Terénní ověření snížení hlučnosti různými typy protihlukových stěn v ČR

Článek uvádí souhrnné informace o přímém porovnání vlastního účinku snížení akustického tlaku v souladu s normou ISO 1996 jednotlivých typů protihlukových stěn (PHS) v místě jejího umístění pomocí synchronního měření před a za protihlukovou stěnou. Výsledky měření z terénu ukazují, že útlum je ovlivněn především výškou vlastní PHS a jejím stavem, než vlastním stářím či materiálem PHS. Drobné zlepšení stavu bylo prokázáno i využitím zeleně ať použité samostatně nebo v systému s PHS.

PROBLEMATIKA MATERIÁLŮ PHS

Zavedení jednotného přístupu k prevenci a omezování nežádoucích účinků hluku ve venkovním prostředí je záměrem Evropské směrnice 2002/49/ES [Směrnice END, 2002], která je transponována i do legislativního prostředí ČR. Jedním z možných řešení, jak snížit dopady hluku z provozu na pozemních komunikacích i železničních tratích, je realizace protihlukové bariéry. Jedná se o opatření pasivní, které omezuje již vzniklý hluk. Klasická protihluková stěna (PHS) je tvořena hlavně sokly, sloupky a výplní/panelem. Kromě betonu se postupně začínají prosazovat i odlehčená materiálová řešení, jako jsou pryže, plasty, plexisklo, pozinkované panely nebo kombinace dřeva a cementu, viz obrázek 1. (Poznámka: některé nové PHS ještě nejsou plně zaneseny do pasportu ŘSD, proto jsou v kategorii neurčeno.)

S ohledem na ekologii, na kterou je kladen stále větší a větší důraz, by měly být PHS příznivé k životnímu prostředí (např. použití přírodních materiálů), z ekonomického hlediska co nejlevnější (např. použití lokálních surovin) a bonusem by byl případný další užitek (např. výroba proudu, produkce kyslíku). Z těchto důvodů se začínají čím dál tím více uplatňovat protihluková opatření, jako jsou např. zemní valy (nahrnutá zemina – využití v extravilánu [Kotzen a English, 2009]) či vegetace (v různých uskupeních), která má mnoho dalších funkcí. V současnosti existuje celá škála materiálů, které se v ČR používají jako různé varianty ochrany před nadměrnou hlukovou zátěží v oblasti protihlukových stěn. Záměrem autorů článku bylo provést srovnání akustické účinnosti přímo v terénu na reálných protihlukových stěnách. Synchronní měření [ČSN ISO 1996] bylo prováděno dvěma mikrofony, dvěma nezávislými zvukoměry, před a za protihlukovou stěnou či zelení ve výšce 1,5 m nad úrovní kontaktu protihlukové stěny se zemí a vzdálenosti 1,0 m před a za PHS v délce náměru 1 hodina, viz obrázek 2. K měření bylo využito ověřených přístrojů Brüel & Kjær: zvukový analyzátor typu 2250 a 2270, mikrofony typu 4189 a kalibrátor typu 4231. Veličiny byly měřeny při časové konstantě FAST a frekvenčním váhovém filtru A. Z výsledků měření vždy byly vyloučeny nesouvisející hlukové události a taktéž byla sčítána doprava.

Jednotlivé typy protihlukových stěn, které byly měřeny, a hodnoty jejich akustického útlumu jsou popsány v tabulce 1. Je zde uveden hlavní materiál protihlukové stěny, zda se jedná ze strany přivrácené ke komunikaci o odrazivou nebo pohltivou stěnu, dále přibližné stáří protihlukové stěny v době měření, její celková výška v místě měření. Rozdíl mezi naměřenými hodnotami před a za protihlukovou stěnou neovlivňuje celková intenzita provozu ani jeho složení. Při zvýšení intenzity provozu či změnou jejího složení ve prospěch nákladní dopravy se zvedne hlučnost před i za stěnou přibližně ve stejném poměru. Stejný trend se prokázal i při detailnějším rozboru v patnáctiminutových intervalech v závislosti na intenzitě provozu. Při vyšší intenzitě provozu se zvýšila hodnota hluku jak před stěnou, tak za stěnou, ovšem celkový rozdíl zůstal zachován. Naopak ovlivňujícím parametrem je výška, stav protihlukové stěny a její bezprostřední okolí.

