STILLE DUNNE TOPLAGEN: PROEFPROJECT N19 KASTERLEE

Transcriptie

1 STILLE DUNNE TOPLAGEN: PROEFPROJECT N19 KASTERLEE ir. BARBARA VANHOOREWEDER AWV ir. ANNELEEN BERGIERS, dr. LUC GOUBERT OCW-CRR Summary In het kader van de Europese richtlijn omgevingslawaai zijn geluidskaarten opgemaakt en is het 'Actieplan Wegverkeerslawaai' opgesteld. Eén van de acties uit het actieplan is het verder uitdiepen van de kennis over geluidsvriendelijke wegdekken. Daarom zijn in mei 2012 een achttal proefvakken van 200 m lang aangelegd met dunne bitumineuze verhardingen. De aangelegde mengsels dienen een aanzienlijke geluidsvermindering te bekomen ten opzichte van de referentieverharding SMA-C. Het betreft warm aangelegde, bitumineuze toplagen met een dikte tot 3 cm en een gehalte aan toegankelijk holle ruimte van niet meer dan 18 %. Gietasfalt en bestrijkingen kwamen niet in aanmerking. De evolutie in de tijd van de akoestische kwaliteit van deze stille wegverhardingen wordt van nabij opgevolgd. In de bijdrage worden de resultaten van de uitgevoerde SPB (Statistical Pass By)- en CPX (Close Proximity)-geluidsmetingen volgens ISO op verschillende tijdstippen na aanleg gepresenteerd. Textuurmetingen uitgevoerd met laser profilometer worden in verband gebracht met de resultaten van de geluidsmetingen. Dans le cadre de la directive européenne relative à l évaluation et à la gestion du bruit dans l environnement, des cartes de bruit ont été établies et l «Actieplan Wegverkeerslawaai» a été mis en place. L une des actions de ce plan est d approfondir davantage les connaissances au sujet des revêtements peu bruyants. C est pourquoi huit sections expérimentales de 200 m de long en revêtement bitumineux de faible épaisseur ont été mises en œuvre en mai Les mélanges mis en œuvre doivent permettre d obtenir une réduction du bruit considérable par rapport au revêtement de référence SMA-C. Il s agit de couches de roulement bitumineuses posées à chaud d une épaisseur allant jusqu à 3 cm et avec une teneur en vides accessibles de 18 % maximum. L asphalte coulé et les enduits n entraient pas en ligne de compte. L évolution dans le temps de la qualité acoustique de ces revêtements silencieux est suivie de près. Dans la contribution, les résultats des mesures de bruit SPB (Statistical Pass By) et CPX (Close Proximity) réalisées selon l ISO sont présentés à différents moments après la pose. Des mesures de texture réalisées au profilomètre laser sont mises en relation avec les résultats des mesures de bruit. 1

