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Diese Forschungsarbeit beschäftigt sich mit der Ergänzung des Hinweispapiers "Hinweise zur Wirksamkeitsschätzung und Wirksamkeitsberechnung von Verkehrsbeeinflussungsanlagen" und der Untersuchung der bestehenden Verfahren zur Wirksamkeitsschätzung. Das Ziel dieser Forschungsarbeit ist es für die noch fehlenden Verkehrsbeeinflussungstypen ex-ante Wirksamkeitsschätzungen zu erarbeiten. Die Verfahren sollen primär einfach in ihrer Handhabung sein und im Detaillierungsgrad bezüglich der Datengrundlage variieren können. Ein weiteres Ziel war es die im Hinweispapier beschriebenen Verfahren auf ihre Anwendbarkeit hin zu überprüfen. Um die unterschiedlichen Wirkungen bezüglich Verkehrsfluss und Verkehrssicherheit von Verkehrsbeeinflussungsanlagen (VBA) zu ergründen wurde eine internationale Literaturrecherche durchgeführt. Zudem wurde nach bereits bestehenden Verfahren in anderen Ländern zur ex-ante Wirksamkeitsschätzung recherchiert. Es wurde festgestellt, dass es international kaum Verfahren und Untersuchungen zur Vorabschätzung der Wirkung von Verkehrsbeeinflussungsanlagen gibt. Als Primärindikator für die Bewertung der Wirksamkeit von Verkehrsbeeinflussungsmaßnahmen hinsichtlich der Verkehrssicherheit gilt deren Einfluss auf Unfallzahlen, d. h. auf die Unfallhäufigkeit bezogen auf die "Exposition" (bei VBA ist dies im Wesentlichen die Verkehrsmenge). Zur Schätzung der Wirksamkeit von VBA auf die Verkehrssicherheit bedarf es Verfahren, die die voraussichtliche Veränderung der Unfallhäufigkeit infolge einer VBA-Maßnahme ermitteln. Indikatoren zur Bewertung der Wirksamkeit bezüglich Verkehrsfluss sind hauptsächlich Reisezeitersparnisse durch Reduzierung der Anzahl von Situationen mit Verkehrszusammenbrüchen. Die Wirksamkeitsschätzung im Vorfeld geht von Annahmen aus, die das Potential bezüglich der Zeitkostenersparnis bewerten. So wurde im Rahmen des Projektes ein neues Verfahren zur Vorabschätzung von Netzbeeinflussungsanlagen bezüglich Verkehrssicherheit entwickelt. Zudem wurden neue Verfahren für Knotenbeeinflussungsanlagen zur ex-ante Wirksamkeitsschätzung von Verkehrsfluss und Verkehrssicherheit konzipiert. Die neu entwickelten, sowie die bereits bestehenden Verfahren, wurden in Excel-Dateien anwenderfreundlich umgesetzt. Eine einfache und komfortable Nutzung der Verfahren zur Ermittlung der Wirksamkeit aller VBA-Typen hinsichtlich Verkehrsfluss und Verkehrssicherheit ist dadurch möglich. Alle ex-ante Verfahren wurden an Hand von realen Daten aus geeigneten Testfeldern auf ihre Anwendbarkeit hin überprüft. Zur Kontrolle der Sensitivität unterschiedlicher Datenquellen für die Verfahren wurden alle Eingangsgrößen mittels einer Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse, kurz FMEA, geprüft. Abschließend wurden Ergänzungsvorschläge zum bereits bestehenden Hinweispapier "Hinweise zur Wirksamkeitsschätzung und Wirksamkeitsberechnung von Verkehrsbeeinflussungsanlagen" erarbeitet, sowie weiterer Forschungsbedarf zur Verbesserung und Erweiterung der neuen sowie der bestehenden Verfahren angemerkt. Die Verfahren zur Wirksamkeitsschätzung wurden in Excel-Dateien umgesetzt und können u.a. unter der Email-Adresse wirksamkeit-vba@vt.bv.tum.de angefordert werden.
Bei Wellstahlbauwerken handelt es sich um wirtschaftliche und dauerhafte Ingenieurbauwerke für die Unterführung von Verkehrswegen, die sich seit Jahrzehnten in der Anwendung bewährt haben. Hierbei werden wellprofilierte biegeweiche Stahlrohre in den Boden eingebettet und als Unterführungsbauwerke benutzt. Die Lastabtragung der eingebetteten biegeweichen Stahlrohre basiert auf einer Interaktion der Rohrschale mit dem umgebenden Boden und erfolgt deshalb hauptsächlich in Ringrichtung. Die Bemessung von Wellstahlbauwerken erfolgt in Deutschland derzeit gemäß den Allgemeinen Rundschreiben Straßenbau (ARS) Nr. 20/1997 und Nr. 12/1998. Die darin aufgeführten Bemessungsregeln stammen aus den 70iger Jahren und basieren auf der Veröffentlichung (KLÖPPEL & GLOCK, 1970). Diese Bemessungsregeln beruhen jedoch noch auf dem damals üblichen Globalsicherheitskonzepts für die Nachweisführung und genügen nicht mehr den Anforderungen der neuen europäischen Normengenerationen deren Sicherheitsphilosophie auf dem Teilsicherheitskonzept beruht. Im Zuge der nationalen Einführung der europäischen Bemessungsnormen (Eurocodes) im Straßenbau in Form der DIN-Fachberichte werden derzeit auch die bestehenden Bemessungsrichtlinien für Wellstahlbauwerke überarbeitet und sollen zukünftig in die Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten (ZTV ING, Teil 9, Abschnitt 4) aufgenommen werden. Neben allgemeinen Änderungen und Anpassungen der Einwirkungen wird bei der Überarbeitung hinsichtlich der Bemessung hauptsächlich die Umstellung der Nachweise vom Globalsicherheitskonzept auf das Teilsicherheitskonzept vollzogen. Durch diese Überarbeitung der bestehenden Richtlinien für Wellstahlbauwerke werden im Hinblick auf die Bemessung von Wellstahlbauwerken wesentliche Änderungen herbeigeführt, die eine genauere Betrachtung und ggf. Anpassung der Bemessungsrichtlinien erfordern. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde daher auf Grundlage von vergleichenden Betrachtungen die Anwendung der neuen Bemessungsrichtlinien fuer Wellstahlbauwerke erprobt, sowie das vorliegende Sicherheitsniveau im Vergleich zu den bisher bestehenden Bemessungsrichtlinien für Wellstahlbauwerke überprüft. Der Schwerpunkt der durchgeführten Untersuchungen lag daher auf der Durchführung von umfangreichen Vergleichsberechnungen an unterschiedlichen Einbausituationen von Wellstahlbauwerken, anhand derer die Auswirkungen der Regelwerksumstellung aufgezeigt wurden. Ergänzend zu diesen Vergleichsberechnungen wurden separate Untersuchungen zum Nachweis der Schraubenverbindung und zum Nachweis am Schrägschnitt durchgeführt. Ferner wurde in Form von Stabwerksberechnungen nach Theorie II. Ordnung noch das Stabilitäts- und Beanspruchungsverhalten von Wellstahlbauwerken mit großen Spannweiten untersucht. Auf Grundlage der durchgeführten Untersuchungen und Vergleichsberechungen konnten für Wellbauwerke nachfolgende wesentliche Erkenntnisse und Empfehlungen für die weitere Überarbeitung des Regelwerks abgeleitet werden: - Mit Ausnahme des Nachweises "Durchschlagen des Bauwerksscheitel für h/s < 0,7" führt die vorgenommen Umstellung des Nachweiskonzepts zu keinen wesentlichen Änderungen des Sicherheitsniveaus. Für diesen Nachweis wird empfohlen, auch zukünftig das höhere Sicherheitsniveau für gedrungene Querschnittsformen mit h/s < 0,7 aufrecht zu erhalten. - Die Anpassung bzw. Erhöhung der Verkehrslast von 45 kN/m2 auf 65 kN/m2 führt mit Ausnahme des Nachweises "Grundbruch im Scheitel" lediglich zu einer effektiven Vergrößerung der Beanspruchung von max. 13%. Dies begründet sich in erster Linie durch den Wegfall des Schwingbeiwertes im neuen Regelwerk. - Bezüglich der Schraubenverbindung wird empfohlen, die Festlegung der Tragfähigkeit gemäß den europäisch harmonisierten Regeln in DIN EN 1990:2002 durchzuführen. - Beim Nachweis "Grundbruch im Scheitel" kommt es infolge der Umstellung des Regelwerks zu größeren Änderungen des Sicherheitsniveaus, das in erster Linie das Ergebnis der Nachweisführung selbst und der Lastanpassung ist. Will man wie bei allen anderen Nachweisen, das bestehende Sicherheitsniveau beim Übergang vom alten ins neue Regelwerk weitestgehend aufrecht erhalten, so sind weitere Maßnahmen erforderlich. - Es wird empfohlen den im alten Regelwerk festgelegten Anwendungsbereich bzgl. der Spannweite und der Überdeckung auch im neuen Regelwerk bei zu behalten.
Die Festlegung der Salzdosierung (Streudichte) wird in der aktuellen Winterdienstpraxis zumeist vom Einsatzpersonal auf den Fahrzeugen vorgenommen. Aus der Auswertung von automatisierten Datenaufzeichnungen ist bekannt, dass dabei persönliche Erfahrungen eine wesentliche Rolle spielen. Das drückt sich darin aus, dass beim Vergleich des Dosierverhaltens von mehreren Mitarbeitern unter vergleichbaren Randbedingungen der durchschnittlich eingestellte Dosierwert bis zu 100 % abweicht. Das von der Bundesanstalt für Straßenwesen (Bergisch Gladbach, Deutschland) in Auftrag gegebene Pilotprojekt "Optimierung der Streustoffausbringung " Modell zur Festlegung der objektiv notwendigen Streudichten im Straßenwinterdienst" hatte die Minimierung von "subjektiven Faktoren" bei der Taustoffanwendung zum Ziel. Aufbauend auf dem Phasendiagramm für die Mischung von NaCl und H2O wurde ein Berechnungsalgorithmus entwickelt, der Temperatur und Wasserfilmdicke auf der Fahrbahn in wählbaren Prognosezeiträumen berücksichtigt. Die stündlich aktualisierten Prognosedaten werden während der Einsatzfahrt des Winterdienstfahrzeuges übermittelt und haben direkten Einfluss auf die Streudichte. Neben den Prognosedaten haben auch technologische und streckenbezogenen Randbedingungen direkten Einfluss auf die berechnete Streudichte. Technologische Randbedingungen sind die Streutechnologie (wahlweise FS 30 oder FS 100) und der Prognosezeitraum. Zu diesem Zweck wurden vier Fahrzeuge von Autobahnmeistereien in Brandenburg und Nordrhein-Westfalen mit Bordcomputern ausgestattet, mit denen Daten kurzfristiger Wetterprognosen des Deutschen Wetterdienstes (Zeithorizont: 3 Stunden), Messungen der Fahrbahntemperatur und Daten der an der Strecke befindlichen Straßenwetterstationen verarbeitet werden. Die Bordcomputer sind über das GSM-Netz mit einem zentralen Server verbunden. Dadurch werden die Daten der Wetterprognosen laufend aktualisiert. Der Einsatz der prognostischen Streudichteberechnung hat gezeigt, dass durch diese Technik erhebliche Einsparungspotenziale bei der Taustoffanwendung erschlossen werden können. Das gilt vor allem für präventive Streueinsätze.
