Vývoj hlučnosti na modernizované dálnici D1 v ČR

U pozemních komunikací s vysokou intenzitou dopravního proudu nejen v ČR často probíhají nejrůznější debaty, zda je vhodnější asfaltový nebo betonový povrch. Oba typy krytu vozovky mají své příznivce a odpůrce, kdy jsou diskutovány nejrůznější parametry, které souvisí s ekonomikou, celkovým životním cyklem, ale i jejími dopady na životní prostředí. Článek se zabývá výsledky měření hlučnosti za období cca 5 let v rámci modernizace dálnice D1 v ČR.

ÚVOD

Pro hodnocení kvality obrusné vrstvy z hlediska jejich akustických parametrů lze postupovat dle normy ISO 11819-2, která byla ověřena na národní [9] i mezinárodní scéně [14], [17]. Metoda měření dle ISO 11819-2 umožňuje jednoznačně určit a porovnat účinnosti jednotlivých technologií obrusných vrstev, jsme tedy schopni identifikovat hlučnost vlastního produktu (povrchu pozemní komunikace) [12]. Některé technologie zde máme jen velmi krátkou dobu a dlouhodobé hodnocení, respektive posouzení po dobu celé očekávané životnosti reálně v terénu, není možné provést jinak než postupným, systematickým, opakovaným sběrem dat, které se následně vyhodnotí [17]. Pro lepší hodnocení akustických vlastností vozovky (vlastního produktu) je odbornou mezinárodní pracovní skupinou CEN TC 227 WG5 připravován návrh specifikace „Road and airfield surface characteristics — Characterisation of the acoustic properties of road surfaces“, ve kterém má být metoda CPX dále využívána. To je však zatím „hudba budoucnosti“, jelikož lze vzpomenout, že příprava vlastní normy CPX (ISO 11819-2 [6]) až k jejímu definitivnímu schválení probíhala více než 20 let.

PROBLEMATIKA VOZOVEK VE VZTAHU K HLUČNOSTI

Prozatím dílčí časové řady akustických dat jednotlivých typů vozovek a jejich charakteristiky se snaží Centrum dopravního výzkumu, v. v. i. (CDV) od roku 2012 pravidelně monitorovat, ovšem získané údaje zatím nejsou z hlediska dlouhodobosti sběru těchto dat vzhledem k životnosti povrchů dostatečné [10]. CDV měření provádí s využitím vlastní konstrukce měřicího přívěsu CPX, který v souladu s aktuálním zněním normy ISO 11819-2 a dalšími specifikacemi [6], [7], [8] umožňuje kontinuální synchronní měření šesti mikrofony, viz obr. 1.

Problematika hluku v oblasti silniční infrastruktury v Evropě patří dlouhodobě mezi klíčové problémy provozu na pozemních komunikacích z důvodu negativních vlivů hluku na životní prostředí a zdraví člověka. WHO označila hluk za druhý nejzávažnější škodlivý faktor ovlivňující zdraví člověka a výsledky strategického hlukového mapování po celé Evropě opakovaně prokázaly, že v převážné většině je obyvatelstvo nadměrnou hlukovou zátěží obtěžováno právě ze silničního provozu [5]. I dokumentace ke zpracování strategických hlukových map uvádí k účinku stáří vozovky ve vztahu k jejich akustickým vlastnostem formulaci: „hlukové vlastnosti povrchů vozovek se mění s jejich stářím a úrovní údržby, přičemž postupem času se jejich hlučnost obvykle zvyšuje“) [3]. Proto je možné vhodným povrchem a jeho údržbou hluk z provozu na pozemních komunikacích snížit. Kvalitní povrch pozemní komunikace může významně napomoci zvýšit ochranu životního prostředí i s ohledem na lidské zdraví (snížení dopadů nadměrné hlukové zátěže) a napomoci dlouhodobé udržitelnosti dopravy při minimalizaci nákladů na jejich fungování (vybudování, opravy, údržba, ekologie i minimalizace nadměrné hlukové zátěže dané pozemní komunikace). Náš stát ročně vynakládá na škody způsobené hlukem z dopravy miliardy korun ročně, což je v souladu se závěry dokumentu EU [16], který uvádí, že celkové náklady EU28 (pro hodnotu Eura roku 2016) na řešení negativních dopadů hluku z pozemní dopravy jsou 57,1 bilionů Euro ročně – z toho činí osobní doprava 42,6 bilionů Euro a nákladní 14,5 bilionů Euro. Na základě těchto čísel je zřejmé, že je vhodné se zaobírat i myšlenkou ekonomického hodnocení pozemních komunikací a to jak ve vztahu k nákladům, provozu, tak i k dopadům na lidské zdraví [11]. Ekonomická analýza může sloužit jako jeden z podkladů pro rozhodování o konkrétní realizaci, protože s její pomocí může být nalezeno ekonomicky nejefektivnější řešení v daném místě komunikace, k tomu je však třeba mít vhodné podklady, které v současnosti stále chybí a jeden ze zásadních podkladů představuje dlouhodobý vývoj akustických parametrů jednotlivých typů vozovek, na základě kterých je následně možné určovat dopady na lidské zdraví (kongesce).

