Hałaśliwość nawierzchni drogowych - pb.edu.pl · W rozdziale 1 omówiono wybrane pojęcia z zakresu akustyki i wskaźniki oce- ny poziomu emitowanych dźwięków oraz przedstawiono

Oficyna Wydawnicza Politechniki Biaostockiej

Biaystok 2018

PAO

KLCI T OE TC SH ON I AK IA B

Haaliwo nawierzchni drogowych

Wadysaw Gardziejczyk

Recenzenci:

prof. dr hab. in. Jerzy Antoni Ejsmont, prof. zw. PG

prof. dr hab. in. Marek Iwaski, prof. zw. Pk

Redaktor wydawnictwa:

Elbieta Dorota Alicka

Projekt okadki:

Agencja Wydawnicza EkoPress

Zdjcia:

Marek Motylewicz

Copyright by Politechnika Biaostocka, Biaystok 2018

ISBN 978-83-65596-58-1 ISBN 978-83-65596-59-8 (eBook)

Publikacja jest udostpniona na licencji

Creative Commons Uznanie autorstwa-Uycie niekomercyjne-Bez utworw zalenych 4.0

(CC BY-NC-ND 4.0)

Pena tre licencji dostpna na stronie

creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/legalcode.pl

Publikacja jest dostpna w Internecie na stronie Oficyny Wydawniczej PB

Redakcja techniczna, skad:


Druk:

Partner Poligrafia Andrzej Kardasz

Nakad: 63 egz.


ul. Wiejska 45C, 15-351 Biaystok

tel.: 85 746 91 37, fax: 85 746 90 12

e-mail: [email protected]

www.pb.edu.pl

mailto:[email protected]

3

Spis treci

Podstawowe oznaczenia ......................................................................................... 7

Sowo wstpne ........................................................................................................ 9

1. Wprowadzenie .................................................................................................. 13

1.1. Wybrane pojcia z zakresu akustyki ........................................................... 13

1.2. Pojazd samochodowy jako rdo haasu ................................................... 17

1.3. Dziaania na rzecz ograniczenia nadmiernego haasu

od ruchu drogowego ................................................................................... 23

2. Nawierzchnie obniajce haas toczenia pojazdw samochodowych

wybrane problemy materiaowo-technologiczne .......................................... 26

2.1. Projekty badawcze dotyczce haaliwoci nawierzchni drogowych ......... 26

2.2. Wpyw uziarnienia kruszywa na haaliwo nawierzchni asfaltowych .... 30

2.3. Nawierzchnie z asfaltu porowatego ............................................................ 32

2.4. Cienkie warstwy asfaltowe ......................................................................... 36

2.5. Nawierzchnie poroelastyczne ..................................................................... 39

2.6. Technika teksturowania a haaliwo nawierzchni betonowych ............... 40

3. Badanie i ocena haaliwoci nawierzchni drogowych ................................. 44

3.1. Przegld i zaoenia metod oraz wskaniki oceny poziomu haasu ........... 44

3.2. Wybrane problemy oceny haasu opona/nawierzchnia i haasu

toczenia pojazdw samochodowych .......................................................... 53

3.2.1. Wpyw opony testowej na poziom haasu wedug metody CPX ...... 53

3.2.2. Metoda SPB w badaniach haasu toczenia

pojazdw samochodowych ............................................................... 56

3.2.2.1. Analiza wynikw przeprowadzonych pomiarw ................. 56

3.2.2.2. Porwnywalno wynikw pomiarw w rnych

lokalizacjach ........................................................................ 64

3.2.3. Wykorzystanie metody CPB w ocenie haaliwoci nawierzchni . ... 68

3.3. Haaliwo nawierzchni drogowych w Polsce .......................................... 71

3.4. Propozycja klasyfikacji nawierzchni drogowych

pod wzgldem haaliwoci ........................................................................ 77

4. Wpyw tekstury na poziom haasu toczenia pojazdw samochodowych .... 80

4.1. Charakterystyki powierzchni jezdni a poziom haasu ................................ 80

4.2. Wpyw techniki teksturowania na haaliwo nawierzchni betonowych

na drogach w Polsce ................................................................................... 83

4.3. Makrotekstura nawierzchni drogowych ..................................................... 88


4

4.3.1. Ocena makrotekstury w badaniach poziomu haasu

opona/nawierzchnia ........................................................................... 88

4.3.2. Ocena makrotekstury wybranych nawierzchni w Polsce .................. 92

4.4. Wybr parametru do opisu makrotekstury nawierzchni ............................. 98

4.5. Zalenoci funkcyjne pomidzy poziomem haasu a makrotekstur

nawierzchni i prdkoci pojazdw .......................................................... 102

5. Jednorodno, trwao i ocena akustyczna nawierzchni drogowych ....... 115

5.1. Analiza porwnawcza jednorodnoci akustycznej nawierzchni z SMA,

asfaltu porowatego i cienkiej warstwy z betonu asfaltowego ................... 115

5.1.1. Zaoenia i program bada ............................................................. 115

5.1.2. Ocena jednorodnoci akustycznej nawierzchni .............................. 116

5.2. Trwao akustyczna nawierzchni ............................................................ 125

5.2.1. Stan wiedzy ..................................................................................... 125

5.2.2. Ocena trwaoci akustycznej nawierzchni na przykadzie

drg w Polsce .................................................................................. 131

5.2.2.1. Program bada ................................................................... 131

5.2.2.2. Wzrost haaliwoci nawierzchni w okresie eksploatacji .. 132

5.2.2.3. Analiza widmowa dwikw ............................................. 136

5.2.2.4. Zmiany rwnowanego poziom dwiku

w okresie eksploatacji nawierzchni .................................... 139

5.2.2.5. Badania wspczynnika absorpcji i wodoprzepuszczal-

noci nawierzchni porowatych ........................................... 141

5.3. Ocena akustyczna nawierzchni drogowych .............................................. 146

5.3.1. Nawierzchnia referencyjna .............................................................. 146

5.3.2. Systemy oceny akustycznej nawierzchni drogowych ...................... 149

5.3.3. Propozycja zaoe do systemu oceny akustycznej

nawierzchni drogowych w Polsce ................................................... 153

6. Wpyw nawierzchni na poziom haasu w otoczeniu drg ........................... 157

6.1. Poziom emisji dwiku od ruchu drogowego ........................................... 157

6.1.1. Metoda obliczania .......................................................................... 157

6.1.2. Wybr nawierzchni do szczegowej analizy ................................. 159

6.1.3. Ustalenie poziomw emisji dwiku w zalenoci

od charakterystyki ruchu i rodzaju nawierzchni ............................. 164

6.2. Wpyw nawierzchni i kategorii pojazdw w prognozowaniu haasu

drogowego wedug metody CNOSSOS-EU ............................................. 169

6.2.1. Uwagi oglne ................................................................................. 169

6.2.2. Zaoenia metody CNOSSOS-EU w odniesieniu do ruchu

samochodowego i nawierzchni drogowych .................................... 171

Spis treci

5

6.2.3. Modelowanie haasu od jadcego pojazdu samochodowego ......... 174

6.2.4. Wspczynniki korygujce wpyw nawierzchni ............................. 177

6.3. Nawierzchnie drogowe w Polsce w wietle zapisw

metody CNOSSOS-EU ............................................................................ 179

Podsumowanie i wnioski ................................................................................... 187

Bibliografia ......................................................................................................... 190

Streszczenie ........................................................................................................ 209

Summary ............................................................................................................ 211

Zaczniki

Zacznik Z1. Zestawienie zalenoci regresyjnych w odniesieniu

do nawierzchni badanych metod SPB

Z1.1. Analiza wynikw pomiarw metod SPB pojazdy osobowe ........... 214

Z1.2. Analiza wynikw pomiarw metod SPB wieloczonowe pojazdy

ciarowe (kategoria 2b) ..................................................................... 219

Z1.3. Analiza wynikw pomiarw metod SPB wieloczonowe pojazdy

ciarowe (kategoria 2a) ..................................................................... 223

Z1.4. Analiza wynikw pomiarw metod CPB pojazdy osobowe .......... 224

Zacznik Z2. Poziomy haasu wedug metody CPX na odcinkach testowych

Z.2.1. Poziomy dwikw na nawierzchni BBTM8 ..................................... 225

Z.2.2. Poziomy dwikw na nawierzchni PAC8 ........................................ 226

Z.2.3. Poziomy dwikw na nawierzchni SMA5 ....................................... 227

Z.2.4. Poziomy dwikw na nawierzchni SMA11 ..................................... 228

6

7

Podstawowe oznaczenia

LAeqD(N) rwnowany poziom dwiku (D w porze dnia, N w porze nocy) [dB],

LDWN dugookresowy redni poziom dwiku A wyznaczony w cigu wszystkich

db w roku z uwzgldnieniem pory dnia, pory wieczoru i pory nocy [dB],

LN dugookresowy redni poziom dwiku A wyznaczony w cigu wszyst-

kich nocy w roku [dB],

Lp poziom cinienia akustycznego [dB],

LW poziom mocy akustycznej [dB],

LAE poziom ekspozycyjny dwiku [dB],

LCPX (oznaczenie rwnowane: CPXI) Close-Proximity Index (wskanik

oceny haasu opona/nawierzchnia wedug metody CPX) [dB],

LCPXP Close-Proximity Index (wskanik oceny haasu opona/nawierzchnia

w odniesieniu do opony P) [dB],

LCPXH Close-Proximity Index (wskanik oceny haasu opona/nawierzchnia

w odniesieniu do opony H) [dB],

LAmax,i(i=1,2a,2b) maksymalny poziom dwiku od przejedajcego pojazdu oso-

bowego (kategoria 1), ciarowego (kategoria 2a) i wieloczonowego po-

jazdu ciarowego (kategoria 2b) [dB],

SPBI Statistical Pass-By Index (parametr oceny poziomu haasu od ruchu sa-

mochodowego wedug metody SPB) [dB],

SCPX odchylenie standardowe poziomu dwiku w metodzie CPX [dB],

Da redni kwadrat odchylenia standardowego midzy grupami [dB],

Se redni kwadrat odchylenia standardowego w grupie [dB],

ETD prognozowana gboko tekstury [mm],

MPD rednia gboko profilu nierwnoci [mm],

MTD rednia gboko tekstury [mm],

Ra rednie arytmetyczne odchylenie profilu nierwnoci,

Rms rednie kwadratowe odchylenie profilu nierwnoci,

HP gboko tekstury wedug metody piasku kalibrowanego [mm],

IRI midzynarodowy wskanik rwnoci [mm/m],

wspczynnik tarcia (w literaturze stosuje si take okrelenie wsp-

czynnik przyczepnoci) [-],

L4 poziom nierwnoci dla fali o dugoci 4 mm [dB],

L63 poziom nierwnoci dla fali o dugoci 63 mm [dB],

AC (oznaczenie rwnowane: DAC) beton asfaltowy,

Podstawowe oznaczenia

8

SMA mastyks asfaltowo-grysowy,

PAC (oznaczenie rwnowane: PA) asfalt porowaty,

DPAC dwuwarstwowy asfalt porowaty,

CC beton cementowy (teksturowany tkanin jutow, szczotkowany, rowkowany),

EACC beton cementowy teksturowany metod odkrytego kruszywa,

BBTM beton asfaltowy do cienkich warstw,

BBUM beton asfaltowy do bardzo cienkich warstw,

PU nawierzchnie powierzchniowo utrwalone,

KK nawierzchnia z kostki kamiennej,

SPB metoda statystycznego przejazdu (Statistical Pass-By method),

CPX metoda z wykorzystaniem przyczepy badawczej (Close Proximity method),

CPB metoda kontrolowanego przejazdu (Controlled Pass-By method),

OBSI metoda z pomiarem poziomu dwiku bezporednio przy kole jadcego

pojazdu samochodowego (On-Board Sound Intensity),

CTM urzdzenie do pomiaru makrotekstury nawierzchni (Circular Texture Meter),

DFT urzdzenie do pomiaru wspczynnika tarcia (Dynamic Friction Tester).

