Filtern
Erscheinungsjahr
- 2021 (105) (entfernen)
Dokumenttyp
- Buch (Monographie) (84)
- Wissenschaftlicher Artikel (12)
- Bericht (5)
- Konferenzveröffentlichung (2)
- Sonstiges (2)
Schlagworte
- Unfall (6)
- Verkehrssicherheit (5)
- Asphalt (4)
- Forschung (4)
- Forschungsbericht (4)
- Research report (4)
- Accident (3)
- Asphaltstraße (Oberbau) (3)
- Autobahn (3)
- Bewertung (3)
Die Leistungsfähigkeit der technischen Infrastruktur spielt für die Wettbewerbsfähigkeit und die gesellschaftliche Entwicklung von Ländern weltweit eine zentrale Rolle. Allerdings ist der Zustand der Infrastruktur in Deutschland unbefriedigend. Es besteht akuter Handlungsbedarf, welcher nicht nur durch höhere Investitionen zu bewältigen ist. Vielmehr braucht es innovative Ansätze im Lebenszyklusmanagement (LzM) der Verkehrsinfrastruktur. Im Rahmen dieses Projektes wurde für die Verkehrsträger Straße, Wasserstraße und Schiene ein verkehrsträgerübergreifendes Konzept für ein indikatorgestütztes LzM-System erarbeitet, wobei sich drei Teilprojekte (TP) unterscheiden lassen. Im TP Objekt wird das Einzelobjekt (z. B. Brücke oder Wehranlagen) als Bauwerk innerhalb eines Netzes und dessen zeitabhängige Zustandsentwicklung betrachtet. Im TP Netz wird die strategische Planung von Prävention-, Unterhalts- und Instandhaltungsmaßnahmen auf der übergeordneten Netzebene behandelt. Eine besondere Herausforderung stellt das TP Schnittstelle, d. h. die Verknüpfung der Netzebene mit der Objektebene dar. Diese Verknüpfung ist eine wichtige Voraussetzung für die Abstimmung strategischer und operativer Maßnahmen im Rahmen des LzM der Verkehrsinfrastrukturbauwerke. Für die Funktionalität des LzM-Systems ist ein einheitliches Bewertungssystem bzgl. des baulichen Zustands und der Verfügbarkeit der Verkehrsbauwerke unabdingbar. Große Herausforderungen stellen dabei der barrierefreie Austausch, die Verarbeitung und die Interpretation der erhobenen Daten von Objekt- auf Netzebene und vice versa dar. Es wurde hierfür ein modularer Prozess entwickelt, dessen Grundstruktur durch zusätzliche Module erweiterbar ist. Der kontinuierliche Verbesserungsprozess (KVP) ist in vier Phasen Plan, Do, Check und Act ausgestaltet (PDCA-Zyklus). Sie dienen der klaren Strukturierung und Trennung zwischen den Planungs- und Ausführungsebenen. In Plan wird festgelegt, welche Ziele verfolgt und wie sie erreicht werden können. Unter Do wird die Ausführung festgelegt. In Check wird die Zielerreichung überprüft und in Act wird auf die Ergebnisse reagiert.
In den letzten Jahren zeigte sich die Verfügbarkeit und reale Lebensdauer von Betonfahrbahndecken, insbesondere im BAB-Netz, im Vergleich zur designten Lebensdauer in zunehmendem Maße als unbefriedigend. Dies ist sicherlich auf die stetige Zunahme des Schwerverkehrs zurückzuführen, die eine höhere Belastung der Konstruktion nach sich zieht, nicht zuletzt aber auch auf die mangelnde Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit der Fugen- und Fugenfüllungssysteme zwischen benachbarten Betonfahrbahnplatten. Fugenkonstruktionen und darin angeordnete Fugenfüllsysteme müssen dauerhaft flexibel, lagestabil und robust gegenüber den maßgebenden äußeren Einwirkungen und Beanspruchungen sein und den Fugenspalt vor dem Eindringen von Wasser, Verschmutzungen, Tausalzbeanspruchungen, Öl und sonstigen Substanzen schützen. Es ist nunmehr Stand der Erkenntnisse, dass mangelhafte Fugen-Performance und unzureichendes Gebrauchsverhalten sowie Dauerhaftigkeit von Fugenfüllsystemen direkt mit beeinträchtigter Fahrbahn-Performance und Lebensdauer des Beton-Fahrbahnbelages einhergehen. Geschädigte Betonautobahnen zeigen oftmals Anzeichen einer zuvor eingeschränkten bzw. mangelhaften Funktionalität und Dauerhaftigkeit der Fugenkonstruktion und Fugenfüllung. Eine wesentliche Ursache für diese Erscheinungsbilder sind in den veralteten Dimensionierungs- und Bemessungsregelungen sowie den zu erbringenden Eignungsnachweisen für Fugenkonstruktionen zu suchen. So beruhen die derzeitigen Konstruktions- und Validierungsgrundsätze auf Erkenntnissen, die auf den