Badania współczynnika absorpcji i wodoprzepuszczal-

5.2.2.5. Badania współczynnika absorpcji i wodoprzepuszczalności nawierzchni porowatych

Zachowanie korzystnych właściwości akustycznych warstwy ścieralnej w czasie użytkowania drogi jest związane z zachowaniem zdolności do absorpcji dźwięków od ruchu samochodowego. Ustalenie współczynnika absorpcji dźwięków przez nawierzchnię drogową jest możliwe na rzeczywistych odcinkach drogowych [99, 100] lub w warunkach laboratoryjnych metodą rury Kundta [174].

Problem ten był analizowany w wielu ośrodkach naukowo-badawczych w in-nych krajach. Practicò i in. badali absorpcję dźwięków od strony teoretycznej, z uwzględnieniem krętości porów i współczynnika oporu przepływu powietrza oraz weryfikowali wyniki rozważań teoretycznych w ramach badań terenowych i laboratoryjnych [177, 179, 181]. Także w pracach [184, 188] przedstawiono wy-niki badania współczynnika absorpcji na rzeczywistych nawierzchniach drogo-wych.

30 35 40 45 50 55 60 65 70

100Hz 160Hz 250Hz 400Hz 630Hz 1kHz 1,6kHz 2,5kHz 4kHz 6,3kHz 10kHz

LAeq [dB]

Częstotliwość [Hz]

SMA11-2011 SMA11-2014 BBTM8-2011 BBTM8-2014

W celu rozpoznania problemu pochłaniania dźwięków przez górne warstwy na-wierzchni stosowanych w Polsce w 2016 roku dokonano pomiarów współczynnika absorpcji na nawierzchni PAC8 na drodze wojewódzkiej nr 780 i na nawierzchni DPAC8+16 na drodze wojewódzkiej nr 967. Nawierzchnia z asfaltu porowatego była użytkowana przez sześć lat i nie była poddawana zabiegowi czyszczenia.

Na nawierzchni DPAC8+16 podejmowano próby jej czyszczenia po pierwszym roku eksploatacji.

Na każdej nawierzchni wyznaczono po trzy przekroje, w których dokonano pomiaru współczynnika absorpcji dźwięku w zakresie częstotliwości od 315 Hz do 1600 Hz, zgodnie z normą ISO 13472-2 [100]. Na rysunku 5.17 pokazano ze-staw Spectronics ACUPAVE System do pomiaru współczynnika absorpcji.

Rys. 5.17. Badanie współczynnika absorpcji na nawierzchni DPAC8+16

Wyniki pomiarów na rzeczywistych nawierzchniach przedstawiono na rysun-ku 5.18. Uzyskane wartości współczynnika absorpcji na nawierzchni PAC8 są zbliżone do wartości charakteryzujących nawierzchnie o zwartej strukturze, co oznacza bardzo duże jej zanieczyszczenie. W wypadku nawierzchni DPAC8+16 stwierdzono różnice pomiędzy współczynnikami absorpcji w zależności od lokali-zacji przekroju badawczego oraz miejsca wykonania pomiaru (rys. 5.18b). Może to być wynikiem podejmowanej próby czyszczenia oraz zbyt krótkiego okresu eksploatacji przebudowanej drogi. Nawierzchnia DPAC8+16 w czasie pomiarów była na etapie zanieczyszczania jej struktury (1 rok eksploatacji). Wartości współ-czynnika absorpcji na tej nawierzchni należy uznać za zbyt niskie w porównaniu ze współczynnikami charakteryzującymi nawierzchnie porowate, ustalonymi w innych krajach w podobnym okresie eksploatacji.

a) b)

Rys. 5.18. Współczynniki absorpcji dźwięku na badanych nawierzchniach w 2 lub 3 przekrojach (SL– w śladzie lewym, SP – w śladzie prawym, PS – pomiędzy śladami): a) PAC8 – po 6 latach eksploatacji, b) DPAC – po 2 latach eksploatacji

W celu sprawdzenia właściwości akustycznych warstw porowatych Zarząd Dróg Wojewódzkich w Krakowie wykonał odwierty nawierzchni PAC8 i DPAC8+16 (rys. 5.19). Z warstwy ścieralnej wycięto próbki o grubości 3,3 cm do badania współczynnika absorpcji dźwięków metodą rury Kundta. Oczyszczono je ze wszelkich zanieczyszczeń. Dodatkowo, w warunkach laboratoryjnych, wyko-nano próbkę referencyjną z asfaltu porowatego PAC8. Trzy tak przygotowane próbki poddano badaniom współczynnika absorpcji metodą rury Kundta w Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie [114].

