2. Плавность и бесшумность дороги

Можно ехать по дороге ночью, ничего не видя вокруг, и тогда эстетичность ее будет восприниматься по плавности и бесшумности движения. Шум, производимый автомобилем, не может, да и не должен быть полностью исключен. В таком случае утерялось бы ощущение дороги и это привело бы к недопустимому бездействию рефлексов не только у пешеходов, но и у самого водителя. Такая досадная потеря слуха иногда ощущается на высоких перевалах, где, как говорят водители, уши закладывает. Но и в равнинной местности при движении по идеально ровной дороге мы с неприятным удивлением замечаем, что утеряв общий шумовой фон, остро воспринимаем ранее скрадывавшиеся, а теперь раздражающие посторонние звуки: покашливание пассажиров, поскрипывание кузова, сидений и т.п.

Колебания автомобиля и шум тесно связаны, хотя механические колебания и звук трения шин о покрытие могут и не достигать порога слышимости; трение и низкочастотные механические колебания, нарушающие комфортабельность, в основном воспринимаются вестибулярным аппаратом. Чтобы точнее разобраться в поставленном вопросе, полезно более детально рассмотреть трение шин, а также боковые, вертикальные и шумовые колебания автомобиля.

Звук, возникающий при трении шин о поверхность дороги, зависит от скорости движения и от сцепления между шинами и покрытием. Шум под колесами возникает вследствие выдавливания воздуха из неровностей покрытия автомобильными шинами. Шероховатость покрытия повышает шум по сравнению с гладкими покрытиями из литого асфальта (рис. 4). Но старые сработанные шины автомобилей выдавливают воздух сильнее, чем покрышки с новым протектором. Шум меняется по высоте звука при разгоне и торможении автомобилей.

4

В сухую погоду на относительно ровном покрытии шум снижается на 2 - 3 дБ по сравнению с шумом на грубо шероховатом покрытии. В дождливую же погоду шум повышается на гладком покрытии примерно на 5 - 8 дБ.

Французскими инженерами в 1974 г. проводились измерения уровня звукового давления, создаваемого шинами автомобиля (табл. 1). Измерения выполняли при скорости автомобиля 80 - 120 км/ч, двигающегося по инерции с полностью отключенным двигателем, на расстоянии 7 м от автомобиля.

Таблица 1. Уровень звукового давления, создаваемого шинами автомобилей

Промежутки между шиной и выступами камня служат для дренажа избыточной дождевой воды, а при отсутствии дождя обеспечивают примыкание шины к камню, чем достигается сухое трение между резиной и камнем. Если же поверхностная обработка выполнена с избытком битума и дренаж отсутствует, то трение сильно уменьшается. В этом случае по пленке влаги может наступить скольжение, аквапланирование (см. гл. 4).

Чтобы увеличить трение по влажному покрытию, в поверхностную обработку рекомендуется добавлять измельченную резину. Следует при этом помнить, что большинство автомобильных покрышек подвергается при трении разрывам.

Шум от трения колес по покрытию передается в закрытый полностью автомобиль через пол автомобиля, его сиденья и боковые опоры для рук. Помимо трения шин о покрытие, шумы автомобиля, поступающие извне, вызываются ударами рессор, качкой автомобиля при переезде с одного уклона на противоположный, наклонами на поворотах, а также воздействиями воздуха при торможении или ускорении. Все эти шумы в своей совокупности носят весьма сложный ударный характер. Человеческим телом эти удары воспринимаются по - разному в зависимости от направления по отношению к контактам костного скелета с мягкими частями.

Боковые удары воспринимаются человеком более болезненно, чем вертикальные.

Инфразвук при частоте ударов ниже 20 Гц ухом не воспринимается, и человек его не слышит, не может сразу реагировать. Но тем он и опаснее. На воздействие более частых шумовых ударов человек реагирует мгновенно, и поэтому связи между мягкими частями тела и скелетом не успевают рваться. Это установлено рентгеновской киносъемкой.

Качка и крены автомобиля на неровностях дороги передаются через подвеску обычно в диапазоне от 0,1 до 10 Гц и поэтому не воспринимаются как шум, но могут вызвать головокружение и тошноту.

В зависимости от уровня звукового давления можно привести следующую шкалу шумности автомобилей, воспринимаемой человеком:

67 - 75 дБ - ощутимый шум, но терпимый;

75 - 83 дБ - малотерпимый шум;

83 - 91 дБ - нестерпимый шум;

свыше 91 дБ - опасный шум, нарушающий слух.

