Objektivizácia hlukových indikátorov zariadení na zníženie hluku zo železničnej dopravy vo vonkajšom prostredí

Hluk zo železničnej dopravy má významný vplyv na psychoakustickú kvalitu životného prostredia a pracovný výkon človeka. Na zníženie hluku zo železničnej dopravy vplývajú návrh, realizácia a následne verifikácia akustických parametrov protihlukových stien (PHS). Verifikácia akustických parametrov pomáha odhaľovať nedostatky a prípadnú zmenu akustických parametrov, a to nielen pri realizácii, ale aj vplyvom degradácie počas životnosti protihlukovej steny.

Hluk spôsobený železničnou dopravou vnímajú obyvatelia v jej okolí ako najrušivejšiu charakteristiku mechanického kmitania indukovaného prejazdmi vlakov (obr. 1). Tento hluk má pritom významný vplyv na psychoakustickú kvalitu životného prostredia a pracovný výkon človeka [1]. Na objektivizáciu hluku zo železničnej dopravy sú v súčasnosti rozhodujúcimi predpismi zákon č. 355/2007 Z. z. [2] a vyhláška MZ SR
č. 549/2007 Z. z. [3].

V zákone č. 355/2007, § 27 Hluk, infrazvuk a vibrácie v životnom prostredí, sa vo vzťahu k opisovanej problematike uvádza, že prevádzkovateľ dráhy je povinný zabezpečiť, aby expozícia obyvateľov a ich prostredia bola čo najnižšia a neprekročila prípustné hodnoty pre deň, večer a noc, ustanovené vykonávacím predpisom (vyhláška MZ SR č. 549/2007 Z. z.).

Zariadenia na zníženie hluku zo železničnej dopravy, najčastejšie protihlukové steny, sú v dnešných časoch neoddeliteľnou súčasťou a významnou finančnou položkou pri výstavbe a rekonštrukcii železničných tratí (tab. 1). Protihluková stena (PHS) je zariadenie zabraňujúce priamemu prenikaniu zvuku železničnej dopravy do priľahlého okolia [4].

Protihluková stena (PHS) je charakterizovaná rádovým rozdielom medzi výškou a dĺžkou na jednej strane a hrúbkou na druhej strane [5].  Vzhľadom na to je nutné zabezpečiť primeranú kontrolu kvalitatívnych akustických parametrov v mieste trvalej inštalácie a v mieste hodnotenom v zmysle hygienických limitov, a to v čase inštalácie a v primeranom časovom intervale.

Skúšobné metódy podľa STN EN 16272-4 [7], STN EN 16272-5 [8] a STN EN 16272-6 [9] sú určené na stanovenie akustických vlastností zvukovej difrakcie, odrazu a nepriezvučnosti a kvalifikovanie zariadení, ktoré majú byť inštalované pozdĺž železničnej trate v poli priameho zvukového poľa, ako aj na overenie zhody inštalovaných zariadení na zníženie hluku s navrhovanými špecifikáciami vo fáze projekcie. Pravidelná aplikácia skúšobných metód slúži aj na overenie dlhodobých vlastností zariadení na zníženie hluku.

Kontrola imisných hlukových indikátorov

Prípustné hodnoty určujúcich veličín hluku vo vonkajšom prostredí sú určené v prílohe vyhlášky MZ SR č. 549/2007 Z. z. v tabuľke č. 1, a to pre jednotlivé typy zdrojov hluku a pre jednotlivé kategórie územia, pretože je zrejmé, že nemôžu byť rovnaké pre všetky typy zdrojov hluku v chránených vonkajších priestoroch. Prípustné hodnoty pre železničné dráhy sú uvedené v tab. 2, avšak vo všeobecnosti by hodnota hluku vo vonkajšom prostredí mala byť čo najnižšia.

