Abteilung Straßenverkehrstechnik
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Die Technische Universität Darmstadt hat die gesamtwirtschaftlichen Auswirkungen des Einsatzes abstumpfender Streustoffe im Straßenwinterdienst für Außerortsstraßen und auch für den kommunalen Bereich ausführlich untersucht und beschrieben. Die betriebswirtschaftliche Seite einer Streuung im Winter seitens der Städte und Gemeinden wird dagegen nicht öffentlich diskutiert. Diese Lücke versucht eine Schweizer Arbeit zu schließen. In einer Untersuchung des Kosten/Nutzen-Verhältnisses unter Berücksichtigung von umwelt- und sicherheitsrelevanten Faktoren werden anhand von Fallbeispielen (Teststrecken in drei Städten) konkrete, allgemeingültige Kostenverhältnisse ermittelt sowie in einer Ökobilanz verschiedene Winterdienststrategien miteinander verglichen. Die Einsatzkosten für die Streuung eines Kilometers Straße liegen in einem normalen Winter bei der abstumpfenden Streuung etwa 6-fach höher als bei der Salzstreuung, in einem strengen Winter liegt der Faktor bei 10. Die Untersuchung stellt fest, dass sowohl die Salz- als auch die Splittstreuung als "erhebliche" ökologische Belastungen einzustufen sind. Die Winterdienststrategie sollte darauf zielen, einen sicheren Verkehrsablauf auch bei winterlichem Wetter zu gewährleisten und dort, wo es notwendig ist, die Leistungsfähigkeit des Netzes zu erhalten. Vor allem auf Straßen mit geringer Verkehrsbedeutung und in flachem Gelände ohne besondere Gefahrenstellen (zum Beispiel in städtischen Wohngebieten) kann dieses Ziel auch ohne abstumpfende Streustoffe erreicht werden, wenn im allgemeinen nur geräumt und bei besonderen Witterungsbedingungen Salz gestreut wird. Die Ergebnisse der vorgenannten sowie weiterer Arbeiten bestätigen die Empfehlungen, die das im Jahr 1997 erschienene "Merkblatt für den Unterhaltungs- und Betriebsdienst an Straßen, Teil: Winterdienst" gibt.
Die Beseitigung von Glätte auf der Fahrbahn bedarf je nach Eis- oder Schneemenge einer bestimmten Menge Tausalz. Für das Winterdienstpersonal gibt es wegen fehlender Kenntnisse nur sehr ungenaue Empfehlungen zur einzustellenden Streudichte. Die Streudichte hängt von verschiedenen Einflüssen ab. Ein Einfluss ist die Wirkung der verschiedenen Tausalze selber. Die Tauwirkungen der unterschiedlichen Formen von Tausalzen wurden im Labor unter verschiedenen Bedingungen untersucht. Die Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Tausalzformen. Bei Beachtung dieser Erkenntnisse kann die Streudichte besser als bisher optimiert werden, wodurch der Winterdienst wirtschaftlicher und umweltfreundlicher gestaltet werden kann.
