www.techbud.com.pl Przemek Czaja 2. EKRANY AKUSTYCZNE JAKO GŁÓWNY ELEMENT ZWALCZANIA HAŁASU KOMUNIKACYJNEGO Ekran akustyczny to naturalna lub sztuczna przeszkoda na drodze propagacji fal dźwiękowych miedzy źródłem (trasa komunikacyjna), a obszarem odbioru, będącym miejscem chronionym przed oddziaływaniem hałasu. Podstawowym celem ekranu akustycznego jest wytworzenie cienia akustycznego czyli obszaru, do którego nie docierają ze źródła dźwięku bezpośrednie fale akustyczne. Hałas komunikacyjny powstaje w dwojaki sposób. Po pierwsze generowany jest przez silniki samochodowe, które wytwarzają dźwięki o niskiej częstotliwości, a poziom hałasu zależy w dużej mierze od prędkości poruszających się samochodów. Po drugie jest efektem toczenia kół pojazdów powierzchnie jezdni i tutaj hałas przybiera postać dźwięków o wysokiej częstotliwości, a czynnikiem wzmagającym jego poziom może być stan nawierzchni oraz jej wilgotność. Poziom hałasu drogowego jest uzależniony od takich czynników, jak: natężenie ruchu, udział pojazdów hałaśliwych (samochody ciężarowe, autobusy, tramwaje, motocykle), płynność ruchu, pochylenie drogi. Zastosowanie ekranów akustycznych jest jednym ze sposobów mających na celu zmniejszenie natężenia dźwięku. Przestrzeń, która z założenia ma być chroniona przed negatywnym działaniem hałasu drogowego znajdująca się za ekranami, to tzw. obszar cienia akustycznego. Fala dźwiękowa napotykając na swojej drodze przeszkodę podlega częściowo pochłonięciu, odbiciu i ugięciu na krawędzi. Ugięcie fali, czyli dyfrakcja na krawędzi ekranu powoduje zmniejszenie jego efektywności w obszarze cienia akustycznego. Skuteczność ochrony zależy przede wszystkim od tego, jaka część hałasu przejmie sam ekran, a ile wskutek załamania fali zostanie przeniesione do strefy cienia akustycznego. Projektując ekrany akustyczne wyznacza się ich geometrię oraz usytuowanie względem źródła i odbiorcy na podstawie wymaganej efektywności akustycznej. Podstawowym schematem przy obliczaniu ekranów jest układ źródło - ekran - obserwator. Pod względem właściwości akustycznych można je podzielić na odbijające, odbijająco – rozpraszające i pochłaniające. Ekrany akustyczne są tym bardziej skuteczne, im są sytuowane bliżej źródła hałasu. Rys. Nr 4. Geometria układu źródło – ekran – obserwator, (rysunek: autor) Obecne wymagania dotyczące ekranów pochłaniających i przeźroczystych(odbijających) stosowane w większości specyfikacji technicznych do projektów komunikacyjnych Wypełnienie dla ekranów przezroczystych: Minimalne wymagane parametry techniczne dla płyt wypełniających; Grubość 12 mm Wytrzymałość na zginanie 90 MPa PN-EN ISO 178:2006 Moduł sprężystości 2200 MPa PN-EN ISO 178:2006 Wytrzymałość udarnościowa 10 kJ/m2 PN-EN ISO 180:2004 Przepuszczalność światła 85 % - Klasa izolacyjności od dźwięków powietrznych B3 PN-EN 1793-2:2001 Odporność na obciążenie dynamiczne związane z odśnieżaniem PN-EN 1794-1:2005 Odporność na uderzenia kamieni PN-EN 1794-1:2005 Warunki bezpieczeństwa przy kolizji PN-EN 1794-1:2005 PN-EN 1794-2:2005 Pozostałe wymagania poza akustyczne PN-EN 1794-1:2005 PN-EN 1794-2:2005 Wypełnienie dla ekranów nieprzezroczystych: Grubość Wg Dokumentacji Projektowej Przepuszczalność światła Elementy nieprzezroczyste Klasa właściwości pochłaniających A3 PN-EN 1793-1:2001 Klasa izolacyjności od dźwięków powietrznych B3 PN-EN 1793-2:2001 Odporność na obciążenie dynamiczne związane z odśnieżaniem Uwzględnione w obliczeniach PN-EN 1794-1:2005 Odporność na uderzenia kamieni Akceptacja IBDiM PN-EN 1794-1:2005 Warunki bezpieczeństwa przy kolizji PN-EN 1794-1:2005 PN-EN 1794-2:2005 Ognioodporność Min. 2 klasa odporności PN-EN 1794-2:2005 Pozostałe wymagania poza akustyczne PN-EN 1794-1:2005 PN-EN 1794-2:2005 Dla betonowych elementów wypełniających: klasa ekspozycji betonu (lub mrozoodporności) XF2 (F150) PN-EN 206-1 (PN-88/B-06250) Zasady projektowania w kontekście norm europejskich Normy określają kryteria klasyfikacji drogowych urządzeń przeciwhałasowych pod kątem właściwości mechanicznych w normalnych warunkach użytkowania, niezależnie od materiałów użytych do ich budowy oraz kryteria oceny bezpieczeństwa użytkowania i oddziaływania na