Ako vplýva povrch vozoviek na dopravný hluk? Hodnotenie priniesla metóda Statistical Pass-By

Prezentované objektivizované výsledky výskumu môžu v prípade akceptácie kompetentnými pracovníkmi napomôcť korektnej implementácii tejto metodiky do predikcie hluku od cestnej dopravy v zmysle požiadaviek cestného zákona [11].

Prezentované výsledky výskumu slúžia ako podklad pre možnosť korektného zohľadnenia vplyvu nárastu počtu automobilov na hlukovú záťaž okolia pozemných komunikácií [3]. Aktuálne sa aj na Slovensku zavádza spoločná metodika CNOSSOS-EU na tvorbu strategických hlukových máp [10].

Prezentované objektivizované výsledky výskumu môžu v prípade akceptácie kompetentnými pracovníkmi napomôcť korektnej implementácii tejto metodiky do predikcie hluku od cestnej dopravy v zmysle požiadaviek cestného zákona [11].

Úvod

Medzinárodná organizácia pre normalizáciu ISO (Technical committees ISO/TC 43, Acoustic, Subcommittee SC 1, Noise) spracovala v rámci ISO 11819 tieto základné postupy na hodnotenie vplyvu povrchu vozoviek na dopravný hluk:

• Part 1: Statistical Pass-By method,
• Part 2: Close-proximity method,
• Part 3: Reference tyres (od r. 2017 špecifikuje dva druhy referenčných pneumatík pri použití CPX (Close-proximity) metódy špecifikovanej v norme ISO 11819-2).

Statistical Pass-By (SPB) method sa dostala do slovenských technických noriem prostredníctvom STN EN ISO 11819-1 [1], podľa ktorej sa na pracovisku autorov uskutočňuje od roku 2007 meranie vplyvu povrchu vozoviek na dopravný hluk.

Na Katedre cestného a environmentálneho inžinierstva Stavebnej fakulty Žilinskej univerzity v Žiline (KCEI SvF UNIZA) bola vytvorená metodika merania a vyhodnocovania indexu SPBI v rámci riešenia projektu SPENS [2]. Autori tohto príspevku implementovali svoje vedecké skúsenosti do riešenia projektu iCoTS [3], v rámci ktorého sa prioritne venujú holistickému konceptu trvalo udržateľnej prípravy, výstavby a správy (TUPVS) integrovanej dopravnej infraštruktúry Slovenska.

Posúdenie vplyvov elektromobility na trvalo udržateľný ekosystém mobility možno z hľadiska stanoveného cieľa, ktorým je vytvorenie optimalizačného systému na prijímanie rozhodnutí pri budovaní trvalo udržateľného dopravného systému a tvorbu dopravných stratégií v rámci SR a EÚ, zaradiť do kategórie TRL3 Experimentálny dôkaz koncepcie.

Úrovne technologickej pripravenosti (TRL, Technology Readiness Level) sú metódou na odhadovanie vyspelosti technológií počas fázy akvizície programu, ktorý vyvinula NASA v 70. rokoch 20. storočia [4]. V súlade s koncepciou TRL autori na základe simulačných aktivít overovali možnosti optimalizovania dopravných väzieb medzi záujmovými subsystémami (vozidlo – vozovka – životné prostredie – užívatelia – celospoločenské náklady) so silným akcentom na výskum faktorov kvality ovzdušia [5] a na mieru vznikajúcich hlukových imisií [4].

Úroveň hlukových a odpadových imisií môžeme korektne objektivizovať priamymi meraniami, resp. formou matematických simulácií (predikcií) v kalibrovaných výpočtových modeloch, pre ktoré však potrebujeme poznať kredibilitné predikčné modely vývoja vplyvu povrchu vozoviek na dopravný hluk.

Štatistický index pri prejazde SPBI (Statistical Pass-by Index)

Emisie a šírenie hluku z cestnej dopravy sú výrazne determinované charakteristikami povrchu vozovky, a to najmä textúry a pórovitosti. Obidve tieto charakteristiky ovplyvňujú generovanie hluku medzi pneumatikou a vozovkou (tyre/road noise, rolling noise – obr. 1), pričom pórovitosť môže navyše ovplyvniť šírenie zvuku, a to najmä vtedy, ak sa šírenie uskutočňuje blízko povrchu vozovky.

Hluk pohonnej jednotky (engine noise), generovaný zvyčajne vo väčšej výške nad povrchom vozovky ako valivý hluk, môže byť tiež ovplyvnený počas šírenia pórovitosťou povrchu vozovky.

Uvedené skutočnosti vedú k rozdielom v hladinách hluku pri rovnakých intenzitách a zložení dopravného prúdu (podľa STN EN ISO 11819-1 až do 15 dB), čo môže mať značný vplyv na kvalitu životného prostredia v okolí pozemných komunikácií a na z toho sa odvíjajúce ceny nehnuteľností a výšku ich prenájmu. Je preto dôležité, aby bolo možné merať vplyv povrchových charakteristík vozovky na rolling noise štandardizovanou metódou.

