FGSV-Nr. | FGSV A 38 |
---|---|
Ort | Stuttgart |
Datum | 08.05.2007 |
Titel | Lärmtechnisch optimierte Splittmastixasphalte |
Autoren | Dipl.-Ing. Matthias Schellenberger, Ltd. BDir. Dipl.-Ing. Siegfried Scheuer |
Kategorien | Asphaltstraßen |
Einleitung | Ein großer Teil der Bevölkerung fühlt sich durch Verkehrslärm erheblich beeinträchtigt. Um die Belastung für die Betroffenen abzusenken, werden seit mehr als 15 Jahren offenporige Asphaltdeckschichten in besonders exponierten Bereichen eingebaut. Im Zuge von Erprobungsstrecken wurde deshalb auf der Basis ausländischer Erfahrungen im Zuständigkeitsbereich der Autobahndirektion Nordbayern eine Bauweise entwickelt, die eine Lärmminderung gegenüber dem Referenzbelag in der Größenordnung von ca. 4 dB(A) erzielen soll. Über eine gute Ebenheit und eine besondere Textur der Oberfläche, bezeichnet als „Plateau mit Schluchten“ soll die lärmtechnische Wirksamkeit erreicht werden. Seit 2005 wurden auf drei Abschnitten der Autobahnen BAB A 93, BAB A 3 und BAB A 73 lärmtechnisch optimierte Splittmastixasphalte auf einer Fläche von mehr als 160 000 m² eingebaut und begleitend umfangreichen Untersuchungen unterzogen. Erste Ergebnisse von Rollgeräusch- und statistischen Vorbeifahrtsmessungen zeigen, dass das Ziel der Lärmminderung in einer Größenordnung von 4 dB(A) erreicht werden kann. |
Volltext | Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.1 Entwicklung der LärmproblematikSeit der Öffnung der Grenzen zu den neuen Bundesländern sowie dem Beitritt osteuropäischer Staaten zur EU hat sich die Verkehrsbelastung insbesondere auf deutschen Autobahnen und Transitstrecken wesentlich erhöht, was einen deutlichen Anstieg der Lärmbelastung der anwohnenden Bevölkerung mit sich brachte. Zusätzliche Steigerungen aufgrund der allgemeinen Verkehrsentwicklung haben darüber hinaus bisher dazu geführt, dass einerseits bei Neu- und Ausbaumaßnahmen immer aufwändigere Lärmschutzmaßnahmen vorgenommen werden müssen, anderseits aber an vorhandenen Straßen aufgrund der herrschenden Rechtslage häufig den Anliegern kein zufriedenstellender Lärmschutz zur Verfügung gestellt werden konnte. Ein weiteres Problem stellt darüber hinaus seit Einführung der Maut für schwere Nutzfahrzeuge auf Autobahnen eine teilweise tatsächliche, teilweise aber auch lediglich gefühlte Verlagerung des Schwerverkehrs auf das untergeordnete Straßennetz dar. Nach einer Studie des Umweltbundesamtes füllen sich inzwischen ca. 70 % der Bundesbürger vom Straßenlärm belästigt [1]. Hohe Dauerschallbelastungen können zudem, wie wissenschaftlich belegt, zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen. Um dem entgegenzuwirken, hat das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) zu Beginn dieses Jahres ein „Nationales Verkehrslärmschutzpaket“ geschnürt, das Verbesserungen für die Bevölkerung durch weitergehende Lärmschutzmaßnahmen bringen soll. Die Haushaltsmittel dafür wurden zwar aufgestockt, reichen jedoch zur Lösung der anstehenden Probleme bei weitem nicht aus. Kürzlich getroffene höchstrichterliche Entscheidungen könnten nunmehr allerdings dazu führen, dass auf den Straßenbau in naher Zukunft erhebliche zusätzliche finanzielle Anforderungen zukommen werden. Es ist daher notwendig, ein verbessertes Verständnis für die Lärmproblematik zu entwickeln und deutlich mehr Anstrengungen als bisher, sowohl in der Forschung als auch in der Praxiserprobung neuer Deckschichten, die eine Verringerung der Lärmbelastung gewährleisten, zu unternehmen. Nach der 16. Bundesimmissionsschutzverordnung (16. BImSchV) [2] konnten bisher häufig nur Maßnahmen nach den Grundsätzen der Lärmsanierung auf freiwilliger Basis umgesetzt werden, bei denen jedoch wesentlich höhere Lärmgrenzwerte als bei der Lärmvorsorge gelten. Aktive Lärmschutzmaßnahmen in Form von Wänden, Wällen blieben dabei eher die Ausnahme. Das BMVBS hatte bisher mit seinem Allgemeinen Rundschreiben (ARS) Nr. 8/2004 vom 18. 