BfN Studie Bauschallminderung Juli 2011

StandderEntwicklungschallminimierenderManahmenbeimBauvon

OffshoreWindenergieanlagen

Studie im Auftrag vom

Bundesamt fr Naturschutz (BfN) Juli2011

Dipl.Biol.SvenKoschinskiDipl.Biol.KarinLdemann

Autoren: Dipl.Biol.SvenKoschinskiMeereszoologieKhlandweg1224326Nehmtensk@meereszoologie.de

Dipl.Biol.KarinLdemannWissenschaftsbroHamburgTelemannstr.56a20255Hamburginfo@wissensbuerohh.de

Fachbetreuung (BfN): Thomas Merck

Dieser Bericht ist durch das Bundesamt fr Naturschutz mit Mitteln des Bundesministeriums fr Um-welt, Naturschutz und Reaktorsicherheit im Rahmen des Projekts Erstellung einer Studie zum Stand der Entwicklung schallminimierender Manahmen beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen (MAR 36032/65) gefrdert worden.

Die Verantwortung fr den Inhalt liegt jedoch allein bei den Autoren. Der Eigentmer behlt sich alle Rechte vor. Insbesondere darf dieser Bericht nur mit Zustimmung des Auftraggebers zitiert, ganz oder teilweise vervielfltigt bzw. Dritten zugnglich gemacht werden. Der Bericht gibt die Auffassung und die Meinung der Autoren wieder, diese mssen nicht mit der Meinung des Auftraggebers berein-stimmen.

Nehmten - Sepel, 1. Juli 2011

StandderEntwicklungschallminimierenderManahmenbeimBauvonOffshoreWindenergieanlagen

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis.............................................................................................................................IAbkrzungsverzeichnis ....................................................................................................................II1 Zusammenfassung ...................................................................................................................12 Einleitung ................................................................................................................................63 DefinitionderKategoriendesEntwicklungsstands...................................................................83.1 Konzeption............................................................................................................................... 83.2 Erprobung(Labor/Versuchsstadium)..................................................................................... 83.3 Pilotstadium ............................................................................................................................ 83.4 StandderTechnik.................................................................................................................... 83.5 Marktverfgbarkeit/Marktreife ............................................................................................ 10

4 SchallminderungsverfahrenfrImpulsrammungen................................................................114.1 Blasenschleier........................................................................................................................ 114.1.1 GroerBlasenschleier(BigBubbleCurtain,BBC).......................................................... 124.1.2 Gestufter(kleiner)Blasenschleier(LittleBubbleCurtain,LBC) ..................................... 134.1.3 GefhrterBlasenschleier(Confined(Air)BubbleCurtain)............................................. 154.1.4 Blasenstab(BubbleStick) .............................................................................................. 164.1.5 BewertungdesBlasenschleiers ..................................................................................... 17

4.2 Schallschutzmantel(PileSleeve)............................................................................................ 224.2.1 ErfahrungswertemitSchallschutzmnteln ................................................................... 234.2.2 Schallminderungsrohr(NoiseMitigationScreen).......................................................... 244.2.3 BEKASchale................................................................................................................... 264.2.4 Schlauchhlle................................................................................................................. 274.2.5 BewertungderSchallschutzmntel............................................................................... 28

4.3 Kofferdamm........................................................................................................................... 314.3.1 TeleskopKofferdamm................................................................................................... 324.3.2 QuadJackmitRohrinRohrRammung.......................................................................... 324.3.3 ErfahrungswertemitdemKofferdamm........................................................................ 334.3.4 BewertungdesKofferdamms........................................................................................ 35

4.4 Hydroschalldmpfer(HydroSoundDampers,HSD) .............................................................. 374.4.1 ErfahrungswertemitdemHydroschalldmpfer............................................................ 384.4.2 BewertungderHydroschalldmpfer ............................................................................. 39

4.5 VerlngerungderImpulsdauer ............................................................................................. 404.5.1 BewertungderVerlngerungderImpulsdauer ............................................................ 41

4.6 SchallreduzierungdurchOptimierungdereinzelnenRammKomponenten........................ 424.6.1 BewertungderSchallreduzierungdurchOptimierungdereinzelnenRammKomponenten................................................................................................................................ 43

5 SchallrmereGrndungsvarianten.........................................................................................455.1 EinrttelnmitVibrationsrammen ......................................................................................... 455.1.1 ErfahrungswertemitVibrationsrammen ...................................................................... 455.1.2 BewertungdesEinrttelnsmitVibrationsrammen ...................................................... 48

5.2 GebohrteFundamente.......................................................................................................... 495.2.1 BallastNedam................................................................................................................ 505.2.2 OffshoreFoundationDrilling(OFD)(Herrenknecht/Hochtief)...................................... 515.2.3 BewertunggebohrterFundamente .............................................................................. 52


5.3 Schwergewichtsfundament................................................................................................... 555.3.1 ErfahrungswertemitSchwergewichtsfundamenten .................................................... 565.3.2 BewertungvonSchwergewichtsfundamenten ............................................................. 58

5.4 SchwimmendeFundamente ................................................................................................. 595.4.1 BewertungvonSchwimmfundamenten........................................................................ 64

5.5 Bucketfundamente(suctionbucket/suctioncaisson) ......................................................... 675.5.1 ErfahrungswertemitBucketfundamenten ................................................................... 675.5.2 BewertungdesBucketfundaments ............................................................................... 69

6 AktuelleForschungsvorhaben................................................................................................737 Forschungsbedarf ..................................................................................................................748 FazitundAusblick ..................................................................................................................779 Literaturverzeichnis ...............................................................................................................79


AbkrzungsverzeichnisAWZ AusschlielicheWirtschaftszone

B Belgien

BBC Big bubble curtain, groer Blasenschleier

BfN BundesamtfrNaturschutz

BSH BundesamtfrSeeschifffahrtundHydrographie

BNatSchG Bundesnaturschutzgesetz

BMU Bundesumweltministerium

BMWi BundesministeriumfrWirtschaftundTechnologie

dB Dezibel

DK Dnemark

EEH Equalenergyhypothesis

ESRa Evaluation von Systemen zurRammschallminderung an einemOffshoreTestpfahl (Forschungsvorhaben)

F&E ForschungundEntwicklung

FLOW FarandLargeOffshoreWind

FKZ Frderkennzeichen

HSD HydroSoundDampers

Hz Hertz

Inc. Incorporated(Aktiengesellschaft)

k.A. keineAngabe

Kap. Kapitel

kHz Kilohertz

kJ Kilojoule

km Kilometer

kW Kilowatt

LBC Little bubble curtain, gestufterBlasenschleier

m Meter

max. maximal

mm Millimeter

MW Megawatt

NL Niederlande

NMS Noise Mitigation Screen, Schallminderungsrohr

OWEA OffshoreWindenergieanlage

OWP OffshoreWindpark

pers.Mitt. persnlicheMitteilung

PTJ ProjekttrgerJlich

rd. rund

rms Rootmeansquare(Schallpegel)

SFOBB SanFranciscoOaklandBayBridge

S Schweden

GICONSOF Schwimmendes Offshore FundamentderFirmaGICON

SDP SubmergedDeepwaterPlatform

SEL Soundexposurelevel(EinzelereignisSchalldruckpegel)

SPL Soundpressurelevel(Schalldruckpegel)

StUK Standarduntersuchungskonzept(desBSH)

t Tonne(n)

UBA Umweltbundesamt

WEA Windenergieanlage


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1 ZusammenfassungZieldieserStudie istes,mglicheSchallminderungsverfahren frdasErstellenvonTiefgrndungenfrdieFundamentevonWindenergieanlagen(WEA)imMeermithilfevonImpulsrammungensowiealternativeschallarmeGrndungsvariantendarzustellenundihreEignungzuanalysieren.

AusSichtdesNaturschutzesistesntig,beiImpulsrammungenSchallimmissioneninMeereskosystemezuverringern.UmdenGrenzwertvon160dB (SEL)/190dB (peaktopeak) in750mEntfernungeinzuhalten,sinddahertechnischeSchallschutzmanahmenanderzurammendenKonstruktionntig.Diesemssen technisch,praktischundwirtschaftlich geeignet sein,damitdas Ziel einersignifikantenSchallminderungauchwirtschaftlichvertretbarist(d.h.derStandderTechnikerreichtist).Erst inden letztenJahrenhatdie IndustriegrereAnstrengungenunternommen,bestehendeSchallschutzverfahren fr die Anwendung bei der Fundamentierung von OffshoreWindenergieanlagenweiterzuentwickelnoderneueVerfahrenzukonzipieren.

VielederMinderungsverfahrenknneneineSchallreduzierungerzielen,die inAbhngigkeitu.a.vonPfahldurchmesser,BodenverhltnissenundSchlagenergiegeeignetsind,denGrenzwerteinzuhalten.AlletechnischenVerfahrenzurSchallminderunghabenEinflussaufdieOffshoreLogistik,dasievorBeginnderRammarbeiteninstalliertwerdenmssenoderbestimmtetechnischeAnforderungenandieErrichterplattformstellen.DiemglicheVerzgerungdesBauablaufsisteinerderwesentlichenFaktoren,derdenwirtschaftlichenEinsatzderVerfahrenbetreffen.DiesgiltfrBlasenschleier(Kap.4.1), Schallschutzmntel (Kap.4.2)undKofferdmme (Kap.4.3)ebensowie frHydroschalldmpfer (Kap. 4.4).Da bislangmit keinem derVerfahren Erfahrungen im routinemigen Einsatzvorliegen,lsstsichdieerforderlicheZeitfrdieInstallationnichtkonkretabschtzen.DiebestmglicheIntegrationindieArbeitsablufevorOrtistjedochbeiallenMethodeneinwichtigesZielbeidenweiterenEntwicklungsarbeiten.

DieserzustzlicheZeitaufwandlsstsichbeimGroenBlasenschleier(Kap.4.1.1)minimieren,indemdieDsenrohreohneTauchereinsatzdirektvomSchiffverlegtwerdenundmehrereSystemerevolvierend schon vor Beginn der eigentlichen Installationsarbeiten um die einzelnen PfahlStandorteausgebrachtwerden knnen.Der Einsatzdes teleskopierbaren Kofferdamms,der gleichzeitig zumAufrichten der Rammpfhle dient (Kap.4.3.1), erfordert vermutlich keinen zustzlichen Zeitbedarfaberumfangreiche technischeAnpassungenanderErrichterplattform.AuchbeiderRohrinRohrRammungistdiedurchdenSchallschutzzustzlicherforderlicheZeitminimal,dadiealsKofferdammfungierendenHllrohreumdenRammpfahlbereits indieKonstruktion integriertsindundnachderErrichtungstehenbleiben (Kap.4.3.2).EineSchallreduzierungdurchdieOptimierungdereinzelnenRammKomponenten (Kap.4.6)kann imModell langevorBeginnder Installationsarbeiten theoretischhergeleitetunddieKomponentendannentsprechendausgewhltwerden.AmStandortfindetdaherkeinezeitlicheBeeintrchtigungstatt.

DieimRahmendieserStudieuntersuchtenSchallminderungsverfahrenmitihremSchallminderungspotentialundEntwicklungsstandsindinTab.1dargestellt.


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Tab.1: EntwicklungsstandderimvorliegendenBerichtbeschriebenenSchallminderungsverfahrensowiederengemessenes,modelliertesoderprognostiziertesSchallminderungspotential.Achtung:DieAngabederSchallminderungalsBreitbandwertebzw.alsWertineinzelnenDritteloktavbndernistnichtmiteinandervergleichbar!(k.A.=keineAngaben).

Verfahren Schallminderung Entwicklungsstand*nchsteSchritte

(voraussichtlicherTermin)

GroerBlasenschleier

Nordsee,FINO3:Breitband12dB(SEL),14dBpeak(GRIEMANNetal.2010)

PilotphasemitFullScaleTestabgeschlossen StandderTechniknahezuerreicht

TestderoptimiertenAusbringungstechnikimOWPBorkumWest2(Sommer2011)

GestufterBlasenschleier

Nordsee,alphaventus:Breitband12dB(SEL),14dBpeak(GRIEMANN2009) FlachwasserBrckenbauSanFrancisco:IneinzelnenDritteloktavbndernjeweils2025dB(SEL),1933dB(peak)(CALTRANS2007)

PilotphasemitFullScaleTestabgeschlossen StandderTechniknahezuerreicht

VorliegenderErgebnissevomTestpfahlBalticII(Sommer2011) ESRaProjekt(August2011)

GefhrterBlasenschleier

FlachwasserBrckenbauSanFrancisco:Textilhlle:Breitband510dB(RMSundpeak)(CALTRANS2003)Stahlrohr(sieheSchallschutzmantel):Breitband21dB(SEL)bzw.23dB(peak)(CALTRANS2007)

KeinePlanungenfrdeutscheAWZbekannt

Blasen

schleier

Blasenstab Entsprichtggf.gestuftemBlasenschleier ImKonzeptstadium

IHCNoiseMitigationScreen

In6mWassertiefe:IneinzelnenDritteloktavbndernjeweils2027dB(IHCMERWEDE,unverff.Daten)

Pilotstadium WeitereFullScaleTestsingrererWassertiefeundfrgrerePfahldurchmessergeplant

ESRaProjekt(August2011) FullScaleTestinderNordsee75kmvorIjmuiden(September2011)

BEKASchale Erwartung:GreralsBlasenschleier Pilotstadium(PrototypimBau) ESRaProjekt(August2011)

Scha

llschutzm

ntel

SchlauchhlleImVersuchsbecken:IneinzelnenDritteloktavbndernjeweils1030dB(BETKE2008)

Versuchsstadiumabgeschlossen Pilotstadium(PrototypimBau)

ESRaProjekt(August2011)

TeleskopKofferdamm

Modellierung:20dB(APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010) 22dB(SEL),25dB(peak)(CALTRANS2007)

Pilotstadium(PrototypimBau)

DurchfhrungdergeplantenPilotphase(August2011)

Kofferda

mm

QuadJackmitRohrinRohrRammung

Modellierung:20dB(APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010) 22dB(SEL),25dB(peak)(CALTRANS2007) Modellierung:30dB(ECKEHARDOVERDICK,pers.Mitt.)

