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Im Rahmen dieses Projektes wurden vor dem Hintergrund der nationalen und europäischen Entwicklungen (z.B. Europäische Normung etc.) neben den Randbedingungen für die Kraftduktilitätsprüfung auch die Auswertung der dabei erfassten Daten genauer betrachtet sowie praxisrelevante Parameter bzgl. der Versuchsdurchführung und -auswertung ermittelt. Ebenso wurde auch versucht den gesamten Verlauf der Kraftduktilitätskurve sowie ggf. auch die Gestalt der Kurve in die Auswertung mit einzubeziehen und nicht nur, wie bisher, punktuelle Werte bzw. einzelne feste Bereiche. Anhand der in diesem Projekt ermittelten Ergebnisse kann festgehalten werden, dass die Probekörperform mit geradem Steg (Form II) gemäß DIN EN 13589 der Probekörperform mit verjüngtem Steg (Form I) gemäß DIN EN 13398 vorzuziehen ist, da es trotz der höchsten Maximalkräfte bei der Form I bei niedrigen Temperaturen häufig zu einem vorzeitigen Probenriss kam und die die Ausziehlänge wesentlich geringer als bei der Form II (Form mit geradem Steg) war. So das in vielen Fällen eine Ermittlung der Formänderungsarbeit zwischen 200 mm und 400 mm Dehnungsweg gemäß der DIN EN 13703 bei Prüfung mit der Form I nicht möglich war, da die Proben die Ausziehlänge von 400 mm nicht erreichten. Dadurch kann die Form mit verjüngtem Steg (Form I), trotz der Verwendung für die elastische Rückstellung nach DIN EN 13398, nicht für den Einsatz bei der Kraftduktilitätsprüfung empfohlen werden. Hinsichtlich der Ziehgeschwindigkeit sollte die bis-her in der Norm verankerte Ziehgeschwindigkeit von 50 mm/min beibehalten werden, da eine Reduzierung der Geschwindigkeit keine Vorteile, z.B. hinsichtlich der Vermeidung eines vorzeitigen Proberisses bei niedrigen Temperaturen, bringt und die Prüfung mit der reduzierten Ziehgeschwindigkeit von 25 mm/min somit doppelt so lange dauern würde. Bezüglich der Prüftemperatur sollte ein Vorgehen gewählt werden, dass es erlaubt, die Ergebnisse, die bei den verschiedenen Bitumensorten gewonnen werden, zu vergleichen. Dies könnte beispielsweise 10-°C als Prüftemperatur sein. Die Festlegung einer einheitlichen Prüftemperatur und dann entsprechend sortenspezifische Anforderungen an die Formänderungsarbeit würden auch bei unbekannten Bitumen und/oder Kontrollprüfungen die Durchführung der Kraftduktilitätsprüfung sowie die Bestimmung der Bitumensorte erleichtern. Aufgrund der im Rahmen des Projektes ermittelten Ergebnisse sollte für Kraftduktilitätsprüfungen die Probekörperform mit geradem Steg gemäß DIN EN 13589 und eine Ziehgeschwindigkeit von 50 mm/min gewählt werden. Die anderen Randbedingungen (Probekörperform mit verjüngtem Steg und Ziehgeschwindigkeit von 25 mm/min) haben sich hinsichtlich der Durchführbarkeit, Auswertbarkeit und Praktikabilität als nicht geeignet erwiesen. Das Rückgewinnungsverfahren für polymermodifizierte Bitumenemulsionen gemäß dem Entwurf der DIN EN 13074-1 hat sich bei den Untersuchungen im Labor als geeignet hinsichtlich Anwendbarkeit und der Ergebnisse gezeigt. So dass keine Modifikation des Verfahrens notwendig erscheint. Für die genauere Interpretation der Kraftduktilitätskurven sowie ggf. Unterscheidung der einzelnen Sorten ist eine Aufteilung der Kurve in zwei Teilbereiche unumgänglich. Allerdings konnte bisher noch kein Verfahren identifiziert werden, mit dem dies eineindeutig möglich ist. Vor allem weil die in der Praxis auftretende Spannbreite der Ergebnisse bei einer einzelnen Sorte bereits recht groß ist, daher nicht immer auszuschließen ist, dass sich die Randbereiche der einzelnen Sorten nicht überschneiden. Um die einzelnen Sorten anhand der Prüfergebnisse unterscheiden bzw. differenzieren zu können, sind die Prüfungen bei einheitlichen Temperaturen unabhängig von der Bitumensorte notwendig, da sich mit der Änderung der Temperatur auch der Kurvenverlauf und somit die Kennwerte ändern. Das Verfahren zur Aufteilung der Kurven in Teilbereiche sollte frei von subjektiven Einflüssen rein mathematisch erfolgen, nachvollziehbar und einfach im täglichen Laborbetrieb anwendbar sein. Daher wird als relativ einfache Variante die Ermittlung der Steigung des Kurvenverlaufes anhand der 1. Ableitung vorgeschlagen. Unabhängig von der Art des Kurvenverlaufes lässt sich hierbei immer das Maximum der Steigung ermitteln. Anhand dessen kann die Trennung in die beiden Bereiche der Kraftduktilitätskurve einfach und schnell durchgeführt werden. Die weitere Interpretation des Kurvenverlaufes sowie die Zuordnung zu einer Bitumensorte kann anhand des Quotienten der Formänderungsarbeiten der beiden Abschnitte erfolgen.