środowisko w typowych warunkach terenowych. Normy te uwzględniają zróżnicowanie obecnej praktyki projektowej w krajach Europy oraz podają dodatkowe, wariantowe wymagania. Wymagania dla nietypowych sytuacji powinny być opracowane indywidualnie przez projektantów. Obciążenie wiatrem i obciążenie dynamiczne Sposób obliczania obciążenia wiatrem powinien być zharmonizowany ze szczególnymi warunkami klimatycznymi panującymi w danym regionie. Obowiązująca w tym zakresie jest norma PN-77/B-02011, która określa zasady ustalania obciążenia wiatrem. Obciążenie to należy ustalać przy założeniu, że wiatr wieje poziomo z kierunku dającego najbardziej niekorzystne obciążenie dla elementu oraz że wszystkie powierzchnie nawietrzne i zawietrzne poddane są prostopadle skierowanemu do nich i równomiernie rozłożonemu parciu lub ssaniu. Wartość obciążenia wiatrem jest uzależniona od rodzaju strefy wiatrowej, wartości współczynnika ekspozycji, współczynnika działania porywów wiatru oraz od współczynnika aerodynamicznego. Ciężar własny Ciężar własny elementów akustycznych jest stosowany w dwóch różnych zakresach. Ciężar w stanie suchym jest potrzebny do oszacowania współczynnika izolacyjności akustycznej elementu. Jeśli elementy mogą wchłaniać wodę, to ciężar w stanie mokrym jest ważną przesłanką w projektowaniu zarówno elementów akustycznych, jak i konstrukcji nośnych. Ograniczenie ugięć elementów jest konieczne do uniknięcia przedostawania się dźwięków szparami, zmniejszenia wysokości lub przeciążenia konstrukcji nośnej. Dostosowanie właściwości mechanicznych do przyjętych kryteriów konstrukcyjnych ustala się obliczeniowo przy uwzględnieniu granicy plastyczności, modułu plastyczności oraz innych cech materiałów zastosowanych w konstrukcjach. Zdefiniowane zostały następujące pojęcia: a) ciężar elementów akustycznych w stanie suchym – powinien być pomierzony i obliczony na podstawie wymiarów badanych materiałów. Ciężar na jednostkę powierzchni elementu powinien być obliczony jako wartość minimalna bez uwzględnienia ram i miejscowych wzmocnień. b) ciężar elementów akustycznych w stanie mokrym – uwzględnia fakt, że otwory i porowate materiały mogą się wypełnić wodą; wszystkie części urządzenia przeciwhałasowego, które pochłaniają wodę, należy rozpatrywać jako działające łącznie z ciężarem wchłoniętej wody. Elementy konstrukcyjne, które podtrzymują elementy akustyczne, powinny być zaprojektowane do przeniesienia ich ciężaru w stanie mokrym przy uwzględnieniu współczynnika zwiększającego γ nie mniejszego niż 1,5. Elementy akustyczne powinny wytrzymywać bez uszkodzeń łączne obciążenia ciężarem własnym oraz wiatrem i dynamiczne (ciśnienie lub podciśnienie) przy przyjęciu odpowiednich współczynników zwiększających γG = 1,35 dla ciężaru własnego, γW = 1,5 dla obciążenia wiatrem i dynamicznego. Elementy powinny przenosić swój ciężar w stanie mokrym, a także odpowiedni ciężar w stanie mokrym elementów, które zaprojektowano, jako ustawione na nim. Wszystkie połączenia łącznie ze spawami i klejeniem nie powinny być uszkodzone pod działaniem ciężaru własnego w stanie mokrym elementu, który mocują, powiększonego współczynnikiem γG = 1,35. Obciążenie dynamiczne z odśnieżania Na obszarach, gdzie odśnieżanie pługami jest częstą czynnością zimowego utrzymania dróg, ekrany akustyczne mogą zostać uszkodzone przez śnieg i lód odrzucany przez pługi. Wielkość i rozkład wysokościowy obciążenia zależy od prędkości i typu pługu oraz od odległości ekranu akustycznego od krawędzi drogi. Jeśli odległość ekranu od powierzchni odśnieżanej jest większa niż 7 m, to obciążenie wiatrem jest zwykle większe od obciążenia dynamicznego od odśnieżania. Oddziaływanie obciążenia dynamicznego z odśnieżania na podpory ekranu jest największe wtedy, gdy wysoki ekran akustyczny ma podstawę niżej niż nawierzchnia drogowa. Sprzęt do odśnieżania może również odrzucać bryły lodu – skutki takich oddziaływań zawierają się w obciążeniach od uderzeń kamieniami. Obciążenie dynamiczne z odśnieżania jest okresowym, poziomym obciążeniem prostopadłym do lica ekranu. Obciążenie działa tylko na powierzchnie 2 x 2 m, a wynikowa siła jest przyłożona na wysokości 1,5 m ponad poziom drogi. Wymaga