Akustische Eigenschaften von Betonsteinpflasterstraßen

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. Dies führt dazu, dass diese beliebte Bauweise im kommunalen Bereich gerade auf weniger belasteten Straßen und Verkehrsflächen (d. h. Belastungsklasse Bk3,2 oder geringer gemäß den Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen (RStO)) eine hohe Bedeutung hat. Nach Angaben des Branchenverbandes SLG e. V.¹⁾ betrug das Marktvolumen in den Jahren 2010 und 2012 rund 88 bzw. rund 95 Mio. m² für Pflastersteine aus Beton, einschließlich haufwerksporiger Steine.

Die Einsatzmöglichkeiten für Betonsteinpflaster machen deren Anwendung insbesondere in Wohngebieten interessant. Dort ist zwar die Gesamtverkehrsmenge üblicherweise geringer als an stark befahrenen Straßen, jedoch liegen Wohngebäude sehr nah an den Verkehrswegen und somit an der Schallquelle.

In der schalltechnischen Bewertung muss derzeit noch auf die RLS-90 [1] zurückgegriffen werden, nach denen Betonsteinpflasterstraßen als „Pflasterbeläge mit ebener Oberfläche“ kategorisiert werden. Aus dieser Kategorisierung ergibt sich ein D_StrO-Wert von D_StrO = +2 dB bis D_StrO = +3 dB, je nach Fahrgeschwindigkeit v zwischen 30 und 50 km/h.

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

Bestandsaufnahme

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 [2]), 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 [3], als auch Statistische Vorbeifahrtmessungen [4] durchgeführt werden.

Die CPX-Messungen wurden schließlich an 20 Strecken durchgeführt. Ähnlich wie die ursprüngliche Zusammenstellung von 70 Strecken enthielt auch diese Streckenauswahl sehr unterschiedliche Ausführungen (groß- und kleinformatiger Pflaster neuerer 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 (Bild 1). Auf allen Strecken wurde mit den beiden Norm-Messreifen P und H gemessen, die jeweils einen typischen Pkw-Reifen (P) bzw. Lkw-Reifen (H) repräsentieren.

Die Statistischen Vorbeifahrtmessungen wurden schließlich an fünf Strecken durchgeführt, die in Abstimmung mit der Bundesanstalt für Straßenwesen ausgewählt wurden (Bild 2).

Messergebnisse

In Bild 3 sind die Messergebnisse der CPX-Messungen darstellt. Auf der x-Achse sind die Streckennummern aufgetragen, auf der y-Achse die CPX-Indizes (arithmetischer Mittelwert der gemessenen Schalldruckpegel in dB(A)) 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.

Die Statistischen Vorbeifahrtmessungen wurden an den Strecken 14, 39, 62, 66 und 67 durchgeführt. Alle untersuchten Strecken liegen im innerörtlichen Bereich und sind durch annähernd allseitige Bebauung gekennzeichnet. Somit sind die normativen Anforderungen an Statistische Vorbeifahrtmessungen [4], 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 [5] 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 [6] ergänzt. In dieser Schallausbreitungsberechnung wurde die umgebende Bebauung digital realisiert und die Straße als Linienschallquelle eingearbeitet. Die Linienschallquelle wurde entsprechend dem standardisierten Verkehrslärmspektrum nach [7] modelliert. Die Ausbreitungsberechnungen wurden dann sowohl mit als auch ohne Bebauung durchgeführt und die sich durch Reflexionen ergebenden Unterschiede in Rasterlärmkarten dar­gestellt. In diesen 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.

Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der SPB-Messungen.

Zur Einordnung der Messergebnisse bzw. zur Ermittlung eines Vergleichswerts zum D_StrO-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 [8] bei 85,2 dB(A). Für niedrigere Geschwindigkeiten muss dieser Referenzwert umgerechnet werden.

In Bild 7 sind der Referenzwert, die Messwerte aus Tabelle 1 ohne Reflexionsanteil L_p,oref und unterschied­liche Modelle für die Umrechnung hin zu niedrigeren Geschwindigkeiten dargestellt.

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 und 40 km/h liegen dann bei L_{ref, 30 km/h} = 64,1 dB(A) bzw. L_{ref, 40 km/h} = 68,5 dB(A).

Interpretation der Messergebnisse

Aus den o. g. Messergebnissen können die in Tabelle 2 angegebenen Vergleichswerte zum D_StrO-Wert abgeleitet werden.

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 D_StrO-Wert von mindestens D_StrO = –1 dB ergibt. Deshalb wird angeregt, eine neue Kategorie von Pflasterbauweisen in die überarbeitete Version der RLS-90 aufzunehmen, die dieser Tatsache Rechnung trägt.

