Cong và cớn

Trước hết phải nói rằng, vẽ và làm những đường cong bao giờ cũng khó hơn nhiều so với đường thẳng. Vì thế, không thằng nào - kể cả thâm và nhọ như Tàu - rỗi hơi, tự thiết kế và tự bò ra thi công những đường cong, nếu nó không có tác dụng.

Vả lại, trong thiết kế giao thông, nào là đường biển, đường sông, đường bộ, và đường sắt, thì tối ưu vẫn là đường thẳng và phẳng. Đường hàng không thì tuyến bay thẳng cũng là tuyến tối ưu.

Tối ưu ở đây gồm:

Về chi phí xây dựng, đường thẳng dĩ nhiên là đường ngắn nhất nối giữa hai điểm, vì thế khối lượng vật liệu, nhân công, xe máy sử dụng sẽ là ít hơn so với đường cong và dốc. 

Về thời gian lưu thông, dĩ nhiên sẽ giảm thiểu cho những người sử dụng phương tiện.

Về an toàn giao thông, phẳng và thẳng tất yếu an toàn hơn cong và dốc. Tại những vị trí này phải cấu tạo bán kính cong và độ dốc ngang phù hợp để khử lực ly tâm. Ngoài ra những vị trí này còn phải khống chế tốc độ của phương tiện để đảm bảo an toàn.

Dễ nhận ra rằng, đường cong và dốc luôn làm hao tổn năng lượng nhiều hơn so với đường thẳng. Vì cần thêm năng lượng để chi cho quãng đường dài hơn, rồi lại dành một phần khử lực ly tâm, phần khác thì bù cho cho việc lên dốc và xuống dốc.

Đấy là những chuyện “trẻ con cũng biết”. Dĩ nhiên, một ông dạy Sử ở đất Thần kinh là ông "giáo sư" Hà Văn Thịnh – cũng biết.

Thế mà ông Phó PMU của Bộ giao thông lại bảo là tuyến đường sắt nội đô Hà Nội nó “nhấp nhô” tại vị trí các ga là để “tiết kiệm năng lượng”. Có vẻ như ngược với cái chuyện hiển nhiên đến mức “trẻ con cũng biết”.

Cho nên, ông Thịnh "giáo sư" mới phải cất công “gọi điện hỏi các TS, PGS, chuyên gia về vật lý lý thuyết, cơ học ...”. Và, “ai cũng phản biện rằng, có rất nhiều bất cập đối với loại đường sắt nhấp nhô”.

Có vẻ ông Thịnh không tin tưởng những người có chuyên môn thuộc ngành giao thông đường sắt, nên ông “gọi điện hỏi các TS, PGS, chuyên gia về vật lý lý thuyết, cơ học”. Điều lạ là vừa mới đây thôi, ông Thịnh tỏ ra rất coi thường các ông có học vị “giáo sư” xứ ta, thông qua việc ông “đánh bài lờ”, khi thầy của ông, "giáo sư đầu ngành" Phan Huy Lê, vào thăm Đại học Huế. (Lý do, ông viết rằng, là bởi ông Lê “công nhận quá nhiều chức danh giáo sư” - nên ông ghét).

Những vị TS, PGS, chuyên gia (Không có chỗ cho các GS đâu nhé!) được ông Thịnh tham vấn có thể rất xuất sắc trong lĩnh vực mà họ được đào tạo (vật lý lý thuyết, cơ học...). Nhưng hiển nhiên là không thể đòi hỏi họ cũng phải giỏi trong các lĩnh vực khác - ví dụ như đánh phỏm chẳng hạn. Đùa tý thôi, tôi muốn nói về chuyên ngành Giao thông đường sắt.

Hơn nữa, ông Thịnh gọi điện hỏi về “loại đường sắt nhấp nhô”, nên họ trả lời là “có rất nhiều bất cập đối với loại đường sắt nhấp nhô” chứ ông Thịnh có biết đường mà hỏi về “loại đường sắt đô thị” quái đâu?!

