DIAGNOSTIKA A MA- NAGEMENT VOZOVEK

VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ

DOC. ING. JAN KUDRNA, CSC.

DIAGNOSTIKA A MANAGEMENT VOZOVEK MODUL 02

PROVOZNÍ ZP SOBILOST POVRCH VOZOVEK

STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

Funkce pozemních komunikací

© Jan Kudrna, Brno 2007 - 3 (49) -


OBSAH 1.1 Požadované znalosti ............................................................................. 6 1.2 Doba pot ebná ke studiu....................................................................... 6 1.3 Klí ová slova ........................................................................................ 6 1.4 Metodický návod na práci s textem...................................................... 6 2 Rovnost povrch vozovek............................................................................ 7 2.1 M ení nerovností................................................................................. 7 2.2 Podélná nerovnost ................................................................................ 8 2.2.1 M ení a hodnocení podélné nerovnosti latí a planografem . 9 2.2.2 M ení nerovností p esnou nivelací ..................................... 14 2.2.3 Dynamické m ení podélných nerovností............................ 14 2.3 P í né nerovnosti ................................................................................ 16 2.3.1 M ení p í né nerovnosti ..................................................... 16 2.3.2 Hodnocení p í né nerovnosti ............................................... 16 2.3.3 M ení a hodnocení p í né nerovnosti latí........................... 17 2.3.4 M ení a hodnocení p í né nerovnosti dynamickým profilografem........................................................................ 17 2.4 Posouzení a vyhodnocení nerovností ................................................. 17 2.5 Cvi ení............................................Chyba! Záložka není definována. 3 Multifunk ní za ízení na m ení a vyhodnocení provozní zp sobilosti19 3.1 Multifunk ní vozidlo ARAN.............................................................. 19 3.1.1 Základní m icí systémy multifunk ních vozidel ................ 20 3.2 Jiná vozidla......................................................................................... 24 4 Vlivy na životní prost edí.......................................................................... 26 4.1 Hluk jako faktor životního prost edí .................................................. 26 4.1.1 Co je hluk ............................................................................. 26 4.2 Základní pojmy................................................................................... 27 4.2.1 Jak zvuk vzniká a ší í se....................................................... 27 4.2.2 Akustický tlak ...................................................................... 27 4.2.3 Intenzita I.............................................................................. 27 4.3 Lidské ucho ........................................................................................ 28 4.4 M ení hluku ...................................................................................... 29 4.4.1 Hlasitost H............................................................................ 29 4.4.2 Filtry ..................................................................................... 30 4.4.3 Sluchové pole ....................................................................... 31 4.4.4 Základní akustická jednotka................................................. 32 4.5 Zdroj hluku ......................................................................................... 34 4.5.1 T íd ní hluku podle p sobení............................................... 34 4.5.2 T íd ní dopravní hluku podle zdroje.................................... 34 4.5.3 Dopravní hluk vznikající na povrchu komunikace .............. 35 4.6 M ení hluku ...................................................................................... 36 4.6.1 Pro se hluk m í.................................................................. 36 4.6.2 ím se hluk m í .................................................................. 36 - 4 (49) -


4.6.3 Metody m ení hluku v silni ním stavitelství.......................37 4.7 Možnosti snižování hlu nosti povrchu vozovek .................................38 4.7.1 Obrusné vrstvy snižující valivý hluk ....................................40 4.7.2 Krytové vrstvy s nejvyšší hlu ností ......................................40 4.7.3 Nejmén hlu né povrchy ......................................................40 4.7.4 Zapracování poznatk do navrhování vozovek ....................41 4.8 Popisy n kterých technologií ..............................................................41 4.8.1 Asfaltový koberec mastixový (AKM) ..................................41 4.8.2 Asfaltový koberec tenký (AKT) ...........................................42 4.8.3 Asfaltový koberec drenážní (AKD) ......................................43 4.9 Protihlukové systémy ..........................................................................45 4.10 Shrnutí.................................................................................................48 4.10.1 Seznam použité literatury .....................................................49 4.10.2 Odkazy na další studijní zdroje a prameny ...........................49

- 5 (49) -


1 Úvod 1.1

Cíle

Cílem modulu modulu 02 této studijní opory je nau it se: − posuzovat rovnost pozemní komunikace (dále jen PK), − seznámit se se za ízeními posuzující provozní zp sobilost vozovek a − porozum t vliv m silni ního provozu na životní prost edí, zejména hlu nosti s tím, že hlu nost lze omezit povrchem vozovky p ímo u zdroje hluku.

1.2

Požadované znalosti

Text modulu 02 navazuje na modul 01, který vysv tlil základní pojmy provozní zp sobilosti a jejich vliv na bezpe nost a další dopady silni ního provozu. Problematika probíraná v tomto modulu vyžaduje všeobecné znalosti technického charakteru uplatn né p i m ení a konstrukci m icích za ízení. ást týkající se hlu nosti využívá základní znalosti z akustiky.

1.3

Doba pot ebná ke studiu

Text modulu vyžaduje asi 3 h soust ed ného studia.

1.4

Klí ová slova

pozemní komunikace, provozní zp sobilost, m ení, rovnost, multifunk ní vozidla, hlu nost, posuzování, opat ení.

1.5

Metodický návod na práci s textem

Text obsahuje vysv tlení pojm , historii m ení a seznámení s principem a postupem m ení a vyhodnocování provozní zp sobilosti. Absolventi se setkají jen s n kterými jednoduchými metodami, ostatní metody mohou jen objednat a využívat výsledky m ení, které bude hodnotit výsledky prací zhotovitel stavebních prací.

- 6 (49) -


2 Rovnost povrch vozovek Rovnost povrch vozovek PK je charakteristika povrch , jejíž hodnoty podle klasifika ní stupnice ovliv ují pohodlí (p i klasifikaci 1 až 3) a bezpe nost silni ního provozu (p i klasifikaci 4 a 5). P irozeným d sledkem nerovného povrchu vozovky musí být snížení rychlosti vozidel. Nerovnost povrch vozovek je tvo ena svislými rozdíly mezi teoretickým povrchem vozovky ur eným projektovou dokumentací a skute ným povrchem vozovky. Existuje nerovnost: − podélná, jako nerovnosti vytvá ející vlny ve sm ru jízdy vozidel a − p í ná, jako nerovnost vytvá ející vlnu v p í ném sm ru (kolmo) k pohybu vozidel, p í ná nerovnost se také nazývá: − vyjetá kolej, která se prakticky vytvá í v asfaltových krytech vozovek (malá nerovnost v p í ném sm ru se bez vlivu na klasifikaci nerovnosti vytvá í i v cementobetonové vozovce povrchovým opot ebením), − podélný hrbol, který se vytvá í deformací celé vozovky (zejména v podloží) ve stopách vozidel (vozovka sm uje k meznímu stavu únosnosti, viz obr. 2.3 v M 01).

2.1

M ení nerovností

M ení nerovností je založeno na skute né charakteristice nerovností vyjád ené hloubkou a délkou nerovnosti nebo na základ ú inku nerovnosti na pohodlí a bezpe nost silni ního provozu (viz zmínku v 2.3.1). Vztah mezi charakteristikou nerovnosti je pom rn jednoduchý u p í ných nerovností. P i ur ité hloubce nerovnosti se v ní zdržuje voda a ta m že zp sobit aquaplaning, takže klasifikace nerovnosti je p irozená a je založena na hloubce koleje nebo v p esn jším vyjád ení na hloubce vody (zohlední se daný p í ný sklon). Pom rn horší situace je u podélných nerovností. V minulosti bylo vyvinuto n kolik jednoduchých za ízení na m ení nerovností pro p ejímku vozovek (m ení nerovností latí) a z nich se odvíjela další za ízení schopná m it kontinuáln jak s mechanickým tak elektronickým záznamem p i pomalé i rychlé jízd . Tyto hodnoty nebylo možno vztáhnout k pohodlí a bezpe nosti silni ního provozu, pouze bylo možno zaznamenat místa, která požadavek nerovnosti na dané délce lati nespl ují a p ed p evzetím stavby je bylo nutno opravit. Na druhé stran velké množství malých (a krátkých) nerovností (spl ujících požadavky pro p evzetí stavby) nebylo pro hodnocení použito a dlouhé i hluboké nerovností z podstaty m ení nebyly zaznamenány, p itom jízda na takových površích byla nep íjemná nebo nebezpe ná. První za ízení, které m ilo nerovnosti z reakcí vozidla byl tzv. Bump Imtergator (po íta „boulí“). Ten se ítal vzájemné pohyby mezi odpruženým kolem a - 7 (49) -


rámem motocyklu nebo mezi nápravou a karosérií osobního vozidla (první za ízení už ve 30letech v USA). Nerovnost se pak udávala v sou tu všech vzájemných pohyb jedním sm rem (mezi kolem a rámem) na dané délce (v yardech na míli nebo metrech na kilometr). Toto za ízení dokázalo zaznamenat jak krátké nerovnosti tak dlouhé nerovnosti, ale stanovená hodnota je nerozlišovala. Také nebylo možno tyto hodnoty objektivizovat, hodnoty byly vázány na rychlost a zejména typ a stav m icího vozidla. P esto nap íklad silni ní správy byly vybaveny jedním typem vozidla a za ízení tak, aby bylo možno poskytovat relativn spolehlivé objektivní charakteristiky rovnosti pro plánování opravy. Další vývoj za ízení sm oval k m ení odezvy definovaného m icího za ízení na nerovnosti. V 70letech vznikala jednoduchá za ízení nap íklad s lehkým cyklistickým kolem s galuskou a na definovaném odpruženém rámu taženého p ív su se m ila všechna zrychlení tohoto rámu. V SN 73 6175 pak existuje p edstavitel t chto za ízení jako dvouhmotová m icí souprava (DMS), což byla p ední náprava ze Škody 120 (první hmota) a na rámu p ív su za tažným vozidlem (druhá hmota) byl osazen akcelerometr, jehož údaje o zrychleních na rámu se v kroku po 0,25 m zaznamenávaly v závislosti na ujeté dráze. Vyhodnocením se získávala velikost a frekvence zrychlení (tj. rozlišovaly se krátké vlny a dlouhé vlny) a nerovnosti se vyjád ily hodnotou míry nerovnosti C. Vývoj dalšího hodnocení stále pokra uje. Další vývoj se ubíral ke kontinuálnímu m ení nerovnosti osazením na automobilu bezdotykovým zp sobem a s vyrovnáním pohyb vozidla na nerovnostech pomocí gyroskop . Spojením m ení se tak zaznamenal reálný povrch vozovky s etností m ení povrchu nejmén po 250 mm. Podobného hodnocení podélného profilu lze dosáhnout m ením p esnou nivelací. Problém z stává nastavit údaje o odezv automobilu na daný reálný povrch tak, aby klasifikace odpovídala požadavk m pro pohodlný a bezpe ný silni ní provoz. A zde je práv problém. SN 73 6175 eší p evedení reálného povrchu zm eného nivelací na zrychlení stanovitelná na definovaném referen ním odezvovém systému modelujícím vozidlo s odpruženými hmotami. Z této odezvy se pak odvozuje na celém sv t používaná charakteristika IRI (anglicky International Rougness Index jako mezinárodní index nerovnosti).