Для сравнения отметим, что 120 дБ - это порог болезненного восприятия, а смертельный уровень равен 180 дБ. Шум около 150 дБ характерен для реактивных самолетов, а около 100 - для мотоциклов.

С другой стороны, обычный разговор по уровню шума достигает 60 дБ, и человек воспринимает его нормально.

Влияние инфразвука еще недостаточно изучено, хотя человек и страдает от него больше всего. При опущенных боковых стеклах автомобиля действие инфразвука повышается более чем в 10 раз, хотя уровень шума в децибелах остается почти неизменным. Особенно неприятен инфразвук для пассажиров автобусов. По расчетам французских исследователей, наиболее опасен для человека инфразвук около 7 Гц.

Боковые колебания служат причиной того, что автомобиль движется непрямолинейно или не по заданной кривой. Изучая обстоятельства массового опрокидывания грузовых автомобилей на одной из зарубежных дорог, автору пришлось ставить следующий опыт. В начале 18-километровой прямой с исключительно ровной поверхностью рассыпали слой гипса. Колеса захватывали гипс и печатали свой след на черном покрытии. Грузовые автомобили шли колонной со скоростью 60 км/ч. Шедшие рядом легковые автомобили оставляли более извилистый след, но не опрокидывались. Было установлено, что легковые автомобили, также испытывавшие резонансно наращиваемые боковые колебания, выдерживали их без поломок рулевых тяг благодаря большей свободе движения рулевым колесом.

В автомобиле можно различить центр качения и центр тяжести автомобиля. Вследствие упругости шин и подвесок эти центры совпадать не могут. А если бы они совпали, водитель утратил бы обратную связь с дорогой, потерял бы ощущение движения и возможность надежного управления автомобилем.

Однако у грузовых автомобилей центр тяжести значительно выше центра качения, что при возрастании резонансных колебаний послужило причиной опрокидывания автомобилей.

Отметим также результаты наблюдений, проводившихся автором в 1952 - 1953 гг. на такырах Каракума. Здесь въезд и выезд с такыра отметили сигнальными флажками. В промежутке между ними на протяжении до 10 км была почти идеально ровная поверхность, не имевшая ни одного выступа, превышавшего 3 мм. Вырвавшись из вязких песков, водители стремились развить здесь максимальную скорость по прямой. Но это не удавалось, все следы автомобилей, впечатанные в такыр, оказывались извилистыми.

Легкими поворотами рулевого колеса каждый водитель достигал наибольшей устойчивости движения.

Сложные формулы наибольшей устойчивости движения оказалось возможным заменить формулой так называемой рулевой кривой, в которой учитывались все возможные воздействия на движение автомобиля на большой скорости. Рулевая кривая наиболее точно описывается уравнением клотоиды

где L - расстояние от начала кривой до любой ее точки; R - радиус кривизны в той же точке; А - параметр, характеризующий кривую и подбираемый по условиям ее вписывания в местность.

Можно считать установленным, что клотоидная трасса наиболее соответствует устойчивому плавному движению автомобиля и его боковые колебания при этом оказываются минимальными.

Незначительные повороты рулевого колеса при движении по кривой переменного радиуса сбивают собственные колебания автомобиля, проявляющиеся на прямых и ровных покрытиях. Мы считаем совершенно недопустимым вводить в трассу прямые, по которым автомобиль вынужден двигаться в течение 0,25 - 1,0 мин. Даже в течение такого короткого времени могут развиться ритмичные боковые колебания, резонансно вызывающие ритм подвижности пассажиров и водителя.

Для сравнения жесткой прямой трассы с гибкой клотоидной приведены рис. 5 и 6. На первом из них показана одна из старых дорог Франции, обсаженная деревьями. Тени от деревьев создают на покрытии дороги опасный зрительный "зебра" - эффект. На втором рисунке приведена дорога современного типа. Здесь трасса приближается к удобной для движения рулевой кривой. Она хорошо вписана в ландшафт и может обслуживать наибольшее количество населенных пунктов.

5

6

Борьба взглядов за и против длинных прямых трасс восходит к глубокой древности. Природе прямые линии не свойственны. В той или иной степени ландшафт подчинен размывам, и это справедливо не только для современной поверхности Земли, но и для погребенных контактов между коренными породами.