Mà tuyến đường này là một tuyến đường sắt đô thị (cụ thể ở đây là tàu điện - metro) chứ không phải là đường sắt thông thường (railway). Nó không cần phải phi càng nhanh càng tốt như tàu SN2 từ Hà Nội vào Sài Gòn chỉ mất 2 ngày 3 đêm. Thêm một lưu ý nữa, metro dùng năng lượng điện chứ không dùng nhiên liệu, như ông Thịnh tưởng.

Tuyến đường sắt đô thị này có công năng tương tự như một tuyến xe buýt, nghĩa là nó phải có nhiều điểm dừng để đón và trả khách. Vì vậy, trên tuyến đường này, cứ khoảng mỗi km người ta đặt một ga và với vận tốc trung bình 35km/h thì thời gian đi giữa hai ga kế nhau là khoảng 1,7 phút.

Điều đó có nghĩa là, cứ chưa đầy 2 phút thì tàu lại phải phanh và sau đó phải khởi động lại. Phanh, thì năng lượng hao phí một cách vô ích vào việc tạo ra ma sát để tàu dừng và khởi động (depart) để thắng “sức ì” (quán tính) và lấy lại vận tốc từ 0km/h lên mức trung bình 35km/h là một việc tốn nhiều năng lượng. Đó là chưa xét đến chuyện đoàn tàu chưa kịp “tăng ga” thì đã phải “đạp phanh” rồi, nếu khoảng cách các ga quá ngắn thì lại càng lãng phí năng lượng (cứ thử đi xe máy vừa vặn ga vừa đạp phanh xem có hao xăng không).

Lý do là hệ số ma sát tĩnh khi tàu đứng yên lớn hơn nhiều so với hệ số ma sát động khi tàu nhúc nhích. Vì thế, bất kỳ ai đã từng đi tàu hỏa thì đều biết, có khi đoàn tàu khởi động, không tiến được, nó phải giật ngược một phát, rồi mới tiến lên. Đấy là một thủ thuật của bác tài nhằm tạo khe hở (tạm ngưng các liên kết về lực kéo) giữa các toa tàu. Động tác này giúp đầu máy chỉ phải kéo lần lượt từng toa, nói đúng hơn là “chinh phục” lực ma sát tĩnh đối với lần lượt từng toa, chứ "chinh phục" cùng lúc nguyên con thì sức kéo của đầu máy hơi nước (nhà vô địch trong các loại đầu máy, còn yếu nhất là tàu điện) cũng chịu hổng nổi.

Vì vậy, để giảm hao phí năng lượng khi dừng và nhất là khi đề pa (depart) cho các đoàn tàu, từ năm 1832, một ông người Anh là Richard Badnall (một kỹ sư đường sắt chứ không phải TS, PGS, chuyên gia về vật lý lý thuyết, cơ học đâu ạ) thuộc Công ty đường sắt Liverpool và Manchester đã được cấp bằng với việc “sáng chế” ra các điểm “nhấp nhô” ở các ga. Do trọng lực của chính đoàn tàu, khi tàu vào ga, độ dốc dương sẽ giúp tàu giảm tốc một phần. Khi ra khỏi ga, chỉ cần nhả phanh, đoàn tàu có thể vượt qua ma sát tĩnh nhờ độ dốc âm. (xem thêm ở đây ). 

Nhưng cũng có một điều cần xem xét. Là ở chỗ, do đây là gói EPC (thiết kế, cung cấp, xây dựng) từ đầu tới cuối đều do một tay anh bạn "hàng xóm" đảm nhiệm. Nên rất có thể các chỗ "nhấp nhô" là do anh ta vẽ vời (E - thiết kế) ra cho phù hợp với cái công suất bèo của cái đầu máy cũng do anh ta chuyển giao (P - cung cấp). Nhưng kể cả trong trường hợp điều đó là có thật, thì người sử dụng, là phe ta, mới thực là bên được "sướng" nhờ chuyện "nhấp nhô", chứ không phải họ. Ý tôi muốn nói chuyện ai hưởng lợi từ việc tiết kiệm điện ấy mà. Tôi cũng cho rằng tay "hàng xóm" và các quan tham của ta không thể không kiếm chác, đó là bản chất, nhưng kiếm ở đâu đó, chứ không phải ở chỗ mấy đoạn cong với cớn như thế này. (Tạm xem thử giá/km, thì thấy tuyến Cát Linh Hà Đông (nhà thầu TQ) rẻ hơn tuyến Bến Thành - Suối Tiên (nhà thầu Nhật) nên chưa có gì để nói).

