620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Im Rahmen des Forschungsvorhabens "Absenkung der Produktions- und Verarbeitungstemperatur von Asphalt durch Zugabe von Bitumenverflüssigern", FE 07.203/2002/CRB, sind Langzeitbeobachtungen der eingerichteten Versuchsstrecken vereinbart. Hierzu werden die Strecken BAB A7 und B 106 nach zwei, vier und acht Jahren systematisch visuell und messtechnisch beurteilt. Die Ergebnisse werden als Ergänzungen zum Abschlussbericht dargestellt. Die vorliegende Ergänzung fasst den Zustand nach insgesamt 8-jähriger Liegezeit unter Verkehrsbelastung zusammen. Die visuelle Zustandserfassung fällt für beide Versuchsstrecken durchaus noch positiv aus. Die temperaturabgesenkt hergestellten Erprobungsabschnitte schneiden dabei - bis auf wenige Ausnahmen - auf beiden Strecken mit geringen Vorteilen gegenüber den Referenzstrecken ab. Die messtechnische Beurteilung bestätigt diesen Eindruck. Es wurden keine bedeutenden Abweichungen in der Längsebenheit festgestellt. Die ermittelten Spurrinnentiefen liegen auf beiden Strecken auf etwa gleichem, sehr niedrigem Niveau. Die Griffigkeit kann für beide Strecken als sehr gut beurteilt werden. Die absoluten Griffigkeitsbeiwerte liegen auf der B 106 mit einem SMA 0/8 S erwartungsgemäß höher als auf der BAB A7 bei einem SMA 0/11 S. An den aus Bohrkernen extrahierten Bindemitteln wurden Kenndaten ermittelt und den mit dem Endbericht veröffentlichten Ergebnissen gegenübergestellt. Bei der BAB A 7 lässt sich eine eindeutige Reihenfolge der jeweiligen Abschnitte zu positiven bzw. negativen Eigenschaften aus den untersuchten Bindemittelkenndaten nicht vornehmen. Ebenso sind keine systematischen wechselseitigen Abhängigkeiten zu erkennen. Bei der B 106 lassen sich bei Betrachtung der klassischen Bindemittelkenndaten Vorteile für eine Bindemittelvariante gegenüber den beiden anderen Varianten erkennen. Die Referenzvariante mit unmodifiziertem PmB 45 A zeigt dagegen das ungünstigste Verhalten hinsichtlich Alterung. Bei Betrachtung der performance-orientierten Prüfverfahren lässt sich eine solche eindeutige Reihung nicht feststellen. Aus jetziger Sicht zeigen die Untersuchungsergebnisse noch keine eindeutigen Unterschiede hinsichtlich des Verhaltens der einzelnen Additive und ihrer Eignung unter Verkehrsbelastung. Bei einzelnen Merkmalen zeichnet sich der Beginn von Veränderungen ab, so dass nach derzeitigem Stand empfohlen wird, eine weitere Begehung/Untersuchung nach weiteren zwei Jahren Liegezeit durchzuführen. Es darf erwartet werden, dass sich dann größere Unterschiede zeigen werden.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens "Absenkung der Produktions- und Verarbeitungstemperatur von Asphalt durch Zugabe von Bitumenverflüssigern", FE 07.203/2002/CRB, sind Langzeitbeobachtungen der eingerichteten Versuchsstrecken vereinbart. Hierzu wer-den die Strecken BAB A7 und B 106 nach zwei, vier und acht Jahren systematisch visuell und messtechnisch beurteilt. Die Ergebnisse werden als Ergänzungen zum Abschlussbericht dargestellt. Die vorliegende Ergänzung fasst den Zustand nach insgesamt 8-jähriger Liegezeit unter Verkehrsbelastung zusammen. Die visuelle Zustandserfassung fällt für beide Versuchsstrecken durchaus noch positiv aus. Die temperaturabgesenkt hergestellten Erprobungsabschnitte schneiden dabei - bis auf wenige Ausnahmen - auf beiden Strecken mit geringen Vorteilen gegenüber den Referenzstrecken ab. Die messtechnische Beurteilung bestätigt diesen Eindruck. Es wurden keine bedeutenden Abweichungen in der Längsebenheit festgestellt. Die ermittelten Spurrinnentiefen liegen auf beiden Strecken auf etwa gleichem, sehr niedrigem Niveau. Die Griffigkeit kann für beide Strecken als sehr gut beurteilt werden. Die absoluten Griffigkeitsbeiwerte liegen auf der B 106 mit einem SMA 0/8 S erwartungsgemäß höher als auf der BAB A7. An den aus Bohrkernen extrahierten Bindemitteln wurden Kenndaten ermittelt und den mit dem Endbericht veröffentlichten Ergebnissen gegenübergestellt. Die Daten sind hinsichtlich eines unterschiedlichen Alterungsverhaltens ausgewertet worden. Dabei wurde versucht, Vor- und Nachteile der Bindemittelvarianten zu erkennen und herauszuarbeiten.
