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Untersuchung der Messunsicherheit und der Klassifizierungsfähigkeit von Straßenbelägen
BASt-Bericht S 69
Igor Müller, Börge Wasser, Otto Germann, Achim Kley, Bundesanstalt für Straßenwesen
45 Seiten
Erscheinungsjahr: 2011
Preis: 5,00 €
Bestellung eines gedruckten Exemplars beim Carl Schünemann Verlag GmbH
Von Seiten der Straße ist die geometrische Feingestalt der Oberfläche, die als Textur bezeichnet wird, die Primärgröße für die Griffigkeit und die Geräuschemission. In Großbritannien und Frankreich werden Anforderungen an die Griffigkeit beziehungsweise an die Makrotexturtiefe für verschiedene Straßenkategorien sehr detailliert vorgeschrieben. In Frankreich wird bei der Abnahme von neugebauten Straßen sogar auf eine Griffigkeitsmessung verzichtet, zur Beurteilung reicht hier eine Texturmessung aus. In den einschlägigen deutschen Vorschriften (ZTV Asphalt/Beton StB 01) sowie für die Zustandserfassung und –bewertung (ZEB) von Bundesfernstraßen sind die Abnahme- und Gewährleistungswerte beziehungsweise die Ziel-, Warn- und Schwellenwerte für die Griffigkeit definiert. Für die Geräuschemission sind bisher vergleichbare Messungen nicht vorgesehen. Vor dem Hintergrund wachsender Bedeutung der Geräuschbelastung durch den Straßenverkehr kann hier eine Änderung erwartet werden. Zur Bestimmung des Geräuschpotenzials einer Straßenoberfläche könnte dann eine Messung akustisch relevanter Textureigenschaften erfolgen. Bisher wurde zur qualitativen Einschätzung des Rollgeräuschpegels über die Analyse der Textur nur wenig Grundlagenforschung betrieben und weder allgemein gültige Texturmerkmale noch Grenzwerte bestimmt.
Somit war es das Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens, anhand der im Rahmen des AP-Projektes 03/330 "Erfassung und Bewertung der Texturen von Fahrbahnoberflächen" und neu entwickelten Texturkenngrößen eine Klassifizierung von Straßenbelägen zu erreichen sowie die Messgenauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Texturmessungen zu untersuchen. Darüber hinaus sollten durch diese Untersuchungen Voraussetzungen geschafft werden, um die Textur, beziehungsweise Texturkennwerte mit Reifen-Fahrbahn-Geräuschen zu verknüpfen und den Aufbau einer Datenbank für Parameter von klassifizierten Straßenoberflächentexturen vorzubereiten.
Es wurde ein aus drei Teilen bestehendes Untersuchungsprogramm erarbeitet. Darin wurden Untersuchungen unter Wiederhol- und Vergleichsbedingungen auf den neun Testfeldern aus Asphalt und Beton des Versuchsgeländes in Sperenberg vorgesehen. Hierbei sollten die Messungen mit den optischen zwei- und dreidimensionalen (2D- und 3D-) Texturmessgeräten der BASt durchgeführt werden. Anschließend wurden die Messergebnisse mit den in der BASt entwickelten Auswerteprogrammen BATex ausgewertet.
Der Informationsgehalt der Texturmessung ist eine entscheidende Voraussetzung für die Aussagekraft einer Kenngröße über die erfassten Oberflächeneigenschaften. Unter Verwendung der flächenhaft berechneten geometrisch und akustisch relevanten Texturkenngrößen wurden im vorliegenden Bericht die erweiterte Messunsicherheit und die Reproduzierbarkeit der 3D-Texturmessungen ermittelt. Mit den Ergebnissen dieser Untersuchungen konnten der Zusammenhang zwischen den wichtigsten Gebrauchseigenschaften von Straßen, die mittels der Texturkenngrößen (Oberflächenprofilgleichmäßigkeitskoeffizient Vz0, geschätzte Texturtiefe ETDi, maximale spektrale Rauheitstiefe Amax, bewährter Gestaltfaktor GF5/95) und des Vorbeirollpegels (L ̅) beschrieben wurden, quantifiziert und eine Klassifizierung von gemessenen Fahrbahnbelägen erreicht werden.
