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Bindemitteldesign für Asphaltstraßen : Definition eines chemisch-rheologischen Anforderungsprofils
(2018)
Das Ziel dieses Projekts war das Auffinden von Zusammenhängen zwischen den chemischen Bitumeneigenschaften und dem rheologischen Verhalten, dem Alterungsverhalten sowie dem Haftverhalten des Bindemittels. Zum Erreichen dieses Ziels wurden zwölf Bitumenproben in unterschiedlichen Alterungszuständen und vier Gesteinsproben mit verschiedenen chemischen, rheologischen, physikalischen und haftbetreffenden Methoden untersucht. Bei der Gegenüberstellung der Prüfergebnisse konnte eine Vielzahl an bilateralen Korrelationen zwischen den einzelnen Kennwerten gefunden werden. Zusätzlich zu diesen bilateralen Zusammenhängen wurden weiterhin mithilfe von multiplen Regressionsanalysen Linearkombinationen erstellt, die durch eine kombinierte Berücksichtigung der Gehalte und der Molmassenmittelwerte Mn der SARA-Fraktionen die Beschreibung und Prognose einer Vielzahl von Kennwerten ermöglicht. Zu diesen Kennwerten zählen neben den rheologischen Prüfgrößen, wie dem Erweichungspunkt, der Nadelpenetration sowie dem komplexen Schermodul |G*| und dem Phasenwinkel δ, auch die Alterungsindices dieser Prüfgrößen. Somit können anhand der SARA-Fraktionen im nicht gealterten Zustand Aussagen über das Alterungsverhalten der Bitumen getroffen werden. Neben der Rheologie und dem Alterungs-verhalten ist zudem eine Beschreibung des Haftverhaltens möglich, wobei neben den SARA-Fraktionen als Gesteinskennwerte weiterhin der Siliziumdioxidgehalt sowie der isoelektrische Punkt zu berücksichtigen sind. Zudem konnte durch die Umstellung der gefundenen Linearkombinationen ein synthetisches Bindemitteldesign abgeleitet werden, sodass durch die Vorgabe der angestrebten rheologischen, alterungsbedingten und haftungsbedingten Kennwerte die zum Erreichen dieser Kennwerte erforderlichen Gehalte der SARA-Fraktionen ermittelt werden können.Dies ermöglicht die Modifizierung von Bitumenzusammensetzungen, um eine gezielte Beeinflussung der Bindemitteleigenschaften zu erreichen.
Die spezifische Charakteristik der an PWC-Anlagen anfallenden Abwässer (viel Urin und höher Anteil von Toilettenpapier und Grobstoffen im Abwassergemisch), deren Ursache (Nutzerverhalten, sparsame Sanitärtechnik) und schließlich die Konsequenzen (Betriebsstörungen durch Verstopfungen und Ablagerungen, Schwierigkeiten bei der biologischen Behandlung und Schlammabfuhr) erfordern angepasste Konzepte und Technologien für einen wirtschaftlichen und sicheren Betrieb der Abwasserentsorgung von PWC-Anlagen. Aufbauend auf den Erkenntnissen des Forschungsvorhabens FE 02.202/2000/MRB wurde die Planung und Umsetzung der abwassertechnischen Sanierung der PWC Anlage Jalmer Moor an der BAB A7 wissenschaftlich begleitet sowie der Betrieb evaluiert. Einerseits wurde Augenmerk auf den wirksamen Rückhalt von Feststoffen in einer Vorklärung gelegt, der speziell für die Betriebssicherheit von Bodenfiltern entscheidend ist. Anderseits wurde die Abtrennung von männlichem Urin aus dem Abwassergemisch als mögliche Option zur Stabilisierung des Reinigungsprozesses untersucht. Im Projekt konnten konstruktive Empfehlungen für die Absetzbeh älter von PWC-Anlagen abgeleitet werden und gezeigt werden, dass sich Bogensiebe als Alternative zu Absetzbecken auf Grund zu erwartender betrieblicher Probleme nicht eignen. Die Untersuchungen zur Urinabtrennung zeigten, dass diese einen signifikanten Beitrag zur Sicherstellung von Ablaufgrenzwerten und insbesondere zur Stabilisierung der Nitrifikation im Bodenfilter leisten kann. Urinabtrennung allein ist kein Garant für das Einhalten von Ablaufgrenzwerten. Wichtig ist der ordnungsgemäße Betrieb der Gesamtanlage, der solide Fachkunde erfordert und deshalb bevorzugt an eine geeignete Institution/Firma übergeben werden sollte. Auf tägliche Kontrollgänge, wie sie prinzipiell von geschultem bzw. eingewiesenem Personal der Autobahnmeisterei zu leisten wäre, kann letztlich nicht verzichtet werden. Der zeitliche Aufwand dafür läßt sich nur durch eine geeignete konstruktive Gestaltung der Anlage in Grenzen halten. Bei der Planung zukünftiger Anlagen müssen deshalb die Belange des späteren Betreibers wesentlich stärker Berücksichtigung finden.
