УДК 626/627
DOI: 10.15587/1729-4061.2022.253389
Визначення закономірностей розповсюдження шумового навантаження від автомобільних доріг і автодорожніх мостів у залежності від відстаней до житлових будівель
С. В. Ласлов, О. П. Токін, А. М. Онищенко
Удосконалено модель оцінки транспортного шуму від автомобільних доріг у придорожній смузі при дії шумового навантаження від транспортного по- току, що рухається на відкритій ділянці автомобільної дороги та по мосту.
Встановлено, що із збільшенням відстані від джерела звуку до координат вимірювання шумового навантаження шум зменшується, як при наявності шумозахисного екрану так і у випадку відкритої ділянки автомобільної дороги.
На відстані 100 м від джерела звуку рівень шумового навантаження зменшу- ється на 13,4 % у випадку руху автомобіля по мосту і на 13,3 % при русі авто- мобіля на відкритій ділянці автомобільної дороги.
Встановлено, що рівень шуму на мостах перевищує рівень шумового за- бруднення від автомобільної дороги до 10 дБ, що пояснюється розповсюджен- ням різних частот шумового навантаження від мосту.
Встановлено, що через особливу природу звукових хвиль дифракція через шумові екрани не змінює всі частоти рівномірно. Високі частоти дифрагують у меншій степені; тоді як більш низькі частоти – глибше в «тіньову» зону по- заду екрану. Тому екран більш ефективний для зменшення хвиль звуку з високою частотою у порівнянні з хвилями звуку з більш низькими частотами.
Проведено експериментальні дослідження ефективності шумозахисних екранів із металевих перфорованих конструкцій на ділянках автомобільних до- ріг загального користування із врахуванням відстаней від джерел шуму до місць проведення вимірювань шумового навантаження.
Встановлено, що шумозахисні екрани із стального листа (перфорованого) зменшують рівень шумового навантаження від транспортних засобів на на- вколишнє середовище до 14 %.
Встановлено, що при русі автомобілів по автомобільній дорозі еквівален- тний рівень звуку на відстані 1 м перед шумозахисним екраном становить 88,6 дБА, а максимальний рівень звуку на відстані 1 м перед шумозахисним ек- раном становить 103,9 дБА.
Встановлено, що при наявності стічного отвору у шумозахисному екрані його акустична ефективність зменшується до 3 дБА
Ключові слова: автомобільні дороги, транспортні споруди, шумові наван- таження, захисні екрани, акустичні характеристики, транспортний потік
1. Вступ
Поряд із забрудненням токсичними речовинами вихлопних газів навколиш- нього середовища стрімко зростає рівень акустичного забруднення від автомобі-
Not
a reprint
льного транспорту. Це пояснюється значним ростом інтенсивності автомобіль- ного руху, загальним зростанням потужності двигунів автомобілів та збільшен- ням швидкостей руху.
Шум став одним з основних забруднювачів оточуючого середовища. Меди- ки вважають шум загальним біологічним подразником, тому що всі органи люд- ського організму негативно реагують на збільшення рівня шуму. Шумове наван- таження викликає у людині відчуття страху, дискомфорту, надмірну збудже- ність, що в свою чергу, негативно впливає на взаємовідносини між людьми.
У країнах Європейського Союзу шумове забруднення населених пунктів і приміських територій вважається одним із найбільш серйозних екологічних проблем.
Всесвітня організація охорони здоров’я (ВООЗ) запропонувала стандартні директивні значення рівнів шуму для усередненої зовнішньої ситуації величи- ною 55 дБА, які прийнятні на протязі нормального денного часу, щоб запобігти суттєвому втручанню у життєдіяльність населення. Нормативні критерії емісії шуму на транспорті ще далекі від значень, рекомендованих ВООЗ, через відсут- ність можливостей їх технічного і фінансового забезпечення.
Шумове навантаження, що отримує людина, викликає втому, роздратуван- ня. Крім того, при достатньо великих амплітудах звука у вушній раковині люди- ни виникають нелінійні перекручування: вищі гармоніки в разі синусоїдального тону, комбінаційні тони при несинусоїдальному тоні.
Дослідження свідчать про несприятливий вплив шуму на центральну нерво- ву, серцево-судинну систему і органи травлення. Порушення стану функціону- вання центральної нервової системи під впливом шуму призводить до ослаблен- ня уваги і працездатності, особливо розумової [1].
Гранично допустимий рівень транспортного шуму в США на території без- посередньо прилеглої до житлової забудови становить 70 дБА.
Міжнародні норми, що прийняті в країнах європейського співтовариства, визначають рівень 82 дБА, як максимально допустимий для автомобіля будь- якого типу.
