Aktualne wydanie

2019 12 okladka

       Świat Szkła 12/2019

 

User Menu

 20191104-V1-BANNER-160x600-POL

  

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

20190820-BANNIERE-HALIO-750x100-1D-PL

 

wlasna-instrukcja ift--baner do newslet-2019

 LiSEC SS Konfig 480x120

 

budma 2020 - 480x120

 

eurasia glass 480x100

 

 konferencja ICG 1c

Szklane powłoki akustyczne
Data dodania: 09.11.12

Często brak możliwości zastosowania rozwiązań tradycyjnych wymusza ekstrawagancję, tworzy nowoczesność, nowy standard. Taka sytuacja zaistniała w przypadku konieczności walki z hałasem w sąsiedztwie warszawskiego odcinka drogi ekspresowej S8, wokół autostrady we włoskim Chiasso oraz niemieckim Hosbach.

 

Transparetne tuby warszawskiej Trasy Toruńskiej
W trakcie tworzenia projektu dostosowania Trasy Toruńskiej w Warszawie do parametrów drogi ekspresowej S8, decyzja środowiskowa nałożyła na projektantów obowiązek zaprojektowania półtunelowych osłon akustycznych. Wcześniej analiza klimatu akustycznego, w oparciu o program numeryczny, udowodniła, że po modernizacji dróg w tej lokalizacji nawet bardzo wysokie ekrany rzędu 6-8 m nie są w stanie ograniczyć skutecznie niekorzystnej propagacji hałasu na teren przyległy.


Schemat na rysunku 1 obrazowo pokazuje jak rozchodzą się fale akustyczne w przypadku ekranu tradycyjnego – tworzy się wówczas granica cienia akustycznego, nim wyższy ekran to korzystniejsze położenie granicy tego cienia, jednakże najwyższe kondygnacje budynków wysokich i tak nie są skutecznie chronione. Tunel akustyczny gwarantuje zaistnienie wielokrotnych odbić w jego wnętrzu i radykalne wyciszenie terenu przyległego do obudowanej tunelami drogi komunikacyjnej (rys. 1).

 

14-fot1

Rys. 1. Propagacja fal akustycznych w przypadku zastosowania ekranu akustycznego i półtunelu

 

W sytuacji, gdy stosowane są ekrany o znacznych wysokościach, z użyciem tafli szklanych, to oprócz doboru odpowiednich słupów stalowych, jako zasadniczych elementów nośnych, należy przewidzieć stężenia poprzeczne, pomiędzy słupami, dzielące całą powierzchnię na mniejsze sektory, w celu montażu tafli szklanych.


Osłony tunelowe w Warszawie zrealizowano na odcinku pomiędzy ul. Marywilską i ul. Łabiszyńską – na długości około 1250 m. Wiązało się to z zaprojektowaniem budowli stalowo-szklanej o bardzo dużej powierzchni, a co za tym idzie wymagało indywidualnego podejścia do projektu zarówno w sferze technicznej, jak i estetycznej.


Ekrany półtunelowe zaprojektowano jako dwie stalowo szklane „tuby”, każda o rozpiętości od 17 m do 31,3 m w miejscu rozjazdów (połączeń jezdni głównych z jezdniami zbiorczo-rozprowadzającymi). Wysokość konstrukcji w najwyższym miejscu wynosi około 10 m. Zastosowanie oddzielnej konstrukcji dla każdej z jezdni ma za zadanie zmniejszyć rozpiętości oraz umożliwić montaż ekranów, bez potrzeby zamykania obu jezdni jednocześnie.

 

Aspekt ten miał kolosalne znaczenie, w czasie powstawania inwestycji. Pomiędzy dwoma „tubami”, w osi drogi, zaprojektowano otwarcie w poszyciu o szerokości 5 m służące wentylacji. Ekrany akustyczne półtunelowe wykonane są z ram stalowych (profil dwuteowy, walcowany, gięty na zimno), malowanych w kolorze cynku.


