Institutt for Bygg- og energiteknikk
Postadresse: Postboks 4 St. Olavs plass, 0130 Oslo Besøksadresse: Pilestredet 35, Oslo
BACHELOROPPGAVE
BACHELOROPPGAVENS TITTEL
Støyabsorbenter i tunnel.
DATO 24.05.2017
ANTALL SIDER / ANTALL VEDLEGG 80/6
FORFATTER
Erland Gladhaug, Eirik Berntsen og Nywar Yosef VEILEDER
Berthe Dongmo-Engeland
UTFØRT I SAMMARBEID MED Statens vegvesen – Region Øst
KONTAKTPERSON Ratab-Ul-Lissan Malik
SAMMENDRAG
Denne oppgaven tar sikte på å belyse hensiktsmessigheten av å benytte støyabsorberende materialer i veitunneler for å redusere plagsom støy for beboere nært åpningene. Støy oppfattes subjektivt, men kan ha målbare negative helseeffekter avhengig av eksponeringsgrad. Et tiltak for å begrense støyplagen er å legge vegen i tunnel, men ulempen med dette er at støyen i tunnelen reflekteres mot åpningene hvor den legges oppå støy fra vegen utenfor. Dette resulterer i en markant økning i støynivå ved
tunnelmunningene, og støyabsorbenter er foreslått som en mulig løsning på dette problemet. Formålet med oppgaven er å innhente informasjon og kunnskap om støyabsorbenter i tunnelmunninger for norske vegtunneler slik at oppgaven kan virke som et grunnlag for Statens vegvesen ved videre vurderinger. Oppgaven er skrevet som en litteraturstudie, med en blandet metode som baserer seg på erfaringer fra prøveprosjekter, data fra støyplaters produsenter og vegvesenets håndbøker. Grunnet manglende informasjon rundt tema i Norge var flere kilder fra andre land med liknende klima. Gitt at levetiden for absorbent i tunnel tilfredsstiller krav om 25 år eller mer, vil det være mulig å installere støyabsorbenter i norske vegtunneler. Effekten av tiltaket med tanke på støyreduksjon vil variere med prosjekt og valgt absorbent, og må sees opp ifra et kost/nytte-perspektiv. Dersom prosjektet er både kostnadseffektivt, og effektivt med tanke på støyreduksjon, vil det være et tilrådelig støytiltak.
3 STIKKORD Tunnel Støy Absorpsjon
TILGJENGELIGHET Åpen
Telefon: +47 67 23 50 00 www.hioa.no
Forord
Denne hovedoppgaven er det avsluttende eksamensarbeidet for studiet Ingeniørfag bygg, med
studieretning Teknisk planlegging ved Høgskolen i Oslo og Akershus. Oppgaven er utført i samarbeid med Statens vegvesen, Region Øst og Vegdirektoratet, våren 2017 og utgjør 20 studiepoeng.
Tema for oppgaven ble valgt på bakgrunn av Statens vegvesens ønske om mer informasjon om støytiltak i form av støyabsorbenter i norske vegtunneler. Dette temaet var det behov for mer og nyere kunnskap om.
Det forutsettes at leseren har grunnleggende forståelse innen fagfeltene som berøres i oppgaven.
Målgruppen for oppgaven er dermed medstudenter innen Teknisk planlegging på HIOA.
Vi ønsker å takke alle som har bidratt med innspill og hjelp med hovedoppgaven vår. En stor takk til vår interne veileder på HIOA Berthe Dongmo Engeland for hennes bidrag med litteratur og
veiledning. I tillegg vil vi takke våre eksterne veiledere fra Statens vegvesen Region Øst; Ratab-Ul- Lissan Malik, Bjørnar Ersvik, Kamilla Kjølberg og Corinne Chiodini, samt Helena Gabriella Axelsson fra Vegdirektoratet, som har kommet med gode innspill, veiledning og faglig støtte under hele arbeidet med oppgaven.
Vi ønsker også å takke Simen Tørnquist (Brekke & Strand akustikk AS), Trygve Aasen (Statens vegvesen), Even Ingiær (Statens vegvesen) og Marie Therese McCormack (Egis Road & Tunnel Operation Ireland (ERTO)) for deres bidrag til oppgaven. Takk også til Øyvind Grøn for nyttige innspill underveis.
Oslo, 24. Mai 2017
____________________ ____________________ _________________
Erland Gladhaug Nywar Abdo Yosef Eirik Berntsen
Sammendrag
Denne oppgaven tar sikte på å belyse hensiktsmessigheten av å benytte støyabsorberende materialer i veitunneler for å redusere plagsom støy for beboere nært åpningene. Oppgaven er skrevet i samarbeid med Statens vegvesen, Region Øst og Vegdirektoratet, og er begrenset til norske forhold og norsk regelverk.
Støyproblematikk for veg er et økende problem og et problem det stadig blir mer fokus på. Støy oppfattes subjektivt, men kan ha målbare negative helseeffekter avhengig av eksponeringsgrad.
Folkehelseinstituttet (FHI) estimerer 22 tapte friske leveår per år som kan tilskrives trafikkstøyrelatert hjerte- og karsykdom i Norge. Et tiltak for å begrense helseplager knyttet til støy er å legge vegen i tunnel. Ulempen med dette er at støyen i tunnelen reflekteres mot åpningene hvor den legges oppå støy fra vegen utenfor. Resultatet er en markant økning i støynivå ved tunnelmunningene, og
medfølgende økt eksponering for beboere i nærheten. Støyabsorbenter i tunnelmunningen er foreslått som en mulig løsning på dette problemet, men det foreligger lite informasjon om slike løsninger i Norge.
Etter ønske fra Statens vegvesenet om mer informasjon rundt støyabsorberende tiltak i tunnel, ble det valgt å skrive en litteraturstudie for å belyse temaet. Oppgaven er skrevet med en blandet metode og baserer seg på erfaringer fra prøveprosjekter, data fra støyplaters produsenter og vegvesenets
håndbøker. Grunnet manglende informasjon rundt tema i Norge er det brukt flere kilder fra andre land med liknende klima.
Absorbsjonsevne og virkningsgrad har vist seg vanskelig å vurdere fordi produkter ofte oppgis testet etter forskjellig standard og med forskjellig måltall på støy. Det var ikke mulig å fremskaffe måledata som viser hvor mye støyen i praksis reduseres ved å installere absorberende plater i vegtunneler.
Det er ikke store utfordringer knyttet til plass-, drifts- og vedlikeholds- eller kostnadsmessige forhold.
Ettersom brannkravene som stilles i N500 ikke direkte nevner støyabsorbenter, regnes like krav til absorbenter som for frostsikringsmaterialer. Disse er relativt entydige, og flere av produktene på markedet i dag tilfredsstiller fullt ut disse kravene. Derimot er det sannsynlig at det kan være vanskelig å få en absorbent til å tilfredsstille kravet om 25 års levetid i en veitunnel. Forhold knyttet til kollisjon er vanskelige å vurdere, men dette kan være en utfordring.
Abstract
This thesis aims to assess whether or not sound absorbing materials in roadway tunnels can be a viable option to reduce the issue of noise near tunnel openings. The thesis is written in collaboration with the Norwegian public roads administration, Region Øst and Vegdirektoratet, and is limited to the laws and regulations that exist in Norway.
Road noise issues are an increasing problem and one that is getting more attention. Noise is perceived subjectively, but can have measurable negative health effects depending on the degree of exposure.
The Norwegian institute of public health (FHI) estimates 22 lost healthy living years per year attributable to traffic noise related to cardiovascular disease in Norway.
An action to limit health problems associated with noise pollution is to lay roads in tunnels. The drawback of this option is that the noise from the roads is redirected out of the tunnel openings where it adds to the noise produced from the road outside the tunnel. The result is a significant increase in the noise levels near tunnel openings that increases exposure for residents nearby. Adding noise- absorbing panels near the tunnel openings has been suggested as a possible solution to this problem, but little information exists regarding said solution in Norway.
On request from the Norwegian public roads administration a literature study on this subject was performed. This assignment is written using a mixed method and is based on experience from research projects where absorbing panels has been applied, data gathered from panel manufactures, and Norwegian roadway manuals. Due to lack of information on the subject in Norway, sources from countries with similar climates were used in addition to the native ones. Absorbability and efficiency have been difficult to assess because the different products evaluated in this thesis had been tested according to different standards. It was not possible to take measurements data showing how much noise is effectively reduced by installing absorbent panels in roadway tunnels.
We did not find that there are major challenges related to use of space in the tunnel, maintenance or costs in consideration of the implantation of sound absorbing panels in tunnels. Because the fire requirements set in the Norwegian roadway manual N500, do not directly mention noise absorber panels, the requirements for frost protection materials is used as the basis for fire considerations.
These are relatively unambiguous, and several of the products found on the marked today fully meet these requirements. On the other hand, it is likely that it will be difficult to find an absorbing panel that satisfies the 25-year lifetime requirements for installation in road tunnels. Considerations in regard to traffic safety and collision are difficult to assess, but might also to be a challenge.