Zwischen 1982 und 2003 wurden in der Bundesrepublik Deutschland 16 Taumittelsprühanlagen (TMS) in Betrieb genommen. Planung, Bau und Betrieb dieser Anlagen wurden seither von der Bundesanstalt für Straßenwesen mit Untersuchungen begleitet. Zwölf Anlagen befinden sich auf Brücken, vier an Steigungs- beziehungsweise Gefällestrecken. Vier Anlagen (sämtlich Brückenanlagen) befinden sich auf Bundesstraßen, zwölf auf Bundesautobahnen. An Steigungs- beziehungsweise Gefällestrecken bilden sich bei plötzlichem starkem Schneefall in kurzer Zeit festgefahrene Schneedecken, die besonders von Lkw nicht mehr befahren werden können. Es bilden sich Staus. Auf Stahlbrücken bildet sich häufig schon zu einem früheren Zeitpunkt lokal begrenzte Glätte. Diese Glatteisfallen verursachen Unfälle. In beiden Fällen ist es wichtig, schnell zu handeln. Durch die TMS kann sofort Taustoff auf die Fahrbahn ausgebracht werden, der an Steigungen den Schnee räumfähig hält und auf Brücken das Eis auftaut. Alle Anlagen können den konventionellen Winterdienst partiell sinnvoll ergänzen, ihn aber nicht ersetzen. Die Streckenabschnitte, in denen sich die Taumittelsprühanlagen befinden, zeigten vor deren Einbau Unfallauffälligkeiten. Die Zahl der Unfälle ist nach Installation einer Taumittelsprühanlage überall deutlich zurückgegangen. Auf der Basis der vorliegenden Kosten- und Nutzen-Daten konnte von insgesamt 16 Anlagen die Wirtschaftlichkeit von 13 Anlagen beurteilt werden. Davon wurden zwölf Taumittelsprühanlagen positiv eingeschätzt. Die Kostenseite umfasst die investiven Kosten und die Betriebskosten. Auf der Nutzenseite wurde sowohl betriebswirtschaftlicher als auch volkswirtschaftlicher Nutzen abgeschätzt. Dies sind auf der betriebswirtschaftlichen Seite vor allem eingesparte Sondereinsätze und Kontrollfahrten und auf der volkswirtschaftlichen Seite im Wesentlichen vermiedene Unfälle und Staus. Für die meisten Anlagen lagen mehr oder weniger vollständige Unfallzahlen vor, für die Staus gab es so gut wie keine dokumentierten Beobachtungen, sodass für die Schätzung von einer begründeten Annahme ausgegangen wurde. Die Wirtschaftlichkeitsfaktoren (Fw) bewegen sich ohne Berücksichtigung der Staukosten zwischen 0,19 und 2,63 wobei drei Werte deutlich kleiner als 1 sind und zwei dicht unterhalb der Rentabilitätsschwelle liegen. Bei Einbeziehung der Staukosten liegt die Bandbreite zwischen 0,31 und 4,36 und nur noch ein Wert ist kleiner als 1. Zwei Anlagen arbeiten kostendeckend. Diese Zahlen sind Schätzwerte. Die Anlagentechnik befindet sich auf dem neuesten Stand. Technische Neuerungen gibt es im Bereich der Sprühtechnik. Die neu entwickelten Micro-FAST Sprühstränge haben eine höhere Anzahl von Sprühdüsen und damit ein feineres und gleichmäßigeres Sprühbild bei einem gleichzeitig geringeren technischen Aufwand und können die Investitionskosten um rund ein Drittel senken. Im Bereich der Betriebskosten können Einsparungen bei der Wartung und den Reparaturkosten erwartet werden. Seit 2002 werden kurze Mini- oder mobile Sprühanlagen angeboten, die - wenn auch weniger aufwändig in ihrer Ausstattung - für den gleichen Einsatzzweck wie stationäre Anlagen gedacht sind. Erste positive Trends sind erkennbar.
Die Taumittel-Sprühanlage (TMS) auf der A 45 (Sauerlandlinie) ist mit ca. 6 km die längste in Deutschland. Die Anlage liegt zwischen 285 m und 412 m über NN und damit in einem klimatisch kritischen Bereich, in dem sich im Winter oft die Fahrbahnzustände durch Übergänge von Regen in Schnee und/oder positiven in negative Temperaturen sehr schnell ändern. Dies führte zu zahlreichen glättebedingten Unfällen und anhaltenden Staus. Um diese zu verringern wurde im Winter 1984/85 die TMS in Betrieb genommen. Nach dem Einbau der TMS sind die Unfälle aufgrund winterlicher Straßenverhältnisse im Streckenbereich der Anlage insgesamt um mehr als die Hälfte zurückgegangen. Eine besonders starke Absenkung von 85 Prozent war bei den Unfällen mit Leichtverletzten zu beobachten. Gegenüber der Absenkung von 60 Prozent bei Unfällen mit leichtem Sachschaden sanken die Unfälle mit schwerem Sachschaden nur um 25 Prozent. Mit den Untersuchungen der Bundesanstalt für Straßenwesen wurde der Nachweis der Wirtschaftlichkeit dieser Taumittel-Sprühanlage erbracht. Für die Planung weiterer Anlagen sowohl zur Entschärfung von Glatteisfallen als auch zur Unterstützung des konventionellen Winterdienstes auf besonders durch Winterglätte und starken Schneefall gefährdeten Streckenabschnitten werden individuelle Wirtschaftlichkeitsabschätzungen empfohlen.