У роботі [2] зазначено, що Резолюція 1776 (2010) від 12 листопада 2010 ро- ку «Шумове та світлове забруднення» [3] Парламентської асамблеї привертає увагу до проблеми екологічного, зокрема шумового та світлового, забруднення європейського континенту.
В Японії, наприклад, основною характеристикою шуму автотранспортних засобів є рівень шуму при їх прискоренні. Для вантажних автомобілів нормами встановлені допустимі рівні шуму від 89 дБА до 83 дБА в залежності від ванта- жопідйомності та потужності двигуна. У перспективі передбачається знизити цей рівень на 6–9 дБА. Для легкових автомобілів допустимий рівень шуму 82 дБА, перспективний – 78 дБА [4].
У Франції при оцінці транспортного шуму виходять із рівня повторення 50 %. В зоні існуючих автомобільних доріг допустимим є рівень шуму 68 дБА, для нових доріг – 65 дБА [4].
For reading
only
Задача зниження впливу шуму автомобільного транспорту на оточуючу те- риторію сьогодні обов’язково повинна розглядається у проєктах будівництва і реконструкції автомобільних доріг.
Шум від руху транспортних засобів по дорозі має три джерела: шум вихло- пних газів, шум двигунів та шин, що взаємодіють з дорожнім покриттям. Цей шум частково глушиться конструкцією покриття та ґрунтовою основою дороги.
У випадку транспортного потоку, що рухається по мосту, інтенсивність шу- мового навантаження стає ще більшою в силу двох причин: резонансних явищ конструкції моста та значної висоти джерела шуму. У роботах [5, 6] зазначено, що шум від транспорту на мостах є більш інтенсивним, аніж шум наземної доро- ги і покриває більшу територію. Крім цього, шум на мостах настільки не глу- шиться покриттям проїзної частини, а навіть може посилюватися у залежності від конструкції і розмірів прогонової будови. Захисні екрани на мостах мають розміщуватися на прогоновій будові, тобто бути елементом конструкції моста.
Очевидно, що проблема шумового забруднення у випадку мостів має розг- лядатись як специфічна задача в загальній проблемі охорони навколишнього се- редовища. Для цього мають бути розроблені моделі шумового навантаження, які дадуть змогу сформулювати вимоги до конструкцій шумових екранів, які проєк- туються на мостах та автомобільних дорогах.
Тому дослідження, присвячені розробці методики оцінки шумового наван- таження від транспортних засобів, що рухаються по автомобільній дорозі та мосту, є актуальними.
2. Аналіз літературних даних та постановка проблеми
У роботі [6] зазначено, що шумове навантаження від автомобільного транс- порту є значним. У зоні руху автотранспорту воно дорівнює реактивному літаку на висоті 300 м і далі затухає дуже повільно. Оскільки атмосфера не може суттєво вплинути на скорочення розповсюдження звукової хвилі. На відстані 90 м може загасити його потужність тільки на 6–10 дБ, у залежності від атмосферних умов.
Встановлено, що у сухому повітрі, при температурі 0 °С, швидкість звуку дорівнює 331,5 м/с, а із зростанням температури – збільшується. Також встано- влено, що на затухання звукової хвилі має суттєвий вплив вологість середови- ща. Чим більша вологість, тим швидше розповсюджується звукова хвиля.
У роботі [7] наведені параметри залежності відносної зміни швидкості зву- ку від вологи, при постійній температурі. Встановлено, що чим більша воло- гість, тим швидше розповсюджується звукова хвиля.
Однак у працях [6, 7] відсутні дослідження шумового навантаження, яке виникає від транспортних засобів, що рухаються по мосту. Крім цього у роботі не проведено досліджень розповсюдження шумового навантаження у залежно- сті від відстані до шумозахисного екрану.
Дослідженнями, що наведені у роботі [8] встановлено, що на високошвид- кісних дорогах скорочення середньої швидкості автомобіля у 2 рази може при- вести до зниження еквівалентного рівня шуму на 5–6 дБ. Що є одним із методів зниження шумового навантаження. Проте досліджень шумового навантаження на прилеглі території від руху транспортних засобів по мосту не проведено.
Not
a reprint
Завдяки проведеним дослідженням [9] встановлено, що зниження шуму можна добитися за допомогою відповідної конфігурації рисунка протектора і конструкції шини автомобіля. Проте конструювання шин з істотно зниженим рівнем шуму вступає у суперечність із необхідністю забезпечення безпеки ру- ху, попередження нагріву протектора і забезпечення економічності автомобіля.
Слід зазначити, що у роботах [8, 9] проведені дослідження шумового нава- нтаження при русі транспортних засобів по автомобільній дорозі. Проте не проведено досліджень при русі автомобілів по мосту та не враховано закономі- рностей поширення звукової хвилі у залежності від відстані до джерела звуку.
