Засоби захисту від транспортного шуму

Для зниження шуму автомобільного транспорту рекомендується застосовувати два методи: зниження швидкості руху транспортних засобів, покращення регулювання вуличного потоку, заборона руху для окремих видів автомобілів по окремих трасах і в певний час доби; покращення звукоізоляції будинків і влаштування протишумових екранів; удосконалення ходової і моторної частин транспортних засобів. При розробці або виборі засобів захисту від шуму застосовується цілий комплекс заходів, які включають: проведення необхідних акустичних розрахунків і вимірювань, їх порівняння з нормованими і реальними шумовими характеристиками; визначення небезпечних та безпечних зон; розробка та застосування звукопоглинаючих, звукоізолюючих приладів та конструкцій; вибір відповідного обладнання і оптимальних режимів роботи; зниження коефіцієнта направленості шумового випромінювання відносно певної території; проведення архітектурно-планувальних робіт та ін. [1]. Перераховані заходи відносяться до колективних заходів захисту від шуму.
Звукова енергія від джерела шуму, що поширюється повітрям, при зустрічі з перешкодою у вигляді будівельної або металевої конструкції поділяється на три складові: відбиту, поглинену і падаючу енергію у вигляді звукових хвиль. Властивість матеріалу або конструкції поглинати звукові коливання характеризується коефіцієнтом звукопоглинання, що представляє собою відношення поглиненої звукової енергії до падаючої.
. (1)
Коефіцієнт звукопоглинання різних матеріалів і конструкцій залежить від властивості матеріалу, частоти звукових коливань і кута падіння звукових хвиль. Відношення відбитої енергії звукової хвилі до падаючої називається коефіцієнтом відображення звуку:
. (11)
Відношення енергії, що пройшла до падаючої називається коефіцієнтом звукопроникності:
. (12)
У загальному вигляді суми цих коефіцієнтів дорівнюють одиниці. У практичних розрахунках звукоізолююча здатність визначається за різницею рівня шуму до і після огородження з урахуванням і характеристик приміщення:
, (13)
де — середні рівні шуму в приміщенні з джерелом шуму та ізольованому приміщенні, дБ; S – площа огородження, що розділяє приміщення, м2; A – загальне звукопоглинання ізольованого приміщення, м2.
Захисні конструкції, застосовані в будівництві та машинобудуванні, поділяються на одношарові і багатошарові.
Одношарова огорожа складається з однорідного матеріалу або кількох шарів матеріалів з однаковими фізико-технічними властивостями, які жорстко зв’язані між собою.
Багатошарові конструкції огороджень складаються із шарів, що не мають твердого зв’язку, а між ними може розташовуватися повітряний проміжок або м’які звукоізолюючі чи звукопоглинаючі матеріали. В одношарових огорожах коливальні швидкості на обох поверхнях однакові, і тому залежна від поверхневої маси їх звукоізоляції має резонансну зону в області низьких частот, що веде до загального зниження звукоізолюючої здатності. Багатошарові і шаруваті конструкції за рахунок різниці в коливальних швидкостях мають зміщені по фазі частоти власних коливань.
Застосування шаруватих конструкцій веде до виникнення не тільки згинальних, але і поздовжніх хвиль з меншою швидкістю поширення, що пояснює більш високу їхню ефективність [1,2]. Звукоізолююча здатність деяких, найбільш використовуваних багатошарових огорож, конструкцій і перегородок, подана в табл. 3.

Таблиця 3
Звукоізолююча здатність багатошарових огорож, конструкцій і перегородок

Важливу роль у формуванні шумової ситуації відіграє відбитий від перешкод звук. Звичайні будівельні матеріали ідеально відбивають звук – частина відбитої звукової енергії складає 98 – 99 %. Цей ефект найбільш помітно проявляється у вигляді „озвучування» дворових фасадів будинків, коли шум, який проник всередину двору і відбився від будинків, які розташовані в другому ярусі, повертається до будинків першого ярусу з протилежної від джерела шуму сторони.
В умовах стисненої міської забудови і дефіциту території ефективним засобом захисту від транспортного шуму є застосування шумозахисних житлових будинків-екранів. Даний метод застосовується разом з такими заходами, як функціональне зонування території, організація раціонального розподілення транспортних потоків, застосування екранів та інших шумозахисних споруд. Шумозахисні житлові будинки у відповідності до свого призначення виконують дві функції: забезпечують акустично сприятливі умови для проживання в будинку і завдяки екрануючому ефекту захищають від шуму розташовану за ними житлову забудову.
По принципу організації шумозахисту ці будинки можна поділити на дві основні категорії:

· приміщення, які захищають від шуму розташовуються лише по одному фасаду, який орієнтується в сторону, протилежну до джерела шуму;

· в житлових кімнатах, які орієнтовані в напрямку до джерела шуму, передбачаються спеціальні шумозахисні вікна, які забезпечують нормативний повітрообмін.

