Offenporiger Asphalt (OPA) Wirkungen auf Verkehrssicherheit und Verkehrslärm

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1 Lehrstuhl für Straßenplanung und Straßenbau Offenporiger Asphalt (OPA) Wirkungen auf Verkehrssicherheit und Verkehrslärm 5. Deutsch-Russische Verkehrssicherheitskonferenz Irkutsk, Prof. Dr.-Ing. Wolfram Ressel

2 Inhalt Straßenverkehrslärm und Wirkungen von Offenporigem Asphalt (OPA) Entstehung von Aquaplaning und Wirkungen von Offenporigem Asphalt Nachteile und Einsatzgrenzen von Offenporigem Asphalt Strömungssimulation Strukturanalysen des Offenporigen Asphalts 2

3 Wirkung und Entstehung STRASSENVERKEHRSLÄRM 3

4 Anteile in Prozent Wirkung Lärmbelästigung der Bevölkerung mittelmäßig belästigt stark oder äußerst belästigt (LfU, 2004) Lärm ist eben kein Lärm, sondern Schall, der zur falschen Zeit am falschen Ort zu hören ist (Palmerston) 4

5 Wirkung Physische Auswirkungen Akute Gehörschäden in Extremfällen, Lärmschwerhörigkeit Physiologische Reaktionen z.b. Erhöhtes Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen Schlafstörungen Psychische Auswirkungen Nervosität Störung des Wohlbefindens, üble Laune Abnahme des Konzentrationsvermögens und der Lernfähigkeit Soziale Auswirkungen Störung der Sprachverständlichkeit, dadurch Störung der Kommunikation Veränderung des Wohnverhaltens Veränderung der Sozialstruktur (ruhige Wohnlagen sind teurer als laute) Beeinträchtigung des Sozialverhaltens, u.a. Abnahme der Hilfsbereitschaft Ökonomische Auswirkungen Kosten für Gesundheitsbeeinträchtigungen infolge Lärm Wertminderung von Grundstücken Kosten für Fehler, die durch die Leistungsminderung und infolge von Lärm entstehen 105 Mio. /Jahr zur Lärmvorsorge (bei Aus- und Neubaumaßnahmen) an Bundesfernstraßen (BMVBW, 2001) (LfU, 2007) 5

6 Entstehung Straßenlärm Interaktion Reifen/Fahrbahn Mechanische Schwingungen, Frequenzen < 1 khz (tieffrequent) Aerodynamische Effekte, Frequenzen > 1 khz (hochfrequent) 6

7 OPA Lärmmindernde Wirkung Reduzierung der aerodynamischen Effekte Airpumping Horn-Effekt Wirkung als poröser Absorber Absorptionsgrad abhängig vom Hohlraumgehalt Lage der Absorptionsmaxima abhängig von Schichtdicke Breite der Absorptionsmaxima abhängig von Strömungswiderstand Verschiebung in bestimmte Frequenzbereiche möglich! 7

8 OPA Lärmmindernde Wirkung Sieblinien Asphaltmischgut Entwicklung Hohlraumgehalt Generation Zeitraum Hohlraumgehalt % % heute > 22 % 8

9 Absorptionsgrad in % Hohlraumgehalt Hohlraumgehalt OPA Lärmmindernde Wirkung Absorptionsfrequenzgang und Anpassung eines idealen offenporigen Asphalts 100 Schichtdicke 80 Schichtdicke 60 Strömungswiderstand Strömungswiderstand , , , Frequenz in Hz 9

10 Wirkung und Entstehung AQUAPLANING 10

11 Aquaplaning Entstehungsmechanismus Reifen kann Wasser nicht mehr schnell genug verdrängen Wasserkeil schiebt sich unter den Reifen kein Kontakt zwischen Reifen und Fahrbahn keine Übertragung von Kräften 11

12 Aquaplaning Einflussfaktoren Regenintensität Rauheit des Fahrbahnbelags Trassierung Geschwindigkeit Reifenprofiltiefe Wasserfilmdicke Aquaplaninggeschwindigkeit Simulationsbeispiel Aquaplaning auf dreistreifiger Richtungsfahrbahn (ISV) 12

