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Netzweite Früherkennung AKR-geschädigter Betonfahrbahndecken mit schnellfahrenden Messsystemen
(2024)
Die Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) ist auch heute noch eines der weltweit größten Probleme für die Dauerhaftigkeit von Betonbauwerken. Betroffen waren und sind auch zahlreiche Autobahnabschnitte in Deutschland. Zur Planung und Einleitung nachhaltiger Maßnahmen bedarf es einer möglichst frühzeitigen Feststellung von AKR-Schäden, welche anhand sogenannter Substanzmerkmale (Oberflächenschäden) erfolgen kann. Im Frühstadium einer AKR sind dies Verfärbungen und / oder feinste Rissbildungen. Im Prozess der netzweit und zyklisch durchgeführten messtechnischen Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) ist eine Codierung von Verfärbungen bis dato nicht vorgesehen. Für eine Auswertung feinster Risse ist nicht sichergestellt, dass die eingesetzte Messtechnik den Anforderungen entspricht. Auch eine Systematik für die Bewertung von AKR-Schädigungen an Betonfahrbahnen ist über die Regelwerke der Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) nicht definiert. Auf Grundlage der bis dato durchgeführten ZEB-Kampagnen lässt sich demnach eine belastbare Erhaltungs- und Finanzplanung in Bezug auf AKR-geschädigte Betonfahrbahnen nicht ableiten. Im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) war daher zu untersuchen, wie ein praxistaugliches Verfahren zur netzweiten Erfassung und Bewertung von AKR-bedingten Schäden im Frühstadium realisiert werden kann.
Vorgehen im Projekt:
Zur Erfassung von Substanzmerkmalen wurde zunächst ein schnellfahrendes Messsystem entwickelt, welches auf den in einer klassischen ZEB eingesetzten Verfahren basiert. Erweitert um zwei hochauflösende Oberflächenkameras in Kombination mit entsprechender Beleuchtungstechnik wurden statische und dynamische Testerfassungen durchgeführt. Dabei konnten sehr gute Resultate bei der Erkennung von feinsten Rissen (≥ 0,2 mm) erzielt werden. Andererseits zeigte sich, dass in den Oberflächenaufnahmen die AKR-spezifischen, dunkel-gräulichen Verfärbungen an Quer- und Längsfugen der einzelnen Betonplatten nur sehr bedingt bis gar nicht erkennbar sind. Für die Erfassung von Verfärbungen wurde daher in erster Linie auf die Frontkameraaufnahmen zurückgegriffen, wobei u.a. eine Abhängigkeit von den Lichtverhältnissen besteht. Zur Validierung der Erfassungstechnik wurden sechs Strecken auf Bundesautobahnen bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen befahren und die daraus codierten Schadensmerkmale mit den Ergebnissen zweier jahreszeitlich versetzten, in situ absolvierten Referenzerfassungen verglichen. Dies führte u.a. zu der Erkenntnis, dass die durch Inaugenscheinnahme erkannten Rissbreiten ≥ 0,1mm auch in den dynamisch erfassten Oberflächenbildern gut identifiziert werden können, womit die ursprünglichen Anforderungen an das Bildmaterial übertroffen wurden. Ebenso konnte vor Ort das Problem der Erkennbarkeit von Verfärbungen nachvollzogen werden. Spezielle, für die Codierung der AKR-Schädigungen notwendige, Substanzmerkmale wurden definiert und in einem Leitfaden für die Auswertung beschrieben. Die an hochauflösenden Bildschirmen durchgeführte Codierung stellte sich als vergleichsweise zeitaufwändig dar und erforderte eine hohe Konzentration und Disziplin der ausführenden Personen. Anders als zu Projektbeginn angenommen, ergab sich keine Möglichkeit aus den codierten Substanzmerkmalen oder deren Kombination direkt auf eine AKR-Schädigung zu schließen oder diese in eine Schadenskategorie zu überführen. Vielmehr hat sich gezeigt, dass die Festlegung einer AKR-Schädigung und deren Kategorisierung weiterer Betrachtungen durch einen AKR-Experten und / oder AKR-Gutachter anhand weiterer Daten bedarf. Bei dem hierzu entwickelten Modell versucht ein Experte, auf Basis der durch Auswerter durchgeführten Codierung der definierten AKR-Substanzmerkmale, zunächst aufgrund der vorhandenen Bild- und Bestandsdaten (Baustoffe, Alter, Einbaubedingungen etc.) einen AKR-Verdacht abzuleiten oder eine Klassifizierung vorzunehmen. Ist dies nicht möglich, kann in einem weiteren Schritt ein Gutachter hinzugezogen werden. Um netzweite oder auch objektbezogene Daten zu untersuchten Strecken zielgerichtet verwalten und nutzen zu können, erscheint der Aufbau einer zentralisierten Datenbank empfehlenswert. Auf der Ebene eines Erhaltungsmanagements ließen sich diese Daten dann mit den Daten einer ZEB verschneiden.
