Bamboe vegetatie als geluidsscherm J.J.A. (Hans) van Leeuwen DGMR Adviseurs voor bouw, industrie, verkeer, milieu en software Casuariestraat 5, Postbus 370, 2501 CJ Den Haag www.dgmr.nl Ln@dgmr.nl P.H. (Paul) Waarts Provincie Noord-Holland Houtplein 33, 2012 DE Haarlem, waartsp@noord-holland.nl Introductie Goed beschouwd zijn geluidsschermen, visueel, ongewilde objecten in een landschap. Berlijnse muren worden het soms genoemd. Natuurlijk, functioneel is een geluidsscherm wel. Een scherm zal geluidsniveaus in de omgeving van een verkeersweg verminderen waardoor hinder door verkeerslawaai wordt tegengegaan. Een levend groen scherm zal door omwonenden als veel aantrekkelijker worden ervaren. Bij het Ingenieursbureau van de gemeente Amsterdam is het idee ontstaan om geluidsschermen te laten groeien, dus een scherm van vegetatie te ontwikkelen. Hierbij is bamboe als beplanting naar voren gekomen. Er bestaan wintergroene bamboesoorten, deze hebben ook bladeren in de winter. De stammetjes van sommige soorten zitten zeer dicht op elkaar, hetgeen geluid voldoende zou kunnen isoleren. De structuur kan ook geluid verstrooien. Bamboe geeft een groen geluidsscherm dat door bewoners in de directe omgeving waarschijnlijk als zeer positief wordt ervaren. Hiernaast zou bamboe ook een positieve invloed kunnen hebben op de luchtkwaliteit. Samen met de provincie Noord-Holland en Rijkswaterstaat heeft het IBA de afgelopen periode onderzoek geïnitieerd naar de geluidswerende eigenschappen van bamboe. Door studenten van Wageningen UR en ingenieursbureau DGMR is het onderzoek uitgevoerd. Dit artikel geeft een beeld van de resultaten. Er is door studenten van de Universiteit Wageningen onderzocht wat de meest kansrijke beplanting zou zijn. Door DGMR is aan een proefopstelling van deze meest kansrijke bamboe beplanting onderzocht wat de akoestische aspecten zijn voor de toepassing van een bamboebossage als geluidsscherm. Mogelijke soorten van beplanting Het onderzoek van de studenten van Wageningen UR [lit 1] richtte zich op een serie ontwerpen om door beplanting een geluidsscherm met een dikte van circa zes meter te creëren, teneinde het verkeerslawaai te kunnen afschermen. Hierbij zijn verschillende ontwerpen en vegetatietypen beoordeeld. Zo is een randvoorwaarde dat de vegetatie meestal groenblijvende bladeren moet bezitten. De afmetingen van de bladeren (en ook stammen) is belangrijk aangezien we te maken hebben met verkeerslawaai waarvan de meeste energie aanwezig is in de wat lagere frequentierange onder 2000 Hz. Uit een eerste selectie kwamen vier soorten naar voren: hulst, bamboe, sneeuwbal en wilg. Deze laatste soort wordt gevuld met grond tussen de wanden van een scherm. De soorten zijn zowel inheemse als exotische. Na het bepalen van de aard van de vegetatie, is een gedetailleerde constructie ontwikkeld. Het omvat dimensies beplantingsplan, vulling bodemtype en onderhoudskosten.