PROBLEMATIKA OTVORŮ V PHS

Protihlukové stěny snižují hlukovou zátěž, která je vytvářena lidskou činností nebo různými druhy dopravy. Musí být tedy navrženy a provedeny tak, aby měly minimum spár, mezer a netěsností. Nemělo by docházet ke vzniku míst, kterými by mohla do prostoru za PHS pronikat akustická energie. Každá závada na protihlukové stěně ovlivňuje její vlastnosti i funkčnost. Závady se mohou vyskytovat na prvcích akustických nebo konstrukčních a mohou být technického rázu (např. poškození stěny), akustické (např. otvory ve stěně, chybějící izolace) či bezpečnostní (např. potíže s únikovými dveřmi), většinou se však prolínají.

Výsledky dle tabulky 1 i pro stejné materiály jsou místy rozdílné, což souvisí se stavem PHS – různé otvory a škvíry. Další měření se tak zaměřila na prověření, zda a jaká existuje závislost / vliv velikosti neutěsněného prostoru v PHS na pokles útlumu hlučnosti v blízkosti tohoto místa. Proto měření byla realizována i pro různé typy „otvorů“ (odvodňovací výustě, mostní propustek, chybějící část PHS, nezasypání PHS, nedoléhající panely PHS), viz obrázek 3. Pro zachycení vlastního vlivu otvoru nebyla poloha mikrofonu pevná, na rozdíl od klasického měření PHS, ale mikrofony byly vždy umísťovány ve středu otvoru (tj. v polovině výšky a šířky místa netěsnosti), kdy vzdálenost od PHS byla zkrácena na polovinu (na 0,5 m), aby bylo možné lépe posoudit dopad změny útlumu v bezprostřední blízkosti vlastního otvoru. V případě malých odvodňovacích otvorů bylo synchronní měření prováděno mezi nejbližšími sousedními otvory, tak aby mikrofon před netvořil částečný „stín“ pro měření za tímto otvorem. Ukázalo se, že není příliš důležité, jak samotný otvor vypadá (čtverec, ovál, obdélník, nepravidelný tvar, aj.), důležitá je vlastní plocha otvoru v PHS, který není vyplněn. Vliv snížení celkového vložného útlumu v místě otvorů je velmi významný a podstatný. Z provedených výsledků měření vyplývá, že se jedná o logaritmickou závislost mezi plochou vlastního otvoru a snížením dosahovaného útlumu v místě tohoto otvoru skrz PHS. Klasická PHS bez závad a děr výšky 4 m dosahuje v místě těsně za stěnou útlumu okolo 22 dB, viz tabulka 1, v případě velikosti otvoru 1 000 cm2 klesne ve středu otvoru útlum za PHS o cca 11 dB (tj. ve středu takto velké díry v místě měření bezprostředně za PHS je dosahovaný útlum 11 dB místo 22 dB). U standardně uvažovaného odvodňovacího otvoru v soklových panelech o rozměrech 20 × 10 cm, tedy 200 cm2, byl naměřený pokles útlumu za PHS v místě otvoru přibližně o 2–3 dB (tj. dosahovaný útlum cca 20 dB místo 22 dB v místě otvoru).

PROBLEMATIKA ZELENĚ A PHS

V současné době se přírodní materiály hojně využívají v rámci konstrukčních prvků protihlukových stěn, kdy se navíc sází vegetace popínavých druhů rostlin, díky čemuž se vytvoří přírodně působící stěna. V městském prostředí lze vegetaci využít jako vertikální zahrady (např. na fasádách domů). Pro ozelenění protihlukových stěn se používají rostliny nenáročné na údržbu, které vydrží pouze s přírodním zavlažováním. Zeleň dokáže oživit nejen městské prostředí a zakrýt nevzhledná místa, ale také navodit příjemnější atmosféru pro člověka. Její neoddělitelnou funkcí je tedy funkce sociální, psychologická a hygienická, kam patří právě redukce hluku [Supuka, 1991]. Její akustické vlastnosti se ale mění v závislosti na ročním období a je zapotřebí pravidelná údržba (odklízení biomasy, zastřihávání, zavlažování apod.), akustický útlum se bude u vegetace lišit v létě a v zimě [Zhang a kol., 2016]. Dílčí zvýšení akustického útlumu s využitím zeleně jako dalších prvků nebo komponentů protihlukových jednotlivých clon bylo prokázáno, ovšem vzhledem k dosahovanému útlumu v úrovni cca 1–2 dB lze tento prvek doporučit k využití především jako doplňku, jelikož samostatné využití zeleně primárně za účelem výrazné protihlukové ochrany oproti konvenčním PHS je výrazně slabší. (Podrobnější informace o účinnosti zeleně lze nalézt v příspěvku [Marková a kol., 2021].)