ImKonzeptstadium Pilotstadiumgeplant

VorliegenderErgebnissedesF&EProjektsFKZ0325142 DurchfhrungeinesFullScaleTestsamBrodtenerTestpfahlinderOstsee(beantragtbeimPTJ)(Sommer2012?)


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Verfahren Schallminderung Entwicklungsstand*nchsteSchritte

(voraussichtlicherTermin)

Hydroschalldmpfer(HSD)

VersuchimGroenWellenkanal:Breitband19dB(peak),2022dB(SEL)(ELMERetal.2011)

Pilotstadium(PrototypimBau)

ESRaProjekt(August2011) EinsatzeinesPrototypsamOWPLondonArray(Herbst2011) WeitereOffshoreEinstzeundTestsfr2012geplant Forschungsvorhaben:Hydroschalldmpfer(20112014)

VerlngerungderImpulsdauer

Breitbandbiszu7dB(ELMERetal.2007b)

ImVersuchsstadium(numerischeModellrechnungundSimulation)

AbschlussdesF&EVorhabensSchallIIIso

nstige

OptimierungdesZusammenspielsdereinzelnenRammKomponenten

vermutlichgeringeralsBlasenschleier

ImVersuchsstadium

DerzeitkeinekonkretenPlanungenvorgesehen

*: bezogenaufOffshoreBedingungeninderNordseemitWassertiefenum40m

DarberhinausgibtesteilsaucherstinderEntwicklungoderErprobungeineAnzahlalternativerGrndungsvariantenohne Impulsrammung,die geringere Schallimmissionen indieMeeresumwelterwarten lassen (Tab. 2). Allerdings liegen nicht zu allen Technologien Angaben zu gemessenenSchallemissionenvor.LediglichaufgrundderEinschtzungverschiedenerFachleuteoderderanbietendenFirmenselbstkannangenommenwerden,dassSchallimmissionen in750mEntfernungdenGrenzwertvon160/190dBeinhaltenwerdenknnen.OftistmitkontinuierlichemSchallzurechnen,dessenPegel inBezugaufseinemglichenAuswirkungenaufdieMeeresfaunanichtdirektmit impulshaftemSchallverglichenwerdenkann.

Tab.2: EntwicklungsstandderimvorliegendenBerichtbeschriebenenschallarmenGrndungsvariantensowie(soweitbekannt)diebeiihrerErrichtungentstehendenSchallemissionen.

VerfahrenProjekte/Firmen

SchallemissionbeiGrndung Entwicklungsstand*

OffeneFragen;nchsteSchritte

Vibration

sram

me

EinrttelnmitVibrationsramme

Schallpegelum1520dBniedrigeralsbeivergleichbarerImpulsrammung(ELMERetal.2007a) Nordsee,alphaventus:Summenpegel142dBin750mEntfernung;aberhochfrequentetonaleKomponenten(ITAP2010) VerringerungderAnzahlderRammimpulse

StandderTechnik

BegrenzunghinsichtlichderPfahldicke? LassensichdiePfhleberdiegesamteEinbindetiefeeinrtteln? LsstsichdieselbeStandfestigkeiterreichen?

BallastNedam k.A. ImKonzeptstadium TechnischeMachbarkeitnachgewiesen(VANDEBRUG2011)

TestverschiedenerFundamenttypenimOWPKriegersFlak

Geb

ohrteFund

amen

te

Herrenknecht

MessungenanwassergeflltemUBahnschachtinNeapel:Summenpegel117dBin750mEntfernung(AHRENS&WIEGAND2009)

ImErprobungsstadium,PilotphaseinVorbereitung TechnischeMachbarkeitnachgewiesen(AHRENS&WIEGAND2009)

WeiterentwicklungzurMarktreife(PTJForschungsvorhabenFKZ0325233)


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Schw

ergewichts

fund

amen

t

Schwergewichtsfundamente

KonkreteMessungenliegennichtvor KeineImpulsrammungerforderlich SchallemissionenbeibodenvorbereitendenArbeiten(Baggerung,Planierungetc.)VoraussichtlichgeringeralsImpulsrammungen

StandderTechnikinWassertiefenbisetwa20m IngrerenWassertiefen:Versuchsstadium

WirtschaftlichkeitingrerenWassertiefen? ProblemedurchSedimentumlagerungen?

SchwimmendeFundamenteallgemein

KonkreteMessungenliegennichtvor VoraussichtlichgeringeralsImpulsrammungen

PlattformenStandderTechnik(beilundGas) frOWEAVersuchsbzw.Pilotstadium

WieerfolgtdieVerankerung? GegenberanderenVerfahrenmglicherweisehhereSchallemissionenbeiBetriebderWEA?

HYWIND k.A. Pilotphase,FullScaleTestinNorwegen Abschlussdes2jhrigenUntersuchungsprogrammsdesseit2009imTestbefindlichenPrototyps

BlueH k.A. Pilotstadium Erprobungsphasemit75%Modellabgeschlossen

PrototypimBau,Errichtunggeplantfr2012

GICONSOF k.A.

Erprobungsstadium EntwicklungPlanungstoolfrtechnischen,kologischenundwirtschaftlichenAuslegungsgrundlagenfrgeplanteForschungsanlage

Prototypgeplantfr20122013

WindFloat k.A. Pilotstadium:PrototypmitVestasV80inPortugalimBau

PrototypimBau,ErrichtunggeplantfrEnde2011

Sway k.A.

Versuchsstadiumabgeschlossen:DynamischeSimulationenabgeschlossen InPilotphase:GenehmigungfrPrototyperteilt


WINDSEA k.A. Erprobungsphasemit1:40ModellinWindundWellenkanlenabgeschlossen

Investorengesucht

VERTIWIND k.A.

Erprobungsstadium OnshoreDemonstrationsanlageimMastab1:2fertig(Leistung35kW)


Schw

immen

deFun

damen

te

WINFLO k.A. LaufendeErprobungimModell Prototypgeplantfr20132014

Bucketfund

amen

t

BucketfundamentfrUmspannplattformen

k.A. KeineImpulsrammungerforderlich SchallemissionenbeimAussaugendurchSaugpumpen VoraussichtlichgeringeralsImpulsrammungen

StandderTechnikauslundGasindustriedirektableitbar

BaueinererstenUmspannplattforminderNordsee,z.BVejaMateoderGlobalTech1


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BucketfundamentfrOWEA

k.A. KeineImpulsrammungerforderlich SchallemissionenbeimAussaugendurchSaugpumpen VoraussichtlichgeringeralsImpulsrammungen

AlsMonopodimPilotstadium:PrototypinFrederikshavnerrichtet AlsdreibeinigesJacketimKonzeptstadium

TriJacket:ErrichtungeinesFullScalePrototypsinvirtuellemTestfeldgeplant asymmetrischeDreibeinkonstruktion:Modelltestsim2.Hj.2011,ErrichtungeinesFullScalePrototypsca.2013geplant


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2 EinleitungBeiderGrndungvonFundamentenvonOffshoreWindenergieanlagen(OWEA)werdenPfhlemithilfevonImpulsrammenindenMeeresbodeneingebunden.DabeitretenhoheSchalldrckeauf,diesichbergroeEntfernungenaufdieMeeresumweltauswirkenknnen.AusSichtdesNaturschutzesist esntig, Schallimmissionen inMeereskosysteme zu vermeidenoder zu verringern.Durchdiezunehmenden Erkenntnisse ber die Auswirkungen von Unterwasserlrm aufMeeresorganismenunternehmen Industrie, Forschungsinstitute und Einrichtungen des behrdlichen Natur und UmweltschutzesderzeitgezielteAnstrengungen,effektiveMethoden frdenmarinen Schallschutz zuentwickeln.DieZielgredabeiwirddurchdenvomBundesamtfrSeeschifffahrtundHydrographie(BSH) in seinen Leitstzen fr die Anwendung der Eingriffsregelung in der ausschlielichenWirtschaftszone(AWZ)allgemeinfrRammungenvorgegeben(BSH2010):ImFallederSchallminderungbeiRammarbeitenaufSeegiltderImmissionsstandardvon160dB(SEL)bzw.190dB(peaktopeak)in750mEntfernung(sieheauch:UMWELTBUNDESAMT2011).

DieErgebnissevonSchallmessungenbeidenRammarbeitenverschiedenerOffshoreVorhabenwurdenvonNEHLSetal. (2007)zusammengetragen.DasMaximum inderspektralenVerteilung liegt inFrequenzbndernzwischen125und300HzbeiRammarbeitenandenForschungsplattformenFINO1und2bzw.200HzamMesspfahlvonAmrumbankWestbzw. imProjektalphaventus(ITAP2010).DieeinzelnenRammstebestehenauskurzen(50100ms)Pulsen.Abb.1zeigtdieaufeineEntfernungvon750mumgerechnetenSpitzenpegelundSELWerteinAbhngigkeitdesPfahldurchmessersanhandvonkonkretenSchallmessungen.

Abb.1: AufeineEntfernungvon750mnormierteSpitzenpegel(dB0peak)undSELWertebeimRammenvonPfhlenausverschiedenenProjektenalsFunktiondesPfahldurchmessers(Quelle:BETKE2008,ergnztdurchDatenausITAP2010).

DieMessergebnisseverschiedenerRammereignisse zeigen,dassdieSchlagenergie (blowenergy)und der entstehende Schalldruck mit dem der Pfahldurchmesser korreliert ist (BETKE 2008, ITAP2010).ZustzlichspieltdieBeschaffenheitdesUntergrundesunddieverwendeteRammeeineRolle.Der logarithmischen Trendlinie in Abb. 1 liegenMessungen von 14 verschiedenen VorhabenmitPfahldurchmessern von 0,9 bis 4,7m zugrunde (BETKE 2008, ITAP 2010). Mit jeder zustzlichenSchallmessungerhltmangenauereVorstellungenberdieGesetzmigkeiten.DieAbbildunggibteineOrientierung,welcheDmpfungbeibestimmtenPfahldurchmesserndurchgeeigneteManahmenerzieltwerdenmuss. So kann indiesermodellhaftenBetrachtungbeiPfahldurchmessernbis


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3mschoneineReduzierungder Immissionenum10dB(SEL)ausreichendsein,whrendbeieinemDurchmesservon5meineMinderunginderGrenordnungvon15dBerforderlichwre.

ZieldieserStudie istes,mglicheSchallminderungsverfahren frdasErstellenvonTiefgrndungenmithilfevon Impulsrammungen sowiealternative schallarmeGrndungsvariantendarzustellenundihreEignungzuanalysieren.FrdieverschiedenenVariantensollberprftwerden,welchemEntwicklungsstand (Konzeption, Erprobung, Pilotstadium, Stand der Technik,Marktverfgbarkeit) siezumZeitpunktderErstellungdieserStudiezuzuordnen sind.Nebeneinerallgemeinen technischenBeschreibung werden, soweit vorhanden, der Entwicklungsstand und das mgliche Potential zurSchallminderungdargestellt.

DadieDiskussionumgeeigneteGrenzwerteauchweiterhinkontroversgefhrtwird,insbesondereinBezugaufStrungenundpopulationsrelevanteEinflsse,werden ineinemzweitenTeilGrndungsvariantenbeschrieben,dieerwarten lassen,dassdeutlichgeringereSchallemissionenauftretenalsbeiTiefgrndungen,diemit Impulsrammungenverankertwerden.Dabei istzubeachten,dassauchschallarme Grndungsvarianten Schallemissionen erzeugen, die zum Teil heute noch nicht genauquantifiziertwerdenknnen,dakeineSchallmessungenunterOffshoreBedingungenvorliegenoderdiegenaueErrichtungsmethodiknochnichtbekannt ist.AnderemglicheumweltrelevanteAuswirkungensindbeiderDarstellungnichtbercksichtigt.

DerSchwerpunktderRecherchenlagdabeiaufDeutschland.EsbestehtkeinAnspruchaufVollstndigkeitallerVerfahrenundAnbieter.


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3 DefinitionderKategoriendesEntwicklungsstands unterMitwirkungvonProf.Dr.MartinGellermann,Westerkappeln

ImFolgendenwerdendieverschiedenenStufendesEntwicklungsstandeseinerTechnologiezwischenderIdeeunddemErreichenderMarktreifebeschriebenunddefiniert. ImHinblickaufdieeinzusetzendenSchallminimierungenoderGrndungenbeimBauvonOffshoreWindenergieanlagen istdieFragevonbesondererBedeutung,obbereitsderStandderTechnikerreichtist.