Innhold
Forord ... II Sammendrag ... III Abstract ... IV Definisjoner... VII
1 Innledning ... 1
1.1 Bakgrunn ... 1
1.2 Formål/hensikt ... 1
1.3 Problemstilling ... 1
1.4 Hypotese ... 2
1.5 Avgrensninger ... 2
1.5.1 Tematisk avgrensning ... 2
1.5.2 Geografisk avgrensning ... 2
1.6 Metode ... 2
2 Teori ... 4
2.1 Lyd ... 4
2.1.1 Lydstyrke ... 4
2.2 Støy ... 6
2.2.1 Definisjon av Støy ... 6
2.2.2 Vegtrafikk som støykilde ... 6
2.2.3 Regelverk og myndighetskrav: ... 8
2.3 Tunnelstøy ... 12
2.3.1 Generelt om tunnelstøy ... 12
2.3.2 Beboere ved tunnel... 12
2.3.3 Støyemisjon fra vegtunnel ... 12
2.3.4 Andre støykilder i tunnel ... 15
2.4 Støyabsorberende materialer ... 16
2.4.1 Generelle egenskaper ... 16
2.4.2 Porøse absorbenter ... 17
2.4.3 Resonansabsorbenter ... 20
2.4.4 Membranabsorbenter ... 21
2.4.5 Støyplater i veitunnel ... 22
2.5 Tunnelprofiler og -utforming ... 23
2.5.1 Tunnelprofiler ... 23
2.5.2 Sikt ... 25
3 Utfordringer og vurderinger tilknyttet absorberende tiltak for tunnel ... 27
3.1 Plassbruk i tunnelprofilet ... 27
3.1.1 Absorbenter i tak ... 27
3.1.2 Absorbenter på vegg ... 28
3.1.3 Tunnelportaler ... 28
3.1.4 Sikt ... 29
3.1.5 Vurderinger ... 32
3.2 Kollisjonssikkerhet i tunnel ... 33
3.2.1 Diskusjon av kollisjonssikkerhet ... 34
3.3 Brann i tunnel ... 35
3.3.1 Krav i N500 ... 36
3.3.2 Polymere absorbenter ... 36
3.3.3 Minerale absorbenter ... 38
3.3.4 Metaller ... 40
3.3.5 Sammenlikning av brannegenskaper til absorbentprodukter ... 41
3.3.6 Vurderinger ... 42
3.4 Drift- og vedlikehold ... 43
3.4.1 Drift ... 44
3.4.2 Vedlikehold ... 46
3.4.5 Erfaringer fra Ingiertunnelen ... 47
3.4.6 Erfaringer fra Dublin Port Tunnel, Irland ... 48
3.4.7 Erfaringer fra Blødekjærtunnelen ... 50
3.4.8 Vurderinger ... 52
3.5 Levetid ... 53
3.5.1 Miljø i tunnel ... 53
3.5.2 Trykk- og Sugkrefter ... 54
3.5.3 Vurderinger ... 54
3.6 Lydabsorpsjonsevne ... 55
3.6.1 Lydabsorpsjonsfaktor αs – EN ISO 354 ... 55
3.6.2 Veid absorpsjonsfaktor αw – EN ISO 11654 ... 56
3.6.3 DLα – EN 1793 ... 57
3.6.4 Noise reduction coefficient (NRC) – ASTM 423 ... 57
3.6.5 Absorpsjonsevne for utvalgte produkter ... 57
3.5.6 Sammenlikning og vurderinger ... 64
3.7 Kostnader ... 66
3.7.1 Enhetspris ... 67
3.7.2 Totale kostnader – Blødekjærtunnelen ... 68
3.7.3 Vurderinger ... 68
3.8 Sammenlikning av absorberende produkter ... 69
4 Konklusjon ... 71
4.1 Utfordringer ved absorberende tiltak ... 71
4.1.1 Plassbruk av støyabsorbenter i tunneler ... 71
4.1.2 Kollisjonssikkerhet... 71
4.1.3 Drift og vedlikehold ... 71
4.1.4 Brann ... 71
4.1.5 Levetid ... 71
4.1.6 Lydabsorpsjonsevne ... 72
4.1.7 Kostnader ... 72
4.2 Samlede vurderinger ... 72
4.3 Refleksjon rundt besvarelse av problemstilling og hypotese ... 73
4.3.1 Problemstilling ... 73
4.3.2 Hypotese ... 74
4.4 Forslag til videre forskning ... 74
Vedlegg ... 76
1 Brannklaser etter NS-EN 1501-1 ... 76
2 Dimensjoneringsklasser for veg ... 77
3 Siktkontroll ... 77
4 Formler for utregning av AT - EN ISO 354... 79
5 Noen definisjoner ... 80
6 Uoffisielle målinger av støy fra Blødekjærtunnelen ... 81
Kildeliste ... 82
Definisjoner
Liste over definisjoner for enkelte ord og uttrykk som fremkommer i denne oppgaven kan finnes i Vedlegg 5.
1 Innledning 1.1 Bakgrunn
Støyproblematikk som følge av vegtrafikk er et økende problem som det stadig blir mer fokus på.
Vegstøy øker i hovedsak med økende årsdøgntrafikk (ÅDT; Den totale trafikken i et snitt eller på en trafikklenke i løpet av et kalenderår dividert med antall dager i året) og tungtrafikk (ÅDT-T; ÅDT for tungtransport), og begrenses ved enten å reflektere lydbølgene vekk fra en resipient eller ved å svekke bølgene ved absorpsjon. Settes en veg i tunnel vil mye av støyemisjonen bli innkapslet, og lydbølgene vil reflekteres rundt i tunnelrommet mellom harde vegger, tak og veg. Det er allmenn kjent at tunnel på denne måten kan redusere støyvirkningen av vegen. Det som ikke er like godt forstått er at det også vil medføre en økning i støynivå for resipienter i nærheten av tunnelåpningene. De reflekterte
lydbølgene vil minke i styrke for hver refleksjon, men ved åpningene vil de slippe ut og legge seg oppå den vegtrafikken som allerede finnes her. Dermed vil man oppleve støyen fra vegtrafikken et godt stykke inn i tunnelen i tillegg til vegstøyen fra biler i området utenfor tunnelåpningen. En løsning på dette problemet kan være å montere absorberende plater på tunnelens vegger og/eller tak. På den måten vil den reflekterte støyen bli begrenset med platenes absorberende evne, og støybidraget fra tunnelen på resipienter i nærheten vil minke.
Støyabsorbenter i tunnelmunninger er et relativt nytt konsept i Norge, og det er dermed gjort svært lite forskning rundt hensiktsmessigheten av et slikt tiltak. Et par prøveprosjekter er nylig blitt iverksatt, men dataene fra disse er ikke endelige. Statens vegvesen ønsker å utrede tema, og etter samtaler med studentene ble det klart at dette skulle bli tema for oppgaven. Oppgaven skrives som en avsluttende hovedoppgave for HIOA i samarbeid med Statens vegvesen, Region Øst.
1.2 Formål/hensikt
Formålet med oppgaven er å innhente informasjon og kunnskap om støyabsorbenter i
tunnelmunninger for norske tunneler. Oppgaven skal dermed virke som et grunnlag for Statens vegvesen ved videre vurderinger av absorbenter i norske tunneler.
1.3 Problemstilling
Målinger viser at trafikkstøy er høyere ved åpningen av en veitunnel enn ellers langs den samme veien. Dette skyldes at lyd inne i tunnelen ikke absorberes, men reflekteres og legges oppå den vanlige trafikkstøyen ved åpningene, til plage for beboere rundt. Oppgavens fokus ligger på å dempe støyen ved bruk av støyabsorberende materialer inne i tunnelmunningen. Herunder:
• Hvor mye kan støyen reduseres?
• Hva er en hensiktsmessig oppbygning av materialet?
• Hva er ønskelig og hensiktsmessig plassering av materialet?
• Hvordan påvirker materialet veidriften, og hvordan påvirker veidriften materialet?
• Hva er levetid og kostnader ved tiltaket?
• Hvordan påvirkes sikkerheten i tunnelen?
• Kan det benyttes i eksisterende tunneler?
Denne oppgaven vil se nærmere på utfordringer og løsninger knyttet til implementering av støyabsorbenter i tunnelmunninger.
Oppgavens problemstilling kan beskrives slik:
«I hvilken grad er det hensiktsmessig å benytte støyabsorberende materialer i veitunneler for å redusere støyplagen for beboere rundt åpningene?»
1.4 Hypotese
For å utfylle problemstillingen ble en hypotese formulert:
«Det er tilrådelig å installere støyabsorbenter i norske vegtunneler»
Oppgaven vil gjennom et litteratursøk prøve å bekrefte eller falsifisere denne påstanden.
1.5 Avgrensninger
1.5.1 Tematisk avgrensning
• Oppgaven tar utgangspunkt i gjeldende norske forhold og norsk regelverk.
• Siden oppgaven er en litteraturstudie er det ikke gjort noen støyberegninger i denne oppgaven. Beregninger det vises til er tilknyttet vurderinger av absorberende plater.
• Effekten av støyabsorberende tiltak er ikke vurdert grunnet manglende data. Kun
absorpsjonsevnen til de forskjellige støyplateproduktene er vurdert opp mot hverandre, og kan på den måten gi en indikasjon på tiltakets støyreduserende effekt.
• Vurderinger knyttet til tilgjengelig areal for absorbenters installasjon og implementering tar utgangspunkt i tunnelmunningenes smaleste punkt, altså normalprofil. For øvrig forutsettes det at det tilgjengelige arealet øker i tunnelmunningen frem til åpningen.
• Grunnet kapasitetsbegrensninger og mangel på tilgjengelige praktisk erfaringsdata, vil oppgaven bare ta for seg enhetspris i økonomiske vurderinger.
1.5.2 Geografisk avgrensning
Siden oppgaven skrives i samarbeid med Statens vegvesen, vil den ta for seg Norge som studieobjekt.
