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Ziel des Forschungsprojektes ist, aufbauend auf den SKM-Messdaten in 0,1m-Auflösung, eine einheitliche Vorgabe für die Aufzeichnung der Sensorrohdaten zu entwickeln. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf eine hohe Aussagekraft bezüglich der lokalen Fahrbahngriffigkeit gelegt. Derzeit wird in Deutschland der Seitenkraftbeiwert des SKM-Messverfahrens als Quotient aus der gemessenen Seitenkraft und einer genau definierten, statisch bestimmten Normalkraft gebildet. Während die gemessene Seitenkraft eine zeit- und räumlich veränderliche Größe darstellt, ist die statisch bestimmte Normalkraft eine Konstante. Dies hat zur Folge, dass der lokal bestimmte Seitenkraftbeiwert nicht nur von Eigenschaf¬ten der Fahrbahnoberfläche, sondern auch der aktuellen Vertikalkraft abhängt, die zum Teil deutlich von der statisch ermittelten Normalkraft abweicht. Dies bedingte in der Vergangenheit, durch Filterung und Mittelwertbildung über längere Streckenabschnitte diese dynamischen Einflüsse auszugleichen. In dieser Arbeit wird nun eine Vorgehensweise entwickelt, mit der zum einen die Frage der Signalfilterung vereinheitlicht wird und gleichzeitig unter Nutzung der Messung der Vertikalkraft wesentlich kürzere Bewertungsabschnitte gebildet werden können. Dabei wird der Quotient aus Seitenkraft und Normalkraft weiterhin konform mit der bestehenden TP Griff-StB (SKM) gebildet, um bislang ungeklärte Fragen wie beispielsweise Zusammenhänge zwischen verschiedenen Lastzuständen am Messreifen, Veränderungen im Drainageverhalten bei unterschiedlich großem Kontaktpatch zur Fahrbahn, variabler Reibungswärme durch verschiedene Auflastsituationen etc. zu umgehen. Die hier entwickelten Vorschläge sind konform mit der bestehenden TP Griff-StB (SKM) und können dementsprechend sofort umgesetzt werden, um die Griffigkeit mit dem SKM-Messverfahren auch für sehr kurze Bewertungsabschnitte unter 10 m zuverlässig ermitteln zu können.
Im Rahmen der Untersuchung wurden Kapazitäten, q-v-Diagramme und Unfallkenngrößen für Arbeitsstellen längerer und kürzerer Dauer auf Autobahnen ermittelt. Die Ergebnisse können in die Parametrierung eines Verkehrsanalysesystems zur Bewertung der Auswirkungen von Arbeitsstellen auf den Verkehrsablauf und die Verkehrssicherheit im Rahmen der Baubetriebsplanung auf Bundesautobahnen einfließen.
Für die empirische Kapazitätsanalyse wurden Verkehrsdaten von Zählstellen im Zulauf von 40 Arbeitsstellen längerer Dauer und 111 Arbeitsstellen kürzerer Dauer mit unterschiedlichen Verkehrsführungen ausgewertet. Die Ermittlung der Kapazitäten und q-v-Diagramme an Arbeitsstellen längerer Dauer orientierte sich dabei an der Methodik zur Herleitung der Kapazitätswerte und q-v-Beziehungen im Handbuch für die Bemessung von Straßenverkehrsanlagen (HBS). Die Kapazität von Arbeitsstellen kürzerer Dauer wurde durch die Auswertung der Verkehrsstärken im Stauabfluss ermittelt. Aus den Ergebnissen der empirischen Analysen wurden standardisierte Kapazitätswerte abgeleitet. Als maßgebende Einflussgrößen auf die Kapazität von Arbeitsstellen längerer Dauer wurden die Lage innerhalb oder außerhalb von Ballungsräumen, das Vorhandensein einer Fahrbahnteilung, die Fahrstreifenbreite sowie der Schwerverkehrsanteil und die Steigung identifiziert. In Arbeitsstellen kürzerer Dauer bestimmen die Lage innerhalb oder außerhalb von Ballungsräumen und die Seite des Fahrstreifeneinzugs maßgeblich die Kapazität.
Für die Ermittlung von Unfallkostenraten und Unfallraten wurde das Unfallgeschehen in 141 Arbeitsstellen längerer Dauer und rund 21.000 Arbeitsstellen kürzerer Dauer mit unterschiedlichen Verkehrsführungen analysiert. Dabei erfolgte eine Betrachtung einzelner Bereiche innerhalb der Arbeitsstellen (Zulauf, Überleitung/Verschwenkung, Innenbereich, Rückleitung/Rückverschwenkung), für die differenzierte Unfallkostenraten und Unfallraten bestimmt wurden.
Jahresbericht 2023
(2024)
Im Jahresbericht 2023 präsentiert die BASt eine Auswahl von Forschungsaktivitäten des Jahres 2023. In über 50 Beiträgen werden Projekte aus 5 Fachbereichen vorgestellt. Das Themenspektrum ist weit gespannt und orientiert sich an den Themenbereichen: Nachhaltigkeit beim Bauen und Energieeinsatz sind große Zukunftsthemen. Aktive Mobilität, Automatisiertes und vernetztes Fahren sowie proaktive Verkehrssicherheit überschreiben beispielweise weitere Kapitel. Auch Digitalisierung und Fachkräftesicherung werden in den Fokus genommen.
Schlaglichter sowie Zahlen und Fakten in knapper Form ergänzen den Bericht.
Das derzeitige Standardlösemittel für die Bindemittelextraktion aus Asphaltmischgut ist Trichlorethen (Tri), dessen Verwendung jedoch bis 2023 befristet ist. Als Alternative wird das Lösemittel Tetrachlorethen (auch Perchlorethylen, kurz Per) bereits seit 2020 in der Werkseigenen Produktionskontrolle problemlos angewendet. Mit dem kürzlich abgeschlossenen Projekt FE 07.0301 wurde der Nachweis der Gleichwertigkeit von Per und Tri bei der Extraktion und Rückgewinnung geschaffen. Als letzter Schritt der Umstellung erfolgt mit diesem Projekt eine Erhebung von Daten, um die Präzision der Verfahren zu bestimmen. Damit kann der universelle Einsatz des Lösemittels in das Deutsche Regelwerk übernommen werden und Per steht auch für Kontrollprüfungen zur Verfügung.
Zur Ermittlung der Streumaße wurden 7 Mischgutsorten (AC 11 D S, SMA 8 S, AC 32 T N, AC 16 B S, PA 8, 2 x MA 8 S) mit unterschiedlichen Bindemitteln hergestellt und in 13 Laboren mittels Per extrahiert, das rückgewonnene Bindemittel analysiert und die Korngrößenverteilung bestimmt. Als Streumaße wurden die Spannweite der Einzelwerte, die Wiederholgrenze r und die Vergleichgrenze R ermittelt.
Für die folgenden Merkmale wurden im Ringversuch Streumaße berechnet:
• Bindemittelgehalt,
• Kenngrößen der Korngrößenverteilung,
• Erweichungspunkt Ring und Kugel am rückgewonnen Bindemittel,
• Elastische Rückstellung am rückgewonnenen Bindemittel (nur Polymermodifizierte Bindemittel) und
• Bitumen-Typisierungs-Schnell-Verfahren BTSV am rückgewonnenen Bindemittel.
Zusätzlich erfolgt im ISBS-Labor die Rückgewinnung mittels Trichlorethen als Referenz und für drei Asphaltsorten (AC 16 B S, PA 8 und ein MA 8 S) wurde das frische, das RTFOT-gealterte und das rückgewonnene Bindemittel mittels erweiterter Bitumenprüfungen untersucht, um mögliche Veränderungen oder Auffälligkeiten zu erkennen. Die Auswertung des Ringversuchs ergab folgende Ergebnisse:
• Für den Bindemittelgehalt liegen Wiederhol- und Vergleichpräzision im Wesentlichen unterhalb der Kennwerte der TP Asphalt, Ausnahme: Vergleichgrenze SMA 8 S und PA 8.
• Bei der Korngrößenverteilung bestätigen Füller-, Fein- und Sandanteil die Streumaße der TP Asphalt-StB.
• Beim Splittanteil werden die Streumaße im Wesentlichen bestätigt, Ausnahme: Vergleichgrenze AC 16 B S und Wiederholgrenze AC 32 T N.
• Die ermittelten Streumaße für den Grobkornanteil liegen alle deutlich unterhalb der Kennwerte der TP Asphalt-StB.
• Für den Überkornanteil werden die Anforderungen der TL Asphalt-StB bzw. ZTV Asphalt-StB statistisch abgesichert.
Bei den Bitumenprüfungen können die viskositätsveränderten Bitumen in die Aus-wertung einbezogen werden, da Ihre Ergebnisse keine Auffälligkeiten zeigen. Weiterhin beziehen sich die Streumaße der Prüfverfahren auf frische Bitumen. Die hier ermittelten Streumaße der Bitumenprüfverfahren liegen generell um einen Faktor von ca. 2 höher.
• Beim Erweichungspunkt Ring und Kugel können die Ergebnisse durch die Angaben der EN 12697-3 bestätigt werden, jedoch liegt die hier ermittelte Vergleichgrenze R höher.
• Bei der Elastischen Rückstellung können die ermittelten Streumaße als plausibel angesehen werden.
