8.2. Дорожні покриття з точки зору безпеки дорожнього руху в темну пору доби

У темну пору дорожнє покриття та узбіччя є одними з головних об’єктів уваги водія. Дорожні знаки та інші елементи інженерно-дорожнього облаштування перебувають в полі зору протягом короткого часу, тоді як на поверхню дорожнього покриття погляд водія спрямований практично безвідривно ввесь час руху. Періодично охоплюється поглядом узбіччя, особливо при роз’їзді із зустрічним транспортним засобом.

Як будь-які реально існуючі матеріали, з точки зору світлотехнічних характеристик, дорожні покриття можна розділити на спрямовуюче-відбивальні, із спрямовуюче-розсіяним відбиттям, дифузним відбиттям, змішаним відбиттям та зворотнім відбиттям.

До спрямовуюче- відбивальних покриттів відносяться практично всі покриття, коли вони вкриті водою. В цьому випадку відбиття світла відбувається не від поверхні матеріалів дорожнього покриття, а від поверхні води, чим і зумовлюється спрямоване (дзеркальне) відбиття.

Спрямовуюче-розсіяне відбиття мають дорожні покриття (за виключенням шорстких) у вологому стані, коли частки матеріалу вкриті тонкою плівкою води.

Дифузне відбиття характерне для монолітних і збірних цементобетонних покриттів, дуже запилених дрібнозернистих асфальтобетонних покриттів у сухому стані.

Для більшості асфальтобетонних, полімербетонних та чорнощебеневих покриттів властиве змішане відбиття світла, коли розсіювання забезпечується виступами частинок кам’яних матеріалів, а дзеркальне відбиття відбувається від деяких відшліфованих частинок мінерального заповнювача та плівки органічного в’яжучого.

Особливий характер відбиття, коли світловий потік від дороги відбивається в переважній більшості назад у бік джерела світла, мають покриття з грубошорсткою поверхнею. До них відносяться грубошорсткі поверхневі обробки, деякі зразки середньозернистих асфальтобетонних та чорнощебеневих сумішів.

Видимість перешкод на дорожніх покриттях

Проведений аналіз типів покриттів на автомобільних дорогах І-ІІІ категорій на території України показує, що переважну більшість складають асфальтобетонні або чорнощебеневі покриття з поверхневою обробкою.

Для вирішення практичних завдань з підвищення безпеки дорожнього руху необхідно знати, як залежить дальність видимості перешкоди на проїзній частині доріг з асфальтобетонними і цементобетонними покриттями. Для дослідження в якості перешкод були обрані пішохід та вантаж, що впав з автомобіля. Ділянки доріг для проведення експериментальних досліджень вибиралися прямими у плані, горизонтальними у профілі. В дослідженнях брав участь пішохід 1,7м на зріст у темному одязі (р=0,1), а для імітації вантажу (предмета) використовували прямокутний щит розмірами 45x35 см, пофарбований у чорний колір (р=0,08). Дослідження проводилися у статичних та динамічних умовах на автомобілі РАФ, обладнаному головним освітленням Європейського типу.

В результаті статистичної обробки експериментальних досліджень отримано підтвердження залежності (3.20), якою встановлено зв’язок між динамічною дальністю видимості дорожньої розмітки та швидкістю руху автомобіля.

Середні дані дальності видимості пішохода і предмета на різних типах покриттів наведені у табл. 3.5.

Таблиця 3.5

Дальність видимості пішохода та предмета, м

Тип перешкоди	Асфальтобетон з поверхневою обробкою	Цементобетон
Пішохід	135	138
Предмет	165	136

Аналіз таблиці 35 показує, що дальність видимості пішохода на обох типах покриття практично однакова. Різниця складає близько 2%, що нижче припустимої для психофізіологічних вимірювань точності, яка дорівнює 5 %. Аналогічний результат було отримано для предмета, який мав висоту 1,5м, сприйнятого на цементобетонному покритті - 132м.

Для вирішення питання про вплив світлотехнічних характе­ристик дорожніх покриттів на дальність видимості пішохода по­трібно розглянути схему освітлення пішохода автомобільними фарами (рис. 3.4). Зі схеми видно, що на прямолінійній горизон­тальній ділянці нижня частина пішохода сприймається на фоні дорожнього покриття, а верхня частина - на фоні неба або димки, яка створюється в результаті розсіяння світла фар на твердих час­тинках пилу або рідких частинках води.