Wissenstand vergangener Jahrzehnte zurückzuführen sind. Sind spiegeln nicht in ausreichendem Maße den aktuellen Stand der Beton- und Straßenbautechnologie wider. Um diese Wissenslücke zu überbrücken, müssen auf dem Weg zu dauerhaft leistungsfähigen Fugen und Fugenfüllsystemen zunächst die realen Einwirkungen im Bereich der Fugen von hoch beanspruchten Betonfahrbahndecken unter den aktuellen Straßenbaubedingungen und Nutzungsbedingungen aufgeklärt werden. Neben klimatischen und straßentypischen Einwirkungen stellen insbesondere quasistatische saisonale und verkehrsinduzierte dynamische Fugenbewegungen wesentliche Beanspruchungen dar. Voraussetzung zur Aufklärung dieser Fugenbewegungen ist ein neues, innovatives und sensitives Sensorsystem, welches unter den Bedingungen der Autobahnpraxis schnell und sicher in entsprechend beanspruchte Bereiche installiert werden kann und in der Lage ist, stabile und hochaufgelöste Bewegungen in mehrere Raumrichtungen zu erfassen. Das durch die BAM neu entwickelte Sensorsystem ist geeignet, um direkt in die Betonfahrbahndecke integriert zu werden und sowohl über saisonale Messbereiche als auch in hoher Auflösung entsprechende Messwerte online zu erfassen und bereit zu stellen. Das für diesen Zweck entwickelte innovative Sensorsystem kann direkt in die Rollspur auf beiden Seiten der Fuge eingebaut werden und ist dafür ausgelegt, Lkw-Überfahrungen zu widerstehen. Es ist schnell und präzise genug, um die realen Bewegungen in allen drei Raumachsen in Echtzeit erfassen zu können. Die wesentlichen technischen Eigenschaften sind eine Messfrequenz von bis zu 2000 Hz, eine Auflösung von bis zu einem Mikrometer und eine widerstandsfähige Sensorumhausung, die der direkten Überrollung durch Lkw sowie allen chemischen und klimatischen Beanspruchungen in der Praxis standhalten kann. Dieser Forschungsbericht beschreibt das Funktions- und Wirkschema des Sensorsystems und seine Validierung im Labor- und Feldmaßstab. Die mit dem Sensorsystem gewonnenen Daten können eine Grundlage für die Konzeption einer performance-basierten Bewertung von Fugenfüllsystemen in Betondecken von Bundesautobahnen bieten. Sie sind geeignet, die Funktionsmechanismen der verschiedenen Betonfahrbahnkonstruktionen besser zu verstehen und zielgerichtet konstruktive und materialtechnische Optimierungen und Fortentwicklungen von Fugenkonstruktionen und Fugenfüllsystemen in gebrauchsbezogener Weise zu entwickeln. Durch weitere Datenerhebung, -fusion und -analyse können Instandsetzungsintervalle und Lebensdauerzyklen besser abgeschätzt und geplant werden.
Die intelligenten Kalottenlager sind durch Messdatenanalyse, Entwicklung geeigneter Algorithmen und Implementierung einer automatisierten Auswertung ein effektiver Baustein einer „Intelligenten Brücke“. Sie liefern kontinuierlich relevante Informationen sowohl zu Eigenüberwachung, Bauwerksüberwachung als auch Einwirkungserfassung. Somit können die Ergebnisse eingebunden werden in Prognose- und Strukturmodelle und schaffen damit eine Grundlage für ein zuverlässigkeitsorientiertes und präventives Erhaltungsmanagement. Zur Selbstüberwachung der Lagerfunktionalität und des Lagerzustands werden Tagesextremwerte der Verschiebung in der ebenen Gleitfläche, der Verdrehung und des Drucks sowie akkumulierte Gleitwege und der Gleitspalt kontinuierlich ausgegeben. Zur Überwachung der Brückeneigenschaften dienen die ersten beiden Eigenfrequenzen sowie die Lagerkraft infolge ständiger Einwirkungen. Die Verkehrseinwirkung wird überwacht anhand der verkehrsinduzierten Lagerkräfte, die in einem täglichen Peak-Histogramm dem Betreiber der Intelligenten Brücke zur Verfügung gestellt werden. Die Auswahl der Sensoren, das Messwerterfassungssystem kombiniert mit den Auswertealgorithmen sind robust und liefern qualitativ hochwertige Messdaten. Z. B. werden verkehrsinduzierten Lagerkräfte mit einer Genauigkeit von ± 7 % des Fahrzeuggesamtgewichts erfasst. Im Jahresrhythmus werden die bemessungsrelevanten Quantilwerte der Lagerreaktionen ermittelt, die Aussagen zur Genauigkeit der normgemäßen Bemessung geben.