Auf der planerischen Ebene hat sich die Vorgehensweise zur Berücksichtigung der artenschutzrechtlichen Vorschriften weitestgehend verfestigt und einen Stand erreicht, der eine rechtssichere Baurechtserlangung und eine darauf aufbauende Bautätigkeit erwarten lässt. Das Forschungsvorhaben beschränkt sich insofern auf die in den vorgelagerten Planungsebenen bisher nicht erkennbaren und damit planerisch auch nicht behandelten artenschutzrechtlichen Konflikte sowie auf die möglichen Konflikte im Zuge der straßenbaulicher Unterhaltung. Um vor dem Hintergrund der artenschutzrechtlichen Anforderungen für die Bauphase und die betriebliche Unterhaltung von Straßen eine ausreichende Rechtssicherheit zu gewährleisten, wurden im Zuge des Forschungsvorhabens Lösungsstrategien zur Vermeidung des Eintretens der Verbotstatbestände gemäß Paragraf 44 Absatz 1 Bundesnaturschutzgesetz (BNatSchG) und der Vermeidung eines Umweltschadens nach Paragraf 19 BNatSchG entwickelt. Aufbauend auf eine umfangreiche Analyse der einschlägigen Rechtsgrundlagen und Regelwerke sowie den Anforderungen zur Bewältigung der artenschutzrechtlichen Konflikte im Zuge der vorgelagerten Planungsebenen werden die in der Bau- und Betriebsphase verbleibenden Konflikte und Unsicherheiten eingegrenzt. Es werden Hinweise zur Vermeidung und Minimierung artenschutzrechtlicher Verbotstatbestände gegeben und Anforderungen an ggf. erforderliche Ausnahmegenehmigungen formuliert. Vertiefende rechtliche Fragestellung in Bezug auf die Berücksichtigung artenschutzrechtlicher Belange in der Bau- und Betriebsphase von Straßen sind Gegenstand eines extern beauftragten Gutachtens, welches dem Forschungsbericht als Anhang beigefügt ist.
Berücksichtigung der Belange behinderter Personen bei Ausstattung und Betrieb von Straßentunneln
(2009)
Mit dem Projekt werden konkrete Empfehlungen zur Umsetzung des Behindertengleichstellungsgesetzes (BGG) und weiterer gesetzlicher Vorgaben in Straßentunneln erarbeitet, mit dem Ziel der Entwicklung von Formulierungsvorschlägen für eine verstärkte Berücksichtigung der Belange behinderter Personen in den "Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln" (RABT). Auf der Grundlage von Belangen behinderter Personen als Benutzer von Straßentunneln und ihrer Anforderungen an Ausstattung und Betrieb, werden für die Verbesserung des Sicherheitsniveaus zahlreiche praxisnahe und praktikable Umsetzungsmöglichkeiten erarbeitet und dargestellt. Als besonders bedeutsame Maßnahmen werden dabei angesehen: - Barrierefreie Zugänglichkeit und Nutzbarkeit von Notgehwegen vor Notausgängen und Notrufanlagen sowie barrierefreie Bedienbarkeit von Türen in Notausgängen, - Ausstattung von Notrufanlagen mit barrierefreien Notrufknöpfen, - Mobile Kommunikation einschl. automatischer Ortung, - Weitere Verkürzung der Notausgangsabstände, - Zwei-Sinne-Prinzip, - Flankierende Maßnahmen (zum Beispiel Schulung von Rettungskräften, Vermittlung von Informationen über "richtiges Verhalten in Notfallsituationen" etc.), - Optimierte und auf Behinderte abgestimmte betriebliche und organisatorische Maßnahmen, insbesondere zur Verkürzung der Fremdrettungszeit und/oder zur Verlängerung der "sicheren" Aufenthaltszeit im Tunnel. Kann bei Bestandstunneln die Forderung nach "barrierefreien" Lösungen aus technisch-wirtschaftlichen Gründen nicht umgesetzt werden, sollten durch alternative Kompensationsmaßnahmen möglichst "barrierearme1" Lösungen hergestellt werden (zum Beispiel wenn sich Treppen in kurzen Querschlägen nicht durch Rampen ersetzen lassen, sollten für diesen Bereich zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, wie: gesonderter "Notrufknopf", optimierte Videoüberwachung, abgestimmtes Rettungsmanagement et cetera). Zu einigen Maßnahmenvorschlägen besteht noch singulärer Forschungs- und Entwicklungsbedarf. Die Ergebnisse des Vorhabens zeigen überzeugend, dass Maßnahmen zur (verstärkten) Berücksichtigung der Belange behinderter Verkehrsteilnehmer in Straßentunneln notwendig, aber auch machbar sind. Die dargestellten Lösungsvorschläge sind dazu geeignet, die Zielvorgabe möglichst weitreichend barrierefreier Gestaltung von Straßentunneln planvoll umzusetzen. Gleichzeitig sind mit den vorgeschlagenen Maßnahmen, wie der konsequenten Anwendung des Zwei-Sinne-Prinzips oder der weiteren Verkürzung der Notausgangsabstände, in vielen Fällen Vorteile für alle Tunnelnutzer verbunden.
In der Untersuchung wurde der Einfluss des Schwerverkehrs auf den Verkehrsablauf an planfreien Knotenpunkten analysiert. Als Grundlage dienten Daten von Dauerzählstellen für die Analyse auf makroskopischer Ebene, ergänzt durch Messungen an hochbelasteten Knotenpunkten für eine mikroskopische Analyse des Schwerverkehrs. Für die Untersuchung hoher Schwerverkehrsanteile wurden außerdem Verkehrsflusssimulationen an ausgewählten Knotenpunkten mit dem Programm BABSIM durchgeführt. Makroskopisch wurden die Daten von Dauerzählstellen und aus der Simulation mit den Verfahren des HBS (2015) verglichen und vor allem bezüglich der Umrechnung in Pkw-Einheiten ausgewertet. Dabei zeigte sich, dass die bestehenden Verfahren auch für hohe Schwerverkehrsanteile anwendbar sind, der Einfluss des Schwerverkehrs auf die Kapazität mit dem bislang angesetzten Pkw-Gleichwert von 2,0 aber bei Schwerverkehrsanteilen größer oder gleich 20 % eher überschätzt wird. Weiterhin wurden Regressionsanalysen durchgeführt, die dazu dienten, eine Funktion der für die Einfahrt maßgebenden Belastung des rechten Fahrstreifens zu identifizieren. Diese Funktion diente als Eingangsgröße für die Kalibrierung und Erweiterung eines analytischen Modells, mit dem die Veränderung der Fahrstreifenaufteilung im Bereich von Ein- und Ausfahrten nachgebildet werden kann. Als weiterer Ansatz wurden die Verfahren der stochastischen Kapazitätsanalyse für die Untersuchung von planfreien Knotenpunkten erweitert. Für die Anwendung des Verfahrens ist eine sehr umfangreiche Datengrundlage erforderlich, die nicht immer verfügbar ist. Im Rahmen der mikroskopische Analyse des Schwerverkehrs an planfreien Knotenpunkten wurden empirisch erhobene Einzelfahrzeugdaten hinsichtlich des Fahrstreifenwechselverhaltens der Schwerverkehrsfahrzeuge im Bereich der Knotenpunkte und der Zeitlückenverteilungen in verschiedenen Abständen von der Trenninselspitze analysiert. Mithilfe dieser Auswertungen wurden die um den Aspekt des Schwerverkehrs erweiterten analytischen Modelle kalibriert.
