26 Entwässerung, Frost, Auftauen
Im Rahmen des Forschungsprojektes FE 15.0541/2011/BRB "Fachtechnische Vorbereitung von geothermischen Pilotanwendungen bei Grund- und Tunnelbauwerken" wurde durch das Institut für Geotechnik der Universität Stuttgart das geothermische Potential der Tunneldrainagewasserschüttungen an den Portalen des Tunnel Rennsteig (BAB 71, Thüringer Wald) und des Grenztunnels Füssen (BAB 7, Bayern) ermittelt und die chemisch-physikalische Eignung zur thermischen Nutzung untersucht. Im Ergebnis können am Tunnel Rennsteig Wärmeströme zwischen 50 kW (Heizbetrieb) und 590 kW (Kühlbetrieb) und am Tunnel Füssen zwischen 150 kW (Heizbetrieb) bis 440 kW (Kühlbetrieb) nutzbar gemacht werden. Für die Tunnelportale wurden Konzepte zur Nutzung der thermischen Energie entwickelt und gesamtheitlich bewertet. Verglichen wurden klassische Nutzungen aus dem Bereich der Gebäudeklimatisierung, der Eis- und Schneefreihaltung von Freiflächen sowie die thermische Nutzung des Tunneldrainagewassers zur Fischzucht. Hierbei zeigten sich die Temperierung von Freiflächen sowie die Klimatisierung von Betriebsräumen der Tunneltechnik als technisch und energetisch sinnvolle Varianten der Energienutzung. Für die Nordportale der Tunnel Füssen und Rennsteig wurden diese Konzepte im Sinne einer Vorplanung vertieft betrachtet sowie monetär und auf der Basis weiterer Kriterien, wie der technischen Realisierbarkeit und des späteren Betriebs, bewertet. Für das Nordportal des Grenztunnels Füssen wurden im Rahmen einer Entwurfsplanung Anlagen zur Temperierung von Freiflächen sowie zur Klimatisierung der Tunnelbetriebsräume entwickelt. In beiden Fällen erfolgt die Nutzung des Tunneldrainagewassers direkt und passiv, d.h. es erfolgt kein Temperaturhub und das Wasser zirkuliert direkt durch die entsprechenden Wärmeübertrager. Das am Tunnel Füssen existierende geothermische Potential für den Kühlfall wird durch die geplante Anlage nur zu einem geringen Teil ausgenutzt, so dass die Auskopplung weiterer Kühlenergie möglich ist.
In den ZTVT-StB 95 (Ausgabe 98) wird verlangt, dass Frostschutzschichten auch im verdichteten Zustand ausreichend wasserdurchlässig sein müssen. Diese Eigenschaft ist weder definiert, noch ist angegeben, mit welchem Prüfverfahren diese Anforderung kontrolliert werden kann. Die Zielsetzung des vorliegenden Forschungsvorhabens ist es, nach Erprobung und Bewertung von Prüfverfahren zur Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit in situ ein geeignetes Prüfverfahren auszuwählen und zugehörige Anforderungen festzulegen. Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen an die Durchlässigkeitsbestimmung nach DIN 18130 angebunden werden, um im Rahmen von Eignungsprüfungen der für den Einbau vorgesehenen Materialien Prognosen zur Wasserdurchlässigkeit in situ machen zu können. Die experimentellen Versuche werden in der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) durchgeführt. Die Anwendbarkeit verschiedener als geeignet angesehener Prüfverfahren wird für unterschiedliche Gesteinsproben untersucht. Die Untersuchungen werden beschrieben. Sie sind noch nicht abgeschlossen.