3.1 Konzeption

EineProjektideemitumfassenderZusammenstellungvonInformationen,physikalischenBerechnungen und Begrndungszusammenhngen fr umfangreiche Planungen liegt vor. Die Aussagen zurWirksamkeitbasierenimWesentlichenauftheoretischenberlegungenundAnalogieschlssen.EinevalidierteKonzeptionumfasstzustzlichersteVorexperimenteundUntersuchungenzurDurchfhrbarkeit, z.B.BelastungsversuchemithilfevonModellen,etc.EinPrototypdesEntwicklungsobjektsexistiertnochnicht.

3.2 Erprobung(Labor/Versuchsstadium)

Die nchste Kategorie des Entwicklungsstands ist die Erprobung der Technik im Labor oder eineranderenVersuchsanlage(z.B.Wellenkanal).ZielderErprobung istdieEntwicklungeinesPrototyps.Manche Entwicklungenbasieren aufmarktverfgbaren Komponenten, sind aber fr neueAnwendungsgebieteentsprechendabgewandelt.

3.3 Pilotstadium

IneinererstenAnwendungwirddieerprobteTechnikineinemrealittsnahenUmfeldeingesetzt.SieistschonberdasErprobungsstadiumhinaus.BeiderTechnikkannessichnochumeinEinzelstck,z.B.einenPrototyphandeln,dernochnicht inSeriegefertigtwird.DerNachweisder technischenundvorallemwirtschaftlichenEignungkanndasZielderAnwendungensein.AbschlussderAnwendung ist inderRegeldiewissenschaftlichtechnischeBewertungeinesFullScaleTestseinesPrototypsbzw.einerPilotanlage.DiesewirdauchoftvonBankenalsFinanzierungsvoraussetzunggefordert.

3.4 StandderTechnik

InderNebenbestimmung14derbislangvomBundesamtfrSeeschifffahrtundHydrographie(BSH)ausgesprochenen Genehmigungen fr OffshoreWindparks (OWP) ist Schallminderung nach demStandderTechnikgefordert.Daes inderVergangenheitkontroverseDiskussiondarbergegebenhat,wasunterdemBegriff zu verstehen sei, soll im Folgendendetaillierter aufdieDefinitiondesStands der Technik eingegangenwerden. Seit der KalkarEntscheidung des Bundesverfassungsgerichtsausdem Jahre1978 (BVerfGE49,89,135 ff.)gibteseinedreifacheStufungder technischenStandards imUmweltundTechnikrecht.Allgemeinwirdzwischen folgendenStufenunterschieden(KOCHetal.2010):

AllgemeinanerkannteRegelnderTechnik StandderTechnik StandvonWissenschaftundTechnik


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ImFallederSchallminderungbeiRammarbeitenaufSeegiltderImmissionsstandardvon160dB(SEL)bzw.190dB (peaktopeak) in750mEntfernung1.DieserWert findetsich indenLeitstzenfrdieAnwendungderEingriffsregelungengem.58Abs.1Satz2BNatSchG(BSH2010).

Beim Verweis auf die Allgemein anerkannten Regeln der Technik ist lediglich gefordert, die gebruchlichebzw.blicheTechnikeinzusetzen,diesichinderPraxisdurchgesetzthatundderenVerwendung oder Einsatz der herrschenden Ansicht unter den Technikern entspricht (vgl. JARASS,BImSchG,8.Aufl.2010,3Rn.95).DieskannaucheinaltesVerfahrensein.

DerStandderTechnikverlangtstrengereVermeidungsanforderungenab.DierechtlichenAnforderungen orientieren sich am Entwicklungsstand fortschrittlicher Verfahren, Einrichtungen und Betriebsweisen,derenpraktischeEignungzurEmissionsbegrenzunggesichertist.DassetztzunchstdietechnischeEignungeinerManahmezurErreichungdesZielsderUmweltentlastungvoraus.Hierzugengt es,wenn dieManahme zumindest in Versuchen erfolgreich erprobtworden ist (JARASS,BImSchG,8.Aufl.3Rn.104;Kutscheid,in:Landmann/Rohmer,UmweltrechtIII,Nr.13BImSchGRn.104,106;Schulte,in:Giesberts/Reinhardt,BeckOKBImSchG,3Rn.100).DiepraktischeEignungkanneinertechnischgeeignetenManahmeabernurattestiertwerden,wennsiesichdanebenimRahmen der Verhltnismigkeit auch in wirtschaftlicher Hinsicht als geeignet erweist (vgl.BVerwG,NVwZ2001,1165;Schulte, in:Giesberts/Reinhardt,BeckOKBImschG,3Rn.102).DaderMastabvongenerellerArtist,kommtesinsoweitnichtaufdiewirtschaftlicheLeistungsfhigkeitdeseinzelnenAnlagenbetreibers,sondernaufeinenBetreibervonAnlagenderfraglichenArtbzw.einenindiesemSinnedurchschnittlichenBetreiberan(JARASS,BImSchG,8Aufl.2010,3Rn.108m.w.N.).DerStandderTechnikistgebietsunabhngig.

DasbedeutetimEinzelnen:

Das Verfahrenmuss eine praktische Eignung als gesichert erscheinen lassen.Dies beinhaltetauch,dassdasSystemfrdiegefordertenEinsatzbedingungenrobustgenug ist.DieFunktionsfhigkeitmussinVersuchenerprobtsein.EinePilotstudieistfrdiesenNachweisausreichend.

DieVerhltnismigkeitzwischenMitteleinsatzundEffektivittmussgewahrtsein.Dasbedeutet, imbetrachtetenFallmussdieerzielbareSchallminderung ineinervernnftigenBeziehungzumwirtschaftlichenundtechnischenAufwandstehen.DieBenutzerfreundlichkeitoderAnpassungsmglichkeitanunterschiedlicheOffshoreLogistik sindweitereFaktoren,diedieVerhltnismigkeitbetreffen,daVerzgerungendurcheinzusetzendeSchallminderungsverfahrenzumTeilerheblicheKostensteigerungenbeiderErrichtungzurFolgehabenknnen.

EinVerfahren,dasdemStandderTechnikentspricht,mussnichtunbedingtfreineserienmigeProduktiongeeignetsein.AllerdingsverbesserteinederartigeEignungdieVerhltnismigkeitzwischenMitteleinsatzundEffektivitt,daeineserienmigeProduktioni.d.R.dieKostenverringert.

DerStandvonWissenschaftundTechnikreprsentiertdiestrengstenAnforderungen.DiesemtechnischenStandentsprechenVerfahren,deneneinewissenschaftlicheBegrndungfrdieWirksamkeitzugrunde liegt.EineUmsetzungbzw.praktischeEignung imgrotechnischenBetrieb istkeineVoraussetzung.LassensichwissenschaftlichfrerforderlicherachteteManahmentechnischnichtrealisieren,darfeineerforderlicheGenehmigungnichterteiltwerden.DerStandvonWissenschaftundTechnikwird inderPraxisnurdortgefordert,wosehrhoheRisikenfrLeben,Gesundheit,UmweltundSachgterbestehen,wiez.B.inderKerntechnik,Pharmazie,MedizinoderGentechnik.

Nebenbestimmung14 (d.h. Schallminderungnach Standder Technik)betrifft jedoch lediglichdieverwendeteTechnikbeiderErrichtung,nichtdieGrndungan sich:demErrichtereinesOffshoreWindparkskannvondenGenehmigungsbehrdenkeineGrndungsvariantevorgeschriebenwerden.

1Dieo.g.KalkarEntscheidungbeziehtsichaufEmissionen,nichtaufImmissionen.


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DementsprechendistausrechtlicherSichtderStandderTechniklediglichhinsichtlichderSchallminderungsmanahmen(Kap.5)entscheidendundauchnur,wennderErrichtereineGenehmigungfrgerammteFundamentebeantragtunderhaltenhat.

BeiderBemessungderZumutbarkeitalternativer(schallarmer)GrndungsvariantenisteinKriteriumderStandderTechnik.DiesespielteineRolle imZusammenhangmitdemVermeidungsgebotdes34,Abs.3Nr.2BNatSchG.

Einsatzbedingungen

Zwar istderStandderTechnikunabhngigvomGebieteinzusetzen,eskann jedoch sein,dass frbestimmteUmweltbedingungeneinVerfahrendemStandderTechnikentspricht,frandereStandortejedochnicht.ImFolgendenist,wennnichtausdrcklichandersbezeichnet,derStandderTechnik frdieblichen inderdeutschenAWZderNordseeundOstseevorherrschendenBedingungenmageblich.ZumBeispielbetrifftdiesdieblichenGezeitenstrmungen,eineWassertiefeum40mundinderNordseeberwiegendsandigeBden,inderOstseeauchBdenmitKreideschichtenoderSchlickauflagen.

Insbesonderebeiden schallarmenGrndungsvariantenkanndas technischeZieleinerTechnologieentscheidend sein. So knnenKomponentenderGrndungsvariante inderlindustriedem StandderTechnikentsprechen,aberbeiAusrstungmitWindenergieanlagen(WEA)u.U.anderenBelastungenausgesetztsein,andiedieTechnologieerstangepasstwerdenmuss.

3.5 Marktverfgbarkeit/Marktreife

DieMarktverfgbarkeit beinhaltet, dass dieWirksamkeit einer Technologie nachgewiesen ist unddiesezuwirtschaftlichenKonditionenamMarkterhltlichist.OftgibteskonkurrierendeAnbietermitunterschiedlichabgewandelterTechnologie.EinemarktverfgbareTechnik ist inderRegeldieVoraussetzungfreineentsprechendePreiskalkulation. ImErprobungsstadiumundauch indenerstenAnwendungentretenoftnochUnwgbarkeitenauf,diesichdeutlichaufdieKostenauswirkenknnen.


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4 SchallminderungsverfahrenfrImpulsrammungenImFolgendenwirdeineReihefortschrittlicherVerfahrenzurSchallminderunganpraktischenBeispielen,ModellenundKonzeptendargestellt.

Durch die Entwicklung immer grerer OWEA und den Bau von OWP an immer kstenfernerenStandorten ist zu erwarten, dass die gerammten Pfahldurchmesser insbesondere vonMonopilesimmergrerwerden.Auch istdie Industrie inder Lage, immergrere Impulsrammenbereitzustellen. Die berwindung steigender Bodenwiderstnde bei grerer Pfahldimensionierung durchVerwendunghhererSchlagenergienfhrtbeimRammenzuhherenSchallpegeln(Abb.1),sodassbeigrerenPfahldurchmesserneinegrereDmpfungerzieltwerdenmuss,umdenVorsorgewerteinhaltenzuknnen.DurchdieweitereOptimierungvonSchallschutzmethodenistzuknftigvoraussichtlicheinegrereDmpfungerzielbaralsderzeitmglich.JedochlsstsichmitdenimFolgendendargestelltenMethodenkeinebeliebighoheDmpfungerzielen.Dieshngtdamitzusammen,dassdieSchallausbreitungberverschiedeneWegeerfolgt,zumBeispieldurchbertragungdesKrperschallsindieWassersule,dieLuftunddenBoden.VomBodenkanneinsignifikanterTeilderSchallenergie indenWasserkrpereingetragenwerden(seismischerbertragungsweg).DiedargestelltenMethodensindi.d.R.nurinderLage,diebertragungvomKrperschalldesPfahlsindasWasserzudmpfen.Daderseismischebertragungswegetwa10bis30dBunterderkombiniertenSchallbertragungallerdreiWegeliegt(APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010),bleibtselbstbeieinerdeutlichenOptimierungvonaktuellenSchallminderungsverfahrendiemaximalerzielbareSchallminderungaufetwa30dBbegrenzt,sofernderseismischebertragungswegnichtebenfallsgedmpftwird.

4.1 Blasenschleier

Blasenschleier sindeineeffektiveundmittlerweilemehrfach in verschiedenenVarianten erprobteMethode,dieSchallausbreitungimWasserzureduzieren(u.a.CALTRANS2003,GRIEMANNetal.2009,ITAP2010).ZwischenWasserundLuftbestehtaufgrunddesgroenDichteunterschiedseinerheblicher Impedanzsprung.Da Luft imGegensatz zuWasser kompressibel ist, verndernGasblasen imWasserdessen Kompressibilittunddamitdie Schallausbreitungsgeschwindigkeit imMedium.DieSchallanregung inoder inderNhedereigenenResonanzfrequenzfhrtzustzlichzueinersehreffektivenReduzierungderSchallamplitudensowohldurchStreuungsalsauchdurchAbsorptionseffekte.ImResonanzfallistdieeffektiveStreuundAbsorptionswirkungeinerGasblaseimMeeretwa1.000malgreralsesihrergeometrischenGreentspricht.BildlichlsstsichdieseEigenschaftderGasblasealseinLochdarstellen,mitsehrniedrigerakustischerImpedanzderGasblaseimVerhltnis zumumgebendenMediumWasser.Dieses Loch strteineinfallendesSchallfeld ineinem sehrweitenUmfeldumdieeinzelneGasblase.ImBlasenschleierfhrtdieWechselwirkungzwischendeneinzelnenBlschenzueinerErhhung ihrerSchalldmpfung,wasdiebesondereEffektivittdesBlasenschleiersbegrndet(ELMERetal.2007a,GRIEMANNetal.2009).

