Schallreflexionen an Kunstbauten im Strassenbereich

• Forschungsstelle: ASTRA SBT
• Projektnummer: VSS2006/204
• Projekttitel Englisch: Noise-reflections on structures in the street

Schlüsselwörter (Deutsch)

Lärmimmissionen, Reflexionen, Kunstbauten, Absorbierende Massnahmen

Schlüsselwörter (Englisch)

Immission of noise, reflections, structures, absorption measures

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die Lärmimmissionen setzen sich aus dem direkten Schall und den Reflexionen an umliegenden Gebäuden und übrigen Bauwerken zusammen. Diese Reflexionen sind bei komplexen Bauwerken nur schwierig zu berechnen und werden deshalb oft vernachlässigt. Die Alternative, akustische Messungen an verkleinerten Modellen durchzuführen, entfällt meist aus Kostengründen.

Ziel des Projektes ist es deshalb, einfache Beurteilungsgrundlagen für typische Situationen zu erarbeiten. Es sollen praxistaugliche Empfehlungen für den Einsatz von Lärmschutzmassnahmen, insbesondere absorbierende Verkleidungen, geschaffen werden.

Kurzbeschreibung (Englisch)

Noise immissions are composed of the direct sound and reflections at buildings and structures. The reflections are difficult to calculate and so they are often disregarded. Acoustic measurements on scale models are usually too expensive.

For this reason the purpose of the project is to establish rules for calculating and judging the reflections for typical situations.

Projektbeschreibung (Deutsch)

Der reflektierte Schall breitet sich über Fassaden, Stützmauern, Unterführungen, Brücken und weitere Flächen aus. Praktisch alle im Baubereich auftretenden Flächen sind aus "schallharten" Materialien gebaut, die den auftreffenden Schall weitestgehend reflektieren. Moderne Berechnungsprogramme berücksichtigen die Reflexionen in der Regel nach dem Spiegelquellenverfahren. Die Modellierung ist oft willkürlich und nicht kontrollierbar. Sie bietet deshalb nur eine grobe Annäherung an die wesentlich komplexeren Zusammenhänge in der Realität. In vielen Fällen haben weitere Parameter der Schallausbreitung einen massgebenden Einfluss auf die Immissionspegel bei benachbarten Gebäuden:

– Mehrfachreflexionen an unterschiedlichen Bauteilen

– Einfluss der Grösse und Struktur der reflektierenden Flächen auf die Reflexion unterschiedlicher Frequenzanteile bzw. Wellenlängen

– Bildung von Interferenzen und Eigenmoden bzw. Verstärkung von tonalen Komponenten

– Ausbildung von "Hallräumen"

– Impulseffekte infolge Vorbeifahrten an reflektierenden Flächen

– diffuse Streuung und Beugung an Kanten

– Wirkung von absorbierenden Teilflächen

etc.

Die Wirkung von Reflexionen wird verstärkt in Situationen, in denen der direkte Schall durch Hindernisse abgedeckt ist, was bei Kunstbauten oft der Fall ist (Stützmauern, Brückenkörper). Bei Strassen, die durch Böschungen, Lärmschutzmassnahmen und andere Bauten abgeschirmt sind, haben Reflexionen an Flächen von Kunstbauten eine besonders grosse Bedeutung für die Schallausbreitung und die Lärmwahrnehmung durch die Anwohner.

Ziel des Forschungsprojektes ist es, mit Untersuchungen an ausgewählten typischen Situationen für einen grossen Teil der Anwendungsfälle Grundregeln zur Berechnung oder Abschätzung und zur Beurteilung der Reflexionen zu erarbeiten. Daraus sollen praxistaugliche Instrumente abgeleitet werden, die die Ermittlung der Lärmabstrahlung und die Beurteilung von Massnahmen vereinheitlichen. Dies führt zu einer Steigerung der Effizienz und einer Kosteneinsparung in diesem Bereich. Davon profitieren sowohl Planer, Behörden sowie die Allgemeinheit.

Die Resultate der Forschungsarbeit erlauben es einerseits, in vielen Fällen auf komplizierte Modellbildungen oder Messungen zu verzichten. Anderseits erhalten auch die Vollzugsbehörden erhöhte Sicherheit bei der schalltechnische Beurteilung von Baugesuchen für Kunstbauten.

