Protihlukové stěny z betonu: Komplexní přehled

Nárůst silniční a železniční dopravy, rozšiřování sítě rychlostních silnic, silnic I. třídy a dálniční sítě, stejně jako budování železničních koridorů, přináší zejména v městech a v hustě osídlených oblastech negativní ovlivnění životního prostředí a lidského organismu nadměrným hlukem. Dopravní zatížení, tj. počet projíždějících přepravních prostředků, je pouze jednou příčinou nárůstu hluku. Stejně významně se podílí i celková hmotnost přepravních prostředků, jejich typ a stáří, rozvoj zejména nákladní dopravy a budování rychlostních komunikací. Provoz na silničních komunikacích narůstá každý rok.

Negativní vliv hluku od provozu na pozemních komunikacích, železnicích i letištích je možné omezit několika způsoby. Patří mezi ně protihlukové zemní valy, okna s protihlukovou izolací, tiché kryty vozovek, pásy doprovodné komunikační zeleně a ve velké míře i protihlukové transparentní a netransparentní stěny. Účinnost protihlukových opatření závisí především na materiálu, umístění či rozměrech. Tyto parametry mají veliký vliv, proto se musí navrhovat s ohledem na akustické prostředí v dané lokalitě, míru hluku způsobeného hlukovými vlastnostmi daného dopravního prostředku či mírou provozu a maximální povolenou rychlostí v daném úseku. Protihlukové stěny jsou pevné překážky postavené mezi dopravní cestou a obytnou oblastí, které nedokáží dokonale pohltit či odrazit všechny zvuky, ale sníží celkovou hladinu hluku o 5 až 10 dB, hluk od dopravních prostředků dokáží snížit až o polovinu. Na základě výzkumu a vývoje v posledních letech se v současnosti využívá v protihlukových stěnách rozmanitých materiálů, od klasických, jako je např. beton.

Materiály používané pro protihlukové stěny

Protihlukové stěny jsou tvořeny panely většinou obdélníkového tvaru z různých materiálů, které jsou vkládány mezi ocelové nebo betonové nosné prvky (sloupky). Podle použitého materiálu a jeho pohltivosti lze stěny dělit do pěti kategorií A0 - A4 a zároveň je lze rozdělit na odrazné, absorpční a vysoce absorpční. Za odrazivé jsou pokládány stěny, které sníží hladinu hluku při odrazu o méně než 4 dB.

• Dřevo
• Štěpkocement
• Ocel
• Hliník
• Plasty a recyklované plasty
• Sklo
• Polykarbonát
• Polymetylmetakrylát (plexisklo)

U dřevěných konstrukcí a u konstrukcí na bázi dřeva je nezbytná jejich hloubková impregnace prostředky, které mají doklad o hygienické nezávadnosti. Štěpkocementové stěny jsou vyrobeny ze směsi dřevité štěpky, cementu a vodního skla. Svými vlastnostmi zaručují odolnost proti vodě, soli, námraze, trouchnivění a mechanickému poškození. Ocel se u protihlukových stěn používá zejména na nosnou konstrukci. U gabionových stěn je to ocelové pletivo, u svislých stěn zase nosné ocelové sloupky nejčastěji profilů HEA (HEB) nebo U. Pozinkované či hliníkové systémy jsou ve většině případů prováděny jako sendvičové konstrukce, a to ze dvou plechů s výplní z minerální vaty. Největší výhodou těchto panelů je jejich hmotnost. Hliníkové panely lze provést ve třech variantách: odrazivý a jednostranně i oboustranně pohltivý. Použití cihel a jiných zdících materiálů jako výplňového materiálu v protihlukových stěnách předpokládá jejich odolnost proti klimatickým účinkům, zejména vody a mrazu, stejně jako na agresivní prostředí (např. použití posypových solí na silničních komunikacích).