ZwischendenverschiedenenVariantendesBlasenschleiersgibteskonzeptionelleUnterschiede,dieunteranderemdieFaktorenArbeitsablauf,Kosten,HydrologiedesStandortes(z.B.WassertiefeundStrmung)undschalltechnischeOptimierunginunterschiedlicherWeisebercksichtigen.ImFolgendenwerdendergroe (Kap.4.1.1),derkleineodergestufte (Kap.4.1.2)unddergefhrteBlasenschleier(Kap.4.1.3)einschlielichdervorliegendenErfahrungswertevorgestellt.

berErfahrungenmitdemexperimentellenEinsatzverschiedenerBlasenschleiersysteme(WRSIGetal.2000;CALTRANS2001;CALTRANS2003,VAGLE2003;PETRIE2005)wurdeinNEHLSetal.(2007)berichtet.DieDarstellungenandieserStellebeschrnkensichdaherimWesentlichenaufneuereErgebnisse.


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4.1.1 GroerBlasenschleier(BigBubbleCurtain,BBC)

Abb.2: KonzeptdesgroenBlasenschleiers(Quelle:ISD2010).

Fr den groen Blasenschleierwird ein einzelner perforierter Leitungsring um die zu rammendeGrndungsstrukturaufdenMeeresbodengelegt.IndiesenRingwirdberKompressoren,diesichanBordeinerPlattformodereinesSchiffesbefinden,Drucklufteingeleitet.DurchregelmigangeordneteLcher strmtdie Luft inFormvonBlasennachauen, steigtnachobenundummanteltdiegesamteGrndungsstrukturgrorumiginFormeinesBlasenschleiers(Abb.2).

4.1.1.1 ErfahrungswertemitdemgroenBlasenschleierInderdeutschenNordseewurdedergroeBlasenschleierimJahr2008beiderErrichtungderFINO3Plattformeingesetzt.GerammtwurdeeinMonopilemiteinemmaximalenDurchmesservon4,7mundeinerEinbindetiefevon30m.DieWassertiefeamStandortbetrug ca.23m.Umden zu rammendenPfahlwurde imAbstandvon70meingroerBlasenschleier inFormeinesgeschlossenenSechsecksverlegt(Abb.3)(GRIEMANNetal.2009).

DieresultierendeSchallminderungwarstarkfrequenzabhngig.BiszueinerFrequenzvonca.200HzlagnureinegeringeReduzierungvor.BeieinerFrequenzvon1kHzbetrugdieMinderunginAbhngigkeit vonder Entfernung2025dBre1Paundbei einer Frequenz von2kHz rd.35dBre1Pa(Abb.4)(GRIEMANNetal.2009).DargestelltalsBreitbandpegelergabsichdurchdenBlasenschleiereineSchallminderungumca.12dB(SEL)undumca.14dB(peak)(GRIEMANN2009).

Abb.3: GroerBlasenschleierbeimBauderFINO3Plattform(Quelle:FORSCHUNGSUNDENTWICKLUNGSZENTRUMFHKIELGMBH,www.fino3.de).


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Abb.4: EinzelereignisSchalldruckpegel(SEL)beidenRammarbeitenzurFINO3PlattformmitundohneBlasenschleierbeireduzierterRammenergie(160kJ;Entfernung:910m)(Quelle:GRIEMANNetal.2009).

EinProblembeimFINO3Vorhabenbestanddarin,dieAusbringungdesDsenrohresindenArbeitsablaufderTiefgrndungsoeinzupassen,dassnurgeringeZeitverzgerungenentstehen.DasZusammenflanschendessechseckigenPrototypsdurchTauchergestaltetesichalszeitaufwndig.MittlerweileistdasSystemdesgroenBlasenschleiersweiterentwickelt,sodassdieDsenrohreohneTauchereinsatzvonTrommelndirektvomSchiffverlegtwerdenknnenundmehrereSystemerevolvierendausgebrachtwerden.DieArbeitsablufebeiderFundamentgrndungwerdendurchdenSchallschutzsomitnichtbeeintrchtigt(CAYGRUNAU,HydrotechnikLbeckGmbH,pers.Mitt.).

4.1.2 Gestufter(kleiner)Blasenschleier(LittleBubbleCurtain,LBC)BeimkleinenodergestuftenBlasenschleierwerdendieperforiertenLuftleitungen inmehrerenEbenen ringfrmigumdas Fundament angebracht (Abb.5). ImGegensatz zum groenBlasenschleierknnen beiVerdriftung derBlasen Schallbrcken auftreten, die die Effektivitt des Schallschutzesverringern(ISD2010).

Abb.5: KonzeptdesgestuftenBlasenschleiers(Quelle:ISD2010).

Bei Tripods oder Jackets ist zustzlich der Krperschall innerhalb der Konstruktion ein Problem.Schwingungen, die an der Pfahlfhrung (pile sleeve) auf Jacket oder Tripod bertragenwerden,knnenauerhalbdesdenRammpfahlumschlieendenBlasenschleiers indieWassersulebertreten.

UmdenZeitaufwand frdie InstallationdesBlasenschleiersgeringzuhalten,gibtesKonzepte frverschiedene teleskopierbareSystemeundunterschiedlicheBefestigungen, z.B.anderZangedesKransoderdemPilingFrame.


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4.1.2.1 ErfahrungswertemitdemgestuftenBlasenschleierDergestufteBlasenschleierwurde inderdeutschenNordsee im Juni2009beimBaudesOffshoreWindparks(OWP)alphaventuseingesetzt(GRIEMANNetal.2010, ITAP2010).GerammtwurdeeinTripodmiteinemPfahldurchmesservon2,6m.DieWassertiefebetrugca.30m.WetterbedingtkamnurderuntereTeildesBlasenschleiers zumEinsatz.Aufdie zweitemobileSchallschutzeinheitausmehreren vertikal bereinander angeordneten ringfrmigen Luftleitungenwurde verzichtet (ITAP2010),sodassderBlasenschleiervonAnfangannichtvollstndig installiertwar.DienachfolgendenBeobachtungenergaben,dassdieLuftblasendurchdieStrmungsoverdriftetwurden,dasssiedenzurammendenPfahlgarnichtumschlossenhaben.DaherkonntederBlasenschleierseineWirkungnur inStrmungsrichtungentfalten,wodieBlasendenRammpfahltatschlichabschirmten. Indiesem Bereich wurde eine Schallreduzierung von ca. 12dB (SEL) und ca. 14dB (peak) gemessen(GRIEMANN et al. 2010).DieseWerte entsprachen dermit dem groenBlasenschleier erzieltenSchallminderung(GRIEMANN2009).

Im Januar 2011 wurde in der Ostsee ein kleiner gestufter Blasenschleier ber einen Testpfahl(Durchmesser 1,50m,Wassertiefe ca. 22m) im geplanten OWP EnBW Baltic 2 erfolgreich ausgebracht.DasSystemhneltederoberenEinheitdesBlasenschleiersvonalphaventusundentfaltetesichordnungsgem,umeineUmhllungdesRammpfahlsmitBlasenzuerreichen.DerfrdeneinmaligenTesteinsatzproduziertekleinegestufteBlasenschleierkonnteanschlieendwiedereingeholtwerden.DieverbindendenStahlseilewarendanachineinanderverwunden,dasseinsofortigerweitererEinsatznichtmglichwar.JedochwardieserimRahmendesTestsauchnichtvorgesehen(CHRISTIANBRSKE,EnBWErneuerbareEnergienGmbH,Hamburg,pers.Mitt.).

Abb.6: TripodderOWEAAV09imOWPalphaventusmitvorinstalliertemunteremTeildesgestuftenBlasenschleiers(Quelle:HydrotechnikLbeckGmbHin:GRIEMANNetal.2010).

An der Pier 13 derBeniciaMartinez Brcke nordstlich von San Francisco erreichte ein gestufterBlasenschleier Bubble treemit bis zu 9 Stufen (Pfahldurchmesser 2,4m; Schlagenergie 570 kJ;Wassertiefe1215m;Luftstrom42,5m/min) inMessentfernungenvon50bis100meineSchallreduzierungum1933dB(peak)und2025dB(SEL)(Abb.7)(CALTRANS2007).

DererheblicheUnterschiedzudenMesswertenbeimOWPalphaventus istbislangungeklrt.Es istmglich, dass seismischeWellen in grerer Entfernung in dasWasser bertreten und dort dieDmpfungverringern.EindirekterVergleichmitdemBlasenschleieramOWPalphaventus istaufgrundunterschiedlicherMessentfernung,Wassertiefe,BodenbeschaffenheitunddesgrerenVerhltnissesvonEinbindetiefezuWassertiefe2beidenBrckenbauarbeitennichtmglich.

2 IstdieEinbindetiefeimVergleichzurWassertiefesehrgro,wirktsichdieradialeSchwingungskomponente

derDehnschwingungendesPfahls,diefrdieSchallbertragungverantwortlichist,vorallemimBodenaus.


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Abb.7: SchalldmpfungamgestuftenBlasenschleierin95mEntfernung(Pier13derBeniciaMartinezBr

cke,USA)(Quelle:CALTRANS2007).

4.1.3 GefhrterBlasenschleier(Confined(Air)BubbleCurtain)

Abb.8: KonzeptdesgefhrtenBlasenschleiers(Quelle:ISD2010).

BeimgefhrtenBlasenschleierwirdderBereichderLuftblasenvoneinerfestenHlleumgeben,dieeineVerdriftungderBlasenverhindernsoll(Abb.8).DieHllebestehtentwederauseinemflexiblenMaterial (Plastik,Gewebe)oderauseinereinem festenRohr.DieschalldmpfendenEigenschaftenwerdenvomMaterialderHllenichtwesentlichbeeinflusst,d.h.StahloderGewebesindgleichermaeneffektiv (CALTRANS2009).GefhrteBlasenschleierwerdenvorallem imFlachwasserundanStandorteneingesetzt,andenenhoheStrmungsgeschwindigkeitenzuerwartensind,diedieLuftblasenvomRammpfahlfortsplenwrden.

DurchbertragungderBodenschwingungenindenWasserkrperingrerenEntfernungenistesmglich,dassingrerenMessentfernungeneinegeringereDmpfungerzieltwrde.DieSchallbertragungvomBodeninsWasserwurdeineinemanderenBrckenbauprojektdokumentiert(Abb.62undAbb.63).


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4.1.3.1 ErfahrungswertemitdemgefhrtenBlasenschleierImRahmendesSanFranciscoOaklandBayBridgeDemonstrationProjectswurdeeingefhrterBlasenschleier eingesetzt (CALTRANS 2001).Das patentierte System der Fa.Gunderboom besteht auseiner vorgefertigten zweischichtigen Ummantelung aus wasserdurchlssigem Polypropylen/Polyester,dieaneinemfestenRahmenangebrachtist.DieDruckluftwirdamMeeresbodenzwischendiebeidenKunststoffschichteneingebracht(GUNDERBOOM2011).

Abb.9: GefhrterBlasenschleier(Quelle:GUNDERBOOM2011).

BeiderRammungeinesPfahlsmit2,4mDurchmesser in1mWassertiefemiteinerMenck1700TRamme ergab sich durch das GunderboomSystem eine Schallreduzierung um 510dB (RMS undpeak) (CALTRANS2001).EinehhereSchallreduzierungergabsichbeiVerwendungeinesRohreszurFhrungderBlasen(isolationcasing)(sieheKap.4.2.1).

Einige der recht aufwndigen SchallschutzmantelKonzepte (z. B. BEKASchale, Noise MitigationScreen;Kap.4.2)enthaltengefhrteBlasenschleieralszustzlicheKomponenten.

4.1.4 Blasenstab(BubbleStick)Ein weiteres Konzept eines speziellen Blasenschleiers, das die Strmung als nutzbringenden Effekteinbezieht,istderBlasenstab.DieserwirdsenkrechtvordenPfahlindieStrmunggehalten,sodassdieaustretendenBlasenumdenPfahlherumtransportiertwerden.SoentstehteinBlasenmantelumdenPfahl.DaderBlasenstabvonderWasseroberflchebiszumMeeresbodenreicht,wirdsoeingroerTeildesPfahlsgeschtzt(Abb.10,Abb.11).UmdenPfahlfuwirdzustzlicheinkleinerBlasenschleier gelegt, um die Basis des Pfahls zu umhllen.Um eine vollstndigeUmhllung desPfahlsmitBlasen zu gewhrleisten, isteine genaue Strmungsmodellierungntig.Gegebenenfallssindmehrere Blasenstbe erforderlich. In offenen tidebeeinflussten Gewssernwie der NordseemussdiePositiondesBlasenstabs imVerlaufderRammarbeitenkontinuierlichderRichtungderTidestrmung angepasstwerden. Dadurch, dass die Befestigungweitgehend an der Plattform undnichtamPfahlerfolgt,sollendieBeeintrchtigungenderErrichtungszeitminimalsein.


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Abb.10: KonzeptdesBlasenstabsaneinemMonopile(Quelle:MENCKGMBH,Kaltenkirchen)

Abb.11: KonzeptdesBlasenstabsaneinemTripod(Aufsicht;Quelle:MENCKGmbH,Kaltenkirchen)

4.1.5 BewertungdesBlasenschleiers

4.1.5.1 UnterwasserschallDie prinzipielle Eignung von Blasenschleiern zurDmpfung vonUnterwasserschallwurden in verschiedenenAnwendungenund inaktuellenModellierungen (APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010)besttigt3.BeimpraktischenEinsatz inderNordsee (FINO3Plattform:Kap.4.1.1.1;OWPalphaventus:

3 EingangindasModellfandendieRammdatendesCapeWindProjektsinAlaskafr15mWassertiefe(Mo

nopilesmit5,5mDurchmesserund42mLnge,Wandstrke50mm,Einbindetiefe13mbzw.26m)undreprsentativeDatenausEuropischenStudienfrWassertiefenvon30m(Pfahldurchmesser7,5m,Wandstrke75mm,Pfahllnge65m,Einbindetiefe35m).