Na rysunku 5.20 pokazano wartości współczynnika absorpcji w zakresie częstotli-wości od 100 Hz do 6300 Hz.

a) b)

Rys. 5.19. Próbki nawierzchni na odcinkach testowych: a) PAC8, b) DPAC8 0,00

0,03 0,06 0,09 0,12 0,15

315Hz 400Hz 500Hz 630Hz 800Hz 1000Hz 1250Hz 1600Hz

α [-]

SL-1 PS-1 SP-1

SL-2 PS-2 SP-2

0 0,03 0,06 0,09 0,12 0,15

315Hz 400Hz 500Hz 630Hz 800Hz 1000Hz 1250Hz 1600Hz

α [-]

SL-1 PS-1 SP-1

SL-2 PS-2 SP-2

SL-3 PS-3 SP-3

Rys. 5.20. Współczynniki absorpcji w zależności od częstotliwości i rodzaju nawierzchni

Porównanie wyników z badań terenowych i w warunkach laboratoryjnych po-twierdza wpływ zanieczyszczenia nawierzchni na wartość współczynnika absorp-cji. W badaniach metodą rury Kundta uzyskano porównywalne wyniki na prób-kach z rzeczywistych nawierzchni i próbki wykonanej w warunprób-kach laboratoryj-nych. Jednak ustalone wartości współczynnika absorpcji przyjmowały mniejsze wartości niż wartości prezentowane w literaturze przez innych badaczy. Może to mieć związek z charakterystyką porów, będących wynikiem składu mieszanki mi-neralno-asfaltowej i jej zagęszczania.

Zróżnicowaną strukturę wewnętrzną warstw ze zwiększoną zawartością wol-nych przestrzeni po kilku latach eksploatacji nawierzchni potwierdzono także w badaniach wodoprzepuszczalności. Zbadano wodoprzepuszczalność warstwy z asfaltu porowatego PAC8, warstwy z BBTM8 oraz dwóch warstw z asfaltu po-rowatego DPAC8+16 w warunkach terenowych i w laboratorium w Politechnice Białostockiej (rys. 5.21). Średnie wartości wodoprzepuszczalności nawierzchni na rzeczywistych odcinkach pokazano na rysunku 5.22a, a w warunkach laborato-ryjnych – na rysunku 5.22b

Terenowe i laboratoryjne badania wodoprzepuszczalności potwierdziły naj-mniejsze zanieczyszczenie nawierzchni o dwóch warstwach z asfaltu porowatego DPAC8+16. Najbardziej zanieczyszczoną okazała się nawierzchnia z pojedynczą warstwą z asfaltu porowatego zlokalizowana pomiędzy śladami kół samochodo-wych. Lepszą wodoprzepuszczalność niż na nawierzchni PAC8 uzyskano na na-wierzchni typu BBTM8, co mogło mieć wpływ na nieco niższą jej hałaśliwość po sześciu latach eksploatacji. Ustalone wyniki wskaźnika wodoprzepuszczalności w warunkach laboratoryjnych są niższe od wartości ustalonych w podobnych ba-daniach wykonanych w Instytucie Badawczym Dróg i Mostów w Warszawie [95].

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300

α[-]

Częstotliwość [Hz]

PAC8 - droga PAC8(DPAC)-droga PAC - lab

a) b)

Rys. 5.21. Badanie wodoprzepuszczalności warstw o zwiększonej zawartości wolnych przestrzeni:

a) w terenie, b) w warunkach laboratoryjnych

a) b)

Rys. 5.22. Wyniki pomiarów wodoprzepuszczalności (SL – ślad lewy, SP – ślad prawy, PS – pomiędzy śladami): a) w terenie, b) w warunkach laboratoryjnych

Przedstawione wyniki badań pilotażowych współczynnika absorpcji oraz wo-doprzepuszczalności warstw asfaltowych o zwiększonej zawartości wolnych prze-strzeni nie pozwalają na obecnym etapie na ustalenie zależności pomiędzy współ-czynnikiem absorpcji (i wodoprzepuszczalnością) a poziomem hałasu toczenia pojazdów samochodowych. Konieczne są w tym celu rozszerzone i bardziej szcze-gółowe badania. Uzyskane wartości wskazują na zmiany zachodzące w strukturze warstw porowatych w czasie kilkuletniej eksploatacji, będące wynikiem systema-tycznego ich zanieczyszczania.

3,5 9,7 16,0

3,8 7,3 >22,8

4,0 5,8 6,4

0 5 10 15 20 25 30

DPAC 8+16

BBTM 8 PAC 8

Czas [min]

SL PS SP

1,04 2,35

1,59 3,23

0,04 0,06 0,22 1,58

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0

PAC 8-I

PAC 8-II

BBTM 8

DPAC 8+16 Kh·(E+4) [m/s]

SP PS