In der vorliegenden Arbeit wurde der Erkenntnisstand zu psychologischen und physiologischen Einflüssen auf das Fahrerverhalten auf Außerortsstraßen erfasst und eine mögliche Umsetzung in den Straßenentwurf geprüft. Auf Basis von Unfalluntersuchungen, einer Analyse der Annahmen des bestehenden Regelwerks sowie eines Modells der kognitiven Prozesse, die für das Fahren relevant sind, wurden Hypothesen zu potentiellen Einflussfaktoren abgeleitet, die zur Strukturierung der Analyse der nationalen und internationalen Literatur zum Fahrerverhalten auf Landstraßen dienten. Neben einer Betrachtung von Fahrerreaktionen auf Parameter der Straßenumgebung fand dabei besondere Berücksichtigung, wie die subjektive Klassifikation der Straße sich auf das Fahrerverhalten auswirken kann und inwiefern diese Klassifikation durch den Konzeptansatz der so genannten "Selbsterklärenden Straße" unterstützt werden kann. Die Befunde wurden hinsichtlich ihrer statistischen Aussagekraft und Konsistenz bewertet und anhand der Hypothesen in einer Synopse zusammengefasst. Daraus wurden zum einen konkrete Erkenntnisse für die neuen Richtlinien zur Anlage von Landstraßen (RAL) abgeleitet als auch Forschungsbedarf identifiziert.
Bestimmung der vertikalen Richtcharakteristik der Schallabstrahlung vom Pkw, Transportern und Lkw
(2009)
Ziel der vorliegenden Untersuchungen war die messtechnische Bestimmung der spektralen horizontalen und vertikalen Richtcharakteristik sowie der Schallleistung von Fahrzeugen verschiedenen Typs während der Vorbeifahrt mit Hilfe eines Mikrofonarray-Messsystems. Diese Informationen sind wesentlich für die Schallausbreitung sowie die Wirksamkeit von Schallschutzmaßnahmen. Neben der gesamten Schallabstrahlung sollte der spektrale Gehalt des emittierten Schalls ermittelt werden. Grundlage des angewendeten Messverfahrens ist die Ausnutzung der steuerbaren Richtwirkungseigenschaft eines Mikrofonarrays. Durch Fokussierung des Mikrofonarrays auf das zu untersuchende Fahrzeug während der Vorbeifahrt können Störquellen ausgeblendet werden. Die ermittelten Schalldruckkartierungen ermöglichen die Berechnung der Richtcharakteristik und eine Abschätzung der Schallleistung des Fahrzeugs. Die Richtcharakteristik des eingesetzten Mikrofonarrays wurde im Hinblick auf die Lokalisation des vorbeifahrenden Fahrzeugs optimiert. Da für die Untersuchungen ausschließlich die Quelllokalisation in horizontaler beziehungsweise vertikaler Richtung notwendig ist, wurde ein Linienarray gewählt. Gegenüber einem zweidimensionalen Mikrofonarray erhöhen sich bei gleicher Mikrofonanzahl die örtliche Auflösung und die Nebenkeulenunterdrückung. Unter Einsatz des optimierten Linienarrays erfolgten Messungen im fließenden Verkehr bei kontrollierter Vorbeifahrt eines Pkw, eines Kleintransporters und eines Lkw mit ausgewählten Geschwindigkeiten. Die horizontale Richtcharakteristik wurde durch Lokalisation des vorbeifahrenden Fahrzeugs zu verschiedenen Zeitpunkten bestimmt. Durch wiederholte Vorbeifahrt bei gleicher Geschwindigkeit mit variierter Höhe des vertikal positionierten Mikrofonarrays konnte die mittlere vertikale Richtcharakteristik ermittelt werden. Für die Abschätzung der Schallleistung wurde das Hüllflächen-Verfahren an die näherungsweise Schallleistungsbestimmung bewegter Quellen mit Mikrofonarray angepasst.
Die Regelwerke RABT 2006 beziehungsweise 2004/54/EG legen heute die einheitlichen Mindestanforderungen an die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln in Deutschland fest. Wird von diesen Anforderungen in begründeten Fällen abgewichen oder weist ein Tunnel eine besondere Charakteristik auf, so ist durch eine Risikoanalyse aufzuzeigen, dass durch den Einsatz alternativer Maßnahmen ein vergleichbar hohes Sicherheitsniveau gewährleistet werden kann. Um die in den Richtlinien genannte Forderung zu konkretisieren und eine praktische Umsetzung zu ermöglichen, wurde eine quantitative Methodik zur Sicherheitsbewertung von Straßentunneln entwickelt. Als Grundlage für die Herleitung der erforderlichen statistischen Eingangsgrößen wurden im Rahmen einer Unfallanalyse für 80 Tunnel rund 1'000 Unfallprotokolle spezifisch ausgewertet. Mit der Methodik können die Vorgaben für eine einheitliche und vergleichbare Durchführung von Sicherheitsbeurteilungen geschaffen werden. Bei der Entwicklung der Methodik wurden die Erfahrungen aus anderen, vergleichbaren Sicherheitsbereichen herangezogen und die entsprechenden Ansätze auf ihre Tauglichkeit hin für eine Anwendung im vorliegenden Kontext geprüft. Daneben wurden die aktuellen Entwicklungen und methodischen Ansätze zur Umsetzung der Forderungen gemäß Artikel 13 der Richtlinie 2004/54/EG im Ausland analysiert und die entsprechenden Erkenntnisse soweit sinnvoll in die Entwicklung der Methodik einbezogen. Die Methodik basiert in ihren Grundsätzen und dem gewählten Vorgehen auf einem risikoorientierten Ansatz, der er in verschiedenen Ländern zu unterschiedlichsten Sicherheitsfragen bereits erfolgreich angewandt wird. Bei der Erarbeitung der Methodik wurde darauf geachtet, dass der gewählte Ansatz neben der Erarbeitung der wissenschaftlichen Grundlagen im Hinblick auf die künftige Anwendung auch einen engen praxisorientierten Bezug aufweist. Die Methodik gibt aber bewusst nicht zu allen Aspekten "rezeptartige" Vorgaben vor, sondern definiert einen Rahmen, innerhalb dessen die konkrete Anwendung durchzuführen ist. Für das Regelwerk wurden Empfehlungen zum weiteren Vorgehen abgegeben sowie weiterer Forschungsbedarf aufgezeigt, welcher insbesondere die Aspekte der Risikobewertungskriterien sowie der Datengrundlagen betrifft. Um die Suche innerhalb des Berichtes zu erleichtern, wird dieser zusätzlich noch einmal auf der beiliegenden CD angeboten. Sie enthält darüber hinaus die Anlagen und den Bericht in englischer Sprache.