Erwartete Erkenntnisse/ Nutzen, Nutzniesser (Deutsch)

Die Resultate der Forschung dienen als Grundlage für eine Norm, die zeigt, wo und in welchem Umfang bei Kunstbauten sinnvollerweise absorbierende Verkleidungen und andere akustische Massnahmen anzuwenden sind.

Nutzniesser der Norm sind einerseits die direkt Beteiligten, wie Ingenieure und Behörden, für die mit einer Norm ein klares Werkzeug zur Beurteilung der Situation und der Anwendung von absorbierenden Massnahmen geschaffen wird und anderseits die Allgemeinheit, für die mit einer Norm der sinnvolle Einsatz der finanziellen Mittel gewährleistet ist.

Dies führt zu einer Vereinfachung der Berechung und Beurteilung und zu einer Vereinheitlichung in der Anwendung von akustischen Massnahmen

Methoden (Deutsch)

Für die Bearbeitung sind die folgenden Teilschritte vorgesehen:

- Literaturstudie: Weitere Auswertung in- und ausländischer Untersuchungen sowie von Richtlinien und Normen zu diesem Thema

- Typisierung von Bauwerken und Festlegung von typischen Situationen. Das Spektrum der in der Praxis auftretenden Situationen soll mit einer begrenzten Anzahl Modelltypen möglichst gut abgebildet werden.

- messtechnische Erfassung von Modellsituationen mittels Referenz- und Vergleichssituationen / Auswertung der Frequenzverläufe

- rechnerische Nachbildung sowie Modellbildungen mit geeigneten Programmen (z.B. Cadna, Finite-Differences-Time-Domain-Modell der EMPA)

- Auswertung und Vergleich der messtechnischen und rechnerischen Untersuchungen sowie Beurteilung der verschiedenen Einflussparameter (Lage Immissionsort, Abmessungen, Materialien, Frequenzgehalt, etc.)

- Erstellung Massnahmenkatalog mit Kosten/Nutzen-Analyse, Schlussfolgerungen

- Erarbeitung von Beurteilungskriterien für die Quantifizierung von Reflexionen sowie die Zuordnung von Modelltypen und die Anwendung von Massnahmen

Als Ergänzung ist in Betracht zu ziehen, dass bei künftigen Sanierungen, und allenfalls auch Neubauten Messungen vorher (ohne absorbierende Massnahmen) und nachher (mit absorbierenden Auskleidungen) zu veranlassen sind. Diese können durch die Kantone resp. deren Beauftragte vorgenommen werden. Diese Messungen sind (aus zeitlichen Gründen) ausserhalb der vorliegenden Forschungsarbeiten auszuführen, könnten jedoch in eine spätere Überarbeitung der Resultate einfliessen.

Allgemeiner Stand der Forschung (Deutsch)

Das Problem der Reflexionen und der Absorption ist in den letzten Jahren in verschiedenen Zusammenhängen immer wieder untersucht worden:

- Im Bereich des Bahnlärms sind die Reflexionen bei Einschnitten und im Bereich der Portale untersucht worden (bei der Bahn gibt es im Gegensatz zur Strasse komplexe Mehrfachreflexionen zwischen Zügen und Wänden).

- Im Rahmen des Europäischen Forschungsprogramms "Adrienne" wurde das Reflexionsverhalten und die in-situ-Messung von Lärmschutzbauten mit komplexen Strukturen untersucht. Das Nachfolgeprogramm läuft derzeit an.

- Die EMPA als Forschungsanstalt weist grosse Erfahrung in der Ausbreitungsberechnung und der Bildung von Modellen auf. Zudem hat sie eine reiche Erfahrung mit der akustischen Messung an massstäblichen Modellen.

- Basler & Hofmann und Rutishauser beschäftigen sich seit Jahren bei praktischen Anwendungen mit den Problemen von Reflexionen in komplexen Situationen und haben in vielen Fällen, teilweise gemeinsam mit der EMPA, Lösungen erarbeitet.

Aus den bisherigen Forschungen sind Grundzüge und Berechnungsansätze vor allem für ausgewählte, einfachere Fälle von Reflexionssituationen, wie Stützmauern und Tunnelportale, bekannt. Für komplexere Situationen liegen zwar für Einzelfälle Untersuchungen vor, aber keine allgemeingültigen Regeln.