Отже, великі можливості по зниженню шуму на автомобільних дорогах у зоні транспортних споруд відкриває створення перспективних альтернативних конструкцій дорожнього покриття.
Важливим, з погляду обмеження шуму, є будова самого дорожнього покрит- тя. А саме, чи утворено воно бітумінізірованим матеріалом з випадковим малюн- ком будови, або покриття бетонне, з домінуючою поперечною структурою.
У Великобританії були проведені дослідження [10], які дозволили встано- вити співвідношення між опором автомобіля зчеплення, що реалізується на до- рожньому покритті, і сумарним рівнем шуму, який генерується автомобілями, що їдуть на великих швидкостях по дорожньому покриттю. Дослідженнями у роботі [11] встановлено, що це співвідношення статистично не залежить від бу- дови матеріалу дорожнього покриття. Проте, виникає протиріччя між визна- ченням дорожніх покриттів, що володіють низьким рівнем шуму, і задовільни- ми нормами безпеки при високих швидкостях руху. Це пов’язане з тим, що гла- дке дорожнє покриття може бути малошумним, але одночасно абсолютно небе- зпечним для руху у вологу погоду.
У роботах [10, 11] не наведено методики для визначення шуму у випадку руху автомобільного транспорту по мосту.
Укладання експериментального дорожнього покриття на рифлену поверхню бетонних ділянок кільцевої автомобільної дороги, прокладеної на схід від Брюссе- ля [11], привело до зниження рівнів шуму. Рівень шуму знизився до 4 дБА для ав- томобілів, що рухалися зі швидкістю 70 км/год і на 5,5 дБА при швидкості руху автомобілів 120 км/год. Також у роботі встановлено, що зниження рівня шуму можна добитися і при інших видах пористих дорожніх покриттів. Однак дослі- джень шумових навантажень при русі автомобілів по мосту не проведено.
У Швеції отримані дані шумового навантаження при застосуванні порис- того дорожнього покриття [11], а у роботі [12] – скомпонованого із підібраного по гранулометричному складу кам’яного остову з емульсивним асфальтом у якості в’яжучого. У Канаді розподіл шумового навантаження отримано для до- рожнього покриття, складеного з суміші «відкритого типу», з тонким захисним шаром бітуму [11]. Встановлено, що рівень шуму знизився на 4–5 дБА у порів- нянні з рівнем шуму на дорогах із звичайним асфальтовим покриттям. І знизив- ся на 3 дБА у порівнянні із зношеним бетонним покриттям, яке володіє набага- то меншим опором бічному зносу, аніж дорожнє покриття, складене з суміші
«відкритого типу», що покрите тонким захисним шаром бітуму.
For reading
only
Проте в Норвегії і Швеції виникли проблеми [4, 11, 12], пов’язані з зносо- стійкістю цих дорожніх покриттів, що викликане застосуванням шин з шипами у зимові місяці. Ці шини дроблять поверхневий шар у дрібний порошок, який потім забиває пори дорожніх покриттів «відкритого типу», поступово знижую- чи їх звукопоглинання.
Робота [10] присвячена розробці науково-методологічних основ акустично- го розрахунку та архітектурно-конструктивного проєктування шумозахисних екранів з урахуванням їх планувальних та конструктивних рішень та об’ємно- просторових характеристик забудови, що має захищати від транспортного шуму.
У роботах [11, 12] розглядаються базові рішення проблеми шумозахисту:
базова оцінка загальних шумозахисних заходів та світовий досвід шумозахисних заходів. Наведено досвід різних країн у використанні шумозахисних засобів як на існуючих дорогах, так і на дорогах, що проєктуються, будуються та проведено аналіз ефективності різних шумозахисних засобів.
У праці [13] наведено світовий досвід проєктування та виробництва шумо- захисних екранів. Також виконаний аналіз видів і конструкцій шумозахисних екранів, їх використання у світовій практиці та приведено особливості проєкту- ванні та монтажу різних типів шумозахисних екранів, їх шумозахисні та експлу- атаційні характеристики.
У роботі [14] висвітлені засади ефективності використання шумозахисних екранів та методи розрахунку ефективності шумозахисних екранів. Обговорю- ються місцеві та особливі умови, що не вказані в нормативних документах та їх вплив на розрахунок ефективності шумозахисних екранів.
У праці [15] наведені основні відомості про конструкції і матеріали шумоза- хисних екранів, деякі особливості їх влаштування та експлуатації у США та Росії.
У статті [16] наведені та описані різні типи шумозахисних екранів з ураху- ванням їх впливу на навколишнє середовище. Наводиться зв'язок між екологіч- ною та естетичною складовою при проєктуванні шумозахисних екранів. Висвіт- люються проблеми візуального сприйняття екрану, інтеграції споруди з нехарак- терною, для навколишнього середовища, формою, погіршення природного руху повітряних течій, порушення існуючого ландшафту при будівництві, тощо.
