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1. Entwicklung und Verbreitung von SDA-Belägen
2.1 Historischer Kontext und erste Forschungsansätze
Seit den 1970er-Jahren wird intensiv an der Entwicklung lärmmindernder Strassenbeläge geforscht, um den zunehmenden Strassenverkehrslärm zu reduzieren. Unterschiedliche Konzepte, darunter offenporiger Asphalt und optimierte Betonbeläge, wurden erprobt, um eine optimale Balance zwischen akustischer Wirksamkeit, mechanischer Beständigkeit und Verkehrssicherheit zu erreichen.
Ein wesentlicher Meilenstein wurde 1972 mit dem ersten Einsatz von offenporigem Asphalt auf einer Flughafenpiste in der Schweiz erreicht. In den späten 1970er- und frühen 1980er-Jahren begann dessen Anwendung auf regulären Strassen. 1982 initiierte die ETH Zürich eine umfangreiche Studie, in der an 17 Standorten Beläge mit Hohlraumgehalten zwischen 14 und 21 % untersucht wurden (Isenring, Köster und Scazziga, 1990). Die Resultate belegten eine effektive Lärmreduktion bei hohen Fahrgeschwindigkeiten, während der Nutzen im urbanen Raum begrenzt war.
Ein zentrales Problem stellte die unzureichende Haltbarkeit dieser Beläge dar. Insbesondere der Einsatz von Sand zur Enteisung führte zu einer raschen Verstopfung der Poren, was die akustische Wirksamkeit stark beeinträchtigte. Nach fünf bis sechs Jahren waren viele dieser Beläge erneuerungsbedürftig, weshalb weiterführende Forschung notwendig wurde. Zudem wurden Fragen zur Langzeitperformance, zur Materialzusammensetzung und zu den Auswirkungen unterschiedlicher klimatischer Bedingungen auf die akustische Leistung verstärkt in den Fokus genommen.
Parallel dazu wurden wirtschaftliche Überlegungen immer bedeutender. Während offenporige Asphalte eine hohe Anfangswirkung in der Lärmminderung zeigten, wurde zunehmend diskutiert, ob deren kurze Lebensdauer die hohen Baukosten rechtfertigte. Dies führte zur Notwendigkeit, alternative Konzepte zu entwickeln, die eine verbesserte Beständigkeit mit einer nachhaltigen Lärmreduktion verbinden konnten.
Die Weiterentwicklung der lärmmindernden Beläge in den 1980er- und 1990er-Jahren war zudem geprägt von neuen Technologien in der Bindemittelmodifikation. Erste Versuche mit polymermodifizierten Bitumen (PmB) zeigten, dass durch eine gezielte Anpassung der Bindemitteleigenschaften die Widerstandsfähigkeit der Beläge gegen Alterung und mechanische Belastungen verbessert werden konnte. Diese Erkenntnisse waren entscheidend für die Entwicklung der semidichten Asphalte (SDA), die in den folgenden Jahrzehnten als effizienteste Lösung für den innerstädtischen Lärmschutz etabliert wurden.
2.2 Entwicklung der semidichten SDA-Beläge
In den 1990er-Jahren lag der Fokus darauf, lärmarme Beläge zu entwickeln, die im innerstädtischen Bereich langfristig leistungsfähig bleiben. Während frühere Untersuchungen dichte Beläge mit optimierter Oberflächentextur favorisierten, zeigte sich in einem 2003 gestarteten Forschungsprojekt des Bundesamtes für Umwelt (BAFU) und des Bundesamtes für Strassen (ASTRA), dass semidichte Asphalte (SDA) mit mittlerem Hohlraumgehalt die effektivste Lösung bieten (Pestalozzi, Grolimund und Angst, 2004). Die Studienergebnisse belegten, dass SDA-Beläge eine signifikante Lärmminderung erzielen und zugleich eine höhere Beständigkeit gegenüber mechanischer Beanspruchung aufweisen (Angst et al., 2008).