9

Sowo wstpne

Haas od ruchu samochodowego, obok zanieczyszcze powietrza, jest obecnie

najwikszym zagroeniem rodowiskowym. Nadmierny jego poziom stanowi za-

groenie dla zdrowia ludzi, powodujc zaburzenia snu, co w konsekwencji prowa-

dzi do chorb ukadu krenia, chronicznego zmczenia, rozdranienia, stresu

i spadku koncentracji oraz innych dolegliwoci. Zbyt wysokie s spoeczne koszty

ochrony zdrowia zwizane z ponadnormatywnym haasem od rodkw transporto-

wych. Obnienie jego poziomu u odbiorcy wymaga odpowiednich decyzji na eta-

pie ksztatowania ukadw drogowych, ustalania przebiegu tras drogowych, pro-

jektowania skrzyowa i wzw, zarzdzania i organizacji ruchu, przy wyborze

technologii wykonania nawierzchni drogowych oraz rodzaju stosowanych zabez-

piecze przeciwhaasowych.

W krajach Unii Europejskiej obowizuje tzw. polityka haasowa, wynikaj-

ca z Dyrektywy 2002/49/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie oceny

i zarzdzania poziomem haasu w rodowisku. W dyrektywie zdefiniowano cele

i zadania prowadzce do zmniejszenia szkodliwego wpywu nadmiernych dwi-

kw na rodowisko. Wskazano na konieczno sporzdzania map akustycznych,

tworzenia programw walki z haasem oraz zapewnienia dostpu mieszkacom

do informacji o haasie. Stworzono take podstawy prawne do ujednolicenia

wskanikw i metod oceny poziomu haasu. W dyrektywie s zawarte zalecenia

dotyczce obnienia dokuczliwoci haasw od ruchu koowego, szynowego i lot-

niczego.

W Dyrektywie 2002/49 Unii Europejskiej i Rady okrelono kierunki dziaa

w celu poprawy klimatu akustycznego w rodowisku. Jako jeden z nich wskazano

budow cichych nawierzchni drogowych, ograniczajcych w istotny sposb po-

ziom dwikw generowanych w rejonie paszczyzny kontaktu opon samochodo-

wych z nawierzchni.

Dyrektywa Komisji UE 2015/996 z dnia 19 maja 2015 r. ustanowia wspln

metod oceny haasu zgodnie z dyrektyw 2002/49/WE Parlamentu Europejskiego

i Rady. Wprowadzono bardziej jednoznaczne zapisy odnonie do metody jego

prognozowania pod ktem tworzenia map akustycznych i dokonano zmian w za-

czniku II, dotyczcym midzy innymi wpywu nawierzchni drogowych na po-

ziom emisji haasu od jadcych pojazdw. Trwaj prace nad ucileniem podejcia

do oceny skutkw nadmiernego poziomu dwiku, uwzgldniajce naraenie ludzi

na uciliwoci i choroby z tym zwizane.


10

W metodzie CNOSSOS-EU, przyjtej jako podstawowa metoda prognozowa-

nia poziomu haasu w krajach Unii Europejskiej (od 31 grudnia 2018 roku), wpyw

nawierzchni powinien by uwzgldniany w oparciu o wyniki bada metod staty-

stycznego przejazdu (SPB Statistical Pass-By method). Majc to na uwadze,

wyniki bada haasu toczenia pojazdw samochodowych ustalone metod SPB

przez autora monografii na praktycznie wszystkich nawierzchniach stosowanych

w Polsce maj szczeglne znaczenie. Mog by one wykorzystane na etapie dosto-

sowywania metod prognozowania haasu stosowanych dotychczas w naszym kraju

do metody CNOSSOS-EU.

Monografia jest opracowaniem prezentujcym wyniki bada i analiz haali-

woci nawierzchni prowadzonych przez autora od wielu lat i stanowi istotne roz-

szerzenie rozwaa przedstawionych w pracy [74]. Zestawienie i analiza wynikw

pomiarw haasu toczenia pojazdw samochodowych metod SPB, analiza sku-

tecznoci akustycznej nawierzchni asfaltowych i nawierzchni betonowych

z uwzgldnieniem ich makrotekstury, ocena jednorodnoci i trwaoci akustycznej

nawierzchni o zwikszonej zawartoci wolnych przestrzeni, opracowanie propozy-

cji zaoe do systemu certyfikacji nawierzchni pod wzgldem haaliwoci

oraz ustalenie wspczynnikw korygujcych wpyw nawierzchni na poziom haa-

su w odniesieniu do nawierzchni referencyjnej s najwaniejszymi osigniciami

autora monografii.

W rozdziale 1 omwiono wybrane pojcia z zakresu akustyki i wskaniki oce-

ny poziomu emitowanych dwikw oraz przedstawiono pojazd samochodowy

jako rdo haasu drogowego. Zaprezentowano te dziaania prowadzce do po-

prawy klimatu akustycznego w otoczeniu drg.

W rozdziale 2 omwiono najbardziej istotne projekty badawcze dotyczce ha-

aliwoci nawierzchni drogowych oraz przedstawiono wybrane charakterystyki

materiaowo-technologiczne nawierzchni asfaltowych i z betonu cementowego,

przyczyniajce si do obnienia poziomu haasu toczenia opon samochodowych,

jak te wskazano kierunki rozwoju tych technologii.

Zagadnienia zwizane z badaniami i ocen haasu toczenia opon samochodo-

wych s przedmiotem rozwaa w rozdziale 3. Omwiono w nim wady i zalety

podstawowych metod stosowanych w ocenie haaliwoci nawierzchni oraz zwr-

cono uwag na niektre aspekty oceny wynikw pomiarw. Przedstawiono analiz

porwnawcz maksymalnego poziomu dwiku od przejazdu statystycznego po-

jazdu osobowego i wieloczonowego pojazdu ciarowego na praktycznie wszyst-

kich rodzajach warstw cieralnych stosowanych na drogach w Polsce. Zapropono-

wano uaktualnienie wczeniej opracowanej klasyfikacji nawierzchni z akustyczne-

go punktu widzenia.

Sowo wstpne

11

W rozdziale 4 wykazano du rol makrotekstury w generowaniu dwikw

w rejonie kontaktu opon z nawierzchni asfaltow oraz znaczenie techniki tekstu-

rowania w wypadku nawierzchni betonowych. Opracowano zalenoci pomidzy

poziomem haasu a makrotekstur i logarytmem prdkoci.

Problemy trwaoci, jednorodnoci i oceny akustycznej nawierzchni drogo-

wych s tematem rozdziau 5. Przedstawiono w nim propozycj nawierzchni refe-

rencyjnej oraz propozycj zaoe do systemu certyfikacji akustycznej technologii

wykonywania nawierzchni o obnionej haaliwoci i kontroli poziomu emitowa-

nych dwikw na nowych nawierzchniach wraz z prowadzeniem monitoringu

w czasie ich eksploatacji.

Analiza wpywu nawierzchni drogowych na emisj haasu od ruchu samocho-

dowego jest przedmiotem rozwaa w rozdziale 6. Opracowano nomogramy

umoliwiajce ustalenie poziomu emisji haasu w zalenoci od rodzaju na-

wierzchni i charakterystyki ruchu. Omwiono zaoenia metody CNOSSOS-EU

w odniesieniu do nawierzchni drogowych. Ustalono wspczynniki korygujce

wpyw nawierzchni na maksymalny poziom dwiku od przejazdu statystycznego

pojazdu osobowego i wieloczonowego pojazdu ciarowego w porwnaniu z za-

proponowan nawierzchni referencyjn. Wartoci podanych wspczynnikw,

po uwzgldnieniu modelu obliczania mocy akustycznej pojazdw, mog by wy-

korzystane w prognozowaniu haasu od ruchu drogowego metod CNOSSOS-EU.

*****

Analizy i rozwaania prezentowane w monografii s wynikiem wieloletnich bada

autora we wsppracy z instytutami, zespoami naukowo-badawczymi oraz licz-

nymi osobami. W pierwszej kolejnoci naley wymieni 6-miesiczny sta

w LCPC Centre de Nantes (obecnie: Institut Franais des Sciences et Technologies

des Transports, de l'Amnagement et des Rseaux - IFSTTAR) w Bouguenais

we Francji w latach 1993-1994 i wspprac z dr. Yves Delannem i dr. Michelem

Brengier. Poznanie metod badawczych oraz wykorzystywanego sprztu na dro-

gach we Francji pozwolio ju w latach dziewidziesitych XX wieku rozpocz

badania haaliwoci nawierzchni na drogach w Polsce. Nieocenionym nauczycie-

lem w tym zakresie by (i jest) Pan prof. dr hab. in. Jerzy Antoni Ejsmont z Poli-

techniki Gdaskiej. Pan Profesor nauczy mnie prowadzenia bada nad haaliwoci

nawierzchni i krytycznej oceny ich wynikw. Bardzo dzikuj, Panie Profesorze.

Mj udzia w badaniach prowadzonych przez Politechnik Gdask na rzecz

takich projektw, jak: HARMONOISE, SILVIA i IMAGINE, zaowocowa kilko-

ma interesujcymi spostrzeeniami i by przyczynkiem do rozpoznania haaliwo-

ci nawierzchni kostkowych, wpywu zawilgocenia nawierzchni na poziom haasu


12

toczenia pojazdw samochodowych oraz opracowania propozycji klasyfikacji na-

wierzchni pod wzgldem haaliwoci.

Bardzo wysoko oceniam wspprac z dr. in. Piotrem Mioduszewskim, pro-

fesorem Stanisawem Tarym i dr. in. Grzegorzem Ronowskim z Politechniki

Gdaskiej. Merytoryczne dyskusje z Panem prof. dr. hab. in. Marianem Traczem

z Politechniki Krakowskiej i Panem dr. in. Januszem Bohatkiewiczem z Politech-

niki Lubelskiej zawsze byy inspiracj do kolejnych bada i analiz.

Dzikuj Zarzdowi Drg Wojewdzkich w Krakowie, Oddziaom Generalnej

Dyrekcji Drg Krajowych i Autostrad w Biaymstoku i w odzi, TPA Instytutowi

Bada Technicznych Sp. z o.o. za zawsze yczliwe podejcie do wsppracy

w zakresie badania haaliwoci nawierzchni drogowych.

Wykonanie tak szerokich bada i analiz nie byoby moliwe bez pomocy

wsppracownikw z Politechniki Biaostockiej. W pomiarach poziomu haasu

uczestniczyli: dr in. Robert Zikowski, in. Franciszek Sikorski, dr in. Marek

Motylewicz i mgr in. Pawe Gierasimiuk, a w badaniach cech techniczno-

eksploatacyjnych nawierzchni - dr in. Marta Wasilewska. Wanie do nich kieruj

szczeglne podzikowania. Dr. in. Markowi Motylewiczowi i mgr. in. Pawowi

Gierasimiukowi dodatkowo dzikuj za pomoc w zestawieniu wynikw wielolet-

nich pomiarw oraz pomoc przy opracowaniu graficznej czci monografii.

onie Marysi oraz synom, Danielowi i Piotrowi, bardzo dzikuj za wyrozu-

miao i wsparcie przy redagowaniu niniejszej monografii.

Autor

13

1. Wprowadzenie

1. 1. Wybrane pojcia z zakresu akustyki

Drgania akustyczne polegaj na ruchu czstek orodka sprystego (np. powietrza)

wzgldem pooenia rwnowagi. W wyniku lokalnych zmian cinienia w stosunku

do cinienia atmosferycznego powstaj fale akustyczne. Dwiki wystpujce

w rodowisku, w tym pochodzce od ruchu samochodowego, s zoone i przy

wykorzystaniu analizy Fouriera mog by rozkadane na drgania sinusoidalne.

Uatwia to okrelenie ich czstotliwoci f (Hz) i dugoci fali (m), podstawowych

wielkoci charakteryzujcych fal akustyczn. Czstotliwo dwiku jest liczb

okresw zmian cinienia akustycznego w cigu 1 sekundy, a dugo fali odle-

goci, jak przebywa sinusoidalna fala dwikowa w czasie jednego okresu

drga.

Fali akustycznej towarzyszy przepyw energii, a jej charakterystyk jest nat-

enie dwiku, ktre definiuje si jako energi przepywajc w czasie 1 sekundy

przez powierzchni jednego metra kwadratowego. Intensywno fali akustycznej

pod wzgldem energetycznym jest charakteryzowana poprzez poziom natenia

dwiku i opisywana wzorem [193]:

= 10

0 [dB], (1.1)

gdzie:

I natenie dwiku [W/m2],

Io natenie dwiku odniesienia odpowiadajce najmniejszemu nateniu

syszalnemu dla czstotliwoci rwnej 1000 Hz (Lo = 10-12 W/m2).