2.2

Podélná nerovnost

Podélná nerovnost je definována svislými rozdíly mezi teoretickým podélným profilem, ur eným projektovou dokumentací a skute ným podélným profilem, vzniklým ezem skute ného povrchu svislou rovinou, rovnob žnou se sm rem jízdy vozidla. Charakteristiky nerovnosti dokumentuje obr. 2.1. Podélné nerovnosti jsou hodnoceny bu nerovnosti.

výškovým údajem nebo parametrem

- 8 (49) -


Základní ára je ára, ke které jsou nerovnosti vztahovány Základní délka - ást základní áry, využitá pro m ení a vyhodnocení nerovností

Obr. 2.1 – základní charakteristiky podélné nerovnosti

2.2.1 M ení a hodnocení podélné nerovnosti latí a planografem Výškové údaje se používají pro p evzetí stavby. Jsou k dispozici jednoduché a také pom rn výkonné m icí metody, na základ jejich m ení je možnost stanovit místa s nedodržením technologie, která bude t eba p ed uvedením vozovky do provozu opravit. 2.2.1.1 M ení nerovnosti latí Podstata zkoušky spo ívá ve zjiš ování maximálních dvojaplitud nerovností pod latí (vzdálenost mezi dv ma vrcholy nerovnosti se považuje za délku vlny a vzdálenost mezi vrcholy vlny jsou dv amplitudy). Zkušební za ízení tvo í: a) pro m ení podélné nerovnosti duralová la o délce 4 (3) m b) m ící klínek

- 9 (49) -


Obr. 2.2 – M icí la na stanovení nerovnosti. Podle SN 73 6175 4 m

Obr. 2.3 – M icí klínek na stanovení nerovnosti pod latí

Podélná nerovnost se m í v jednotlivých stopách vzdálených od sebe 3 – 4 m. Jízdní pás o ší ce menší než 4 m se m í v jedné stop uprost ed a jízdní pás o ší ce 4 m a více se m í ve dvou stopách ve vzdálenosti asi ¼ ší ky jízdního pásu od jeho okraj .

- 10 (49) -


La musí být b hem m ení položena na vozovce tak, aby její boky byly kolmo k povrchu vozovky. Zasunutím klínku pod la se m í nejv tší dvojamplituda nerovností. Po zm ení nerovnosti se la posune o polovinu své délky, tj. o 2 m kup edu a provede se další m ení.

Obr. 2.4 – Postup m ení podélných nerovností latí

Zaznamenávají se m ení na místech, kde svislé hodnoty po adnice p esahují maximální dovolenou hodnotu a tato místa se ozna í. V místech, kde je polom r vydutého výškového oblouku ru ≤ 2 000 m a v místech, kde je polom r sm rového kruhového oblouku r ≤ 160 m, je nutné nam ené hodnoty opravit s ohledem na zak ivení plochy pomocí nomogram uvedených v SN 73 6175. Maximální povolené nerovnosti pod latí jsou uvedeny (p ípadn jejich po et na délce) v SN platné pro daný m ený povrch vrstvy nebo vozovky ( SN 73 6121 až SN 73 6131) nebo v dokumentaci stavby (ve Zvláštních technických kvalitativních podmínkách nebo Technických kvalitativních podmínkách v p íslušné kapitole týkající se vrstvy vozovky). Pro povrchy vozovek jsou p ípustné nerovnosti obvykle do 5 mm, na letištních nebo jiných plochách vyžadujících vyšší rovnost m že být nerovnost do 3 mm a na nenáro ných technologiích vyšší (nap íklad penetra ní makadam nebo dlažba požadují rovnost až do 15 mm). 2.2.1.2 M ení nerovností pojízdnou latí – Planografem Podstata zkoušky spo ívá v m ení a registraci podélných nerovností povrchu vozovky pod ty metrovou konstrukcí podep enou soustavou deseti kole ek, viz obr. 2.5. M icí kole ko, které je umíst no uprost ed konstrukce, sleduje nerovnosti povrchu vozovky, p i emž vykonává svislé pohyby, které jsou zaznamenávány registra ním za ízením. - 11 (49) -


Starší konstrukce za ízení používala pákový p evod svislých pohyb m icího kole ka a rydlem se tyto pohyby zaznamenávaly do barevného voskového papíru, jehož posun odpovídal ujeté dráze za ízení. Zápisem se vytvá el viagram (rydlo odstra ovalo nepr hledný sv tlý vosk a následn byla vid t ára v barv podkladního papíru), viz obr. 2.6. Nov jší za ízení snímají ujetou dráhu a pohyby m icího kole ka elektronicky. V pravidelných vzdálenostech zaznamenávaného pohybu planografu je zaznamenána výšková pohoha m icího kole ka a m ený signál po jeho digitalizaci je p ímo ukládán do pam ti po íta e, kde vytvá í tabulku hodnot v závislosti na ujeté dráze planografu. Délka m eného úseku je vymezena délkou pohybu m icího kole ka. M ená stopa se ur í stejn jako p i m ení podélné nerovnosti latí. Planograf je tažen obsluhou, rychlost nesmí p esáhnout 4 km/h. Grafický záznam nerovností tzv. viagram se kreslí v závislosti na projeté trase v m ítku 1:400 nebo 1:100. Výškové m ítko záznamu je 1:1. Ve viagramu se vyhledají místa, kde svislé hodnoty po adnice p esahují maximální dovolenou hodnotu. Elektronické za ízení m že zpracovat stejný nebo podobný tišt ný záznam a protokol o zkoušce v etn vyhodnocení nerovností. Elektronické za ízení obvykle obsahuje i za ízení na vyzna ení nerovností p esahující daný požadavek (vytvo í se barevná zna ka sprejem) tak, aby na daném míst mohlo být provedeno vyrovnání povrchu, obvykle jeho zbroušením. P ípustné hodnoty nerovností se naleznou v podkladech uvedených ve vyhodnocení m ení latí. P ípustné hodnoty nerovností jsou shodné jak je uvedeno v záv ru 2.2.1.1 pro m ení latí.

- 12 (49) -


Obr. 2.5 – Planograf na m ení podélných nerovností

Obr. 2.6 – Viagram jako záznam nerovností planografem

- 13 (49) -


2.2.2

M ení nerovností p esnou nivelací

Ú elem zkoušky je stanovení pr b hu podélné nerovnosti povrchu vozovky úsek , zvolených zejména pro stanovení a kalibraci charakteristik nerovnosti. Podstata zkoušky spo ívá ve zjišt ní skute ného povrchu vozovky zam ením výšek podrobných bod nivelací. Provádí se m ení podrobných bod ve dvou soub žných adách ve vzájemné vzdálenosti 1,25 m až 1,6 m v podélném sm ru PK. Vzdálenost podrobných bod v adách je 0,25 m na délce 500 m. Výšky podrobných bod se ur ují metodou nivelace ze st edu. Výsledkem je profil ur ený relativními výškovými body. Další zpracování m ení má tento postup: − vylou ení chyb ve tení, − odstran ní trend v podélném sklonu nivelety metodou nejmenších tverc , ímž vznikne podélný profil bez dlouhých podélných vln a podélných spád znázor ující pr b h nerovností v požadovaných délkách, − takto charakterizovaný profil se následn podle postupu uvedeném v SN 73 6175 p evede na mezinárodní index nerovnosti IRI nebo parametr nerovnosti C, − mezinárodní index nerovnosti IRI (m/km) je parametr nerovnosti stanovený simulací jízdy referen ního odezvového systému p i rychlosti 80 km/h po podélných nerovnostech, jejichž pr b h je získán nivelací, − podle v norm uvedených výpo t indexu IRI není využívána informace o vlnových délkách nerovností mimo interval 1,3 m až 30 m, tyto nerovnosti kratší nebo dlouhé vlny do charakteristiky nevstupují.

2.2.3

Dynamické m ení podélných nerovností

Dynamická m ení jsou založena na jízd zkušebních za ízení v b žném silni ním provozu. Krom již zmín né dvouhmotové m icí soupravy, která se již v R neužívá, existuje n kolik m icích systém na stanovení indexu IRI a metodika DYNVIA. 2.2.3.1 Zp soby m ení indexu IRI Za ízení na stanovení IRI využívá m icí v z s m ením povrchu bezdotykovým zp sobem (obvykle laserovou kamerou) v pravidelných vzdálenostech kratších než 0,25 m. Pohyby vozidla jsou eliminovány použitím p esných gyroskop . Výsledkem m že být stanovený p í ný profil jako v p ípad m ení nivelací nebo algoritmem v palubním po íta i se p ímo stanovuje index IRI. P edstavitel takového zp sobu m ení je kanadské m icí vozidlo ARAN (podrobn ji v kapitole 3). Jiný zp sob m ení je zmín n v SN 73 6175. Podstata zkoušky spo ívá ve snímání hodnot svislého zrychlení neodpružené hmoty m ící nápravy a hodnot svislého zrychlení odpružené hmoty karosérie vozidla pomocí akcelerometr , ze kterých se nezávisle na rychlosti pohybu zkušebního za ízení stanoví pr b h podélných nerovností. M ící rychlost se má pohybovat v rozmezí 35 km/h až - 14 (49) -


90 km/h. Svislá zrychlení mají být snímána po ujetí vzorkovacího intervalu 0,25 m. Rovn ž se používá bezdotykového m ení latí s vyrovnáním pohyb vozidla m ením akcelerometr . Takové za ízení osazeném v n meckém za ízení ARGUS bylo v posledních letech užíváno v R, viz obr. 2.7. Podle zp sobu m ení se stanovují nerovnosti v jedné (obvykle levé) nebo v obou jízdních stopách. Na základ pr b hu podélných nerovností se pomocí algoritmu stanoví hodnoty mezinárodního indexu nerovnosti IRI pro úseky o délce 20 m. Velmi d ležité je cejchování a kalibrace m icích za ízení. Práv p i m ení v roce 2005 se stalo, že výstupy z m ení za ízením ARGUS nebyly dodavatelem poskytnuty v parametru indexu IRI, ale v jiném parametru charakterizujícím nerovnost. Výsledkem byla informace správce silnic I. t íd, že 40 % sít t chto vozovek je v nevyhovujícím a havarijním stavu. Znamenalo by to, že maximální rychlost vozidel asi na 2500 km silnic I. t ídy by se z hlediska bezpe nosti silni ního provozu musela pohybovat v rozmezí 40 km/h až 60 km/h.

Obr. 2.7 – Za ízení pro m ení podélné nerovnosti na za ízení ARGUS

2.2.3.2 Vyhodnocení m ení indexu IRI Stanovený index IRI se obvykle vyjad uje pro délku úsek 20 m. Klasifikace úseku podle stanovených hodnot IRI je v kapitole 2.4. 2.2.3.3 Stanovení nerovnosti metodou DYNVIA 2.2.3.4 Vyhodnocení m ení

- 15 (49) -


2.3

P í né nerovnosti

P í ná nerovnost je definována rozdíly mezi teoretickým p í ným profilem, ur eným projektovou dokumentací a skute ným p í ným profilem, vzniklým ezem svislou rovinou, kolmou na sm r jízdy dopravních prost edk .

2.3.1

M ení p í né nerovnosti

Pro stanovení p í né nerovnosti se používala a používá la s klínkem. Dlouhou dobu se používaly profilometry jako nosníky, po nichž se posouvalo za ízení s m icím kole kem se zapisova em. Pohyby kole ka ve svislém sm ru se p enášely na pisátko, které na odvalujícím se zapisovacím papíru kreslilo profil povrchu v p í ném sm ru pro celý jízdní pruh. Tyto pomalé a pracné zp soby se již nepoužívají. Výkonn jší za ízení schopné se pohybovat rychlostí v podélném sm ru až 15 km/h m ly na rámu osazeny sadu kole ek a jejich pohyb v nerovnostech m ily elektrické sníma e dráhy. Tímto zp sobem mohl být vynesen p í ný profil jízdního pruhu v pravidelných vzdálenostech (nap . po 1 m) pro celé úseky PK. Opravdový pokrok v m ení p í ných nerovností byl zaznamenán používáním bezkontaktních sníma vzdálenosti. Tyto sníma e a na principu ultrazvuku nebo laseru umíst ných na rámu m ícího vozu v pravidelných vzdálenostech po 100 mm (p ípadn v tšími vzdálenostmi mezi vyjetými kolejemi) se nazývají dynamické profilografy a obvykle m í v podélných vzdálenostech po 1 m.

2.3.2

Hodnocení p í né nerovnosti

Podle grafického znázorn ní p í né nerovnosti v obr. 2.8 je charakteristika p í né nerovnosti: a) hloubka vyjeté koleje K (mm) je maximální hodnota dvojamplitudy nerovnosti m ené pod základní délkou p í né lat 2 m, b) teoretická hloubka vody h (mm) je nejvyšší výška vodního sloupce, která m že ve vyjeté koleji vzniknout. Výškové údaje se používají jak pro p evzetí stavby, tak pro hodnocení vyjetých kolejí provozovaných vozovek.