Es war zu untersuchen, ob durch das nachträgliche Einschneiden von Rillen in die Straßenoberfläche mit der Funktion eines zusätzlichen Drainagesystems die Verkehrssicherheit bei Nässe nachhaltig verbessert werden kann. Dazu wurden in einer Versuchsstrecke alle wichtigen Rillenarten und verschiedene Rillenmuster abschnittsweise angeordnet du über einen mehrjährigen Zeitraum messtechnisch angeordnet und über einen mehrjährigen Zeitraum messtechnisch beobachtet. Hinzu kamen drei weitere Beobachtungsstrecken sowie 24 Rillenabschnitte im Autobahnnetz. Die Untersuchungen umfassten Kraftschlussmessungen im Wasserbett, Griffigkeitsmessungen mit dem "Stuttgarter Reibungsmesser", Geräuschmessungen nach der Methode des Vorbeifahrpegels, Rauheitsmessungen mit dem Pendelgerät, dem Ausflussmesser und der Sandfleck-Methode sowie Profilschnittaufnahmen. Die wichtigsten Ergebnisse sind: i) Längs- und Querrillen sind in der Lage und geeignet, das Kraftschlussangebot von Straßenoberflächen bei Nässe zu erhöhen. Dabei verbessern Rillen entscheidend die sogenannte "dynamische Drainage" der Reifenaufstandsfläche: Sie bieten ähnlich dem Reifenprofil zusätzliche Fluchtwege, sodass die Masse des Wassers schneller verdrängt werden kann. Rillen wirken somit dem Aquaplaning-Effekt entgegen. ii) Alle untersuchten Längsrillenmuster sowie Querrillenmuster mit effektiven Rillenbreiten kleiner als 4,5 mm bringen keine signifikante Erhöhung des Reifengeräusches. Entsprechend sollten stets feine Rillenmuster gewählt werden mit rillenbreiten um 4 mm, Rillentiefen ebenfalls um 4 mm und Rillenabstände zwischen 20 und 25 mm. Feine Rillenmuster mit dem angegebenen Abmessungen sind auch in Längsrichtung aus Gründen der Verkehrssicherheit für Motorräder erforderlich. iii) In Fahrbahndecken aus Beton können feine Rillenmuster ohne wesentliche Beeinträchtigung des baulichen Bestandes im nassen Verfahren (in Anlehnung an die Fugenschneid-Technik) mit Diamantscheiben geschnitten werden. Von der Anwendung des trocken arbeitenden Fräsverfahrens ist abzuraten. Rillen in bituminösen Deckschichten sind problematisch, da ihre Wirkung infolge Verschleiss und plastischer Verformung der oberflächennahen Zonen nicht so lange vorhält wie in Betondecken. iv) Obwohl die Querrillen bei Annässungsverhältnissen um 1 mm Wasserfilmdicke günstiger zu bewerten ist als die Längsrille, deuten Ergebnisse des Wasserbett-Untersuchungen eher auf eine gleichgünstige Wirkung beider Formen hin, wenn mit dickeren Wasserschichten gerechnet werden muss. Aus herstellungstechnischen Gründen ist die Anlage von Längsrillen wirtschaftlicher und praktikabler als von Querrillen.
Für acht Standorte an Bundesfernstraßen wurden Sickerwasserkonzentrationsprofile bestimmt, bewertet und die vom Sickerwasser mitgeführten Frachten verkehrsspezifischer Substanzen (Blei, Cadmium, Kupfer, Zink, Nickel, Chrom, 15 PAK (Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe) nach EPA und Naphtalin, MKW (Mineralölkohlenwasserstoffe), MTBE, Benzol) berechnet. Kernpunkt waren die Beprobung der Bodenlösung in vier Entfernungen vom Fahrbahnrand und zwei beziehungsweise drei Tiefen, sowie Messungen und Berechnungen zur Ermittlung des straßennahen Bodenwasserhaushaltes. Es schloss sich ein Vergleich des im Freiland untersuchten Schadstofftransportes im Boden mit Ergebnissen des Stofftransportmodells SISIM an mit folgenden Ergebnissen: Die Bodenfeststoffgehalte der Schwermetalle sind hoch und überschreiten vor allem in direkter Straßennähe häufig die