• Für das BTSV können die Streumaße der Polymermodifizierten Bitumen als plausibel angesehen werden, jedoch liegen die Streumaße der Straßenbaubitumen nahe des Bereichs der Polymermodifizierten Bitumen.
• Für den im BTSV ermittelten Phasenwinkel existieren keine Angaben zur Präzision. Mit dem Faktor von ca. 2 bei rückgewonnenen Bitumen ergibt sich hier als Abschätzung für die Wiederhol- und Vergleichgrenze: r = 0,59 ° und R = 2,88 °.
Die Ergebnisse der zusätzlichen Bitumenprüfungen lassen eindeutig erkennen, dass die Bitumeneigenschaften nach Rückgewinnung mit Per praktisch gleichzusetzen sind mit den Bitumeneigenschaften nach Rückgewinnung mit Tri und teilweise mit den Eigenschaften des mittels RTFOT kurzzeitgealterten Bitumen.
Im Wesentlichen bestätigen die hier ermittelten Streumaße die bisher in den Regelwerken angegebenen Verfahrenspräzisionen. Die in einigen Fällen verhältnismäßig hohe Vergleichpräzision kann der teilweise noch fehlenden Routine bei der Extraktion und Destillation zugeschrieben werden und sollte sich in Zukunft wieder minimieren. Änderungen im Regelwerk bzgl. der Streumaße werden nicht als notwendig angesehen. In allen Regelwerken, welche auf Tri Bezug nehmen, können diese Passagen gelöscht und Per als Lösemittel zur universellen Benutzung frei gegeben werden.
Damit kann ein nahtloser Übergang von den Extraktionen mit Trichlorethen auf Tetrachlorethen erfolgen, so dass die Qualitätssicherung weiterhin auf einem hohen Niveau betrieben werden kann.
Im Rahmen der COVID-19-Pandemie und der damit verbundenen Maßnahmen, insbesondere der beiden Lockdowns im Frühjahr 2020 und Winter 2020/2021, hat sich das Mobilitätsverhalten vieler Bevölkerungsgruppen deutlich geändert. Ein bis heute und voraussichtlich auch in Zukunft wichtiger Aspekt ist die verstärkte Tätigkeit im Homeoffice. Diese führt zum Entfall zahlreicher Arbeitswege. Zugleich ist zu erwarten, dass es zu Veränderungen im Bereich der Freizeit- und Besorgungswege kommt. Im Rahmen des F & E-Projektes „Auswirkungen der COVID-19-Krise und der daraus resultierenden verstärkten Nutzung von Homeoffice auf das Mobilitätsverhalten“ wurde der soeben beschriebene Zusammenhang untersucht. Von besonderer Bedeutung war die Frage, inwiefern die aktuelle Situation Chancen zur Förderung nachhaltiger Mobilität bietet. Mithilfe einer Online-Fragebogenstudie wurden Daten zur quantitativen Beschreibung der durch die COVID-19-Pandemie und der damit verbundenen verstärkten Homeoffice-Nutzung hervorgerufenen kurz- und mittelfristigen Veränderungen des Mobilitätsverhaltens erhoben. Die Fokussierung auf den Einflussfaktor „Homeoffice“ lieferte wichtige Informationen darüber, wie sich die vermehrte Homeoffice-Tätigkeit auf das Mobilitätsverhalten auswirkte. Um die beobachteten Veränderungen besser zu verstehen, wurden in der Fragebogenstudie zahlreiche Erklärungsvariablen etablierter theoretischer Ansätze der Mobilitätsforschung abgefragt. In einer anschließenden qualitativen Interviewstudie wurden Personen, die seit dem Ausbruch von COVID-19 vermehrt aus dem Homeoffice tätig sind, nach Veränderungen in ihrem Mobilitätsverhalten sowie den Gründen hierfür befragt. Die qualitative Erhebung trug zu einem tiefergehenden Verständnis für die beobachteten Veränderungen im Mobilitätsverhalten bei. Gemeinsam mit den Ergebnissen der quantitativen Erhebung konnte so ein umfassenderes Bild von verändertem Mobilitätsverhalten im Kontext einer im Zuge von COVID-19 ausgeweiteten Homeoffice-Nutzung gezeichnet und ein tiefergehendes Verständnis für die beobachteten Veränderungen erarbeitet werden. Die Ergebnisse der beiden Erhebungen schließen in vielen Punkten an den aktuellen Forschungsstand an. So zeigt sich die COVID-19-Pandemie hinsichtlich des Mobilitätsverhaltens als disruptives Ereignis, welches einen erheblichen Rückgang der Nutzung öffentlicher Verkehrsmittel und einen teils deutlichen Anstieg der Nutzung individueller Verkehrsmittel zur Folge hatte. Wie sich in der quantitativen Fragebogenstudie zeigte, wird der disruptive Charakter des Ereignisses durch eine vermehrte Homeoffice-Nutzung verstärkt. So gaben Personen, die seit Ausbruch von COVID-19 vermehrt im Homeoffice tätig sind, bei der Frage, wie stark ihr tägliches Leben durch das Virus beeinflusst wird, signifikant höhere Werte an als alle anderen Befragten. Ebenso gaben sie häufiger an, seit Beginn der Pandemie ihre Verkehrsmittelnutzung verändert zu haben. Auch fallen die durch die Befragten angegebenen Veränderungen in der Gruppe derjenigen, die seit Beginn der Pandemie vermehrt aus dem Homeoffice arbeiten, stärker aus als bei anderen Befragten. Personen, die seit Beginn der Pandemie vermehrt aus dem Homeoffice tätig sind, geben an, kürzere Strecken zurück zu legen, seltener unterwegs zu sein und weniger Zeit unterwegs zu verbringen als die anderen Teilnehmenden der Umfrage. Im Hinblick auf die anderen mobilitätsbezogenen Faktoren (bspw. Aspekte, die bei der Verkehrsmittelwahl wichtig sind) bestehen demgegenüber nur sehr geringe Unterschiede zwischen den befragten Gruppen. Der Wegfall von Arbeitswegen stellt somit die wichtigste mobilitätsbezogene Veränderung dar, die durch die vermehrte Homeoffice-Nutzung ausgelöst wird. Diese hat jedoch weitreichende Folgen für das Mobilitätsverhalten. Sie eröffnet Möglichkeiten zur Nutzung und Förderung aktiver Mobilität. Zugleich stellt diese neue Situation eine zusätzliche Herausforderung für die öffentlichen Verkehrsmittel dar, da die bestehenden Preissysteme in vielen Fällen unattraktiv für Personen sind, die ihren Arbeitsplatz nur zwei bis dreimal pro Woche aufsuchen.
Die Instandhaltung von Gebäuden im Infrastrukturbereich ist aus finanziellen und wirtschaftlichen Gründen von großer Bedeutung. Insbesondere bei Brücken ist es wichtig, die Instandhaltungskosten im Auge zu behalten. Die frühzeitige Erkennung von Schäden und deren frühzeitige Behebung ermöglicht es, den Aufwand für Erhaltungsmaßnahmen zu begrenzen. Die Verfolgung des Schadensverlaufs kann nur durch regelmäßige und häufige Begehungen durch Sachverständige erfolgen, die ihre Befunde in der Regel manuell dokumentieren. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, ein Konzept für ein Brückeninspektionstool vorzustellen, prototypisch umzusetzen und zu evaluieren. Das Brückeninspektionstool wird mehrere Arten von Hardware-Geräten verwenden, um das Brückeninspektionspersonal bei der Beurteilung und Dokumentation von Schäden zu unterstützen, wobei Kombinationen aus Künstlicher Intelligenz und Mixed Reality Technologien eingesetzt werden. Hierfür wurden Interviews mit Bauwerksprüfenden aus verschiedenen Unternehmen und Branchen durchgeführt, um wichtige Anforderungen zu ermitteln. Auf der Grundlage dieser Anforderungen wurde ein Konzept entwickelt, das mit bestehenden Datenbanken für Infrastrukturen kompatibel ist. Weiter wurde das Konzept prototypisch in einen Demonstrator umgesetzt, welcher Informationen über die Künstliche Intelligenz sammelt und mithilfe der Mixed Reality Technologien anzeigt. Hierfür wurde sowohl eine Augmented Reality Anwendung zur Anzeige der gesammelten Informationen, sowie eine Tablet Anwendung zur Datenspeicherung entwickelt. Weiter wurde die entwickelte Künstliche Intelligenz auf einem selbsterstellten Datensatz trainiert, um Schäden erkennen und klassifizieren zu können. Der erstellte Demonstrator wurde unter realen Bedingungen an einem realen Bauwerk von Brückenprüfenden getestet und evaluiert. Die Ergebnisse der Tests zeigen großes Potential für den Einsatz von Künstlicher Intelligenz und Mixed Reality Technologien, wie im vorgestellten Demonstrator, für Bauwerksprüfungen. Besonders hoch wird das Potenzial der Künstlichen Intelligenz zur Detektion von Schäden gewertet.