Zwischen 1982 und 2003 wurden in der BRD 16 Taumittelsprühanlagen in Betrieb genommen. Planung, Bau und Betrieb dieser Anlagen wurden seither von der Bundesanstalt für Straßenwesen mit Untersuchungen begleitet. Zwölf Anlagen befinden sich auf Brücken, vier an Steigungs- bzw. Gefällestrecken. Vier Anlagen (sämtlich Brückenanlagen) befinden sich auf Bundesstraßen, zwölf auf Bundesautobahnen. An Steigungs- bzw. Gefällestrecken bilden sich bei plötzlichem starkem Schneefall in kurzer Zeit festgefahrene Schneedecken, die besonders von Lkw nicht mehr befahren werden können. Es bilden sich Staus. Auf Stahlbrücken bildet sich häufig schon zu einem früheren Zeitpunkt lokal begrenzte Glätte. Diese Glatteisfallen verursachen Unfälle. In beiden Fällen ist es wichtig, schnell zu handeln. Durch die TMS kann sofort Taustoff auf die Fahrbahn ausgebracht werden, der an Steigungen den Schnee räumfaehig hält und auf Brücken das Eis auftaut. Alle Anlagen können den konventionellen Winterdienst partiell sinnvoll ergänzen, ihn aber nicht ersetzen. Die Streckenabschnitte, in denen sich die Taumittelsprühanlagen befinden, zeigten vor deren Einbau Unfallauffälligkeiten. Die Zahl der Unfälle ist nach Installation einer Taumittelsprühanlage überall deutlich zurückgegangen. Auf der Basis der vorliegenden Kosten- und Nutzen-Daten konnte von insgesamt 16 Anlagen die Wirtschaftlichkeit von 13 Anlagen beurteilt werden. Davon wurden zwölf Taumittelsprühanlagen positiv eingeschätzt. Die Kostenseite umfasst die investiven Kosten und die Betriebskosten. Auf der Nutzenseite wurde sowohl betriebswirtschaftlicher als auch volkswirtschaftlicher Nutzen abgeschätzt. Dies sind auf der betriebswirtschaftlichen Seite vor allem eingesparte Sondereinsätze und Kontrollfahrten und auf der volkswirtschaftlichen Seite im Wesentlichen vermiedene Unfälle und Staus. Für die meisten Anlagen lagen mehr oder weniger vollständige Unfallzahlen vor, für die Staus gab es so gut wie keine dokumentierten Beobachtungen, so dass für die Schätzung von einer begründeten Annahme ausgegangen wurde. Die Wirtschaftlichkeitsfaktoren (Fw) bewegen sich ohne Berücksichtigung der Staukosten zwischen 0,19 und 2,63 wobei drei Werte deutlich <1 sind und zwei dicht unterhalb der Rentabilitätsschwelle liegen. Bei Einbeziehung der Staukosten liegt die Bandbreite zwischen 0,31 und 4,36 und nur noch ein Wert ist <1. Zwei Anlagen arbeiten kostendeckend. Diese Zahlen sind Schätzwerte. Die Anlagentechnik befindet sich auf dem neuesten Stand. Technische Neuerungen gibt es im Bereich der Sprühtechnik. Die neu entwickelten Micro-FAST Sprühstränge haben eine höhere Anzahl von Sprühdüsen und damit ein feineres und gleichmäßigeres Sprühbild bei einem gleichzeitig geringeren technischen Aufwand und können die Investitionskosten um rund ein Drittel senken. Im Bereich der Betriebskosten können Einsparungen bei der Wartung und den Reparaturkosten erwartet werden. Seit 2002 werden kurze Mini- oder mobile Sprühanlagen angeboten, die - wenn auch weniger aufwändig in ihrer Ausstattung - für den gleichen Einsatzzweck wie stationäre Anlagen gedacht sind. Erste positive Trends sind erkennbar.