Folgerungen:
Zusammengefasst lässt sich festhalten, dass das entwickelte Verfahren zur Erfassung und Auswertung von Substanzmerkmalen einer im Frühstadium befindlichen AKR als Grundlage für die Klassifizierung von betroffenen Abschnitten eingesetzt werden kann. Eine direkte Einteilung in Schadenskategorien kann hieraus jedoch nicht vorgenommen werden. Diese ist in einem nachgelagerten Prozess durch Experten und eventuell Gutachter vorzunehmen. Das Erfassungs- und Auswerteverfahren könnte in das bestehende ZEB-Verfahren integriert werden, jedoch ergäbe sich dadurch ein deutlich höherer Zeit- und Kostenaufwand bei Erfassung, Auswertung und Datenverarbeitung. Ebenso scheint aufgrund der teilweise rasch voranschreitenden Entwicklung der AKR-Schädigungen ein Erfassungs-rhythmus ≤ 2 Jahren notwendig, was ebenso für zwei getrennte Verfahren spricht.
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).
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.
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.
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.
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.
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 vorliegende Untersuchung thematisiert die Fortschreibung des 2003 veröffentlichten Regelwerks „Empfehlungen für die Sicherheitsanalyse von Straßennetzen – ESN“ (FGSV 2003) unter Berücksichtigung der Anforderungen der EU-Richtlinie 2019/1936 Artikel 5 zum Sicherheitsmanagement der Straßeninfrastruktur.
Ziel des Forschungsprojekts war, ausgehend vom Verfahren zur Sicherheitsanalyse von Straßennetzen (ESN), die Entwicklung einer netzweiten Straßenverkehrssicherheitsbewertung (Netzanalyse) basierend auf den nationalen, internationalen, wissenschaftlichen und praxisnahen Erkenntnissen sowie unter Berücksichtigung der Vorgaben der neuen EU-Richtlinie.
Im Rahmen des Projektes wurde eine Analyse der nationalen und internationalen Literatur durchgeführt. Potenzielle Daten zur Infrastruktur, dem Verkehr und dem Unfallgeschehen mit Relevanz für die zukünftige Netzanalyse wurden hinsichtlich ihrer Relevanz und Verfügbarkeit bewertet. Darüber hinaus wurde die bisherige Akzeptanz und Anwendung der ESN über eine Befragung der Bundesländer und ausgewählter Kommunen evaluiert.
Kern des Projektes war die Anpassung des reaktiven bzw. unfallbasierten Verfahrens der Netzanalyse sowie die Entwicklung eines neuen proaktiven und damit unfallunabhängigen Verfahrens. Die entwickelten Verfahren wurden im Rahmen einer Pilotanwendung getestet, daraus ergänzenden Hinweise und Empfehlungen zur Netzaufbereitung für die Praxis dokumentiert und das gesamte Verfahren – u. a. durch eine lokale Bestandsüberprüfung – evaluiert. Abschließend wurden Hinweise für die Weiterverwendung der Ergebnisse der Netzanalyse gesammelt und aufbereitet sowie genaue Erläuterungen zur Umsetzung des Verfahrens in unterschiedlichen, anwenderorientierten Formaten bereitgestellt.
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 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.
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.
Bei der Errichtung von Brückenbauwerken mit großen Spannweiten ist die Verwendung von hochfesten Zuggliedern nahezu alternativlos. Unterschieden wir hierbei zwischen Hängebrücken, Schrägseilbrücken und Seilbrücken, wobei letztere aufgrund des nicht vorhandenen Versteifungsträgers in erster Linie dem nichtmotorisierten Verkehr vorbehalten sind. Eingesetzt werden hier i.d.R. vollverschlossene Drahtseile, wobei sich der Einsatz von Litzenbündelseilen zusehends verbreitet. Beide Arten von Zuggliedern sind in EN 1993-1-11 geregelt. Die entsprechen-den Schutzziele lauten:
• ausreichende Sicherheit der Brücke in Grenzzuständen der Tragfähigkeit
• ausreichende Nutzungssicherheit in ständigen Bemessungssituationen
• ausreichende Dauerhaftigkeit und geringer Unterhaltungsaufwand
Die geforderte Robustheit und Nachhaltigkeit wird insbesondere bei der Verwendung von Zuggliedern in Brückenbauwerken angestrebt, da die Zugglieder entweder gar nicht oder nur mit sehr großem Aufwand ausgetauscht werden können. Die Zugglieder bestimmen daher als einer der Hauptkomponenten wesentlich die Lebensdauer eines Brückenbauwerks.
Schäden bei den verwendeten Zuggliedern äußern sich insbesondere durch Drahtbrüche, die verschiedene Ursachen haben können.