Дары природы и в первую очередь вода определяли во все времена места расселения людей. Дороги, обслуживающие потребности населения, поселки, сельское хозяйство и промышленность, всегда вытягивались по кривым линиям.

Дороги, построенные по криволинейным трассам, легко вписывались в ландшафт и прокладывались по ровнопрочным грунтам. Не только горные, но и большинство равнинных дорог проложены по речным террасам, по оставленным водой суходолам, где песчаные и гравийные грунты обеспечивают хорошую устойчивость во время дождей.

Криволинейные дороги экономически и технически всегда оказываются более рациональными.

Но кем и для чего строились "прямые как стрела" дороги? Слово стрела в данном случае помогает понять и причину их появления.

На 20 тыс. км протянулись по Европе прямые дороги Римской империи. Их остатки обнаруживают иногда при глубокой распашке полей. Эти дороги заброшены, так как в народном хозяйстве они себя не оправдали. Наполеон начал строить прямолинейные дороги в Европе. И в том и другом случае на первое место выдвигалась нужда военной стратегии.

Трасса "по стреле" еще и в наши дни имеет своих приверженцев, считающих ее наиболее короткой. Но достаточно взглянуть на рис. 7, где пунктиром показан полигональный ход, и можно убедиться, что длина криволинейной трассы определяется искусством ее приложения. Она может быть лишь немного длиннее или даже короче трассы, сложенной из прямых участков, но во всех случаях благодаря лучшему вписыванию в рельеф местности ее виртуальная длина оказывается короче.

7

Плавность движения автомобиля по кривой переменного радиуса может нарушаться в точках перехода из левого поворота в правый на таких стесненных внешними препятствиями участках, где параметр кривой приходится уменьшать. Чтобы этого не происходило, переход от одного радиуса составной кривой к другому должен быть мягким, по возможности не превышающим следующих пропорций:

Наименьший радиус составной кривой, м. . . . .       100  100 - 500  500 - 1000  1000
Коэффициент увеличения радиуса соседней кривой. . .  1,3     1,5        1,7        2,0

Параметры клотоид желательно подбирать в соответствии с расчетной скоростью движения не менее следующих величин:

Расчетная скорость, км/ч  160  140  120  100   80   60
Параметр А, не менее ...  600  500  400  300  200  100

Эти цифры заимствованы из учебной литературы и не нуждаются в особых комментариях. Отметим лишь, что наиболее часто они нарушаются на подходах к мостам и тоннелям, а также при оконтуривании горных отрогов, если трасса не выносится на эстакады.

В мелкохолмистом рельефе при трассировании малыми радиусами и короткими кривыми попеременные виражи справа и слева создают боковую качку автомобиля. Чтобы избежать резонансные колебания, необходимо не допускать ритмичной повторяемости левых и правых поворотов и менять радиусы хотя бы в отношении 1:1,3.

Наибольшие нарушения плавности движения возникают на пространственной трассе при беспорядочном сопряжении горизонтальных кривых с уклонами. Это приводит к рывкам в скорости движения, а при соблюдении равномерной скорости - к рывкам вбок или к перегрузкам рессор на переломах продольного профиля. Чтобы обеспечить плавность движения при переходах трассы из одних условий рельефа поверхности в другие была предложена формула, связывающая воедино радиусы закругления, продольные уклоны и расчетные скорости движения:

где R_min - радиус закругления, м; v - расчетная скорость, км/ч; i - продольный уклон, не менее 2,5%.

Таблица 2. Взаимосвязь скорости движения, радиусов закругления и уклонов

Примечание. Соседние (по вертикали и горизонтали в таблице) величины радиусов отвечают плавному изменению движения по трассе.

По этой формуле составлена табл. 2. Пользуясь ею, следует помнить, что кривые радиусом 5000 м и более даже самый чуткий механизм рулевого управления не улавливает. Радиусы, величины которых обведены в таблице рамкой, позволяют наиболее гармонично вписать трассу в ландшафт. Пустое поле в таблице справа соответствует радиусам меньше рекомендуемых минимальных. При необходимости их применения приходится на дороге устанавливать знаки ограничения скорости.

Боковым рывкам и колебаниям движущегося автомобиля способствует ветер.