Рис. 3.4 Схема освітлення пішохода та предмета автомобільними фарами

Для практичного використання цікаво вирішити задачу про співвідношення частин тіла пішохода, що сприймаються водієм на фоні дорожнього покриття та на фоні димки. У світлий час межею між фонами є лінія горизонту, але у темну пору доби лінії горизонту не видно.

Очевидно, в темну пору доби межа між фонами визначиться відповідно до умови:

(3.14)

де L_П - яскравість дорожнього покриття, кд/м²:

(3.15)

I_i - сила світла фар автомобіля в заданому напрямку, кд;

_Р- коефіцієнт світлоповернення дорожнього покриття,

S_i - задана відстань, м;

L_д - яскравість димки, кд/м²

Яскравість фону (неба):

(3.16)

к- коефіцієнт, що характеризує ступінь розсіювання світла атмосфе­рою, тобто показник розсіювання атмосфери (показник ослаб­лення), м^-1.

Вирішити рівняння (3.16) однозначно неможливо, тому що в нього входить багато змінних величин І_і, S_i і К.

Для умов високої прозорості атмосфери, якщо пішохід пере­буває посередині проїзної частини, відстань до межі фонів становить близько 300м. Отже 1/3 частини тіла пішохода сприймаєть­ся на фоні покриття, а 2/3 на фоні неба, що співвідноситься, як 1:2 (зріст пішохода 1,7м).

Таким чином, на рівних горизонтальних ділянках тип покриття або його світлотехнічні характеристики на дальність ви­димості пішохода практично не впливають, тому що на фоні по­криття сприймається значно менша за площею частина людського тіла в порівнянні з тією частиною, що сприймається на фоні неба.

Як видно з табл. 3.5, на дальність видимості предмета значно впливають світлотехнічні характеристики дорожнього покриття.

З рис.3.4 видно, що на прямолінійній горизонтальній ділянці дороги об’єкт заввишки 35см при нормальній прозорості атмосфери видно на фоні дорожнього покриття. Контраст яскравостей об’єк­тів з дорожнім покриттям буде змінюватися з висотою, адже яск­равість об’єкта буде увесь час однаковою в зв’язку з тим, що усі точки його знаходяться практично на однаковій відстані від ав­томобіля, а яскравість покриття в міру віддалення від автомобіля буде зменшуватися.

Чорний колір здається світлішим ніж асфальтобетонне покриття, тобто сприймається як зворотний контраст, а на цементобетонному покритті низ його сприймається як прямий контраст, а верх - як зворотний контраст. Це призводить до того, що на цементобетонному покритті автомобільної дороги на щиті є зона переходу контрасту яскравостей через нульове значення, що погіршує умови його видимості.

Слід відзначити, що умови сприйняття предметів, що лежать у площині дорожнього покриття, і тих, що здіймаються над по­верхню дорожнього покриття, суттєво відрізняються.

Стомлюваність водія на покриттях з різними світлотехнічними характеристиками

Як було показано в попередніх главах, в темну пору доби видимість дорожніх покриттів, дорожньої розмітки та інших об’єктів на проїзній частині залежить від світлотехнічних характеристик дорожнього покриття, а видимість пішоходів на прямолінійних горизонтальних ділянках доріг не залежить від типу покриття. На видимість інших перешкод (залежно від їх висоти) тип дорожнього покриття в одних випадках впливає, а в інших не впливає.

У Московському автомобільно-дорожньому інституті проводились дослідження втрати дальності видимості на дорогах з асфальтобетонним та цементобетонним покриттям при зустрічному русі. Отримані дані показують, що на сухому цементобетонному покритті втрата видимості на 10% нижче, ніж на асфальтобетонному. На вологих покриттях порівняно з сухим інтенсивність засліплення збільшується: на асфальтобетонному покритті - на 30%, на цементобетонному - на 15 %.