Stav obrusné vrstvy pozemní komunikace ve vztahu k celkové hlučnosti ze silničního provozu již v současné době hraje na mnoha místech zásadní roli a jedná se o jeden z významných ovlivňujících faktorů celkového výsledku hlučnosti šířícího se do okolí [15]. Navíc tento parametr lze mnohdy snadněji bez výrazných připomínek veřejnosti a podnikatelských subjektů na pozemních komunikacích ovlivňovat, než intenzitu provozu a jeho složení (ne vždy je možné vozidla „vytěsnit“, kdy vytěsňování dopravy z určitých míst za účelem snížení hluku může vést k dodatečným nákladům pro ekonomiku v dané oblasti nebo jejímu významnému útlumu, což z pohledu národního hospodářství mnohdy není žádoucí), nebo rychlost vlastního dopravního proudu (není vhodné jezdit po dálnici rychlostí 50 km/h pro snížení hlučnosti, kdy pak naopak může docházet k dalším negativním vlivům na životní prostředí např. v rámci ovzduší), tak jako je problematické nutit obyvatelstvo kupovat si tišší a dražší pneumatiky. Akustický stav vozovek má být využíván i při tvorbě akustických studií a map v rámci strategického hlukového mapování. Výhledově lze očekávat skutečnost, že důležitost povrchu a stavu pozemní komunikace se bude i nadále zvyšovat i s ohledem na zatím jednoznačně prosazovaný směr elektrifikace a elektromobility vozidel, u nichž je již od nejnižších rychlostí (cca 20 km/h) převládající zdroj hluku generován kontaktem pneumatiky s vozovkou [13]. S ohledem na tuto vizi do budoucna pak vlastní stav a kvalita obrusné vrstvy pozemní komunikace bude hrát zásadní roli celkového hlukového zatížení při provozu na pozemních komunikacích [15], kdy se zvažuje i zavedení tzv. „štítkování“ vozovek [4], obdobně jako své štítky mají pneumatiky, ledničky, pračky aj.