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes waren geeignete kontinuierlich messende Verfahren zur kontinuierlichen Bewertung der Griffigkeit von Fahrbahnmarkierungen aufzuzeigen und mögliche Zusammenhänge zwischen diesen kontinuierlichen Verfahren und den Ergebnissen des SRT-Pendelverfahrens herzuleiten. Hierdurch sollten die Grundlagen für eine kontinuierliche Messung der Griffigkeit von Fahrbahnmarkierungen, insbesondere im Hinblick auf die zunehmende Ausschreibung von Baumaßnahmen in Form von Funktionsbauverträgen oder ÖPP-Projekten, erarbeitet werden. Diesbezüglich wurden auf Grundlage einer Literaturrecherche drei kontinuierliche Griffigkeitsmesssysteme in die Untersuchungen einbezogen - das ViaFriction, der GripTester und das SKM-Messsystem. Um Vergleichswerte mit dem Standardbewertungsverfahren herleiten zu können, wurden drei verschiedene Markierungsmaterialien (Farbe, Kaltplastik und Folie) mit verschiedenen Griffigkeitsstufen auf einer Teststrecke appliziert und anschließend mit den kontinuierlichen Messsystemen sowie dem SRT-Pendelgerät hinsichtlich der Griffigkeit bewertet. Hierbei konnte eine Griffigkeitsspanne von 35 bis 75 SRT-Einheiten realisiert werden. Als Ausgangspunkt der Untersuchungen dienten Vorversuche, die die erforderlichen Randbedingungen für eine kontinuierliche Bewertung der Griffigkeit von Fahrbahnmarkierungen definierten und die Grundlage für die anschließenden Hauptversuche bildeten. Betrachtet wurden hierbei der Einfluss der Markierungsbreite, der Messgeschwindigkeit sowie der Markierungsart (durchgängig oder nicht-durchgängig) auf die sogenannte "Erfassungsgüte", d. h. die Qualität der Markierungsüberfahrt, der kontinuierlichen Verfahren ViaFriction und GripTester. Von einem Einsatz des SKM-Messfahrzeuges im Rahmen der Vorversuche wurde in Abstimmung mit dem Auftraggeber abgesehen. Die Ergebnisse der Vorversuche zeigten, dass sowohl bei dem ViaFriction als auch bei dem GripTester die Qualität der Messungen durch die gleichen Faktoren beeinflusst wird. Demgemäß wurde ersichtlich, dass die Erfassungsgüte der Messungen von der Markierungsbreite abhängt. Eine Abhängigkeit von der Messgeschwindigkeit konnte im Rahmen der Vorversuche nicht nachgewiesen werden. Dies konnte allerdings in weitergehenden Untersuchungen auf einer längeren Messstrecke im Rahmen der späteren Hauptversuche nachgewiesen werden. Weiterhin wurde ersichtlich, dass gültige Messungen auf nicht-durchgängigen Fahrbahnmarkierungen unter Berücksichtigung notwendiger Übergangsbereiche beim Übergang zwischen Straßenoberfläche und Fahrbahnmarkierung und der Aufzeichnungsfrequenz der Messverfahren nicht bzw. lediglich bei reduzierter Messgeschwindigkeit realisiert werden konnten. Im Rahmen der Hauptversuche konnten anhand von Vergleichsuntersuchungen mit dem SRT-Pendelverfahren und den drei kontinuierlich messenden Verfahren (ViaFriction, GripTester und SKM) Vergleichswerte für die Einhaltung der Mindestgriffigkeit von 45 SRT-Einheiten gemäß ZTV M 02 bzw. 50 SRT-Einheiten als "Übergabewert" gemäß dem Diskussionspapier "Leitfaden funktionale Anforderungen an Fahrbahnmarkierungen" [FASA 2010/Juni; 2010] hergeleitet werden. Dies bildet die Grundlage für eine "mitschwimmende" Bewertung der Griffigkeit von Fahrbahnmarkierungen unter Verkehr. Weiterhin wurden für jedes kontinuierlich messende Verfahren und für jede Messgeschwindigkeit "μ-Vertrauensbereiche", "μ-Unschärfebereiche" und "μ-Verwerfungsbereiche" unter Berücksichtigung der Messabweichungen der Verfahren definiert. Hierdurch ließe sich zukünftig der Umfang notwendiger SRT-Messungen für die Bewertung des Griffigkeitszustandes von Fahrbahnmarkierungen auf ein Minimum reduzieren. Lediglich im "Unschärfebereich" sind ergänzende SRT-Messungen durchzuführen, um die Aussagen der kontinuierlichen Messungen zu präzisieren. Im Vertrauens- oder Verwerfungsbereich sind demgegenüber derartige ergänzende Messungen nicht erforderlich. Als Ergebnis der jetzigen Untersuchungen ist zusammenfassend festzuhalten, dass sich die in die Untersuchungen einbezogenen kontinuierlichen Messsysteme grundsätzlich für die kontinuierliche Messung der Griffigkeit von Fahrbahnmarkierungen als geeignet erwiesen haben. Dennoch wird zum jetzigen Zeitpunkt empfohlen, die kontinuierliche Bewertung der Griffigkeit von Fahrbahnmarkierungen nicht allein für die Griffigkeitsbewertung von Markierungen in der Praxis heranzuziehen, sondern ergänzend zu dem SRT-Pendelverfahren einzusetzen. Vielmehr wird dazu geraten, vorab die zugrunde liegende Datenbasis auszuweiten, indem weitere Markierungsmaterialien sowie zusätzliche Griffigkeitsstufen betrachtet werden. Im Hinblick auf den zunehmenden Einsatz von Strukturmarkierungen oder Agglomeraten erscheint auch die Bewertung der Griffigkeit von derartigen Fahrbahnmarkierungen mit kontinuierlich messenden Verfahren als sinnvoll.
