Measurement Of Vibration Immission – Part 2: Measuring Method Mesure Des Immissions Vibratoires – Partie 2: Méthode De Mesurage

DEUTSCHE NORM

DIN 45669-2 ICS 17.160

Juni 2005

X Ersatz für DIN 45669-2:1995-06

Messung von Schwingungsimmissionen – Teil 2: Messverfahren Measurement of vibration immission – Part 2: Measuring method Mesure des immissions vibratoires – Partie 2: Méthode de mesurage

Gesamtumfang 19 Seiten

Normenausschuss Akustik, Lärmminderung und Schwingungstechnik (NALS) im DIN und VDI

DIN 45669-2:2005-06

Inhalt Seite

Vorwort.................................................................................................................................................................2 1

Anwendungsbereich..............................................................................................................................3

2

Normative Verweisungen ......................................................................................................................3

3

Begriffe....................................................................................................................................................3

4

Messeinrichtung.....................................................................................................................................5

5 5.1 5.2 5.3

Messbedingungen..................................................................................................................................5 Messorte..................................................................................................................................................5 Messrichtungen......................................................................................................................................6 Ankopplung ............................................................................................................................................6

6 6.1 6.2 6.3 6.4

Durchführung der Messung ................................................................................................................13 Messzeit ................................................................................................................................................13 Beurteilungszeit, Beurteilungsdauer .................................................................................................13 Prüfung der Messeinrichtung .............................................................................................................13 Einflussgrößen für Schwingungsimmissionen.................................................................................13

7 7.1 7.2

Störeinflüsse.........................................................................................................................................15 Übersicht über mögliche Störeinflüsse .............................................................................................15 Maßnahmen zur Reduzierung der Störeinflüsse ..............................................................................16

8 8.1 8.2 8.3 8.4

Gerätebedingte und durch Ankopplung verursachte Messabweichungen ...................................17 Messabweichungen, bedingt durch den Schwingungsmesser ......................................................17 Messabweichungen aufgrund der Ankopplung des Schwingungsaufnehmers ...........................17 Messabweichungen aufgrund der Leitungsverbindung ..................................................................18 Messabweichungen aufgrund weiterer Störeinflüsse......................................................................18

9

Messbericht ..........................................................................................................................................18

Literaturhinweise...............................................................................................................................................19

Vorwort Diese Norm ist vom Gemeinschaftsausschuss NALS/VDI C 9 „Messung von Schwingungsimmissionen“ erarbeitet worden. Die Änderungen gegenüber der Vorgängerausgabe DIN 45669-2:1995-06 waren als Entwurf E DIN 45669-2/A1:2004-05 veröffentlicht worden. Änderungen Gegenüber DIN 45669-2:1995-06 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) zur Ankopplung an das Erdreich werden mehrere Verfahren genannt, deren Anwendung freigestellt ist; b) zur Prüfung der Messeinrichtung wird auf DIN 45669-3 verwiesen; c) Verweisungen auf Normen wurden aktualisiert und Literaturhinweise hinzugefügt. Frühere Ausgaben DIN 45669-2: 1984-01, 1995-06 2

DIN 45669-2:2005-06

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Anwendungsbereich

Dieses Dokument legt ein Verfahren zur Messung von Schwingungen unter Verwendung der in DIN 45669-1 definierten Schwingungsmesser fest. Es enthält allgemeine Festlegungen für die Auswahl der Messorte und Messrichtungen sowie Grundsätze zur einheitlichen Durchführung von Messungen im Rahmen des Immissionsschutzes. Die nach diesem Dokument ermittelten Größen dienen zur Beurteilung von Schwingungseinwirkungen auf Gebäude und Menschen in Gebäuden nach DIN 4150-1, DIN 4150-2 und DIN 4150-3, ISO 2631-1, ISO 2631-2 und VDI 2057 Blatt 1.

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Normative Verweisungen

Die folgenden zitierten Dokumente sind für die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschließlich aller Änderungen). DIN 4150-1, Erschütterungen im Bauwesen — Teil 1: Vorermittlung von Schwingungsgrößen DIN 4150-2, Erschütterungen im Bauwesen — Teil 2: Einwirkungen auf Menschen in Gebäuden DIN 4150-3, Erschütterungen im Bauwesen — Teil 3: Einwirkungen auf bauliche Anlagen DIN 45669-1, Messung von Schwingungsimmissionen — Teil 1: Schwingungsmesser; Anforderungen, Prüfung DIN 45669-3, Messung von Schwingungsimmissionen — Teil 3: Prüfung (Kalibrierung und Beurteilung) der Schwingungsmesseinrichtung; Erstprüfung, Nachprüfung, Zwischenprüfung, Prüfung beim Messeinsatz DIN ISO 2768-1, Allgemeintoleranzen — Toleranzen für Längen- und Winkelmaße ohne einzelne Toleranzeintragung DIN ISO 5348, Mechanische Schwingungen und Stöße — Mechanische Ankopplung von Beschleunigungsaufnehmern ISO 2631-1, Mechanical vibration and shock — Evaluation of human exposure to whole-body vibration — Part 1: General requirements ISO 2631-2, Mechanical vibration and shock — Evaluation of human exposure to whole-body vibration — Part 2: Vibration in buildings (1 Hz to 80 Hz) VDI 2057 Blatt 1, Einwirkung mechanischer Schwingungen auf den Menschen — Ganzkörper-Schwingungen

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Begriffe

Für die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 Messobjekt Objekt, an dem die Schwingungen erfasst werden BEISPIEL

Geschossdecke in einem Gebäude.

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3.2 Messort Stelle an einem Messobjekt, an dem die Schwingungsaufnehmer aufgestellt oder befestigt werden 3.3 Ankopplung Art der Verbindung des Schwingungsaufnehmers eines Schwingungsmessers mit einem Messobjekt 3.4 Kontaktresonanz Resonanz(en), die bei Anregungen von Eigenfrequenzen des Systems Schwingungsaufnehmer/Messobjekt aufgrund der lokalen Elastizität dieses Systems im Kontaktbereich auftreten 3.5 Schwingungsquelle Erreger, von dem oder denen die im Rahmen des Immissionsschutzes zu beurteilenden Schwingungen des Messobjekts angeregt werden 3.6 Störeinfluss Störgrößen oder Störsignale, die auf das Messobjekt oder den Schwingungsmesser einwirken und damit die Anzeigegrößen oder die Ausgangssignale in unerwünschter Weise beeinflussen ANMERKUNG

Siehe Bild 3.