Ramy główne rozstawione są co 6 m. Szerokość ram jest zmienna na całej długości trasy, jednak większość odcinków udało się podzielić na ustandaryzowane fragmenty. Ramy konstrukcyjne tworzą dwie niezależne „tuby” zazębiające się ze sobą w rozstawie co 3 m (rys. 2).

 

14-fot2

Rys. 2. Wizualizacja warszawskich tuneli akustycznych

 


Poszycie ekranów do wys. 2,5 m (na krawędziach obiektu do 5 m) stanowią panele pochłaniające. Powyżej zastosowano wypełnienie transparentne z paneli ze szkła mineralnego, klejonego, hartowanego, z nadrukiem ochronnym dla ptaków w postaci linii.


Szkło umieszczono pomiędzy płatwiami i ryglami stalowego systemu nośnego. Ogólnie są to tunele akustyczne pochłaniająco-odbijające: w dolnej części panele dźwiękochłonne, a od wysokości 2,5 m szklane panele odbijające, zamocowane w szkielecie stalowej konstrukcji nośnej.


Całość obiektów jest wyposażona w rynny odwadniające usytuowane po zewnętrznej oraz wewnętrznej krawędzi konstrukcji, wraz z rurami spustowymi poprowadzonymi wzdłuż konstrukcji (schowanymi w grubości profilu dwuteowego).

 

14-fot3

Rys. 3. Stalowa konstrukcja tuby wypełnionej od dołu materiałem pochłaniającym, a od góry szkłem mineralnym

 


Na zewnętrznych krawędziach obiektu, w jego górnej części, zastosowano bariery przeciwśnieżne oraz elementy służące ich konserwacji. Oprócz opraw oświetlenia użytkowego zadbano również o iluminację obiektu. Każda z ram ma projektory, umiejscowione u jej podstawy w celu oświetlenia konstrukcji.

 

Na przedłużeniu ekranów półtunelowych zaprojektowano  ekrany zakrzywione dopasowane do ich geometrii. Miało to na celu stworzyć wizualną ciągłość konstrukcji. Powłoki akustyczne zrealizowano na przełomie 2011/2012 roku (rys. 3.).

 


Konstrukcja zyskała przydomek dżdżownicy z paneli (rys. 4.). Jest to pierwsze takie zabezpieczenie przed hałasem w Polsce. Podobne półtunele można spotkać w Niemczech, we Włoszech, Austrii, Szwajcarii we Francji, czy dalekim Hongkongu. Koszt tej konstrukcji był duży – 80 mln zł, czyli 9% wartości całej modernizacji trasy, która prowadzi ruch tranzytowy w gęsto zabudowanym obszarze tej części Warszawy. Opiniodawcy, eksperci, przedstawiciele administracji drogowej zgodnie przyznają, że w tej lokalizacji standardowe pionowe ekrany akustyczne nie spełniłyby norm ograniczenia hałasu do dopuszczalnego poziomu 60 dB w dzień i 50 dB w nocy.

 


Do budowy półtuneli wykonawca zużył łącznie 59 tys. m2 ekranów odbijających ze szkła zespolonego i prawie 8 tys. m2 paneli przeciwdźwiękowych. Teraz, po realizacji, najwęższym miejscu tunel ma 13 m, a w najszerszym – 29 m (przed ul. Łabiszyńską przezroczysty dach jest rozpięty nie tylko nad jezdniami głównymi, ale też bocznymi jezdniami rozjazdów).

 


W półtunelu co 200 metrów znajdują się wyjścia ewakuacyjne. Żeby zapewnić cyrkulację powietrza bez montowania wentylatorów, tunel jest niedomknięty: 15% powierzchni to wolna przestrzeń. Projektant przewidział też nad jezdniami 2,4 km szyn dla dwóch elektrycznych wózków rewizyjnych, którymi będą się przemieszczały ekipy czyszczące, pracujące dla zarządcy drogi [7].