K

h

Obr. 2.8 – Znázorn ní charakteristik p í né nerovnosti

- 16 (49) -


2.3.3

M ení a hodnocení p í né nerovnosti latí

Podstata zkoušky spo ívá ve zjiš ování maximálních dvojaplitud nerovností pod latí jako v p ípad m ení podélných nerovností. Používá se stejná zkušební la o délce 3 m nebo 2 m a m icí klínek jako je v obr. 2.2 a 2.3. P í ná nerovnost se m í v profilech vzdálených od sebe zpravidla 10 m. Obvykle se m í hloubka vyjeté koleje v pravé a v levé jízdní stop . P i m ení teoretické hloubky vody se musí ke stanovení vodorovné polohy lat použít vodováha. Zjišt né nerovnosti v p ípad nov položených vrstev vozovek se vyhodnotí podle maximálních dovolených hodnot, uvedených v p íslušných normách pro stavbu vozovek ( SN 73 6121 až SN 73 6131) nebo TKP i ZTKP. Pro povrchy vozovek jsou p ípustné nerovnosti obvykle do 5 mm, na letištních nebo jiných plochách vyžadujících vyšší rovnost m že být nerovnost do 3 mm a na nenáro ných technologiích vyšší (nap íklad penetra ní makadam nebo dlažbapožadují rovnost až do 15 mm). Klasifikace nerovností provozovaných vozovek se provede podle tabulky 2.1 a 2.2.

2.3.4

M ení a hodnocení p í né nerovnosti dynamickým profilografem

Profilograf osazený na m icím vozidle ARGUS je na fotografii v obr. 2.9. Tvo í jej pevný rám s osazenými bezkontaktním sníma i dráhy. P í ný sklon je m en p esnou libelou nebo gyrátorem. P í ný profil se m í ve vzdálenostech v podélném sm ru po 1 m. Vyjetá kolej a hloubka vody se okamžit vyhodnocuje a ukládá v uvedeném stani ení PK a uložená data je možné libovoln zpracovávat. Nerovnost se klasifikuje podle tabulky 2.1 a 2.2. Za ízení je t eba stejn jako za ízení na m ení podélné nerovnosti kalibrovat a cejchovat tak, aby výsledky m ení byly spolehlivé. Pro ten ú el se zhotovují podobné zkušební úseky nivelací pokrývajícím pole o délce 10 m a m enými body v p í ném sm ru po 100 mm a v podélném sm ru po 1 m.

2.4

Posouzení a vyhodnocení nerovností

Na rozdíl od požadavk pro nerovnost latí jsou ostatní charakteristiky rovnosti stanoveny ve vztahu k pohodlí a bezpe nosti silni ního provozu. P i zat íd ní nerovností se používají hodnoty v tabulce 2.1 a zat íd ní charakteristik má použití podle tabulky 2.2.

- 17 (49) -


Tabulka 2.1 - Klasifika ní zat íd ní parametr rovnosti povrch vozovek Klasifika ní stupe Parametr Podélná rovnost – IRI

1

2

3

4

5

< 1,9

1,9 – 3,3

3,4 – 7,9

8,0 – 13,9

> 14,0

<3

3–8

9 – 19

20– 29

30

4

5

– Dynex Vyjeté koleje (mm)

Tabulka 2.2 – Požadovaná klasifikace rovnosti povrch vozovek Klasifika ní stupe

1

2

3

Rovnost – PK s povolenou rychlostí > 50 km/h – PK s povolenou rychlostí 50 km/h

P ejímka povrchu p ed uvedením vozovky do provozu P ejímka povrchu na konci záru ní doby Plánování opat ení pro zvýšení rovnosti povrchu vozovky Provedení opat ení pro zvýšení rovnosti povrchu vozovky

Obr. 2.8 – Profilometr na m ení p í ných nerovností na vozidle ARGUS

- 18 (49) -

Vlivy na životní prost edí

3 Multifunk ní za ízení na m ení a vyhodnocení provozní zp sobilosti Doposud byla popsána za ízení na posouzení provozní zp sobilosti povrch vozovek m ením: − protismykových vlastností (modul 01), − podélné nerovnosti a − p í né nerovnosti. Krom t chto charakteristik jsou k popisu stavu vozovek d ležité: − poruchy vozovek, − p í ný sklon, − stav zna ení a − další údaje ovliv ující bezpe nost silni ního provozu. Je p irozené, že pro sb r všech t chto údaj se vytvá í jedno za ízení, které dokáže posbírat p i jedné jízd všechny uvedené parametry.

3.1

Multifunk ní vozidlo ARAN

Jako p íklad multifunk ního m icího vozidla k posuzování provozní zp sobilosti a dalších charakteristik povrch vozovky m že být vozidlo ARAN (Automatic Road Analyser) vyráb né v Kanad , kterým byly charakteristiky provozní zp sobilosti a další d ležité charakteristiky PK m eny v R v letech 1992 až 2003. Všechny m icí systémy jsou znázorn ny na obr. 3.1. Nezvýrazn né možnosti jako je m ení skid resistence (protismykových vlastností), m ení reflexních vlastností dopravního zna ení a impulsního georadaru (ke stanovení tloušt k vrstev vozovek) znamená, že za ízení v R jimi nebylo vybaveno. Z uvedených charakteristik provozní zp sobilosti ARAN nem í p ímo protismykové vlastnosti, stanovuje jen makrotexturu. Skute n však existují i vozidla, která zárove m í podélné t ení, za ízení jsou osazena na nákladním automobilu (RoadStar). Povšimn me si možnosti za ízení jako je ARAN m it povrch vozovky v podélném a p í ném sm ru. Spojením m ení lze stanovit povrch jízdních pruh v 3D sou adnicích. Taková užití jsou skute n známa i z R. Rychlostní komunikace byla zm ena t emi pojezdy v jednou sm ru a vytvo ený model povrchu umož oval stanovit technologii frézování zna n nerovného povrchu na projektovanou výšku a pokládkou nových vrstev došlo podstatnému zlepšení rovnosti PK. Zatím nezd raz ovaným systémem je za ízení na dokumentaci viditelných poruch vozovky. V zadní ásti vozidla je systém stroboskopických sv tel, který p i osvitu povrchu odstraní tmavá místa vzniklá zastín ním slune ního osv tlení, a kroková snímací kamera po ídí digitální snímek povrchu na ší ku jízdního - 19 (49) -


pruhu a délku 1 m. Všechny viditelné poruchy se následn p evádí svým druhem poruchy a kvalitativním vývojem poruch v daném míst (stani ení) do popisu PK, který umož uje další pracování v rámci systém PMS (anglicky Pavement Management System). P evod n kterých poruch je automatizován (trhliny) jiné se do po íta e zavád jí na základ vizuálního vyhodnocení snímk manuáln p es klávesnici po íta e.

Obr. 3.1 – Schématické vyzna ení funkcí vozidla ARAN

Taková vozidla také p inášejí jisté problémy p i zpracování dat. Pom rn p esné systémy GPS dovolují mapovat celý pr b h PK a p esn se stanovují význa né body nazývané uzlovými body (jsou to k ižovatky PK a hranice bývalých okres ). Bohužel stávající mapové podklady nejsou p esné a ani fyzické délky PK mezi uzlovými body nesouhlasí s tímto p esným m ením.

3.1.1

Základní m icí systémy multifunk ních vozidel

Multifunk ní m icí vozidla musí být vybaveny m icími systémy pro stanovení hlavních charakteristik provozní zp sobilosti jak uvedeno v úvodu kapitoly 5. Vozidlo ARAN bude sloužit jako p íklad osazení a uspo ádání systém . 3.1.1.1 Sít PK a liniové stani ení PK Každá PK m la v dob budování svoje ozna ení a za átek, obvykle byl za átek v hlavním m st zem a konec na hranici zem . Od za átku m la PK svoje stani ení vyzna ené milníky nebo kilometrovníky. Navazující PK m la sv j za átek na k ižovatce s d íve vybudovanou PK a dohromady tyto silnice tvo ily sí PK. Sít se dále d lily na PK hlavní, které spravoval p ímo stát, a nižšího ádu, které spravovala zem , kraj nebo okres. Sít PK jsou ozna eny jménem nebo íslem a stani ením, které ozna ujeme jako liniové. Toto ozna ování se jevilo jako nevýhodné, protože každá zm na vedení PK nutila zm nit stani ení celé PK (tj. vym nit kilometrovníky). Toto

- 20 (49) -


bylo shledáno nepraktickým a proto n které zem p ešly na definování sít uzlovým stani ením. 3.1.1.2 Uzlové body a uzlové stani ení PK Uzlový bod PK je místo v ose PK: − na hranici správní jednotky (doposud v len ní podle okres ) nebo hranice státu a − místo k ížení os PK na k ižovatkách. Každá PK je pak definována za átkem a koncem v uzlovém bodu a PK mezi t mito body má uzlové stani ení. 3.1.1.3 M ení délek Po tomto úvodu bez ohledu na druh stani ení musí vozidlo m ící provozní zp sobilost mít základní p esné m ení vzdálenosti. Používají se p esná m ení elektronickým zp sobem odvozeným z otá ení kola (až 256 pulz na otá ku kola). P íklad osazení je v obr. 3.2.

Obr. 3.2 – M ení délek

Obr. 3.3 – Funkce laserové kamery

3.1.1.4 M ení svislých vzdáleností Pro m ení nerovností a makrotextury se používají laserové nebo ultrazvukové m i e vzdáleností. Princip laserového systému lze pochopit z obr. 3.3. Ultrazvukový systém spo ívá na m ení asu ší ení zvuku od vysíla e a zp t k p ijíma i (stejný princip jakým poznává okolí netopýr). Laserové systémy jsou p esn jší a rychlejší. Laserové kamery se využívají p i m ení podélných nerovností a zejména p i m ení makrotextury. Rychlost vysílání m icích pulz je závislá na rychlosti vozidla a profil je tak získáván v kroku kratším než 1 mm na krátké délce je následn zpracováván ve vyjád ení MPD (viz 3.4.2 v M 01) pro každý stanovený úsek (nap . jedno m ení pro každý 10metrový úsek). Ultrazvukové sníma e se obvykle osazují do rámu na m ení p í ných nerovností (viz obr. 3.4 nebo d ív jší 2.9) - 21 (49) -


Obr. 3.4 – Ultrazvukové sníma e osazené v rámu na m ení p í ných nerovností a za nimi laserové sníma e pro m ení podélných nerovností ve stopách vozidel

3.1.1.5 Za ízení na snímkování poruch V za átku kapitoly 5 zmín ný systém snímkování poruch s pomocí stroboskopického p isv tlení je v obr. 3.5. Pohled na obrazovku se snímkováním poruch je v obr. 3.8.

Obr. 3.5 – Osazení stroboskopického osv tlení a zadní kamery ke snímání poruch

3.1.1.6 GPS a p ední kamera Pro dokumentaci pozice m icího vozidla slouží GPS systémy a kamera dokumentující pohled vp ed z automobilu. Obojí je znázorn no na obr. 3.6 a snímaný pohled je dokumentován v obr. 3.7. - 22 (49) -


Obr. 3.6 – Anténa GPS a elní kamera vozidla

Obr. 3.7 – Pohled na obrazovku ve vozidle, horní polovina elní pohled, dolní je pohled na povrch vozovky

3.1.1.7 Další m icí systémy a zpracování dat Jako d ležitý systém p i sb ru nerovností je gyroskop, který umož uje kontrolovat polohu vozidla pro zpracování p í ného a podélného sklonu a vylou ení pohyb karoserie vozidla na záznam podélných nerovností. Toto za ízení je uloženo ve vozidle, viz obr. 3.8. Nejd ležit jší ástí m icího vozidla jsou po íta e umož ující zpracování dat v reálném ase p i rychlostech do 100 km/h. Je t eba digitalizovat a analyzovat údaje ze všech sníma vzdáleností (rovnost podélná, p í ná a makrotextura), vypo ítat a uložit charakteristiky hloubky koleje a vody v koleji, nerovnosti IRI, p í ný sklon, makrotexturu MPD, ukládat data v závislosti na poloze vozidla (stani ení, GPS). Je t eba ukládat snímky z obou kamer v etn hlasových vstup , které komentují vizuální post ehy a upozorn ní pro další zpracování poruch. Pro ten ú el jsou za ízení vybavena vysoce výkonnými pr myslovými po íta i s velkokapacitními pevnými disky. Osazení po íta dokumentuje obr. 3.8.