Daarna werd de hoeveelheid geluiddemping ingeschat op basis van literatuur van eerdere onderzoeken. De schattingen van geluidsreductie bij een zes meter diep scherm van vegetatiebarrières van hulst, bamboe en sneeuwbal waren 4-6 db (A), 3,5-4 db (A) en 15 db (A) en voor de wilgenwand de geluidsisolatie geschat op 30 db (A). [literatuur 2] Hoewel vegetatieschermen misschien niet een hoge waarde voor de geluidsdemping bij zes meter diepte geven, is wel vastgesteld dat zij extra voordelen opleveren voor de luchtkwaliteit, ecologische waarden en maatschappelijke acceptatie. Mensen waarderen geluidsschermen niet alleen op hun prestaties op het gebied van geluidsreductie, maar ook op de aantrekkelijkheid. Een vegetatiescherm wordt positiever gewaardeerd dan een conventioneel geluidsscherm. In het onderzoek is naast de normale eisen van geluidsschermen ook nog een aantal aanvullende eisen voor beplanting langs de weg naar voren gekomen. Dit zijn met name eisen op het gebied van niet omwaaien, zout van de weg, voldoende water en de grondslag (veengrond). Als meest geschikte haag is gekozen voor de bamboesoort Fargesia Robusta, een circa 5 meter hoge bamboesoort met een grote dichtheid en naar verwachting goede geluidswerende eigenschappen. Aan de wegzijde wordt één rij Narihira Dake aangeplant, een stijve rechtopstaande bamboesoort, om overhangen te voorkomen. Hoe werkt geluid met akoestische afscherming Het geluidsreducerend effect van een geluidsscherm berust op het gegeven dat geluid een omweg moet maken langs en over het scherm. De grootte van de omweg bepaalt de geluidsreductie. Zodoende is een hoger scherm beter en als het scherm verder van de bron staat is het minder effectief. Hier wordt er meestal vanuit gegaan dat er vrijwel geen doorstraling is van geluid door het geluidsscherm zelf. Belangrijk is dus een optimale geluidsisolatie van het scherm. Bij de achtergronden van de fysische werking van een geluidsscherm dient een aantal aspecten te worden beschouwd. Deze aspecten zijn kort samengevat in dit kader weergegeven. De diffractie van het geluid. Dit is het effect waarbij op basis van de omweg van het geluid er een afscherming ontstaat. De geluidsreductie is afhankelijk van de omweg van het geluid over het scherm. De geluidsisolatie. Een te beperkte isolatie van het geluidsscherm zal ervoor zorgen dat het effect van het scherm minder wordt doordat er tevens een bijdrage ontstaat door de geluidsvoortplanting (transmissie) door het scherm. Bij bamboeschermen is dit heel relevant. Reflecties tegen het geluidsscherm. Dit heeft met name te maken met de akoestische absorptie van het geluidsscherm. Te onderscheiden zijn: de reflecties tegen het scherm aan de overzijde van de weg; een verminderd effect door reflecties tegen het scherm als gevolg van de dubbelzijdige plaatsing van geluidsschermen; een verminderd effect van het scherm door reflecties tegen het voertuig en het scherm.
Een mogelijk bijkomend voorstel van het gebruik van bamboe is dat er door deze vegetatie een optimaler windprofiel ontstaat om zogenaamde reswing effecten tegen te gaan. (zie o.a. Van Renterghem en Botteldooren literatuur [4]). Dit effect is nog niet onderzocht aangezien reswing effecten alleen met een volledige in situ proefopstelling kunnen worden gemeten. Bij het onderhavige onderzoek zijn alleen metingen gedaan ter bepaling van het transmissieverlies vanwege een beperkte doorstraling van geluid door de bossage. De afschermende werking van bamboeschermen hangt af van de juiste plaatsing en vorm. In literatuur [5] en [6] is hierover meer beschreven. De omweg van het geluid kan met een standaardmethode berekend worden, zoals beschreven in de nationale Reken- en meetvoorschriften [6]. Softwarepakketten als GeoMilieu zijn hierop gebaseerd. In de voorschriften [7] en [8] is ook vastgelegd dat de geluidsisolatie aan bepaalde minimale voorwaarden moet voldoen, om de transmissie door het scherm te verwaarlozen ten opzichte van de akoestische energie die over het scherm gaat. Aangezien juist bij een bamboe geluidsscherm er een grote bijdrage is van de geluidstransmissie door het scherm, door een te beperkte geluidsisolatie, moet hiervoor speciaal bekeken worden wat het effect van de doorstraling is op de totale werking van het geluidsscherm. Ten aanzien van de mogelijke reflecties tegen het bamboe geluidsscherm, is het van belang dat de akoestische absorptie van het scherm hoog is. Inkomende geluidsenergie zal dan niet worden teruggekaatst, maar worden geabsorbeerd in het scherm. Onderzoek naar de geluidsisolatie Het meest belangrijke aspect is de geluidsisolatie van het bamboepakket. Een te beperkte isolatie zal direct resulteren in een niet werkend, of te beperkt werkend geluidsscherm. Ten einde dit vast te stellen zijn geluidsmetingen verricht. De toegepaste meetopstelling hiervoor is onderstaand geschetst. De meetopstelling met de meetomkasting (bovenaanzicht) De uitvoering van dit meetonderzoek is dusdanig dat er vergelijkbare metingen zijn uitgevoerd met en zonder de bamboebossage. De demping van de bamboe is afhankelijk van de dikte van de bossage, oftewel de weglengte die het geluid tussen de bamboestengels en -bladeren aflegt. De demping per frequentieband is gemeten en bepaald per meter weglengte. Vervolgens is deze omgewerkt naar het te verwachten transmissieverlies van een bamboescherm met een dikte van 6 meter. Dit transmissieverlies is in onderstaande grafiek weergegeven.