2 1. Inleiding 1.1 Context Naar aanleiding van de Europese richtlijn Omgevingslawaai 2002/49/EG heeft het Agentschap Wegen en Verkeer geluidskaarten opgemaakt en op basis van deze geluidskaarten een Actieplan Wegverkeerslawaai uitgewerkt. Gezien de nog beperkte ervaring is één van de acties het uitdiepen van de kennis van geluidsvriendelijke wegverhardingen. Daarom heeft het Agentschap Wegen en Verkeer (AWV) in mei 2012 enkele proefvakken met stille dunne toplagen aangelegd en onderzoekt het samen met het Onderzoekscentrum voor de Wegenbouw (OCW) de volgende jaren de akoestische prestatie, duurzaamheid, stroefheid en andere kenmerken. Op basis van dit onderzoek kunnen dergelijke nieuwe toplagen in een latere fase eventueel in het wegverhardingsbeleid worden geïntegreerd. Voor meer informatie over uitgevoerde metingen op de werf en prestatiegerichte laboratoriumproeven op proefstukken met betrekking tot duurzaamheid en mechanische prestatiekenmerken, wordt er verwezen naar een andere bijdrage (ref. 1). 1.2 Project Via een aanbesteding, met als doel om verschillende dunne (max. 3 cm dik), dichte (max. 18 % holle ruimtes), bitumineuze verhardingen aan te leggen op één wegvak door verschillende aannemers, zijn acht proefmengsels geselecteerd. Voor de beoordeling van de proefvakken werden naast een aantal klassieke kenmerken, zoals stroefheid of vlakheid van het oppervlak, ook akoestische prestaties gevraagd. De akoestische kenmerken worden gecontroleerd kort na aanleg (bij de voorlopige oplevering) en na twee jaar (bij de definitieve oplevering). Op die momenten wordt ook het referentievak met SMA-C opgemeten en de proefvakken moeten minstens 2 db(a) stiller zijn dan de referentieverharding. Aangezien de textuur van het oppervlak ook een belangrijke parameter is voor de geluidsproductie wordt bij de voorlopige en definitieve oplevering tevens de homogeniteit van de textuur gecontroleerd. 1.3 Testlocatie Er werd een geschikte locatie gevonden op de gewestweg N19 Turnhout-Kasterlee. Het wegvak is 2 km lang en bestaat uit twee rijstroken. In dit wegvak werden tien deelvakken afgebakend van elk 200 m lang waar telkens een ander asfaltmengsel aangelegd kon worden. Twee vakken waren voorbehouden voor het referentiemengsel SMA-C en een mengsel bestaande uit een tweelaags ZOA. De acht overblijvende deelvakken werden aangelegd met de verschillende dunne toplagen. 2

3 2. Meetmethoden Voor dit project wordt gebruik gemaakt van drie meetmethoden die hier bondig worden besproken: de SPB- en CPX-methode voor de geluidsmetingen en de dynamische laser profilometer voor de textuurmetingen. 2.1 SPB-methode De SPB- of Statistical Pass By -methode wordt beschreven in norm ISO De snelheden en de maximum geluiddrukniveaus van minimum 100 auto s worden gemeten. De norm beschrijft dat er ook minstens 80 vrachtwagens moeten gemeten worden. Aangezien er echter te weinig vrachtverkeer is op de testlocatie, wordt dit niet in rekening gebracht. De meting wordt uitgevoerd gedurende de passage van de auto s voor een microfoon die geïnstalleerd wordt naast het wegdek waarvan de akoestische kwaliteit bepaald moet worden. De microfoon staat op 7,5 m afstand van het midden van het bestudeerde rijvak en op een hoogte van 1,2 m ten opzichte van het te bestuderen wegdek. Een grafiek wordt opgemaakt met het maximum geluiddrukniveau in functie van de logaritme van de snelheid. Een regressielijn wordt berekend en het gemiddelde maximum geluiddrukniveau bij een referentiesnelheid wordt bepaald (L veh ). 2.2 CPX-methode De CPX of Close-Proximity -methode, beschreven in de norm ISO-draft , is een akoestische meetmethode waarbij het contactgeluid tussen band en wegoppervlak gemeten wordt door met een meetaanhangwagen over de weg te rijden. Het doel van de CPX-methode is om zowel de geluidsproductie als de homogeniteit van een wegverharding over een bepaald traject te evalueren. Het rolgeluid van de referentiebanden wordt gemeten met 2 x 2 microfoons die dicht bij het band/wegverharding-contactvlak zijn gemonteerd in twee akoestisch geïsoleerde omkastingen, die gebouwd zijn op een trailer chassis. Met deze meetaanhangwagen wordt over het te meten wegvak gereden aan een referentiesnelheid van 50 of 80 km/uur. De metingen worden uitgevoerd met twee soorten referentiebanden, de SRTT en AVON AV4, resp. kenmerkend voor personenwagen- en vrachtwagenbanden. Als resultaat kan het geluidsniveau per 20 meter weglengte en het spectrum in tertsbanden van het totaal opgemeten wegvak weergegeven worden. 2.3 Dynamische laser profilometer De textuur wordt gemeten met de dynamische laser profilometer van het OCW volgens de norm ISO De laser combineert een hoge bemonsteringsfrequentie (78 khz) met een kleine diameter van de laserstraal voor een fijne horizontale resolutie (0,2 mm) en is gemonteerd op een voertuig dat toelaat efficiënt metingen uit te voeren. De snelheid van het 3

