Verkehrsflächen aus Betonsteinpflaster sind im innerstädtischen Bereich eine sinnvolle Alternative zum Beispiel zum Asphaltstraßenbau. Betonpflasterbauweisen haben eine Reihe von Vorteilen, vor allem in der Gestaltung, aber auch im Betrieb von Verkehrsflächen. So können zum Beispiel Aufgrabungen ohne „Narben“ und ohne übermäßigen Maschineneinsatz wieder geschlossen werden. In der schalltechnischen Bewertung muss derzeit noch auf die RLS-90 zurückgegriffen werden, nach denen Fahrbahnen mit Betonpflaster als „Pflasterbeläge mit ebener Oberfläche“ kategorisiert werden. Aus dieser Kategorisierung ergibt sich ein DStrO-Wert von + 2 dB bis + 3 dB, je nach Fahrgeschwindigkeit v zwischen 30 km/h und 50 km/h. Moderne Verfahren zur Herstellung von Betonpflastersteinen und zum Einbau als Straßenbelag lassen jedoch vermuten, dass der oben genannte Malus für den DStrO-Wert nicht mehr der Realität entspricht. Da die RLS-90 derzeit überarbeitet werden, ist es deshalb sinnvoll, die Geräuschemissionen von Pflasterstraßen neu zu bewerten. Hierzu wurde in Zusammenarbeit von Bundesanstalt für Straßenwesen (Bast), Müller-BBM GmbH und Betonverband SLG e. V. ein Messkonzept entwickelt, um das tatsächliche schalltechnische Verhalten von Betonpflasterbelägen zu erfassen. Die Untersuchung umfasste 24 CPX-Messungen nach ISO CD 3rd 11819-2 an 20 Messorten und 5 SPB-Messungen nach DIN EN ISO 11819-1. Die Messorte für die SPB-Messungen wurden aus den zuvor durchgeführten CPX-Messungen ausgewählt. Zusätzlich wurden an jeder Messstrecke Tex-turmessungen nach den einschlägigen Technischen Regeln durchgeführt. Durch die umfangreichen Untersuchungen und die im Anschluss mit Hilfe des Rechenmodells SPERoN durchgeführten Berechnungen zur Ermittlung akustisch günstiger Konstellationen von Fugenbreite, Steingröße und Ausbildung der Steinkante konnte gezeigt werden, dass Betonpflasterstraßen unter Einhaltung bestimmter Eigenschaften aus akustischer Sicht mit konventionellen nicht geräuschmindernden Asphaltbauweisen vergleichbar sind. Danach ist davon auszugehen, dass für derartige Fahrbahnen kein Malus, das heißt ein DStrO-Wert von 0 dB, angesetzt werden kann. Derzeit werden die konkreten Randbedingungen, welche bei der Herstellung einer Lärmarmen Pflasterbauweise zu beachten sind, in ein eigens dafür zu erstellendes R2-Regelwerk der FGSV eingearbeitet.

Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.

Durch umfangreiche Untersuchungen in den vergangenen Jahren konnte gezeigt werden, dass Fahrbahnen mit Betonpflaster unter Einhaltung bestimmter Eigenschaften aus akustischer Sicht mit konventionellen nicht geräuschmindernden Asphaltbauweisen vergleichbar sind. Danach ist davon auszugehen, dass für derartige Fahrbahnen mit Betonpflaster kein Malus, das heißt ein DStrO-Wert von 0 dB, angesetzt werden kann. Derzeit werden die konkreten Randbedingungen, welche bei der Herstellung einer Lärmarmen Pflasterbauweise zu beachten sind, in ein eigens dafür zu erstellendes R 2-Regelwerk der FGSV eingearbeitet. Bei der nachfolgenden Langfassung handelt es sich – mit der freundlichen Genehmigung meines Co-Autors, Manuel Männel, – um den inhaltlich unveränderten Beitrag „Akustische Eigenschaften von Betonsteinpflasterstraßen“ von Manuel Männel, Müller-BBM GmbH, 85152 Planegg, und Dietmar Ulonska, der anlässlich der 42. Jahrestagung für Akustik DAGA 2016 erschienen und zwischenzeitlich auch als Sonderdruck, herausgegeben vom Betonverband SLG, erhältlich ist. Die Literaturabgaben sind in dieser Fassung an die Vorgaben der FGSV angepasst.

1 Einleitung

Straßen aus Betonsteinpflaster sind im innerstädtischen Bereich eine sinnvolle Alternative zum Asphaltstraßenbau. Sie weisen Vorteile in der Gestaltung und im Betrieb der Straßen auf. Das Straßenbild kann durch den Einsatz von Betonsteinpflaster aufgelockert werden und Aufgrabungen können ohne „Narben“ wieder verschlossen werden.