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.
Ziel der Untersuchung war es, ein standardisiertes Verfahren zur Abschätzung der Auswirkungen von Ortsumgehungen auf die Verkehrssicherheit zu entwickeln. Dieses Verfahren soll den Netzzusammenhang berücksichtigen und eine Bilanzierung der Verkehrssicherheitswirkungen von Ortsumgehungen ermöglichen. Dabei sind auch Umbaumaßnahmen und veränderte Verkehrsregelungen in den Ortsdurchfahrten, sofern diese im Zusammenhang mit der Ortsumgehung realisiert werden, zu berücksichtigen. Damit soll eine verbesserte Entscheidungsgrundlage für die Bewertung von Ortsumgehungen aus Verkehrssicherheitssicht zur Verfügung gestellt werden. Das standardisierte Verfahren wurde anhand von konkreten Beispielen auf seine Aussagegenauigkeit hin überprüft. Hierfür wurden die realen Verkehrssicherheitswirkungen von 21 umgesetzten Ortsumgehungen in einem definierten relevanten Straßennetz erhoben und bilanziert. Bei der Bilanzierung der Verkehrssicherheitswirkungen der 21 Beispiele im Vorher-Nachher-Vergleich zeigte sich, dass die Knotenpunkte im Zuge der Ortsumgehungen wesentlich dazu beitragen, ob der Vorher-Nachher-Vergleich positiv oder negativ ausfällt. Resümierend kann festgehalten werden, dass über das (neue) Berechnungsverfahren die Möglichkeit besteht, die Auswirkungen von Ortsumgehungen auf die Verkehrssicherheit mit relativ geringem Aufwand abzuschätzen, wenn die Verkehrsbelastungen für den Vorher-Fall (ohne Ortsumgehung) und für den Nachher-Fall (mit Ortsumgehung) zur Verfügung stehen. Das Verfahren weist die voraussichtlichen Verkehrssicherheitswirkungen, die durch den Bau einer Ortsumgehung im Straßennetz entstehen, in ihrer Tendenz und den Absolutzahlen genauer aus als das derzeit angewendete Verfahren nach EWS.
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 Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) plant die Erarbeitung eines Bewertungshintergrunds für die Charakterisierung offenporiger Straßenbeläge, der die Prognose der Dauerhaftigkeit der akustischen Eigenschaften offenporiger Straßenbeläge ermöglichen soll. Hierfür sollten die relevanten Kenngrößen der offenporigen Straßenbeläge - Schallabsorptionsgrad und Strömungswiderstand in-situ an insgesamt ca. 15 Messquerschnitten offenporiger Beläge ermittelt werden. Um einen vollständigen Datensatz der akustisch relevanten Kenngrößen zu erhalten wurden zusätzlich in-situ - Messungen der Fahrbahntextur sowie Messungen des Rollgeräuschs nach der CPX-Methode (survey, Reifen A und D) durchgeführt. Die zu untersuchenden Strecken wurden aus den im Projekt "Bestandsaufnahme offenporiger Asphalte in Bayern" erfassten Strecken ausgewählt. Damit steht für die Erarbeitung des Bewertungshintergrunds über die untersuchten Beläge ein umfangreicher Datensatz - insbesondere bzgl. bautechnischer Eigenschaften - zur Verfügung. Die Auswahl der untersuchten Strecken erfolgte aus dem o. g. Datenbestand anhand der Kriterien Bauart, Baujahr, Größtkorndurchmesser, Vorhandensein aktueller CPX- und SPB-Messergebnisse etc. Die in-situ - Messungen umfassten in Einzelnen folgende Kenngrößen:- Absorptionsgrad, - Statischer Strömungswiderstand, - Fahrbahntextur, - Rollgeräusche nach CPX-Methode, - Zusätzlich SPB-Messungen (BASt, TÜV Nord, LfU Bayern und Müller-BBM). Die Auswertung erstreckte sich im Wesentlichen auf die Ermittlung und Bewertung der Kenngrößen für die einzelnen Messmethoden. Die detaillierte Erarbeitung des Bewertungshintergrundes zur Charakterisierung offenporiger Asphalte erfolgt durch die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt). Sie war nicht Gegenstand der hier vorgelegten Untersuchung.
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.