Neben der reinen akustischen Leistung wurde in der Forschung verstärkt auf das Zusammenspiel zwischen Bindemittel, Kornstruktur und Mischgutverdichtung eingegangen. Es zeigte sich, dass bestimmte Kornabstufungen in Kombination mit modifizierten Bindemitteln zu einer längeren Haltbarkeit der Beläge führen konnten. Dies war insbesondere für Kantone und Städte von Bedeutung, die eine kosteneffiziente und dennoch wirksame Lösung für lärmbelastete Gebiete suchten.
Zwischen 2011 und 2016 wurde die Anwendung von SDA-Belägen in der Praxis durch umfangreiche Tests an 15 Standorten in der Schweiz weiter untersucht. In diesem Zuge erfolgte 2015 die erstmalige Standardisierung durch die VSS-Norm 40 436 (VSS, 2015), wodurch die Herstellung und Einbauvorgaben präzisiert wurden. Dies legte den Grundstein für eine schweizweite Anwendung und sorgte für eine einheitliche Qualitätssicherung.
2.3 Zunahme der Verbreitung (2012-2024)
Mit der Normierung und den positiven Praxiserfahrungen nahm der Einbau von SDA-Belägen in der Schweiz rapide zu. Während im Jahr 2012 etwa 50 SDA-Beläge dokumentiert waren, verzeichnete die G+P CPX-Datenbank Ende 2022 bereits über 1'050 SDA 4 und rund 280 SDA 8 Standorte. Besonders der Kanton Aargau spielte eine Vorreiterrolle, indem er umfangreiche Daten zu Materialverhalten und akustischer Langzeitentwicklung lieferte.
(Abbildung 5: Anzahl jährlich eingebauter und gemessener SDA-Beläge von 2012 bis 2022)
Die steigende Anzahl an Messungen und Analysen erlaubte es, kritische Einflussfaktoren auf die akustische Langzeitwirkung zu identifizieren. Diese Erkenntnisse flossen in die Überarbeitung der VSS-Norm 40 436 im Jahr 2022 ein (Schweizerischer Verband der Strassen- und Verkehrsfachleute VSS, 2022c), womit die SDA 4-Beläge heute als bewährte Massnahme zur Lärmminderung im innerstädtischen Bereich gelten.
Zudem wurden vermehrt Simulationstechniken eingesetzt, um die Langzeitleistung unterschiedlicher SDA-Mischungen zu bewerten. Durch diese computergestützten Analysen konnten Parameter wie Bindemittelalterung, Abrieb durch Schwerverkehr und Temperatureinflüsse präziser modelliert werden. Dies führte zu weitergehenden Anpassungen in den Rezepturen und zeigte das Potenzial für zukünftige Optimierungen in der Mischgutherstellung.
(Abbildung 6 & 7: Geografische Verbreitung von SDA 4 & SDA 8 in der Schweiz von 2012 bis 2022)
Kapitel 3: Bautechnische Aspekte und Praxiserfahrungen
3.1 Technologische Entwicklung und Materialeigenschaften
Die SDA-Technologie basiert auf der gezielten Abstimmung von Hohlraumgehalt, Kornstruktur und Bindemittelanteil, um eine optimale Kombination aus Lärmminderung, mechanischer Belastbarkeit und Langzeitperformance zu erreichen. Das zentrale Ziel ist es, durch eine feinabgestimmte Rezeptur eine möglichst hohe akustische Wirksamkeit bei gleichzeitig langer Haltbarkeit sicherzustellen.
Zusätzliche Untersuchungen haben gezeigt, dass die Auswahl der Gesteinskörnung ebenfalls einen wesentlichen Einfluss auf die akustische Langzeitleistung hat. Feinkörnigere Mischungen neigen dazu, ihre anfängliche Lärmminderung über längere Zeiträume beizubehalten, während grobkörnigere Beläge unter hohem Verkehrsaufkommen schneller ihre akustischen Eigenschaften verlieren.