3.7 Messzeit durch den Anfangs- und Endzeitpunkt bestimmte Zeit, zwischen denen die Schwingungsgrößen vom Schwingungsmesser erfasst werden ANMERKUNG

Die Messzeit kann auch durch den Anfangszeitpunkt und die Messdauer beschrieben werden.

3.8 Messdauer Zeitspanne zwischen dem Anfang und dem Ende der Messung ANMERKUNG

Die Messdauer ist in der Regel kürzer als die Beurteilungsdauer.

3.9 Beurteilungszeit durch den Anfangs- und Endzeitpunkt bestimmte Zeit, auf die die tatsächliche Schwingungseinwirkung bezogen wird ANMERKUNG 1 Die Beurteilungszeit kann auch durch den Anfangszeitpunkt und die Messdauer beschrieben werden. ANMERKUNG 2 Die Beurteilungszeit ist vom Beurteilungszweck abhängig. Sie ist verschieden a)

bei erholungsfähigen Objekten (z. B. Menschen) und

b)

bei nicht erholungsfähigen Objekten (z. B. Gebäuden).

3.10 Beurteilungsdauer Zeitspanne, auf die die tatsächliche Schwingungseinwirkung bezogen wird

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3.11 Messabweichung Abweichungen, die sich im Wesentlichen aus dem Zusammenwirken der Einflussfaktoren, die in den Einzelanforderungen nach DIN 45669-1 beschrieben und für die Toleranzbereiche angegeben sind, und der Störeinflüsse sowie aufgrund der Ankopplung des Schwingungsaufnehmers ergeben ANMERKUNG BEISPIEL

Siehe auch DIN 1319-3. Kontaktresonanzen; weitere Störeinflüsse siehe Abschnitt 7.

3.12 Messbedingung emissionsrelevante Zustände der Schwingungsquellen, die Messorte, die Messrichtungen und die Ankopplung der Schwingungsaufnehmer an das Messobjekt sowie äußere Einflussgrößen und Störgrößen, die während der Messung das Ergebnis beeinflussen können

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Messeinrichtung

Die Messeinrichtung besteht aus einem Schwingungsmesser nach DIN 45669-1 und gegebenenfalls zusätzlichen Registrier- und Speichergeräten. Beim Schwingungsmesser muss die geeignete Ausstattung entsprechend dem Anwendungsziel gewählt werden. Sofern im Ausnahmefall kein Schwingungsmesser nach DIN 45669-1 benutzt wird, sind die Abweichungen der Geräteeigenschaften von den Anforderungen nach DIN 45669-1 im Messbericht anzugeben und bei der Beurteilung der Messergebnisse zu berücksichtigen.

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Messbedingungen

5.1 5.1.1

Messorte Allgemeines

Die Auswahl der Messorte richtet sich nach dem Zweck der Messungen. In der Regel werden die Messungen vorgenommen  zur Beurteilung der Einwirkung von Schwingungen auf Gebäude: Messorte am Gebäudefundament, an tragenden Bauwerksteilen in Obergeschossen und gegebenenfalls an anderen Bauwerksteilen (z. B. an Decken oder Wänden), die gefährdet erscheinen;  zur Beurteilung der Einwirkung von Schwingungen auf Menschen in Gebäuden: Messorte auf Geschossdecken in verschiedenen Geschossen (z. B. Fußböden, siehe DIN 4150-2);  zur Beurteilung der Einwirkung von Schwingungen auf noch zu errichtende Gebäude: Messorte auf dem Erdreich, gegebenenfalls am Fundament von vorhandenen benachbarten Gebäuden. Bei größeren Strukturen ist an mehreren Stellen in bestimmten Fällen gleichzeitig zu messen, wie z. B. bei Sprengerschütterungen. 5.1.2

Messorte am Gebäudefundament

Für Messungen im Fundamentbereich eines Bauwerks sind die Schwingungsaufnehmer am Fundament oder am aufgehenden, tragenden Mauerwerk (z. B. Kellerfensterlaibungen, Treppen über Fundament) anzubringen. Lockere Treppenstufen, lose Platten oder hohlklingende Aufstellflächen sind als Messorte ungeeignet. Der Aufstellungsort darf nicht höher als 0,5 m oberhalb der Erdreichoberkante liegen. Vorzugsweise ist das Außenfundament zu wählen, das der Schwingungsquelle am nächsten liegt. 5

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5.1.3

Messorte in den Gebäudegeschossen

Für die Messung von Bauteilschwingungen, wie Wand- und Geschossdeckenschwingungen, sind solche Messorte zu wählen, an denen die stärksten Schwingungen auftreten. Die größten vertikalen Deckenschwingungen sind erfahrungsgemäß in Deckenfeldmitte zu erwarten. Bei Decken mit kräftigen Unterzügen können sie auch zwischen den Unterzügen auftreten. Die Deckenkonstruktion sowie tragende Zwischenwände müssen bei der Auswahl des Messortes berücksichtigt werden. Die auf dem Fußboden (z. B. Estrich, Holzbohlen) gemessenen Schwingungen können wegen möglicher Fußbodenresonanzen nicht in jedem Fall bei der Beurteilung der Deckenbeanspruchung zugrunde gelegt werden. Bei Wänden treten die größten horizontalen Querschwingungen gewöhnlich im Schnittpunkt der Diagonalen der zwischen den Einspannungen liegenden Wandfläche auf. Zur Bestimmung der horizontalen Schwingungen sollten die Schwingungsaufnehmer in den oberen Geschossen in der Nähe der aufgehenden, tragenden Wände, in Türdurchgängen oder in Fensternischen angebracht werden. 5.1.4

