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Verfahren zur Ermittlung der maßgebenden Verkehrsnachfrage für die Planung und Bemessung von Straßen
(2025)
Ziel des Projekts „Verfahren zur Ermittlung der maßgebenden Verkehrsnachfrage für die Planung und Bemessung von Straßen“ ist es, Bemessungskonzepte zur Ermittlung einer als maßgebend erachteten Verkehrsnachfrage für die Bemessung von Verkehrsanlagen auf Autobahnen zu entwickeln und mit dem Bemessungskonzept der 50. höchstausgelasteten Stunde zu vergleichen. Beim Vergleich der Bemessungskonzepte sollen die verfügbaren Datengrundlagen (Zahl der Dauerzählstellen, Kurzzeitzählung, Floating-Car-Daten) variiert und die Eignung für eine Übertragung in die Verkehrsprognose beurteilt werden.
Um die Güte der Bemessungskonzepte bewerten zu können, wird zunächst eine Referenzdatenbank geschaffen. Hierzu werden Dauerzählstellendaten der BASt sowie der Bundesländer Bayern, Hessen und Nordrhein-Westfalen aufbereitet und durch Matrixschätzverfahren räumlich so um virtuelle Dauerzählstellen ergänzt, dass für 78 Autobahnknotenpunkte (23 Autobahnkreuze und 55 Anschlussstellen) in den Jahren 2017, 2018 und 2019 eine vollständige Detektion gegeben ist. Die Knotenpunkte der Referenzdatenbasis erfüllen drei Bedingungen:
• Zeitliche Vollständigkeit: An allen Dauerzählstellen sind Verkehrsstärken für alle 8.760 Stunden eines Jahres verfügbar.
• Räumliche Vollständigkeit: An allen Zu- und Abfahrten der Knotenpunkte und an allen Zu- und Abfahrten der Teilknotenpunkte sind Dauerzählstellen verfügbar.
• Konsistenz: Die Verkehrsstärken aller Dauerzählstellen sind konsistent, d.h. an jedem Teilknotenpunkt entsprechen die Zuflüsse den Abflüssen.
Mit der Referenzdatenbasis werden Kombinationen von neun Bemessungskonzepten und mehreren Datengrundlagen (0/1/4/8 Dauerzählstellen, ohne/mit Kurzzeitzählung, ohne/mit FCD) getestet. Diese Kombinationen werden als Bemessungsszenarien bezeichnet und auf die 78 Autobahnknotenpunkte angewendet. Außerdem werden 18 Netzabschnitte untersucht. Für die Bewertung der Bemessungsszenarien wird die Kenngröße QSV-Genauigkeit genutzt. Sie gibt an, in wie viel Prozent der Fälle der ermittelte QSV-Wert dem Wert des Referenzbemessungsszenarios entspricht.
Die Untersuchung liefert folgende Ergebnisse zu den Datengrundlagen:
• Die Datengrundlagen beeinflussen die Qualität der Ergebnisse deutlich stärker als die Wahl des Bemessungskonzepts.
• Die Qualität der Ergebnisse steigt mit der Zahl der Dauerzählstellen. Wünschenswert sind Dauerzählstellen an den Hauptfahrbahnen für alle Zufahrten des Knotens. Bei nur einer Dauerzählstelle ist die Qualität der Ergebnisse deutlich schlechter.
• Ergänzende Datengrundlagen in Form von Kurzzeitzählungen oder FCD an den Zu- und Abfahrten aller Teilknotenpunkte sind eine notwendige Voraussetzung für eine gute Qualität der Ergebnisse.
• Die Verwendung von FCD anstelle von Kurzzeitzählungen ist möglich, erreicht aber in den untersuchten Fällen nicht die gleiche Ergebnisqualität wie eine Kurzzeitzählung.
• Das vom HBS empfohlene Verfahren – Kurzzeitzählung an allen Rampen eines Knotens mit anschließender Matrixschätzung oder Hochrechnung an den nächstgelegenen Dauerzählstellen – liefert eine Bemessungsverkehrsstärke, mit der die Auslastung der 50. höchstausgelasteten Stunde gut getroffen wird.
Die Analyse der QSV-Genauigkeit ermöglicht folgende Aussagen zur den Bemessungskonzepten:
• Die Bemessungskonzepte, die auf einer Dauerline basieren, liefern die höchste QSV-Genauigkeit. Das entspricht den Erwartungen, da das Referenzbemessungsszenario ebenfalls Dauerlinien nutzt.
• Die dauerlinienbasierten Bemessungskonzepte unterscheiden sich von den tageszeitbasierten Bemessungskonzepten dadurch, dass die Zahl der untersuchten Nachfragesituationen „zufällig“ ist, da sie von der Zahl der verfügbaren Dauerzählstellen abhängen. Die QSV-Genauigkeit hängt deshalb – anders als bei den tageszeitbasierten Konzepten – stark von der Zahl der Dauerzählstellen ab. Bei einer Verfügbarkeit von Dauerzählstellen, so wie sie an vielen Knotenpunkten gegeben ist, liefern tageszeitbasierte Konzepte eine ähnliche Ergebnisqualität wie dauerlinienbasierte Konzepte.
