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Institut
Tiefenabhängige Feuchte- und Temperaturmessungen an einer Brückenkappe der Expositionsklasse XF4
(2008)
Das Forschungsvorhaben hatte zum Ziel, Erkenntnisse zur zeitlichen Entwicklung des Wassergehalts sowie der Temperaturbeanspruchung im Kappenbeton von Brücken zu erhalten. Bei den Untersuchungen wurde der Wassergehalt im Luftporenbeton der Kappe indirekt über die Messung des tiefenabhängigen Elektrolytwiderstands des Betons bestimmt. Dabei wurde gleichzeitig die tiefenabhängige Temperatur aufgezeichnet. Für die Versuche wurde die Brückenkappe einer bestehenden Brücke über eine Autobahn im Sauerland nachträglich mit Multiring-Elektroden und Temperatursensoren ausgerüstet. Die Messungen erfolgten als Dauermessungen über einen Zeitraum von dreieinhalb Jahren in Tiefen zwischen 7 mm und 87 mm unter der Oberkante der Kappe und begannen etwa fünf Jahre nach Fertigstellung des Bauwerks. Im Beobachtungszeitraum lag die Wassersättigung zwischen der im Labor ermittelten Wassersättigung unter atmosphärischem Druck und der hygroskopischen Sättigung, die sich nach Lagerung bei 95 Prozent relativer Luftfeuchte einstellt. Zusammenhänge zwischen dem Sättigungsgrad im Kappenbeton und den Witterungsbedingungen konnten im untersuchten Tiefenbereich (7 mm bis 87 mm) nicht festgestellt werden. Allerdings war in der obersten Messtiefe von 7 mm ein leichter Anstieg des Elektrolytwiderstands feststellbar. Im Beobachtungszeitraum wurden in der Kappe Minimaltemperaturen von bis zu -10 Grad Celsius bei Auftreten von Frost-Tau-Wechseln gemessen, während an Eistagen mit Temperaturen dauerhaft unter 0 Grad Celsius vereinzelt Temperaturen bis zu -15 Grad Celsius festgestellt wurden. Bei den bei Brückenkappen gegebenen Randbedingungen, insbesondere der Verwendung von Luftporenbeton, und den Messergebnissen kann von eher unkritischen Bedingungen für eine Frostschädigung ausgegangen werden. Bei dieser Aussage ist allerdings zu berücksichtigen, dass die Messdaten erst ab einem Abstand von circa 7 mm unter der Kappenoberfläche erfasst werden konnten.
Luftqualität an BAB 2008
(2008)
Im Rahmen dieses Projektes wurden über das Kalenderjahr 2008 Messungen an den Messquerschnitten der BASt zur Aufnahme von Luftschadstoffdaten an den Bundesautobahnen A 4, A 61 und A 555 durchgeführt. Der Messquerschnitt an der A 61 weist dabei im Vergleich zu dem Standort an der A 4 einen gut doppelt so hohen Schwerverkehrsanteil auf. Den geringsten Schwerverkehrsanteil weist die A 555 auf. Die Messwerte dienten auch weiteren AP- und FE-Projekten als Datengrundlage. In Bezug auf die Qualitätsziele der Datenerfassung konnten die Anforderungen der 22. Verordnung zur Durchführung des Bundes- Immissionsschutzgesetzes an einigen Messstellen nicht eingehalten werden. Dabei ist anzumerken, dass die Messstelle am Mittelstreifen der Bundesautobahn A61 am 03. April 2008 stillgelegt wurde, da eine sichere Wartung der Ansaugstellen nicht