Um hier ein gleichbleibendes Sicherheitsniveau zu gewährleisten, sind regelmäßige Prüfungen unerlässlich. Da Sichtprüfungen naturgemäß nur Oberflächenschäden detektieren können (und aufgrund vorhandener Korrosionsschutzschichten ggf. großen Einschränkungen unterliegen), bieten sich hier unter Abwägung der technischen und wirtschaftlichen Realisierbarkeit magnetinduktive Prüfungen an. Das Prinzip der magnetinduktiven Untersuchungen ist seit vielen Jahr-zehnten bekannt und fand im Rahmen der Prüfung von Zuggliedern in der Vergangenheit bislang vor allem Anwendung im Seilbahnbau sowie bei der Prüfung von bergmännischen Seilen.
Eine Anwendung auf Brückenbauwerke stellt eine Entwicklung der neueren Zeit dar, was sich auch in den nur rudimentären Vorgaben im entsprechenden Regelwerk RI-ERH-ING manifestiert.
Auf Basis eines Ringversuchs, an dem die zwei Prüfstellen DMT und ROTEC beteiligt waren, wurden verschiedene Seilzugglieder (drei vollverschlossene Seile sowie zwei Litzenbündelseile), die zuvor künstlich mit Ungänzen versehen worden waren, zerstörungsfrei geprüft. Die Anzahl und die Lage der Ungänzen waren weder der Forschungsstelle noch den beteiligten Prüfstellen bekannt. Neben magnetinduktiven Verfahren unter Anwendung unterschiedlicher Sensortypen wurden auch Ultraschallprüfungen im Bereich der Seilendverbindungen durchgeführt.
Die magnetinduktiven Prüfungen wurden am KIT in Karlsruhe durchgeführt; die Ultraschallprü-fungen fanden im Nachgang auf dem Gelände der BASt statt.
Auf Basis der Ergebnisse der Prüfungen wurden Empfehlungen für eine Erweiterung der RI-ERH-ING erarbeitet. Die Empfehlungen sind nicht abschließend, da eine finale Bewertung der Leistung der Prüfstellen ohne Kenntnisse über die in die Probekörper eingebrachten Ungänzen nicht möglich war.
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.
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.
Um die Auswirkung der Viskositätsveränderung und Temperaturabsenkung von Walzasphalt bei dessen Einbau und auf seine Dauerhaftigkeit zu bewerten, war der Zustand von mindestens 50 Strecken visuell zu erheben. Die Zustandserhebung erfolgte vor Ort oder anhand der Auswertung von ZEB-Daten, sodass im letzteren Fall auch Strecken berücksichtigt werden konnten, die bereits ausgebaut oder überbaut worden sind. Mit der visuellen Erhebung beschränkte sich die Betrachtung auf die Asphaltdeckschicht. Sofern im Zuge der Herstellung der temperaturabgesenkten und viskositätsveränderten Strecken auch Referenzstrecken aus konventionellem Asphalt ausgeführt worden sind, wurde deren Zustand ebenso ermittelt, um eine vergleichende Betrachtung durchführen zu können. Nach einer Sammlung und Bereinigung möglicher zu betrachtender Strecken erfolgte die Auswahl der erhobenen Erprobungsstrecken, also Strecken, die viskositätsverändert und temperaturabgesenkt (Ausnahme Strecken mit Montanwachs) aus Walzasphalt hergestellt worden sind, in Abstimmung mit dem Betreuerkreis. Insgesamt waren 30 Erprobungsstrecken vor Ort und 20 Erprobungsstrecken auf Basis von ZEB-Daten zu bewerten. Hinzu kamen 12 Referenzstrecken. Bei der Erhebung vor Ort und bei der Dokumentation anhand der ZEB-Daten wurden die gleichen Merkmale bewertet. Im Fokus standen hierbei Spurrinnenbildung, Rissbildung sowie weitere Oberflächenmerkmale wie Ausmagerungen und vor allem der Anteil bereits sanierter Flächen. Alle Kriterien wurden mit Noten von 1 für sehr gut bis 5 für sehr schlecht bewertet. Für die Auswertung standen die Daten von 47 Erprobungsstrecken und 12 Referenzstrecken mit einem Alter zwischen 5 und 22 Jahren zur Verfügung. 