Die visuelle Zustandserfassung fällt für beide Versuchsstrecken sehr positiv aus. Die temperaturabgesenkt hergestellten Erprobungsabschnitte schneiden dabei auf beiden Strecken mit geringen Vorteilen gegenüber den Referenzstrecken ab. Die messtechnische Beurteilung bestätigt den positiven Eindruck. Es wurden keine bedeutenden Abweichungen in der Längsebenheit festgestellt. Die ermittelten Spurtiefen liegen auf beiden Strecken auf etwa gleichem, sehr niedrigem Niveau. Die geringsten Werte werden in den Abschnitten, die mit additivierten Normenbitumen hergestellt wurden, gemessen. Die Griffigkeit kann für beide Strecken als sehr gut beurteilt werden. Die Abnahme zwischen Nullmessung und Wiederholungsmessung fällt für die B 106 etwas größer aus, die absoluten Griffigkeitsbeiwerte liegen auf der B 106 mit einem SMA 0/8 S erwartungsgemäß höher als auf der BAB A7. An den aus Bohrkernen extrahierten Bindemitteln wurden Kenndaten ermittelt, die den mit dem Endbericht veröffentlichten Ergebnissen gegenübergestellt wurden. Die Daten dienen zur Ansprache des Alterungsverhaltens der Bindemittel im Beobachtungszeitraum von 8 Jahren und werden daher im Rahmen dieses Zwischenberichtes nicht weiter interpretiert.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens "Absenkung der Produktions- und Verarbeitungstemperatur von Asphalt durch Zugabe von Bitumenverflüssigern", FE 07.203/2002/CRB, sind Langzeitbeobachtungen der eingerichteten Versuchsstrecken vereinbart. Hierzu werden die Strecken BAB A7 und B 106 nach 2 und 4 Jahren systematisch visuell und messtechnisch beurteilt. Die Ergebnisse werden als Ergänzungen zum Abschlussbericht dargestellt. Die vorliegende Ergänzung fasst den Zustand nach 4-jähriger Verkehrsbelastung zusammen. Die visuelle Zustandserfassung fällt für beide Versuchsstrecken sehr positiv aus. Die temperaturabgesenkt hergestellten Erprobungsabschnitte schneiden dabei auf beiden Strecken mit geringen Vorteilen gegenüber den Referenzstrecken ab. Die messtechnische Beurteilung bestätigt den positiven Eindruck. Es wurden keine bedeutenden Abweichungen in der Längsebenheit festgestellt. Die ermittelten Spurtiefen liegen auf beiden Strecken auf etwa gleichem, sehr niedrigem Niveau. Die Griffigkeit kann für beide Strecken als sehr gut beurteilt werden. Die absoluten Griffigkeitsbeiwerte liegen auf der B 106 mit einem SMA 0/8 S erwartungsgemäß höher als auf der BAB A7. An den aus Bohrkernen extrahierten Bindemitteln wurden Kenndaten ermittelt, die den mit dem Endbericht veröffentlichten Ergebnissen gegenübergestellt wurden. Die Daten dienen zur Ansprache des Alterungsverhaltens der Bindemittel im Beobachtungszeitraum von 8 Jahren und werden daher im Rahmen dieses Zwischenberichtes nicht weiter interpretiert.