Das Konzept der n-ten Stunde, bei dem nach HBS jede Dauerzählstelle eine eigene Nachfragesituation definiert, lässt sich nicht direkt auf eine modellbasierte Verkehrsprognose übertragen. Für die Verkehrsprognose eignen sich Bemessungskonzepte, die zwei Tageszeiten (Vormittag, Nachmittag) untersuchen. Hier liefert das Konzept „90. Perzentil der Spitzenstunde eines Verkehrstages“ eine mögliche Lösung, da es zu ähnlichen Ergebnissen wie die 50. höchstausgelasteten Stunde führt. Es ermittelt die maßgebende Verkehrsnachfrage im Analysezustand jeweils aus dem 90. Perzentil der beiden Spitzenstunden aller Kalendertage eines Jahres des betrachteten Verkehrstagtyps. In Verkehrsnachfragemodellen, die den Mittelwert der werktäglichen Verkehrsnachfrage abbilden, kann das 90. Perzentil durch pauschale Korrekturfaktoren oder durch höhere Mobilitätsraten abgebildet werden.
An die Beschaffenheit von Längsmarkierungen werden umfangreiche Anforderungen hinsichtlich der Tages- und Nachtsichtbarkeit gestellt. Ungeachtet der Vorgaben besteht in der Praxis eine große Bandbreite im tatsächlichen Erscheinungsbild von Längsmarkierungen.
Das Forschungsvorhaben untersuchte den Einfluss von Längsmarkierungen auf Landstraßen auf sicherheitsrelevante Fahrverhaltensmaße und damit die Verkehrssicherheit am Tag und bei Nacht mit einem Schwerpunkt auf Kurvendurchfahrten.
Die Methodik umfasste sowohl Untersuchungen zum Fahrverhalten im Fahrsimulator als auch auf verschiedenen Landstraßen. Im Labor wurden dabei verschiedene Variationen aus Querschnittsbreiten und Markierungen mit unterschiedlich guter Sichtbarkeit bei verschiedenen Lichtbedingungen (Tag/ Nacht) simuliert. Neben dem Fahrverhalten wurde auch die subjektive Einschätzung der Probanden zu Sicherheit und Schwierigkeit der Fahraufgabe für die getesteten Varianten betrachtet. Auf den Messstrecken auf Landstraßen wurden die Ergebnisse der Simulatoruntersuchung über den Vergleich des Fahrverhaltens vor und nach der Erneuerung von Markierungen für ausgewählte Kurven validiert.
Die Ergebnisse der Untersuchung im Fahrsimulator zeigen bei Tag und Nacht positive Auswirkungen auf das Spurverhalten bei hoher Sichtbarkeit der Längsmarkierung im Vergleich zum Fehlen der Markierung in Rechtskurven ohne Leitlinie sowie in Linkskurven mit Leitlinie. Eine Geschwindigkeitszunahme aufgrund einer höheren Sichtbarkeit der Längsmarkierung zeigte sich im Fahrsimulator nur bei Nacht für Kurven ohne Leitlinie.
Die Untersuchung der mittleren Geschwindigkeiten und des Spurverhaltens auf den Messstrecken bestätigte, dass die Fahrer lediglich bei Kurven ohne Leitlinie bei Nacht nach Erneuerung der Markierung eine höhere Geschwindigkeit wählen, die mit mehr unerwünschten Spurverhalten, verbunden ist. Beim Spurverhalten zeigte sich, dass alle betrachteten Kurven, mit Ausnahme der Kurven ohne Leitlinie bei Nacht, von der Erneuerung der Markierung profitieren konnten und sich ein deutlich höherer Anteil von idealem und normalem Spurverhalten bei Kurvendurchfahrt zeigte.
Im Ergebnis kann festgestellt werden, dass sich die positiven Effekte der gut sichtbaren Markierungen auf das Spurverhalten, die im Simulator beobachtet wurden, innerhalb der Feldstudie bestätigt haben. Dabei zeigen sich die Effekte im Feld ausgeprägter.
Im Ergebnis der Untersuchungen wird kein Änderungs- bzw. Ergänzungsbedarf für die aktuellen ZTV M (FGSV, 2013) gesehen. Es wurde jedoch deutlich, dass sich schlecht sichtbare Markierungen deutlich negativ auf das Spurverhalten auswirken können. Daher wird angeregt, das Zustands-Monitoring von Markierungen auf Landstraßen zu intensivieren.