Ziel des Forschungsvorhabens war die Erarbeitung eines Durchführungskonzepts für eine Längsschnittstudie zur Erfassung der zeitlichen Entwicklung von Fahr- und Verkehrskompetenz bei Fahranfängern. Aus den Ergebnissen der Längsschnittstudie sollen Anforderungen an Massnahmen zur Unterstützung des Kompetenzerwerbs abgeleitet werden können. Zur Erfüllung dieses Forschungsziels wird im ersten Teil des Berichtes auf Basis theoretischer Überlegungen und vor dem Hintergrund veröffentlichter Befunde zur Verkehrssicherheit von jungen Fahrern und Fahranfängern sowie deren Unterschieden zu erfahrenen Fahrern ein theoretisches Gerüst zu Fahrvermögen, Fahrkompetenz und deren Erhöhung durch Übung und Erfahrung abgeleitet. Die Begriffe Fahrvermögen und Fahrkompetenz werden dabei als messbare Konstrukte definiert, die an die Verkehrssicherheit gekoppelt sind. Während Fahrvermögen das reine Fahrenkönnen beschreibt, umfasst der Begriff der Fahrkompetenz zusätzlich verkehrssicherheitsrelevante motivationale und volitionale Faktoren. Im Bericht wird eine neue Klassifikation der Fahraufgabe vorgestellt, die auf die Belange der Untersuchung von Fahranfängern zugeschnitten ist. Es wird weiterhin eine Modellvorstellung zum Informationsverarbeitungsprozess beim Autofahren und zu Prozessen der Fahrkompetenzerhöhung auf Basis einer Ressourcenbetrachtung erarbeitet. Demnach gibt es drei verschiedene Informationsverarbeitungsebenen: die rein kognitive, die kognitiv-sensumotorische und die rein sensumotorische. In der kognitiven Ebene werden Aufgaben bearbeitet, die keine direkte Verbindung zu motorischen Aktionen haben. In der kognitiv-sensumotorischen Ebene arbeiten Kognition und Sensumotorik zur Erfüllung der primären Fahraufgaben der Quer- und Längsführung dauernd und kontinuierlich Hand in Hand. Auf die rein sensumotorische Ebene hat die Kognition keinen Einfluss. Auf Basis der erarbeiteten Modellvorstellungen werden im zweiten Teil des Berichtes Anforderungen an das Design von Längsschnittstudien diskutiert. Der Kern der Untersuchung wird dabei durch die Erfassung von Befragungsdaten, durch Verhaltensbeobachtungen im Realverkehr sowie durch Simulatorversuche definiert. Schliesslich werden zwei unterschiedlich komplexe Designs für Längsschnittstudien mit Fahranfängern erarbeitet.