30 Erprobungsstrecken waren mit einem viskositätsverändernden Zusatz oder viskositätsveränderten Bindemittel der Klassifikation VL nach den E KvB hergestellt, jeweils 8 mit einer Viskositätsveränderung der Klassifikation VH bzw. Zeolith und eine Erprobungsstrecke mit einem oberflächenaktiven Additiv. Aus dem erhobenen Zustand wurde ein Endwert jeder Strecke berechnet, mit dem ausgewählte Merkmale entsprechend vorangegangenen Projekten zur Bewertung des Gebrauchsverhaltens von viskositätsveränderten und temperaturabgesenkt hergestellten Strecken gewichtet berücksichtigt wurden und auf die Nutzungsdauer der Asphaltdeckschicht nach RPE-Stra 01 umgerechnet wurde. In Anlehnung an die Klassifizierung nach der ZEB werden Werte über 4,5 als schlecht und Werte unter 1,5 als sehr gut eingestuft. Die Erprobungsstrecken sind in Bezug auf den ermittelten Zustand mehrheitlich als sehr gut bis mittelmäßig zu bewerten und es bestehen hier keine einheitlichen Auffälligkeiten. Einige Erprobungsstrecken mit einem Alter von bis zu 22 Jahren liegen sogar über der Nutzungsdauer nach RPE-Stra. Bei den Erprobungsstrecken mit niedrigeren Einbautemperaturen (≤ 145 °C) ist nicht auszuschließen, dass ein – nach der Bewertung des Hohlraumgehaltes und Verdichtungsgrades der eingebauten Schicht – qualitativ schlechteres Einbauergebnis erzielt wird. Eine negative Auswirkung auf den Zustand im Zuge der Nutzung zeigt sich hieraus jedoch nicht. Im direkten Vergleich der Erprobungs- mit den zugehörigen Referenzstrecken lässt sich tendenziell ein nachteiliges oder schlechteres Verhalten der viskositätsveränderten und temperaturabgesenkten Asphaltdeckschichten (Varianten mit VH) feststellen. Die Rissbildung der Erprobungsstrecken ist hinsichtlich des Einflusses aus der Art der Viskositätsveränderung je nach Betrachtung unterschiedlich zu bewerten. Bei der Kalkulation des Zustands zum Ende der Nutzungsdauer nach RPE-Stra anhand der Verhaltensklassen (mit einem progressiven Verlauf für die Rissbildung) ist in der Tendenz ein etwas höherer Anteil der Strecken mit ausgeprägter Rissbildung bei einer Viskositätsveränderung der Klassifikation VL und VH nicht auszuschließen. Im direkten Vergleich der Erprobungs- und zugehörigen Referenzstrecken lässt sich dies für die Klassifikation VL jedoch nicht bestätigen. Ein wesentlicher Einfluss liegt hier in der Rheologie des Bindemittels und des Mörtels und damit verbunden in dem Kälteverhalten des Asphalts. Diese Untersuchungen erfolgten in dem vorliegenden Forschungsprojekt nicht, aber wären hinsichtlich der festgestellten, jedoch nicht eindeutigen Tendenzen bezüglich der Rissbildung erforderlich, um eine konkrete Aussage treffen zu können. Weiterhin können – wie beim konventionellen Straßenbau – die Baumaßnahme-spezifischen Besonderheiten ein auffälliges und abweichendes Gebrauchsverhalten und dadurch frühzeitige Schäden hervorrufen. Insofern sollte der Einbau von temperaturabgesenktem, viskositätsverändertem Asphalt mit entsprechender Sorgfalt und einem hohen Qualitätsbewusstsein erfolgen. Eine Beeinflussung der Einbauqualität durch besondere Sorgfalt aufgrund des Erprobungsstreckenstatus und der Nicht-Standardbauweise kann bei den betrachteten Strecken nicht ausgeschlossen werden. Hinweise hierauf konnten aber nicht festgestellt werden.
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 Forschungsprojekt FE87.0015/2019 „Analyse des Leistungsniveaus im Rettungsdienst für die Jahre 2020 und 2021“ beinhaltet die bundesweite Erhebung und Auswertung von rettungsdienstlichen Leistungsdaten in der Bundesrepublik Deutschland. Folgende Kernpunkte sind im Rahmen des Forschungsprojekts festgestellt worden: In der Bundesrepublik Deutschland sind im öffentlichen Rettungsdienst im Erhebungszeitraum 2020/21 jährlich rund 13,1 Mio. Einsätze bedient worden. Daraus entstanden rund 16,1 Mio. Einsatzfahrten. Von den Einsätzen entfallen rund 5,03 Mio. (38,3 %) in die Einsatzart Krankentransport und 8,09 Mio. Einsätze sind der Notfallrettung (61,7 %) zuzuordnen. Ein Notarzt wurde im Erhebungszeitraum in rund 2,19 Mio. Fällen pro Jahr alarmiert (16,7 %). Die Notfallrate der Einsätze pro Jahr und 1.000 Einwohner beträgt 97,3, die Krankentransportrate 60,5 und die Notarztrate 26,4. Von den Notfalleinsätzen sind 1,8 % als