Messorte am Erdreich

Bei der Messung von Erschütterungen werden insbesondere zum Zwecke der Prognose Messpunkte im oder auf dem Erdreich in der Nähe der Erschütterungsquelle, auf dem Ausbreitungsweg sowie zur Beurteilung der Einwirkung der Schwingungen auf zu errichtende Gebäude auf dem Baugrundstück verwendet. Für die Bestimmung von Grund- oder Basiswerten von Schwingungsquellen (Emissionswerte) sollten sich die Messorte in der Nähe der Erschütterungsquelle in einem festgelegten Abstand (z. B. 8 m vom nächsten Gleis bei Bahnerschütterungen) und in einem ausreichenden Abstand zu Störkörpern (mindestens 1,5  größte Abmessung des Störkörpers) befinden. Befinden sich Störkörper oder Bodenschichtungen mit stark abweichenden bodendynamischen Eigenschaften zwischen Quelle und Immissionsort, können am Immissionsort die Bodenschwingungen durch Beugung und Reflexion niedriger als bei der ungestörten Ausbreitung ausfallen. Gebäudefundamente und Kanalschächte führen zu Reflexion der Schwingungen, daher können an Messorten in der Nähe von solchen Störkörpern erhöhte Schwingungsamplituden auftreten. ANMERKUNG Es sei darauf hingewiesen, dass auch eingeschlämmte (Beton-)Klötze wie Störkörper wirken können und daher zu unbekannten Messabweichungen führen können.

Bei Messungen am Erdreich sollten für die Schwingungsaufnehmer die Ankopplungsverfahren nach 5.3.3 angewandt und müssen die durch die Ankopplung verursachten Messabweichungen nach 8.2.3 beachtet werden.

5.2

Messrichtungen

Werden die Schwingungen im Gebäude in der vertikalen Messrichtung z und in zwei zueinander rechtwinkligen, horizontalen Messrichtungen x und y erfasst, so sollten die beiden horizontalen Messrichtungen parallel zu den Gebäudehauptachsen liegen. Vorzugsweise sollte die horizontale Messrichtung x auf die Schwingungsquelle weisen. ANMERKUNG

5.3 5.3.1

Die davon abweichenden Festlegungen nach DIN 45672-1 sollten beachtet werden.

Ankopplung Allgemeines

Die Ankopplungsart der Schwingungsaufnehmer an das Messobjekt darf im Arbeitsfrequenzbereich der Messeinrichtung das Messergebnis nicht wesentlich beeinflussen.

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Der Ankopplung der Schwingungsaufnehmer an harte Flächen ist gegenüber der Ankopplung bei weichen Unterlagen der Vorzug zu geben, da bei weichen Flächen eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Schwingungsaufnehmer, Ankopplungsvorrichtung und Messobjekt im Allgemeinen schwer zu prüfen ist. Die Ankopplung des Schwingungsaufnehmers an das Messobjekt kann direkt oder über eine Ankopplungsvorrichtung erfolgen, wobei bestimmte Voraussetzungen zu erfüllen sind. Voraussetzungen für eine das Messergebnis nicht beeinflussende Ankopplung sind:  Es muss eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Schwingungsaufnehmer, Ankopplungsvorrichtung und Messobjekt vorhanden sein. Hierdurch können in der Regel Kontaktresonanzen innerhalb des Arbeitsfrequenzbereiches und ein dadurch bedingtes mechanisches Abheben oder Wandern des Schwingungsaufnehmers vermieden werden.  Es dürfen keine Resonanzen der eventuell vorhandenen Ankopplungsvorrichtung zur Aufnahme des Schwingungsaufnehmers im Arbeitsfrequenzbereich der Messeinrichtung liegen. Die Voraussetzungen müssen für alle Messrichtungen erfüllt sein. Die Ankopplung an horizontale Flächen in Gebäuden muss nach Tabelle 1 erfolgen. Für die Messung an Wänden ist die Ankopplung in entsprechender Weise zu den Anwendungsbereichen nach Tabelle 1 vorzunehmen. Tabelle 1 — Übersicht zur Ankopplung an horizontale Flächen in Gebäuden Anwendungsbereich

Beispiele

Ankopplung

Bemerkung

Harte Flächen unempfindlich

Mauerwerk Rohdecke

empfindlich

Fliesen, Parkett, lackierter Estrich

Plättchen mit Gewindeloch mittels hartem Kleber befestigen, angipsen oder anschrauben

–

Ankopplungsvorrichtung mit abgerundeten Füßen nach Bild 1 b)

Messung der Horizontalkomponenten nur für Frequenzen unterhalb von 40 Hz möglich

dünnes doppelseitiges Klebeband ohne oder mit Ankopplungsvorrichtung mit abgerundeten Füßen nach Bild 1 b)

Messung der Horizontalkomponenten nur für Frequenzen unterhalb von 40 Hz möglich

Haftwachs, Andrücken des Schwingungsaufnehmers

Messung der Horizontalkomponenten im Allgemeinen für Frequenzen unterhalb von 80 Hz möglich

Ankopplungsvorrichtung mit Spitzen aus vergütetem Stahl nach Bild 1 a)

Messung der Horizontalkomponenten im Allgemeinen für Frequenzen unter 40 Hz möglich

Ankopplungsvorrichtung mit Spitzen aus vergütetem Stahl nach Bild 1 a)

Messung der Horizontalkomponenten im Allgemeinen für Frequenzen unter 40 Hz möglich

Mit elastischen Belägen verkleidete Flächen dünne Beläge

Nadelfilz, Hart-PVC

dicke Beläge

Velours auf Weich-PVC

In allen Fällen müssen die Angaben des Herstellers von Schwingungsaufnehmern hinsichtlich der Ankopplung berücksichtigt werden. Allgemeine Angaben sind auch DIN ISO 5348 zu entnehmen. 7