In der Delegierten Verordnung (EU) 2015/962 (Europäische Kommission, 2015) wird von den Mitgliedsstaaten neben der Einrichtung nationaler Zugangspunkte zu Straßen- und Verkehrsdaten auch die gemeinsame Definition von Datenqualitätsindikatoren und Methoden zur Qualitätsbewertung und -kontrolle der verschiedenen Datenarten gefordert. Ziel dieses Projektes war es daher, ein Qualitätsmanagementsystems (QMS) für die Erfassung und Weiterverarbeitung von Daten für IVS-Dienste zu entwickeln und für die Datenarten Baustelleninformationen und Reisezeitinformationen zu spezifizieren. Dazu wurden - der Stand der Wissenschaft und Technik recherchiert, - Kriterien, Kenngrößen und Verfahren zur Messung der Qualität von Baustellen- und Reisezeitinformationen definiert, - ein organisatorischer Rahmen für ein Qualitätsmanagement erstellt, - ein Prozess zur Zertifizierung von bei Organisationen (i. d. R. Datengebern) eingeführten QMS entwickelt und - ein Leitfaden erstellt, der die Organisationen bei der Einführung und Anwendung eines QMS helfen soll. Durch die Einführung, Anwendung und regelmäßige Prüfung des im Rahmen dieses Projektes entwickelten und im zugehörigen Leitfaden beschriebenen QMS kann seitens der Datengeber ein Großteil der im Rahmen des Projektes identifizierten Probleme erkannt und behoben werden. Wesentliche Maßnahmen sind dabei, - die eindeutige Übertragung der Verantwortung für die Qualität der bereitgestellten Informationen auf die Datengeber, - die Bereitstellung (Finanzierung), regelmäßige Schulung und Motivation von zuständigem Personal mit ausreichendem Zeitbudget, - die bereits begonnene Überarbeitung der DATEX- II-Profile, - die Bereitstellung DATEX-II-Profilkonformer Systeme zur Eingabe und Übertragung der Meldungen und - die Lieferung von Qualitätskenngrößen mit den Informationen.
Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) führt derzeit umfangreiche Versuchsprogramme zur zeitraffenden Belastung auf verschiedenen Straßenbaukonstruktionen mit dem Großversuchsstand Mobile Load Simulator MLS30 (früher unter MLS10 bekannt) in Versuchshallen durch. Die Mobilität der Maschine erlaubt auch Belastungsversuche auf außenliegenden Versuchsflächen, wie dem duraBASt. Während der ersten Versuche, die seit 2013 mit dem MLS30 durchgeführt wurden, konnten signifikante Temperaturveränderungen insbesondere der Belastungsflächen festgestellt werden. Die entsprechenden Daten wurden mit Sensoren aufgezeichnet und Veränderungen mit einer Infrarotkamera sichtbar gemacht. Dazu wurde der MLS30 gemäß Standardvorgaben und in einer modifizierten Betriebsform eingesetzt. Außerdem wurden für die Zeit nach der Belastung zwei unterschiedliche Varianten verwendet und getestet. Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts werden bei den nächsten Versuchsprogrammen berücksichtigt und mit anderen Betreibern von zeitraffenden Belastungseinrichtungen diskutiert. Die Versuche in diesem Forschungsvorhaben konnten belegen, an welchen Stellen Temperatureinflüsse durch die Belastung mittels Mobile Load Simulator MLS30 entstehen, und wie sie sich im Straßenkörper verteilen. Durch die Verwendung einer Infrarotkamera konnte der Aufwärmprozess aus verschiedenen Positionen visualisiert werden. Die nun vorliegenden Kenntnisse über die Temperaturverteilungen und die sich einstellenden Temperaturdifferenzen werden einerseits für die detaillierte Planung von möglichst standardisierten Versuchsprogrammen mit dem MLS30 verwendet und dienen andererseits zur vertieften Interpretation der Ergebnisse aus den Belastungsversuchen. Der Versuch, die Temperaturerhöhung innerhalb des MLS30 mit geringer Modifikation der Luftzufuhr deutlich zu mindern, hat nicht den erwarteten Erfolg gebracht. Es zeigte sich allerdings auch, dass die durch die Radüberrollung hervorgerufene Reibungswärme den maßgeblichen Anteil an der Wärmeentwicklung im Asphalt hat. Die Regulierung der Innenraumtemperatur im MLS30 verliert daher an Bedeutung, wird aber dennoch mit dem Hersteller diskutiert.