Внезапно налетевший боковой или косой ветер тем опаснее, чем быстрее движется автомобиль, поскольку с увеличением скорости автомобиля трение его колес о покрытие уменьшается:

Скорость движения, км/ч   160   140   120   100    80    60 
Коэффициент трения . . . 0,17  0,18  0,20  0,24  0,32  0,42

Ветер на пересечении боковых ущелий или при выходе из густой лесной просеки может сдвинуть автомобиль из полосы его движения или даже опрокинуть его. Поэтому полезно устанавливать флюгера, предупреждающие водителя о силе и направлении бокового ветра.

Вертикальные колебания по характеру их восприятия автомобилем и водителем можно разделить на единичные и ритмично повторяющиеся. Последние неприятны своим возможным нарастанием благодаря резонансу.

Удобным пособием для проектировщика, контролирующего плавность и относительную бесшумность движения автомобиля, служит диаграмма колебаний в пределах от 0,1 до 10 000 Гц. Для удобства пользования диаграмма разделена на четыре частотных поля (рис. 8). По верхней и нижней граням диаграммы показана частота колебаний в секунду в логарифмическом масштабе, в верхней части дана характеристика колебаний, нарушающих комфорт движения по дороге. Величина σ/λ - степень выпуклости колебательной волны, определяемая отношением вертикальной амплитуды а к длине волны λ, показанной на диаграмме в метрах. На нижней части каждого частотного поля даны кривые зависимости длины волны, скорости движения и частоты колебаний.

8

Первое поле диаграммы (см. рис. 8) в диапазоне частот 0,1 - 2 Гц соответствует движению автомобиля по волнистой поверхности, обычно отражаемой в продольном профиле трассы. Наблюдения на разных дорогах с использованием различных автомобилей показали, что если толчок повторяется реже чем один раз в 10 с (0,1 Гц), то последствия его затухают до следующего толчка. Можно принять, что в этом случае резонанс в автомобиле не развивается и ритмичная повторяемость при частоте до 0,1 Гц не влияет на комфортабельность движения. Поэтому диаграмма колебаний начинается с этой частоты.

Чем больше скорость движения, тем больше частота колебаний, вызываемая переломами профиля при одном и том же расстоянии между ними. Эта зависимость отражена на диаграмме кривыми, построенными для волн длиной 200, 120, 80, 40, 20 м.

Пользуясь логарифмическим масштабом, можно экстраполяцией или интерполяцией получить частоту волны для любой скорости и любой длины волны вплоть до 400 м.

Напомним, как воспринимаются человеком колебания в диапазоне частот первого поля. Это во многом зависит от их амплитуды по высоте. Если колебания выражены плоской волной с отношением σ/λ меньше 0,0125, многие люди воспринимают их как легкое и даже приятное покачивание. Частота колебаний от 1 до 2 Гц соответствует привычным для пешехода толчкам и поэтому безвредна при малой их амплитуде. Вестибулярный аппарат не бьет тревогу, так как привык к подъемам примерно на 3,5 см при длине шага 70 см, если человек идет пружинящей походкой. В автомобиле толчки смягчаются работой шин, рессор и амортизаторов. Поэтому для автомобиля допустимо отношение σ/λ, в пределах до 0,05. Если переломные точки продольного профиля располагаются на расстоянии 100 м одна от другой, то можно допустить преодоление высоты в 5 м, и на этом участке плавность движения заметно не нарушится при условии, однако, что водитель и пассажир предвидят амплитуду своего движения и готовы к ней соответствующим напряжением мускулатуры тела. Но для пассажира, сидящего не рядом с водителем, а в кузове, толчок может оказаться неожиданным. Поэтому для повышения комфортабельности отношение σ/λ, желательно снизить до 0,025.

Чем больше скорость движения и короче шаг проектирования, тем внимательнее надо следить, чтобы волны в продольном профиле не оказались ритмично повторяющимися. Особенно неприятен мелковолновой повторяющийся ритм, приводящий у многих автомобилей к дрожанию кузова с частотой 1 - 2,5 Гц. Такой ритм наблюдается, в частности, на пересечениях грунтовой дорогой пологих конусов выноса. Качка с частотой колебаний в диапазоне от 0,3 до 1,4 Гц, если амплитуда этих колебаний превышает 0,05 длины волны, иногда плохо переносится пассажирами, что также надо иметь в виду при проектировании комфортабельных дорог.

