Die aktuelle Generation und Neuentwicklungen handgeführter Verdichtungsgeräte im Grabeneinsatz Ermittlung von Expositionsdaten

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1 Die aktuelle Generation und Neuentwicklungen handgeführter Verdichtungsgeräte im Grabeneinsatz Ermittlung von Expositionsdaten Dr. Christoph Emmel und Dipl.-Ing. Reinhold Hartdegen, München Auf einer Vielfalt von Baustellen werden Verdichtungsgeräte mit Verbrennungsmotoren eingesetzt, deren gesundheitsgefährliche Abgase insbesondere in Gräben zu einer Gefährdung der Gerätebediener führen können. Um eine mögliche Gefährdung der Gerätebediener abschätzen zu können, wurden von der BG BAU vor einigen Jahren Messungen auf Baustellen und in einem Versuchsgraben durchgeführt [1]. Dabei hatte sich gezeigt, dass beim ebenerdigen Verdichten eine eher geringe Gefährdung zu erwarten ist. Dagegen muss in Gräben je nach eingesetzter Maschine und deren Wartungszustand mit hohen Gefahrstoffkonzentrationen gerechnet werden [2, 3]. Zwischenzeitlich haben zunehmend schärfere Richtlinien zu einer fortwährenden Weiterentwicklung der Maschinen durch die Hersteller geführt [4]. Dabei wurde auch der Abgasausstoß der Maschinen (Emission) entsprechend den verschärften Abgasrichtlinien weiter reduziert. Doch auch die Anschaffung von CE-zertifizierten Maschinen enthebt den Arbeitgeber nicht von seiner Pflicht, im Rahmen einer Gefährdungsbeurteilung die Gefährdung seiner Mitarbeiter unter den Bedingungen des Arbeitsplatzes also vordringlich im Graben zu bewerten und erforderlichenfalls notwendige Maßnahmen zu ergreifen. Da eine jeweils auf den Baustellen durchzuführende messtechnische Überwachung einen erheblichen Aufwand für den Anwender darstellt, sollte in einem gemeinsamen Projekt des Fachbereiches Bauwesen der DGUV, der BG BAU und der Gerätehersteller ein Verfahren erarbeitet werden, mit dem die Aufnahme der Abgase durch den Gerätebediener (sog. Exposition) unter standardisierten Bedingungen repräsentativ ermittelt werden kann. Anhand dieser den Arbeitsplatz widerspiegelnden Bedingungen sollte die Eignung der untersuchten Maschinen getestet und Empfehlungen für den Anwender ausgesprochen werden. Diese Vorgehensweise, mit den betroffenen Kreisen gemeinsam eine die Normprüfungen ergänzende Prüfung abzuleiten, wurde bereits in der Vergangenheit in anderen Anwendungsbereichen erfolgreich angewendet [5]. Zielstellung Bei den im Rahmen einer Bestandsaufnahme in der Vergangenheit erfolgten Untersuchungen in Mustergräben von 2 m und 4 m Tiefe wurden Maschinen aus dem Baustelleneinsatz unterschiedlichen Wartungszustandes untersucht, die von Herstellern, Betreibern und Vermietern zur Verfügung gestellt wurden. Die Ergebnisse dieser Expositionsmessungen zeigten eine sehr breite Streuung, insbesondere der relevanten Komponenten wie Kohlenmonoxid (CO) und Dieselmotoremissionen (DME). Rückschlüsse auf die Ursachen dieser Abweichungen konnten nicht ermittelt werden. Basierend auf hieraus resultierenden Er - fahrungen standen bei der neuen Untersuchung folgende Ziele im Vordergrund: Praktikabler optimierter Versuchsaufbau (simulierter Graben) basierend auf normativen Festlegungen von Messstrecken für Schall- und Vibrationsmessungen (EN 500-4:2010, Anhang B [6]), Ermittlung reproduzierbarer Ergebnisse mit der Erfassung relevanter Parameter, Vergleichbarkeit von relevanten Expositionsdaten, Einsatz aktueller Maschinen/Motorengeneration (Neugeräte, Gebrauchtgeräte, Wartungszustand etc.), Gewinnung von Messdaten zur Bewertung von weiteren Einflussfaktoren (z.b. Motorkennzahlen, Umgebungsbedingungen) auf die Exposition, Evaluierung durch vergleichende Messungen im Realgraben, Überprüfung der Übertragbarkeit der Daten aus den Messungen im simulierten Graben auf die Anwendung in Realgräben, Festlegung von normativen Anforderungen für Messungen im Simulationsgraben zur Ermittlung von reproduzierbaren repräsentativen übertragbaren Messergebnissen. Die Umsetzung erfolgte in Zusammenarbeit mit den Sachgebieten des Fachbereiches Bauwesen, der Prüf- und Zertifizierungsstelle des Fachbereiches Bauwesen, mit den Bereichen Messtechnik und Gefahrstoffe der BG BAU und den Herstellern von Verdichtungsgeräten (Amman Verdichtung GmbH, BOMAG GmbH, Wacker Neuson Production GmbH & Co. KG, Weber Maschinentechnik GmbH und den Motorenherstellern (Honda Deutsch land GmbH, Motorenfabrik Hatz GmbH & Co. KG). Erste zielführende Ge - spräche fanden Mitte 2011 statt. Die