Đối với metro, độ dốc dọc không được phép cao quá 3 phần trăm. Trên ảnh ta có cảm giác độ chênh cao khá lớn là do góc nhìn cố ý của người chụp. Lưu ý là độ dốc thực sẽ không quá lớn như cảm giác xem ảnh, vì khoảng cách từ đỉnh dốc đến chân dốc có vẻ trải dài qua 9 hàng cột, tương đương 240m mỗi bên. Vì vậy sẽ không có sự "mất an toàn" khi tàu qua dốc, thậm chí người ta cũng sẽ chẳng nhận ra độ dốc nếu ngồi trên tàu. (Khoảng cách giữa hai trụ tạm tính là tương đương với chiều dài dầm, với tuyến metro ở HN là 30m, và ở Tp. HCM là 35m)

Xem ảnh này thì biết khoảng cách giữa hai trụ là 30m

Tất nhiên nếu tuyến đường này chỉ có hai ga, điểm đầu và điểm cuối, thì việc cấu tạo các đoạn "nhấp nhô" ở giữa này là vô ích. Điều này, lại phải nhắc lại, đến trẻ con cũng biết, thưa “giáo sư”.

Và cuối cùng, vì ông "giáo sư" than thở rằng: “ hầu như chưa thấy bất kỳ nước nào thiết kế đường tàu kỳ quái như ở ta”.

Thì đây, xin hầu "giáo sư" - cong và cớn:

Mumbai

Dubai

Las Vegas

Sydney

Melbourne

Sydney

Sydney

Sydney

South Korea 

India

Tokyo

Bổ sung:

1. Tham khảo giá:

Tuyến metro Bến Thành – Suối Tiên: khoảng 2.000 tỷ VNĐ/km, (có khoảng 2.6km đi ngầm từ Bến Thành đến Ba Son, 3 ga ngầm, 11 ga nổi).

Tuyến metro Nhổn – Ga Hà Nội: 2.600 tỷ VNĐ/ km (có 4 km đi ngầm, 4 ga ngầm, 11 ga nổi).

Tuyến metro Cát Linh - Hà Đông: 1.400 tỷ VNĐ/km (11 ga nổi)

Lưu ý càng đi ngầm, càng lắm ga càng đắt.

Suất đầu tư một số tuyến metro tiêu biểu trong khu vực

Đơn vị: Triệu USD/km. Nguồn: BQL Đường sắt đô thị TP HCM

Tuyến đường	Năm hoàn thành	Suất đầu tư	Đặc điểm
Thượng Hải	1999	91	Vận tải lớn, ngầm 100%
Cao Hùng	1999	140	Vận tải lớn, ngầm 85%
Đông - Bắc Singapore	1998	150	Vận tải lớn, ngầm 100%
Tây Hong Kong	1999	220	Vận tải lớn, ngầm 38%
Manila 3	1999	50	Vận tải nhẹ, đi trên cao
Bangkok	1999	73,6	Đi trên cao
Bangkok	1999	139	Đi ngầm toàn bộ

2. Tham khảo bài của Chung Nguyen đã đăng trên báo Thanh niên, ở trên đã dẫn link nhưng bị lỗi, dưới đây chép lại từ facebook của chung-nguyen

TẠI SAO ĐƯỜNG SẮT LẠI NHẤP NHÔ?

25 Tháng 6 2015 lúc 5:23

Mỗi khi bạn đọc báo Dân Trí, và thấy báo đặt câu hỏi gì đó liên quan đến kỹ thuật, hãy chửi thề một câu rồi đọc tiếp vì đằng nào khi đọc xong bạn cũng sẽ phải chửi thôi. Nên chăng ta yêu cầu tòa soạn này tuyển phóng viên ít nhất có trình độ trung học cơ sở trở lên?