Offenporige Asphaltbeläge besitzen mit 22 % Hohlraum im Belag und einer groben Kornstruktur an der Oberfläche einen wesentlich anderen Aufbau als dichte Beläge. Nach vorliegenden Erfahrungen und Ergebnissen von durchgeführten Untersuchungen erfordern die Belagseigenschaften der offenporigen Asphaltbeläge eine andere Anwendung von Tausalz. Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) führte in den vergangenen Jahren gemeinsam mit der Firma KOMMZEPT-Ingenieurbüro Hausmann umfangreiche Untersuchungen zum Salzeinsatz auf offenporigen Belägen durch. Dazu gehörten Laborversuche, Messungen zur Verweil- und Wirkungsdauer von Tausalz auf diesen Belägen und Auswertungen der Beobachtungen von Autobahnmeistereien in Bayern, Brandenburg und Niedersachsen. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass die offenporigen Beläge teilweise winterdienstlich anders behandelt werden müssen als die dichten Beläge. Die Offenporigen Asphalte besitzen im Vergleich zu dichten Belägen eine deutlich rauere Oberflächenstruktur. In den Poren des Belags fließt Wasser nicht vollständig ab. Durch Kapillarwirkungen lagert sich Wasser im Belag ähnlich wie in einem Schwamm ab. Dieses Wasser im Belag kann durch den Verkehr sogar wieder zur Oberfläche gesaugt werden, an der es bei Temperaturen unter 0 -°C vor allem nachts zu einer Eisschicht kommen kann. Aufgrund der größeren gebundenen Wassermengen muss mehr Salz auf offenporigen Asphalten gestreut werden. Ausgebrachtes Tausalz bleibt länger in den Oberflächenporen oder im Belag haften. Es wird im Vergleich zu dichten Belägen durch den Verkehr fast nicht zur Seite verweht. Vorbeugend ausgebrachtes Feuchtsalz dringt langsam in die Oberfläche ein. An den eigentlichen Kontaktflächen zum Reifen bleibt wenig haften. Deshalb ist der Einsatz von Tausalzlösungen bei Reifglätte oder geringer Feuchte (Nieselregen) wirkungsvoller.
Ziel einer von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) abgeschlossenen Versuchsreihe war es, zu prüfen, ob in der Klimakammer der BASt in Bergisch Gladbach Tauleistungsprüfungen nach dem "Inzeller Eisplattenverfahren" zu wiederhol- und vergleichbaren Ergebnissen führen. Die Untersuchung war notwendig geworden, nachdem 2002 die Außenstelle der BASt in Inzell geschlossen und das dortige Prüflabor mit Klimakammer auf dem Gelände der BASt in Bergisch Gladbach neu eingerichtet wurde. Neben der Untersuchung der Wiederhol- und Vergleichbarkeit der erzielten Messergebnisse ging es auch darum, den so genannten "menschlichen Faktor" zu bewerten. Die statistische Auswertung ergab eine hohe Verträglichkeit der Messwerte, das Ergebnis der Studie kann wie folgt zusammengefasst werden: - In der Klimakammer in Bergisch Gladbach lassen sich mit dem Inzeller Eisplattenverfahren bei Tauleistungsprüfungen wiederholbare Ergebnisse erzielen. - Ergebnisse aus früheren Prüfungen in der Klimakammer in Inzell sind mit künftigen Ergebnissen aus Bergisch Gladbach vergleichbar. - Der menschliche Faktor wirkt sich bei der Prüfung der Tauleistung nicht gravierend aus.