Verkehrsunfall deklariert, was einem Einsatzaufkommen von rund 134.000 pro Jahr entspricht. Dies entspricht einem Allzeittief und hat sich im Vergleich zur vergangenen Erhebung (Bezugsjahre 2016/17) nochmal verringert. Der größte Anteil am Notfallaufkommen ist durch den Einsatzanlass „sonstiger Notfall“ mit 70,1 %, gefolgt vom „internistischen Notfall“ mit 21,5 % und dem „sonstigen Unfall“ mit 6,3 %. Arbeitsunfälle machen 0,2 % des Notfallaufkommens aus. Für das gesamte Einsatzaufkommen wurden vornehmlich Rettungswagen (RTW) mit einem Anteil von 55,8 % eingesetzt. Darauf folgen Krankentransportwagen (KTW) mit 26,4 % sowie Notarzteinsatzfahrzeuge (NEF) mit 16,9 %. Rettungshubschrauber (RTH) sind im Erhebungszeitraum in 0,4 % aller Einsätze vertreten, was einem jährlichen Auf¬kommen von rund 66.800 Flügen entspricht. Bei Notfalleinsätzen ist nur ein geringer Unterschied des Einsatzaufkommens an Wochentagen (Montag bis Freitag) und an Wochenenden (Samstag und Sonntag) zu erkennen. Das durchschnittliche Einsatzaufkommen in der Notfallrettung in Deutschland liegt an einem mittleren Wochentag bei rund 22.500 Einsätzen sowie bei rund 21.500 Einsätzen an einem Samstag oder Sonntag. Im Krankentransport hingegen werden an Wochentagen im Durchschnitt 16.000 Einsätze pro Tag und an Wochenenden 8.200 Einsätze pro Tag bedient. Bei der Anfahrt zur Einsatzstelle wurde in rund 45,8 % der Einsätze das Sondersignal genutzt, was einem Gesamtaufkommen von 8,42 Mio. Einsatzfahrten mit Sondersignal pro Jahr im Erhebungszeitraum entspricht. Die mittlere Zeit zur Disposition und Alarmierung des Einsatzmittels betrug im Erhebungszeitraum 2,5 Minuten bei Einsätzen, die mit Sondersignal bedient wurden. Ohne die Nutzung von Sondersignal verlängerte sich die mittlere Dauer auf 3,8 Minuten. Zur Berechnung der Hilfsfrist werden nur Einsätze mit Sondersignal betrachtet. Hierbei markiert das zuerst eingetroffene geeignete Rettungsmittel die Hilfsfrist. Der Bundesdurchschnitt der mittleren Hilfsfrist im Erhebungszeitraum 2020/21 liegt bei 8,7 Minuten. 95 % aller Hilfsfrist-Einsätze werden in 16,2 Minuten erreicht. • Die mittlere Einsatzdauer der Notfalleinsätze liegt bei 74 Minuten, die mittlere Einsatzdauer der Krankentransporte liegt bei 81 Minuten. • Für den Zeitraum 2020/21 liegt der Anteil an Fehlfahrten bei ca. 2,5 %, was 0,4 Mio. Fehlfahrten pro Jahr in der Bundesrepublik Deutschland entspricht. • Für die Jahre 2020/21 beträgt die bundesweite mittlere Prähospitalzeit (Zeitraum vom Hilfeersuchen bis zum Erreichen des Krankenhauses) bezogen auf Notfalleinsätze 52,1 Minuten. 95 % der Notfallereignisse (95 %-Perzentil) erreichen innerhalb von 88,4 Minuten die Zielklinik. Bei Verkehrsunfällen ist die mittlere Prähospitalzeit mit 50,3 Minuten etwas kürzer. Das 95 %-Perzentil der Prähospitalzeit bei Verkehrsunfällen beträgt 84,6 Minuten.
Erhebung der Nutzungshäufigkeit von Smartphones durch Pkw-Fahrer, Radfahrer und Fußgänger 2022
(2024)
Der Stellenwert von Mobiltelefonen nimmt in der Bevölkerung stetig zu. Damit einher geht auch das Risiko der Nutzung von Mobiltelefonen im Straßenverkehr, welche die Verkehrssicherheit von Zufußgehenden, Radfahrenden und Pkw-Fahrenden negativ beeinflusst. Deshalb erscheint es essenziell, repräsentative Daten über die Mobiltelefonnutzung dieser Zielgruppen systematisch und kontinuierlich zu dokumentieren. Der vorliegende Bericht beschreibt die Vorgehensweise einer aktuellen Beobachtungsstudie und stellt die Ergebnisse als Basis für die zukünftige Fortschreibung dar.
Im Sommerhalbjahr 2022 wurden hierzu in 17 Erhebungsgemeinden in Deutschland Zufußgehende, Radfahrende und Pkw-Fahrende im Zeitraum von Montag bis Freitag jeweils zwischen 7:00 Uhr und 18:00 Uhr und am Samstag zwischen 9:00 Uhr und 15:30 Uhr hinsichtlich der Nutzung eines Mobiltelefons, im Sinne einer Punktprävalenz, beobachtet. Die Beobachtungsdaten wurden in Anlehnung an MiD2017-Befragungsdaten gewichtet.