Untersuchungen wurden ergebnisoffen durchgeführt und die im Rahmen der Untersuchungen erhaltenen Zwischenergebnisse mit dem Arbeitskreis diskutiert und die Vorgehensweisen für die weiteren Arbeiten abgeleitet. Gesetzliche Grundlagen Herstellerpflichten Handgeführte Verdichtungsgeräte fallen als Maschinen u.a. in den Anwendungsbereich der EG-Maschinenrichtlinie 2006/42/EG [4]. Des Weiteren sind die zutreffenden Richtlinien für Luftemissionsstandards einzuhalten. Der Hersteller z.b. einer Vibrationsplatte (auch Rüttelplatte ge nannt) muss beim Zusammenbau seiner Maschine auch auf die Einhaltung der Luftemissionsstandards [7] durch den Motorenhersteller achten, da er durch die Ausstellung der Konformitätserklärung die Übereinstimmung mit den relevanten Richtlinien bestätigt (siehe 2006/42/EG). Betreiberpflichten Allgemein hat ein Arbeitgeber sicherzustellen, dass seine Beschäftigten während ihrer Arbeiten keine Schädigungen erfahren durch ihre Tätigkeit, durch die eingesetzten Arbeitsmittel und Produkte sowie durch Expositionen am Arbeitsplatz gegenüber stofflichen (z.b. Gefahrstoffe) Gefahrstoffe BauPortal 6/2015

2 oder physikalischen (z.b. Lärm, Vibration) Einwirkungen. Dies bedeutet, dass der Unternehmer auch beim Einsatz zugelassener Arbeitsmittel die Rahmenbedingungen der Arbeiten berücksichtigen muss. Bezogen auf den Einsatz von handgeführten Verdichtungsgeräten müssen neben der Betriebssicherheitsverordnung (u.a. zur Verfügung stellen und regelmäßige Wartung geeigneter Arbeitsmittel) insbesondere auch die Gefahrstoffverordnung [8] und deren nachgeordnete technische Regeln berücksichtigt werden, da die eingesetzten Geräte Abgase entwickeln, von denen eine Gefährdung des Beschäftigten ausgeht. Dies sind im Besonderen Kohlenmonoxid (CO) bei benzinbetriebenen Maschinen und Dieselmotoremissionen (DME) bei dieselbetriebenen Maschinen. Für Kohlenmonoxid wurde vom Ausschuss für Gefahrstoffe (AGS) ein Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) von 35 mg/m 3 festgelegt. Dieser AGW bezieht sich auf eine 8-stündige Exposition. Um Expositionsspitzen in ihrer Höhe und Dauer zu be - grenzen, hat der Ausschuss für Gefahrstoffe zusätzlich einen sog. Kurzzeitwert von 70 mg/m 3 festgelegt, der über 15- minütige Zeiträume ermittelt wird. Wird dieser Kurzzeitwert überschritten, dann gilt der Grenzwert auch dann als überschritten, auch wenn ggf. der ermittelte Schichtmittelwert über 8 h den (auf 8 h bezogenen) AGW unterschreiten würde [9]. Für die Dieselmotoremissionen (DME) sind keine Arbeitsplatzgrenzwerte festgelegt. Gemäß der Gefahrstoffverordnung gilt jedoch für den krebserzeugenden elementaren Kohlenstoff-Anteil (EC) der DME ein Minimierungsgebot, so dass die Konzentrationen am Arbeitsplatz so weit wie möglich zu verringern sind. Gemäß TRGS 554 [10] werden in Arbeitsbereichen, in denen alle vorhandenen Dieselmotoren mit Dieselpartikelfiltern ausrüstet sind, Konzentrationen des elementaren Kohlenstoffs < 0,014 mg/m 3 erreicht. Dieser Wert wird häufig als Orientierungswert im Arbeitsschutz herangezogen. Ab einer Konzentration von 0,02 mg/m 3 DME ist den Beschäftigten auf Wunsch eine Atemschutzmaske zur Verfügung zu stellen. Spätestens ab einer Konzentration von 0,1 mg/m 3 ist Atemschutz zu tragen. Projektplanung Abb. 1: Jörg Unger (BOMAG GmbH) und Bernhard Arenz (BG BAU Prävention) informieren sich über den Fortschritt der Untersuchungen Um repräsentative Messungen während des Verdichtens durchführen zu können, wurden die Rahmenbedingungen (Aufbau der Teststrecke, Ablauf der Arbeiten) so gewählt, dass sie die Bedingungen auf einem Großteil der Grabenbaustellen möglichst widerspiegeln. Diese wurden insbesondere mit dem Fachbereich Bauwesen sowie den Herstellern abgestimmt. Die Teststrecke sollte zudem ebenerdig aufgebaut werden, um Messungen im Freien und in einem simulierten Graben mit verschiedenen Längen und Breiten durchführen zu können. Es wurde dazu auf dem Gelände der BOMAG GmbH eine Teststrecke eingerichtet, deren Untergrund gemäß den Vorgaben zur Ermittlung der Schall- und Vibrationspegel an Verdichtungsmaschinen (DIN EN 500-4:2010, Anhang B [6]) aufgebaut wurde (Abb. 1, 2). Auf diesem Untergrund wurde ein simulierter Graben (L = 15 m, B = 1,5 m, H = 2 m) aufgebaut, in dem senkrechte Ab - trennungen die Funktion von Stirn- und Längsseiten des Grabens übernahmen. Die für die hier beschriebenen Testmessungen im simulierten Graben gewählte Breite von 1,5 m und Tiefe von 2 m wird