mehr gewährleistet werden konnte. Aufgrund dieser Stilllegung basieren die angegeben Daten nur auf etwa 25% des Gesamtjahresdatensatzes. Die Messungen im Kalenderjahr 2008 zeigten an den Querschnitten der Bundesanstalt für Straßenwesen deutliche Überschreitungen der NO2-Jahresmittelgrenzwerte (2008) an allen drei Standorten. Darüber hinaus wurde an den Bundesautobahnen A4 und A555 auch die maximal zulässige Überschreitungshäufigkeit des NO2-Stundemittelgrenzwertes (2010) nicht eingehalten. Bei den Feinstaubkonzentrationen traten Überschreitungen des Tagesmittelgrenzwertes auf, jedoch lagen diese unterhalb der zulässigen Anzahl von 35 pro Kalenderjahr. Der Großteil dieser Überschreitungen konnte mit einer lang andauernden Inversionswetterlage im Februar 2008 sowie einem Saharastaubereignis im Mai 2008 in Verbindung gebracht werden. Diese führten deutschland- bzw. europaweit dazu, dass an zahlreichen, auch normalerweise weniger belasteten Messstandorten der Grenzwert nicht eingehalten werden konnte.rnIn Bezug auf die Schwellenwerte für Ozon O3 wurden weder Informations- noch Alarmschwelle überschritten. Lediglich der ab dem Jahr 2008 geltende Zielwert wurde an allen O3-Messstellen überschritten. Bei der Bewertung dieser Ergebnisse muss jedoch beachtet werden, dass die Mindestdatenerfassung von 90% an keiner O3-Station eingehalten werden konnte. Bezüglich der langjährigen Entwicklung ist festzustellen, dass insbesondere an der A4 auch im Jahr 2008 der zunehmende Trend in der NO2-Konzentration beobachtet werden kann, der schon seit Mitte der 90er Jahre verzeichnet wird.rn
Der Beitrag berichtet in einem ersten Teil über die in den Niederlanden angewendeten Inspektionstechniken zur Feststellung von Schäden (Rissen) bei orthotropen Stahlfahrbahnplatten und in einem zweiten Teil über die Instandsetzung der Moerdijkbruecke mit einer zusätzlichen Deckschicht aus bewehrtem hochfesten Stahlfaserbeton. Die Ausführungen zu den Inspektionstechniken umfassen die visuelle Inspektion, magnetische Inspektion, Farbeindringprüfung, Ultraschallprüfung und Diffraktionseffekt bei Anstrahlen von Fehlern (Time of Flight Diffraction (TOFD)) sowie radiographische Untersuchungen und das Wirbelstromverfahren. Für jede dieser Methoden wird ihre Wirkungsweise, Handhabung und der Anwendungsbereich angegeben. Die Moerdijkbrücke ist eine der meistbefahrenen Brücken in den Niederlanden mit einem erheblichen Schwerverkehrsaufkommen und weist etliche Schäden am Deckblech auf. Die bisher durchgeführte Instandsetzung durch Ausbessern der Längsschweissnähte führte nicht zum erhofften Erfolg. Der Bauherr entschloss sich daher, die Gussasphaltschicht durch einen bewehrten hochfesten Stahlfaserbeton mit einer Dicke von 5 cm mit Verbund zum Stahldeckblech zu ersetzen. Die Spannungen im Deckblech konnten auf diese Weise um einen Faktor 4 bis 5 reduziert werden. Die Methode reagiert jedoch empfindlich auf Abweichungen der Mischungsverhältnisse des Betons und der Viskosität.