Protihlukové stěny s výplněmi z plastů či recyklovaných plastů mají nejnižší plošnou hmotnost a s tím spojené nejmenší přepravní náklady. Naproti tomu nevýhodou je nižší trvanlivost, použití různých spojovacích prostředků (např. hřeby, šrouby nebo lepené spoje), složité těsnění v místě připojení k ocelovým sloupům pomocí klínování, náročná a pomalá výměna panelu při poškození a tvarová nestabilita (průhyby). Životnost těchto systémů je navíc ovlivněna degradací plastů působením UV záření a teplotních změn v průběhu jednotlivých ročních období. V případě transparentních protihlukových stěn, které neomezují výhled do krajiny, lze jako výplňový materiál použít skleněné tabule, které jsou osazovány do ocelových sloupků, obvykle profilu HEB. V případě skleněných protihlukových stěn z tepelně tvrzeného skla se hodnoty vzduchové neprůzvučnosti pohybují až do 36 dB (např. pro sklo tloušťky 15 mm), pro vrstvená bezpečnostní skla tato hodnota dosahuje až 40 dB (např. složení Stratophone 10.10.2 s akustickou fólií). Nejdůležitější vlastností z hlediska návrhu nosných konstrukcí ze skla je pevnost a modul pružnosti. Výhodou skleněných panelů v protihlukových stěnách jsou optické vlastnosti neměnné v čase. Sklo je odolné vůči agresivnímu prostředí (posypové soli), UV záření a teplotním rozdílům. Sklo nekoroduje ani nestárne - jeho mechanické vlastnosti, průhlednost i průsvitnost zůstanou zachovány po celou dobu životnosti.

Čtěte také: Jak snížit hluk v kabině VW Transporter T4

Polykarbonát se ve větší míře začal ve stavebnictví využívat díky svým vlastnostem, jako je transparentnost a odolnost proti klimatickým jevům. Výrobky z polykarbonátu jsou transparentní s prostupností světla až 85%, mají dobrou tepelnou odolnost, odolnost proti slunečnímu záření i povětrnostním vlivům, odolávají nárazům (mají velkou míru houževnatosti), malou nasákavost, vysokou mechanickou pevnost a zároveň mají nízkou hmotnost. Polykarbonátové desky si zachovávají své dobré vlastnosti i při vysokém teplotním zatížení. V zimě je schopen odolávat teplotám až -45°C, naopak v létě polykarbonát snese teploty i okolo 140°C. Jelikož polykarbonát má vysokou míru tepelné roztažnosti, je důležité zanechat určité dilatační spáry, díky nimž mohou polykarbonátové desky dobře pracovat.

U polymetylmetakrylátu neboli plexiskla se jedná o výrobu blokovou polymerací esterů kyseliny metakrylátové, což je průhledný syntetický polymer s vlastnostmi termoplastu. Plexisklo je transparentní materiál, který umožňuje průhlednost z obou stran. Díky vlastnostem je plexisklo v dnešní době využíváno velmi často, někdy může být označováno také jako akrylátové sklo, akrylát či polyakrylát, jde však o jeden a tentýž produkt s chemickým označením polymetylmetakrylát (PMMA). Mezi výhody tohoto materiálu patří vysoká hluková odrazivost. Hlukový útlum těchto stěn dosahuje až 36 dB. Tabule jsou odolné, a to jak mechanicky proti nárazu, tak i proti klimatickým podmínkám, jako jsou vítr či UV záření. Kromě čirého provedení s prostupností světla až 92% se nejčastěji setkáváme s odstíny, jako je zelená, modrá či kouřová. Panely jsou ukládané do ocelových sloupků HEA (HEB).

Betonové protihlukové stěny

Betonové protihlukové stěny jsou plné plošné prvky (panely), které se usadí mezi betonové či ocelové sloupky. Panely bývají převážně obdélníkového tvaru, ale je možné vyrobit i atypický tvar či tloušťku. Porézní struktura panelu řadí betonové stěny mezi zvukově pohltivé. Výhodou betonových panelů je vysoká životnost a zároveň snadná údržba, vysoká požární odolnost a architektonická variabilita.

Vlastnosti betonových protihlukových stěn

• Vysoká životnost
• Snadná údržba
• Vysoká požární odolnost
• Architektonická variabilita
• Zvukově pohltivé (díky porézní struktuře)

Nevýhody betonových protihlukových stěn

• Obtížnější výměna při poškození
• Náročnější přeprava (kvůli vysoké hmotnosti)

Akustické vlastnosti protihlukových stěn

Protihlukové stěny musí zajistit vzduchovou neprůzvučnost, zvukovou pohltivost, musejí být pevné a stabilní, trvanlivé, musejí odpovídat hlediskům pasivní dopravní bezpečnosti a dobře esteticky působit. Vzduchovou neprůzvučností rozumíme schopnost protihlukových stěn snížit hladinu akustického tlaku zvukových vln procházejících přes tyto stěny. Zkoušení těchto výrobků je popsáno v ČSN EN 1793-2:1997, kde je deklarovaná jednočíselná hodnota DLR [dB], podle které jsou protihlukové stěny rozčleněny do čtyřech kategorií (viz tabulka 1).

Tabulka 1: Kategorie vzduchové neprůzvučnosti (DLR)

Snížení prostupu hluku 25 dB zajišťují stěny již při plošné hmotnosti od 40 kg/m². Z tohoto hlediska není tedy příliš obtížné navrhnout vhodný typ stěny. Je jen třeba dodržet, aby plošná hmotnost nebyla nižší než 40 kg/m² v žádném místě stěny.