I Norge er det gjort svært lite forskning på temaet. Et par prøveprosjekter er iverksatt i norske tunneler, men resultatene fra disse er ikke endelige. Oppgaven må dermed gå utenfor landegrensene for å danne et utfyllende bilde av tematikken. Informasjon og data fra land med liknende klima som i Norge, og som har kommet lengre i utredelsen av støyabsorbenter i tunnel, vil danne hovedandelen av informasjon brukt i denne oppgaven.
1.6 Metode
Det finnes to forskningsmetoder. Den kvantitative og kvalitative.
• Kvantitative metoder: Forholder seg til kvantifiserbare størrelser som tall og statistikk.
• Kvalitative metoder: Bygger på fortolkning og menneskelig erfaring.
(De nasjonale forskningsetiske komiteene, 2010)
Oppgaven har hovedsakelig benyttet seg av kvalitative metoder. Gjennom en litteraturstudie har oppgaven tatt for seg støyabsorberende tiltak som kan benyttes i norske tunneler. Tiltak og produkter som har vært prøvd ut i Norge og i andre land med tilsvarende klima, og de erfaringene som er blitt gjort, er vektlagt. Erfaringer knyttet til drift og vedlikehold ble gitt særlig vekt og vurdert i
sammenheng med virkningsgrad og sikkerhet. Disse momentene ble vurdert opp mot hypotesen.
Der det fantes målbare data ble en sammenligning gjort for å vurdere virkningsgraden av tiltakene.
Oppgaven har derfor et kvantitativt aspekt ved at data ble brukt som sammenlikningsgrunnlag ved enkelte vurderinger som sikt, kostnader og absorpsjonsevne. Siden det både ble benyttet kvalitative- og kvantitative metoder i oppgaven ble det endelige metodevalget en blandet metode med hovedvekt på det kvalitative.
All informasjon og data som ble vurdert var resultat av personlig kommunikasjon, litteratursøk og - gransking. Kilder var alle skriv og rapporter som har blitt gjort tilgjengelige for studentene og der språk ikke dannet barriere, samt personlig kommunikasjon med faglig personell ved prøveprosjekter for absorbenter. Fordi det ikke fantes noe enkelt systematisk register over alle arbeider som har vært gjort på området, var det å skaffe oversikt over tilgjengelig kunnskap en nødvendig del av arbeidet.
2 Teori 2.1 Lyd
Lyd kan beskrives objektivt som et fysisk fenomen, som hørbare trykkbølger i luften. På samme måte som bølger forplanter seg på vannet, beveger lydbølger seg fra en lydkilde i bølger med gitte
mellomrom avhengig av kildens intensitet. Antall lufttrykksskiftninger eller bølger i sekundet bestemmer tonehøyden eller frekvensen og måles i Hertz (Hz). Det menneskelige øret oppfatter hos en normalt hørende et frekvensområde på 20 – 20 000 Hz. Det viktigste talefrekvensområdet er mellom 500 – 4000 Hz, og det er i dette området at hørselen har sin beste følsomhet. Størrelsen på lufttrykksendringene i forhold til atmosfæretrykket beskriver lydstyrken eller lydtrykknivå. Lyden kan beskrives med trykkendringenes størrelse og repetisjonstakt (Ustad & Gjestland, 2006).
Figur 1: Lydtrykket er lufttrykksvingninger omkring midlere atmosfæretrykk (Ustad & Gjestland, 2006).
2.1.1 Lydstyrke
Det laveste lydtrykket som vi kan oppfatte er omtrent 20 μPa (20 mikroPascal = 0.0000002mBar), mens det høyeste lydtrykket vi kan tåle uten skade er omtrent 1 million ganger høyere (20 Pa).
Lydenergien er proporsjonal med det kvadrerte lydtrykket (lydtrykket multiplisert med seg selv). På grunn av det enormt store variasjonsområdet mellom høyeste og laveste hørbare lydtrykk, er det ikke praktisk å bruke kvadrert lydtrykk som måleenhet for lydstyrke. I stedet brukes en logaritmisk skala og begrepet lydtrykknivå. Lydtrykknivået defineres som logaritmen til forholdet mellom kvadrert lydtrykk (p2) og et kvadrert referansetrykk (p02) der p0er 20 μPa som tilsvarer det laveste lydtrykket som et normalt øre kan oppfatte.
Måleenheten i logaritmiske forholdstall-skalaer kalles Bel (forkortes til B) etter telefonens oppfinner Aleksander Graham Bell. I de fleste sammenhenger brukes enheten 1/10- Bel, desiBel, som forkortes dB (Ustad & Gjestland, 2006). Definisjon av dB fremkommer i Vedlegg 5.
Figur 2: Sammenheng mellom lydtrykk i Pa og lydtrykknivå i dB(A) (Ustad & Gjestland, 2006).
Menneskelig hørsel er ikke like følsom for alle frekvenser. Den er best i talefrekvensområdet og dårligere for lave bass- og høye diskantlyder. Dette innebærer at når man ønsker å måle lyder som er sammensatt av mange frekvenser bør man bruke et “hørselsfilter” i lydnivåmåleren. Et slikt filter som etterlikner hørselens følsomhet for mellomsterke lyder, kalles A-veiefilteret. De fleste støymålinger, grenseverdier, lovregler m.m. forutsetter bruk av dette filteret. Fordi A-veiefilteret er lite følsomt for dype basslyder, benytter man i noen sammenhenger C-filteret som ikke filtrerer bort så mye av de dype tonene. I kontrast til de andre filtrene legger Z-filteret like stor vekt på alle hørbare frekvenser.
Desibelverdiene assosiert med de enkelte filtrene A, C og Z, benevnes henholdsvis DB(A), DB(C), og DB(Z) (Folkehelseinstituttet, 2015).
2.2 Støy
Støy er et miljøproblem som rammer svært mange mennesker i Norge, og ansees som forurensning etter forurensningsloven (Kirsten Holz & Erik Engelien, 2016).
2.2.1 Definisjon av Støy
Støy defineres som “uønsket lyd”.
Definisjonen illustrerer tosidigheten til støyproblematikken. Ordet “lyd” refererer til den fysiske komponenten lyd, som beskriver variasjoner i lufttrykket som er “målbare” med menneskets hørsel i frekvensområdet 20 Hz og 20 kHz – Hørselsinntrykket (Ruud & Statens teknologiske institutt, 1990).
I tillegg kommer den subjektive komponenten “uønsket” som er knyttet til de vurderingene den enkelte person foretar når man betegner et lydinntrykk som støy (Fjerdingstad, 1978). Det som oppfattes som støy for en person, kan derfor være vellyd for en annen.
Folk har ulik støytoleranse, og lydbildet kan ha stor innvirkning på oppfattet støy. Jevn og konstant støy vil generelt oppfattes som mindre støyende enn sporadiske enkelthendelser som for eksempel tunnelpasseringer. Dette gjør det vanskelig å definere et universelt kriterium for hva støy er, og ved hvilke verdier det oppstår. Selv om grenseverdiene for støy oppfylles er det fortsatt mange som vil føle seg plaget. Likevel har vi klare føringer og reguleringer som definerer maksimumsverdier og tiltaksgrenser for støy i Norge.
2.2.2 Vegtrafikk som støykilde
De fire viktigste kildene til støy er vegtrafikk, fly, jernbane og industri. Av disse er vegtrafikk den klart største kilden. Støy fra veg står for om lag 80 % av den totale støyplagen i Norge i dag. Støyen
Figur 3: Frekvensveiingskurvene – A, C og Z (Tingay, 2011).
fra vei øker sammen med befolkningsveksten, og i perioden 1999 til 2014 økte antall bosatte som er utsatt for støy dB(A) fra vegtrafikk i Norge med 660 000 (35%). Befolkningsvekst og økning i andel tungtrafikk er de viktigste årsakene til denne økningen. På slutten av samme periode var det ca. 1.9 millioner som var utsatt for støy fra veg over de anbefalte verdiene på 55 dB. Altså nærmere 1 av 3 i Norge (Kirsten Holz & Erik Engelien, 2016).
Figur 4: Antall personer utsatt for støy over 55 dB(A) fra 1999 til 2014 etter støykilde (Kirsten Holz & Erik Engelien, 2016).
Generelt vil trafikk- og befolkningsvekst i støyutsatte områder føre til flere støyplagede. Men på den annen side har det blitt flere endringer i trafikken som vil kunne bidra til å dempe veksten i støyplage som f.eks. ny motor- og bildekkteknologi samt et generelt økt fokus på miljø og klima i vegfag.
Endringer i fartsgrenser kan også være med å bidra til en liten støyreduksjon, men er generelt ikke et støytiltak i seg selv. Tiltak som å omlegge veier, slik at de går utenfor boligområder, og ulike støyskjermingstiltak bidrar også til å redusere støy (Kirsten Holz & Erik Engelien, 2016).
I forhold til andre forurensningskilder har arbeid med å redusere støyplagen vært begrenset på grunn av manglende kunnskap om effekten på mennesker så vel som mangel av definerte kriterier og standarder for støy (World health organization, 2011).
2.2.3 Regelverk og myndighetskrav:
Dette underkapittelet vil ta for seg myndighetskrav, retningslinjer, veiledninger, standarder o.l. som er relevante i forbindelse med støy fra veitrafikk i Norge, med fokus på støy fra tunneler.
Figur 5: Gjeldende lovverk, forskrifter, veiledere og standarder for støy (Rambøll, 2015).
