SNIŽOVÁNÍ HLUKU Z AUTOMOBILOVÉ DOPRAVY

Transkript

1 SNIŽOVÁNÍ HLUKU Z AUTOMOBILOVÉ DOPRAVY PROTIHLUKOVÁ ŘEŠENÍ OBRUSNÝCH VRSTEV Při návrhu je důležité rozlišovat, zdali pozemní komunikace bude procházet intravilánem nebo extravilánem. BĚŽNÝ POVRCH POVRCH PROTIHLUKOVÝ V případě místních komunikací je situace složitá vlivem specifických podmínek v prostoru místní komunikace (možnosti pokládky, pravděpodobnost pozdějších výkopů nebo překopů v důsledku oprav či provádění nových inženýrských sítí) a odlišnou dopravní situací (řada míst, kde dochází ke změně směru jízdy, časté brzdné a akcelerační pohyby). 100 % 50 % V případě těchto komunikací lze proto uplatnit obrusné vrstvy s upravenou texturou, které jsou méně náchylné na působení mechanických účinků. Zpravidla lze využít upravené asfaltové koberce mastixové (obsahující modifikovaný asfalt) či některou z tenkovrstvých úprav.

2 PORÉZNÍ ASFALTOVÉ VOZOVKY POROUS ASPHALT (PA) dříve: ASFALTOVÝ KOBEREC DRENÁŽNÍ (AKD) Porézní asfaltové kryty jsou kryty s velkou mezerovitostí (snížením množství drobného kameniva) a větším obsahem pórů. Vozovka tímpádem není zcela kompaktní (celistvá) a hluk je tak redukován díky velké mezerovitosti. Obecně porézní asfaltové kryty redukují hluk pohybující s frekvencí nad 800 Hz. Největší pórovitost se u asfaltových krytů pohybuje mezi hodnotami 18 25%. Tyto kryty jsou také schopné absorbovat hluk. Zvuková energie se od krytu neodrazí, ale je částečně pohlcena díky velké mezerovitosti. Tyto absorpční vlastnosti jsou na stejném principu, jako mají zvukové izolace v budovách. Jelikož je hluk z rozhraní pneumatika/vozovka generován velice blízko povrchu krytu, nemusí být pohlcování hluku nejvýznamnějším činitelem při všeobecném snižování hladiny hluku. Ovšem pro nákladní vozidla a všeobecně pro nadměrná vozidla, s významnými zdroji zvukové energie pod karoserií, jako je např. hluk od motoru, může být tato absorpční vlastnost významným faktem při redukci hluku.

3 PORÉZNÍ ASFALTOVÉ VOZOVKY (PA) Z primárních zdrojů hluku porézní kryty nejvíce redukují tzv. sání vzduchu, kdy póry potlačují kompresi vzduchu. Dále póry velmi příznivě ovlivňují redukci sekundárních zdrojů - Helmholtzovy rezonátory či trubkový efekt. Sání vzduchu Tento zdroj hluku je svou podstatou podobný jako tleskání rukou. Má dvě fáze tzv. pumped out neboli vytlačování vzduchu a sucked in neboli nasávání vzduchu. Tímto způsobem je generován hluk o vysokých frekvencích (1000 až 2000 Hz). Redukovat tento zdroj můžeme použitím krytu s otevřenou texturou. Helmholtzovy rezonátory Boční drážky dezénu pneumatiky v kontaktní zóně se díky své tvarové charakteristice chovají jako akustické systémy, které navyšují vyzařování zvuku. Přirovnání se nabízí u systému rezonance varhanních píšťal a Helmholtzových rezonátorů, které produkují zvuk jako při pískání přes hrdlo lahve. Efekt trubky (Horn effect) Díky geometrii nad vozovkou se pneumatika chová jako malý klakson či malá trubka. Zvuk vytvořený tímto mechanismem (jakýmkoli zdrojovým mechanismem v blízkosti hrdla klaksonu ) bude díky tomuto efektu zesílen.

