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Ausführungsqualität von Stahl- und Spannbetonwerken an Bundesfernstraßen : Erfassung und Auswertung
(2000)
Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde in Zusammenarbeit mit der Universität-Gesamthochschule Essen untersucht, ob die angestrebte Ausführungsqualität beim Neubau von Stahlbeton- und Spannbetonbauwerken an Bundesfernstraßen erreicht wird. Zur Beantwortung dieser Fragen hat die BASt auf der Grundlage der geltenden Regelwerke, der vorliegenden Kenntnisse und der Baustellenerfahrungen Prüflisten für die wesentlichen Arbeitsvorgänge auf der Baustelle in Anlehnung an das Merkblatt für die Bauüberwachung von Kunstbauten (M-BÜ-K) erarbeitet. Die Straßenbauverwaltungen der Länder haben vor Beginn der Maßnahme ihre geplanten Bauwerke gemeldet. Für die Untersuchung der Bauwerke war es wichtig, eine möglichst ausgewogene Auswahl aus der Gesamtmenge der gemeldeten Bauwerke zu treffen. Der Zeitraum für die Hauptbegehungen sollte sich über ein Jahr erstrecken, um alle jahreszeitlichen Witterungsbedingungen berücksichtigen zu können. Dabei wurden möglichst alle Querschnittsformen, Bauweisen und Herstellungsverfahren der Überbauten berücksichtigt. Weiterhin wurden alle gängigen Spannverfahren berücksichtigt. Das Gesamtbauvolumen der ausgewählten Bauwerke lag über 400 Millionen DM. Während der Hauptphase fanden insgesamt 70 Begehungen statt. Dabei wurden insgesamt 300 "starke Abweichungen vom Sollzustand" festgestellt. Der Großteil der beobachteten Mängel trat auf bei der Verlegung der Bewehrung aus Beton- und Spannstahl, der Herstellung der Schalung, dem fertigen Beton, dem Ausschalen sowie der Nachbehandlung. Die festgestellten Mängel lassen sich im Wesentlichen zurückführen auf: - Mangelnde Qualität der Ausführungspläne (Nichtbeachtung der Forderungen der ZTV-K, keine Angabe von Rüttel- und Füllgassen, keine Darstellung der Spanngliedverankerungen in den Bewehrungsplänen, nicht eindeutige Darstellung der Bereiche mit komplizierter Bewehrungsführung); - mangelnde Qualität der Arbeitsvorbereitung; - mangelndes Qualitätsbewusstseins bei der Bauausführung - zum Teil wegen Zeit- und Kostendrucks. Insgesamt kann festgestellt werden: Bei sachgerechter Umsetzung der vorhandenen Regelungen hätten die meisten Mängel vermieden werden können; - Die vorhandenen Regelungen (insbesondere das M-BÜ-K) sind zur Erzielung der geforderten Ausführungsqualität ausreichend. Definitive Lücken gibt es ebensowenig wie krasse Überregulierungen. Den externen Bauüberwachern waren die Regelungen des M-BÜ-K in wesentlich geringerem Umfang als den Bauüberwachern der Straßenbauverwaltungen bekannt; - Wenngleich die ZTV-K Anforderungen zur Entwurfsgestaltung enthalten und sich in den RAB-BRÜ Hinweise zur Ausführung finden, werden diese in den Ausführungsplänen oft nicht umgesetzt; - Für die von Ämtern der Straßenbauverwaltungen überwachten Bauwerke stand häufiger zu wenig Personal zur Verfügung mit der Folge, dass den Bauüberwachern eine regelwerksgerechte Bauüberwachung aus Zeitgründen nicht möglich war.