10. 2004 i. V. m. seinem Statuspapier zu offenporigen Asphaltdeckschichten (OPA) vom 18. 10. 2001 [3] wegen noch nicht voll überschaubarer Einbaurisiken, geringerer Lebensdauer und höherem Unterhaltungsaufwand von OPA gegenüber anderen Belägen, was letztlich zu einem monetarisierten Wirtschaftsnachteil von rund 35 € pro m² [4] führt, hohe Hürden für den Einbau errichtet. Mittlerweile hat des BMVBS mit ihrem ARS 20/2006 [5] den Einsatz von OPA bei der Lärmsanierung erleichtert, was zu einer deutlichen Flächenzunahme dieser Beläge, verbunden mit zusätzlicher Belastung der öffentlichen Haushalte oder nachteiligen Mittelumschichtungen führen wird. Die erheblichen bau-, betriebs- und lärmtechnischen Probleme von OPA-Belägen konnten bisher nicht in befriedigender Weise gelöst werden. Es ist deshalb dringend geboten, auch nach alternativen Lösungen zu suchen, die neben der erforderlichen Lärmreduzierung für die Bevölkerung die wirtschaftliche Seite nicht außer Acht lassen. Die vor wenigen Jahren entwickelte Idee, eine Bauweise zu erproben, die im Hinblick auf die eingesetzten Baustoffe, die Mischgutherstellung und den Einbau von bituminösem Mischgut keiner besonderen zusätzlichen Aufwendungen bedurfte, ist heute aktueller denn je. 2 Konzept von lärmoptimierten Splittmastixasphalten (SMA LA)Die Vorgaben für die Herstellung und den Einbau des neuen Mischgutes wurden aus früheren guten Erfahrungen hinsichtlich Lärmverhalten mit Microphaltbelägen [6] und mit Dünnen Schichten Heiß auf Versiegelung (DSH-V) [7] abgeleitet. Ziel des Vorhabens war eine deutliche Lärmminderung von ca. 4 dB(A) gegenüber dem Referenzbelag aus nicht geriffeltem Gussasphalt gemäß der „Richtlinie für den Lärmschutz an Straßen“ (RLS-90) [8]. Aufbauend auf einer splittmastixähnlichen Sieblinie sollte dabei ein Belag konzipiert werden, der neben der Vermeidung besonderer Anforderungen an den Einbau auch keiner zusätzlichen Aufwendungen für Entwässerungseinrichtungen bedurfte. Mischgutzusammensetzung Aus den obigen Rahmenbedingungen ergaben sich für die Entwicklung von lärmtechnisch optimierten Splittmastixasphaltdeckschichten folgende Kriterien (siehe auch Tabelle 1):
Tabelle 1: Vergleich typischer Zusammensetzungen verschiedener Deckschichten Bilder 1 und 2: Sieblinienvergleich SMA 0/8 LA zu SMA 0/8 S (Quelle: IFM Leipheim) 3 Erprobungsstrecken in BayernIn Bayern wurden seit 2005 drei Erprobungsstrecken angelegt. Dabei kamen an der BAB A 93 bei Schwandorf (nördlich von Regensburg) mit einer Gesamtfläche von 33.000 m² und an der BAB A 3 nördlich von Nürnberg mit einer Gesamtfläche von 65 000 m² jeweils zusätzlich zu einem als Referenzstrecke eingebauten SMA 0/8 S mit einer Dicke von 3,5 cm Deckschichten aus SMA LA mit Größtkorn 5 bzw. 8 mm und Dicken von 2,5 cm bzw. 3,5 cm zum Einsatz. An der BAB A 73 bei Erlangen wurde dagegen ausschließlich eine Deckschicht aus SMA 0/8 LA mit einer Dicke von 2,5 cm eingebaut (Bild 3, Tabelle 2). Bild 3: Übersichtsplan zu den Einbaustrecken Tabelle 2: Verkehrsbelastungen von BAB A 93, BAB A 3, BAB A 73 im Bereich der Erprobungsstrecken Einbau von Lärmtechnisch optimierten Splittmastixasphaltdeckschichten Der Einbau der SMA LA-Deckschichten erfolgte überwiegend bei trockenem Wetter und Temperaturen zwischen 20 und 30 °C. Der vom AN festgelegte Walzeneinsatz erfolgte gemäß den vorgenommenen Untersuchungen und den daraus resultierenden Erkenntnissen am Probefeld. Beim Beispiel BAB A 93 betrug dieser:
