệ số phân bố tải trọng lên bánh xe chủ động.
m = 0,50 – 0,55 đối với xe con
m = 1 khi tất cả các bánh xe đều là bánh chủ động.
Do đó, trong thiết kế đường, để đảm bảo ổn định và an toàn cho xe chạy thì
việc tăng hệ số bám ϕ có ý nghiã rất quan trọng.

Như vậy: Điều kiện cần và đủ để ô tô chuyển động được trên đường là:
G
P
.
w
Di)(f −≤≤±
ϕ
m (2-12)
§4. CÁC BÀI TOÁN VỀ NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC
1. Bài toán 1: Xác định độ dốc dọc lớn nhất của đường ứng với một loại
xe chuyển động đều với vận tốc V:
Khi xe chạy chuyển động đều thì D = Ψ = f
v
± i

D
max
−≤
d
m
ϕ

2. Bài toán 2: Xác định vận tốc chuyển động đều lớn nhất của loại xe trên
một đoạn đường có độ dốc dọc và loại mặt đường đã biết:
Điều kiện để xe chuyển động đều thì D = Ψ hay D cân bằng với Ψ nên vận
tốc của xe trong trường hợp này được gọi là vận tốc cân bằng.
Do Ψ = f ± i, tuy nhiên chúng ta đang tìm V. Vậy trong trường hợp này
chúng ta phải tìm V bằng cách giải gần đúng dần như sau:
Có i và loại mặt đường ( có f
0
), giả thiết V
1
tính f
v1
, ta có Ψ = f
v1
± i. Cho
D=Ψ tra biểu đồ nhân tố động lực ta tìm được V
2
. Nếu V
1
≥ V
2
thì V
cb

Hình 2.6 Sơ đồ phát sinh lực hãm xe