W praktyce nie mierzy si natenia dwiku, a cinienie akustyczne. Wielko-

ci stosowan do opisu stanu akustycznego rodowiska jest poziom cinienia aku-

stycznego. Okrela on poziom skutecznej wartoci cinienia odpowiadajcy energii

zawartej w caym zakresie czstotliwoci. Poziom cinienia akustycznego wyraa

si wzorem [193]:

= 10

2

02 [dB], (1.2)

gdzie:

pa cinienie akustyczne w analizowanym punkcie rodowiska [N/m2],

pao cinienie odniesienia (wystpujce przy nateniu Io) rwne 210-5 N/m2.


14

Zgodnie z przepisami obowizujcymi w Unii Europejskiej w celu ilociowej

oceny haasu drogowego nie stosuje si poziomu cinienia akustycznego (Lp), lecz

poziom dwiku LA jako poziom cinienia akustycznego dwiku skorygowany

wedug charakterystyki czstotliwociowej zgodnej z krzyw korekcyjn A [138].

W monografii zastosowano zapisy: poziom dwiku A (dB) i poziom dwiku

(dB(A)) jako rwnowane. Wynika to z potrzeby cytowania pozycji literatury,

w ktrych stosowano jedn i drug wersj zapisu.

Moc akustyczn rda dwiku nazywa si ilo energii, jaka jest wysyana

w jednostce czasu i mona j przedstawi jako poziom mocy akustycznej, obliczo-

ny ze wzoru [138]:

= 10 (

) [dB], (1.3)

gdzie:

W moc akustyczna rda dwiku [W],

Wo moc odniesienia rwna 10-12 W.

Bardziej szczegow charakterystyk dwikw przedstawiaj ich widma,

prezentujce wartoci amplitud skadowych drgania akustycznego w funkcji cz-

stotliwoci. Poziomy cinienia akustycznego lub poziomy dwiku s okrelane

dla caego zakresu czstotliwoci, oktaw lub tercji. Oktawa jest zbiorem kolejno

nastpujcych po sobie tonw, z ktrych najwyszy ma czstotliwo dwa razy

wiksz od najniszego fn2/fn1 = 2. Oktawy s charakteryzowane przez tzw. czsto-

tliwoci rodkowe: 31,5 Hz, 63 Hz, 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz,

4000 Hz, 8000 Hz i 16000 Hz. Tercjowe pasma czstotliwoci (jedna trzecia okta-

wy) s opisane zalenoci pomidzy czstotliwociami fn2 i fn1: fn2 = 21/3 fn1,

a rodkowe czstotliwoci tych pasm w zakresie najbardziej syszalnym ludziom

przyjmuj wartoci: 25 Hz, 31,5 Hz, 40 Hz, ., 10000 Hz, 12500 Hz, 16000 Hz.

Na rysunku 1.1 pokazano przykadowe widma dwiku w zalenoci od zakresu

czstotliwoci [186].

Podstawowa rnica pomidzy poziomem cinienia akustycznego i poziomem

mocy akustycznej polega na tym, e poziom cinienia akustycznego jest wartoci

mierzaln podczas pomiaru, a poziomu mocy akustycznej nie daje si bezpored-

nio zmierzy. Poziom mocy akustycznej rda dwiku nie zaley od takich czyn-

nikw, jak: odlego od rda dwiku, absorpcja i propagacja dwiku.

1. Wprowadzenie

15

a) b)

c) d)

Rys. 1.1. Widma dwiku w zalenoci od zakresu czstotliwoci: a) wskopasmowe, b) w pasmach

1/3 oktawowych, c) w pasmach oktawowych, d) w caym zakresie czstotliwoci

W odniesieniu do ruchu samochodowego warto poziomu mocy akustycznej

mona okreli w sposb przybliony poprzez pomiar maksymalnego poziomu

dwiku LpA od przejedajcego pojedynczego pojazdu, pomiar poziomu ekspo-

zycji haasu pojedynczego pojazdu LAE lub pomiar rwnowanego poziomu dwi-

ku LAeq w czasie T (s) od przejazdu kilku lub kilkunastu pojazdw tego samego

typu [140]. Pomierzone wartoci LpA, LAE i LAeq, po zastosowaniu odpowiednich

wzorw, umoliwiaj ustalenie wartoci poziomu mocy pojedynczego pojazdu

jadcego z okrelon prdkoci po danej drodze. Przyblion warto poziomu

mocy akustycznej LWA, przy zastosowaniu modelu bezkierunkowego rda punk-

towego, mona okreli ze wzoru [140]:

10 (

2) + 10 (4), (1.4)

gdzie:

LpAg maksymalny poziom dwiku od przejedajcego pojazdu w okrelo-

nych warunkach [dB],

so = 1m2,

D odlego odbiorcy od toru rda dwiku [m],

Lg oddziaywanie rda dwiku z powierzchni terenu.

Znajomo poziomu mocy akustycznej poszczeglnych pojazdw jest wyma-

gana przy prognozowaniu haasu od ruchu drogowego, midzy innymi w metodzie

CNOSSOS-EU, przyjtej do stosowania w krajach Unii Europejskiej. Zgodnie

z zaoeniami metody statystycznego przejazdu (SPB) pomiary maksymalnego

poziomu dwiku od przejedajcego pojazdu s wykonywane na poboczu


16

(chodniku) drogi, w odlegoci 7,50 m od osi toru jazdy pojazdu i na wysokoci

1,20 m nad powierzchni jezdni. Przyjmujc warto Lg 2 dB, przyblion warto poziomu mocy akustycznej mona obliczy ze wzoru [140]:

LWA LpA + 27. (1.5)

W literaturze warto Lg jest przyjmowana w szerokim zakresie (do 6 dB)

i jest uzaleniona midzy innymi od pokrycia terenu pomidzy rdem haasu

a odbiorc. W modelach generowania dwikw w rejonie paszczyzny kontaktu

opon z nawierzchni i jego propagacji take zrnicowane jest podejcie do lokali-

zacji rda dwiku (w odniesieniu do pojazdu i nawierzchni) [51, 79, 92, 109,

140, 246].

Ruch drogowy charakteryzuje si zmienn wartoci poziomu dwiku w cza-

sie. Dokonanie oceny klimatu akustycznego w otoczeniu drg polega na ustaleniu

rwnowanego poziomu dwiku A wyraonego w decybelach (LAeqD) w porze

dnia (6.00-22.00) i w porze nocy (LAeqN) (22.00-6.00) [192]. Polityka dugookreso-

wa w zakresie ochrony przed haasem, obejmujca midzy innymi opracowanie

map akustycznych oraz tworzenie programw walki z nadmiernym haasem, jest

oparta na rednim poziomie dwiku A, wyznaczonym dla wszystkich db w roku

(LDWN) z uwzgldnieniem pory dnia (6.00-18.00), pory wieczoru (18.00-22.00)

i pory nocy (22.00-6.00) oraz dla wszystkich nocy w roku (LN) (22.00-6.00).

W rozporzdzeniu Ministra rodowiska z dnia 1.10.2012 r. [192] s podane do-

puszczalne wartoci powyszych wskanikw w zalenoci od rda haasu oraz

charakterystyki zagospodarowania terenu.

Ocena klimatu akustycznego obszarw przylegych do tras drogowych moe

by dokonana z uwzgldnieniem tzw. wskanikw globalnych (zoonych) (np.:

M, W, LZH, LMZHk, TZH, TMZH, TZH) [113]. Wskanik M jest ustalany zgodnie

z procedur zaproponowan w rozporzdzeniu dotyczcym wymaga, jakim powi-

nien odpowiada program ochrony przed haasem. Charakteryzuje on wielko

przekroczenia dopuszczalnego poziomu dwiku i liczb osb naraonych

na nadmierny haas w danym terenie. Wskanik W okrela procentowy stosunek

dugoci tras komunikacyjnych obszaru o danym poziomie haasu do dugoci

wszystkich drg i ulic objtych analiz. Wskanik LZH wskazuje na liczb ludno-

ci, a wskanik LMZHk na procent ludnoci obszaru zagroonej haasem komuni-

kacyjnym wyszym od dopuszczalnego. Wskanik TZH okrela wielko po-

wierzchni obszaru, a wskanik TMZH procent powierzchni obszaru z przekro-

czonym poziomem haasu. Stosowane s take wskaniki charakteryzujce obu-

dow drg przed nadmiernym haasem (ILZ wskanik oddalenia pierwszej linii

zabudowy od drogi, EB wskanik ekranowania budynkw mieszkalnych inn

zabudow, WNK wskanik degradacji klimatu akustycznego) [233].

1. Wprowadzenie

17

W analizach akustycznych s stosowane rwnie takie pojcia, jak: dokuczli-

wo, gono i haaliwo. Dokuczliwo dwikw wie si z negatywnymi

odczuciami mieszkacw w pobliu tras drogowych. Rozrnia si midzy innymi

dokuczliwo chwilow i dokuczliwo cakowit, dokuczliwo pojedynczych

zdarze i dokuczliwo wielu zdarze akustycznych. Zaleca si wykorzystywanie

do jej oceny wartoci rwnowanego poziomu dwiku lub wskanika LDWN.

W szczegowych analizach mona ocenia procent osb objtych dokuczliwym

haasem. Prowadzone s badania dokuczliwoci haasu w zalenoci od charakte-

rystyki ruchu i rodzaju nawierzchni drogowych [64, 213].

Wraenie gonoci zaley od poziomu cinienia akustycznego i czstotliwoci

dwiku [193]. Poziomy gonoci s wyraane w fonach i liczbowo rwne pozio-

mom cinienia akustycznego w decybelach wycznie dla dwiku prostego o cz-

stotliwoci 1000 Hz. Haaliwo okrela si w noysach [193]. Jeden noys oznacza

dokuczliwo dwikw zakresie czstotliwoci 910-1090 Hz i poziomie cinienia

akustycznego 40 dB. Haas o dwukrotnie wyszej dokuczliwoci ma 2 noysy itd.

W niniejszej monografii, podobnie jak w innych opracowaniach autora, haa-

liwoci nawierzchni przyjto nazywa jej charakterystyk opisan wartoci

maksymalnego poziomu dwiku ustalonego wedug metody SPB, metody CPX

lub innych metod (np. CPB, OBSI). Oznacza to, e pojcie haaliwo na-

wierzchni jest innym pojciem ni haaliwo bdca charakterystyk dwiku

stosowan w akustyce.

Podane powyej opisy wybranych poj z zakresu akustyki s uproszczone.

Ich wprowadzenie miao jednak na celu lepsze zrozumienie zagadnie dotyczcych

bada haasu drogowego, omawianych w kolejnych punktach monografii. W litera-

turze, przykadowo w takich pracach, jak [60, 61, 138, 139, 140, 193], s one

omwione w sposb bardzo szczegowy i kompleksowy.

1.2. Pojazd samochodowy jako rdo haasu

Natenie ruchu i jego struktura rodzajowa, a take prdko i charakterystyka

techniczna pojazdw decyduj w gwnym stopniu o poziomie haasu w otoczeniu

tras drogowych. Zmniejszenie natenia ruchu po wybudowaniu obwodnicy czy

przeniesienie ruchu z ulic o znaczeniu lokalnym na gwne cigi komunikacyjne

przyczynia si do redukcji haasu w otoczeniu drg o mniejszym znaczeniu, od

0,5 dB do 7 dB (0,5 dB przy redukcji natenia ruchu o 10% i 7 dB przy re-

dukcji o 80%) [24]. Zmniejszenie udziau samochodw ciarowych z 10% do 0%

wpywa na obnienie poziomu haasu o warto 3,9 dB, a przy zmniejszeniu z 30%

do 0% o 8,3 dB.


18

Zgodnie z [59] redukcja prdkoci pojazdu osobowego o 10 km/h przyczynia

si do spadku poziomu haasu o 3,7 dB, przy obnieniu prdkoci o 20 km/h

o 6,7 dB, a przy 30 km/h o 9 dB. Mniejsze redukcje poziomu haasu, w zakresie

prdkoci 30 60 km/h, przy zmniejszeniu prdkoci od 10 do 30 km/h, uzyskuje

si w wypadku pojazdw ciarowych (do 3 dB). Przedstawione wartoci s przy-

blione i w rzeczywistoci mog by inne, gdy zmiana natenia ruchu prowadzi

do istotnych zmian rednich prdkoci pojazdw.