Tabelle 1 zeigt die erwartete akustische Wirkung von SDA-Belägen in unterschiedlichen Einsatzbereichen:
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3.2 Normierung von SDA in der Schweiz
Die Standardisierung von SDA begann 2013 mit der SNR 640 436 (VSS, 2015). Seitdem wurden die Anforderungen mehrfach angepasst, um den neuesten Forschungsergebnissen gerecht zu werden. Die aktuelle Norm VSS 40 436 definiert die zulässigen Hohlraumgehalte und Kornabstufungen für SDA-Beläge.
(Abbildung 8: Entwicklung der SDA-Normierung in der Schweiz)
3.3 Internationale Einordnung
Vergleicht man SDA mit internationalen Belägen, zeigt sich, dass weltweit verschiedene Konzepte mit ähnlicher Zielsetzung existieren. In Deutschland gibt es z. B. den Splittmastixasphalt "SMA 5 LA", während in den Niederlanden dünne, poröse Beläge bevorzugt werden (Sandberg et al., 2011). In den USA und Spanien existieren wiederum andere Varianten mit angepasster Porosität und Kornstruktur.
(Abbildung 9: Internationale Übersicht zu lärmmindernden Belägen)
2. Einleitung (ts)
Basierend auf dem Umweltschutzgesetz (USG) (Bundesrat, 1985) sowie der Lärmschutzverordnung (LSV) (Bundesrat, 1986) und dem nationalen Massnahmenplan zur Verringerung der Lärmbelastung (2017) wird auf nationaler Ebene festgelegt, mit welchen Massnahmen die Bevölkerung in der Schweiz vor übermässig Lärm geschützt werden soll. Der Massnahmenplan des Bundes setzt prio
Strassenbeläge, Reduktionen der signalisierten Geschwindigkeiten und Verkehrsverlagerungen.
Der Einbau von lärmarmen Belägen ermöglicht eine wirksame und dauerhafte Reduktion der Strassenlärmemissionen. Lärmarme Beläge wirken effektiv und flächendeckend, ohne das Siedlungsbild und den Verkehrsablauf zu beeinträchtigen.
Gemäss Quelle ist das gerechnete Potenzial von leisen Strassenbelägen als Lärmschutzmassnahme schweizweit gross. Abbildung 1 zeigt das grosse gerechnete Lärmreduktionspotenzial von leisen Strassenbelägen. Im Vergleich zum Basisszenario (100% der von Strassenlärm betroffenen Personen) könnten mittels leiser Beläge rund 45% Personen geschützt werden (Abnahme der Lärmbetroffenen von ca. 100% auf 55%).
Abbildung 1: Lärmschutzmassnahmen im Strassenverkehr: Rechnerisches Potential von einzelnen Massnahmen an der Quelle (Quelle: sonBASE 2015 – Potential verschiedener Strassenlärmmassnahmen BAFU/nsphere 2023)
In der Schweiz und International werden seit mehreren Jahrzehnten lärmarme Beläge entwickelt, eingebaut und optimiert. In der Schweiz liegt der Fokus heute auf semi-dichten Asphaltbelägen SDA. Bis heute wurden schweizweit auf ca. 500 Strecken SDA 4 und auf ca. 300 Strecken SDA 8 Beläge eingebaut. Die Einbauten der Beläge und deren Entwicklung mit zunehmendem Alter wird grösstenteils bautechnisch und akustisch begleitet. Zahlreiche Praxiserfahrungen und Daten wurden gesammelt.
Der Kanton Aargau baut seit 2012 SDA Beläge ein und hat hinsichtlich Erfahrung mit SDA Belägen eine Vorreiterrolle inne. Die vorliegende, vom Kanton Aargau initiierte Dokumentation hat zum Ziel, sowohl die kantonsinternen als auch schweizweiten Erfahrungen hinsichtlich Bautechnik, Akustik und Praxis zu erläutern.