Es wird über die nichttechnische Begleitforschung zum Autonotfunk berichtet. Die Wirkung des Autonotfunks im Rettungswesen wird abgeschätzt und eine zusammenfassende Beurteilung des Systems vorgenommen. Aus den Wirkungen wird abgeleitet, dass durch die Verkürzung der Rettungszeit um eine Minute zwischen 0,26 und 0,66 Prozent der Unfalltoten vermieden werden können. Bei einer Ausstattungsquote von 10 Prozent aller Kraftfahrzeuge werden Investitionskosten von 700 Millionen DM berechnet, für die Relaisstellen bei etwa 4.000 Anlagen ca. 1,1 Milliarde DM. Hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit wird bei einer 5- bis 10 prozentigen Ausstattung mit Mobilgeräten ein in etwa ausgeglichenes Nutzen/Kostenverhältnis erwartet. Die Projektgruppe empfiehlt mehrheitlich die bundesweite Einführung des Autonotfunks.
Bankettmaterialien müssen zwei Anforderungen erfüllen, die von verschiedenen Bestandteilen der Böden gewährleistet werden. Aufgrund der Verkehrssicherheit müssen sie eine dauerhaft hohe Tragfähigkeit aufweisen, damit von der Fahrbahn abkommende Fahrzeuge nicht einsinken und verunfallen. Die Tragfähigkeit und Standfestigkeit der Böden wird hauptsächlich durch den Kiesanteil der Böden erreicht. Da im Bereich des Banketts Straßenoberflächenwasser versickert, müssen sie andererseits ein möglichst hohes Schadstoffrückhalte- und -bindevermögen aufweisen, um den Untergrund und das Grundwasser zu schützen. Dies wird durch die Sand- und Feinanteile der Böden erreicht. Bei den bestehenden Bauweisen besteht nach Auffassung einiger Straßenbauverwaltungen der Länder ein Optimierungsbedarf. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit sollten diese Bauweisen überprüft und ggf. weiter entwickelt werden, um noch stärker den bau-, als auch den umwelttechnischen Ansprüchen gerecht zu werden. Dabei werden die Bankette aus einem Gemisch von Gesteinskörnungen bzw. rezyklierten Baustoffen der Körnung 0/32 mm mit Feinkorn bzw. Oberboden hergestellt. Geeignete Zusammensetzungen waren durch Untersuchungen im Labor- und Technikumsmaßstab zu ermitteln. 18 Gemische von Gesteinskörnungen und Baustoffen der Körnung 0/32 mm mit unterschiedlichen Feinkorn- bzw. Oberbodenanteilen wurden in Bezug auf ihre Tragfähigkeit (CBR-Versuche) und Durchlässigkeit im Labor untersucht. Unter Berücksichtigung der Laborergebnisse wurden im Technikumsmaßstab Versuche mit vier Mischungen zur Ermittlung der Tragfähigkeit und des Verformungsverhaltens mittels statischen und dynamischen Verformungsmoduln durchgeführt. Basierend auf den Versuchsergebnissen sollte der Feinkornanteil der Bankettmaterialien einen Wert von 15 M.-% nicht übersteigen. Mit solchen Materialien sollte ein Verformungsmodul Ev2 ≥ 60 MN/m2 bzw. Evd ≥ 30 MN/m2 bei einem Verdichtungsgrad von DPr = 100 % sicher erreichbar sein. Falls eine höhere Tragfähigkeit für Bankette erforderlich ist, sollte der Feinkornanteil der Materialien ggf. weiter beschränkt werden.
Der Bauwerksbestand in Bundesfernstraßen und gleichermaßen in Landes-, Staats- und Kommunalstraßen stammt zum überwiegenden Teil aus der Phase des Wiederaufbaus Deutschlands in den Jahren 1960-1980. Die Bauwerke haben somit ein durchschnittliches Alter von 30 bis 50 Jahren erreicht, was sich inzwischen an zunehmenden Schäden an den Bauwerken zeigt. Die ständige Beobachtung und Prüfung der Bauwerke erhält somit eine zentrale Bedeutung im Rahmen der Sicherheitsphilosophie des Ingenieurbaus und des Bauwerksmanagementsystems. Bauwerksprüfungen nach DIN 1076 sind daher in Zukunft ein wichtiger werdendes Aufgabenfeld, für das gut ausgebildetes und geschultes Personal vorhanden sein muss, um den sehr komplexen Bauwerksbestand richtig beurteilen zu können. Wegen des weiter voranschreitenden Personalabbaus bei den Verwaltungen, wird es dabei zunehmend notwendig werden auch Externe mit dieser verantwortungsvollen Aufgabe zu betrauen. Hierzu ist es Voraussetzung, dass auch diese Bauwerksprüfingenieure die notwendige Qualifikation und Erfahrung haben.