SROVNÁNÍ BETONOVÉ A ASFALTOVÉ VOZOVKY V RÁMCI MODERNIZACE D1

Na základě předchozích výzkumů za dobu životnosti běžných povrchů komunikací dosahuje změna ekvivalentní hladiny akustického tlaku A styku pneumatika/vozovka úrovně cca 4 dB, což již celkově není zanedbatelné zvýšení, kdy toto zvýšení platí pro komunikace bez výrazných vad. Jestliže se objeví výrazné poruchy (výtluky, koleje, trhliny, posunutí desek), potom je nárůst hlučnosti mnohem vyšší. Pokud dojde k výraznému porušení vozovky, může ekvivalentní hladina akustického tlaku vzrůst navíc o dalších cca 3 – 7 dB [12]. I proto z akustického hlediska je možné dosáhnout významného pozitivního účinku „pouze“ položením nové běžné kvalitní vrchní vrstvy vozovky oproti výrazně rozbitému povrchu pozemní komunikace. V rámci vytížených komunikací ČR mnohdy probíhá diskuze, zda je vhodnější asfaltový nebo betonový povrch, kdy každá technologie má své příznivce/odpůrce a jsou diskutovány jednotlivé parametry, které souvisí s ekonomičností stavby, popřípadě jejími dopady na životní prostředí. Proto CDV v rámci probíhající modernizace D1 věnuje zvýšenou pozornost jednotlivým modernizovaným úsekům a provádí pravidelná měření, která jsou navázána na předcházející získané údaje za účelem využití posouzení a srovnání změn hlučnosti betonové a asfaltové úpravy vozovky. Díky realizaci dlouhodobých měření (v rámci různých projektů) lze pak následně prokázat nárůst hlučnosti pro asfaltové i betonové typy povrchů na D1 v úseku Praha – Brno. Výsledky jednoho konkrétního úseku z D1 jsou na obrázku 2, tyto údaje však nemusí být, pokud jsou použity samostatně, zcela relevantní a „vytržené z kontextu“. Je třeba si uvědomit, že výchozí hlučnost pozemní komunikace je ovlivněna několika aspekty, mezi které patří i technologie pokládky, použitý materiál či preciznost aplikace pokládky. Další akustické chování v čase může souviset i s dalšími okolními podmínkami – meteorologickými vlivy, vlastnostmi provozu (intenzita, složení provozu, rychlost, uzavírky, kolony), realizací údržby, aj. Máme-li však těchto měření z více míst/lokalit a provádí-li se měření pravidelně, lze jednorázové výchylky lépe eliminovat na základě statistických analýz, které jsou posléze i průkaznější díky větší robustnosti vstupní datové základny.

Tedy provede-li se seřazení měření v jednotlivých letech dohromady – pravidelná opakovaná měření na jednotlivých úsecích, pak lze seřadit naměřené hlučnosti do jednotlivých skupin, tj. vytvořit vztah mezi dobou používání (stářím povrchu) a hodnotou naměřené hladiny akustického tlaku – změny hlučnosti na styku pneumatika/vozovka. Jelikož pneumatika má stále stejné parametry (využívána vždy nová SRTT pneumatika dle [1]), pak naměřená změna představuje akustickou změnu vozovky (vlastního produktu) bez ohledu na počet a rychlost vozidel zde projíždějících. Ovšem tento parametr, jelikož představuje hlučnost u zdroje, koresponduje na dálnicích s generovanou hlukovou zátěží automobilů pohybujících se po této pozemní komunikaci do okolí [2].

Vývoj a změna celkových agregovaných výsledků hlučnosti v rámci rekonstrukce D1 za období měření v letech 2014 – 2020 (díky opětovnému využití a analýze primárních naměřených dat v rámci projektů TA04021486, TE01020168, TL02000258, MD – Analýza a monitoring změn hlučnosti povrchů pozemních komunikací) je patrný z tabulky 1. Z těchto doposud získaných dílčích dat z měření je možné rámcově říci, že v rámci modernizace D1 hodnota hlučnosti pro povrch asfaltový koberec mastixový a cementobetonový kryt s obnaženým kamenivem, je pro prvních pět let obdobná. Tedy z hlediska akustické charakteristiky se situace diametrálně nezmění, použije-li se asfaltový nebo betonový povrch.