Шумозахисні будинки-екрани потрібно розташовувати в першому ярусі настройки вздовж транспортних магістралей та вулиць. При цьому розриви між такими будинками повинні бути мінімальними, а відстані між цими розривами – максимальними [3].

В умовах сучасних міст з масовою забудовою при магістральних територій багатоповерховими довгими будинками для захисту населення від транспортного шуму найбільш доцільно розміщувати вздовж магістральних вулиць і доріг спеціальних житлових будинків, які прийнято називати шумозахисними (рис. 1).
До шумозахисних будівель відносяться такі:

· будинки із спеціальними архітектурно-планувальною структурою та об’ємно-просторовим рішенням, яке передбачає орієнтацію в бік джерела шуму вікон підсобних приміщень квартир і приміщень не квартирних комунікацій, а також не більше однієї кімнати загального користування в квартирах з трьома і більше житловими кімнатами;

· будинки, вікна і балконні двері яких мають підвищену звукоізоляцію і оснащенні спеціальними вентиляційними пристроями, які поєднані з глушниками шуму;

· будинки комбінованого типу, в яких застосовані принципи захисту від шуму, які є характерними для будинків перших двох типів.

Крім шумозахисних будинків в практиці захисту від транспортного шуму знаходять широке застосування будинки торгівельного та іншого призначення. Деякі загальносуспільні будинки можуть мати також спеціальне шумозахисне архітектурно-планувальне рішення.
Найбільш очевидним, але в той же час найменш ефективним методом шумозахисту житлової забудови є віддалення її від джерела шуму, тобто влаштування територіальних розривів.
При відсутності інших заходів віддалення залежить від шумової характеристики транспортного потоку і категорії звукоізоляції вікон.

Із чинників, які впливають на звукоізоляційні властивості вікон, головними є товщина скла, товщина повітряного проміжку між ними і щільність затвору. Так, в спарених і роздільних вікнах збільшення товщини одного скла з 3 до 6 мм призводить до збільшення звукоізоляції на 3 дБА.
Товщина повітряного проміжку – другий по значенню чинник, який визначає звукоізоляцію вікна. Так, збільшення повітряного проміжку з 57 мм в спареному вікні до 90 мм в роздільному вікні при товщині скла 3 мм призводить до підвищення звукоізоляції з 23 до 25 дБА.
Важливе значення має забезпечення герметичності затворів вікон. Так, якщо звичайне спарене вікно з однією прокладкою має звукоізоляцію 23 дБА, то без прокладки вона знижується до 18 – 19 дБА. Чим більша звукоізоляція конструкції, тим більшого значення набувають різні щілини. Для ефективної роботи ущільнюючих прокладок необхідно забезпечити належний їх зажим [1-3].
Заглиблення магістралі відносно загального рівня поверхні прилеглої території помітно впливає на шумовий режим забудови.
В якості додаткового засобу захисту від шуму використовуються зелені насадження. Для отримання помітного шумозахисного ефекту насадження повинні бути густими і мати щільну зелену масу крон дерев і кущів. Для звичайних міських насаджень зниження рівнів транспортного шуму через низькочастотний характер їх спектра практично дорівнює нулю. Акустичний ефект зниження рівня звуку визначають такі фактори, як ширина смуги, дендрологічний склад і конструкція насаджень.
Зелені насадження, сформовані у вигляді спеціальних шумозахисних смуг, можуть давати ефект зниження рівня шуму до 8 дБА. Для цього шумозахисні смуги зелених насаджень повинні представляти собою спеціальні щільні насадження великих швидкоростучих деревно-кущових порід з густою, низько опущеною щільною кроною. Проміжок під кронами повинен бути закритий кущами.