In der Vergangenheit stiegen die Verkehrsbelastung und der Anteil des Schwerverkehrs auf deutschen Straßen und Autobahnen nahezu stetig. Dies wird sich auch in der Zukunft fortsetzen. Um auch zukünftig Mobilität gewährleisten zu können, sind Bauweisen mit maximaler Nutzungsdauer und minimalen Erhaltungsaufwendungen erforderlich. In Deutschland werden Betonfahrbahndecken als unbewehrte direkt befahrene Betonfahrbahnplatten mit Querfugen in regelmäßigen Abständen gefertigt und für Nutzungsdauern von 30 Jahren konzipiert. Die Querfugen stellen dabei den schwächsten Bereich in der Konstruktion dar. Betonfahrbahndecken können auch als Durchgehend Bewehrte Betonfahrbahndecke gefertigt werden. Dabei stellt sich ein freies Rissbild mit schmalen Plattenstreifen ein. Um eine Querkraftübertragung zu sichern, wird die Rissöffnungsweite durch die Anordnung einer durchgehenden Längsbewehrung beschränkt. Die Erfahrungen zeigen, dass mit dieser Bauweise eine längere Nutzungsdauer und ein höherer Fahrkomfort erreicht werden und weniger Erhaltungsmaßnahmen erforderlich sind. Durchgehend Bewehrte Betondecken eignen sich besonders gut für eine Asphaltüberbauung, da es keine Querfugen als Störstellen gibt. Diese Komposition hat das Potenzial für eine Nutzungsdauer von 50 Jahren und erfordert geringere Kosten, wenn man den gesamten Lebenszyklus betrachtet. Um baupraktische Erfahrungen zu sammeln, wurde im Jahr 2011 auf der Bundesautobahn (BAB) A 94 bei Forstinning in Bayern eine Versuchsstrecke eingerichtet. Diese besteht aus drei Abschnitten von je etwa 4 km Länge: Durchgehend Bewehrte Betondecke mit DSH-V-Überbauung, unbewehrte Betondecke in Plattenbauweise mit DSH-V-Überbauung und unbewehrte Betondecke in Plattenbauweise mit Grinding-Oberfläche. Erste Ergebnisse bezüglich Rissbildung, Bewegungen an den Endspornen, Haftverhalten des Blacktopping und der Schallmessungen liegen vor.
Bei Straßenverkehrsunfällen werden volkswirtschaftliche Ressourcen vernichtet und die Leistungsfähigkeit des Wirtschaftssystems entsprechend beeinträchtigt. Die Bewertung der volkswirtschaftlichen Schäden ist unerlässlich, um Maßnahmen zur Verringerung von Straßenverkehrsunfällen beurteilen zu können. Das Bewertungsverfahren zur Ermittlung der volkswirtschaftlichen Kosten durch Straßenverkehrsunfälle wurde in den letzten Jahren sowohl für Personen- als auch für Sachschäden überarbeitet. Mit dem neuen Verfahren wurde das Unfallgeschehen von 1995 bis 1998 bewertet. Die Entwicklung der Unfallkosten zeigt, dass eine erfolgreiche Verkehrssicherheitspolitik zu einer erheblichen Kostenentlastung der Volkswirtschaft und entsprechender Steigerung der Lebensqualität beitragen kann. Allein im betrachteten Zeitraum von 4 Jahren haben Straßenverkehrsunfälle volkswirtschaftliche Kosten in Höhe von fast 280 Milliarden DM verursacht. Diese Kosten sind ein Beleg dafür, dass die Verbesserung der Verkehrssicherheit eine verkehrspolitische Daueraufgabe ersten Ranges bleibt. Gleichzeitig wurden nach Ortslagen differenzierte Unfallkostensätze ermittelt, die als Eingangsdaten für gesamtwirtschaftliche Wirtschaftlichkeitsanalysen von Straßenverkehrsmaßnahmen - zum Beispiel nach den "Empfehlungen für Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen von Straßen" (EWS 97) - dienen.