Poniewa podane wartoci nie uwzgldniaj charakterystyki nawierzchni,

przeprowadzono analiz wartoci rnic w zakresie maksymalnego poziomu

dwiku w zalenoci od typu pojazdu, rodzaju nawierzchni i prdkoci jazdy

(rys. 1.2 i 1.3). Badania wykonano na nawierzchniach najczciej stosowanych

na drogach w naszym kraju, a ich szczegy podano w pracy [68]. Ustalono, e na

nawierzchniach asfaltowych wzrost prdkoci pojazdw o 10 km/h przyczynia si

do wzrostu maksymalnego poziomu haasu od przejazdu statystycznego pojazdu

osobowego i ciarowego rednio o okoo 1,6 dB, a przy wzrocie prdkoci

o 20 km/h o okoo 3 dB. W wypadku pojazdu osobowego wzrost prdkoci

o 30 km/h wpywa na zwikszenie poziomu haasu rednio o 4,1 dB, a przy wzro-

cie o 40 km/h o 5,2 dB.

Na nawierzchni kostkowej stwierdzono nieco wikszy wzrost maksymalnego

poziomu haasu toczenia pojazdw ni na nawierzchniach asfaltowych i wynosi

1,9 dB dla pojazdu osobowego przy zwikszeniu prdkoci o 10 km/h, 3,6 dB

przy zwikszeniu prdkoci o 20 km/h oraz 6,5 dB przy zwikszeniu prdkoci

o 40 km/h.

W wypadku nawierzchni betonowych teksturowanych metod odkrytego kru-

szywa przy zwikszeniu prdkoci pojazdw zanotowano podobny wzrost maksy-

malnego poziomu dwiku jak na nawierzchniach asfaltowych. Na dwch na-

wierzchniach teksturowanych tkanin jutow ustalono zdecydowanie zrnicowa-

ne wartoci wzrostu poziomu haasu statystycznego pojazdu osobowego i pojazdu

ciarowego przy zwikszeniu ich prdkoci.

1. Wprowadzenie

19

a) b)

Rys. 1.2. Wpyw wzrostu prdkoci na wzrost poziomu haasu nawierzchnie asfaltowe i z kostki

kamiennej: a) pojazd osobowy, b) pojazd ciarowy kat. 2b

a) b)

Rys. 1.3. Wpyw wzrostu prdkoci na wzrost poziomu haasu nawierzchnie betonowe a) pojazd

osobowy, b) pojazd ciarowy kat. 2b

Przy wyszych prdkociach haas toczenia pojazdw samochodowych jest

gwn skadow cakowitego poziomu dwiku pochodzcego od jadcego pojaz-

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10km/h 20km/h 30km/h 40km/h

L

1[d

B(A

)]

Rnice prdkoci

AC16 AC12SMA12 SMA11SMA10 SMA8SMA5 RuflexMNU PUKK

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9


L

2B

[dB

(A)]

Rnice prdkoci

AC16 AC12

SMA12 SMA11

SMA10 Ruflex

MNU PU

KK

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9


L

1[d

B(A

)]

Rnice prdkoci

CC-juta1 CC-juta2

EACC1 EACC2

EACC3

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9


L

2B

[d

B(A

)]

Rnice prdkoci

CC-juta1 CC-juta2

EACC1 EACC2

EACC3


20

du samochodowego. Potwierdzono to w badaniach autora monografii prowadzo-

nych na nawierzchniach z betonu asfaltowego AC12 i z mastyksu grysowego

SMA12 metod kontrolowanego przejazdu (CPB). Trzy pojazdy osobowe o rnej

charakterystyce przejeday z prdkoci od 50 km/h do 110 km/h (ze skokiem

co 10 km/h) z wczonym i wyczonym silnikiem. Ustalone wartoci maksymal-

nego poziomu dwiku pokazano na rysunku 1.4. Rnice pomidzy wartociami

maksymalnego poziomu dwiku od przejedajcego pojazdu osobowego z w-

czonym i wyczonym silnikiem na dwch badanych nawierzchniach ulegaj

zmniejszeniu wraz ze wzrostem prdkoci i przy prdkoci 80 km/h wynosz

0,5 dB (tab. 1.1).

a) b)

Rys. 1.4. Poziom dwiku od przejedajcego pojazdu osobowego w zalenoci od stanu silnika:

a) nawierzchnia AC12, b) nawierzchnia SMA12

Haas toczenia pojazdw samochodowych jest w duym stopniu uwarunko-

wany uderzeniami opon o nierwnoci nawierzchni oraz mechanizmami aerody-

namicznymi.

Uderzenia opon o nawierzchni powoduj zmiany krzywizny pasa bienika

i odksztacenia cianek bocznych i maj istotne znaczenie w zakresie niszych

czstotliwoci (poniej 1000 Hz). Wpyw na drgania elementw bienika ma za-

rwno charakterystyka opony, jak i tekstura nawierzchni, a w szczeglnoci ma-

krotekstura i megatekstura. Z mikrotekstur powierzchni jest zwizane zjawisko

adhezji gumy z nawierzchni (mechanizm stick-snap) oraz tarcie opon o na-

wierzchni decydujce o napreniach stycznych w ladzie ich styku (mechanizm

stick-slip).

y = 31,4x + 18,1

R2 = 0,818

y = 33,2x + 14,2

R2 = 0,747

60

65

70

75

80

85

90

1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4

LA

max

[dB

]

log [V(km/h)]

wczony wyczony

y = 35,0x + 10,6

R2 = 0,870

y = 37,0x + 6,3

R2 = 0,802

60

65

70

75

80

85

90

1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4

LA

max

[dB

]

log [V(km/h)]

wczony wyczony

1. Wprowadzenie

21

Tab. 1.1. Wartoci maksymalnego poziomu dwiku od przejedajcego pojazdu i wartoci rnicy

w zalenoci od stanu silnika

Prdko

[km/h]

Wartoci poziomu dwiku i wartoci rnic pomidzy poziomami [dB(A)]

AC12 SMA12

LAmax1

(w)

LAmax1

(wy)

LAmax1(w) LAmax1(wy) LAmax1

(w)

LAmax1

(wy)

LAmax1(w) LAmax1(wy)

50 71,4 70,5 0,9 70,0 69,1 0,9

60 73,9 73,1 0,7 72,8 72,0 0,8

70 76,0 75,4 0,6 75,1 74,5 0,6

80 77,8 77,3 0,5 77,2 76,6 0,5

90 79,4 79,0 0,4 78,9 78,5 0,4

100 80,9 80,5 0,3 80,5 80,2 0,3

Mechanizmy aerodynamiczne obejmuj rezonans powietrza w rowkach bie-

nika, pompowanie powietrza, rezonans Helmholtza oraz turbulencje wywoane

przez ruch opony wzgldem otaczajcego powietrza ich wpyw jest znaczcy

w zakresie czstotliwoci powyej 1000 Hz. Rezonans powietrza w rowkach bie-

nika jest powodowany przez drgania elementw bienika. Mechanizm pompowa-

nie powietrza (air pumping) polega na spraniu i rozpraniu powietrza za-

mknitego w rowkach bienika i w nierwnociach nawierzchni. Rezonans

Helmholtza jest zwizany ze zmianami cinienia powietrza znajdujcego si

w rowkach bienika opuszczajcego stref styku z nawierzchni.

Dodatkowy wpyw na poziom generowanych dwikw ma charakterystyka

materiaw tworzcych opon, jej wymiary i cinienie w oponie. Zjawiskami

wzmacniajcymi lub redukujcymi mechanizmy generowania haasu s: efekt

rogu, impedancja mechaniczna i akustyczna oraz pochanianie dwikw przez

nawierzchni. Efekt rogu jest uzaleniony od rednicy i szerokoci opony oraz

pooenia rda dwiku i nabiera znaczenia w rejonie krawdzi wyjcia opony ze

styku z nawierzchni. Wpyw impedancji mechanicznej i impedancji akustycznej

jest zwizany ze sztywnoci materiaw, z ktrych wykonano opon i nawierzch-

ni. Absorpcja dwikw przez nawierzchni zaley od zawartoci wolnych prze-

strzeni, rozmiarw i ksztatu porw oraz liczby, gruboci i stopnia zanieczyszcze-

nia grnych warstw nawierzchni.

Szczegowy opis mechanizmw generowania dwikw w rejonie kontaktu

opon samochodowych z nawierzchni, a take od poruszajcego si pojazdu jest

przedstawiony midzy innymi w pracach [52, 202].


22

Jak wykazuj badania, najbardziej istotnymi charakterystykami nawierzchni

drogowej, decydujcymi o poziomie haasu toczenia pojazdw samochodowych,

s: tekstura, porowato i sztywno. W tabeli 1.2, w oparciu o wyniki analiz prze-

prowadzonych w ramach programu IPG (Innovatie Programma Geluid) w Holan-

dii, przedstawiono wpyw tych charakterystyk na mechanizmy generowania haasu

drogowego w zalenoci od kategorii pojazdu [236]. Zwraca uwag fakt, jak wiele

jest niewyjanionych problemw w odniesieniu do pojazdu ciarowego.

Tab. 1.2. Wpyw charakterystyk nawierzchni na mechanizmy generowania haasu

Mechanizmy Pojazd osobowy Pojazd ciarowy

Tekstura Porowato Sztywno Tekstura Porowato Sztywno

Drgania opon

i ich elementw ++ 0 ++ ++ 0 ++

Stick-slip ++ + ? ? ? ?

Stick-snap ++ + ? ? ? ?

Turbulencje zwizane

z ruchem opony 0 0 0 0 0 0

Rezonans Helmholtza + 0 ? ? 0 ?

Pompowanie powietrza + ++ ? ? ? ?

Rezonans powietrza

w rowkach bienika + ++ ? ? ? ?

Efekt rogu 0 ++ 0 0 ++ 0

Absorpcja haasu

toczenia opon 0 ++ 0 0 ++ 0

Absorpcja haasu

od ukadu napdowego 0 ++ 0 0 ++ 0

++ bardzo istotny wpyw, + istotny wpyw, 0 nieistotny wpyw, ? problem niewyjaniony

Mechanizmy generowania dwikw, z uwzgldnieniem charakterystyki na-

wierzchni drogowych i opon samochodowych, stanowiy podstaw opracowania

modeli fizycznych i hybrydowych generowania dwiku w rejonie kontaktu opony

z nawierzchni.

Do najbardziej znanych modeli fizycznych naley zaliczy model Kroppa [51]

oraz model TRIAS (Tyre Road Interaction Acoustic Simulation) [189]. Model

Kroppa obejmuje mechanizmy zwizane z wpywem charakterystyki opony wraz

z promieniowaniem dwikw wywoanych wibracjami i jej deformacjami

oraz mechanizmy zwizane z paszczyzn kontaktu opona/nawierzchnia. Model

1. Wprowadzenie

23

TRIAS uwzgldnia mechanizmy interakcji opony i nawierzchni, przepyw

i pompowanie powietrza oraz propagacj dwikw do otoczenia. Model ten

obejmuje moduy: RODAS (Road Design Acoustic Simulation) opisujcy na-

wierzchni i TYDAS (Tyre Desing Acoustic Simulation) charakteryzujcy kon-

strukcj opony.

Modelem hybrydowym uwzgldniajcym mechanizmy generowania dwi-

kw, zwizanym z paszczyzn kontaktu opony z nawierzchni oraz charakterysty-

k nawierzchni, jest model SPERoN (Statistical Physical Explantation of Rolling

Noise) [17]. Jego wykorzystanie przy interpretacji wynikw poziomu haasu uzy-

skanych na nawierzchni typu SMA11, nawierzchniach asfaltowych o maksymal-

nym uziarnieniu kruszywa 8 mm i zawartoci wolnych przestrzeni 812% oraz na

nawierzchniach o maksymalnym uziarnieniu kruszywa 4 mm i zawartoci wolnych

przestrzeni 1622% pozwolio wyjani przyczyn rnic w ich haaliwoci

oraz wpyw poszczeglnych mechanizmw generowania dwikw na poziom

haasu w zalenoci od czstotliwoci [41].