In diesem Forschungsvorhaben sollten die psychologischen Wirkungen der Gestaltung, der Länge und der Staffelung von Arbeitsstellen längerer Dauer auf Bundesautobahnen empirisch untersucht werden. Trotz einiger Studien wurde bisher der Einfluss von Arbeitsstellen sowohl aus verkehrstechnischer als auch aus psychologischer Sicht sowie der dichten Arbeitsstellenfolge auf den Verkehrsteilnehmer nicht hinreichend untersucht. Ziel des Projekts ist es daher, diesen Einfluss auf verschiedenen Ebenen und in unterschiedlichen Kontexten zu messen und Empfehlungen für die praktische Umsetzung abzuleiten. Da für die Konzeption und Durchführung der Studie sowie für die zielgerichtete Umsetzung der Ergebnisse sowohl fundierte Kenntnisse der Verkehrspsychologie als auch der Verkehrstechnik benötigt werden, ist eine interdisziplinäre Zusammenarbeit der Fachbereiche Psychologie, Soziologie und Verkehrsingenieurwesen unumgänglich. Das Ergebnis der vorliegenden Studie ist, dass einige Regelungen beim Einrichten von Arbeitsstellen zumindest überdacht werden sollten. So kann einem Verkehrsteilnehmer nach vorliegenden Ergebnissen eine Arbeitsstellenlänge von 15-20 Kilometern zugemutet werden, sofern die Fahrstreifen eine ausreichende Breite aufweisen. Erst danach konnten in dieser Untersuchung Auffälligkeiten bezüglich der Geschwindigkeitswahl festgestellt werden. Unter psychologischen Gesichtspunkten sind nach Analyse der Daten zum Fahrverhalten der Probanden im Fahrsimulator keine signifikanten Unterschiede zwischen einer überlangen Arbeitsstelle und gestaffelten Arbeitsstellen nachweisbar. Allerdings ist zu beachten, dass Überleitungen und Verschwenkungen für die Verkehrsteilnehmer grundsätzlich mental beanspruchend sind und bei Arbeitsstellenstaffelungen entsprechend häufiger auftreten. Aus Sicht der Verkehrssicherheit sollte daher die Anzahl der Verschwenkungen möglichst gering gehalten werden. Auch können die Beruhigungsstrecken einen Großteil der Aggression und des Frustes der Verkehrsteilnehmer kompensieren, indem sie dem Verkehrsteilnehmer immer wieder eine Pause bieten. Zudem können durch längere Beruhigungsstrecken zum Ende der Staffelung die Geschwindigkeiten harmonisiert und somit der Verkehrsfluss stabilisiert werden. Die Einrichtung von langen Arbeitsstellen oder Arbeittsstellenstaffelungen muss im Einzelfall, je nach örtlichen Randbedingungen, Bauablaufplanung und Einrichtungsdauern, entschieden werden. Bei den im Simulator untersuchten Geschwindigkeitstrichtern konnte gezeigt werden, dass alle zulässigen Geschwindigkeiten gut eingehalten wurden. Der Grund einer Geschwindigkeitsreduktion sollte erkennbar sein und kommuniziert werden. Dem Verkehrsteilnehmer sollten mehr Informationen zum Baufortschritt und der aktuellen Situation zur Verfügung gestellt werden. Hierdurch fühlt er sich in den Prozess der Arbeitsstelle integriert und bewertet die Maßnahme besser. Dies führt zu einer entspannteren Fahrt durch die Arbeitsstelle. Bezogen auf die Möglichkeit einer geänderten farblichen Gestaltung der Mitteltrennung mit der linken Markierung des linken Behelfsfahrstreifens auf der Mitteltrennung ist das Ergebnis der Fahrsimulatorstudie, dass diese Variante den Verkehrsteilnehmer eher dazu verleitet, sich mehr nach links denn nach rechts zu orientieren. Der Verkehrsteilnehmer sieht die Gefahr nicht im ihm entgegenkommenden Verkehr sondern eher bei dem Verkehr der in gleicher Richtung fährt. Der Rückschluss von der Fahrsimulatorstudie auf die Realität sollte eher vorsichtig vollzogen werden. Die Empfehlungen sollten alle zunächst in Realversuchen getestet und evaluiert werden.
Die vorübergehende (gelbe) Markierung ist ein wesentlicher Bestandteil der Absicherung von Arbeitsstellen auf Straßen. Im Bereich der Baumaßnahme dient diese Markierung als visuelle Führung des Verkehrs. Die gelbe Markierung gilt übergeordnet zur dauerhaften weißen Markierung. Neben der Einhaltung der verkehrstechnischen Anforderungen der Markierung stellt die rückstandslose Entfernbarkeit der Markierung oftmals ein Problem in der Praxis dar. Verbleibende Rückstände auf der Fahrbahn (Markierungs- oder Gewebereste, Primer) werden oftmals als sogenannte Phantommarkierungen bezeichnet und müssen ggfs. mechanisch (z.B. mit Fräsen) aufwendig entfernt werden. Bislang konnten noch keine Erkenntnisse gewonnen werden, warum Markierungen auf bestimmten Fahrbahnoberflächen Rückstände hinterlassen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden daher mittels Feldstudien sowie eines umfassenden Versuchsprogramms versucht, die wesentlichen Einflussgrößen auf die Haltbarkeit und die Entfernbarkeit der vorübergehenden Markierung zu ermitteln. Zudem sollte zur Ergänzung des existierenden Prüfverfahrens ein praxisnahes Bewertungssystem entwickelt werden. Zunächst wurde daher ein Prüfprogramm erstellt, um die relevanten Parameter zu ermitteln, die die Entfernbarkeit der Markierung beeinflussen. Es konnte gezeigt werden, dass die Entfernbarkeit von vielen unterschiedlichen Einflussgrößen (u.a. die Beanspruchung, die Oberflächentextur und -beschaffenheit, die Materialeigenschaften oder der Alterungszustand der Straßenoberfläche sowie der verwendete Primer und Kleber) abhängig ist. Aufgrund der Vielfalt der Einflussgrößen kann die Beurteilung nicht auf Basis einer einzelnen Versuchsanordnung, wie z.B. bei den Versuchen in der RPA, vorgenommen werden. Insbesondere die Makrotexturbewertung zeigen, dass eine größere Makrotextur zu tendenziell geringeren Abzugskräften führt. Ebenso ließen sich Einflüsse aus der Alterung der Straßenoberfläche sowie der Verwendung der Gesteinsarten nachweisen. Liegen die gemessenen maximalen Abzugskräfte zwischen 50 N und 150 N ist sichergestellt, dass die Markierungen ausreichend fest verklebt sind, aber nach Beendigung der Baumaßnahme i.d.R. ohne Materialrückstaende entfernt werden können. Die Messung der Entfernbarkeit, ohne vorherige Beanspruchung der Markierung, führt nicht zu realitätsnahen Ergebnissen, so dass die Belastung durch die ARTe erforderlich ist. Auf Grundlage der erzielten Ergebnisse kann somit die Entfernbarkeit der Markierung als Zulassungsprüfung in das Standardprüfprogramm aufgenommen werden.