Um die aus akustischer Sicht nötigen Parameter der neuen Kategorie von Pflasterstraßen festzuschreiben, wurden in Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt für Straßenwesen und auf der Grundlage der Forschungsergebnisse des F&E-Projekts „Lärmarmes Betonsteinpflaster“ (siehe z. B. [11]) folgende Eigenschaften festgelegt:

 Mittlere Profiltiefe MPD [12] und Gestaltfaktor g [12]:

•   0,4 mm  MPD  0,8 mm und 0,8  g, oder
•   MPD  0,2.

  Hauptfugenausrichtung 45°  10° zur Fahrtrichtung.

 Steingröße (Länge L, Breite B), Fugenbreite f und Fase  der Steine:

•  B  130 mm; 1,5  L/B  2,0; f + 2  7 mm, oder
•  B  160 mm; 1,5  L/B  2,0; f + 2  10 mm.

 Maximaler Höhenversatz von Stein zu Stein: 1 mm (dauerhaft).

 Fugenfüllung dauerhaft vollständig, mindestens aber bis 20 mm unter Oberkante Pflasterdecke.

Offenporige Betonsteine

Wie schon beschrieben kann bei entsprechender Planung und zielgerichteter Materialauswahl bereits mit gefügedichtem Pflaster ein Fahrbahnbelag hergestellt werden, der vergleichbare akustische Eigenschaften zu konventionellen – nicht geräuschmindernden – Asphaltbauweisen aufweist. Im abgeschlossenen Forschungsprojekt „Lärmarmes Betonsteinpflaster“ wurde darüber hinaus untersucht, in wie weit es möglich ist, eine geräuschmindernde Pflasterbauweise für den praktischen Einsatz zu entwickeln.

Grundlage hierfür war die Optimierung eines offenporigen Betons, um die konkurrierenden Eigenschaften zur bautech­nischen Haltbarkeit und akustischen Leistungsfähigkeit möglichst optimal miteinander zu harmonisieren [13]. Es wurde ein offenporiger Beton mit erhöhtem Frost-Tausalz-Widerstand konzipiert, aus dem Betonpflastersteine hergestellt wurden (Bild 8).

Im Vergleich zur Ortbetonbauweise hat die Herstellung von Betonpflastersteinen den Vorteil eines hochgradig kontrollierten Herstellprozesses in einer industriellen Anlage und einer nachgeschalteten Qualitätssicherung. Dies bedeutet, dass einerseits die Umgebungsbedingungen bei der Herstellung besser kontrolliert werden können als beim klassischen Betonstraßenbau und dass die gewünschten akustischen Eigenschaften bereits vor dem Einbau durch eine Produktionskontrolle überprüft werden können.

Mit den im F&E-Projekt entwickelten offenporigen Beton­steinen wurde im Jahr 2014 eine Demonstratorfläche auf einer kommunalen Straße hergestellt. Messungen nach [4] führten bei der Einordnung der Messergebnisse gemäß dem Schema in Bild 7 zu einem Vergleichswert zum D_StrO-Wert D_StrO < –5 dB für den Geschwindigkeitsbereich zwischen 30 und 50 km/h. Dies bedeutet, dass die dort getestete offenporige Bauweise, zumindest im Neuzustand, eine erhebliche Minderung des Reifen-Fahrbahn-Geräuschs mit sich bringt.

Zusammenfassung

Durch das Projekt zur Bestimmung der akustischen Eigenschaften von Betonsteinpflasterstraßen konnte gezeigt werden, das diese Bauweise bei Einhaltung einiger Eigenschaften aus akustischer Sicht mit konventionellen, nicht geräuschmindernden Asphaltbauweisen konkurrieren kann. Es wurden konkrete Empfehlungen erarbeitet, welche Randbedingungen bei der Herstellung einer Pflasterstraße einzuhalten sind, sodass diese aus akustischer Sicht vergleichbar zu konventionellen Asphalt­straßen ist. Neben den hier genannten Parametern müssen zusätzlich einige bautechnische Besonderheiten beachtet werden, die aktuell in das Straßenbauregelwerk der FGSV eingearbeitet werden. Bis dies umgesetzt ist können die akustischen Eigenschaften einzelner Betonsteinpflasterstraßen nach sorgfältiger Planung und Umsetzung über akustische Messungen nachgewiesen werden.

Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen zudem, dass die Möglichkeiten für den Bau geräuschmindernder Pflasterstraßen noch nicht ausgeschöpft sind.

¹⁾ Gesamtmarktgröße der Betonprodukte für den Straßen-, Landschafts- und Gartenbau in Deutschland, 2010 und 2012. Hrsg.: Betonverband Straße, Landschaft, Garten e. V. (SLG), Bonn 2013.