Großraum- und/oder Schwertransporte sind Fahrzeuge oder Fahrzeugkombinationen, bei denen beim Fahrzeug samt Ladung die gesetzlich zulässigen Maße und/oder Gewichte überschritten werden. Zur Durchführung von Transportfahrten bedarf es einer Sondererlaubnis, die nach Antrag in einem VEMAGS-Bescheid (Verfahrensmanagement für Groß- und Schwertransporte) erteilt wird. Die Bescheide enthalten eine Reihe von Auflagen, die u.a. sogenannte Streckenauflagen (in Anlage 3) enthalten. Bei einigen Transporten wird von den Genehmigungsbehörden die Besondere Auflage Nummer 21 RGST 2013 aufgenommen: „der zu begleitende Schwertransport ist mit einem Beifahrer zu besetzen, der die angeordneten Auflagen sowie die Auflagenbereiche über Funk an das Begleitfahrzeug übermittelt“. Seit einigen Jahren gibt es von zwei Herstellern in Deutschland Assistenzsysteme auf dem Markt, die als „digitale“ Beifahrer als Ersatz für menschliche Beifahrer dienen können.
Ziel des Projekts war es, einen technischen Anforderungskatalog für den Einsatz eines Digitalen Beifahrers bei Großraum- und Schwertransporten zu erstellen. Hierfür sollten die Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes solcher Systeme (als Ersatz des menschlichen Beifahrers) wissenschaftlich untersucht werden, um die notwendigen technischen Bedarfe im Hinblick auf eine adäquate Mensch-Maschine-Schnittstelle vor dem Hintergrund der Wahrung und Steigerung der Verkehrssicherheit zu definieren. Aufgabe im Forschungsprojekt war die wissenschaftliche Untersuchung, in wie weit die Aufgaben eines menschlichen Beifahrers durch die Benutzung eines digitalen Beifahrers abgedeckt sind und welche Nach- oder Vorteile in Hinblick auf den Erfüllungsgrad der Auflagen einerseits und auf die Verkehrssicherheit andererseits entstehen. Außerdem sollte gezeigt werden, welchen Mehrwert die digitalen Systeme liefern können. Die Aufgabe wurde durch umfangreiche Dokumentenanalysen, Befragungen in Speditionen und bei Fahrern sowie einer Sicherheitsanalyse gelöst. Weiterhin wurden über eine Wahrnehmungsstudie während eines Feldversuchs ergänzende Anforderungen an die Systeme bezüglich der Parameter der Systeme evaluiert, die mit der visuellen Wahrnehmbarkeit verknüpft sind. Aus allen Befunden wurde dann schließlich ein Anforderungskatalog für digitale Beifahrer abgeleitet.
Aufgabenstellung und Programmbeschreibung
„Blicki blickt‘s“ ist eine Verkehrsinitiative des „Blicki e. V.“, die seit 2020 durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) gefördert wird. Für die Konzeptevaluation des Zielgruppenprogramms wurden Dokumentenanalysen (Website und dort bereitgestellte Materialien) durchgeführt, eine Fokusgruppendiskussion mit dem Leitungspersonal von „Blicki blickt's“ geführt und an drei Blicki-Workshops teilgenommen. Die Präventionsmaßnahme will Kinder im richtigen Verhalten gegenüber schweren, großen Fahrzeugen im Straßenverkehr schulen. Dabei liegt der Fokus auf dem besonderen Verhalten von Lkws und der eingeschränkten Sicht des Fahrers (Toter Winkel-Problematik). Im idealerweise über einen Zeitraum von bis zu sechs Wochen angelegten Schulungsprogramm von „Blicki blickt’s“ lassen sich drei Phasen unterscheiden:
• Phase 1 – Vorbereitung im Unterricht mit Lernmaterialien auf der Online-Lernplattform der Blicki-Website
• Phase 2 – Aktionstag: Als kostenloser Workshop an Grundschulen
• Phase 3 – Nachbereitung durch die Kinder und ihre Eltern mittels der digitalen Lernplattform der Blicki-Website
Evaluationsbefunde
„Blicki blickt's“ ist eine Maßnahme der klassischen Verkehrserziehung: Kinder werden auf das aktuelle Geschehen im Straßenverkehr vorbereitet, sie sollen verkehrssicheres Verhalten erlernen und Verkehrsregeln einhalten. Die Blicki-Website und -Materialien sind merklich bemüht, den Entwicklungsstand von Kindern zu berücksichtigen. Allerdings zeigen sich in den Materialien, bei der Umsetzung des Workshops vor Ort oder auch bei der Gestaltung der Website diesbezügliche Defizite. Alles in allem können die von „Blicki blickt's“ aufgegriffene Problematik und die dabei vermittelten Inhalte durchaus für die Verkehrssicherheit von Kindern als einschlägig betrachtet und die Konzeption und Umsetzung entsprechender Präventionsanstrengungen als zielführend zur Verbesserung der Verkehrssicherheit von Kindern aufgefasst werden. Das pädagogisch-didaktische Konzept für alle Arbeitsmaterialien, den Vor-Ort-Workshop, die Online-Lernplattform, die Übungen und die Blicki-Geschichte