Lärmreduzierung auf kommunalen Straßen mit Asphalt

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1 Lärmreduzierung auf kommunalen Straßen mit Asphalt Dipl.-Ing. Daniel Gogolin Lehrstuhl für Verkehrswegebau Ruhr-Universität Bochum Gebäude IA 2/ Bochum Telefon Telefax Internet:

2 Übersicht 1. Ursachen und Entstehung von Straßenverkehrslärm 2. Akustisch relevante Merkmale von Fahrbahnbelägen 3. Konventionelle Beläge zur Lärmreduzierung 4. Innovative Beläge zur Lärmreduzierung 5. Zusammenfassung 2

3 1. Ursachen und Entstehung von Straßenverkehrslärm 3

4 Ursachen von Straßenverkehrslärm Das Motorgeräusch Lärm von Reifen und Fahrbahn Geräusche von Fahrtwind (aerodynamisch erzeugter Lärm) Geräusche die vom Fahrzeugfahrer verursacht werden (Hupen, Reifen-Quietschen, Sound aus der Stereoanlage, etc.) 4

5 Anteil der Rollgeräusche an der Gesamtemission auf dichten Standard-Fahrbahnbelägen (AC D, SMA) Quelle: Beckenbauer 5

6 Einfluss auf das Reifen-Fahrbahn-Geräusch Regen erhöht die Lärmemission im hohen Frequenzbereich Kanaldeckelschlag beim Überfahren Fugen und Rillen lösen Schlaggeräusche aus Allgemeine Unebenheiten in der Fahrbahn Beschaffenheit / Textur der Fahrbahnoberfläche 6

7 Entstehung von Reifen-Fahrbahn-Geräuschen 1 Vibration des ganzen Reifens (Reifendecke) 2 Vibrieren der Profilblöcke 3 Air-Pumping mit Pfeifen 4 Schlupf 5 Air-Pumping mit Sog 6 Tangentiale und radiale Vibration der Profilblöcke 7 Horn-Effekt mit bis zu 20 db(a) 7

8 Dominante Erzeugungsmechanismen für die Rollgeräusche Vibration / Schwingungsanregung des Reifens Die Reifendecke wird beim Überrollen von Texturspitzen eingedrückt Beim Zurückspringen strahlt der Reifen Luftschall in einem Frequenzbereich unter Hz ab Je rauer/unebener die Fahrbahnoberfläche ist, desto intensiver wird das erzeugte Reifengeräusch 8

9 Dominante Erzeugungsmechanismen für die Rollgeräusche Air-Pumping Zwischen dem Profil der Reifen und der Straßenoberfläche wird Luft eingeschlossen und komprimiert Durch das Einsaugen und Herauspressen entsteht Luftschall im Frequenzbereich über 800 Hz Je geringer die Makrotexturtiefe der Deckschicht ist, desto intensiver ist die Geräuschentwicklung durch Air-Pumping 9

10 2. Akustische relevante Merkmale von Fahrbahnbelägen 10

11 Allgemeine lärmtechnische Randbedingungen Die Länge der Baumaßnahme sollte aus bautechnischen und aus Gründen der Lärmreduzierung mindestens 500 m betragen lärmarme Fahrbahnmarkierungen mit geringer Schichtdicke wählen (besonders in den Quermarkierungen) Die Unterlage (Binderschicht) der Decke sollte möglichst eben sein

12 Akustisch relevante Merkmale von Fahrbahnbelägen 12

13 Akustisch relevante Merkmale von Fahrbahnbelägen Asphaltdeckschichttyp offenporig Lärmreduzierung durch Offenporigkeit (vertikal) 13

14 Offenporige Asphaltdeckschichten Offenporiger Asphalt (PA) Zweischichtiger offenporiger Asphalt (2PA) ZTV Asphalt-StB 07 M OPA (Entwurf) PA 11, PA 8, PA 5 Ausfallkörnung, Einkorngemisch Obere Schicht (2,5-3,5 cm) : PA 8 Untere Schicht (4-6 cm) : PA 11/ PA16 Hohlraumgehalt: 24 bis 28 Vol.-% Nach RLS 90 für Geschwindigkeiten > 90 km/h: D Stro von -5 db(a) 14