V rámci projektu SPENS sa v roku 2008 začali merania na štyroch meracích stanoviskách (MS). MS1 bolo situované pri ceste I/61 v Dolnom Hričove pri autobusovej zastávke na hlavnej ceste smerom do Žiliny (obr. 2) a uskutočňovali sa na ňom opakované merania od pokládky novej obrusnej vrstvy krytu vozovky (AC 11 obrus; I) 18. 6. 2008. Index SPBI predstavuje svetovo najpoužívanejšiu charakteristiku zohľadňujúcu vplyv povrchu vozovky na dopravný hluk a je vyhodnocovaný podľa rovnice (1)

kde:

SPBI je štatistický index pri prejazde (Statistical Pass-by Index) pri normalizovanej skladbe ľahkých a ťažkých vozidiel,
L₁, L_2a, L_2b – hladiny akustického tlaku vozidla pre kategórie vozidiel 1, 2a, 2b,
W₁, W_2a, W_2b – váhové súčinitele, ktoré zodpovedajú predpokladaným pomerom kategórií vozidiel v dopravnom prúde,
v₁, v_2a, v_2b – referenčné rýchlosti jednotlivých kategórií vozidiel.

Na MS1 sa posledné meranie uskutočnilo v rámci riešenia grantového projektu KOR 2019 pre študentov a mladých vedeckých a pedagogických zamestnancov UNIZA Ekonomické aspekty degradácie povrchu vozoviek z hľadiska hlukovej záťaže ich okolia dňa 23. 6. 2020 (obr. 3). Namerané údaje sa vyhodnotili v laboratóriu KCEI SvF UNIZA 24. 6. 2020 (obr. 4).

Vývoj SPBI v závislosti od počtu prejazdov všetkých vozidiel

Na obr. 5 je znázornené porovnanie výsledkov meraní pri referenčných kategóriách vozidiel z rokov 2008 a 2020. Na obr. 5 vpravo dole prezentujú autori objektivizovanú korelačnú závislosť nárastu hodnôt SPBI od počtu prejazdov všetkých vozidiel na MS1. Uvedená obrusná vrstva vozovky (AC 11 obrus) predstavuje typickú asfaltovú zmes pre obrusné vrstvy vozoviek ciest I. až III. tried, ktorých bolo k 1. 1. 2020 spolu 17 304 km [6].

Z toho bolo:

• 3 333 km ciest I. triedy,
• 3 631 km ciest II. triedy,
• 10 340 km ciest III. triedy.

Uvedená dĺžka 17 304 ciest I. až III. triedy predstavuje z celkovej dĺžky siete verejných pozemných komunikácií SR 44 014 km 39,3 %, pričom tieto cesty majú v 99,1 % bitúmenový povrch (dnes sa môžu navrhovať len asfaltové kryty).

Na MS2 na diaľničnej vozovke D3 Hričovské Podhradie – Žilina (Strážov) sa posledné meranie uskutočnilo 20. 10. 2017, pričom počas celého obdobia merania (od roku 2008 do roku 2017) nedošlo k zmene obrusnej vrstvy SMA 11 PMB. Komparácia výsledkov regresných priamok maximálnych hladín hluku od logaritmu okamžitej rýchlosti jazdy pri meraniach z 8. 7. 2008 a 20. 10. 2017 je na obr. 7.

Záver

V príspevku sú prezentované výsledky 12-ročného výskumu autorov z oblasti objektivizácie vplyvu povrchu vozoviek na hlukovú záťaž ich okolia. Autorom sa podarilo objektivizovať korelačné závislosti zmeny hodnôt SPBI od počtu prejazdov všetkých vozidiel pri týchto obrusných vrstvách vozoviek:

• asfaltový betón pre obrusné vrstvy AC 11 obrus (MS1) – typická obrusná vrstva asfaltových vozoviek pre cesty I. až III. triedy,
• asfaltový koberec mastixový SMA 11 PMB (MS2) – typická obrusná vrstva asfaltových vozoviek pre diaľnice, rýchlostné cesty a cesty I. triedy s vysokým počtom prejazdov nákladných vozidiel.

Dlhoročné výskumné aktivity abstrahovali autori do obr. 6, z ktorého sa dajú vyvodiť tieto závery:

• po prejazde 1, 10 a 50 miliónov všetkých vozidiel po AC 11 obrus (MS1) sa zistil nárast SPBI o 1, 3 a 4 dB,
• po prejazde 1, 10 a 50 miliónov všetkých vozidiel po SMA 11 PMB (MS2) sa zistil nárast SPBI o 1, 4 a 5,5 dB.

