Ekrany ziemne i ich wpływ na klimat akustyczny w środowisku

31.03.2023

Wiedza na temat parametrów akustycznych ekranów ziemnych oraz prawidłowe zaprojektowanie ich geometrii pozwalają na właściwe kształtowanie ochrony przed hałasem komunikacyjnym.

 

Artykuł dotyczy zagadnień związanych ze skutecznością zabezpieczeń akustycznych w postaci ekranów ziemnych i ich wpływu na klimat akustyczny w środowisku oszacowany metodą pomiarową i obliczeniową. Przedstawiono w nim wyniki badań laboratoryjnych tego typu ekranów, wyniki badań terenowych po zabudowaniu ekranu akustycznego w sąsiedztwie trasy ekspresowej, a także wyniki obliczeń poziomu hałasu komunikacyjnego przed zastosowaniem oraz po wbudowaniu drogowych urządzeń przeciwhałasowych ziemnych ekranów akustycznych. Przeprowadzono analizę właściwości dźwiękochłonnych i dźwiękoizolacyjnych rozwiązań materiałowych, których parametry akustyczne uzyskane zostały podczas badań laboratoryjnych. Otrzymane wartości były podstawą danych wprowadzonych do modelu i wykonania obliczeń numerycznych określających skuteczność analizowanego zabezpieczenia.

Ekrany ziemne – charakterystyka

Odpowiednie z punktu widzenia skuteczności akustycznej projektowanie zabezpieczeń akustycznych wymaga od projektantów wiedzy na temat właściwości dźwiękochłonnych i dźwiękoizolacyjnych tych rozwiązań. Parametry te określa się na podstawie badań laboratoryjnych dla odpowiednio przygotowanych próbek badawczych [1, 2, 3].

Na potrzeby artykułu wybrano rozwiązanie z punktu widzenia niewielkiej powszechności stosowania, ale biorąc pod uwagę możliwość wykorzystania do jego budowy w części materiałów naturalnych pozwalających na wkomponowanie ich w otaczające środowisko, przeanalizowano ekrany ziemne. Przedstawione parametry dźwiękochłonne i dźwiękoizolacyjne nie stanowią wprost wyniku uzyskanego w badaniach laboratoryjnych przez dane rozwiązanie, chociaż w rzeczywistych obliczeniach oczywiście w taki sposób należałoby postąpić. W artykule zaprezentowano wyniki badań, które stanowią uśrednienie z kilku rozwiązań przebadanych w ramach działalności laboratorium akustycznego Wydziału Budownictwa Politechniki Śląskiej. Z tego względu rysunki opisujące budowę ekranów nie zawierają konkretnych informacji dotyczących parametrów fizycznych zastosowanych materiałów i stanowią jedynie ogólną wskazówkę dotyczącą budowy ekranów. Z tych samych względów zamieszczone w artykule fotografie należy traktować jako przykładowe, gdyż nie dotyczą one bezpośrednio rozwiązań, których parametry akustyczne przedstawiono w publikacji.

 

>>> Ochrona przed hałasem w świetle obowiązujących przepisów i norm

>>> Wpływ zastosowanych materiałów budowlanych na akustykę domów jednorodzinnych

>>> Asfalt narzutowy (porowaty) – metoda tłumienia hałasu na drogach szybkiego ruchu

Jak są zbudowane ekrany ziemne

Na rys. 1 przedstawiono warstwową budowę ekranu ziemnego. Rozwiązania tego typu należą do grupy ekranów dźwiękochłonnych. Zastosowana od strony wewnętrznej geowłóknina, która pokryta jest matą kokosową, ma na celu w głównej mierze ukształtowanie parametrów dźwiękochłonnych, natomiast celem wypełnienia wnętrza piaskiem jest zwiększenie izolacyjności akustycznej rozwiązania. Ekrany ziemne mają w przekroju kształt trapezu i produkowane są jako symetryczne, czyli mające te same parametry akustyczne niezależnie od swojej strony.

Rys. 1. Szkic przedstawiający budowę ekranu ziemnego [4]

 

Zastosowanie ekranów w postaci wałów ziemnych wymaga odpowiednio dużej przestrzeni, dlatego rozwiązania te są stosunkowo rzadko stosowane. Problematyczne jest określenie ich dźwiękoizolacyjności i dźwiękochłonności. W celu przyjęcia do modelu obliczeniowego konkretnych wartości zaproponowano wykorzystanie wyników badań laboratoryjnych przeprowadzonych w odniesieniu do gabionów. Parametry dźwiękoizolacyjne podane zostały dla warstwy gruntu o grubości 50 cm. Z oczywistych względów izolacyjność wału ziemnego będzie zdecydowanie wyższa, niemniej jednak użyte w obliczeniach wartości dla warstwy gruntu o grubości 50 cm należy uznać za bardzo wysokie i w zupełności wystarczające w analizowanym przypadku. Parametry dźwiękochłonne zostały przyjęte jako uśrednienie z pomiaru dla powierzchni piasku oraz kruszywa naturalnego o frakcji >63 mm. Fot. 1 i 2 przedstawiają widok przykładowych próbek ekranów akustycznych w postaci gabionów, zamontowanych w komorach akustycznych w celu określenia współczynnika pochłaniania dźwięku oraz izolacyjności akustycznej właściwej.