Das New Car Assessment Program, kurz "NCAP", befasst sich mit der Bewertung von Neufahrzeugen. Dabei gehen die Bewertungskriterien über die vom Gesetzgeber geforderten Mindestvoraussetzungen hinaus und sollen dem Verbraucher als Hinweise für die Kaufentscheidung beim Neuwagenkauf dienen und die Sicherheit in der gesamten Fahrzeugflotte erhöhen. Im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen wurden deshalb unterscheidbare Beleuchtungsmerkmale, welche direkt die Sicherheit des Fahrzeuglenkers berühren, erarbeitet und daraus ein Bewertungssystem für die Beleuchtung am Fahrzeug entwickelt. Die gesetzlichen Bestimmungen erlauben es dem Hersteller von lichttechnischen Einrichtungen, sich innerhalb einer gewissen Bandbreite zu bewegen, die ein unterschiedliches Design und Erscheinungsbild der Kraftfahrzeuge ermöglicht. Heutige Systeme gehen meist deutlich über diese Mindeststandards hinaus. Gerade diese Situation rechtfertigt es, Bewertungskriterien zu erarbeiten, welche sich zum Beispiel mehr an der Erkennbarkeit von Hindernissen und der Blendung anderer Verkehrsteilnehmer, also an zusätzlicher Sicherheit, orientieren. Bei der Bewertung von Fahrzeugen werden zwei grundsätzliche Aspekte unterschieden, die aktive und die passive Sicherheit. Jeder dieser beiden Aspekte kann wiederum in verschiedene Teile aufgespaltet werden. Die Fahrzeugbeleuchtung ist ein Teilaspekt der aktiven Sicherheit. Im Rahmen dieses Projektes ist die Beleuchtung in folgende vier in der Bewertung unterschiedlich gewichtete Teilbereiche unterteil worden, die wiederum in weitere Unterkategorien untergliedert wurden: 1) Leistung: (Maximal 40% der Gesamtpunktzahl); Bewertet die Straßen- und Umfeldbeleuchtung, dient dem Sehen. 2) Sicherheit: (Maximal 40% der Gesamtpunktzahl); Bewertet die Sichtbarkeit und Signalqualität, dient dem Sehen und Gesehenwerden. 3) Verträglichkeit: (Maximal 10% der Gesamtpunktzahl); Bewertet soziale, ökonomische und ökologische Aspekte. 4) Komfort: (Maximal 10% der Gesamtpunktzahl); Bewertet Komponenten, die den Fahrer von Nebenaufgaben entlasten und die Konditionssicherheit betreffen. Zusammenfassung: Es wurde ein Bewertungssystem für die Beleuchtung des Kraftfahrzeugs erarbeitet und zur Verfügung gestellt. Die einzelnen Bewertungskriterien wurden auf der Basis wissenschaftlicher Erkenntnisse entwickelt und gehen über die gesetzlich vorgeschriebenen Mindestwerte hinaus. Somit ergibt sich unter anderem für ein NCAP die Möglichkeit, verschiedene Beleuchtungskonzepte von Fahrzeugen zu vergleichen.
Ziel einer von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) abgeschlossenen Versuchsreihe war es, zu prüfen, ob in der Klimakammer der BASt in Bergisch Gladbach Tauleistungsprüfungen nach dem "Inzeller Eisplattenverfahren" zu wiederhol- und vergleichbaren Ergebnissen führen. Die Untersuchung war notwendig geworden, nachdem 2002 die Außenstelle der BASt in Inzell geschlossen und das dortige Prüflabor mit Klimakammer auf dem Gelände der BASt in Bergisch Gladbach neu eingerichtet wurde. Neben der Untersuchung der Wiederhol- und Vergleichbarkeit der erzielten Messergebnisse ging es auch darum, den so genannten "menschlichen Faktor" zu bewerten. Die statistische Auswertung ergab eine hohe Verträglichkeit der Messwerte, das Ergebnis der Studie kann wie folgt zusammengefasst werden: - In der Klimakammer in Bergisch Gladbach lassen sich mit dem Inzeller Eisplattenverfahren bei Tauleistungsprüfungen wiederholbare Ergebnisse erzielen. - Ergebnisse aus früheren Prüfungen in der Klimakammer in Inzell sind mit künftigen Ergebnissen aus Bergisch Gladbach vergleichbar. - Der menschliche Faktor wirkt sich bei der Prüfung der Tauleistung nicht gravierend aus.