 

14-fot4

Rys. 4. Przebieg tunelu na wiadukcie południowym Trasy Toruńskiej

 


Warszawska Trasa Toruńska o olbrzymim natężeniu ruchu przebiega estakadami, wiaduktami i to ten czynnik wykreował dodatkowo zwiększenie poziomu ciśnienia akustycznego w ich sąsiedztwie (rys. 4). Ekranowanie obiektów mostowych jest istotne dlatego, że fala akustyczna propagowana jest na większe odległości z poziomu pomostu, niż z poziomu drogi doprowadzającej do obiektu.

 

W projektach ekranów mostowych: dobiera się dla nich odpowiednią wysokość, kąt odchylenia płaszczyzny ekranów od pionu, sposób zamocowania konstrukcji wsporczej ekranu z pomostem, rodzaj wypełnienia ekranu i sposób łączenia poszczególnych paneli, co ma istotne znaczenie na etapie ich montażu. Transprentne szklane półtunele są optycznie lekkie, ale mają duży ciężar własny, co należało wnikliwie przeanalizaować na etapie projektu obiektów mostowych. Sposób zamocowania konstrukcji stalowej do budowli mostowej, to uzupełniający ważny i specyficzny temat [2].


Uwarunkowania normowe między innymi dla paneli szklanych
W normatywie PN-EN 1794-1 określono warunki, jakim powinny odpowiadać bariery akustyczne narażone na uderzenia kamieni i kolizje [1]. Należy dokładnie przeanalizować zachowanie ekranu w przypadku kolizji. Ekrany akustyczne nie powinny stanowić dodatkowego zagrożenia podczas zderzenia.

 

Dodatkowo należy określić ich przydatność jako urządzeń bezpieczeństwa ruchu drogowego. Ekrany akustyczne narażone są na działanie ognia wskutek pożarów, na przykład paliw. Ekran nie może powodować dalszego rozprzestrzeniania się ognia i najlepiej jakby sam stanowił barierę ogniową. Ekrany w wyniku uszkodzenia (np. przez uderzenie w nie pojazdu) mogą stanowić zagrożenie dla ludzi przebywających w ich zasięgu.

 

 

 

14-fot5

 

14-fot5a

Rys. 5. Skrzyżowanie dwóch międzynarodowych autostrad w miejscowości Chiasso w północnych Włoszech wymagało szczególnego podejścia w celu zapewnienia mieszkańcom ochrony akustycznej. Osłony musiały częściowo przykrywać jezdnie. Metalowa konstrukcja przypomina drzewa, których gałęzie podpierają stalowo-szklany dach obiektu. W wybudowanym obiekcie użyto wysokiej klasy materiałów.

Panele akustyczne wykonane są z wielowarstwowych tafli ze szkła mineralnego, których zewnętrzna warstwa została poddana specjalnemu procesowi, dzięki któremu straciły one możliwość odbijania niechcianych, ostrych refleksów światła z otoczenia. Dużą wagę przyłożono do zabezpieczenia części metalowych przed korozją oraz wzmocnieniu szkła, aby uniknąć sytuacji, w której mogłoby ono pękać lub spadać.
Projekt był wykonany w taki sposób, że udało się zachować ciągłość oraz bezpieczeństwo ruchu [7].

 


Istnieje prawdopodobieństwo, że niezabezpieczone części bądź całe panele oderwą się od konstrukcji. Ekrany zlokalizowane w miejscach szczególnie niebezpiecznych powinny być wzmacniane dodatkowymi stężeniami.

 

Norma PN-EN 1794-2 określa ekrany jako bezpieczne, kiedy budujące je elementy są zabezpieczone przed odpadnięciem w przypadku złamania bądź zdeformowania. Umocnienia elementów powinny być projektowane tak, by były odporne na siłę rozrywającą odpowiadającą ich ciężarowi własnemu, zwielokrotnionemu o współczynnik bezpieczeństwa równy 4.

 

Norma PN-EN 1794-2 podkreśla potrzebę kontroli materiałów składowych budujących ekran. Materiały te na skutek rozpadu mogą zagrażać środowisku, powodując jego skażenie. Istotną informacją jest również możliwość ich ponownego zastosowania po recyklingu.