erscheint durchdacht, zielführend und prinzipiell zielgruppengerecht. Allerdings zeigen sich in der Umsetzung auch Defizite: Gegenwärtig kann der Anspruch der „nachhaltigen Wissensvermittlung“ wegen mangelnder Vor- und Nachbereitung nicht aufrechterhalten werden. Die bei „Blicki blickt’s“ eingesetzten Methoden und Materialien erscheinen prinzipiell als geeignet, die gewünschten Inhalte an die Grundschulkinder zu vermitteln. Optimierungsbedarf zeichnet sich hinsichtlich der Umsetzungstreue der eingesetzten Methoden und der Schulung der Stationsbetreuenden ab. Die Teammitglieder erscheinen vor dem Hintergrund ihrer (bisherigen) Berufsqualifikation für die pädagogische Tätigkeit im Rahmen des Blicki-Workshops als durchaus geeignet. Allerdings lässt die nur kurze Schulung neuer Teammitglieder keine vertiefte Vorbereitung auf die Zielgruppe oder die zu vermittelnde Thematik zu. Fachlich können die Stationsbetreuenden als interessierte Laien charakterisiert werden. Im Rahmen der Umsetzung von „Blicki blickt's“ gibt es eine ganze Reihe von Ansatzpunkten zur Qualitätssicherung. Hinsichtlich der vergleichbaren Umsetzung der einzelnen Veranstaltungen zeigen sich erkennbare Unterschiede. Die Website https://blicki-blickts.de kann hinsichtlich einschlägiger inhaltlicher Qualitätskriterien zwar als „sehr gut“ beurteilt werden. Allerdings fällt es häufiger schwer, die entsprechenden Inhalte zur Erfüllung der Qualitätskriterien auf der Website zu finden. Insgesamt zeigen sich deutliche Mängel beim Seitenaufbau der Website und der Präsentation der Inhalte. Als generelles Fazit der Konzeptevaluation von „Blicki blickt's“ lässt sich die weitere finanzielle Förderung der Maßnahme durch das BMDV aufgrund des vorliegenden pädagogisch-didaktischen Konzepts und seiner beabsichtigten praktischen Umsetzung empfehlen. Die Förderung sollte aber an Optimierungsbemühungen geknüpft werden.
Handlungsempfehlungen
Als Ergebnis der Konzeptevaluation erscheint es angeraten, die Umsetzung von „Blicki blickt's“ in mehrfacher Hinsicht zu überarbeiten und zu optimieren. Diesbezüglich werden vorgeschlagen:
• Optimierungsbemühungen zur Gewährleistung des zentralen Anspruchs einer mehrwöchigen, nachhaltigen Beschäftigung mit dem Thema „Verkehrssicherheit im Umfeld von Lkws“ (Vorbereitung, Workshop, Nachbereitung),
• Verbesserung der Schulung des eingesetzten Personals,
• Methoden zur Gewährleistung einer zielgruppengerechten Durchdringungstiefe des vermittelten Stoffes,
• Überarbeitung der „Blicki blickt's“-Website hinsichtlich ihrer Struktur, der vermittelten fachlichen Inhalte und technischer Mängel,
• Prüfung der Blicki-Materialien durch eine entwicklungspsychologisch geschulte Person,
• aktuelle Daten zur Verkehrssicherheit von Kindern,
• Überarbeitung des Evaluationsbogens, gegebenenfalls auch zur Abschätzung der Vor- und Nachbereitung des Workshops.
Im Bereich der Bundesfernstraßen sind in den nächsten Jahren zahlreiche Großbrücken mit Stützweiten im Bereich von 50 – 70 m und darüber zu ersetzen. Für diesen Stützweitenbereich haben sich Stahlverbundkonstruktionen für die Überbauten als wirtschaftliche Bauweise etabliert. Für die Herstellung der Fahrbahnplatte werden zunehmend Teilfertigteile eingesetzt, die eine kostengünstige und schnelle Herstellung erlauben. Mit dem Ziel der wissenschaftlichen Begleitung und Optimierung dieser Entwicklung und um mögliche konstruktive Schwachpunkte frühzeitig zu identifizieren, wurden im direkten Anschluss an ein Forschungsvorhaben des BMDV gezielte Untersuchungen zur Ermüdungssicherheit der Konsolträger und der Fahrbahnplatten unter Zug- und Querkrafttragfähigkeit durchgeführt. Die realitätsnahe Ermittlung der Ermüdungsfestigkeit im Anschluss der Kragträger-Obergurte an den Stahlhohlkasten erfolgte für verschiedene Konstruktionsvarianten an mehreren Groß- und Kleinbauteil-Ermüdungsversuchen, die durch numerische Analysen ergänzt wurden. Auf dieser Basis wurden Empfehlungen für eine ermüdungsgerechte Detailgestaltung bei gleichzeitiger Reduzierung des Fertigungsaufwandes erarbeitet. Eine Ergebnisübersicht bietet der Stahlbau-Artikel „Neue Querschnitte von Stahlverbundbrücken – Teil 2: Ermüdungsfestigkeit des Anschlusses der stählernen Kragträger“ (DOI stab.202300010). Zur Bewertung der Ermüdungsfestigkeit der Fahrbahnplatte unter kombinierter Zug- und Querkraftbeanspruchung wurden Versuche durchgeführt und ausgewertet. Im Fokus der Untersuchungen stand dabei der Einfluss