Hauptverkehrsstraßen sind in der Regel Bestandteil überörtlicher Straßennetze, bilden aber gleichzeitig auch wichtige städtebauliche und stadtverkehrliche Achsen, und befinden sich somit in einem Spannungsfeld zwischen den Funktionen aus dem Verbindungsbedarf von Orten und Ortsteilen und der Erschließungsfunktion aus dem städtebaulichen Zusammenhang mit angrenzenden baulichen und sonstigen Umfeldnutzungen. Für die Netzkapazität sind in erster Linie die Knotenpunkte gleichrangiger Hauptverkehrsstraßen maßgebend, da hier Straßen mit gleicher Verbindungsbedeutung und entsprechend hohen Verkehrsstärken zusammentreffen. Die Qualität des Verkehrsablaufs auf den Streckenabschnitten zwischen diesen Knotenpunkten ist dagegen in starkem Maße durch die im Straßenraum jeweils festzustellenden Nutzungsbilder geprägt. Die Verkehrs und Verbindungsqualität in städtischen Hauptverkehrsstraßenzügen und damit auch netzen sind somit nicht nur von den Knotenpunkten, deren Abständen sowie dem Ausbau und der lichtsignaltechnischen Steuerung (besonders bedeutsam ist in diesem Zusammenhang deren Koordinierungsqualität), sondern auch von den dazwischen liegenden Streckenabschnitten und deren Erschließungsfunktion abhängig. Zielsetzungen dieses Forschungsvorhabens sind - zum einen die Erarbeitung differenzierter Qualitätsstufenkonzepte für den Kraftfahrzeug und den Stadt /Straßenbahnverkehr zur Bewertung des Verkehrsablaufs auf Hauptverkehrsstraßen mit straßenbündigen Bahnkörpern (Teil 1) und - zum anderen die Ermittlung von Verfahren zur Bestimmung der Verkehrs und Verbindungsqualitäten in städtischen Hauptverkehrsstraßenzügen unter Berücksichtigung des Verkehrsablaufs auf/an den Einzelanlagen und eventueller Netzeffekte (Teil 2). Die im hier vorliegenden Teil 2 entwickelten Verfahren zur übergreifenden Bewertung der Verkehrs und Verbindungsqualitäten von Straßenzügen gelten für alle Hauptverkehrsstraßen der Kategorie C III der RAS N(1988) beziehungsweise der Kategorie HS III der RIN (2008). Des Weiteren wurden angepasste Stufen der verbindungsbezogenen Angebotsqualität abgeleitet, die eine praxisgerechte Beurteilung der Erreichbarkeitsqualität in innerörtlichen Straßennetzen ermöglichen. Die Ergebnisse dienen als Grundlage zur Fortschreibung des HBS, die für das Jahr 2009 vorgesehen ist. Darüber hinaus sollen sie dazu dienen, Diskussionen zur Netzgestaltung zu objektivieren.
Mobilität ist heute ein bedeutender Standortfaktor. Aus diesem Grund müssen umfassende Lösungen für die Bereitstellung eines funktionierenden und möglichst störungsfreien Verkehrsinfrastrukturnetzes gefunden werden. Es muss gewährleistet werden, dass eine Strecke im Sommer wie auch im Winter immer befahren und eine bestimmte Reisezeit eingehalten werden kann. Neben Sicherheitsaspekten ist diese Anforderung mehr und mehr Grund für einen gut organisierten Winterdienst. Dieser stößt jedoch durch häfig schnell wechselnde Randbedingungen aufgrund der Witterung oft an seine Grenzen. Das heißt, eine wirtschaftliche und umweltschonende Durchführung des Winterdienstes ist nicht immer ohne Weiteres zu bewerkstelligen. Daher müsen unter Umständen auch andere Hilfsmittel wie zum Beispiel Eingriffe in den Verkehrsablauf in Betracht gezogen werden, um einen hohen Standard auf den Straßen, insbesondere auf Autobahnen, aufrecht erhalten zu können. Daher wurden im Rahmen dieses Forschungsprojektes verschiedene Pilotmassnahmen in Angriff genommen, die allerdings in ihrer Durchführung nicht immer die Unterstützung erfahren haben, die seitens des Forschungsnehmers und des Betreuungsgremiums erhofft worden waren. Dies lag mit Sicherheit auch an den unkonventionellen Methoden, die zur Anwendung kommen sollten und somit auch daran, dass dadurch die Hemmschwelle zur Durchführung sehr hoch lag. Eine dieser verkehrslenkenden Massnahmen war die Einrichtung von Blockabfertigungen für den Schwerverkehr im Winter. Diese können auf Autobahnen zu einer Staureduzierung beziehungsweise Stauvermeidung und Erhöhung der Verkehrssicherheit führen, wenn es gelingt, die Gefahr fahrbahnblockierender Lkw im Winter zu vermeiden, die regelmäßig bei extremen Schneelagen teilweise stundenlange Staus verursachen. Die Blockabfertigung wurde zwar in Ihrem eigentlichen Sinn nicht durchgeführt, dennoch ist ein positives Fazit in Bezug auf die Massnahme mölich, welches aufgrund der Organisation, auch von den Beteiligten vor Ort, gezogen werden konnte. Genannt seien hier vor allen Dingen das Beschilderungskonzept, welches aufgrund seiner vielfältigen Einsatzweise auch anderweitig genutzt werden kann. Allerdings sollte, neben der sicheren Erkennbarkeit fuer die Verkehrsteilnehmer, auch auf eine einfache Anwendbarkeit vor allem für die Autobahnmeistereien geachtet werden. Das Vereisen der Anzeigen ist unvorteilhaft, zudem kann der zeitliche Rahmen zur Aktivierung der LED-Vorwarner wesentlich gekürzt werden, indem sie statisch an den entsprechenden Stellen installiert werden. Die Vorteile eines gezielten Anhaltens der Lkw im Allgemeinen liegen darin, dass nachfolgende Lkw-Fahrer über das Anhalten informiert sind und sie sich so bereits in der Annaeherung auf diese Situation einstellen können. Inwieweit ein zeitweiser Zusammenbruch des Verkehrs jedoch vollständig vermieden werden kann, ist nicht belegbar, da die Massnahme nicht vollständig umgesetzt werden konnte. Aus der verkehrstechnischen Untersuchung können Kapazitätswerte in ihrem eigentlichen Sinn nicht abgeleitet werden. Allerdings können Aussagen über den Rückgang der Nachfrage sowie die Geschwindigkeitsrückgänge bei winterlichen Bedingungen getroffen werden. Als angenäherte Kapazität kann auf die Verteilung der Verkehrsstärke vor einem Zusammenbruch zurückgegriffen werden, wobei für das Zusammenbruchskriterium die Grenzgeschwindigkeit VG = 70 km/h gewählt wurde. Hier konnten prozentuale Rueckgänge bei regennasser Fahrbahn zwischen 10 und 20 %, bei Eisglätte zwischen 10 und 40 % festgestellt werden. Für Schneeglätte bei drei Fahrstreifen liegen die Rückgaenge bei knapp 20 bis 30%, für Schneefall bei cirka 10 bis 25 %. Die Rückgänge auf zweistreifigen Fahrbahnen liegen bei Schneeglätte zwischen 30 und knapp 50% und bei Schneefall bei knapp 20 bis 40 %. Für weitere Untersuchungen des Verkehrsablaufs sollte in jedem Fall der Winterdienst Beachtung finden, da seine direkten Einflüsse auf den Verkehrsablauf nicht systematisch untersucht werden konnten. Dies könnte auch helfen, ein anderes Zusammenbruchskriterium speziell für winterliche Bedingungen zu definieren, da die Erwartungshaltung der Verkehrsteilnehmer gegenüber einer uneingeschränkt befahrbaren Fahrbahn nicht so hoch liegt als beispielsweise bei trockener Fahrbahn. Weitere Möglichkeiten zur Umfahrung von Streckenabschnitten für den Schwerverkehr konnten mit Hilfe von dWiSta -Tafeln und TMC -Meldungen aufgezeigt werden. Allerdings bestanden durch die begrenzte Einflussnahme seitens des Forschungsnehmers (auf den Schaltzeitpunkt beziehungsweise die Technik) keine Möglichkeiten, diese Massnahmen im geeigneten Rahmen zu untersuchen.
