Parametry nawierzchni asfaltowych a właściwości przeciwhałasowe

Parametry nawierzchni asfaltowych a właściwości przeciwhałasowe dr inż. Krzysztof Błażejowski III Międzynarodowa Konferencja Naukowo Techniczna TRANSEIA Oceny oddziaływania na środowisko w budownictwie komunikacyjnym 6 8 grudnia 2017 r.

Agenda Plan prezentacji Wprowadzenie Parametry nawierzchni drogowych a potencjał tłumienia hałasu Makrotekstura powierzchni Porowatość struktury Elastyczność warstwy ścieralnej Grubość warstwy ścieralnej Wnioski 2

Spośród wielu możliwości zmniejszenia oddziaływania hałasu drogowego, umiejętne sterowanie właściwościami nawierzchni asfaltowych jest jedną z najciekawszych oraz (w sumie) najtańszych możliwości. Oznacza to, że ekrany akustyczne nie muszą być jedyną opcją nawierzchnia i tak jest budowana można więc zbudować ją nieco bardziej świadomie. źródła ilustracji: www.wpolityce.pl, www.tuwroclaw.com www.newsweek.com 3

USTALAMY TERMINOLOGIĘ

Materiały terminologia powszechna vs technika drogowa Asfalt Grys 8/11mm Wypełniacz Stabilizator Grys 5/8mm Piasek łamany Grys 2/5mm

Nawierzchnia asfaltowa z mieszanki mineralno-asfaltowej Różne rodzaje mieszanek: - beton asfaltowy - SMA (na fotografii obok) - asfalt lany - asfalt porowaty - BBTM fot. K.Błażejowski

Mieszanka mineralno-asfaltowa (potocznie asfalt ) Składa się z (podział masowy): - lepiszcza asfaltowego (ok. 5%) - kruszywa mineralnego (ok. 95%) Składa się z (podział objętościowy): - lepiszcza asfaltowego (10-15%) - kruszywa mineralnego (75-85%) - wolnych przestrzeni (3-8%) fot. K.Błażejowski (c)

A czym jest asfalt naprawdę dla drogowców? Asfalt naftowy lepiszcze asfaltowe, wytwarzane w rafineriach, w wyniku przetworzenia ropy naftowej

Nawierzchnie asfaltowe obecnie konstrukcja warstwowa warstwy nośne z mieszanek mineralno-asfaltowych odpowiednio przygotowane podłoże

Jak nawierzchnia asfaltowa może zmniejszać hałas? 10

Rozwiązania materiałowe - dodatki Czy nawierzchnia jest ważna? dla pojazdów osobowych przy prędkości powyżej 55 km/h, dla pojazdów ciężarowych dla prędkości powyżej 70 km/h, głównym źródłem hałasu są zjawiska zachodzące pomiędzy oponą a nawierzchnią. [źródło: Hollistic Approach for rolling noise mitigation. GRB 56th, 2012] 11

Fizyczne parametry nawierzchni asfaltowej mogą wpływać na mechanizmy generowania hałasu Mechanizm generowania hałasu Makrotekstura powierzchni warstwy ścier. Porowatość warstwy ścieralnej Grubość nawierzchni Elastyczność nawierzchni Drgania opon Efekt pompowania powietrza Efekt rogu Pochłanianie fali akustycznej Efekt sztywności [źródło: CEDR Technical Report 2017-01 Noise-reducing pavements] 12

Mechanizm generowania hałasu Makrotekstura powierzchni warstwy ścier. Porowatość warstwy ścieralnej Grubość nawierzchni Elastyczność nawierzchni Drgania opon Efekt pompowania powietrza Efekt rogu Pochłanianie fali akustycznej Efekt sztywności [źródło: CEDR Technical Report 2017-01 Noise-reducing pavements] 13

Rozwiązania materiałowe - dodatki Makrotekstura powierzchni warstwy ścieralnej Pierwszym parametrem, który możemy łatwo zmieniać jest wielkość maksymalnego ziarna w mieszance (tzw. D). Im drobniejsze ziarna w warstwie ścieralnej tym większa redukcja hałasu. Szacuje się, że zmniejszenie wielkości ziaren o 1 mm zmniejsza hałas opona-nawierzchnia o 0.25 db. Drobnoziarniste mieszanki zmniejszają naprężenie kontaktowe między oponą a nawierzchnią. Zmiana uziarnienia np. z SMA 11 na SMA 8 przyniesie na pewno pozytywny skutek dla redukcji hałasu. 14

Rozwiązania materiałowe - dodatki Makrotekstura powierzchni warstwy ścieralnej D=16 mm D=11 mm 15