się, aby pod działaniem obciążenia dynamicznego z odśnieżania elementy konstrukcyjne i akustyczne nie wykazywały żadnych oznak uszkodzenia, takich jak: szczeliny wystarczające do zapoczątkowania korozji w środowisku agresywnym, klawiszowanie, trwała deformacja lub względne przesunięcie wystarczające do otwarcia styków miedzy panelami. Elementy akustyczne nie powinny zostać oderwane od swoich podpór lub zamocowań. Pozostałe obciążenia Urządzenia przeciwhałasowe zlokalizowane przy poboczach drogowych są narażone na uderzenia kamieniami wyrzucanymi z jezdni. Wymaga sie, aby były odporne na takie uderzenia, doznając tylko powierzchownych uszkodzeń. Urządzenia przeciwhałasowe nie są projektowane, jako odporne na zderzenia z pojazdami. Takich zderzeń można uniknąć, używając urządzeń bezpieczeństwa ruchu drogowego lub odpowiednio odsuwając urządzenia przeciwhałasowe od drogi. Jesli nie jest możliwe zastosowanie żadnego z tych wariantów, należy rozpatrzyć skutki ewentualnych najechań pojazdów na urządzenia oraz ustalić, czy urządzenie samo w sobie nie może działać jak urządzenie bezpieczeństwa ruchu drogowego. Bezpieczeństwo ekranów na obiektach mostowych Urządzenie przeciwhałasowe może być przymocowane do krawędzi obiektu mostowego w taki sposób, że w przypadku uszkodzenia stanowi niebezpieczeństwo dla użytkowników dróg lub innych osób. Od urządzeń przeciwhałasowych, które zlokalizowano w miejscach niebezpiecznych wymaga się, by zostały dodatkowo wzmocnione za pomocą wewnętrznych i zewnętrznych stężeń między panelami lub elementami w celu ochrony ich przed oderwaniem lub spadnięciem. Można projektować odpowiednio wzmocnione ekrany, w których prawdopodobieństwo oderwania części jest niskie, lub alternatywnie – ekrany słabe, ale zaopatrzone w środki łagodzące skutki oderwania części dla otoczenia. Należy również jasno określić, czy jakikolwiek element urządzenia jest podatny na rozpad w przypadku uderzenia lub wstrząsu. Przyjmuje się, że mocowania w urządzeniu przeciwhałasowym są bezpieczne, jeśli elementy są zabezpieczone przed odpadnięciem w przypadku zdeformowania lub złamania. Systemy wzmocnień powinny być projektowane, jako odporne na siłę rozrywającą równą ciężarowi własnemu odpowiedniej części urządzenia pomnożonemu przez współczynnik zwiększający 4. Należy przyjmować ciężar w stanie mokrym. Jeśli elementy konstrukcyjne i akustyczne urządzenia przeciwhałasowego są zabezpieczone przed odpadnięciem za pomocą systemu wzmocnień stężających je wzajemnie, to każde stężenie powinno być zdolne do przeniesienia obciążeń od wszystkich przylegających elementów. Należy przyjmować, że obciążenie od naderwanej części urządzenia jest równe wadze pojedynczego elementu oddziałującego na system wzmocnienia w pozycji najniekorzystniejszej. Uwarunkowania środowiskowe Jeśli stosuje się materiały palne, to zaleca się wbudowanie w urządzenia przeciwhałasowe przegród przeciwogniowych, materiałów niepalnych lub innych instalacji w celu ochrony przed rozprzestrzenianiem sie pożaru. Elementy akustyczne o długości co najmniej 2 m i wysokości co najmniej 1,5 m powinny być dodatkowo zbadane pod kątem skutków ekspozycji na punktowe źródło ognia zlokalizowane u ich podstawy osobno dla przedniej i tylnej strony. Ekrany akustyczne ograniczają dostęp do otaczającego terenu, zarówno w kierunku na zewnątrz, jak i do środka. To ograniczenie może być akceptowane w przypadkach, gdy ekran stanowi jednocześnie granice drogi, ale bezpośredni dostęp może być potrzebny w pewnych warunkach, np.: a) w celu wykonania prac utrzymaniowych przy ekranie lub w strefie pasa drogowego, b) dla służb ratunkowych w razie wypadku, c) jako środek ewakuacji użytkowników dróg z miejsca zagrożenia. Wymagania, co do dostępności terenu dla służb utrzymania drogi i służb ratowniczych powinny być, określone dla każdego odcinka ekranu; taki dostęp może również służyć, jako środek ewakuacji. Jeśli punkty dostępu są za rzadko rozmieszczone, to może być pożądane utworzenie dodatkowych przejść, jako środków ewakuacji poza drogę. Przejścia ewakuacyjne powinny być zaopatrzone w środki zapewniające utrzymanie pełnej skuteczności akustycznej ekranu. Drzwi powinny być