4 PORÉZNÍ ASFALTOVÉ VOZOVKY (PA) Třetí význačnou vlastností porézních krytů je jejich drenážní schopnost. Je to schopnost dobře odvádět srážkovou vodu z povrchu krytu, kdy je póry odváděna na nepropustnou vrstvu a odtud dále z povrchu zemního tělesa dodatečným odvodňovacím zařízením mimo konstrukci vozovky. Porézní vozovky také snižují množství odstřikující vody od vozovky. Jako nepropustná vrstva se využívá například SAMI vrstva (asfaltová pružná membrána - Stress Absorbing Membrane Interlayer), nebo asfaltové vrstvy s nízkou mezerovitostí. porézní kryt betonový kryt

5 PORÉZNÍ ASFALTOVÉ VOZOVKY (PA) nástřik SAMI vrstvy (těsnící membrány) SAMI vrstva slouží také jako prvek snižující prokopírování trhlin ze spodních vrstev vozovky.

6 PORÉZNÍ ASFALTOVÉ VOZOVKY (PA) SOUHRNNĚ jde o směs s přerušenou čárou zrnitosti; je vhodné použít drcené prané kamenivo nejvyšší kvality (zvýšený požadavek na otlukovost LA<18%; hodnota PSV > 55; nepoužívat kamenivo se zhoršenou přilnavostí); ověřené možnosti jsou => PA 8, PA 11, PA 16; mezerovitost >20 %-obj. (standardně > 22 %-obj.); u dvouvrstvového PA mezerovitost až 28 %-obj.; množství asfaltového pojiva 5,3-6,8 %-hm.; používají se modifikované asfaltové pojiva s vyšším obsahem polymeru; stabilizační přísada min 0,5 %-hm.;

7 PORÉZNÍ ASFALTOVÉ VOZOVKY (PA) NEVÝHODY POUŽITÍ Vyšší pořizovací náklady na drenážní vrstvu, která obvykle potřebuje vyšší obsah modifikovaného pojiva, kvalitní kamenivo a dodatečné stavební úpravy pro odvod srážkové vody. Cena asi o 100 % vyšší než u SMA. Dlouhodobá ztráta redukce hluku kvůli ucpávání vozovky pískem a dalšími nečistotami spojenými s provozem. Toto ucpávání má dvě etapy. Jako první se nečistotami zanáší póry ( caking ). Tento děj však lze omezit čištěním povrchu. Následuje však vytvoření povlaku v dutinách z vysušených nečistot, které byly dříve rozpuštěny ve vodě, ze kterých se následně vytvoří zátka, která nemůže být vyčištěna vodou ( clogging ). Nezbytností je pravidelné čištění vrstvy i odvodnění (především po zimě a nejlépe tlakovou vodou). Detail drenážního koberce v řádném stavu Detail zaneseného drenážního koberce

8 PORÉZNÍ ASFALTOVÉ VOZOVKY (PA) NEVÝHODY POUŽITÍ Protihlukové vlastnosti se projevují zejména při vyšších rychlostech. Tato rychlost je udávána někde mezi km/h. Díky své otevřené struktuře, jsou tyto porézní kryty více vystaveny působením klimatických vlivů než uzavřené směsi. Asfaltové pojivo je tak více náchylné ke stárnutí. Vznikají tak trhliny či dokonce vylamování zrn kameniva z vozovky. Náročnější zimní údržba - díky velké mezerovitosti hrozí rychlejší ochlazení povrchu (menší absorpce tepla, teplotní rozdíl až 2 C), hrozí tedy riziko náhlé námrazy a rychlejší přilnutí sněhu k vozovce. Občas dochází v důsledku podtlakového sání za projíždějící pneumatikou k částečnému vysání sněhu z pórů, který se tak opět dostává na povrch. Spotřeba soli je min o 40 % vyšší (sůl je transportována systémem otevřených mezer). Omezená životnost - akustická životnost max. do 10 let; Omezená možnost provádění oprav - nelze provádět lokální opravy, neboť překopy znamenají omezení drenážní funkce. Při opravách většího rozsahu je nutné vždy provést výměnu na celou šířku vozovky.