Der Bestand an Pkw mit alternativem Antrieb stieg von rund 704.000 Fahrzeugen im Jahr 2015 auf rund 900.000 Pkw im Jahr 2019 (ein Plus von etwa 28 %). Pkw, die mit Erdgas (CNG) oder Autogas (LPG) fahren, stellen im aktuellen Fahrzeugbestand die größte Gruppe mit alternativem Antrieb (2019 rund 476.000 Pkw). Danach folgen die Hybridfahrzeuge mit mehr als 340.000 Pkw, dessen Bestand sich seit 2015 verdreifacht hat. Die Entwicklung des Plug-In-Hybrid-Bestandes ist noch deutlicher: im Zeitraum von 2015 bis 2019 stieg der Wert auf das 13-fache. Bei reinen Elektro-Pkw stieg der Bestand auf 83.175 Fahrzeuge im Jahre 2019. Dieser Trend setzt sich bei allen alternativen Antriebsarten – außer bei den Gasfahrzeugen – fort.
Im Januar 2020 wurden bereits 136.617 Pkw mit reinem Elektroantrieb registriert; ein weiterer Zuwachs gegenüber 2019 um 64 %.
Um die zukünftige Entwicklung von Fahrzeugen mit alternativem Antrieb in Deutschland beurteilen zu können, initiierte die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) schon im Jahr 2010 die Einrichtung einer langfristigen Beobachtung des Fahrzeugmarktes und des Unfallgeschehens von Fahrzeugen mit alternativen Antriebsarten mit dem Ziel, die tatsächliche Umsetzung des technologischen Fortschritts in marktgängige Produkte zu verfolgen, frühzeitig Kenntnis über die Bestandsentwicklung zu erhalten sowie mögliche Fehlentwicklungen – insbesondere mit Blick auf die Verkehrssicherheit – zu identifizieren. Vor allem die Betrachtung des letzten Punktes soll die Möglichkeit schaffen, Vorschläge für eine sinnvolle Steuerung der Entwicklung leisten zu können.
Nachfolgend werden in Kapitel 2 die technischen Entwicklungslinien des Marktes für Fahrzeuge mit alternativem Antrieb dargestellt. In den Kapiteln 3 und 4 werden der Bestand sowie das Unfallgeschehen näher betrachtet.
Als Grundlage des Forschungsprojektes FE 02.0378/2014/CGB „Analyse von Straßenbestandsobjekten aus Laserpunktwolken durch Mustererkennung/Objekterkennung einschließlich der Georeferenzierung“ wurden Messdaten der Mobile Mapping Fahrzeuge IRIS5 und IRIS12 der Firma LEHMANN+PARTNER GmbH (LP) eingesetzt. Die georeferenzierten Punktwolken entstanden mit Hilfe eines an den Fahrzeugen montierten CPS Laserscanners vom Projektpartner, dem Fraunhofer Institut für Physikalische Messtechnik, IPM, Freiburg. Die Aufgabe des Forschungsprojektes bestand in der Erforschung von Methoden und Algorithmen zur automatisierten Mustererkennung von speziellen Objekten in dreidimensionalen Punktwolken. Die ausschließliche Analyse bzw. Extraktion von Objekten auf Grundlage der reinen Punktwolke erwies sich am Anfang des Projektes als nicht zielführend. Größter limitierender Faktor war die mit der Entfernung zunehmende Dichteverringerung in den Daten