Ekrany akustyczne – ochrona przed hałasem

Istota problemu Ekran akustyczny trzeba traktować jak każdą budowlę i dlatego powinien go projektować zespół specjalistów z dziedzin: akustyki, architektury oraz fachowcy od konstruowania jak i technologii. Do gestii akustyki należy między innymi zaprojektowanie ekranu (dobór materiałów), jego geometria, położenie względem źródła emisji hałasu. Należy traktować jednocześnie ekran jako element architektoniczny uwzględniając przede wszystkim: ukształtowanie terenu, charakter zabudowy, warunki klimatyczne itd. Każda tego typu budowla prócz funkcji przeciwhałasowych, powinna nie zaburzać atrakcyjności otaczającego go krajobrazu. Rola konstruktora także nie jest bagatelna, gdyż ustala on obciążenie poziome od wiatru, w szczególności określa bardzo istotny współczynnik porywów wiatru ( posadadowienie na skarpach nasypów będzie inne niż w wykopach). W przypadku technologii wykonywania kranów akustycznych istnieje problem dokładności wykonania tzw. imperfekcji geometrycznych zwłaszcza złączy ponieważ do w znacznym stopniu wpływa na późniejszą poprawność funkcjonowania ekranów.

Wpływ hałasu na funkcjonowanie środowiska przyrodniczego. Hałas jest czynnikiem zanieczyszczającym środowisko. Zagrożenie drganiami i hałasem istnieje wszędzie zarówno w środowisku pracy jak i w domu… Wyższy stopień urbanizacji wymusił na wielu krajach próbę diagnostyki jak i zwalczania skutków hałasu. Objawiło się to produkcją maszyn i urządzeń cichobieżnych, stosowanie materiałów dźwiękochłonnych, dźwiękoizolacyjnych i wibroizolacyjnych. Ten rozwój nie ominął również bardzo ważnej branży komunikacyjnej. W Polsce, problem, był długo bagatelizowany, jednakże Instytut Techniki Budowlanej opracował mapy obrazujące stopień zanieczyszczenia hałasem naszego kraju. Ustalono wtedy cztery główne stopnie zagrożenia hałasem: I stopień- TZH poniżej 15% LZH poniżej 16% (zagrożenie małe) II stopień- TZH 15-25% LZH 16-25% (zagrożenie średnie) III stopień- TZH 25-30% LZH 25-35% (zagrożenie duże) IV stopień- TZH powyżej30% LZH powyżej 35% (zagrożenie b. duże)

TZH- globalny wskaźnik % określający stopień zanieczyszczenia dużego obszaru hałasem o poziomie ponadnormatywnym. LZH- globalny wskaźnik % określający stopień zagrożenia ludności hałasem o poziomie ponadnormatywnym. Podsumowując TZH Polski wynosi 21%, a LZH 33%(chociaż ciągle wzrasta). Najbardziej zagrożone są obszary najbardziej uprzemysłowione tj.: warszawski, łódzki, dolnośląski. Wraz z rozwojem sieci komunikacyjnych na obszarze kraju, zwłaszcza autostrad ten problem od lat odkładany na półkę, będzie musiał doczekać się w końcu poważniejszego potraktowania i rozwiązania. Jest to w dzisiejszej dobie nieuniknione, leży to przecież w gestii ochrony zdrowia i środowiska naturalnego następnych pokoleń.

Podstawowe rodzaje hałasu komunikacyjnego: Komunikacja samochodowa. Uciążliwość ruchu dla otoczenia jest związana odpowiednio z klasyfikacją dróg. Z punktu widzenia akustyki pojazdy samochodowe są zbiorem pojedynczych źródeł hałasu. Każde z nich charakteryzuje się inną mocą akustyczną, przemieszczając się z różną prędkością. Uciążliwość trasy komunikacyjnej pod względem hałasu określone jest więc na podstawie ogólnej liczby pojazdów w strumieniu ruchu oraz ich rodzaju. Bardzo ważnym czynnikiem jest udział transportu ciężkiego, wpływający zdecydowanie na wzrost ogólnej wartości poziomu dźwięku. Ze względu na charakter działania w funkcji czasu, hałas komunikacji samochodowej traktowany jest jako ciągły, lecz o zmiennych wartościach poziomu dźwięku.

Komunikacja szynowa. Komunikacja lotnicza. Hałas komunikacji szynowej w przypadku pojedynczego źródła jest hałasem występującym z przerwami, działającym w określonym czasie, obejmującym przemieszczenie się pojazdu szynowego na określonym odcinku trasy. Jednak w przypadku stacji kolejowej, źródła hałasu rozłożone są w czasie i przestrzeni oraz mogą nakładać się na siebie, wtedy uciążliwość będzie znacznie większa, zależna od liczby działających źródeł, czasu ich emisji oaz przerwy w działaniu. Komunikacja lotnicza. Problem uciążliwości tego typu źródła hałasu jest szczególnie istotny z racji dużej i głośnej emisji. Lokalizacja lotnisk musi uwzględniać dwie sprzeczne tendencje. Z jednej strony należy liczyć się z długością drogi wznoszenia i podejścia do lądowania, z drugiej z zasięgiem strefy uciążliwości od tego typu operacji lotniczych (start, hamowanie, rozruch silników, przelot).