9 PORÉZNÍ ASFALTOVÉ VOZOVKY (PA) Problém zanášení krytu nečistotami lze řešit výstavbou dvouvrstvého systému porézních krytů. Doporučuje se však omezit použití těchto krytů pro silnice s vysokými návrhovými rychlostmi, neboť mají tendenci se samočistit stlačeným vzduchem od jedoucích pneumatik (Pumping effect) a může tak být znečišťováno okolí vozovky. Při návrhu dvouvrstvého krytu by měla vrchní vrstva sloužit jako síto a chránit nižší vrstvu proti zanesení velkými zrny písku či štěrku. Nižší vrstva by se měla navrhovat jako vysoce porézní. Používané tloušťky vrstev jsou mm (kamenivo frakce 0/8) pro svrchní vrstvu a mm (kamenivo frakce 0/16) pro spodní vrstvu. Lepší vlastnosti jsou dosaženy tedy tím, že vrchní vrstva funguje jako filtr, kdy nepustí do spodních častí nečistoty a ty se tak neucpou.

10 PORÉZNÍ ASFALTOVÉ VOZOVKY (PA) OBLAST POUŽITÍ A PODMÍNKY POUŽITÍ PA se upřednostní tehdy, pokud se daný úsek pozemní komunikace vyznačuje vysokou hlukovou zátěží nebo jsou místně stanoveny předpisem zvýšené požadavky na maximální přípustnou hladinu hluku; návrh a realizace PA je možné pouze tehdy, pokud bylo provedeno ekonomické posouzení a porovnání technologických variant; použití je vhodné na takových úsecích (dostatečné délky), kde nehrozí a není častá změna konstrukce krytu vozovky; PA nelze použít na vozovkách, kde hrozí silné znečištění; Pro zajištění řádné funkce tohoto typu vrstev je zapotřebí dodržovat několik základních pravidel: 1) při odstraňování sněhu používat radlice s gumovými břity, aby nedocházelo k vylamování zrn kameniva, 2) po zimním období vyčistit vrstvu tlakovou vodou, 3) pro řádné zajištění odtoku udržovat krajnice tak, aby jejich výška nepřevyšovala povrch podkladní vrstvy, 4) v intravilánu je zapotřebí věnovat pozornost napojení hrany komunikace a přilehlého chodníku.

11 PORÉZNÍ ASFALTOVÉ VOZOVKY (PA) Srovnání teoretických hodnot hlučnosti porézní kryt porézní kryt

12 Asfaltové koberce pro velmi tenké vrstvy (BBTM) U asfaltového koberce pro velmi tenké vrstvy BBTM je hluk redukován díky malé velikosti frakce kameniva. Je tedy snižován efekt zdroje hluku, kdy jsou emise generovány nárazem dezénu pneumatiky do makrotextury. Makrotextura je odchylka povrchu vozovky od Při použití protihlukového krytu tohoto typu, tak odpadají problémy s ucpáváním krytu. BBTM 5 ideálně rovného povrchu s charakteristickými rozměry 0,5 mm až 50 mm. Je to tedy souhrn prohlubní na povrchu krytu vozovky. Asfaltové koberce pro velmi tenké vrstvy používají mezerovitost nejčastěji 7% až 10% a je vhodné, aby zde bylo používáno vysoce kvalitní kamenivo velikosti frakce do 10 mm (BBTM 8). Při použití frakce velikosti 8 mm tvoří velkou část kamenivo maximální velikosti 4/6 mm. PA 8 Často je použito i kamenivo frakce 5 mm (BBTM5). Při použití 5 mm frakce je většina kameniva tvořena frakcí velikosti 2/4 mm.

