Hodnocení vývoje hlučnosti povrhů vozovek na síťové úrovni – možnost jejich klasifikace

Silnice mosty 2021, 2, 32-35

Ing. Vítězslav Křivánek, Ph.D., Ing. Josef Stryk, Ph.D., Ing. Petra Marková, Ing. Blanka Hablovičová
Centrum dopravního výzkumu, v.v.i.

V revidovaném TP 87 zaměřeném na údržbu vozovek s asfaltovým krytem se uvádí pět proměnných parametrů vozovek určených ke sledování poruch, nerovností povrchu, protismykových vlastností a textury povrchu, únosnosti vozovky a hlučnosti povrchu. První čtyři mají zavedenu klasifikaci pro hodnocení na síťové úrovni, chybí však klasifikační stupnice pro parametr hlučnosti. Článek shrnuje základní poznatky o této problematice.

Pro účely prokazování shody nových obrusných vrstev na projektové úrovni se postupuje v souladu s požadavky norem ČSN. Z proměnných parametrů vozovek se pro tyto účely sleduje pouze nerovnost a protismykové vlastnosti povrchů vozovek.

Technické podmínky TP 87 Navrhování údržby a oprav netuhých vozovek [1] slouží pro plánování a navrhování údržby a oprav netuhých vozovek pozemních komunikací. Hlavním cílem plánování a navrhování údržby a oprav je zachování a popřípadě zlepšení spolehlivosti vozovek sítí pozemních komunikací. To je důležité nejen z hlediska bezpečnosti vozovek, ale také z hlediska plynulého, hospodárného a komfortního provozu silničních vozidel. Dle revidovaných TP 87 má být za tímto účelem sledováno pět proměnných parametrů vozovek: poruchy (TP 62, TP 82) [2, 3], nerovnosti povrchu (ČSN 73 6175) [4], protismykové vlastnosti a textura povrchu (ČSN 73 6177) [5], únosnost vozovky (ČSN 73 6192) [6] a nově také hlučnost povrchu vozovky (ČSN-EN ISO 11819-2) [7].

Hodnocení dále uvedených proměnných parametrů je prováděno prostřednictvím klasifikačních stupňů od 1 do 5. Poruchy jsou zaznamenávány v souladu s katalogy poruch vozovek, kde se sleduje ztráta hmoty, trhliny, deformace vozovky apod. Vyhodnocení poruch, následná klasifikace stavu a tvorba homogenních úseků vozovky se provádí podle procentuálního vyjádření zasažené plochy, případně četnosti a závažnosti každého z typů poruch. Nerovnosti povrchu vozovky se hodnotí pomocí dvou ukazatelů – podélné nerovnosti (parametr IRI po 20 metrech) a příčné nerovnosti (hloubka vyjeté koleje R v měřených profilech). U protismykových vlastností a textury povrchu se hodnotí součinitel podélného tření Fp po 20 metrech, a to pomocí dynamického měřicího zařízení, a makrotextura (parametr MPD). Únosnost vozovky je sledována prostřednictvím zbytkové životnosti vozovky v letech, která se počítá z naměřených průhybů rázovým zařízením FWD.

Parametr hlučnost povrchů vozovek zatím stanoveny klasifikační stupně nemá. Pro sledování stavu hlučnosti povrchů vozovek se používá měření metodou malé vzdálenosti CPX podle normy ČSN-EN ISO 11819-2. Ukázka k tomu účelu používaného měřícího zařízení Centra dopravního výzkumu, v. v. i. (dále CDV) je znázorněna na obrázku 1. Hlučnost povrchů vozovek je poměrně nový sledovaný parametr i v rámci revize TP 87, který však doposud nemá stanovené požadavky, mimo TP 259 [8]. Pro asfaltové nízkohlučné obrusné vrstvy vozovek je zde staven konkrétní požadavek, který umožňuje hodnocení ve formě: vyhovuje/nevyhovuje. Pro jednotlivé typy povrchů vozovek žádný podobný požadavek zatím stanoven není.