Für die Kontrolle der Herstellung von Tragschichten ohne Bindemittel (ToB) im Straßenoberbau wird eine Referenzdichte benötigt, die in Deutschland und vielen anderen europäischen Staaten durch den Proctorversuch nach DIN EN 13286-2 ermittelt wird. Während eines Proctorversuches wird mit einem Fallgewicht, das auf die Prüfkörperoberfläche nach festgesetzten Parametern fällt, der Hohlraumanteil einer Versuchsprobe reduziert und die Raumdichte erhöht. Durch Wasserzugabe wird der Verdichtungsprozess gefördert, wobei es für eine Versuchsprobe einen Wassergehalt gibt, bei dem sie sich in Abhängigkeit von der eingesetzten Verdichtungsenergie optimal verdichten lässt und eine maximal erreichbare Trockendichte erzielt. Aufgrund des relativ geringen Feinanteils der Sieblinie eines Baustoffgemisches für ToB ist der Proctorversuch hier jedoch nur eingeschränkt verwendbar, da sich vollständige Verdichtungskurven aufgrund von Entwässerungsprozessen während des Versuches häufig nicht generieren lassen. Statt konvexen werden auch konkave Kurven, lineare Anstiege oder nicht zweckdienliche Kurvenverläufe gemessen, die eine Bestimmung eines optimalen Wassergehaltes und einer Trockendichte nach der gängigen Auswertemethode (Kurvenmaximum) nicht ermöglichen. Zur Herstellung einer ToB werden Baustellenfahrzeuge und -geräte eingesetzt, die zur Verdichtung die Parameter Frequenz, Amplitude und Eigenlast nutzen. Konträr dazu erfolgt die Laborverdichtung, die für die Verdichtung entsprechend Proctorverfahren ein Fallgewicht nutzt. Neben der Tatsache, dass der Proctorversuch für dränierende Baustoffe nicht optimal geeignet ist, besteht somit eine Diskrepanz zwischen der Labor- und der In-situ-Verdichtung. Neben dem Proctorverfahren stehen europäisch genormte Laborverdichtungsverfahren zur Verfügung, die Verdichtungsparameter nutzen, die der In-situ-Verdichtung entsprechen. Aufgrund der vorgestellten Problematik des Proctorversuches wurde daher ein umfassendes Forschungsprojekt durchgeführt, welches das Ziel hatte, Lösungsansätze für dränierende Baustoffe während der Laborverdichtung zu finden. Dies beinhaltete im primären Sinne die Suche nach einem alternativen Verdichtungsverfahren, das die Problematik für dränierende Baustoffe nicht aufweist und das mehr der In-situ-Verdichtung entspricht. Das Forschungsprojekt identifizierte das Vibrationshammerverfahren nach DIN EN 13286-4 als das Verfahren, welches sehr vergleichbare Ergebnisse zum Proctorverfahren liefert. Weiterhin ist dieses Verfahren sehr in-situ konform, leicht in der Handhabung und weniger kostenintensiv. Anhand von Literaturquellen konnte die scheinbare Kohäsion als Ursache für konvexe Verdichtungskurven identifiziert werden. Zudem konnte gezeigt werden, dass Auswertevorgaben für derartige Kurvenverläufe existieren. Weiterhin besteht eindeutig die Möglichkeit ofentrockene Proben zu verdichten und dennoch ein vergleichbares oder leicht erhöhtes Trockendichteergebnis im Vergleich zu einer optimalen Verdichtung zu erzielen. Nachteil hierbei ist jedoch die fehlende Angabe für den Wassergehalt auf der Baustelle. Daher scheint die Vibrationshammerverdichtung mit einem Wassergehalt knapp über der Trockenverdichtung, die beide notwendigen Parameter liefert, ein erfolgversprechender Ansatz zur Lösung der Problematik des Proctorversuches für ToB-Baustoffgemische zu sein.