4 voertuig kan variëren tussen 0 en 40 km/u wanneer er bij stapgrootte 0,2 mm wordt gemeten. De laser profilometer heeft een verticaal meetbereik van 64 mm en is een 16-bit systeem. De verticale resolutie is 1 µm. 3. Meetresultaten 3.1 SPB-metingen Op elk proefvak worden er drie meetpunten gedefinieerd waarvan er telkens twee worden gemeten door het OCW en één door het AWV of twee door het AWV en één door het OCW. Vervolgens wordt er een temperatuurcorrectie 1 toegepast en wordt het gemiddelde berekend van de drie metingen. De resultaten worden weergegeven in Illustratie 1. In de laatste kolom wordt het verschil getoond tussen het referentievak (proefvak 1) en het proefvak. De metingen dateren van anderhalf tot twee maanden na aanleg. Proefvak 9 en 10 blijken een minder goede akoestische kwaliteit te vertonen dan het referentievak. Er worden twee meetpunten (3.3 en 9.3) opgemeten door zowel AWV als OCW ter vergelijking. De gemeten waarde van AWV blijkt telkens ca. 1 db(a) hoger te zijn. Proefvak Uitvoerder metingen 95 % C.I. [db(a)] Temp. [ C] L veh,0 temp. corr. [db(a)] Gemiddelde L veh,0 temp. corr. [db(a)] Verschil ref. vak proefvak [db(a)] Proefvak 1 74,9 0,0 Meetpunt 1.1 OCW 0,2 25,5 74,5 Meetpunt 1.2 OCW 0,3 22,5 74,2 Meetpunt 1.3 AWV 0,2 19,5 75,9 Proefvak 2 71,1-3,7 Meetpunt 2.1 OCW 0,5 24,9 71,8 Meetpunt 2.2 OCW 0,5 26,1 70,3 Meetpunt 2.3 AWV 0,4 21,0 71,4 Proefvak 3 69,0-5,8 Meetpunt 3.1 OCW 0,4 23,8 68,6 Meetpunt 3.2 OCW 0,4 25,8 68,1 Meetpunt 3.3 OCW 0,4 25,0 69,1 Meetpunt 3.3 AWV 0,4 19,0 70,1 Proefvak 4 72,1-2,7 Meetpunt 4.1 OCW 0,4 27,6 72,1 Meetpunt 4.2 OCW 0,5 26,5 73,0 Meetpunt 4.3 AWV 0,4 22,6 71,4 Proefvak 5 68,7-6,2 Meetpunt 5.1 OCW 0,3 27,6 68,3 1 Temperatuurcorrectiecoëfficient -0,06 db(a)/ C. Referentietemperatuur 20 C. 4