- 23 (49) -


Obr. 3.8 – Fotografie umíst ní gyrátoru a po íta

3.2

ve vozidle ARAN

Jiná vozidla

P íklad za ízení ve vozidle ARAN obsahují i další m icí vozidla jako jsou již zmín ná vozidla ARGUS z N mecka nebo RSTA ze Švédska. Uve me ješt fotografii vozidla RoadSTAR (obr. 3.9) osazené na nákladním vozidle s nádrží, které krom všech uvedených parametr navíc m í podélné t ení pomocí brzd ného kola s prokluzem 18 %.

Obr. 3.9 – Fotografie vozidla RoadSTAR m ící i protismykové vlastnosti Již výše zmín ný georadar na analýzu tloušt k vrstev vozovek a jejich homogenity dokumentuje obr. 3.10.

- 24 (49) -


Obr. 3.10 – Automobil vybavený georadarem a které umož uje rozpoznat vrstvy vozovky a jejich zm ny tloušt k

- 25 (49) -

záznam

m ení,


4 Vlivy na životní prost edí V programech ochrany prost edí, které realizují vysp lé státy sv ta, jsou tyto priority ochrany: •

ovzduší,

•

povrchových vod,

•

p ed hlukem a vibracemi.

Všechny uvedené negativní vlivy jsou spojeny se silni ním provozem. Zplodiny automobil , úkap pohonných hmot a mazadel nebo havárie automobil nebo dokonce p epravník nebezpe ných hmot jsou vážnou hrozbou pro životní prost edí. Je to však široký problém, který ovliv ují výrobci automobil , silni ní provoz a jeho intenzita. N co jiného je hluk a vibrace. Ten není výsledkem pouze konstrukce automobil , pneumatik a po tu automobil , ale hluk a vibrace výrazn také ovliv uje povrch vozovky, jak už bylo patrné z obr. 2.2 v M 01.

4.1 Hluk jako faktor životního prost edí 4.1.1

Co je hluk

Hluk je každý necht ný zvuk (bez ohledu na jeho intenzitu), který má rušivý nebo obt žující charakter, nebo který má škodlivé ú inky na lidské zdraví. Negativní ú inky hluku na lidské zdraví jsou jednak ú inky specifické, projevující se poruchami innosti sluchového analyzátoru a jednak ú inky nespecifické (mimosluchové), kdy dochází k ovlivn ní funkcí r zných systém lidského organismu. Tyto nespecifické systémové ú inky se projevují prakticky v celém rozsahu intenzit hluku, asto se na nich podílí stresová reakce a ovlivn ní neurohumorální a neurovegetativní regulace, biochemických reakcí, spánku, vyšších nervových funkcí, jako je u ení a pam , ovlivn ní smyslov motorických funkcí a koordinace. Jednou z nejzávažn jších vlastností zvuku a hluku je, že se ší í pom rn na velké vzdálenosti, stovky metr i více. P itom se ší í stejn dob e vzduchem i vodou nebo pevnou hmotou, nap . konstrukcí stavby. Za ur itých podmínek se m že akustické vln ní odrážet, lomit a ohýbat. I když nap . p sobí pouze jeden zdroj hluku, m že obklopit naše místo pobytu v d sledku uvedených efekt akustická energie tak, že není možno p edem ur it, kde je zdroj umíst n. To se projevuje zejména v uzav ených a polouzav ených prostorách. V d sledku tohoto jevu p sobí hluk na každého, kdo je v dosahu akustické energie. Postihuje tedy nejenom toho, kdo zdroj obsluhuje, ale i osoby, které se zdrojem nemají nic spole ného a pro než je hluk nežádoucí a zbyte ný. Jako výstižný p íklad je možné uvést osobní automobil, který asto využívá k p eprav jenom jedna osoba. Hluku tohoto automobilu není vystaven pouze jeho uživatel, ale tisíce lidí na ulicích m sta a v p ilehlých obytných budovách. Ve volném terénu m že b žný dopravní prost edek svým hlukem zamo it území o ploše n kolika tvere ních kilometr . - 26 (49) -


4.2 Základní pojmy 4.2.1

Jak zvuk vzniká a jak se ší í

Zdrojem zvuku je jakékoliv kmitání, které vede v okolním pružném hmotném prost edí k ší ení vln. Pružnost prost edí zp sobuje, že ástice hmoty vychýlená ze své klidové polohy je vrácena zp t do této polohy. Protože ástice má svou setrva nou hmotu, m že p enášet hybnost na sousední ástice. Tímto zp sobem se ší í vlna podélná, protože všechny pohyby se zde d jí ve sm ru postupného pohybu vlny. Podmínku pružného prost edí spl uje vzduch (mí se stla eným vzduchem se skute n chová pružn ), skládá se z mnoha molekul, jež jsou rovnom rn rozloženy v prostoru. Objemová hmotnost vzduchu je v závislosti na teplot a je kolem 1,2 kg/ m3 a v dosahu silni ní dopravy se vyskytuje v atmosférickém tlaku kolísajícím podle po así kolem 100 kPa. Zvuk je charakterizován: − kmito tem nebo frekvencí jako po et vln harmonického kmitání za sekundu, [Hz], − aplitudou zm ny tlaku v prost edí, [Pa], − intenzitou zvuku, [W/m2] − vyza ovaným akustickým výkonem, [W].

4.2.2

Akustický tlak

Akustický tlak p se m ní sinusov se stejným kmito tem f a postupuje od zdroje rychlostí c = 344 m/s (rychlost mírn závisí na teplot ). Doba, kterou vlna pot ebuje, aby „postoupila“ o vzdálenost rovnou vlnové délce, se nazývá perioda T. Matematický popis p ímé postupné vlny: p ( x, t ) = p o * cos ω t − T=

x c

(4.1)

1 2π = f ω

(4.2)

Rovnice (4.1) vyjad uje: •

rovinná postupná p ímá vlna se pohybuje zleva doprava, aniž se p itom m ní maximální hodnota tlaku, tj. p0 není funkcí x,

•

akustický tlak se v každé poloze x m ní se stejnou úhlovou frekvencí nebo kmito tem f jako v kterékoliv jiné poloze.

4.2.3

Intenzita I

Ší ení energie obvykle popisujeme tzv. intenzitou, kterou definujeme jako energii protékající jednotkovou plochou za jednotku asu. Jednotkou intenzity je W/m2. Máme-li užít pojm charakterizující postupnou akustickou vlnu, je - 27 (49) -


st ední intenzita ve sm ru ší ení vlny asovým pr m rem sou inu akustického tlaku a akustické rychlosti m ené ve sm ru ší ení vlny. St ední výkon vztažený na jednotku plochy, tj. intenzita, je rovna: I=

p2 ρ *c

p2 …

kvadratická st ední hodnota tlaku

p…

efektivní akustický tlak [N/m2]

… c..

(4.3)

m rná hmotnost vzduchu [kg/m3] rychlost zvuku ve vzduchu [m/s]

4.2.3.1 Vyza ovaný akustický výkon Pa Akustický výkon Pa, je výkon, který vyza uje zdroj hluku. P edpokládáme-li, že ve vzduchu v okolí zdroje nedochází k žádným ztrátám, pak všechen vyzaovaný výkon musí procházet n jakou uzav enou plochou, která pln obklopuje zdroj. Pohybujeme-li se sm rem od zdroje vidíme, že výkon p ipadající na jednotkovou plochu v naší okamžité poloze klesá, protože celkový výkon se s rostoucí vzdáleností rozkládá stále na v tší plochu. Akustický výkon procházející jednotkovou plochou nazýváme intenzita. Pa = I * S

(4.4)

S…

plocha o polom ru r obklopující zdroj, S=4* *r [m2]

Pa…

celkový výkon [W]

I…

intenzita [W/m2]

Obr. 4.1 - Jednoduchý zdroj zvuku vyza ující ve všech sm rech výkon Pa

4.3

Lidské ucho

Ucho se d lí na t i ásti – zevní, st ední a vnit ní ucho. Zevní ucho je tvo eno boltcem a zevním zvukovodem. Od st edního ucha je odd leno vazivovou membránou, tzv. bubínkem. St ední ucho je dutina obsahující t i k stky, které se podle svého tvaru nazývají kladívko, kovadlinka a t mínek. Dutina vnit ního ucha je uložená v kosti skalní a obsahuje vlastní sluchový orgán ukrytý ve sle- 28 (49) -


p zakon ené blanité trubi ce, která se podle tvaru nazývá hlemýž (latinsky cochlea), t i polokruhovité kanálky ur ené k vnímání pohybu hlavy a dva vá ky pro vnímáni polohy hlavy. Od st edního ucha je odd lena oválným okénkem uzav eným drobnou blankou, na kterou nasedá t mínek, a kulatým okénkem (také uzav eným blankou). Do st edoušní dutiny zep edu ústí Eustachova trubice, která spojuje ucho s nosohltanem a slouží k vyrovnávání tlak ve st edouší. Vnit ní ucho je celé zano ené do kosti skalní. Sm rem do mozku z n j vybíhá sluchový nerv.

Obr. 4.2 - Lidské ucho

Nejzajímav jší ástí ucha je z mikroskopického pohledu orgán sluchu. Nazývá se Cortiho orgán. Tvo í ho n kolik vrstev bun k, které vystýlají vazivovou membránu v blanitém hlemýždi. Vlastní smyslové bu ky jsou podlouhlé, s vlásky, a jsou op edeny nervovými vlákny. Rovnovážný orgán v polokruhovitých kanálcích je tvo en vysokými bu kami s tenkými výb žky. Kanálky jsou vypln né tekutinou. Vá ky pro vnímání polohy hlavy jsou také napln né tekutinou. Na vnit ní ploše mají smyslové bu ky, jejichž výb žky jsou zano ené do jemného rosolu s drobnými krystalky. Lidské ucho vnímá zvuk o rozsahu 20 – 20 000 Hz. Netopý i jsou schopni vnímat ultrazvuk, zvuk o vyšších kmito tech, naopak sloni a velryby vnímají infrazvuky, zvuky o nižších kmito tech. Velmi citlivý sluch mají psi a ko ky. Vlnu, která leží ve zvukovém rozmezí frekvencí, ucho p ijme jenom tehdy, když intenzita zvuku p evyšuje minimální hodnotu tzv. práh slyšitelnosti. Zvuky o velmi zna né intenzit vyvolávají už jen pocit bolesti (práh bolesti).

4.4 4.4.1

M ení hluku Hlasitost H

Hlasitost je mírou subjektivního vjemu, který souvisí s intenzitou zvuku. Podle Weber-Fechnerova zákona platí mezi popudem (intenzitou zvuku) a poitkem (hlasitostí) vztah pro tón o frekvenci 1 kHz: H = 10 log

I I0

(4.5)

Stoupá-li popud adou geometrickou (násobky), stoupá po itek adou aritmetickou (stálý rozdíl). Hlasitost tón jiných frekvencí byla stanovena subjektiv- 29 (49) -


ním srovnáním hlasitosti t chto tón s tónem referen ním 1 kHz. Tak byly získány k ivky stejných hladin hlasitosti, které udávají, jaký akustický tlak zp sobí na r zných frekvencích stejný vjem hlasitosti jako referen ní istý tón 1 kHz. K ivky stejné hlasitosti jsou k ivky, které respektují r znou citlivost sluchu p i r zných frekvencích a hladinách akustického tlaku.

Obr. 4.3 - K ivky stejné hlasitosti

Z grafu je patrné, že hodnoty intenzity v [dB] a hlasitosti ve fónech [Ph] si odpovídají jen pro frekvenci 1 kHz, pro nízké a vysoké frekvence je p i stejné intenzit vjem hlasitosti nižší (pro stejnou hlasitost je nutná vyšší intenzita zvuku), pro frekvence do cca 5 kHz naopak vyšší. Prohnutí k ivek okolo 3 kHz je zp sobeno deformací zvukového pole hlavou poslucha e. Pro vyšší intenzity zvuku jsou k ivky plošší, frekven ní závislost se zmenšuje.