1.3. Dziaania na rzecz ograniczenia nadmiernego haasu

od ruchu drogowego

Zgodnie z danymi wiatowej Organizacji Zdrowia (WHO) okoo 40% mieszka-

cw w krajach Unii Europejskiej jest naraonych na haas o poziomie powyej

55 dB w cigu doby, w tym okoo 20% na poziom haasu powyej 65 dB w cigu

dnia i ponad 30% na haas o poziomie powyej 55 dB w nocy. W krajach Unii

Europejskiej okoo 54% mieszkacw zamieszkujcych w duych aglomeracjach

znajduje si pod wpywem haasu drogowego o poziomie LDWN 55 dB, haasu

kolejowego 8% i haasu od ruchu lotniczego 4% [164]. Dane te jednoznacznie

wskazuj na potrzeb dziaa prowadzcych do obnienia nadmiernych dwikw

w otoczeniu tras drogowych, ktre nie powinny przekracza wartoci dopuszczal-

nych [175, 190, 191, 192].

Szczeglnego znaczenia nabiera w takiej sytuacji lokalizacja i przebieg drogi

w stosunku do obszarw zabudowanych i obszarw chronionych [233]. Korzyst-

nym rozwizaniem jest budowa obwodnic miast i obej miejscowoci, ktre

oprcz obnienia poziomu haasu poprawiaj take bezpieczestwo oraz pynno

ruchu lokalnego.

Na obszarach zabudowanych popraw klimatu akustycznego mona zapewni

poprzez zmniejszenie natenia ruchu, eliminacj z ruchu tzw. pojazdw haali-

wych, obnienie prdkoci pojazdw, uspokojenie ruchu, popraw pynnoci,


24

a take optymaln geometri rozwiza i organizacj ruchu na skrzyowaniach

[24, 32, 34, 36, 37, 38, 39, 59, 65, 78, 182, 215, 229, 230]. Korzystnym rozwiza-

niem z akustycznego punktu widzenia s na przykad skrzyowania typu rondo

[35]. W przypadku skrzyowa z wysp centraln naley zwrci uwag na wyst-

pujce rnice pomidzy poziomami haasu w otoczeniu wlotw, wynikajc

z rnic w obcieniach wlotw oraz struktury kierunkowej i struktury rodzajowej

pojazdw [156]. Konieczne s take analizy haasu zwizane z prowadzeniem ro-

bt drogowych [71].

Zabezpieczeniami przeciwhaasowymi, przyczyniajcymi si do obnienia po-

ziomu haasu s: ekrany akustyczne, way ziemne, pasy zieleni, okna i elewacje

dwikochonne [3, 4, 76, 105, 112, 113, 121, 245, 251]. Skuteczno akustyczna

ekranw w obnianiu poziomu dwiku zaley od wymiarw geometrycznych i ich

ksztatu, lokalizacji w stosunku do trasy drogowej oraz izolacyjnoci akustycznej

materiaw, z jakich zostay wykonane. Potwierdzono to w ramach bada rwno-

wanego poziomu dwiku w otoczeniu w obwodnicy Wasilkowa (droga krajowa

nr 19), drogi krajowej nr 8 (odcinek Biaystok Katrynka) oraz ulicy w. Ojca Pio

w Biaymstoku [76].

Way ziemne s konstrukcjami z gruntu w formie wau, wau z murem oporo-

wym lub konstrukcjami przestrzennymi wypenionymi gruntem. Przy duych

przekroczeniach dopuszczalnego poziomu haasu korzystnym rozwizaniem jest

poczenie typowego ekranu i wau ziemnego. Szczeglnym typem ekranw aku-

stycznych s pasy zieleni izolacyjnej. S one jednak skutecznym rozwizaniem

przy odpowiednio duej ich szerokoci.

W wielu sytuacjach urbanistycznych, gwnie w miastach, w otoczeniu istnie-

jcych tras komunikacyjnych, budowa ekranw, waw ziemnych czy tworzenie

pasw zieleni izolacyjnej jest niemoliwe. Dlatego w celu obnienia poziomu haa-

su w mieszkaniach stosuje si okna dwikochonne lub fasady szklane przy cia-

nach budynkw. Nieznaczne obnienie poziomu haasu jest take moliwe dziki

zastosowaniu elementw tzw. maej architektury (ywopoty, ogrodzenia).

Szczegowe informacje na temat zagadnie zwizanych z ujemnym wpy-

wem haasu drogowego na zdrowie ludzi, oceny dziaa poprawiajcych klimat

akustyczny w otoczeniu drg wraz z ich kosztami oraz metodyki wyboru optymal-

nych rozwiza chronicych przed haasem s zawarte w pracy [31].

Szczeglnie korzystnym i efektywnym sposobem walki z nadmiernym pozio-

mem emitowanych dwikw od przejedajcych pojazdw jest budowa na-

wierzchni o obnionej haaliwoci, nazywanych take nawierzchniami cichymi.

Zagadnienia technologiczne zwizane z konstruowaniem nawierzchni o obnionej haa-

liwoci s bardzo szczegowo prezentowane w raportach z projektw badawczych,

artykuach i monografiach [2, 14, 23, 80, 89, 119, 153, 178, 180, 198, 197, 202, 205].

1. Wprowadzenie

25

W wypadku standardowych warstw z mieszanek mineralno-asfaltowych (SMA,

beton asfaltowy) zastosowanie kruszywa o maksymalnym uziarnieniu 8 mm przy-

czynia si do obnienia maksymalnego poziomu haasu toczenia o 23 dB w po-

rwnaniu z mieszankami o maksymalnym uziarnieniu kruszywa powyej 10 mm.

Wysze redukcje poziomu haasu, nawet do 6 dB na nowych nawierzchniach,

mona uzyska, wykonujc warstw cieraln z asfaltu porowatego (warstwy poje-

dyncze i podwjne), w postaci cienkich warstw z betonu asfaltowego typu BBTM

lub warstw z mastyksu grysowego o obnionej haaliwoci typu SMA LA.

Perspektywicznym rozwizaniem w walce z nadmiernym haasem od ruchu

samochodowego s nawierzchnie poroelastyczne [18, 55, 85, 204].

Do niedawna nawierzchnie z betonu cementowego uznawano za rozwizania

bardzo haaliwe. Wynikao to z ich postrzegania jako zespou klawiszujcych

starych pyt, ze zniszczonymi krawdziami i ubytkami w otoczeniu szczelin. Sto-

sowane obecnie techniki teksturowania ich powierzchni umoliwiaj uzyskanie

poziomu emitowanych dwikw porwnywalnych z wartociami na nawierzch-

niach asfaltowych typu SMA 0/11 [7, 77, 83, 91, 161, 210].

Na ulicach miast, w szczeglnoci w rdmieciach oraz w dzielnicach o cha-

rakterze zabytkowym, wystpuj nawierzchnie z kostki kamiennej. W dzielnicach

mieszkaniowych o maym znaczeniu i niewielkim obcieniu ruchem samochodo-

wym s budowane nawierzchnie z betonowych kostek brukowych. W przypadku

nawierzchni z betonowych kostek brukowych wpyw na poziom haasu drogowego

ma wymiar kostek oraz ich ukad [70]. Na drogach o lokalnym znaczeniu,

w szczeglnoci w maych miejscowociach, wystpuj take nawierzchnie bru-

kowcowe. Poziom emitowanych dwikw od pojedynczo przejedajcych po-

jazdw na nawierzchniach kostkowych i brukowcowych jest zdecydowanie wy-

szy ni na nawierzchniach asfaltowych. Jednak przy maym obcieniu ruchem

samochodowym i niskich prdkociach pojazdw dopuszczalne wartoci rwno-

wanego poziomu dwiku nie s na og przekraczane.

W ostatnich latach nawierzchnie obniajce haas opon samochodowych s

szczeglnie akceptowane jako skuteczna metoda walki z haasem w otoczeniu

drg. Jednak pomimo wielu wykonanych prac badawczych nadal pozostaj niewy-

janione zagadnienia w tym zakresie. Dotyczy to zarwno metod pomiaru i oceny

poziomu haasu, jak i aspektw technologicznych oraz ekonomicznych konstruo-

wania nawierzchni o obnionej haaliwoci. W kolejnych rozdziaach monografii

przeprowadzono rozwaania w kierunku wyjanienia niektrych z tych proble-

mw.

26

2. Nawierzchnie obniajce haas toczenia

pojazdw samochodowych

wybrane problemy materiaowo-technologiczne

2.1. Projekty badawcze dotyczce haaliwoci

nawierzchni drogowych

Problemy zwizane z nawierzchniami drogowymi obniajcymi haas toczenia

pojazdw samochodowych byy przedmiotem wielu projektw badawczych, a do

najwaniejszych naley zaliczy: SI.R.U.US (Silent Road for Urban and extra-

urban Use), QCITY (Quiet City Transport), HARMONOISE (Harmonised Accu-

rate and Reliable Methods for the EU Directive on the Assessment and Manage-

ment of Environmental Noise), IMAGINE (Improved Methods for the Assessment

of the Generic Impact of Noise in the Environment), SILVIA (Sustainable Road

Surfaces for Traffic Noise Control), SILENCE, RoTraNoMo (Road Traffic Noise

Modeling), PERSUADE (PoroElastic Road SUrface for Avoiding Damage to the

Environment), ROSANNE (Rolling resistance, Skid Resistance and Noise Emis-

sion measurement standards for road surfaces). Poza tematem haaliwoci na-

wierzchni rozwaano w nich zagadnienia zwizane z prognozowaniem haasu,

oporem toczenia i waciwociami przeciwpolizgowymi. Projekty byy wykony-

wane przez konsorcja midzynarodowe, zoone z instytutw badawczych, uczelni,

laboratoriw i administracji drogowej. Szczegowe wyniki przeprowadzonych

bada i analiz zawarto w raportach z realizacji poszczeglnych zada, jak i w ra-

portach kocowych. Poniej, w oparciu o opisy zaoe i wyniki bada zaprezen-

towane w pracach [9, 25, 29, 45, 55, 88, 151, 180, 198, 202], przedstawiono ogln

charakterystyk wymienionych projektw w odniesieniu do haaliwoci na-

wierzchni drogowych.

Jednym z gwnych celw projektu SI.R.U.US byo opracowanie cichych wie-

lowarstwowych nawierzchni z wykorzystaniem innowacyjnych rozwiza. W jego

ramach podjto prb optymalizacji tekstury powierzchni i struktury warstwy gr-

nej nawierzchni drogowych z uwzgldnieniem ich waciwoci akustycznych,

trwaoci konstrukcyjnej i kosztw. Wykonano prace nad wdroeniem niestandar-

dowych rozwiza w grnych i dolnych warstwach, w tym betonowej warstwy

z wbudowanymi rezonatorami Helmholtza pochaniajcymi dwik.


27

Za szczeglnie interesujce zadanie w projekcie QCITY naley uzna prby

ze stosunkowo du zawartoci gumy w nawierzchni asfaltowych. Pomimo, e

wybudowane odcinki w krtkim czasie (do dwch lat) ulegy zniszczeniu, po-

twierdzono due moliwoci takich rozwiza w zakresie redukcji haasu.

Celem projektu HARMONOISE byo opracowanie spjnego modelu progno-

zowania haasu od ruchu drogowego i ruchu kolejowego zgodnie z Dyrektyw

2002/49/WE Parlamentu Europejskiego i Rady. W jego ramach zebrano dane na

temat haaliwoci nawierzchni w rnych krajach i przedstawiono ich porwna-

nie. Szerokie zakresy uzyskiwanych poziomw haasu opona/nawierzchnia i haasu

toczenia opon samochodowych byy impulsem do okrelenia poziomu odniesienia

pod ktem oceny haaliwoci nawierzchni drogowych. Majc to na uwadze, Sand-

berg przedstawi koncepcj wirtualnej nawierzchni referencyjnej, opisanej pod

wzgldem akustycznym jako redni z nawierzchni DAC11 i SMA11 [194]. Na-

wierzchnie stanowice podstaw do ustalenia nawierzchni wirtualnej powinny by

w dobrym stanie technicznym, uytkowane przez okres minimum jednego roku,

mog zawiera maksymalnie 10% dodatku gumy lub podobnych elastycznych

materiaw w lepiszczu. Nie mog by brane pod uwag w tych rozwaaniach

cienkie warstwy asfaltowe. W wypadku braku nawierzchni typu DAC11 i SMA11

poziom haasu nawierzchni referencyjnej moe by ustalony w oparciu o wyniki

uzyskane na nawierzchniach typu DAC i SMA o uziarnieniu od 0/8 do 0/16 mm.