 

 

14-fot6

Rys. 6. Tunel akustyczny przed tunelem drogowym Monte Barro – stalowa konstrukcja połączona z płytami plexiglasu

 

W celu prawidłowej ochrony środowiska zaproponowano następujące rozwiązania:
- materiały budujące urządzenia przeciwhałasowe powinny zostać zgłoszone w deklaracji,
- deklaracja powinna zawierać opis warunków chemicznych i fizycznych w jakich może dojść do skażenia,
- należy podać udział procentowy materiałów nadających się do odzysku i ponownego wykorzystania na drodze recyklingu.

 

Norma PN-EN 1794-2 zwraca uwagę na niebezpieczeństwo wynikające z odbijania światła przez powierzchnie płaskie, w tym przypadku ekrany akustyczne.

 

W odpowiednich warunkach padające na powierzchnię ekranu światło słoneczne bądź pochodzące z reflektorów samochodowych, może oślepić kierującego pojazdem. Norma nie ustala dopuszczalnego wskaźnika odbijania światła, jednak opisuje wzorcowy sposób badania próbek elementów ekranujących pod kątem ich odblaskowości [5], [6].

 

Po analizie zaleceń normowych narzuca się spostrzeżenie, że odpowiednie szkło mineralne, cechujące się wystarczającymi parametrami wytrzymałościowymi ma przewagę w stosunku do szkła akrylowego ze względu na większą ognioodporność. Sprawa skutecznego recyklingu paneli szklanych też jest oczywista, w porównaniu z tworzywem akrylowym.

 

 

14-fot7a

Przebieg tuneli akustycznych w Hosbach (widok Tunel akustyczny stalowo-szklany w Hosbach z góry) – niemiecka autostrada A3

 

14-fot7

Rys. 7. Trzy ciągi tuneli w sąsiedztwie miejscowości Hosbach powstały nad nitkami autostrady A3. Dwa najdłuższe z nich liczą 2101 m oraz 1762 m, zostały skonstruowane w roku 2006. Mają ciekawą, niejako spłaszczoną formę architektoniczną powłok, stworzonych ze stali i hartowanego szkła.

 

Poza tym matowienie materiału plexiglas jest procesem niekorzystnym, który nie dotyka szkła mineralnego. Matowienie występuje pod wpływem czynników atmosferycznych oraz drogowych. Sposób zniszczenia tafli wypełniających ekrany ze szkła hartowanego – alternatywnego materiału, wypełniającego transparentne ekrany akustyczne w przypadku zderzenia z pojazdami, również nie zagraża życiu.

 

Szkło jest bardziej odporne na wysoką temperaturę od tworzywa akrylowego. W doświadczeniach włoskich, gdzie w gigantycznym zakresie stosowane są przezroczyste ekrany antyhałasowe, a niekiedy przeciwwietrzne (autostrady wysoko w górach) wystąpiły przypadki zapalenia się ekranów z materiału akrylowego, na skutek uderzenia pojazdów. Niektóre odcinki włoskich ekranów akustycznych z pleksiglasu wymienia się na ekrany szklane, charakteryzujące się wyższą odpornością na wysoką temperaturę. Czynniki trwałości i bezpieczeństwa są dominującymi aspektami we współczesnym projektowaniu, m.in. w budownictwie komunikacyjnym.

 


Parametry przykładowego szkła hartowanego SGG SECURIT
Zwiększenie wytrzymałości szkła SECURIT na wstrząsy sprawiło, że 8 milimetrowa szyba jest odporna na upadek stalowej kuli o ciężarze 500 g z wysokości 2 m. Dla porównania warto dodać, że taka sama kula tłucze 8 milimetrowe szkło niehartowane, spadając z wysokości 0,3 m.

 

Szkło SECURIT prezentuje znacznie większą odporność na zginanie niż szkło niehartowane. Odporność ta charakteryzuje się tym, iż naprężenie w czasie zginania osiąga rząd 120 MPa. Szkło to jest odporne na temperatury osiągające nawet 200°C.