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5.3.2 5.3.2.1

Ankopplung bei harten Unterlagen Messrichtung vertikal

Bei lose aufgestellten Aufnehmern mit oder ohne Ankopplungsvorrichtung nach Bild 1 b) sind im Frequenzbereich bis 100 Hz bezüglich der Kontaktresonanzen die oben aufgeführten Voraussetzungen für möglichst unverfälschte Messungen bei harten Unterlagen, wie z. B. Fundament, Wand, Straßenpflaster, Maschinenoberfläche, harter Fußboden, Fenster- oder Türlaibung, in der Regel erfüllt. Ein Abheben oder Wandern tritt erfahrungsgemäß nicht auf, wenn die Schwingbeschleunigungsspitzenwerte in allen Messrichtungen  3 m/s2 sind. In diesem Fall kann also der Schwingungsaufnehmer bzw. die Ankopplungsvorrichtung ohne Befestigung aufgestellt werden. Treten dagegen höhere Beschleunigungswerte auf, muss der Schwingungsaufnehmer oder die Ankopplungsvorrichtung (ohne Füße) mit dem Untergrund durch Ankleben, Anschrauben, Angipsen usw. verbunden werden. In manchen Fällen reicht die Verbindung mit Klebewachs. Im Frequenzbereich über 100 Hz ist eine Aufstellung ohne Befestigung nicht zulässig. 5.3.2.2

Messrichtung horizontal

Bei lose aufgestellten Schwingungsaufnehmern mit oder ohne Ankopplungsvorrichtung nach Bild 1 b) lassen sich unverfälschte Messungen im Frequenzbereich bis 40 Hz durchführen, sofern die Schwingbeschleunigungsspitzenwerte  3 m/s2 sind. Zur Messung von Schwingungen oberhalb 40 Hz oder bei höheren Beschleunigungswerten muss wegen möglicher Gleitbewegung gegenüber der Unterlage der Schwingungsaufnehmer bzw. die Ankopplungsvorrichtung (ohne Füße) mit dem Untergrund durch Ankleben, Anschrauben, Angipsen usw. verbunden werden. In manchen Fällen reicht die Verbindung mit Klebewachs aus. 5.3.3 5.3.3.1

Ankopplung bei weichen Unterlagen Messrichtung vertikal

Bei Aufstellung von Schwingungsaufnehmern auf weichen Unterlagen in Form von Teppichen und Fußbödenbelägen aller Art treten Kontaktresonanzen auf, die erfahrungsgemäß unter 100 Hz liegen und zu unterschiedlichen Messwertverfälschungen im Frequenzbereich oberhalb von etwa 20 Hz führen. Vernachlässigbare Messabweichungen lassen sich im Frequenzbereich bis 100 Hz bei loser Aufstellung des Schwingungsaufnehmers erzielen, wenn die Schwingbeschleunigungsspitzenwerte in allen Richtungen  3 m/s2 sind und der Schwingungsaufnehmer auf einer Ankopplungsvorrichtung nach Bild 1 a) montiert wird. Die Masse dieser Ankopplungsvorrichtung sollte zusammen mit derjenigen des oder der Schwingungsaufnehmer etwa 2,5 kg betragen. Das Aufsetzen der Ankopplungsvorrichtung sollte folgendermaßen durchgeführt werden: auf die Ankopplungsvorrichtung sollte in vertikaler Richtung eine Kraft ausgeübt werden, bis ein deutliches Eindringen der Füße in den Fußbodenbelag spürbar ist, nun sollte jeweils ein Fuß der Ankopplungsvorrichtung abgehoben werden, d. h. die Ankopplungsvorrichtung gekippt werden, um mit einer mehrmaligen Klopfbewegung den Fuß durch den Fußbodenbelag zu „klopfen“. 5.3.3.2

Messrichtung horizontal

Bei Verwendung der Ankopplungsvorrichtung nach Bild 1 a) für die Montage des Schwingungsaufnehmers und bei Anwendung der für vertikale Messungen angegebenen Verfahrensweise beim Aufsetzen der Ankopplungsvorrichtung auf den Fußbodenbelag lassen sich unverfälschte Messungen nur im Frequenzbereich bis 40 Hz durchführen.

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Maße in mm Allgemeintoleranz ISO 2768 – m

a) auf weichen Fußbodenbelägen (mit 3 Spitzen aus vergütetem Stahl)

b) auf harten Unterlagen (mit 3 abgerundeten Füßen)

Legende 1

zur Befestigung des oder der Schwingungsaufnehmer Bild 1 — Ankopplungsvorrichtung für Schwingungsaufnehmer

5.3.4 5.3.4.1

Ankopplung an das Erdreich Grundsätzliche Einschränkungen

Selbst bei guter Verdichtung der Einbringstelle des Schwingungsaufnehmers im oder auf dem Erdreich wird nur die lokal vorhandene Bewegung der in der Regel obersten Bodenschicht erfasst. Da die Schwingungen (vor allem die Rayleigh-Welle) mit wachsendem Abstand zur Erdreichoberfläche stark abnehmen und in einer Tiefe von 1 m sich bereits auf ein Bruchteil verringert haben [5], lässt sich nur eine örtlich begrenzte Aussage gewinnen, die zwar zu qualitativen Aussagen über eine Erschütterungsquelle herangezogen werden kann, aber nur bedingt auf die Anregung eines betrachteten Gebäudefundaments schließen lässt. Diese Abweichungen treten besonders bei den horizontalen Schwingungskomponenten auf, können aber auch in vertikaler Richtung noch beträchtlich sein. Bei den in der Praxis verwendeten Aufnehmerankopplungen können Abweichungen bis zu 15 dB (Faktor 5 der Schwingungsamplitude) auftreten. 9

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5.3.4.2

Ankopplungsverfahren

Bei Messungen am Erdreich sollten für die Schwingungsaufnehmer die Ankopplungsverfahren nach Tabelle 2 angewandt werden. Dabei sind die durch die Ankopplung verursachten Messabweichungen nach 8.2.3 zu beachten. Im Folgenden werden ergänzende Hinweise zu den in Tabelle 2 aufgeführten Ankopplungsverfahren gegeben. a)

Erdspieß Zur Ankopplung von Schwingungsaufnehmern an das Erdreich können Spieße so in den Boden eingeschlagen werden, dass eine feste Kopplung zwischen Erdreich und Spieß hergestellt wird. Die Spieße müssen ausreichend steif sein, um Verformungen beim Einschlagen zu vermeiden. An ihrem oberen Ende werden der oder die Schwingungsaufnehmer kraftschlüssig befestigt. Die Steifigkeit des oberen Endes im umgebenden Erdreich darf zusammen mit dem Schwingungsaufnehmer und seiner Befestigungskonstruktion (Adapter) keine Eigenfrequenz im Messfrequenzbereich ergeben. ANMERKUNG Bewährt haben sich z. B. Spieße mit einer Länge von etwa 500 mm und X-förmigem Querschnitt, gefertigt aus zwei Winkeln von etwa 30  30  4 nach DIN EN 10056-1; es werden auch L-förmige Spieße verwendet. Die Spieße sind an einem Ende über etwa 150 mm zugespitzt und am anderen Ende mit einer Aufschlagplatte (etwa 60 mm  60 mm  10 mm) versehen. Nach dem Entfernen lockerer Bodenschichten werden solche Spieße mit einem Hammer ganz in das Erdreich eingeschlagen. Anschließend wird der vom Schlagen aufgelockerte Boden verfestigt.

