NEXT GENERATION CONCRETE SURFACE (NGCS). EINDELIJK EEN STILLE ÉN DUURZAME WEGVERHARDING?

Transcriptie

1 NEXT GENERATION CONCRETE SURFACE (NGCS). EINDELIJK EEN STILLE ÉN DUURZAME WEGVERHARDING? Barbara VANHOOREWEDER Vlaamse Overheid Agentschap Wegen en Verkeer Luc RENS Febelcem Anne BEELDENS AB-Roads 1. Inleiding Voor betonnen wegverhardingen bestaan verschillende afwerkinsgtechnieken zoals bezemen en chemisch uitwassen [1]. De Next Generation Concrete Surface (NGCS) is een nieuwe techniek, overgewaaid uit de VS, en ontwikkeld om het rolgeluid te verminderen [2]. Het bestaat uit een combinatie van langsgroeven (grooving) en diamantslijpen (grinding). Met behulp van diamantschijven wordt een negatieve textuur geslepen in de langsrichting met telkens 1 grove diepe groef ( grooving ) en 4 fijne ondiepe groefjes ( grinding ). Deze techniek kan zowel op nieuwe als op bestaande betonoppervlakken toegepast worden. Het eerste Belgische proefvak, bestaande uit 2 verschillende profielen, is in oktober 2015 gerealiseerd op de N44 in Maldegem op een bestaande weg in platenbeton met uitgewassen oppervlak (Figuur 1). Figuur 1: Proefvak NGCS op N44 te Maldegem. De dikte en diameter van de diamantschijven zijn voor beide profielen hetzelfde. Het verschil ligt bij de afstandstukken (spacers), zie Tabel 1 en Figuur 2. Deze zijn bij het eerste profiel veel smaller met een breedte van 1,5 mm. Dit leidt, rekening houdende met de overbreedte van 0,4 mm van het segment t.o.v. stamblad, tot ribbels aan het bovenoppervlak van 1,1 mm breed. Bij profiel 2 zijn de spacers veel breder, nl. 3,0 mm, wat dan ribbels geeft met een breedte van 2,6 mm.

2 Tabel 1: Dikte en diameter van segmentbladen en breedte van spacer voor beide profielen Profiel 1 2 N44 Kmpt Langsgroeven Diamantslijpen (grinding) Segmentblad Segmentblad Spacer Dikte: 2,8 mm Dikte: 2,8 mm Diam.: 363 mm Diam.: 356 mm 1,5 mm Dikte: 2,8 mm Dikte 2,8 mm Diam.: 363 mm Diam.: 356 mm 3,0 mm Figuur 2: NGCS proefvak in Maldegem op N44, profiel 1 (links) en profiel 2 (rechts). Om het effect van deze nieuwe oppervlakafwerkingstechniek op het geluidsniveau te kennen, zijn vóór en na aanleg rolgeluidsmetingen met de Close-Proximity methode (CPX) en Statistical Pass-by (SPB)- metingen uitgevoerd. 2. CPX-metingen (Close Proximity method) 2.1. Meetmethode De Close-Proximity Methode (CPX) is een akoestische meetmethode waarbij het contactgeluid tussen band en wegoppervlak gemeten wordt door met een meetaanhangwagen over de weg te rijden (Figuur 3). Het doel van de CPX-methode is om zowel de geluidsproductie als de homogeniteit van een wegverharding over een bepaald traject te evalueren. Figuur 3: CPX-meetwagen (Agentschap Wegen en Verkeer - Vlaamse Overheid). Het rolgeluid van de referentiebanden wordt gemeten met 2 x 2 microfoons die dicht bij het band/wegverharding-contactvlak zijn gemonteerd in 2 akoestisch geïsoleerde omkastingen, die gebouwd zijn op een trailerchassis (Figuur 4). Met deze meetaanhangwagen wordt over het te meten wegvak gereden aan een referentiesnelheid van 50 of 80 km/uur. De metingen worden uitgevoerd bij droog weer.

