Die stetig zunehmende Lärmbelastung im Verkehrsbereich ist heute vorrangig durch das Reifenfahrbahngeräusch bedingt, insbesondere bei Geschwindigkeiten über 20 km/h.[1] Diese akustischen Emissionen resultieren aus der Interaktion zwischen der Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche und dem Profil der Reifen. Der Reifen generiert Schwingungen, die als Vibrationsschall abgestrahlt werden, während in der Reifenaufstandsfläche Kompressions- und Dekompressionseffekte Luftströmungsschall[ 2] erzeugen. Beide Mechanismen werden massgeblich von der Fahrbahntextur beeinflusst, weshalb die Wahl der Strassenoberfläche entscheidend ist.

Betonoberflächen – leisere und langfristige Lösung im Strassenbau

Betonstrassen gelten fälschlicherweise als «laute» Fahrbahnoberflächen im Vergleich zu Asphalt. Doch dank innovativer Ansätze, vor allem des Einsatzes von Waschbeton, zeigt sich ein anderes Bild. Diese besondere Betonvariante mit freigelegten Gesteinskörnern kann nicht nur ästhetisch überzeugen, sondern auch die Akustik positiv beeinflussen. Die lärmmindernde Wirkung von Waschbeton entwickelt sich laut Langzeitstudien aus Österreich dank seiner dauerhaften Beschaffenheit langfristig und bleibt im Lauf der Zeit nahezu unverändert.[3],[4]

Beton im Strassenbau

Beton erweist sich im Strassenbau als optimale Wahl –insbesondere in Situationen mit erwartet hohen Belastungen. Im Vergleich zu Asphalt besticht Beton durch seine überlegene Einbaustärke, was ihn deutlich belastbarer macht. Beton findet vielfältige Anwendungen, darunter Lastwagenfahrspuren auf Autobahnen, Rastplätze, Busterminals, Kreisel, Industrieflächen und Armeeanlagen, um nur einige Beispiele zu nennen. Die Dauerhaftigkeit von Betonoberflächen ist in der Schweiz unumstritten. Besonders im Bereich der Kreisverkehre hat sich die Betonbauweise mittlerweile als nahezu ausschliessliche Praxis etabliert. Ebenso zeigt sich der Einsatz von Betonfahrbahnen als klare Präferenz bei Bushaltestellen. Trotz dieser Vorteile wird im Strassenbau oft der Asphaltbauweise der Vorzug gegeben, wobei häufig auf die Erstellungskosten und die Lärmentwicklung im laufenden Verkehr verwiesen wird. Dank fortschreitender Entwicklungen im Betonbau existieren mittlerweile vielversprechende Beispiele von Waschbetonfahrbahnen, wie beispielsweise die rund 470 Meter lange Erschliessungsstrasse zum, Zementwerk in Untervaz (Abb. 1). Mit dem Beispiel im bündnerischen Untervaz konnten bereits im Jahr 2017 gewisse Bedenken bezüglich der Wirtschaftlichkeit und möglicher negativer Auswirkungen auf die Akustik von Betonstrassen ausgeräumt werden. Doch was sind die Voraussetzungen? Um den beim Abrollen der Reifen entstehenden Luftströmungsschall zu vermindern, aber auch zugunsten der Griffigkeit, muss die Betonoberfläche über eine aufgeraute Textur verfügen. Gleichzeitig soll die Textur möglichst regelmässig sein und ein optimales Mass an Rauigkeit aufweisen, um die Reifen beim Überrollen möglichst wenig anzuregen. Unter den gängigen Arten der Oberflächenherstellung von Beton hat sich seit Längerem der Waschbeton als lärmarme Variante herausgestellt. Fahrbahndecken mit Besenstrich erzeugen wesentlich höhere Schalldruckpegel.

Mittlerweile gibt es weitere Beispiele neben der Erschliessungsstrasse in Untervaz, bei denen Waschbeton mit neuer Technologie zum Einsatz gekommen ist. So beispielsweise bei den Fahrbahnhaltestellen in Derendingen, Rümlang und Geroldswil, sowie beim Allmend-Tunnel der A6 zwischen Rubigen und Spiez oder beim im Jahr 2023 neu gebauten Autobahnzubringer A4 bei Bickwil (Abb. 2).