Dieses Verfahren für die Ankopplung der Messaufnehmer an das Erdreich hat sich jedoch im Rahmen von Grundsatzuntersuchungen als nicht repräsentativ für die Messung der Schwingungsübertragung von der Erschütterungsquelle zum Gebäudefundament erwiesen [7]. Die Messergebnisse werden in einem erheblichen Umfang von der Stablänge, der Einschlagtiefe, der Höhe des Aufnehmers über der Bodenoberfläche und der Position des Aufnehmers zum Schwerpunkt des Stabes (Exzentrizität) beeinflusst. Außerdem nehmen selbst konisch verlaufende Erdspieße mit einer großen Steifigkeit bei guter Verdichtung der Einbringstelle nur die lokal vorhandene Bewegung der obersten Bodenschicht auf. b)

Eingegrabener Aufnehmer Das Eingraben von Schwingungsaufnehmern im anschließend verdichteten Erdreich ermöglicht eine präzise Bestimmung der Bodenschwingungen in unterschiedlichen Bodenschichten. Dieses Verfahren ist sehr zeitaufwändig. Es stellt erhöhte Anforderungen an die mechanische Robustheit des oder der Aufnehmer und ihre Beständigkeit gegenüber Feuchte. Es eignet sich daher vorzugsweise für Grundsatzuntersuchungen sowie langfristige Trendbeobachtungen.

c)

Bohrlochaufnehmer Eine weitere Möglichkeit der Ankopplung von Schwingungsaufnehmern im Boden ist das Einbringen des oder der Aufnehmer in ein offenes Bohrloch. Bei Bohrungen in Lockergestein erfolgt die Anordnung im Bohrlochtiefsten; bei nichtbindigen Lockergesteinen ist dies meist nur oberhalb des Grundwasserspiegels möglich. Wenn die Messung zur Prognose der Erschütterungseinwirkung auf Bauwerke dient, hat sich eine Messung in einer Tiefe von 1,5 m unter der Geländeoberfläche als repräsentativ erwiesen, da die Schwingungen der Vertikalkomponente in dieser Tiefe ähnlich denen eines späteren Fundaments an gleicher Stelle sind. Das Bohrloch ist z. B. mit einem Erdbohrer herzustellen. Der Grund des Bohrlochs wird festgeklopft. Der mit drei Spitzen, einem Seil und einem aufgesteckten Rohr versehene Bohrlochaufnehmer wird in die Bohrlochsohle eingedrückt. Das Aufsteckrohr wird vor der Messung entfernt. Das Ziehen des Aufnehmers erfolgt mittels des Seils. Bild 2 zeigt mögliche Konstruktionen von Bohrlochaufnehmern.

d)

Aufnehmerankopplung an die Bodenoberfläche mit Hilfe einer Platte Bei diesem Verfahren wird der Aufnehmer in der Mitte einer Platte kraftschlüssig angekoppelt oder bei ausreichender Aufnehmermasse lediglich aufgestellt (z. B. Geophone); Art und Form der Platte werden hier nicht festgelegt. Es ist zu beachten, dass beim Aufstellen ohne weitere Befestigung eine

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ausreichende Stabilität gegen Kippbewegungen gegeben sein muss. Die Platte samt Aufnehmer(n) darf im Hinblick auf ihre Abmessungen und Dichte nicht als Störkörper wirken und/oder im Zusammenwirken mit dem Boden Eigenfrequenzen im Arbeitsfrequenzbereich besitzen. Die Platte mit dem Aufnehmer muss auf einem Sandbett auf der Erdoberfläche sorgfältig eingeschlämmt werden. Tabelle 2 — Übersicht zur Ankopplung an das Erdreich Ankopplungsverfahren

Vorteile

Auf Erdspieß befestigter geringer apparativer Aufnehmer Aufwand schnell und an vielen Stellen anwendbar

Nachteile Werte nur gültig für Erdoberfläche

technische Realisierung siehe 5.3.4.2 a)

liefert insbesondere horizontal ungenaue und schwer reproduzierbare Werte Ergebnisse auch abhängig von Spießgeometrie große Sorgfalt beim Einschlagen und beim Beseitigen lockeren Erdreiches erforderlich

Eingegrabener Aufnehmer

Aufnehmer am Boden eines Bohrlochs (Bohrlochaufnehmer)

gutes Verfahren, um für die jeweilige Tiefe repräsentative Messwerte für die horizontale Komponente zu erhalten

u. U. Abweichungen bei vertikaler siehe 5.3.4.2 b) Komponente apparativ und organisatorisch sehr aufwändig (gegebenenfalls ist ein Schachtschein erforderlich) Aufnehmer werden leicht beschädigt

gute Ergebnisse in horizontaler Richtung

Ergebnisse in vertikaler Richtung bis 1 m Tiefe eher zu niedrig

siehe 5.3.4.2 c)

weniger aufwändig als gegebenenfalls ist ein Schachtschein das Eingraben erforderlich Messung nur auf Bohrlochgrund möglich bei Verwendung von Geophonen großer Bohrlochdurchmesser erforderlich (bis zu 0,2 m) schlechte Kontrollmöglichkeit der Lage des Aufnehmers am Bohrlochgrund