einer realen, mehrstufigen Belastung und die Überprüfung der linearen Schadensakkumulationshypothese nach Palmgren-Miner, die nach den Ergebnissen zu einer sicheren Bemessung führt. Eine Ergebnisübersicht bietet der Stahlbau-Artikel „Neue Querschnitte von Stahlverbundbrücken – Teil 1: Ermüdungsfestigkeit der querbelasteten zugbeanspruchten Fahrbahnplatte“ (DOI stab.202300009). Ergänzend zu den Bauteilversuchen und numerischen Analysen wurden an insgesamt 3 neu errichteten Talbrücken in Verbundbauweise Monitorings über mehrere Monate unter laufendem 4+0-Verkehr durchgeführt. Im Fokus der Monitorings standen dabei die Beanspruchungen in der Fahrbahnplatte und in den Anschlüssen der Kragarme an den Stahlhohlkasten.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens konnten Grundlagen für die Anwendung des Trenchingverfahrens hinsichtlich des Einsatzes der gewählten Verfüllmethoden und der verwendeten Verfüllbaustoffe geschaffen werden. Hierfür wurden sowohl umfangreiche Laborversuche an den Verfüllbaustoffen unter Laborbedingungen als auch unter Baustellenbedingungen, im Rahmen einer Untersuchungsstrecke, durchgeführt. Weiterhin erfolgten umfangreiche Sensitivitätsuntersuchungen unter Anwendung der Finiten-Elemente-Methode. Zur Bewertung des Einflusses verschiedener Schlitzgeometrien (Trenchgeometrien) auf die Beanspruchungszustände in den einzelnen Asphaltschichten einer Befestigung und im eingebrachten Trench sowie auf rechnerisch prognostizierte Nutzungsdauern von Asphalttragschichten wurden umfassende Finite-Elemente-Berechnungen mittels der Sofware COMSOL Multiphysics durchgeführt. Auf Grundlage der Finite-Elemente-Berechnungen konnten Empfehlungen hinsichtlich der Materialeigenschaften der Asphalte und der Verfüllbaustoffe, der Geometrie der Schlitze und der Lage der Schlitze im Straßenquerschnitt abgeleitet werden. Anhand der Ausführung der Untersuchungsstrecke wurden Empfehlungen für die Ermittlung von Kriterien zur qualitativen Ausführung erarbeitet.
Ursachenforschung zu Schäden an Lärmschutzwänden mit Vorsatzschale aus haufwerksporigem Leichtbeton
(2025)
Bei Lärmschutzwänden (LSW) aus Beton, die aus einer Vorsatzschale aus haufwerksporigem Leichtbeton (HPLB) im monolithischen Verbund mit einer gefügedichten Stahlbetontragschale bestehen, wurden diverse Schadensbilder festgestellt. Diese reichen von Rissen, Abplatzungen und Abwitterungen im HPLB der Vorsatzschale bis hin zum lokalen Ablösen und Herabfallen des HPLB von der Tragschale. Ziel des Forschungsvorhaben FE 15.0687/2020/HRB war es die Ursachen und Entstehungsmechanismen dieser Schäden umfassend zu analysieren, um eine schadensfreie und dauerhafte Qualitätssicherung von LS-Elementen aus Beton mit Vorsatzschale aus HPLB zu gewährleisten. Dafür wurde der Bauwerkszustand von fünf LSW, bei denen charakteristische Schäden aufgetreten sind, dokumentiert und untersucht. Zudem wurden Materialstudien zum Einfluss der Zusammensetzung von HPLB auf die schadensrelevanten Materialeigenschaften durchgeführt. Die im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen ermittelten maßgeblichen Mechanismen für die Schadensentwicklung an LS-Elementen aus Beton mit einer JPLB-Vorsatzschale sind auf die folgenden Hauptfaktoren zurückzuführen: thermische Zwangs- und Eigenspannungen sowie unzureichender Frost-Taumittel-Widerstand der Materialien der Vorsatzschale, der durch eine hohe Wasseraufnahmekapazität und -speicherung der HPLB bedingt ist. Insbesondere bei HPLB aus überwiegend feinporigen Materialien (z.B. Quarzsand) besteht aufgrund ihrer ungünstigen hygrischen Eigenschaften und mangelnden Frost-Taumittel-Widerstandsfähigkeit für LS-Elemente aus Beton ein erhöhtes Schadensrisiko. Hinsichtlich der konstruktiven Ausführung von LSW aus Beton mit Vorsatzschale aus HPLB sollten Bauweisen vermieden werden, die einen zusätzlichen Wassereintrag begünstigen.
Das Forschungsprojekt FE 07.0317 befasste sich mit der umfassenden rheologischen Charakterisierung und Differenzierung von Füller-Bitumen-Gemischen (Mastix) im Dynamischen Scherrheometer (DSR). Dabei wurden unterschiedliche Prüfmethoden zur Ansprache von temperaturabhängigen viskoelastischen Eigenschaften, Verformungsverhalten, Ermüdungsverhalten und Tieftemperaturverhalten identifiziert, erprobt, weiterentwickelt und validiert. Die im Projekt verwendeten Materialien umfassen 11 unterschiedliche, bautechnisch relevante Bitumen sowie 15 unterschiedliche bautechnisch relevante Füller.