Das Forschungsvorhaben verfolgte das Ziel, die Applikation der Oberflächenhydrophobierung bei Betonfahrbahndecken zu optimieren und deren Einfluss auf die schädigende AKR zu bewerten. Die Literaturrecherche zum Stand der Technik ergab, dass bisher primär Silane zur Hydrophobierung von Betonen mit erhöhtem AKR-Schädigungspotenzial im Betonstraßenbau mit unterschiedlichem Erfolg Anwendung fanden. National beschränken sich die Erfahrungen auf den praktischen Einsatz von WA65 auf wenige BAB-Abschnitte (A 9 und A 14). Wissenschaftliche Untersuchungen hierzu fehlen. Vor diesem Hintergrund erfolgten umfangreiche Laboruntersuchungen am Bestands- und Laborbeton zur: - Optimierung der Applikation des Hydrophobierungsmittels, - Bewertung der Dauerhaftigkeit der hydrophobierten Betonrandzone, - Analyse der Auswirkungen der Oberflächenhydrophobierung auf den AKR-Schädigungsprozess. Als Hydrophobierungsmittel kamen die auf dem Wirkstoff Oktyltriethoxysilan basierenden Produkte WA65 und LM7 als Emulsion und GEL30 (Acrylatgel) zum Einsatz. Ihr Verhalten im neu entwickelten Applikationstest war beim Bestandsbeton deutlich schlechter als beim Laborbeton. Hier erwiesen sich WA65 und LM7 als gleichwertig brauchbar, während die geprüfte Modifikation des GEL30 aufgrund seiner geringen Eindringtiefe abzulehnen ist. Bei den aufbauenden Untersuchungen wurden folgende Erkenntnisse gewonnen: - Nachweis der Dauerhaftigkeit der hydrophobierten Betonrandzone im zyklischen Schwingversuch mit aufstehender Prüflösung (exemplarischer Test mit WA65), - Nachweis der Verminderung des AKR-Schädigungsprozesses durch Applikation von WA65 bzw. LM7 auf Bestands- und Laborbeton mittels Klimawechsellagerung (Beaufschlagung mit NaCl-Lösung). Mit einem Langzeitmonitoring des Feuchte- und Salzhaushalts in ausgelagerten Ausbausegmenten mit unterschiedlicher Schadensausprägung im Bereich der Querscheinfuge wird langfristig die dortige Gefahr der Hinterläufigkeit der hydrophobierten Betonrandzone untersucht und bewertet.