Demping in db 30 25 20 15 10 5 0 31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Octaafbandmidenfrequentie in Hz De dempingswaarde voor de geluidsdoorstraling door de bossage voor het gemiddelde wegverkeerslawaaispectrum is berekend en bedraagt 9.2 ± 2.0 db(a). De vermelde onnauwkeurigheid is gebaseerd op de mogelijke meetfouten van de gebruikte meetinstrumenten en de toegepaste meetopstelling. Effecten van een bamboescherm Met behulp van de rekenmethode voor het berekenen van de effectiviteit van geluidsschermen, zijn berekeningen gemaakt voor een conventioneel massief geluidsscherm van 3 meter hoogte en een geluidsscherm bestaande uit een bamboescherm van 5 meter hoogte boven het plaatselijk maaiveld. Met een akoestisch computersimulatiemodel wordt een voorspelling van het akoestische effect van het bamboescherm als combinatie van de diffractie over het scherm en de transmissie door het scherm. Uitgangspunt is de configuratie met een bamboescherm langs een provinciale weg met een dikte van de bamboehaag van 3 plus 3 meter met een ruimte van 1 meter tussen de beide hagen. In de tussenstrook van 1 meter is uitgegaan van een beperkte wal van 1 meter hoogte. De berekeningen zijn gemaakt tot een afstand van 100 meter van de weg bij een configuratie van een provinciale weg en een rijksweg van tweemaal twee rijstroken. Bij de berekeningen is uitgegaan van onderschatting van de geluidsreductie door het bamboescherm, door uit te gaan van een loodrechte doorstraling terwijl buiten deze loodrechte afstraling de transmissiedemping door het bamboe hoger is.
De geluidseffecten van de afscherming bij een provinciale weg, een 80 km/h-weg, 1x2 rijstroken met een massief scherm van 3 meter hoogte De geluidseffecten van de afscherming bij een provinciale weg, een 80 km/h-weg, 1x2 rijstroken met een bamboescherm De geluidseffecten van de afscherming bij een rijksweg, een 130 km/h-weg, 2x2 rijstroken met een massief scherm van 3 meter hoogte De geluidseffecten van de afscherming bij een rijksweg, een 130 km/h-weg, 2x2 rijstroken met een bamboescherm Uit een vergelijking tussen de figuren kan geconcludeerd worden dat een geluidsscherm van bamboe, rekening houdend met de onzekerheidsmarges vergelijkbaar is met een massief geluidsscherm van 3 meter hoogte. Het onderscheid tussen een weg met tweemaal één rijstrook of een weg met tweemaal twee rijstroken weg is te verwaarlozen. Het absolute geluidsreducerend effect van een bamboescherm, maar ook van een 3 meter hoog massief scherm, is groter bij een weg met tweemaal één rijstrook. Dit komt doordat in deze configuratie de geluidsbronnen meer nabij het scherm zijn gelegen, waardoor de omweg van het geluid over het scherm groter wordt.