Nejen v České republice bylo prokázáno, že hlučnost vozovek pozemních komunikací v čase narůstá. Skutečně se tedy jedná o proměnný parametr, který v poslední dekádě vlivem zvýšeného důrazu na řešení dopadu na životní prostředí a zdraví člověka (sledování environmentálních parametrů) nabývá na významu. Hlučnost vozovek je ovlivňována třemi zásadními faktory, a to 1) intenzitou provozu; 2) skladbou a rychlostí dopravního proudu; 3) povrchem pozemní komunikace. Převládajícím zdrojem hluku je hluk generovaný kontaktem pneumatiky s vozovkou. U současných osobních vozidel se spalovacím či vznětovým motorem k tomu dochází již od rychlosti cca 40 km/h, u vozidel s elektromotorem již u rychlostí nad 20 km/h [9]. Proto bude hrát stav obrusné vrstvy vozovky s rozvojem elektromobility stále významnější roli v celkové hlukové zátěži. Je důležité znát tento parametr s dostatečnou přesností např. pro zajištění validity hlukových modelů, jelikož se jedná o zásadní ovlivňující faktor celkového výsledku výpočtu hlukových map v okolí pozemních komunikací. Lze považovat za vhodné, až žádoucí, minimálně na problémových místech sledovat, měřit a posléze klasifikovat změnu hlučnosti povrchů vozovek.

Změna hlučnosti v čase

Měření hlučnosti povrchů vozovek, sběr a hodnocení těchto dat neprobíhá tak dlouho jako např. u nerovností a protismykových vlastností, jež jsou významné a zásadní z hlediska bezpečnosti provozu na pozemních komunikacích. Vývoj hlučnosti povrchů vozovek se odvíjí nejenom od typu obrusné vrstvy a použité frakce kameniva, ale také od kvality provedení, míry zhutnění apod. Proto je potřeba tento parametr sledovat v čase, aby mohly být stanoveny základní rozdíly mezi jednotlivými vrstvami. Z níže uvedených výsledků je zřejmé, že hlučnost v čase narůstá.

Probíhající modernizace dálnice D1 (Praha–Brno) nám může sloužit pro představu o vývoji hlučnosti. První zrekonstruované úseky byly uvedeny do provozu v roce 2014. Očekávána životnost asfaltových obrusných vrstev je cca 15 let [1] a u betonového krytu se předpokládá dvojnásobek [10], proto v současné době nelze mít úplnou představu o změně hlučnosti po celou dobu předpokládané životnosti těchto vozovek. Z dílčích výsledů měření, viz tabulka 1, je možné rámcově říci, že při modernizaci dálnice D1 je hodnota hlučnosti pro asfaltový koberec mastixový (SMA) a cementobetonový kryt s obnaženým kamenivem (CBK) obdobná [11].

Pro jeden z vybraný úsek v rámci tabulky 1 je konkrétní změna hlučnosti uvedena na obrázku 2. V rámci modernizace D1 (Praha–Brno) jsou úseky, kde z hlediska hlučnosti prvních pár let po pokládce je na tom mírně lépe asfaltový povrch, a naopak jsou úseky, kde je na tom mírně lépe betonový povrch. Tedy z hlediska akustiky se situace diametrálně nezmění, použije-li se asfaltový nebo betonový povrch.

Podrobnější informace o vývoji hlučnosti máme k dispozici z dálnice D1 mezi Brnem a Ostravou. Po vynesení výsledků měření z jednotlivých úseků v závislosti na počtu let od pokládky a roku měření obrusné vrstvy na konkrétním úseku je možné posuzovat hlučnost povrchu na úsecích stáří až 15 let (obrázek 3). Díky tomu jsme schopni v současné době interpretovat a stanovit křivku vývoje, která zachycuje dlouhodobé změny z hlediska zvyšování hlučnosti povrchu vozovky. Křivky uvedené na obrázku 3 nám dávají názornější představu postupného akustického vývoje, než jen průměrné hodnoty uvedené v tabulce 1. Na obrázku 3 je znázorněno dlouhodobé srovnání vývoje hlučnosti běžné asfaltové obrusné vrstvy (SMA 11S) a nízkohlučné úpravy povrchu cementobetonového krytu vlečením jutového pásu (CBK – juta) na dálnici D1. Jedná se o hodnoty složené z měření provedených v letech 2012–2020. Jde o výsledky měření v terénu (in situ), a je tedy nutné počítat s tím, že výsledky vykazují určitý rozptyl. Kromě nejistoty měření zde určitou roli sehrávají dlouhodobé lokální meteorologické podmínky, intenzita provozu aj.