Bewertungshintergrund für den Widerstand gegen Polieren von Gesteinskörnungen nach dem PWS-Verfahren
(2016)
In den Jahren ab 1959 wurde an der Technischen Universität Berlin von B. Wehner und seinem Assistenten K.-H. Schulze eine Prüfeinrichtung entwickelt, mit der die Polierresistenz von groben und feinen Gesteinskörnungen ermittelt werden konnte. Ende der 1990er Jahre waren die noch existierenden Prüfeinrichtungen nicht mehr gebrauchstauglich. Dies bewog 1999 dazu, einen modernisierten Nachbau unter Beibehaltung wesentlicher Maschinenparameter durchzuführen. Bei Vergleichsuntersuchungen stellte sich heraus, dass mit den Prüfeinrichtungen der 2. Generation ein abweichendes Messwerte-Niveau ermittelt wird. Um den aus einer Vielzahl von Forschungsarbeiten aufgestellten Bewertungshintergrund und die daraus abgeleiteten Anforderungswerte weiter nutzen zu können, musste dieser auf die neue Gerätegeneration übertragen werden. Durch Untersuchungen an unterschiedlichen Prüfkörnungen verschiedener Gesteine wurde der Erwartungsbereich für die Polierwerte PWS ermittelt und damit ein Bewertungshintergrund aufgestellt. Durch die Vergleichsuntersuchungen an den Rückstellproben aus der TU Berlin konnte für die Prüfkörnungen 8/11 und 0,2/0,4 mm eine direkte Übertragung von bestehenden Anforderungswerten auf die aktuelle Gerätegeneration vorgenommen werden. Die Unterschiede in den Messwerte-Niveaus zwischen den Gerätegenerationen konnten quantifiziert werden. Die Spreizung der Polierwerte bleibt trotz dieser Veränderung gleich. Um einen aktuellen Vergleich zwischen den Polierverfahren PWS und PSV herzustellen, wurden Gesteinskörnungen aus Lagerstätten aufgenommen, die auch in einer parallel laufenden PSV-Forschungsarbeit genutzt wurden. Für die 2. Gerätegeneration der Prüfanlage Wehner/Schulze wurde somit erstmalig ein Zusammenhang zum Polierverfahren PSV hergestellt. Es wird empfohlen, den bestehenden Anforderungswert für die Polierresistenz von feinen Gesteinskörnungen in Deckschichten aus Beton auf Grund der durchgeführten Untersuchungen anzupassen und die vorgeschlagenen Anforderungswerte für die groben Gesteinskörnungen durch eine Datensammlung abzusichern.
Die Ermittlung von Grundunfallkostenraten und Quantifizierung von Zuschlägen für Landstraßenquerschnitte sind Ziel dieses Forschungsvorhabens. Die Ergebnisse sollen eine Bewertungsgrundlage im Handbuch für die Verkehrssicherheit von Straßen (HVS) darstellen. 3.600 km Landstraße aus sechs Bundesländern liegen dem Untersuchungskollektiv zu Grunde. Neben dem mehrjährigen Unfallgeschehen bilden Daten der SIB und Erhebungen aus Streckenbefahrungen die Datengrundlage der Untersuchungen. Die Zuordnung der Streckenabschnitte erfolgte in Anlehnung an den Entwurf der Richtlinie für die Anlage von Landstraßen (RAL) in fünf verschiedene (Regel-) Querschnittsgruppen. Multivariate Modelle zur Beschreibung der Unfallhäufigkeit bilden die mathematische Grundlage der Analyse. Gegenüber monokausalen Betrachtungen weisen sie den Vorteil auf, eine Vielzahl von Einflussgrößen zu erfassen sowie mögliche Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Variablen zu berücksichtigen. Für die verschiedenen Straßenquerschnitte und Einmündungen mit Vorfahrtregelung durch Verkehrszeichen wurden jeweils drei Modelle nach Unfallschwere erstellt. Zu Grunde liegende Merkmale wurden auf ihren signifikanten Erklärungsanteil zur Beschreibung der Unfallhäufigkeit geprüft und entsprechend im Modell als Zuschlag berücksichtigt. Auf Basis dieser Ergebnisse wurden Funktionen zum Verlauf der Unfallrate und Unfallkostenrate erzeugt. Grundunfallkostenraten beschreiben das fahrleistungsbezogene Unfallkostenniveau eines Netzelements, welches bei regelkonformem Ausbau der Strecke erreicht werden kann. Da in den Modellen auch Merkmale berücksichtigt sind, die kein Defizit im eigentlichen Sinne darstellen, entspricht die Höhe der UKR ohne jegliche Zuschläge einem Grundniveau. Diesem sind Zuschläge, unterteilt in Defizite und die Streckencharakteristik beschreibende Eigenschaften, zuzuordnen. Anhand der Modelle kann nachgewiesen werden, dass verschiedene Straßenquerschnitte ein unterschiedliches Grundsicherheitsniveau aufweisen. Zwischen Unfallhäufigkeit und DTV besteht ein nichtlinearer Zusammenhang. Die Unfallrate bzw. Unfallkostenrate stellt somit eine vom DTV abhängige Kenngröße dar. In Abhängigkeit des Querschnitts besitzen verschiedene Merkmale einen Einfluss auf die Verkehrssicherheit. Die Größenordnung der Zuschläge kann als Anteil am Grundniveau der UKR beschrieben werden. Die ermittelten Zuschläge wurden ggf. vergleichend betrachtet und im Rahmen einer plausibilisierten Bewertung der Querschnitte angepasst. In Anlehnung an das HVS erfolgt die Darstellung der Berechnung für Grundunfallkostenraten und deren Zuschläge für Landstraßenquerschnitte. Dabei werden zwei verschiedene Ansätze vorgestellt. Die Ergebnisse für Einmündungen mit Vorfahrtregelung durch Verkehrszeichen besitzen empfehlenden Charakter.