1. «Geschichte» der SDA Beläge in der Schweiz(ds)
Bereits seit den 1970er Jahren werden in der Schweiz lärmarme Beläge zur Reduktion der Lärmemissionen des Strassenverkehrs verbaut. Parallel dazu wurde in zahlreichen Forschungsprojekten versucht einen optimalen Kompromiss aus Lärmreduktion, sicherheitsrelevanten Eigenschaften und Lebensdauer zu finden. Hierfür wurden verschiedenste Lösungen, von porösem Asphalt bis hin zu Betonbelägen getestet. Mit der Zeit etablierte sich insbesondere innerorts der semi-dichte SDA 4 Belag dank seiner effektiven Lärmminderung bei gleichzeitig vergleichsweise langer Lebensdauer.
Mittlerweile sind semi-dichte Beläge in vielen Kantonen der Schweiz ein häufig verwendetes Mittel, um die Lärmbelastung in einer Vielzahl von Situationen zu vermindern, was durch über 1000 verbaute SDA 4 Beläge eindrucksvoll belegt wird. Der Kanton Aargau nahm und nimmt in diesem Entwicklungsprozess eine Vorreiterrolle ein und die Daten der dort verbauten Beläge lieferten wichtige Erkenntnisse in der Erarbeitung der ersten schweizweiten Normen für lärmarme Beläge.
Forschung von den Anfängen bis heute
Schon vor über 50 Jahren wurde nach neuen Lösungen im Bereich der leisen Beläge geforscht, um die Lärmemissionen auf Strassen zu reduzieren. So wurde 1972 der erste offenporige Porenasphalt der Schweiz auf einer Flughafenpiste getestet und fand seit den späten 1970er und frühen 1980er Jahren auch Anwendung auf normalen Strassen. Schon früh wurde erkannt, dass der Hohlraumgehalt eines Belags ein entscheidender Faktor für die Lärmminderung ist. Das erste Forschungsprogramm zur Erforschung von offenporigen Belägen lief ab 1982 an der ETH: An insgesamt 17 Standorten unter normalen Verkehrsbedingungen auf Autobahnen, Überlandstrassen aber auch im urbanen Raum, wurden fortan Beläge mit einem Hohlraumgehalt von 14-21 % untersucht. Die untersuchten Beläge wiesen hierbei ein Grösstkorn von 10 und 16 mm auf. (Isenring, Köster and Scazziga, 1990)
Schon damals wurden unterschiedliche Parameter der Beläge erforscht: Beispielsweise das Verhalten im Winter, die Griffigkeit, Durchlässigkeit, Deformation, aber auch Materialeigenschaften wie die Alterung des Bindemittels oder die Wirkung des Mischgutes. Neben der Lärmreduktion wurde eine verbesserte Entwässerung und weniger Aquaplaning auf Autobahnen festgestellt. Auch die Griffigkeit erwies sich als positiv. Bei niedrigeren Geschwindigkeiten waren die Lärmvorteile jedoch weniger ausgeprägt (siehe Abbildung 2). Aufgrund von Problemen mit der akustischen und mechanischen Haltbarkeit hielten diese Beläge nur 5-6 Jahre, bevor sie ersetzt werden mussten. Ein Hauptproblem war die Verwendung von Sand anstelle von Salz zur Enteisung. (Isenring, Köster and Scazziga, 1990)
Abbildung 2: Mittelwerte für das Abrollgeräusch von Reifen (LMA-Anhänger) für ausgewählte Fahrbahnbeläge. Quelle: (Isenring, Köster and Scazziga, 1990)
Die Resultate zeigten, dass die offenporigen Beläge auf Autobahnen, wo die Fahrzeuge mit hohen Geschwindigkeiten fahren, eine gute Wirkung zeigen. Bei tieferen Geschwindigkeiten im Innerortsbereich konnten keine zufriedenstellenden Resultate erzielt werden, die Lärmwirkung lag in einem ähnlichen Bereich wie bei konventionellen Belägen. Das Hauptproblem blieb jedoch die mangelhafte Langlebigkeit. Weitere Forschung war deshalb dringend notwendig.
Dabei bestand und besteht die grosse Herausforderung darin, die Beläge trotz feiner Oberflächentextur und verbundenen Hohlräumen ausreichend dauerhaft und griffig zu machen sowie die darunter liegenden Trageschichten hinsichtlich mechanischer Belastung zu schützen. Dies ist umso zentraler, als dass die Dauerhaftigkeit, die Griffigkeit und der Schutz vor mechanischer Belastung Sicherheitsanforderungen darstellen.