13 Asfaltové koberce pro velmi tenké vrstvy (BBTM) Typická tloušťka této vrstvy bývá 30 mm. Malá frakce kameniva tak inklinuje k vytvoření povrchu s velmi malou a nevýraznou, charakteristickou texturou, která bývá často menší než 4 mm. Pórovitost, která je relativně nízká, je však stále efektivní pro odvod srážkové vody a redukci vysokofrekvenčního hluku z dopravy. Typické hodnoty redukcí hluku asfaltových koberců pro velmi tenké vrstvy se pohybují kolem 3-4 db v porovnání s klasickými asfaltovými koberci (ACO). Na rozdíl od porézních krytů, se redukce hluku objevuje již od nízkých rychlostí 35 km/h - 40 km/h a tak jsou kryty často využívány v městských podmínkách. Tento typ vozovky (BBTM) je svým složením velmi podobný asfaltovým povrchům s použitou malou frakcí kameniva SMA8 (protihlukový).

14 Asfaltové koberce pro velmi tenké vrstvy (BBTM) zástupci této technologie jsou: - Rugosoft, patentovaný společností COLAS, který umožňuje snižování hluku až o 7dB. Směs se může aplikovat jak do extravilánu, tak do intravilánu. Běžně se provádí v tloušťce 20-30mm. - Viaphone od společnosti EUROVIA CS. Směs tloušťky 20-30mm má ověřené snížení hluku o 3dB, což odpovídá, jak bylo již uvedeno výše, snížení intenzity dopravy o 50%. Technologie se hodí především do městských a příměstských částí. Má výborné protismykové, dobré drenážní a protihlukové vlastnosti. Asfaltové koberce pro velmi tenké vrstvy (BBTM) V zahraničí (např. Rakousko) se BBTM používá na opravy betonových a asfaltových vozovek. Důvodem úprav je většinou zlepšení protismykových vlastností a uzavření rozrušeného povrchu.

15 Asfaltové koberce mastixové (SMA stone mastic asphalt) Tato asfaltová směs byla vyvinuta v Německu v 70. letech. Jde o směs velmi odolnou proti tvorbě trvalých deformací (používala se původně do vozovek pojížděných hlavně pneumatikami s hřeby). Nyní se používá hlavně do obrusných vrstev silnic, dálnic a křižovatek s velkým zatížením nebo na letištní plochy. Asfaltový koberec mastixový se vyznačuje přerušenou čarou zrnitosti a zastoupením převážně jedné frakce kameniva. Nosnou kamennou kostrou směsi je nejhrubší a částečně druhá nejhrubší frakce kameniva, které přenáší zatížení. Zbývající kamenivo tvoří výplň a společně s kamennou moučkou a asfaltovým pojivem vzniká asfaltová malta neboli mastix, který vzájemně stmeluje zrna nosné kostry směsi. Protože nosná funkce směsi závisí na vzájemném dotyku hrubé frakce kameniva, musí být použito velmi kvalitní kamenivo. Hlavním požadavkem je proto nízká otlukovost kameniva. Množství asfaltu je také ve srovnání s asfaltovým betonem vyšší (6-8 %) a používají se většinou asfalty modifikované. SMA 11

16 Asfaltové koberce mastixové (SMA stone mastic asphalt) Běžná mezerovitost těchto směsí v obrusných vrstvách je cca 3-4%. Směs má otevřenou makrotexturu. Základní charakteristiky: - vysoká odolnost proti tvorbě trvalých deformací - odolnost proti tvorbě mrazových trhlin - příznivá makrotextura a s ní související útlum hluku z dopravy a dobré drenážní vlastnosti - pomalý proces stárnutí - dobrá přilnavost k podkladu