Отримані дані пояснюються різницею світлотехнічних характеристик цементобетонних та асфальтобетонних покриттів. Так, якщо для цементобетонного покриття інтегральний коефіцієнт відбивання становить R=0,2 - 0,3 при коефіцієнті дзеркальності x=0,98 -1,1, то для піщаного асфальтобетону ці величини відповідно дорівнюють R = 0,06 - 0,08, X = 1,5 - 2,5.

У разі руху по цементобетонному покриттю час реакції водіїв збільшується повільніше, а отже, стомлюються вони менше, ніж у разі руху по асфальтобетонному покриттю.

Опитування водіїв показало, що 65% опитаних віддали перевагу їзді в темну пору доби цементобетонним покриттям, 20% асфальтобетонним, а 15% - суттєвої різниці не відчувають. Таким чином можна зробити висновок про доцільність влаштування світліших дорожніх покриттів на дорогах з високою інтенсивністю руху в темну пору доби, дорогах, де можлива несподівана поява різних перешкод, на інформаційно-перевантажених дорогах.

На дорогах з грубошорстким покриттям більша частина світлового потоку відбивається назад у бік джерела світла. Для гладкого покриття коефіцієнт дзеркальності більше одиниці, а для "ідеально" дифузних (що розсіюють світло рівномірно) покриттів, коефіцієнт дзеркальності дорівнює одиниці.

Для поліпшення видимості смуг проїзної частини при освітленні світлом фар бажано влаштовувати покриття з шорсткою поверхнею. Коефіцієнт дзеркальності таких покриттів повинен становити 0,7-0,9. Шорсткі покриття особливо добре видно в дощову погоду, тому що окремі виступи часток щебеню відбивають світловий потік назад до джерела світла і, крім того, завдяки зменшенню дзеркального відбиття, знижується осліплення водіїв зустрічних автомобілів.

На дорогах зі стаціонарним освітленням бажано використовувати дрібношорсткі покриття з структурою поверхні, подібною до цементобетону. Коефіцієнт дзеркальності покриттів повинен бути в межах 1,0-1,1. За більшого коефіцієнта дзеркальності, через підвищену гладкість покриттів, важко забезпечити зчеплення автомобільних шин з покриттям.

При освітленні дороги світлом фар видимість елементів навколишнього середовища, напрямку дороги і перешкод забезпечуєть­ся в результаті відбиття світлового потоку назад в напрямку до джерела світла.

Чим кращі відбивні характеристики покриття, тим краща видимість окремих елементів проїзної частини і всієї дороги в цілому, але дещо менша відстань видимості пішоходів та інших перешкод, якщо вони розрізняються водієм на тлі дорожнього покриття.

Найкраща видимість поверхні дороги забезпечується при влаштуванні світлих шорстких дорожніх покриттів, а максимальна відстань видимості предметів на проїзній частині - при влаштуванні темних, гладких покриттів типу піщаного асфальтобетону.

Для зменшення ймовірності наїзду автомобілів у темну пору на пішоходів, велосипедистів та інші перешкоди доцільно обмежувати застосування світлих покриттів на тих ділянках неосвітлених доріг, де перешкоди розрізняються водієм на тлі дорожнього покриття. Це насамперед стосується вертикальних увігнутих кривих невеликого радіуса.

У разі влаштування темного шорсткого дорожнього покриття на неосвітлених дорогах в окремих випадках збільшується відстань видимості перешкод, але погіршується видимість напрямку дороги і меж смуг руху, що особливо важливо під час руху в дощову погоду або засліпленні водія фарами зустрічних автомобілів. Тому на таких ділянках улаштовують крайові укріплювальні смуги білого кольору і наносять розмітку на межі смуг руху.

На неосвітлюваних дорогах І та II категорій рекомендується улаштовувати світлі, шорсткі дорожні покриття для виділення небезпечних зон: пішохідних переходів, автобусних зупинок, велосипедних доріжок, розділових смуг, додаткових смуг на затяжних підйомах, смуг для стоянки автомобілів, залізничних переїздів, малих мостів, проїздів під шляхопроводами, в'їздів в автодорожні тунелі, перехідно-швидкісних смуг на транспортних вузлах і для відділення головної дороги від другорядних на складних перехрестях та примиканнях.