In der schalltechnischen Bewertung muss derzeit noch auf die RLS-90 (FGSV 1992) zurückgegriffen werden, nach denen Betonsteinpflasterstraßen als „Pflasterbeläge mit ebener Oberfläche“ kategorisiert werden. Aus dieser Kategorisierung ergibt sich ein DStrO-Wert von DStrO = +2 dB bis DStrO = +3 dB, je nach Fahrgeschwindigkeit v zwischen 30 km/h und 50 km/h.

Moderne Verfahren zur Herstellung von Betonsteinen und zum Einbau als Straßenbelag lassen vermuten, dass dieser o. g. Malus für den DStrO-Wert nicht mehr der Realität entspricht. Da die RLS-90 derzeit überarbeitet werden ist es deshalb sinnvoll, die Geräuschemissionen von Pflasterstraßen neu zu bewerten. Hierzu wurde in Zusammenarbeit des Betonverbands Straße, Landschaft, Garten e.V. (i. F. SLG), der Bundesanstalt für Straßenwesen und Müller-BBM ein Messkonzept entwickelt. Die Messergebnisse und deren Interpretation werden im Folgenden beschrieben.

2 Messkonzept

In einem ersten Schritt wurden vom SLG ca. 70 Strecken mit Betonsteinpflaster für die Untersuchung vorgeschlagen. Die Streckenauswahl umfasste sowohl vermeintlich akustisch günstige Strecken (aufbauend auf den alten Ergebnissen aus (Steven 1992)), die durch großformatige Steine mit schmalen Fugen charakterisiert sind, wie auch Strecken auf denen ein verhältnismäßig hohes Reifen-Fahrbahn-Geräusch zu erwarten ist (z. B. beim Einsatz gekollerter Steine). Die Strecken wurden von Müller-BBM hinsichtlich der Tauglichkeit für die Messdurchführung überprüft. Es sollten sowohl Nahfeldmessungen mit dem CPX-Verfahren (DIN 2015), als auch Statistische Vorbeifahrtmessungen (DIN 2001) durchgeführt werden.

Die CPX-Messungen wurden schließlich an 20 Strecken durchgeführt. Ähnlich wie die ursprüngliche Streckensammlung aus 70 Strecken enthielt auch diese Streckenauswahl sehr unterschiedliche Realisierungen (groß- und kleinformatige Pflaster neuer und älterer Baujahre). Die CPX-Messungen wurden mit einer Fahrgeschwindigkeit von 30 km/h durchgeführt, auf einzelnen Strecken fanden je nach Streckenführung auch Messungen mit 50 km/h statt.

Auf allen Strecken wurde mit den beiden Normmessreifen P und H gemessen, die jeweils einen typischen Pkw-Reifen (P) bzw. Lkw-Reifen (H) repräsentieren.

Die Statistischen Vorbeifahrtmessungen wurden schließlich an 5 Strecken durchgeführt, die in Abstimmung mit der Bundesanstalt für Straßenwesen ausgewählt wurden.

Bild 1: CPX-Messsystem auf einer der untersuchten Messstrecken

Bild 2: SPB-Messsystem an einer der untersuchten Messstrecken

3 Messergebnisse

Im Bild 3 sind die Messergebnisse der CPX-Messungen darstellt. Auf der x-Achse sind die Streckennummern aufgetragen, auf der y-Achse die CPX-Indizes für die beiden Messreifen P und H. Einige Strecken treten mehrfach auf, da die Messungen wenn möglich in beiden Fahrtrichtungen und auf allen Fahrsteifen durchgeführt wurden.

Bild 3: CPX-Indizes der untersuchten Messstrecken für 30 km/h

Wie aus dem Bild ersichtlich wird, ist der Dynamikbereich für den textursensitiveren Pkw-Reifen deutlich größer als für den Lkw-Reifen. Für Pkw-Reifen beträgt der ermittelte Dynamikbereich ca. 6 dB. Generell sind für die Betrachtung von Pflasterstraßen die mit Pkw-Reifen gemessenen Reifen-Fahrbahn-Geräusche relevanter, da sich die Pflasterbauweise insbesondere für Straßen geringer Belastungsklassen und somit geringem Schwerverkehrsaufkommen eignet.