Lärmminderung und Langzeitwirksamkeit durch eine optimale Fahrbahntextur

Der Kanton St. Gallen testet beispielsweise laufend verschiedene lärmmindernde Beläge unterschiedlicher Bauweisen und liess deshalb auch Lärmmessungen mit der CPX-Methode auf der neuen Betonstrasse im «Wingertli» in Untervaz (GR) durchführen. Die Messresultate wurden in Belagsgütewerte umgerechnet und mit den Werten des in der Schweiz angewandten Strassenlärmmodells verglichen. Dabei ergab sich nach dem Einbau eine Abweichung von –2,9 dB(A) für einen Mischverkehr mit einem Lastwagenanteil von 8 %. Die ein Jahr später erneut durchgeführten Messungen zeigten weiterhin eine deutliche Lärmminderung von –2,0 dB(A).* Setzt man diese Werte in Bezug zur Norm VSS 40 425 «Lärmmindernde Decken – Grundlagen»,[5] zeigt sich ein interessantes und für die langlebigen Betonbeläge typisches Bild: So gehören die Werte nach dem Einbau zwar noch zur tiefsten Kategorie der Lärmminderung («bewährt»). Wenn die lärmmindernde Textur dauerhaft erhalten werden kann, wechseln diese Strassenbeläge langfristig knapp zur höheren Kategorie «erfolgversprechend », was ihre Wirksamkeit unterstreicht. Die Dauerhaftigkeit der Betontechnologie birgt zusätzliche Vorteile: Sie senkt nicht nur die Unterhaltskosten erheblich und verlängert die Sanierungsintervalle, sondern reduziert auch die damit verbundenen volkswirtschaftlichen Folgekosten, die durch Störungen des Verkehrsflusses entstehen. Waschbeton, mit seiner regelmässigen und rauen Oberflächentextur, erweist sich besonders in Hochgeschwindigkeitsbereichen als interessante Alternative zu herkömmlichem Beton und Asphalt. Ähnlich wie Gussasphaltlösungen reduzieren Waschbetonoberflächen den Schallpegel durch eine reine Optimierung der Oberflächentextur und können auf diese Weise eine langfristige Lärmminderung bewirken. Die Waschbetonbauweise ist mittlerweile Standard, bietet hohe Griffigkeit, geringe Geräuschentwicklung und eine lange Lebensdauer.

3D-Texturanalysen der Grolimund + Partner AG auf konventionellem Beton mit Quertexturierung (links), Waschbeton 11 (Mitte) und Waschbeton 8 (rechts).

Wie die 3D-Texturanalyse der Grolimund + Partner AG zeigt (Abb. 3), weisen Waschbetonoberflächen, insbesondere aber die des Waschbetons mit Gesteinskörnung (GK) 8 mm, im Vergleich zu konventionellen Betonoberflächen mit Quertexturierung eine Textur auf, welche die Kontaktkräfte zwischen Reifen und Fahrbahn über die ganze Auflagefläche gleichmässig verteilt. Die lärmmindernden Eigenschaften von Waschbeton basieren auf der regelmässigen Anordnung der Kornspitzen in Rot, welche die Anregung der Reifen verringert und somit den Vibrationsschall reduziert. Zusätzlich spielen die Entlüftungsmulden in Blau eine entscheidende Rolle, da sie das Entweichen der Luft in der Reifenfahrbahn- Kontaktzone erleichtern und dadurch den Luftströmungsschall reduzieren.

Waschbetonbauweise: Technische Präzision und Wirtschaftlichkeit

Der 1990 in Österreich für den Autobahnbau entwickelte Waschbeton GK 8 mm kommt mit annähernd gleichen Qualitätsanforderungen seit 2014 auch in der Schweiz zur Anwendung (Abb. 4 und 5). Für Kleinflächen wie beispielsweise Kreisverkehre wird der Beton fast ausschliesslich von Hand eingebaut, bei einzelnen Strecken auf Nationalstrassen oder auf Kantonsstrassen wurden bereits erfolgreich maschinelle Einbauten vorwiegend in der Qualität GK 11 mm umgesetzt. Neben der einschichtigen Bauweise wird der Waschbeton hauptsächlich im zweischichtigen Einbau «frisch in frisch» realisiert. Die feuchte Betonoberfläche wird mit einem Kombimittel (Verzögerer und Curing) behandelt und im noch erdfeuchten Zustand ausgebürstet. Die Texturtiefe erreicht man zielsicher in Abhängigkeit vom Ausbürstzeitpunkt nach 3 bis 24 Stunden, welcher von der Umgebungstemperatur stark abhängig ist. Mittels Vorversuchen kann dies getestet werden. Die angestrebte Texturtiefe beträgt zirka 0,8 mm bis 1,1 mm.