4.4.2

Filtry

Každý lov k vnímá zvuk jinak intenzivn a jinak hlasit . Abychom mohli výsledky m ení zvuku zaznamenávat a objektivn vyhodnocovat, byla vyvinuta škála váhových filtr . Váhové filtry jsou pom rn jednoduchá za ízení, jejichž kmito tové charakteristiky odpovídají charakteristikám lidského sluchu, tj. k ivkám stejné hlasitosti. Nejrozší en jší a mezinárodn standardizované jsou zvukom rné váhové filtry, ozna ované A, B a C. Váhový filtr A zpracovává m ený signál se z etelem na pokud možno dokonalou aproximaci p evrácené k ivky stejné hlasitosti, odpovídající nízkým hladinám akustického tlaku. Kmito tová charakteristika váhového filtru B odpovídá p evrácené k ivce stejné hlasitosti v oblasti st edních hladin akustického tlaku. Podobn váhový filtr C má kmito tovou charakteristiku útlumu, aproximující p evrácenou k ivku stejné hlasitosti pro vysoké hladiny akustického tlaku. P i m ení leteckého hluku se používá speciální zvukom rný váhový filtr D, jehož parametry jsou také stanoveny mezinárodními doporu eními a normami.

- 30 (49) -


Obr. 4.4 - Váhové filtry A, B, C, D

Moderní zvukom ry jsou vybaveny nejmén jedním idlem z t chto váhových filtr a zpravidla také umož ující m ení bez použití váhových filtr , tj. m ení s použitím lineární kmito tové charakteristiky. Odpovídající režim je zpravidla ozna en zkratkou „Lin“. Je nutno poznamenat, že v sou asné dob je nejrozší en jší použití váhového filtru A. P í ina mén astého použití váhového flitru B a C spo ívá v tom, že odpovídající výsledky m ení nesouhlasí dob e s výsledky subjektivních zkoušek. Jedním z hlavních d vod nesouladu uvedených výsledk je to, že základ k ivek stejné hlasitosti byl odvozen p i použití istých tón . V tšina b žných zvuk a hluk nemá tonální povahu, ale p edstavuje složité akustické signály s mnoha složkami.

4.4.3

Sluchové pole

Sluchové pole v návaznosti na obr. 4.3 je vymezeno zelenou plochou v obr. 4.5.

Obr. 4.5 - Sluchové pole - 31 (49) -


Lidské ucho vnímá nejcitliv ji zvuky o frekvencích 2000 až 3000 Hz. V tomto rozmezí rozliší lov k zvuky, jejichž frekvence se liší o 3 až 9 Hz. Infrazvuk a zvuk do 100 Hz vzniká p edevším v motorech, p i explozích a nadzvukovém t esku. P sobí p i hodnotách nad 130 dB, více tlakem a vibrací, bývá spojen s vestibulárními p íznaky, poruchou dýchání, motoriky, vid ní a výraznou vegetativní a psychickou symtomatologií, p i hodnotách nad 140 dB vyvolává vibraci hrudníku, nad 160 dB trhá plicní alveoly. Ultrazvuk má malou penetraci a jeho užití, nap . v rámci léka ské diagnostiky, nep sobí poruchy sluchu ani p i nasm rování zdroje na vnit ní ucho.

4.4.4

Základní akustická jednotka

V akustice se pro pohodln jší vyjad ování a pro lepší srozumitelnost používá ady speciálních pojm . Snad nej ast jším z nich je decibel (dB). V tšina z nás si ani nedovede p edstavit obrovský rozsah akustických výkon , do n hož spadají b žné zdroje zvuku. Pro p edstavu lze uvést: − lidský šepot

celkový výkon: 0,000 000 001 W

LAeq = 30 dB

− pouli ní hluk

celkový výkon: 0,000 000 1 W

LAeq = 50 dB

− lidský výk ik

celkový výkon: 0,000 1 W

LAeq = 80 dB

− motorová vozidla

celkový výkon: 0,001 W

LAeq = 90 dB

− max. hluk motocyklu

celkový výkon: 0,01 W

LAeq = 100 dB

− práh bolestivosti

celkový výkon: 10 W

LAeq = 130 dB

− akustické trauma

celkový výkon: 100 W

LAeq = 140 dB

4.4.4.1 Decibelové stupnice pro akustický výkon Pa Logaritmická stupnice akustických výkon nám také umož uje vyjád it akustický výkon Pa pomocí exponent z prvního (1) sloupce tab. 4.1. Taková stupnice pak vyjad uje pom r akustických výkon Pa k výkonu 1 W, který nazýváme „referen ní výkon Pa0“. Obecn hladina akustického výkonu Lp je:

L p = 10 log

Pa Pa 0

[dB vzhledem k Pa0]

(4.6)

Za referen ní hodnotu se b žn bere Pa0 = 10-12 W.

Poznámka Pravidla, kterými se ídí matematické operace s logaritmy, vyžadují, aby se vždy logaritmovalo bezrozm rné íslo. V našem p ípad pom r skute ného výkonu s referen ním výkonem. Pojmu hladina se užívá proto, aby se nazna ilo, že stupnice je logaritmická, nelineární. Jednotky v této stupnici nazýváme decibely (dB) a rovnici (4.6) m žeme považovat za definici decibelu. 4.4.4.2 Decibelové stupnice pro akustické tlaky p Jak již bylo uvedeno, za jistých okolností je intenzita zvuku a akustický výkon úm rný st ední kvadratické hodnot tlaku p2. V tšina našich akustických m e- 32 (49) -


ní se však týká efektivního akustického tlaku. Proto je pro nás výhodné stanovit také decibelovou stupnici pro akustické tlaky (viz Tab. 4.1). Pro odvození decibelové stupnice pro efektivní akustické tlaky postupujeme stejn jako v p edchozích p ípadech, kdy jsme vycházeli z pom ru veli in úm rných akustickému výkonu. To znamená, že vyjdeme z pom ru st edních kvadratických hodnot pro akustické tlaky, tedy: hladina akustického tlaku:

L p = 10 log

p2 p0

2

= 20 log

p p0

[dB vzhledem k p0]

(4.7)

Za referen ní hodnotu pro akustický tlak se bere p0 = 2*10-5 Pa 4.4.4.3 Decibelové stupnice pro akustickou intenzitu I Zcela obdobn , jako je odvozena decibelová stupnice pro akustický výkon, je definována decibelová stupnice pro zvukové intenzity takto: hladina intenzity:

I = 10 log

I I0

[dB vzhledem k I0]

I…

zvuková intenzita [W/m2]

I0…

referen ní intenzita 10-12 [W/m2]

(4.8)

Tab. 4.1 - Exponenciální a decibelová stupnice pro akustický výkon a efektivní akustický tlak

Vyza ovaný akustický výkon Pa [W] Ekvivalentní exponenciální notace (1) 105 104 103 102 101 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7

Hladina akustického výkonu [dB] Vzhledem k referen ní hodnot 10-12 W (2) 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50

Efektivní akustický tlak Ekvivalentní vyjád ení v [ bar]

(3) 106 105 104 103 102 101 10 10-1 10-2 10-3 2*10-4 10-4 10-5

- 33 (49) -

Hladina akustického tlaku v [dB] Vzhledem k referen ní hodnot 2*10-5 Pa (4) 194 174 154 134 114 94 74 54 34 14 0 -6 -26


4.5 4.5.1

Zdroj hluku T íd ní hluku podle p sobení

Hluk (zvuk) podle p sobení t ídíme na: − pásmo fyziologické

do 69 dB(A)

− pásmo zát že

70

- 94 dB(A)

− pásmo poškození

95

- 119 dB(A)

− pásmo hmatu

120

- 129 dB(A)

− pásmo bolesti

130 dB(A) a více

P i popisu ú ink zvuku na lov ka používáme hladinu hluku vyjád enou v decibelech a korigovanou kmito tov pomocí pásmového váhového filtru, aby bylo vzato v úvahu, že zvuk v r zných kmito tech je vnímán sluchem s nestejnou citlivostí. Údaj hladiny hluku je ozna en dB(A), kde A ozna uje použitý váhový filtr.

4.5.2

T íd ní dopravní hluku podle zdroje

Zdroj hluku je provoz: − automobilový, − kolejový a − letecký. 4.5.2.1 Silni ní hluk Hluk z automobilové dopravy se skládá ze t í složek: − aerodynamický hluk – zp sobuje jej samotné t leso vozidla, jak rozráží vzduch svým pohybem, − hluk motoru, − hluk vznikající kontaktem pneumatik s vozovkou (tzv. valivý hluk). Pouze valivý zvuk m že být náplní stavby a údržby vozovek, pouze tento hluk je možné ovliv ovat vlastní vozovkou jako cíl tohoto p edm tu. 4.5.2.2 Hluk z valení Hluk z valení vzniká p i odvalování pneumatiky po vozovce a je závislý i na rychlosti jízdy vozidla. Podíváme-li se na hluk z valení z hlediska vývinu automobil , zjistíme, že byl d íve zcela zastín n hlukem pohonné jednotky. Dnes tomu tak není. Výrobci automobil díky stálému tlaku ve ejnosti na zlepšování životního prost edí a díky vládním na ízením dokázali snížit hluk pohonné jednotky. Ten závisí na otá kách motoru a na zatížení motoru, ne však na rychlosti jízdy a dominantní úlohu hraje jen p i rozjezdech vozidel. Aerodynamický hluk nikdy nem l rozhodující vliv. Rychlost 30km/h m žeme považovat za hranici, p i jejímž p ekro ení p evládá hluk z valení u osobních automobil . Pro ú innou redukci hluku musí být sní- 34 (49) -


ženy všechny zdroje hluku, protože dnes již neexistuje jednozna né p evládání jednoho zdroje hluku.

4.5.3

Dopravní hluk vznikající na povrchu komunikace

Míru hluku vznikajícího na povrchu komunikace ur uje struktura vozovky a vzorek pneumatik. „Protihlukový“ povrch vozovky m že teoreticky snížit hluk vznikající na vozovce na polovinu až tvrtinu oproti b žnému asfaltovému povrchu. Optimálního snížení hluku je pak dosaženo použitím tichých pneumatik na protihlukové vozovce. Tichý povrch vozovky je oproti b žnému dražší, nelze však opomenout úspory, jako je zbavení se nutnosti budovat protihlukové st ny nebo izolaci budov, i nižší náklady na zdravotní pé i vlivem úbytku nemocí zp sobených hlukem. Použití tichých povrch vozovky by m lo být prioritou na všech frekventovaných silnicích v blízkosti zástavby. Efekt snížení hluku na tichém povrchu se projeví p edevším u komunikací se silni ní provozem s rychlostí nad 50 km/h a p i vysoké intenzit vozidel. Použití t chto povrch je omezeno na dálnice, rychlostní komunikace a p ípadn více zatížené silnice I. t ídy. N které zem , zejména v subtropickém a p ímo ském pásmu (kde není nebezpe í mrazu) již b žn používají kryty snižující hluk až o 6 dB. P esto zem – nap . Dánsko, N mecko, Nizozemí nebo Japonsko – již vyvíjejí tišší povrchy vozovek, které zárove spl ují nároky na cenu, bezpe nost a trvanlivost. V R se m ením valivého hluku zabývala doktorská práce[4] 4.5.3.1 Jak vzniká valivý hluk Máme-li uplatnit b žnou zkušenost, pak na povrchu vozovky p i odvalování pneumatik vzniká podobný hluk jako p i tleskání. Ur it dojdeme k záv ru, že záleží na rychlosti, ploše a síle p sobící p i tleskání a také lze zvyšovat zvuk ovládáním vzduchu uzavíraného do dlaní. Velikost valivého hluku tedy závisí na: − rychlosti pohybu, už bylo uvedeno, že teprve od rychlosti 30 km/h za íná dominovat valivý hluk nad hlukem motoru, − textu e povrchu, − textu e (vzorku, profilu) pneumatik. Z hlediska stavby a údržby je tedy zajímavá jen textura. Ta je znázorn na v obr. 2.2 M 01. Hlu nost ovliv uje makrotextura a megatextura, tedy nerovnosti povrchu o délce vlny 2 mm až 500 mm. Makrotextura je charakteristika povrch d ležitá z hlediska protismykových vlastností, viz kapitolu 2 v modulu M 01 a kapitolu 3 v tomto modulu. Makrotextura p ispívá k odtoku vody z povrchu vozovky a stejn tak p ispívá k odvedení vzduchu z povrchu vozovky p i odvalování pneumatik.