Ein wichtiges Ziel von Streckenbeeinflussungsanlagen (SBA) ist die Erhöhung der Verkehrssicherheit. Dies kann nicht nur durch dynamische Reaktionen auf vorherrschende Verkehrszustände, sondern auch aufgrund von Informationen zu aktuellen Umfeldbedingungen wie Niederschlagsintensität, Sichtweite und Wasserfilmdicke erreicht werden. Kritische Situationen müssen von den entsprechenden Sensoren ausreichend genau und schnell erkannt werden, wobei die Zuverlässigkeit dieser Sensoren nur unter realen Bedingungen getestet werden kann. Hierfür wurde bei München ein Testfeld aufgebaut, sodass den Herstellern dezidierte Rückmeldungen bezüglich möglicher Schwächen gegeben werden können und letztendlich die Eignung verschiedener Sensoren und Erfassungstechnologien für den Einsatz in SBA eingeschätzt werden kann.
Die Qualität der Beeinflussung und der Information des Verkehrsteilnehmers ist in hohem Maße abhängig von der Qualität der erhobenen Verkehrsdaten. Aus diesem Grunde stellt sich die Frage: welche Qualitätsanforderungen sind an die Verkehrsdatenerfassung zu stellen und wie wird sichergestellt, dass die Qualitätsanforderungen auch im laufenden Betrieb über Jahre hinweg eingehalten werden? In einem Arbeitskreis der FGSV wurden Hinweise zur Qualitätsanforderung und Qualitätssicherung der lokalen Verkehrsdatenerfassung für Verkehrsbeeinflussungsanlagen entwickelt. Das hier vorgestellte Hinweispapier, das von der FGSV veröffentlicht wurde, soll die Betreiber von Verkehrsbeeinflussungsanlagen dabei unterstützen, die Qualitätsanforderung an die lokale Verkehrsdatenerfassung zu erfüllen und im laufenden Betrieb dauerhaft sicherzustellen.
Um das oft komplexe Zusammenwirken von einzelnen betriebstechnischen Einrichtungen zur Detektion von Brandereignissen und Steuerung der Lüftung sowie den übrigen sicherheitstechnischen Systemen überprüfen zu können, werden nach ZTV-ING im Rahmen der Abnahme Funktionsprüfungen gefordert, indem Brände simuliert und die zu prüfenden Größen messtechnisch erfasst werden. Reale Brandversuche in Straßentunnel sind jedoch unter dem Aspekt der Wirtschaftlichkeit und des notwendigen technischen Aufwandes zur Erfassung der interessierenden Branddaten und zum Schutz der betriebstechnischen Einrichtungen sowie des Bauwerkes in der Anzahl der Szenarien wie in der Energiefreisetzung begrenzt. Die unter vertretbarem Aufwand erreichbare Brandleistung beträgt zirka 5 MW. Um dennoch Aussagen über das Verhalten des Systems bei höheren Brandleistungen und unterschiedlichen, realen Randbedingungen (Brandorte, Verkehrsbelegung, Windverhältnisse und so weiter.) zu erhalten, sollten Simulationsrechnungen durchgeführt werden können. Diese erlauben eine sehr flexible Modellierung des Tunnels und die Ermittlung sämtlicher relevanter Größen an beliebigen Punkten im Untersuchungsgebiet. Da die Randbedingungen sehr tunnelspezifisch sein können, sind zur Kalibrierung entsprechender Rechenprogramme Eingangswerte aus standardisierten Brandversuchen hilfreich. Ziel der Untersuchung war es daher, mit Hilfe eines geeigneten Rechenprogramms Anforderungen an einen Brandversuch hinsichtlich der notwendigen Daten zur Funktionsüberprüfung und zur Brandhochrechnung zu definieren. Zur Durchführung der Simulationsrechnungen wurde der "Fire Dynamics Simulator" (FDS) verwendet, der über das National Institute of Standards and Technology als 0pen Source-Rechenprogramm erhältlich ist. Grundlage des Rechenprogramms bilden die Gleichungen für die Massen-, Impuls-, Energie- und Stofferhaltung, die im 3-dimensionalen Raum numerisch gelöst werden und als Ergebnis Geschwindigkeits-, Temperatur- und Konzentrationsfelder bereitstellen. Im Rahmen dieser