Rozwiązania materiałowe - dodatki Hałaśliwość nawierzchni a uziarnienie mieszanki REDUKCJA UZIARNIENIA MIESZANKI [źródło: Mioduszewski P. Przegląd hałaśliwości różnych typów nawierzchni drogowych na podstawie wyników pomiarów metodą CP. KDN 2015] 16

Rozwiązania materiałowe - dodatki Makrotekstura powierzchni warstwy ścieralnej Drugim parametrem, który możemy wziąć pod uwagę jest typ makrotekstury, z której wyróżniamy: dodatnią o dużej hałaśliwości ujemną o mniejszej hałaśliwości Wybierając rodzaj technologii do warstwy ścieralnej, od razu determinujemy poziom hałaśliwości nawierzchni. Unikamy zatem np. powierzchniowych utrwaleń (PU) klasycznej warstwy z makroteksturą dodatnią. 17

Rozwiązania materiałowe - dodatki Makrotekstura powierzchni warstwy ścieralnej 18

Porowatość warstwy ścieralnej Przez odpowiedni skład mieszanki mineralno-asfaltowej możemy sterować zawartością wolnych przestrzeni, a w efekcie możemy uzyskać: zmniejszenie przetłaczania powietrza w przestrzeni pomiędzy oponą a nawierzchnią, co ogranicza drgania powietrza w rowkach bieżnika oraz minimalizuje efekt rogu, znaczne zmniejszenie tej części hałasu generowanego przez toczącą się oponę, która wywoływana jest zjawiskami aerodynamicznymi, zwiększenie absorpcji (zmniejszenie propagacji) dźwięku, również tego pochodzącego z innych źródeł hałasu pojazdu (silnik, układ wydechowy). [źródło: Mioduszewski P. Przegląd hałaśliwości różnych typów nawierzchni drogowych na podstawie wyników pomiarów metodą CP]. KDN 2015 20

Rozwiązania technologiczne Porowatość warstwy ścieralnej Przykład efektów: standardowa mieszanka do warstwy ścieralnej: 3-4% v/v wolnych przestrzeni asfalt porowaty: 20-30% wolnych przestrzeni redukcja hałasu o 5-8 db. źródła ilustracji: www.wolfasphalt.com; www.eapa.org; www.unh.edu 21

Rozwiązania technologiczne Porowatość warstwy ścieralnej

Rozwiązania technologiczne Porowatość warstwy ścieralnej Bardzo porowate nawierzchnie w Polsce sprawiają kłopoty ze względu na niewielką trwałość, głównie spowodowaną szkodami zimowymi. Innym problemem jest utrzymanie zimowe i zamykanie porów przez zanieczyszczenia. Rozwiązaniem pośrednim, ale skutecznym są mieszanki o zawartości wolnych przestrzeni poniżej 10% v/v, ale odpowiedniej makroteksturze, które są odporne na niską temperaturę i mają właściwości samooczyszczania. Takimi mieszankami są BBTM 8 i BBTM 5. 23

Rozwiązania strukturalne Grubość nawierzchni Pogrubienie nawierzchni porowatej przynosi polepszenie zdolności tłumienia hałasu. Doświadczenia europejskie wskazują, że najcichszymi ze standardowo stosowanych nawierzchni są dwuwarstwowe asfalty porowate (do 8 db cichsze od nawierzchni referencyjnej). 25

Elastyczność nawierzchni Dzięki zastosowaniu elastycznych materiałów w nawierzchni osiągamy zmniejszenie sztywności i co za tym idzie zmniejszenie wymuszeń drgań. Jak to możemy osiągnąć? Przez zastosowanie: lepiszcza asfaltowe modyfikowane elastomerami lepiszcza asfaltowe o odwróconej fazie polimerowej (tzw. HiMA) lepiszcza asfaltowe modyfikowane gumą z opon w mieszance mineralno-asfaltowej dodatku rozdrobnionej gumy warstwy poroelastyczne PERS, w tym prefabrykowane (zawartość wolnych przestrzeni w zakresie 25-40%), redukcja nawet o 10 db 27

Elastyczność nawierzchni Asfalty modyfikowane elastomerami Nawierzchnia PERS Dodatek rozdrobnionej gumy z opon samochodowych 28

Wnioski 29

Mamy szereg możliwości wpływania na właściwości przeciwhałasowe nawierzchni asfaltowych, należy je tylko wykorzystywać. Wiedza technologiczna z dziedziny asfaltów może znacząco wspierać działania na rzecz zmniejszenia hałasu komunikacyjnego. Znaczna część efektów można osiągnąć bez większych nakładów finansowych. Beton Asfaltowy SMA Asfalt porowaty

Dziękuję za uwagę!