Fünf Spannbetondurchlaufträger, die an der RWTH Aachen bis zum Versagen belastet wurden, waren zuvor durch die BAM mit Netzwerken von eingebetteten Ultraschalltransducern ausgerüstet worden. Mit diesen wurden fortlaufend Transmissionsmessungen durchgeführt, die dann mit einer neuartigen, sehr sensiblen Methodik, der Codawelleninterferometrie im Hinblick auf Veränderungen im Material ausgewertet wurden.
Die messtechnische Verfolgung der Belastungsversuche zeigte das große Potential dieser Methodik. Die im Netzwerk erfassten Änderungen der Ultraschallwellengeschwindigkeit geben die Spannungsverhältnisse im Längsschnitt des Trägers schon bei sehr niedrigen Belastungen qualitativ richtig wieder und zeigen bei hohen Belastungen eine gute Korrelation zum sichtbaren Rissbild und Simulationsergebnissen. Dabei weisen räumliche Anomalien und Änderungen in der Charakteristik der Geschwindigkeitsänderungen oft schon auf Rissbildung hin, wenn diese noch nicht an der Oberfläche sichtbar ist. Dies zeigt das Potential im Hinblick auf eine Frühwarnung. Hierfür und ebenso in Bezug auf eine Quantifizierung der Effekte ist aber noch Entwicklungsarbeit notwendig. Dass letzteres prinzipiell möglich ist, zeigt die gute Korrelation zwischen Geschwindigkeitsänderung an einzelnen Transducerpaaren und Versuchsparametern wie Querkraft oder Durchbiegung der Träger speziell bei kleineren Lasten.
Einer der Vorteile der Methodik ist, dass mit einem relativ weitmaschigen Transducernetzwerk gearbeitet werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Transducer nicht direkt am Ort der Änderung platziert werden müssen und einen relativ großen Bereich um die Transducer herum erfassen.
Zur effektiven Lenkung des weiterhin wachsenden Straßenverkehrs sind digitale Verkehrsma-nagementlösungen unabdingbar. Die technischen Möglichkeiten zur Umsetzung örtlicher Ver-kehrsmanagementstrategien durch die Verkehrsleitzentralen (VLZ) sind jedoch auf ein strategi-sches Netz begrenzt. Kommunen ohne eigene VLZ haben zudem kaum Möglichkeiten aktive Len-kungsmaßnahmen zu ergreifen. Gleichzeitig bieten moderne Mobilitäts-Apps von Routingdiensten dem Verkehrsteilnehmer viele Optionen, sich informieren und leiten zu lassen. Letztere arbeiten jedoch meist unabhängig von den öffentlichen Akteuren. So führen unterschiedliche Routenemp-fehlungen zur Verunsicherung der Verkehrsteilnehmer. Ein direkter Informationsaustausch zwi-schen den VLZ und den Routingdiensten existiert bislang nicht. Dabei ist dies ein Schlüsselfaktor für eine effizientere Verkehrslenkung.
City2Navigation entwickelte daher ein Konzept für die Einführung eines deutschlandweiten C2N-Dienstes als Grundlage für die Vernetzung des öffentlichen Verkehrsmanagements mit Routing-diensten. Er ist ein entscheidender Baustein für ein zukunftsweisendes, digitales Verkehrsma-nagement und unterstützt das Ziel des IVS Aktionsplans Straße des BMVI.