- 35 (49) -


4.5.3.2 Vznik hluku vibrací Nerovnosti vozovky zejména v oblasti vlnových délek megatextury v rozsahu 30 mm až 100 mm zp sobují radiální kmitání kol. Takto vzniklé vyza ování hluku je o to intenzivn jší, ím nerovn jší povrch vozovky je. Hluky, které vznikají v d sledku radiálního kmitání kol, mají v tší amplitudu p i nízkých frekvencích nedosahujících 1 000 Hz. Intenzita zvuku se zmenšuje s klesající pr m rnou hloubkou textury povrchu vozovky. Ur it každý má zkušenost s hlukem a vibracemi vznikajícími na dlažb , zejména starší dlažb z p írodního kamene s hlubšími nerovnostmi. Také lze porovnat hluk pneumatiky s terénním nebo zimními vzorkem (nap . jízdního kola). 4.5.3.3 Vznik hluku stla ováním vzduchu P edpokladem je myšlenka, že pr ezy kanálk drén pneumatiky se v pr b hu jízdy deformují. Tím se vytla uje vzduch p ed plášt m a vzadu za plášt m poté dochází k následnému nasávání vzduchu do profilu. Takovéto pohyby vzduchu vedou ke akustickým efekt m, které jsou závislé na druhu drénu pneumatiky a struktu e povrchu vozovky. 4.5.3.4 Aerodynamická teorie P i pohybu pneumatiky po povrchu vozovky dochází na kontaktní ploše k uzavírání prohloubení drén pneumatiky – vzniká tzv. „profilová kapsa“. Vzduch, který se nachází v profilové kapse je sta ený a za kontaktní plochou je uvol ován do prost edí, ímž vzniká zvuk v oblasti nad 1 000 Hz.

4.6

M ení hluku

Stejn jako u protismykových vlastností nevedla žádný popis povrchu nebo teorie k posouzení velikosti nebo ovlivn ní protismykových vlastností, tak také z hlediska hluku je t eba použít p ímých m ení k posouzení stavu a jeho vlivu na provozní zp sobilost ovlivn nu hlu ností.

4.6.1

Pro se hluk m í

M ení popisují p esn definované veli iny, umož ující kvalitativní a kvantitativní popis zvuku. Na základ výsledk m ení mohou být zlepšeny akustické vlastnosti staveb. Výsledky m ení jsou základním podkladem pro p esné v decké analýzy a hodnocení rušivých zvuk . Zde je t eba p ipomenout, že míru rušivých ú ink na jednotlivce nelze p esn ur it, nebo je nutno po ítat s individuálními fyziologickými a psychologickými faktory. Na základ výsledk m ení však lze objektivn porovnávat hluky zp sobené r znými povrchy vozovek a je možno je tímto nebo jiným protihlukovým stavebním opat ením regulovat.

4.6.2

ím se hluk m í

Jelikož zvuk jsou zm ny p sobícího tlaku, je snadné zkonstruovat takové za ízení, které by zm ny tlaku registrovalo. Používá se zvukom r, což je elektronické m icí za ízení, reagující na zvuk podobn jako lidský sluchový orgán a - 36 (49) -


umož ující objektivní a reprodukovatelné m ení jeho hladiny. Zvukom rná za ízení r zných výrobc se vzájemn mohou lišit v detailech konstrukce a provedení, ale všechna bez rozdíl obsahují mikrofon, ústrojí zpracování signál a indika ní za ízení. Kvalitní m ící mikrofon p evádí na n j dopadající zvuk na ekvivalentní elektrický signál. Nejvhodn jším mikrofonem pro zvukom ry je kondenzátorový mikrofon, k jehož p ednostem pat í p esnost, spolehlivost a stabilita. Elektrický signál na výstupu mikrofonu má zpravidla malé amplitudy a proto musí být ješt p ed dalším zpracováním náležit zesílen odpovídajícím p edzesilova em. Zesílený elektrický signál je možno zpracovat r znými zp soby elektronických za ízení. Jednou z možností je použití váhových filtr .

Obr. 4.7 - M icí soustava pro m ení hluku

4.6.3

Metody m ení hluku v silni ním stavitelství

K m ení chování silni ních kryt z hlediska jejich hlu nosti se používají dva m i ské postupy: − m ení hluku na stacionárním stanovišti, − m ení hluku pomocí m ícího p ív sného vozíku. 4.6.3.1 M ení na stacionárním stanovišti Na tomto stanovišti je tam možno m it hluk kolem jedoucích vozidel a získat ekvivalentní hladiny akustického tlaku, p ípadn spektra hladin hluku. Nutno podotknout, že tímto m ícím postupem se m í komplexní ú inek hluku od silni ních vozidel. Ekvivalentní hladina akustického tlaku LA [dB] je hladinou st ední hodnoty akustického tlaku ve sledovaném asovém úseku. M ená hladina akustického tlaku se obecn projevuje jako k ivka s kolísajícími amplitudami. Dlouhodobou hladinou akustického tlaku (pr m rnou hladinou) je vyjád ena hlasitost hluku v pr b hu m ené doby. P i emž energetická hladina všech složek hluku je zjiš ována v pr b hu celé doby m ení. ím je - 37 (49) -


vyšší intenzita provozu, tím je p evýšení plošší. Ekvivalentní hladinu akustického tlaku proto není možné v žádném p ípad zam ovat za aritmetický pr m r. Tento zp sob m ení podléhá ISO/DIS 1084444(1994), mikrofony jsou osazeny kolmo na osu ve vzdálenosti 7,5 m a výškov 1,2 m nad osou. 4.6.3.2 M ení hluku pomocí m ícího p ív sného vozíku Pomocí p ív sného vozíku pro m ení hluku z valení se m í hladina akustického tlaku v blízkosti m icí pneumatiky. Takto zjišt né zvukové imise slouží ke zjišt ní vlivu povrchu vozovky na hluk typu pneumatika-vozovka. M ící p ív sný vozík je tvo en z dol otev ené sk ín vyložené zvuk pohlcujícím materiálem, aby bylo zabrán no odraz m a vlivu rušivých šum . Zvuky z valení zadních kol tažného vozidla a hluky výfuku se odstíní pomocí vhodných opat ení, jako jsou gumové zást ry a speciální výfuky. Ve sk íni se nachází normové m ící kolo, jehož hladina akustického tlaku se m í pomocí mikrofon (na boku zadního kola a za ním). Jako m ící kolo je použita hladká pneumatika (PIARC, u nás SLICK). Tento zp sob m ení hluku z valení má i své nesporné výhody: − m ení je možné provád t za provozu, p i emž nároky na obsluhu jsou pom rn malé, − rušivé a cizí hluky jsou ve zna né mí e vylou eny, − podmínky pro m ení mohou být udržovány v pom rn konstantní úrovni, z ehož plyne, že opakovatelnost pokus je možná a dokáže se zachytit asový pr b h ú innosti omezování hluku, − m ení se provádí v zásad na celé délce stavebního úseku, tím je zajišt no že m ení nám poskytuje statisticky zjiš ované výsledky a také záv ry o kvalit provedení stavby. P ív s pro m ení slouží p evážn pro srovnání r zných povrch vozovek a r zných vzork pneumatik. Tím je možné kvantifikovat význam povrchové textury vozovky na hluk vznikající na styku pneumatika-vozovka.

Obr. 4.8 - P ív sný vozík na m ení valivého hluku

4.7

Možnosti snižování hlu nosti povrchu vozovek

Už v roce 1990 byla v SRN vydána sm rnice s informacemi obsaženými v tabulce 4.2, která je výsledkem dlouhodobých sledování provád ných od poloviny osmdesátých let.

- 38 (49) -


Tab. 4.2 - P íklady vlivu konstrukce obrusné vrstvy na snížení i zvýšení hladiny hluku p i rychlostech 50 km.h-1 (dle n mecké Sm rnice pro ochranu p ed hlukem ze silni ního provozu RLS-90)

Obrusná vrstva vozovky

Opravný faktor hladiny hluku [dB(A)]

Cementobetonový kryt zdrsn ný striáží

+2,0

Cementový beton bez striáže s podélným srovnáváním a vle ením juty

-2,0

Litý asfalt podrcený

+2,0

Asfaltový beton (AB 0/11) nebo asfaltový koberec mastixový (AKM 0/11), podrcené

0,0

AB zrnitosti <0/11 a AKM zrnitosti 0/8 a 0/11 bez dodate ného podrcení

-2,0

Asfaltový koberec drenážní s mezerovitostí min. 15%-obj. zrnitosti 0/11

-4,0

Asfaltový koberec drenážní s mezerovitostí min. 20%-obj. zrnitosti 0/11

-5,0

M ení provedená v rámci prací [4] po vyhodnocení poskytly výsledky m ení hluku za pneumatikou obsažené v obr. 4.9. V rámci tehdy užívaných sm sí je také patrný rozdíl mezi jednotlivými technologiemi obrusných vrstev v rozsahu 3 dB až 5 dB. Je to dobrý výsledek, nebo v R se nepoužívá asfaltový koberec drenážní (je položen pouze jeden zkušební úsek se zrnitostí do 16 mm).

Obr. 4.9 - Porovnání získaných hladin (Leqv, Lmax, Lmin, LA5, LA50, LA95) asfaltových kryt položených v roce 1997, rychlost p i m ení 90 km/h

- 39 (49) -


4.7.1

Obrusné vrstvy snižující valivý hluk

Všeobecn lze konstatovat, že snižování valivého hluku lze dosáhnout: A. Na cementobetonových vozovkách: − technologií podélného srovnávání 4 m latí a povrchovým zdrsn ním vle enou jutou (viz obr. 2.3 v M 06), dosáhne se výborné megatextury a výhodné makrotextury, − technologií vymývaného betonu (viz obr. 2.4 v M 06), zvýší se podstatn ji makrotextura a mírn se zhorší megatextura. B. Na asfaltových vozovkách použitím: − sm sí s pravidelnou st ední makrotexturou s nižší velikostí maximálního zrna (asfaltový beton, asfaltový koberec mastixový a tenký s maximální velikostí zrna do 11 mm), − sm sí s vyšší mezerovitostí (do 10 %), − asfaltovým kobercem drenážním, − sm sí s obsahem gumy.

4.7.2

Krytové vrstvy s nejvyšší hlu ností

Z ejm nejhlu n jší povrchy jsou dlažby z p írodního kamene. Vytvá ejí nerovnosti s vysokou amplitudou zahrnutou do megatextury. Tyto povrchy jsou zárove s nízkou mikrotexturou a jsou tudíž velmi kluzké. Jako velmi hlu né jsou povrchy cementobetonové s povrchem vytvo eným p í nou striáží (drát ným košt tem, viz obr. 2.1 M 06), které jsou zárove nerovné jak z hlediska megatextury, tak díky schodk m na spárách. Ke hlu nosti výrazn p ispívají vibrace. Hlu né asfaltové povrchy jsou vytvo ené nát rovou technologií zvlášt p i použití kameniva zrnitosti do 16 mm (obvykle na penetra ních makadamech). Rovn ž mikrokoberec za studena je pom rn hlu ný.

4.7.3

Nejmén hlu né povrchy

Dobré protihlukové vlastnosti mají koberce tenké a velmi tenké v p ípad otev ené textury povrchu (vysoký obsah drceného kameniva nejvyšší frakce). Mají obvykle vyšší mezerovitost (až 10 %). Je t eba použít kvalitní asfaltový post ik pro zajišt ní obvyklých dob životnosti. P idání malého množství gumového granulátu rovn ž p ispívá k dalšímu snížení hlu nosti povrchu. Také v R jsou snahy zavést technologie s použitím drcené gumy z ojetých pneumatik. P vodní p idávání drcené gumy zrnitosti 0/4 do mícha ky poskytlo slibné výsledky. Vyšší mezerovitost a gumová zrna ve funkci kameniva vytváely pružn jší a m k í povrch s protihlukovými vlastnostmi, ale na druhé stran p isp ly v mnoha p ípadech ke krátké dob životnosti (stla ování zrn umožnilo vytla ování a nasávání vody p i p ejezdu pneumatiky t žkého vozidla z a do povrchov p ístupných mezer vrstvy) [7].