Аритмичные крупные волны на наклонах поверхности, наоборот, следует использовать. Определенная последовательность спусков и подъемов (они способствуют использованию инерции) позволяет вести автомобиль без торможения и тем самым уменьшать расход топлива. Это замечание относится к волнам длиной не менее 80 - 100 м. Однако надо самым решительным образом предупредить какую - либо искусственность в проектировании инерционных волн. В природном рельефе всегда обнаруживаются возможности проложить трассу инерционными спусками и подъемами. Особенно в горном рельефе легко обнаружить природные ярусы склона, способствующие проектированию трассы более или менее ступенчато. Переходы с одного яруса на другой для плавности движения желательно трассировать по кривым.

Высота, которую автомобиль может преодолеть по инерции, зависит от скорости движения:

Входная скорость, км/ч. . .           120	 100	 80	 60
Скорость в конце подъема, км/ч         84	  70	 56	 42
Высота подъема при ровном покрытии, м  29	  20	 13	  7

При пересечении увалов вертикальными кривыми не следует стремиться к обеспечению полной равномерности движения. Замедление инерционного движения на вершине вертикальной кривой с последующим его ускорением на спуске не противоречит общей плавности движения. Инерционное движение автомобиля на выпуклой вертикальной кривой может быть моделировано подброшенным вперед камнем - нисходящая ветвь траектории движения оказывается несколько круче восходящей.

Инерционное замедление в вершине кривой полезно, поскольку именно на подъеме труднее всего рассчитывать на достаточную видимость дороги. Понятно, что асимметрия вертикальных кривых осуществима лишь при раздельном трассировании встречных путей движения.

Проектируя симметричные вертикальные выпуклые кривые, рекомендуется назначать их радиус (в м) по формуле

где ν - скорость движения автомобиля, км/ч.

Вогнутые вертикальные кривые - весьма ответственный элемент трассы. Прокладывать трассу по вогнутым кривым также весьма желательно раздельно для каждого направления движения. Это повышает безопасность движения в большей степени, чем иногда устраиваемое уширение с островками безопасности в седловине. Ведь там автомобили после разгона вынуждены тормозить.

Назначать радиус вогнутой кривой рекомендуется по формуле

При трассировании вогнутых кривых желательно выполнять следующее условие: сумма наклонов тангенсов вогнутой кривой не должна превышать установленного для данной дороги предельного уклона.

Говоря о плавности движения по крупным неровностям рельефа, отраженным в первом поле диаграммы и влево за его пределами, необходимо подчеркнуть, что предлагаемые мероприятия повышают эстетичность дороги лишь при унификации скоростей движения. В противном случае частые торможения и обгоны создают даже на отличной дороге нежелательные боковые колебания автомобилей.

Второе поле диаграммы (см. рис. 8) охватывает частоты колебаний от 2 до 16 Гц. Условно это поле можно назвать полем толчков на цементобетонном покрытии, поскольку именно на этом покрытии больше всего нарушается плавность движения. Швы на таком покрытии воспринимаются как толчки. Только в особо благоприятных климатических и грунтовых условиях, по морским побережьям удается построить достаточно ровное цементобетонное покрытие. Примером такой дороги можно назвать Брюссель - Остенде.

Но вот в соседних Нидерландах требования к ровности покрытий самые высокие. И там, несмотря на отсутствие собственной нефти, дороги строят преимущественно с асфальтобетонным покрытием.

Наиболее опасны для человека диапазоны частот от 7 до 3 Гц. Они ощущаются довольно остро при езде по цементобетонному покрытию со скоростью 80 - 100 км/ч, если швы располагаются через 4 - 8 м.

Обследования автора показали, что повторные проезды по одному и тому же месту на одном и том же автомобиле создают различные колебания от толчков. Это объясняется тем, что автомобиль вступает на неровное место в различном колебательном состоянии, и резонанс поэтому наступает не сразу. В диапазоне частот 6 - 15 Гц у многих автомобилей наблюдается пошатывание ходовой части.

В настоящее время для повышения качества дороги на цементобетонные покрытия укладывают слой асфальтобетона. Однако установлено, что на асфальтобетоне толщиной менее 15 см через некоторое время проявляются швы основания в виде трещин. Более того, в континентальном климате, если основание под цементобетоном отсыпано из мелкозернистого песка, асфальтобетонное покрытие в жаркую погоду нередко вспучивается грядками над швами вследствие выпирания кверху водяных паров из скопившейся в песке влаги.

Третье поле диаграммы (см. рис. 8) отличается тем, что длина колебательных волн, в нем заключенных, становится уже соизмеримой с окружностью автомобильного колеса.