Hodnoty SPBI sa síce počítajú z maximálnych hladín hluku, ale pri ustálenom dopravnom prúde sa s vysokou mierou pravdepodobnosti dá anticipovať obdobný nárast ekvivalentných hladín A zvuku, čo je rozhodujúca hodnota z aspektu splnenia prípustných hladín hluku vo vonkajšom prostredí v zmysle relevantnej vyhlášky MZ SR č. 549/2007 Z. z. [7].

Prezentované výsledky výskumu slúžia ako podklad pre možnosť korektného zohľadnenia vplyvu nárastu počtu automobilov na hlukovú záťaž okolia pozemných komunikácií [3]. Aktuálne sa aj na Slovensku zavádza prostredníctvom smernice komisie EÚ 2015/996 [9] spoločná metodika CNOSSOS-EU (Common NOise aSSes-sment methOdS) na tvorbu strategických hlukových máp [10].

Prezentované objektivizované výsledky výskumu môžu v prípade akceptácie kompetentnými pracovníkmi napomôcť korektnej implementácii tejto metodiky do predikcie hluku od cestnej dopravy v zmysle požiadaviek cestného zákona [11].

Príspevok vznikol vďaka podpore v rámci Operačného programu Integrovaná infraštruktúra 2014 – 2020 pre projekt Inovatívne riešenia pohonných, energetických a bezpečnostných komponentov dopravných prostriedkov, s ITMS kódom projektu 313011V334, spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.

Literatúra

1. STN EN ISO 11819-1. Akustika. Meranie vplyvu povrchu vozoviek na dopravný hluk. Časť 1: Štatistická metóda pri prejazde (ISO 11819-1: 1997), 2002.
2. ĎURČANSKÁ, D. a kol.: Project SPENS – Sustainable pavement for European new member states. In Communications : scientific letters of the University of Žilina. Vol. 15, no. 2 (2013), p. 49 – 55.
3. Výskumno-vývojový zámer projektu na podporu dlhodobého strategického výskumu – dopravné prostriedky pre 21. storočie. Projekt: Inovatívne riešenia pohonných, energetických a bezpečnostných komponentov dopravných prostriedkov (Acronym: iCoTS). Operačný program Integrovaná infraštruktúra 2014 – 2020 spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.

4. DECKÝ, M., TROJANOVÁ, M., HODÁSOVÁ, K. a kol.: Objektivizácia vplyvu degradácie asfaltových krytov cestných vozoviek na hlukovú záťaž ich okolia. In Fyzikálne Faktory Prostredia časopis o problematike fyzikálnych faktorov prostredia. Mimoriadne číslo, roč. XI., november 2020, s. 19 – 22.
5. JANDAČKA, D., ĎURČANSKÁ, D., KOVAĽOVA, D. (2019): Concentrations of traffic related pollutants in the vicinity of different types of urban crossroads. In Communications – Scientific Letters of the University of Zilina, 21 (1), p. 49 – 58.

6. https://www.ssc.sk/sk/Aktualne.ssc, 21. 6. 2021.
7. Vyhláška MZ SR č. 549/2007, ktorou sa ustanovujú podrobnosti o prípustných hodnotách hluku, infrazvuku a vibrácií a o požiadavkách na objektivizáciu hluku, infrazvuku a vibrácií v životnom prostredí.
8. BUGALA, M., SOBOTA, J., DECKÝ, M. kap. 5. Hodnotenie hluku a vibrácií v životnom prostredí, s. 221- 279. In DECKÝ, M. a kol.: Objektivizácia mechanického kmitania indukovaného cestnou dopravou. vedecká monografia EDIS – vydavateľstvo ŽU 2019, s. 279.
9. Smernica Komisie (EÚ) 2015/996 z 19. mája 2015, ktorou sa ustanovujú spoločné metódy posudzovania hluku podľa smernice Európskeho parlamentu a Rady 2002/49/ES.

10. KEPHALOPOULOS, S., PAVIOTTI, M., ANFOSSO-LÉDÉE, F.: Common Noise Assessment Methods in Europe (CNOSSOS-EU). To be used by the EU Member States for strategic noise mapping following adoption as specified in the Environmental Noise Directive 2002/49/EC. JRC reference report s, © European Union, 2012, p. 180, ISBN 978-92-79-25281-5 (pdf ).
11. Zákon č. 135/1961 Zb. Zákon o pozemných komunikáciách (cestný zákon) v znení neskorších predpisov.

Martin Decký a Matúš Kováč pôsobia na Katedre cestného a environmentálneho inžinierstva SvF Žilinskej univerzity v Žiline, Katarína Hodásová a Matej Brna sú interní doktorandi na tejto katedre. Mária Trojanová pôsobí na Katedre technológie a manažmentu stavieb SvF Žilinskej univerzity v Žiline.

Článok bol publikovaný v časopise Inžinierske stavby 03/2021.