der Punktwolken. Dies führte zum Teil zu unterrepräsentativen Abbildungen von kleinen oder schmalen Objekten. Um dieses Defizit auszugleichen, wurden die georeferenzierten Bilddaten der Mobile Mapping Fahrzeuge als Analysehilfe verwendet. Die Bilddaten weisen ein vielfach höheres Auslösungsvermögen im Vergleich zur Punkwolke auf. Zur Analyse der Daten kamen verschieden Neuronale Netze zum Einsatz, die zunächst die Bildinformationen analysierten. Nach der Trainingsphase des Neuronalen Netzes wurden Objekte einer messtechnischen Aufnahme (Scene) detektiert. Durch die georeferenzierten Bilddaten konnten alle automatisch gefundenen Objektinformationen in die Punktwolke übertragen werden. Hierbei wurde eine weitaus größere Diversität der Extraktionsergebnisse als mit der Analyse der reinen Punktwolke erzielt. Die finale Lösung der automatischen Extraktion bestand in der Projektion der einzelnen Objekte vom Neuronalen Netz in die Punktwolke. Dadurch, dass jedes Objekt mehrfach in jeder Bildszene erfasst wurde, besitzt jeder Laserscanner Punkt mehrere automatisch generierte Objektlable. Mit Hilfe von Clusteranalysen und Mehrheitsentscheidungen konnte die Ausgangspunktwolke in einzelne Objekte vollautomatisch zerlegt werden. Für die Verwendung in einem GIS oder für die OKSTRA konforme Speicherung mussten die Daten weiter aufbereitet werden. Hierzu wurden die einzelnen Objektklassen einer Repräsentationsklasse zugeordnet, sodass eine eindeutige Darstellung in einem GIS erfolgen konnte. Zur Kontrolle und Validierung der Extraktionsergebnisse wurde eine unbekannte Teststecke (Rundkurs bei Köln-Rösrath) aufgenommen. Die Digitalisierung jedes Referenzobjektes erfolgte manuell. Der Vergleich der Objekte erfolgte aufgrund Lage, Ausprägung und Objekttyp. Hierbei stellte es sich heraus, dass insgesamt 66% der Objekte komplett oder teilweise extrahiert werden konnten. Nur 4% der automatisch detektierten Flächenobjekte konnte im Referenzdatensatz nicht gefunden werden. Bestes Extraktionsergebnis lieferte der Objekttyp „Markierungslinien“ mit 90% Übereinstimmung mit dem Referenzdatensatz auf dem Testabschnitt der BAB. Zuordnungsdefizite kamen hauptsächlich aus den Label-Zuordnungsfehlern, die sich zum Teil aus der Abbildungsgeometrie schmaler und kleiner Objekte in der Punktwolke ergaben. An dieser Stelle besteht noch erhebliches Potential zur Verbesserung der Extraktionsergebnisse, welche im Rahmen dieser Forschungsarbeit nicht weiter optimiert werden konnte. Das Forschungsvorhaben zeigte, dass aus einer Punktwolke unter Zuhilfenahme von georeferenzierten Bildern der gleichen Szene vollautomatisch Objekte zu extrahieren sind. Im Ergebnis liegen georeferenzierte Objekte, die in einem Geoinformationssystem abgebildet werden können, vor.