Насадження дерев в смузі може бути рядовим або шахматним при відстані між деревами не більше 4 м, висоті дерев не менше 5 – 8 м, а кущів – 1,5 – 2 м. При цьому шахматне насадження більш ефективне для зниження шуму.
Зелені насадження із хвойних порід більш ефективні для шумозахисту у порівнянні з листяними і не залежать від пори року. Однак в умовах міста вони ростуть погано, тому їх корисно об’єднувати з листяними породами дерев.
Необхідно враховувати, що шумозахисний ефект зелених насаджень спостерігається лише в області створюваної ними звукової тіні. Практично це означає, що зниження шуму може бути досягнуто лише на території і на нижніх поверхах забудови.
Одними із найбільш ефективних будівельно-акустичних засобів зниження шуму на території міст є екрани, розміщенні між джерелами шуму та об’єктами захисту від нього. Поняття „екран» прийнято відносити до будь-яких перешкод на шляху поширення шуму.
Екранами можуть бути придорожні підпорні, спеціальні захисні стіни, штучні та природні рельєфи місцевості – земляні вали, насипи (рис. 2), відкоси, тераси і т. д. або їх комбінації, а також спеціальні шумозахисні споруди. Крім того, функції екранів можуть виконувати будинки, в приміщеннях яких допускаються рівні звуку більше 45 дБА (будинки підприємств побутового обслуговування населення, торгівлі, комунальні організації), а також шумозахисні житлові будинки.
Акустична ефективність екрана залежить від його висоти, довжини та звукоізоляційних властивостей. Найбільше поширення в світовій практиці боротьбі з шумом отримали спеціальні шумозахисні екрани-стінки або бар’єри (рис. 3). З урахуванням особливостей шумозахисних властивостей екранів найбільш перспективними слід вважати конструкції з уніфікованих елементів, які дозволяють варіювати висоту, довжину, а при необхідності і форму і конструкцію екранів для забезпечення потрібного зниження шуму в тих чи інших умовах забудови.
Для створення ефекту екранування об’єкти, які захищаються від шуму повинні знаходитись нижче межі звукової тіні, тобто продовження прямої лінії, яка з’єднує акустичний центр джерела шуму з вершиною екрана.
Екрани слід розраховувати на снігові та сейсмічні навантаження. Матеріали для виготовлення екранів-стін слід підбирати в основному виходячи з конструктивних та економічних поглядів. До найбільш поширених матеріалів, які застосовуються для будування екранів, відносяться бетон і залізобетон. Конструкції екранів-стінок, призначених для установки на вулицях або дорогах із двостороннім розташуванням об'єктів, що захищаються від шуму, повинні передбачати наявність звуковбирних конструкцій у вигляді резонуючих панелей і звукопоглинальних облицювань або заповнень (рис. 4). Звуковбирні матеріали, використовувані для облицювання і заповнення екранів, повинні мати стабільні фізико-механічні й акустичні показники протягом усього періоду експлуатації, бути біологічно стійкими і вологостійкими, не виділяти в навколишнє середовище шкідливих речовин у кількостях, що перевищує гранично припустимі концентрації для атмосферного повітря. Для збільшення ефективності звукопоглинаючих облицювань їх варто кріпити на твердій основі безпосередньо на поверхні екрана. Для захисту звуковбирного матеріалу від попадання вологи необхідно передбачати захисне покриття у вигляді плівки. Зовні екран зі звуковбирним облицюванням повинний захищатися перфорованими аркушами з алюмінію, сталі або пластика.
Конструкції окремих елементів екранів повинні забезпечувати щільне їх приєднання один до одного для створення акустично непрозорого екрана. В місцях розташування зупинок транспорту для забезпечення проходу людей необхідно передбачати розриви в екранах. При проектуванні екранів необхідно враховувати, що установка екранів-стінок з акустично жорсткою поверхнею з однієї сторони від джерела шуму викликає деяке підвищення рівня шуму на протилежній стороні за рахунок відбитої від екрана звукової енергії. При установці екранів-стінок з акустично жорсткою поверхнею вздовж двох сторін автомобільної дороги акустична ефективність екранів знижується на 1 – 5 дБА в залежності від відстані між екраном та транспортним потоком.
При проектуванні екранів-стінок слід враховувати, що їх акустична ефективність в деякій мірі залежить від форми. Найбільш ефективним є екран Г-подібного поперечного профілю. Оптимальна ширина верхньої полки такого екрана дорівнює 0,6 м. При цьому ефективність екрана на 2,5 дБ вища ефективності звичайного тонкого екрана-стінки тієї ж висоти.

При розробці проектів комбінованих екранів необхідно прагнути до вибору таких конструкцій, конструктивних елементів і форми екрана, щоб екран справляв враження природного, випадково створеного природою об’єкта. Комбіновані екрани монтують із збірних залізобетонних елементів таким чином, щоб в результаті виникла трапеційна конструкція з виступами в поперечному перерізі. Внутрішня частина заповнюється ґрунтом, а окремі виступи у всій конструкції засаджуються рослинами.
Колір екранів може застосовуватись не лише для зменшення монотонності і надання їм кращого зовнішнього вигляду, а й для виконання інформаційної функції для водіїв та пішоходів. Використовуючи техніку відтінків, на плоских екранах можна створити ілюзію об’єму, наявність певної текстури. Для фарбування екранів слід застосовувати кольори, які підсвідомо викликають у людей відчуття впевненості та спокою. В першу чергу це стосується кольорів, які переважають у природі: зеленому, жовтому і коричневому. Червоний та блакитний кольори, навпаки, повинні використовуватися в особливих випадках. Контрастність повинна бути забезпечена як в ясну сонячну погоду, так і в похмуру. Розміщення магістральних вулиць і доріг у виямках дозволяє використовувати їх відкоси в якості шумозахисних екранів. Однак більш ефективні комбіновані екрани. Своєрідними екранами можуть бути суцільні огородження балконів на фасадах будинків. Однак такі екрани потребують точного проектування з врахуванням траєкторії прямих і відбитих звукових променів, так як в протилежному випадку вони можуть стати причиною підвищення рівня звуку в приміщеннях будинків. В будь-якому випадку поверхні балконів з суцільним огородженням рекомендується обкладати звукопоглинаючими матеріалами [2,3].