13 Entwässerung Vorteile beim Einsatz von OPA Verminderung der Aquaplaninggefahr Geringere Sprühfahnenbildung und Blendwirkung Rückhaltevermögen von Niederschlagswasser 13

14 OPA aus asphalttechnologischer Sicht Abdichtung über der Binderschicht (SAMI-Schicht) kein Einsickern des Wassers in tiefere Schichten Einlagige oder zweilagige Ausführung (Zweilagig (ZWOPA)): grobkörnige untere Schicht und feinkörnige obere Schicht OPA OPA (einschichtig) OPA (einschichtig) ZWOPA ZWOPA (zweischichtig) ZWOPA (zweischichtig) Abdichtung Abdichtung Offenporiger Offenporiger Asphalt Asphalt ~ 4cm ~ 4cm Abdichtung Abdichtung Trag & Trag Binderschicht & Binderschicht Feinkörnige Feinkörnige Schicht Schicht ~ 2cm ~ 2cm Grobkörnige Grobkörnige Schicht Schicht ~ 5cm ~ 5cm Trag & Trag Binderschicht & Binderschicht 14

15 Nachteile und Einsatzgrenzen OFFENPORIGER ASPHALT (OPA) 15

16 Eigenschaften von OPA Nachteile Winterdienst Niedrigere Oberflächentemperatur als geschlossene Decken Feuchtigkeit kann in der Deckschicht gespeichert werden Reifbildung Tausalz sickert in die Decke ein und steht an der Oberfläche nicht mehr zur Verfügung erhöhter Salzbedarf Probleme mit Schneeräumung und Schneeketten Kornausbrüche Hohe technische Anforderungen an die Mineralstoffe und das Bitumen (Polierresistenz, Schlagzertrümmerung, Haftung des Bitumens) Kosten Stärkere Alterung und Versprödung des Bitumens durch vermehrten Luftzutritt Erhöhte Gefahr von Kornausbrüchen Griffigkeit, Spurrinnen Erhaltung Flickstellen unterbrechen die offenporige Struktur hinsichtlich der Entwässerung Verlust der Lärmminderung durch Verschmutzung 16

17 OPA Verschmutzung Verschiedene Verschmutzungsmechanismen Adhäsion an Porenwänden Einbettung von Schmutzpartikeln in den Bitumenfilm Verfüllung/Verstopfung von Poren Eigenverschmutzung durch Fülleransammlungen und deren Herausbrechen aus dem Verbund herausgebrochene Bitumenpartikel Wirkungsweise der Verschmutzung Verringerung des Hohlraumgehalts Unterbrechung des zusammenhängenden Porenraums geringere Schallabsorption 17

18 OPA Verschmutzungszustände unverschmutzt verschmutzt Rasterelektronenmikroskopie Hohlraum Gestein/ Mineralstoff Bitumenfilm Polarisationsmikroskopie 18

19 Lösungen Hochdruckreinigung mit Wasser Methode 1: konventionell Methode 2: Neuer Ansatz Reinigungsergebnisse sind noch nicht zufriedenstellend! Veränderung der Porenoberflächeneigenschaften Beschichtung Methode 3: ISV keinen negativen Einfluss auf das akustische Verhalten Schmutzauswaschung bei Beregnung und Verschmutzung größer Drainagevermögen geringer 19

20 Simulation des Lebenszyklus OFFENPORIGER ASPHALT (OPA) 20

21 Vom Großversuch zum Computermodell Ziele: Computermodell des Lebenszyklus Offenporiger Asphalt Verkürzung der Testzyklen Besseres Verständnis der Prozesse und Verbesserung der akustischen Lebensdauer 21

22 Strömungs- und Transportsimulation in OPA Digitalisierung Computertomografische Erfassung Auflösung 1 : µm/voxel Rekonstruktion der Oberflächen Berechnung von Isoflächen Rekonstruktion der Geometrie Simulation Lösung der diskreten Boltzmann-Gleichung Modellierung des Transports auf zwei Skalen: Explizit modellierte Partikel Kleinstpartikel über Konzentration Kooperation mit der TU Braunschweig 22

23 Rekonstruktion der Oberflächen 23

24 Lehrstuhl für Straßenplanung und Straßenbau Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!