5 Meetpunt 5.2 OCW 0,4 29,5 68,6 Meetpunt 5.3 AWV 1,2 22,5 69,2 Proefvak 6 70,8-4,0 Meetpunt 6.1 OCW 0,3 27,0 69,3 Meetpunt 6.2 AWV 0,3 19,2 71,3 Meetpunt 6.3 AWV 0,3 19,6 71,9 Proefvak 7 71,8-3,0 Meetpunt 7.1 OCW 0,3 27,0 72,0 Meetpunt 7.2 AWV 0,2 20,2 72,3 Meetpunt 7.3 AWV 0,3 22,5 71,2 Proefvak 8 72,8-2,1 Meetpunt 8.1 OCW 0,4 30,0 71,6 Meetpunt 8.2 AWV 0,3 25,0 74,3 Meetpunt 8.3 AWV 0,3 26,0 72,4 Proefvak 9 75,1 +0,3 Meetpunt 9.1 OCW 0,3 26,1 74,1 Meetpunt 9.2 AWV 0,3 29,7 75,5 Meetpunt 9.3 AWV 0,2 19,3 76,1 Meetpunt 9.3 OCW 0,3 28,9 74,8 Proefvak 10 75,7 +0,8 Meetpunt 10.1 OCW 0,3 29,0 74,8 Meetpunt 10.2 AWV 0,2 20,5 74,1 Meetpunt 10.3 AWV 0,2 20,7 78,0 Illustratie 1: Overzicht resultaten SPB-metingen (C.I. = confidentie-interval). 3.2 CPX-metingen Sinds de aanleg van de proefvakken zijn twee CPX-meetcampagnes georganiseerd bij een snelheid van 80 km/uur. De eerste meting is uitgevoerd op 28 juni 2012, ongeveer anderhalve maand na aanleg van de proefvakken. Een tweede meetreeks is uitgevoerd op 25 oktober 2012, 5,5 maand na aanleg. In Illustratie 2 zijn de gemiddelde opgemeten CPXgeluidsniveaus per wegvak weergegeven. Bij de weergegeven resultaten is steeds rekening gehouden met een temperatuurscorrectie van -0,06 db/ C 2. Proefvak CPXniveau Meetresultaten (SRTT-banden 80 km/u) [db(a)] 28/06/ /10/2012 Stand. dev. Verschil t.o.v. referentievak CPXniveau Stand. dev. Verschil t.o.v. referentievak Verschil 25/10/ 2012 t.o.v. 28/06/ ,1 0,1 98,7 0,1 0,6 2 91,9 0,3 6,2 91,7 0,4 7,0-0,2 2 De referentietemperatuur is 20 C. 5

6 3 92,7 0,4 5,4 92,8 0,5 5,9 0,1 4 92,7 0,3 5,4 93,0 0,3 5,7 0,3 5 92,3 0,3 5,8 92,6 0,2 6,1 0,3 6 93,1 0,6 5 92,9 0,6 5,8-0,2 7 93,8 0,2 4,3 94,1 0,3 4,6 0,3 8 94,6 0,4 3,5 95,0 0,4 3,7 0,4 9 95,0 0,4 3,1 95,4 0,4 3,3 0, ,0 1,0 1,1 97,3 0,7 1,4 0,3 Illustratie 2: Tabel overzicht resultaten CPX-metingen (SRTT 80 km/u). Per meetdatum wordt telkens het verschil t.o.v. het referentievak weergegeven. Vijf proefvakken zijn 5 à 7 db(a) stiller dan het referentievak, drie proefvakken tussen de 3 en 4,6 db(a) en één proefvak is slechts 1 à 1,5 db(a) stiller. Een half jaar na aanleg is het geluidsniveau bij de meeste proefvakken met 0,3 à 0,4 db(a) toegenomen terwijl het referentievak 0,6 db(a) luider is. Bij twee proefvakken is het geluidsniveau met 0,2 db(a) afgenomen. Met de CPX-metingen kan ook de homogeniteit nagegaan worden. In Illustratie 3 zijn telkens per proefvak de geluidsniveaus per 20 m weglengte weergegeven. Met een rode pijl is aangeduid waar een SPB-meting is uitgevoerd. 6

7 Illustratie 3: Resultaten CPX-geluidsniveau per 20 m-weglengte per proefvak. Uit de grafieken in Illustratie 3 blijkt dat niet alle wegvakken even homogeen zijn aangelegd. Dit kan een verschil tot enkele db(a) veroorzaken tussen de verschillende 20 m wegsegmenten van eenzelfde proefvak. Dit heeft gevolgen bij de locatiekeuze van een SPBmeetpunt en het bijhorend opgemeten SPB-geluidsniveau L veh,0. Om dit gedeeltelijk uit te sluiten zijn per proefvak steeds drie SPB-metingen uitgevoerd op verschillende locaties waarna een gemiddelde is bepaald. De relatie tussen uitgevoerde CPX- en SPB-metingen wordt verder besproken in paragraaf 4. 7