Forurensningsforskriftens kapittel 5 om støy gir bestemmelser for støy i henhold til EUs rammedirektiv for støy fra 2002. Dette innebærer bestemmelser om:
• Overvåking av støyproblemet gjennom utarbeidelse av støykart
• Utarbeidelse av handlingsplaner
• Informasjonsvirksomhet og involvering av befolkningen
Videre stilles det krav til kartlegging av utendørs støy over 55 Ldenog 50 Lni byområder og langs større veger, jernbaner og flyplasser. Kartleggingen skal oppdateres hvert femte år
(Forurensningsforskriften, 2004). Ln er det ekvivalente lydtrykknivået gitt i dB for nattperioden, dvs.
fra kl. 23–07. Ekvivalent betyr at det ses på det energimessig gjennomsnittlige lydnivå over en gitt tidsperiode, her 8 timer. Dette gjøres da støy kan variere sterkt over tiden. Lden er det ekvivalente lydtrykknivået gitt i dB for dag-kveld-natt (day-evening-night) med 5 dB og 10 dB ekstra tillegg på henholdsvis kveld og natt. Dette tillegget gis for å ta hensyn til at støy på kvelds- og nattetid oppfattes som mer forstyrrende enn på dagtid (Oslo kommune & Bymiljøetaten, 2013).
Forskriften setter også en nasjonal grense for gjennomsnittlig innendørs støynivå på 42 dB LAeq,24h
(Forurensningsforskriften, 2004). LAeq,24h er det ekvivalente lydtrykknivå gitt i dB(A) for en 24-timers tidsperiode (Oslo kommune & Bymiljøetaten, 2013). Videre anbefales det for boliger der
grenseverdien overskrides, at det skal tilbys støyreduserende tiltak for å senke støynivået ned til 35 dB LAeq,24h.Forskriftens grense på 42 dB er den eneste lovpålagte grensen som anleggseiere må følge opp (Forurensningsforskriften, 2004). Definisjoner av Lden , Ln og LAeq,24h fremkommer i Vedlegg 5.
Vegtrafikk:
Byggteknisk forskrift (TEK 10):
De bygningstekniske funksjonskravene med hensyn på lyd og lydforhold i nye bygninger er regulert av Byggteknisk forskrift (TEK 10). Byggeforskriften med veiledning tallfester ikke krav til akustikk
og lydisolasjon, men henviser til norsk standard NS 8175:2012 «Lydforhold i bygninger – Lydklassifisering av ulike bygningstyper» (lydklassestandarden) (Rambøll, 2015).
NS 8175
Lydklasse C i standarden regnes for å tilfredsstille forskriftens minstekrav for søknadspliktige tiltak.
Tabell 1 og 2 er utdrag fra flere tabeller i NS 8175. Samlet angir disse de viktigste kravene for denne oppgaven.
Krav til innendørs støynivå fra utendørs lydkilder
Med utendørs lydkilde menes lydkilder som ikke er en integrert del av en bygning, som f.eks.
vegtrafikk, tog, fly, trikk, industri og lignende, samt strukturlyd fra tunneler og kulverter med vegtrafikk og skinnegående trafikk. Lydnivået måles i A-veid ekvivalent lydtrykknivå, LAeq,24h for en 24 timers periode med enheten desibel (dB) (NS 8175:2012).
Tabell 1: Lydklasser for boliger. Innendørs lydnivå fra utendørs kilder (NS 8175:2012).
Krav til utendørs lydnivå fra utendørs lydkilde
Tabell 2: Lydklasser for boliger. Utendørs lydnivå fra utendørs kilder (NS 8175:2012).
Utemiljø og utvendig støy reguleres av miljømyndighetene og «Retningslinje for behandling av støy i arealplanlegging» (T-1442) som henvist i NS 8175 (NS 8175:2012).
T-1442
Støygrenser og soneinndeling:
Klima- og miljødepartementets retningslinje for behandlingen av støy i arealplanlegging (T- 1442/2016) angir støysonene som skal kartlegges ved støyberegninger. T-1442 er koordinert med støyreglene som er gitt etter forurensningsloven og teknisk forskrift til plan- og bygningsloven. Denne anbefaler at det beregnes to støysoner rundt viktige støykilder, en rød og en gul sone.
• RØD SONE: Angir et område som ikke er egnet til støyfølsomme bruksformål, og etablering av ny støyfølsom bebyggelse skal unngås. Boliger regnes som støyfølsom bebyggelse.
• GUL SONE: Vurderingssone hvor støyfølsom bebyggelse kan oppføres dersom avbøtende til- tak gir tilfredsstillende støyforhold.
Utdrag av kriterier for inndeling av rød og gul støysone er gitt i Tabell 3. (Miljødirektoratet, 2014; Rambøll, 2015)
Tabell 3: Kriterier for soneinndeling fra T-1442:2016. Alle tall i dB, frittfeltsverdier (Miljødirektoratet, 2014).
Støygrensene gjelder på uteplass og utenfor vindu i rom til støyfølsom bruk som f.eks. soverom og oppholdsrom. Støykravene gjelder derfor ikke nødvendigvis ved mest utsatte fasade, men vil være avhengig av hvor rom til støyfølsom bruk er plassert i bygningen. Støygrensene gjelder også for uteareal knyttet til oppholdsareal som er egnet for rekreasjon. Dvs. balkong, hage (hele, eller deler av), lekeplass eller annet nærområde til bygning som er avsatt til opphold og rekreasjonsformål (Rambøll, 2015).
For gul og rød sone gjelder særlige retningslinjer for arealbruk. For øvrige områder (hvit sone), vil det normalt ikke være behov for å ta spesielle hensyn til støy, og det kreves normalt ingen særlige tiltak for å tilfredsstille krav til lyd i teknisk forskrift (Miljødirektoratet, 2014).
Støygrensene gitt i T-1442 alene er ikke juridisk bindende. Av økonomiske og praktiske hensyn vil det ikke alltid være mulig å oppfylle disse målene, og grenseverdiene kan fravikes dersom
støytiltakene medfører urimelig store praktiske ulemper for trygghet, urimelig høy kostnad, dårlig tiltakseffekt og lignende.
I sentrumsområder i byer og tettsteder, spesielt rundt kollektivknutepunkter, er det i tillegg aktuelt med høy arealutnyttelse av hensyn til samordnet areal- og transportplanlegging. Ved avvik fra anbefalingene og bestemmelsene i gul og rød sone bør likevel følgende forhold innfris:
• Støyforholdene innendørs og utendørs skal være dokumentert i en støyfaglig utredning, for å sikre at kravene til innendørs støynivå i teknisk forskrift ikke overskrides.
• Det skal legges vekt på at alle boenheter får en stille side, og tilgang til egnet uteareal med tilfredsstillende støyforhold. Her varierer kravene fra kommune til kommune.
(Rambøll, 2015)
Støytiltak
Retningslinjen T-1442/2016 gir også anbefalte grenseverdier for støytiltak ved etablering av ny støyende virksomhet eller ny bebyggelse med støyømfintlig bruksformål. Disse grenseverdiene tilsvarer kriteriene for gul støysone og er gitt i Tabell 3.
• Tabell 3 skal beregnes som årsmiddelverdier i tråd med definisjonene av Lden (se vedlegg 5).
• Grenseverdiene for støynivå utenfor rom med bebyggelse med støyfølsomt bruksformål gjelder i den beregningshøyde som er aktuell for den enkelte bo- /oppholds-enhet.
• Grenseverdiene for uteoppholdsareal må være tilfredsstilt for et nærområde i tilknytning til bygningen som er avsatt og egnet til opphold og rekreasjonsformål, jfr. definisjon i T-
• 1442:2016 kapittel 10. Beregningshøyden for uteoppholdsareal skal være minimum 1,5 meter over terreng, eventuelt over balkong- eller terrassegulv.
• Krav til maksimalt støynivå i nattperioden gjelder der det er mer enn ti hendelser pr. natt, og ikke enkelthendelser.
• For innendørs støy fra utendørs kilder og for utendørs støy fra tekniske installasjoner på bygninger gjelder krav i teknisk forskrift/NS 8175 for klasse C (Bekkos, 2015).
(Miljødirektoratet, 2014)
Retningslinjen T-1442 nevner ikke tunneler eller støy fra tunneler direkte i særlig grad. Det som nevnes går i hovedsak på bygg- og anleggsstøy i forbindelse med utgraving og bygging av nye tunneler. Etablering av tunnel på eksisterende vei skal utløse krav om støyutredning og eventuelle nødvendige støyreduserende tiltak. I henhold til retningslinjen og M-128 vil bilpasseringer ved tunnelmunning være en tellende impulslydkilde som skal tas med i støyvurdering ved
arealplanlegging (Bekkos, 2015; Miljødirektoratet, 2014).
Helsevirkninger
Regelverket som omhandler støy reflekterer WHO sine anbefalinger om at Lden ikke bør overskride 55 dB ute da dette er grensen for alvorlige negative helsevirkninger av støy. Overskridelser utover denne grenseverdien ansees å påvirke befolkningens helse i økende grad og omfang. Lydforurensningen vil dermed påvirke helsen oftere, og svært mange vil oppleve situasjonen som plagsom. Søvnkvaliteten blir også betydelig påvirket, og risiko for hjerte og karsykdommer øker.
