Využití jednovrstvého tepelně tvrzeného skla na protihlukové stěny

• Foto

Transparentní protihlukové stěny (PHS) se s ohledem na jejich estetické kvality používají mimo jiné v hustě osídlených oblastech, ve kterých pozemní či železniční komunikace prochází jejich středem, nebo naopak v oblastech bez osídlení, kde by monotónní netransparentní stěny mohly vést u řidičů motorových vozidel ke ztrátě pozornosti a orientace. Transparentní výplňový materiál lze rozdělit do dvou hlavních skupin. První jsou polykarbonátové (PC) panely nebo dnes častěji používané polymethylmetakrylátové panely (PMMA – plexisklo). Oproti nim stojí panely z tepelně tvrzeného skla, jejichž použití není zatím v ČR příliš rozšířené a to zejména kvůli obavě

z nízké odolnosti vůči poškození nárazem či úmyslnému rozbití. Tepelně tvrzené jednovrstvé nebo dvouvrstvé sklo se přitom jako transparentní výplň protihlukových stěn silničních a dálničních komunikací často používá bez větších problémů v mnoha evropských zemích, viz obr. 1 a obr. 2. Hlavní výhodou skleněných panelů PHS jsou optické vlastnosti, které se v čase nemění. Na rozdíl od plastových výplní je sklo odolné vůči agresivnímu prostředí (posypové soli), UV záření a teplotním rozdílům. Sklo nekoroduje ani nestárne – jeho mechanické vlastnosti, průhlednost i průsvitnost zůstanou zachovány po celou dobu životnosti. Oproti plexisklu či polykarbonátu je odolnější na poškrábání – poškození vrypem.

Zvláštní pozornost musí být v případě skleněných výplní věnována detailům, zejména provedení styků jednotlivých panelů s podpůrnými ocelovými sloupky. Běžně používané konstrukční řešení je patrné z obr. 3 a obr. 4, kde je skleněný panel po obvodě osazen do hliníkového rámu a na svislých stranách uložen mezi pásnici sloupku a přípojný úhelníkový profil. Skleněný panel se pak ze statického hlediska chová jako po dvou stranách liniově podepřená deska.

Přestože výrobci a dodavatelé protihlukových stěn se skleněnou výplní používají nejmodernější technologické postupy při výrobě, zpracování i montáži, investoři se obávají křehkolomových vlastností skla. Proto je obvykle požadováno experimentální ověření výplňového materiálu a splnění všech požadavků, které jsou uvedeny v normě ČSN EN 1794 Zařízení pro snížení hluku silničního provozu – Neakustické vlastnosti, [1], [2]. Otázky jsou vznášeny zejména na odolnost vůči možnému poškození odlétávajícím kamenivem od projíždějících automobilů a na chování skleněných PHS po porušení (odpadávající střepy apod.). Zkoušky jednovrstvých panelů z tepelně tvrzeného skla byly provedeny v souladu s ustanovením výše zmíněné normy v Kloknerově ústavu ČVUT ve spolupráci s AGC Flat Glass Czech a. s.

PROVEDENÍ ZKOUŠEK PODLE ČSN EN 1794-1
Zkušební metoda, která simuluje nárazy drobného kameniva do protihlukového zařízení, je definována v ČSN EN 1794-1 – Část1 – Příloha C: Odolnost proti nárazu kamenů, [1]. Konstrukce protihlukových stěn má být přímo navrhována s ohledem na nárazy od kameniva, jelikož se proti tomuto jevu nedá jiným způsobem ochránit. Někdy se v praxi setkáme s tím, že protihlukové zařízení chrání předsazené svodidlo (např. betonové), ale ani to nedokáže v plné míře stěnu zabezpečit. Norma ale neuvažuje nárazy větších předmětů ani poškození v důsledku vandalismu.

Podle ustanovení této normy se při zkoušce použije úderník z tvrzené oceli, viz obr. 5. Energie, kterou tento úderník narazí do zkušebního vzorku, se má rovnat 30 Nm ± 1 Nm. Úderník nesmí při zkoušce proniknout vnější stěnou zkoušeného prvku, i když místní poškození v podobě trhlin dlouhých maximálně 50 mm je přípustné. Míra hloubkového poškození vzorku je stanovena jako menší z hodnot 20 mm nebo tloušťka vnější stěny.

Zkouška se provádí na zkušebním tělese stanoveného tvaru, viz obr. 6, kdy jsou nárazy kamenivem simulovány do třech bodů zkušební plochy a to do blízkosti rohu, do blízkosti středu zkušební plochy a v dalším náhodně zvoleném bodě uvnitř plochy. Zkušební plocha je stanovena jako vnitřní oblast panelu, která je od všech okrajů vzdálená 125 mm. Zkušební tělesa by za všech okolností měla odpovídat panelům použitým v reálné konstrukci.

ZKUŠEBNÍ TĚLESA
Zkušební těleso bylo tvořeno jedním modulem transparentní protihlukové stěny, který se skládal z rozebíratelného hliníkového rámu, viz obr. 7, a panelu z tepelně tvrzeného jednovrstvého skla o rozměrech 2 000 × 2 000 mm a tloušťce 12 nebo 15 mm. Skleněný panel byl osazen do rámu přes pružnou podložku, viz obr. 8. Celkem bylo vyzkoušeno 6 zkušebních těles (pro každou tloušťku tři zkušební tělesa).