Obrázek 2 nedává jasnou představu o změně hlučnosti po celou dobu životnosti dané směsi – jak se bude hlučnost dále v čase vyvíjet i s ohledem na životnost jednotlivých konstrukčních vrstev, což v současné době ani není možné, jestliže první zrekonstruované úseky D1 mezi Prahou a Brnem byly uvedeny do provozu v roce 2014, kdy na jednotlivé úseky je 10letá záruka, respektive je očekávána životnost asfaltových vrstev cca 15 let a u betonových dvojnásobek [12]. Jsme schopni tedy zatím provést pouze „krátkodobé zhodnocení v čase“, ovšem i dílčí poznatky mají svoji významnou informační a vypovídající hodnotu. Pro hodnocení v rámci celého životního cyklu nelze v současné době dát relevantní pravdivou odpověď, kdy na reálná data z terénu, z nichž bude možné analýzy a hodnocení vytvořit a které v současné chvíli nemůžeme mít, si budeme muset ještě nějakou chvíli počkat.

ZÁVĚR

Autor se nechce pouštět do polemiky, který typ vozovky a z jakého důvodu je lepší, záměrem je poukázat na jeden aspekt, jenž se ve větší či menší míře zohledňuje, a tím je hledisko dopadu hlukové zátěže na životní prostředí. V rámci modernizace D1 lze po prvních pěti letech prohlásit, že z hlediska akustické zátěže – hlučnosti u zdroje, tj. na styku pneumatika/vozovka, jsou pro asfaltový povrch SMA 11S a cementobetonový kryt s obnaženým kamenivem (vymývaným betonem) průměrné hodnoty stejné. V rámci modernizace D1 jsou uplatněny v minoritní míře i jiné technologie, např. nízkohlučný povrch SMA 8 NH v rámci úseku 2 nebo technologie grindingu na CBK vozovce v úseku 7, která taktéž vykazuje mírně nižší hlučnost než úprava s obnaženým kamenivem. Uvedené informace mohou přispět při globálním posuzování jednotlivých technologií z hlediska jejich celkové ekonomiky [11] (tj. nejenom stavební náklady, údržba, ale i dopady socioekonomické, zdravotní, popřípadě nejrůznější formy externalit a kongescí, které lze zahrnout do celkového LCA), kdy parametr hlučnosti může v rámci ekonomiky a (zdravotních) dopadů na obyvatelstvo představovat významnou položku, což ve vetší míře platí u nově uplatňovaných obrusných vrstev se sníženou hlučností.

Ing. Vítězslav Křivánek, Ph.D.
Ing. Blanka Hablovičová
BSc. Petr. Bíza
Centrum dopravního výzkumu, v. v. i., Brno

PODĚKOVÁNÍ
Tento příspěvek byl vytvořen se státní podporou Technologické agentury ČR v rámci programu ÉTA (www.tacr.cz), projektu TL02000258 „Rozvoj území s využitím nízkohlučných vozovek“, na výzkumné infrastruktuře pořízené z Operačního programu výzkum a vývoj pro inovace (CZ.1.05/2.1.00/03.0064). Příspěvek čerpá z dat měření, která byla získána na základě řešení zmíněného projektu TL02000258 a dále projektů: TA04021486 „Nástroje pro analýzu a hodnocení environmentálních dopadů hluku vozovek“, TE01020168 „Centrum pro efektivní a udržitelnou dopravní infrastrukturu“ a MD „Analýza a monitoring změn hlučnosti povrchů pozemních komunikací“ financovaného Ministerstvem dopravy účelovou neinvestiční dotací na podporu rozvoje činnosti veřejné výzkumné instituce v resortu dopravy – Centra dopravního výzkumu, v. v. i. na základě Rozhodnuti č. j. 199/2019-710-VV/1.