Die "Richtlinien für die Anlage von Landstraßen" (RAL) wurden im Jahr 2013 eingeführt. Sie dienen allen Neu-, Um- und Ausbaumaßnahmen von Landstraßen als Grundlage. Das Ziel der RAL ist es, durch die konsequente Standardisierung von Landstraßen das Fahrverhalten der Verkehrsteilnehmer zu beeinflussen und so vor allem die Verkehrssicherheit zu verbessern. Dafür definieren sie vier standardisierte Straßentypen (Entwurfsklassen (EKL)). Der Erfolg des neuen Konzeptes der RAL setzt die Übertragung des Entwurfsprinzips der EKL auf das Bestandsnetz voraus. Dafür wird das "Merkblatt für die Übertragung des Prinzips der Entwurfsklassen nach den RAL auf bestehende Straßen" (M EKLBest) erarbeitet. FÜr dieses lag bereits ein erster Entwurf vor. Der Entwurf hatte einen Stand vom 21.10.2009 und war demnach noch nicht an die aktuellen Festlegungen der RAL angepasst. Weiterhin war noch nicht abzusehen, ob und welche Probleme bei der Anwendung des Merkblattes bei konkreten Planungen auftreten können und welcher Handlungsspielraum für die Straßenbauverwaltungen in der Planungspraxis besteht. Ziel der Untersuchung war es, die Festlegungen des M EKLBest-Entwurfes an konkreten Planungsmaßnahmen zu erproben und im Ergebnis Änderungs- und Ergänzungsvorschläge für das M EKLBest zu geben. Es wurden deutschlandweit von den Straßenbauverwaltungen Vorschläge für Pilotstrecken gegeben. Davon wurden für jede Straßenkategorie geeignete ausgewählt. Das M EKLBest wurde anschließend an den Pilotstrecken angewendet. Dies erfolgte in enger Zusammenarbeit mit den Straßenbauverwaltungen, um deren Vorstellungen und Konzepte bei der Umsetzung der RAL im Bestand zu berücksichtigen. Dabei wurde geprüft, welche Probleme bei der Anwendung aufkamen, d. h. inwieweit das M EKLBest problemlos angewendet werden konnte bzw. an welchen Stellen noch Konkretisierungs- und Anpassungsbedarf am M EKLBest-Entwurf bestand. Aus den Ergebnissen der Fachgespräche mit den Straßenbauverwaltungen und den durchgeführten Untersuchungen wurden Änderungs- und Ergänzungsvorschläge für das M EKLBest erarbeitet. Diese dienen dem Arbeitskreis 2.2.2 "Verbesserung bestehender Straßen" der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) als Diskussionsgrundlage für die Überarbeitung der Fassung des M EKLBest vom 21.10.2009.