W takich sytuacjach zalecono stosowanie korekty w odniesieniu do pojazdw oso-

bowych z uwagi na okres eksploatacji nawierzchni i maksymalne uziarnienie kru-

szywa. Takich korekt nie stosuje si w odniesieniu do pojazdw ciarowych, po-

niewa wpyw nawierzchni wykonanych w tych technologiach na haas toczenia tej

kategorii pojazdw jest stosunkowo may.

Kontynuacj projektu HARMONOISE by projekt IMAGINE, opisujcy do-

datkowo procedury prognozowania haasu przemysowego i haasu lotniczego,

a take uzupeniajcy procedury zwizane z prognozowaniem haasu drogowego.

Osigniciem praktycznym tego projektu byo opracowanie wytycznych wykorzy-

stania modeli generowania dwikw w tworzeniu map akustycznych.

W ramach projektu badawczego SILVIA, po dokonaniu szczegowej analizy

metod oceny haaliwoci nawierzchni w rnych krajach, opracowano algorytmy

postpowania przy certyfikacji technologii budowy grnych warstw nawierzchni

oraz algorytmy oceny ich haaliwoci po wybudowaniu i algorytmy prowadzenia

monitoringu. Do przeprowadzenia certyfikacji zaproponowano wykorzystanie me-

tody CPX i metody SPB (jako preferowany wariant) lub metody SPB z pomiarem

makrotekstury (nawierzchnie o zwartej strukturze), makrotekstury i sztywnoci

(nawierzchnie o zwartej strukturze i podwyszonej elastycznoci, np. z dodatkiem

gumy), makrotekstury i wspczynnika absorpcji dwiku (nawierzchnie porowate)


28

oraz tekstury, wspczynnika absorpcji dwiku i sztywnoci (nawierzchnie poroe-

lastyczne).

Do oceny haaliwoci nawierzchni bezporednio po ich wybudowaniu i w ramach

prowadzenia monitoringu zaproponowano jako rozwizanie preferowane metod

CPX. Dopuszczono w tych sytuacjach dokonywanie oceny waciwoci akustycz-

nych na podstawie parametrw charakteryzujcych powierzchni i struktur na-

wierzchni (tekstura, wspczynnik absorpcji dwiku i sztywno). Wyniki bada

i analiz wykonanych w ramach projektu SILVIA zamieszczono w raporcie pt.:

Guidance manual for the implementation of low-noise road surfaces. W ramach

projektu SILVIA nie przeprowadzono jednak kompleksowej walidacji opracowa-

nej propozycji wsplnej europejskiej metody badania i kontroli haaliwoci na-

wierzchni drogowych. Temat ten by ponownie podjty w projekcie ROSANNE.

Projekt SILENCE obejmowa prace majce na celu opracowanie zintegrowa-

nego systemu dziaa sucych skutecznej kontroli haasu na obszarach zurbani-

zowanych. Opracowano i przetestowano najnowsze technologie budowy i utrzy-

mania nawierzchni cichych z uwzgldnieniem moliwoci ich stosowania w mia-

stach. W ramach projektu zebrano informacje na temat innowacyjnych rozwiza

przyczyniajcych si do obnienia poziomu haasu od ruchu drogowego, planw

dziaania i skutecznych narzdzi do redukcji nadmiernego haasu.

Gwnym celem projektu PERSUADE byo opracowanie konstrukcji na-

wierzchni poroelastycznej, trwaej, bezpiecznej oraz wpywajcej na obnienie

poziomu emitowanych dwikw o 1015 dB w porwnaniu z nawierzchni refe-

rencyjn. Projekt by w pewnym stopniu kontynuacj prac badawczych nad na-

wierzchni typu PERS, prowadzonych wczeniej w ramach innych projektw,

gwnie w Szwecji i Japonii. W projekcie PERSUADE zaplanowano opracowanie

wymaga w stosunku do podbudowy i warstwy poroelastycznej w celu lepszego

ich powizania, okrelenie trwaoci warstwy poroelastycznej przy rnym obci-

eniu i w rnych warunkach atmosferycznych, okrelenie zmiany waciwoci

przeciwpolizgowych i akustycznych warstwy poroelastycznej w trakcie eksploat-

acji. Zakres projektu obejmowa badania laboratoryjne i ocen mieszanek na na-

wierzchni poroelastyczn, budow odcinkw testowych i ich monitoring oraz

analizy ekonomiczne badanych rozwiza. Zaplanowano wykonanie czterech od-

cinkw testowych o nawierzchni z mieszanek poroelastycznych na drogach w Da-

nii, Szwecji, Belgii i w Polsce, dwch odcinkw o nawierzchni w postaci paneli

poroelastycznych na drogach w Belgii i w Szwecji oraz jednego odcinka z kostek

z warstw poroelastyczn w Sowenii. Badano warstwy poroelastyczne pod ktem

ich odpornoci ogniowej, odpornoci na promieniowanie soneczne, przepuszczal-

noci oraz prdkoci odprowadzania wody, sztywnoci i elastycznoci oraz zmiany

oporu toczenia w czasie eksploatacji. W przypadku warstwy poroelastycznej


29

w postaci elementw prefabrykowanych prowadzono badania trwaoci pocze

paneli i ich zwikszonej haaliwoci, zachowania si pocze pod obcieniem

od ruchu samochodowego oraz w czasie prowadzenia prac zwizanych z zimowym

utrzymaniem.

Celem projektu ROSANNE bya harmonizacja metod pomiarowych w zakre-

sie waciwoci przeciwpolizgowych, emisji haasu i oporu toczenia nawierzchni

drogowych. By on w pewnym stopniu kontynuacj prac wykonanych w takich

projektach, jak: TYROSAFE, HERMES, SILVIA, SILENCE i MIRIAM, i obej-

mowa cztery gwne zadania:

a) harmonizacj metod i urzdze stosowanych w ocenie waciwoci prze-

ciwpolizgowych,

b) dostosowanie stosowanych metod do pomiaru haaliwoci nawierzchni,

ustalenie zalenoci pomidzy metodami SPB i CPX oraz powizanie me-

tod pod ktem wykorzystania wynikw w modelu CNOSSOS-EU,

c) normalizacj metod i urzdze do pomiaru wspczynnika oporu toczenia,

d) rozwj metod opisu i oceny powierzchni nawierzchni drogowych w celu

lepszego odzwierciedlenia zjawisk zachodzcych na styku opon z na-

wierzchni pod ktem wpywu tekstury na emisj haasu, wspczynnik tar-

cia i opr toczenia.

W czci dotyczcej harmonizacji metod pomiaru haasu toczenia opon samo-

chodowych ustalono zalenoci regresyjne pomidzy wynikami pomiarw metod

CPX i SPB oraz okrelono moliwoci wykorzystania danych z pomiarw metod

CPX w metodzie prognozowania haasu metod CNOSSOS-EU.

Problem haaliwoci nawierzchni by przedmiotem take wielu innych pro-

jektw, realizowanych przez zespoy badawcze z dwch/trzech krajw lub tylko

przez zespoy utworzone w ramach poszczeglnych krajw [198]. Przykadami s:

zrealizowany w ramach wsppracy francusko-niemieckiej projekt DEUFREKO,

projekt PREDIT we Francji, QUIET TRAFFIC w Niemczech czy WnT i IPG

w Holandii.

W Polsce badania haaliwoci nawierzchni drogowych s prowadzone

od wielu lat, w szczeglnoci przez zespoy z Politechniki Gdaskiej i Politechniki

Biaostockiej, w ramach projektw midzynarodowych i projektw krajowych.

Wyniki wsplnych bada byy prezentowane midzy innymi w pracach [54, 74,

148, 149]. Zosta zrealizowany take projekt CiDro przez konsorcjum Politechnika

Warszawska Instytut Badawczy Drg i Mostw w Warszawie Mostostal War-

szawa S.A. [116, 176] oraz projekt badawczy Ochrona przed haasem, w ramach

konkursu RID, przez konsorcjum: Politechnika Krakowska Politechnika War-

szawska Politechnika Wrocawska Instytut Badawczy Drg i Mostw w War-

szawie Politechnika Lubelska [220, 221, 232]. Konsorcjum: Politechnika Gda-


30

ska Politechnika Biaostocka Firma Budowlano-Drogowa MTM S.A z Gdyni

rozpoczo badania w ramach projektu SEPOR (Safe, Eco-friendly POroelastic

Road surface Bezpieczna, proekologiczna poroelastyczna nawierzchnia drogo-

wa), w ramach I Konkursu Strategicznego Nowoczesne technologie materiaowe

TECHMATSTRATEG, ktrego gwnym celem jest opracowanie technologii

budowy nawierzchni poroelastycznej, trwaej, bezpiecznej i przyczyniajcej si

do redukcji poziomu haasu o ponad 10 dB.

Niezalenie od projektw badawczych realizowanych przez uczelnie, instytuty

badawcze i konsorcja naukowo-badawcze, oddziay Generalnej Dyrekcji Drg

Krajowych i Autostrad, zarzdy drg wojewdzkich, jednostki zarzdzajce dro-

gami w miastach podejmoway i podejmuj dziaania na rzecz stosowania na-

wierzchni o obnionej haaliwoci. Naley w szczeglnoci podkreli prby po-

dejmowane przez Oddzia GDKKIA w Poznaniu, Urzd Miasta w Poznaniu,

a w ostatnich latach Zarzd Drg Wojewdzkich w Krakowie, Zarzd Drg Woje-

wdzkich w Katowicach, EKKOM Sp. z o.o. i TPA Instytut Bada Technicznych

Sp. z o.o. w Pruszkowie.

2.2. Wpyw uziarnienia kruszywa

na haaliwo nawierzchni asfaltowych

Maksymalne uziarnienie kruszywa wbudowanego w warstwie cieralnej w istotny

sposb wpywa na poziom haasu toczenia pojazdw samochodowych. Dotyczy to

zarwno warstw o zwartej strukturze, strukturze czciowo otwartej, jak i na-

wierzchni porowatych. Na rysunku 2.1 przedstawiono przykadowe wyniki bada

autora monografii oraz wyniki prezentowane w pracy [5], wedug metody SPB,

a na rysunku 2.2 wedug metody CPX [145, 146]. Kady z pokazanych punktw

na poniszych rysunkach jest redni z wartoci maksymalnego poziomu dwiku

ustalonych na kilku nawierzchniach o takiej samej charakterystyce.


31

a) b)

c) d)

e)

Rys. 2.1. Poziom dwiku wedug metody SPB (w funkcji maksymalnego uziarnienia kruszywa):

a) PU, b) BBUM, c) BBTM 1, d) BBTM 2, e) PAC

y = 0,43x + 75,85

R = 0,924

72

75

78

81

84

0 5 10 15 20

LA

max

[dB

]

Max uziarnienie [mm]

y = 1,00x + 68,17

R = 0,99972

75

78

81

84

0 5 10 15 20

LA

max

[dB

]


y = 1,03x + 68,5

R = 0,957

72

75

78

81

84

0 5 10 15 20

LA

max

[dB

]


y = 0,88x + 67,62

R = 0,935

72

75

78

81

84

0 5 10 15 20

LA

max

[dB

]


y = 0,41x + 70,24

R = 0,992

72

75

78

81

84

0 5 10 15 20

LA

max

[dB

]



32

a) b)

c)

Rys. 2.2. Poziom dwiku wedug metody CPX (w funkcji maksymalnego uziarnienia kruszywa):

a) DAC nawierzchnie w innych krajach Europy, b) SMA nawierzchnie w Polsce,

c) SMA nawierzchnie w innych krajach Europy

Podane zalenoci wskazuj, e zwikszenie maksymalnego uziarnienia kru-

szywa o 1 mm powoduje wzrost poziomu haasu od 0,25 dB do 1,03 dB. Jest to

uzalenione dodatkowo od technologii wykonania warstwy cieralnej, dugoci

okresu eksploatacji i stanu technicznego nawierzchni.

2.3. Nawierzchnie z asfaltu porowatego

Szczeglne miejsce w grupie nawierzchni obniajcych haas toczenia opon samo-

chodowych maj nawierzchnie porowate. Ju w latach osiemdziesitych XX wieku

w Holandii, Belgii i we Francji rozpoczto ich stosowanie na szersz skal,

y = 0,29x + 95,44

R = 0,92

92

95

98

101

104

0 5 10 15 20

CP

XI

[dB

]


y = 0,25x + 95,96

R = 0,705

92

95

98

101

104

0 5 10 15 20

CP

XI

[dB

]


y = 0,39x + 94,62

R = 0,949

92

95

98

101

104

0 5 10 15 20

CP

XI

[dB

]



33

a w Holandii w 1990 roku podjto decyzj o wykonywaniu grnych warstw na-

wierzchni z mieszanek porowatych na wszystkich drogach gwnych [2, 23, 202].