Gemäß Eurocode 1 ist für die Unterbauten von Brücken außerorts eine horizontale Anpralllast von 1500 kN zu berücksichtigen. Gemäß der ZTV-ING ist für die Stiele von Schilderbrücken eine Anpralllast von 100 kN anzusetzen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde aufbauend auf einer qualitativen und quantitativen Risikoanalyse sowie der Berechnung der Auftretenswahrscheinlichkeit eine statische Ersatzkraft für ein Anprallereignis anhand dynamischer numerischer FE-Berechnungen berechnet. Die Auftretenswahrscheinlichkeit für P(Anprall mit Todesfolge / km) konnte auf der Grundlage recherchierter Anprallereignisse mit 6,8 x 10-5 / Jahr berechnet werden. Im Rahmen einer qualitativen Risikoanalyse konnte festgestellt werden, dass die Anordnung von Fahrzeugrückhaltesystemen eine deutliche Senkung des Gefährdungsgrades für den Anprallenden und für Dritte bewirkt. Am Gesamtmodell einer Verkehrszeichenbrücke wurden dynamische Berechnungen mit dem Programm Siemens NX durchgeführt. Der Anprallkörper wurde dabei so modelliert, dass der LKW Anprall möglichst realistisch nachempfunden werden kann. Es zeigte sich, dass ein Anprallsockel gemäß Richtzeichnung Riz-Ing VZB 4 eine deutliche Reduzierung des Anprallereignisses in Hinblick auf Geschwindigkeit und einwirkende Masse an die Stütze bewirkt. Die statischen und dynamischen Berechnungen haben zudem gezeigt, dass durch die Berücksichtigung der dynamischen Effekte eine Steigerung der Tragfähigkeit von ca. 90 % durch die Trägheit der Verkehrszeichenbrücke und ca. 50% durch die Dehnrateneffekte zu erwarten ist. Es wird empfohlen die statische Ersatzlast mit H = 100 kN zu berücksichtigen. Der Angriffspunkt der statischen Ersatzlast liegt dabei 1,25 m über OK Fahrbahn. Für die Erhöhung der Querkrafttragfähigkeit und der lokalen Tragfähigkeit der Stütze am Anprallort wird die Anordnung von 2 zusätzlichen Steifen vorgeschlagen. Die beim Aufprall auftretenden Kontaktkräfte zwischen Fahrzeug und Verkehrszeichenbrücke, die um ein Vielfaches höher sind, können mit der so bemessenen Konstruktion mit großen plastischen Verformungen aufgenommen werden, sofern ein Anprallsockel vorhanden ist.
Das zentrale Ziel des Projekts ist es, das Verfahren zur Durchführung der Abgasuntersuchung (AU) zu analysieren und die Weiterentwicklung möglicher Konzepte für eine AU-NEU zu erarbeiten. Die Analyse wurde in zwei Workshops mit einem Expertenteam, bestehend aus verschiedenen Verbänden und Behördenvertretern durchgeführt. Ein Konzept für eine AU-NEU, welches die dort erarbeiteten Anregungen zusammenfasst, beinhaltet kurz-, mittel- und langfristige Änderungsvorschläge. Es soll als Grundlage für weiterführende Entwicklung dienen. Im Folgenden werden einige wesentliche Änderungsvorschläge kurz benannt. Als eine kurz- bis mittelfristige Änderung ist eine Anpassung der zeitlichen Häufigkeit der AU möglich. Das erarbeitete Konzept beinhaltet fahrleistungsabhängige Überprüfungen. Zusätzlich wird ggf. eine erweiterte Sichtprüfung der abgasrelevanten Bauteile angeregt. Die Änderung der Partikelmessung von Trübungs- auf Anzahlmessung ist als kurzfristige Änderung bereits ab dem Jahr 2021 für Dieselfahrzeuge angekündigt. Die Stickoxidmessung wird als wichtige weitere Messgröße zusätzlich beleuchtet. Die OBD Diagnostik wurde als ausbaufähige Komponente zur Verbesserung der AU erkannt. Die aktuelle Diagnostik sollte um Straßentests erweitert werden. Konzepte zu längerfristigen Änderungen in der AU-Neu beschreiben eine anlassbezogene AU. Hierzu werden Fahrzeughalter bei Auffälligkeiten der Abgasemissionen, welche durch fahrzeuginterne Remote OBD oder Remote On Board Monitoring ermittelt werden, aufgefordert eine AU durchzuführen. Die Auffälligkeiten können auch durch externe Remote Sensing Devices zur Emissionsmessung erfasst werden. Desweiteren können zusätzliche Diagnosejobs in Fahrzeuge implementiert werden, welche mittels OBD ausgewiesen werden. Das erarbeitete Konzept ist sowohl für Diesel- als auch Benzinfahrzeuge erarbeitet worden.