Die gewichteten Beobachtungsdaten umfassen 68.819 Zufußgehende, 52.572 Radfahrende und 78.980 Pkw-Fahrende. Diese Daten wurden sowohl hinsichtlich differenzierter Smartphonenutzungsarten ausgewertet als auch aggregiert, zur aktiven und potenziellen Nutzung sowie zur Nutzungsbereitschaft, und zu einer Punktprävalenz der Smartphonenutzung. Dabei lassen sich folgende zentrale Befunde benennen:
• Zum Beobachtungszeitpunkt waren 15,3 % der Zufußgehenden aktiv oder potenziell mit ihrem Mobiltelefon beschäftigt oder hielten das Mobiltelefon lediglich in der Hand. 7,4 % der Zufußgehenden nutzten ihr Smartphone aktiv, 4,2 % haben es potenziell genutzt und 3,7 % zeigten eine Nutzungsbereitschaft. Als Prävalenz der Smartphonenutzung unter Zufußgehenden (aktive und potenzielle Nutzung) lässt sich ein Anteil von 11,6 % der Beobachteten berechnen.
• Unter den Radfahrenden waren zum Beobachtungszeitpunkt 11,7 % potenziell mit ihrem Mobiltelefon beschäftigt, nutzten das Mobiltelefon aktiv oder zeigten sich nutzungsbereit. Die aktive Nutzung eines Smartphones ließ sich bei 3,6 % der Beobachteten dokumentieren, eine potenzielle Nutzung bei 7,9 %. 0,2 % der beobachteten Radfahrerinnen und Radfahrer zeigten ihre Nutzungsbereitschaft durch das Halten des Smartphones in der Hand. Diese Summe der aktiven und potenziellen Nutzung sowie der Nutzungsbereitschaft entspricht unter Radfahrenden auch der Prävalenz ihrer Smartphonenutzung.
• Zum Beobachtungszeitpunkt haben sich 11,4 % der Pkw-Fahrenden aktiv oder potenziell mit ihrem Smartphone beschäftigt. Dieser Wert entspricht auch der Prävalenz ihrer Smartphonenutzung. 4,9 % der beobachteten Pkw-Fahrenden nutzten ihr Smartphone aktiv, 6,5 % wurde eine potenzielle Nutzung zugeschrieben.
Für jede der drei Verkehrsbeteiligungsarten konnte festgestellt werden, dass mehr als jede oder jeder zehnte Beobachtete das Smartphone aktiv oder zumindest potenziell (Kopfhörer tragen, sprechen oder Blick auf Mittelkonsole bzw. in den Schritt) genutzt hat.
Ein weiterer Befund, der über alle Verkehrsbeteiligungsarten verallgemeinert werden kann, ist die höhere beobachtete Smartphonenutzung von Verkehrsteilnehmerinnen und Verkehrsteilnehmern ohne Begleitperson. Besonders für die Smartphonenutzung im Pkw-Verkehr bietet sich die Ansprache und Sensibilisierung von Mitfahrenden für den Regelverstoß und die damit verbundene Ablenkung an.
Hinsichtlich der Wochentage zeigte sich für Zufußgehende der Donnerstag, für Rad- und Pkw-Fahrende der Dienstag als der Tag, an dem die höchste Smartphonenutzungsquote beobachtet werden konnte. Für alle Verkehrsbeteiligungsarten war die Smartphonenutzung am Samstag mit am geringsten. Dies wurde mit der an diesem Tag häufigeren Begleitung der beobachteten Zielpersonen in Verbindung gebracht. Der Befund der samstäglichen Besonderheit rechtfertigt ex post die Ausweitung der beobachteten Wochentage von der Kernwoche (Dienstag, Mittwoch, Donnerstag) auf sämtliche Werktage.
Im Tagesverlauf war die Prävalenz der Smartphonenutzung im Fuß- und im Radverkehr nachmittags am höchsten, im Pkw-Verkehr dagegen zu dieser Zeit am niedrigsten.
Für beobachtete Männer ließen sich durchweg bei allen Verkehrsbeteiligungsarten höhere Prävalenzen der Smartphonenutzung feststellen als für Frauen.
Ebenfalls bei allen Verkehrsbeteiligungsarten zeigten sich klare Altersunterschiede in der Smartphonenutzung. Während die jüngsten Beobachteten (bis unter 25 Jahre) deutlich am häufigsten ihr Mobiltelefon im Straßenverkehr nutzten, ließ sich dieses Verhalten unter den ältesten Probanden (über 65 Jahre) nur selten beobachten. Dies ist ein klarer Hinweis darauf, dass zukünftige Präventionsmaßnahmen zur Vermeidung einer Smartphonenutzung im Straßenverkehr sich primär an Jugendliche und junge Erwachsene richten sollten. In einer Lebenslaufbetrachtung hebt dieser Befund die Bedeutung der schulischen Mobilitäts- und Verkehrserziehung und der Fahrausbildung im Zuge des Fahrerlaubniserwerbs zur Prävention der Smartphonenutzung im Straßenverkehr hervor.