zaopatrzone w mechanizmy samozamykające oraz uszczelnienie zapobiegające przedostawaniu się dźwięków szparami na druga stronę ekranu. Wszystkie zawiasy, mechanizmy zamykające i zasuwy powinny być zaprojektowane z uwzględnieniem zasad minimum utrzymania i niezawodności operacyjnej w niesprzyjających warunkach pogodowych. W przypadkach, gdy dostęp do drogi z zewnątrz nie jest ograniczony innymi przeszkodami, otwarcie drzwi od strony zewnętrznej powinno być możliwe jedynie kluczem lub innym specjalnym narzędziem. Drzwi pomyślane jako środki ewakuacji, powinny otwierać się na zewnątrz za pomocą prostych zasuw lub klamek, niezawodnych w przypadku paniki. Lokalizacja środków ewakuacji powinna być wskazana czytelnie za pomocą znaków. mianowicie przeźroczystość statyczna związana z ludźmi ochranianymi przez ekrany oraz przeźroczystość dynamiczna związana z użytkownikami dróg. Przeźroczystość statyczna jest istotna ze względów estetycznych, gdyż wpływa na obszar widzenia, natomiast przezroczystość dynamiczna jest pomocna w zapewnieniu orientacji użytkowników dróg i ma swój udział w poprawie bezpieczeństwa ruchu w miejscach, gdzie ruch drogowy powinien być widoczny. Kryteria doboru ekranów akustycznych Proponuje się następujące kryteria doboru ekranów: a) właściwości akustyczne paneli, b) zgodność ze środowiskiem lokalnym (tereny wiejskie, przemysłowe, zurbanizowane), c) charakterystyka pasa drogowego, d) koordynacja z urządzeniami infrastruktury drogowej (oznakowanie, sygnalizacja, urządzenia bezpieczeństwa drogowego), e) aspekty ochrony środowiska, f) estetyka, g) odporność na działanie środowiska agresywnego. Istotnym kryterium mogącym zadecydować o wyborze konkretnego rozwiązania jest aspekt finansowy. Istnieje szereg rozwiązań ,których koszt ze względu na konstrukcję przewyższa często możliwości inwestorów, w praktyce w grę wchodzi kompromis polegający na wyborze skutecznego wariantu w akceptowalnej cenie. Konkurencja na rynku ekranów akustycznych doprowadziła do znacznego obniżenia kosztów budowy standardowych rozwiązań w różnych technologiach. Architektonicznie powinny one być dostosowane do otaczającej zabudowy poprzez kolorystykę konstrukcji, ukształtowanie powierzchni, zarys krawędzi, zastosowanie zieleni itp. Na mostach i wiaduktach poprawę sytuacji akustycznej można osiągnąć poprzez zaprojektowanie części powierzchni ekranującej w postaci elementów przeźroczystych. Należy zwrócić uwagę, że ekrany stwarzają również korzystny psychologicznie efekt przesłonięcia źródła, oddzielając od niepożądanych efektów wzrokowych zarówno ludzi, jak i zwierzęta - przykładem może być ekranowanie przejść dla zwierząt leśnych nad autostradami. Potrzeba konserwacji w przyszłości może zadecydować o wyborze formy, materiału lub systemu ekranów akustycznych. Powinny one być tak projektowane i dobrane, aby wymagały jak najmniejszej liczby konserwacji, napraw oraz czyszczenia. Okres użytkowania to minimum 25 lat, natomiast w okresie pierwszych 20 lat powinno się jak najmniej ingerować, a tym samym wykładać środki finansowe na utrzymanie tych konstrukcji. Oczywiste jest, że w zależności od zastosowanego systemu, typu paneli lub elementów konstrukcyjnych należy liczyć się z koniecznością okresowych konserwacji lub napraw, jednak na etapie projektowania można i należy przeanalizować czynniki mogące polepszyć ich trwałość. Przykładowo: panele wykonane z metalu należy okresowo pokrywać powłokami antykorozyjnymi, elementy drewniane należy impregnować i malować, ekrany przezroczyste wymagają częstego mycia, a w przypadku konserwacji ekranów na mostach i wiaduktach może zaistnieć potrzeba zastosowania specjalistycznego sprzętu. Częstotliwość konserwacji zależy w dużej mierze od stopnia zanieczyszczenia oraz od agresywności środowiska. W sąsiedztwie pasa drogowego można spodziewać sie wysokiej agresywności środowiska, a konstrukcja ekranów narażona jest na takie czynniki, jak: a) częste występowanie wilgoci pochodzącej z opadów atmosferycznych i kondensacji pary wodnej na powierzchni ekranów, b) duże zanieczyszczenie atmosfery tlenkami siarki, węgla i azotu, pochodzącymi ze spalin samochodowych i innych źródeł, c) zanieczyszczenie powierzchni