statisch zum Ausbügeln und Kanten schneiden Bild 4: Einbau von SMA LA an der BAB A 93 Bilder 5 und 6: Verdichtung und Kantenschnitt an der BAB A 73 Längs- und Querebenheit Die Ebenheit der eingebauten Deckschichten wurde im Rahmen der Kontrollprüfungen jeweils durch die Autobahndirektion Nordbayern gemessen. In Längsrichtung wurde ein Planograf eingesetzt. In Querrichtung erfolgte die Überprüfung mittels einer 4-m-Latte. Die Auswertung ergab, dass die vorgegebenen Toleranzen für die Unebenheiten von maximal 4 mm eingehalten wurden. Geringfügige Abweichungen traten an den Anschlussfugen zu Bauwerken und den Übergängen zu bestehenden Deckschichten auf. Griffigkeit Die geforderten Griffigkeitswerte wurden überall erreicht, obwohl die Deckschichten aus lärmoptimiertem Splittmastixasphalt aus Gründen der Lärmminderung nicht abgestumpft werden durften (Bilder 8 bis 10). An der BAB A 93 wurde erstmals bereits fünf Tage nach Verkehrsfreigabe gemessen. Bereits zu diesem Zeitpunkt war eine ausreichende Anfangsgriffigkeit vorhanden. Bild 7: Griffigkeits-Messung an der BAB A 93 (Quelle: ABD Nordbayern) Kontrollprüfungen Die Ergebnisse der Kontrollprüfungen an den drei Strecken hinsichtlich Dicke, Hohlraumgehalt und Verdichtungsgrad sind in der Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3: Ergebnisse der Kontrollprüfungen Bilder 8 bis 10: Oberflächenstrukturen verschiedener Deckschichten an der BAB A 93 (Quelle: TPA Regensburg) Bild 11: Messanhänger für CPX-Messung (Quelle: TÜV Nord Mobilität) Messungen von Reifen-Fahrbahn-Geräuschen mittels Schallmessanhänger (Close Proximity Method – CPX) werden nach der Norm EN DIN ISO 11819-2 durchgeführt (Bild 11). Sie sind damit unbeeinflusst von speziellen Gegebenheiten der Messumgebung und unabhängig von Antriebs- und Strömungsgeräuschen, da der Anhänger mit einer isolierten Schutzhaube versehen ist. Allerdings unterscheiden sich bisher auf dem Markt befindliche Messanhänger zum Teil erheblich. So sind die Messergebnisse von verschiedenen Instituten nur bedingt vergleichbar. Die dargestellten Werte für die Rollgeräuschpegel sind die Mittelwerte aus mit vier unterschiedlichen Pkw-Messreifen durchgeführten Messfahrten. Da ein Vergleich zum Referenzbelag der RLS-90 aus nicht geriffeltem Gussasphalt nur bedingt möglich ist, können hiermit derzeit lediglich Relativvergleiche angestellt werden, das heißt, Vergleiche vor und nach der Testfahrt bzw. Vergleiche der akustischen Homogenität von Deckschichten. Ergebnisse der Rollgeräuschmessungen Auffällig an allen drei Messstrecken sind die große Ungleichförmigkeit und die deutlichen Pegelsprünge im Messverlauf, die vermutlich auf eine große Rauheit, insbesondere bei den Deckschichten aus SMA 0/8 LA zurückzuführen seine dürften (Bilder 12 bis 14). Beim SMA 0/8 LA an der BAB A 93 wurde an Probeplatten eine Rautiefe von 1,07 mm gemessen. Die Rautiefen herkömmlicher Deckschichten aus SMA 0/8S liegen dagegen deutlich darunter. Bild 12: Messergebnisse an der BAB A 93 im Jahr 2005 (Quelle: ABD Nordbayern/TÜV Nord Mobilität) Bild 13: Messergebnisse an der BAB A 3 im Jahr 2006 (Quelle: ABD Nordbayern/TÜV Nord Mobilität) Bild 14: Messergebnisse an der BAB A 73 im Jahr 2006 (Quelle: ABD Nordbayern/TÜV Nord Mobiliät) Aus den Schallpegelverläufen über die einzelnen Teilabschnitte jeder Belagsart wurden zum einen die Mittelwerte der A-bewerteten Schalldruckpegel in Streckenintervallen von 100 m, zum anderen die Mittelwerte über die jeweiligen gesamten Belagslängen bei verschiedenen Geschwindigkeiten gebildet. Diese sind in der Tabelle 4 dargestellt. Teilweise konnte wegen