Частота сотрясений в этом поле меняется в пределах от 16 до 200 Гц, что совпадает с началом звукового порога. Это значит, что нарушения комфортабельности, вызываемые частой повторяемостью толчков (тряской), могут сопровождаться и шумовыми помехами.

Если для второго поля наиболее характерными были швы цементобетонного покрытия, то в третьем поле обнаруживается явление "клавишности" на покрытии из сборных цементобетонных плит размером 1 - 2 м. "Клавишность" цементобетона под грузовыми автомобилями наблюдается иногда и в пределах второго поля, однако в третьем поле она становится почти обязательной и распространяется даже на легковое движение. Критерием появления "клавишности" служит отношение массы автомобиля к массам плит. "Клавишность" наблюдается уже при равенстве этих масс. Начинаясь с вертикальной амплитуды в долях миллиметра, она при непрочном основании переходит постепенно в раскачку плит с обламыванием краев и выплесками материала основания.

Основная часть третьего поля характерна тряской, вызываемой мелкой ритмичностью - дорожной гребенкой. Иногда она временно возникает на асфальтобетонных покрытиях, если дозировка битума не приведена в соответствие с температурой укладки смеси. Устойчивой и трудно преодолимой оказывается гребенка на гравийных дорогах. Диапазон длин волн гребенки обычно 30 - 90 см.

Обследованием, проводившимся в южных странах, установлено следующее: гребенка появляется сразу после весеннего высыхания покрытия; длина волны гребенки не зависит ни от размеров колес, ни от нагрузки на покрытие; длина волны уменьшается с уменьшением фракций материала, примененного в покрытии; на подъемах нередко возникает не поперечная, а диагональная гребенка. Срезка гребенок автогрейдером, присыпка нового слоя песка или гравия и его разравнивание улучшают покрытие ненадолго, иногда только на несколько дней.

В диапазоне частот 16 - 70 Гц в двигателях многих марок автомобилей развиваются резонансные сотрясения, характерные для малых скоростей движения 40 - 50 км/ч. Это, конечно, вредно. Амортизаторы и рессоры на этой частоте как бы застывают в одном положении и удары колес о гребни покрытия воспринимаются человеком, его головой. Ощущения, испытываемые при этом, трудно описать. Кажется, что разваливается все: и автомобиль по всем узлам, и человек по всем суставам. Чтобы избавиться от таких нестерпимых ощущений, водители обычно набирают скорость. И, действительно, на скорости 80 - 90 км/ч тряска уменьшается и, как показывают диаграммы третьего поля, частота колебаний из зоны 16 - 40 переходит в зону 40 - 140 Гц. При этом тряска тела человека ослабевает, а боли в голове усиливаются. Но главная опасность еще не в этом.

На больших скоростях шины не успевают обжаться острыми гребнями покрытия и проскакивают над поперечными канавками. Поверхность контакта шины и покрытия дороги сокращается, шина скользит и подпрыгивает. Движение становится крайне неустойчивым. Даже порыв ветра может отбросить автомобиль в сторону, а то и опрокинуть его. При торможении автомобиль заносит, как на гололедице. Движение становится аварийным.

Гребенка тем опаснее, чем больше ее вертикальная амплитуда. Уже при отношении σ/λ = 0,05 движение становится неустойчивым, а при σ/λ = 0,2 опасным.

Предотвратить образование дорожной гребенки можно подбором зернистых материалов, применяемых в покрытии, и виброуплотнением этой смеси или же обработкой вяжущим материалом зернистой смеси.

Начало четвертого поля аналогично воздействию мостовых на колеса автомобилей. В оценке мостовых с точки зрения комфортабельности все зависит от амплитуды неровностей. Если клинкерные мостовые Нидерландов признаются одними из лучших в мире покрытиями по ровности, то булыжные мостовые можно приравнять почти к дорожной гребенке. Амплитуда неровностей может на них достигать 0,2 расстояния между швами. Движение по такой мостовой шумно и неустойчиво.

Промежуточное положение между клинкерной и булыжной мостовыми занимает брусчатка. Ее теперь, как правило, изготовляют из литого шлака и укладывают на прочное основание из тощего цементобетона.