- 40 (49) -


Nejmén hlu né jsou drenážní koberce, jejichž mezerovitost je minimáln 20 %. Z této technologie jsou v našich klimatických pásmech velké obavy, protože se o ekávají problémy se zimní údržbou. Skute n použitím inertních posyp by se p ínos drenážní vrstvy brzy snižoval, ale použití soli m že naopak mít p íznivý vliv, nebo z stane ve vrstv a nebude z povrchu snadno smetena jako v p ípad uzav ených povrch . Byly zapo aty práce na uplatn ní gumového granulátu zrnitosti 0/2 k modifikaci asfaltu s možností budovat vrstvy s otev eným povrchem typu asfaltový koberec tenký a drenážní koberec. U t chto sm sí zárove se zrnitostí do 8 mm se p edpokládá podstatn jšího snížení emisí hluku o 6 dB až 8 dB v rámci m ení uvedeného v obr. 4.9. P i pokládce v tenkých vrstvách by mohlo docházet k odsáváním ne istot a mohla by být zajišt no sice nižší, ale dlouhodobé snížení hlu nosti. K podstatn jšímu snížení také zase p isp je pružný a m k í povrch vozovky díky vyššímu obsahu m k ího a pružn jšího gumoasfaltového pojiva.

4.7.4

Zapracování poznatk do navrhování vozovek

TP 170 [6] v l. 5.1.3.3 doporu ují vrstvy s vhodnou makrotexturou, které mají krom dobrých protismykových vlastností také vhodné vlastnosti z hlediska hluku zp sobovaného odvalováním pneumatik. Podle poznámky 1 pod uvedeným lánkem se p ipouští p i omezení rychlosti vozidel do 50 km/h z hlediska protismykových vlastností a dopravního hluku mén vhodný povrch s nižší makrotexturou (ABJ a AKT). Tyto sm si se zrnitostí kameniva 0/8 mají nep íznivé vlastnosti až p i rychlostech nad 50 km/h. Dobrá makrotextura je v tab. 3.2 M 01 definována pr m rnou hloubkou textury MTD 0,90 a pr m rnou hloubkou profilu MPD 0,88. Tyto požadavky spl ují asfaltové koberce mastixové 0/11 i 0/8, ABS s árou zrnitosti pod st edem mezních ar zrnitosti, asfaltové koberce tenké s vysokým obsahem drceného kameniva nejvyšší frakce a všechny asfaltové koberce drenážní.

4.8

Popisy n kterých technologií

Následující text je jen všeobecným popisem technologií, které se pom rn výrazn zapsaly do snižování hlu nosti. Asfaltový koberec mastixový je b žn používaná vrstvy v R, ale stejn jako v zemi jeho prvního využívání prochází fázemi podobných poruch. Asfaltový koberec tenký je využíván v n kolika variantách, z nichž jen jedna má použití z hlediska protismykových vlastností a hlu nosti. Asfaltový koberec drenážní se v R p íliš neujal.

4.8.1

Asfaltový koberec mastixový (AKM)

V N mecku byla na p elomu šedesátých a sedmdesátých let vyvinuta n kolika renomovanými silni ními stavebními firmami technologie asfaltové obrusné vrstvy, která byla velmi odolná proti ú ink m pneumatik s hroty. Po zákazu pneumatik v roce 1975 se tyto speciální kryty osv d ily jako obrusné vrstvy s

- 41 (49) -


dlouhou dobou životnosti, odolné proti trvalým deformacím i za podmínek nejv tšího dopravního zatížení. Více než dvacetileté zkušenosti s touto technologií však odhalily i její kritická místa. Nastupující trend využití technologie stabiliza ních p ísad m l za následek vznik mnoha variant asfaltového koberce mastixového, jímž chyb l vysoký obsah pojiva. Tím se citeln snižovala trvanlivost krytu. Tuto situaci m la vyešit „Doporu ení pro složení, výrobu a pokládku asfaltového koberce mastixového“, vypracovaného spole ností FGSV v roce 1990. Jejich zvláštní význam spo íval v tom, že obsahy fileru a pojiva p i koncepci asfaltové sm si v rámci pr kazní zkoušky nebyly stanoveny na dolní mezi. Negativem bylo, že se objevovaly poruchy, zvlášt trvalé deformace u dálni ních komunikací s vysokým dopravním zatížením. V letech 1995-1996 byly tyto „Doporu ení“ p epracovány. Došlo k up esn ní složení frakcí kameniva u asfaltového koberce mastixového 0/11S. Asfaltový koberec mastixový se skládá ze sm si kameniva velkého množství hrubé frakce (p erušená ára zrnitosti) a mezery mezi tímto kamenivem jsou vypln ny asfaltovým tmelem (asfaltovým mastixem) jako sm si kameniva zrnitosti do 2 mm, silni ního nebo modifikovaného asfaltu a stabiliza ních p ísad. Složení je koncipováno tak, že vzniklá sm s má povrchov vystoupená zrna hrubého kameniva, mastix zabezpe uje malou mezerovitost a trvalou soudržnost kamenné kostry. Proto jsou obrusné vrstvy odolné, umož ují bezpe nou dopravu a sníženou hlu nost. Bohužel na povrchu vystupujících hrubých zrn kameniva je v po áte ní fázi p i uvedení vrstvy do provozu vyšší vrstva stabilizovaného pojiva, která pon kud snižuje po áte ní protismykové vlastnosti. Proto se povrch p i hutn ní zdrs uje posypem kamenivem nižší frakce (2/4 p ípadn 4/8), kamenivo je p ípadn p edobaleno pro lepší p ichycení na povrchu vrstvy, a tímto se protismykové vlastnosti výrazn zlepší, ale mírn se zvýší hlu nost povrchu. Na druhé stran pokud se podrcení nepoužije, vystupující zrna hrubého kameniva jsou vystavena p ímým ú ink m p sobení pneumatiky a vždy p ítomného inertního materiálu a prachu a tato zrna jsou ohlazována a koberec ztrácí protismykové vlastnosti, viz obr. 3.4 a 3.26 M 01.

4.8.2

Asfaltový koberec tenký (AKT)

Asfaltový koberec tenký nemá podle SN 73 6121 p edepsánu zrnitost kameniva, jedinou charakteristikou této sm si je tlouš ka vrstvy do 30 mm. V podstat lze navrhnout sm si typu AKM a AB, p i emž AB m že být v také odlišných zrnitostech. AKT s plynulou árou zrnitosti, jako má asfaltový beton, poskytuje také stejný povrch. V tší zrna kameniva obklopují zrna menší až nejmenší a vytvá í se nízká textura povrchu. Tento povrch pak p i p ejezdu vytvá í hlu nost o vyšších tónech, které jsou pak podle hlasitosti (viz obr. 4.3) výrazn ji poci ovány a také hodnoceny pomocí hladiny akustického tlaku p i použití filtru A, viz výsledky m ení ABJ v obr. 4.9. Naopak p i zrnitosti vedené p i spodu mezních ar vytvo í AKT požadovanou makrotexturu a dobrou drenážní schopnost povrchu. Obvykle se p i této zrni-

- 42 (49) -


tosti zvýší i mezerovitost a dosáhne se snížené hlu nosti, viz výsledky m ení AKT v obr. 4.9. P edností tenkých koberc je nízká tlouš ka vrstvy. Obvykle jsou dosahovány nižší doby životnosti, zvlášt p i vyšší mezerovitosti je snadn ji snižováno spojení s ložní vrstvou a na povrchu se projeví trhliny, jak ú inkem rychlejšího stárnutí pojiva, tak nespolup sobením vrstev (viz M 04). S výhodou se t chto sm sí používá v p ípad kameniv s nižší ohladitelností, kratší doba životnosti je z d vodu ztráty protismykových vlastností a zvýšených náklad na údržbu kv li t sn ní trhlin. Vým na asfaltové vrstvy v tenké vrstv se provede rychle s omezenými ztrátami asu uživatel a také levn , protože cena nové obrusné vrstvy dosti odpovídá tlouš ce vrstvy. Na rozdíl od AKM je vrstva levn jší i výrobn (nižší obsah pojiva bez stabiliza ních p ísad), nepot ebuje po áte ní podr ování a nemusí obsahovat kamenivo zajiš ující dlouhodobou trvanlivost z hlediska protismykových vlastností. V neposlední ad má stejné nebo lepší vlastnosti z hlediska hlu nosti.

4.8.3

Asfaltový koberec drenážní (AKD)

Za asfaltový koberec drenážní jsou ozna ovány sm si s vysokou mezerovitostí. Velký objem mezer se dosahuje složením sm si, p i emž jsou používána tém výlu n zrna z nejvyšších p íslušných frakcí a malý obsah zrn fileru a kameniva do 2 mm. Takto vzniklé mezery jsou v tšinou vzájemn propojeny. Srážková voda m že proniknout do krytové vrstvy a být vrstvou odvedena. Podle metodiky stanovení makrotextury se nam í i vysoká makrotextura, zejména p i m ení odm rnou metodou (sklen nými kuli kami), viz 3.4.2.1 M 01. První použití AKD v eskoslovensku se datuje do za átku 70tých let, kdy byly rozpoznány tyto aspekty zvýšení bezpe nosti dopravy: − zlepšení protismykových vlastností obrusné vrstvy v etn omezení vzniku aquaplaningu, − omezení rozst ikování vodní mlhy za vozidly p i jízd v dešti, − zamezení zrcadlení vozovky v noci za deštivého po así, − lepší rozlišitelnost vodorovného zna ení. Bohužel doba životnosti t chto úprav byla velmi krátká, obvykle se to spojuje s nízkou kvalitou asfalt . Na druhé stran v Nizozemsku používají ješt dnes AKD s obsahem 4,2 % silni ního asfaltu (který nemá ur it lepší vlastnosti než tehdejší asfalty u nás). Teprve v 80tých letech se p išlo na vlastnost snižování valivého hluku t chto vrstev a od 90tých let tato technologie doznala takového rozší ení, že je jimi pokryta v tšina délky dálni ní sít , zejména v jižních státech EU a Nizozemsku. 4.8.3.1 Spln ní hluk tlumících aspekt Podle sou asného stavu techniky je možno o ekávat od AKD dosažení vysokého útlumu hluku. Akustická m ení na stávajících drenážních krytech však ukázala úbytek hluk tlumícího p sobení v ase. Avšak rozsah i pr b h úbytku m že být v ase velmi odlišný. - 43 (49) -


Požadavky z hlediska makrotextury nejsou u velikosti zrn 11 mm optimáln spln ny, protože relativn velká drsnost vede ke zvýšení hlukových imisí v nízkém frekven ním pásmu. To má však na celkový útlum hluku pouze omezený vliv. Rozhodující redukce vzniká p i vyšších rychlostech snížením profilových rezonancí a efektu pumpování vzduchu ve frekven ním pásmu nad 1 000 Hz. Volbou menší velikosti zrn je sice možno snížit kmitání kol, proti tomu však stojí požadavek maximalizace velikosti a propustnosti porézního systému. O rozsahu p ínosu tohoto systému mezer k útlumu hluku (absorpci) se ale názory odborník liší. Pokud absorp nímu p sobení p isoudíme velký význam, bylo by pot ebné vyžadovat velkou tlouš ku porézní vrstvy. 4.8.3.2 Omezení použití drenážního asfaltu Omezení používání drenážního asfaltu se mohou projevit v technicko-provozní a ekonomické oblasti. Vlastnosti drenážního asfaltu jsou závislé na drenážních schopnostech krytu a s tím spojená funk nost porézního systému. Mezery jsou posuzovány z hlediska jejich p sobení p i tlumení hluku a p i odvod ování. Bylo zjišt no, že zhruba jedna tvrtina až jedna t etina objemu mezer shora není p ípustná a tedy z hlediska tlumení hluku a odvod ování neú inná. Ne istoty, které se ve v tší i menší mí e na komunikacích vyskytují, se dostávají do voln p ístupných mezer a ukládají se tam. ást z nich je rozpušt na a odnesena pronikající srážkovou vodou. Zbylé áste ky však v pr b hu asu ucpávají mezery a zabra ují tak dostate nému drenážnímu p sobení. Na základ t chto skute ností není možné doporu it AKD v následujících oblastech: •

intravilán,

•

silnice se zem d lskou a stavební dopravou,

•

silnice na kterých se p edpokládá použití inertních posyp .