Aus den Komponenten wurden diverse Mastixvarianten hergestellt, wobei aus dem Füller nur die Korngröße ≤ 0,063 mm berücksichtigt wurde. Die Mastixherstellung wurde unter Variation der Verfahrensparameter systematisch erprobt, um ein geeignetes und zuverlässiges Mischverfahren festzulegen. Im Projektverlauf wurde ein maximales Füller-Bitumen-Verhältnis von 3 als labor-technische Anwendungsgrenze für die zuverlässige Herstellung und Prüfung von Mastix festgestellt. Mit zunehmender Lagerungsdauer wurde eine deutliche Steifigkeitszunahme von Mastixproben beobachtet, die bei Raumtemperatur deutlich stärker ausgeprägt ist, als bei Lagerung im Kühlschrank bzw. im Gefrierschrank. Das Phänomen wird mutmaßlich auf eine Absorption der leichten Bitumenfraktionen im Füller zurückgeführt. Eine Lagerung von Mastixproben bis zu 7 Tage erscheint als unproblematisch. Die Lagerung im Kühlschrank wird empfohlen.
Aus der nationalen und internationalen Literatur wurden die vielversprechendsten Prüfverfahren zur Mastixansprache im DSR ausgewählt, umfangreich erprobt und hinsichtlich ihrer Tauglichkeit bewertet. Die nachfolgenden ausgewählten und weiterentwickelten Prüfmethoden wurden anschließend anhand von 82 Mastixvarianten validiert: ein Temperatur-Frequenz-Sweep von 20 bis 60 °C mit 8 mm Messgeometrie zur Untersuchung der viskoelastischen Eigenschaften, der Multiple Stress Creep and Recovery Test (MSCRT) bei einer Temperatur von 60 °C mit 25 mm Messgeometrie und eine Relaxationsprüfung bei einer Prüftemperatur von -20 °C mit der 4 mm Messgeometrie. Die gewählten Prüfverfahren sind in marktüblichen DSR-Geräten unterschiedlicher Gerätehersteller mit laborökonomischen Prüfdauern anwendbar. Die Ergebnisse sind aussagekräftig, präzise, einfach interpretierbar und erlauben eine schnelle, zuverlässige und eindeutige Differenzierung unterschiedlicher Varianten an Füller-Bitumen-Gemischen.
Mit den identifizierten aussagekräftigen Materialparametern wurde ein Bewertungshintergrund geschaffen, der Hinweise über den Einfluss unterschiedlicher Füller-Bitumen-Kombinationen mit unterschiedlichen Massenverhältnissen auf die interessierenden Materialeigenschaften liefert. Bei allen Materialeigenschaften zeigt das in der Mastix verwendete Bitumen einen übergeordneten Einfluss auf die Prüfergebnisse. Es kann ein funktionaler Zusammenhang zwischen dem Füller-Bitumen-Verhältnis und den maßgebenden Mastixeigenschaften festgestellt werden. Anhand der versteifenden Wirkung vom komplexen Schermodul wurde eine eindeutige und materialspezifische Füller-Bitumen-Interaktion festgestellt. Unterschiedliche Füllereinflüsse konnten am ehesten anhand des Kriechverhaltens jedoch kaum anhand des Kälteverhaltens festgestellt werden. Die Verwendung von reinem Kalkhydrat führt zu einer starken Versteifung und damit einem hohen Verformungswiderstand bei gleichzeitig nachteiligem Kälteverhalten.
Die Prüfverfahren haben eine Wiederholpräzision im Bereich von 10 bis 15 % (mit einer statistischen Sicherheit von 95 %) und eine Vergleichpräzision im Bereich von 15 bis 30 % (mit einer statistischen Sicherheit von 95 %). Sie entsprechen damit der typischen Prüfpräzision von rheologischen Prüfverfahren.
Die Durchführung von Ermüdungsprüfungen von Mastix im DSR ist insgesamt kritisch zu sehen. Es gibt eine große Variabilität von möglichen Prüfparametern, die einen maßgeblichen Einfluss auf die Prüfergebnisse haben. Es ist unklar, ob Deformationsregelung oder Spannungsregelung das tatsächliche Materialverhalten besser abbildet und welche Regelung sich besser für eine (plausible) Differenzierung unterschiedlicher Mastixvarianten eignet. Darüber hinaus existiert ein maßgeblicher Einfluss aus den Gerätekonstruktionen von unterschiedlichen Rheometern, sodass Ergebnisse nicht miteinander vergleichbar und damit nicht für eine geräteübergreifende Charakterisierung geeignet sind.