Uvedený obrázek 3 jasně demonstruje a potvrzuje skutečnosti diskutované i na mezinárodní úrovni v rámci pracovní skupiny CEN/TC 227/WG 5 zabývající se evropskými normami pro oblast povrchových vlastností vozovek pozemních komunikací. Na základě zahraničních zkušeností zde zazněl jednoznačný názor, že změna akustických charakteristik povrchů vozovek není v čase lineární – konstantní, což ukazují i naměřené výsledky v ČR. Tedy, že hluk v čase nenarůstá rovnoměrně. Jak by takový linearizovaný průběh vypadal, je naznačeno tečkovanou čarou (lineární průběh) na obrázku 3. Z toho je zřejmé, že na začátku (první roky po pokládce), respektive ke konci životnosti dané vrstvy vozovky, se z hlediska akustiky, v případě uvažování lineárního průběhu, dopouštíme největší chyby. Tato chyba je však výrazně nižší než nejjednodušší možný přístup pro hodnocení hlučnosti, tj. použití průměrně stanovené hodnoty za celou dobu životnosti obrusné vrstvy (tj. celková průměrná hlučnost = hlučnost po pokládce, váha 50 % + hlučnost na konci životnosti, váha 50 %) – naznačeno čárkovanou čarou na obrázku 3 (průměr).

V rámci strategických hlukových map a sjednocení výpočtů pomocí metodiky CNOSSOS-EU [12] se však zatím stále uvažuje pro akustický výpočet a model využití průměrné hodnoty (tj. jedné celoživotní hodnoty hluku povrchu daného typu vozovky) právě proto, že není znám vývoj a změny hlučnosti jednotlivých typů povrchů vozovek. Z obrázku 3 je zřejmé, jakých chyb se můžeme oproti skutečnému stavu dopustit v rámci stáří povrchu. Strategické hlukové mapy by podle END [13] měly vycházet z aktuálních povrchových vlastností vozovek, což je i názor jednotlivých zástupců v CEN/TC 227. Správný postup tedy představuje primárně používat skutečné hodnoty hlučnosti daného typu povrchu vozovky odpovídající jeho stáří a teprve posléze, nejsou-li k dispozici tyto údaje, použít průměrnou hodnotu za dobu životnosti dané obrusné vrstvy vozovky. Z obrázku 3 je taktéž patrné, že průměrná hodnota hlučnosti pro oba typy povrchu byla dosažena cca v pátém roce od pokládky, což pro výpočty s využitím průměrné hlučnosti povrchu znamená nadhodnocení akustické situace první roky po pokládce, a naopak podhodnocení akustické situace v delším časovém horizontu. V případě využití lineární závislosti lze za akceptovatelné považovat hodnoty v rozmezí 2. až 12. roku od pokládky pro oba typy sledovaných povrchů. Tato argumentace a interpretace časového rozpětí se dá však využít jen a výhradně pro konkrétně uvedené dva typy vrstev. Pro jiné typy vrstev může (a nemusí) být situace významně odlišná – například pro dlažební kostky, či mikrokoberce lze spíše uvažovat o delším a plošším lineárním průběhu (tj. malé změny hlučnosti v čase). U nízkohlučných obrusných vrstev jsou naopak změny hlučnosti na počátku a konci životnosti významně vyšší (křivka zde bude pravděpodobně výrazně strmější).

Závěr

V současné době je hlučnost povrchů vozovek měřena podle ISO 11819-2, není však klasifikována, a tedy není prováděno hodnocení stavu z akustického hlediska na síťové úrovni, tak jako se tomu děje u ostatních sledovaných proměnných parametrů vozovek. Jak naznačují prezentované výsledky v článku, hlučnost vozovek se v čase se vzrůstajícím stářím zvyšuje. S prosazovanou elektromobilitou bude vlastní hlučnost na styku pneumatika/vozovka hrát téměř ve všech případech dominantní roli. Povrch vozovky tak bude hrát důležitější roli a jeho stav se dá navíc lépe ovlivnit než počet projíždějících vozidel.

Začíná se uvažovat o zavedení systému hodnocení vývoje hlučnosti povrchů vozovek, což by vyžadovalo podrobnější klasifikaci (rozšíření požadavků uvedených např. pro nízkohlučné povrchy v TP 259 [14] pro soulad s TP 87), která s ohledem na ostatní sledované proměnné parametry by byla vhodná taktéž v rozmezí klasifikačních stupňů 1–5. Toto hodnocení může napomoci k posouzení aktuálního hluku šířícího se od vozovky do okolí, což z hlediska zvyšujících se environmentálních požadavků nejen staveb, ale i dopadů na lidské zdraví, má stále větší význam. Navíc nová výpočetní metodika CNOSSOS-EU pro kalkulaci akustických studií (strategických hlukových map) využívá pro výpočet nové parametry – stáří a typ vozovky. Národní referenční laboratoř pro komunální hluk zamýšlí metodiku CNOSSOS-EU stanovit jako referenční v ČR pro výpočet všech akustických studií. Z tohoto pohledu lze do budoucna spatřovat jasné využití podrobnějších informací o hodnocení – klasifikaci hlučnosti povrchů vozovek. Zde je však podstatné uvést, že nevyhovující parametr hlučnosti automaticky neznamená důvod výměny obrusné vrstvy či potřebu okamžité úpravy povrchu vozovky. Hlučnost nemá přímou souvislost s bezpečností silničního provozu, kterou je nutné řešit primárně a lze ji vnímat především jako „doplňkový“ parametr. Jedná se o parametr environmentálního rázu, který se projevuje až svým dlouhodobým účinkem na okolní obyvatelstvo. Z toho důvodu se sleduje zejména v intravilánu měst a obcí.