Die Statistischen Vorbeifahrtmessungen wurden an den Strecken 14, 39, 62, 66 und 67 durchgeführt. Alle untersuchten Strecken lagen im innerörtlichen Bereich und sind durch annährend allseitige Bebauung gekennzeichnet. Somit sind die normativen Anforderungen an Statistische Vorbeifahrtmessungen, bei denen in einem 10 m Radius um die Messstelle keine reflektierenden Hindernisse vorhanden sein dürfen, nicht einzuhalten. Durch die entstehenden Reflexionen ergeben sich höhere Messergebnisse. Auch das in (DIN 2013) beschriebene Backing-Board Verfahren schafft hier keine ausreichende Abhilfe, da sich nicht nur hinter dem Messmikrofon, sondern auch gegenüber reflektierende Baukörper befinden. Um dennoch vergleichbare Messergebnisse zu erzielen, wurden die SPB-Messungen um eine Schallausbreitungsberechnung nach (DIN 1999) ergänzt. In dieser Schallausbreitungsberechnung wurde die umgebende Bebauung digital realisiert und die Straße als Linienschallquelle eingearbeitet. Die Linienschallquelle wurde entsprechend dem standardisierten Verkehrslärmspektrum nach (DIN 1997) modelliert. Die Ausbreitungsberechnungen wurden dann sowohl mit Bebauung als auch ohne Bebauung durchgeführt und die sich durch Reflexionen ergebenden Unterschiede in Rasterlärmkarten dargestellt. In den Rasterlärmkarten konnte separat für jede Situation die an der jeweiligen Messposition durch die Reflexion hervorgerufene Erhöhung des Schalldruckpegels ermittelt werden.

In den Bildern 4 bis 6 ist eine Situation exemplarisch dargestellt.

Bild 4: Foto einer exemplarischen Messstelle

Bild 5: Modell der umliegenden Bebauung und Differenzlärmkarte (mit/ohne Reflexionen) für die Situation im Bild 4

Bild 6: Draufsicht auf die Situation aus Bild 4 und Bild 5 inklusive Mikrofonposition für die SPB-Messung

In der Tabelle 1 sind die Ergebnisse der SPB-Messungen dargestellt.

Tabelle 1: Ergebnis der Regressionsanalyse für die jeweilige mittlere Geschwindigkeit vmean mit Reflexionsanteil Lp,ref und ohne Reflexionsanteil Lp,oref

Ein Vergleich von Lp,ref und Lp,oref zeigt, dass die Reflexionen der umliegenden Gebäude einen Einfluss von 0,4 dB bis 1,0 dB, je nach Geometrie der Bebauung, ergeben.

Zur Einordnung der Messergebnisse bzw. zur Ermittlung eines Vergleichswerts zum DStrO-Wert müssen die Messergebnisse mit einer Referenz verglichen werden. Eine festgelegte Referenz ist jedoch aktuell nur für eine mittlere Fahrgeschwindigkeit von 120 km/h vorhanden und liegt für Pkw gemäß (BMVBS 2009) bei 85,2 dB(A). Für niedrigere Geschwindigkeiten muss dieser Referenzwert umgerechnet werden. Im Bild 7 sind der Referenzwert, die Messwerte aus Tabelle 1 ohne Reflexionsanteil Lp,oref und unterschiedliche Modelle für die Umrechnung hin zu niedrigeren Geschwindigkeiten dargestellt.

Bild 7: Referenzwert, Messergebnisse aus Tabelle 1 ohne Reflexionsanteil und unterschiedliche Modelle für die Umrechnung hin zu niedrigeren Geschwindigkeiten

Die rote und die schwarze Linie zeigen die Umrechnungen des Referenzwertes auf niedrige Geschwindigkeiten unter der Annahme b = 2,5 (rot) bzw. b = 3,5 (schwarz) für den Geschwindigkeitsexponenten gem. ISO/DIS 11819-2. Die genannten Werte für b entsprechen dem dort genannten Minimal- bzw. Maximalwert. Auf diese Weise wird der Wertebereich für einen Vergleichswert zum DStrO bei niedrigen Geschwindigkeiten mit der größtmöglichen Bandbreite aufgebaut. Zusätzlich sind noch die Kurven gemäß RLS-90 und nach dem IMA-GINE-Emissionsmodell für einen Abstand von 7,5 Metern und dem maximalen Vorbeifahrtpegel einer Einzelvorbeifahrt eingezeichnet. Diese Kurven liegen für den hier betrachteten niedrigen Geschwindigkeitsbereich in derselben Größenordnung wie die Umrechnung über die logarithmische Geschwindigkeitsbeziehung mit einem Geschwindigkeitsexponentenvon b = 3,5. Auch das Modell nach (Ullrich 1991) (grüne Dreiecke im Bild 7) liefert für die modelleigenen Referenzgeschwindigkeiten Referenzwerte nahe dem Geschwindigkeitsexponenten von b = 3,5.