Aufnehmer auf Platte befestigt, die auf einem Sandfundament auf der Erdoberfläche eingeschlämmt ist

bei sorgfältiger Befes- Werte nur gültig für Erdoberfläche tigung vergleichsweise große Sorgfalt beim Aufsetzen und gut reproduzierbar Einschlämmen erforderlich geringer apparativer sorgfältige Beseitigung von lockerem Aufwand Erdreich erforderlich

siehe 5.3.4.2 d)

ANMERKUNG 1 Die Bewertung in obiger Tabelle bezieht sich auf die Übereinstimmung mit den theoretischen Ergebnissen aus der Theorie des homogenen Halbraums sowie auf die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse. ANMERKUNG 2 Es kann unabhängig von der Wahl des verwendeten Messverfahrens nicht davon ausgegangen werden, dass die Schwingungsamplitude im ungestörten Boden und die Schwingungsamplitude eines am gleichen Ort zu errichtenden Fundaments übereinstimmen werden. Die Vergleichbarkeit ist im Allgemeinen zu prüfen und hängt von Wellenlänge, Messtiefe, Messrichtung und Abmessungen des Fundaments ab. Das Messverfahren sollte entsprechend angepasst werden.

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a) Beispiel 1

b) Beispiel 2

Legende 1

Öse zum Ausziehen

2

Bolzen zum Ausrichten

3

Schwingungsaufnehmer

4

Spitzen Bild 2 — Beispiele von Bohrlochaufnehmern

12

c) Rohr zum Eindrücken und Ausrichten

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Durchführung der Messung

6.1

Messzeit

Innerhalb einer Beurteilungszeit ist die Messzeit oder sind die Messzeiten so zu wählen, dass die Schwingungsimmissionen entweder vollständig oder in Ausschnitten erfasst werden, die für die jeweilige Beurteilungszeit repräsentativ sind. Die Messzeiten können aufeinander folgen oder durch Pausen getrennt sein. ANMERKUNG Die richtige Wahl der Messzeit(en) sollte sehr sorgfältig vorgenommen werden, wenn nicht über die gesamte Beurteilungszeit gemessen wird. Die aus zu kurz oder falsch gewählten Messzeiten resultierenden Messabweichungen übertreffen meistens die gerätebedingten Messabweichungen.

6.2

Beurteilungszeit, Beurteilungsdauer

Die Beurteilungszeit wird im Allgemeinen durch die Eigenarten der Immission oder des Objekts vorbestimmt, oder sie ist in bestimmten Regelwerken im Zusammenhang mit Immissionsrichtwerten festgelegt, siehe z. B. VDI 2057 Blatt 1, DIN 4150-1, DIN 4150-2 und DIN 4150-3. Die Beurteilungsdauer beträgt für Einwirkungen auf den Menschen z. B. nach DIN 4150-2 tags 16 h (Beurteilungszeit 6:00 bis 22:00 Uhr) und nachts 8 h (22:00 bis 6:00 Uhr).

6.3

Prüfung der Messeinrichtung

Die Prüfung der Messeinrichtung wird nach folgenden Arten unterschieden:  Erstprüfung: Baumuster- oder Einzelprüfung der Schwingungsmesseinrichtung, die sich auf alle Anforderungen nach DIN 45669-1 erstreckt,  Nachprüfung: Regelmäßige Prüfung von wesentlichen Systemeigenschaften beim Einsatz der Messeinrichtung über einen festgelegten Zeitraum,  Zwischenprüfung: Prüfung einzelner Systemeigenschaften nach besonderen Ereignissen,  Prüfung für den Messeinsatz: Funktionskontrolle, elektrische oder mechanische Kalibrierung bei einer Referenzfrequenz und -amplitude. Der Umfang der jeweiligen Prüfung ist in DIN 45669-3 festgelegt.

6.4

Einflussgrößen für Schwingungsimmissionen

6.4.1

Allgemeines

In Abhängigkeit vom Zweck der Messungen (siehe 5.1.1) sind einzelne, in 6.4.2 bis 6.4.4 aufgeführte Angaben von Bedeutung. Sie sollten soweit wie möglich im Messbericht aufgenommen werden. 6.4.2

Schwingungsquellen

Als Schwingungsquellen kommen Maschinen, Fahrzeuge und Sprengungen in Betracht, zu deren detaillierter Beschreibung erforderlich sind: a)

Maschinen

 Leistungsdaten (Maximalwerte von Drehzahl, Durchsatz oder Leistungsbedarf, Belastung, Hub, bewegte Masse, Pressenkraft und anderes),  Betriebsbedingungen (Leistungsdaten während der Messung), 13

DIN 45669-2:2005-06

 Einsatz- und Produktionsstoffe,  Aufstellungsbedingungen (Ort, Fundamentierung, Schwingungsisolierung, Art, Zustand des Bauwerks),  Betriebsart (kontinuierlich, diskontinuierlich),  Betriebszeiten (z. B. einschichtig 6:00 bis 14:00 Uhr); b) Fahrzeuge  Art, gegebenenfalls Gesamtgewicht, Achslast, Fahrwerk,  Art und Beschaffenheit der Räder,  Ort, Art und Beschaffenheit des Fahrwegs,  Fahrgeschwindigkeit und -richtung,  Zusammensetzung und Dichte des Verkehrs, gegebenenfalls aufgeteilt nach bestimmten Zeiten; c) Sprengungen  Ort, Art der Sprengung,  sprengungstechnische Daten,  abbautechnische Daten,  Häufigkeit und Zeitpunkte der Sprengungen. Im Einzelfall sind auch Schwingungserregungen durch Windkräfte zu berücksichtigen. 6.4.3

Ausbreitung der Schwingungen

Da sich die Schwingungsgrößen bei ihrer Ausbreitung zwischen Schwingungsquelle und Messort ändern, sind in Abhängigkeit vom Zweck der Messungen die Randbedingungen bei der Ausbreitung anzugeben. Hierzu gehören z. B.:  Entfernung zwischen Schwingungsquelle und Messort,  variable Ausbreitungsbedingungen (z. B. gefrorener Boden, Grundwasserstand),  Verbindung des Bauwerks zum umgebenden Baugrund oder zu anderen Gebäuden,  Art des Baugrunds,  Bodenart und gegebenenfalls Schichtung des Bodens zwischen Schwingungsquelle und Messort (Bodenprofil),  Angaben über gegebenenfalls vorhandene Störungen im Untergrund (z. B. Hohlräume, aufgeschütteter Boden).