Der Einsatz von aus alten Straßen rückgewonnenem Asphaltgranulat in Asphalttragschichten ist in Deutschland Stand der Technik. Aus zahlreichen Studien ist bekannt, dass die mechanischen Eigenschaften der Asphalttragschicht durch die Verwendung von Asphaltgranulat verändert werden. Zur Quantifizierung und Bewertung dieser Veränderung können Performance-Prüfungen herangezogen werden, bei denen im Labor unter definierten Prüfbedingungen das last-, temperatur- und zeitabhängige Materialverhalten von repräsentativen Probekörpern untersucht wird. So erhaltene Kennwerte der mechanischen Asphalteigenschaften finden zunehmend Eingang in die rechnerische Dimensionierung von Asphaltstraßen, mit deren Hilfe die Lebensdauer der Straßenkonstruktion abgeschätzt wird. Dieses Forschungsprojekt ist der Bestimmung der Einflüsse aus der Mischgutherstellung im Labor auf die resultierenden mechanischen Eigenschaften von mit Asphaltgranulat modifiziertem Asphalttragschicht-Mischgut gewidmet. Unter Variation der Herstellungsmodalitäten wurde untersucht, wie Asphalttragschicht-Mischgut mit Asphaltgranulat im Labor möglichst praxisnah hergestellt und daraus Probekörper gewonnen werden können, die vergleichende mechanische Eigenschaften aufweisen, wie das gleiche unter Praxisbedingungen in situ hergestellte und eingebaute Asphaltmischgut. Im Projektverlauf wurden für 2 Varianten an Asphalttragschicht-Mischgut, nämlich
- Asphaltbeton der Sorte AC 32 T S mit unterschiedlichen Asphaltgranulat-Anteilen bei Warmzugabe (Referenz 50 M.-%) und
- Asphaltbeton der Sorte AC 32 T N mit unterschiedlichen Asphaltgranulat-Anteilen bei Kaltzugabe (Referenz 30 M.-%), die Einflüsse auf die resultierenden Performance-Eigenschaften aus unterschiedlichen Labormischverfahren analysiert, nämlich
- Zweiwellen-Zwangsmischer (ZZM), Schlag-Rührmischer (SRM) und Gegenlauf-Zwangsmischer (GZM),
- unter Variation des Zugabeanteils von Asphaltgranulat von 0 bis 60 M.-% bei der Mischgut-Variante 1 (AC 32 T S) und
- unter Variation des Zugabeverfahrens bei Mischgut-Variante 2 (AC 32 T N), nämlich Warm- und Kaltzugabe.
Die durchgeführten Performance-Prüfungen hinsichtlich Steifigkeit, Widerstand gegen Kälterissbildung, Ermüdungswiderstand und Verformungswiderstand bestätigen
frühere Studien dahingehend, dass das Herstellverfahren im Labor die Performance-Eigenschaften von Asphalt signifikant beeinflusst. Bei Wahl einer ausreichend langen Nachmischzeit von mindestens 180 Sekunden wurde nun der Nachweis erbracht, dass Asphaltmischgut mit Asphaltgranulat im Labor möglichst praxisnah mittels Einsatzes eines Zweiwellen-Zwangsmischers oder alternativ mittels eines Gegenlauf-Zwangsmischers hergestellt werden kann (der Zweiwellen-Zwangsmischer ist gegenüber dem Gegenlauf-Zwangsmischer nach Möglichkeit vorzuziehen). Mit Hilfe der im Projektbericht detailliert beschriebenen Vorgehensweise ist nach dem heutigen Stand des Wissens bestmöglich sichergestellt, dass die im Labor hergestellten Probekörper vergleichbare mechanische Eigenschaften aufweisen, wie das gleiche unter Praxisbedingungen in situ hergestellte und eingebaute Asphaltmischgut.