15 Zweischichtiger offenporiger Asphalt PA 8 PA 16 15

16 Nachteile des OPA im kommunalen Straßenbau Geringe Wirkungs- / Nutzungsdauer 6 bis 10 Jahre Anfälligkeit auf Schub- und Scherkräfte Besondere Anforderungen an den Winterdienst Stärkere Verschmutzung der Hohlräume zu erwarten Probleme bei Aufgrabungen und Flickstellen Besondere Anforderungen an die Niederschlagsentwässerung Für den kommunalen Straßenbau i.d.r. nicht geeignet 16

17 Akustisch relevante Merkmale von Fahrbahnbelägen Asphaltdeckschichttyp dicht Lärmreduzierung durch Oberflächentextur (horizontal) 17

18 Unterscheidung konvexer Gestalt ( Gebirge mit Tälern ) und konkaver Gestalt ( Plateaus mit Schluchten ) g = Gestaltfaktor 18

19 Unterscheidung konvexer Gestalt ( Gebirge mit Tälern ) und konkaver Gestalt ( Plateaus mit Schluchten ) Gussasphalt (MA 8 S) -> Gestaltfaktor 48 % LOA 5 D -> Gestaltfaktor 84 % 19

20 Unterscheidung konvexer Gestalt ( Gebirge mit Tälern ) und konkaver Gestalt ( Plateaus mit Schluchten ) Gussasphalt ( MA 8 S) -> Gestaltfaktor 48 % LOA 5 D -> Gestaltfaktor 84 % 20

21 Akustisch relevante Merkmale von Fahrbahnbelägen 21

22 3. Möglichkeiten zur Lärmreduzierung mit konventionellen Fahrbahnbelägen

23 Grundsätzlich nach den technischen Regelwerken mögliche Fahrbahnbeläge für den kommunalen Bereich Asphaltbeton (ZTV/TL Asphalt StB 07) Splittmastixasphalt (ZTV/TL Asphalt StB 07) Gussasphalt (ZTV/TL Asphalt StB 07) Dünne Asphaltdeckschicht im Heißeinbau auf Versiegelung (ZTV BEA StB 09) 23

24 Asphaltbeton 24

25 Asphaltbeton AC 8 D S Eigenschaften Asphaltbeton generell übliche Bauweise innerorts Mischgut AC 8 D S für höher belastete Straßen Bestandteil der technischen Regelwerke, daher leicht auszuschreiben Relativ neutrale, dichte Oberfläche Wenig Reifenschwingungen Bei höheren Geschwindigkeiten anfällig für Air-Pumping D stro -Wert -2 db (A) 25

26 Splittmastixasphalt 26

27 Splittmastixasphalt SMA 8 S / 5 S Eigenschaften Mischgut SMA 8 S für höher belastete Straßen Bestandteil der technischen Regelwerke, daher leicht auszuschreiben D stro -Wert -2 db (A) Bessere lärmtechnische Wirkung kann durch Verringerung des Größtkorns auf 5 mm erreicht werden Mischgut SMA 5 S für höher belastete Straßen Bestandteil der TL aber nicht der ZTV Asphalt-StB 07, sondern der ZTV BEA-StB 09 27

28 Konventioneller Gussasphalt nach ZTV Asphalt-StB 07 - Verfahren A - MA 11 S, MA 8 S, MA 5 S Abstreumaterial: Leicht mit Bindemittel umhüllte grobe Gk 2/5 (gut streufähig) 12 bis 15 kg/m² maschinell oder von Hand Einwalzen des Abstreumaterials mit Gummiradund/oder Glattmantelwalze 28