Четвертое поле диаграммы (см. рис. 8), расположенное в пределах частот от 200 до 10 000 Гц, характеризуется вибрацией автомобиля. Комфортабельность движения повышается с ростом частоты колебаний (слева направо в этом поле диаграммы) и падает с ростом амплитуды неровностей, так как покрытие становится все более и более шумным. Шум свидетельствует о непроизводительной затрате работы двигателя на вибрацию в пределах звуковых частот. На диаграмме показана связь между размером шероховатости покрытия и возникающим под колесами шумом, нарастающим вследствие резонанса под ходовой частью автомобиля.

Четвертое поле охватывает все виды шероховатых покрытий от гигантского щебня размером 12 см до мелкощебенистой поверхности черных покрытий с размером выступов 4 мм. Вибрация же автомобиля на литом песчаном асфальте практически не ощущается.

Все виды шероховатости, отраженные в четвертом поле, назначаются исходя из размеров опорной площадки колеса. Гигантский щебень рекомендуется для движения грузовых автомобилей на дорогах с подъемами, превышающими 30 - 40%. Для легковых автомобилей среднего класса типа "Жигули" желательно устраивать шероховатость покрытия способом повышенной щебенистости с крупностью щебня 4 мм.

Относительная бесшумность дорог - важнейшее условие их комфортабельности. Шум выше допустимого уровня вреден для водителей, для пассажиров и для жителей придорожной полосы. Он совершенно недопустим около зданий специального назначения, таких, как больницы, некоторые испытательные лаборатории, проектные институты.

Таблица 3. Требования к защите населенных пунктов от шума

По современным авторским данным, к дорогам, прокладываемым через населенные пункты, могут быть предъявлены требования шумозащиты, приведенные в табл. 3.

"К шуму привыкают". Но это обманчиво. Шум действует даже на спящего человека. Глубокий сон переходит в поверхностный, и это не способствует полноценному отдыху. Исследования показывают, что после непрерывного воздействия шума (85 - 120 дБ) наступает изменение в кардиограмме человека. У водителей, часто работающих с неисправным двигателем без глушителя, постоянный шум снижает точность движений, способствует авариям. В литературе встречаются указания на то, что длительный шум уменьшает активность сетчатки глаза, при уровне звукового давления 70 дБ водителю трудно сосредоточиться, его жизненный тонус снижается, постепенно ослабевает здоровье.

Ухо способно улавливать чрезвычайно слабое звуковое давление, при котором барабанная перепонка смещается всего на стомиллионную долю миллиметра (на размер атома водорода). Понятно, что, если давление звуковой волны повышается до порога ощутимости кожей, человек испытывает боль в ушах. Установлено (см. рис. 8), что увеличение частоты звуковых колебаний несколько уменьшает их вредность, достигая минимума примерно при 4 000 Гц, но потом она снова повышается.

На дороге водитель меньше страдает от всей разновидности шумов собственного автомобиля, чем от шумов, создаваемых сзади и сбоку посторонними автомобилями. Всякое отражающее препятствие, как, например, стена придорожного здания, усиливает шумовую обстановку. Крайне неприятен резонанс жесткого цементобетонного покрытия. Особо нестерпима езда по такому покрытию в тоннеле.

О различии в уровнях шума, производимых легковыми и средними грузовыми автомобилями, можно судить по рис. 9. Шум от колонны встречных автомобилей воспринимается как серия быстрых, иногда даже болезненных ударов. Шумы обгоняемых и обгоняющих автомобилей воспринимаются мягче. В некотором отдалении от дороги шумы отдельных автомобилей сливаются в общий гул.

9

Проектируя дорогу, необходимо учитывать ее шумовое воздействие на людей. Широкая мировая пресса переполнена жалобами на автомобильный шум. Шум стал социальной проблемой, ему посвящаются международные совещания. В городах большинства стран запрещены автомобильные гудки, но пока еще повсеместно не запрещено движение грузовых автомобилей с неисправным двигателем. Надо помнить, однако, что уровень звукового давления от гудков достигает примерно 90 дБ с перерывами, а от неисправного двигателя может превышать 100 дБ, притом непрерывно.

Противошумовые барьеры работают на двух принципах: поглощения шума пористым материалом (например, обрезками резиновых шин) и отражения шумовых волн, для чего особенно пригодны рифленые поверхности.