Ziel des Vorhabens war, einen systematischen, quantitativen Datensatz der hydraulischen Eigenschaften von Ersatzbaustoffen in hoher Güte zu erarbeiten. Es wurden insgesamt 15 Materialien aus vier Materialgruppen in zweifacher Wiederholung in einer für die Verwendung im Straßenbau typischen Lagerungsdichte untersucht. Die Materialgruppen umfassten Bodenmaterialien (BM), Hausmüllverbrennungsaschen (HMVA), Recyclingbaustoffe (RC), sowie eine Stahlwerksschlacke (SWS). Die hydraulische Charakterisierung umfasste die Beziehung zwischen Wassergehalt und Kapillardruck („Retentionskurve“) sowie die Beziehung zwischen gesättigt/ungesättigter Leitfähigkeit und Wassergehalt („Leitfähigkeitskurve.“). Als Verfahren zur Ermittlung der hydraulischen Eigenschaften an großen Probekörpern (6,8 Liter) diente die Verdunstungsmethode. Die Validität der Verdunstungsmethode für die durchgeführten Experimente wurde in einer Simulationsstudie bestätigt. Ergänzende Messungen erfolgten für die gesättigte hydraulische Leitfähigkeit mit der Methode mit konstantem Überstau und für die Wasserretention im trockenen Bereich mit der Taupunkts-Methode. Die Retentionsdaten wurden in hoher Präzision über den gesamten Feuchtebereich, die ungesättigten Leitfähigkeitsfunktionen über den experimentell zugänglichen Feuchtebereich gewonnen. Die Ergebnisse der Parallelproben zeigten aufgrund der großen Probenkörper eine hohe (BM, HMVA, SWS) bis befriedigende (RC) Wiederholungsgenauigkeit. Die ermittelten hydraulischen Eigenschaften besitzen komplexe Formen, die sich teilweise durch Makroporenanteile mit sprunghaften Änderungen der Wassergehalte und hydraulischen Leitfähigkeiten beim Übergang von Sättigung zu ungesättigten Systemzuständen (HMVA, RC), bimodalen Porengrößenverteilungen im mittleren Feuchtebereich, einem kontinuierlichen Rückgang der Wassergehalte auf den Wert null hin zum Trockenen, und hydraulischen Leitfähigkeitskurven mit Filmflusskomponenten auszeichnen. Dies kann mit gängigen Modellen für hydraulische Eigenschaften (z.B. van Genuchten, 1980) nicht befriedigend beschrieben werden. Gängige Pedotransfer-Funktionen, welche in der Vergangenheit für Böden erstellt wurden, können somit zu keiner realistischen Beschreibung der Wasserdynamik führen. Eine Erstellung von Pedotransfer-Funktionen auf Basis von einfachen analytischen Funktionsansätzen erscheint gegenwärtig nicht praktikabel. Das Ziel weiterer Untersuchungen sollte einerseits darin liegen, geeignete Funktionen zu finden, mit denen das beobachtete hydraulische Verhalten der untersuchten Stoffe fehlerfrei wiedergegeben werden kann, andererseits Szenarien zu identifizieren, bei denen auch mit vereinfachten Funktionsansätzen befriedigend genaue Simulationen des Wasserhaushaltes in Ersatzbaustoffen in einem limitierten Feuchtebereich möglich sind.