Im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojekts ist ein Ansatz entwickelt und validiert worden, um die Beanspruchungen aus dem Einbau des Heißasphalts auf Stahlbrücken zu bestimmen. Für diese Untersuchungen wurden für zwei repräsentative Stahlbrückenbauwerke (Hochmoselbrücke mit Hohlkastenquerschnitt und Mühlenfließbrücke mit offenem Querschnitt auf zwei Hauptträgern) detaillierte FEM-Ausschnittmodelle in ANSYS erstellt. Diese Modelle erlauben eine thermisch transiente Simulation des Heißasphalteinbaus zur Erfassung der Temperaturentwicklungen in dem Stahlbrückenquerschnitt. Der Vergleich mit beim Heißasphalteinbau aufgenommenen Messdaten zeigt eine sehr gute Übereinstimmung. In den Simulationen wurden eine Vielzahl von Parametern untersucht, die vom Herstellungsprozess und von meteorologisch klimatischen Randbedingungen abhängig sind, wobei die Grundfunktionalität der Beläge (wie Einbaubarkeit, Standfestigkeit, Griffigkeit, Dauerhaftigkeit) bei den betrachteten Grenzwerten der untersuchten Parameter gewährleistet bleibt:
- Anzahl Einbaubahnen (1, 2, 4)
- Einbautemperatur Asphaltmischgut (180°C bis 230°C)
- Ausgangstemperatur konstant über QS (5°C bis 30°C)
- Ausgangstemperatur gradierend über QS (0°C/ 5°C bis 25°C/ 50°C)
- Strahlung Asphalt (Emissionsverhältnis ε= 0 bis 0,93)
- Einbaugeschwindigkeit (0,5 bis 2,5 m/min)
- Schichtdicke Schutzschicht (2,5 bis 5,0 cm)
- Schichtdicke Deckschicht (3,5 bis 4,5 cm)
- Bauart (1 oder 2) und Dicke Dichtungssystem (1,0 bis 2,5 mm; oder 5,0 bis 12,5 mm)
- Deckblechdicke (10 bis 14 mm)
Von den herstellprozessabhängigen Parametern sind in Bezug auf die Temperaturentwicklung die deutlichsten Effekte durch Variation der Einbautemperatur, der Schutzschichtdicke und der Auswahl und Dicke des Dichtungssystems zu verzeichnen. Dagegen sind die Effekte der Parameter Einbaugeschwindigkeit und Deckschichtdicke geringer.
Bei den meteorologisch klimatischen Randbedingungen hat die Höhe der Ausgangstemperatur einen hohen Einfluss auf die Maximaltemperatur in den Stahlbauteilen nach dem Asphalteinbau. Konstant über den Querschnitt veränderte Ausgangstemperaturen führen zu über den gesamten Querschnitt nahezu konstanten Temperaturänderungen. Dagegen ist der Einfluss von ausgänglichen Temperaturgradienten über den Querschnitt (z.B. Tagesgangkurven/ Sonneneinstrahlung) am Deckblech am größten.
Basierend auf den ermittelten Temperaturfeldern sind die transienten Spannungsentwicklungen am Brückenquerschnitt und in der orthotropen Fahrbahnplatte zu ermitteln. Dabei sind neben den lokalen Spannungen infolge der örtlichen Temperaturbeanspruchungen auch die Spannungen aus globalen Einflüssen des gesamten Brückenbauwerks zu berücksichtigen.
Bei den zu untersuchenden großen Stahlbrücken sind aufgrund limitierender CPU keine befriedigenden Ergebnisse mit einem FEM-Einzelmodell möglich. Daher wurde ein FEM-Ausschnittmodell für die lokalen Effekte mit einem in MATLAB geschriebenen Lamellen-Modell kombiniert, welches die weiteren Effekte erfasst. Das Lamellenmodell berücksichtigt Kopplungen unter Einhaltung des Gleichgewichts sowie der Effekte aus Schubverzerrung. Die am lokalen FEM-Modell ermittelten thermisch transienten Temperaturfelder werden als Eingangsdatensätze verwendet. Die berechneten Spannungen stimmen sehr gut mit einem kurzen FEM-Beispielmodell sowie mit vorliegenden Messdaten an der Mühlenfließbrücke überein.
Für die wesentlichen Parameter der vorangegangen thermischen Simulationen wurden Berechnungen mit dem Lamellenmodell durchgeführt und die maßgebenden Längsspannungen am Querschnitt, sowie die Verformungen am Anfangs- und Endauflager bestimmt.
Bei Variation der Einbautemperatur des Gussasphaltmischguts wird ein direkter, linearer Zusammenhang festgestellt. Eine Reduktion der Asphaltierbreite führt zu einer Zunahme der Druckspannungen in der Fahrbahnplatte, jedoch gleichzeitig zu einer Reduktion der Zugspannungen am Kragarm. Dagegen werden die höchsten Endlagerverschiebungen durch Erhöhung der Einbaugeschwindigkeit verursacht.
Bei den Untersuchungen der meteorologisch klimatischen Randbedingungen wird gezeigt, dass die Druckspannungen bei höheren Ausgangstemperaturen geringer sind. In dem Falle, dass der Brückenquerschnitt vor dem Asphaltieren nur am Deckblech eine höhere Temperatur aufweist, erzeugt die Temperaturbeanspruchung aus dem Heißasphalt vergleichsweise geringere Zugspannungen. An den Brückenendlagern addieren sich die Längsverformungen aus Heißasphalteinbau und hoher Umgebungs-temperatur auf.
Mit der entwickelten kombinierten Methode können die o.g. Effekte erstmals – exemplarisch an der ausgewählten Mühlenfließbrücke – in Abhängigkeit von den verschiedenen untersuchten Parametervariationen quantifiziert werden.
Derzeit werden bei dem entwickelten Lamellenmodell die Verschiebungen in Lamellenebene und die Verdrehung senkrecht zur Lamellenebene berücksichtigt. Es besteht die Möglichkeit, das vorhandene Lamellenmodell für zusätzliche Freiheitsgrade weiterzuentwickeln.
Weiter steht die Übertragung der Methode zur Untersuchung des Heißasphalteinbaus auf andere Brückenbauwerke noch aus, dazu zählen neben Stahlbrücken anderer Bauart auch Verbundbrücken.
Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Konzeptes, das eine statistisch repräsentative Erhebung von Verkehrsszenarien in verschiedenen Verkehrsräumen erlaubt. Die dadurch zu gewinnende Datengrundlage soll der Bewertung von automatisierten Kraftfahrzeugsteuerungen dienen.
Ausgangspunkt und Orientierung für das methodische Vorgehen ist in diesem Forschungsvorhaben das methodische Rahmenkonzept für Verhaltensbeobachtung im fließenden Verkehr (Hautzinger, Pfeiffer & Schmidt, 2012). Durch Adaptation und Anwendung der Entwicklungsschritte dieses Rahmenkonzeptes konnte ein Erfahrungswissen gewonnen werden, auf dessen Grundlage ein Konzept für einen Stichprobenplan erstellt worden ist.
Dem Rahmenkonzept folgend wurde zunächst der Untersuchungsgegenstand abgrenzt. Nach Vorstellung verschiedener Szenarienkonzepte und ihrer Beschreibungsgrößen erfolgte die Beschreibung eines allgemeinen Modells der Grundgesamtheit. Dieses Modell berücksichtigt die Abhängigkeit der Grundgesamtheit von Kontextfaktoren als Einflussgrößen auf den Verkehr. Darüber hinaus sieht das Modell der Grundgesamtheit eine Partitionierung des Untersuchungsgebietes und Untersuchungszeitraums in Untersuchungseinzelelemente vor, in denen die Untersuchungseinheiten – in vorliegendem Fall die Szenarien – mittels der verschiedenen Formen der Erhebung beobachtet werden können (vgl. (Bäumer et al., 2017b, S. 25)). Diese Partitionierung hat zum Ziel, den Einfluss der Kontextfaktoren auf die Ausprägung und Häufigkeit der Szenarien innerhalb eines Untersuchungseinzelelementes zu minimieren und damit eine Modellierung als von diesen Kontextfaktoren unabhängigen Zufallsprozess zu ermöglichen. Die nächsten beiden Entwicklungsschritte des Rahmenkonzeptes betreffen die Auswahl der Beobachtungsorte und zeiten. Im Rahmen dieses Vorhabens werden diese beiden Aspekte verallgemeinert bei der Auswahl der Beobachtungseinheiten behandelt. Allgemein kann zwischen stationären Beobachtungseinheiten (z. B. Beobachtung mittels Drohne) und instationären Beobachtungseinheiten (z. B. Beobachtung mittels fahrzeuggebundener Sensorik) unterschieden werden. Im Gegensatz zur stationären Beobachtungseinheit wird bei einer instationären Beobachtungseinheit bedingt durch den bewegten Beobachter zu verschiedenen Zeitpunkten ein anderer Streckenabschnitt des Untersuchungsgebietes beobachtet. Bei der Auswahl der Beobachtungseinheiten muss demnach bei einer stationären Beobachtungseinheit ein Ort und ein Zeitpunkt der Beobachtung definiert werden, während bei einer instationären Beobachtungseinheit darüber hinaus auch die Bewegung des Beobachters definiert werden muss. Da die Auswahl des Beobachtungsortes bei stationären und instationären Beobachtungseinheiten bei der Stichprobenplanung ein wesentlicher Aspekt ist, wurde ein Schwerpunkt auf die Entwicklung einer Methode zur Zufallsauswahl von Beobachtungsorten gelegt. Ein weiterer Entwicklungsschritt betrifft die Bereitstellung technischer Hilfsmittel und die Beobachterschulung. In diesem Zusammenhang wurden verschiedenen Formen der Erhebung detailliert betrachtet und gegenübergestellt. Bei der Betrachtung des letzten Entwicklungsschrittes des Rahmenkonzeptes wurde ein Hochrechnungsverfahren entwickelt, welches die Tatsache berücksichtigt, dass im Regelfall nur ein Teil eines Untersuchungseinzelelementes beobachtet werden kann und somit eine Extrapolation der Beobachtungen auf das gesamte Untersuchungseinzelelement notwendig ist. Dazu wurde das Auftreten der Szenarien als Zufallsprozess modelliert. Dies erlaubt die Schätzung einer Wahrscheinlichkeit für das Erfassen eines Szenarios innerhalb eines Untersuchungseinzelelementes mittels einer spezifischen Form der Erhebung. Diese Erfassungswahrscheinlichkeit kann dann genutzt werden, um eine Extrapolation der Beobachtungen durchzuführen. Für die weitere Untersuchung wurde das Hochrechnungsverfahren auf reale Verkehrsdaten angewendet und als Untersuchungseinheit das Fahrstreifenwechselszenario gewählt.