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6.4.4

Messortbedingte Einflussgrößen

Neben den in Abschnitt 5 genannten Messbedingungen können noch folgende Angaben für den Messort in Abhängigkeit vom Zweck der Messungen wichtig sein und sollten daher erforderlichenfalls im Messbericht festgehalten werden:  Beschreibung des Gebäudes (Art, Anzahl der Stockwerke, Alter und Zustand),  Bauausführung (Fundamentierung, Wände, Geschossdecken),  Art der Nutzung,  Eigenfrequenzen des Gebäudes oder von Gebäudeteilen,  Baugrund,  Verbindung zu anderen Bauwerken,  bei Messungen auf dem Fußboden z. B. Art des Bodenbelages, Aufbau des Fußbodens.

7 7.1

Störeinflüsse Übersicht über mögliche Störeinflüsse

Neben der für die zu messende Immissionsgröße v ursächlichen Schwingungsgröße p der Schwingungsquelle können Störgrößen s nach Bild 3 auftreten: a)

s1: Zusätzliche Schwingungen, deren Einwirkung auf das Messobjekt nicht oder nur sekundär Gegenstand der Mess- oder Beurteilungsaufgabe ist; BEISPIEL Messaufgabe: Schwingungsimmission aufgrund von Straßenverkehr. Störgröße: Zusätzliche Schwingungsimmission aufgrund von Straßenbauarbeiten.

b)

s2: Störsignale, die neben der Eingangsgröße v nach DIN 45669-1 unmittelbar auf den Schwingungsmesser einwirken; BEISPIEL Elektrische, magnetische oder elektromagnetische Felder, die im Schwingungsmesser zur Induzierung von Messsignalen führen, jedoch nicht mit der Eingangsgröße in Verbindung stehen.

c)

s3: Rückwirkungen des Schwingungsmessers auf das Messobjekt. BEISPIEL Rückwirkung des Schwingungsaufnehmers auf das Messobjekt durch Vergrößerung der schwingenden Masse des Messobjekts.

Durch starken Luftschall können Störungen der Art s1 und s2 auftreten.

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DIN 45669-2:2005-06

Bild 3 — Mögliche Störeinflüsse

7.2 7.2.1

Maßnahmen zur Reduzierung der Störeinflüsse Allgemeines

Die in 7.1 angegebenen Arten von Störeinflüssen können nicht immer in gewünschter Weise eliminiert werden, jedoch sollten beim Einsatz des Schwingungsmessers zur Lösung einer Messaufgabe alle Möglichkeiten genutzt werden, die Veränderung der Ausgangssignale durch die Störeinflüsse auf ein Minimum zu reduzieren. Dazu gehören die in 7.2.2 bis 7.2.4 aufgeführten Maßnahmen. 7.2.2

Maßnahmen bei Störeinflüssen der Art s1

Diese Störeinflüsse können, sofern möglich, durch Vergleich der Anzeigegrößen oder Ausgangssignale des Schwingungsmessers mit und ohne Einwirkung der Schwingungsquelle p beurteilt werden. Dazu stellt häufig eine Frequenzanalyse ein wichtiges Hilfsmittel dar. Ein weiteres Hilfsmittel können auch gleichzeitige Messungen in unmittelbarer Nähe der Schwingungsquelle sein. 7.2.3

Maßnahmen bei Störeinflüssen der Art s2

Es ist zu vermeiden, dass elektrische, magnetische oder elektromagnetische Felder auf den Schwingungsmesser einwirken. Solche entstehen z. B. durch  Sendebetrieb bei Funkgeräten,  Starkstromleitungen,  Hochfrequenz-Schweißgeräte,  funkenerzeugende Geräte (z. B. Metallpapier-Schreiber). Die Auswirkungen von nicht vermeidbaren elektromagnetischen Feldern können vermindert werden z. B. durch  Abschirmung der Leitung,  Verwendung verdrillter Leitungen,  nur einseitige, in der Regel verstärkerseitige Erdung der Abschirmung,  erdsymmetrischen Anschluss der Messwertaufnehmer, z. B. mit Hilfe eines Differenzverstärkers,  nicht parallele Verlegung von Messleitungen zu Starkstromleitungen,  elektrisch isolierte Montage der Schwingungsaufnehmer oder des Schwingungsmessers,  Verwendung von Trennverstärkern. Leitungen in Systemen mit hohem Innenwiderstand sind vor starken Schwingbeanspruchungen zu schützen.

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DIN 45669-2:2005-06

7.2.4

Maßnahmen bei Störeinflüssen der Art s3

Die am Messobjekt angekoppelte Masse des Schwingungsaufnehmers einschließlich der Ankopplungsvorrichtung oder die des Schwingungsmessers sollte höchstens 1/100 der mitschwingenden Masse des Messobjekts betragen. Falls sich diese nicht wenigstens grob abschätzen lässt (unter Berücksichtigung der Wellenlänge bei der höchsten Signalfrequenz), kann probeweise die Aufnehmermasse durch eine mit dem Aufnehmer nicht gekoppelte, aber eng benachbarte Zusatzmasse gleicher Größenordnung ergänzt werden. Ändert sich dann der Wert der gemessenen Schwingungsgröße merklich, so liegt ein Anhaltspunkt für die Notwendigkeit einer Korrektur dieser systematischen Abweichung vor, die eventuell durch weitere Probemessungen mit anderen Zusatzmassen noch zu erhärten ist.