Er moet ook opgemerkt worden dat indien de waarnemers lager dan de weg en het scherm zijn gelegen (dus dieper in de zogenaamde schaduwzone), het geluidsreducerend effect altijd groter is. Zoals aangeven zijn er nog extra kansen voor een beter geluidsreducerende effect van een geluidsscherm van bamboe dan de modelberekening. Dit komt doordat een bamboescherm naar verwachting een veel optimaler windprofiel zal hebben om reswing effecten tegen te gaan. Reswing effecten kunnen alleen in situ met een volledige proefopstelling worden beoordeeld of gemeten. Zo mogelijk moet het ter plaatse optredende windprofiel bekeken worden om hieruit te kunnen concluderen dat dit resulteert in een hogere schermwerking dan de modellen. De modellen, zoals deze in de rekenvoorschriften zijn vastgelegd zijn immers altijd maar een benadering van de werkelijkheid. Conclusies Het lijkt goed mogelijk om levende groene geluidsschermen toe te kunnen passen langs verkeerswegen. Hoewel vegetatieschermen misschien niet een hoge waarde voor de geluidsdemping geven, is wel de verwachting dat zij extra voordelen heeft voor de luchtkwaliteit, ecologische waarden en maatschappelijke acceptatie. Mensen waarderen geluidsschermen niet alleen op hun prestaties op het gebied van geluidsreductie, maar ook op de aantrekkelijkheid. Zo is geconcludeerd dat een vegetatiescherm positiever gewaardeerd wordt dan een conventioneel geluidsscherm. De meest kritische factor is het doorstralen van geluid door de bossage. De beste oplossing zal een bamboesoort geven met een zeer hoge begroeiingsdichtheid. Meer stammetjes per vierkante meter of een plantensoort/bamboesoort die dichter tegen elkaar aan groeit, zal een nog beter resultaat geven. Geconcludeerd mag worden dat een geluidsscherm van bamboe een geluidsafschermend effect sorteert, dat iets beter is dan een massief geluidsscherm van 3 meter hoogte. Het onderscheid tussen een weg met tweemaal één rijstrook of een weg met tweemaal twee rijstroken is te verwaarlozen. Het absolute geluidsreducerende effect van een bamboescherm, maar ook van een 3 meter hoog massief scherm, is groter bij een provinciale weg dan bij een rijksweg. Dit komt doordat in deze configuratie de voertuigen dichter bij het scherm rijden, waardoor de omweg van het geluid over het scherm groter wordt. Er moet ook opgemerkt worden dat er nog de reële verwachting bestaat voor een beter geluidsreducerende effect van een geluidsscherm van bamboe, doordat een bamboescherm reswing effecten tegen kan gaan. Tevens moet terdege nagegaan worden of een geluidscherm van bamboe een positief effect zal hebben op de luchtkwaliteit. Literatuur [1] A Vegetation Screen as a Sound Barrier along Roads in the Province of Noord-Holland, Academic Consultancy Training, Team 1017, Wageningen UR 3/7/2012 [2] Yang F., Bao Z., Zhu Z. and Liu, J., (2010). The investigation of noise attenuation by plants and the corresponding noise reducing spectrum, Journal of Environmental Health, Volume 72, Number 8
[3] Onderzoek naar akoestische aspecten voor de toepassing van een bamboebossage als geluidsscherm. DGMR Rapport V.2012.0460.00.R002, 2012 [4] T. Van Renterghem D. Botteldooren, "Numerical simulation of the effect of trees on downwind noise barrier performance", published in Acta Acustica united with Acustica, September-October 2003, Vol. 89, Issue 5 [5] Gilles. A. Daigle, J.J.A. van Leeuwen, e.a. Technical assessment of the effectiveness of noise walls,, I-INCE publication 98-1, Noise/News International 1998 March [6] J.J.A. van Leeuwen Een technische beoordeling van de effectiviteit van geluidsschermen, Geluid, April 1999. [7] Regeling van de Staatssecretaris van Infrastructuur en Milieu, van 12 juni 2012, nr. IENM/BSK- 2012/37333, houdende vaststelling van regels voor het berekenen en meten van de geluidsbelasting en de geluidproductie ingevolge de Wet geluidhinder en de Wet milieubeheer (Reken- en meetvoorschrift geluid 2012)RMW2012-11-20 [8] Richtlijnen geluidbeperkende constructies langs wegen (GCW-2007) CROW-publicatie 251