Für die praktischen Zwecke können die gewonnenen Erkenntnisse bei der Bewertung von gemessenen Fahrbahnoberflächen eingesetzt werden, um einen ersten Einblick über die akustischen Eigenschaften aufgrund der Texturmessungen zu erhalten. Der theoretisch mögliche Vorbeirollpegel, der mittels des Vz0-Wertes abgeschätzt werden kann, ist dabei ein Maß für die akustischen Eigenschaften.
Der Originalbericht enthält als Anlagen unter anderem eine Übersicht über aktuelle Oberflächenkenngrößen, die Darstellung von Bewertungskriterien, Messprotokolle und Berechnungsergebnisse zur Ermittlung der Messunsicherheit. Auf die Wiedergabe dieser Anlagen wurde in der vorliegenden Veröffentlichung verzichtet. Sie liegen bei der Bundesanstalt für Straßenwesen vor und sind dort einsehbar. Hinweise auf diese Anlagen im Berichtstext wurden zur Information des Lesers beibehalten.
Investigating the measuring uncertainty and classifiability of road surfaces
As far as roads are concerned, the fine-grained geometrical structure of the surface, which is referred to as its texture, is the primary value for both grip and noise emission. In Great Britain and France, the requirements for grip or macro-textural depth for various road categories are defined in great detail. In France, newly built roads are not subjected to grip measurements during the approval process; a mere textural measurement is used for evaluation purposes. The relevant German regulations (ZTV Asphalt/concrete StB 01) governing the recording and evaluation of the state of federal highways (ZEB) define the acceptance and warranty values or the target, alarm and limit values for grip. No comparable measurements have thus far been prescribed for noise emissions. Given the growing importance of noise pollution as a result of road traffic, this may be expected to change. Measuring the acoustically relevant textural characteristics might then be necessary to determine the noise potential of a road surface. Thus far very little basic research has been conducted on qualitative estimates of the rolling noise level, using an analysis of the texture; neither generally valid textural characteristics nor limit values have been determined.
Thus the aim of the current research project was to develop a classification of road surfaces within the framework of the AP project 03/330 "Recording and evaluating the textures of road surfaces", using newly developed textural reference values, as well as to investigate the measuring accuracy and reproducibility of textural measurements. In addition, these investigations were to create the preconditions for linking the texture or textural reference values with tyre/roadway noises and to prepare the development of a database for the parameters of classified road surface textures.
An investigation program consisting of three parts was worked out. This made provision for investigations under repeat and comparative conditions on the nine test fields made of asphalt and concrete at the test site in Sperenberg. The measurements were to be carried out with the optical two- and three-dimensional (2-D and 3-D) texture-measuring devices belonging to the BASt. The measuring results were then evaluated, using the BATex evaluation programs developed by the BASt.
The information content of the texture measurement is a critical requirement for a meaningful reference value for the surface characteristics recorded. By using the calculations for the geometrically and acoustically relevant texture reference values, the extended measuring uncertainty and reproducibility of the 3-D texture measurements in this report were determined. The results of these investigations were used to quantify the link between the major performance characteristics of roads, which were described using the texturalreference values (the surface profile evenness coefficient Vz0, the estimated textural depthETDi, the maximum spectral roughness depth Amax, the proven shape factor GF5/95) and the roll-by level (L ̅), with a resulting classification of the measured road surfaces.
For practical purposes, the information obtained may be used in the evaluation of the measured road surfaces to gain initial insight into the acoustic properties, based on the textural measurements. The theoretically possible roll-past level, which can be estimated using the Vz0 value, is a measure for the acoustic properties.
The original report contains appendices, including an overview of current surface reference values, a presentation of the evaluation criteria, measuring protocols and calculation results, all of which are used to determine the measuring uncertainty. These appendices have not been included in the present publication. They are available from the Federal Highway Research Institute and may be viewed there. References to these appendices in the body of the report were retained for the information of the reader.