In diesem Forschungsprojekt wurde eine Prüfsystematik für eine ganzheitliche (rheologische und chemische) Charakterisierung und systematische Materialbewertung von bitumenhaltigen Bindemitteln für den Asphaltstraßenbau entwickelt. Die neue Prüfsystematik basiert auf Prüfungen im Dynamischen Scherrheometer (DSR) zur Charakterisierung des rheologischen Materialverhaltens im gesamten Gebrauchstemperaturbereich unter Berücksichtigung der viskoelastischen Eigenschaften, des Verformungsverhaltens, des Kälteverhaltens und des Alterungsverhaltens. Die Prüfsystematik wird vervollständigt durch Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR-Spektroskopie) zur Bestimmung chemischer Materialeigenschaften. Zunächst wurden rheologische und chemische Prüfverfahren zusammengestellt und an einer repräsentativen Auswahl an bitumenhaltigen Bindemitteln systematisch analysiert und anhand von Parameterstudien weiterentwickelt. So wurde aus einem Set an verschiedenen Prüfverfahren eine neue, ganzheitliche Prüfsystematik entwickelt. Die rheologische Prüfsystematik besteht im Wesentlichen aus dem Bitumen-Typisierungs-Schnell-Verfahren (BTSV), einem 8 mm Temperatur-Sweep (T-Sweep), einem 25 mm Single Shear Creep Test (SSCT) und einer 4 mm Relaxationsprüfung. Diese wird ergänzt durch FTIR-Analysen insbesondere für die Identifikation verschiedener Bindemittelmodifizierungen sowie der weitergehenden Bewertung des Alterungszustandes. Die neue Prüfsystematik ist für die Anwendung in der Praxis gut geeignet. Sie kann bei einer Einfachbestimmung innerhalb eines Arbeitstages mit einem DSR und bei einer Mehrfachmessung mit dem FITR innerhalb von 30 Minuten durchgeführt werden. Es folgten systematische Reihenuntersuchungen der neuen Prüfsystematik an 102 verschiedenen repräsentativen bitumenhaltigen Bindemitteln in unterschiedlichen Alterungszuständen. Daraus wurden geeignete Bewertungsparameter für die Erstellung einer Charakterisierungsmatrix identifiziert. Die aus den Prüfverfahren abgeleiteten Bewertungsparameter sind einfach interpretierbar und in der Praxis sofort anwendbar. Sie umfassen das Materialverhalten im gesamten Temperaturbereich des Gebrauchsverhaltens sowie die chemische Zusammensetzung und weisen eine gute Wiederholbarkeit für eine eindeutige Differenzierbarkeit unterschiedlicher Bindemittel auf. Auf Grundlage der untersuchten 102 Materialvarianten und einer systematischen Auswertung unter Berücksichtigung des aktuellen Technischen Regelwerks, konnten Orientierungswerte für unterschiedliche Anwendungszwecke in Abhängigkeit von der zu erwartenden Schwerverkehrsbeanspruchung der Straße abgeleitet werden. Dies umfasst Vorschläge an Orientierungswerte für die Äqui-Schermodultemperaturen T(G*=15 kPa) und T(G*=5 MPa) sowie an die Änderung der jeweiligen Kennwerte durch Alterung. Außerdem werden beanspruchungsabhängige Orientierungswerte an die Kriechrate zur Beurteilung des Verformungswiederstands und an die prozentuale Spannungsrelaxation zur Beurteilung des Widerstands gegen Kälterissbildung vorgeschlagen. Ergänzt werden diese durch Orientierungswerte für Indexwerte aus dem FTIR. Die neue Prüfsystematik wurde abschließend zusammen mit den vorgeschlagenen Orientierungswerten anhand von Erprobungsstrecken in der Praxis validiert. Dafür wurden sieben Bauvorhaben mit zehn verschiedenen Asphaltschichten identifiziert und an unterschiedlichen Stellen Asphaltproben entnommen. Die vorgeschlagenen Orientierungswerte konnten anhand der Proben aus den Erprobungsstrecken validiert werden. Außerdem konnte die laborübergreifende und herstellerunabhängige Anwendbarkeit der Prüfsystematik und der Orientierungswerte in der Baupraxis demonstriert werden. Die Prüfverfahren weisen eine zufriedenstellende und zuverlässige Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit auf und sind in der Baupraxis lückenlos anwendbar.
Das Forschungsvorhaben „Praxisanwendung der Methoden aus ExNet 1.0: Gesamtlärm“ ist eine Fortführung der im Forschungsvorhaben FE 02.0400/2016/IRB „Verkehrsträgerübergreifende Lärmkumulation in komplexen Situationen“ als Leitfaden erarbeiteten Vorgehensweise. Das Ziel war, die Prüfung des Leitfadens hinsichtlich seiner Praxistauglichkeit. Sie mündete in einer Überarbeitung des Leitfadens, die einen Einsatz in der Praxis erleichtert.