3 Figuur 4: Opbouw CPX-meetwagen (bron: M+P). Als resultaat kan het geluidsniveau per 20 meter weglengte en het spectrum van de volledige weg weergegeven worden. De standaardisatie van deze meetmethode is weergegeven in de norm ISO [3] Meetresultaten Op 5 augustus 2015 zijn voormetingen uitgevoerd met de CPX-meetwagen op beide proefvakken met beide referentiebanden, SRTT en AVON AV4, tegen 80 km/uur. De SRTT-band komt overeen met het gedrag van een personenwagenband. De AVON AV4 band is te vergelijken met een vrachtwagenband. De metingen tonen aan dat met de SRTT-band het CPXP-niveau van het originele platenbeton met uitgewassen oppervlak tussen de 101,1 en 101,4 db(a) ligt. Dit is 2,1 tot 2,4 luider dan de referentieverharding SMA-C. Met de vrachtwagenband ligt het CPXH-niveau tussen 99,6 en 100,0 db(a). De CPX-metingen zijn 1, 5, 11 en 18 maanden na het toepassen van de NGCS-methode herhaald. Het verschil in CPX-niveau t.o.v. de bestaande wegverharding is in Figuur 5 weergegeven. Voor het eerste profiel werd vlak na behandeling een CPXP-niveau, overeenstemmend met de referentieband SRTT van een personenwagen, bepaald van 95,2 db(a). Dit is 6 db(a) stiller dan voorheen en 4,1 db(a) stiller dan de referentieverharding. Dit niveau stemt overeen met een AGT(Asfalt Geluidsarme Toplaag)-verharding type I [4]. Een half jaar en een jaar later is het geluidsniveau telkens met ongeveer 1 db(a) toegenomen om vervolgens stabiel te blijven. Voor de metingen met de vrachtwagenband AVON AV4 blijft het CPXH-niveau praktisch hetzelfde. Bij het tweede profiel werd een CPXP, na het toepassen van de NGCS-methode, van 99,3 db(a) opgemeten en blijft het geluidsniveau stabiel. Dit geluidsniveau is te vergelijken met de referentieverharding SMA-C. In vergelijking met de vroegere situatie is dit een vermindering van 2,1 db(a). Met de vrachtwagenband AVON AV4 blijft het CPX-niveau in de buurt van de bestaande verharding.

4 Figuur 5: Opgemeten verschil in CPX-geluidsniveau t.o.v. bestaande wegverharding bij 80 km/uur voor personen- (boven) en vrachtwagens (onder). In Figuur 6 is het spectrum van beide profielen voor en vlak na de NGCS-behandeling weergegeven. Hier is duidelijk te zien dat bij het eerste profiel, met de smalste spacers, er een grote verlaging is van het geluidsniveau in alle frequentiebanden maar ook een duidelijke dip zichtbaar is zowel bij de hoge als lage frequenties. De veel fijnere en negatieve textuur zorgt er voor dat de banden veel minder trillen en minder geluid afstralen in de lage frequenties. Door de aanwezigheid van de groeven kan de lucht veel makkelijker weg dan bij dichte verhardingen. Dit levert een reductie op in de hoge frequenties. Hetzelfde fenomeen is ook terug te vinden op de AVON-AV4 grafiek. Bij profiel 2 is enkel een constante verlaging van het geluidsniveau zichtbaar.

5 Figuur 6: Spectra CPX bij 80 km/uur vóór en vlak na behandeling NGCS voor beide profielen en beide meetbanden. In Figuur 7 en Figuur 8 zijn de spectra vlak na aanleg en een half, één en anderhalf jaar later weergegeven. Uit de grafieken blijkt dat bij de resultaten na 11 en 18 maanden er voornamelijk een toename is in de hogere frequenties. Dit is waarschijnlijk te wijten aan het opvullen met vuil van de groeven.

6 Figuur 7: Spectra CPX bij 80 km/uur vóór, vlak na en een half, één en anderhalf jaar na behandeling NGCS voor profiel 1 en beide meetbanden.

7 Figuur 8: Spectra CPX bij 80 km/uur vóór, vlak na en een half, één en anderhalf jaar na behandeling NGCS voor profiel 2 en beide meetbanden. 3. SPB-metingen (Statistical Pass-by) 3.1. Meetmethode De Statistical Pass-by (SPB) Methode is een meting van het geluid van een groot aantal individueel voorbij rijdende (vracht)wagens bij een bepaalde snelheid. De registratie van dat geluid wordt uitgevoerd op één vastgelegde positie langs de weg. Het doel van de SPB-methode is het nauwkeurig vastleggen van de akoestische eigenschappen van een bepaalde wegverharding voor zowel lichte, middelzware als zware motorvoertuigen en dit voor verschillende standaardsnelheden. De SPB-methode is vastgelegd in de ISO norm [5]; een microfoon wordt op 7,5 m uit de as van de rijbaan en op 1,2 m hoogte geplaatst (zie Figuur 9). Vervolgens wordt bij iedere voertuigpassage het maximale geluidsniveau L A,max en de voertuigsnelheid in km/u geregistreerd.