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Kap.4.1.2.1)wurdeeineSchallminderungvonca.12dB(SEL)undca.14dB(peak)erzielt.DieModellierungeinesBlasenschleiers (Strke:5cm;Abstand:30cm;Blasenanteil:2,5%bzw.5%)erbrachteeineSchalldmpfungvonetwa10dB (Abb.13) (APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).DieerzielteSchallminderungderBlasenschleierwarsowohl imModellalsauchbeiaktuellenAnwendungenstarkfrequenzabhngig.ImModellwiessie imFrequenzbereichoberhalbvon500HzdiebesteWirksamkeitauf(Abb.14).BeiFINO3wurdediegrteDmpfungbei2kHzgemessen(Abb.4).

DieModellierungderdreiprimrenbertragungswegezeigte,dassdiedirektebertragungdesKrperschalls gerammter Monopiles in die Wassersule in nahezu allen betrachteten Frequenzen(100Hzbis1 kHz) gegenberden indirektenbertragungswegenberdas Sedimentunddie Luftdominierte(Abb.12).BeidiesembertragungswegmussSchallminderungprimransetzen.Ebenfallsbedeutendwar jedochderseismischeAusbreitungsweg,derfrdieerzielbareSchallminderungbegrenzendseinkann(APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).

Abb.12: Primre bertragungswege fr Rammschall ohneMinderungsmanahme (Quelle: APPLIED PHYSICALSCIENCES2010).

Abb.13: VergleichderSchallminderungohneSchallschutz(Untreated),mitBlasenschleier(BubbleScreen)und

Schaumstoffummantelung (Rubatex), dargestellt als tiefengemittelte bertragungsfunktion gegenberderFrequenzin30mEntfernung(Quelle:APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).

DieeinzelnenBlasenschleierKonzepteweisen inBezugauf ihrPotentialzurSchallminderungunterschiedlicheVorundNachteileauf:

GroerBlasenschleier:DurchdengroenDurchmesserdesRingesbleibtderRammpfahlauchbeiVerdriftungderBlasendurchdieMeeresstrmungnochvollstndigumschlossen.DieDmpfungswirkungwirddahernichtdurchSchallbrckenvermindert.AuchderSchall,derberdenBodeninsWasserbertragenwird(seismischerAusbreitungsweg)(NEDWELL&HOWELL2004,APPLIEDPHYSICALSCIEN


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CES2010),kanndurchdengroenDurchmesserzumTeilgedmpftwerden.Modellierungenzeigen,dasseingroerAnteilderSchallbertragungvomBoden indieWassersule imNahbereichstattfindet (APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).DurchdiegroeumschlosseneFlchedesMeeresbodenskanndieserTeilderseismischenWellenebenfallsgedmpftwerden(Abb.2,Abb.14).

Abb.14: Blasenschleier(mit5%Blasenanteil):Schallbertragungfr30mWassertiefeinRelationzuTiefeund

Entfernung,dargestelltalsFarbdiagrammzurVerdeutlichungderverschiedenenbertragungswegefrausgewhlteFrequenzenvon100800Hz.DiegestricheltenLiniengebendieWasserundSedimentoberflchean(Quelle:APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).

KleinerBlasenschleier:DieSchallbertragungberdenBodenwirdbeidiesemKonzeptnichtaufgefangen. In strmungsbeeinflussten Gewssern kann die Effektivitt des Schallschutzes durch eineVerdriftungderLuftblasenverringertwerden.WennderRammpfahlnichtmehrvollstndigvomBlasenschleierumschlossenist,tretenSchallbrckenauf(ISD2010).DieserEffektkannaberdurchVariationen imAbstandderDsenrohreund inderBreitedesBlasenschleiersverringertwerden.Beieinemneuartigen,bislangnichtunterOffshoreBedingungenerprobtenKonzeptmiteinemuerenund einem inneren Luftaustrittsring an einem bis zu 50cm breiten Flansch kann einmindestens1,2mbreiterBlasenkorridorerzeugtwerden,dernachentsprechendenBerechnungeneffektiver istalsbeinureinemAustrittsring (BERNHARDWEYRES,Daleiden,pers.Mitt.).DurchVerwendungeinerKonstruktion,beiderdasuntereDsenrohramBodeneinerca.2,6mhohenWannegelegenist,diesomit als laterale Schallschutzwandwirkt, knnenmgliche Schallbrcken zwischen den Luftaustrittsffnungenabgeschirmtwerden(BERNHARDWEYRES,Daleiden,pers.Mitt.).


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DiebertragungvonKrperschallanVerstrebungenvonJacketsoderTripodsdurchunvollstndigeUmhllungkanndurcheinespezielleInstallationsvariante,dasPrePilingVerfahren,vermiedenwerden.Dabeiwerden die Pfhle zuerstmithilfe von Schablonen im richtigenAbstand gerammt unddanndieTripodsbzw. Jacketsaufgesetztundvergroutet.BeidieserVariante istauchdieHandhabung teleskopischer gestufter Blasenschleiersysteme einfacher und entspricht dem Verfahren amMonopile.

GefhrterBlasenschleier:DieSchallbertragungberdenBodenwirdbeimKonzeptdesgefhrtenBlasenschleiers ebenfalls nicht aufgefangen. In Gebieten mit starker Gezeitenstrmung wie derNordseebestehtdieSchwierigkeit,dieHllehinreichend stabilauszubilden,damit sienichtgegendenPfahlgedrcktwirdundesdadurchzuSchallbrckenkommt.DiesistnurmiteinerstabilenAuenhllemglich.Generellwird sichdieHandhabung gefhrterBlasenschleiersystemebei groenWassertiefenzunehmendaufwndigergestalten.DurchdiescharfeBegrenzungdesBlasenschleiersistvoraussichtlicheinehhereSchalldmpfungmglichalsbeidiffusverteiltenBlasenderanderenhieraufgefhrtenKonzepte(GRANDJEANetal.2011).

Blasenstab:MitdemBlasenstabliegennochpraktischenErfahrungenvor.DasVorliegenzutreffenderStrmungsmodellierungenunddessenkorrekteUmsetzungbeiderPositionierungdesBlasenstabssindfrdessenWirksamkeitvonelementarerBedeutung.BeientsprechenderUmsetzungderAnforderungenandiekontinuierlicheAnpassungderPosition imVerhltniszumRammpfahlwird insgesamt eine Schalldmpfung erwartet, die der des gestuften Blasenschleiers entspricht, sofern dieLuftmengeundBlasenschleierdickevergleichbarist.

4.1.5.2 EntwicklungsstandDass Luftblasen imWasser eine deutliche Schallreduzierung bewirken knnen, istmittlerweile invielenProjektenerwiesenworden.DurchdieinVersuchenundpraktischenAnwendungenerfolgreicheErprobungistdietechnischeEignungvonBlasenschleiernzurReduzierungvonSchallemissionenalsgesichertanzusehen.DiesisteineGrundvoraussetzungfrdenStandderTechnik(Kap.3.4).

GroerBlasenschleier:Die imProjektFINO3,dasalsPilotstadiumgeltenkann,mitdiesemSystemerzielteSchallminderungistsignifikant,allerdingskonntezumdamaligenZeitpunktnochkeinepraktischeEignungattestiertwerden.AufgrundderaufwndigenAusbringungmithilfevonTauchernunddendamitverbundenenKosten,nichtzuletztdurcherheblicheVerzgerungenimBauablauf,gabeseinMissverhltnis zwischenMitteleinsatz und Effektivitt. Insbesondere das Zusammenflanschenvon20mlangenTeilenanderWasseroberflchefhrtezuProblemen.DieerkanntenProblemebezglichderHandhabungfhrtenzukonzeptionellennderungenamverwendetenSystem.DieweiterentwickeltenSystemefrdengroenBlasenschleiersindrobust,knnenmitHilfeeinerangetriebenenundgebremstenTrommelohneTauchereinsatzdirektvomSchiffverlegtwerdenundmehrereSysteme, die revolvierend ausgebrachtwerden, stehen zur Verfgung (CAYGRUNAU,HydrotechnikLbeckGmbH,pers.Mitt.;BERNHARDWEYRES,WeyresOffshore,Daleiden,pers.Mitt.).Auch istdasSystemfrdieTiefenundStrmungsverhltnisse inderdeutschenAWZgeeignet.DieAusbringungvonderTrommelwurde imTrockenenerfolgreicherprobtunddabeiwurdediemaximalzuerwartendeZugkraftsimuliert.EinTestdesAusbringungssystemsaufSeestehtnochimSommer2011bevor.MglichenochzuberwindendeSchwierigkeitensinddieAbstimmungderPositionierungundGeschwindigkeitdesSchiffesmitderGeschwindigkeitdesAufundAbtrommelns.

Sobaldgezeigtwird,dassdurchdieneuartige InstallationsmethodekeinewesentlichenEingriffe indieErrichtungslogistikerfolgen, istdavonauszugehen,dassdiewirtschaftlicheVerhltnismigkeitgewahrtunddamitdiepraktischeEignunggesichertist.ImSommer2011sollbeiderErrichtungdesOWPBorkumWest2eingegenberdembeiFINO3verwendetenSystemweiterentwickeltergroerBlasenschleiereingesetztwerden.DamitbietetsichdieChance,zeitnahdenStandderTechnikzuerreichen.ImRahmenderRecherchenzudieserStudiesindunsinsgesamtzweiAnbietergroerBla


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senschleierbekanntgeworden.WeitereAnbietererstellenBlasenschleierzuanderenZwecken,z.B.lsperren.DurchdieKonkurrenzsituation istanzunehmen,dassdieTechnologiezuwirtschaftlichenKonditionen amMarkt verfgbar seinwird,dieMarktverfgbarkeit also ebenfalls zeitnah erreichtwerdenkann.

Gestufter (kleiner)Blasenschleier:Diemiteinem gestuftenBlasenschleiererzielbare Schallminderungistsignifikant.AllerdingsistesvonentscheidenderBedeutung,dassdiekompletteschwingendeStrukturumhlltist.InWassertiefenbis15mintidebeeinflusstenGewssernwurdeimkommerziellenEinsatz indenUSAeineguteDmpfungerzielt.AneinemTestpfahl imgeplantenOWPBaltic IIwurdeeinSysteminetwa22mWassertiefeinderOstseegetestet.DieErgebnissedieserPilotstudiewerdenderzeitwissenschaftlichausgewertet. ImRahmendesESRaProjekts (EvaluationvonSystemenzurRammschallminderunganeinemOffshoreTestpfahl)werdenvoraussichtlichimAugust2011vierverschiedeneneuartigeSchallschutzsystemegegendenkleinenBlasenschleieralsReferenzgetestet(GILLE2011).DiesistnichtzuletztalsAusdruckderTatsachezuwerten,dassBlasenschleierimUnterwasserSchallschutzdie lngsteTraditionhabenundamweitestenentwickelt sind.AuchdieTatsache,dasseinigeSchallschutzmntel(Kap.4.2.2und4.2.3)zustzlichaufdenBlasenschleieralsKomponente zurckgreifen,wrdigtdieEffektivittvonLuftblasen imWasser zurSchallminderungundzeigtdietechnischeEignung.AllerdingserfolgendiegeplantenTestsinca.9mWassertiefeohneGezeitenstrmung.

DievonzweiverschiedenenFirmenangebotenenSystemedesgestuftenBlasenschleierssindrobustund inderKonfektionierbarkeitrechtvariabel.DieSystememssenfr jedeAnwendungneukonfiguriertwerden(inBezugaufWassertiefe,Strmung,Pfahlstrke,BefestigungundDetailsderGrndungwiez.B.Monopile, Jacket,Tripod).DieVerwendungdesgestuftenBlasenschleiers ingroenWassertiefen bei starker Strmungwie in der deutschen AWZ in der Nordsee ist besonders anspruchsvoll.EinerfolgreicherTestunterderartigenBedingungen stehtnochaus.BeimOWPalphaventuswurdenurderamTripodvorinstallierteuntereTeildesgestuftenBlasenschleierseingesetzt,nichtjedochdasfrdieUmhllungdesdarberliegendenzurammendenPfahlskonzipierteteleskopischeSystemausweiterenDsenrohrringen.SomitliegenunterEinsatzbedingungeninderNordseekeineErfahrungenfreinkomplettesSystemvor.

UmauchdiepraktischeEignungund insbesondereeinegutewirtschaftlicheVerhltnismigkeitzuerreichen, istnocheinegewisseEntwicklungsarbeitntig.Dazugehrteineeinfacheund schnelleAusbringungundflexibleBefestigungsmglichkeitamPilingFrameoderGripper.DiezustzlicheVorkonfektionierungdeskleinenBlasenschleiersimunterenBereichdesTripodsvonalphaventus(Abb.6) erscheint gegenber der einfachen Verwendung teleskopischer Ringsysteme recht aufwndig.DurchVerwendungdesPrePilingVerfahrensknnenmglicherweiseKostengespartwerden.

