Akustická měření pro určení zvukové pohltivosti v terénu

• Foto

V rámci projektu č. TA 01020760 „Multifunkční gabion s využitím recyklovaných materiálů“ vznikly návrhy nové gabionové konstrukce, která plní současně funkci statickou a přináší nově i akustickou funkci (omezení odrazu dopadající akustické energie). Jedná se o stavební konstrukci s využitím kompozitů z recyklátu. Cílem technického řešení je navrhnout gabion, který bude možné snadno naplnit, přičemž bude tvarově stabilní, konstrukčně variabilní a umožní instalaci vrstvy s vysokou akustickou pohltivostí. Akustická pohltivost gabionu bude zajištěna vložením akusticky pohltivé vrstvy na bázi recyklovaného pryžového granulátu.

Uplatnění nového multifunkčního gabionu se předpokládá v rámci realizace nových liniových staveb a při rekonstrukci stávající dopravní infrastruktury. Využít nový multifunkční gabion bude možné podél železničních a silničních staveb v centru nebo v blízkosti sídelních celků a v místech zón s plánovanou budoucí obytnou výstavbou.

Omezování dopadu hluku na obyvatele je jedním z aktuálních úkolů České republiky, vyplívajících ze směrnic 14/2000/ES [1] a 49/2002/ES [2] Evropské unie. Navržené nové řešení gabionů umožní aplikovat „protihlukové účinky“ v součinnosti s požadavky na zpevnění ploch podél dopravní infrastruktury [3] [4].

ZKOUŠENÁ KONSTRUKCE 
První návrhy zkoušené nové gabionové konstrukce vycházely částečně z již známých gabionových konstrukcí. Zkoušené konstrukce byly doplněny o nové skladebné prvky – akusticky pohltivé desky z pryžového granulátu a betonové tvarovky. Během návrhu a vývoje stavební konstrukce byl kladen velký důraz na zajištění tvarové stability a na zlepšení celkových akustických vlastností konstrukce. V první fázi byly navrženy tři varianty multifunkčního gabionu. Během roku 2012 byla provedena výstavba zkušební konstrukce mimo polygon dopravních cest. Zkušební konstrukce obsahovala čtyři zkoušené vzorky (tři vzorky multifunkční gabionové konstrukce a jeden vzorek klasické gabionvé konstrukce – obr. 1). Následně bylo provedeno ověření akustických vlastností konstrukce.

V první fázi byly zkoušeny tyto vzorky:

• Klasický gabion (KG 1) – konstrukce se skládaným kamenem na lícové straně.
• Multifunkční gabion (MG 2) – akusticky pohltivá deska z pryžového recyklátu hladká (tl. 120 mm) s rastrem pro drát koše na lícové straně.
• Multifunkční gabion (MG 3) – akusticky pohltivá deska (tl. 100 mm) rovná s designem „kyklopské zdivo“ na lícové straně.
• Multifunkční gabion (MG4) – akusticky pohltivá deska (tl. 100 mm) rovná s designem „kyklopské zdivo“ na lícové straně, dále tvarovky z betonu (500/250/250) skládané a vyplněné zásypem.

Ocelové sítě, tvořící drátěný koš, odpovídaly požadavkům uvedených v příslušných předpisech [5] [6]. Z důvodu splnění přísných kritérií kladených na pevnost a tvarovou stálost konstrukce nebyla provedena žádná změna při použití materiálu těchto košů. Základní modulový rozměr koše byl 1 000/1 000/1 000, resp. 1 000/1 400/1 000 mm pro základovou spáru. Velikost ok sítě byla 100/100 mm.

Výplňový materiál všech typů vzorků gabionů tvořil klasický materiál jako u běžného gabionu. Jedná se o pevné úlomky hornin, které nepodléhají povětrnostním a klimatickým vlivům. Rozměry horninových úlomků musí být větší, než je průměr oka v pletivu nebo v síti, aby nedocházelo k vypadávání kamene. Nejvhodnější jsou úlomky
o min. velikosti 1,5 až 2 násobku průměru oka [5].

MĚŘENÍ ZVUKOVÉ POHLTIVOSTI 
Zvukotechnické požadavky (zvuková pohltivost, vzduchová neprůzvučnost) na protihlukové stěny jsou uvedeny v obecně technických podmínkách pro protihlukové stěny [7]. Zvuková pohltivost se běžně stanovuje pomocí normových laboratorních metod, a to buď měřením v interferometru (Kundtova trubice) nebo v dozvukové místnosti.

Měření v Kundtově trubici se provádí především při vývoji nových materiálů a k porovnání vlastností jednotlivých materiálů (měření umožňuje stanovit akustickou pohltivost pro kolmý dopad vln, pouze však malých zkušebních vzorků). Měření v dozvukové místnosti, se provádí u velkoplošných tenkostěnných konstrukcí, např. protihlukové stěny, panely, akustické obklady místností apod. V obou případech se obvykle jedná o „rozumně velké a těžké“ konstrukce. Gabion ze své povahy je objemnou a především velice těžkou konstrukcí, jejíchž měření v dozvukové komoře by bylo velice náročné (pokud by bylo vůbec prakticky proveditelné).