29 6. Gussasphalt Oberflächenstruktur nach der Abstreuung Unregelmäßige Abstreuung, mehrlagige Kornschichtung Oberflächenstruktur nach Walzvorgang und Reinigung unregelmäßige, konvexe Oberflächenstruktur 29

30 Konventioneller Gussasphalt nach ZTV Asphalt-StB 07 - Verfahren B - MA 8 S, MA 5 S (lärmverbesserter Gussasphalt) Abstreumaterial: Leicht mit Bindemittel umhüllte enggestufte grobe Gk 2/3 Frisch produziert und staubfrei Transport des Materials in thermoisolierten Fahrzeugen Heiß auf die Oberfläche des Gussasphaltes aufgebracht 10 bis 12 kg/m² maschinell und gleichmäßig Einbinden erfolgt unter Eigenlast (kein Walzen) 30

31 Oberflächenstruktur nach der Abstreuung Regelmäßigere Verteilung des Abstreumaterials Oberflächenstruktur nach dem Einbinden und Reinigung regelmäßigere, Oberflächenstruktur, Kornstruktur geprägt durch flachliegende Körner 31

32 Lärmverbesserter Gussasphalt nach Verfahren B Mit ARS Nr. 22/2010 vom als Lärmmindernde Bauweise in die RLS-90 aufgenommen (D stro = -2 db(a)) 32

33 Dünne Asphaltdeckschicht im Heißeinbau auf Versiegelung Anwendung Bauliche Erhaltungsmaßnahme verankert in der ZTV-BEA StB 09 Auf allen Arten von Verkehrsflächenbefestigungen Durch die geringe Einbauhöhe besonders geeignet für den kommunalen Straßenbau (Einbauten/Zwangspunkte) Erfolgreiche lebensverlängernde Anwendung und Verbesserung der Oberflächeneigenschaften auf Autobahnen 33

34 Dünne Asphaltdeckschicht im Heißeinbau auf Versiegelung Verbesserung der Oberflächeneigenschaften Ebenheit Versiegelung der Unterlage Griffigkeit Lärmemission Helligkeit/Reflexionseigenschaften 34

35 Dünne Asphaltdeckschicht im Heißeinbau auf Versiegelung 35

36 Dünne Asphaltdeckschicht im Heißeinbau auf Versiegelung Herstellung Sprühfertiger (Ansprühen + Mischguteinbau = ein Arbeitsgang) Mindesteinbaumenge nach Größtkorn - Größtkorn 5 mm: kg/m 2 - Größtkorn 8 mm: kg/m 2 Schnellstmöglicher Beginn des Walzens Statisch oder oszillierend wirkende Glattmantelwalzen Durch offenere Textur gegebene hohe Anfangsgriffigkeit, Abstumpfen nicht erforderlich 36

37 Dünne Asphaltdeckschicht im Heißeinbau auf Versiegelung Anforderungen an die fertige Schicht Ebenheit abhängig von der Unterlage Verdichtungsgrad 96 % (sofern Ebenheit der Unterlage 10 mm/4 m) Keine Anforderung an den Hohlraumgehalt (prüftechnisch bedingt) Schichtenverbund DSH-V 1,0 N/mm 2 37

38 Dünne Asphaltdeckschicht im Heißeinbau auf Versiegelung 38

39 Dünne Asphaltdeckschicht im Heißeinbau auf Versiegelung 39

40 4. Möglichkeiten zur Lärmreduzierung mit innovativen Fahrbahnbelägen

41 Innovative lärmmindernde Beläge für den kommunalen Bereich (Splittmastixasphalt lärmarm (SMA 8 LA)) Gussasphalt mit offenporiger Oberfläche (PMA) Lärmoptimierte Asphaltdeckschicht (LOA 5 D) 41

42 Splittmastixasphalt lärmarm (SMA LA) Splittmastixasphalt lärmarm (SMA LA) Stellungnahme ARBEITSAUSSCHUSS 7.3 FGSV AK Hohlraumgehalt: Vol.-% Kornverteilungslinie zwischen PA und SMA Aufgrund des hohen Hohlraumgehaltes vergleichbare Problematik im kommunalen Bereich wie beim PA 42

