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Während Betonfahrbahnen auch nach 10 Jahren unter Wetter- und Verkehrseinflüssen noch gute Oberflächeneigenschaften aufweisen, ist die Längsebenheit mancher schwerbelasteter Autobahnen weniger zufriedenstellend. Die Schäden sind fast immer auf das in die Straßenbefestigung eingedrungene Wasser zurückzuführen. Es wird über die Ergebnisse von Probestrecken zur Fernhaltung oder Ableitung des Wassers berichtet. Die Schäden entstehen durch das hydrodynamische Pumpen durch den Verkehr an undichten Fugen und Rissen mit der Folge von Erosion der Tragschicht. Verschiedentlich sind auch Schäden durch Frosthebungen entstanden, wenn die Durchlässigkeit der Frostschutzschicht geringer als 10 hoch -5 m/s ist. Für die Ableitung des Wassers gibt es drei Abflussebenen: Deckenoberfläche, Grenzschicht zwischen Decke und oberer Tragschicht und Erdplanum. Auch bei der einfachsten Lösung, Ableiten des Wassers über die Oberfläche, kann vollständiges Eindringen nicht verhindert werden. Bei wenig durchlässiger Tragschicht wird das Wasser durch eine flächige Drainage oder Längs- und Querdrainage abgeleitet. Vergleichende Versuche mit 50 m langen Probestrecken werden beschrieben. Hinsichtlich der Wirksamkeit ergibt sich folgende Reihenfolge: Längsentwässerung; Drainbeton, Dränasphalt und 10 mm dickes Geotextil; 3 bis 5 mm Geotextil, Punktdrainage mit Rohren; Flachdrain. Die Auswahl der aussichtsreichsten Maßnahme wird erörtert. Auf eine Dichtung der Fugen kann in keinem Fall verzichtet werden.
Neben den Herausforderungen der Digitalisierung und den sich daraus ergebenden Chancen im Verkehrssektor, rücken aktuell die Themengebiete Ressourcenknappheit, Klimawandel und Klimaschutz in den Vordergrund. Im Bereich des Straßenbaus sind insbesondere die Kriterien „Produkt- und Prozessqualität“ in Verbindung mit den LZP „Planung und Realisierung“ anzuführen, da in diesen beiden Phasen die Qualität bzw. die Nachhaltigkeit des Straßenoberbaus maßgeblich geprägt wird. In Bezug auf die Nachhaltigkeit kann der Straßenoberfläche faktisch eine Schlüsselrolle zugeschrieben werden. Für die ganzheitliche Bewertung der Qualität im Zusammenhang mit der Nachhaltigkeit von Straßenoberflächen wurde ein vorstellbares Bewertungsmodell entwickelt. Die Performances Griffigkeit, Ebenheit, Geräuschpegel und Rollwiderstand wurden in Anlehnung an das europäische Reifenlabel sowie aufgrund ihrer signifikanten Wirkung auf die fünf Aspekte der Nachhaltigkeit gewählt und daher nahezu gleich gewichtet. Im Bereich des Betonstraßenbaus kann dieses Modell beispielweise dazu dienen, eine ganzheitliche Bewertung von Grindingtexturen vornehmen zu können. So wird derzeit eine Vielzahl verschiedener Texturen der Generation „Texturgrinding“ (Typ S und Typ S+) auf Bundesautobahnen erprobt. Dabei wird primär das Ziel verfolgt, diese zeitnah als alternative Standardtexturen für den Betonstraßenbau einzuführen. Die nachfolgende Generation (Typ A und Typ A+) verfolgt u. a. die gezielte Texturierung für eine performanceorientierte Oberflächengestaltung. In einer nächsten Texturgeneration wäre somit die Herstellung von High Performance Road Surfaces (HPRS) möglich. Das Label besitzt die Aufgabe, den Nutzer beim Kauf über die Kriterien Rollwiderstand, Nasshaftung und Geräuschemission im Zusammenhang mit einer höheren Fahrsicherheit, weniger Umweltverschmutzung und weniger Kraftstoffverbrauch hinreichend zu informieren.