vorhandener Geschwindigkeitsbeschränkungen nur mit 100 km/h bzw. 80 km/h gemessen werden, was einen unmittelbareren Vergleich der Schalldruckpegel nur bedingt zulässt. Tabelle 4: Ergebnisse der Rollgeräuschmessungen (Quelle: ABD Nordbayern) Die Messungen nach der statistischen Vorbeifahrtmethode wurden auf der Erprobungsstrecke bei Schwandorf von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), auf den anderen Strecken vom TÜV Nord Mobilität, Würselen durchgeführt. Mit diesen Messungen können die schalltechnischen Eigenschaften von Straßenoberflächen erfasst und beurteilt werden. Nach dem „Verfahren zur Messung der Geräuschimmission von Straßenoberflächen“ (GEStrO-92) dient der Vorbeifahrtpegel LMax in der Frequenzbewertung „A“ und mit der Zeitbewertung „F“ als Messgröße zur Beurteilung von Straßenoberflächen. Er ist der maximale Pegel, der durch einzeln (isoliert) fahrende Fahrzeuge während der Vorbeifahrt mit konstanter Geschwindigkeit erzeugt wird. Dabei sind so viele Fahrzeuge zu erfassen, dass der Mittelwert mit hinreichender Genauigkeit statistisch abgesichert ist. Bild 15: Messungen nach der statistischen Vorbeifahrtmethode (Quelle: BASt) Im Bereich der BAB A 93 wurden Messungen an 3 Messquerschnitten durchgeführt. Es kam das Messsystem Version 3 der BASt zur Anwendung. Gemessen wurden alle 3 eingebauten Deckschichten. Dazu wurden jeweils 4 Mikrofone in 7,5 m Abstand zur Mitte des gemessenen Fahrstreifens in Höhen von 1,2 m, 2,4 m, 3,6 m und 4,8 m angeordnet. Bei jedem Fahrzeug, das die Messeinrichtung passierte, wurden Fahrgeschwindigkeit und Pegelzeitverlauf als A-bewerteter Summenpegel registriert. Darüber hinaus wurden während der Messung die Temperatur der Straßenoberfläche mittels Infrarotsensor sowie Lufttemperatur, Windgeschwindigkeit und -richtung mittels einer meteorologischen Station aufgenommen. An der BAB A 3 bei Nürnberg und der BAB A 73 bei Erlangen kam das Messsystem des TÜV Nord Mobilität zum Einsatz, das die Vorbeifahrtpegel ebenfalls in Anlehnung an die GEStrO-92 ermittelt. Dabei kam das Messsystem 3 des Berichtes zum AP 02630 [9] zur Anwendung. Die Auswertung zeigt an allen Versuchsstrecken, dass Lärmpegelreduzierungen von ca. 4 dB(A) durch den Einsatz von Deckschichten aus SMA LA möglich sind (Tabelle 5). Am weiter optimierten SMA 0/8 LA bei Erlangen konnten noch günstigere Pegelwerte ermittelt werden. Es bleibt abzuwarten, ob sich diese Ergebnisse bei den Wiederholungsmessungen in den Folgejahren bestätigen lassen. Tabelle 5: Ergebnisse der Messungen nach der statistischen Vorbeifahrt (Quelle: ABD Nordbayern) Kosten Bei den drei Maßnahmen der Autobahndirektion Nordbayern der Jahre 2005 und 2006 wurden folgende Bruttoeinheitspreise erzielt. BAB A 93 und BAB A 3: SMA 0/8, 3,5 cm: 2,80 bis 4,20 €/m² BAB A 73: SMA 0/8 LA, 2,5 cm: 3,70 €/m². Sie liegen damit über den Preisen für herkömmliche Splittmastixasphalte, aber deutlich unter denen von Deckschichten aus OPA. 4 ZusammenfassungNur eine intensive Bauvorbereitung, angefangen bei der Erstellung des Konzeptes für die Mischgutzusammensetzung bis hin zum Probeeinbau im Baustellenbereich, kann zum erfolgreichen Einbau von speziellen Asphaltdeckschichten führen. Dabei ist es erforderlich, alle an der Maßnahme Beteiligten rechtzeitig in die Vorbereitungsarbeiten einzubeziehen, offene Fragen und Probleme gemeinsam zu lösen und alle Mitarbeiter hinsichtlich der speziellen Anforderungen zu sensibilisieren. Dies hat sich bei der Realisierung der Erprobungsstrecken einmal mehr gezeigt. Die bauvertraglichen Anforderungen an die Ebenheit von Asphaltbinder und -deckschicht von maximal 4 mm konnten bis auf wenige Ausnahmen an den