Zur Sicherung der Leistungsfähigkeit der Verkehrsinfrastruktur in Deutschland soll im Bereich der kollektiven Verkehrsbeeinflussung in Zukunft das Werkzeug des prozessorientierten Qualitätsmanagements genutzt werden. Diese Forschungsarbeit hatte die Erarbeitung eines vollständigen Prozess- und Qualitätsmodells und praxistauglicher Handlungsempfehlungen für die verschiedenen Lebenszyklusphasen von Streckenbeeinflussungsanlagen (SBA) zum Ziel. Zu diesem Zweck wurden diverse Grundlagen zur Gestaltung eines auf SBA bezogenen Qualitätsmanagementsystems herangezogen. Das erarbeitete Prozessmodell umfasst 34 bewertungsrelevante Prozesse in den Lebenszyklusphasen Planung, Bau und Betrieb, einschließlich des unterstützenden Prozesses Wartung und Instandsetzung. Zur Identifikation von Lücken in der Qualitätssicherung der Prozesse wurde eine Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (FMEA) durchgeführt. Anhand von Expertenwissen wurden Fehler und Fehlerursachen analysiert und die kritischsten Qualitätsprobleme zusammengestellt. Anhand der Ergebnisse des Prozessmodells wurde zur quantitativen Beschreibung der Auswirkungen möglicher Fehler ein Qualitätsmodell entwickelt. Auf Grundlage eines Bayes'schen Netzes wurden die Auswirkungen von Fehlern auf nachfolgende Prozesse im gesamten SBA-Lebenszyklus systematisch abgebildet. Das probabilistische Qualitätsmodell kann dabei außerdem als Diagnose-Werkzeug zur Untersuchung der Fehlerursachen von beobachteten Störungen einer SBA genutzt werden. Im Rahmen der Forschungsarbeit wurden anhand der Ergebnisse des Prozessmodells praxisorientierte, ressourcenschonende Handlungsempfehlungen abgeleitet und in einem Dokument für Planer und Betreiber von Streckenbeeinflussungsanlagen zusammengestellt. Zudem wurde eine Methode zur Abschätzung des Nutzens der Maßnahmen beschrieben, um die erforderlichen Investitionen zur Qualitätssicherung zu begründen. Zukünftige Forschungsarbeiten sollten sich im Zusammenhang mit der Adaption des Qualitätsmodells auf eine konkrete SBA insbesondere mit der Optimierung des Modells in Form von Anpassungen der Modelltopologie beschäftigen. Des Weiteren sollte untersucht werden, ob die in dieser Forschungsarbeit erarbeiteten Ergebnisse auf andere Typen von Verkehrsbeeinflussungsanlagen übertragbar sind.
Während der Winterzeit sind die Verkehrssicherheit und der Verkehrsfluss auf Straßen und Gehwegen aufgrund auftretender Glätte erheblich beeinträchtigt. Herkömmliche Methoden, wie der Einsatz von Tausalzen, sind nicht zuletzt wegen ihrer Schäden an der Umwelt, den Fahrzeugen und dem Straßenkörper nur bedingt zukunftsträchtig. Die Erfahrungen aus früheren Projekten, sowie die Kenntnisse der beteiligten Projektpartner halfen bei der Modellierung, der Definition und dem Test unter-schiedlicher Konstruktionsparameter von fünf verschiedenen Varianten in einer Teststrecke. Diese verfolgt das Ziel, im Sommer Wärmeenergie aus einer wasserdurchströmten Zwischenschicht des Straßenkörpers zu gewinnen, welche in geothermalen Wärmespeichern aufbewahrt und im Winter zur Temperierung der Straße genutzt wird. Im Zuge dessen wurden für den Aufbau des Straßenkörpers zwei Varianten unter Verwendung von Rohrleitungssystemen, sowie drei Varianten mit einem Einbau einer Polyurethan-gebundenen, durchströmten Zwischenschicht entwickelt, durch welche jeweils Wasser floss. Dabei wurde sowohl die Korngröße als auch die Schichtdicke der Zwischenschicht variiert, um die Menge und die Fließgeschwindigkeit des Wassers zu kontrollieren. Die anschließende Untersuchung widmete sich der Definition von Eigenschaften, welche den maximalen, thermischen Gewinn jeder Variante versprachen. Dazu standen Informationen einer nahegelegenen Wetterstation, sowie die vorher definierten Schichtparameter zur Verfügung. Hierauf folgte die Analyse und Bestimmung verschiedener Eigen-schaften der Wärmespeicher. Daraus resultierend erfolgte die Darlegung eines Gesamtsystems, in dem jeder Teil (Wärmepumpen, Ventile etc.) detailliert konstruiert und dimensioniert wurde. Schließlich wurde ein Überwachungsmodell zur genauen Beobachtung der Teststrecke beschrieben um diese nach deren Erbauung zu beaufsichtigen. Dieses Forschungsprojekt legt die Informationen dar, welche zum Bau einer maßstabsgetreuen Demonstrationsstrecke einer temperierten Straße auf dem Testgelände der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) erforderlich sind.
Ziel des Projekts war die Entwicklung einer lärmtechnisch optimalen Grindingtextur auf Grundlage existierender theoretischer Berechnungsmodelle und dem Einsatz optimierter Oberbetone.
Unter Einbeziehung der Erkenntnisse aus den [FE 08.0210/2010/ORB], [FE 08.0211/2011/OGB], [FE 08.0219/2012/IGB], den zusätzlich zu Testzwecken auf der A 92, der A 93 und der A 13 hergestellten Grinding- und Groovingtexturen, den im Labor für das Grinding entwickelten optimierten Betonrezepturen und den Texturen auf der ersten Erprobungsstrecke auf der A 12 wurden in Computersimulationen mit dem Rechenmodell SPERoN® Grindingtexturen mit optimalen lärmmindernden Eigenschaften entwickelt.