WHO anbefaler også at grenseverdien for lydforurensning i nattperioden senkes til 40 dB (Ln) der det er mulig for å unngå uheldige helsevirkninger blant de berørte. Ved denne grenseverdien er det observert søvnforstyrrelser hos resipientene, og da særlig hos utsatte grupper som barn, kronisk syke og eldre, men ikke i like stor grad som ved 50 dB (World health organization, 2011).
Støy gir altså ikke bare en ubehagelig følelse. Det er et alvorlig problem som kan gi negative helseeffekter, og i henhold til FHI estimeres det 22 tapte friske leveår per år som kan tilskrives
trafikkstøyrelatert hjerte- og karsykdom i Norge (Aasvang & Nasjonalt folkehelseinstitutt, 2012). Støy rammer ikke bare mennesker men kan også ha uheldige innvirkninger på dyre- og fugleliv.
Mål om mindre støy
I henhold til regjeringens handlingsplan mot støy skal støyplagene i Norge reduseres fram mot 2020.
Dette er fastsatt i to nasjonale mål fra 2007. Det første målet er knyttet til utviklingen i støyplage på generell basis, samtidig ble det også valgt å ha en særskilt satsing på støyreduksjon for de som er mest støyutsatt.
De nasjonale målene for støy er:
• Støyplagen skal reduseres med 10 prosent innen 2020 i forhold til 1999.
• Antall personer utsatt for over 38 dB innendørs støynivå skal reduseres med 30 prosent innen 2020 i forhold til 2005.
Handlingsplanen for 2007–2015 var et skritt på vegen mot de nasjonale målene, og nå avventes en ny plan for neste periode. Støykartlegging for Oslo fra 2012 viser en økning i støy både fra veg og bane.
Det er sannsynlig at utviklingen er lik i andre deler av landet (Klima- og miljødepartementet, 2014).
2.3 Tunnelstøy
2.3.1 Generelt om tunnelstøy
I denne oppgaven defineres tunnel som en underjordisk transportveg, kulvert eller omsluttet transportveg som for eksempel en veg under en bru. Vei og jernbane føres gjennom tunneler for å krysse ulendt terreng, øke fremkommelighet og/eller for å redusere eksponeringen av trafikkstøy på lydsensitive områder. Underjordisk infrastruktur blir som oftest sett på som å ha en positiv akustisk innvirkning på omgivelsene siden trafikkstøyen blir flyttet under bakken og vekk fra overliggende reseptorer. Dette på tross av at tunnelutbygging også kan medfører en markant økning i
støyeksponering på omgivelsene i nærheten av tunnelåpningene. Særlig for urbane tunneler kan dette bemerkes på bakgrunn av at de generelt har flere mennesker som bor og oppholder seg i nærheten av tunnelåpningene. Beregning av den støyreduserende effekten av å legge vei i tunnel, blir ofte gjort uten å ta med støyen i og fra tunnelen. Dette på tross av at lyden som stråler ut fra tunnelmunningen kan gi en betraktelig lokal økning i lydnivå (World road association (PIARC), 2016).
2.3.2 Beboere ved tunnel
En tunnel kan fjerne store deler av trafikken fra overflaten og flytte den under bakken slik at miljøulempene fra støy, luftforurensning og barrierevirkning reduseres, noe som kan åpne for stedsutvikling (Foslie, 2010). Til tross for de potensielle positive miljøvirkningene ved tunnel, er det et paradoks at tunneler som bygges av hensyn til støy kan forsterke andre beboeres plager ved munningen. For denne gruppen fungerer tunneler som en forsterker av støyen ved at passerende trafikk kan høres gjennom hele tunnelen (Nettredaksjonen, 2012). Tunnelmunningen bidrar dermed til støybildet både ved økt Lden og sjenerende aspekter ved støyen som sus/buldring, forlenget varighet med betydelig støynivå og kortvarig maksimum ved selve passeringen inn og ut av tunnelmunning (Bekkos, 2015). Denne oppgaven tar utgangspunkt i denne gruppen støyplagede og vil se nærmere på løsninger basert på støyabsorberende plater i tunnelmunningen.
2.3.3 Støyemisjon fra vegtunnel
Støy fra vegtunneler er sammensatt av flere kilders støyemisjon som blant annet friksjon mot vegdekke, motorvibrasjon og ventilasjon. Størst av dem er den støyen generert av vegtrafikken.
Denne støyen oppstår i det et kjøretøy kjører inn i en tunnel. Lydnivået som da oppstår består av motorlyd, friksjonslyd og luftsvingninger som følge av trykkendringene rundt kjøretøyet og i
overgangen fra veg i uteareal til tunnel. Lydinntrykket på utenforliggende arealer blir så forsterket ved at deler av lydbølgene reflekteres fra tunnelens vegger, tak/heng og vegbane. Dette fører til at
lydbølgene brer seg ut gjennom tunnelåpningen og innover i tunnelen. Denne akustiske
forplantningseffekten er årsaken til at det ved tunnelmunninger kan registreres støyverdier på opptil LAeq 75 kun med tunnelbidraget (Tørnqvist, 2012; World road association (PIARC), 2016).
Støyforholdene i nærheten av tunnelåpningen bestemmes av to hovedbidrag som vist i Figur 6:
Støyforhold nær tunnelåpninger (Vegdirektoratet, 1992). Det første, og ofte dominerende, bidraget kommer fra trafikken på den delen av veien som ligger utenfor tunnelen (A). Det andre bidraget (B) kommer fra kjøretøy i og rett innenfor tunnelåpningen og deres lydavstråling fra tunnelåpningen (Vegdirektoratet, 1992).
Relativt til en gitt resipients posisjon nær tunnelåpningen er tunnelens totale oppfattede støyemisjon bygd opp av tre forskjellige lyddeler. Den første delen kommer fra veien som ligger i ubrutt siktlinje til resipientens posisjon og som på den måten forplanter seg uhindret og uten diffraksjon/avbøyning (Probst, 2010).
Figur 7: Delen av støyemisjonen fra tunnel som mottas av en resipient uten diffraksjon (Probst, 2010).
Den andre delen er lyd som spres fra veien på innsiden av tunnelen og som er bøyd rundt en
tunnelvegg og mot resipienten. Tunnelveggen vil skjerme for direkte lyd som tilkommer av den første delen av støyemisjonen, men på grunn av diffraksjon vil det likevel være et visst lydfelt bak
tunnelveggen (Probst, 2010).
Figur 8: Det direkte lydinntrykket fra innsiden av tunnelen med diffraksjon ved tunnelveggen (Probst, 2010).
Den tredje delen er lyd som reflekteres fra de indre overflatene i tunnelen. Omfanget av denne delens bidrag til det helhetlige lydbilde ved resipienten kommer an på absorpsjonsevnen til overflatene inne i tunnelen (Probst, 2010).
Figur 6: Støyforhold nær tunnelåpninger (Vegdirektoratet, 1992).
Figur 9: Reflektert støy fra innsiden av tunnelen og ut til resipienten (Probst, 2010).
Det er denne tredje støykomponenten som kan absorberes ved installasjon av absorbenter i vegger og tak. Mengden absorbert støy vil variere med type absorbent.
Støyforhold i og ved vegtunneler kan beregnes med datamodelleringsprogrammer for støy. Figur 10 og Figur 11 er resultat av numerisk beregning for å forutsi støyforhold i og utenfor tunnel,
henholdsvis uten og med installerte støyabsorbenter (Hübelt, Schulze, Kluth, & Bartolomaeus, 2012).
Dataverktøy kan ikke erstatte målinger i felt, men gir et godt bilde på hvordan støysituasjonen kan se ut.
Figur 10: Numerisk beregning av lydtrykknivå i og ved vegtunnel med reflekterende vegger og uten absorbent. Støykilden er basert på 18 posisjoner mellom -45m til -2,5m på figuren, med en frekvensvidde på 900-1120 Hz. (Hübelt et al., 2012).
Figur 11: Numerisk beregning av lydtrykknivå i og ved vegtunnel med reflekterende vegger og med absorbenter i munning.
Støykilden er basert på 18 posisjoner mellom -45 til -2,5m på figuren, med en frekvensvidde på 900-1120 Hz (Hübelt et al., 2012).
Vind gjennom tunnel kan øke effekten av støy i og fra tunnelen i vindretning, samt redusere lydinntrykket i fra åpning mot vindretning. Tunnelplassering i forhold til typiske vindretninger kan derfor være viktig å tenke på ved utbygging av tunneler. Det stilles ikke krav fra regelverket om å ta hensyn til vær i støyberegninger, men effekten av vind og værforhold på støyemisjon fra tunnel kan medregnes ved hjelp av støyberegningsverktøyet Nord 2000 Road (Vegdirektoratet & m. o. t.
Trafikksikkerhet, 2014).
I nærheten av tunnelmunningen vil det være en større støyeksponering både fra vegen utenfor tunnelen og fra selve tunnelmunningen. Støybidraget til tunnelmunningen kan ha betydning for støynivået inntil 100 – 150m rundt munning. Avhengig av utformingen av området på utsiden av tunnelåpningen kan det også registreres en økning i støyeksponering på baksiden av, og over, tunnelmunningen. Dette på grunn av den akustiske effekten av lydbølgene på konstruksjoner og terreng utenfor tunnelen som avhengig av utforming og materialer kan reflektere store mengder støy.
Støybidraget fra tunnel kan reduseres mye med utforming av tunnelportal og på innsiden av tunnelmunning, samt introduksjon av støyabsorbenter (Foslie, 2010).