Basierend auf den obengenannten Arbeiten wurde ein Konzept für einen Stichprobenplan erstellt, das auf eine möglichst repräsentative Erhebung in den Verkehrsräumen Autobahn, Überland und Innerorts abzielt. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die Beschreibung der Fahraufgabe mittels beobachteter Verkehrsszenarien zwangsläufig aufgrund des Zufallscharakters des Auftretens der Verkehrsszenarien unvollständig ist. Aus praktischer Sicht ist es daher notwendig, den Grad der Vollständigkeit der Beschreibung der Fahraufgabe auf eine effiziente Weise zu erhöhen. Ein möglicher Ansatz kann darin bestehen, den durch die empirischen Daten aufgespannten Szenarienraum basierend auf zusätzlichem Wissen anzureichern. Dieser Ansatz wurde bereits im PEGASUS Projekt bei Einführung der logischen Szenarien verfolgt (PEGASUS, 2019).
In Deutschland wird zur Bestimmung des Bindemittelgehaltes von Asphalt und somit auch für die Rückgewinnung des Bindemittels für weitere Untersuchungen Trichlorethen (Trichlorethylen, Tri) und alternativ Toluol eingesetzt. Für einen schnellen Ersatz von Trichlorethen (TRI) bietet sich Tetrachlorethen (Tetrachlorethylen, umgangssprachlich: PER) an, da dieses Lösemittel bereits seit geraumer Zeit im angrenzenden europäischen Ausland eingesetzt wird. Bevor Tetrachlorethen (PER) eingesetzt werden kann, ist jedoch zu untersuchen, ob zu dem bisherigen Bewertungshintergrund mit Trichlorethen (TRI) vergleichbare Ergebnisse vor allem hinsichtlich der Eigenschaften des rückgewonnenen Bindemittels erzielt werden können. Durch die Auswahl von insgesamt 50 Proben wird ein repräsentativer Querschnitt der in Deutschland eingesetzten Asphalte und Bitumen bzw. Polymermodifizierten Bitumen sichergestellt. Für alle Untersuchungsvarianten wurden sowohl Proben des Asphaltmischgutes als auch Proben des eingesetzten Bindemittels beschafft. Bei den 25 Varianten mit Asphaltgranulat liegen auch Proben des eingesetzten Asphaltgranulates vor. Für die Extraktionen standen zwei baugleiche Extraktionsanlagen (Asphaltanalysatoren) auf Basis der TP Asphalt-StB, Teil 1 zu Verfügung. Eine Anlage wurde hierbei mit Trichlorethen (TRI), die andere mit Tetrachlorethen (PER) betrieben. Parallel zu der Probenbeschaffung mussten die Randbedingungen bei der Extraktion und der Bindemittelrückgewinnung festgelegt werden. Die Bindemitteluntersuchungen erfolgten an den nach den unterschiedlichen Extraktionen rückgewonnenen Bindemitteln aus dem jeweiligen Asphaltmischgut und dem Asphaltgranulat sowie an den Bindemitteln im Anlieferungszustand durchzuführen. Bei den in der Anfangsphase des Projektes durchgeführten Extraktionen zeigte sich im Tetrachlorethen-Analysator, dass die Gesteinskörnungen häufig in einem Vakuumschrank nachgetrocknet werden mussten. Als Möglichkeit der Verbesserung bietet sich die Zugabe von groben Gesteinskörnungen in deutlich größeren Kornklassen, als sie im zu prüfenden Asphalt vorkommen, an, um hierdurch die Siebflächen frei zu halten. Die Ergebnisse der Vorversuche zur Rückgewinnung des Bindemittels nach Extraktion mit Tetrachlorethen (PER) zeigen auf, dass die Bindemittelrückgewinnung entgegen den Festlegungen der TP Asphalt-StB, Teil 3 bei 200 hPa erfolgen sollte. Die TP Asphalt-StB, Teil 3 sind entsprechend anzupassen. Für Straßenbaubitumen gibt es einen Zusammenhang zwischen der Äquiviskositätstemperatur bei G* = 15 kPa und dem Erweichungspunkt Ring und Kugel, für Polymermodifizierte Bitumen ergibt sich kein Zusammenhang. Die Rückformung im MSCRT könnte für die rückgewonnenen Bindemittel als Ersatz für die elastische Rückstellung herangezogen werden. Für beide Ersatzprüfmethoden ist jedoch ein ausreichender Bewertungshintergrund zu schaffen. Beim Vergleich der Ergebnisse am mit Trichlorethen (TRI) und mit Tetrachlorethen (PER) extrahierten und rückgewonnenen Bindemittel zeigt, dass sich in den Regressionsrechnungen eine Steigung der Geraden von im Mittel 0,99 ergibt, so dass sich die einzelnen Kennwerte im Wesentlichen nur über einen Versatz auf der y-Achse unterscheiden. Die Bestimmtheitmaße liegen immer über 0,9. Grundsätzlich ist festzustellen, dass die Ergebnisse für alle Bindemitteleigenschaften nach Extraktion mit Trichlorethen (TRI) und mit Tetrachlorethen (PER) sehr gut korrellieren und daher einem Ersatz von Trichlorethen nichts entgegensteht. Zudem ist festzustellen, dass die Ergebnisse der Extraktionen mit den zwei Lösemitteln immer innerhalb der Vergleichspräzisionen der TP Asphalt-StB liegen. Ausgehend von der Zusammensetzung der Asphalte kann demnach problemlos auf Tertrachlorethen (PER) umgestellt werden, wie es schon die Erkenntnisse aus dem Ausland gezeigt haben. Es wird empfohlen bei einem großflächigen Einsatz von Tetrachlorethen (PER) auf Produkte mit einem Anteil an Tetrachlorethen (PER) von mindestens 99,95 Gew.-% zurückzugreifen. Die Präzisionsdaten für die Prüfungen mit Tetrachlorethen (PER) sind vor Einführung in das Technische Regelwerk in einem Ringversuch zu ermitteln.
In einem Laborversuch (BASt FE 89.0312/2015) wurde 2016 nachgewiesen, dass sich die Spannungsverhältnisse in einem Spannbetonträger mit der Ultraschalltechnik visualisieren lassen und eine Korrelation mit dem späteren Rissbild besteht.
Ziel des Nachfolgeprojekts war die Erfassung und Auswertung von Ultraschall-Messdaten mit eingebetteten Sensoren an einem Bauwerk unter Verkehr über mehr als ein Jahr. Dabei sollte die Betriebssicherheit nachgewiesen werden sowie ein Vergleich der Ergebnisse mit einem konventionellen Monitoringsystem (u. a.DMS, Schallemission) erfolgen. Der Versuch wurde an der Gänstorbrücke (Ulm/Neu-Ulm) durchgeführt.Da im Versuchszeitraum anders als zuvor keine Schadensereignisse auftraten, wurde ein Belastungsversuch für einen Funktions- und Sensitivitätsnachweis durchgeführt.
Nach Planung mit der BASt und anderen Partnern wurde im Dezember 2020 ein Längsträger in Feldmitte ohne wesentliche Verkehrseinschränkung mit 20 Transducern instrumentiert. Alle Transducer waren bis zum Berichtszeitpunkt funktional. Auch die für die Datenaufnahme entwickelte „W-Box“ erwies sich als robust und funktional, wurde aber trotzdem zwischenzeitlich durch eine verbesserte Version ersetzt. Die Anlage ist weiterhin in Betrieb. Die verschiedenen Monitoringsysteme stören sich gegenseitig nicht.
Aus den alle ein bis zwei Stunden gemessenen Ultraschalldaten wurden verschiedene Parameter extrahiert und untereinander sowie mit den konventionellen Monitoringdaten verglichen. Im Versuchszeitraum ergab sich bei allen Daten (auch den konventionellen) im Wesentlichen eine Korrelation mit der Temperatur. Hinweise auf Schadensereignisse ergaben sich nicht. In dem Belastungsversuch konnte die Sensitivität, aber auch die räumliche Lokalisierungsfähigkeit des Systems in Bezug auf Spannungsveränderungen und -in-homogenitäten nachgewiesen werden.