Câu hỏi đây: Tại sao đường sắt đô thị Cát Linh - Hà Đông uốn lượn mấp mô?

http://dantri.com.vn/su-kien/tai-sao-duong-sat-do-thi-cat-linh-ha-dong-uon-luon-map-mo-1089582.htm

Tôi trả lời luôn, cho nó đẹp đấy, có sao không?

Đường sắt nhấp nhô là một phát minh ra đời từ thế kỷ 19, năm 1832 Richard Badnall đã xin cấp pa tăng cho sáng chế này. Ưu điểm của nó là hiển nhiên: tiết kiệm năng lượng cho đầu tầu hỏa vì thời kỳ đó người ta vẫn còn đang dùng đầu máy hơi nước. Ngoài ra, đường sắt nhấp nhô còn có một ưu thế tuyệt vời nữa đó là tăng hiệu suất tạm thời của động cơ mà không cần một bánh đà khổng lồ để lưu trữ năng lượng, nên nó được áp dụng rộng rãi trong các tuyến đường sắt cần mô men quán tính lớn để leo dốc đồi núi, trước một đoạn lên dốc luôn là một đoạn xuống dốc để lấy đà, thiết kế chung là như vậy.

Diễn giải sáng chế đường sắt nhấp nhô của Richard Badnall

Nguyên lý thế này, khi bạn treo một quả rọi bằng một sợi dây buộc cố định tại điểm z (hình bên trái), kéo vuông góc từ đường trực giao với điểm a, và thả nó ra, nó sẽ rơi tới điểm b do trọng lực, nhưng trong quá trình rơi, nó nhận được nhiều xung lượng và sẽ chạy tới tận điểm c. Tương tự với đường sắt nhấp nhô (hình bên phải).

Tuyến đường sắt đô thị Cát Linh - Hà Đông dài 13,05 km với 12 ga, điều này đồng nghĩa với việc mỗi ga chỉ cách nhau hơn 1km, đứng ở ga này có thể nhìn thấy ga kia nếu không vướng vật cản, cho nên việc tuyến đường sắt này uốn lượn cong cong như con Rồng thời Lý là đương nhiên. Tàu rời ga lao xuống dốc tận dụng đà để tiết kiệm năng lượng, tàu tới ga lên dốc để giảm quán tính và tăng an toàn khi phanh, hay các bạn thích bất chấp hết xây thẳng tắp như cẳng Ngọc Trinh để lượng điện tiêu thụ của tàu tăng gấp đôi và tính an toàn giảm còn một nửa?

Tuyến đường sắt Cát Linh - Hà Đông có khoảng cách các ga ngắn nên không được thiết kế chạy với tốc độ quá cao mà cần tiết kiệm nhiên liệu và an toàn do được xây dựng trong thành phố và tần suất sử dụng lớn.

Ở một nước nhiệt đới nóng ẩm gió mùa như Việt Nam, đường sắt nhấp nhô còn có một ưu điểm nữa đó là hạn chế sự giãn nở của đường ray và cả dầm cầu tương tự như những tấm tôn thép lợp nhà, giúp tăng tuổi thọ công trình và an toàn trong vận hành.

Đường sắt nhấp nhô ở Đài Loan, địa hình và khí hậu của hòn đảo này có nhiều điểm tương đồng với Việt Nam.

Về mặt kỹ thuật xây dựng, các bạn nên hiểu rằng xây một đoạn đường sắt trên cao thẳng tắp thì dễ hơn, rẻ hơn, tiết kiệm vật liệu và nhân công hơn là xây nhấp nhô, nó khó từ làm cốt thép, ghép cốp pha, đổ bê tông và thi công ray sắt, nếu không phải do thiết kế như vậy, nhà thầu không rỗi hơi làm nhấp nhô cho các bạn đâu.

Ảnh đường sắt đô thị nhấp nhô hiện đại bậc nhất thế giới ở Dubai, nó thậm chí còn nhấp nhô hơn cả mái tóc bồng bềnh của Công Phượng nên đừng quá lo lắng về tính an toàn, họ phát triển đi trước nước ta cả thế kỷ đấy.

Nguồn: Lốc liếc