Nach kritischer Abwägung der theoretischen Berechnungen hinsichtlich der Anforderungen an die Dauerhaftigkeit und die zu erzielende Griffigkeit der Texturen wurden für eine zweite Erprobungsstrecke auf der A 5 drei verschiedene Grindingvarianten ausgewählt und auf drei verschiedenen Oberbetonen hergestellt.
In Zusammenarbeit mit der BASt wurden auf allen in die Untersuchungen einbezogenen Grindingabschnitten umfangreiche Untersuchungen zur Bestimmung der
- schalltechnischen Eigenschaften,
- anforderungsgerechten Griffigkeit,
- anforderungsgerechten Ebenheit,
- Dauerhaftigkeit der erzeugten Textur,
- Dauerhaftigkeit hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften des Oberbetons durchgeführt.
Aus den Ergebnissen aller untersuchten Streckenabschnitte lassen sich folgende Erkenntnisse ziehen:
Eine signifikante Lärmminderung durch das Grinding ist bei Einhaltung der vorab definierten Grindingparameter möglich. Der Einfluss der Oberbetone auf die Lärmentwicklung ist als eher gering einzustufen. Aus akustischer Sicht verhalten sich die Abschnitte der Erprobungsstrecken mit kombinierten Grinding- Grooving-Texturen neutral. Der Grindingvorgang sollte nicht zu früh nach der Betonherstellung erfolgen, damit nicht durch die geringe Anfangsfestigkeit des Oberbetons vermehrt Kornausbrüche verursacht werden. Ein langfristiges Monitoring zur Entwicklung des Lärm- und Griffigkeitsverhaltens und zur Dauerhaftigkeit der erzeugten Texturen ist notwendig.
Im vorliegenden Forschungsvorhaben wird der potenzielle gesellschaftliche Nutzen durch die zunehmende Fahrzeugautomatisierung untersucht. Dazu werden primär die Potenziale hinsichtlich der Verkehrssicherheit und in einem weiteren Schritt die Potenziale zur Steigerung der Verkehrseffizienz und zur Änderung des Energiebedarfs analysiert. Dabei werden vom Stau-Chauffeur bis zum Urbanen Roboter-Taxi insgesamt fünf verschiedene Fahrfunktionen bei vier verschiedenen Marktdurchdringungsszenarien (5 %, 25 %, 50 %, 100 %) analysiert. Um die Potenziale der Fahrzeugautomatisierung hinsichtlich der Verkehrssicherheit zu ermitteln, wird nach der Bestimmung der Wirkfelder der jeweiligen Fahrfunktionen eine zweiteilige Methode angewendet. Diese berücksichtigt neben der Bestimmung der Änderung der Unfallschwere durch Unfallresimulationen auch die Änderung der Auftretenshäufigkeit der Szenarien. Da automatisierte Fahrzeuge im Gegensatz zu Systemen der aktiven Sicherheit kontinuierlich arbeiten, ist es wahrscheinlich, dass bestimmte Unfallszenarien (z. B. Auffahrszenarien) durch automatisierte Fahrfunktionen nicht mehr so häufig hervorgerufen werden. Die durch automatisierte Fahrzeuge induzierte Änderung der Auftretenshäufigkeiten verschiedener Szenarien wird mit einer Verkehrssimulation ermittelt. Mittels einer Hochrechnungsmethodik werden die Simulationsergebnisse auf das gesamte Bundesgebiet skaliert. Dabei zeigt sich, dass z. B. durch den Autobahn-Chauffeur bei einer Durchdringungsrate von 50 % rund 30 % aller Unfälle mit Personenschaden auf deutschen Autobahnen verhindert werden können. Dies entspricht ca. 2 % aller Unfälle mit Personenschaden auf deutschen Straßen. Zur Abschätzung der Potenziale hinsichtlich des Energiebedarfs wird die Änderung des streckenbezogenen Energiebedarfs der Fahrzeuge induziert durch automatisiertes Fahren untersucht. Die Betrachtung findet ebenfalls unter Nutzung von Verkehrssimulationen statt.
Die Verkehrsbelastung ist einer der maßgebenden Einflussfaktoren für Straßenkonstruktionen. In diesem Bericht werden detaillierte und aktuelle Achslastverteilungen für die Dimensionierung von Straßenoberbauten zur Verfügung gestellt. Grundlage sind Messdaten der Achslastwaagen im deutschen Autobahnnetz. Diese sind nicht flächendeckend vorhanden. Es wird eine Methode zur flächendeckenden Projektion der Achslastmessstellendaten vorgestellt, die die nahezu flächendeckend vorhandenen Daten der Dauerzählstellen nutzt. Mit dieser Methode können bei vorhandenen Dauerzählstelldaten streckenspezifische Verkehrsbelastungskollektive in Form von B-Zahl und Achslastverteilungen bei semiprobabilistischer bzw. Achslastverteilungsfunktionen für probabilistische Dimensionierungs- und Substanzbewertungsverfahren bereitgestellt werden. Des Weiteren werden repräsentative Achslastverteilungen für Autobahnen des Fern-, Misch- und Nahverkehrs sowie für Straßen des nachgeordneten Netzes vorgestellt.
Bautechnische Konzepte zum Dynamischen Induktiven Laden von Elektrofahrzeugen auf Betonfahrbahnen
(2022)
Der Artikel beschreibt Konzepte und Arbeiten auf Grundlage des Forschungsvorhabens "InductInfra" welches von der RWTH Aachen, BergerBau SE und EnergieSüdwest AG gemeinsam bearbeitet wird. Er diskutiert Aspekte welche für die Integration dynamischer induktiver Ladesysteme in die Straßeninfrastruktur mithilfe der Fertiteiltechnologie zu berücksichtigen sind.