У роботі [17] встановлено, що важливим параметром при оцінюванні ефек- тивності шумозахисних властивостей екранів є їх висота. Висота шумозахисних екранів має бути не менше ніж 1 м. Шум від дорожніх машин є низькочастот- ними коливаннями з частотою 50–200 Гц, що відповідає довжинам хвиль 7,2–
1,8 м. Для захисту від шуму з такими частотами необхідний екран висотою 7 м.
У праці [18] наведені особливості влаштування та експлуатації шумозахис- них екранів, а також розглянуті додаткові вимоги, висунуті при проєктуванні ек- ранів у США.
У роботі [19] проведено дослідження шумового навантаження від міського дорожнього руху і оцінку його впливу на людину, з використанням геопросторо- вих технологій. Однак, не проведено оцінки шумового навантаження від транс- портних засобів при русі по мосту.
Not
a reprint
У роботі [20] розроблені базові принципи визначення звукової хвилі при поширенні її у в’язкому ґрунтовому середовищі. Однак не отримано характерис- тик шумового навантаження.
Базові принципи впливу динамічного навантаження на швидкість поширен- ня звукової хвилі показано у роботі [21].
У роботі [22] за допомогою звукових хвиль виконується оцінка ступеню ущільнення щебеневого баласту дороги, а у роботі [23] встановлено, що при дії динамічного навантаження підвищується величина звукової хвилі при прохо- дженні через однорідне середовище.
Проте у роботах [19–23] не проводиться оцінка впливу звукової хвилі на оточуюче середовище.
У роботі [24] наведено системи моніторингу шуму, який забруднює великі міста. Встановлено, що для захисту населення від шуму потрібно виконати моні- торинг місць найбільшого шумового навантаження і підібрати системи захисту від шуму.
Однак у роботі не проведено оцінку впливу шуму від руху автомобілів по транспортних спорудах.
У роботі [25] проведено оцінку параметрів транспортних потоків на основі обробки даних локалізації про рух транспортних засобів у місті. Однак дослі- джень шумових навантажень на навколишнє середовище не проведено.
У роботах [26–28] наведено дані розповсюдження шумового навантаження на забруднення міст дорожніми та рейковими транспортними засобами. У робо- тах [29–30] наведено моделі прогнозування шумового навантаження у містах на основі інтенсивності транспортних потоків.
У роботі [31] американським агентством із охорони навколишнього середо- вища (EPA) та Всесвітньою організацією охорони здоров’я (WHO) зазначено, що для побудови карт шуму, необхідно використовувати методи прогнозування на основі кількості рейкових транспортних засобів, які проїхали, та їх типу.
Забезпечення необхідного рівня акустичного комфорту є однією з основних задач охорони навколишнього середовища для густо населених регіонів держав, що мають розвинену транспортну інфраструктуру з високою інтенсивністю.
Проте, незважаючи на високий рівень акустичного забруднення прилеглих територій, захисні пристрої на мостах, які б захищали навколишнє середовище від шумового навантаження, проєктуються рідко. Також слід зазначити, що не виявлено досліджень шумового транспортного навантаження на навколишнє се- редовище при русі транспорту по мостах. Слід також зазначити, що авторами не проведено досліджень затухання звукової хвилі у залежності від відстані до дже- рела шуму та відстані до прилеглих житлових будівель. Що потребує подальших досліджень і є актуальною задачею.
3. Мета і завдання дослідження
Метою роботи є визначення закономірностей розповсюдження шумового навантаження, що виникає від автомобільних доріг та мостів при дії транспорт- них потоків із врахування відстані до джерела шуму та координатами вимірю-
For reading
only
вань шуму, що дасть можливість проводити оцінку вплив шумового наванта- ження на прилеглі території.
Для досягнення зазначеної мети були поставлені наступні завдання:
– дослідити шумове навантаження від транспортних засобів при русі тран- спорту на відкритих ділянках автомобільних доріг та по мосту із врахуванням та без врахування шумозахисних екранів та координат вимірювання шумового навантаження;
– шляхом експериментальних вимірювань шумового навантаження від транспортних засобів на автомобільних дорогах загального користування ви- значити шумове навантаження на прилеглі території у залежності від відстаней до шумозахисних екранів і житлових будівель та технічного стану екранів.
4. Матеріали та методи дослідження
4. 1. Методика проведень експериментальних вимірювань шумового навантаження
Місця проведення вимірювань ефективності шумозахисних екранів були визначені на основі попередніх натурних обстежень, а саме, наближенням сель- бищної території до автомобільної дороги.