Z výše uvedených d vod vyplývá, že nevhodn jším místem užití drenážního asfaltu jsou dálnice a rychlostní komunikace. Zde je zpravidla omezené nebezpe í zne ist ní a vzhledem k vysokým jízdním rychlostem je možno o ekávat i jisté samo išt ní. Navíc je p edpokladem zimní údržby dálnic ošet ování zásadn prost edky k rozpoušt ní. Nejd ležit jší pro použití AKD na dálnicích je ovšem práv protihlukový ú inek, na t chto komunikacích je nejvyšší hlu nost díky vysoké intenzit dopravy za vysoké rychlosti. Dosavadní použití je omezeno pouze na silnici I/43 na vjezdu do Brnae kovic. Byl zde použit AKD zrnitosti do 16 mm, nebylo tedy použito jak z hlediska drsnosti, tak hlu nosti nejvýhodn jší velikosti zrn. Což je však podstatné. Jako pojivo byl použit pojivo gumoasfalt ze SRN. Silni ní laborato FAST vyvíjí AKD s gumoasfaltovým pojivem p ipraveným p ímo v mobilní mícha ce smícháním gumového granulátu a silni ního asfaltu a ponechání asu na reakci asfaltu s gumou se zm nou reologických vlastností pojiva. Dávkování pojiva m že být až 10 % váhov a to zajistí odlišné chování asfaltové sm si, vrstva je relativn m k í, pružná, odolná proti trvalým defor- 44 (49) -


macím, trhlinám a opakovanému namáhání. A o ekává se zvlášt p i použití zrnitosti kameniva do 8 mm podstatné snížení hlu nosti, v literatu e se uvádí snížení oproti AB o 6 dB až 8 dB. Omezení zanášení se sníží používáním tloušt k jako v p ípad AKT. Tím se zajistí také p íznivé ekonomické výsledky pro použití sm sí. Nap . v AKM je p i tlouš ce 40 mm na 1 m2 p i 6 % obsahu asfaltu celkem 5,5 kg modifikovaného asfaltu. V AKD p i tlouš ce 25 mm a 10 % gumoasfaltu (jen 85 % z pojiva je asfalt) bude p i hmotnosti 1 830 kg/m3 na 1 m2 pot eba celkem 4,5 kg gumoasfaltu a z toho 3,9 kg silni ního asfaltu. Jist , bude t eba lepší spojovací post ik.

4.9

Protihlukové systémy

Opat ení na ochranu zdraví p ed nep íznivými ú inky hluku a vibrací se realizují v p ípadech, kdy jsou v dané akustické situaci p ekro eny hygienické imisní limity pro hluk nebo vibrace. Protihluková opat ení z pohledu silni ního stavitelství jsou: − protihlukové clony: zemní valy, protihlukové st ny, protihlukové st ny na mostech a op rných zdech, protihlukové st ny kombinované se zelení, polovegeta ní st ny, zemní valy kombinované se st nou, gabionové (drátokamenné) konstrukce, − protihlukové úpravy na pozemních objektech ohrožených hlukem: vým na oken a dve í s vyšší akustickou ú inností, p edokenní rolety, zvukoizola ní obkladové materiály. K zamezení ší ení hluku z pozemní komunikace se nej ast ji využívají práv protihlukové systémy (dále PHS), jako jsou st ny, zemní valy, gabionové zdi pop . jejich vzájemná kombinace. Rozmach využívání PHS je trendem posledních n kolika desetiletí. Rozvoj automobilové dopravy a s tím související nár st hlukové zát že zasahuje ím dál více do života spole nosti. Akustické panely protihlukových st n vykazují vysokou zvukovou pohltivost. Její ur ení je deklarováno SN EN 1793-1. Pro hodnocení je zavedena íselná hodnota DLα (dB). Tab. 4.3 - Kategorie panel podle zvukové pohltivosti

Schopnost protihlukových st n snížit hladinu akustického tlaku zvukových vln procházejících p es n nazýváme vzduchová nepr zvu nost. Pro hodnocení je zavedena íselná hodnota DLR (dB). - 45 (49) -


Tab. 4.4 - Kategorie panel podle vzduchové nepr zvu nosti

Tab. 4.5 - P íklady panel protihlukových st n užívaných v praxi

Zvuková pohltivost DLα [dB]

Vzduchová nepr zvu nost DLR [dB]

---

min. 30

Panel z minerální plsti Orsil

7 až 10

37

Panely z recyklované pryže

6 až 9

37

Panely LIADUR – nízká vlna

8

45

Panely LIADUR – vysoká vlna

11

45

Panely LIADUR – rovný povrch

4-8

45

Typ panel protihlukových st n

Panely z akrylátového skla tl. 12 až 15 mm

P íklad 2.1 Ur ete hladinu akustického výkonu zdroje vyza ujícího výkon 0,067 W. Použijte tabulku 4.1 a pro p esné stanovení rovnici (4.6). Odpov

: Hladina akustického výkonu je 108,3 dB.

P íklad 2.2 P edpokládejme, že akustický výkon hlu ného motocyklu je 0,01W. Jaká bude hodnota hladiny akustické intenzity ve vzdálenosti 10 m od tohoto rovnom rn vyza ujícího zdroje ve volném prostoru?

ešení Použijí se rovnice (4.7) a (4.6).

I=

P P 0,01 = = = 7,958 ∗ 10 −6 W / m 2 2 2 S 4 ∗π ∗ r 4 ∗ π ∗ 10 LI = 10 log(7,958 ∗ 10 −6 ) + 120 = 69dB - 46 (49) -


Cvi ení Ur ete v jaké vzdálnosti musíte stát od startující mororky, aby se její hladinu akustické intenzity snížila na polovinu. P edpokládejte, že akustický výkon motorky je 0,01 W a hladina akustické intenzity v míst zdroje je 100dB. Za referen ní hodnotu uvažujte 10-12W/m2. [89,2 m]

Cvi ení Vypo t te hladinu akustického tlaku vzhledem k referen ní hodnot 2x10-5 Pa pro zvuk s efektivním akustickým tlakem 2,8Pa. [103 dB]

Cvi ení Jak se sníží hladina hluku, vzdálím-li se od zdroje hluku do dvojnásobné vzdálenosti? P edpokládejte, že zdroj hluku je malý vzhledem k vzdálenostem ve kterých ho posloucháme. Hluk se ší í sféricky symetricky. [6 dB]

P íklad 2.1 Jaká je hladina akustické intenzity v míst vzdáleném od pozemní komunikace 1 km. Uvažujme, že po pozemní komunikaci práv projíždí motocykl vydávající akustický výkon 0,01 W. Podél silnice je vystav na protihluková st na ve vzdálenosti 5 m od jízdní stopy motocyklu. St na je schopna pohltit hladinu akustického tlaku o hodnot 6 dB (viz Tab. 4.1.6.1.1). Za referen ní hodnotu uvažujte 10-12W/m2. [29,05 dB]

ešení Pro referen ní hodnotu Io bereme 10-12 W/m2a píšeme:

LI = 10 log

I = 10 log I − 10 log 10 −12 I0

LI = 10 log I + 120 (dB vzhledem k 10-12)

I…

je zvuková intenzita [W/m2]

Z Tab. 4.1.6.1.1 je z ejmé, že hodnota pohltivosti st ny 6 dB odpovídá akustickému tlaku 10-4µ bar = 10-5 Pa. Dosadíme do vzorce pro akustickou intenzitu st ny: I=

p2 ρ ∗c

… m rná hmotnost vzduchu [kg/m3], uvažujeme ρ=1,295 kg/m3 c.. rychlost zvuku ve vzduchu [m/s], uvažujeme c=331,4 m/s A dostaneme: I=

p2 (10 −5 ) 2 = = 2,33 ∗ 10 −13 W / m 2 ρ ∗ c 1,295 ∗ 331,4

- 47 (49) -


Z výše uvedeného vyplývá, že akustická intenzita st ny je 2,33 ∗ 10-13W/m2. Nyní jsme schopni vypo ítat jaký akustický výkon protihluková st na pohlcuje: P = I ∗ S = I ∗ 4 ∗ π ∗ r 2 = 2,33 ∗ 10 −13 ∗ 4 ∗ π ∗ 5 2 = 7,32 ∗ 10 −11W Akustický výkon motorky se vlivem pohltivosti st ny sníží za st nou na hodnotu:

PS = 0,01 − 7,32 ∗ 10 −11 = 9,99 ∗ 10 −3 W Hladinu akustického intenzity v míst vzdáleném od komunikace 1km je: LI = 10 log I + 120 = 10 log

PS 9,99 ∗ 10 −3 + 120 = 10 log + 120 = 29,05dB S 4 ∗ π ∗ 995 2

Cvi ení Dít hrající si na pískovišti je od matky vzdáleno 10 m. Kolem pískovišt je st na, která je schopna pohltit hladinu akustického tlaku o hodnot 10 dB. V jaké vzdálenosti od st ny musí být pla ící dít , aby jej matka slyšela o t etinu mén než kdyby stála p ímo u n j. Za hodnotu akustický výkon k í ícího dít te berte 0,000 1 W. Za referen ní hodnoty uvažujte 10-12W/m2, 2 ∗ 10-5 Pa. [3 m]

Kontrolní otázky Jak se ší í zvuk prost edím? Jak definujeme akustický výkon, akustickou intenzitu a hlasitost? Pro zavádíme jednotku decibel? Co je to ultrazvuk, infrazvuk, práh bolestivosti a práh slyšitelnosti. Jaké máme filtry a kdy je používáme a pro . Jak lze roz lenit dopravní hluk. Které aspekty nejvíce ovliv ují dopravní hluk. Jak lze dopravní hluk m it. Vyjmenujte p íklady hluk tlumících kryt a uve te jejich základní vlastnosti. Jaké jsou další možnosti ochrany sídelních útvar p ed dopravním hlukem?

4.10 Shrnutí Kapitola je v nována problematice hluku v doprav a zvlášt silni ní doparv . Postupn vysv tluje co je to hluk, jak vzniká a jaká je jeho podstata. Jakými zp soby jsme schopni jej m it a zaznamenávat. A v neposlední ad jak se - 48 (49) -


proti hluku z dopravy ú eln bránit. Kapitola slouží jako první krok do oblasti hluku v doprav .

4.11 Seznam použité literatury 1.

Baranek, Leo L. Snižování hluku, nakladatelství McGraw-Hill v New Yorku 1965

2.

Š astník S., Zach J. Stavební akustika a zvukoizola ní materiály, Cerm Brno 2022

3.

Valentin J., Mondschein P., Možnosti snižování hlu nosti povrchu vozovek s využitím technologií asfaltových vrstev snižujících hlu nost Centre for Integrated Design of Advanced Structures, VUT v Praze 2006

4.

Nachtneblová K., Hluk ze silni ní dopravy, Doktorská diserta ní práce, Brno 1999

5.

Schauer P., Akustika, Cerm Brno 2002

6.

Kudrna J. a kol.: TP 170 Navrhování vozovek pozemních komunikací, VUT FAST, 2004

7.

Kudrna J.: Využití ojetých pneumatik ve stavb PK, seminá Recyklace a využití druhotných surovin p i stavb a oprav pozemních komunikací, VUT FAST, 2006, str. 81-93

4.11.1 Odkazy na další studijní zdroje a prameny [1]

http://hluk.eps.cz/index.php?section=hluk&page=limity

[2]

http://envi.upce.cz/pisprace/starsi/krato/hluk.htm

[3]

http://www.szu.cz/chzp/hluk/zakladni-info/zdravotni-ucinky-hluku.html

[4]

http://www.zdravcentra.cz/cps/rde/xchg/zc/xsl/18469_19193.html

[5]

http://www.spectris.cz/sv/index.htm

- 49 (49) -

DIAGNOSTIKA A MA- NAGEMENT VOZOVEK

Recommend Documents