higroskopijnymi i rozpuszczalnymi solami powodującymi zwiększenie przewodności elektrycznej elektrolitu oraz przyspieszenie procesów korozyjnych, d) duże zanieczyszczenie powierzchni jonami chloru pochodzącymi ze środków odladzania jezdni. Elementy stalowe w celu ochrony przed korozją pokrywane są zazwyczaj powłokami metalowymi oraz dodatkowo powłokami malarskimi. Jako powłoki metalowe najczęściej stosuje się cynk lub aluminium, nakładane zanurzeniowo lub natryskiwane cieplnie. Problemem, który dotyczy również ekranów akustycznych, jest wandalizm. Jest to czynnik, który można przewidzieć na etapie projektowania, lecz niestety trudno mu zapobiegać. Można się spodziewać, iż najbardziej narażone są ekrany sytuowane na terenach zurbanizowanych, przy dużych skupiskach ludzkich oraz wzdłuż chodników i ścieżek rowerowych. Częstym zjawiskiem są uszkodzenia w postaci dziur, wypaleń bądź wyłamań fragmentów paneli, jak również graffiti, które w wielu przypadkach odbiegają od kanonów artystycznych. Na graffiti szczególnie narażone są panele akustyczne o gładkiej powierzchni. W takich przypadkach może się okazać właściwe zastosowanie materiałów trwałych, odpornych na uderzenia, takich, z których łatwo można usunąć graffiti oraz unikanie materiałów łatwopalnych. Podstawowe zjawiska fizyczne związane z propagacją fal dźwiękowych Jeżeli fale dźwiękowe rozchodzą się w środowisku zgodnie ze schematem przestawionym powyżej to podlegają pewnym zjawiskom fizycznym, jak: pochłanianie, odbicie, ugięcie i nakładanie się (interferencja). Fala dźwiękowa napotykająca na swej drodze przeszkodę podlega częściowemu odbiciu oraz pochłonięciu. Powierzchnia przeszkody i jej struktura charakteryzowane są poprzez współczynniki odbicia oraz pochłaniania. Współczynnik odbicia interpretowany energetycznie wyraża stosunek energii fali odbitej do energii fali padającej. Najogólniej, współczynnik pochłaniania określić można jako różnicę jedności i współczynnika odbicia. Zjawisko interferencji polega na nakładaniu się fal dźwiękowych, w wyniku czego następuje wzmocnienie lub osłabienie fali wypadkowej. W teorii ekranów zjawisko to ma znaczenie przy stosowaniu dwóch równoległych ekranów odbijających wzdłuż trasy komunikacyjnej, lub stosowaniu ekranu w niewielkiej odległości od chronionego budynku. Podstawowe znaczenie w teorii ekranowania ma jednak zjawisko ugięcia fal (dyfrakcji). Opis jego opiera się na zasadzie Huygensa, która głosi, że: wszystkie punkty czoła fali można uważać za źródła nowych fal kulistych, których obwiednia po czasie t określa położenie czoła fali w dowolnej chwili. Skutkiem występowania zjawiska dyfrakcji w teorii ekranów jest ugięcie fal na krawędzi ekranu, co powoduje obniżenie jego skuteczności fali dźwiękowej skuteczność ekranu maleje. Rys. Nr 5. Zjawiska fizyczne związane z falą dźwiękową i ekranem akustycznym Izolacyjność ekranu akustycznego Dźwiękoizolacyjność ekranu akustycznego związana jest z masą przypadającą na metr kwadratowy powierzchni oraz konstrukcją ekranu. W praktyce niepotrzebne jest osiągnięcie nieskończonej izolacyjności ekranu, istotne więc staje się określenie wystarczającej izolacyjności tzn. takiej, która uniemożliwi pogorszenie efektywności ekranowania pod wpływem tego zjawiska nie więcej niż o 1 dB. Izolacyjność przegród masywnych można wyznaczyć z prawa masy. Dla ekranów wynosi 15-20 dB, przyjmuje się wartość minimalnej izolacyjności akustycznej równą 20 dB. Ogólnie można stwierdzić, że efektywność ekranowania nie ulegnie pogorszeniu więcej niż o 1 dB, jeżeli wartość izolacyjności ekranu przewyższy skuteczność ekranowania dla fal ugiętych przynajmniej o 6 dB. Efektywność akustyczna ekranu Wielkością, która określa skuteczność ekranowania jest efektywność akustyczna ekranu zdefiniowana jako różnica poziomu hałasu w punkcie obserwacji przed, oraz po wprowadzeniu ekranu. Ponieważ złożoność widma hałasu komunikacyjnego uniemożliwia dokładne jego zbadanie oraz odniesienie do subiektywnych ocen jego uciążliwości, przez wiele lat stosowano różne miary, przy pomocy których wyrażano efektywność akustyczną. Pierwsza z nich, najdłużej stosowana, był poziom statystyczny, wykorzystywany przez analogię