Durchgeführt wurde vorab eine Recherche zu früheren Vorhaben zum Thema „Gesamtlärm“ in Deutschland, nach der in den identifizierten bisherigen Ansätzen zum Gesamtlärm keine Aspekte vorliegen, die im Verfahren zur Lärmkumulation nicht berücksichtigt wurden bzw. die nicht grundsätzlich aufgenommen werden können. Eine ebenfalls durchgeführte quantitative Analyse des Auftretens von Gesamtlärmsituationen in Deutschland zeigt, dass eine Belastung von jeweils LDEN ≥ 55 dB(A) durch mehr als eine Verkehrslärmquelle für fast 3 % der Bevölkerung besteht, das Thema somit eine hohe Relevanz aufweist. Eine direkte Ansprache an geeignete Kontakte zeigt, dass Prüfungen zu Gesamtlärm derzeit nur vereinzelt vorgenommen werden. Bei der Maßnahmenfindung wurden in vielen Meldungen keine einheitlichen Vorgaben erwähnt. Zur Findung der „besten Variante“ wurden weitgehend keine Aussagen zu konkreten Verfahren getroffen.
Die Praxistauglichkeit des Leitfadens wurde im Rahmen eines Praxisworkshops erprobt. Aufgrund der erhobenen Rückmeldungen wurde eine Bewertung des bestehenden Leitfadens anhand der Prüfkriterien „Aussagekraft“, „Verständlichkeit“, „Transparenz“ und „Praxistauglichkeit“ durchgeführt. Abgeleitet wurden dann notwendige Änderungen am Verfahren sowie an den Materialien, um den Leitfaden für einen Praxiseinsatz tauglich zu machen und die Verbreitung zu forcieren.
Es wurden für die Beschreibung des Verfahrens zur Lärmkumulation gezielte Überarbeitungsbedarfe bzw. Hinweise für den Leitfaden abgeleitet. Es hat sich vor allem gezeigt, dass eine zu frühe Fokussierung auf Nutzen-Kosten-Bewertungen nicht unbedingt zu einem hohen Schutzniveau führt bzw. dass das erreichte Nutzen-Kosten-Verhältnis nicht in jedem Fall optimal ist. Eine frühe Einschränkung auf ggf. wenige Varianten kann zudem dazu führen, dass bestimmte Maßnahmen nicht betrachtet werden. Für die Überarbeitung stellt sich somit heraus, dass in der Verfahrensbeschreibung herauszustellen ist, dass eine Maßnahmenprüfung möglichst erst bei Erreichen eines Vollschutzes beendet wird. In der ersten Durchführung ist eine „Ermittlung des Vollschutzes durch Abschirmung“ aber auch eine Prüfung der möglichen emissionswirksamen Maßnahmen durchzuführen. Weitere Überarbeitungen umfassen z.B. Empfehlungen für die Darstellung im Streudiagramm.
Die Erkenntnisse u.a. aus dem Praxisworkshop zeigen zudem, dass für das Verständnis des Leitfadens und seiner Methoden eine ausreichende Erklärung notwendig ist. Es wurden Materialien erstellt, die eine Einarbeitung in den Leitfaden erleichtern. Ein Schulungsvideo zu den Grundlagen des Leitfadens Lärmkumulation umfasst eine allgemeine Einführung in die Thematik Gesamtlärm sowie das Verfahren Lärmkumulation. Ziel des Videos ist weniger die praktische Anwendung, sodass auf das Streudiagramm sowie konkretere Beispiele nicht eingegangen wird. Das Schulungsvideo zur Einführung in die Anwendung des Leitfadens umfasst eine kurze Erläuterung des zweitstufigen Verfahrens. Kern der Vorstellung ist das Streudiagramm. Dieses wird anhand eines vereinfachten Beispiels erklärt. Anschließend wird ein exemplarischer Durchlauf des Leitfadens mit Auswirkungen auf das Streudiagramm gezeigt. Eine Handlungsanleitung führt die Inhalte des Leitfadens unabhängig von der im Schlussbericht veröffentlichten „formellen“ Beschreibung auf. Es werden jeweils Hinweise für die Praxisanwendung gegeben. Im Rahmen des Projekts wurde auch geprüft, ob und wie der Praxiseinsatz des Leitfadens umgesetzt werden kann. Im Rahmen eines von der BASt durchgeführten Werkstattgesprächs zeichnete sich ab, dass eine einheitliche Regelung zum Vorgehen bei Gesamtlärmbelastungen fehlt, aber gewünscht und benötigt wird. Das vorgestellte Verfahren zum Umgang bei Lärmkumulation bietet ein mögliches Verfahren, es fehle jedoch noch ein rechtlicher Rahmen bzw. es besteht keine ausreichende Verbindlichkeit zur Anwendung. Für mögliche verbindliche Umsetzungen werden Änderungen an Verordnungen, Richtlinien, Normen sowie Rundschreiben durch das Bundesministerium genannt.
Im durchgeführten Projekt wurden Anmerkungen aus einer ersten Praxisanwendung sowie aus einem weiten Beteiligtenkreis gesammelt. Nach ausführlicher Bewertung ist das Konzept in der angepassten Fassung geeignet für einen Praxiseinsatz. Ergänzende Materialien wie Schulungsvideos unterstützen die Verbreitung. Obwohl der Leitfaden selbst weiterhin weitgehend unabhängig von Regelungen zum Schallschutz ist, fehlt eine verbindliche Verankerung z. B. in relevanten Verordnungen, um einen Praxiseinsatz zu unterstützen.