Untersuchung wurden verschiedene Versuchsreihen des Memorial-Tunnel-Fire-Ventilation-Test-Program (MTFVTP) zur Verifizierung der Rechenergebnisse herangezogen. Die vergleichende Gegenüberstellung der einen Brand charakterisierenden Größen Geschwindigkeit und Temperatur ergaben eine überwiegend gute Übereinstimmung der Messwerte aus den Brandversuchen mit den Simulationsergebnissen. Basierend auf den Berechnungen zu den Temperatur- und Geschwindigkeitsverteilungen wurden schließlich unter den Aspekten der Funktionsüberprüfung der betriebstechnischen Einrichtungen und der Erfassung von Eingangsgrößen für Simulationsrechnungen Anforderungen zur Versuchsanordnung, Branddauer, Brandgut und Erfassung der relevanten Messgrößen im Längs- und Querschnitt sowie Anforderungen zu Schutzvorkehrungen abgeleitet. Die Untersuchung hat gezeigt, dass die Definition "eines" Standardbrandversuchs nicht zweckmäßig ist, da die Zielsetzungen sich zu sehr unterscheiden. Dagegen konnten konkrete Grundlagen und Empfehlungen zur Festlegung standardisierter Brandversuche für die gemäß RABT und ZTV-ING vorgesehenen Funktionstests erarbeitet werden. Außerdem konnte gezeigt werden, dass das für die Simulationsrechnungen verwendete Programm FDS derzeit ein adäquates Instrument bildet, nicht nur bezüglich der Simulation von Tunnelbränden unter realen Gegebenheiten und der resultierenden Strömungs- und Temperaturverhältnissen sowie Rauchkonzentrationen, sondern auch in Bezug auf die benötigte Rechner- und Speicherkapazität.
Zur Zustandsbeurteilung von Brückenfahrbahnplatten ist es wichtig, die Feuchte und den Salzgehalt des bewehrten Betons zu kennen. Üblicherweise wird die Versalzung mittels Potenzialmessung bestimmt und durch Laboranalyse von Proben verifiziert. Diese Methode erfordert aber das Entfernen des Fahrbahnbelags. Um eine zerstörungsfreie Bestimmung des Betonzustandes und des Salzgehaltes des Betons mit einem fahrzeugbasierten Messsystem von der Fahrbahn aus durchführen zu können, wurde eine Kombinationsmethode aus Georadar und Magnetfeldmessung entwickelt. Ermittelt man die komplexe Dielektrizitätskonstante (DK) des Baustoffs im Mikrowellen-Bereich, so ist es möglich, über entsprechende Kalibrationskurven seine Feuchte und seinen Salzgehalt abzuleiten. Mit einem 1 GHz-Bodenradar wird die Laufzeit der elektromagnetischen Wellen von der Fahrbahnoberfläche bis zur oberflächennahen Bewehrung bestimmt. Die Tiefe dieser Bewehrungsstähle wird unabhängig durch eine magnetische Gleichfeld-Methode ermittelt. Nach Aufmagnetisierung werden mehrere Gradientenkomponenten des statischen magnetischen Feldes der Bewehrungsbügel gemessen und daraus die Bügeltiefe berechnet. Diese magnetische Tiefenbestimmung ist unabhängig von den dielektrischen Eigenschaften der dazwischen befindlichen Materialien. Durch Vergleich der Radar-Laufzeit mit der magnetisch gemessenen Tiefe lässt sich der Realteil der effektiven DK des überdeckenden Betons bestimmen. Die Analyse der reflektierten Radar-Amplitude erlaubt eine Abschätzung des Salzgehaltes. Zusätzlich wurde ein dielektrischer Resonator für die Feuchte- und Salzgehaltmessung von Baustoffen entwickelt, der aus einer zylindrischen Mikrowellenkeramik hoher DK in einem halboffenen Metallgehäuse besteht. Aus der Messung der Resonanzfrequenz und der Güte beim Aufbringen des Resonators auf den Baustoff lässt sich sein Feuchte- und Salzgehalt ableiten. Die an Beton-Probekörpern bekannter Feuchte und Versalzung durchgeführten experimentellen Untersuchungen bestätigten die Erwartungen. Ein Radar-Magnet-Messwagen wurde entwickelt und auf zwei Brückenbauwerken erfolgreich erprobt. Die effektive komplexe DK konnte gut bestimmt werden.