• a) Prípustné hodnoty platia pre suchý povrch vozovky a nezasnežený terén; ak ide o sezónne zariadenia, hluk sa hodnotí v podmienkach, ktoré je možné pri ich
  prevádzke predpokladať.
• b) Pozemná doprava je doprava na pozemných komunikáciách vrátane električkovej dopravy.
• c) Zastávky miestnej hromadnej dopravy, autobusovej, železničnej, vodnej dopravy a stanovištia taxislužieb určené na nastupovanie a vystupovanie osôb sa hodnotia
  ako súčasť pozemnej a vodnej dopravy.
• d) Prípustné hodnoty pred fasádou nebytových objektov sa uplatňujú v čase ich používania, napr. pri školách počas vyučovania a pod.

V chránenom vnútornom priestore budov (najmä vo vnútornom obytnom prostredí) je prakticky vždy len jedna limitná hodnota pre každý typ chráneného vnútorného priestoru bez ohľadu na kategóriu vonkajšieho prostredia.

Stavebné prvky, konštrukcie a zariadenia, ktoré chránia vnútorné prostredie budov pred hlukom prenikajúcim z vonkajších a vnútorných zdrojov, musia zabezpečiť prípustné hodnoty pri súčasnom zabezpečení ostatných vlastností chránenej miestnosti (napríklad vetranie, vykurovanie, osvetlenie)

Medzi stavebné prvky, konštrukcie a zariadenia na zníženie hluku zo železničnej dopravy radíme okrem iných aj protihlukovú stenu, ktorá je na základe predikčného modelu eliminácie prekročenia prípustných úrovní hlukovej záťaže zo železničnej dopravy definovaná dĺžkou, výškou, geometriou a týmito charakteristickými akustickými veličinami:

• difrakcia DLDI (EN 16272-4),
• odrazivosť DLRI (EN 16272-5),
• izolácia DLSI (EN 16272-6),
• vložený útlm DIL (EN 16272-7).

Modelový výpočet účinnosti PHS znižujúcej hlukovú záťaž zo železničnej dopravy

Európska komisia vyvinula spoločné metódy hodnotenia hluku (Common NOise aSSessment methOdS CNOSSOS-EU) pre hluk z ciest, železníc, lietadiel a priemyslu, ktoré sa majú používať po prijatí členskými štátmi na strategické hlukové mapovanie. Metodický rámec CNOSSOS-EU tvorí základ pre zmenu a doplnenie prílohy II k smernici Európskeho parlamentu a Rady 2002/49/ES týkajúcej sa hodnotenia a riadenia environmentálneho hluku v Európe.

CNOSSOS-EU sa zameriava na zlepšenie konzistentnosti a porovnateľnosti výsledkov hodnotenia hluku v rámci členských štátov EÚ [10]. Na ilustráciu aplikácie CNOSSOS-EU v oblasti znižovania hluku zo železničnej dopravy uvádzame nasledujúci príklad. Na dodržanie limitných hladín hluku zo železničnej dopravy pred oknom obytného súboru vo výške 1,5 m a vo vzdialenosti  25 m od koľaje navrhneme predikciou PHS s výškou h = 3 m.

Na základe vykonanej modelovej predikcie hluku v chránenom vonkajšom obytnom priestore predpokladáme pri aplikácii protihlukovej steny s výškou 3 m zníženie hladiny hluku LAeq, s PHS oproti hladine hluku bez aplikácie protihlukovej steny LAeq, bez PHS vo vonkajšom chránenom priestore obytného domu podľa nasledujúceho vzťahu:∆LAeq = LAeq,bez PHS – LAeq,s PHS = 80 – 70 = 10 dB DIL > 10,0 dB (hodnota prekročenia prípustných hodnôt hluku)

DIL (vložený útlm protihlukovej steny) je rozdiel hladín akustického tlaku v mieste príjmu pred inštalovaním steny (bez steny) a po jej nainštalovaní (EN 16272-7).
Navrhovaná veličina izolácie DLSI = DLDI (difrakcia) + K, pričom K je konštanta, ktorá vyjadruje rozdiel vlastnosti PHS pre veličiny izolácie DLSI a veličiny difrakcie DLDI:

• K = 6 dB, dosiahnutý účinok difrakcie sa zníži o 1,0 dB (Česká republika)
• K = 10 dB, dosiahnutý účinok difrakcie sa zníži o 0,3 dB (Rakúsko)
• K = 15 dB, dosiahnutý účinok difrakcie sa zníži o 0,1 dB (Slovenská republika)

Zníženia dosiahnutého vloženého útlmu PHS pri veličine difrakcie DLDI = 10 dB a konštantnej výške PHS h = 3 m sú podľa použitej izolácie (nepriezvučnosti) nasledujúce:

• Použitím PHS s veličinou izolácie DLSI = 16 dB, čiže K = 6 dB, znížime dosiahnutý účinok difrakcie o 1,0 dB.
• Použitím PHS s veličinou izolácie DLSI = 20 dB, čiže K = 10 dB, znížime dosiahnutý účinok difrakcie o 0,3 dB.
• Použitím PHS s veličinou izolácie DLSI = 25 dB, čiže K = 15 dB, znížime dosiahnutý účinok difrakcie o 0,1 dB.

Na deklarovanie zvukovej nepriezvučnosti (izolácie) sa používajú dve normy, každá pre špecifickú oblasť deklarovania skúšobných metód podľa použitia zariadenia na zníženie hluku zo železničnej dopravy v difúznom zvukovom poli, alebo v podmienkach priameho zvukového poľa in situ. Ide o normy:

• STN EN 16272-2:2014 Železnice. Koľaj. Protihlukové bariéry a súvisiace zariadenia proti šíreniu zvuku. Skúšobná metóda určovania akustických vlastností. Časť 2: Vlastné charakteristiky. Laboratórna vzduchová nepriezvučnosť v podmienkach difúzneho zvukového poľa.
• STN EN 16272-6:2015 Železnice. Koľaj. Protihlukové bariéry a súvisiace zariadenia proti šíreniu zvuku. Skúšobná metóda určovania akustických vlastností. Časť 6: Vlastné charakteristiky. Hodnoty vzduchovej nepriezvučnosti v podmienkach priameho zvukového poľa in situ.

Potvrdenie účinnosti zariadenia na zníženie hluku zo železničných dráh v zmysle hygienických limitov

Okrem potvrdenia akustických parametrov zariadení na zníženie hluku zo železničnej dopravy v mieste trvalej inštalácie je potrebné aj potvrdenie účinnosti v hodnotenom mieste v zmysle prípustných hodnôt určujúcich veličín hluku vo vonkajšom prostredí zo železničnej dopravy, ktoré definuje vyhláška MZ SR č. 237/2009 Z. z. [12].

Takéto potvrdenie účinnosti sa vykonáva formou 24-hodinových kontinuálnych meraní úrovní hluku zo železničnej dopravy a porovnaním nameraných hodnôt s prípustnými hodnotami hluku zo železničnej dopravy.

Na zabezpečenie dôveryhodnosti nameraných výsledkov je vhodné opakovať meranie v rôznych vegetačných a meteorologických podmienkach v trvaní minimálne piatich po sebe nasledujúcich dní tak, aby bolo možné zachytiť vývoj a dynamiku dopravnej situácie a zabezpečiť dostatok nameraných hodnôt na konštatovanie o splnení alebo nesplnení požiadaviek.

Metódou spojitej integrácie sa pomocou monitorovacej stanice zaznamenáva celkový zvuk (úplne obklopujúci zvuk v danej situácii v danom čase, zvyčajne zvuk zložený z viacerých blízkych a vzdialených zdrojov v zmysle STN ISO 1996-1), z ktorého sa následne vyjadruje použitím časového (získaného meracím prístrojom), vizuálneho a zvukového záznamu špecifický zvuk zo železničných dráh (pomocou substrakcie hodnôt sledovanej veličiny) počas prevádzky sledovanej železničnej dráhy.