Tunnelportal defineres som selvbærende konstruksjoner ved ender av bergtunneler (Vegdirektoratet &
Veg- og transportavdelingen, 2016). Portalens funksjon er å føre vegen inn i tunnelen samtidig som den skal beskytte vegen fra nedfall av stein og skred på samme måte som skredoverbygg
(Vegdirektoratet, 2015). Portaler kommer i mange fasonger avhengig av naturlige og estetiske forhold. Hele portalen, inklusivt utstikkende vegger, kan potensielt kles i absorberende materialer på lik linje som i tunnelen.
2.3.4 Andre støykilder i tunnel Vifteanlegg:
I en vegtunnel er det flere støykilder. En av de største bidragsyterne ved siden av trafikken er ventilasjonssystemet. Vifter og luftstrømmer som går gjennom innløp og utløp kan generere store mengder støy som legges oppå vegtrafikkstøy. Grunnet krav om luftkvalitet vil det i enkelte tilfeller være behov for at ventilasjonssystemene er påslått også om natten når tillatelser for støyemisjon på omgivelsene er strengere regulert med hensyn til nattesøvn.
I henhold til håndbok N500 «Vegtunneler» skal alle tunneler med en lengde på over 1000m og ÅDT over 1000 ha installert ventilasjonsanlegg. Ventilasjonsanlegget dimensjoneres for brann og for beregnet forurensningsnivå 10 år etter åpningsåret (ÅDT(10)). Luftkvaliteten skal overvåkes med måleutstyr for CO og måleutstyr for NO2 (eller NO), som ved høye konsentrasjoner kan gi negative helsevirkninger (Vegdirektoratet & Veg- og transportavdelingen, 2016).
Tabell 4: Dimensjonerende konsentrasjoner av NO2, NO, CO og siktforurensing i vegtrafikktunneler (Vegdirektoratet &
Veg- og transportavdelingen, 2016).
Kravet for dimensjonerende luftkvalitetsnivå i tunneler som er tillatt for gående og syklende skal ligge på: CO: 25ppm og NO2: 2ppm. (se Figur 12) (Vegdirektoratet & Veg- og transportavdelingen, 2016).
Figur 12: Tillatt dimensjonerende NO2-konsentrasjon i tunneler etter hvor i tunnelen du befinner deg (Vegdirektoratet &
Veg- og transportavdelingen, 2016).
Ventilasjonsanlegg i tunnel er innstilt for maksverdier av gassene CO, NO2 og NO, og ved overskridelse av verdiene som utgår av Tabell 4 kan tunnelen måtte stenges. Det vil derfor være vanskelig å regulere ned ventilasjonsanlegget i tunneler som et støyreduserende tiltak uten at det går på bekostningen av drift og helse. Nødvendig ventilasjonskapasitet oppnås ved bruk av
impulsventilatorer, som enten er av- eller påslått avhengig av målinger. Siden viftestøyen øker med viftefrekvensen, kan det derfor være hensiktsmessig å ventilere på et lavere nivå for å oppnå dimensjonerende luftkvalitet istedenfor at vifteanlegget skrus trinnvis opp ved oppstart (Vegdirektoratet & Veg- og transportavdelingen, 2016).
2.4 Støyabsorberende materialer
2.4.1 Generelle egenskaper
Når lyd treffer et materiale, vil energien i lyden dele seg i fire biter: Noe blir reflektert og sendt ut igjen som lyd, noe blir absorbert av materialet og omgjort til varme, noe setter materialet i bevegelse og noe passerer gjennom materialet. I de fleste situasjoner vil man være opptatt av enten hvor stor del av lyden som passerer gjennom materialet (transmisjon) eller hvor mye som reflekteres tilbake. For denne oppgaven kan begge deler være nødvendig å se på, men det er å minske den reflekterte andelen lyd som til syvende og sist er poenget (Fjerdingstad, 1979).
For et materiale eller en vegg kan et absorbsjonstall defineres som 𝛼 = 𝐸𝐴
𝐸𝐼
der 𝛼 er absorbsjonsfaktoren, EA er absorbert lyd, EI er innfallende lyd. Tallet vil for en stor flate ligge mellom 0 og 1 der 1 betyr at all lyd absorberes. I noen tilfeller kan man komme over lokale forhold som tilsynelatende gir en målt 𝛼 over 1 – dette betyr at massen har randeffekter som demper lyd selv fra bølger som passerer utenfor selve arealet (Fjerdingstad, 1979).
Hva bestemmer α?
For at lyd skal forsvinne, kreves det at energien i lydbølgene går over i andre former og i praksis gå over i varme ved hjelp av friksjon. Det er med andre ord om å gjøre å stille opp en situasjon der lydbølgene enten svinger opp en mekanisk gjenstand som i tur dempes og skaper varme eller der luften selv vil oppleve en «indre friksjon» eller friksjon mot en overflate grunnet sin viskositet.
Det finnes tre hovedtyper av absorbenter:
1. Porøse absorbenter 2. Resonansabsorbenter 3. Membranabsorbenter (Fjerdingstad, 1979).
2.4.2 Porøse absorbenter
Viskositet er et mål på hvilken motstand et fluid har mot å bli deformert. Med unntak av superfluide stoffer (som oftest ved temperaturer nær det teoretiske nullpunktet) vil alle fluider ha en slik motstand større enn null. Når et fluid beveger seg relativt til en stasjonær flate vil molekylene nærmest flaten oppleve friksjon mot flaten og holdes tilbake. Viskositeten gjør dermed at det settes opp en motstand som tapper bevegelsesenergi fra fluidet. Det klassiske eksempelet på dette er en gass eller væske i bevegelse gjennom et rør – når arealet av overflaten på røret økes relativt til volumet av fluidet (eksempelvis ved at røret deles i mange mindre rør med samme totale tverrsnitt), vil motstanden øke (Fjerdingstad, 1979).
En porøs absorbent er et stoff som består av fibre som er åpne nok til at luft kan strømme inn i stoffet, men små og tette nok til at luften på sin vei gjennom passerer forbi stor overflate relativt til volumene av luft som passerer. Friksjonen som settes opp tapper bevegelsesenergien i luften og dermed i lydbølgene. Blir stoffet pakket for tett slik at luftstrømmene stanser i overflaten vil lydbølgene reflekteres istedenfor å absorberes. Porøse absorbenter er den viktigste typen absorbent på den måten at de som regel inngår i praktisk bruk av de to andre. Det er derfor ikke overraskende at det er her den største variasjonen finnes. De kan i grove trekk deles opp i tre forskjellige typer: cellulære,
fiberbaserte og granulære (Fjerdingstad, 1979).
Cellulære absorbenter er formet som knuter med lange filamenter av materiale som binder det sammen. Luften kan passere fritt i cellene som dannes mellom filamentene. Absorbenter laget av polyuretan eller skumplast er eksempler på denne typen (Arenas & Crocker, 2010).
Fiberbaserte porøse materialer består av lange fibre som til sammen absorberer både ved viskositet mellom luft og overflaten av fibrene, og ved at fibrene vibrerer med luftstrømmen og opplever friksjon seg imellom (Arenas & Crocker, 2010). Absorbenter laget av cellulose, polymer, dyrehår, mineralull eller (i tidligere tider) asbest er alle eksempler på denne typen.
Granulære absorbenter består av mange runde og oftest rigide hule mikrostrukturer stablet inntil (oppå) hverandre. Så lenge størrelsen på de granulære mikrostrukturene er mange størrelsesordener mindre enn den totale strukturen vil en granulær absorbent fungere, og det er ikke påkrevd at det henger sammen mekanisk. Sand, granulær leire, grus, porøs betong og enkelte typer porøs asfalt er alle eksempler på granulære absorbenter (Arenas & Crocker, 2010).
Figur 13: De tre typene porøse absorbenter (Arenas & Crocker, 2010).
Figur 14: Cellulær porøs absorbent. For at en porøs absorbent skal fungere må den ha åpne porer som tillater
luftgjennomstrømning. Det er ikke alltid så lett å se uten mikroskop hvilke stoffer som vil fungere - mange typer "vanlig"
mineralull eller skumplast har tykke, lukkede porer eller for store fibre og egner seg dermed dårlig som lydabsorbent (Cox, 2015).
Ofte plasseres den porøse absorbenten mot en ellers reflekterende vegg. For at absorbenten skal ha maksimal effekt bør tykkelsen av materialet være lik minst ¼ av bølgelengden på lyden som skal absorberes (Fjerdingstad, 1979).
Porøse materialer kan være vanskelige å gjøre rene og vil fungere dårlig som absorbent dersom porene fylles igjen. Det er derfor ofte ønskelig å dekke dem til med en tynn, avvisende hinne, men det er viktig at denne hinnen ikke i seg selv reflekterer lyd, selv ikke ved høye frekvenser. Dekkende hinner bør dermed ikke være mer enn noen hundredels millimeter tykke (Fjerdingstad, 1979). For å oppnå det, finnes det i dag enkelte absorbenter laget av polyuretan med lukkede celler. Dette er cellulære absorbenter der produksjonen ikke åpner porene, men forholder dem lukket slik at vann ikke skal komme inn. Fordi hinnene som lukker porene inne er tynne, motstår de ikke lydtrykket slik at lyden kan forplante seg innover i materialet og bli absorbert som beskrevet. Samtidig spenner hinnene relativt sett korte distanser og er dermed ganske sterke: absorbenter med lukkede celler har blitt målt å motstå ytre krefter over 13 ganger mer solide enn de med åpne celler og kan som regel absorbere nær all lyd i høye frekvenser. I frekvensområdet 200-500 Hz vil absorbenter med lukkede cellestrukturer absorbere omtrent halvparten så effektivt som de med åpne celler. Dette har imidlertid lite innvirkning på oppfattet støynivå da svekkelsen i absorpsjonsnivå er i det lavere frekvensområdet av menneskelig hørsel (Zhang, Li, Hu, Zhu, & Huang, 2012).