 

Fot. 1. Widok stanowiska przygotowanego do przebadania przykładowej próbki ekranu akustycznego w postaci gabionów. Próbka ułożona została w ramie drewnianej odbijającej dźwięk [5]

 

Fot. 2. Widok przykładowej próbki ekranu akustycznego w postaci gabionów. Zdjęcie wykonano na etapie montażu próbki [5]

Badania laboratoryjne ekranów ziemnych

Należy pamiętać, że podane wartości są przykładowe i w danej grupie materiałowej można znaleźć ekrany o lepszych i gorszych parametrach, mogących znacząco odbiegać od przytoczonych w artykule. Na rys. 2 przedstawiono wartości współczynnika pochłaniania dźwięku αsi [6, 7], zaś na rys. 3 – wartości izolacyjności akustycznej właściwej Rw [8, 9, 10, 11] w funkcji częstotliwości dla ekranu ziemnego w odniesieniu do najbardziej popularnych rozwiązań, czyli ekranów składających się z paneli: typu ściana zielona, aluminiowych oraz betonowych. Dla ekranu w postaci wału ziemnego adaptowano wyniki pomiarów laboratoryjnych uzyskanych w odniesieniu do gabionów [5].

Rys. 2. Porównanie wartości współczynnika pochłaniania dźwięku αsi w funkcji częstotliwości dla poszczególnych rozwiązań ekranów

 

Rys. 3. Porównanie wartości izolacyjności akustycznej właściwej Rw w funkcji częstotliwości dla poszczególnych rozwiązań ekranów

 

W tab. 1 przedstawiono wartości współczynnika pochłaniania dźwięku αsi, uzupełnione dodatkowo o wartości praktycznego współczynnika pochłaniania dźwięku αpi w funkcji częstotliwości, jednoliczbowego wskaźnika pochłaniania dźwięku αw oraz wskaźnika oceny pochłaniania dźwięku DLα [dB] dla ekranów: typu ściana zielona, aluminiowego, betonowego oraz wału ziemnego. Dla ekranu w postaci wału ziemnego adaptowano wyniki pomiarów laboratoryjnych uzyskanych w odniesieniu do gabionów [5].

 

>>> Izolacyjność akustyczna – problemy, przepisy, rozwiązania

>>> Systemy dźwiękochłonne do kształtowania akustyki

>>> Akustyka domów jednorodzinnych o zabudowie szeregowej

>>> Wpływ lokalizacji budynku na komfort akustyczny

 

Tab. 1. Wartości współczynnika pochłaniania dźwięku αsi oraz praktycznego współczynnika pochłaniania dźwięku αpi, jednoliczbowego wskaźnika pochłaniania dźwięku αw oraz wskaźnika oceny pochłaniania dźwięku DLα dla poszczególnych rozwiązań ekranów

W tab. 2 zaprezentowano wartości izolacyjności akustycznej właściwej Rw w funkcji częstotliwości, uzupełnione dodatkowo o wartości jednoliczbowego wskaźnika izolacyjności akustycznej właściwej Rw, widmowych wskaźników adaptacyjnych C i Ctr, wskaźników oceny izolacyjności akustycznej właściwej RA1 i RA2 oraz wskaźnika oceny izolacyjności od dźwięków powietrznych DLR [dB] dla ekranów: typu ściana zielona, aluminiowego, betonowego oraz wału ziemnego. Dla ekranu w postaci wału ziemnego adaptowano wyniki pomiarów laboratoryjnych uzyskanych w odniesieniu do gabionów [5].

 

Tab. 2. Wartości izolacyjności akustycznej właściwej Rw w funkcji częstotliwości, jednoliczbowego wskaźnika izolacyjności akustycznej właściwej Rw, widmowych wskaźników adaptacyjnych C i Ctr, wskaźników oceny izolacyjności akustycznej właściwej RA1 i RA2 oraz wskaźnika oceny izolacyjności od dźwięków powietrznych DLR dla poszczególnych rozwiązań ekranów

Ekrany ziemne

Terenowe pomiary skuteczności ekranu ziemnego

Przebieg badań i metoda wyznaczania skuteczności ekranu akustycznego

Skuteczność badanego ekranu akustycznego została zbadana metodą pomiaru pośredniego. Mierzony hałas pochodził od trasy ekspresowej i miał charakter nieustalony, zmienny, stąd dla badanego ekranu wykonano pomiary zgodnie z procedurą pomiarową opisaną w punkcie 8 normy PN-ISO 10847:2002 [12]. Punkt odniesienia Lref,A został umiejscowiony na wysokości 1,5 m nad badanym ekranem akustycznym, punkt odbioru Lr,A umieszczono na terenie chronionym w sąsiedztwie chronionego obiektu mieszkalnego zlokalizowanego za ekranem, natomiast punkt odniesienia w miejscu zastępczym Lref,B został umiejscowiony na tej samej wy- sokości, co punkt odniesienia Lref,A, a punkt odbioru Lr,B umieszczono na takiej samej wysokości i w takiej samej odległości od źródła hałasu, co punkt odbioru Lr,A.