8

Gerätebedingte und durch Ankopplung verursachte Messabweichungen

8.1

Messabweichungen, bedingt durch den Schwingungsmesser

Durch die Erfüllung der in DIN 45669-1 festgelegten Einzelanforderungen an Schwingungsmesser können gerätetechnisch bedingte Messabweichungen klein gehalten werden. Aufgrund der in DIN 45669-1 erlaubten Einzelabweichungen ist zu erwarten, dass die Messabweichung einer einzelnen Anzeigegröße unabhängig von der Signalart die Vertrauensgrenzen nach Tabelle 3 mit hohem statistischen Vertrauensniveau einhält. Tabelle 3 — Vertrauensgrenzen der gerätebedingten Messabweichung Vertrauensgrenze Messwerte

% Klasse 1

Klasse 2

Effektivwertbasierte Messwerte

15

25

Spitzenwerte

20

35

Davon ausgenommen sind solche erkennbaren Sonderfälle, z. B. stark stoßhaltige Schwingungen, dominante Frequenzkomponenten an den Rändern des Arbeitsfrequenzbereichs oder extreme Querschwingungen, in denen die Messabweichung wesentlich über die nach Tabelle 3 zu erwartenden Grenzen hinauswachsen kann.

8.2 8.2.1

Messabweichungen aufgrund der Ankopplung des Schwingungsaufnehmers Ankopplung bei harten Unterlagen

Bei Verwendung einer Ankopplungsvorrichtung für Schwingungsaufnehmer nach Bild 1 b) ist unter Beachtung der Grundsätze nach 5.3 die Messabweichung vernachlässigbar gering. 8.2.2

Ankopplung bei weichen Unterlagen

Bei Messungen in vertikaler Richtung können die Messabweichungen auf ein Minimum begrenzt werden, wenn eine Ankopplungsvorrichtung für Schwingungsaufnehmer nach Bild 1 a) verwendet wird. Weitgehend unverfälschte Messungen in horizontaler Richtung sind ebenfalls unter Verwendung der Ankopplungsvorrichtung nach Bild 1 a) möglich, jedoch nur im Frequenzbereich bis 40 Hz. Unter Beachtung der Grundsätze nach 5.3 und nach DIN ISO 5348 ist die Messabweichung der maximalen bewerteten Schwingstärke bei vertikalen Messungen bis f = 80 Hz und bei horizontalen Messungen bis f = 40 Hz zu vernachlässigen. 17

DIN 45669-2:2005-06

8.2.3

Ankopplung an das Erdreich

Bei der Ankopplung von Schwingungsaufnehmern an das Erdreich (siehe 5.3.4) muss auf eine gute Kopplung geachtet werden. Zur Minimierung einer Messabweichung, verursacht durch die Ankopplung des Schwingungsaufnehmers an das Erdreich, sind die Hinweise zu den möglichen Ankopplungsverfahren in Tabelle 2 zu beachten. Entsprechend der Messaufgabe ist das Ankopplungsverfahren zu verwenden, von dem die geringsten Messabweichungen erwartet werden können.

8.3

Messabweichungen aufgrund der Leitungsverbindung

Bei Schwingungsaufnehmern mit großem Innenwiderstand, z. B. bei piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmern, können Leitungsbewegungen zu Änderungen der Leitungskapazität oder der Ladungsverteilung und damit zu elektrischen Störsignalen (Messabweichungen) führen (triboelektrischer Effekt). Aus diesem Grunde sollten möglichst rauscharme Koaxial-Messleitungen Verwendung finden, die derart zu verlegen sind, dass keine Relativbewegungen zu dem schwingenden Objekt auftreten können.

8.4

Messabweichungen aufgrund weiterer Störeinflüsse

Gelegentlich sind noch Messabweichungen durch folgende Störeinflüsse von Bedeutung:  hohe Querempfindlichkeit der Schwingungsaufnehmer gegenüber ihrer Hauptmessrichtung,  Einfluss der Luftfeuchte bei Außenmessungen. Störungen, die aus der Hochohmigkeit der Messkette resultieren, lassen sich in den meisten Fällen durch die Verwendung von solchen Aufnehmern vermeiden, bei denen das Messelement und die Vorverstärkerelektronik in demselben Gehäuse integriert sind.

9

Messbericht

Der Messbericht muss folgende Angaben enthalten: a)

Institution, die die Messungen durchführt, verantwortlicher Messleiter;

b)

Zweck der Messung;

c)

Messobjekt;

d)

Messgeräte;

e)

Messbedingungen: Messorte, Lageplan, Messrichtungen, Ankopplung der Schwingungsaufnehmer an das Messobjekt;

f)

Durchführung der Messungen, also Messzeit(en), Beurteilungszeit und Einflussgrößen für Schwingungsimmissionen (Schwingungsquelle, Ausbreitung der Schwingungen, messortbedingte Einflussgrößen);

g)

Messergebnisse: Anzeigegrößen und Ausgangssignale nach DIN 45669-1;

h)

Störeinflüsse;

i)

subjektive Beobachtungen (Spürbarkeit, Sekundäreffekte, wie Klappern von Gegenständen).

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DIN 45669-2:2005-06

Literaturhinweise

[1]

DIN 1319-3, Grundlagen der Messtechnik — Teil 3: Auswertung von Messungen einer einzelnen Messgröße, Messunsicherheit

[2]

DIN 45672-1, Schwingungsmessungen in der Umgebung von Schienenverkehrswegen — Messverfahren

[3]

DIN EN 10056-1, Gleichschenklige und ungleichschenklige Winkel aus Stahl — Teil 1: Maße

[4]

Haupt, W. Schwingungsmessung in der Geotechnik; Messen in der Geotechnik, Mitteilungen des Instituts für Grundbau und Bodenmechanik, Technische Universität Braunschweig, H 50, 1996

[5]

Lindner, S.; Pfeifer, G. Probleme der Schwingungsmessung an der Erdoberfläche als Folge der Wellenausbreitung in der obersten Erdbodenschicht; Fortschritte der Akustik; 24. Jahrestagung für Akustik, DAGA 98, Zürich 1998

[6]

Melke, J. Durchführung von Immissionsprognosen für Schwingungs- und Körperschalleinwirkungen; Bericht 107 der Landesanstalt für Immissionsschutz Nordrhein-Westfalen, 1992

[7]

Pellkofer, T. Messtechnisches Verfahren zur Erfassung von Schwingungen des Erdbodens in Oberflächennähe; Diplomarbeit an der Technischen Universität Dresden, Institut für Technische Akustik, 1998

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