Durch steigende Verkehrsleistungen sowie zunehmendem Erhaltungs- und Ausbaubedarf auf Bundesautobahnen ist in den nächsten Jahren nicht mit einer Abnahme der Anzahl von Arbeitsstellen längerer Dauer zu rechnen. Hiermit gehen auch immer wieder Staus mit hohen volkswirtschaftlichen Verlusten einher. Ziel muss es daher sein, die Auswirkungen von Arbeitsstellen längerer Dauer auf den Verkehr durch die Verkürzung der Bauzeiten zu minimieren. Bauzeitverkürzungen können durch Intensivierung der Arbeitszeiten (Baubetriebsformen) erreicht werden. Neben der Verkehrsbelastung stellen weitere Kriterien wie Arbeitsrecht, Material- und Personalressourcen, Immissionsschutzvorgaben, Fahrpersonalverordnungen, Sondergenehmigungen und psycho-soziale Aspekte wichtige Einflussfaktoren auf die Wahl der Baubetriebsform dar, die gesamtwirtschaftlich sinnvoll getroffen werden sollte. Da sich nur wenige der Kriterien geeignet monetarisieren lassen wird zunächst die Verkehrsstärke als Leitkriterium herangezogen und die durch eine Bauzeitverkürzung eingesparten Fahrtzeitverlustkosten den zur Erreichung der Beschleunigungswirkung erforderlichen Baulastträgerkosten zur Generierung eines Nutzen-Kosten-Verhältnisses gegenübergestellt. Für insgesamt 13 definierte Standardmaßnahmen konnten durch dieses Vorgehen gesamtwirtschaftlich sinnvolle Einsatzgrenzen ermittelt werden, die als mittlere DTV-Jahreswerte vorliegen und die Schwelle der Verkehrsstärke markieren, ab der eine Durchführung der Baumaßnahme in einer intensiveren Betriebsform gesamtwirtschaftlich vorteilhafter ist. Zur Berücksichtigung örtlicher verkehrlicher Randbedingungen wurden die Einsatzgrenzen für Variationen von Schwerverkehrsanteilen, Längsneigungen, Lage bezügliche Ballungsräumen sowie typisierten Ganglinien der Verkehrsnachfrage bestimmt. Die ausgewählten Standard-Maßnahmen decken insgesamt ein breites Spektrum der auf Bundesautobahnen durchgeführten Leistungen der Instandhaltung und Erneuerung ab. Für zukünftig durchzuführende Maßnahmen auf Bundesautobahnen existieren somit Richtwerte, ab welchen Verkehrsstärken die Durchführung in intensiveren Betriebsformen empfohlen werden kann. Zusätzlich können für definierte Randbedingungen der Nutzen sowie das Nutzen-Kosten-Verhältnis durch diese Intensivierung abgeschätzt werden. Eine Vorauswahl der Betriebsform, die auf einer gesamtwirtschaftlichen Bewertung basiert, ist somit unter Ansatz der vorliegenden Streckenparameter und verkehrlichen Randbedingungen möglich. Zur endgültigen Auswahl sind zusätzliche, nicht monetarisierbare Kriterien zu prüfen und in die Entscheidung für die auszuschreibende Baubetriebsform mit einzubeziehen.
Im Vorhaben wurde das Verhalten von offenporigen Fahrbahnbelägen in Bezug auf brennbare Flüssigkeiten im Vergleich zu dichten Fahrbahnoberflächen untersucht und analysiert inwieweit die speziellen Eigenschaften von offenporigen Asphalten Auswirkungen auf die Sicherheitsannahmen für risikobasierte quantitative Untersuchungen für Tunnel oder teilgeschlossene Bauwerke aufweisen. Hierzu wurden umfangreiche Versuche an großflächigen Versuchsplatten (80 x 80 cm) mit Deckschichten aus offenporigem Asphalt (PA) und Splitt-Mastix-Asphalt (SMA) sowie ergänzende CFD-Berechnungen durchgeführt. Die Ermittlung des Durchfluss- und Ausbreitverhaltens erfolgte bei konstanter Flüssigkeitsaufgabe auf die Versuchsplatten und Fassung der an den Plattenseiten austretenden Flüssigkeit in Messzylindern. Über diese wurde für die verschiedenen Deckschichten das zeitliche und räumliche Ausbreitungsverhalten analysiert. Die Ermittlung des Einflusses einer Oberflächenneigung erfolgte durch Variation der Ableitversuche mit zwei unterschiedlichen Plattenneigungen. Die Ermittlung des Brandverhaltens erfolgte in zwei Schritten. In einer ersten Versuchsreihe wurden auf die Platten verschiedene zuvor definierte Kraftstoffmengen aufgegeben und anschließend gezündet, so dass bei Brandbeginn beim SMA ein übersättigter und beim PA, je nach Aufgabemenge ein übersättigter, gesättigter oder teilgesättigter Asphalt vorlag. In der zweiten Versuchsreihe erfolgte während des Abbrands ein kontinuierlicher Benzinzufluss. Die Analyse der umfangreichen Daten aus den Versuchsreihen ermöglichte die Bereitstellung detaillierter Eingangsgrößen für die CFD-gestützte Modellierung und Validierung des zeitlichen und räumlichen Ausbreitungs- und Abbrandverhaltens für die betrachteten Fahrbahnoberflächen. In der sich anschließenden Wirkungsanalyse wurden die sich aus der Modellierung ergebenden Auswirkungen der unterschiedlichen Fahrbahnoberflächen (PA und SMA) ermittelt und unter Anwendung des Verfahrens für die Bewertung der Sicherheit von Straßentunneln miteinander verglichen. Der quantitative Sicherheitsvergleich zeigte, dass offenporige Asphaltbeläge in Einhausungs- und Tunnelbauwerken unter risikoorientierten Gesichtspunkten nicht ungünstiger als dichte Fahrbahnbeläge einzustufen sind.
In dem Artikel wird eine neue Methode zur Verkehrslärmreduzierung durch eine neue Deckschicht auf eine bestehende Asphaltschicht beschrieben. Der Vorteil dieser neueren Methode liegt in der längeren Haltbarkeit in Bezug zu den bisherigen Methoden, was wiederrum eine Reduzierung der Dauer und Häufigkeit von Arbeitsstellen zur Folge hat.