Забота о здоровье водителей, пассажиров и живущих вблизи дороги людей диктует следующие рекомендации:

в тоннелях надо предотвращать вредное отражение звука сводом. Если оно длится до 1,5 с, создается впечатление, будто люди попали в трубу духового инструмента. Однако подвесные звукопоглотители мешают наблюдать за поведением тоннельной обделки. Лучшие результаты дает вермикулитовая штукатурка обделки. Не исключена возможность применения в стенах и других изоляционных обшивок, например древесно-волокнистых плит. Во всех случаях следует отказаться от двустороннего движения автомобилей в тоннелях;

в выемках, прокладываемых вдоль жилых массивов, надо правильно рассчитать глубину и наклон откоса. Чем круче откос, экранирующий шум, тем шум вреднее для едущих по дороге, а чем он положе, тем больше шум от движения беспокоит жителей в домах;

на мостах и эстакадах борьбе с шумом помогают звукопоглощающие опорные части, вермикулитовая или подобная ей штукатурка опор.

В любых условиях, включая и перечисленные, комфортабельность дорог может быть существенным образом повышена следующими мероприятиями:

раздельным трассированием встречных путей движения на тем большем расстоянии один от другого, чем больше расчетная скорость движения и соответственно выше частота колебаний. В первом приближении это расстояние L (в м) рекомендуется принимать по формуле

где v - расчетная скорость движения км/ч; К_а - коэффициент, принимаемый: 0,5 для восьмицилиндровых двигателей легковых автомобилей, 1,0 - для четырехцилиндровых, 1,2 - для мотоциклов, 2,0 - для автобусов и грузовых автомобилей средней грузоподъемности, 3,0 - для автомобилей большой грузоподъемности; К_р - коэффициент рельефа, принимаемый равным 1,0 в открытой местности и снижаемый до 0,3 в зависимости от наличия звукопоглощателей (например, густой вечнозеленой растительности) или создания искусственных противозвуковых преград; i - уклон дороги, %, причем за минимум принимается 1%;

размещением разгонных полос на уклоне, а тормозных на подъеме;

расположением дорог от зданий на расстоянии L по вышеприведенной формуле и обязательным устройством противошумовых барьеров между зданиями и дорогой в стесненных условиях, причем длина барьеров должна превышать протяжение стесненного участка;

расположением дороги с наветренной стороны (если направление ветра постоянно) от особо шумных цехов заводов, например испытательных цехов авиационных двигателей, и в таком от них отдалении, где уровень звукового давления падает ниже 60 дБ;

отказом от жестких покрытий типа цементобетонных, вводом в нежесткие покрытия звукоизолирующих материалов (например, асбестовой крошки), назначением размеров шероховатости по нижнему пределу размера щебня для автомобилей расчетного типа.

Вполне понятно, что служба эксплуатации дорог не должна оставаться пассивной в борьбе с шумом на дорогах. Она обязана не допускать разрушений и образования неровностей на покрытиях, закрывать доступ на дороги автомобилям с неисправными кузовами и двигателями.

Приведенные рекомендации позволят избежать многих ошибок, которыми пока еще насыщены даже признаваемые отличными дороги мира. Значит ли это, что плавность и бесшумность движения на всех участках дороги сделают ее вполне привлекательной? Конечно, нет.

Трассируя дорогу, инженер не изобретает новых сочетаний пространственных кривых. Их естественный ритм заложен в самой природе нашей планеты, и его надо найти. Мучительно бывает проехать по неудачно протрассированной и уже построенной дороге. Вот здесь надо было бы отклониться чуть левее и лучше раскрыть вид на начинающийся подъем, а там метров на двадцать подойти ближе к водопаду с его прохладой и бодрящим шумом. Тут выемка слишком глубоко заложена и темна, ведь этот спуск можно было дать в соседнем массиве светлого известняка. Почему не использован всего полутораметровый подъем на прибрежную гряду, с которой открывается море и хорошо слышен прибой волны? А здесь всего на 15 м следовало углубиться в лес, и тогда рыбачий поселок на противоположном берегу озера предстал бы в обеспечивающей перспективу рамке высоких сосен.

Ритмы нарастания напряжений и их ослабления пришли в музыку, песни и танцы от окружающей природы, и отчетливо (для того, кто хочет видеть) выражены в ее ландшафтах. Претворенные в проекте, а затем и в строительстве дороги, они воспринимаются как произведение искусства, причем весьма рациональное, облегчающее наилучшее использование инерции движущегося автомобиля и, следовательно, наименьший износ тормозов и шин, наименьший расход топлива. Поездка по такой дороге доставляет большое удовольствие.