Im Rahmen des Forschungsprojektes „Erprobung einer geothermischen Bergwassernutzung am Grenztunnel Füssen“ wurde die Funktionsweise einer „direkten, passiven geothermischen Freiflächentemperierung“ erprobt, die in den Jahren 2019/20 auf dem Betriebshof der Autobahnmeisterei am Nordportal des Grenztunnels Füssen baulich realisiert wurde. Hierzu wird das Bergwasser des angrenzenden Grenztunnels Füssen durch bifilar verlegte Rohrregister gepumpt. Das Bergwasser erwärmt im Winter die Fahrbahnoberfläche, um diese schnee- und eisfrei zu halten, und kühlt diesen im Sommer ab, um Spurrillenbildung vorzubeugen. Das in diesem Kontext realisierte Technikum ist mit neun Freiflächen ausgestattet, wobei der Fahrbahnaufbau bei sechs Freiflächen aus Asphalt und bei den weiteren drei aus Beton besteht; jeweils eine Beton- und eine Asphaltfläche wurde als Referenzflächen nicht mit Rohrregistern versehen.
Die Testflächen variieren bezüglich der Anordnung der Rohrleitungen hinsichtlich der Tiefenlage, den Rohrachsabständen sowie bezüglich des Deckschichtaufbaus. In jedem Feld wird der Durchfluss, Vor- und Rücklauftemperatur, sowie in Feldmitte, als auch am Rand die Temperatur in zwei Sensorebenen unterhalb und oberhalb der Rohrleitungen gemessen.
Bei direkten, passiven Freiflächenheizungen wird das Wasser direkt ohne Wärmetauscher und -pumpe durch die Rohre gepumpt. Die einzig verstellbare Größe stellt der Volumenstrom dar, welcher die Geschwindigkeit des durchströmenden Wassers bestimmt. Der dimensionslose Wärmeübergangskoeffizient des strömenden Wassers zur Umgebung nimmt mit Anstieg der Geschwindigkeit zu, so dass mehr Wärme übergeben wird.
Im Rahmen des von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) geförderten Forschungsvorhabens „Erprobung einer geothermischen Bergwassernutzung am Grenztunnel Füssen“ wurde das Technikum durch das Institut für Geotechnik der Universität Stuttgart über zwei Jahre in Winter- und Sommerperioden im Einsatz getestet.
Im Fokus der Forschungsaktivitäten stand die vollständige Erfassung und Analyse der Wärmeströme temperierter Verkehrsflächen und anwendungsorientiert die Entwicklung eines möglichst effizienten und störungsfreien Betriebskonzeptes solcher Anlagen. Das Forschungskonzept für das Technikum Füssen sah vor, wesentliche Parameter der atmosphärischen Wärmeströme messtechnisch zu erfassen, daneben aber die Analyse der Messergebnisse durch numerische Simulationen zu ergänzen, die notwendig sind, um die für die Energiebilanz zur Freiflächentemperierung erforderlichen Wärmeströme, die messtechnisch nicht vollständig erfasst werden können, ergänzend abzubilden und die im weiteren als Übertragungsmodell genutzt werden sollen, um auf der Basis von Parameterstudien Empfehlungen für die Planung und den Betrieb von direkten, passiven geothermischen Flächentemperierungen auch für von dem Standort Füssen abweichende Randbedingungen abzuleiten.
In eine optimierte automatische Anlagensteuerung wurden dabei auch Wetterprognosen integriert. Im Ergebnis wurde eine Implementierungshilfe zum Einsatz von direkten, passiven Freiflächenheizungen zur Schnee- und Eisfreihaltung von Verkehrsflächen an Tunnelportalen formuliert, die einen wesentlichen Beitrag dazu leisten soll, solche nachhaltigen Konzepte zu einer Regelanwendung an Tunnelportalen zu machen.
Zur Bemessung und Auslegung der Anlage wurden alle auf die Freiflächen wirkenden, messbaren und nicht regulierbaren Wärmeströme ermittelt und quantifiziert. Zu allen Wärmeströmen gibt es, sofern alle notwendigen Daten vorliegen, analytische Berechnungsmöglichkeiten. Um das Verhalten der Anlage zu analysieren und um bei numerischen Untersuchungen Szenarien zu untersuchen, deren Randbedingungen klar definiert und messbar sind, wurden Testszenarien entwickelt. Es wurden für den winterlichen Betrieb fünf und den sommerlichen Betrieb zwei Testszenarien definiert, welche eine atypische Steuerung bei außergewöhnlichen Wetterereignissen vorsahen, um darüber hinaus auch die Grenzen der Leistungsfähigkeit der Anlage auszuloten.