Vlastní zeleň má jak ve fázi dormance (v zimě), tak ve fází vegetace (v létě) jistý protihlukový účinek, a to ať už samostatně (volně rostoucí zeleň), tak ve formě uměle vysázených porostů nebo konstrukcí, tak i v rámci součástí stávajících PHS jako „doplněk“ (zelený porost přímo na PHS). V období vegetace, kdy dojde k ozelenění, byl jednoznačně prokázán výraznější akustický útlum, oproti stavu dormance, tj. vlastní hustá tráva a listí přispívá ke snížení hluku, kdy spolu s estetickou, mikroklimatickou funkcí a zachytáváním prachových částic lze ozeleněné PHS hodnotit pozitivně. Problematická naopak může být potřebná vyšší údržba daných PHS, respektive jejich častější kontrola a nebezpečí zvýšeného poškozování kořenovým systémem, popřípadě prorůstáním jednotlivých větví.

ZÁVĚR

Článek shrnuje poznatky dílčích měření z terénu prováděných na PHS na území ČR v letech 2017–2020 z hlediska posouzení akustických vlastností. V reálných situacích v terénu na různých místech měření prokázala, že spíše než použitý materiál jako výplň PHS (jelikož více akustické energie „přeteče přes vrchol PHS“, než pronikne skrz „hutný“ materiál PHS, tj. v praxi v terénu je jedno zda má výplň PHS vzduchovou neprůzvučnost 30 dB či 36 dB), je důležitější kvalita provedení, tj. minimum děr a otvorů, kudy akustická energie může významně pronikat, kdy tato závislost velikosti otvoru v PHS na poklesu vložného útlumu má logaritmický charakter. Na druhou stranu rozsáhlá série měření, jež je publikovaná v článku [Marková a kolektiv, 2021] prokázala i vliv ozelenění PHS či vlastní zeleně na snížení hluku, ovšem dosahovaný útlum je v úrovni cca 1–2 dB. Samostatné využití zeleně primárně za účelem výrazné protihlukové ochrany oproti konvenčním PHS je výrazně slabší a lze tento prvek doporučit k využití především jako doplňku, jelikož má i další významné benefity (reguluje mikroklima, snižuje teplotu, zvyšuje vlhkost ovzduší, produkuje kyslík, může sloužit jako větrolam či odstraňuje polutanty z ovzduší, pomáhá zlepšit hydrologické poměry ve svém okolí, chrání půdu proti erozi, snižuje prašnost a nezanedbatelná je též estetická funkce).

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

Poděkování
Tento článek byl vytvořen za finanční podpory Ministerstva dopravy v rámci programu dlouhodobého koncepčního rozvoje výzkumných organizací.

LITERATURA:

• ČSN ISO 1996. Akustika – Popis, měření a hodnocení hluku prostředí (1996-1:2017 Základní veličiny a postupy pro hodnocení; 1996-2:2018 Určování hladin akustického tlaku).
• Marková, P.; Křivánek, V.; Hablovičová, B.; Frič, J. Hodnocení útlumu hlučnosti bariér se zelení v České republice. Akustika, 2021, 40, 7–16. ISSN 1801-9064.
• Kotzen, B.; English, C.A. Environmental noise barriers: a guide to their acoustic and visual design. 2nd ed. New York: Spon, 2009. ISBN 978–0–203–93138–7.
• Kropelnický, R. Interní databáze protihlukových stěn Ředitelství silnic a dálnic ČR, stav prosinec 2020.
• Směrnice END. 2002/49/ES: 2002. Směrnice Evropského parlamentu a Rady ze dne 25. června 2002 o hodnocení a řízení environmentálního hluku v životním prostředí. Off J Eur Communities. 2002 Jul 18;45 (L 189):12-25.
• Supuka, J. Ekologické princípy tvorby a ochrany zelene. Bratislava: Veda, vydavateľstvo Slovenskej akadémie vied, 1991. ISBN 80-224-0128-5.
• Zhang, Q.; Zhao, L.; Ciu, H. Investigation of the noise reduction provided by vegetation belt in different design styles. Buenos Aires: 22nd International Congress on Acoustics, 2016.