Вимірювання шуму проводились у суху погоду (без атмосферних опадів) та при сухій поверхні автомобільної дороги.
Вимірювання шумових характеристик транспортного потоку були прове- дені на 238 км автомобільної дороги Київ-Чоп з метою визначення ефективнос- ті шумозахисних екранів.
Обладнання для проведення вимірювань шуму від транспортних потоків, наведено у табл. 1.
Таблиця 1
Перелік обладнання для вимірювання шуму від транспортних потоків Найменування, тип, за-
водський
Параметри, що вимірюються
Діапазон вимі- рювань
Похибки вимірювань 1. Шумомір Октава 110А Шум 30–130 дБ (А) 1 дБ (А)
2. Електронна погодна станція типу WM-918
Температура по-
вітря, (–40–0) °C (0–40) °C
2 °C
1 °C відносна воло-
гість,
(25–40) % RH (40–80) % RH (80–90) % RH
7 % RH
5 % RH
7 % RH атмосферний тиск (795–1050) мбар 7 мбар 3. Анемометр крильча-
тий, АСО-3 Швидкість вітру 0,2–5,0 м/с 0,35 м/с 4. Рулетка, ЗПК3-
20АУТ/1 Лінійні розміри 020 м 0,5 мм Місце проведення вимірювань вибиралося на ділянках вулиць і доріг зі сталою швидкістю руху транспортних засобів та на відстані не менше 50 м від
Not
a reprint
перехресть, транспортних площ та зупиночних пунктів пасажирського громад- ського транспорту.
Вимірювання проведені при умові, що поверхня проїжджої частини ву- лиць і автомобільних доріг була чистою та сухою та проводились під час відсу- тності атмосферних опадів і при швидкості вітру менше 5 м/с. При швидкості вітру більше 1 м/с до 5 м/с застосовувався ковпак для захисту вимірювального мікрофону від вітру з метою відсіювання шумового навантаження від вітру.
Час проведення вимірювання був встановлений у періоди максимальної ін- тенсивності руху транспортних потоків. Яка склала 432 автомобілів за годину.
При проведенні вимірювання шумової характеристики транспортного по- току, до складу якого входили легкові і вантажні автомобілі, автопоїзди, авто- буси (далі – автомобілі) вимірювальний мікрофон розташовувався на тротуарі або обочині. Відстань розміщення складала 7,50,2 м від осі найближчої до то- чки вимірювання смуги або шляху руху транспортного засобу на висоті 1,50,1 м від рівня покриття проїжджої частини. В умовах щільної забудови вимірювальний мікрофон розташовувався на відстані меншій за 7,5 м від осі найближчої до точки вимірювання смуги або шляху руху транспортного засобу.
Але не ближче 1 м від стін споруд, безперервних парканів та інших споруд або елементів рельєфу, які відбивають звук.
Крім цього додатково були проведені вимірювання шумового наванта- ження у випадку розташування вулиці або дороги у виїмці. При цьому вимірю- вальний мікрофон встановлювався на бровці виїмки на висоті 1,50,1 м від рів- ня землі.
Вимірювальний мікрофон був направлений у сторону транспортного по- току. Оператор, який проводив вимірювання, знаходився на відстані не менше ніж 0,5 м від вимірювального мікрофону.
Період вимірювання шумової характеристики транспортного потоку, до складу якого входили автомобілі, мотоцикли охоплював проїзд не менше 200 транспортних одиниць в обох напрямках.
Процес вимірювань рівня шуму наведено на рис. 1.
Далі за результатами проведених вимірювань було здійснено статистичну обробку результатів вимірювань параметрів доріг і рівня шуму на них за про- грамою множинного кореляційно-регресійного аналізу.
Шумомір Октава 110А
а
For reading
only
Шумомір Октава 110А
б
Рис. 1. Визначення рівня шуму: а – перед шумозахисним екраном на 238 км ав- томобільної дороги Київ-Чоп; б – біля житлового будинку в місці встановлення
шумозахисного екрану
4. 2. Моделі оцінки транспортного шуму в придорожній смузі руху Використовуючи математичні залежності (рівняння регресії), отриманні при статистичному моделюванні рівня шуму, інтенсивності і швидкості руху, можна побудувати лінійну модель для оцінювання транспортного шуму від дії транспортних потоків.
Для побудови математичної моделі визначається розрахунковий еквівален- тний рівень шуму від транспортного потоку на відстані 7,5 метра від осі най- ближчої смуги руху з покриттям із дрібнозернистого асфальтобетону на відріз- ку з нульовим нахилом за формулою:
L=50+8,8lgN, (1)
де L – еквівалентний рівень шуму дБА; N – перспективна інтенсивність руху, авт./год.