Übergängen zu Bauwerken und im Anschluss an vorhandene Deckschichten erreicht werden. Dazu sind regelmäßig Höhenkontrollen über Nivellements erforderlich. Vor dem Einbau jeder weiteren Schicht ist zudem ein Soll/Ist-Vergleich zu erstellen. Die Probleme beim Einbau der Asphaltbinderschicht 0/22 S hinsichtlich deren Entmischungsneigung sind bekannt und zeigten sich auch bei den Baumaßnahmen an der BAB A 93 und der BAB A 3. Zum Schutz vor eindringendem Oberflächenwasser wurde deshalb dort eine erhöhte Menge von ca. 600 g/m² Bitumenemulsion PmOB U 60 K Art C2 auf die Asphaltbinderschicht aufgebracht. Negative Auswirkungen auf den Schichtenverbund konnten nicht festgestellt werden. Der Walzeneinsatz zum Einbau des SMA LA wurde jeweils am Baubeginn an einem Probefeld festgelegt. Vorab wurde dazu ein Einbau- und Verdichtungsplan erarbeitet, auf dessen Grundlage die Mischguteinbauer vor Ort eingewiesen wurden. Die Ermittlung der Vorspritzmengen und die Festlegung des Walzeneinsatzes in einem Probefeld sollten bis zum Vorliegen umfangreicher Erfahrungen mit dieser Bauweise ausgeschrieben und vertraglich vereinbart werden. Die Auswertung der Kontrollprüfungen an den Versuchsstrecken in Nordbayern hat ergeben, dass sich mit dieser Deckschicht Lärmminderungen von 4 dB(A) gegenüber dem Referenzbelag der RLS-90 erreichen lassen. Die Lärmabsorption gegenüber Lkw-Reifen wird etwa wie bei einem herkömmlichen Splittmastixasphalt liegen. Ob im Laufe der Zeit eine Minderung der lärmabsorbierenden Wirkung eintreten wird, bleibt abzuwarten. Es war erwartet worden, dass die Messergebnisse mit dem Messanhänger wenigstens näherungsweise mit den Messungen nach der statistischen Vorbeifahrtmethode korrelieren. Dies ist bei den vorliegenden Messungen nicht der Fall. Es ist offensichtlich nur sehr schwer möglich, den Vergleich eines über die Gesamtlänge eines Einbauloses gemittelten Schalldruckpegels zu einem punktuell an einer Stelle gemessenen Pegelwert herzustellen. Die erforderlichen Griffigkeitswerte, gemessen mit dem SCRIM-Messgerät der Bayerischen Straßenbauverwaltung, wurden bei allen Strecken eingehalten. Es konnte weiter festgestellt werden, dass auch bei den Deckschichten aus SMA LA die Sprühfahnen gegenüber herkömmlichen Splittmastixasphaltdeckschichten reduziert werden. Aufgrund der noch geringen Lebensdauer von ca. 2 Jahren kann noch keine Aussage über die Lebensdauer von SMA LA aufgrund der höheren Hohlraumgehalte getroffen werden. Es wird erwartet, dass die Lebensdauer geringer als bei herkömmlichen SMA und größer als bei OPA sein wird. 5 AusblickAufgrund der zunehmenden Lärmbelastung der Bevölkerung ist es dringend geboten, alle Möglichkeiten zur Lärmminderung an Straßen auszuschöpfen. Das BMVBS hat mit seinem Nationalen Verkehrslärmschutzpaket hierzu den Anstoß gegeben. Einen wesentlichen Beitrag können dabei Deckschichten aus lärmoptimiertem Splittmastixasphalt leisten, mit denen sich Lärmpegelreduktionen von 4 dB(A) gegenüber dem Referenzbelag der RLS-90 aus nicht geriffeltem Gussasphalt sicher erreichen lassen. Es erscheint sinnvoll, diese Deckschichten weiter an lärmbelasteten Straßenabschnitten zu verwenden und gleichzeitig an der Verbesserung deren schalltechnischer Eigenschaften weiterzuarbeiten. Insbesondere auf Ortsstraßen und Einpendlerstrecken, auf denen die Schwerverkehrsbelastung niedrig ist, wird ein erhebliches Lärmminderungspotential erwartet. Mit Deckschichten aus SMA LA gibt es damit Alternativen zu offenporigen Asphaltdeckschichten, wenn diese aus technischen Gesichtspunkten nicht verwendbar oder aufgrund niedrigerer Anforderungen an die Lärmreduktion nicht notwendig sind. Literaturverzeichnis
|