EinwesentlicherKostenfaktoristdieVersorgungderBlasenschleiermitPressluft.AbeinergewissenWassertiefeundStrmungsgeschwindigkeitbentigtman frdengestuftenBlasenschleiergrereRohrlngenunddamiteineerhhteLuftmengealsbeimgroenBlasenschleier.Dann istgegenberdemgroenBlasenschleiernichtunbedingteinKostenvorteilzuerzielen.DieBezeichnung"kleiner"Blasenschleieristdaherirrefhrend4.EinerheblichesKostensenkungspotentialliegtinderVerminderungderLuftmenge(Kap.7).

Der gestufte (kleine) Blasenschleier hat neben dem groen Blasenschleier derzeit vermutlich dasgrtePotential, inabsehbarerZeitdenStandderTechnikzuerreichen.DientigenKomponentensind bereits jetzt marktverfgbar (z. B. aus Druckluftlsperren), mssen jedoch fr OffshoreAnwendungenentsprechendkonfiguriertwerden.4 Soistz.B.freinengroenBlasenschleierbeieinemRadiusvon70meineDsenrohrlngevonca.440m

ntig.FreinengestuftenBlasenschleiermiteinemRadiusvon6mberschreitetdieGesamtlngebereitsab12StufendiesenWert.BeistarkerGezeitenstrmungisteinAbstandvon2mzwischendenStufenrealistisch,sodassindiesemBeispielabeinerWassertiefevon24mmehrKompressorenbentigtwerdenalsbeimgroenBlasenschleier(CAYGRUNAU,HydrotechnikLbeck,pers.Mitt.)


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Gefhrter Blasenschleier: Der Einsatz eines gefhrten Blasenschleiers, der bereits im nearshoreBereichbeimBrckenbauerfolgreichundmit signifikanterSchalldmpfungeingesetztwurde (Kap.4.1.3.1), ist kommerziell und nach Angaben eines Anbieters auch zu geringen Kosten erhltlich(www.gunderboom.com).Mitdertechnischen,praktischenundwirtschaftlichenEignungentsprichtdieserdemStandderTechnikundistdarberhinausmarktverfgbar.JedochgiltdiesnurfrgeringeWassertiefenundnichtfrdiebeiOWPProjekteninderdeutschenAWZtypischenVerhltnisse.

GefhrteBlasenschleiererscheineningroenWassertiefenundingrererEntfernungvonderKstenurschwerpraktikabel,denndieHandhabungwirdsichdortzunehmendaufwndigergestalten.UnterEinflussausgeprgterGezeitenstrmungwirdsicheinetextileFhrungderBlasengegendenPfahldrckenundSchallbrckenentstehenlassen.SomitmussaufrigideStrukturen,z.B.Stahlrohrezurckgegriffenwerden. Derartige gefhrte Blasenschleier in Verbindungmit einem SchallschutzmantelauseinemluftgeflltenHllrohrsindderzeitinderEntwicklung.EineausfhrlicheBewertungfindetsichinKap.4.2(Schallminderungsrohr,BEKASchale).

Blasenstab:DieIdeedesBlasenstabsistnichtimDetailuntersucht.DieTechnikdesBlasenstabsbefindetsichderzeitnoch imKonzeptstadium.DaderBlasenstabnurzueinemkleinenTeildirektamRammpfahl installiert ist, wird die Beeintrchtigung der Rammarbeiten gegenber anderen amRammpfahl befestigten oder aufgehngten Systemen verringert. Auerdem lassen sich durch dieReduzierungderLuftmengegegenberdemgroenBlasenschleierKostensparen.DieswrenguteVoraussetzungenfreinewirtschaftlicheEignung.ZunchstmsstejedochderNachweisdertechnischenEignungdurcheineErprobungerbrachtwerden.

Grenzeinsatzbedingungen: Bei den derzeit marktverfgbaren KompressorTypen limitiert mglicherweisedieWellenhhedenEinsatz,soferndieKompressorenaufSchiffenstehen.AbeinerNeigungvon1115ogibtesProblemebeimAnsaugendesls,sodasssichdieGerteselbstttigabschalten. Eine Lsungsmglichkeitbestehtdarin,die Kompressoren aufder feststehenden Errichtungsplattform aufzustellen. Entsprechende technischenderungen an den Kompressoren sind theoretischdenkbar,aberderzeitsiehtdieKompressorenIndustriedenBedarfnicht (CAYGRUNAU,HydrotechnikLbeckGmbH,pers.Mitt.).BeizuknftigenForschungsprojektensolltendieGrenzeinsatzbedingungenvonBlasenschleiersystemenermitteltwerden(Kap.7).

4.2 Schallschutzmantel(PileSleeve)

Einfache Schallschutzmntel sindmeist Stahlrohre, die ber denRammpfahl gestlptwerden. Sieknnenzustzlich innenoderauenmitverschiedenen lufthaltigenMaterialien (z.B.Schaumstoff,Blasenfolie) umwickelt sein.DieDmpfung an einem Schallschutzmantel beruht hnlichwie beimBlasenschleieraufderAbschirmungdurcheinekompletteUmhllungdeszurammendenPfahls.ImGegensatzzumBlasenschleiersindbeieinemSchallschutzmanteljedochvorallemReflexionseffektefrdieSchalldmpfungverantwortlich.Diesesindumsostrker,jegrerderImpedanzunterschieddesHllmaterialsimVergleichzumWasserist(ELMERetal.2007a,NEHLSetal.2007).EinestarkeReflexionkannsowohlmiteinem"schallweichen"Material (zumBeispielLuft)odereinem"schallharten"Material(zumBeispielStahl)erreichtwerden.InKombinationmitLufttretenzustzlichAbsorptionseffekteauf.

BeimehrschichtigenKonstruktionen isteinenochstrkereSchalldmpfungzuerwarten.BeibislanggetestetenPrototypenwurdendahersowohlschallhartealsauchschallweicheMaterialien inBezugauf ihreDmpfungswirkunguntersucht.Aktuelle kommerzielleProjekte (Kap.4.2.2bisKap.4.2.4)verwendenverschiedeneKombinationenunterschiedlicherMaterialien.SchallschutzmntelknnenmitBlasenschleiernkombiniertwerdenunddamitauchzurKategoriedergefhrtenBlasenschleierzhlen (Kap.4.1.3).WirddasWasser innerhalbeines Schallschutzmantelsabgepumpt, sodasseinluftgefllterRaumentsteht,istdieseinKofferdamm(Kap.4.3).EineexakteZuordnungzueinerKategorieistbeisolchengemischtenSystemennichtimmermglich.


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4.2.1 ErfahrungswertemitSchallschutzmntelnImRahmeneines vomUmweltbundesamt (UBA)unddemUmweltministerium (BMU)gefrdertenForschungsprojekteswurdeindenJahren2006/2007dieEffektivittverschiedenerSchallschutzmntelgetestet.EinSchallschutzmantelausGummizeigtebeiRammversuchenkeinerelevanteDmpfungswirkung. Die Schalldmpfung eines Schallschutzmantels, der aus einer 20 mm starken PEBlasenfoliebestand,dieauenaufeinStahlrohraufgebrachtwar,betrugbei1kHzetwa10dBundoberhalbvon20kHzber20dB.DerVergleichmiteinem12mmstarkenStahlrohrzeigte,dassdiegrteDmpfungvonderBlasenfolieausging(Abb.15)(ELMERetal.2007a).DajedochbeimArbeitsablauf inderErrichtungsphaseeineFolie leichtbeschdigtwerdenkann, isteinKonzeptmiteinerUmhllungausBlasenfolienichtpraxistauglich.JedeBeschdigungfhrtzuSchallbrckenunddamitzueinerVerringerungderDmpfungswirkung(ELMERetal.2007a).

Abb.15: DmpfungswirkungverschiedenerSchallschutzmntelimExperiment.DieGummihlle(Rubbersleeve),dasStahlrohr(Uncoatedsteeltube)unddasmitBlasenfoliebeschichteteStahlrohr(Tubewith20mmfoam)wurdenaneinemTestpfahlinderOstseebei9mWassertiefemiteinerFreifallrammeerprobt,dasdoppelwandigeModell(Doublewallmodel)imLabormastabmithilfeeinesPiezoSchallsenders.AufgrunddergeringenDimensionendesBeckenserfolgtbeimdoppelwandigenModelleineSchallausbreitungnuroberhalbvonca.1.000Hz(Quelle:ELMERetal.2007a).

In einemweiteren Experimentwurde daher im Labormastab ein stabiles, doppelwandiges,mitMontageschaum verflltesKunststoffrohrmiteinemPiezoSchallsenderbeschallt. InDritteloktavbndernoberhalbvon1kHzwurdenSchalldmpfungenvon>30dBbis>50dBerzielt.DerartighoheWertelassensichaufgrundderSchallbertragungberdenBodenbeimRammenimFreilandsichernichterreichen.

Bei Rammarbeiten an der neuen BeniciaMartinez Brcke in Kalifornien (Pfahldurchmesser 2,4m;max.Schlagenergie570kJ)wurdeeinSchallschutzmantelausStahl indreiverschiedenenVariationengetestet(Abb.16,Abb.17).DerberdengerammtenPfahlgestlpteSchallschutzmantelhatte3,7mDurchmesserundwurdezunchstmitWasserzwischenPfahlundSchallschutzmantelgetestet.DabeiergabsichlediglicheineDmpfungum02dB.MitBlasenzwischenPfahlundMantelrohrergabsich ineinerMessentfernungvon54meineDmpfungvon21dB(SEL)bzw.23dB(peak)(entsprichtgefhrtemBlasenschleier).EinehnlichhoheDmpfungergab sich im leergepumptenZustand,wasdanneinemKofferdammentspricht(Kap.4.3).


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Abb.16: Schallschutzmantel(isolationcasing)mitBlasenzwischenPfahlundMantelrohrbeimRammeneines2,4mPfahlsanderBeniciaMartinezBrckeinKalifornien(Quelle:CALTRANS2007).

Abb.17: SchalldmpfungbeimRammeneines2,4mPfahlsmitSchallschutzmantel(grau:wassergefllt;dunkelblau:mitBlasenzwischenPfahlundMantelrohr;grn:entwssert,vgl.Kofferdamm)(Quelle:CALTRANS2007).

4.2.2 Schallminderungsrohr(NoiseMitigationScreen)EinKonzeptderniederlndischenFirmaIHCMerwede(NoiseMitigationScreen,NMS)siehtebenfallseindoppeltesHllrohrausStahlvor,dessenZwischenraummitLuftgeflltistundindesseninnerenWasserraumeinBlasenschleiererzeugtwird(Abb.18).DamitistdieseinkombiniertesVerfahrenausSchallschutzmantelundgefhrtemBlasenschleier(Kap.4.1.3).

Ein mgliches Konzept fr die Handhabung ist ein Dualer GripperFrame, der sowohl als Fhrung/Befestigung frdenRammpfahlalsauch frdenNMSdienenkann (Abb.19) (BOB JUNG, IHCHydrohammerBV,Kinderdijk,Niederlande,pers.Mitt.).


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Abb.18:Schallminderungsrohr(IHCNoiseMitigationScreen)(Quelle:OFFSHORESTIFTUNG2011a).

Abb.19:KonzeptfrdieBefestigungdesSchallminderungsrohres(IHCNoiseMItigationScreen)mithilfeeinesdualenGripperFrames(Quelle:IHCMERWEDE).

4.2.2.1 ErfahrungswertemitdemSchallminderungsrohrIneinemPilotversuchmitdemNoiseMitigationScreenimFlussdeNoordaneinembei6mWassertiefe gerammten Pfahlmit 0,9m Durchmesserwurde in den Dritteloktavbndern von 150Hz bis8kHzeineDmpfungvon2027dBgemessen(Abb.20).

SeitNovember2010erfolgenvonderFirmaIHCMerwedeUntersuchungenzurHandhabbarkeitdesNMSaufverschiedenenErrichtungsplattformen,diedieentsprechendeAnpassungen imDesignerfordern.


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Abb.20: DmpfungswirkungdesNoiseMitigationScreen(NMS)imExperimentaneinemRammpfahlmit91,4cmDurchmesserbei6mWassertiefe(Quelle:IHCHydrohammer,verndert).

4.2.3 BEKASchale

Abb.21: GeplanterEinsatzderBEKASchalebeimRammeneinesMonopiles(Quelle:BERNHARDWEYRES,Daleiden).

Eine spezielle Variante des Schallschutzmantels ist die patentierte BEKASchale (Abb. 21)(www.weyresoffshore.de/). Sie ist so konstruiert,dasseinemehrfache SchalldmpfungdurchAbschirmung und Absorption auftritt. Die BEKASchale besteht aus zwei hydraulisch gegeneinanderverschiebbarenHalbschalen,die imaufgerichtetenZustandumdenRammpfahlherumgelegtwerdenundsowohlWasserschallalsauchseismischeSchwingungen,diedurchdenBodenbertragenwerden,dmpfensollen (BERNHARDWEYRES,Daleiden,pers.Mitt.).ZwischenPfahlundBEKASchalebefindet sicheine30 cmdickeWasserschicht, indereingestufterBlasenschleierunterschiedliche


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Blasengrenerzeugensoll.DieunterschiedlichenBlasengrensollendenSchall inverschiedenenFrequenzbereichen dmpfen. Durch bewegliche Abstandhalter (Gummirollen) wird gewhrleistet,dassderPfahlkeinendirektenKontaktzurBEKASchalehatunddiesegleichzeitigdenVortriebbeiderRammungnichtbremst.Zweijeweils20cmdickedoppelwandigeSchallschutzwndeausMetall,getrenntdurcheine10 cmdickeWasserschicht (ebenfallsmitBlasenschleierdurchsetzt), sindmiteinemKompositspeziellerZusammensetzungkomplettgefllt,dasdenSchallabsorbierensoll.uererund innererMantelder Schallschutzwnde sinddurch Industrieschwingungsdmpfer akustischvollstndigvoneinandergetrennt.ZustzlichistdieinnereSchallschutzwandzumPfahlhinmiteiner20cmdickenSchallabsorbierendenBeschichtungausgestattet.