В отриманий результат враховано поправку на склад транспортного пото- ку, так як вантажні автомобілі та автобуси з карбюраторним і дизельним двигу- ном створюють різний рівень шуму. У залежності від стану поверхні, над якою розповсюджується шум, і віддалення точки відліку від осі смуги руху величину поправки знайдено за формулою:
м м
7,5 1
10 lg ,
100
p L L
L K
L (2)
де 10 – поправка на розрахунок до осі смуги руху, дБА; Kp – коефіцієнт, що враховує поглинання звуку поверхневим покривом; L – відстань від точки роз- рахунку до найближчої смуги руху; α – коефіцієнт поглинання звуку в повітрі;
Lм – відстань від точки 7,5 м до осі еквівалентної смуги руху, м.
До обмежень, які враховуються при вирішенні задачі по підвищенню акус- тичного комфорту, необхідно віднести ефективну висоту укосу виїмки, яка ви- значається за формулою:
Not
a reprint
1 1 2
єф 2
2 1 2
,
l H h k m H h h
h
l H h h
(3)
де H – глибина виїмки; h1 – висота геометричного центру джерела шуму над поверхнею дороги, м; k – відстань від розрахункової осі смуги руху до кордону укосу чи бар’єра, м; m – проекція укосу на горизонтальну площину, м; hєф – по- винна бути не меншою 0,1 м.
Точка визначення рівня шуму повинна бути віддалена від краю виїмки на відстані не менше глибини цієї виїмки:
k m H
l. (4)Слід зазначити, що в практичних цілях оцінки шуму доцільно використо- вувати логарифмічну шкалу виміру тиску в одиницях децибел (дБ). Співвідно- шення між цими одиницями задається формулою:
2
ЗТ 10lg ,
ref P
P (5)
де ЗТ – звуковий тиск; Р – значення звукового тиску в мкПа; Pref – нижнє зна- чення звукового тиску, Pref=20 мкПа.
Зворотній перехід задається формулою:
(P/Pref)2=10(ЗТ/10). (6)
Згідно із роботою [2] розрахунок затухання звукової хвилі здійснюється за формулою:
exp 0.1151 ,
t i
P P S (7)
де Pt – звуковий тиск, Па; Pi – початковий звуковий тиск, Па; S – довжина трає- кторії розповсюдження звуку, м, або км; α – коефіцієнт затухання звуку, вна- слідок звукопоглинання атмосферою, дБ/м, або дБ/км, який розраховується за
формулою:
For reading
only
52 11
0 0
2
2 2
0
0
1,84 10
2239,1 3352
8,686 .
0,01275exp 0,1068exp
r a
r rN
r rN
p T T
p T T
f
T T
f f
f f
f f
(8)
Коефіцієнти, які входять у рівняння (16), розраховуються за наступними формулами:
4 0
24 4,04 10 0,02 , 0,391
a
r r
p h
f h
p h (9)
1
0 9 280 exp 4,170 0 3 1 ,
a rN
r
p T T
f h
p T T (10)
r r10 ,C
a
h h p
p (11)
1,261
273,16
6,8346 4,6151.
C T (12)
У даних формулах f – частота звуку (Гц); T – температура атмосфери (°С);
T0 – відносна температура, яка приймається рівною 20 °С; hr – відносна воло- гість (%); pa – атмосферний тиск (кПа); pr – відносний атмосферний тиск в одну атмосферу, що приймається рівним 101,325 кПа.
У випадку наявності шумозахисних екранів потрібно враховувати факт, що шумозахисні екрани знижують транспортний шум за рахунок поглинання, зміни довжини хвилі, віддзеркалення, або дифракції. Дифракція, або обгинання звуко- вими хвилями перешкоди, може відбуватися і по верху екрану, і навколо нього.
Різниця довжин траєкторій використовується для визначення числа Фре- неля (N0), яке є безрозмірним значенням, що використовується для прогнозу- вання ослаблення звуку, шумозахисним екраном, розташованим між джерелом і приймачем. Число Френеля визначається за формулою:
0 0
0 2 ,
N f
c (13)
Not
a reprint
де N0 – число Френеля; ± – «плюс» у випадку, якщо лінія розповсюдження зву- ку між джерелом і приймачем більш низька, аніж точка дифракції і «мінус», коли лінія розповсюдження вище, аніж точка дифракції; δ0 – різниця довжин траєкторій, м; λ – довжина звукової хвилі, що випромінює джерело, м; f – час- тота звуку, що випромінюється джерелом, Гц; с – швидкість звуку, м/с.
Якщо збільшуються різниця довжин траєкторій і число Френеля, то поси- люється потенціал екрану.