Hałas przemysłowy. Inne źródła hałasu. Hałas przemysłowy pochodzi na ogół od urządzeń stacjonarnych, ale może stanowić przykład wszelkich możliwych kombinacji hałasu ciągłego i przerywanego, o stałej lub zmiennej wartości poziomu dźwięku. Źródłem mogą być procesy technologiczne nie tłumione, zlokalizowane bezpośrednio przy otwartym terenie lub procesy technologiczne o niedostatecznej izolacyjności akustycznej ich budowy zewnętrznej. Powodem tych drugich są przeważnie: sprężarki, wentylatory, które bez urządzeń dźwiękochłonnych propagują hałas na duże obszary. Inne źródła hałasu. Obok źródeł hałasu zewnętrznego, powstałych w wyniku rozwoju techniki, występuje trudny do normowania, o przypadkowym miejscu i czasie działania, dużej różnorodności charakteru – hałas wewnątrzosiedlowy. Źródłem tego hałasu jest działanie człowieka.

Szkodliwy wpływ hałasu na organizm człowieka Hałasem nazywamy każdy dźwięk szkodliwy, nieprzyjemny lub niepożądany. Z definicji wynika, że hałas jest dźwiękiem słyszalnym. Należy jednak uwzględnić zakłócenia wywołane przez infra i ultradźwięki wprowadzając określenia hałas słyszalny, hałas infradźwiękowy i hałas ultrdźwiękowy. Szkodliwe działanie hałasu na człowieka można podzielić na dwie grupy Skutki funkcjonalne: zaburzenie poczucia niezależności, poczucia bezpieczeństwa, poziomu komfortu, porozumiewania się, orientacji w środowisku co objawia się obniżeniem wydajności i jakości pracy. Skutki zdrowotne: pogorszenie się sprawności psychicznej, ogólnego stanu zdrowia, stanu somatycznego, obniżenie sprawności słuchu, to wszystko powoduje poważne choroby a razem ze skutkami funkcjonalnymi przyczynia się do poważnych skutków społecznych i ekonomicznych o których nie należy zapominać.

Poziomy hałasu Przy analizie wpływu hałasu na organizm ludzki, hałasy można podzielić na następujące grupy: I poniżej 35 dB II 35 -70 dB III 70 – 85 dB IV 85 – 130 dB V powyżej 130 dB Analizując poszczególne grupy hałasów należy stwierdzić, że hałasy nie przekraczające 35 dB są dla zdrowia nieszkodliwe, lecz mogą być jedynie denerwujące, mogą również przeszkadzać w pracy wymagającej skupienia. Hałasy o poziomie od 35 do 70 dB mają ujemny skutek na organizm człowieka, powodują zmęczenie układu nerwowego, obniżenie czułości wzroku, utrudnia rozumienie mowy, porozumiewanie się, niekorzystnie wpływają na sen i wypoczynek.

Hałasy o poziomie od 70 do 85 dB, przy stałej ekspozycji wpływają ujemnie na wydajność pracy, są szkodliwe dla zdrowia. Występuje wówczas trwałe osłabianie słuchu, bólu głowy, zaburzenia nerwowe. Hałasy o poziomie od 85 – 130 dB są już bardzo niebezpiecznymi dla organizmu człowieka. Powodują często liczne zaburzenia m. in. Układu krążenia, układu pokarmowego, układu nerwowego i równowagi. Hałasy o poziomach wyższych od 130dB, wytwarzają drgania niektórych organów wewnętrznych człowieka, powodując ich choroby a nawet ich zniszczenie. Przebywanie w takim hałasie powoduje zaburzenia równowagi, mdłości, zmienia proporcje zawartości różnych składników krwi, wywołując pewne choroby psychiczne.

Propagacja hałasu w atmosferze Hałas jest zjawiskiem falowym. Stanowią go wszelkie niepożądane, nieprzyjemne, dokuczliwe lub szkodliwe drgania ośrodka sprężystego, działające za pośrednictwem powietrza. Propagacja hałasu w atmosferze zachodzi na zasadzie pobudzenia do drgań cząsteczek powietrza przez źródło dźwięku i przekazywania ich energii kolejnym cząsteczkom powietrza. Zjawisko to wiąże się ze zmianą ciśnienia statycznego wywołany na skutek powstałego w ośrodku zaburzenia zwany jest ciśnieniem akustycznym. Dźwięk rozchodzi się od źródła do odbiorcy przebywając pewien dystans. O tym jak głośno dociera, zależne jest od charakteru czoła fali, pochłaniania przez grunt i powietrze, oraz od zagospodarowania terenu.