Der C2N-Dienst umfasst eine Reihe innovativer Komponenten: Der Strategieeditor ist der zentrale Zugangspunkt für die Behörden zum C2N-Dienst und dient zur Erfassung, Verwaltung, Publikation, Schalten, zum Beenden und zur Auswertung von VM-Strategien. Alle Strategien werden über den Mobilitäts Daten Marktplatz (MDM) als zentrale Informationsdrehscheibe bereitgestellt („Hinka-nal“) und von dort von den Routingdiensten abgerufen. Die Informationsweitergabe erfolgt über DATEX II Profile, die eine unmittelbare und automatisierte Informationsverarbeitung durch die Routingdienste erlauben. Das Konzept sieht einen „Rückkanal“ vor, über den die VLZ ein Feedback zur Nutzung und Qualität ihrer VM-Strategien von den Routingdiensten erhalten. Diese Informati-onen werden ebenfalls im DATEX II Format über den MDM gesendet. Dieses Feedback wird im Auswertungsmodul des Strategieeditors analysiert. Aktivieren benachbarte Kommunen gleichzeitig VM-Strategien, können sich diese u.U. gegenseitig negativ beeinflussen. Eine automatisierte Kon-flikterkennung erkennt solche Fälle und benachrichtigt die betroffenen Behörden.
Für die Realisierung des C2N-Dienstes wurden wichtige Randbedingungen identifiziert. Im Umgang mit dem MDM wurden technische Lösungen zur vereinfachten Anmeldung, Subskription, Publizie-rung und Pooling von Strategiemeldungen entwickelt. Um die unterschiedlichen IT-Anforderungen der Behörden zu berücksichtigen wurden Optionen für die Umsetzung des Strategieeditors erar-beitet. Das vorgeschlagene dreistufige Implementierungskonzept zielt auf eine zügige, große Flä-chenabdeckung Deutschlands ab. Bei der Umsetzung spielt ein zentraler Vermittler als Ansprech-partner und Repräsentant des C2N-Dienstes eine wichtige Rolle; neben grundlegenden techni-schen Aufgaben für den Dauerbetrieb übernimmt er auch inhaltliche und organisatorische Aufga-ben im Rahmen des Kooperationskonzeptes. Er wird von regionalen Vermittlern unterstützt, die engen Kontakt zu allen beteiligten Akteuren halten.
Zur Unterstützung von Umsetzungsprojekten dienen Handreichungen. Neben einem Lastenheft für den Strategieeditor wurde eine IVS-Referenzarchitektur für den Gesamtdienst entwickelt. Checklisten für Behörden und Routingdienste geben Anleitungen zur Einführung des Dienstes. Fertige Implementierungen können vom Vermittler zertifiziert werden. Der Erfolg des C2N-Dienstes sollte regelmäßig anhand von Erfolgsfaktoren und Evaluierungskriterien überprüft wer-den. Alle Ergebnisse von City2Navigation sind in einem umfassenden Abschlussbericht dokumen-tiert. Damit steht ein umfassender Werkzeugkasten für Umsetzungsprojekte zur Verfügung.
Teilnehmende Akteure profitieren durch den C2N-Dienst in verschiedener Weise. Er erweitert kommunale Möglichkeiten zur Verkehrslenkung, indem VM auch abseits strategischer Netze und von Behörden ohne Verkehrsrechner betrieben werden kann, indem VM-Maßnahmen spezifi-scher und zielgerichteter definiert und proaktiv Strategien zur Stauvermeidung publiziert werden können, und indem mögliche Konflikte detektiert und die Wirkungen der Strategien umfassend analysiert werden. Die Routingdienste profitieren von zusätzlichen, in maschinenlesbarer Form bereitgestellten Informationen, können die spezifischeren VM-Strategien zielgerichtet an ihre Endkunden weitergeben und dadurch die Kundenzufriedenheut erhöhen. Der Rückkanal bietet Möglichkeit zur Rückmeldung an die Behörden zur Verbesserung zukünftiger VM-Maßnahmen. Schließlich generiert C2N Möglichkeiten für neue Geschäftsmodelle entlang des gesamten Wert-schöpfungskreises.
Der zukünftige C2N-Dienst schafft mit der Vernetzung des öffentlichen Verkehrsmanagements mit Routingdiensten für alle Akteure wesentliche Mehrwerte für ein zukunftsweisendes digitales Ver-kehrsmanagement.
KiST-Zonen sind klimainduzierte Straßentemperaturzonen, die Deutschland in Zonen einteilen, in denen die dargestellte Größe ähnliche Werte annimmt. Bei den Größen, für die KiST-Zonen bestimmt werden, handelt es sich um Größen, die für die Dimensionierung und die Substanzbewertung des Oberbaus benötigt werden und deren räumliche Verteilung von Klimafaktoren dominiert wird.
