Bamboe 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 Intro Onderzoek van wijst uit dat het goed mogelijk is om bamboe gewassen langs wegen als geluidsscherm toe te passen. Het idee is dat een scherm van bamboe veel prettiger oogt dan een hard scherm. Dit terwijl het ook nog eens goedkoop is in aanleg en beheer en bijdraagt aan een duurzame infrastructuur. De meest kritische factor is het doorstralen van geluid door de bossage. De beste oplossing geeft een bamboesoort met een zeer hoge begroeiingsdichtheid. Meer stammetjes per vierkante meter of een bamboesoort die dichter tegen elkaar aan groeit, geven het beste resultaat. Het onderzoek wijst uit dat het geluidsreducerend effect van een geluidsscherm van bamboe met een hoogte van 5 m en een dikte van 6 meter ongeveer vergelijkbaar is met een massief geluidsscherm van 3 meter hoogte. Inleiding Goed beschouwd zijn geluidsschermen in een landschap visueel ongewilde objecten. Berlijnse muren worden het soms genoemd. Functioneel is een geluidsscherm natuurlijk wel. Een scherm vermindert geluidsniveaus in de omgeving van een verkeersweg, waardoor hinder door verkeerslawaai wordt tegengegaan. Bij het Ingenieursbureau van de gemeente Amsterdam is daarom 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 kan isoleren. De structuur kan ook geluid verstrooien. Bamboe levert een groen geluidsscherm op 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 met advies van Rijkswaterstaat heeft het Ingenieursbureau van de Gemeente Amsterdam de afgelopen periode onderzoek geïnitieerd naar de geluidswerende eigenschappen van bamboe. Studenten van Wageningen UR en ingenieursbureau DGMR hebben het onderzoek uitgevoerd. Dit artikel geeft een beeld van de resultaten. Studenten van de Universiteit Wageningen hebben onderzocht wat de meest kansrijke beplanting is. DGMR heeft aan een proefopstelling de akoestische aspecten van deze meest kansrijke bamboebeplanting onderzocht.
Mogelijke soorten van beplanting Het onderzoek van de studenten van Wageningen UR [1] richtte zich op een serie ontwerpen om door beplanting een geluidsscherm met een dikte van circa zes meter te creëren, teneinde het verkeerslawaai af te schermen. Hierbij zijn verschillende ontwerpen en vegetatietypen beoordeeld. Zo is een randvoorwaarde dat de vegetatie 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 2.000 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 opzet gemaakt. Deze omvat dimensies, beplantingsplan, vulling bodemtype en onderhoudskosten. Daarna werd de hoeveelheid geluiddemping ingeschat op basis van literatuur van eerdere onderzoeken. In lit.2 is de geluidsreductie van een 1 tot 3 m dikke vegetatiehaag bepaald. Om een geluidsreductie te krijgen die vergelijkbaar is met een massief geluidsscherm, is een dikkere haag nodig, die weliswaar nog steeds inpasbaar moet zijn langs een weg. De schattingen van geluidsreductie zijn daarom bij een zes meter diep scherm bepaald. De reductie van hulst, bamboe en sneeuwbal waren respectievelijk 4-6 db (A), 3,5-4 db (A) en 15 db (A) en voor de wilgenwand 30 db (A). [2]. Hoewel het niet de grootste geluidsreductie levert is uit praktisch oogpunt toch voor bamboe gekozen vanwege snelle groei, vorst en zoutbestendigheid, weinig bladverlies (verkeersveiligheid). 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 [3]. 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, resistentie tegen zout van de weg, voldoende water en de grondslag (veengrond). Als meest geschikte haag is gekozen voor bamboe. Best toepasbaar is de bamboesoort Fargesia Robusta, een circa 5 meter robuuste, vorst-, zout- en ziekteresistente bamboesoort die een dichte groei vertoont en daarom de meeste geluidsreductie oplevert. 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. De aspecten die bij de fysische werking van een geluidsscherm een rol spelen zijn kort in het 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 voordeel van het gebruik van bamboe is dat er door deze vegetatie een optimaler windprofiel ontstaat om zogenaamde reswing effecten (het effect van de wind bij objecten op de richting geluidsgolven) tegen te gaan (zie o.a. Van Renterghem en Botteldooren literatuur [5]). 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 [6] en [7] is hierover meer beschreven. De omweg van het geluid kan met een standaardmethode berekend worden, zoals beschreven in de nationale Reken- en meetvoorschriften [7]. Softwarepakketten als GeoMilieu zijn hierop gebaseerd. In de voorschriften [4] 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 op een bestaande bamboebossage van circa 5 m hoogte. De toegepaste meetopstelling hiervoor is in figuur 1 geschetst.