USPOŘÁDÁNÍ ZKOUŠKY
Každé zkušební těleso bylo zatíženo nárazem úderníku vždy ve třech různých místech podle obr. 6. Hmotnost použitého ocelového úderníku 1 018 g, obr. 9, byla stanovena tak, aby energie úderu byla při spouštění z výšky 3 m rovna 30 Nm ±1 Nm. Rychlost úderníku při výšce 3 m a dané hmotnosti byla 7,75 m/s. K zajištění místa dopadu úderníku na skleněný panel byla použita vodicí trubka z PVC o průměru 50 mm, která byla vyztužena válcovaným U profilem a upevněna k montážnímu lešení ve svislé poloze, viz obr. 10, kolmo na vodorovně uložený modul protihlukové stěny. Panel byl na dvou protilehlých stranách podložen pryžovými deskami o tloušťce 20 mm. Zkoušky byly provedeny v laboratoři KÚ ČVUT při teplotě 18 °C a relativní vlhkosti okolního prostředí 55 %.

VÝSLEDKY EXPERIMENTŮ
Každé zkušební těleso bez ohledu na tloušťku skla vydrželo tři nárazy úderníku v různých třech bodech panelu, aniž by došlo k jeho porušení či poškození povrchu skla. Panely z jednovrstvého tepelně tvrzeného skla tedy vyhověly požadavkům stanoveným v normě [1] na protihlukové stěny z hlediska odolnosti na odletující kamenivo. V průběhu zkoušek byla zaznamenávána odezva skleněných panelů pomocí tenzometrů, které byly umístěny na tažené straně, tj. na spodním povrchu panelu. Porovnání účinku nárazu úderníku je popsáno pro zkušební tělesa o tloušťce 12 mm v následujících bodech:

1. uprostřed skleněného panelu, obr. 11 a obr. 12,
2. ve vzdálenosti 450 × 700 mm od rohu panelu, obr. 13 a obr. 14,
3. ve vzdálenosti 125 × 125mm od rohu panelu, obr. 15 a obr. 16.

Z porovnání záznamů průběhů experimentů je zřejmé, že pozice dopadu úderníku má významný vliv na odezvu skleněného panelu na náraz. Tuhost panelu stejně jako jeho schopnost pohltit náraz se liší se vzdáleností od okraje podpory. Největšího přetvoření je dosaženo při nárazu ve středu panelu. Z hlediska možného lokálního porušení skleněného panelu je ale nejnebezpečnější náraz v blízkosti podpory, kde panel není schopen absorbovat úder svojí poddajností.

ZÁVĚR
Použití skla pro konstrukce protihlukových stěn se vzhledem k vyspělým technologiím a jasně definovaným pevnostním a přetvárným charakteristikám samotného materiálu jeví jako velmi výhodné vzhledem k požadavkům, které jsou na tyto konstrukce kladeny. Jedná se zejména o trvanlivost, transparentnost a dlouhodobě konstantní optické vlastnosti, neboť v místě, kde není třeba transparentní konstrukce nezkreslující vizuální dojem okolního prostředí, není třeba ani skla. Žádný jiný transparentní stavební materiál se po tak dlouhou dobu (desítky let) nedokáže účinně bránit účinkům UV záření, změnám teploty, vlhkosti a dalším vlivům agresivního prostředí v blízkosti pozemní komunikace jako kvalitní konstrukční tepelně tvrzené sklo. Navíc, jak prokázaly výše popsané experimenty, ani schopnost tepelně tvrzeného skla odolávat odletujícímu kamenivu od dopravy není nižší, než je běžné u jiných transparentních materiálů, které jsou na protihlukové stěny používány.

Příspěvek byl vypracován s podporou grantu MŠMT č. LD 11037 a MPO FR-TI3/776.

LITERATURA:
[1] ČSN EN 1794-1 (73 7061) Zařízení pro snížení hluku silničního provozu – Neakustické vlastnosti – Část 1: Mechanické vlastnosti a požadavky na stabilitu, ČNI, 2011.
[2] ČSN EN 1794-2 (73 7061) Zařízení pro snížení hluku silničního provozu – Neakustické vlastnosti – Část 2: Obecné požadavky na bezpečnost a životní prostředí, ČNI, 2011.

Use of Single-layered Thermally Toughened Glass for Anti-noise Barriers
Owing to advanced technologies and clearly defined strength and formable characteristics of the material itself, the use of glass for anti-noise barrier structures appears to be very advantageous due to requirements placed on these structures. The article introduces outcomes of experimental testing of resistance and reliability of glass panels made of single-layered thermally toughened glass with the dimensions of 2.0 x 2.0 m pursuant to ČSN EN 1794-1 – Section 1 – Annex C: Resistance to Impact of Stones. The tests simulating impact of small fraction gravel flying away from passing cars were performed in the Klokner Institute ČVUT in cooperation with AGC Flat Glass Czech a. s.

Autoři

• Ing. Eliášová Martina CSc.
• Ing. Netušil Michal Ph.D.
• Ing. Vokáč Miroslav Ph.D.
• doc. Ing. Bouška Petr CSc.
• Ing. Špaček Miroslav