Spolu s meranými akustickými parametrami sa zaznamenávajú aj meteorologické údaje a audiovizuálny záznam. V prípade viacdňových meraní je vhodné použiť monitorovaciu stanicu s online prenosom a sledovaním nameraných údajov a s možným okamžitým prístupom k nameraným údajom, resp. upozornením v prípade neočakávaných udalostí tak, aby bol zabezpečený korektný priebeh meraní (obr. 5).

Záver

Verifikácia akustických parametrov protihlukových stien in situ v okolí železničnej dráhy a  zariadení na zníženie hluku zo železničnej dopravy zohráva významnú rolu pri návrhu, realizácii a správe železničných tratí.

Pomáha odhaľovať nedostatky a prípadnú zmenu parametrov, a to nielen pri realizácii, ale aj vplyvom degradácie počas obdobia životnosti PHS, čím môže významne pomôcť pri plánovaní starostlivosti o dané zaradenia, a tým aj k efektívnemu vynakladaniu verejných zdrojov.

Prezentované poznatky si dovoľujeme abstrahovať do nasledujúcich odporúčaní:

Vlastné charakteristiky PHS musia mať jednočíselnú veličinu odrazu zvuku:

• DLRI ≥ 7 (STN P CEN/TS 16272-5) s výnimkou použitia priehľadných odrazivých PMMA panelov na mostoch s hodnotou DLRI < 1 (STN P CEN/TS 16272-5) a jednočíselnú veličinu nepriezvučnosti pre pohltivé aj odrazivé PHS prvky – DLSI, E ≥ 28, pre PHS stĺpiky DLSI, P ≥ 28 (EN 16272-6) a celková vzorka PHS má DLSI, G ≥ 28 (EN 16272-6).
• Umiestnenie PHS treba prispôsobiť zmenám terénu pri prechode do zárezu. Pri návrhu jednotlivých objektov protihlukových stien je potrebné postupovať v zmysle dosiahnutia plynulých prechodov a prekrytí PHS a v súlade s prílohou hlukovej mapy.

Takisto je potrebné zosúladiť staničenia so súvisiacimi objektmi pri vetvách, napojeniach, prekrytiach a pod. (napr. mosty, múry, ekodukty, ORL…) tak, aby bolo dodržané spojité krytie.

• Na základe výsledkov meraní in situ v okolí železničnej trate v obytných zónach treba zvážiť využitie doplnkových zariadení na navrhované PHS vo forme zvukových rezonátorov umiestnených na vrchnú hranu PHS, a to pri zachovaní prechodového prierezu a voľného manipulačného priestoru v zmysle predpisov ŽSR.

Zhotoviteľ zabezpečí v rámci stavby odborne spôsobilou osobou prostredníctvom akreditovaných laboratórnych pracovísk podľa STN EN ISO/IEC 17025 monitoring hluku, vibrácií a otrasov in situ v podmienkach priameho zvukového poľa na overenie reálneho účinku PHS z pohľadu zníženia hlukovej záťaže v dotknutom okolí posudzovanej železničnej dráhy.

Prepočet jednotlivých výsledkov akustických parametrov z difúzneho zvukového poľa (DLR a DLa) na výsledky priameho zvukového poľa in situ (DLRI, DLSI,G atď.) je nemožný z dôvodu ich rozdielnej fyzikálnej podstaty. Nikdy nebude existovať štandardizovaný vzorec na prepočet.

Deklarovanie laboratórnych hodnôt zvukovej pohltivosti a vzduchovej nepriezvučnosti získaných v difúznom poli na akustické zariadenia, ktoré budú inštalované vo voľnom poli zvukových vĺn in situ, je nonsens.