Die Straßenoberfläche mit ihrer Mikro-, Makro und Megatextur ist das primäre Bindeglied zwischen Straßenoberbau und Reifen. Zudem beeinflusst sie mit ihren Gebrauchseigenschaften maßgebend die Verkehrssicherheit, aber auch Aspekte wie die Schall- und CO2-Emission. Für die Entwicklung künftiger Oberbaukonstruktionen in Betonbauweise verfolgt daher das Referat Betonbauweisen der Bundesanstalt für Straßenwesen daher eine Top-Down-Betrachtung (Oberfläche, Konstruktion, Baustoff) mit einem ganzheitlichen performanceorientierten Ansatz über die verschiedenen Prozesse/Phasen. In Verbindung mit der DMAIC-Methode (Define – Measure – Analyze – Improve – Control) kann somit das künftige Ziel der Steuerung, Optimierung und Entwicklung in einem geschlossenen Kreislauf verfolgt und die heuristische Methode „trial and error'' verlassen werden . Die Technologie “Texturgrinding" befindet sich auf dem Weg zu einer realen Innovation und gegenwärtig in der Adoptions- bzw. Diffusionsphase. Sie bietet nunmehr die Möglichkeit dauerhafte Fahrbahnoberflächen mit bedarfs- und nutzergerechter Oberflächenperformance herzustellen. Grundsätzlich ist aus heutiger Sicht auch eine nuancierte Einstellung der verschiedenen KPI (Key Performance Indicator) Griffigkeit, Schallemission, Wasserdrainage, Rollwiderstand und Ebenheit denkbar.
Die Straßenflächenentwässerung auf Autobahnen ist eine wichtige Voraussetzung für die Verkehrssicherheit. Andernfalls kann es zu Aquaplaning und zu daraus resultierenden Unfällen kommen. Besonders breite Fahrbahnen und hohe Geschwindigkeiten sind dafür auffällig. In den „Richtlinien für die Anlage von Autobahnen“ (RAA 2008) werden Hinweise gegeben, mit welchen Maßnahmen entwässerungsschwache Zonen vermieden werden können. Diese bestehen aus entwurfstechnischen, baulich-konstruktiven und verkehrsrechtlichen Lösungen. Zu diesen Maßnahmen gehören: - Erhöhung der Längsneigung, - Einbau offenporiger Deckschichten, - Konstruktive Maßnahmen (Querkastenrinnen), - Vermeidung von Verwindungsbereichen durch Anordnung einer negativen Querneigung, - Einbau einer Schrägverwindung oder - Beschränkung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit bei Nässe (sofern keine der vorgenannten Maßnahmen möglich ist). Um diese Maßnahmen richtig auszuwählen, benötigt die Praxis umfassende Informationen über deren Vor- und Nachteile. Im vorliegenden Forschungsvorhaben werden die verschiedenen Lösungen hinsichtlich Dauerhaftigkeit, Dimensionierung, Einbau und Kosten untersucht und bewertet. Darauf aufbauend werden Empfehlungen für die Wahl der jeweils geeigneten Lösung in Abhängigkeit von den jeweiligen örtlichen Randbedingungen (Anzahl der Fahrstreifen, Befestigungsart, Längsneigung) gegeben. Gleichzeitig wird geprüft, ob es sich unter Berücksichtigung der Bau- und Erhaltungskosten um wirtschaftliche Maßnahmen handelt. Dies erfolgt über das Nutzen-Kosten-Verhältnis. Im Ergebnis werden Empfehlungen zur Übernahme in die Entwurfsrichtlinien für Autobahnen gegeben.
Bewertungshintergrund für den Widerstand gegen Polieren von Gesteinskörnungen nach dem PWS-Verfahren
(2016)
In den Jahren ab 1959 wurde an der Technischen Universität Berlin von B. Wehner und seinem Assistenten K.-H. Schulze eine Prüfeinrichtung entwickelt, mit der die Polierresistenz von groben und feinen Gesteinskörnungen ermittelt werden konnte. Ende der 1990er Jahre waren die noch existierenden Prüfeinrichtungen nicht mehr gebrauchstauglich. Dies bewog 1999 dazu, einen modernisierten Nachbau unter Beibehaltung wesentlicher Maschinenparameter durchzuführen. Bei Vergleichsuntersuchungen stellte sich heraus, dass mit den Prüfeinrichtungen der 2. Generation ein abweichendes Messwerte-Niveau ermittelt wird. Um den aus einer Vielzahl von Forschungsarbeiten aufgestellten Bewertungshintergrund und die daraus abgeleiteten Anforderungswerte weiter nutzen zu können, musste dieser auf die neue Gerätegeneration übertragen werden. Durch Untersuchungen an unterschiedlichen Prüfkörnungen verschiedener Gesteine wurde der Erwartungsbereich für die Polierwerte PWS ermittelt und damit ein Bewertungshintergrund aufgestellt. Durch die Vergleichsuntersuchungen an den Rückstellproben aus der TU Berlin konnte für die Prüfkörnungen 8/11 und 0,2/0,4 mm eine direkte Übertragung von bestehenden Anforderungswerten auf die aktuelle Gerätegeneration vorgenommen werden. Die Unterschiede in den Messwerte-Niveaus zwischen den Gerätegenerationen konnten quantifiziert werden. Die Spreizung der Polierwerte bleibt trotz dieser Veränderung gleich. Um einen aktuellen Vergleich zwischen den Polierverfahren PWS und PSV herzustellen, wurden Gesteinskörnungen aus Lagerstätten aufgenommen, die auch in einer parallel laufenden PSV-Forschungsarbeit genutzt wurden. Für die 2. Gerätegeneration der Prüfanlage Wehner/Schulze wurde somit erstmalig ein Zusammenhang zum Polierverfahren PSV hergestellt. Es wird empfohlen, den bestehenden Anforderungswert für die Polierresistenz von feinen Gesteinskörnungen in Deckschichten aus Beton auf Grund der durchgeführten Untersuchungen anzupassen und die vorgeschlagenen Anforderungswerte für die groben Gesteinskörnungen durch eine Datensammlung abzusichern.