Nachrechnung von Stahl- und Verbundbrücken - Systematische Datenauswertung nachgerechneter Bauwerke
(2018)
Die in den vergangenen Jahrzehnten extrem gestiegene Verkehrsbelastung und die weiterhin als steigend prognostizierte Verkehrsentwicklung führt in der Kombination mit altersbedingten Defiziten in der Bauwerkssubstanz zu der Erfordernis einer eingehenden Überprüfung des Brückenbestandes des deutschen Fernstraßennetzes. Seit einigen Jahren steht mit der Nachrechnungsrichtlinie ein Instrument zur einheitlichen Vorgehensweise bei der Nachrechnung und Bewertung von bestehenden Brückenbauwerken zur Verfügung. Mittlerweile liegen erste Erfahrungen zur Anwendung der Nachrechnungsrichtlinie vor, die im Zuge einer Datenauswertung der Nachrechnungsergebnisse bewertet werden können. Durch die Datenauswertung bereits nachgerechneter Bauwerke soll eine Optimierung des bisherigen Vorgehens in Bezug auf die Nachrechnung von Stahl- und Verbundbrücken erreicht werden. Es werden in Abhängigkeit der Häufigkeit und der Größe der rechnerisch ermittelten Defizite kritische Nachweise bzw. Nachweisstellen herausgearbeitet, die vor dem Hintergrund der historischen Entwicklung der Regelwerke im Brückenbau in Verbindung mit der Bauzeit ein erstes Indiz zur Beurteilung des jeweiligen Brückenbauwerks liefern. Zusätzlich werden in einem gesonderten Kapitel am Beispiel von ausgewählten, vom Auftragnehmer selbst nachgerechneten Brückenbauwerken Besonderheiten und spezielle Erkenntnisse bei der Nachrechnung von Stahl- und Verbundbrücken detailliert beschrieben und Erfahrungswerte dargelegt. Die gewonnenen Erkenntnisse sind in einen Leitfaden zur vereinfachten Tragwerksbeurteilung im Vorfeld einer Nachrechnung eingeflossen. Dieser soll als weiteres Hilfsmittel dienen, um besonders kritische Bauwerke besser identifizieren zu können, und möglicherweise mit gezielten Untersuchungen von Detailpunkten erste Grundlagen für eine Bewertung der Bauwerke schneller zur Verfügung stellen zu können. Abschließend werden auf Grundlage der durchgeführten Untersuchungen Verbesserungsmöglichkeiten im Hinblick auf die Ergebnisdarstellung sowie inhaltliche Verbesserungspotentiale in der Nachrechnungsrichtlinie aufgezeigt und Vorschläge zur Ergänzung und Erweiterung der Nachrechnungsrichtlinie beschrieben.
Mit dem Übergang zu den weiterführenden Schulen steigt die Unfallgefährdung von Rad fahrenden Kindern deutlich an. Daher hat das Land Baden-Württemberg ein Verfahren zur Erstellung von Rad-Schulwegplänen entwickelt. Mithilfe des computergestützten WebGIS-Tools werden die wichtigsten Planungsschritte zur Erstellung von Rad-Schulwegplänen ermöglicht, von der Erhebung der Angaben der Schüler in den Klassenräumen über die Weitergabe der Informationen zu den Radrouten und den Problemstellen an die Kommunen bis zur Ausweisung sicherer Rad-Schulwege. An dem Pilotprojekt beteiligten sich in 14 Kommunen 31 weiterführende Schulen. Die vorliegende Studie untersuchte das Pilotprojekt "Erstellung eines Rad-Schulwegplanes mithilfe des WebGIS-Tools" im Hinblick auf seine Praktikabilität, mit dem Ziel der landesweiten Einführung. Die schriftlichen Befragungen von rund 1.800 Schülern und 70 Lehrern sowie die telefonischen Interviews mit Mitarbeitern aus 13 Kommunen ergaben, dass die Erstellung von Rad-Schulwegplänen auf der Grundlage des Projekt-Konzeptes mit einigem Aufwand verbunden ist, jedoch gut umgesetzt werden kann. Das Umsetzungskonzept und die Software werden als zielführend bewertet, auch die schulische Verkehrserziehung profitiert von diesem Projekt. Sowohl Lehrer und Schüler als auch die Vertreter der Kommunen empfehlen die weitere Umsetzung. Auf der Grundlage der Evaluation ließ sich Optimierungspotenzial im Hinblick auf die Projektstruktur, die Weiterentwicklung der Software des WebGIS-Tools, die Verbesserung der Datenbasis sowie im Hinblick auf die Erstellung der Pläne durch kommunale Mitarbeit ableiten. Neben der Erstellung fundierter Rad-Schulwegpläne führt das Projekt langfristig zur Verbesserung der Infrastruktur für Radfahrer im Umfeld der Schulen und zur Intensivierung der Mobilitäts-/Verkehrserziehung an weiterführenden Schulen (Umgang mit kartografischem Material, Auseinandersetzung mit baulichem Umfeld, kommunaler Mitwirkung, Gefahrenwahrnehmung). Zeitgleich mit der Evaluation wurde das Verfahren weiterentwickelt und optimiert, sodass es nunmehr landesweit in Baden-Württemberg umgesetzt wird. Bis zum Jahr 2020 sollen alle weiterführenden Schulen mit einem Rad-Schulwegplan ausgestattet sein.