Im Rahmen der Untersuchung wurden Kapazitäten, q-v-Diagramme und Unfallkenngrößen für Arbeitsstellen längerer und kürzerer Dauer auf Autobahnen ermittelt. Die Ergebnisse können in die Parametrierung eines Verkehrsanalysesystems zur Bewertung der Auswirkungen von Arbeitsstellen auf den Verkehrsablauf und die Verkehrssicherheit im Rahmen der Baubetriebsplanung auf Bundesautobahnen einfließen.
Für die empirische Kapazitätsanalyse wurden Verkehrsdaten von Zählstellen im Zulauf von 40 Arbeitsstellen längerer Dauer und 111 Arbeitsstellen kürzerer Dauer mit unterschiedlichen Verkehrsführungen ausgewertet. Die Ermittlung der Kapazitäten und q-v-Diagramme an Arbeitsstellen längerer Dauer orientierte sich dabei an der Methodik zur Herleitung der Kapazitätswerte und q-v-Beziehungen im Handbuch für die Bemessung von Straßenverkehrsanlagen (HBS). Die Kapazität von Arbeitsstellen kürzerer Dauer wurde durch die Auswertung der Verkehrsstärken im Stauabfluss ermittelt. Aus den Ergebnissen der empirischen Analysen wurden standardisierte Kapazitätswerte abgeleitet. Als maßgebende Einflussgrößen auf die Kapazität von Arbeitsstellen längerer Dauer wurden die Lage innerhalb oder außerhalb von Ballungsräumen, das Vorhandensein einer Fahrbahnteilung, die Fahrstreifenbreite sowie der Schwerverkehrsanteil und die Steigung identifiziert. In Arbeitsstellen kürzerer Dauer bestimmen die Lage innerhalb oder außerhalb von Ballungsräumen und die Seite des Fahrstreifeneinzugs maßgeblich die Kapazität.
Für die Ermittlung von Unfallkostenraten und Unfallraten wurde das Unfallgeschehen in 141 Arbeitsstellen längerer Dauer und rund 21.000 Arbeitsstellen kürzerer Dauer mit unterschiedlichen Verkehrsführungen analysiert. Dabei erfolgte eine Betrachtung einzelner Bereiche innerhalb der Arbeitsstellen (Zulauf, Überleitung/Verschwenkung, Innenbereich, Rückleitung/Rückverschwenkung), für die differenzierte Unfallkostenraten und Unfallraten bestimmt wurden.
Ziel des Forschungsvorhabens war die Herstellung von „Nanoasphalt“ aus mit polymerbeschichteten, plättchenförmigen Nanopartikeln dotierten Bitumenbindemitteln und die Untersuchung des Alterungsverhaltens der neuen Materialklasse.
Theoretische Voruntersuchungen zeigten, dass statistisch im Volumen verteilte, mplättchenförmige Partikel mit Aspekverhältnissn D/H > 100 als effektive Diffusionsbarrieren wirken und sowohl die oxidative Alterung als auch den Verlust weichmachender Bestandteile aus Bitumenbindemitteln um den Faktor 2 - 3 verlangsamen können.
Es wurde eine lösemittelfreie Synthese für Alkyl-Quat-Primer-Polymere entwickelt und ein Verfahren ausgearbeitet, um Natrium-Montmorillonit (NaMMT) in einem einstufigen Verfahren zu exfoliieren und die entstehenden Silikatblättchen mit den Polymeren zu beschichten. Hochverzweigte Polymere auf Basis von Polyethylenimin mit einem Quarternisierungsgrad von ca. 5 mol% und einem Alkylierungsgrad von 80 mol% unter Verwendung von C12-Substituenten adsorbieren irreversibel auf Montmorrilonit und wirken zugleich als Dispergiermittel. Es konnten Nanopartikel-Bitumen-Komposite (NPBK) hergestellt werden, die bis zu 10 M.-% Nanopartikel mit Dicken von 10-50 nm und Durchmessern von ca. 1-10 μm enthielten. Zur Herstellung eines Demonstrators wurden die Synthesen in den Halbtechnikumsmaßstab hochskaliert (11 kg Polymer → 22 kg modifizierte Nanopartikel → 440 kg Nano-Bitumen → 6.200 kg Nano-Asphalt).
Die Einmischung der Nanopartikel in das Bitumen erfolgte einmal mit dem bereits in der Pilotstudie eingesetzten Schnecken-Extruder und mit Blick auf eine spätere Hochskalierung des Herstellungsprozesses mittels Hochschermischer. Die auf diese Weise hergestellten NPBKs wurden in unterschiedlichen Alterungsstufen (frisch, kurz- und langzeitgealtert) anhand von konventionellen und rheologischen Prüfungen beurteilt.
Mit ausgewählten NPBK-Varianten wurden auf Laborebene Asphalte hergestellt, die ebenfalls umfangreichen Testreihen unterzogen wurden. Den Projektabschluss bildete die großmaßstäbliche Mischgutherstellung in einer Asphaltmischanlage sowie das Anlegen und Beproben einer Demonstratorfläche.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem Titandioxid-Partikel im Abstreumaterial vermischt und auf die Fahrbahnoberfläche aufgebracht werden, um das durch die Abgase des Kraftfahrzeugs emittierte NOx möglichst schnell und effektiv abzubauen. Bei Voruntersuchungen wurden insgesamt acht TiO2-Produkte auf ihre photokatalytische Aktivität bezüglich des NO-Abbaus untersucht. Basierend auf den Ergebnissen der Voruntersuchungen wurde die TiO2-Variante, die die besten Ergebnisse hinsichtlich der NO-Eliminierung lieferte, für die Hauptuntersuchungen ausgewählt. Mit dieser TiO2-Variante wurden verschiedene TiO2-haltigen Gesteinskörnungen im Rahmen der Hauptuntersuchungen hergestellt und hinsichtlich der Festigkeit, des Polier- und Verschleißwiderstands sowie der Dauerhaftigkeit der photokatalytischen Eigenschaften durch systematische Untersuchungen optimiert. Als Ergebnis kann festgehalten werden, dass mit dem erarbeiteten Verfahren und für die hier untersuchten Abstreumaterialien ein langfristiger NO-Abbau auf Asphaltstraßen durch den Einsatz des TiO2 mit photokatalytischen Eigenschaften erzielbar ist. Damit ist ein wichtiger Schritt hin zur Herstellung des umweltfreundlichen Straßenbelags mit photokatalytischem Stickstoffdioxidabbau genommen.