На горизонтальних кривих двосмугових доріг радіусом менше 1000 м світліший відтінок варто надавати смугам з зовнішнього боку кривих, на трисмугових дорогах - центральній смузі, на чотирисмугових дорогах із розділювальною смугою - внутрішнім смугам, тобто на тих ділянках, де найбільш вірогідно засліплення водія.

На дорогах III категорії доцільно влаштовувати світліші дорожні покриття на пішохідних переходах, мостах, проїздах під шляхопроводами і в'їздах в тунелі.

Виділення автобусних зупинок, перехідно-швидкісних і зупинкових смуг на цих дорогах можна здійснювати шляхом влаштування напрямних крайових укріплювальних смуг білого кольору і розмітки проїзної частини.

На дорогах IV категорії контрастне розрізнення небезпечних ділянок доріг у темну пору забезпечують зміцненням узбіч світлими кам’яними матеріалами (вапняком, шлаком), розміткою проїзної частини і влаштуванням поверхневої обробки з необробленого щебеню світлих порід на пішохідних переходах і автобусних зупинках.

Крайові укріплювальні смуги, що влаштовуються впродовж доріг І та II категорій і на небезпечних ділянках доріг III категорії, повинні контрастно відрізнятися за кольором від основного покриття та узбіч, поліпшуючи оптичне орієнтування водіїв у денний час та темну пору доби.

Для забезпечення видимості в темну пору коефіцієнт відбиття укріплювальних смуг, що влаштовують на дорогах з цементобетонним покриттям, повинен бути не менше 0,5, з асфальтобетонним покриттям - 0,3, а при наявності на проїзній частині поверхневої обробки - 0,4 при х=0,85-0,9.

На неосвітлюваних ділянках доріг І та II категорій з цемен-тобетонним покриттям пішохідні переходи рекомендується влаш­товувати з білих бетонних плит. Мінімальний коефіцієнт відбит­тя білих смуг повинен складати R = 0,5 при x = 0,85-0,9.

На дорогах І категорії для підвищення безпеки руху в темну пору бажано влаштовувати світліше покриття на всій площі автобусної зупинки, включаючи і перехідно-швидкісні смуги. На дорогах II категорії зону зупинки транспорту, межі острівця безпеки та перехідно-швидкісних смуг можна виділяти світлими крайовими смугами. На дорогах III категорії контури автобусних зупинок можна виділяти світлими крайовими укріплювальними смугами.

На дорогах І та II категорій з цементобетонним покриттям влаштування світліших покриттів на автобусних зупинках доцільно виконувати шляхом застосування білих бетонних плит з коефіцієнтом відбиття не нижче 0,4.

Світлі дорожні покриття на залізничних переїздах влаштовують на найбільш небезпечній ділянці - у зоні перетинання дороги з рейками. З цією метою на переїздах І та II категорій застосовують настили з бетонних або залізобетонних збірних плит білого кольору (коефіцієнт відбиття не менше 0,4). На переїздах II та IV категорій для настилів застосовують асфальтобетонні покриття світлого відтінку з укладанням біля рейок балок з дерева або бетону. Значення коефіцієнта відбиття покриття повинно бути не менше 0,3.

Для скорочення часу адаптації очей водія на ділянці в’їзду в неосвітлені тунелі необхідно влаштовувати світліші дорожні покриття. В тунелях з двохсмуговою проїзною частиною світліші дорожні покриття влаштовують хоч би на правій смузі з боку в'їз­ду в неосвітлений тунель, як мінімум, на відстань 50м. В тунелях з трисмуговою проїзною частиною на ту ж відстань влаштовують світлішими дві крайні смуги, на чотирисмугових дорогах без поділу руху - по дві праві смуги з боку в’їзду в тунель.

Усередині тунелів і під шляхопроводами завдовжки від 15 до 50м доцільно влаштовувати світліше покриття на всій проїзній частині, залишаючи темними лінії на межах смуг (біля крайок). Значення коефіцієнта відбиття покриттів у тунелях і під шляхопроводами повинно бути не менше 0,4 для доріг І та II категорій і не менше 0,3 для доріг III та IV категорій при x = 0,85-0,9.