Im Testszenario „Schneefall“ trat starker Schneefall ein, sodass zu den ohnehin gemessenen Daten die Dichte, Intensität und Temperatur des Schnees gemessen werden konnte. Die Auswertung weiterer Schneemessungen ergab, dass mit abnehmender Außentemperatur die wärmedämmende Wirkung des Schnees steigt .Ein weiteres Szenario zur Untersuchung der Glätte, sollte Kenntnisse zur Trägheit bzw. Reaktionszeit des Systems liefern, weshalb die Anlage über längere Zeit außer Betrieb genommen wurde, bevor die Anlage dann bei der Ankündigung von Glätte mit adäquater Vorlaufzeit aktiviert wurde.
Um die, das Verhalten der Freiflächenheizung maßgebend beeinflussenden Parameter, zu analysieren und einordnen zu können, wurden numerische Simulationen mit einem gekoppelten hydraulisch-thermischen Modell durchgeführt. Das Modell simuliert das Verhalten der Freiflächen während der Testszenarien und soll die schwer durch Messungen ermittelbaren Wärmeströme (z. B. kurzwellige Strahlung) identifizieren und quantifizieren. Die Validierung der Simulation erfolgt anhand der Messdaten, welche in Perioden erfasst wurden, in denen die äußeren atmosphärischen Randbedingungen möglichst präzise bestimmbar sind. Es zeigt sich, dass die numerisch ermittelten und gemessenen Daten gut übereinstimmen. Die Parameterstudien bestätigte u.a. die Beobachtung, dass Kupferleitungen höhere Fahrbahnoberflächentemperaturen induzieren. Ferner wurde eine Aktivierungszeit von 9 Stunden vor Ankündigung eines Wettereignisses (Glätte etc.) als ausreichend ermittelt, um die Fahrbahnoberflächen auf ein verwertbares Temperaturniveau zu heben. Es wurde auch festgestellt, dass das Abschmelzen von Schnee sehr energieintensiv ist i.e. nicht jeder Schneefall kann unmittelbar abgeschmolzen werden und es bedarf ggf. zusätzlicher Straßenräumung. Die Eisfreihaltung an der Freiflächenoberfläche konnte aber gewährleistet werden, sodass bei starkem Schneefall zwar geräumt werden muss, aber kein Salz zum Auftauen benötigt wird.
Die tatsächlich gemessenen Klimadaten stimmen nicht immer mit der Prognose überein, sodass, um auf der sicheren Seite liegend, bei der automatischen Steuerung sowohl gemessene Daten als auch Wetterprognosen berücksichtigt wurden. Die Programmierung der Steuerung erfolgte mittels eines Python Scripts. Die Fernsteuerung wurde im Winter 2021/22 erfolgreich für den Betrieb der Anlage eingesetzt. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Flächen durchgehend eisfrei gehalten werden konnten. Alle bei Planung, Bemessung und Betrieb gewonnenen Erkenntnisse wurden in eine Implementierungshilfe integriert, welche potenziellen Anwendern die Planung von direkten, passiven Freiflächenheizungen erleichtert.
Das Forschungsvorhaben belegt, dass die an deutschen Straßentunneln anfallende Drainage- bzw. Bergwässer als nachhaltige Energiequelle u. a. für die Temperierung von Betriebsgebäuden und zur Temperierung von Verkehrs- und Betriebsflächen an den Tunnelportalen genutzt werden können. Das Konzept kann bei allen Bestandstunneln, bei denen Tunneldrainagewässer anfallen, grundsätzlich eingesetzt und die Verfahrenstechnik dabei auch nachträglich installiert werden. Die Nutzung von Drainagewässern ist grundsätzlich grundlastfähig und kann damit sowohl zur Kühlung, aber auch zum Heizen eingesetzt werden. Die Temperierung von Verkehrsflächen zur Eis- und Schneefreihaltung eine zweite besonders effiziente Nutzung, die es erlaubt, ausgewählte Bereiche vor Tunnelportalen und auf Betriebsflächen im Winter energieeffizient zu beheizen und somit den hier oft besonders aufwändigen Winterdienst (Freihaltung Fluchtwege etc.) und den Taumitteleinsatz vor Tunnelportalen zu reduzieren. Zugleich kann der bauwerksschädigende Eintrag von Streusalz und Chloriden in den Tunnel verringert und hierdurch die Lebensdauer von Tunnelschale und -ausbau verlängert werden.
In Hinsicht auf die Nutzung erneuerbarer Energien im Betrieb von Straßentunneln bieten sich hier innovative Konzepte für die Zukunft, die auch bei Bestandstunneln nachgerüstet werden können.