gemäß dem Sachgebiet Tiefbau, Themenfeld Rohrleitungsbau des Fachbereiches Bauwesen, als repräsentativ für einen Großteil der Grabenbaustellen angesehen. Die auf der Hauptwindrichtung zugewandten Seite der Teststrecke aufgestellten Container bildeten eine Längsseite des Grabens (H = 2,5 m, B = 2,4 m, Gesamtlänge 24,4 m). Die andere Längsseite sowie die Stirnseiten wurden durch abgedichtete Bauzäune (H = 2 m) realisiert (Abb. 3, 6). Mithilfe der Überhöhung, Überlänge und Breite der Container sollte die Ausbildung von Verwirbelungen, die durch senkrechte Wände hervorgerufen werden können, im simulierten Graben minimiert werden. Das Verdichten erfolgte nach einem vorgegebenen Schema in mindestens 15-minütigen Messzyklen, um den Kurzzeitwert ermitteln zu können. Je drei Messzyklen wurden zu einer Messung zusammengefasst. Der Untergrund wurde nach jeder Messung mit einer Egge aufgelockert (Abb. 4). Abb. 4: Zum Auflockern des Untergrunds mittels Egge werden die Seiten- und Stirnwände verschoben Abb. 2: Ebenerdiges Verdichten mit einer Vibrationsplatte auf einer Teststrecke mit einem Untergrund gemäß DIN EN 500-4:2010, Anhang B Abb. 3: Außenansicht auf den simulierten Graben (noch ohne Aufbauten auf den Containern) BauPortal 6/ Gefahrstoffe 15

3 Neben den vorrangig relevanten Gefahrstoffen Kohlenmonoxid (CO) bei benzinbetriebenen Motoren und Dieselmotoremissionen (DME) bei dieselbetriebenen Motoren wurden am Gerätebediener weitere Gefahrstoffe wie Kohlendioxid (CO 2 ), Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO 2 ), und flüchtige organische Verbindungen (VOC) ermittelt (Abb. 5). Eine Vielzahl von Motorparametern (Abgas-, An - saug-, Motoröl- und Zündkerzentemperatur, Motordrehzahl und Ansaugdruck) diente der Kontrolle des ordnungsgemäßen Betriebes der Maschinen. Klimadaten (Temperatur, Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit und -richtung) wurden neben der Teststrecke (bei ebenerdigen Messungen), im simulierten Graben und oberhalb des Grabens auf den Containern (bei Messungen im simulierten Graben) ermittelt. Der barometrische Luftdruck wurde den Angaben des Deutschen Wetterdienstes (DWD) entnommen. Eingesetzte Messgeräte Die gas- und dampfförmigen Stoffe wurden mit Hilfe von direktanzeigenden Messgeräten erfasst, während die partikelgebundenen Dieselmotoremissionen auf entsprechenden Probenträgern gesammelt und im Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Unfallversicherung (IFA) analysiert wurden (Tab. 1). Die Motor- und Klimadaten wurden mit entsprechenden Sensoren aufgezeichnet und gespeichert. Zur Online-Kontrolle und Dokumentation der Messungen wurden die Arbeiten mittels Video aufgezeichnet. Mit Hilfe eines PIMEX-Systems (PIcture Mixed EXposure) [11] wurden dabei die online ermittelten Gefahrstoffkonzentrationen mit dem Video signal gekoppelt. Dies diente zur direkten Überwachung der Exposition des Beschäftigten während der Arbeiten und der besseren Interpretation der Ergebnisse. Maschinenpool Es wurden aktuelle reversierbare und nicht reversierbare Vibrationsplatten verschiedener Leistungsklassen untersucht. Dabei wurden sowohl Neumaschinen als auch Bestandsmaschinen (Alter 1,5 5 Jahre) in verschiedenen Wartungszuständen getestet. Außerdem wurden aktuelle Vibrationsstampfer und Nullserien neuer Vibrationsstampfer untersucht. Insgesamt wurden 36 handgeführte Verdichtungsgeräte untersucht, deren Modelle in Tabelle 2 aufgeführt sind: benzinbetriebene Verdichtungsplatten (5 Modelle): Abb. 5: Ebenerdiges Verdichten mit einer Vibrationsplatte. Der Gerätebediener trägt im Rucksack Datenaufnahmesysteme und Probenahmepumpen. In Brusthöhe sind Sensoren und Probenahmeköpfe angebracht je eine Neumaschine Baujahr 2012, eine Neumaschine Baujahr 2013, je zwei gebrauchte Maschinen (Bestandsmaschinen), dieselbetriebene Verdichtungsplatten (4 Modelle): je eine Neumaschine Baujahr 2012, je zwei gebrauchte Maschinen (Bestandsmaschinen) Vibrationsstampfer (4 Modelle): je eine Neumaschine Baujahr 2012 Vibrationsstampfer (4 Modelle): je eine Neumaschine (Nullserie für Baujahr 2014) Tabelle 1: Eingesetzte Messgeräte Durchführung der Messungen Die Messungen bei ebenerdigem Verdichten und Verdichten im simulierten Graben erfolgten durch den Bereich Messtechnik der BG BAU (Ermittlung der Expositions- und Klimadaten) in Zusammenarbeit mit der BOMAG GmbH (Ermittlung der Maschinendaten). Die Evaluierungsmessungen auf den Baustellen und in einem Versuchsgraben erfolgten