Tauleistungsmessungen im Labor widersprechen der häufig geäußerten Annahme, dass Feuchtsalz aufgrund der Anfeuchtung deutlich schneller reagiert als getrocknetes Natriumchlorid. Auf Eisplatten aufgetragenes trockenes Natriumchlorid beginnt praktisch sofort mit einer Tauwirkung. Die bessere Wirkung des Feuchtsalzes im Vergleich zu trocken ausgebrachten Tausalz in der Praxis entsteht nur durch wesentlich geringeren Verwehverluste während und nach dem Ausbringen. Ausgehend von dieser Erkenntnis entstand die Überlegung, inwieweit durch eine Verringerung des Lösungsanteils bei der Anfeuchtung des Trockenanteils (Anfeuchtungsgrad) im gleichen Umfang eine Verwehung verhindert werden kann. Eine Verringerung der Lösungsanteile soll Kosten für die Lösungen senken, die heute erforderliche, im Vergleich zum Trockensalz lange Ladezeit senken und gegebenenfalls die mögliche Lademenge von tauwirksamen Trockenstoffen für eine längere Streustrecke erhöhen. Zunächst fanden Tauleistungsmessungen im Labor mit Natriumchlorid und unterschiedlichen Anfeuchtungsgraden statt, anhand deren Ergebnissen sich keine Senkung der Tauleistung infolge der Reduzierung der Lösungsmenge bei gleichbleibendem Trockenstoffanteil ableiten ließ. Die Messergebnisse führten allerdings zu teilweise unterschiedlichen Aussagen, die vorrangig auf die Genauigkeit des Messverfahrens zurückgeführt werden. Durchgeführte Praxisversuche zeigten, dass eine reduzierte Anfeuchtung nicht zu höheren Verwehverlusten führen muss. Die Streubilder wurden dabei visuell beim Ausbringen durch eine Hinterherfahrt beurteilt. Ein geänderter Anfeuchtungsgrad führt nach den durchgeführten Beobachtungen zu einem geänderten Flugverhalten der Tausalze vom Streuteller. Dieses führte wiederum zu ungleichmäßigeren Verteilungen der Tausalze auf der Fahrbahn. Eine Korrektur dieses geänderten Wurfverhaltens war an den eingesetzten Streumaschinentypen nicht möglich. Anhand der Versuche waren auch sehr deutliche Unterschiede zwischen den eingesetzten Streumaschinentypen erkennbar. Während ein Maschinentyp eine Absenkung des Anfeuchtungsgrades unter 30 ohne wesentlich höhere Verwehverluste zulässt, hatte ein anderer Maschinentyp Schwierigkeiten, bei dem Anfeuchtungsgrad 30 eine vollständige Anfeuchtung zu erreichen. Eine verringerte Lösungsmenge ohne Erhöhung der Verwehverluste setzt nach den Beurteilungen eine optimale Anfeuchtungstechnik voraus, die bei einem eingesetzten Typ nach einer Korrektur des Wurfverhaltens auch erreichbar scheint. Diese Korrektur war aber an der eingesetzten Streumaschine nicht möglich. Ein weiteres wesentliches Ergebnis der Versuche war der Einfluss der Tausalze auf die Streubilder. Bei der Streudichte konnten bei gleichen Einstellungen Differenzen über 25 % infolge unterschiedlicher Salzqualitäten (Korngrößen, Feuchtigkeitsgehalt) erkannt werden. Ebenso ergab sich ein sehr unterschiedliches Wurfverhalten bei den unterschiedlichen Tausalzqualitäten. Diese Erkenntnisse zeigen den sehr hohen Einstellbedarf für die Streumaschinen in Bezug zu den eingesetzten Tausalzen. Da die genutzten Streumaschinen sich bei einem verringerten Anfeuchtungsgrad nicht so einstellen ließen, dass ein optimales Streubild erreicht wird, wurden die Untersuchungen eingestellt. Zwischenzeitlich erkannte Mängel an weiteren Streumaschinen aus dem laufenden Betrieb verschiedener Straßenbauverwaltungen mit dem FS30-Verfahren weisen auf einen erhöhten Prüf- und Justierbedarf hin. Diese Probleme müssen zunächst geklärt werden, bevor an eine weitere Optimierung der Tausalzausbringung gearbeitet wird. Technische Weiterentwicklungen der Streumaschinen für eine verringerte Anfeuchtung im Sinne des ursprünglich geplanten Projektzieles laufen ebenfalls. Die müssen dann gegebenenfalls in ihrer Wirkung geprüft werden.