International und europäisch besteht zunehmend die Tendenz, bei besonderen Anforderungen sowohl bei neuen als auch bei bestehenden Tunneln stationäre Brandbekämpfungsanlagen (BBA) als Ausstattungsmerkmal mit zu berücksichtigen. Das vorrangige Schutzziel, auf das der Einbau einer BBA hierbei abzielt, ist die Unterstützung der Fremdrettung oder der Bauwerksschutz. Untersuchungen zu BBA fokussierten daher bislang mehr auf die Wirksamkeit dieser Anlagen, ihre Einbindung in die Tunnelsicherheitssysteme und ihre Wechselwirkung mit anderen technischen Systemen im Tunnel. Der Einfluss einer aktivierten Anlage auf das menschliche Verhalten, speziell im Zuge der Selbstrettungsphase, ist demgegenüber in den Untersuchungen weitgehend unberücksichtigt geblieben. Im Rahmen mehrerer Forschungsvorhaben sind nunmehr speziell diese Fragestellungen untersucht worden. Im Vorhaben FE 15.0563/2012/ERB "Wirksamkeit automatischer Brandbekämpfungsanlagen in Straßentunneln" beantworten die durchgeführten psychologischen Untersuchungen des menschlichen Verhaltens und Probandenversuche in virtueller Realitaet zuvor offene Fragen über das Verhalten des Nutzers bei einer aktivierten Anlage. Zur Einbeziehung auch haptischer Effekte wurden Realversuche in verschiedenen Tunnelumgebungen durchgeführt. Probandenversuche mit real aktivierten BBA sind Gegenstand zweier weiterer Forschungsvorhaben: FE 89.0299/2014 "Einfluss einer aktivierten Brandbekämpfungsanlage (DLS) auf das Reaktions- und Fluchtverhalten der Verkehrsteilnehmer" und FE 15.0607/2014/ERB "Analyse des Reaktions- und Fluchtverhaltens von Tunnelnutzern bei einer aktivierten Brandbekämpfungsanlage anhand von Realversuchen". Gegenstand der Vorhaben ist die Untersuchung des Verhaltens der Tunnelnutzer bei einer aktivierten Brandbekämpfungsanlage vom Typ Druckluftschaum (DLS) und Wassernebel (WN). Im vorliegenden Bericht sind die Ergebnisse aus den drei Forschungsvorhaben bezogen auf das menschliche Verhalten zusammengefasst und vergleichend gegenübergestellt. Hiermit stehen nunmehr abgesicherte Aussagen über den Einfluss einer aktivierten Anlage auf das menschliche Verhalten bei Aktivierung von BBA in einem Straßentunnel speziell im Hinblick auf die Selbstrettungsphase zur Verfügung. Sowohl die Analyse des Verhaltens als auch die Befragungen liefern erste Anhaltspunkte dafür, dass die Aktivierung einer BBA in einem Straßentunnel das Verhalten der Tunnelnutzer eher nicht negativ beeinflusst, solange Teile der Infrastruktur des Tunnels auf die Aktivierung einer BBA abgestimmt werden. Dabei ist vor allem eine gut verständliche Durchsage wichtig, damit auch Personen im direkten Einflussbereich der BBA ihr Fahrzeug verlassen. Der Bericht soll eine Hilfestellung bei der Einschätzung des Einflusses dieser Anlagen auf das menschliche Verhalten in Tunneln unter besonderer Berücksichtigung des Schutzziels Selbstrettung bieten.