durch den Bereich Messtechnik der BG BAU in Zusammenarbeit mit der Weber Maschinentechnik GmbH. Für die reproduzierbare Durchführung der Messungen wurden die Abläufe während der Verdichtungsarbeiten folgendermaßen festgelegt: Jede Messung besteht aus drei Zyklen, die mindestens 15 Min. andauern (zur Ermittlung des Kurzzeitwertes). In diesen Messzyklen werden mit den Maschinen Verdichtungsarbeiten ohne Unterbrechungen oder Pausen durchgeführt. Um die gewünschte Empfindlichkeit des Messverfahrens zur Bestimmung der Dieselmotoremissionen (Bestimmungsgrenze DME EC < 0,02 mg/m 3 ) gewährleisten zu können, sind beim Einsatz von dieselbetriebenen Vibrationsplatten mindestens 20-minütige Messzyklen erforderlich. Während der Arbeiten wird die Maschine über die gesamte Länge der Versuchsstrecke bewegt, wobei darauf geachtet wird, dass der gesamte Boden gleichmäßig verdichtet wird. An jedem Ende der Versuchsstrecke wird die Maschine ge wendet (dies gilt auch bei Einsatz von rever- Parameter Messgerät Auswertung Kohlenmonoxid (CO) Dräger X-AM 5600 direktanzeigend Ahlborn FYA600COB2 Kohlendioxid (CO 2 ) Dräger X-AM 5600 direktanzeigend Ahlborn FYAD00CO2B10 Stickstoffmonoxid (NO) Dräger X-AM 5600 direktanzeigend Stickstoffdioxid (NO 2 ) Dräger X-AM 5600 direktanzeigend Dieselmotoremissionen (DME) Glasfaserfilter und Analytik durch Probenahmepumpe Institut für Gravikon PM4 Arbeitsschutz (IFA) Flüchtige organische RAESystems MiniRAE 2000 direktanzeigend Verbindungen (VOC) Lufttemperatur, Luft- Ahlborn Almemo-System geschwindigkeit, Luftrichtung mit verschiedenen Sensoren direktanzeigend barometrischer Luftdruck Deutscher Wetterdienst (DWD) Motorparameter Ahlborn Almemo-System direktanzeigend mit verschiedenen Sensoren Gefahrstoffe BauPortal 6/2015

4 Typ Modell Motor Leistung Gewicht kw kg Vibrationsplatte, Ammann 1850 B Honda GX 160 3,6 100 benzinbetrieben BOMAG BP 20/50 Honda GX 160 3,6 95 BOMAG BPR 35/60 Honda GX 160 3,6 215 Wacker WPP 2050 A Honda GX 160 3,6 100 Weber CF3 Honda GX 160 3,6 99 Vibrationsplatte, Ammann AVP 3020 Hatz 1B30 4,5 220 dieselbetrieben BOMAG BPR 35/60 D Hatz 1B20 3,1 235 Wacker-Neuson DPU 3050 H Hatz 1B30 4,5 181 Weber CR 3 Hatz 1B20 3,1 205 Vibrationsstampfer, Ammann ACR 68 Honda GX 100 2,1 68 benzinbetrieben BOMAG 65/4 Honda GX 100 2,1 68 Wacker BS 60-2 Wacker WM 80 1,8 66 Weber SRV 620 Honda GX 100 2,1 66 Vibrationsstampfer, Ammann ACR 68 Honda GXR 120 2,7 68 benzinbetrieben, BOMAG 65 Honda GXR 120 2,7 68 Nullserie 2014 mit neuem Wacker BS 60-2 Wacker WM 80*) 1,8 66 bzw. überarbeitetem Motor Weber SRV 590 Honda GXR 120 2,7 62 *) überarbeiteter Motor, verfügbar seit Frühjahr 2014 Tabelle 2: Im Rahmen des Projektes bisher untersuchte handgeführte Verdichtungsgeräte sierbaren Vibrationsplatten). Der Bediener ist immer der Maschine zugewandt. Nach jeder Messung erfolgt eine Auflockerung des Untergrundes mit Hilfe einer Egge: Wurde zu Beginn der Untersuchungen der Untergrund nach jedem einzelnen Messzyklus aufgelockert, konnte im Verlauf des Projektes durch Vergleichsmessungen nachgewiesen werden, dass eine Auflockerung nach jeder Messung (nach 3 Messzyklen) ausreichend ist. Während aller Verdichtungsarbeiten trug der Gerätebediener einen Kapselgehörschutz. Wurden bei Verdichtungsarbeiten mit benzinbetriebenen Maschinen die Alarmwerte für Kohlenmonoxid überschritten, wurde umgebungsluftunabhängiger Atemschutz (externe Atemluftversorgung mit Pressluft, Abb. 6) eingesetzt. Bei Einsatz von dieselbetriebenen Vibrationsplatten wurde im simulierten Graben vorsorglich Atemschutz (filtrierende Halbmaske, Abb. 7) eingesetzt. In einem ersten Schritt erfolgten Messungen beim ebenerdigen Verdichten auf der Versuchsstrecke. Neben der Ermittlung erster Daten sollten die praktischen Aspekte der Vorgaben der Zielstellungen und die Anforderungen an Logistik und Auswertung unter etwas vereinfachteren Bedingungen überprüft werden. Nach erfolgreicher Testphase wurden die Messungen im simulierten Graben durchgeführt. Die Messungen beim ebenerdigen Verdichten und im simulierten Graben erfolgten in den Jahren 2012 und 2013; die Evaluierungsmessungen auf Baustellen erfolgten Abb. 6: Versorgung des Gerätebedieners mit Atemluft über eine umgebungsluftunabhängige Atemluftversorgung. Der Gerätebediener trägt eine Atemschutzmaske, die mit Pressluft (links) über einen Schlauch versorgt wird Klima Die Messungen erfolgten im Frühjahr bis Winter bei Temperaturen zwischen 3 C und 32 C. Dabei wurden über 