 

W przypadku pęknięcia SECURIT rozbija się na małe kawałki, ograniczając w ten sposób ryzyko wystąpienia głębokich skaleczeń. Ta podstawowa cecha powoduje, iż SECURIT może być stosowane do wszystkich konstrukcji, wymagających zabezpieczeń przed ryzykiem skaleczeń w przypadku uderzenia i stłuczenia szkła. Norma EN 12150 określa parametry minimalnego kruszenia produktów stosowanych do konstrukcji budynków.

 

Zalecenia bądź normy określają sposób kruszenia szkła hartowanego, stosowanego jako:
- materiał stosowany w przemyśle kolejowym,
- materiał stosowany w przemyśle samochodowym,
- materiał stosowany do budowy drogowych ekranów dźwiękochłonnych.

 


Nie można wykluczyć samoczynnego pękania przeszkleń hartowanych. W celu zachowania stabilności konstrukcji i jej elementów zarówno wewnętrznych, jak i zewnętrznych oraz bezpieczeństwa użytkowników, należy każdorazowo brać pod uwagę konsekwencje tego ryzyka.

 


Jak wiadomo, ryzyko samoczynnego pękania szkła może zostać znacznie ograniczone dzięki zastosowaniu dodatkowej obróbki termicznej szkła hartowanego zwanej „Heat Soak Test”. Technologia ta pozwala na wykrycie obecności w szkle ewentualnych niejednorodności, znacznie redukując ryzyko pęknięć wskutek naprężeń wewnątrz szkła [4].


Oczywiście, w realizacjach na świecie stosuje się zarówno szkło akrylowe, czego przykładem jest powłoka akustyczna przed wjazdem do tunelu Monte Barro we Włoszech (rys. 6), jak i szkło mineralne, copoza Warszawą, można zobaczyć np. we włoskim Chiasso (rys. 5) i niemieckim Hosbach (rys. 7).


Zakończenie
W ostatnim czasie zrealizowano w Polsce gigantyczną ilość m2 nowych ekranów akustycznych. Coraz częściej pojawiają się ekrany transparetne wykorzystujące szkło mineralne. Powstały ekrany o różnych konstrukcjach, wypełnionych rozmaitymi panelami, o różnorodnych wysokościach, jak również wielorakiej formie kolorystycznej.

 

Ochrona przed hałasem rejonów zabudowań mieszkalnych, sąsiadujących z nowobudowanymi drogami bądź ich odcinkami poddanymi modernizacji pochłania około 9-10% w skali finansowej całej inwestycji komunikacyjnej. Prezentowane akustyczne powłoki są przykładem efektywnego i niezwykle efektownego, oryginalnego ekranowania.

 

dr inż. Beata Stankiewicz
Politechnika Opolska

 

Wykorzystane materiały
[1] Adamczyk J., Szałyga-Osypanka D.: Szklane ekrany akustyczne. „Świat Szkła” 12/2010,
[2] Stankiewicz B.: Ekran akustyczny na obiekcie mostowym. Międzynarodowa Konferencja EKOMOST 2006, Kielce 16-17 maja 2006,
[3] Stankiewicz B.: Efektywne i efektowne realizacje przezroczystych ekranów akustycznych. „Świat Szkła” 3/2005,
[4] Stankiewicz B.: O bezpieczeństwie mostów autostradowych. „Inżynieria i Budownictwo” 2/2007,
[5] PN-EN 1794-1:2002 Drogowe urządzenia przeciwhałasowe. Wymagania pozaakustyczne. Część 1: Właściwości mechaniczne i stateczność.
[6] PN-EN 1794-2:2002 Drogowe urządzenia przeciwhałasowe. Wymagania pozaakustyczne. Część 2: Ogólne bezpieczeństwo i wymagania ekologiczne.
[7] http://edroga.pl/drogi-i-mosty/projektowanie/973-estetyczne-ksztaltowanie-drogowych-obiektow

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

więcej informacj: Świat Szkła 9/2012

 

 

 

01 chik
01 chik