Ziel der Forschungsarbeit ist die Ausweitung der Berechnungsansätze für komplexere Situationen, die je länger je häufiger auftreten, wie beispielsweise Kreuzungsbauwerke (Über-/Unterführungen), Galerien etc.

Die Forschung ist wichtig, damit klare und einheitliche Regeln für den Einsatz von Lärmschutzmassnahmen geschaffen werden können und so ein effizienter und nachhaltiger Einsatz der Mittel gewährleistet wird.

Durch die Mitarbeit von Markus Weber als CEN-Delegierter CH für "Lärmschutz" und der EMPA ist sichergestellt, dass der aktuelle Stand der Forschung in diesem Projekt einfliesst.

Projektziele (Deutsch)

Die Forschungsarbeit hat folgende auf die Praxis ausgerichtete Zielsetzungen:

? Einfluss der Reflexionen für verschiedene Arten und Dimensionen von Kunstbauten wie Unterführungen, Galerien, Brücken, etc. auf die Intensität und die Charakteristik der massgebenden Lärmimmissionen aufzeigen

? Ausarbeitung von Modellen zur Quantifizierung der Reflexionsanteile

? Ausarbeitung von Beurteilungskriterien für die Anordnung und Bemessung von Massnahmen inkl. Kosten/Nutzen-Analyse (insbesondere für die Auskleidung mit absorbierenden Materialien). Es soll die Nachhaltigkeit beim Lärmschutz sichergestellt werden.

Die Ergebnisse der Untersuchungen werden dokumentiert und die daraus abgeleiteten Erkenntnisse sollen einfach und praxisbezogen anwendbar sein und bilden Grundlage für eine Norm.

Projektziele (Englisch)

The purpose of the project is:

? To determine the influence of reflections on noise immissions for different structures

? The development of methods for calculation of reflections

? to establish criteria for noise abatement measures

Forschungsplan (Deutsch)

siehe "Dokument1.pdf" unten.

Zugehörige Dokumente

• Dokument1.pdf [PDF] 12 kB

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Die Resultate der Forschung dienen als Grundlage für eine Norm.

Berichtsnummer (Deutsch)

1386

Literatur (Deutsch)

- Verfahren zur Berechnung der Lärmabstrahlung von Strassentunnel-Portalen, EDI, Dez. 1983 (zu diesem Thema liegen auch weitere ausländische Untersuchungen vor)

- Strassenlärm-Korrekturen zum Strassenlärm-Berechnungsmodell, Mitteilung zur Lärmschutz-Verordnung Nr. 6, BUWAL, 1995

- Project "Adrienne" und Adrienne2": Div. Forschungsarbeiten im Rahmen der europäischen Normierung der EN 1793-5

- Schallausbreitung bei Eisenbahneinschnitten, BAFU 2005

- Rosas M.: Schallabstrahlung von Tunnelportalen. Messtechnische Untersuchung und Befragung von Anwohnern, Diplomarbeit, Lehrstuhl für Bauphysik, Universität Stuttgart 2002

- Geräuschabstrahlung der Portale von Strassentunneln – Untersuchung an verkleinerten Tunnelmodellen, Strasse + Autobahn; Chudalla, Michael; Ullrich, Siegfried, 2001

- Application and Performance of Air-cleaning Spray-type Sound insulation to Retaining Walls at a Highway Tunnel Portal, , Tokiwa Takeshi et al., Japan, 2003

- Prediction of road traffic noise around tunnel mouth, Tagagi T. et al., Inter-Noise 2000

- K. Heutschi, R. Bayer, Sound radiation from railway tunnel openings, Acta Acustica united with Acustica, vol. 92, 567-573 (2006).

- K. Heutschi, Parameter Study of the Insertion Loss Reduction in Case of a Building Facade Parallel to a Noise Barrier, Acta Acustica united with Acustica, vol. 89, 908-912 (2003).

- K. Heutschi, Schallausbreitung in Eisenbahneinschnitten, Tagung Fortschritte der Akustik DAGA 2006.

- K. Heutschi, Schallfeldprognosen bei Lärmschutzbauten, tec21, no. 46, 9-11 (2006).

Ph. Stoffel, Lärmschutz bei Brücken, SIA-Dokumentation D 0223, 2007