Bindemitteldesign für Asphaltstraßen : Definition eines chemisch-rheologischen Anforderungsprofils
(2018)
Das Ziel dieses Projekts war das Auffinden von Zusammenhängen zwischen den chemischen Bitumeneigenschaften und dem rheologischen Verhalten, dem Alterungsverhalten sowie dem Haftverhalten des Bindemittels. Zum Erreichen dieses Ziels wurden zwölf Bitumenproben in unterschiedlichen Alterungszuständen und vier Gesteinsproben mit verschiedenen chemischen, rheologischen, physikalischen und haftbetreffenden Methoden untersucht. Bei der Gegenüberstellung der Prüfergebnisse konnte eine Vielzahl an bilateralen Korrelationen zwischen den einzelnen Kennwerten gefunden werden. Zusätzlich zu diesen bilateralen Zusammenhängen wurden weiterhin mithilfe von multiplen Regressionsanalysen Linearkombinationen erstellt, die durch eine kombinierte Berücksichtigung der Gehalte und der Molmassenmittelwerte Mn der SARA-Fraktionen die Beschreibung und Prognose einer Vielzahl von Kennwerten ermöglicht. Zu diesen Kennwerten zählen neben den rheologischen Prüfgrößen, wie dem Erweichungspunkt, der Nadelpenetration sowie dem komplexen Schermodul |G*| und dem Phasenwinkel δ, auch die Alterungsindices dieser Prüfgrößen. Somit können anhand der SARA-Fraktionen im nicht gealterten Zustand Aussagen über das Alterungsverhalten der Bitumen getroffen werden. Neben der Rheologie und dem Alterungs-verhalten ist zudem eine Beschreibung des Haftverhaltens möglich, wobei neben den SARA-Fraktionen als Gesteinskennwerte weiterhin der Siliziumdioxidgehalt sowie der isoelektrische Punkt zu berücksichtigen sind. Zudem konnte durch die Umstellung der gefundenen Linearkombinationen ein synthetisches Bindemitteldesign abgeleitet werden, sodass durch die Vorgabe der angestrebten rheologischen, alterungsbedingten und haftungsbedingten Kennwerte die zum Erreichen dieser Kennwerte erforderlichen Gehalte der SARA-Fraktionen ermittelt werden können.Dies ermöglicht die Modifizierung von Bitumenzusammensetzungen, um eine gezielte Beeinflussung der Bindemitteleigenschaften zu erreichen.
Die hier vorgestellten Forschungsprojekte hatten die Aufgabenstellung, - sinnvolle Obergrenzen für den biogenen Blend-Anteil im Kraftstoff aus ökonomisch-technischer Sicht aufzuzeigen sowie - technische Anforderungen an Pkw aus Altbestand und Neufahrzeugen für den Betrieb mit solchen Kraftstoff-Blends zu untersuchen, insbesondere in Hinblick auf Aspekte der Dauerhaltbarkeit. Auf Basis einer umfangreichen Literaturrecherche wurden zunächst sinnvolle Beimischungen ermittelt, die in 5 Fahrzeugen (3 Otto-Pkw, 2 Diesel-Pkw) auf einem Abgasrollenprüfstand getestet wurden. Anschließend wurden zwei Fahrzeuge einer Dauerlaufuntersuchung (ca. 80.000 km) unterzogen. Hierbei wurden u. a. Emissionsverhalten, Kraftstoffverbrauch und Motorleistung bewertet und Motorölproben entnommen. Am Ende der Dauerlaufuntersuchungen wurden bei beiden Fahrzeugen Motor und Kraftstoffsystem sorgfältig inspiziert. Aus fahrzeugtechnischer Sicht begrenzen bei Biodiesel vor allem die Ölverdünnung sowie der Anstieg der NOx-Emissionen den maximal möglichen Beimischungsanteil. Bei Bio-Alkohol sind insbesondere die Materialverträglichkeit und der Kraftstoffverbrauch limitierende Faktoren für erhöhte Beimischungen. Obwohl die betrachteten Euro-5-Fahrzeuge nicht für den Betrieb mit erhöhten Beimengungen an Biokraftstoffen ausgelegt waren, wurden die maßgeblichen Grenzwerte für die limitierten Emissionen im Verlauf der Untersuchungen nicht überschritten. Mit Ausnahme von NOx bei den Dieselfahrzeugen wurden darüber hinaus sogar die Euro-6-Grenzwerte unterschritten.
Bitumenextraktion aus Asphalt mit dem nachwachsenden Rohstoff Octansäuremethylester (Kokosester)
(2018)
In diesem Forschungsprojekt wird die Frage geklärt, ob Octansäuremethylester (OME) ein geeignetes Substitut für Trichlorethylen als Standardlösemittel für die Bindemittelextraktion aus Asphaltmischgut darstellen kann. Es werden die technischen Voraussetzungen für den Einsatz, die Auswirkungen auf die Ergebnisse von Laborprüfungen und eventuelle labortechnische Folgen analysiert. Die Möglichkeit der Substitution wird für verschiedene Asphaltarten und Bitumen überprüft. OME ist ein weitestgehend ungefährlicher bitumenlösender Pflanzenölester mit einem Siedepunkt von ca. 193 -°C und einem charakteristischen Geruch nach Kokos. Ab einer Temperatur von ca. 245 -°C sind die Lösemitteldämpfe bei Sauerstoffkontakt spontan entflammbar, weshalb die Heissextraktion aus Arbeitsschutzgründen mit diesem Lösemittel nicht durchgeführt werden sollte. Die Extraktion in einer geschlossenen Anlage bei abgesenktem Druck und moderateren Temperaturen kann sicher erfolgen. In den Ergebnissen der Mischgutanalyse zeigen sich unter Anwendung von OME im Vergleich zu Ergebnissen unter Anwendung von Tri als Lösemittel keine signifikanten Unterschiede. Sowohl der bestimmte Bindemittelgehalt als auch der bestimmte Fülleranteil sind unter Anwendung der beiden Lösemittel weitestgehend als gleich zu bewerten. In dem an die Extraktion anschließenden Prozess der Bindemittelrückgewinnung wird das Lösemittel im Rotationsverdampfer von der Bitumenphase getrennt. Dieser Vorgang der Destillation wurde für üblicherweise im Asphaltlabor vorhandene Rotationsverdampfer weitestgehend optimiert. Es war jedoch nicht möglich, das gesamte Lösemittel von der Bitumenphase zu trennen, weshalb Lösemittelreste im Bitumen verblieben. Diese führen zu Veränderungen der physikalischen Eigenschaften der rückgewonnenen Bindemittel. Mehrheitlich zeigt sich das mit OME zurückgewonnene Bindemittel in allen angesprochenen Temperaturbereichen weicher als nach Rückgewinnung mit Tri. Die Ergebnisse der Vergleichsuntersuchungen deuten an, dass die Menge der im Bitumen verbleibenden Lösemittelreste vom verwendeten Destillationsgerät abhängt und dadurch die Vergleichbarkeit von Ergebnissen aus Bitumenprüfungen an mit OME zurückgewonnenen Bindemitteln gering ist.