WP5: Ochrana životního prostředí a zelená dopravní infrastruktura

• Foto

NÁSTROJE A TECHNICKÁ ŘEŠENÍ OMEZOVÁNÍ HLUKOVÉ ZÁTĚŽE A VIBRACÍ
Vozidla pohybující se po komunikaci zatěžují okolí hlukem, který je vyzařován z více zdrojů. Mezi zdroje silničního hluku patří především následující části: hnací jednotka vozidla (motor, chladič, převodová soustava, výfuk), pneumatiky vozidla (odvalování pneumatik po povrchu vozovky), aerodynamika vozidla (obtékání vzduchu kolem vozidla), brzdy vozidla, karoserie vozidla (její „drnčení“), náklad vozidla. Dominantním zdrojem hluku v automobilové dopravě při nízkých rychlostech je hnací jednotka – u osobních vozidel cca do 40 km/h, u nákladních vozidel cca do 60 km/h. Při vyšších rychlostech se dominantně uplatňuje především hluk styku pneumatika/vozovka, který je způsoben odvalováním pneumatiky po komunikaci a při rychlostech nad 200 km/h se stává dominantním zdrojem aerodynamický hluk vozidla, zapříčiněný obtékáním vzduchu kolem vozidla. Z pohledu silniční sítě ČR a povolených rychlostních limitů, tak hlavní převládající složkou hluku na silniční síti je styk pneumatiky s vozovkou. Snížení hlučnosti vznikající mezi pneumatikou a vozovkou, představuje významné opatření na straně zdroje. K tomuto účelu se v dnešní době především využívá specializovaných povrchů – tzv. povrchy se sníženou hlučností (nízkohlučné povrchy), kdy k efektu tiššího povrchu vozovky dochází okamžitě po pokládce. Položením nízkohlučného povrchu dojde k okamžitému snížení emise hluku styku pneumatika/vozovka a hlučnost v okolí komunikace nemusí být nákladně snižována dalšími protihlukovými opatřeními. Dlouhodobý monitoring a včasná výměna obrusné vrstvy vozovky může výrazně přispět ke snižování negativních účinků na životní prostředí a zdraví člověka i k udržitelnému rozvoji dopravy. V ČR v současné době neexistují žádná relevantní dlouhodobá data o akustickém chování vozovek. Ovšem akustická data jsou velmi žádána jak ze strany ministerstev a správců komunikací, tak i ze strany zdravotního dozoru, krajských hygienických stanic, veřejného ochránce práv aj., právě za účelem rozhodování. S ohledem na výstupy mezinárodní pracovní skupiny CEN TC 227 WG5 komplexně zaměřené na povrchové vlastnosti vozovek včetně měření hlučnosti (CEN TC 227 WG5 TG 3), která se významně podílí na vývoji norem v předmětné oblasti i s ohledem na vývoj v EU (např. výzva CEDR Call 2012: Noise), kdy je předpoklad zavedení a sledování hlučnosti povrchů vozovek do databáze systému hospodaření vozovek, je vhodné zavést monitoring vývoje hlučnosti povrchů vozovek v době jejich životnosti i v ČR. Centrum dopravního výzkumu, v.v.i. (dále CDV) se v rámci tohoto výzkumného projektu zabývá měřením hlučnosti jednotlivých typů komunikací v terénu na území ČR a získáním informací, které mají poskytnout základní informace o hladinách akustického tlaku A styku pneumatika/vozovka různých typů i stáří povrchů vozovek používaných na území ČR.

Nezávisle na intenzitě dopravního proudu v daném místě komunikace je možné hladinu hluku vznikajícího při styku pneumatika/vozovka posuzovat pomocí dvou metod – statické a dynamické, které jsou vhodné pro dlouhodobý monitoring stavu komunikace. Statistická metoda při průjezdu (SPB metoda) je založena na statistickém hodnocení velkého množství průjezdu vozidel, přičemž jde o statickou metodu, při níž se měření provádí pouze v jednom bodě – lokální měření mikrofonem umístěným v blízkosti komunikace, kdy tak není zřejmé, jak vypadá hluková situace o pár metrů dále. V rámci řešení se využívá dynamická metoda malé vzdálenosti CPX (Close-ProXimity method). Tato metoda je založena na pojezdu měřené komunikace v celé délce referenční pneumatikou, kdy měření je provedeno mikrofony, jež jsou umístěné v těsné blízkosti referenční pneumatiky a je možné zaznamenávat úseky libovolně dlouhé (minimální délka 20 m optimálně 100 m) průběžně za sebou. Proto nejen v rámci doporučení CEN TC 227 / WG5 většina evropských států k monitoringu hlučnosti povrchů komunikací využívá metodu CPX). Ze strany CDV je při měření striktně postupováno v souladu s normami ISO 11819-2 a 11819-3 pro zajištění dlouhodobé opakovatelnosti všech měření metodou CPX a možnost porovnání výsledků i v delším časovém horizontu a pro srovnání výsledků se zahraničními údaji.