Waschbeton Gesteinskörnung 8 mm (links) und mit Vorfrässchnitt (rechts).

Aufbau gemäss SN 640 461

Durch diese Bauweise wird in einem ersten Schritt eine Unterbetonschicht mit einem Grösstkorn von 32 mm eingebaut und verdichtet. In einem zweiten Schritt wird eine Oberbetonschicht aus qualitativ hochwertigem Splittbeton GK 8 mm auf den noch frischen Unterbeton aufgebracht. Es ist wichtig, eine Durchmischung der beiden Schichten zu vermeiden. Durch das Ausbürsten des Oberflächenmörtels und die freigelegte Gesteinskörnung wird zudem der Frost-Tausalz-Widerstand der Oberfläche verbessert (Abb. 6 und 7).

Waschbeton GK 8 mm, Gesteine felsgebrochen, kubisch, Handeinbau. (links)                                   

Waschbeton GK 11 mm, Gesteine mittelländische Sedimente, Handeinbau. (rechts)

Anforderungen an Oberflächen von Betondecken

(gemäss Ö-Norm RVS 08.17.02, Tabelle 15)

Die Waschbetonbauweise ist eine gute Alternative zu herkömmlich strukturierten Betonfahrbahndecken wie auch zu üblichen Asphaltdecken und überzeugt sowohl technisch als auch wirtschaftlich. Im Kanton Solothurn und in den Nachbarkantonen trifft man seit geraumer Zeit vermehrt auf Betonfahrbahnen. «Es zeigt sich, dass die Verformungsbeständigkeit des Betons die hohen Schubkräfte durch den Schwerverkehr gut aufnehmen kann», erklärt Roger Schibler, Kantonsingenieur Solothurn. Somit garantiere die Betonfahrbahn eine lange Nutzungsdauer mit tiefen Unterhaltskosten. «Mit der Weiterentwicklung zur zweischichtigen Betonfahrbahn mit Waschbetonstruktur liegt nun auch eine lärmmindernde Lösung vor, die auf stark verkehrsbelasteten Innerortsstrecken ihre bevorzugte Anwendung findet», führt Schibler weiter aus. Deshalb hat der Kanton Solothurn auf der Ortsdurchfahrt in Derendingen zwei Busfahrbahnhaltestellen mit einer Waschbetonstruktur realisiert. Die durchgeführten Lärmmessungen (CPX-Messung) haben die lärmmindernde Wirkung bestätigt. Schibler: «Im Vergleich zu einem akustisch neutralen bituminösen Fahrbahnbelag ist die Betonfahrbahn mit Waschbetonstruktur bei der Bushaltestelle Floraplatz in Derendingen um rund 2 dB leiser.»

Akustische Wirkung nachgewiesen

Eine aktuelle Auswertung der Datenbank der Grolimund + Partner AG mit sämtlichen Lärmmessungen CPX (nach SN EN ISO 11819-2:2021)[6] zeigt, dass Waschbetondecken mit Grösstkorn GK 8 mm im Mittel um zirka 3 dB und jene mit Grösstkorn GK 11 mm um zirka 1 dB leiser sind im Vergleich zu herkömmlichen Betonfahrbahnen mit Quertexturierung (Abb. 10 und 11). Diese Messwerte gelten für den Innerortsbereich bei einer Geschwindigkeit von 50 km/h. Die nachgewiesene akustische Effizienz von Betonstrassen, insbesondere durch den Einsatz von Waschbeton, legt einen bedeutsamen Grundstein für die Planung zukünftiger Verkehrswege. Die gewonnenen Erkenntnisse aus den Lärmmessungen und Analysen sollten nun als essenzielle Richtlinien in die Strassenplanung integriert werden. Durch die Berücksichtigung dieser Daten können Städte und Gemeinden nicht nur die Lärmbelastung in stark frequentierten Bereichen reduzieren, sondern auch eine Umgebung schaffen, die den Bedürfnissen von Anwohnern und Verkehrsteilnehmern gleichermassen gerecht wird. Es eröffnen sich somit innovative Möglichkeiten, Verkehrslärm gezielt zu minimieren und gleichzeitig die Verkehrsinfrastruktur im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung zu gestalten.