Eine Zielsetzung dieses Forschungsprojekts war es, die bisher im Entwurf des "Handbuchs für die Bewertung der Verkehrssicherheit" (HVS) aus dem Jahr 2008 für Strecken und Knotenpunkte von Landstraßen und Autobahnen gesetzten Werte für Grundunfallkostenraten (gUKR) und Zuschläge zu diesen Unfallkostenraten (zUKR) bei Abweichungen vom richtliniengerechten Ausbau durch praktische Anwendung zu überprüfen und gegebenenfalls Vorschläge für erforderliche Modifikationen zu unterbreiten. Dazu erfolgte eine beispielhafte Anwendung des standardisierten Verfahrens nach dem HVS-Entwurf 2008 zur Ermittlung von standardisierten Unfallkostenraten bei einer größeren Zahl von konkreten Planungsmaßnahmen, wobei auch die Praxistauglichkeit dieses Verfahrens beurteilt werden sollte. Darüber hinaus wurde im Rahmen des Forschungsprojekts ein zwischenzeitlich vorliegendes, auf der Basis von so genannten "Verallgemeinerten Linearen Modellen" (GLM) entwickelter Ansatz zur Abschätzung von standardisierten Unfallkostenraten von Landstraßen auf das Kollektiv der Autobahnen erweitert. Es zeigte sich, dass das standardisierte Verfahren des HVS-Entwurfs 2008 auf der Grundlage von strecken- und knotenpunktspezifischen Grundunfallkostenraten und Zuschlägen auf Grund nicht regelgerechter Planung nach einer gewissen Einarbeitungszeit für einen Planer, der Sicherheitsbewertungen durchführen soll, einfach anwendbar ist. Die Anwendung des Verfahrens bei den ausgewählten Planungsmaßnahmen zeigte, dass sehr niedrige Unfallkostenraten von sicheren Landstraßen und Autobahnen mit dem Modellansatz ebenso wenig abgebildet werden können wie sehr hohe Unfallkostenraten, wie sie bei Unfallhäufungsstellen beobachtet werden können. Die mit den entwickelten Modellansätzen ermittelten standardisierten Unfallkostenraten haben eine relativ schmale Bandbreite. Das standardisierte Verfahrensmodell des HVS-Entwurfs 2008 ist deshalb nicht geeignet, für einzelne Netzelemente das Unfallgeschehen zu prognostizieren, es dient vielmehr dazu, die Sicherheitswirkungen bestimmter Entwurfselemente, besser als bisher, quantitativ abzuschätzen. Die aus den Untersuchungen resultierenden konkreten Vorschläge für die Weiterentwicklung des Verfahrens sollen dem Arbeitsausschuss 2.13 "Verkehrssicherheitsbewertung von Straßen" der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) als Grundlage für die weiterführenden Beratungen dienen.