APT with the mobile load simulator MLS10 towards non-destructive pavement structural analysis
(2019)
In 2014 a research program has been started about non-destructive test methods to evaluate the structure of pavements. This task has been given to two research groups - first research group is led by RWTH Aachen University (Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule) and the second by University of Siegen. This paper focuses on the initial findings of the running research program. The assessment of the existing infrastructure and its condition will be one of the main tasks during the next years in order to use the available budget for maintenance accurately and efficiently. Therefore, it is necessary to identify possible damages and examine their effects on the road construction. BASt (Federal Highway Research Institute) is using the Mobile Load Simulator MLS10 for accelerated pavement testing (APT) on different types of pavements. In addition to non-destructive test methods, sensors are applied to measure structural impacts. The overall objective of this research program is to develop a non-destructive test method that allows the calculation of the remaining life time and load cycles of pavements. To simulate realistic wheel loads in a short period of time the MLS10 on German full scale standard pavement constructions has been used. The first pavement test section was loaded with 3 x 10 high 6 50 kN wheel loads while the second, thinner pavement test section was loaded with 3 x 10 high 5 50 kN wheel loads. Both loads are equivalent to the pavement design load. Three different strategies have been used to analyze and monitor structural changes. The innovative measurements have been realized by the two research groups to collect data for their models. The RWTH Aachen collected data with twelve geophones aligned in a row parallel to the wheel path. The geophones measure the entire vertical deflection basin of the pavement surface that exists due to the passing real truck wheels. These measurements were done for different truck speeds and at different transverse distances to the wheel path. The University of Siegen collected data by using acceleration sensors on the surface of the road construction. After recording the data they were integrated into displacement signals and evaluated. Additionally to those measurements BASt used conventional equipment to monitor the pavement structure and surface characteristics. The measurements and evaluation tools used for the innovation program have a high potential to validate APT programs in the future. Based on this research it is possible to start further research activities to push the non-destructive evaluation of pavements structures - not only in APT - into an improved direction.
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, anhand von Laborversuchen praxisgerechte Anforderungen an den Polierwiderstand von feinen Gesteinskörnungen auszuarbeiten.
Die Regelungen der TL Asphalt-StB 07/13 sehen beispielsweise die Übertragung des an der groben Gesteinskörnung ermittelten Polierwiderstandes auf die feine Gesteinskörnung vor, welches oftmals zu nicht zutreffenden Ergebnissen führt. Weiterhin dürfen nur Gesteinskörnungen eingesetzt werden, die der Kategorie PSVangegeben(42) entsprechen. Dies kann zum Ausschluss geeigneter Gesteinskörnungen führen.
Die umfassende Analyse der vollständigen Bandbreite der relevanten feinen Gesteinskörnungen hinsichtlich des Einflusses der Polierresistenz auf das Griffigkeitspotenzial von Asphaltmischgut steht im Fokus dieses Forschungsvorhabens. Darüber hinaus sind Aspekte wie Dauerhaftigkeit, Nachhaltigkeit, Ressourcenschonung und Verfügbarkeit von Rohstoffen von Bedeutung. Unter Berücksichtigung dieser Gesichtspunkte werden praxisgerechte Anforderung an den Polierwiderstand von feinen Gesteinskörnungen ausgearbeitet.
Gegenwärtig verwendete Verfahren zur Substanzbewertung von Asphaltfahrbahnen beruhen vorwiegend auf der Analyse des Oberflächenzustandes, weshalb seit langer Zeit neue Verfahren, die eine zutreffendere Bewertung der Substanz ermöglichen, erforscht werden. Insbesondere Verfahren die auf der Messung der Tragfähigkeit der Straßenkonstruktion basieren stellen einen zentralen Forschungsgegenstand dar. Dabei beruht das Prinzip der Tragfähigkeitsbewertungen darin, über die gemessenen Einsenkungen unter definierter Belastung, Aussagen über die Steifigkeit des Gesamtaufbaues zu ermöglichen. Aus diesen Kennwerten können Aussagen zum Tragverhalten der Fahrbahnbefestigung abgeleitet werden. Es bleibt jedoch weiterhin offen, inwieweit klimatisch bedingte Faktoren wie die Fahrbahntemperatur das Tragverhalten im Verhältnis zu der verkehrlichen Beanspruchung beeinflusst und welche Auswirkungen dies auf die Ergebnisse der Tragfähigkeitsmessungen haben kann.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde eine Versuchsstrecke mit einer definiert geschädigten Asphalttragschicht angelegt, welche mit einem Monitoringsystem zur Überwachung von verschiedenen Fahrbahnkenngrößen ausgestattet wurde. Im Rahmen von turnusmäßigen zerstörungsfreien Tragfähigkeitsmessungen konnte unter Berücksichtigungen der bekannten klimatischen, verkehrlichen und strukturellen Randbedingungen der Zustand des fortgeschrittenen Substanzverlustes der Versuchsstrecke dokumentiert und bewertet werden.
Darüber hinaus wurden diese Erkenntnisse bei der Entwicklung eines Strukturmodells zur Bewertung der Tragfähigkeitsmessungen als Grundlage für die Validierung verwendet. Dieses Modell wurde verwendet, um verschiedene Aspekte der Wirkung des Substanzverlustes auf das Tragverhalten der Fahrbahn zu untersuchen. Hieraus konnte ein Bewertungshintergrund für Tragfähigkeitsmessungen und den verschiedenen Mechanismen des Substanzverlustes sowie der einwirkenden klimatischen Rahmenbedingungen abgeleitet werden.