Кількість звуку, яку передає екран, може бути описана показником «втрати звукопередачі» (TL). Втрати звукопередачі екрану визначаються за формулою:
/10 /10
10log1010 / 10 ,
SPLs SPLc
TL (14)
де SPLs – рівень звукового тиску на стороні джерела, дБ; SPLτ – рівень звуково- го тиску на стороні приймача, дБ.
Далі було проведено розрахунок затухання звукової хвилі за формулою (7) із визначенням коефіцієнтів за формулами (8)–(12). При цьому було враховано температуру атмосфери та відносну температура, яка приймається рівною Т0=20 °С; відносну вологість та атмосферний тиск. Відносний атмосферний тиск в одну атмосферу, було прийнято рівним 101,325 кПа.
При наявності шумозахисного екрану враховувалися втрати звукопередачі екрану за формулою (14).
5. Результати досліджень шумового навантаження при дії транспорт- них засобів
5. 1. Результати оцінки розповсюдження шумового навантаження від руху транспортних засобів по автомобільних дорогах
Результати оцінювання розповсюдження шумового навантаження від руху легкового автомобіля по відкритій дорозі та по мосту проведено від найближчої смуги руху до будинку. При розрахунках прийнято наступні вихідні дані: тип та стан дорожнього покриття асфальтобетонне покриття, рівне, поверхня доро- жнього покриття – суха. Параметри навколишнього середовища: температура повітря 30,2 °С, вологість повітря 70,5 %, атмосферний тиск 745 мм рт. ст та швидкість вітру 1,2 м/с.
На рис. 2, 3 величини шумового навантаження, що наведені у дужках, є значеннями шумового навантаження, при наявності шумозахисних екранів. При їх розрахунку враховано втрати звукопередачі екрану за формулою (14).
For reading
only
Високі ч астоти Джерело шуму
(70-75дБ)
Низькі частоти
75 (60) дБ
65 м 100 м 40 м
70 (57) дБ
60 (52) дБ
Рис. 2. Шумове навантаження при русі легкового автомобіля по відкритій діля- нці автомобільної дороги
Високі частоти Джерело шуму
(80-85 дБ)
Низькі частоти
72 (70) дБ
65 м 100 м 40 м
70 (65) дБ
67 (58) дБ Автодорожній
міст
Рис. 3. Шумове навантаження при русі легкового автомобіля по автодорожньо- му мосту
Результати розповсюдження шумового навантаження у залежності від від- стані від джерела звуку до координат вимірювання шуму показали, що із збі-
Not
a reprint
льшенням відстані шумове навантаження зменшується, як при наявності шумо- захисного екрану, так і у випадку відкритої ділянки автомобільної дороги. У випадку руху автомобіля по відкритій ділянці дороги на відстані 40 м від дже- рела звуку шумове навантаження становить 75 дБ, а при наявності шумозахис- ного екрану – 60 дБ, на відстані 65 м відповідно 70 дБ та 57 дБ і на відстані 100 м – 60 дБ та 52 дБ.
У випадку руху автомобіля по мосту із джерелом звуку 80–85 дБ шумове навантаження на відстані 40 м без наявності на мосту шумозахисного екрану становить 72 дБ, а при наявності шумозахисного екрану становить 70 дБ, на ві- дстані 65 м шумове навантаження відповідно становить 70 дБ та 65 дБ і на відс- тані 100 – 67 дБ та 58 дБ.
У результаті проведених теоретичних розрахунків затухання звукової хви- лі за формулою (7) із визначенням коефіцієнтів за формулами (8)–(12) встанов- лено, що рівень шуму в придорожній полосі є значним. І на відстані у 100 м від транспортного засобу становить 60 дБ у випадку руху транспорту по відкритій ділянці автомобільної дороги. У випадку наявності шумозахисного екрану шу- мове навантаження зменшується і становить 52 дБ.
Результати розповсюдження шумового навантаження від руху автомобіля, що наведені на рис. 2, 3, показали, що рівень шуму на мостах перевищує рівень шумового забруднення від автомобільної дороги до 10 дБ. Встановлено, що на відстані 100 м від легкового автомобіля, що рухається рівень шумового наван- таження становить 67 дБ, а при наявності шумозахисного екрану на мосту рі- вень шуму зменшується до 58 дБ.
5. 2. Експериментальні вимірювання шумових характеристик транс- портного потоку та шуму на автомобільній дорозі
Результати експериментальних вимірювань акустичної ефективності шу- мозахисних параметрів екранів, що розташовані на автомобільних дорогах Рів- ненської області, наведено в табл. 2.