Vorsorgewerte nach dem Bundesbodenschutzgesetz (BBodSchG). Die Maßnahmenwerte des BBodSchG für den Schadstoffübergang Boden-Nutzpflanze auf Grünlandflächen werden jedoch trotz der hohen Verkehrsbelastungen an keinem der Standorte und Bodenprofile erreicht. Die Lösungskonzentrationen der Schwermetalle sind auch auf sauren Sandböden an stark befahrenen Straßen als verhältnismäßig unproblematisch nach dem BBodSchG einzustufen. Die Belastung mit organischen Schadstoffen ist ebenfalls als unproblematisch anzusehen. Die Grundwasserneubildung neben der Straße wird bei sonst gleichen Standortbedingungen durch das über das Bankett abgeleitete Straßenablaufwasser erhöht. Da an allen BAB-Standorten und auch manchen untersuchten Bundesstraßen die Bodenkonzentrationen in 0 bis 10 cm Tiefe die Vorsorgewerte für Pb, Cd, Cu, Ni und Zn in Fahrbahnnähe überschreiten, wären nach der BBodSchV die Frachtgrenzwerte gültig. Laut Begründung zur BBodSchV müssen jedoch zum Beispiel bei Verkehrswegen bestimmte Schadstoffeinträge und -gehalte als unvermeidlich hingenommen werden, ohne dass eine Überschreitung von Vorsorgewerten entsprechende Minderungsmaßnahmen auslösen konnte. Der Vergleich der gemessenen Werte mit den durch SISIM modellierten Konzentrationen und Frachten zeigt keine sehr gute Übereinstimmung. Ursache ist vor allem, dass kontinuierlicher Stoffeintrag im Programm nicht ausreichend vorgegeben werden kann.
Die Verkehrssicherheit ist auf Autobahnen bei Niederschlägen, insbesondere in wasserabflussschwachen Bereichen, beeinträchtigt. Zur Überprüfung der Entwässerungsbereiche wurde im Rahmen eines Forschungsprojekts ein Simulationsmodell (PLANUS) entwickelt, mit welchem es möglich ist, aus Fahrbahn- und Trassierungsdaten sowie der Regenintensität die Wasserfilmdickenverteilungen sowie die Aquaplaninggeschwindigkeiten zu errechnen. In der Untersuchung wurden die berechneten Aquaplaninggeschwindigkeiten mit den tatsächlich gefahrenen Geschwindigkeiten auf den Autobahnen verglichen. Für 9 Messstellen wurden hierzu Analysen der Pkw-Geschwindigkeiten im freien Verkehrsfluss auf dem linken Fahrstreifen bei verschiedenen Niederschlagsintensitäten durchgeführt. Es zeigte sich, dass an 3 der 9 untersuchten Stellen die tatsächlich gefahrenen Geschwindigkeiten oberhalb der kritischen Geschwindigkeit lagen, ab der ein Aufschwimmen der Reifen auf dem Wasserfilm möglich ist. Derartige Bereiche sind auf Autobahnen vor allem dort anzutreffen, wo Querneigungswechsel in Verbindung mit großer Fahrbahnbreite und geringer Längsneigung vorkommen, das heißt, Strecken auf denen das Wasser schlecht ablaufen kann oder einen langen Weg zurücklegt. Mithilfe der Software PLANUS kann das Erfordernis von entwurfstechnischen, straßenbaulichen und verkehrstechnischen Maßnahmen zur Minderung des Unfallrisikos beurteilt werden. Ziel muss es sein, die Unfallgefahren an Abschnitten mit Aquaplaninggefahr zu reduzieren.
Es wird über die Abwasserentsorgung an unbewirtschafteten Rastanlagen an Bundesautobahnen (PWC-Anlagen) berichtet. Sie ist durch den hohen Stickstoffanteil und die oft großen Entfernungen zur nächsten Anschlussmöglichkeit an das Kanalnetz meist technisch aufwendig und kostenintensiv. Eine Studie der Bauhaus- Universität Weimar bewertet die gesamte Abwassersituation aus ökologischer und ökonomischer Sicht. Danach ist und bleibt die beste Lösung die Überleitung in eine zentrale Kläranlage. Ist diese unwirtschaftlich, dann sollte über eine dezentrale Kläranlage mit Urinabtrennung nachgedacht werden.