90 % der Messungen in einem Temperaturbereich zwischen 10 C und 25 C durchgeführt. Aufgrund von probenahmetechnischen Vorgaben erfolgten die Messungen nur bei trockenem Wetter (kein Regen), wobei die relative Luftfeuchtigkeit zwischen % schwankte. Mehr als 80 % der Messungen erfolgten in einem Luftfeuchtigkeitsbereich von %. Bei den ebenerdigen Verdichtungsarbeiten wurden Windgeschwindigkeiten im Mittel von 2,5 m/s erreicht, bei Spitzenwerten von 3,9 m/s. Im simulierten Graben wurden dagegen nur Windgeschwindigkeiten von 0,8 m/s im Mittel und von max. 2,8 m/s erreicht. Dabei waren die Windgeschwindigkeiten im Graben deutlich geringer als im freien Gelände, die Abb. 7: Verdichten mit dieselbetriebenen Vibrationsplatten. Der Gerätebediener trägt vorsorglich Atemschutz (filtrierende Atemschutzmaske). Im Vordergrund ist der Probenahmekopf für DME zu erkennen, der von einem Messtechniker mitgeführt wird. Weitere Gefahrstoff-Sensoren sind in Brusthöhe angebracht BauPortal 6/ Gefahrstoffe 17

5 parallel dazu erfasst wurden. In Abbildung 8 ist der zeitliche Verlauf der Windgeschwindigkeiten im simulierten Graben und außerhalb nebeneinander für ein Extrembeispiel aufgetragen: Trotz Windgeschwindigkeiten im Mittel von 8,7 m/s im Freien wurden im Graben nur Windgeschwindigkeiten von 2,8 m/s gemessen. Auswertung Die Expositionsdaten wurden vom Bereich Messtechnik der BG BAU ausgewertet. Für die Betrachtungen, Vergleiche und Bewertungen wurden ausschließlich die Zeiten des Verdichtens herangezogen. Pausen (ausgeschalteter Motor) wurden nicht berücksichtigt. Um die notwendige Empfindlichkeit für die Bestimmung der DME-Konzentrationen bei einem vertretbaren Zeitaufwand gewährleisten zu können, erfolgten die DME-Probenahmen jeweils über alle drei Messzyklen, für die ein gemeinsamer Wert ermittelt wurde. Die Datenaufnahmen erfolgten im 1-Sek.-Takt. Für die Berechnung und Darstellung der Momentanwerte wurde hingegen die Ansprechempfindlichkeit der Gefahrstoff-Sensoren (sog. t 90 -Zeiten) berücksichtigt. Für die Berechnung der Konzentrationen wurde zudem die Empfindlichkeit der Sensoren berücksichtigt. Dabei wurden Anzeigen unterhalb der unteren Anzeigegrenze der Geräte (Null-Werte) mit der von den Geräteherstellern angegebenen halben Nachweis- bzw. unteren Anzeigegrenze zur Ermittlung des Mittelwertes berücksichtigt. Errechnete Mittelwerte unterhalb der unteren Anzeigegrenze wurden durch die Angabe der unteren Anzeigegrenze mit vorangestelltem < ausgewiesen, z.b. < 7 mg/m 3. Die Motordaten wurden zur Kontrolle des ordnungsgemäßen Betriebs der Maschinen bzw. zum Nachweis von etwaigen Motorschäden herangezogen. Es wurden nur solche Messungen berücksichtigt, bei denen die Windgeschwindigkeit von 4 m/s dauerhaft nicht überschritten wurde. Hiermit sollte vermieden werden, dass durch wehenden Wind eine Verdünnung der Konzentrationen bewirkt wird. Evaluierungen Die Auswertung von Wiederholungsmessungen im simulierten Graben, die an verschiedenen Tagen durchgeführt wurden, zeigte, dass die ermittelten Konzentrationen im Rahmen der Messunsicherheit konstant und reproduzierbar waren. Es wurde zudem ebenfalls experimentell bestätigt, dass eine Auflockerung des Untergrunds nach einer Messung (d.h. nach 3 Messzyklen) genauso effektiv war wie die Auflockerung nach jedem einzelnen Messzyklus. Darüber hinaus wurden exemplarische Messungen auf mehreren Graben-Baustellen mit Grabentiefen von ca. 3 m bei Grabenbreiten von 1,2 2,0 m (Abb. 9) sowie mit unterschiedlichen Längen kürzer als 15 m und einem Versuchsgraben (T = 2 m, B = 1,5 m) durchgeführt. Für den Vergleich mit den Messungen im simulierten Graben wurden wiederum nur die reinen Verdichtungszeiten berücksichtigt. Dabei zeigte sich, dass, obgleich die Konzentrationen im realen Graben größeren Schwan kungen unterworfen sind, die ermittelten Mittelwerte im Rahmen der Messgenauigkeit denen der im simulierten Graben erhobenen Daten entsprachen. Es konnte gezeigt werden, dass bei allen Verdichtungsarbeiten mit benzinbetriebenen Verdichtungsgeräten (Vibrationsplatten und Vibrationsstampfer) sowohl in den Realgräben als auch im simulierten Abb. 9: Vergleichsmessungen auf einer Grabenbaustelle Graben die Kohlenmonoxid-Konzentrationen im Rahmen der nachfolgend beschriebenen Schwankungen nahezu konstant blieben. Zudem sanken die Konzentrationen bei Abschalten der Benzinmotoren innerhalb weniger Sekunden auf Null ab. Diese Effekte sind in Abbildung 10 (Zeitprofil der