Berücksichtigung von Betonfahrbahnen im Strassenlärm-Berechnungsmodell

Das aktuelle Modell zur Berechnung der Strassenlärmemissionen sonROAD18 ermöglicht die Berücksichtigung von Betonfahrbahnen auf der Grundlage der gemessenen spektralen Lärmpegel nach der CPXMethode. Zur Beurteilung einer Strasse im Lärmvollzug müssen jedoch Prognosen für die Emissionen eines gealterten Strassenbelags am Ende seiner Lebensdauer berücksichtigt werden. In der dafür massgebenden Nachschlagetabelle «Leitfaden Strassenlärm – Anhang 1b»[7] sind momentan die Belagskennwerte für Betonfahrbahnen mit +2 dB (< 60 km/h) und +5 dB (> 90 km/h) angegeben. Da sich diese Werte auf die Standardbauweise mit quertexturierten Betonfahrbahnen beziehen, wäre es zwingend notwendig, bei der nächsten Überarbeitung separate Werte für lärmoptimierten Waschbeton aufzuführen.

Betonstrassen und ihre akustische Effizienz

Zusammenfassend zeigt sich, dass Betonstrassen, insbesondere durch die Verwendung von Waschbeton mit einer Gesteinskörnung von 8 mm, eine leise und nachhaltige Lösung im Strassenbau darstellen. Die akustischen Eigenschaften dieser innovativen Betonvariante wurden durch Messungen und Studien belegt, die eine konstante Lärmminderung über die Zeit hinweg dokumentieren. Technologische Entwicklungen im Betonbau, insbesondere bei der Oberflächentextur, haben zu beeindruckenden Ergebnissen geführt. Betonstrassen bieten nicht nur eine hohe Belastbarkeit, Langlebigkeit und Wirtschaftlichkeit, sondern tragen auch effizient zur Reduzierung von Verkehrslärm bei. Diese kombinierten Vorteile machen Betonstrassen zu einer attraktiven Wahl für stark frequentierte Verkehrswege und unterstreichen ihre Vielseitigkeit im Strassenbau. Insgesamt verdeutlichen die innovativen Betontechnologien und nachhaltigen Praktiken, insbesondere durch den Einsatz von Waschbeton, dass Betonstrassen eine leise und langlebige Lösung im Strassenbau darstellen. Die durch Messungen und Studien belegte Effizienz, gepaart mit den ökonomischen und ökologischen Vorteilen, unterstreicht die vielversprechende Option, die Betonstrassen für die Zukunft bieten. Durch ihre Wirkung tragen sie nicht nur zur Reduzierung von Verkehrslärm bei, sondern fördern auch eine ressourcenschonende und umweltfreundliche Gestaltung von Verkehrsinfrastrukturen. Bleibt noch die Frage nach Betonstrassen im Hochgeschwindigkeitsbereich. Aktuell werden Messungen bei gebauten Objekten gemacht. Ein entsprechendes Fazit wird dann ebenfalls kommuniziert.

Literatur
[1] sonROAD18, Berechnungsmodell für Strassenlärm; Seite 22, Abb. 10.2.
[2] Sandberg U. und Ejsmont J.A.: Tyre/Road Noise Reference Book, (Informex: Kisa, Sweden, 2001).
[3] Oberascher M.: Entwicklung des Lärmverhaltens von Deckschichten auf den Autobahnen in Österreich.
In: FSV-aktuell Strasse, April 2015.
[4] Schedl A.: Lärmmindernde Oberflächenstruktur – Waschbeton. Referat an Betonstrassentagung Zürich 5.5.2015 (unveröffentlicht).
[5] VSS 40 425 «Lärmmindernde Decken – Grundlagen». Schweizerischer Verband der Strassen- und Verkehrsfachleute VSS.
[6] SN EN ISO 11819-2:2021 «Akustik – Messung des Einflusses von Strassenoberflächen auf Verkehrsgeräusche –
Teil 2: Nahfeldmessverfahren». Schweizerischer Verband der Strassen- und Verkehrsfachleute VSS.
[7] BAFU/ASTRA: Leitfaden Strassenlärm – Anhang 1b. Belagskennwerte – Anwendungshilfe für die Belagsakustik, Version 10.3.2022.