Таблиця 2
Результати експериментальних вимірювань акустичної ефективності шумоза- хисних параметрів екранів (ШЗЕ)
Ділянка автомобільної дороги з ШЗЕ, км
Протя- жність ШЗЕ, м
Еквівалентний рівень шуму пе- ред ШЗЕ, дБА
Еквівалентний рі- вень шуму на відс-
тані 2 м за ШЗЕ, дБА
Ефек- тив- ність,
дБА
261+527,1–261+598 70,9 85 71 14
274+540–274+610 70 84 70 14
285+215–285+275 60 86 73 13
285+485–285+550 65 85 73 12
288+320–288+400 80 86 73 13
288+655–288+980 325 86 71 15
289+110–289+210 100 86 70 15
289+350–289+430 80 85 71 14
289+110–289+210 100 84 69 15
For reading
only
Продовження таблиці 2
289+500–289+675 175 85 69 16
296+950–297+130 180 86 71 15
297+180–297+230 50 86 74 12
297+320–297+695 375 88,6 71 15
297+730–297+910 180 85 69 16
297+995–298+460 465 86 70 16
300+500–300+560 60 86 74 12
301+738–301+815 77 84 71 13
306+850–306+905 55 85 73 12
306+925–306+960 35 85 74 11
307+000–307+070 70 85 73 12
315+200–315+260 60 86 74 12
315+300–315+480 180 86 71 15
315+580–315+840 260 86 70 16
315+940–316+010 70 87 74 13
316+760–316+860 100 85 70 15
317+260–317+530 270 85 69 16
318+700–318+820 120 86 71 15
319+230–319+360 130 86 71 15
320+100–320+195 95 86 72 14
320+620–320+763 143 87 72 15
322+500 (напрямок Рівне-Київ
0+154–0+224) 70 86 73 13
322+500 (напрямок Рівне-Київ
1+050–1+136) 86 86 72 14
398+248–398+286 48 86 74 12
261+750–261+830 80 85 72 13
296+780–296+980 200 86 71 15
297+595–297+790 195 85 69 16
297+850–297+910 60 86 75 11
298+030–298+090 60 86 75 11
314+700–314+930 230 86 71 15
315+600–316+155 555 86 70 16
315+240–315+470 230 87 72 15
315+470–315+530 60 85 74 11
320+290–320+460 170 85 70 15
363+440–363+473 35 85 74.4 11
363+488–363+542 54 86 75 11
363+551–363+612 61 86 75 11
363+620–363+659 39 86 78 11
У результаті проведених експериментальних досліджень встановлено, що еквівалентний рівень звуку на території безпосередньо прилеглої до житлової забудови на відстані 2 м становить 74,4 дБА. При цьому максимальний рівень звуку на території безпосередньо прилеглої до житлової забудови на відстані 2 м становить 78,0 дБА.
Також експериментальними вимірюваннями встановлено, що еквівалент- ний рівень звуку на відстані 1 м перед шумозахисним екраном становить
Not
a reprint
88,6 дБА, а максимальний рівень звуку на відстані 1 м перед шумозахисним ек- раном становить 103,9 дБА.
Слід зазначити, що мінімальний та максимальний рівень шуму залежать, в значній мірі, від виду транспорту та інтенсивності руху в різні періоди доби.
Також було встановлено, що еквівалентний рівень звуку на відстані 2,4 м за шумозахисним екраном становить 70,7 дБА, а максимальний рівень звуку на відстані 2,4 м за шумозахисним екраном становить 89,8 дБА. З усього вищеска- заного можна зробити висновок, що акустична ефективність даного екрану ста- новить 16–18 дБА.
На відстані 19,5 м від існуючої автомобільної дороги та на відстані 2 м до житлової забудови: виміряний еквівалентний рівень шуму перевищував встано- влене нормативне значення на 19,4 дБА. При цьому виміряний максимальний рівень шуму перевищував встановлене нормативне значення на 8,0 дБА.
Експериментальні вимірювання, що проводилися для визначення шумового навантаження при русі автомобілів по мосту, показали, що на відстані 40 м від джерела звуку еквівалентний рівень звуку становив 85 дБ, на відстані 65 м – 79 дБ та на відстані 100 м 72 дБ. Слід зазначити, що додаткове шумове навантаження від мосту виникає за рахунок вдарів коліс транспорту у деформаційні шви.
У результаті експериментальних досліджень встановлено, що пошко- дження екрану призводять до зниження їх шумозахисних властивостей. При наявності зазору між шумозахисними екранами та виконання стічного отвору
«класичним» способом (рис. 4) призводить до зниження акустичної ефективно- сті екрану до 3 дБА.
Рис. 4. Водостічний отвір у шумозахисному екрані 6. Обговорення результатів шумового навантаження
На рівень шумового навантаження від транспортних потоків впливає інте- нсивності руху автотранспорту, поздовжній та поперечний профілі дороги. Та- кож відстань між автомобільними дорогами, наявність шумозахисних об’єктів та експлуатаційний стан проїзної частини.