CO-Konzentrationen beim Verdichten mit einem Vibrationsstampfer im Graben auf einer Baustelle) erkennbar. Für die Messung von Dieselmotoremissionen sind keine direktanzeigenden Messgeräte verfügbar. Mit Hilfe eines sog. Partikelzählers konnte jedoch qualitativ gezeigt werden, dass sich die für die Bewertung der DME verantwortlichen kleinen Partikel ebenso verhalten wie Kohlenmonoxid. Eine zunehmende Anreicherung des Grabens mit den genannten Motorabgasen konnte somit ausgeschlossen werden. Diese Effekte werden so interpretiert, dass die heißen, leichteren Motorabgase im Graben nach oben steigen, während kühle, saubere Luft über die restliche Öffnung des Grabens ins Grabeninnere wandert. Abb. 8: Ermittelte Windgeschwindigkeiten bei Starkwind im simulierten Graben 2,8 m/s und außerhalb 8,1 m/s Abb. 10: Beispiel CO-Konzentrationsverlauf beim Verdichten in einem realen Graben mit einem Vibrationsstampfer neuester Generation. Der Mittelwert über die gesamte Messzeit beträgt 31 mg/m 3, der höchste ermittelte gleitende 15-Min.-Mittelwert beträgt 54 mg/m 3 (AGW: 35 mg/m 3, KZW: 70 mg/m 3 ) Gefahrstoffe BauPortal 6/2015

6 Ergebnisse Es bestätigte sich, dass bei den benzinbetriebenen Maschinen (Vibrationsstampfer und Vibrationsplatten) von den erhobenen Gefahrstoffen vor allem Kohlenmonoxid (CO) die Exposition der Bediener bestimmte. Bei den dieselbetriebenen Vibrationsplatten wurde die Exposition durch die Dieselmotoremissionen (DME) bestimmt. Daher werden die Expositionen gegenüber diesen Stoffen im Folgenden beschrieben. Auswertungen zu den anderen Gefahrstoffen und Parametern werden im Projektbericht [12] ausgeführt. Ebenerdiges Verdichten im offenen Gelände Beim Verdichten mit Neumaschinen in der offenen Ebene wurden bei allen benzinbetriebenen Vibrationsstampfern und Vibrationsplatten Kohlenmonoxid-Konzentrationen deutlich unterhalb der Konzentration des AGW von 35 mg/m 3 nachgewiesen. Beim Verdichten mit dieselbetriebenen Vibrationsplatten wurde bei allen Maschinen die Bestimmungsgrenze von < 0,02 mg/m 3 unterschritten. Es zeigte sich dabei, dass die Kohlenmonoxid-Konzentrationen am Geräteführer bei den benzinbetriebenen Vibrationsstampfern und Vibrationsplatten nicht konstant sind, sondern sich kurzzeitige Konzentrationsspitzen und Zeiten geringerer Konzentration abwechseln. Eine Ursache konnte bisher anhand der Motorund Klimadaten nicht eindeutig ermittelt werden. In Abbildung 11 ist ein Konzentrationsverlauf der Kohlenmonoxid-Konzentrationen beim ebenerdigen Verdichten mit einer Vibrationsplatte aufgetragen. Die mittleren Konzentrationen der einzelnen Messzyklen einer Maschine waren im Rahmen der Messgenauigkeit konstant. Verdichten mit benzinbetriebenen Vibrationsplatten im simulierten Graben Beim Verdichten im simulierten Graben wurden bei den benzinbetriebenen Vibrationsplatten im Vergleich zum ebenerdigen Verdichten höhere Kohlenmonoxid- Konzentrationen ermittelt. Diese bewegten sich im Bereich der Konzentration des Arbeitsplatzgrenzwertes von 35 mg/m 3 aber unterhalb der des Kurzzeitwertes (KZW) von 70 mg/m 3. Die Ergebnisse für die benzinbetriebenen Vibrationsplatten beim ebenerdigen Verdichten und Verdichten im simulierten Graben sind in Abbildung 12 gemeinsam aufgetragen. Ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf der CO-Konzentrationen ist in Abbildung 13 aufgetragen. Auch hier sind Konzentrationsspitzen zu sehen wie beim ebenerdigen Verdichten. Die Konzentrationen schwanken jedoch um einen höheren Mittelwert. Es zeigte sich auch, dass bei den 1 5 Jahre alten Bestandsmaschinen aus dem Baustellenbetrieb vergleichbare Konzentrationen ermittelt wurden wie bei den Neumaschinen. Verdichten mit dieselbetriebenen Vibrationsplatten im simulierten Graben Es wurden sowohl Neumaschinen als auch Bestandsmaschinen im simulierten Graben untersucht. Die ermittelten Dieselmotoremissionen waren bei Neu- und Bestandsmaschinen vergleichbar und be wegten sich im Bereich von 0,035 0,08 mg/m 3. Die Ergebnisse beim ebenerdigen Verdichten und Verdichten im simulierten Graben sind in Abbildung 14 gemeinsam aufgetragen. Abb. 11: CO-Konzentrationsprofil beim ebenerdigen Verdichten mit einer Vibrationsplatte. Die mittlere CO-Konzentration beträgt 9,8 mg/m 3 (AGW: 35 mg/m 3 ). Einige auftretende Konzentrationsspitzen überschreiten die Alarmschwellen für eine Gefahrstoff-Überwachung Abb. 12: Benzinbetriebene Vibrationsplatten, Auftragung der CO-Konzentrationen bei ebenerdigem Einsatz und im