Čtěte také: Efektivní metody odhlučnění podlah

Měření zvukové pohltivosti betonových protihlukových stěn

Zvuková pohltivost betonových protihlukových stěn s pohlcující vrstvou z lehkého betonu se měří v dozvukových místnostech podle normy ČSN EN 1793-1:2013 Zařízení pro snížení hluku silničního provozu - Zkušební metody stanovení akustických vlastností - Část 1: Vnitřní charakteristiky zvukové pohltivosti. Tato evropská norma stanovuje zkušební metodu pro kategorizaci hodnot zvukové pohltivosti různých druhů protihlukových stěn. Nevztahuje se na určení vlastností in situ, které jsou závislé i na dalších faktorech nesouvisejících se samotným zařízením, jako jsou např. geometrické rozměry stěny a kvalita stavebních prací, jakož i na faktorech souvisejících s místem, kde je zařízení postaveno (impedance povrchu terénu, urbanistická situace, atd.). Zkouška zahrnuje měření laboratorních hodnot zvukové pohltivosti pro protihlukové stěny a výsledné ohodnocení má pomoci při výběru zařízení pro konkrétní případy aplikací protihlukové ochrany. Touto zkušební metodou se mohou testovat protihlukové clony různé účely, např. podél silnic, dálnic, železničních tratí nebo v blízkosti průmyslových areálů. V konkrétních případech je za použití vhodného spektra vypočteno jednočíselné hodnocení. ČSN EN 1793-1:2013 popisuje modifikaci zkušební metody uvedené v mezinárodní normě ČSN EN ISO 354:2003 Akustika - Měření zvukové pohltivosti v dozvukové místnosti. Tato základní metoda je velmi přesná, zahrnuje korekce vlivu teploty a vlhkosti vzduchu na snížení hladiny zvuku během zkoušení. Hlavním výsledkem zkoušky, který se objektivně vztahuje ke zvukové pohltivosti pohlcující vrstvy stěny z lehkého betonu, je jednočíselná veličina zvukové pohltivosti DLα v dB, zaokrouhlená na celé číslo. Tato veličina vzniká vážením středních činitelů zvukové pohltivosti v třetinooktávových pásmu v rozsahu od 100 Hz do 5 kHz přes normalizované spektrum hluku silničního provozu nebo jiné normalizované spektrum (železnice, průmysl aj.). Normalizované spektrum hluku silničního provozu se používá k výpočtu jednočíselných veličin zvukové pohltivosti protihlukových stěn snižujících hluk silničního provozu v blízkosti pozemních komunikací; toto spektrum je definováno hladinami akustického tlaku z typické silniční dopravy váženými funkcí filtru zvukoměru A. Funkce A filtru zvukoměru zavádí do hodnocení zvuku vliv citlivosti lidského sluchu na zvuk různých kmitočtů v třetinooktávových pásmech kmitočtového rozsahu 100 Hz až 5000 Hz. Největší váhu mají proto kmitočty okolo 1000 Hz, kde je lidský sluch nejcitlivější. Obdobným způsobem je definováno normalizované spektrum hluku železničního provozu a mohu být definována i další spektra, záleží na konkrétní aplikaci. ČSN EN 1793-1:2013 bohužel zahrnuje i kontroverzní kategorizaci protihlukových stěn (kategorie A1 až A5 na základě měření v dozvukové komoře).

Tabulka 2: Kategorie zvukové pohltivosti (DLα)

Naměřené činitele zvukové pohltivosti v třetinooktávových pásmech v rozsahu od hodnoty 100 Hz do 5 kHz lze naštěstí zhodnotit i jinými jednočíselnými veličinami, které nám mohou pomoci přeložit DLα do srozumitelné řeči, neboť použití decibelů pro zvukovou pohltivost není úplně ideální. Jednočíselné hodnocení zvukové pohltivosti αw stanovené podle ČSN EN ISO 11654:1998 Akustika - Absorbéry zvuku používané v budovách - Hodnocení zvukové pohltivosti se používá k popisu akustických vlastností výrobků pohlcujících zvuk určených pro obvyklé použití v běžných kancelářích, chodbách, učebnách, nemocnicích, atd. Protihluková stěna není výrobkem pro obvyklé použití v budově, přesto je možné konfrontovat obě jednočíselné veličiny αw a DLα.