do zjawiska stochastyczności samego hałasu komunikacyjnego. Poziom statyczny Lx zdefiniowany jest jako pewien poziom graniczny, który przekraczany jest przez wartości chwilowe poziomów hałasu nie więcej niż w X % czasu obserwacji. Najczęściej używanymi poziomami były : LA1% , L A10% , L A50% . Obecnie najczęściej stosowanym wskaźnikiem hałasu komunikacyjnego, a co za tym idzie i efektywności ekranów jest jednak poziom ekwiwalentny (równoważny). Przymiotnik „równoważny” w nazwie tego wskaźnika bierze się stąd, że jego wartość liczbowa jest równa poziomowi dźwięku ekwiwalentnego ważona zgodnie z charakterystyką A, oznaczana jest symbolem LAeg. Wielkość ta najpełniej (jak dotychczas) odpowiada subiektywnym miarom uciążliwości hałasu komunikacyjnego i jest najpowszechniej stosowana w obliczeniach akustycznych teorii ekranów. Zasady stosowania jednoliczbowego wskaźnika oceny DLα Jednoliczbowy wskaźnik oceny DL jest w zupełności odpowiedni do scharakteryzowania własności pochłaniających urządzenie przeciwhałasowego w sytuacjach, gdy dźwięk rozchodzący się promieniście od strumienia ruchu zmierza wprost do odbiorcy bez dodatkowych odbić na powierzchniach lub ugięć na krawędziach ekranów akustycznych lub innych przeszkód. W bardziej złożonych sytuacjach, gdy mają miejsce wielokrotne odbicia lub gdy fale dźwiękowe ulegają ugięciu, zmienia się pierwotne widmo hałasu drogowego tak, że jego składowe nisko-częstotliwościowe mogą zostać wzmocnione w miejscu odbioru. W tym drugim przypadku ważne jest rozpatrywanie właściwości pochłaniających materiałów w funkcji częstotliwości. Klasyfikacja jednoliczbowego wskaźnika oceny pochłanialności DLα - A0: Nie określa się A1: <4 dB A2: 4 – 7 dB A3: 8 – 11 dB A4: > 11 dB Uwarunkowania zastosowania ekranów akustycznych Aby budowa ekranu akustycznego przyniosła pożądany efekt należy stosować się do licznych uwarunkowań, które odpowiadają nam na pytanie kiedy rozwiązanie to może być skuteczne. • Ochrona przeciwdźwiękowa uzyskiwana przez ekran możliwa jest wtedy, gdy ekran akustyczny zlokalizowany jest na drodze fali akustycznej biegnącej od źródła do punktu (obszaru) wymagającego ochrony. Mamy do czynienia z sytuacją, gdy można wyraźnie wyróżnić kierunek fali akustycznej, będącej przyczyną zakłóceń dźwiękowych. Wynika z tego, że w obszarach mocno zabudowanych, przy obecności wielu budynków, od których odbijają się fale akustyczne, pojęcie kierunku dochodzenia do obiektu chronionego fali akustycznej zaczyna tracić sens. Po prostu - do interesującego nas rejonu dobiegają fale od źródła oraz fale odbite od fasad budynków ze wszystkich stron; pojęcie kierunku przemieszczania się fal akustycznych traci ostrość. A jednocześnie traci zasadność pytanie, gdzie ustawić ekran akustyczny, aby znalazł się on na drodze fali. • Ekranu akustycznego nie lokalizuje się w intensywnym polu odbitych fal akustycznych. Jest to równoznaczne z zanegowaniem sensu budowy ekranu akustycznego na większości ulic miejskich. Odmiennie sytuacja kształtuje się w przypadku tras szybkiego ruchu w mieście. Wtedy zdecydowanie dominującym źródłem dźwięku jest właśnie ta trasa, a ekran usytuowany wzdłuż niej chroni przed zakłóceniami obszary położone w głębi. • Jeśli chodzi o skuteczność i efektywność ekologiczna, zdecydowanie najbardziej operatywną, a równocześnie najprostszą, jest definicja skuteczności ekranu jako: ΔLA = LA2 – LA1 , dB gdzie: LA1 – poziom dźwięku w danym punkcie obserwacji, przed zainstalowaniem ekranu, dB LA2 – poziom dźwięku w tym samym punkcie, po zainstalowaniu ekranu, dB Ekran jest wtedy skuteczny, gdy różnica ta jest większa od zera, najlepiej – jeśli jest możliwie duża. Praktycznie można spodziewać się skuteczności ekranu akustycznego rzędu: ΔLA > 10 dB - skuteczność bardzo wysoka, 6 dB < ΔLA < 10 dB - skuteczność zadawalająca, 4 dB < ΔLA < 6 dB - skuteczność „tolerowana” 0 dB < ΔLA < 4 dB - ekran praktycznie nie skuteczny. Powyższe liczby wskazują, że w wielu przypadkach doprowadzenie do osiągnięcia poziomu dopuszczalnego przy pomocy ekranu nie jest możliwe. Czy wtedy ekran akustyczny ma sens? Odpowiedź na to pytanie musi być zawsze rozpatrzona indywidualnie. Lecz w tym celu dobrze jest