Die ersten Tests von leisen Strassenbelägen im Innerortsbereich in den Jahren 1997 bis 2003 konzentrierten sich noch auf dichte Lösungen mit optimierter Oberflächentextur. Die lärmmindernde Wirkung wurde hauptsächlich durch eine lärmoptimierte Oberflächentextur erreicht, fiel dadurch jedoch wesentlich geringer aus als diejenige von offenporigen Asphaltbeläge. Im Jahr 2003 lancierte das BAFU deshalb zusammen mit dem Bundesamt für Strassen (ASTRA) ein Forschungsprojekt, um leise Strassenbeläge spezifisch für den niedrigen Geschwindigkeitsbereich zu entwickeln (Pestalozzi, Grolimund and Angst, 2004). Die Studie zeigte, dass semidichte Asphalte (SDA mit kleinen Korngrössen und mittlerem Hohlraumgehalt) im niedrigen Geschwindigkeitsbereich am zielführendsten sind (Angst et al., 2008). Die Forschung in der Schweiz setzte deshalb fortan im Sinne eines Kompromisses zwischen Lärmreduktion und Langlebigkeit auf semidichte Asphalte.
Abbildung 3: Übersicht der Haupttypen von leisen Strassenbelägen in der Schweiz. (Quelle: Grolimund + Partner AG)
2010 lancierten das BAFU und das ASTRA ein Forschungspaket, in welchem semidichte Asphalte im Innerortsbereich von 2011 bis 2016 ausgiebig getestet wurden. Dies geschah an 15 Teststandorten in der ganzen Schweiz, um die Akzeptanz und Verbreitung der Technologie zu fördern. In diesem Zusammenhang wurde ausserdem eine Schweizer Norm verfasst (VSS 40 436 (VSS, 2015)), welche es Bauunternehmungen erlauben soll, lärmmindernde semidichte Asphalte herzustellen und einzubauen. Die Erkenntnisse zur akustischen Wirkung, den bautechnischen Anforderungen und den Langzeiteffekten dieser Testbeläge wurden im Schlussbericht des begleitenden Langzeitmonitorings festgehalten (Bühlmann, Bürgisser, Ziegler, Angst and Beckenbauer Thomas, 2017). Insbesondere die Feststellung, dass sich gleiche Beläge über die Zeit unterschiedlich entwickelten, führte dazu, dass fortan vermehrt nach den Ursachen dieser unterschiedlichen akustischen Langzeitleistung geforscht wurde. Gleichzeitig bauten verschiedene weitere Kantone die Beläge ebenfalls ein und lieferten zusätzliche Testresultate.
Durch Datenanalysen von ca. 150 weiteren Einbauten im Rahmen von durch das BAFU und den Kanton Aargau in Auftrag gegebene Studien (Bühlmann, Hammer, et al., 2017), (Bühlmann and Hammer, 2017) konnten die wichtigsten Material-, Herstellungs- und Einbauparameter identifiziert und durch deren Optimierung die Lärmminderung und die Dauerhaftigkeit von semidichten Asphalten weiter gesteigert werden. Diese Ergebnisse führten unter anderem zur Überarbeitung der VSS Norm 40 436 «Semidichtes Mischgut» (Schweizerischer Verband der Strassen- und Verkehrsfachleute VSS, 2022c), indem zusätzliche Kriterien für die Bemessung von Mischgütern definiert wurden, die auf eine Verbesserung des akustischen Langzeitverhaltens abzielen. Nicht zuletzt dank intensiver Forschung haben sich SDA 4 Beläge in der Schweiz als bewährte Lärmschutzmassnahme im Innerortsbereich durchgesetzt.
In Abbildung 3 und Abbildung 4 ist eine Übersicht der verschieden Belagstechnologien mit ihren entsprechenden Eigenschaften hinsichtlich der Lärmreduktion und der Lebensdauer dargestellt.