8 3.3 Textuurmetingen De textuur wordt voor dit project gemeten in het rechter wielspoor met stapgrootte 0,2 mm. Er worden twee metingen uitgevoerd per proefvak. De gemiddelde textuurspectra zijn terug te vinden in Illustratie 4. Het referentievak SMA-C (proefvak 1) wordt aangegeven met een stippellijn. Proefvak 2 heeft de laagste textuurniveaus en proefvak 10 de hoogste. Alle proefvakken, behalve proefvak 10, tonen lagere textuurniveaus dan het referentievak. Textuurniveau [db re. 1 µm] Proefvak 1 Proefvak 2 Proefvak 3 Proefvak 4 Proefvak 5 Proefvak 6 Proefvak 7 Proefvak 8 Proefvak 9 Proefvak Golflengte [m] Illustratie 4 : Textuurspectra van de proefvakken. Op basis van de twee uitgevoerde metingen blijkt er een goede transversale homogeniteit te zijn voor alle proefvakken. Het referentievak vertoont een grotere longitudinale inhomogeniteit dan de andere proefvakken (zie Illustratie 1: Overzicht resultaten SPBmetingen (C.I. = confidentie-interval). bij de kleinere golflengten (0,0008 m tot 0,02 m). Alle proefvakken hebben de grootste longitudinale inhomogeniteit bij de grootste golflengten (0,5 m en 0,317 m). Proefvak 4 vertoont een grotere longitudinale inhomogeniteit dan de andere proefvakken bij golflengten 0,2 m en 0,125 m (zie Illustratie 5). 8

9 Textuurniveau [db re. 1 μm] Textuurniveau [db re. 1 μm] Proefvak Proefvak 4 Afstand [m] Afstand [m] 0,2 m 0,08 m 0,01 m 0,00317 m 0,2 m 0,08 m 0,01 m 0,00317 m Illustratie 5: Textuurniveaus bij verschillende golflengten over de volledige lengte. 4. Verband SPB- en CPX-metingen Voor de meetcampagnes, anderhalf à twee maanden na aanleg, is per SPB-meetpunt het CPX-geluidsniveau van het overeenstemmende 20 m-wegsegment (zie Illustratie 3) weergegeven in Illustratie 6. Hieruit blijkt dat het verschil in geluidsniveau tussen de meetpunten van eenzelfde wegvak bij de CPX-metingen kleiner is dan bij de SPB-metingen. Bij sommige proefvakken worden bij hogere SPB-geluidsniveaus L veh,0 ook hogere CPXniveaus waargenomen (proefvak 2, 6, 8 en 10), bij andere proefvakken geldt het tegenovergestelde (proefvak 5) of een combinatie van beide (proefvakken 3, 4 en 7). Bij de proefvakken 1 en 9 waar de CPX-geluidsniveaus bij de drie meetpunten ongeveer dezelfde zijn, liggen de SPB-geluidsniveaus L veh,0 toch een tweetal db(a) uit elkaar. Er is dus voorlopig slechts een matige correlatie te vinden tussen beide meetmethoden. Een mogelijke oorzaak is het feit dat de CPX-methode enkel het band/wegdek geluid opmeet terwijl de SPB-methode ook de voortplanting van het geluid in rekening brengt (bv. absorptie) en representatiever is voor de eigenlijke geluidemissie van het verkeer. 9