Auf der Basis stündlicher meteorologischer Daten von 328 Messstationen des Deutschen Wetterdienstes der letzten 15 Jahre wurden Temperatursimulationen für typische Straßenbefestigungen mit Betondecke gerechnet. An 50 dieser Stationen sind die Temperaturverläufe in den Betondecken für unterschiedliche Deckendicken ermittelt worden. Für alle berechneten Temperaturverläufe wurden die Temperaturanteile berechnet, welche eine Plattenbiegung (mechanisch äquivalenter Temperaturgradient) bzw. Plattendehnung (mittlere Plattentemperatur) bewirken.
Auf der Grundlage statistischer Auswertungen wurden die maßgebenden Temperaturgradienten für die Dimensionierung und Substanzbewertung mit ihren Häufigkeitsverteilungen für unterschiedliche Deckendicken ermittelt. Jeweils ein maßgebender Gradient und ein Verteilungsparameter ist dann für Deutschland auf ein 1 x 1 km – Raster umgerechnet worden.
Im Ergebnis entstanden eine KiST-Zonen-Karte für die semiprobabilistische und die probabilistische Verfahrensweise, die als Entscheidungsgrundlage für die RDO Beton und RSO Beton vorliegen. Darüber hinaus wurde ein Vorschlag für die Änderung und Ergänzung der derzeit gültigen RDO Beton 09 mit ihrer semiprobabilistischen Verfahrensweise aufgestellt.
Bauwerke der modernen Infrastruktur sind über die gesamte Lebensdauer kontinuierlich hohen Beanspruchungen ausgesetzt. Die Sicherstellung von Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit von Infrastrukturbauwerken hat im Kontext der Bauwerkserhaltung oberste Priorität, um Gefahren für Leib und Leben und wirtschaftliche Verluste zu vermeiden. Der aktuelle Bauwerkszustand wird durch regelmäßige Inspektionen ermittelt, wobei klassische Verfahren wie die handnahe Prüfung in der DIN 1076 geregelt sind. Diese sind bei großen Bauwerken wie Brücken infolge des Geräteeinsatzes für die Zugänglichkeit, notwendiger Sperrungen und spezialisierten Personals sehr zeit- und kostenintensiv. Gegenstand dieses Vorhabens ist die Konzeption und Evaluierung einer Verarbeitungskette zur signifikanten Beschleunigung und Unterstützung der visuellen Prüfung von Bauwerken. Die zentrale Datenquelle bilden dabei digitale Bilder der Bauwerksoberfläche, die mittels Unbemannter Flugsysteme (UAS) automatisiert aufgenommen werden. Mithilfe moderner Methoden und Algorithmen werden aus den Bilddaten sowohl quantitative als auch georeferenzierte (verortete) Zustandsinformationen bezüglich der Schädigung der betrachteten Struktur gewonnen. Für die bildbasierte Detektion von Anomalien an Bauwerksoberflächen steht bisher noch keine einheitliche Methodik zur Verfügung. Im Mittelpunkt dieses Vorhabens steht der Einsatz von Methoden des maschinellen Lernens wie CNNs (Convolutional Neural Networks), um eine Methodik zur automatisierten Detektion von Rissen auf Betonoberflächen zu entwickeln. Anhand ausgewählter Referenzbauwerke wird evaluiert, wie zuverlässig und robust potenziell geschädigte Bereiche automatisiert in Bildern detektiert und verortet werden können. Diese Ergebnisse bilden die Entwicklungsgrundlage für ein zukünftiges Unterstützungssystem, das die Prozesskette von der Planung der Datenaufnahme bis zur zuverlässigen Verortung potenzieller Schäden bei der Prüfung von Infrastrukturbauwerken umfasst.
Verkehrslärm stellt häufig eine hohe Belastung von Anwohnern an stark befahrenen Straßen dar. Eine Möglichkeit zur deutlichen Lärmreduzierung auf Straßen mit gefahrenen Geschwindigkeiten von über 70-80 km/h stellt der Einbau von offenporigen Belägen dar. Diese Beläge besitzen durch ihren schallschluckenden Hohlraumgehalt im Vergleich zu herkömmlichen Belägen ein kritischeres Verhalten im Winter. Sie sind daher winterdienstlich anders zu behandeln.
Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) führte in den vergangenen Jahren gemeinsam mit dem KOMMZEPT-Ingenieurbüro Hausmann umfangreiche Untersuchungen zum Winterdienst speziell zum Tausalzeinsatz auf offenporigen Belägen durch.