Non-point sources of traffic-related pollution become a major concern as they " compared to the point-source inputs " are more difficult to be defined or controlled. It is crucial to evaluate the fraction of traffic-related contamination that is transported to the road surroundings as it could negatively impact soil, surface water and groundwater. This study describes two means through which pollutants leave the road to the surrounding environment. Three German motorways were selected (A4, A555, and A61), where runoff and deposits were analyzed to determine pollutant load moving into the roadside soil or into the drainage system. Each of the three motorways carries approximately 70,000 vehicles a day on 4 to 6 driving lanes; and they cover a broad range of truck participation in the total traffic load ranging from 5.4% to 19.8%. The three motorways represent several topographical and landscape features as forest with noise barrier and parallel as well as perpendicular orientation to the main wind direction. Sampling of runoff and deposition was done on monthly basis. Bulk deposition was collected in Bergerhoff vessels at two heights (1.5 m and 0.3 m above the ground) and in 1 m, 2.5 m, 5 m and 10 m distances from the road edge. The results showed that heavy metals as well as large amounts of mineral compounds are moving from the driving lanes into the roadside environment. This includes sodium from applying deicing salts in winter seasons, which could be found in soil, dust and water samples. Calcium and iron were also detected in almost comparable concentrations. The annual deposition flow (bulk deposition) measured at a height of 1.5 m was higher than the comparative values for urban areas and background measuring points. The spatial distribution of material deposition showed clear differences between the three motorways. The pollutant load in deposition measured near the ground surface was higher than those measured at 1.5 m above the land surface. At all three sites, a clear negative correlation between pollutant load and the distance from the roadside could be found. Nearly 90% of the concentration values of heavy metals in road runoff were below or in the range of the test values for seepage water in the German Soil Protection and Contamination Ordinance. The pH-values around 7 in runoff and adjacent soil provide a good retention capacity in the soil for the heavy metal input.
Die Forschungsarbeit hatte zu klären, ob beim Einsatz von Calciumchlorid(CaCl2) in Taumittelsprühanlagen beim Straßenwinterdienst die Möglichkeit einer besonderen Beeinträchtigung der Fahrbahngriffigkeit besteht. Die Untersuchungen zeigen, dass eine unerwartete Glätte auftreten kann, wenn CaCl2-Hexahydrat (CaCl2 x 6H2O) aus der Taumittellösung auf der Fahrbahn auskristallisiert. Voraussetzung hierfür sind aber klimatische Bedingungen, die im Winter selten auftreten: niedrige relative Luftfeuchtigkeiten (kleiner 43 Prozent) bei Temperaturen um 0-° Celsius. Besondere Glätte ist vor allem dann festzustellen, wenn in der Übergangsphase neben dem auskristallisierten CaCl2-Hexahydrat auch CaCl2-Lösung vorhanden ist. Das Ausmaß der Glättebildung wurde unter Variation der Parameter CaCl2-Menge, Makro- und Mikrotextur der Fahrbahn sowie der relativen Luftfeuchtigkeit in umfangreichen Messreihen mit dem SRT-Gerät in einer Klimakammer näher ermittelt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass bei größeren CaCl2-Ansammlungen die Griffigkeit bis unter das Niveau absinken kann, dasgegeben ist, wenn Heizöl auf die Fahrbahn ausgeflossen ist. Die Ergebnisse machen ferner deutlich, dass eine Hydratschicht von 1/100 Millimeter Dicke bereits ausreicht, die Elemente der Mikrorauheit der Fahrbahnoberfläche weitgehend außer Kraft zu setzen, die für die Griffigkeitswirkung der Oberfläche bei Nässe verantwortlich sind. Auf Belägen mit überdurchschnittlichen Texturausprägungen sind aber CaCl2-Konzentrationen bis 5 Gramm pro Quadratmeter CaCl2 (Feststoff) unkritisch. Es wird vorgeschlagen, im Rahmen der Erhaltung der Fahrbahnbeläge im Bereich von Taumittelsprühanlagen stets für eine überdurchschnittliche Rauheit und Griffigkeit zu sorgen und über die Steuerung der Taumittelsprühanlagen die Ansammlung größerer CaCl2-Mengen (über 5 Gramm pro Quadratmeter) zu unterbinden.