posłużyć się „pojęciem efektu ekologicznego” (skutecznością ekologiczną), która nie wymaga uzyskania efektu bezwzględnego, prowadzącego do osiągnięcia wartości dopuszczalnej poziomu dźwięku. Bowiem w wielu przypadkach istotne jest obniżenie poziomu hałasu i wyjście z zakresu jego bardzo wysokiej uciążliwości w obszar uciążliwości umiarkowanej. • skuteczność ekranu akustycznego nie musi gwarantować uzyskania wartości poziomu dopuszczalnego. Niemniej w każdej sytuacji ekran musi zapewnić obniżenie poziomu dźwięku, a efekt ekologiczny tego obniżenia musi być uzasadniony i satysfakcjonujący wszystkie strony: mieszkańców, inwestora i na koniec – projektanta. • Parametry izolacyjności akustycznej i charakterystyki pochłaniania dźwięku dobiera akustyk – projektant z uwzględnieniem aktualnych i przewidywanych warunków w miejscu posadowienia ekranu (jest to jedna z istotniejszych faz projektowania). W praktyce dobór ten związany jest z określeniem elementów, z których ekran będzie zbudowany. Nie dopuszczalna jest zmiana tych elementów (w tak zwanym projekcie wykonawczym, zastępczym) bez wykonania ponownie pełnej analizy akustycznej, czyli całego projektu ekranu poza projektem konstrukcyjnym. Wysokość ekranu decyduje o tym, czy budowlane obiekty chronione znajdą się w obszarze „przesłanianym” przez ekran, czy też nie, co nazywa się obszarem cienia akustycznego. Wartość skuteczności ekranu związana ze stopniem załamania się fali akustycznej na jego krawędzi – patrz kąty α 1 oraz α 2 - zależna jest od tzw. liczby Fresnela. Natomiast liczba Fresnela zależna jest od geometrycznej różnicy dróg: N = a + b – c Symbole a, b oraz c objaśniono graficznie na rysunku Nr 9 Rys Nr 9. Schemat przebiegu fal dźwiękowych podczas napotkania przeszkody (ekranu) (rysunek: autor) Im głębiej w cieniu akustycznym zlokalizuje się odbiorcę hałasu, tym kąt załamania fal akustycznych na krawędzi ekranu będzie większy, a więc także większa skuteczność. Zależy to w istotnym stopniu od wysokości ekranu. • Z punktu widzenia skuteczności ekranowania znacznie korzystniejsze są ekrany wysokie. Jak wskazują doświadczenia, ekrany niskie charakteryzują się skutecznością małą, niezadowalającą lub wręcz żadną. Minimalna wysokość ekranów zamyka się w granicy ok. 2 m, chociaż niższe ekrany są również stosowane w połączeniu z wysokimi nasypami, natomiast górna granica wysokości to ok. 10 m. Wysokość ekranu określa różnicę dróg między falą bezpośrednią a ekranową. Im większa różnica dróg, tym większa skuteczność. Poza obszarem cienia akustycznego ekran jest nieskuteczny. W praktyce spotyka się najczęściej ekrany: Wysokie, o wysokości ok. 10-7 m. efektywność akustyczna takich ekranów w optymalnych warunkach urbanistycznych może wynosić do 20 dB. Najczęściej wynosi ona ok. 10-12 dB. Ekrany takie stosuje się najczęściej do ochrony budynków wielokondygnacyjnych. Na wyższych kondygnacjach skuteczność ekranów znacznie spada. Wiąże się to z tym, że najwyższe kondygnacje znajdują się już na granicy cienia akustycznego. Bardzo istotnym czynnikiem przy ochronie budynków wielokondygnacyjnych jest długość ekranu. Średnie, o wysokości ok. 5 m. efektywność akustyczna takich ekranów nie przekracza 15 dB. W praktyce wynosi ona ok. 7-10 dB. Ekrany takie doskonale chronią budynki 2 lub 3 kondygnacjach. W celu poprawy skuteczności akustycznej takich ekranów na wyższych kondygnacjach często buduje się je jako odgięte w stronę jezdni. Niskie, o wysokości ok. 1 m. służą one do ochrony przed hałasem pochodzącym od pojazdów szynowych. Skuteczność ich wynosi ok. 3 dB. • Skuteczność ekranowania nie jest wartością stałą w czasie. Zmienia się ona, tak zresztą jak warunki rozprzestrzeniania się dźwięku wraz z zaistnieniem różnych kombinacji warunków pogodowych. W niektórych przypadkach może się okazać, iż dobrze zaprojektowany ekran akustyczny wykazuje czasem obniżenie wartości skuteczności niemal do zera. Ma to miejsce dla: - Specyficznych zestawów wartości gradientów temperatury i gradientów wiatru, - Dalszych (powyżej 100 m) punktów obserwacji. • Zdarzają się w praktyce takie dni, gdy subiektywna ocena (obiektywna też) skuteczności ekranu na skutek specyficznego zestawu parametrów