17 Asfaltové koberce mastixové nízkohlučné (SMA LA) Jako nízkohlučné kryty lze použít také asfaltové koberce mastixové SMA LA (LA = Lärmarm = nízkohlučný). U tohoto koberce je využito kombinace obou dvou přístupů (viz PA a BBTM) ke snižování hluku, tedy menší velikost frakce kameniva (8 mm) a také vyšší mezerovitost (10-12 %). Výhody nízkohlučných asfaltových koberců mastixových ve srovnání s asfaltovými koberci drenážními jsou následující: 1) méně problematická technologie výroby asfaltové směsi, 2) delší životnost, 3) bezproblémové provádění běžné a zimní údržby, 4) odpadající nutnost provádění těsnicí SAMI vrstvy.

18 Asfaltové koberce mastixové nízkohlučné (SMA LA) Pro dosažení vyššího útlumu hluku u SMA LA je nezbytné zvýšit mezerovitost (dle německých podkladů se pro směsi SMA LA požaduje mezerovitost %) Útlum hluku je pak ve srovnání s referenčním povrchem cca 4 db (A). Pro dosažení tohoto útlumu je nutno ve skladbě směsi jednak snížit obsah filerových částic a přidat nejhrubší použité frakce (v případě směsí SMA 8 LA, které se nejvíce používají, frakce 5/8, popř. 4/8). Tím dojde k otevření směsi a dosažení požadované mezerovitosti. Takto vysoké mezerovitosti vyžadují zvýšené dávkování emulze v množství cca 0,45-0,6 kg/m2 a snížení mezerovitosti ložní vrstvy tak, aby se nemusela provádět SAMI membrána a aby došlo k dobrému spojení s ložní vrstvou. Vysoká mezerovitost pak vyžaduje s ohledem na stárnutí použití buď vysoce modifikovaného pojiva, nebo pojiva modifikovaného pryží.

19 Asfaltové koberce mastixové nízkohlučné (SMA LA) SOUHRNNĚ jde o směs s přerušenou čárou zrnitosti; ověřené možnosti => SMA 5 LA, SMA 8 LA; mezerovitost hotové úpravy %-obj.; množství asfaltového pojiva >6,5 %-hm.; je použito modifikovaných asfaltových pojiv s vyšším obsahem polymeru; stabilizační přísada min 0,3 %-hm.; provedení obrusné vrstvy v tloušťce mm; maximální přípustná nerovnost podkladu 4 mm;

20 Asfaltové směsi modifikované pryžovým granulátem (CRmB) Pryžový granulát - odpadní pryž zbavená příměsí kordu a upravená mechanicky drcením a mletím, popř. kalandrováním. Pojivo, označované jako CRmB (Crumb Rubber modified Asphalt, též gumoasfalt), může být využíváno u všech typů asfaltových směsí - PA, BBTM, ACO, SMA. Gumoasfalt vytvoří na povrchu tlustší asfaltový film, který způsobuje nižší emise hluku. Zahraniční výzkum gumoasfaltů prokázal, že u těchto modifikovaných vrstev lze snížit tloušťku oproti běžně užívaným asfaltovým kobercům, při zachování stejné životnosti. Důvodem je, že gumoasfalty mají větší odolnost proti únavě, stárnutí a trvalým deformacím. Z doposud realizovaných studií bylo zjištěno, že náklady na údržbu a opravu vozovky jsou nižší než u běžných krytů. Míchací souprava ECOPATH pro přípravu gumoasfaltového pojiva