10 SPB-geluidsniveau L veh,0 [db(a)] 80,0 78,0 76,0 74,0 72,0 70,0 68,0 Proefvak 1 Proefvak 2 Proefvak 3 Proefvak 4 Proefvak 5 Proefvak 6 Proefvak 7 Proefvak 8 Proefvak 9 Proefvak 10 y = 0,9739x -19,466 R² = 0, ,0 91,0 92,0 93,0 94,0 95,0 96,0 97,0 98,0 99,0 CPX-geluidsniveau [db(a)] Illustratie 6: SPB-geluidsniveaus in vergelijking met CPX-geluidsniveaus van het overeenstemmende 20 m-wegvak (SRTT 80 km/u). 5. Verband SPB- en textuurmetingen Grove oneffenheden in het wegdek brengen de banden van een voertuig aan het trillen. Hierdoor stralen de banden geluid af. Een wegdek bevat dus best zo weinig mogelijk megatextuur (golflengten 0,05 m tot 0,5 m) om de lawaaiafstraling van de banden minimaal te houden. Hoe lager de textuurniveaus in het megatextuurgebied, hoe stiller het wegdek. Wanneer een band over een vlak wegdek rolt, wordt er lucht samengeperst tussen de band en het wegdek. Vervolgens ontsnapt deze lucht op lawaaierige wijze. Wanneer het wegdek een fijne macrotextuur heeft (golflengten 0,005 m tot 0,05 m), kan de lucht horizontaal ontsnappen tussen de steentjes en wordt de lucht niet samengeperst. Zo wordt ook de productie van geluid vermeden. Hoe hoger de textuurniveaus in het macrotextuurgebied, hoe stiller het wegdek. De textuurspectra van de drie meetlocaties per proefvak worden met elkaar vergeleken om een verklaring te zoeken voor de verschillen tussen resultaten van de SPB-metingen. De megatextuurniveaus van meetpunten 2.1 en 2.3 zijn groter dan die van meetpunt 2.1. Dit komt overeen met de hogere L veh,0 van deze meetlocaties (zie Illustratie 1). Meetpunt 3.3 heeft hogere megatextuurniveaus dan meetpunten 3.1 en 3.2 en logischerwijs ook een hogere L veh,0 (zie Illustratie 1: Overzicht resultaten SPB-metingen (C.I. = confidentie-interval). Meetpunten 8.2 en 10.3 tonen de hoogste megatextuurniveaus bij proefvakken 8 en 10 respectievelijk en dus ook de hoogste L veh,0 (zie Illustratie 1). Proefvak 10 heeft de grootste textuurniveaus (zie Illustratie 4) en ook de grootste L veh,0. (zie Illustratie 1). Dit kan verklaard worden met de fenomenen die hierboven worden beschreven. 10

11 Hoewel proefvak 3 en 4 een gelijkaardig textuurspectrum hebben (zie Illustratie 4), is L veh,0 van proefvak 4 groter (zie Illustratie 1). Hoewel proefvak 2 kleinere textuurniveaus vertoont dan proefvak 3 (zie Illustratie 4), is L veh,0 groter (zie Illustratie 1). Hieruit blijkt dat niet enkel textuur een rol speelt bij de productie van geluid. Metingen van mechanische impedantie en absorptie kunnen hier een verklaring bieden. 6. Conclusies Stille wegdekken zijn een belangrijk wapen in de strijd tegen het alom aanwezige verkeerslawaai. Dunne toplagen bevatten het potentieel het wegverkeerslawaai efficiënt en tegen een aanvaardbare prijs terug te dringen. Deze proefvakken zijn de ideale gelegenheid om dunne deklagen te beoordelen. Reeds uitgevoerde geluidsmetingen tonen enkele veelbelovende resultaten. Regelmatig herhalen van deze geluid- en textuurmetingen zorgt ervoor dat ook de evolutie van de akoestische kwaliteit in de tijd kan geanalyseerd worden. Dankwoord Dit onderzoek werd mogelijk gemaakt door de aannemers VBG nv en N.V. Aannemingen Van Wellen die bereid werden gevonden om deze innovatieve toplagen aan te leggen. De auteurs zijn hen hiervoor dankbaar. Referenties Ref. 1: De Visscher J., Denolf K., Destree A., Vanelstraete A., Vansteenkiste S., Pierard N., Validatie van prestatieproeven voor dunne toplagen op de proefvakken N19 Kasterlee, Bijdrage Belgisch Wegencongres