Die Forschungsarbeit hatte zu klären, ob beim Einsatz von Calciumchlorid(CaCl2) in Taumittelsprühanlagen beim Straßenwinterdienst die Möglichkeit einer besonderen Beeinträchtigung der Fahrbahngriffigkeit besteht. Die Untersuchungen zeigen, dass eine unerwartete Glätte auftreten kann, wenn CaCl2-Hexahydrat (CaCl2 x 6H2O) aus der Taumittellösung auf der Fahrbahn auskristallisiert. Voraussetzung hierfür sind aber klimatische Bedingungen, die im Winter selten auftreten: niedrige relative Luftfeuchtigkeiten (kleiner 43 Prozent) bei Temperaturen um 0-° Celsius. Besondere Glätte ist vor allem dann festzustellen, wenn in der Übergangsphase neben dem auskristallisierten CaCl2-Hexahydrat auch CaCl2-Lösung vorhanden ist. Das Ausmaß der Glättebildung wurde unter Variation der Parameter CaCl2-Menge, Makro- und Mikrotextur der Fahrbahn sowie der relativen Luftfeuchtigkeit in umfangreichen Messreihen mit dem SRT-Gerät in einer Klimakammer näher ermittelt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass bei größeren CaCl2-Ansammlungen die Griffigkeit bis unter das Niveau absinken kann, dasgegeben ist, wenn Heizöl auf die Fahrbahn ausgeflossen ist. Die Ergebnisse machen ferner deutlich, dass eine Hydratschicht von 1/100 Millimeter Dicke bereits ausreicht, die Elemente der Mikrorauheit der Fahrbahnoberfläche weitgehend außer Kraft zu setzen, die für die Griffigkeitswirkung der Oberfläche bei Nässe verantwortlich sind. Auf Belägen mit überdurchschnittlichen Texturausprägungen sind aber CaCl2-Konzentrationen bis 5 Gramm pro Quadratmeter CaCl2 (Feststoff) unkritisch. Es wird vorgeschlagen, im Rahmen der Erhaltung der Fahrbahnbeläge im Bereich von Taumittelsprühanlagen stets für eine überdurchschnittliche Rauheit und Griffigkeit zu sorgen und über die Steuerung der Taumittelsprühanlagen die Ansammlung größerer CaCl2-Mengen (über 5 Gramm pro Quadratmeter) zu unterbinden.
Im "Europäischen Komitee für Normung" ("Comité Européen de Normalisation", CEN) wird zur Zeit die Bewertung der Längsunebenheit von Straßen im europäischen Rahmen festgelegt. Dabei wird der Spektralen Dichte eine herausragende Bedeutung zugemessen. Neben der Definition der Spektralen Dichte werden Methoden zur Reduzierung von Fehlereinflüssen (langwellige Trends, begrenzte Profillänge) erläutert. Die Glättung des Rohspektrums erfolgt dabei nach einem ISO-Normenentwurf ("International Standardisation Organisation"). Der aus der Spektralen Dichte ermittelte Kennwert "Unebenheitsmaß" wird dem Abnahmeprinzip: "4 mm unter der 4-m-Latte" gegenübergestellt. Die "Welligkeit", ein Maß für das Amplitudenverhältnis von langwelligen zu kurzwelligen Anteilen im Profil wird als "fraktale Dimension" der Chaostheorie erkannt. Damit wird die Abschätzung der Rauheitsamplitude einer Straße ermöglicht. Neben dem wünschenswerten Einsatz der Spektralen Dichte bei der Abnahme neuer oder erneuerter Straßen wird diese Kenngröße in der "Zustandserfassung und -bewertung" (ZEB) auf dem Bundesfernstraßennetz in Deutschland schon eingesetzt. Für das derzeitig in der Entwicklung befindliche "Management der Straßenerhaltung" (MSE) bildet das "Unebenheitsmaß" eine Zustandsgröße, die Aufschluss über die Entwicklung der Fahrbahnbefestigung - auch der Substanz - gibt. Weitere Unebenheitsindikatoren zum Beispiel für periodische Unebenheiten und Einzelhindernisse sind noch in der Entwicklung.