21 Asfaltové směsi modifikované pryžovým granulátem (CRmB) Kladem CRmB je možnost využití ojetých pneumatik k jeho výrobě a také jeho následná recyklace (opětovné využití). Díky mezerovitosti tohoto asfaltového koberce se znatelně snižuje hladina hluku (absorpce) a zabraňuje vytváření vodní clony při dešti. Nevýhodou těchto asfaltů je energetická a ekologická náročnost, kdy při zabudovávání granulátu je potřeba přídavné míchací zařízení. Tyto směsi vyžadují menší obsah jemného a drobného kameniva a tak je možno vyrobit směsi v celé škále mezerovitosti: Asfaltový koberec drenážní PA8 - mezerovitost 14 % - 22% Asfaltový beton pro velmi tenké vrstvy BBTM - mezerovitost 11-15%,7-10% Asfaltový beton obrusný ACO 11S - mezerovitost 3 % až 5 % Asfaltový koberec mastixový SMA 11S - mezerovitost 2,5 % až 4,5 %

22 SROVNÁNÍ

23 SROVNÁNÍ

24 SROVNÁNÍ

25 OSTATNÍ TECHNOLOGIE TEXTUROVÁNÍ POVRCHU PRO SNÍŽENÍ HLUKU Textura je důležitá z hlediska dostatečných protismykových vlastností na styku pneumatiky a povrchu vozovky. Při texturách s vlnovou délkou delší než 10 mm a více, vede náraz dezénového bloku pneumatiky ke zvýšení hluku. Textura s vlnovou délkou kratší než 10 mm má pozitivní přínos v oblasti redukce hluku. Proto je třeba najít vhodný kompromis: Lokální textury hloubky přibližně 3 mm (což znamená průměrnou hloubku textury mírně větší než 1 mm) se ukazují jako dostatečné k dosažení alespoň mírné redukce hluku.

26 OSTATNÍ TECHNOLOGIE TEXTUROVÁNÍ CEMENTOBETONOVÉHO KRYTU VOZOVKY PŘED JEHO ZATVRDNUTÍM Texturování cementobetonového krytu se provádí následovně: do nezatvrdlé směsi se speciálními hráběmi, kartáči či vlečenou jutou vytváří textura v podélné nebo příčné formě. Pro dosažení výraznějšího akustického útlumu je vhodnější použít jutu a podélné texturování. Povrch vozovky texturovaný speciálními hráběmi Kombinace hrubé tkaniny a speciálních hrábí

27 OSTATNÍ TECHNOLOGIE NÁTĚROVÉ TECHNOLOGIE Původně byly nátěrové technologie vyvinuty pro letištní dráhy, kde byly používány pro zlepšení protismykových vlastností. Z hlediska snižování hluku je vhodné použití nátěru v kombinaci s úzkou frakci kameniva. Tím lze docílit částečného omezení vlivu oscilace pneumatik a snížení air-pumping efektu. Výhoda je i v tom, že tenké vrstvy se často provádí bez potřeby předchozího frézování povrchu. Nátěr věak neplní drenážní funkci.

28 OSTATNÍ TECHNOLOGIE VYMÝVANÝ BETON Technologie vymývaného betonu je založena na aplikaci kombinovaného postřiku po položení dvouvrstvého krytu. Vodě je tím zabraňováno v odpařování z čerstvého betonu a současně zpomaluje hydrataci v povrchové vrstvičce betonu. Další možností je nanesení zpomalovače tuhnutí na nezatvrdlý povrch cementobetonového krytu se zakrytím povrchu fólií. Po zatvrdnutí se vrchní vrstva cementového pojiva vykartáčuje speciálními kartáčovacím strojem nebo vymyje tlakovou vodou. Oproti referenčnímu asfaltovému krytu je vymývaný beton o 3dB Speciální vymetací kartáč CB kryt s vymývaným povrchem méně hlučný.

29 OSTATNÍ TECHNOLOGIE CEMENTOBETONOVÝ KRYT VOZOVKY S VÝBRUSY Technologie snižování hlučnosti povrchu se používá především v USA a dá se aplikovat na betonovou vozovku v dobrém stavu, ale se špatnou megatexturou. Snížení hluku je přibližně o 5dB proti původnímu stavu a životnost úpravy je cca 10 let. Dosahuje pak stejné hlučnosti jako referenční asfaltový kryt.