Ein Weiterbetrieb des Systems bis zum Rückbau der Brücke wird empfohlen, um die Sensitivität in Bezug auf Schadensereignisse nachweisen zu können.
Ziel des Forschungsprojektes ist, die derzeitige Regelausführung von Betonfahrbahndecken als Wasch-beton weiter hinsichtlich der Oberflächeneigenschaften zu verbessern. Neben der Griffigkeit ist hier be-sonders die Verbesserung der Lärmminderung auch bei stark ausgeprägter Makrotextur zu nennen. Er-reicht wird dies durch horizontales Schleifen der oberen Kornkappen, was zu einer Angleichung der Kon-taktflächen zum Reifen und einer akustisch günstigen Reduktion der Gummideformation am Reifen führt. Bezüglich der Griffigkeit wird erwartet, dass durch die so erhöhte Kontaktfläche zum Reifen die Polierin-tensität je Flächenelement der Kontaktfläche reduziert wird. Daraus sollte in der Folge eine dauerhaft hö-here Griffigkeit resultieren. Im Rahmen von Laborversuchen wird untersucht, welche Oberflächeneigen-schaften sich auf Basis dreier ausgewählter Waschbetonrezepturen erreichen lassen. Hierbei werden zwei Rezepturen mit Ausfallkörnung mit einer Rezeptur mit stetiger Sieblinie verglichen. Geprüft wird, welche Schleiftiefen in Abhängigkeit von der Ausbürsttiefe technisch sinnvoll umsetzbar sind und welche Textur- und Griffigkeitseigenschaften sich dabei einstellen. Hierzu werden die Griffigkeits- und Texturwerte vor und nach Polierbeanspruchung sowohl der ungeschliffenen Waschbetonoberfläche wie auch der ge-schliffenen optimierten Textur miteinander verglichen. Die Erprobung unterschiedlicher Diamantwerkzeuge gibt Auskunft darüber, inwieweit die Zusammensetzung der Diamantseqmente der Schleifwerkzeuge Ein-fluss auf die Griffigkeit nimmt. Anschließend wird die so optimierte Schleiftechnik auf drei Waschbeton-abschnitten mit besonders hoher Textur erprobt und die Veränderung der akustischen Eigenschaften und der Griffigkeit untersucht.
Basierend auf den Erkenntnissen und Materialien eines Vorgängerprojektes (vgl. MARKOWETZ, WOLF 2020) zielte das Projekt MobiLe darauf ab, eine barrierefreie Website zur Mobilitätsbildung von Erwachsenen mit geistiger Behinderung zu entwickeln. Die Inhalte wurden in Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), der Deutschen Verkehrswacht (DVW), dem Bundesministerium für Digita-les und Verkehr (BMDV) sowie zweier Web-Agenturen erstellt. Die Website bietet pädagogischen Fach-kräften flexible Möglichkeiten der Materialauswahl zur Vorbereitung und Durchführung von Schulungen zur eigenständigen Mobilität von Erwachsenen mit geistiger Behinderung. Hierzu wurde zunächst eine um-fassende Analyse zum Status Quo der Mobilitätsbildung für Menschen mit geistiger Behinderung, basierend auf der Grundlage nationaler und internationaler Recherchen, durchgeführt. Dazu ist festzuhalten, dass eine einheitliche curricular geordnete Mobilitätkonzeption für diese Zielgruppe fehlt. Auch wenn be-reits einige Schulungsmaterialien vorliegen, so variieren diese in Bezug auf Grundlagen, Umfang und theoretischer wie praktischer Schwerpunktsetzung. Die Grundlagenliteratur zur Verkehrserziehung und Mobilitätsbildung konzentriert sich hauptsächlich auf Kinder ohne Behinderung, während Menschen mit geistiger Behinderung bisher noch kaum im Fokus stehen. Auch eine (inter-)nationale Website für die Mobilitätsschulung von erwachsenen Menschen mit geistiger Behinderung ist bisher nicht bekannt. Die inhaltliche Auswertung der Funde verdeutlicht außerdem, dass Mobilität im Kontext geistiger Behinderung nicht hinreichend von der Bildungsforschung aufgearbeitet ist. Es mangelt an einschlägiger didaktischer und verkehrspsychologischer Forschung sowie an empirischen Daten zur Einschätzung der Mobilität. Auch die Thematik Barrierefreiheit ist im Kontext geistiger Behinderung in vielfacher Hinsicht kaum erforscht. Die Online-Literaturrecherche auf nationaler und internationaler Ebene ermöglichte dennoch, relevante theoretische Grundlagen und konzeptionelle Aspekte zur Mobilitätsschulung abzuleiten. Das betrifft ins-besondere mobilitätsspezifische Kompetenzen wie Regelkenntnisse, Gefahrenbewusstsein oder Planung sowie methodische Umsetzungsmöglichkeiten. Die Erkenntnisse der Recherchen dienten als Handlungs-grundlage des Projektes MobiLe. Die Projektumsetzung in Form einer Website zur Mobilitätsschulung stellt insbesondere die individuelle Ausrichtung an mobilitätsspezifischen Kompetenzen und Handlungs-möglichkeiten der Zielgruppe sowie den Aspekt der eigenständigen Teilhabe am Straßenverkehr in den Vordergrund. Dabei werden die Mobilitätsarten „zu Fuß gehen“, „Fahrrad fahren“ und „Bus und Bahn fah-ren“ behandelt. Zu jeder Mobilitätsart wurden zentrale Lernbereiche (z. B. Motorik, Regelkenntnis) definiert, für die Arbeitspakete entwickelt wurden. Die Arbeitspakete umfassen Lernaktivitäten, Arbeitsblätter, praktische Übungen für den Schonraum und den Realverkehr sowie Fotos mit festgehaltenen Szenen aus dem Realverkehr. Auf der Website können die Arbeitspakete durch ein Filtersystem (Auswahl der Mobili-tätsart, des Lernbereichs, des Lerninhalts und des gewünschten Arbeitspaktes) gezielt ausgewählt werden. Außerdem wird ein Einschätzungsbogen, anhand dessen die Mobilitätskompetenzen der Teilnehmenden ermittelt werden können, eine Wegeanalyse als Bestandsaufnahme der Wunschstrecke (inklusive Analyse der äußeren Barrieren und der Herausforderungen für die Person mit geistiger Behinderung) so-wie ein Mobilitätsplan, welcher das Gerüst für die konkrete Planung der Mobilitätsschulung bildet, ange-boten. Für die Materialerarbeitung wurden aktuelle internationale Erkenntnisse miteinbezogen – stets verbunden mit Blick auf eine handlungs- und sozialraumorientierte Umsetzung der Mobilitätsschulung für die adressierte Personengruppe. Die Verbindung zum Realverkehr stellte hierbei einen zentralen und ent-scheidenden Bezugspunkt dar. Die Lernmaterialien, adressiert an Erwachsene mit geistiger Behinderung, wurden auf Leichte Sprache sowie ihre Praktikabilität und Anwendbarkeit hin überprüft und zielgruppen-orientiert angepasst. Insgesamt wird es pädagogischen Fachkräften durch die entwickelte Website ermöglicht, individuelle Bildungsangebote zur Schulung der persönlichen Mobilität vorzubereiten und durchzuführen. Menschen mit geistiger Behinderung erweitern dadurch ihre Mobilität, verbessern ihre Ver-kehrssicherheit und erweitern zugleich ihre Teilhabe im Sozialraum. Die kostenfreie Website MobiLe kann zukünftig über folgende Internetadresse aufgerufen werden: www.mobilität-lernen.de
Im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) bearbeitete das Institut für Verkehrssystemtechnik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) mit seinem Partner PRISMA solutions Deutschland GmbH (PRISMA) das Projekt „Automatisierung und Digitalisierung der Verkehrssteuerung auf Hauptverkehrsstraßen in Städten kleiner und mittlerer Größenordnung (FE 77.0521/2019)". Im Projekt wurden Verkehrsmanagementmaßnahmen im Hinblick auf die Bedürfnisse von Städten und Kommunen mit weniger als 50.000 Einwohnern bewertet und in einem Leitfaden zusammengefasst. Die Bewertungen basieren auf den Informationen und Rückmeldungen aus einer Pilotkommune (Landau in der Pfalz) und fünf weiteren assoziierten Kommunen (Speyer, Hockenheim, Rastatt, Achim und Haßloch), die in das Projekt eingebunden waren. Die beteiligten Kommunen nahmen dazu an Workshops und Interviews (telefonisch oder schriftlich) teil. Des Weiteren wurde eine Literaturrecherche zum Thema innerörtliches Verkehrsmanagement durchgeführt. Mit Blick auf den Stand der Wissenschaft und Technik wurden bekannte und innovative Maßnahmenkategorien auf Potentiale und Umsetzbarkeit für kleinere und mittlere Städte untersucht. Diese Untersuchungen wurden von der planerischen bis zur operativen Ebene durchgeführt. Im Ergebnis wurde ein Praxisleifaden erstellt, der eine Grundlage für das nachhaltige, umweltfreundliche und digitalisierte Verkehrsmanagement von kleinen Städten und Kommunen ist. Real umsetzbare Maßnahmen wurden mit ihren zu erwartenden Effekten beschrieben und zueinander in Beziehung gesetzt.