DasGewichteinertypischenBEKASchale(frdenEinsatzaneinemMonopilemit6,5mDurchmesserin30mWassertiefe)wirdmitca.160t(imWasserdurchdenAuftriebreduziertaufca.40t)angegeben.DerDurchmesseristbeimbeschriebenenAufbauca.2mgreralsderPfahldurchmesser.

FrdieBEKASchaleliegennochkeineSchallmesswertevor.

4.2.4 SchlauchhlleEineweitereVariante,denImpedanzunterschiedvonLuftundWasserzurSchalldmpfungzunutzen,stellt die Umhllung einesMonopilesmit Feuerwehrschluchen alsmehrschichtige Schlauchhlledar.Auchdies isteinSpezialfalleinesSchallschutzmantels, indiesemFallausLuft.DieDmpfungswirkungberuhtvermutlichwiebeianderenSchallschutzmntelnvorwiegendaufReflexionsmechanismen.

IneinemneuartigenKonzeptderFirmaMencksollenFeuerwehrschluchemehrschichtigdirektaufdenMonopileaufgespanntwerden.EinmehrschichtigerAufbauistntig,umSchallbrckenzwischendenLuftpolsternzuverhindern.AmBodenundamPilingFramewirddazujeweilseinRahmenangebracht.ZwischenbeidenRahmenwerdeninmehrerenReihenFeuerwehrschluchealsvertikaleLuftpolster aufgespannt.Von obenwird vor Beginn der Rammarbeiten einmalig durch KompressorenLufteingeblasen.DadurchentstehtdirektaufdemPfahleineLuftwand(MARTINROS,MenckGmbH,Kaltenkirchen,pers.Mitt.).

4.2.4.1 ErfahrungswertemitSchlauchhllen

Abb.22: ModelleinerSchlauchhlleausFeuerwehrschluchenimLabormastab.Links:MessaufbauderSchallmessung,rechtsuntererBefestigungsrahmen(Quelle:BETKE2008).


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Im Labormastaberfolgtebereitseine Schallmessung vonungedmpftenundmiteinereinfachenSchlauchhlleabgeschirmtenHammerschlgen(Abb.22)(BETKE2008).ImVersuchsbeckenwurde indeneinzelnenDritteloktavbndernDmpfungenzwischen10und30dBgemessen(Abb.23).

80

90

100

110

120

130

140

100 1 000 10 000 100 000

Frequenz, Hz

Peg

el, d

B re

1

Pa

Ohne Schlauchhlle Mit Schlauchhlle

Schallminderung durchdie Schlauchhlle

Die Abmessungen des Beckens begrenzen die

Schallausbreitung auf Frequenzen oberhalb

von 800 Hz

Abb.23: GemesseneSchalldmpfungdurcheineeinfacheSchlauchhlle.AufgrunddergeringenDimensionendesBeckenserfolgteineSchallausbreitungnuroberhalbvonca.800Hz(Quelle:BETKE2008).

4.2.5 BewertungderSchallschutzmntel

4.2.5.1 UnterwasserschallEinfacheHllrohre knnen aufgrund ihrer geringenDmpfung nicht als Schallschutzmntel eingesetztwerden.Entscheidend freinehoheDmpfungswirkungvonSchallschutzmnteln scheintdieVerwendungvonLuft ineinerzustzlichenSchichtzusein.Schallschutzmntelergaben imVersuchfrequenzabhngigeSchallminderungen,dieabhngigvonderkonkretenAusgestaltungdesHllrohrsstarkvariierten(Kap.4.2.1,Kap.4.2.2.1,Kap.4.2.4.1),insgesamtabervergleichbarmitderDmpfungdurchBlasenschleieroderbessersind.

Mit einer zustzlichen lufthaltigen Schicht (Blasenfolie,Montageschaum, Luftblasen) konnten teilweiseSchallreduzierungenvonber20dBerreichtwerden.DamitistimVersucheinsehrhohesPotential zur Schallminderung nachgewiesen. Auch in einerModellierung reduzierte eine elastischeSchaumstoffumhllung5dieSchallpegelumrd.10dB,wobeiUnterschiedeinderSchichtdickevon28Zoll (rd.520 cm)dasErgebnisnicht signifikantbeeinflussten (Abb.13).Auchhierwardie Schalldmpfungstarkfrequenzabhngig(Abb.24)(APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).

NoiseMitigationSceen:ImPilotversuchmiteinemrelativgeringenPfahldurchmessererbrachtederNMSimFlachwasser(6m)indenDritteloktavbndernvon150Hzbis8kHzeinehoheDmpfungum2027dB(Kap.4.2.2.1).DieseMesswertesollen inzweiFullScaleTests inderNordundOstsee imSommer2011nocherhrtetwerden.InsbesondereisteinTestaneinemMessmastin30mWassertiefevorgesehen,umauchFrequenzenunter125Hzbetrachtenzuknnen,diesich in6mWassertiefenichtausbreitenknnen(BOBJUNG,IHCHydrohammerBV,Kinderdijk,Niederlande,pers.Mitt.)

5 ImModellwurdeeinhandelsblicherSchaumstoffausStyrolButadien(RubatexR8702)verwendet.


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ImNMSwerdenmehrereschallminderndePrinzipienkombiniert:Abschirmung/ReflexiondurcheindoppelwandigesStahlrohr,dasPrinzipeinesKofferdammsdurchdenLufteinschluss inderDoppelwandundzustzlicheingefhrterBlasenschleierzwischenPfahlundMantelrohr.DurchdieseKombinationvonVerfahren,dieeinzelnimVersuchoderinderkommerziellenAnwendung(z.T.ingeringerenWassertiefen) schon ihre Effektivitt unter Beweis gestellt haben, ist insgesamt eine hoheDmpfungswirkungzuerwarten,dievoraussichtlichsignifikantberdereinesBlasenschleiersliegt.

Abb.24: Schallschutzmantelmitrd.20cmSchaumstoffummantelung:Schallbertragungfr30mWassertiefe

inRelationzuTiefeundEntfernung,dargestelltalsFarbdiagrammzurVerdeutlichungderverschiedenenbertragungswegefrausgewhlteFrequenzenvon100800Hz.DiegestricheltenLiniengebendieWasserundSedimentoberflchean(Quelle:APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).

BEKASchale:DurchdieKombinationmehrererschallmindernderPrinzipien(Abschirmung/Reflexion,Doppelwandmit Schall absorbierendem Komposit und gefhrterBlasenschleier) istbeiderBEKASchaleeinehoheDmpfungswirkungzuerwarten,dievoraussichtlichsignifikantberdereinesBlasenschleiers liegt.DadieAnzahlderHllennochgrer istalsbeimNMSunddarberhinauseinekomplette schalltechnische Entkoppelung zwischen Auen und Innenhlle der doppelwandigenSchalengewhrleistetseinsoll, istvielleichtsogardiegrteDmpfungallerhierbetrachtetenSysteme zuerwartenvorausgesetzt,dasskeineSchallbrcken (z.B.anNahtstellen)entstehen.DarberhinaussollendurchdieEinbringungeinerringfrmigenSchallschutzwandunterderFuplatte,die indenMeeresbodengedrcktwird, seismischeSchwingungengedmpftwerden.Dies ist sehrsinnvoll,dabeiImpulsrammungeneinTeilderSchlagenergieinFormlateralerWellendurchdenBo


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denweitergeleitetwirdund vondortwieder insWasser gelangen kann (NEDWELL&HOWELL2004,APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010,ELMER2010).DamitwredieBEKASchalenebendemgroenBlasenschleierdaseinzigeSchallminderungsverfahren,dasdieseismischeSchallausbreitungdmpfensoll.Inwieweitdiesgelingt,msseninsituMessungennochzeigen,dieaneinemPrototypimRahmendesESRaProjektesfrAugust2011geplantsind.

Schlauchhlle:DurchdieUmmantelungmiteinerSchlauchhllekonnten imVersuchsbecken indeneinzelnenDritteloktavbndernDmpfungen zwischen 10 und 30dB erzieltwerden (Kap. 4.2.4.1).DieseWertemssendurchinsituMessungenbesttigtwerden,wasimRahmendesESRaProjektesimAugust 2011 vorgesehen ist (Kap. 4.2.5.2). Einwichtiger Faktor dabei ist aus schalltechnischerSicht,dassmehrereLagenvonSchluchenversetztangebrachtwerden,sodasszwischendenSchluchenkeineSchallbrckenentstehen.

4.2.5.2 EntwicklungsstandDurcheineakustischeAbkoppelungdesRammpfahlsvomumgebendenWassermithilfevonSchallschutzmntelnknnensignifikanteSchallminderungenerzieltwerden.Dieswurde imModellund inPilotversuchennachgewiesen,sodass(bisaufeineinfachesHllrohr,daskeineDmpfungerbrachte)einetechnischeEignungzueinerMinderungvonSchallimmisionengegebenist.Diesgiltinsbesondere,wennnochweitereschallminderndePrinzipieninKombinationmitgenutztwerden,frdieebenfallsderNachweiseinersignifikantenSchallminderungerbrachtwordenist(z.B.Blasenschleier).FrdiemeistenderverfgbarenModellestehtjedochderNachweisihrerpraktischenEignungnochaus.Dazu zhlt die Einsatzfhigkeit unterOffshoreBedingungen,Handhabbarkeit, AnpassungsfhigkeitandieErrichtungslogistik,SicherheitundletztendlichauchdiewirtschaftlicheEignung.InderErrichtungstechnikwirddurchdaszumeisthoheGewichtderSchallschutzmnteleinspeziellesDesignderErrichterplattformenntig sein.DaSchallschutzmnteldirektamRammpfahlausgebrachtwerden,haben sie zwangslufig einen Einfluss aufdie Errichtungszeit,wasdie Kosten erhht. Es sindnunKonzeptegefordert,diedieHandhabungszeitmglichstkurzhalten.

Einfache Schallschutzmntel wurden bislang im Versuchsstadium (unter Laborbedingungen) oderPilotstadium (Test eines Prototyps im realittsnahenUmfeld) eingesetzt (Kap. 4.2.1, Kap. 4.2.2.1,Kap.4.2.4.1).ErprobtwurdenverschiedeneVariantenimVersuchsbecken(doppelwandigesHllrohr;ELMERetal.2007a)undamTestpfahl inderLbeckerBucht(mitBlasenfoliebeschichtetesHllrohr;ELMERetal.2007a).BeimVersuchmitBlasenfoliekonntejedochaufgrundderBeschdigungderFoliedieFunktionsfhigkeitnichterfolgreichdargestelltwerden.

DagegenistdieErprobungverschiedenerVariantendesSchallschutzmantelsimRahmenderBeniciaMartinezBrcke inKalifornien (CALTRANS2007)alserfolgreicherAbschlussdesPilotstadiumszubewerten.AllerdingssinddieAuenbedingungen(Kstennhe,geringeWassertiefe)nichtmitdenBedingungen in der deutschenAWZ vergleichbar. In groenWassertiefen und bei starkerGezeitenstrmungistdieHandhabungvermutlichdurchdieerheblicheLngederRammpfhleundderSchallschutzrohreschwerumsetzbar.EinetechnischeLsungderFrage,wiePfhleindieUmhllungkommen,stehtlediglichineinzelnenKonzeptenzurVerfgung.Anpassungen,diedieAnflligkeitlufthaltigerBeschichtungen frmechanischeBeschdigungen reduzieren,befinden sichebenfallserst imKonzeptstadium.

Schallminderungsrohr/Noise Mitigation Screen: Die in Kap. 4.2.2.1 beschriebene Erprobung desNMSistu.a.aufgrundderrealittsnahenAuenbedingungendemPilotstadiumzuzuordnen,welchesdurch den Nachweis der technischen Eignung (Schallreduzierung um 2027 dB) erfolgreich abgeschlossenwurde.DaderPfahldurchmesserunddieWassertiefevergleichsweisegeringwaren,sindimAugustundSeptember2011weitereErprobungenvorgesehen,dieebenfallsnochdemPilotstadiumzuzuordnensind.SowirdderNMSimRahmendesESRaProjektesunterrealittsnherenBedingungen(Ostsee,Wassertiefe9m,Pfahldurchmesser2,2m)eingesetzt.EinweitererFullScaleTestist


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inderNordsee,75kmvorIjmuidengeplant(Wassertiefe30m,Pfahldurchmesser3,5m)(BOBJUNG,IHCHydrohammerBV,Kinderdijk,Niederlande,pers.Mitt.).