Role kategorie A3

Dostatečnou kategorií zvukové pohltivosti u protihlukových stěn s pohlcujícími vrstvami z lehčeného betonu pro silniční aplikace je jednoznačně A3. Tato kategorie společně s kategoriemi A4 a A5 odpovídá slovnímu popisu velmi vysoce zvukově pohlcující protihluková stěna. Současně jsou kategorie A3 až A5 ekvivalentem špičkových tříd zvukové pohltivosti pro budovy A až B (0,80 až 1,00), jež jsou definovány v ČSN EN ISO 11654:1998. Kategorii A2 můžeme považovat za stále dobrou úroveň se slovním popisem vysoce zvukově pohlcující protihluková stěna. Poslední kategorie A1 souvisí s velkou nejistotou ohledně výsledné zvukové pohltivosti, neboť její rozsah zahrnuje protihlukové stěny zvukově odrazivé až zvukově pohlcující. V praxi je proto vhodné vypisovat požadavky na zvukovou pohltivost těchto protihlukových stěn v rozsahu A2 až A3, nižší třídu A1 pokryjí i zvukově nepohlcující resp. zvukově odrazivé protihlukové stěny (např. DLα = 1 dB/A1 u protihlukové stěny z hutného betonu bez pohlcující vrstvy).

Vysoké třídy A4 a A5 nemají ve srovnání s třídou A3 opodstatnění z hlediska dalšího významnějšího snížení odraženého zvuku, viz typický ekvivalent ve formě αw = 0,85 pro A3 a αw = 0,95 pro A4. U protihlukové stěny s pohlcující vrstvou z lehčeného betonu kategorie A3 dochází k odražení 15 % dopadající zvukové energie ve srovnání s 5 % u stěny kategorie A4 a teoretickými 0 % u stěny kategorie A5. Pokud provedeme energetický součet pole odražených zvukových vln (odraz zvuku od protihlukové stěny) s primárním polem přímých zvukových vln, jež se přirozeně šíří od zdroje dopravního hluku, zjistíme, že kategorie A3 a A5 nevykazují objektivní rozdíl, většina dopadající zvukové energie je pohlcena a zbytková odražená část je maskována přímým zvukovým polem, v území nedochází k významnému zvyšování hladiny akustického tlaku vlivem odrazu zvuku od takové protihlukové stěny.

Pro potlačení zmiňovaných 3 dB v poli odražených zvukových vln je však jedno, zda bude v obývacím pokoji jedna sedací souprava či tři sedací soupravy. Již jedna sedací souprava je velmi účinným - zvukově pohlcujícím akustickým tělesem. Nemůžeme nikomu bránit, aby si za účelem ochrany proti odraženému zvuku instaloval do obývacího pokoje tři sedací soupravy. Nemůžeme nikomu bránit, aby navrhoval protihlukové stěny kategorie A5. V obou případech získáme obdobný účinek za více peněz ve srovnání se standardním řešením. Pro dlouhodobé snižování hluku z dopravy s pomocí protihlukových stěn je mnohem podstatnější správný geometrický návrh (poloha, dostatečná výška a délka protihlukové stěny) v daném území, trvanlivost protihlukové stěny a též její neprůzvučnost.

Čtěte také: metody pro dosažení klidného bydlení a práce

Komentář recenzenta doc. Ing. Jan Kaňka Ph.D., ČVUT Praha: Autor příspěvku vzájemně porovnává několik používaných metod jednočíselného hodnocení a třídění protihlukových clon z hlediska zvukové pohltivosti jejich povrchu. Reflektuje tak skutečnost, že tyto metody mohou dobře sloužit k hodnocení kvality stavebních výrobků pro komerční účely, například pro stanovení jejich ceny, avšak vypovídací hodnota jednočíselných hodnot zvukové pohltivosti ve smyslu ochrany obyvatelstva před hlukem je velmi malá. Navíc pro úroveň této ochrany není zpravidla zvuková pohltivost protihlukových stěn rozhodující. K hodnocení ochrany zdraví uživatelů prostoru v okolí hlučných komunikací slouží veličina akustické imise - ekvivalentní hladina akustického tlaku A. Ke stanovení případného vlivu zvukové pohltivosti protihlukových stěn na hodnotu této veličiny je potřeba znát hodnoty činitele zvukové pohltivosti v pásmech oktávových nebo třetinooktávových. Vyhodnocené jednočíselné hodnoty zvukové pohltivosti jsou pro tento účel spíše matoucí.