2.4.3 Resonansabsorbenter
En Helmholtzresonator er en flaske utformet med en smal åpning, lang hals og en rund form som skaper resonans ved bestemte frekvenser. Det kan vises at for en Helmholtzflaske vil den sette opp en resonans ved en frekvens gitt ved
𝑓 = 𝑐𝑠 2𝜋√ 𝐴
𝑙×𝑉
der f er frekvensen, cs er lydens hastighet i luft (rundt 340 m/s ved havoverflaten – se definisjon i Vedlegg 5), A er tverrsnittet av flaskeåpningen, l er lengden på flaskehalsen og V er volumet av flaska.
Figur 15: Helmholtzflaske. I 1850-åreme ble disse brukt for å finne frekvensen på kjente toner (Rozzi, 2007).
Fordi en slik flaske resonerer ved bestemte frekvenser blir lydbølgene ved disse frekvensene fanget inne i flaska og reflektert frem og tilbake som en «luftfjær» til energien går tapt som varme.
Dersom man vil benytte denne effekten til å absorbere lyd, kan man legge et panel med hull boret gjennom i en avstand fra en fast flate (vegg). Hvert hull i panelet fungerer som åpningen i flasken.
Tykkelsen på panelet tilsvarer lengden l, og volumet av luften mellom panelet og veggen tilsvarer volumet av flasken. Ved en slik oppstilling kan det vises at resonansfrekvensen f som absorberes kan tilnærmes som
𝑓 = 5,4√ 𝑝 ℎ(𝑡 + 0,8𝑑)
der p er perforeringsprosenten, h er avstanden mellom platen og veggen, t er tykkelsen på panelet og d er hulldiameteren (Fjerdingstad, 1979). En slik absorbent vil absorbere en stor andel av lyden ved den gitte frekvensen, men effekten avtar raskt når man beveger seg bort fra f i frekvens både opp og ned.
I praktisk bruk (spesielt innendørs) kombineres denne løsningen ofte med en porøs absorbent, der hullene tilpasses frekvenser lavere enn det som kan absorberes utelukkende med den porøse absorbenten. Den porøse absorbentens luftvolum fungerer både som absorbent i seg selv og som volumet av flasken. Dette vil glatte ut den skarpe monotont resonerende tonen, og dermed gjør at panelet absorberer ved et bredere spekter av (lave) frekvenser. Denne oppstillingen er ofte et godt
alternativ til tykkelsen som kreves dersom man skal absorbere alle frekvenser utelukkende med porøse materialer.
Figur 16: Vanlig design på lydabsorbent er en perforert plate over en porøs absorbent (Designs, 2016).
2.4.4 Membranabsorbenter
En membranabsorbent består av en tynn plate eller membran som holdes med et innesluttet luftvolum mellom seg og en fast vegg. Lyd som treffer membranen vil sette den i bevegelse, og denne
bevegelsen vil i sin tur dempes som en fjær mellom absorberende vegg og luften under. Luften mellom membranen og veggen fungerer i dette oppsettet som fjær og absorberer lydens energi ved å gå over til varme når den deformeres av platen.
Figur 17: Kommersiell membranabsorbent for lave frekvenser. (35 - 125 Hz). (GIK Acoustics, 2016)
En membranabsorbent med en masse per areal på m og med en avstand h mellom membran og vegg vil ha en resonansfrekvens som kan tilnærmes med.
𝑓 ≅ 60
√𝑚×ℎ
Membranabsorbenter fungerer i et relativt smalt frekvensområde, og det er derfor vanlig å dempe med en porøs absorbent (for eksempel mineralull) mot veggen. Dette smører ut frekvensområdet som dempes (Fjerdingstad, 1979).
Membranabsorbenter er ikke de mest effektive, og det er vanligvis ikke mulig å oppnå α > 0,6.
Figur 18: Effektiviteten av forskjellige absorbenter ved forskjellige frekvenser. (Kavehhabibi, 2016)
2.4.5 Støyplater i veitunnel
Dersom støyabsorbenter skal monteres i en tunnel, møter vi en del utfordringer som ikke gjør seg gjeldende i andre situasjoner. Ved en vei vil det være svevestøv, steinsprut, vann og salt som alle skaper sine utfordringer for at absorbenten skal beholde sin effekt. Praktisk drift og vedlikehold stiller krav til at valgte løsninger er robuste nok til å tåle vask og ikke utgjør noen sikkerhetsrisiko.
Særlig de porøse absorbentene er sårbare her: Dersom støv og skitt trenger seg inn i porene, vil luftgjennomstrømningen stanse og de vil reflektere heller enn å absorbere lyd. En beskyttende hinne må være tynn nok til å ikke reflektere lyd, men samtidig er det ønskelig at den skal være sterk nok til å tåle steinsprut og vask med høytrykkspyler. Mange kommersielt benyttede porøse absorbenter kan utgjøre en noe økt brannfare. Dersom vann og organiske materialer trenger inn i strukturen kan dette skape problemer med sopp. Uheldigvis er mange av løsningene som benyttes avhengig av porøse absorbenter for å absorbere i et bredt spekter av frekvenser.
2.5 Tunnelprofiler og -utforming
2.5.1 Tunnelprofiler
Krav til tunnelprofiler er gitt i håndbok N500. Normalen fastsetter at minste høyde mellom
vegoverbygning og overliggende hinder i tunneler skal være 4,6m med unntak av tunneler spesielt for gang- og sykkeltrafikk. Denne høyden kalles fri høyde og måles fra kjørebanekant. Med hensyn til skilt og andre tekniske installasjoner stilles det krav til minimum høyde på 4,8m over kjørebanen til teknisk utrustning. I eldre tunneler hvor strukturell oppgradering av tunnelrommet er blitt gjort skal fri høyde legges på minimum 4,2m og kjørefeltbredder skal følge standardkrav for nye tunneler
(Vegdirektoratet & Veg- og transportavdelingen, 2016).
Området under frihøyden og mellom kjørebanekantene definerer trafikkrommet og må være fritt i alle tunneler (Vegdirektoratet, 2014c).
Trafikkrommets øvre hjørner, området der tunnelprofilet går over fra vegg til heng kjent som vederlag, er det området i tverrsnittet hvor trafikkrommet er nærmest normalprofilet. I dette området blir det dermed minimalt med tilgjengelig areal i runde tunnelprofiler (Vegdirektoratet & Veg- og transportavdelingen, 2016).
Figur 19: Skjematisk tunnelprofil, vist med eksempel på veggelement og føringskant av betong (Vegdirektoratet & Veg- og transportavdelingen, 2016).
Ved installasjon av nye elementer i tunnel forutsettes det at det tas hensyn til andre tekniske
installasjoner som skilt, belysning, vifteanlegg og nødanlegg. Hensyn bør også tas til vegskulder som skal fungere som rømningsvei i nødsituasjoner som krever evakuering. Skulder er betegnelsen på den delen av vegen som ligger utenfor kantlinjen. Det er ingen krav i N500 om minimums bredde på skulder, men krav til fri høyde over skulder på 2,0m er fastsatt (Vegdirektoratet & Veg- og transportavdelingen, 2016).
Tabell 6: Tunnelprofil og fartsgrense for forskjellige veiklasser (Vegdirektoratet & Veg- og transportavdelingen, 2016).
Tabell 5: Mål på forskjellige tunnelprofiler
(Vegdirektoratet & Veg- og transportavdelingen, 2016).
2.5.2 Sikt
Kravene til sikt fremgår av kapittel 5 i håndbok V120
«Premisser for geometrisk utforming av veger». Siktforholdene er viktig for en vegs kvalitet og sikkerhetsnivå. Ulike siktkrav inngår derfor som viktige faktorer ved fastlegging av vegens geometriske minsteverdier, og er omtalt i håndbok V120.
Siktkravene skal tilfredsstilles i alle kurvekombinasjoner og kan påvirke minste horisontal- og vertikalkurveradius, siktforhold i kryss og avkjørsler og utforming av vegens sideterreng. Siktkravene baseres på «fri sikt» som er sammenhengende, synlig veglengde for en bilfører som befinner seg midt i kjørefeltet, og har dimensjonerende
øyehøyde a1 (1,1 m) over kjørebanen (Vegdirektoratet, 2014a).
Det er satt krav i håndbok N500 til hvor langt frem i tunnelen en bilfører skal kunne se. Dette er gjort av sikkerhetsmessige hensyn for å sikre at bilfører får nok tid til å reagere og stoppe kjøretøyet ved en uforutsett hendelse lenger frem i tunnelen.
Kravene varierer ut ifra de forskjellige
dimensjoneringsklassene for veg som igjen er basert på ÅDT og fartsgrense (Vegdirektoratet & Veg- og transportavdelingen, 2016). Dimensjoneringsklasser med hensyn på ÅDT
fremkommer i vedlegg 2.
Tabell 7: Krav til stoppsikt i tunneler med lengde over 500m. Dimensjoneringsklasser etter håndbok N100 «Veg- og gateutforming» (Vegdirektoratet & Veg- og transportavdelingen, 2016).