Demping in db Figuur 1. 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 figuur 2 weergegeven. 30 25 20 15 10 5 0 31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Octaafbandmidenfrequentie in Hz Figuur 2. Demping door een bamboebossage van 6 meter breed per frequentieband De demping bij 500 Hz vertoont een dip mede door effecten van een lage stromingsweerstand van de grond met als gevolg een dip de bodemdemping bij deze frequentieband. In de praktijk zal deze dip naar een lagere frequentieband verschuiven waardoor het totaal effect van bamboe vegetatie beer zal worden. De hogere dempingswaarden bij de hogere frequentiebanden zijn het gevolg van scatterings- en reflectie effecten bij (kwart) golflengten in de orde grootte van stam- en blad afmetingen. 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. De geluidsreductie is groter dan uit eerder onderzoek [2] bleek. De gekozen bamboesoort is dus een goede keus geweest.
Effecten van een bamboescherm Met behulp van de rekenmethode voor het berekenen van de effectiviteit van geluidsschermen, zijn berekeningen gemaakt voor een vaak gebruikt 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 is een voorspelling gedaan van het akoestische effect van het bamboescherm als combinatie van de diffractie over het scherm en de transmissie door het scherm (zie figuur 3). 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 geluidseffecten van de afscherming met een massief scherm van 3 meter hoogte bij een rijksweg, een 130 km/h-weg met 2x2 De rijstroken geluidseffecten van de afscherming met een massief scherm van 3 meter hoogte bij een provinciale weg, een 80 km/h-weg met 1x2 rijstroken De geluidseffecten van de afscherming met een bamboescherm bij een rijksweg, een 130 km/h-weg met 2x2 rijstroken De geluidseffecten van de afscherming met een bamboescherm bij een provinciale weg, een 80 km/h-weg met 1x2 rijstroken 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.figuur 3. Afschermende werking van een massief scherm en bamboe bij een provinciale weg met twee maal 1een rijstrook iguur 4. Afschermende werking van een massief scherm en bamboe bij een rijksweg 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. Indien de waarnemers lager dan de weg en het scherm zijn gelegen (dus dieper in de zogenaamde schaduwzone), is het geluidsreducerend effect altijd groter. 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. Conclusies Het lijkt goed mogelijk om levende groene geluidsschermen toe te passen langs verkeerswegen. Hoewel vegetatieschermen misschien niet een hoge waarde voor de geluidsdemping geven, is wel de verwachting dat zij extra voordelen hebben voor de luchtkwaliteit (ook al dient dat nog nader te worden bepaald), ecologische waarden en maatschappelijke acceptatie. Mensen waarderen geluidsschermen niet alleen op hun prestaties op het gebied van geluidsreductie, maar ook op de aantrekkelijkheid. De verwachting is 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. Het onderzochte geluidsscherm van bamboe met een hoogte van 5 m en een dikte van 6 meter sorteert een geluidsafschermend effect 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 bestaat een reële verwachting dat het geluidsreducerende effect van bamboe beter is dan in dit artikel berekend, omdat een bamboescherm reswing effecten tegen kan gaan. Al met al is er voldoende reden om bamboe als geluidsscherm verder te ontwikkelen. 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] Richtlijnen geluidbeperkende constructies langs wegen (GCW-2007) CROW-publicatie 251 [5] 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 [6] 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
[7] J.J.A. van Leeuwen Een technische beoordeling van de effectiviteit van geluidsschermen, Geluid, April 1999. [8] 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