Luftschadstoffe an BAB 2006
(2007)
Im Rahmen dieses Projektes wurden über das Kalenderjahr 2006 Messungen an den Messquerschnitten der BASt zur Aufnahme von Luftschadstoffdaten an der BAB A4 und der BAB A61 durchgeführt. Der Messquerschnitt an der A61 weist dabei im Vergleich zu dem Standort an der A4 einen gut doppelt so hohen Schwerverkehrsanteil auf. Die Messwerte dienten auch weiteren Projekten als Datengrundlage. Die aufgenommenen Schadstoffdaten der verkehrsbedingten Immissionsbelastung durch Stickoxide, Ozon und Partikel wurden im Hinblick auf die stark abgesenkten Grenzwerte der novellierten 22. und der neuen 33. Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV) für das Kalenderjahr 2006 ausgewertet. Betrachtet man den Verlauf der NO- und NO2-Immissionen der vergangenen 20 Jahre an dem BASt-Messquerschnitt an der A4, zeigt sich für die fahrbahnnahen Messstellen in der NO-Komponente nach einem stetigen Abfall in den zurückliegenden Jahren der Messwertaufnahme gegenüber dem Vorjahr eine minimale Zunahme im Jahr 2006. Die NO2-Konzentration dagegen nimmt am Mittelstreifen nach einem steilen Anstieg seit zwei Jahren wieder ab, stagniert jedoch an den anderen Messstellen. An den beiden Messquerschnitten der BASt konnte der Jahresmittelgrenzwert gemäß 22. BImSchV von 40 -µg/m-³ an keiner Messstelle eingehalten werden. Wenn die Toleranzmarge von 8 -µg/m-³ für das Kalenderjahr 2006 mitberücksichtigt wird, wurde diese Anforderung lediglich an einer Messstelle (Richtung Koblenz, A61) erfüllt. Im Gegensatz dazu lag an beiden Messquerschnitten der maximale Stundenmittelwert über dem Grenzwert von 200 -µg/m-³ (ab 2010) beziehungsweise 240 -µg/m-³ (mit Toleranzmarge für das Jahr 2006); die Anzahl der Überschreitungen lag an drei Messstellen unter der maximal zulässigen Zahl von 18 pro Kalenderjahr. An der A4 in Fahrtrichtung Köln konnte auch diese Anforderung nicht erfüllt werden. In Bezug auf die Partikelbelastung wurde im Kalenderjahr 2006 an der A4 der PM10-Jahresmittelgrenzwert der 22. BImSchV von 40 -µg/m-³ eingehalten. Der Tagesmittelgrenzwert von 50 -µg/m-³ wurde an der A4 6 beziehungsweise 9 Mal und an der A61 19 beziehungsweise 2 Mal überschritten mit Maximalwerten von 91,0 -µg/m-³ (A4) beziehungsweise 77,7 -µg/m-³ (A61). Der Originalbericht enthält als Anhänge die Stundenmittelwerte NO2 für das gesamte Kalenderjahr 2006 an der BAB 4 und an der BAB 61. Diese Anhänge befinden sich auf der dem vorliegenden Heft beigefügten CD. Verweise auf die Anhänge im Berichtstext wurden zur Information des Lesers beibehalten.