Создание шумозащитной модели габионного блока

Статья посвящена рассмотрению габионных конструкций вместо шумозащитных экранов. Проведён анализ сравнения данных сооружений по набору параметров и предложена своя модель габионной конструкции.

Ключевые слова: шумопоглощение, искусственные сооружения, инновации, экология, безопасность дорог

Одна из основных задач и проблем проектировщиков дорожных систем — это проектирование качественных работ по комплексному благоустройству прилегающих территорий. Это создание экологической, функциональной, эстетичной обстановки. Здесь же и возникает проблема устройства системы защиты населения от чрезмерного звукового воздействия со стороны дорог с большими показателями пропускной способности и интенсивности движения.

В основном, в случае резкой необходимости возведения шумоотражающих или шумопоглощающих конструкций, возводят именно шумозащитные экраны. Подобные конструкции создают ряд проблем для автомобилистов, такие как ограниченность пространства, уменьшение освещенности проезжей части, которые влекут за собой еще больший ряд проблем. Для исторических городов, например, стоит задача «сохранения облика» города, эстетический фактор строительства, что как раз является широкой областью исследования учёных в строительной и экологической сферах и основным недостатком установки шумозащитных экранов. [1, 2]

В настоящее время, габионы в строительной отрасли используются для армирования грунтов и в качестве укрепляющих конструкций при обустройстве береговых линий и дорожных откосов. Большая выгода наблюдается при строительстве габионных конструкций вместо монолитных подпорных стенок в долговечности, пластичности и цене.

Обзор литературы.

Согласно СНиП 23–3-2003 «Защита от шума» и СП 51.13330.2011. «Защита от шумов и акустика зала» звукоизоляция внутренних ограждающих конструкций определяется индексом изоляции воздушного шума RW, дБ и индексом приведенного уровня ударного шума (изоляция ударного шума) LW, дБ [3, 4].

Коэффициент звукопоглощения  — отношение эквивалентной площади звукопоглощения образца к его площади. Звукоизоляционные материалы и изделия с ≥0.8 в диапазоне низких (100–250 Гц), средних (315–1000 Гц) и высоких (1250–5000 Гц) частот отнесены к первому классу звукопоглотителей, которые обеспечивают максимальное снижение звукового давления. В тех же частотах коэффициент звукопоглощения для второго класса лежит в диапазоне =0.4÷0.8, а для третьего — <0.4. Чем ближе коэффициент звукопоглощения к 1, тем больше защитные качества материала [5, 6].

Подбор шумоизоляционного материала основывался на анализе литературы по данному объекту исследования [7,8]. Больше всего мне понравилась таблица в статье [8]. Из этой статьи ниже приведена Таблица 1. Основные свойства и характеристики пористо-волокнистых звукоизоляционных и звукопоглощающих материалов.

Таблица 1

В дополнении к этой таблицы диапазон цен для стекловаты, минеральной ваты и многослойной панели составляет порядка 1800–2000, 1500–3000 и 1200–2600 руб/м³ соответственно. Из описания данных материалов больше всего подходит минеральная вата.

Постановка задач.

Целью является выяснить, можно ли рассматривать габионную конструкцию как шумозащитную конструкцию по стандартам, предъявляющимся шумозащитным экранам. Создать модель габионной конструкции, основываясь в первую очередь на экономический фактор и требуемый функционал, т. е. на защиту от шумового воздействия. Сравнить модель по стоимости конструкции, классу звукопоглощения (звукоотражения), классу пожарной безопасности, времени воздвижения конструкции, показателю водопоглощения, показателю теплопроводности и габаритам конструкции.

Основная часть.

Итак, габионная конструкция представляет собой несколько связанных между собой блоков габионов — объёмных решёток различной формы, сделанных из проволочной кручёной сетки с шестиугольными ячейками. Габион заполняют специальным наполнителем: бутовым камнем, щебнем, булыжником, галькой, гранитом, базальтом, мягким известняком. В таблице 2 представлены сравнительная характеристика наполнителей по основным параметрам. Цены указаны на 2015–2016 г. по Московской и Ленинградской областях.

Таблица 2

Характеристика наполнителей габионов

Для нашей цели мы будем рассматривать только базальт и мягкий известняк. Даже такой предел текучести, как у известняка, гарантирует нам надёжное противостояние ветровым нагрузкам, однако учитывая параметр плотности, базальт лучше использовать для наполнения габиона, если наша конструкция может быть подвержена столкновению на скорости с автомобильным транспортом. Но если не подвержена, то во внимание можно брать только ценовой фактор.

Я смоделировал габионную конструкцию в программе «AUTODESK 3dsMax» в три слоя: габион, звукоизоляционный материал, габион (Рис. 1). Также на Рис. 2 видна односкатная крыша, главная функция которой защитить попадание воды в звукоизоляционный материал. Два слоя габиона необходимы для эстетической функции, для сцепления и прочной фиксации звукоизоляционного материала.

Рис. 2. Модель габиона

Рассчитаем теоретическую стоимость в Таблице 3 одного сборочного блока 2x1x1,1 (V=2,2м³) данной модели, которая состоит из двух габионных решёток с наполнителем 2x1x0,5, 12 металлических анкаеров для сцепления блоков и звукопоглощающего слоя 2x1x0,1.

Таблица 3

Стоимость сборочного блока модели

Выводы.

В ходе проведенной работы были получены положительные результаты для моей гипотезы: габионы выгоднее использовать вместо шумозащитных экранов по экономическим показателям примерно в 5 раз (стоимость 1м³ составляет порядка 6–8 тыс. руб) без учёта стоимости крыши. Предложенная мною модель имеет высокие показатели негигроскопичности, экологичности, что не имеют современные шумозащитные экраны. Но также присутствуют надёжные показатели негорючести, водопоглощения, биологическая и химическая стойкость к агрессивным веществам и антикоррозийное покрытие как и у звукоизолирующих барьеров.

Предварительные работы для надежной установки конструкции абсолютно идентичны для габионов и для шумозащитных экранов. Модель лучше всего устанавливать на участках скоростных дорог и автомагистралей в откосной полосе отвода, где уклон больше 35 % и за шумопоглощающей конструкцией возведены жилые массивы.

Литература:

1. ГОСТ 12.1.029–80 ССБТ «Средства и методы защиты от шума».
2. Бабков В. Ф. Ландшафтное проектирование автомобильных дорог / В. Ф. Бабков. — Москва «ТРАНСПОРТ» 1980. — 114 с.
3. Боголепов И. И. Строительная акустика. Второеиздание. СПБГПУ. 2010. 364 с.
4. Goydke H. New international standards for building and room acoustics // Applied acoustics. 1997. № 3–4. pp 185–196.
5. Витман А. А. Градостроительные проблемы развития Ленинграда/ Витман А. А., Муравьев Б. В. — Санкт-Петербург, государственное издательство литературы по строительству архитектуре и строительным материалам, 2006 г. — 259 с.
6. Савельев И. В. Курс общей физики: В 5 кн.: кн. 1: учебное пособие для втузов. — М.: ООО «Издательство Астрель», 2004. — 336 с
7. ГОСТ Р 53376–2009. «Материалы звукопоглощающие. Метод измерения звукопоглощения в реверберационной камере».
8. Д. В. Глушко, М. В. Антонова, С. В. Беляева. Современные средства защиты от шума, применяемые в ограждающих конструкциях. ISSN 2304–6295. 3 (30). 2015. 38–48.