simulierten Graben. Im Graben wurden sowohl Neu- als auch Bestandsmaschinen untersucht. Insgesamt wurden 20 Maschinen, die sich auf 5 Produkte aufteilten, eingesetzt (AGW CO : 35 mg/m 3, KZW: 70 mg/m 3 ) Abb. 13: CO-Konzentrationsprofil beim Verdichten mit derselben Vibrationsplatte (Abb. 11) im simulierten Graben. Die mittlere CO-Konzentration beträgt 58 mg/m 3 (AGW: 35 mg/m 3, KZW: 70 mg/m 3 ) Abb. 14: Dieselbetriebene Vibrationsplatten, Auftragung der DME-Konzentrationen bei ebenerdigem Einsatz und im simulierten Graben. Im Graben wurden sowohl Neu- als auch Bestandsmaschinen untersucht. Es wurden insgesamt 16 Maschinen eingesetzt, die sich auf 4 Produkte aufteilten BauPortal 6/ Gefahrstoffe 19

7 Verdichten mit benzinbetriebenen Vibrationsstampfern im simulierten Graben Es wurden Messungen mit den aktuellen Vibrationsstampfern (Neumaschinen Baujahr 2012) im simulierten Graben durchgeführt. Die ermittelten Konzentrationen überschritten bei allen Maschinen sowohl die Konzentration des Arbeitsplatzgrenzwertes und des Kurzzeitwertes. Auf eine Untersuchung von Bestandsmaschinen wurde daraufhin verzichtet. Verdichten mit benzinbetriebenen Vibrationsstampfern neuester Motorengeneration Die von den Herstellern zur Verfügung gestellten Nullserien neuer Vibrationsstampfer mit einem neuen (Honda GXR 120) bzw. überarbeiteten Motor (Wacker- Neuson WM 80) wurden in bewährter Weise im simulierten Graben untersucht. Es wurden je Maschine zwei Messungen an unterschiedlichen Tagen durchgeführt. Bei sieben der acht Messungen wurden Kohlenmonoxid-Konzentrationen unterhalb des Arbeitsplatzgrenzwertes von 35 mg/m 3 ermittelt, in einem Fall unterhalb des Kurzzeitwertes von 70 mg/m 3. Abb. 15: Benzinbetriebene Vibrationsstampfer, Auftragung der CO-Konzentrationen bei ebenerdigem Einsatz und im simulierten Graben. Neben den aktuellen Neumaschinen wurden auch Vibrationsstampfer der neuesten Motorengeneration im simulierten Graben untersucht. Letztere wurden doppelt untersucht (in Grafik gemittelt) Kreuzende Leitungen im Verbau! ja und? Alu-Kammerplatte GIGANT Verbau passt sich den örtlichen Gegebenheiten an leicht und sicher bis 2,5 m Rohrdurchlasshöhe Weitere Infos: FRIEDR. ISCHEBECK GMBH Loher Str DE Ennepetal Gleichzeitig konnte eine deutliche Reduzierung des Benzinverbrauches bei allen Vibrationsstampfern nachgewiesen werden. Die Ergebnisse aller Vibrationsstampfer beim ebenerdigen Verdichten und Verdichten im simulierten Graben sind in Abbildung 15 gemeinsam aufgetragen; dabei wurden die Ergebnisse der Stampfer neues ter Motorengeneration gemittelt. Gebläseunterstützte Bewetterung Es wurden orientierende Versuche mit drückenden Bewetterungen am und im simulierten Graben durchgeführt. Dazu wurde während des Verdichtens mit einem Vibrationsstampfer von einem Ventilator (Standort entweder oberhalb des Grabens oder im Graben) vom Kopfende des simulierten Grabens Luft in den Graben geblasen. Dabei zeigte sich, dass eine Reduzierung der Gefahrstoff-Konzentrationen möglich ist. Weitere Untersuchungen stehen jedoch noch aus. Zusammenfassung Es wurde ein Verfahren abgeleitet, mit dem die Gefahrstoff-Exposition der Geräteführer handgeführter Verdichtungsgeräte auf Baustellen im Freien und im Graben unter standardisierten Bedingungen nachgestellt und ermittelt werden kann. Die Abmessungen des simulierten Grabens, insbesondere die gewählte Breite von 1,5 m wurden so gewählt, dass diese gemäß dem Fachbereich Bauwesen, Sachgebiet Tiefbau, repräsentativ für einen Großteil der Grabenbaustellen sind. Die Vergleichbarkeit der Ergebnisse wurde mit Hilfe von Vergleichsmessungen auf Baustellen in Gräben bis zu einer Tiefe von 3 m nachgewiesen. Im Rahmen der Untersuchungen an Vibrationsplatten und Vibrationsstampfern (zu - meist auch als Rüttelplatten und Stampfer bezeichnet) wurde festgestellt, dass sich die Gefahrstoff-Problematik bei den benzinbetriebenen Maschinen i.w. auf Kohlenmonoxid (CO) und bei den dieselbetriebenen Maschinen i.w. auf die Dieselmotoremissionen (DME) beschränkt. Beim ebenerdigen Verdichten im Freien wurden bei allen untersuchten benzinbetriebenen Vibrationsstampfern und Vibrationsplatten CO-Konzentrationen deutlich unterhalb des Arbeitsplatzgrenzwertes von 35 mg/m 3 gemessen. Bei allen untersuchten dieselbetriebenen Vibrationsplatten wurden 0,02 mg/m 3 DME CE nicht überschritten. Im simulierten Graben sind die Ergebnisse heterogen. Beim Einsatz aller ben Gefahrstoffe BauPortal 6/2015