Poděkování

Tento článek byl vytvořen se státní podporou Technologické agentury ČR v rámci Programu DOPRAVA 2020+, v rámci řešení projektu CK02000121 Stanovení hodnot klasifikačních stupňů pro hodnocení hlučnosti povrchů vozovek v ČR. V článku byla využita dílčí primární data projektů: Nástroje pro analýzu a hodnocení environmentálních dopadů hluku vozovek, Centrum pro efektivní a udržitelnou dopravní infrastrukturu, Změna hluku povrchů vozovek v průběhu několika let používání, Analýza a monitoring změn hlučnosti povrchů pozemních komunikací.

Literatura:
[1] Kudrna J. a kol. Technické podmínky 87 Navrhování údržby a oprav netuhých vozovek, schváleno Ministerstvem dopravy č.j. 165/10-910-IPK/1 ze dne 25. února 2010 s účinností od 1. března 2010, 103 s.
[2] Stryk J., Pospíšil K. Technické podmínky 62 Katalog poruch vozovek s cementobetonovým krytem: Metodika zatřiďování, sběru a využití poruch vozovek s cementobetonovým krytem k navrhování jejich údržby a oprav, schváleno Ministerstvem dopravy č.j. 579/10-910-IPK/1 ze dne 12. července 2010s účinností od 1. srpna 2010, 80 s.
[3] Mališ L. Technické podmínky 82 Katalog poruch netuhých vozovek, schváleno Ministerstvem dopravy č.j. 164/10-910-IPK ze dne 25. února 2010 s účinností od 1. března 2010.
[4] ČSN 73 6175 Měření a hodnocení nerovnosti povrchů vozovek. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2015.
[5] ČSN 73 6177 Měření a hodnocení protismykových vlastností povrchů vozovek. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2015.
[6] ČSN 73 6192 Rázové zatěžovací zkoušky vozovek a podloží. Praha: Český normalizační institut, 1996.
[7] ČSN EN ISO 11819-2 Akustika – Měření vlivu povrchů vozovek na dopravní hluk – Část 2: Metoda malé vzdálenosti. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2018.
[8] Valentin J. a kol. Technické podmínky 259  Asfaltové směsi pro obrusné vrstvy se sníženou hlučností, schváleno Ministerstvem dopravy  č.j. 121/2017-120-TN ze dne 21. listopadu 2017 s účinností od 1. prosince 2017, 26 s.
[9] Czuka M., Palla M. A., Morgan P., Conter M. Impact of potential and dedicated tyres of electric vehicles on the tyre-road noise and connection  to the EU noise label. Transp. Res. Proc. 2016,  v. 14, p. 2678–2687.
[10] Hlavatý J. a kol. Opatření k prodloužení životnosti cementobetonových krytů vozovek – část I. 
Silniční obzor 2019 v. 80(6), s. 164–168. ISSN 0322-7154.
[11] Křivánek V., Hablovičová B., Bíza P. Vývoj hlučnosti na modernizované dálnici D1 v ČR. Silnice Železnice 2020, s. 85–87, ISSN 1801-822X.
[12] Kephalopoulis S., Paviotti M., Anfosso-Lédée F. Common Noise Assessment Methods in Europe (CNOSSOS-EU). Publications Office of the European Union, 2012. ISBN 978-92-79-25281-5
[13] Directive 2002/49/EC of the European Parliament and of the Council of 25 June 2002 relating to the assessment and management of environmental noise. Off J Eur Communities. 2002 Jul 18;45 (L 189):12–25.
[14]Křivánek V., Marková P., Hablovičová B., Potužníková D. Hodnocení povrchů pozemních komunikací dle TP 259. In Asfaltové vozovky 2019. České Budějovice, 26.–28. 11. 2019, Sdružení pro výstavbu silnic 2019, 1–7 s.  ISBN 978-80-906809-3-7.