43 PMA Gussasphalt mit offenporiger Oberfläche Entwicklung durch Straßen.NRW Bisher verbaut: 2008 auf A auf A auf A4 Weiterentwicklung des klassischen Gussasphalts (MA) Klassischer Gussasphalt 43

44 PMA Gussasphalt mit offenporiger Oberfläche Im Das unteren einzelne Bereich Gesteinskorn der Deckschicht ist flach setzt ausgerichtet, sich der feinkörnige, die Erreichung eines Hohlraumgehaltes von bis zu 20 Vol.-% bindemittelreiche Kanten des Gesteinskornes Mörtel den Hohlräumen sind frei zugänglich, des Splittgerüstes wenig ab, so im oberflächennahen Bereich (OPA ähnlich) dass dort eine Mörtel dichte an Schicht der Oberfläche. (wie Gussasphalt) vorliegt. Quelle: Straßen.NRW 44

45 PMA Gussasphalt mit offenporiger Oberfläche Erhöhung des Anteils grober Gesteinskörnungen auf 70 M.-% (MA: 50 M.-%) Verwendung von niedrigviskosem Bitumen für temperaturabgesenkten Asphalt Besserer Abtrag von Scherkräften, da die Schichten direkt ineinander übergehen Annäherung an die ideale Oberfläche Plateau mit Schluchten mit einer mittleren Texturtiefe von 1,25 mm 45

46 Herstellung und Einbau des PMA (1) Selbstverdichtender Asphalt und Einbau wie bei einem MA Temperatur an der Mischanlage ca. 190 bis 200 C Mischguttransport im Rührwerkskessel oder im offenen LKW Einbautemperatur ca. 180 C Einbau mit Straßenfertiger oder mit Gussasphaltbohle Einbau möglichst mit Beschicker konstanter Einbau, gleichmäßige Fertigergeschwindigkeit möglichst kein Stillstand, sonst negativer Einfluss auf Ebenflächigkeit und somit auf Lärmpegelminderung 46

47 Herstellung und Einbau des PMA (2) Keine erhöhte Anforderung an die Ebenflächigkeit des Binders Keine Abdichtung des Binders erforderlich Beim Einbau werden Walzen (leicht statisch) eingesetzt, die jedoch nicht die Aufgabe haben den Asphalt zu verdichten, sie dienen lediglich dazu die Gesteinskörnung flach auszurichten und Ungleichmäßigkeiten durch die Bohlen zu ebnen ( Bügeln ) Einbau mit minimaler Vorverdichtung durch Tamper (Stampfmesser), ca. 1/3 der üblichen Energie, keine Vibration der Bohle Keine Abstumpfungsmaßnahmen 47

48 DAV Informationsveranstaltung PMA Gussasphalt mit offenporiger Oberfläche APMA 44, AK Neersen (PMA 5 24, nach Einbau) 5 Einbau auf der A Leistra 2 Bohrkern A 44, PMA 5 Durch diesen Aufbau konnte bei Probestrecken eine Lärmminderung von -4 db(a) (SPB-Pegel) im Vergleich zu SMA 0/8 S festgestellt werden Quelle: Straßen.NRW

49 LOA 5 D Konzept Lärmminderung über eine dichte Deckschicht mit konkaver Oberflächentextur Standfeste und verformungsarme Mischgutzusammensetzung Größtkorn von 5 mm und angestrebter Hohlraumgehalt von 5,0 bis 6,0 Vol.-% Dünnschichtiger Einbau mit einer Dicke von 2,5 cm Der Asphalt muss reparaturfreundlich sein (Aufgrabungen) Der Asphalt muss schnell verfügbar, einfach herzustellen und mit herkömmlicher Einbautechnologie zu verarbeiten sein Der Asphalt muss wirtschaftlich sein 49