Z toho důvodu bylo potřeba v rámci probíhajícího řešení projektu ověřit zvukovou pohltivost stavební konstrukce multifunkčního gabionu in‑situ. Měření zvukové pohltivosti zvolené konstrukce bylo provedeno metodou využívající měření akustického tlaku zvuku před měřeným vzorkem a měření intenzity akustické energie odrážející se od vzorku. Použitá měřící metoda je tzv. „nenormovou metodou“ (tj. metodou, která nemá oporu v oborových normách), která však umožňuje stanovení akustické pohltivosti in-situ. Z naměřených kmitočtových průběhů akustické pohltivosti se v souladu s normou určí jednočíselná hodnota zvukové pohltivosti DL_α [dB] [8] [9].

Měření složky odražené akustické energie je umožněno s ohledem na skutečnost, že akustická intenzita je, na rozdíl od akustického tlaku, vektorovou veličinou. Měření akustické intenzity je založeno na stanovení „diferenciálu akustického tlaku“ (fáze akustického signálu) pomocí dvojice mikrofonů umístěných proti sobě v definované vzdálenosti. Vzdálenost mikrofonů, která je závislá na měřeném frekvenčním rozsahu, se stabilizuje pomocí tzv. distanční vložky (obr. 2) – (obvykle 56 mm, 12 mm a 8 mm). Akustická intenzita se pak stanoví za pomoci analyzátoru, který zpracovává signál z obou mikrofonů (obr. 3).

Pro měření byla požadována minimální plocha vzorku 1 × 1 m. Aby při měření nedocházelo k ovlivnění měřených hodnot „okrajovými podmínkami“, byl zvolen základní rozměr zkoumaného vzorku 3 × 3 m. Všechny čtyři zkoumané vzorky na sebe stavebně navazovaly a tvořily souvislou konstrukci o celkové délce 12 m. Samotné měření pak probíhalo metodou skenování akustické intenzity nad plochou 1 m², situovanou ve středu vzorku (obr. 1, červeně zvýrazněná oblast).

V průběhu měření byla, pomocí vhodné reprodukční soustavy, měřená konstrukce atakována signálem bílého šumu. Zdroj zvuku byl umístěn ve vzdálenosti 7,5 m od středu měřeného vzorku a byl orientován tak, aby akustická energie dopadala pod úhlem 45 °C na zkoušený vzorek. Situaci měření ilustruje obr. 4.

SHRNUTÍ 
Naměřené hodnoty zvukové pohltivosti zkoušených vzorků vykázaly pozitivní trend. Potvrdily očekávání v možnosti využití gabionových konstrukcí jako aktivních prvků ovlivňujících šíření hluku. Zkoušené vzorky multifunkčního gabionu odpovídaly kategorii zvukové pohltivosti A2, klasický gabion odpovídal kategorii zvukové pohltivosti A1 [8].

Na základě získaných výsledků z měření zvukové pohltivosti v terénu, došlo k optimalizaci návrhu desky z kompozitních materiálů, se snahou dosáhnou u multifunkčního gabionu vyšší kategorii zvukové pohltivosti. Úpravy se týkaly především povrchu lícové strany desky a doplnění výztužné konstrukce uvnitř desky zajišťující její tvarovou stálost. Do konce roku 2012 je počítáno s rozšířením zkušební konstrukce o dva navazující vzorky. Tyto vzorky budou obsahovat již optimalizované akusticky pohltivé desky. Na základě vylepšení konstrukce o nově optimalizovanou útlumovou desku se předpokládá dosažení kategorie zvukové pohltivosti A3. Takto navržený multifunkční gabion bude splňovat nejen svojí původní statickou funkci, ale přispěje i k dosažení cílů ochrany před hlukem.

Článek vznik za podpory projektu TAČR č. TA 01020760 „Multifunkční gabion s využitím recyklovaných materiálů“.

REFERENCE:
[1] SMĚRNICE EVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY 2000/14/ES. o sbližování právních předpisů členských států týkajících se emisí hluku zařízení, která jsou určena; ze dne 8. května 2000
[2] SMĚRNICE EVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY 2002/49/ES. o hodnocení a řízení hluku ve venkovním prostředí; ze dne 25. června 2002
[3] Štulíková L., Krejčiříková H., Širjovová D.: Použití multifunkčního gabionu v dopravním stavitelství; Pozemné komunikácie a dráhy; ISSN 1336-7501, 2012, Košice (SK)
[4] Průběžná zpráva o plnění projektu č. TA01020760; Multifunkční gabion s využitím recyklovaných materiál; Praha, prosinec 2011
[5] SŽDC; S4 Železniční spodek; Praha: SŽDC, říjen 2008; č.j.: S 263/08-OP
[6] SŽDC; S3 železniční svršek; Praha: SŽDC, říjen 2008; č.j.: 9675/08-OP
[7] OTP; Protihlukové stěny 1. novelizované vydání; Praha: České dráhy, s.o., 1999
[8] ČSN EN 1793-1; Zařízení pro snížení hluku silničního provozu – Zkušební metody stanovení akustických vlastností – Část 1: Určení zvukové pohltivosti laboratorní metodou; Praha: ČNI, září 1998
[9] ČSN EN ISO 354; Akustika – Měření zvukové pohltivosti v dozvukové místnosti; Praha: ČNI, listopad 2003

Acoustic Measurement for Determination of Sound Absorbing Capacity in Terrain
At present, available sources provides no information about measurement of acoustic properties of a classic gabion construction built in-situ. The case might be that the gabion constructions so far have fulfilled only the static function (breast, retaining and facing walls along linear constructions in a garden architecture). The Acoustic function has not yet been expected in such constructions and that is why it has not been examined.

Autoři

• Ing. Bc. Štulíková Lenka Ph.D.
• Ing. Šnajdr Karel