K minimalizování okolních nepříznivých vlivů, které by mohly ovlivnit vlastní měření, tedy ke splnění všech akustických podmínek, byl zkonstruován specializovaný přívěs (užitný vzor 20507, obr. 1) o rozměrech cca 3 × 5 m. Dosažena je vzdálenost cca 4 m od referenční pneumatiky pro hnací jednotku vlastního tažného vozidla a hlavně od protijedoucího či předjížděcího vozidla. Vlastní měření není hlukem okolního provozu ovlivňováno, jelikož vzdálenost vlastního měření je cca 0,2 m. Další nepříznivé vlivy pro měření představuje odpružení kol (pružiny), brzdový systém, blízkost hnací soupravy automobilu (převodovka, motor), výfuk, vzdálenost dalších kol automobilu, aj. Z důvodu, aby nebyly zachycovány nežádoucí odrazy a zvuky, je přívěs konstruován jako nezakrytovaný, bez blatníků a celá konstrukce je tvořena válcovými profily bez ostrých hran, bez brzd a se vzduchovým odpružením – těchto vlastností nelze dosáhnout na běžných automobilech, kde měření je ovlivňováno vlastní karoserií auta. Dalším významným faktorem přesnosti a porovnatelnosti měření je pneumatika. CDV používá k zajištění co největší objektivity měření, dle návrhu ISO norem, pneumatiku Tigerpaw Uniroyal 225/60 R16 SRTT, která je doporučena v automobilovém průmyslu jako standardní pneumatika pro referenční testy dle ASTM F2493-08. SRTT pneumatika je vyráběna stále stejným způsobem a pouze jediným výrobcem, tj. jsou zaručeny stále vlastnosti této pneumatiky. Důvodem využití této specializované a normou doporučené pneumatiky je skutečnost, že při měření hluku styku pneumatika/vozovka představuje největší nejistotu vliv zvolené měřící pneumatiky, jelikož rozdíl pro naprosto stejný rozměr nových pneumatik může dosahovat až úrovně 4 dB a především dezén běžných pneumatik se mění přibližně v řádu dvou let, pak tedy nelze při uplatnění běžné pneumatiky výsledky měření použít pro jakékoliv další srovnávání výsledků. Další rozdíl v hlučnosti je navíc způsoben vlastním opotřebením a především degradací užitných vlastností pneumatiky vlivem stárnutí, pro zachování kompatibility výsledků je proto každou sezónu pneumatika vyměněna. Jelikož měření je ovlivňováno okolní teplotou i rychlostí provedení vlastního měření, je nutné tyto parametry v průběhu vlastního měření celé délky vozovky měřit, aby bylo možné provádět korekce. Pro kontinuální měření teploty povrchu zkoumané vozovky je využit teplotní infračervený senzor, pro kontinuální měření rychlosti v době zkoušky je využit GPS modul, který navíc umožňuje zajištění synchronizace měření na konkrétní polohu v terénu. Vlastní měřicí aparatura je sestavena z modulů na platformě PULSE, kam jsou připojeny všechny snímače, vše je následně ovládáno z notebooku v tažném vozidle. K měření akustického tlaku (hlučnosti) je použit půl palcový před polarizovaný měřicí mikrofon v třídě přesnosti 1, s citlivostí 50 mv/Pa, frekvenčním rozsahem 6,3 Hz – 20 kHz a dynamickým rozsahem 14,6 dB – 146 dB.

V průběhu dosavadního řešení bylo mimo jiné provedeno základní porovnání metod měření hlučnosti povrchů komunikací, které jsou nezávislé na dopravní intenzitě – metoda SPB a CPX. Velmi striktní a náročné podmínky na výběr vozidel i místa měření u metody SPB neumožňují na rozdíl od metody CPX provádění dlouhodobého monitoringu akustických změn hlučnosti povrchů komunikací s následným porovnáváním naměřených hodnot z různých míst. Z těchto důvodů bude pro následná měření použita metoda CPX, jenž je doporučována mezinárodní pracovní skupinou CEN TC 227 / WG5 a využívána v hojné míře i v zahraničí, jelikož má minimální náročnost na okolí měřené komunikace, nezávislost na skladbě dopravního proudu, umožňuje rychle, efektivně a při nižších ekonomických nákladech měřit i dlouhé úseky komunikací v terénu. Výsledky a výstupy dále potvrzují dílčí uplatnitelnost specializovaných nízkohlučných povrchů i realizovatelnost dlouhodobého monitoringu pro jednotlivé typy povrchů vozovek za účelem určení vývoje hlučnosti konkrétního typu vozovky v jednotlivých letech pomocí metody CPX, kdy celková změna ekvivalentní hladiny akustického tlaku A styku pneumatika/vozovka pro nový a poškozený povrch může dosahovat úrovně cca 10 dB.

ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ A VODY – MĚŘÍCÍ POSTUPY
V rámci tohoto příspěvku jsou popsány dva dílčí části pracovního balíčku, jedná se problematiku posouzení a kvantifikaci potenciální expozice pracovníků inhalabilních asfaltových výparů, včetně doporučení pro vhodné techniky odběru vzorků a parametry analýz a monitoring drenážních vod v tunelech.

Asfaltové výpary obsahují směs částic (minerálních a organických) a organické páry. Vzhledem k jejich možným účinkům na lidské zdraví je nutné provádět jejich monitoring. Vzhledem k významné variabilitě vzorkování a kvantifikace venkovního expozice (např. pokládka živičných povrchů), je diskutována nejen přesnost použité metody, ale i počet vzorků určený k měření. Prvotním úkolem bylo stanovit samotnou metodiku odběru sestávající z definice odběrové trati, protokolové zaznamenání odběru, stanovení analytické měřící techniky, určení přesnosti měření, variability a interpretaci dat včetně posouzení rizik pomocí REACH strategie. Posouzení možné expozice pracovníků chemickým látkám v pracovním prostředí vyžaduje měření koncentrace látky ve vzduchu v dýchací zóně pracovníka. Pro postupy používané pro takové měření je nutné, aby výsledky byly spolehlivé a platné, aby bylo možné správně rozhodnout o přijatelnosti úrovně expozice. V Evropě CEN vydala obecné požadavky pro postupy stanovení koncentrace chemických látek v ovzduší v pracovním prostředí tak, jak vyžaduje směrnice 98/24/ES o chemických látkách [EN 2006]. Tyto požadavky se vztahují na všechny měřicí postupy, bez ohledu na fyzikální fázi chemické látky (plyn, pára, suspendované částice), metodu odběru vzorků a analytickou metodu. Vhodná vzorkovací trať sloužící k zachycení sledovaných látek se skládá ze tří prvků zařazených za sebou, tj. z personálního vzorkovače, opatřeného vhodným filtrem k zachycení částic, trubice obsahující adsorbent k zachycování par a přenosného čerpadla. Doporučený průtok je 2 litry/min. Preferovaným vzorkovačem k záchytu organické frakce částic je jednorázová 37° mm kazeta. Filtr o velikost pórů 2μ je pro běžné koncentrace částic ve vzduchu většinou vyroben z polytetrafluoroethylenu (PTFE). Pro speciální účely, které vyžadují vyšší kapacitu filtru, mohou být použity filtry ze skleněných nebo křemenných vláken. Zachycené organické částice na filtrech se extrahují cyklohexanem a jsou izolovány odpařením rozpouštědla. Získané částice jsou pak stanoveny gravimetricky. Při kvantifikaci minerální frakce je třeba buď otřít vnitřní stěny kazety, nebo použít vnitřní kapsle s cílem zachytit všechen minerální materiál vzorku. V tomto případě jsou potřebné slepé vzorky, tj. vážení neexponovaných filtrů. Parní a plynná frakce se shromažďuje prostřednictvím dvoudílné sorpční trubice plněné pěnovým sorbentem (XAD, PUF). Podobně jako organické částice, plynná frakce se extrahuje pomocí rozpouštědla (DCM) a je analyzována plynovou chromatografií. Odezva detektoru je kalibrována pomocí podobné organické frakce (např. v terénu nebo v laboratoři generované páry), nebo se použije čistý uhlovodík s rovnocennou průměrnou molární hmotností. Pečlivě musí být prováděno označení, doprava a skladování vzorků i informace zaznamenané během odběrů. Sledované časové období musí být co nejreprezentativnější, tj. většinou 6 až 8 hodin. Správnost metody lze vyjádřená celkovou nejistotou je menší než 30 %. Aplikace asfaltů se obvykle provádějí ve vnějším prostředí. To vede k variabilitě měření způsobené vnějšími faktory. To také ovlivňuje strategii měření vytvořením homogenně exponované skupiny (HEG). Úlohou měření tedy je provést odběry několikrát za dané období, místo sledování celého týmu v jediném dni. Podobně variabilita prostředí limituje počet stanovení pro vyjádření roční úrovně expozice pracovníků (jsou nutná minimálně tři měření).