Definicja ekranu akustycznego Ekran jest przegrodą między źródłem hałasu a obserwatorem, powoduje on powstanie cienia akustycznego, czyli ekranuje od hałasu. W obszarze cienia akustycznego poziom dźwięku jest znacznie mniejszy od poziomu przed ekranem. Wartość ekranowania –jest to różnica między poziomem dźwięku w punkcie obserwacji ustalona dla warunków bez ekranu i z ekranem. Wszystkie metody obliczeniowe ustalające wartość ekranowania dotyczą dwóch przypadków źródła hałasu (z) i punktu odbioru (o), gdy źródło hałasu i odbiorca znajduje się na jednym poziomie i drugi przypadek gdy są na różnych poziomach.

Zjawiska towarzyszące rozchodzeniu się fal akustycznych w obecności ekranu. Odbicie i pochłanianie fali dźwiękowej. Odbicie fali dźwiękowej płaskiej od powierzchni zachodzi zgodnie z zasadą, że kąt padania jest równy kątowi odbicia, w przypadku gdy fala dźwiękowa pada na przegrodę o skończonej grubości, to prócz odbicia i pochłaniania, część fali może przenikać przez przegrodę. Ugięcie fali (dyfrakcja) i zjawisko interferencji. Zakładając, że fale rozchodzą się jedynie po linii prostej, w momencie gdy napotkają przeszkodę powinny idealnie przejść ponad nią. Lecz tak nie jest, stwierdzono, iż fale padające na krawędź ekranu uginają się na jego brzegu i przenikają w obszar za nim, który powinien być bezpiecznym terenem tzw. cienia akustycznego.

Zjawisko interferencji Zjawisko polega na nakładaniu się pewnej liczby fal akustycznych, dając w ten sposób wzmocnienie lub osłabienie natężenia fali wypadkowej. W teorii ekranów zjawisko to będzie miało znaczenie przy zastosowaniu układu dwóch równoległych ekranów odbijających wzdłuż trasy komunikacyjnej lub zastosowaniu ekranu w niewielkiej odległości od chronionego obiektu. Dyfrakcja na krańcach ekranu Ekran posiada skończoną długość, podczas gdy źródło często można uznać za linię nieskończoną. Zaistnieje wtedy problem pośredniego dojścia energii bokami ekranu do obserwatora.

W ostatnich latach nastąpił dynamiczny wzrost liczby ekranów wzdłuż ulic w miastach i wzdłuż dróg w terenie. Coraz częściej ekran stanowi jednocześnie odgrodzenie nie tylko akustyczne ale także terenu np.: wokół parkingów. Znaczne wymiary, różnorodność faktury powierzchni i barwy ekranów kształtują na nowo otoczenia w miastach i w krajobrazie wsi. Grudzień 2002 Płyty dźwiękochłonne CS-100-OT przy Alei Prymasa Tysiąclecia w Warszawie Styczeń 2003 Budowa ekranu akustycznego z płytami CS-100-OT na terenie Browaru Żywieckiego

Luty 2002 Ekrany na północnej obwodnicy Opola - Dwa lata eksploatacji Marzec 2000 W Chróścinie Opolskiej Lipiec 2003 Ulica Nowotarska w Krakowie. Lipiec 2003 Zakopianka - "Podjazd na Obidową" - harmonia z naturą.

Kwiecień 2003 Rozpoczęto odbiory dźwiękochłonnych płyt CS-100-OT do budowy ekranów akustycznych na obwodnicy Poznania Maj 2003 Plac Imbramowski - ciszej w miejscu pracy Maj 2003 Jedyny domek rekreacyjny zbudowany z elementów ekranów akustycznych. Pustaki CS-24-1-30T. Maj 2003 Polskie Radio Kraków

Lipiec 2003 Autostrada A2 - obwodnica miasta Poznania Październik 2003 Początek montażu płyt CS-100-OT na krajowej "czwórce" Listopad 2003 Stacja STATOIL - Kraków Grudzień 2003 Obwodnica Sochaczewa

Maj 2004 KAUFLAND - Kraków Luty 2004 Cicha zajezdnia Przedsiębiorstwa Komunikacji Miejskiej w Czechowicach - Dziedzicach. Grudzień 2004 KAUFLAND - Zabrze Lipiec 2004 Zielony ekran

Marzec 2005

Składam podziękowanie dla dr inż. A Składam podziękowanie dla dr inż. A. Wasilewskiego oraz jego dyplomantki mgr inż. Małgorzaty Dębskiej jak również Przedstawicielom Katedry Budownictwa Drogowego PL i Lubelskiej Okręgowej Izby Inżynierów Budownictwa: dr inż. Sławomira Karasia, dr inż. Lucjana Gazdy, Katarzyny Guz Za pomoc i udostępnienie materiałów oraz zdjęć pomocnych w realizacji niniejszej prezentacji… Dziękuje Wszystkim za uwagę.. Autor prezentacji ADAM STĄSIEK