Дорожнє покриття мостів і шляхопроводів, розташованих на вігнутих вертикальних кривих малого радіуса, варто влаштовувати світлішим на відстань не більше 50м від границь згаданих споруд. На двосмугових дорогах варто влаштовувати світлішими дві смуги руху в межах моста, на трисмугових - дві зовнішні смуги, на чотирисмугових з розділовою смутою - дві внутрішні смуги.

На мостах і шляхопроводах, розташованих на вертикальних опуклих кривих радіусом менше 10000м або горизонтальних кривих радіусом менше 1000м, влаштовують світліші покриття як безпосередньо на самому мосту, так і на підходах до нього, на відстань не менше 100м у кожний бік від споруди. У цих випадках перешкоди розрізняються на тлі неба або елементів навколишнього оточення, і тому не відбувається зниження відстані видимості в темну пору.

Влаштування світліших дорожніх покриттів на освітлених ділянках доріг

Забезпечення високого рівня яскравості дорожнього покриття при стаціонарному освітленні можна досягти шляхом збільшення потужності джерел світла, відповідним вибором типу світильників і їхнього розташування (зміною відстані між опорами, висоти підвісу) або збільшенням відбивної спроможності дорожніх покриттів. Застосовуючи той або інший спосіб, можна досягти однакової ефективності. Однак у цьому випадку повинні бути враховані економічні витрати.

Незважаючи на існуючі рекомендації, до цього часу вибір економічного типу покриття здійснюється без обліку витрат на освітлення, хоча капітальні й експлуатаційні витрати на освітлення значно змінюються для різних дорожніх покриттів. З сучасних покриттів найекономічнішими, з врахуванням витрат на освітлення, є гладкі асфальтобетонні покриття. У цьому випадку висока яскравість забезпечується завдяки дзеркальному відбиттю світла.

Застосування таких покриттів дозволило створити світильники з широким світлорозподілом, що випромінюють максимальну кількість світла під малими кутами до поверхні дороги для забезпечення дзеркального відбиття. Це дозволило збільшити відстань між опорами і, таким чином, знизити капітальні й експлуатаційні витрати.

В останні десятиріччя - у зв'язку із зростанням інтенсивності і підвищенням швидкостей руху на дорогах, більш широке використання одержали дорожні покриття з шорсткою поверхнею. Застосування шорстких покриттів обмежило можливість ефективного використання світильників широкого світлорозподілу через зменшення дзеркального відбиття такими покриттями і привело до зниження яскравості проїзної частини. Компенсувати це зниження яскравості можна шляхом збільшення освітленості проїзної частини або влаштуванням світліших дорожніх покриттів.

У кожному конкретному випадку, в залежності від наявних матеріалів та їхньої вартості, можна вибрати найбільш економічний спосіб забезпечення нормованого значення середньої яскравості проїзної частини.

На освітлених дорогах І - III категорій, в першу чергу, світліші дорожні покриття застосовують для виділення небезпечних зон. При односторонньому розміщенні освітлювальних опор світлі дорожні покриття доцільно влаштовувати на двосмугових дорогах -принаймні на протилежній слабоосвітленій смузі руху, на трисмугових - принаймні на двох зовнішніх смугах. При розміщенні освітлювальних опор з двох боків трисмугової дороги доцільно влаштовувати світліші покриття на двох зовнішніх смугах, а на чотирисмугових - принаймні на двох внутрішніх смугах. При розташуванні освітлювальних опор на розділовій смузі чотирисмугових доріг доцільно влаштовувати світліші покриття принаймні на двох зовнішніх смугах.

На освітлених ділянках доріг для поліпшення видимості пішоходів і меж пішохідного переходу світлі смуги повинні мати менш шорстку поверхню, а темні - шорсткішу поверхню.

Для скорочення тривалості адаптації очей водія світліші дорожні покриття на освітлених ділянках доріг варто влаштовувати усередині тунелів, хоч би на вході та виході тунелю і під шляхопроводами незалежно від їхньої довжини. На мостах, що освітлюються світильниками, розташованими в поручнях билець, влаштування шорсткого світлішого покриття є необхідним заходом для забезпечення рівномірної яскравості проїзної частини, а з тим і безпеки дорожнього руху.