V prvním období řešení problematiky monitoringu drenážních vod v tunelech bylo cílem objasnit mechanizmus sintrace drenážních potrubí v tunelech získané a návrh obecných přístupů k řešení údržby drenáží jako prevence proti sintraci. Nejzávažnějším problémem odvodňování tunelů je tvorba sintrů v drenážním potrubí. Jedná se o vylučování především uhličitanu vápenatého (kalcitu), který se postupně usazuje na vnitřních stěnách potrubí a zabraňuje tak po určité době jeho řádné funkci. Kalcit se vylučuje chemickými reakcemi z hydrogenuhličitanu vápenatého, který je přirozeně obsažen v podzemních vodách. Podobný mechanizmus může nastat i v drenážním systému vozovek budovaných v prostředí se zvýšeným obsahem uhličitanů. Vznikem a mechanismy sintrace lze odvodit z následujících procesů:

• Sintrace vodou přesycenou uhličitanem vápenatým – tento mechanizmus reprezentuje snížení parciálního tlaku CO₂ a změnu teploty vody v hornině s příslušnou karbonátovou tvrdostí. Voda v hornině je v poměru k atmosféře tunelu přesycena uhličitanem vápenatým a proto následkem snížení tlaku a/nebo teplotní změny vylučuje kalcit, který se usazuje v odvodňovacím systému.
• Sintrace zvýšením hodnoty pH vody v hornině – týká se podzemní vody s příslušnou karbonátovou tvrdostí, u které kontaktem s alkalickými látkami dojde ke zvýšení hodnoty pH. Neutralizací hydroxidů dochází ke tvorbě kalcitu, který se usazuje v odvodňovacím systému. Tento mechanizmus také popisuje kontakt podzemní vody s příslušnou karbonátovou tvrdostí se stavebními materiály na bázi cementu, jako např. stříkaným betonem, injektážními materiály, drenážním mezerovitým betonem, atd.
• Sintrace uhličitou vodou – voda obsahující oxid uhličitý při kontaktu se stavebními materiály na bázi cementu zvýšenou měrou váže hydroxid vápenatý, přičemž se tvoří voda přesycená uhličitanem vápenatým, který se vylučuje jako kalcit.
• Sintrace roztokem hydroxidu vápenatého – tento mechanizmus probíhá např. při kontaktu se stavebními materiály na bázi cementu. V tomto případě není zapotřebí dodatečná karbonátová tvrdost podzemní vody, nýbrž kontakt se vzduchem. Absorpcí CO₂ ze vzduchu dochází k vylučování kalcitu. U velmi nízkých průtočných rychlostí vody se tvorba usazenin zvyšuje („krápníkový efekt“).
• Sintrace směsnými vodami – v tunelu se mohou vyskytovat vody s různým složením. Při jejich smísení může dojít k vytvoření vody takového charakteru, že se z ní může vylučovat kalcit.

Laboratorní výzkumy ukázaly důležitost správného výběru pojiva k redukci vyluhování vápníku a ke snížení alkality u stříkaného betonu, drenážního tělesa a injektážního materiálu. Stabilizace tvrdosti vody rovněž může přispět k prodloužení intervalů údržby drenáže tunelu tím, že je sníženo usazování sintru a jeho tvrdnutí. Opatření údržby během stavby a provozu tunelů mohou být preventivní nebo korigující. Preventivní opatření údržby se provádějí před vytvořením ztvrdlých usazenin a zahrnují:

• Stabilizaci tvrdosti podzemní vody v sekundárním odvodňování
• Nízkotlaké proplachování (zároveň s přívodem vody v tunelu v souvislosti s kontrolami funkce)
• Periodická vysokotlaká proplachování s nízkými výdaji

Korigující opatření údržby se provádějí po vytvoření ztvrdlých usazenin a zahrnují:

• Vysokotlaká proplachování velkým množstvím vody a dodatečnými nástroji
• Cílené používání stabilizace tvrdosti vody k zamezení nové tvorby tvrdých usazenin a event. ke změkčení stávajících krust

V zásadě by se mělo usilovat o kratší intervaly údržby popř. preventivní opatření údržby, aby bylo zabráněno zpevnění a příliš velké akumulaci vzniklých usazenin. Nemůže-li být opatřeními údržby dosaženo cíle, musí být učiněna opatření k odstranění závad.

Tento příspěvek vznikl v rámci řešení projektu Technologické agentury ČR číslo TE01020168: Centrum pro efektivní a udržitelnou dopravní infrastrukturu (CESTI).

WP5: Environmental Protection and Green Transport Infrastructure
The WP5 cross-section working group deals with five main topics: tools and technical solutions of reducing noise load and vibrations; air and water pollution – measurement procedures; locally available materials, building waste and side products of industrial and energy production; tools and methods of modelling the impact of traffic and transport infrastructure on environment; and objectification of input data in the EIA process. The contribution will briefly introduce the issues of noise and air pollution.

Autoři

• Jedlička Jiří
• Křivánek Vítězslav
• Huzlík Jiří