DieUntersuchungsaktivittenderFirma IHCMerwede zielennebenweiterenSchallmessungenaufdieVerbesserungderpraktischenEinsatzfhigkeitunddieAnpassunganunterschiedlicheStandorteundErrichtungsbedingungen.UmdenStandderTechnikzuerreichen, istderNachweisntig,dassdasVerfahrenfrdiegefordertenEinsatzbedingungenrobustgenugundwirtschaftlicheinsetzbarist.Diesorientiertsichu.a.andenDetailsderHandhabungvorOrtundderlogistischenEinbeziehunginden Offshore Errichtungsprozess. Die Robustheit des Systems gegenber den harten OffshoreBedingungenkannangenommenwerden,daesnachdenstrengenRichtliniendesDetNorskeVeritas(DNV)entwickeltwurde(BOBJUNG,IHCHydrohammerBV,Kinderdijk,Niederlande,pers.Mitt.).

BEKASchale:DieEntwicklungderBEKASchalebefindetsichimPilotstadium.EinNachweisdertechnischenEignung liegtnochnichtvor,allerdings lassen theoretischeberlegungenbeierfolgreicherUmsetzungderIdeeeinhohesSchalldmpfungspotentialerwarten.DerzeitwirdeinPrototypgefertigt,dessenHandhabungundEffektivitt imAugust inderLbeckerBuchtamTestpfahlderFirmaMenck imRahmendesESRaProjektesgetestetwerdensoll (OFFSHORESTIFTUNG2011b).Die technischeEignungeinzelnerKomponentenderBEKASchale,diedenSchallschutzgewhrleistensollen,istzumTeilschonnachgewiesen.EinzelkomponentenderBEKASchaleausanderenAnwendungendesSchallschutzesknnenalsStandderTechnikinderterrestrischenSchalldmpfunggelten.Dazugehren zum Beispiel marktverfgbare Industrieschwingungsdmpfer zur Schallentkopplung. Die VerwendungmarktverfgbarerKomponenten isthilfreich,umdiewirtschaftlicheEignungzuerreichen.AuchdieKomponentenbauweiseverschieden langerAbschnittezurAnpassunganunterschiedlicheWassertiefenisteinSchritt,dasVerfahrenwirtschaftlicherzugestalten.

DamiteinevollstndigeUmschlieungderschallemittierendenStrukturengewhrleistetist,kanndieBEKASchaleanMonopilesoderTripileseingesetztwerden.ZurVerwendungmitJacketsoderTripodsmusseineAnpassungderErrichtungsmethodeerfolgen.DurchdenEinsatzdesPrePilingVerfahrensistdies jedochmglich,daStrukturenmitVerstrebungenerstnachdemRammenderTiefgrndungenaufgebrachtundvergroutetwerden.

Schlauchhlle:DieErprobungderSchlauchhlleerfolgteerfolgreich imVersuchsstadium imTestbecken(Kap.4.2.4.1).DamitistderNachweiseinertechnischenEignungzurSchallreduzierungerbracht.DernchsteSchritt istderEinsatzeinesPrototypsderFirmaMenckGmbH,KaltenkirchenalsPilotstadiumunterrealittsnahenBedingungenimRahmendesESRaProjektesimAugust2011amBrodtener Testpfahl in der Lbecker Bucht (OFFSHORESTIFTUNG 2011C). Dadurch, dass vor Beginn derRammarbeiteneinmaligdurchKompressorenLufteingeblasenwird, istderLuftbedarf imVergleichzuSystemen,dieBlasenschleierverwenden,verringert.DasreduziertdieKostenundisteinSchrittinRichtungwirtschaftlicherEignung.

4.3 Kofferdamm

EinKofferdammumhllthnlichwiederSchallschutzmanteldenPfahl,aberimGegensatzzudiesemistderZwischenraumnichtmitWassergefllt, sondernwird leergepumpt, sodassdieRammungpraktisch an der Luft erfolgt.Dadurch erfolgt eine Entkoppelung in der Schallbertragung an dasWasser.WenneinLeerpumpendesKofferdamms,z.B.beigroenWassertiefen,nichtmglich ist,werdenteilweiseBlasenschleier innerhalbdesKofferdammszurSchalldmpfungeingesetzt.Er fungiert dann quasi als Schallschutzmantel (Kap. 4.2) mit gefhrtem Blasenschleier (Kap. 4.1.3). ImFlachwasserwerden oft Spundwnde als Kofferdamm eingesetzt. Fr tiefesWasser ist dies nichtmglich.


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4.3.1 TeleskopKofferdammEinzumPatentangemeldetesSystemderFirmenAdvancedOffshoreSolutions(Tranebjerg,DK)undSeaRenergyOffshore (Hamburg) siehtdaherein festanderErrichterplattformmontiertes teleskopierbares System aus drei ineinander liegenden gegeneinander abgedichteten Rohren als Kofferdammvor.IndiesenwirdaufdemInstallationsschiffderRammpfahldurcheinRollundSchiebesystemeingebracht,wodurchgleichzeitigdieNotwendigkeitkomplizierterKranmanverreduziertwird.AnschlieendwirdderKofferdammzusammenmitdem imInnerenbefindlichenRammpfahlausgefahrenundaufgerichtet.DerPfahlwirddanninnerhalbdesKofferdammspositioniertundverriegelt.EristnachuntendurcheinenDichtungsringgegendieWassersuleabgedichtet,sodassdasEindringenvonWasserindenKofferdammreduziertwird.AmGrunddesRohressinddieKpfedreierPumpenangebracht,diewhrendderRammungnachstrmendesWasserausdemKofferdammherauspumpen.Diese Entwsserung sorgt fr eine akustische Entkopplung der Rammung innerhalb desKofferdamms(KURTE.THOMSEN,AdvancedOffshoreSolutions,Tranbjerg/DK,pers.Mitt.).

4.3.2 QuadJackmitRohrinRohrRammungEinespezielleAnwendungdesKofferdammsistdieRohrinRohrRammunganeinerJacketkonstruktion.EineBesonderheitdabeiist,dassvierKofferdmme(Schutzrohre)festeBestandteilederJacketkonstruktion sindundgleichzeitigalsPileSleevesdienen,dienachderRammungmitdenviergerammtenPfhlenvergroutetwerden.

Abb.25: KonzepteinesQuadjackFundamentsmitRohrinRohrRammungfrdieErrichtungeinerOWEA.DieRammungerfolgtausschlielichoberhalbderWasseroberflche innerhalbentwsserterKofferdmme(Quelle:OVERDICKGmbH&Co.KG,Hamburg).

DieseEckrohrederJacketkonstruktionreichenbisberdieWasseroberflche,sodassimGegensatzzumVorgehenbeieinerblichenJacketkonstruktionnurberWassergerammtwird(Abb.25).Somitist eine Abschirmung ber die gesamteWassersule durch die Konstruktion selbst gewhrleistet.Entscheidenddabeiist,dassderRingraumwhrendderRammungentwssertist.TechnischeLsungen,wieder510cmbreiteRingraumzuverlssigentwssertundabgedichtetwirdundkeineSchallbrcken entstehen,werden derzeit noch entwickelt. Um den Abstand zwischen Rammpfahl und


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Schutzrohreinzuhalten,sollenCruxSealDichtungenausGummiverwendetwerden.ZurAbdichtunggegeneindringendesSeewasser(unten)bzw.RegenundSpritzwasser(oben)sindaufblasbareringfrmige Schlauchdichtungen angedacht. Crux Seal und Schlauchdichtungen knnen zustzlich zuangedachten Fhrungsblechen (guide shims) als Fhrung des zu rammenden Pfahles dienen.DasWasserimRingraumsolldurchauenangeflanschteEntwsserungsleitungenmithilfevonberdruck(ca.1barbei8,5mWassertiefe,ca.45barbei40mWassertiefe)ausgepresstwerden.

4.3.3 ErfahrungswertemitdemKofferdammVerschiedene KofferdammSysteme sind aus amerikanischen Bauprojekten bekannt (Abb. 26)(CALTRANS 2009). Vollstndig entwsserte Kofferdmme reduzieren den Rammschall sehr effektiv.Allerdingssindauchsiein ihrerDmpfungswirkungbegrenzt,daeinTeilderSchallenergieberdenBodengeleitetwird(CALTRANS2009).

NebenRammarbeitenaneinigenFlachwasserstandorten


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drftedamitdieSchallminderungdurchdenKofferdammmindestens710dBundmaximal25dBbetragenhaben.AuseinemVergleichmitanderenbenachbartenPfhlenmithherenSchalldrckenwrdeebenfallseineReduzierungumca.25dBresultieren.

Bei Rammarbeiten an der BeniciaMartinez Brcke in Kalifornien (Pfahldurchmesser 2,4m,max.Schlagenergie570kJ)wurdeu.a.aucheinKofferdamm,bestehendauseinemberdenPfahlgestlpten, leergepumptenHllrohr(isolationcasingmit3,7mDurchmesser,Abb.16,Abb.17)getestet.Dabeiergabsich ineinerMessentfernungvon54meineDmpfungvon22dB(SEL)bzw.25dB(peak)(CALTRANS2007)(Kap.4.2).DiesesKofferdammSystemistinderErrichtungmitgeringerenSchallemissionen verbunden als SpundwandKofferdmme, mglicherweise aber schwerer gegeneindringendesWasserabzudichten.

Abb.27:VergleichdermitverschiedenenTechnikenerzieltenSchallminderung,dargestelltalstiefengemitteltebertragungsfunktiongegenberderFrequenzin10mEntfernung(Cofferdamtype2=entwsserterKofferdamm,Pfahlwassergefllt)(Quelle:APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).

ImModell (APPLIED PHYSICAL SCIENCES 2010)wurde fr den Kofferdamm eine Schallreduzierung um20dBermittelt,was vondenAutorender StudiealsdieObergrenzeder theoretischerreichbarenSchallminderungbetrachtetwird.FrdieWirksamkeitdesKofferdammsergabensichkeinewesentlichenUnterschiedebeiFllungdesRammpfahlsmitLuft,WasseroderSediment.DieerzielteSchallminderungdesKofferdammswarstarkfrequenzabhngigundwiesimFrequenzbereichoberhalbvon500HzdiebesteWirksamkeitauf(Abb.27,Abb.28).

WeitereBerechnungenderEffektivitteinesKofferdammsamBeispielderRohrinRohrRammungmitQuadJackwerdeninKrzeverffentlicht.DieModellierungerfolgteimRahmeneinerimvergangenenJahrvomProjekttrgerJlichgefrdertenKonzeptstudiezurEntwicklungeinerneuartigenGrndungstechnologieunterEinbeziehungvonErrichtungslogistikundSchallschutz(FKZ0325142),dienochnichtabschlieendvorliegt(PTJ2010).


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Abb.28: EntwsserterKofferdamm:Schallbertragungfr15mWassertiefeinRelationzuTiefeundEntfer

nung,dargestelltalsFarbdiagrammzurVerdeutlichungderverschiedenenbertragungswegefrFrequenzenvon100800Hz.DiegestricheltenLiniengebendieWasserundSedimentoberflchean(Quelle:APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).

4.3.4 BewertungdesKofferdamms

4.3.4.1 UnterwasserschallDiezuerwartendeSchalldmpfungistbeimKofferdammaufgrunddessehrgroenImpedanzsprungsvonLuftzuStahlsehrgro.LegtmandieindengenanntenBrckenbauprojekteninWassertiefenbis15mgesammeltenErfahrungenzugrunde,soknnteeineSchallreduzierungumbiszu25dBerreichtwerden (CALTRANS2007).Eine signifikanteSchalldmpfungentwsserterKofferdammsysteme (Abb.27)um ca. 20dB,die auch imVergleich zu anderen Systemen (Blasenschleier, geschlossenporigeSchaumstoffummantelung) hhereDmpfungswerte erzielen,wurden auch in aktuellenModellierungen6besttigt(APPLIEDPHYSICALSCIENCES2010).DieBerechnungendesInstitutsfrStatikundDy

6 EingangindasModellfandendieRammdatendesCapeWindProjektsinAlaskafr15mWassertiefe(Mo

nopilesmit5,5mDurchmesserund42mLnge,Wandstrke50mm,Einbindetiefe13mbzw.26m)undreprsentativeDatenausEuropischenStudienfrWassertiefenvon30m(Pfahldurchmesser7,5m,Wandstrke75mm,Pfahllnge65m,Einbindetiefe35m).


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namikanderLeibnizUniversittHannover(ISD)gehenselbstbeieinemRingraum(Anulus)vonnur5cmsogarvoneinerberechneten,allerdingsdurch insituVersuchennochnichtbesttigtenSchallreduzierungumca.30dBaus(ECKEHARDOVERDICK,OverdickGmbH&Co.KG,Hamburg,pers.Mitt.).Bei Erreichen hnlicher Dmpfungswertewie an der BeniciaMartinez Brcke knntemit diesemVerfahrenprinzipiellauchbeigroenMonopilesderGrenzwertdesUmweltbundesamteseinzuhaltensein.

FrdieEntwsserungspumpen frdenKofferdammbzw.dasEinblasenvonDruckluft liegenkeineSchallmessungen vor. Diese Schallimmissionen liegen voraussichtlich jedoch deutlich unter demGrenzwertunddengedmpftenPegelwertenderImpulsrammung.

4.3.4.2 Entwicklungsstan

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BfN Studie Bauschallminderung Juli 2011

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