Offenporige Asphaltdecken
(1996)
In der Bundesrepublik Deutschland wurden von 1986 bis 1993 offenporige Asphaltdeckschichten systematisch erprobt. Im Rahmen dieser Erprobung wurden Deckschichtdicke, Bindemittelsorte, Bindemittelmenge, Zusätze, Größtkorn, Mischgutzusammensetzung und Hohlraumgehalt variiert. Beobachtet und gemessen wurden die Veränderung des Zustandes und der lärmmindernden Wirkung. Bei der zusammenfassenden Bewertung der Ergebnisse wird über die Bautechnik (Materialuntersuchungen, Verformungsbeständigkeit, Griffigkeitsverhalten, Wasserdurchlässigkeit), über die Lärmtechnik (lärmmindernde Wirkung, Zusammenhang zwischen bautechnischer Nutzungsdauer, Hohlraumgehalt und Lärmminderung) und über die betriebstechnischen Belange (Winterdienst, Reinigung) berichtet.
Die Konzeptionen für die Erfassung und Bewertung des Zustandes der Straßenbefestigungen als Grundlage für eine systematische Straßenerhaltung wurden in den 80er Jahren in den Gremien der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen entwickelt und erprobt. Die praktische Umsetzung erfolgte durch die Zustandserfassung 1992 auf etwa 22.000 Fahrstreifenkilometer der Bundesautobahnen und von 1993 bis 1995 auf circa 36.000 km Bundesstraßen. Erfasst wurden die Zustandsindikatoren der Merkmalsgruppen Ebenheit, Rauheit und Substanz, die dann durch Normierung in Notenwerte überführt und durch Verknüpfungsregeln zu den beiden Teilwerten "Gebrauchswert" und "Substanzwert" zusammengefasst wurden. Am Gesamtwert, der sich aus dem Maximum der beiden Teilwerte ergibt, lässt sich im Zuge einer schnellen Übersicht ablesen, ob die betrachtete Straße irgendeinen Mangel aufweist. Zukünftig wird die Zustandserfassung und -bewertung der Bundesfernstraßen in einem dreijährigen Turnus erfolgen. Die Zustandsdaten sind eine wesentliche Grundlage für die sogenannte Erhaltungsstrategie auf Bundesfernstraßen und finden damit unmittelbaren Eingang in die aktuelle Erhaltungsplanung der Länder. Ziel ist der Aufbau eines Pavement Management Systems. Hierzu hat fast gleichzeitig mit dem Abschluss der Ersterfassung das Bundesministerium für Verkehr mit der Bundesanstalt für Straßenwesen mehrere Forschungsaufträge vergeben. Dabei muss - im Sinne einer zügigen Umsetzung in die Erhaltungspraxis - im Vordergrund stehen, ein möglichst einfaches, aber von seiner Ergebnisqualität noch akzeptables PMS zu konzipieren und zu programmieren. Ein modulartiger Aufbau gestattet es, einfach strukturierte Module zu einem späteren Zeitpunkt durch aufwendiger gestaltete, verbesserte Module zu ersetzen.
Betonfahrbahndecken, die gemäß ZTV Beton 78 mit Stahlbesenquerstrich hergestellt wurden, zeichneten sich durch eine besonders hohe Anfangsgriffigkeit aus. Sie brachten jedoch je nach Dicke und Konsistenz des Oberflächenmörtels stärkere Reifenrollgeräusche mit sich. Daher wurden 1987 auf der A 7 bei Großburgwedel Versuche mit dem Ziel durchgeführt, leisere Oberflächentexturen zu entwickeln. Dies gelang bei gleichzeitig hohem Griffigkeitsniveau durch den Einsatz eines seitlich pendelnden Längsglätters und das abschließende Abziehen des frischen Betons mit einem Jutetuch. Diese Oberflächenausführung wurde 1991 in die ZTV Beton aufgenommen und für die Berechnung der Schallemissionen von Straßen mit einem Bonus von D(Index StrO) gleich minus 2 dB(A) versehen. Sie gilt auch heute noch als Standardausführung, wobei für die Herstellung der Betondecken in aller Regel Gleitschalungsfertiger eingesetzt werden. Neuere Untersuchungen der BASt zeigen, dass es möglich ist, das Reifenrollgeräusch auf Betondecken noch weiter zu reduzieren. Beispielhaft werden hierzu Ergebnisse von einer Versuchsstrecke auf der B 56 bei Düren vorgestellt, bei der verschiedene Längsstrukturen und ein Waschbeton zur Anwendung kamen.