Pierwsze podwjne warstwy z asfaltu porowatego wbudowano na drogach

w Holandii w 1990 roku. W dolnej warstwie o gruboci 3565 mm zastosowano

kruszywo o uziarnieniu 1120 mm, a w warstwie grnej o gruboci 2030 mm

kruszywo o uziarnieniu 48 mm. Zawarto wolnych przestrzeni wahaa si

w przedziale 2025%, a ilo lepiszcza 5,76%. Na drogach we Woszech po-

dwjne warstwy z asfaltu porowatego zostay po raz pierwszy wykonane w 1996,

we Francji w 1997, a w Niemczech w 1998 roku.

Aspekty technologiczne konstruowania nawierzchni porowatych w rnych

krajach oraz zagadnienia zwizane z ich skutecznoci akustyczn s szczegowo

prezentowane w raportach z projektw badawczych, artykuach, referatach i mo-

nografiach [23, 115, 119, 153, 183, 198, 202, 217]. W zwizku z tym poniej

zwrcono uwag jedynie na niektre najbardziej istotne problemy w tym zakresie

oraz wskazano dziaania podejmowane w celu zachowania dobrych waciwoci

akustycznych grnych warstw nawierzchni w okresie uytkowania drogi.

Wedug [132], w oparciu o rozwaania teoretyczne oraz badania terenowe,

zawarto wolnych przestrzeni 10%, 20% i 30% w jednowarstwowej nawierzchni

porowatej przyczynia si do obnienia poziomu haasu odpowiednio o 2 dB, 3 dB

i 4 dB. Wraz ze zwikszeniem zawartoci wolnych przestrzeni wzrasta take

wspczynnik absorpcji dwikw. Analizowano przy tym wpyw gruboci i za-

wartoci wolnych przestrzeni w dolnej i grnej warstwie w dwuwarstwowej na-

wierzchni porowatej na poziom haasu. Przyjto czn grubo dwch warstw

6 cm i optymalne rozwizanie uzyskano przy nastpujcych charakterystykach:

grna warstwa: grubo 2 cm, maksymalne uziarnienie kruszywa

9,5 mm, zawarto wolnych przestrzeni 10%;

dolna warstwa: grubo 4 cm, maksymalne uziarnienie kruszywa

16 mm, zawarto wolnych przestrzeni 20%.

W oparciu o opracowane teoretyczne modele nawierzchni porowatej autorzy

ustalili, e dwuwarstwowa nawierzchnia porowata charakteryzuje si nieco gor-

szymi parametrami akustycznymi ni jednowarstwowa nawierzchnia o podobnej

charakterystyce (rnica okoo 1 dB). W ramach projektu przeprowadzono take

pomiary terenowe poziomu haasu na czterech rodzajach nawierzchni: dwie war-

stwy z asfaltu porowatego, jedna warstwa z asfaltu porowatego, warstwa o zwartej

strukturze i drobnym uziarnieniu oraz warstwa z dodatkiem granulatu gumowego.

Najbardziej korzystne waciwoci akustyczne ustalono na jednowarstwowej na-

wierzchni porowatej. Uzyskano redukcj poziomu haasu o 3,3 dB (przy prdkoci

pojazdu osobowego 50 km/h) i o 3,6 dB (przy prdkoci 80 km/h).


34

Zgodnie z [154] podwjne warstwy z asfaltu porowatego charakteryzuj si

wiksz skutecznoci akustyczn oraz duszym okresem efektywnej redukcji

haasu w stosunku do pojedynczych warstw z asfaltu porowatego. Ich trwao

konstrukcyjna wynosi okoo 78 lat i jest nieco gorsza ni cienkich warstw asfal-

towych i pojedynczych warstw z asfaltu porowatego.

Skuteczno akustyczna nawierzchni porowatych jest cile zwizana z ab-

sorpcj dwikw generowanych w rejonie paszczyzny kontaktu opon z na-

wierzchni a take dwikw pochodzcych od poruszajcych si pojazdw. Wol-

ne przestrzenie, grubo i ukad warstw porowatych ograniczaj drgania powietrza

w rowkach bienika, minimalizujc tym samym wpyw zjawisk aerodynamicznych

na poziom emitowanych dwikw. Parametrem charakteryzujcym zdolno na-

wierzchni do pochaniania dwikw jest wspczynnik absorpcji. Jego warto

moe by ustalona midzy innymi wedug dwch metod w warunkach in situ (ISO

13472-1, ISO 13472-2) i metody w warunkach laboratoryjnych (PN-EN ISO

10534-1 tzw. metoda rury Kundta).

Szczegow analiz metod pomiaru wspczynnika absorpcji wraz z mode-

lowaniem jego wartoci w odniesieniu do nawierzchni porowatych przedstawi

Pratic z zespoem w pracach [177, 179, 181]. W badaniach tych zwrcono uwag

na potrzeb bardziej szczegowego charakteryzowania warstw nawierzchni

o strukturze porowatej przy ustalaniu wspczynnika absorpcji dwikw. Wska-

zano na wpyw takich charakterystyk, jak: grubo warstwy, opr przepywu po-

wietrza z uwzgldnieniem lepkoci oraz krtoci, wymiarw i sposobu poczenia

porw. Analizowano rwnie problem absorpcji dwiku w odniesieniu do mie-

szanek mineralno-gumowo-asfaltowych [110, 135] i warstw poroelastycznych

[242]. Badano wpyw na jego warto maksymalnego uziarnienia kruszywa, za-

wartoci granulatu gumowego i gruboci nawierzchni.

Badania absorpcji dwikw przez nawierzchnie drogowe w Polsce dotych-

czas praktycznie nie byy prowadzone. Olszacki wykona pomiary wspczynnika

absorpcji dwikw w warunkach laboratoryjnych przy wykorzystaniu rury Kund-

ta. Ustali, e wpyw na jego warto ma grubo prbki i zawarto wolnych prze-

strzeni, a najwysze wartoci wspczynnika absorpcji dla jednowarstwowych

prbek z asfaltu porowatego dotycz zakresu czstotliwoci od 800 do 1800 Hz

[167].

Obecnie opinie na temat skutecznoci akustycznej nawierzchni asfaltowych

ze zwikszon zawartoci wolnych przestrzeni, w szczeglnoci w duszym

okresie eksploatacji, s podzielone. Od kilku lat, midzy innymi we Francji i Bel-

gii, mniej jest budowanych nawierzchni porowatych [20]. Wynika to gwnie ze

zmniejszonej ich trwaoci konstrukcyjnej, wyszych kosztw budowy oraz trud-

noci w zimowym utrzymaniu.


35

Jedn z istotnych przyczyn obnionej trwaoci konstrukcyjnej nawierzchni

porowatych jest szybsze starzenie si asfaltu. W celu przeciwdziaania temu zjawi-

sku s badane rne rozwizania poprawiajce sytuacj w tym zakresie. Jednym

z nich jest utworzenie cienkiej powoki na powierzchni asfaltu otaczajcego ziarna

kruszywa [136]. Po takim zabiegu zauwaono zamykanie porw i wzrost pozio-

mu dwiku w zakresie czstotliwoci powyej 1250 Hz. Jednak po pewnym okre-

sie uytkowania nawierzchni poziom haasu w zakresie tych czstotliwoci ulega

zmniejszeniu, co wiadczy o otwieraniu si wczeniej zamknitych porw. Po-

prawnie wykonany taki zabieg moe by korzystnym rozwizaniem sucym

przedueniu trwaoci konstrukcyjnej nawierzchni, a tym samym utrzymaniu sku-

tecznoci akustycznej w duszym okresie czasu.

Innym sposobem na zachowanie dobrych waciwoci akustycznych na-

wierzchni w czasie jej eksploatacji jest wprowadzenie do warstwy mineralno-

asfaltowej polimeru o waciwociach hydrofobowych. Badania laboratoryjne

przeprowadzono na pytach testowych z jedn warstw porowat PAC8, jedn

warstw porowat PAC11 i dwch warstwach porowatych [136]. Kad z na-

wierzchni wykonano w dwch wariantach: ze standardowym lepiszczem i z asfal-

tem modyfikowanym polimerem. Nastpnie pyty testowe zanieczyszczono

960 g/m2 sztucznego pyu, ktrego skad odpowiada pyowi znajdujcemu si na

drogach (drobny piasek, czsteczki gumy i czsteczki organiczne). Przed zanie-

czyszczeniem i po zanieczyszczeniu dokonano pomiarw wspczynnika absorpcji

dwiku. Stwierdzono, e na nawierzchniach z zastosowaniem polimeru spadek

wspczynnika absorpcji by znacznie mniejszy ni na nawierzchniach z asfaltem

bez polimeru. Mniejszy wpyw zanieczyszczenia na poziom haasu zaobserwowa-

no take na nawierzchni PAC11 w porwnaniu z nawierzchni PAC8. wiadczy to

o szybszej utracie dobrych waciwoci akustycznych przez nawierzchni o bar-

dziej drobnym uziarnieniu kruszywa.

W celu przeciwdziaania zatykaniu si porw w grnej warstwie mineralno-

asfaltowej analizowano dwa rozwizania oparte na osigniciach z dziedziny nano-

technologii [134]. Pierwsze rozwizanie polegao na utworzeniu w strukturze war-

stwy porowatej hydrofobowej otoczki porw, a drugie na utworzeniu otoczki

o charakterystyce hydrofilowej. Pierwszy pomys jest oparty na tzw. efekcie kwia-

tu lotosu poprzez zwikszenie kta zwilania midzy wod a powok asfaltow

uatwia si przepyw wody, ktra porywa ze sob czstki brudu i tym samym

oczyszcza powierzchnie asfaltowe. Drugie rozwizanie polega na modyfikacji

asfaltu polimerami o waciwociach hydrofilowych i wykorzystaniu tzw. efektu

Marangoniego. Polimery migruj na powierzchni warstewki asfaltu i zmniejszaj

kt zwilania pomidzy czsteczkami wody a jej powierzchni. Dziki temu woda

przedostaje si pomidzy powok asfaltow i zanieczyszczenia, nie pozwalajc


36

na przyklejanie si pyw do powierzchni asfaltowych. Skutkuje to tym, e wraz

z przemieszczajc si wod nastpuje usuwanie zanieczyszcze ze struktur poro-

watych grnych warstw nawierzchni.

Powysze przykady wskazuj, e poza standardowym czyszczeniem na-

wierzchni porowatych prowadzone s badania nad innymi rozwizaniami przyczy-

niajcymi si do zachowania dobrych waciwoci akustycznych w moliwie naj-

duszym czasie.

2.4. Cienkie warstwy asfaltowe

Cienkie warstwy asfaltowe o gruboci od 10 mm do 30 mm s uznawane za rw-

norzdne technologie w walce z nadmiernym haasem z pojedynczymi warstwami

z asfaltu porowatego. Niektre z nich s nazywane nawet nawierzchniami nowej

generacji. W odrnieniu od warstw z asfaltu porowatego mog by stosowane na

drogach o lokalnym znaczeniu i na ulicach. Ich gwnymi zaletami w porwnaniu

ze standardowymi warstwami z betonu asfaltowego i SMA s: wiksza redukcja

haasu, wysze wspczynniki tarcia (przy niskich i rednich prdkociach), niszy

koszt oraz krtszy czas wykonania. Do gwnych wad zalicza si wiksz podat-

no na ubytek ziaren i rozwarstwienia, mniejsz odporno na niskie temperatury,

krtszy okres eksploatacji, wikszy spadek efektywnoci akustycznej w czasie

eksploatacji, wiksze uzalenienie wspczynnika tarcia od charakterystyki zasto-

sowanych materiaw [19].

Poza maksymalnym uziarnieniem kruszywa, w wypadku cienkich warstw as-

faltowych, wan rol w redukcji haasu odgrywa zawarto wolnych przestrzeni.

Potwierdzeniem tego s wyniki bada uzyskane na cienkich warstwach asfalto-

wych typu SMA, testowanych w ramach projektu SILENCE na odcinkach do-

wiadczalnych na drogach w Holandii. Przy takim samym maksymalnym uziarnie-

niu kruszywa, lecz zdecydowanie rnej zawartoci wolnych przestrzeni (od 3,4%

do 15,3%), rnice w poziomach haasu osigay warto do 3 dB.