Skuteczność badanego ekranu akustycznego DIL’ została wyznaczona na podstawie wzoru z normy PN-ISO 10847:2002 [12]:

DIL’ = ΔLA – ΔLB = [Lref,A – (Lr,A – Cr’)] – [Lref,B – (Lr,B – Cr)]

gdzie:

Lref,A – poziom ciśnienia akustycznego A po instalacji w punkcie odniesienia,

Lr,A – poziom ciśnienia akustycznego A po instalacji w punkcie odbioru,

Lref,B – poziom ciśnienia akustycznego A przed instalacją w punkcie odniesienia (miejsce zastępcze),

Lr,B – poziom ciśnienia akustycznego A przed instalacją w punkcie odbioru (miej- sce zastępcze),

DIL’ – skuteczność ekranu akustycznego, Cr i Cr’ – współczynniki korekcyjne uwzględniające rodzaj usytuowania punktu odbioru.

 

Tab. 3. Lokalizacja punktów pomiarowych Lref,A i Lr,A w badaniach skuteczności ziemnych ekranów akustycznych

 

Lokalizacja oraz wyniki badań skuteczności ziemnych ekranów akustycznych

W tab. 3, na rys. 4–5 oraz na fot. 3 i 4 przedstawiono lokalizację punktów pomiarowych w badaniach skuteczności ziemnych ekranów akustycznych.

W tab. 4 przedstawiono wyniki zmierzonych skuteczności ziemnych ekranów akustycznych.

Ekrany ziemne

Rys. 4–5. Mapy lokalizacji punktów pomiarowych Lref,A, Lr,A, Lref,B i Lr,B w sąsiedztwie badanych ziemnych ekranów akustycznych EA-1 i EA-2

 

Ekrany ziemne

Fot. 3. Widok badanego ziemnego ekranu akustycznego EA-1

 

Ekrany ziemne

Fot. 4. Widok badanego ziemnego ekranu akustycznego EA-2

 

Tab. 4. Wyniki badań poziomów dźwięku w punktach Lref,A, Lr,A, Lref,B i Lr,B oraz skuteczności ekranów akustycznych DIL

 

Dalsza część artykułu dostępna jest w numerze 4/2023 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”. Zaprezentowano w niej symulacje komputerowe mające na celu określenie skuteczności zabezpieczenia akustycznego w postaci ekranu ziemnego zastosowanego w pobliżu autostrady A4 w województwie śląskim.

 

dr inż. Rafał Żuchowski
Politechnika Śląska, Wydział Budownictwa, Katedra Procesów Budowlanych i Fizyki Budowli

 

Literatura

1. PN-EN 1793-1:2013 Drogowe urządzenia przeciwhałasowe – Metoda oznaczania właściwości akustycznych – Część 1: Podstawowe właściwości pochłaniania dźwięku.
2. PN-EN 1793-2:2013 Drogowe urządzenia przeciwhałasowe – Metoda oznaczania właściwości akustycznych – Część 2: Podstawowe właściwości izolacji od dźwięków powietrznych w warunkach dźwięku rozproszonego.
3. PN-EN 1793-3:2001 Drogowe urządzenia przeciwhałasowe – Metoda badania w celu wyznaczenia właściwości akustycznych – Część 3: Znormalizowane widmo hałasu drogowego.
4. P. Kossakowski, Ziemny ekran akustyczny EMTE GREEN, cz. II, edroga.pl, https://edroga.pl/ochrona-srodowiska/ziemny-ekran-akustyczny-emte-green-cz-ii-18106635.
5. L. Dulak, R. Żuchowski, Skuteczność ekranów akustycznych, „Magazyn Autostrady” nr 7/2015, s. 32–41.
6. PN-EN ISO 354:2005 Akustyka – Pomiar pochłaniania dźwięku w komorze pogłosowej.
7. PN-EN ISO 11654:1999 Akustyka – Wyroby dźwiękochłonne używane w budownictwie – Wskaźnik pochłaniania dźwięku.
8. PN-EN ISO 10140-1:2011 Akustyka – Pomiar laboratoryjny izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Część 1: Zasady stosowania dla określonych wyrobów.
9. PN-EN ISO 10140-2:2011 Akustyka – Pomiar laboratoryjny izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Część 2: Pomiar izolacyjności od dźwięków powietrznych.
10. PN-EN ISO 717-1:2013 Akustyka – Ocena izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych – Część 1: Izolacyjność od dźwięków powietrznych.
11. PN-99/B-02151-03:1999 Akustyka budowlana – Ochrona przed hałasem w budynkach – Izolacyjność akustyczna przegród w budynkach oraz izolacyjność akustyczna elementów budowlanych – Wymagania.
12. PN-ISO 10847:2002 Akustyka – Wyznaczanie „in situ” skuteczności zewnętrznych ekranów akustycznych wszystkich rodzajów.

www.facebook.com

www.piib.org.pl

www.kreatorbudownictwaroku.pl

www.izbudujemy.pl

Kanał na YouTube

Profil linked.in