Tento článok 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. Sobota, J. – Bugala, M.: kap. 5. Hodnotenie hluku a vibrácií v životnom prostredí, s. 222 – 280. In DECKÝ, M. a kol. (2019): Objektivizácia mechanického kmitania indukovaného cestnou dopravou. Vedecká monografia, Žilinská univerzita v Žiline, EDIS-vydavateľstvo ŽU s. 279.
2. Zákon č. 355/2007 Z. z. o ochrane, podpore a rozvoji verejného zdravia a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov.
3. Vyhláška Ministerstva zdravotníctva Slovenskej republiky č. 549/2007 Z. z, ktorou sa ustanovujú podrobnosti o prípustných hodnotách hluku, infrazvuku a vibrácií a o požiadavkách na objektivizáciu hluku, infrazvuku a vibrácií v životnom prostredí.
4. STN EN 1794-1+AC: 2020 Zariadenia na zníženie hluku z cestnej dopravy. Neakustické vlastnosti. Časť 1: Mechanické vlastnosti a požiadavky na stabilitu. Časť 1: Mechanické vlastnosti a požiadavky na stabilitu, preklad prof. Dr. Ing. Martin Decký.
5. Archív Klubu ZPS vo vibroakustike, s. r. o.
6. Trojanová, M. – Hodásová, K. & Kleštincová, M. (2022). Contextual Design of Road Traffic Noise Reducing Devices. Civil And Environmental Engineering Reports, 18(2), 515 – 522.
7. STN EN 16272-4: 2017 Železnice. Koľaj. Protihlukové bariéry a súvisiace zariadenia proti šíreniu zvuku. Skúšobná metóda určovania akustických vlastností. Časť 4: Hodnoty in situ zvukovej difrakcie za podmienok priameho zvukového poľa.
8. STN P CEN/TS 16272-5: 2014 Železnice. Koľaj. Protihlukové bariéry a súvisiace zariadenia proti šíreniu zvuku. Skúšobná metóda určovania akustických vlastností. Časť 5: Vlastné charakteristiky. Hodnoty zvukovej odrazivosti v podmienkach priameho zvukového poľa in situ.
9. STN EN 16272-6: 2015 Železnice. Koľaj. Protihlukové bariéry a súvisiace zariadenia proti šíreniu zvuku. Skúšobná metóda určovania akustických vlastností. Časť 6: Vlastné charakteristiky. Hodnoty vzduchovej nepriezvučnosti v podmienkach priameho zvukového poľa in situ.
10. Spoločné metódy hodnotenia hluku v Európe (CNOSSOS-EU), Európska komisia.
11. STN EN 16272-3-2: 2014 Železnice. Koľaj. Protihlukové bariéry a súvisiace zariadenia proti šíreniu zvuku. Skúšobná metóda určovania akustických vlastností. Časť 3-2: Normalizované spektrum železničného hluku a jednočíselná hodnotiaca veličina pre aplikácie priameho poľa.
12. Vyhláška Ministerstva zdravotníctva Slovenskej republiky č. 237/2009 Z. z., ktorou sa mení a dopĺňa vyhláška Ministerstva zdravotníctva Slovenskej republiky č. 549/2007 Z. z., ktorou sa ustanovujú podrobnosti o prípustných hodnotách hluku, infrazvuku a vibrácií a o požiadavkách na objektivizáciu hluku, infrazvuku a vibrácií v životnom prostredí.

TEXT: Ing. Mgr. Michal Bugala, Ing. Ján Sobota, Ing. Ján Šimo, CSc., – všetci pôsobia v spoločnosti Klub ZPS vo vibroakustike v Žiline, prof. Dr. Ing. Martin Decký -pôsobí na Katedre cestného a environmentálneho inžinierstva SvF UNIZA.

FOTO A OBRÁZKY: autori, iStock.com

Článok bol uverejnený v časopise IS 1/2023