W Niemczech opracowano mieszank mastyksowo-grysow o zwikszonej

zawartoci wolnych przestrzeni typu SMA LA [80]. Zaproponowano dwa typy tej

mieszanki: SMA5 LA (grubo warstwy 2,03,0 cm) i SMA8 LA (grubo war-

stwy 2,54,0 cm). Zawarto wolnych przestrzeni ustalono w przedziale 914%.

Po wykonaniu warstwy cieralnej z tego typu mieszanek nie stosuje si posypki

grysowej, aby nie pogorszy ich waciwoci akustycznych. W celu zabezpieczenia

przed dostpem wody do warstwy niej lecej naley j spryska emulsj. Mie-

szanka SMA LA moe by stosowana do budowy nawierzchni o kategorii ruchu

KR1KR7 i jest zalecana do wbudowywania na drogach w obszarze zabudowa-


37

nym. Redukcja haasu warstw typu SMA LA w stosunku do rozwiza tradycyj-

nych wynosi od 2,5 dB do 4,0 dB wedug metody CPX.

Szczegow analiz haaliwoci nawierzchni o czciowo otwartej strukturze

przeprowadzono na ponad 120 mieszankach mineralno-asfaltowych, wybranych

spord ponad 400 zastosowanych rozwiza na nawierzchniach na drogach

w Szwajcarii [40]. Badano poziom haasu opona/nawierzchnia metod CPX

na nawierzchniach o maksymalnym uziarnieniu kruszywa 4 mm (w odniesieniu

do nawierzchni ulic) i zawartoci wolnych przestrzeni 1222% oraz 8 mm

(na drogach zamiejskich) i zawartoci wolnych przestrzeni od 9 do 13%. Ustalono

rnice pomidzy haasem na nawierzchniach o strukturze czciowo otwartej i na

nawierzchni typu SMA11 i DAC11 o wartoci okoo 3 dB przy maksymalnym

uziarnieniu kruszywa 4 mm i okoo 4 dB przy uziarnieniu 8 mm. Stwierdzono, e

w wypadku nawierzchni porowatych (zawarto wolnych przestrzeni powyej

18%) wzrost zawartoci wolnych przestrzeni o 1% przyczynia si do obnienia

poziomu haasu o 0,4 dB. Nie zostao to potwierdzone w odniesieniu do warstw

o czciowo otwartej strukturze ( 818% wolnych przestrzeni).

Autorzy w oparciu o wyniki szczegowych analiz statystycznych stwierdzili,

e istotny wpyw na skuteczno akustyczn w okresie eksploatacji warstw o cz-

ciowo otwartej strukturze ma zawarto wypeniacza i frakcji piaskowej oraz wza-

jemny ich stosunek w zalenoci od maksymalnego uziarnienia kruszyw. Wykazali

rwnie, e w tego typu warstwach kryterium zawartoci wolnych przestrzeni jest

niewystarczajce przy ich projektowaniu z uwagi na waciwoci akustyczne. Ich

zdaniem oceny akustycznej najlepiej jest dokonywa w okresie od 1 do 6 miesicy

po wybudowaniu drogi, a nastpnie po trzech latach eksploatacji nawierzchni.

Zastosowanie granulatu gumowego w mieszankach mineralno-asfaltowych

jest korzystne z uwagi na zmniejszenie poziomu haasu toczenia pojazdw oraz

zwikszenie odpornoci na spkania. Granulat moe by dodawany w technologii

na mokro (jako modyfikacja asfaltu) lub na sucho, zastpujc czciowo kru-

szywo mineralne. Paje z zespoem [168] wykazali, e dodatek gumy do asfaltu

spowodowa tylko nieznaczn popraw sytuacji w zakresie emitowanych dwi-

kw (redukcja okoo 0,5 dB). Korzystniejszym rozwizaniem okazao si zastpie-

nie pewnej czci kruszywa granulatem asfaltowym (redukcja okoo 2 dB).

W badaniach Vazquez i Paje [240] w warunkach in situ i w laboratorium ustalono,

e mieszanka mineralno-asfaltowa z asfaltem modyfikowanym gum ma niewielki

wpyw na redukcj poziomu haasu. Wiksz jego redukcj mona osign dziki

poprawie tekstury nawierzchni. Jednak bardziej szczegowe badania wykazay,

e zastosowanie dodatku gumy w mieszance mineralno-asfaltowej w powizaniu

z optymaln zawartoci wolnych przestrzeni moe poprawi w istotny sposb jej

waciwoci akustyczne [169].


38

Wyniki bada haaliwoci nawierzchni z granulatem gumowym s prowa-

dzone take we Woszech. Na wykonanych odcinkach testowych na drogach za-

miejskich i na ulicach wykazano korzystny wpyw dodatku gumy na redukcj po-

ziomu haasu wedug metody CPX i SPB [127]. Zwrcono przy tym uwag

na due zrnicowanie w poziomach haasu, a jako prawdopodobn przyczyn

wskazano niedoskonaoci w wykonaniu niektrych nawierzchni.

W badaniach wieczko-urek z zespoem [225] zanotowano, e modyfikacja

asfaltu gum w mieszance SMA ma nieznaczny wpyw na redukcj poziomu haa-

su (od 0,2 do 1,2 dB) w porwnaniu z warstw z SMA bez dodatku gumy.

Nie stwierdzono w tych badaniach rnicy pomidzy oporami toczenia na tych

nawierzchniach.

W Polsce pierwsze odcinki dowiadczalne o nawierzchni redukujcej poziom

haasu toczenia pojazdw samochodowych wybudowano w latach 1985-1986 [30].

W latach 1999-2004 powstay odcinki drg o nawierzchni z mieszanki mineralno-

asfaltowej typu Colsoft, a po 2005 roku na kilku odcinkach wbudowano mieszank

typu Rugosoft i mieszank mineralno-gumowo-asfaltowej typu GUFI. Jedn

z przykadowych lokalizacji zastosowania mieszanki mineralno-gumowo-

asfaltow typu GUFI, z dodatkiem wkien polimerowych lub poliamidowych, jest

odcinek drogi krajowej nr 11, Podgae-Szczecinek.

W latach 2007-2009 wykonano odcinki drg o nawierzchni typu Nanosoft,

a w 2009 roku rozpoczto wdraanie mastyksu grysowego o obnionej haaliwo-

ci typu SMA LA. W 2010 roku na drodze wojewdzkiej DW780 wykonano odci-

nek testowy o nawierzchni z asfaltu porowatego PAC8 i odcinek o nawierzchni

z cienk warstw z betonu asfaltowego typu BBTM8. W tym samym roku na dro-

dze krajowej DK50 wybudowano odcinek z asfaltu porowatego PAC11. W 2014

roku na drodze wojewdzkiej DW967 powsta pierwszy w Polsce odcinek o dwch

warstwach z asfaltu porowatego (DPAC8+16).

Obecnie na wielu drogach zamiejskich i w miastach, na drogach rnych klas

technicznych i rnym znaczeniu s stosowane nawierzchnie redukujce haas

toczenia pojazdw samochodowych. Na szczeglne podkrelenie zasuguje pro-

gram budowy warstw cieralnych o obnionej haaliwoci realizowany w woje-

wdztwie maopolskim przez Zarzd Drg Wojewdzkich w Krakowie. Wyniki

bada wskazuj na znaczc redukcj rwnowanego poziomu dwiku w otocze-

niu drg wojewdzkich o takiej nawierzchni [33, 86].


39

2.5. Nawierzchnie poroelastyczne

Perspektywicznym rozwizaniem w zakresie redukcji poziomu haasu s na-

wierzchnie poroelastyczne, ktrych istotnym skadnikiem jest granulat gumowy

[198, 203]. Stanowi on przynajmniej 20% udzia w mieszance mineralno-gumowo-

asfaltowej. Nawierzchnie poroelastyczne, poza znaczcym dodatkiem granulatu

gumowego, mog zawiera od 20% do 40% wolnych przestrzeni. Po raz pierwszy

zostay one wybudowane w latach siedemdziesitych XX wieku w Szwecji i uzy-

skano redukcj poziomu haasu o okoo 5 dB w porwnaniu z nawierzchni refe-

rencyjn. Na odcinkach testowych wykonanych w latach osiemdziesitych XX

wieku redukcja haasu osigaa warto okoo 10 dB. Kolejne badania na takich

warstwach cieralnych prowadzono w latach 2000-2007. Prace badawcze nad za-

stosowaniem nawierzchni poroelastycznych byy realizowane take w Norwegii

(od 1989 r.) i w Japonii (od 1994 r.). W ramach projektw SILENCE i NR2C

w latach 2006-2007 badano nawierzchni typu PERS.

W 2009 roku rozpoczto realizacj projektu PERSUADE (Poro-Elastic Road

SUrfaces for the Advanced Defence of the Environment), a na podstawie uzyska-

nych wynikw, zaprezentowanych midzy innymi w pracach [18, 25, 55, 57, 85,

203, 204, 247, 238], sformuowano nastpujce wnioski:

ustalone rnice w redukcji poziomu haasu, od 6 dB do 12 dB, w porwna-

niu do nawierzchni referencyjnej, wynikay z rnych nawierzchni referen-

cyjnych w poszczeglnych krajach oraz stosowanej metody pomiarw i cza-

su ich wykonania,

wiksze redukcje poziomu haasu o okoo 1 dB uzyskano przy prdkoci

80 km/h w porwnaniu z prdkoci 50 km/h,

redukcja poziomu haasu od pojazdw ciarowych bya mniejsza od 2 dB

do 4 dB w porwnaniu z pojazdem osobowym,

podstawowymi czynnikami decydujcymi o redukcji poziomu haasu s:

zdecydowanie mniejsza sztywno warstwy poroelastycznej w porwnaniu

z tradycyjnymi rozwizaniami oraz wiksza zawarto wolnych przestrzeni,

wspczynniki tarcia na nawierzchniach poroelastycznych byy porwny-

walne, a opory toczenia nieco wysze w odniesieniu do wartoci na na-

wierzchniach tradycyjnych,

trwao konstrukcyjna badanych warstw poroelastycznych bya zdecy-

dowanie mniejsza ni przyjto w zaoeniach,

nie ma zagroenia w otwartej przestrzeni zwizanego z zatruciem wsku-

tek poaru na nawierzchni poreoelastycznej,


40

potrzebne s prace nad ustaleniem parametrw opisujcych w sposb naj-

bardziej prawidowy charakterystyki wytrzymaociowe warstw poroela-

stycznych oraz dostosowanie odpowiednich metod badawczych do ich oceny.

2.6. Technika teksturowania a haaliwo

nawierzchni betonowych

Nawierzchnie z betonu cementowego s stosowane gwnie na drogach o duym

obcieniu ruchem wieloczonowych pojazdw ciarowych. Coraz czciej s

take budowane drogi o znaczeniu lokalnym z nawierzchni betonow. Szczegy

dotyczce technologii wykonywania tego typu nawierzchni oraz teksturowania ich

powierzchni w Polsce i w innych krajach s przedmiotem wielu publikacji i opra-

cowa [49, 50, 81, 122, 157, 158, 159, 160, 161, 165, 196, 201, 202, 219].

Poziom haasu toczenia pojazdw samochodowych na nawierzchniach beto-

nowych, przy zaoeniu dobrego ich stanu technicznego, zaley gwnie od techni-

ki teksturowania ich powierzchni. Korzystn technik teksturowania, z punktu

widzenia waciwoci akustycznych, jest metoda odkrytego kruszywa. Polega ona

na opnieniu hydratacji cementu, a nastpnie usuniciu niezwizanej zaprawy

cementowej szczotk mechaniczn lub wod pod cinieniem. Nawierzchnie beto-

nowe z wykorzystaniem tej techniki s najczciej wykonywane w dwch war-

stwach. Warstwa grna ma grubo od 38 mm do 70 mm, przy maksymalnym

uziarnieniu kruszywa od 8 mm do 16 mm, a nawet do 32 mm [42]. W badaniach

metod CPX na tego typu nawierzchniach w Szwecji zanotowano nisze poziomy

haasu w porwnaniu

Documents

Hałaśliwość nawierzchni drogowych - pb.edu.pl · W rozdziale 1 omówiono wybrane pojęcia z zakresu akustyki i wskaźniki oce- ny poziomu emitowanych dźwięków oraz przedstawiono