Grundsätzlich kann festgehalten werden, dass die Verwendung des Geschwindigkeitsexponenten b = 3,5 die Ergebnisse der anderen beschriebenen Modelle gut nachbildet und zudem auf der – für den Anwohner – sicheren Seite liegt. Dies bedeutet, dass die Verwendung von b = 3,5 zu einem konservativen Ergebnis führt. Die Referenzwerte für 30 km/h und 40 km/h liegen dann bei Lref 30 km/h = 64,1 dB(A) bzw. Lref 40 km/h = 68,5 dB(A).

4 Interpretation der Messergebnisse

Aus den oben genannten Messergebnissen kann abgeleitet werden, dass sich die in der Tabelle 2 angegebenen Vergleichswerte zum DStrO-Wert ergeben.

Tabelle 2: Ermittelte Vergleichswerte zum DStrO-Wert 

Die Ergebnisse zeigen, dass sich bei den untersuchten Betonsteinpflasterstrecken Vergleichswerte zwischen DStrO = +1,5 dB und DStrO = -2,8 dB ergeben. Der Mittelwert der 5 untersuchten Strecken liegt bei -1,2 dB.

Dieses Ergebnis zeigt, dass es bei Beachtung einiger planerischen und bautechnischen Randbedingungen möglich ist, eine Straße aus Betonsteinpflaster herzustellen, bei der sich ein Vergleichswert zum DStrO-Wert von zumindest DStrO = -1 dB ergibt.

Es wird deshalb angeregt, eine neue Kategorie von Pflasterbauweisen in die überarbeitete Version der RLS-90 aufzunehmen, die dieser Tatsache Rechnung trägt.

Bis dies umgesetzt ist, können die akustischen Eigenschaften einzelner Betonsteinpflasterstraßen nach sorgfältiger Planung und Umsetzung über akustische Messungen nachgewiesen werden.

Literaturverzeichnis

Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Stadtentwicklung – BMVBS (2009): Allgemeines Rundschreiben Straßenbau Nr. 3/2009 vom 31.3.2009 (S 13/7144.2/02-09/1005908, zu Richtlinien für den Lärmschutz an Straßen (RLS-90) und Fahrbahnoberflächen-Korrekturwerte DStrO für offenporige Asphalte; mit Anlage: Statuspapier Offenporige Asphaltdeckschichten (OPA) vom 10.2.2009, Bonn

Deutsches Institut für Normung – DIN (1999): DIN ISO 9613-2 Akustik –  Dämpfung des Schalls bei der Ausbreitung im Freien – Teil 2: Allgemeines Berechnungsverfahren (ISO 9613-2:1996), Ausgabe 1999-10, Beuth Verlag, Berlin

Deutsches Institut für Normung (DIN) (1997): DIN EN 1793-3 Lärmschutzeinrichtungen an Straßen – Prüfverfahren zur Bestimmung der akustischen Eigenschaften – Teil 3: Standardisiertes Verkehrslärmspektrum, Deutsche Fassung EN 1793-3:1997, Ausgabe 1997-11, Beuth Verlag, Berlin

Deutsches Institut für Normung (DIN) (2001): DIN EN ISO 11819-1 Akustik – Messung des Einflusses von Straßenoberflächen auf Verkehrsgeräusche – Teil 1: Statistisches Vorbeifahrtverfahren (ISO 11819- 1:1997), Deutsche Fassung EN ISO 11819-1:2001, Beuth Verlag, Berlin

Deutsches Institut für Normung (DIN) (2013): ISO/PAS 11819-4 Akustik – Messung des Einflusses von Straßenoberflächen auf Verkehrsgeräusche – Teil 4: Statistisches Vorbeifahrtverfahren unter Verwendung einer Abschirmplatte (backing board), Ausgabe 2013-03, Beuth Verlag, Berlin

Deutsches Institut für Normung (DIN) (2015): ISO/DIS 11819-2 Acoustics – Measurement of the influence of road surfaces on traffic noise – Part 2: The close-proximity method, Ausgabe 2015-02, Beuth Verlag, Berlin

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (1992): Richtlinien für den Lärmschutz an Straßen (RLS-90), Ausgabe 1990, berichtigter Nachdruck Februar 1992, Köln, FGSV 334

IMAGINE Improved Methods for the Assessment of the Generic Impact of Noise in the Environment, EU-Forschungsprojekt 2003-12-01 bis 2006-11-30, Project ID 503549, Koordinator DELTARAIL B.V., Utrecht, Niederlande

Steven, H. (1992): Geräuschemissionen auf Betonsteinpflaster, Forschungsinstitut Geräusche und Erschütterungen FIGE GmbH, Herzogenrath

Ullrich, S. (1991): Annahmen zu den Fahrzeugemissionen in den Richtlinien für den Lärmschutz an Straßen (RLS-90), Straße und Autobahn, 4, Kirschbaum Verlag, Bonn