pogodowych, jest bardzo niska. Nie jest to błąd projektowania, choć sygnały o występowaniu tego zjawiska należy kontrolować i sprawdzać. • Należy dążyć do możliwie dużej wysokości ekranu. Wtedy zasięg zmniejszenia się skuteczności ekranu podczas inwersji temperaturowej jest duży. Natomiast ekrany niskie, poniżej 3,5 – 4 m są bardzo „czułe” na zmiany warunków atmosferycznych. • Z uwagi na zasięgi obniżania się skuteczności ekranów akustycznych z uwagi na warunki atmosferyczne nie powinno się rozpatrywać ochrony przy pomocy ekranów akustycznych obiektów oddalonych o więcej niż 150 – 200 m od źródła. • Do chronionego obszaru za ekranem mogą przedostawać się fale akustyczne nie tylko znad krawędzi górnej ekranu, lecz także spoza krawędzi bocznych. Im krótszy ekran, tym poziom dźwięku tych fal będzie większy. Szczególnie istotne jest zjawisko przenikania dźwięku z segmentów źródła poza krawędziami ekranów w przypadku, gdy mamy do czynienia ze źródłem liniowym (np. trasą komunikacyjną). W niektórych przypadkach może się okazać, iż ekran jest na tyle krótki, że nie ma on żadnego znaczenia dla zmniejszenia hałasu u odbiorcy, ( rys. Nr 10) Rys. nr 10 Schemat przenikania dźwięku w obrębie ekranu akustycznego, (rys. autor) Z efektem skończonej długości ekranu akustycznego łączą się merytorycznie „przerwy” w ekranie. Każda taka przerwa oddziaływuje jak zmniejszenie długości ekranu, czasem drastycznie obniżając jego skuteczność. Jeżeli przerw takich nie można w żadnym stopniu uniknąć należy rozważyć rezygnację z budowy ekranu, co skutkować będzie oszczędnością znacznych środków nie wydanych na rozwiązanie o wątpliwej skuteczności. • Zdarza się niestety wcale nie tak rzadko, iż obszar chroniony ekranem zostaje zagospodarowany w sposób obracający wniwecz zamierzenia projektanta. Zmieniając zagospodarowanie przestrzenne należy jednak brać pod uwagę realne możliwości ochrony przed hałasem przy pomocy już zastosowanych rozwiązań. Rys Nr 11. Podział ekranów akustycznych ze względu na zastosowanie w otoczeniu dróg, (rys. autor) Rys. Nr 12. Podział ekranów akustycznych ze względu różny przekrój poprzeczny, (rys. autor) Technologie pochłaniających paneli akustycznych Obecnie na rynku pochłaniających ekranów akustycznych znajduje się kilkanaście rozwiązań o zbliżonych parametrach i podobnej cenie. Są to przede wszystkim panele na bazie wełny mineralnej oraz panele betonowe z wykładziną dźwiękochłonną z drewnobetonu (trocinobeton, zrębkobeton) lub keramzytobetonu. Panele z okładziną drewnobetonową stanowią zespolony element produkowany i gotowy do transportu lub składający się z dwóch elementów: konstrukcyjnej płyty betonowej oraz płyt dźwiękochłonnych z drewnobetonu mocowanych na placu budowy. Powierzchnia ekranów z drewnobetonu posiada mocno zróżnicowaną powierzchnię złożoną najczęściej z pionowych lub poziomych fal jak również innych wzorów i kształtów. Powierzchnia taka oprócz silnych właściwości pochłaniających posiada również właściwości rozpraszające. Ze względu na specyfikę swojej powierzchni ,ekrany z wykładziną drewnobetonową najrzadziej stają się ofiarą „graficiarzy”. Wełna mineralna służy jako wypełnienie paneli wykonanych z drewna, ocynkowanej ogniowo stali, aluminium, PCV. Standardem stało się, że konstrukcja nośna (HEB-y) ekranów jest bardzo zbliżona we wszystkich technologiach. Najczęściej stosowanym rozstawem jest 4 metry w osiach słupów, stwarza to otwarte pole przed wieloma rozwiązaniami, które spełniają wymogi ujęte w specyfikacjach. Rozwiązania stosowane w Polsce w niczym nie ustępują najlepszym rozwiązaniom europejskim, a często je przewyższają jakością wykonania, parametrami technicznymi i akustycznymi. Konkurencja na rynku doprowadziła do znacznego obniżenia kosztów paneli akustycznych, a co za tym idzie do obniżenia kosztów budowy całej konstrukcji. Obecnie na bardzo dużych inwestycjach (autostrady, drogi ekspresowe, obwodnice miast) 1 m² ekranu pochłaniającego wykonywany jest w cenie około 350,00 zł. netto. W tej kwocie zawarte są całkowite koszty budowy wraz z materiałem. Koszty budowy ekranów o małej powierzchni całkowitej (do 500 m²) są wyższe o około 15-25 %. wróć do spisu tematów czytaj dalej