Konstrukce protihlukových stěn z lehčeného betonu

Pohltivý panel KSP-PL Liadur je tvořen nosnou vrstvou betonu třídy C 30/37 XF4 a pohltivou vrstvou z lehkého mezerovitého betonu. Železobetonové panely se v závislosti na tloušťce nosné a pohltivé vrstvy mohou vyrábět se zvukovou pohltivostí A2 až A5. Panely mohou být jednostranně nebo oboustranně pohltivé, lícová strana má zpravidla povrch ve tvaru svislé trapézové vlny, rubová strana je vždy rovná. Soklové panely mohou být vyráběny v tl. 110 mm až 180 mm. Nosným prvkem pro akustické výplňové a soklové panely jsou železobetonové sloupky tvaru H. Osazují se v základní osové vzdálenosti 4,0 a 6,0 m do prefabrikovaných žb. patek nebo jsou zabetonovány do hlav pilot.

U pohltivých protihlukových stěn (jednoduchých - monolitických) tvoří vnější vrstvu materiál s vysokým činitelem zvukové pohltivosti přeměnou akustické energie na expanzní práci periodicky stlačovaného vzduchu v pórech. Při návrhu zvukopohltivého materiálu je tedy hlavní požadavek kladen na to, aby měl daný materiál pokud možno co největší možné množství pórů (podmínkou je otevřená pórovitost) a dále na to, aby distribuce pórů odpovídala požadavku na pohltivost materiálu v jistých frekvenčních oblastech. Dále obecně platí, že čím je větší aktivní povrch protihlukových stěn, tím je vyšší stupeň absorpce hluku, kterého lze dosáhnout různými kombinacemi tloušťky žeber, popř. osovými vzdálenostmi žeber z různých pohltivých materiálů. Obtížnější je zajistit zvukovou pohltivost stěny. V místech, kde jsou potřebné oboustranné protihlukové bariéry, je nezbytné, aby byly tyto stěny provedeny jako vysoce absorpční, neboť jinak dochází k odrazu zvukových vln šikmo nahoru a tedy nad protihlukovou stěnu na protější straně silnice.

Mechanické vlastnosti a systémy betonových protihlukových stěn v ČR

Mechanické vlastnosti protihlukových stěn se stanoví podle ustanovení, která jsou uvedena v ČSN EN 1794. V normě ČSN EN 1794-1 jsou popsány požadavky na mechanické vlastnosti protihlukových stěn bez ohledu na druh použitého materiálu. ČSN EN 1794-2 - Část 2: Obecné požadavky na bezpečnost a životní prostředí jsou popsány požadavky na bezpečnost a životní prostředí při výstavbě a provozu protihlukových zařízení.

Nejčastěji používaným systémem v České republice je systém betonových protihlukových stěn. Stěna se v těchto případech dělí na nosnou a pohltivou část. Nosná část je vyrobená z železobetonu, která při dodržení předepsaného způsobu vyztužení vyhovuje pro stanovené zatížení požadavkům na únosnost a mezní deformaci podle ČSN EN 1794-1:1997 pro instalaci ve svislé poloze. Stejně tak i soklové panely, které jsou příslušenstvím systému. Dalším příslušenstvím je železobetonový sloupek protihlukových stěn, který je určen pro osazení samotných protihlukových stěn a soklových panelů a má průřez ve tvaru písmene H. Sloupy jsou konstruovány pro osazení výhradně ve svislé poloze. Osová vzdálenost sloupu se určuje podle výšky protihlukové stěny pro konkrétní použití. Akustické vlastnosti protihlukové stěny se stanovují současně s příslušným sloupkem.

Povrch pohltivé vrstvy na straně vozovky bývá vybaven vlnovou, resp. trapézovou strukturou, která zajišťuje vysoký absorpční účinek. Odvrácená strana může být hladká, příp. ji lze opatřit lamelovou strukturou či jinou povrchovou úpravou. Nejčastěji používaným materiálem pro pohltivou vrstvu betonových protihlukových stěn je lehké keramické kamenivo úzké frakce, dále pak dřevocement a drobnozrnný mezerovitý beton z přírodního kameniva úzké frakce (křemičité písky).

Z hlediska vhodných opatření pro Českou republiku v současnosti protihlukové stěny představují zřejmě nejčastější řešení při snižování (omezování) hluku z dopravy. Z hlediska tvaru bývá upřednostňován svislý tvar z betonových dílců, dále nachází uplatnění též dřevo nebo plast. V poslední době také v malé míře nalézá své uplatnění vedle speciálních polymerů například i odpadní pryž, sklo, lehké kovy nebo kombinace více materiálů či kompozitů.

tags: #protihlukova #stena #beton

Oblíbené příspěvky:

• Více o letounu Fly Baby
• Zjistěte více o sanaci prasklin v betonu
• oprava betonových trhlin
• Izolační skla pro špaletová okna
• Jak na odolnou žvýkačku na dlažbě