For tunneler med lengde over 500m gjelder siktkravene i håndbok N500. Krav til stoppsikt fremkommer av Tabell 7Feil! Fant ikke referansekilden. og skal tilfredsstilles i alle tunneler
uavhengig av dimensjoneringsklasse. Med stoppsikt menes nødvendig siktlengde fram til et objekt for at bilføreren skal kunne oppdage objektet, reagere, vurdere om han skal bremse og bremse kjøretøyet til stopp (Vegdirektoratet, 2014a). Ved beregning av stoppsikt i tunnel skal det tas hensyn til stigning eller fall, men ved slak helning mellom 0 og 5% interpoleres verdiene i Tabell 7 (Vegdirektoratet, 2014c). For kortere tunnel enn 500m gjelder siktkrav som for veg i dagen gitt i N100
(Vegdirektoratet, 2014c).
Møtesikt er sikt fram til et kjøretøy med nærmere angitt høyde som kjører i motsatt retning i samme kjørefelt. Sistnevnte skal være lang nok til at begge kjøretøyene rekker å stanse. Beregning av de ulike siktlengdene stoppsikt, møtesikt og forbikjøringssikt fremgår i kapittel 5.3 i håndbok V120
(Vegdirektoratet, 2014a).
Avhengig av antall kjørefelt vil det også være forskjellig grad av krav til sikt:
Figur 20: Illustrasjon av siktforhold i tunnelkurver (Bommen & Hoksrud, 1992).
• For 4-feltsveger skal kravet til stoppsikt tilfredsstilles langs hele vegstrekningen. Utover dette er ingen andre siktkrav nødvendig.
• For 2-feltsveger skal stoppsikt tilfredsstilles langs hele vegstrekningen. I
dimensjoneringskravene i håndbok N100 «Veg- og gateutforming» blir det i tillegg stilt krav om et tilstrekkelig antall strekninger med forbikjøringssikt avhengig av
dimensjoneringsklassen.
• For 1-feltsveger er ikke stoppsikt alene tilstrekkelig, fordi to motgående kjøretøy vil befinne seg i samme kjørefelt. På slike veger skal en også sikre møtesikt. Sammenlignet med 2- feltsveger vil 1-feltsveger med samme fartsgrense derfor få en stivere linjeføring.
(Vegdirektoratet, 2014a).
3 Utfordringer og vurderinger tilknyttet absorberende tiltak for tunnel
Denne oppgaven har undersøkt hvilke støyabsorberende tiltak som brukes i tunneler i land med liknende klima som Norge. Hvilke absorbenter som brukes i USA, Canada, Storbritannia, Irland, Tyskland, Østerrike, Polen, Italia og Japan ble undersøkt.
Følgende absorbenter er vurdert: Durisol (Storbritannia), Quietstone FR30 (Storbritannia), Quietstone Light (Storbritannia), Pyrotek Reapor (Australia), FIP Industriale Tecnowall (Italia), Bosco Italia EKOKIT 300-A (Italia), Shinko Kenzai Eco Kyuon (Japan), Stratocell Whisper FR (USA), SPS M50 (Norge), Silentium Group M-90 (Canada), Akustyczne Budan H500 Standard (Polen).
Det er flere aspekter tilknyttet vurderingen av støyabsorbenter i tunnel. Tekniske installasjoner som absorbenter vil, i tillegg til belastninger fra det aggressive tunnelklimaet, være utsatt for sterke trykk- og sugkrefter fra trafikken. Platene må også motstå de belastninger som måtte oppstå ved en ulykke som brann og kollisjon, hvor det kan være små marginer fra godt til dramatisk utfall (Eidsnes, 2014).
Utenom det må det være plass nok til installasjon av absorbentene, samt at de ikke må utgjøre noen sikkerhetsrisiko i tunnel. I dette kapitlet vil de ovennevnte aspektene presenteres og vurderes for hvert enkelt aspekt.
3.1 Plassbruk i tunnelprofilet
Det forutsettes tilgjengelig areal i tunnelprofilet for å kunne benytte støyabsorbenter i tunnel.
Absorbentplater må derfor installeres i området mellom normalprofilet i tunnelen og trafikkrommet.
Absorbenter må ikke være til hinder for trafikk, tekniske installasjoner eller lovverksoppfyllelse.
Tilgjengelig areal i tunnelers tverrsnittprofil vil dermed kunne være en begrensende faktor for tekniske installasjoner som absorbenter.
I vederlaget er det minimalt med tilgjengelig areal i runde tunnelprofiler. Av den grunn kan det være problematisk å plassere absorbenter på henget i disse punktene avhengig av støyplatetykkelse, tunnelprofil og eventuelle veggelementer.
3.1.1 Absorbenter i tak
Absorbenter i tak må ikke stikke lengre ut enn at de er over frihøyden. Tekniske installasjoner som lys, vifter og skilt må innfri samme krav, men vil også måtte prioriteres. Absorbenter skal ikke hindre sikt til skilt, luft til/fra vifter eller lys fra lamper montert i taket.
I tunneler med firkantede tverrsnitt kan vifter og belysning plasseres i tunnelens øvre hjørner i motsetning til i midten av tunnelen. Dette gjøres, på tross av dårligere ventileringsevne, for å kunne senke hengen og taket nærmere frihøyden uten at noe stikker ned i trafikkrommet som følge av det lavere tunneltverrsnittet.
Høydehinder kalles også for «avviser», og er en deformerbar stang som plasseres i tunnelåpninger.
Den skal «ofres» og gi en tidlig mekanisk indikasjon ved påkjørsel dersom et kjøretøy er for høyt for å kjøre inn i tunnelen med tanke på nedstikkende teknisk installasjon. Høydehinder skal i henhold til N500 monteres i alle tunnelklasser, og skal plasseres før innkjøring til tunnelen slik at det hindrer for høye kjøretøy å kjøre inn i tunnelen. Særlig i tunneler med firkantet profil vil absorbentenes tykkelse i hengen ha stor betydning. Også for ordinære tunnelprofiler må høydehinder tas med i betraktning.
Særlig ved plassering av absorbenter nær trafikkrommets hjørner. Høydehinder bør være deformerbart og ha ekstra sikring som hindrer nedfall ved påkjørsel. Dersom andre konstruksjoner har den
nødvendige avvisende effekt på vegnettet som fører inn mot tunnelåpningen kan høydehinder sløyfes (Vegdirektoratet & Veg- og transportavdelingen, 2016).
3.1.2 Absorbenter på vegg
I tunnelers lengderetning skal det enten monteres veggelementer av betong eller bygges føringskant av betong.
Avhengig av situasjonen i hver enkelt tunnel må absorbenter på vegg enten monteres på hvelvet over eventuell føringskant av betong eller på betongelementene og henget over. Føringskant av betong skal ha en høyde på minimum 0,9 m over skulder, og skal følge normalprofilet på samme måte som veggelementer. På veggen og hengen over føringskant beskyttes fjellveggen med PE-skum og
brannsikring. Disse kan enten følge normalprofilet, eller være montert rett på knøl/fjellvegg. I det siste tilfellet vil det ofte være god plass til ettermonterte elementer, men da må en regne med at overflaten er meget ujevn (Vegdirektoratet & m.-o. t. Trafikksikkerhet, 2014).
Veggelementer av betong skal for øvrig ha en høyde som tilsvarer 3,5 m over kjørebane, noe som tillater absorbenter fra vegskulder og opp til henget. (Vegdirektoratet & Veg- og transportavdelingen, 2016)
Ved montering av elementer på tunnelens vegger må det tas hensyn til kravene til utstikkende kanter satt i håndbok N101 «Rekkverk og vegens sideområder» (Vegdirektoratet & m.-o. t. Trafikksikkerhet, 2014). Håndboken setter i kapittel 2.6 krav om at utstikkende kanter ved støttemurer, bygninger av mur eller lignende på større enn 30 cm vil være farlig ved påkjøring, og må dermed ha oppsatte rekkverk eller støtpute foran sidehinderet. Dette gjelder faste gjenstander ved siden av vegen som er så tunge og solide, eller utsatt for fragmentering, at de vil kunne volde alvorlig personskade ved påkjørsel (Vegdirektoratet & m.-o. t. Trafikksikkerhet, 2014).
3.1.3 Tunnelportaler
I hovedsak vil absorbenter måtte plasseres nært tunnelåpningene for å få best effekt med hensyn til utvendige omgivelser. Tunnelportaler er selvbærende konstruksjoner ved ender av bergtunneler og vil dermed kunne utgjøre en vesentlig del av den aktuelle arealflaten for montering av støyabsorbenter i tunnelmunningene. Bergtunneler bygges med portaler for å eliminere trafikkfare ved utrasing av blokker eller stein, ved snøskred, nedfall av is eller liknende og for å hindre at vann renner ut over på- hugget og ned i vegbanen. Portaler skal utformes slik at de ivaretar sikkerhet for påkjørsel, og ved ÅDT over 6000 skal den ha traktform. Tillatelsene med hensyn på absorbenttykkelsene vil kunne variere med portalens form, men generelt vil de være større i portaler enn i normalprofil. Av den grunn vil normalprofilet utgjøre den begrensende faktor, og plassbruken til absorbenter bør derfor regnes med hensyn på normalprofilet (Vegdirektoratet & Veg- og transportavdelingen, 2016).
Vegen på utsiden av tunnelåpningen kan ha betongrekkverk eller støttemur som strekker seg ut på siden av vegen, og vil også kunne være brukt som arealflate til absorpsjon av reflektert støy fra innsiden av tunnelen og ut til resipienten.