LITERATURA:
[1] ASTM International – F09 Committee. F2493-18: Standard Specification for P225/60R16 97S Radial Standard Reference Test Tire. West Conshohocken, Pennsylvania, USA, 2006 (2018).
[2] BÜHLMANN, E., Improvements in the CPX method and its ability to predict traffic noise emissions. Inter Noise 2019, Madrid.
[3] Directive 2002/49/EC of the European Parliament and of the Council of 25 June 2002 relating to the assessment and management of environmental noise. Off J Eur Communities. 2002 Jul 18;45(L 189):12 – 25.
[4] Economic Commission for Europe, United Nations. Draft Resolution on the assessment of performance and classification of road pavement surfaces – Guidelines for road surface labelling, ECE / TRANS/WP.29/GRB/2019/2. Document contains a revised consolidated vision of the draft Resolution that was previously submitted to the sixty-eight session of the Working Party on Noise (ECE/TRANS/WP.29/GRB/2018/8 and ECE/TRANS/WP.29/GRB/2018/9).
[5] HELLMUTH, T., POTUŽNÍKOVÁ, D., JUNEK, P., FIALA, Z., Obtěžování hlukem: zdravotní problém nebo akustický komfort? Hygiena. 2016, 61(1), 33-35. DOI: 10.21101/hygiena.a1439. ISSN 18026281.
[6] ISO/CD 11819-2:2017. Acoustics – Measurement of the in-fluence of road surfaces on traffic noise – Part 2: The close-proximity method. Geneva: International Organization for Standardization, 2017.
[7] ISO/TS 11819-3:2017. Acoustics – Method for measuring the influence of road surfaces on traffic noise – Part 3: Reference tyres. Geneva: International Organization for Standardization, 2017.
[8] ISO/TS 13471-1:2017. Acoustics – Temperature influence on tyre / road noise measurement – Part 1: Correction for temperature when testing with the CPX method. Geneva: International Organization for Standardization, 2017.
[9] JEDLIČKA, J., KŘIVÁNEK, V. HUZLÍK, J., WP5: Ochrana životního prostředí a zelená dopravní infrastruktura, Silnice Železnice, 9. ročník, 5/2014, s. 150 – 153, ISSN 1801-822X.
[10] KŘIVÁNEK, V., et al., Dlouhodobé hodnocení hlučnosti povrchů vozovek. Certifikovaná metodika. Brno: Centrum dopravního výzkumu, v. v. i., 2017. 52 s. ISBN 978-80-88074-53-3.
[11] KŘIVÁNEK, V., a kol., Obrusné vrstvy se sníženou hlučností na pozemních komunikacích a jejich ekonomika. In IX. Československá konference „Doprava zdraví a životní prostředí“. Brno, 12. – 13. 10. 2020. Brno: Centrum dopravního výzkumu, v.v.i., 2020, s. 7 – 14, ISBN 978-80-88074-78-6.
[12] KŘIVÁNEK, V., MARKOVÁ, P., EFFENBERGER, K., Dlouhodobá změna hlučnosti povrchů pozemních komunikací a jejich hodnocení. Hygiena. 2019, 64(1), 5 – 9. DOI: 10.21101/hygiena.a1612. ISSN 18026281.
[13] MISDARIIS, N., PARDO, L-F., The sound of silence of electric vehicles – Issues and answers. InterNoise, 2017, China.
[14] SANDBERG, U., Improving the CPX method by specifying reference tyres and including corrections for rubber hardness and temperature, In: Proceedings of the INTER-NOISE 2016 – 45th International Congress and Exposition on Noise Control Engineering: Towards a Quieter Future, 2016, pp. 4913 – 4923. 
[15] TONIN, R., Quiet Road Pavements: Design and Measurement—State of the Art. Acoustics Australia. 2016, 44(2), 235 – 247. DOI: 10.1007/s40857-016-0066-3. ISSN 0814-6039.
[16] VAN ESSEN, H. P., et al., Handbook on the external costs of transport. Luxembourg: Publications Office of the Europen Union, 2019. ISBN 978-92-79-96917-1.
[17] VIEIRA, T., SANDBERG, U., Close Proximity (CPX) Round Robin test: Comparison of results from four different CPX trailers measuring noise properties of 10 Swedish road surfaces. INTER-NOISE 2019 MADRID: 48th International Congress and Exhibition on Noise Control Engineering, Spanish Acoustical Society, SEA, 2019.