8 Figuur 9: Statistical Pass-by methode (SPB). Per voertuigcategorie worden de resultaten verwerkt in een spreidingsdiagram waarin het maximale geluidsniveau L A,max van een passage als functie van het logaritme van de snelheid wordt weergegeven. Uit dit diagram wordt vervolgens de best-passende lineaire functie (regressielijn) bepaald. De bekomen SPBwaarde is dan representatief voor de gemiddelde geluidsproductie van een voertuigcategorie op de betreffende wegverharding bij een bepaalde standaardsnelheid. Tijdens de resultaatverwerking wordt tevens het spectrum in octaafbanden geanalyseerd Meetresultaten De opgemeten SPB-geluidsniveaus zijn weergegeven in Figuur 10. Voor het fijnste, eerste profiel bedraagt de geluidsvermindering ongeveer 6 db(a) voor personenwagens en 4 db(a) voor vrachtwagens. Dit blijft vrij stabiel in de loop van de tijd. Bij het tweede profiel blijft het geluidsniveau ongeveer hetzelfde voor personenwagens. Voor zwaar verkeer is een afname van bijna 4 db(a) gemeten. Eén jaar na de behandeling bedraagt de vermindering nog een tweetal db(a).

9 Figuur 10: SPB resultaten bij 80 km/u voor lichte (boven), middelzware (midden) en zware (onder) voertuigen vóór en 1, 5, 11 en 18/20 maanden na aanleg.

10 De frequentieanalyses voor het eerste en tweede profiel, respectievelijk voorgesteld in Figuur 11 en Figuur 12, tonen aan dat er voor zware voertuigen een constante vermindering is van het geluidsniveau in elke octaafband. Voor personenwagens is de verlaging bij het eerste profiel het grootst in de frequentieband 500 Hz. Figuur 11: Spectrum van SPB-resultaten voor lichte en zware voertuigen vóór en na behandeling NGCS voor profiel 1.

11 Figuur 12: Spectrum van SPB-resultaten voor lichte en zware voertuigen vóór en na behandeling NGCS voor profiel Stroefheid en macrotecxtuur Uit de textuurmetingen met de Seitenkraftmessverfahren (SKM) blijkt dat de macrotextuur ter hoogte van het proefproject enorm daalt maar de stroefheidsmetingen met de SKM tonen aan dat beide profielen voldoende stroef zijn (dwarswrijvingscoëfficiënt 0,45 elke 10 m [6]). De meetresultaten voor de stroefheid en macrotextuur zijn terug te vinden in Figuur 13.

12 [6] SB250 versie 3.1, Hoofdstuk 6, paragraaf B.1 Dwarswrijvingscoëfficiënt. Figuur 13: Stroefheid en macrotextuur gemeten op het NGSC-proefvak. 5. Conclusies De Close Proximity (CPX)-rolgeluidsmetingen, uitgevoerd vlak na de Next Generation Concrete Surface (NGCS)-behandeling, tonen aan dat het geluidsniveau voor personenwagens bij het eerste profiel met 6 db(a) is verminderd t.o.v. het bestaande uitgewassen oppervlak. T.o.v. de referentieverharding SMA-C is het geluidsniveau tot 4 db(a) stiller wat overeenkomt met een AGT-mengsel (Asfaltlaag Geluidsarme Toplaag) type I. Voor het tweede, ruwere profiel is het rolgeluid met 2 db(a) afgenomen. Eén jaar later bedraagt het verschil met het bestaande wegdek bij het eerste profiel voor de personenwagenband een 4-tal db(a) om het volgende half jaar stabiel te blijven. Bij het tweede profiel blijft dit verschil stabiel. Voor vrachtwagens blijft het rolgeluid praktisch hetzelfde. Met de Statistical Pass-by (SPB)-metingen, die meer relevant zijn voor zwaar verkeer dan CPX-metingen, wordt wel een geluidsvermindering van enkele db(a) s opgemeten voor de vrachtwagens. Met de bredere spacers bij het tweede profiel is de geluidsverlaging wel veel minder. We kunnen hieruit concluderen dat de NGCS een stille wegverharding is voor personenwagens. Om zeker te zijn of het ook een duurzame techniek is, wordt dit proefvak de volgende jaren verder akoestisch opgevolgd. 6. Referenties [1] Rens L., Infrastructuur - Duurzaam Stiller Over verkeerslawaai en geluidsarme betonwegen, Febelcem, [2] Scofield L. (ACPA), Development and implementation of the Next Generation Concrete Surface, 2016 Report Living Document, April 2016.ONLINE: [3] ISO :2017 Acoustics - Measurement of the influence of road surfaces on traffic noise - Part 2: The close-proximity method. [4] SB250 versie 3.1, Hoofdstuk 6, paragraaf D ROLGELUID. [5] ISO :2013 Acoustics -- Measurement of the influence of road surfaces on traffic noise - Part 1: Statistical Pass-By method. [6] SB250 versie 3.1, Hoofdstuk 6, paragraaf B.1 Dwarswrijvingscoëfficiënt.