Der entstandene Leitfaden stellt die Verkehrsmanagementmaßnahmen übersichtlich dar und dient den Kommunen als Unterstützung für die Auswahl zukünftiger Maßnahmen. Im Vergleich zu Großstädten haben Städte kleiner und mittlerer Größenordnung ihre eigenen Charaktereigenschaften und Mobilitätskonzepte in den Aspekten von z.B. Netzwerkstruktur, Infrastruktur, Aktivitätsmuster und zukünftige Entwicklung. Solche Informationen und Daten sollen als Grundlage bei der Entwicklung der Verkehrsmanagementstrategien und der Handlungsempfehlungen dienen. Diese Daten wurden in einem Software Werkzeug zur Planung von Verkehrsmanagementlösungen integriert, und dort zur Identifikation von Problemsituationen und zur Entwicklung/Digitalisierung von entsprechenden Maßnahmen genutzt. Für dieses Projekt kam das von PRISMA entwickelte Software Werkzeug TRAFF-X® zum Einsatz. Die Auswahl der Maßnahmen und deren Beschreibung wurde in enger Abstimmung mit den Kommunen sowie einem projektbegleitenden Expertengremium durchgeführt. Bei der Ausgestaltung der Maßnahmenbeschreibungen erfolgte zudem eine Kategorisierung der Maßnahmen sowie eine Abschätzung der Wirkungsbereiche und Empfehlungen zu kombinierbaren Maßnahmen. Auf dieser Basis wurde der Leitfaden aufgebaut um bei der Identifizierung und Auswahl nützlicher Maßnahmen für kleine und mittelgroße Kommunen eine Hilfestellung anzubieten.
Am Beispiel der Pilotkommune Landau wurde eine effizient aufgebaute mikroskopische Verkehrssimulation als Werkzeug zur Bewertung einiger Maßnahmen untersucht. Verwendet wurde dafür die vom DLR als Open-Source-Tool entwickelte Verkehrssimulationssoftware Eclipse SUMO. Exemplarisch wurden die Auswirkungen der Einführung einer stadtweiten zulässigen Höchstgeschwindigkeit von 30 km/h und einer LSA-Optimierung auf den Verkehr sowie die Emissionen dargestellt. Das Simulationsmodell ermöglichte eine grobe Potentialabschätzungen der Maßnahmen.
In den beteiligten Verwaltungen ist die Motivation zur zukunftsorientierten Gestaltung der Kommunen hoch. Durch die unterschiedlichen begrenzten Ressourcen müssen diese allerdings oft abschätzen und abwägen, welche Maßnahmen mit den verfügbaren Mitteln die gewünschten Effekte erzielen. Hierzu kann der entstandene Leitfaden einen wesentlichen Beitrag leisten.
Seit einigen Jahrzehnten nehmen Naturkatastrophen wie Starkregenereignisse und daraus folgende Flusshochwasser zu. Das Hochwasserereignis im Juli 2021 mit seinen teils verheerenden Folgen bekräftigt die Notwendigkeit einer umfassenden Hochwasservorsorge. Teil des Hochwasserrisikomanagements ist die hochwasserangepasste Planung und Instandsetzung bzw. Verstärkung von Brücken- und Ingenieurbauwerken in überschwemmungsgefährdeten Gebieten. Hierdurch können negative Auswirkungen zukünftiger Hochwasserereignisse auf die Funktions- und Leistungsfähigkeit der Bauwerke deutlich reduziert oder vermieden werden, sodass insgesamt die Funktionsfähigkeit des Straßennetzes auch im Falle von extremen Hochwasserereignissen erhalten bleibt.
Infolge des erhöhten Abflusses bei einem Flusshochwasser kann es an Brücken- und Ingenieurbauwerken zu verschiedenen sogenannten lokalen Phänomenen kommen, wie Auskolkungen und Längserosion, Anprall und Verklausung sowie Überströmung bzw. Überschwemmung. Basierend auf einer umfassenden Literaturrecherche werden die Hintergründe, Abläufe und Zusammenhänge der lokalen Phänomene erläutert und mögliche Maßnahmen zur Vermeidung der Phänomene und deren Folgeschäden aus bestehenden Richtlinien und Regelungen sowie dem Stand der Wissenschaft zum hochwasserangepassten Bauen aufgezeigt.
Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden die im Zuge des Hochwasserereignisses 2021 eingetretenen Schäden an Brücken und sonstigen Ingenieurbauwerken, wie z. B. Stützbauwerke und Tunnel, gesammelt und ausgewertet. Es wurden insgesamt 153 Bauwerke, davon 113 Brücken, 26 Stützbauwerke und 14 Tunnel / Trogbauwerke für die Aufnahme und Auswertung in der Datenbank ausgewählt. Durch die Kategorisierung der erfassten Schäden in Verbindung mit den bauwerksspezifischen Konstruktionsdetails können konstruktive oder materialtechnische Schwachstellen erkannt sowie Ursachen und Wirkmechanismen herausgearbeitet werden. Bei der Datenbankauswertung werden zudem die im Rahmen der Literaturrecherche gewonnenen Erkenntnisse zu Gestaltungsgrundsätzen und zusätzlichen baulichen Maßnahmen auf ihre Umsetzung und Wirkung geprüft, sowie Zusammenhänge, Wirkungsketten und Schadensauswirkungen auf die Standsicherheit, Verkehrssicherheit und Dauerhaftigkeit herausgearbeitet. Ausgewählte repräsentative Schadensbeispiele werden schließlich im Rahmen der Erfahrungssammlung „Hochwasserschäden an Brücken- und Ingenieurbauwerken“ vorgestellt.
Die schwerwiegendsten Schäden mit Einfluss auf die Standsicherheit traten im Zusammenhang mit Auskolkungen bzw. Längserosion auf. Durch eine Bemessung der Gründung unterhalb der maximalen Kolktiefe kann in vielen Fällen zukünftig die Standsicherheit auch bei extremen Hochwasserereignissen sichergestellt werden. Zudem sollten zusätzliche Kolkschutzmaßnahmen an kolkgefährdeten Bauwerken vorgesehen werden.
Die Analyse der Schäden an Brücken- und Ingenieurbauwerken zeigt, dass viele Bauwerke nicht ausreichend für den Hochwasserabfluss 2021 und voraussichtlich auch nicht für kommende Hochwasserabflüsse bemessen und dimensioniert sind. Um bestehende Bauwerke für den Hochwasserfall zu verstärken, Neubauten hochwasserangepasst zu planen und gleichzeitig Kosten und Verkehrsbehinderungen zu minimieren, sollte ein Leitwerk mit umfassenden Empfehlungen für hochwasserresiliente Bauweisen von Ingenieurbauwerken und gezielten Maßnahmenempfehlungen erarbeitet werden. Der vorliegende Bericht liefert einen wichtigen Beitrag hierzu. Aufbauend auf den Erkenntnissen aus dem Stand der Wissenschaft und Technik und der Datenbankauswertung wird ein Vorschlag für ein Ablaufschema zur hochwasserangepassten Planung und Bemessung neuer Bauwerke sowie für die Planung von Schutzmaßnahmen zur Ertüchtigung bestehender Bauwerke vorgestellt. Hierbei werden Vorschläge für die einzelnen Planungsschritte erläutert sowie offene Punkte aufgezeigt.
Zwischen der Nachfrage nach Parkmöglichkeiten für Lkw an Autobahnen und dem Angebot besteht trotz der umfangreichen Erhöhung der Parkkapazitäten in den letzten Jahren ein erhebliches Defizit. Das Bundesverkehrsministerium will dieses Defizit neben dem Aus- und Neubau von Rastanlagen unter anderem durch den Einsatz von Parkleitsystemen reduzieren. Das vorliegende Forschungsprojekt widmet sich der Evaluation solcher Parkleitsysteme. Im Vorlauf zum Forschungsprojekt wurde ein Lkw-Parkleitsystem (PLS) für Rastanlagen an Bundesautobahnen entwickelt und in einem Testgebiet mit 4 Rastanlagen auf der BAB A45 aufgebaut. Primäres Ziel des PLS ist die Ermittlung und Kommunikation der freien Lkw-Parkstände auf Rastanlagen. Dazu wurden ein „Parkplatzdetektionssystem mit flächenhafter Erfassung“ und dynamische Anzeigetafeln eingesetzt. Zur Prüfung der Wirksamkeit des PLS wurden die Lkw-Routen im Testgebiet nach der Kennzeichenerfassungsmethode ermittelt. Die Messungen und Auswertungen umfassten zeitlich 7 Phasen, in denen unterschiedliche Informationsumfänge den auf der BAB A45 Richtung Gießen verkehrenden Lkw angeboten wurden. Zusätzlich wurde das PLS über eine Befragung der Lkw-Fahrerinnen und Fahrer bewertet. Die Auswertungen ergaben folgendes Bild:
1. Lkw-Fahrer, deren Lenkzeit zugunsten einer Ruhephase unterbrochen werden muss, sind an den Informationen des PLS über freie Parkstände in hohem Maße interessiert. Für die Entscheidung zugunsten eines Parkstandes zum Abhalten der Ruhephase sind die Informationen über freie Parkstände auf Grundlage der durchgeführten Befragung eine wichtige Hilfe. Durch die Messungen konnte diese Aussage allerdings nicht verifiziert werden.