50 Vorgaben an die Mischgutzusammensetzung Baustoffe Einheit LOA 5 D Gesteinskörnungen (Lieferkörnung) - Anteil gebrochener Kornoberflächen - C 100/0 (C 95/1 ) - Widerstand gegen Zertrümmerung - SZ 18 /LA 20 - Widerstand gegen Polieren - PSV angegeben (51) Bindemittelsorte / -art - 25/55-55* Zusammensetzung Asphaltmischgut Kornanteil < 0,063 M.-% Kornanteil > 2 M.-% Kornanteil > 5,6 Hinweise zur Umsetzung: M.-% < 10 Kornanteil > 8 M.-% - Bindemittelvolumen Vol.-% 12,5 bis 13,5 Asphaltmischgut minimaler Hohlraumgehalt MPK Vol.-% V min 5,0 Maximaler Hohlraumgehalt MPK Vol.-% V max 6,0 Hohlraumausfüllungsgrad % 65 bis 70 Proportionale Spurrinnentiefe % < 4 * bisher verwendete Bitumensorte 50

51 Vorgaben* an die Asphaltdeckschicht Asphaltschicht Einheit LOA 5 D Dicke cm 2,5 Verdichtungsgrad % 97 Ebenheit (4 m-messstrecke) mm 3 Mittlere Makrotexturtiefe der verdichteten Oberfläche mm 0,6 bis 0,7 Gestaltfaktor % > 80 * Ergänzend bzw. Abweichend von der ZTV Asphalt-StB 07 51

52 Oberflächentexturen vor der Lichtsignalanlage Nach dem Einbau Nach 10 Monaten Nach 19 Monaten Keine abstumpfenden Maßnahmen!! 52

53 Lärmmessungen vorher/nachher in Essen 53

54 Statistische Vorbeifahrt Messungen der BASt Straßenoberfläche Referenzwert nach RLS-90 umgerechnet auf den Vorbeifahrpegel für Pkw Splittmastixasphalte (SMA) Dünnschicht im Kalteinbau (DSK) Lärmarme Splittmastixasphalte (SMA LA) L in db(a) bei zulässiger Höchstgeschwindigkeit von 30 km/h 40 km/h 50 km/h 80 km/h 66,6 68,8 71,0 77,1 65,2 68,7 71,9 70,0 74,8-5,5 db(a) Asphaltbetone (AC D) 62,6 66,3 69,5 LOA 5 D 71,6 Quelle: asphalt 54

55 Vermeidung von Bauschäden Geringe Einbaudicken bei Asphaltdeckschichten führen zu einem schnelleren Auskühlen des Mischgutes! Einbautemperatur einhalten (mind. 150 C bei Anlieferung auf Baustelle) Einbau bei allgemein schlechten Witterungsverhältnisse (Niederschlag, Wind, etc.) vermeiden Zu lange Standzeiten beim Einbau vermeiden Optimale Walzenlogistik Umgebungs-/Oberflächentemperatur (> 10 C) beachten (NV-Bitumen) 55

56 6. Zusammenfassung Der Einsatz offenporige Asphaltdeckschichten im kommunalen Bereich ist nicht empfehlenswert Die konventionellen Deckschichten aus Walzasphalt (SMA, AC D) können lärmtechnisch durch Verringerung des Größtkorns und erhöhte Anforderung an die Ebenheit verbessert werden Durch eine gezielte Auswahl des Abstreusplittes und Verzicht auf das Walzen lässt sich der konventionellen Gussasphalt lärmtechnisch verbessern 56

57 6. Zusammenfassung Neue Beläge wie der PMA, der LOA 5 D oder die DSH-V 5 bieten großes Potential zur aktiven Reduzierung des PKW-Lärms Der dünnschichtige Einbau verlangt ein optimales Einbaumanagement (Temperatur/Verdichtung) Die Entwicklung der Pilotstrecken wird weiterhin beobachtet (lärmtechnisch/bautechnisch) 57

58 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!