8 zinbetriebenen Vibrationsplatten (Neumaschinen und gebrauchte Maschinen) wurden CO-Konzentrationen im Bereich bzw. oberhalb des Arbeitsplatzgrenzwertes, jedoch unterhalb des Kurzzeitwertes ermittelt. Beim Einsatz von benzinbetriebenen Vibrationsstampfern der Bauserien bis 2013 wurden Arbeitsplatzgrenzwert und Kurzzeitwert überschritten. Bei neu entwickelten Maschinen mit neuen bzw. überarbeiteten Motoren wurde der Arbeitsplatzgrenzwert unterschritten bzw. die Konzentrationen lagen in dessen Bereich. Es zeigte sich jedoch auch, dass beim Verdichten im simulierten Graben wie auch im Realgraben im Gegensatz zum Einsatz in Hallen keine Anreicherung der Konzentrationen über die Zeit feststellbar war. Mit Abschalten der Motoren sinken die Gefahrstoffkonzentrationen innerhalb kürzester Zeit gegen Null. Dies gilt für die benzinbetriebenen Maschinen (Kohlenmonoxid) und auch für die dieselbetriebenen Maschinen (Dieselmotoremissionen). Es konnte zudem gezeigt werden, dass der Einfluss von Wind (Geschwindigkeit und Richtung) für die Gefahrstoffexposition im simulierten Graben/im Realgraben nur eine untergeordnete Rolle spielt. Es wurden im simulierten Graben in Atemhöhe deutlich geringere Windgeschwindigkeiten ermittelt als im freien Gelände, dabei wurde keine Vorzugsrichtung festgestellt. Erste Versuche mit einer drückenden Be - wetterung in Längsrichtung des simulierten Grabens zeigten eine deutliche Absenkung der Gefahrstoffkonzentrationen. Weitergehende Untersuchungen sind bisher nicht erfolgt. Die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchungen sind in die Bewertung auf die Auswirkungen auf die Praxis [13] eingeflossen und wurden bei der Förderung ge - eigneter Maschinen im Präventionsanreizsystem der BG BAU [14] berücksichtigt. Literatur [1] Zoubek, G.; Berges, M.; Berns, U.; Goebel, A.: Belastung durch Motorabgase beim Einsatz handgeführter Verdichtungsgeräte in Gräben; BauPortal 9/2009, S. 518 [2] Leisering, H.: Motorabgase beim Einsatz von handgeführten Rüttelplatten und Stampfern in Gräben; BauPortal 11/2012; S. 23 [3] aktuelle Expositionsbeschreibung Emissionen von Stampfern und Rüttelplatten; themen/expo/expo.html; Auswahl Emis sionen von Stampfern und Rüttelplatten [4] Richtlinie 2006/42/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom über Maschinen und zur Änderung der Richtlinie 95/16/EG (Neufassung), Amtsblatt der Europäischen Union , L157/24 L157/86 [5] Abschlussbericht HVBG-Projekt FF 241; Bewertung des Staubemissionsverhaltens handgeführter Maschinen und Geräte für die Bearbeitung mineralischer Werkstoffe; gisbau/fachthemen/staub/downloads/ Abschlussbericht.pdf [6] DIN EN Bewegliche Straßenbaumaschinen Sicherheit Teil 4: Besondere Anforderungen an Verdichtungsmaschinen; Deutsche Fassung EN 500-4:2010, Beuth-Verlag Berlin [7] Richtlinie 2002/88/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom ; Amtsblatt der Europäischen Union; ; L35/28 L35/81; [8] Verordnung zum Schutz vor Gefahrstoffen (Gefahrstoffverordnung GeStoffV); vom (BGBl. I S. 1643), geändert durch Artikel 2 des Gesetzes vom (BGBl. I S. 1622), durch Artikel 2 der Verordnung vom (BGBl. I S. 944) und Artikel 2 der Verordnung vom (BGBl. I S. 2514) THYSSENKRUPP INFRASTRUCTURE Profitieren Sie von maßgeschneiderten Lösungen In Sachen Grabenverbau bieten wir Ihnen eine fundierte projektbezogene Beratung Unser Portfolio eitschienenver au ie en ammerver au austraßens steme ohr ugmaschinen ThyssenKrupp Infrastructure [9] TRGS 900 Arbeitsplatzgrenzwerte; Ausgabe Januar 2006, zuletzt geändert und ergänzt: GMBl 2014 S. 271 vom [Nr. 12] [10] TRGS 554 Abgase von Dieselmotoren; Ausgabe 2008, berichtigt GMBl Nr. 28 S. 604 (v ) [11] Die PIMEX-Methode, link.net/ / [12] Abschlussbericht des Messprojektes Emissionen von Verbrennungsmotoren bei Baumaschinen am Beispiel handgeführter Produkte, 2015 [13] Leisering, H.: Motorabgase beim Einsatz von handgeführten Vibrationsplatten und Stampfern in Gräben, BauPortal 6/2015; S [14] katalog-der-foerderwuerdigen-mass nahmen/ruettelplatten-und-stampfermit-motoren-mit-verbesserten-emis sionswerten/downloads/anforderun gen-ruettelplatten-und-stampfer Autoren: Dr. Christoph Emmel BG BAU Prävention, Bereich Messtechnik Dipl.-Ing. Reinhold Hartdegen BG BAU Prävention und DGUV Test Prüf- und Zertifizierungsstelle Fachbereich Bauwesen er au o en uver au ohrgreifer etai ierte nfos u unseren Leistungen erha ten Sie hier e efon th ssen ru infrastructure com BauPortal 6/ Gefahrstoffe 21