2. Bei der Untersuchung des Parkplatzwahlverhaltens konnte trotz des geäußerten Interesses keine signifikante Veränderung beim Vergleich der Messphasen mit unterschiedlichem Informationsumfang des PLS nachgewiesen werden: Hohe Auslastungen in der PWC Pfingstweide und der PWC Stauferburg wurden nicht in nennenswertem Umfang abgebaut, freie Parkstände auf der T+R Langen-Bergheim wurden nicht genutzt. Auch ein Einfluss des PLS auf den Parksuchverkehr konnte nicht festgestellt werden.
3. Das Parkverhalten innerhalb der Rastanlagen wurde ebenfalls räumlich und zeitlich differenziert untersucht. Positiv zeigte sich hier die sortiertere Befüllung nach Einführung des PLS: Zuerst werden die StVO-Parkstände gefüllt, es folgt das geduldete Parken in Fahrgassen z.B. hinter den gefüllten Schrägparkständen und erst im Anschluss daran bei hohem Parkdruck auch behinderndes und gefährdendes Parken. Die zusätzliche Bereitstellung von Parkinformationen innerhalb der Rastanlagen hat diesen gewünschten Effekt weiter unterstützt.
4. Während der Messphasen entspannte sich der ursprünglich vorhandene Parkdruck aufgrund des Rückgangs des Lkw-Verkehrs. Neben der allgemeinen Verkehrsentwicklung spielte auch die Brückenproblematik auf der BAB A45 für den Rückgang eine Rolle. Daraus folgend war für Lkw-Fahrerinnen und Fahrer die Entscheidung zugunsten einer Rastanlage mit freien Parkständen weniger relevant. Im Rahmen der Untersuchungen wurden die folgenden offenen Fragestellungen zum Lkw-Parken erkannt
• Analyse der Kapazität von Längsparkstreifen als dynamische Größe
• Untersuchung des Zusammenspiels der unterschiedlichen Einflussfaktoren auf
das Parkverhalten von Lkw-Fahrerinnen und Fahrern auf Rastanlagen
• Weitere Analyse von kurzen Verweilzeiten auf Rastanlagen
die nicht Teil des vorliegenden Forschungsvorhabens waren.
Die Anwendung von Building Information Modelling (BIM) im Infrastrukturmanagement wird derzeit intensiv erforscht. Aufgrund ihres individuellen Charakters, der komplexen Geometrie und der Vielzahl ihrer Be-standteile ist die automatisierte Erfassung von Brücken besonders komplex. Eine manuelle Erstellung entsprechender BIM-Modelle auf Grundlage vorhandener 2D-Pläne und Datenbanken ist angesichts der Menge und Komplexität ein erheblicher Aufwand und birgt vielfältige Herausforderungen: Fehlende, unleserliche oder widersprüchliche Plangrundlagen, undokumentierte Projektänderungen oder Erweiterungen am Bauwerk. Mit jüngsten Entwicklungen bei den 3D-Vermessungstechnologien und Fortschritten im Be-reich der Künstlichen Intelligenz ergeben sich neue Möglichkeiten, um Prozesse und Verfahren für eine automatisierte Generierung von BIM-Modellen für Brücken im Bestand zu entwickeln und diese auf reale Brückenbauwerke anzuwenden.
In diesem Forschungsprojekt wurde ein neuartiger, modularer Ansatz für die teil-automatisierte Umwandlung von Punktwolken in Ist-BIM-Modelle erarbeitet. Der Ansatz basiert auf einer Kombination von Anwendungen Künstlicher Intelligenz und heuristischen Algorithmen. Neuronale Netze wurden mit synthetischen sowie realen Datensätzen typischer Brückenelemente trainiert und an Punktwolken tatsächlicher Bauwerke getestet. Die erkannten Brückenelemente werden in ein trianguliertes Oberflächennetz umgewandelt. An-schließend können Volumenelemente mittlerer geometrischer Komplexität generiert werden. Das Endergebnis ist ein Ist-BIM-Modell einer Brücke und ihrer Elemente, angereichert mit semantischen Informationen aus einer Bauwerksdatenbank (z. B. Typ, Eigenschaft, Beziehung, Material), im standardisierten und offenen IFC-Format (Industry Foundation Classes) für den Austausch von Gebäudemodellen. Das vorgeschlagene Konzept soll als Basis für künftige, großangelegte automatisierte Erfassungskampagnen von Ist-BIM-Modellen von Brücken im Bestand für zukunftsfähige Brückenmanagementsysteme dienen.
Um die Entwicklung von Fahrzeugen mit alternativem Antrieb in Deutschland beurteilen zu können, initiierte die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) schon im Jahr 2010 die Einrichtung einer langfristigen Beobachtung des Fahrzeugmarktes und des Unfallgeschehens von Fahrzeugen mit alternativen Antriebsarten mit dem Ziel, die tatsächliche Umsetzung des technologischen Fortschritts in marktgängige Produkte zu verfolgen, frühzeitig Kenntnis über die Bestandsentwicklung zu erhalten sowie mögliche Fehlentwicklungen – insbesondere mit Blick auf die Verkehrssicherheit – zu identifizieren. Vor allem die Betrachtung des letzten Punktes soll die Möglichkeit schaffen, Vorschläge für eine sinnvolle Steuerung der Entwicklung leisten zu können. Der Bestand an Pkw mit alternativem Antrieb stieg von rund 900.000 Fahrzeugen im Jahr 2019 auf rund 1,74 Millionen Pkw im Jahr 2021 (ein Plus von 91 %). Die größte Gruppe stellen Hybridfahrzeuge mit mehr als 1.1 Millionen Pkw, dessen Bestand sich seit 2019 fast verdreifacht hat. Die Entwicklung des Plug-In-Hybrid-Bestandes ist noch deutlicher: im Zeitraum von 2019 bis 2021 stieg der Wert auf das 4-fache. Bei reinen Elektro-Pkw stieg der Bestand auf 300.083 Fahrzeuge im Jahre 2021. Lediglich der Bestand von Pkw, die mit Erdgas (CNG) oder Flüssiggas (LPG) fahren, ist rückläufig. In 2021 stellen sie nur noch 25 % aller Pkw mit alternativem Antrieb. Der bisherige Trend setzt sich bei allen alternativen Antriebsarten auch im Jahr 2022 fort. der Bestand von Pkw mit alternativem Antrieb lag im Jahr 2022 schon bei 2,70 Millionen Fahrzeugen. Im Januar 2022 wurden bereits 618.460 Pkw mit reinem Elektroantrieb registriert; eine Verdopplung gegenüber 2021.
Die „Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie der Bundesregierung“ ist das zentrale Instrument zur nachhaltigen Gestaltung der Energiewende und hat die Förderung innovativer Antriebe und alternativer Kraftstoffe sowie den Aufbau der notwendigen Infrastruktur zum Ziel. Derzeit wird der Straßenverkehr klar durch Benzin- und Diesel-betriebene Fahrzeuge dominiert. Die jährlich wachsende Zahl an Fahrzeugen und ansteigende Fahrleistungen ziehen dabei einen stetig anwachsenden Energiebedarf nach sich. Der Verkehrssektor trägt somit einen erheblichen Beitrag zu den Treibhausgasemissionen bei. Die Dekarbonisierung des Straßenverkehrs durch die Etablierung klimafreundlicher Alternativen als Ersatz zu erdölbasierten Kraftstoffen ist daher eine Grundvoraussetzung für die Erreichung der Klimaschutzziele. Der Einsatz von Fahrzeugen mit neuen alternativen Antriebstechnologien, allen voran Elektro, aber auch Wasserstoff sowie verstärkt LNG und CNG, wird in Zukunft rasch zunehmen. Hinzu kommt die zunehmende Urbanisierung und daraus resultierend die verstärkte Verlagerung des Verkehrs in den Untergrund. Bestehende Empfehlungen und Regelwerke zur Tunnelsicherheit, sowie Methoden zur Risikobewertung beschränken sich bislang jedoch ausschließlich auf Ereignisse im Zusammenhang mit Fahrzeugen mit konventionellen Antriebsformen. Um auch in Zukunft das bestehende Sicherheitsniveau halten zu können, sind die Auswirkungen von Ereignissen in Straßentunneln unter Beteiligung von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben zu ermitteln und zu bewerten. Ziel des Projekts war daher die Auswirkungen von Leckagen, Kollisionen und Fahrzeugbränden mit dem Schwerpunkt alternativer Antriebstechnologien auf die Sicherheit der Tunnelnutzer zu analysieren, die risikoanalytische Bewertungsmethodik von Straßentunneln entsprechend zu adaptieren und gegebenenfalls erforderliche Anpassungen von Anforderungen an Straßentunnel abzuleiten. Basierend auf der durchgeführten Grundlagenanalyse bzw. der prognostizierten Entwicklungen für 2030 und 2040 bezüglich möglicher alternativer Antriebe im Fahrzeugkollektiv wurden maßgebliche repräsentative Ereignisbäume entwickelt. Diese stellten die Grundlage für die weitere risikoanalytische Untersuchung dar, wobei die Häufigkeiten an den einzelnen Verzweigungspunkten, wo immer möglich, entsprechend der allgemeinen Straßentunnelrisikoanalyse, teils aber auch aufgrund von Expertenabschätzungen oder Erkenntnissen aus anderen Forschungsprojekten, getroffen wurden. Zur Abschätzung der Ausmaßermittlung der aus den Ereignisbäumen resultierenden Schadensszenarien wurden numerische Methoden, numerische Strömungsmodelle, Evakuierungsmodelle, Wirkungsmodelle oder auch analytische Modelle eingesetzt. Die Risikoanalyse wurde für einen zuvor definierten Vergleichstunnel einmal entsprechend einem Vergleich der Risiken für maximale Anteile der Antriebsarten, einmal für den prognostizierten Verkehrsmix und einmal im Zuge einer Sensitivitätsanalyse (maximal involvierte Menge an alternativem Energieträger – maximales Schadensaumaß), durchgeführt. Entsprechend der Untersuchung mit der Annahme, dass alle Antriebsarten zu 100% in den einzelnen Fahrzeugtypen verbaut sind, ergibt sich für den betrachteten Vergleichstunnel keine relevante Gesamtrisikoerhöhung durch alternative Antriebe. Bezogen auf die reinen Brand- und Explosionsrisiken, zeigt sich jedoch ein zum Teil deutlicher Risikoanstieg durch gasbetriebene Fahrzeuge. Für den betrachteten Vergleichstunnel spielen diese zwar dennoch absolut gesehen keine Rolle, für andersartige Vergleichstunnel, mit grundsätzlich höherem Brandrisiko, kann eine relevante Erhöhung des Gesamtrisikos aber nicht ausgeschlossen werden. Ergebnisse für den Verkehrsmix bzw. dem Mix der Antriebsarten entsprechend der Prognosedaten weisen für den betrachteten Vergleichstunnel ebenso keine Erhöhung des Gesamtrisikos gegenüber dem Risiko des momentanen Verkehrsmix auf. Brand- und Explosionsrisiko sind zwar absolut gesehen für den Vergleichstunnel nicht relevant, könnten sich aber für die prognostizierten Anteile der alternativen Antriebe deutlich erhöhen. Aufgrund fehlender Erfahrungen aus realen Ereignissen und weil die Beteiligung mehrerer Tanks nicht gänzlich ausgeschlossen werden kann, wurde zusätzlich eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, in der die Beteiligung des gesamten Tanksystems angenommen wurde. Dies führte ausschließlich bei den Explosionsszenarien zu einer Erhöhung des Schadensausmaßes.
Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines Verfahrens, welches zurückliegende gravitative Massenbewegungen auf Basis hochauflösender digitaler Höhendaten erfasst und klassifiziert sowie die einzelnen Prozesse in Form geeigneter Werkzeuge für das Geoinformationssystem Esri ArcGIS bereitstellt. Für die Erfüllung dieses Forschungsziels wurde zunächst eine Literaturanalyse durchgeführt und darauf aufbauend die grundlegende Vorgehensweise abgeleitet.
Durch die Berechnung von morphologischen Parametern auf Basis der digitalen Höhenmodelle wurden die charakteristischen Oberflächeneigenschaften bekannter Massenbewegungsprozesse ermittelt und mit deren Hilfe unter Einsatz von Machine-Learning-Algorithmen und einer objektbasierten Herangehensweise die generelle Machbarkeit des Verfahrens getestet sowie verschiedene Trainingsszenarien erstellt und der Modellaufbau optimiert.
Zur Anwendung kamen die Verfahren der Künstlichen Neuronalen Netze sowie der Zufallswälder. Die Durchführung erfolgte bundeslandweit für Nordrhein-Westfalen und Sachsen in Versionen mit 2 m und 5 m Pixelgröße. Nach Abschluss der Berechnungen wurden die Unterschiede der Modellergebnisse hinsichtlich der Machine-Learning-Verfahren sowie der Auflösung herausgearbeitet und beurteilt, wobei teils signifikante Unterschiede erkennbar wurden. Dies spiegelt sich vor allem in Lage und Anzahl der ermittelten Objekte wider, bezogen auf den kleinmaßstäblichen Bereich werden jedoch prinzipiell die gleichen Regionen ausgewiesen.
Weiterhin erfolgte eine Attributierung der ermittelten Flächen bezüglich Größe, Position, Hangneigung, Geologie und Landnutzungsart sowie die Kennzeichnung potentiell stark betroffener Straßenabschnitte. Der darauf aufbauende Abgleich auf Plausibilität ergab, dass sich im Durchschnitt ca. ein Fünftel der Objekte in anthropogenen Bereichen befindet. Unter Einbeziehung geologischen Gegebenheiten konnten weiterhin potentielle aktive Sturzgebiete identifiziert werden.
Den „Empfehlungen für Rastanlagen an Straßen (ERS)“ [FGSV11] entsprechend soll den Verkehrsteilnehmenden ein Angebot an Parkständen, Sanitäreinrichtungen und Dienstleistungen geboten werden, das den Bedarf bzw. die Nachfrage durch das tägliche Verkehrsaufkommen möglichst vollständig abdeckt. Für die Planung von Rastanlagen bieten die ERS ein standardisiertes Vorgehen. Die Wirtschaftlichkeit wird für Rastanlagen jedoch noch in keiner Richtlinie oder Empfehlung explizit beschrieben und daher nur wenig einheitlich in vergangenen und derzeitigen Rastanlagenplanungen behandelt. Bewertungskriterien nach den ERS wie z. B. der Lkw-Parkstandbedarf und das Rastanlagenangebot von BAB-Abschnitten sind bisher nur schwer oder gar nicht monetarisierbar. Dadurch ist ein in Bezug setzen zu den aufzuwendenden Kosten direkt nicht möglich. Da in der Regel eine Vielzahl möglicher Standortvarianten betrachtet werden und eine möglichst objektive Entscheidung für das anschließend zu erarbeitende Standortkonzept zu treffen ist, werden häufig Bewertungsmatrizen mit dem Fokus auf die fachliche Bewertung der Varianten angewendet. Eine Vorgabe zur Durchführung systematischer Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen ist in den ERS bei den Planungsphasen der Standortermittlung, des Standortkonzepts und des Vorentwurfs bislang nicht enthalten. Auch in den im Entwurf befindlichen „Richtlinien für Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen an Straßen (RWS)“ [FGSV19a] existieren keine gesonderten Empfehlungen zur Wirtschaftlichkeitsbewertung von Rastanlagen. Die Kosten und Nutzen einer Rastanlagenplanung sollen jedoch über den gesamten Lebenszyklus der Rastanlagen berücksichtigt werden. Auch die Lebensdauern der einzelnen Anlagenkomponenten sind einzubeziehen. Zur Zusammenstellung und Validierung von Bewertungskriterien für die Wirtschaftlichkeitsuntersuchung von Rastanlagen wurden Planungsunterlagen von 26 Rastanlagen ausgewertet. Es zeigte sich, dass die Bewertungskriterien häufig unter verschiedenen Begriffen und teilweise auch verschiedenen Begriffsdefinitionen verwendet werden, was eine Vergleichbarkeit der unterschiedlichen Bewertungen der Rastanlagenplanungen schwierig gestaltet. Eine explizite Wirtschaftlichkeitsbetrachtung, die Kosten und Nutzen auch in sich differenziert berücksichtigt, fand bei keiner Rastanlagenplanung statt. Es benötigt demnach eine Vereinheitlichung der Bewertungsstruktur, um eine gute Vergleichbarkeit der Rastanlagenplanungen herzustellen sowie den Erstellungsaufwand für die Wirtschaftlichkeitsuntersuchung zu verringern und die Nachvollziehbarkeit zu verbessern. In diesem Forschungsvorhaben wurden darauf aufbauend relevante Aufwands-/Kosten- und Nutzenkomponenten abgestimmt und definiert. Diese wurden anschließend in einem Wirtschaftlichkeitsuntersuchungs-Tool prototypisch umgesetzt, das es Fachplanenden ermöglicht, Aufwände bzw. Kosten und Nutzen objektiv bewerten zu können und die Bewertungsergebnisse sowohl für Variantenvergleiche als auch zur Bewertung einzelner Rastanlagen-Planungen bzw. Planungsphasen zu verwenden. Dafür wurden die relevanten Vorgaben der RWS und der ERS berücksichtigt sowie Berechnungsansätze zur Monetarisierung von Nutzenkomponenten entwickelt und implementiert. Im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse wurden die Verfahren für die erste Anwendung justiert. Anhand einer pilothaften Anwendung des Tools durch Fachplaner mit und auch ohne Vorkenntnisse zum Tool wurde die Praxistauglichkeit sichergestellt. Die Forschungsergebnisse sollen zukünftig im Planungsprozess von Rastanlagen angewendet werden. Daher sollten grundsätzliche Vorgaben zur Wirtschaftlichkeitsuntersuchung von Rastanlagen im Rahmen der Fortschreibung der ERS [FGSV11] aufgenommen werden.
Die Ergebnisse aus dieser Untersuchung sollen eine Grundlage für die einheitliche, formalisierte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von Rastanlagen bilden. Der Prototyp des Wirtschaftlichkeitsuntersuchungs-Tools bietet den Fachplanern bereits jetzt die Möglichkeit, wesentliche Nutzenkomponenten zu monetarisieren und somit Varianten (in der Standortermittlung) und Konzepte (im Standortkonzept bzw. im Vorentwurf) von Rastanlagen auf einer einheitlichen Basis wirtschaftlich zu vergleichen.