Regionale Klimamodelle projizieren für Deutschland bis zum Jahr 2100 heißere Sommer als bisher, die durch längere Trockenperioden und häufiger wiederkehrende Starkregenereignisse geprägt sind. Eine Zunahme von Starkregenereignissen kann die Funktionsfähigkeit von Straßenentwässerungseinrichtungen erheblich beeinflussen, wenn es häufiger zu hydraulischen Überlastungen und infolgedessen zu Schädigungen im Umfeld der Entwässerungseinrichtungen und zu eventuellen Verkehrsbeeinträchtigungen kommt. Auch Trockenperioden können sich negativ auswirken, wenn beispielsweise der Bewuchs einer Bodenfilteranlage durch Trockenstress geschädigt wird. Im Projekt werden für vier über Deutschland verteilte Regionen die Änderungen von Starkregenereignissen und Trockenperioden sowie die resultierenden Auswirkungen auf die Straßenentwässerung untersucht. Für die Auswertungen werden zwei Läufe des Klimamodells CLM verwendet, die auf dem globalen Emissionsszenario A1B basieren. Die für die Straßenentwässerung maßgeblichen konvektiven Starkregenereignisse mit hohen Niederschlagsintensitäten und kurzen Dauern werden von den regionalen Klimamodellen nicht abgebildet. Es wird daher im Projekt ein statistisches Downscalingverfahren verwendet, um die Daten unter Nutzung gemessener historischer Niederschlagszeitreihen für die vier Regionen auf eine kleinere Skala mit höherer zeitlicher und räumlicher Auflösung zu übertragen. Als Ergebnis liegen jeweils Niederschlagszeitreihen für den Referenzzeitraum 1961-1990, die nahe Zukunft 2021-2050 und die ferne Zukunft 2071-2100 vor. Durch statistische Auswertung der Zeitreihen werden die Trends für Niederschläge definierter Dauer und Häufigkeit errechnet. Gegenüber dem Referenzzeitraum ergeben sich für die Zukunft überwiegend Zunahmen der statistischen Starkregenhöhen. Für die Regionen 1 (dynaklim-Projektgebiet Nordrhein-Westfalen), 2 (Basel-Karlsruhe) und 3 (Hamburg-Puttgarden) ergeben sich Zunahmen, die überwiegend statistisch signifikant sind und mit über 10 % über dem Toleranzbereich der regionalisierten Starkniederschlagshöhen des Deutschen Wetterdienstes (KOSTRA) liegen. In Region 4 (Leipzig) fallen die Änderungen deutlich geringer aus. Insgesamt ergeben sich größtenteils Zunahmen der statistischen Starkregenhöhen im Bereich von +5 % bis +25 %. Die Ergebnisse zu den Starkregentrends sind mit Unsicherheiten behaftet. Sowohl die Klimaprojektionen als auch das im Projekt verwendete Downscalingverfahren beinhalten Annahmen und Vereinfachungen. Die Projektergebnisse weisen insgesamt auf eine Starkregenzunahme hin, es treten allerdings große Unterschiede zwischen den untersuchten Regionen und CLM-Rechenläufen auf. …
Für die Beurteilung der Frostsicherheit von ungebundenen Schichten im Straßenbau werden je nach Anwendungsgebiet die Kriterien aus unterschiedlichen Regelwerken herangezogen. Die diesen Kriterien hinterlegten Prüfmethoden sind auf Erfahrungen mit natürlichen Baustoffen abgestimmt und korrelieren nicht hinreichend mit den Materialveränderungen von Recycling-Baustoffen und industriellen Nebenprodukten in der Praxis. Daher wurde eine realitätsnahe Prüfmethode auf Basis österreichischer Erfahrungen entwickelt. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurden nun Bewertungskriterien für diese Prüfmethode erarbeitet. Zunächst wurden die in der Literatur als maßgeblich definierten Einflussgrößen auf die Frosthebung gezielt untersucht. Daraus ergab sich, dass der Frosthebungsparameter Maximale Frosthebung besonders für die Bewertung geeignet und die Parameter Bleibende Hebung und Hebungsgeschwindigkeit jeweils geeignet sind. Für die Entwicklung eines Bewertungskriteriums wurden zwei Ansätze verfolgt, von denen nur Ansatz A sich als zielführend herausstellte. Bei Bewertungsansatz A wurden die Flächen unter der Hebungskurve und die über der Kühlkopf-Temperaturkurve je Probe ermittelt und in Bezug gesetzt. Bewertungsansatz B wurde ursprünglich konzipiert, um Kennwerte aus dem Frosthebungsversuch und Materialkennwerte miteinander zu verknüpfen. Dieser Ansatz hat sich als nicht zielführend herausgestellt. Schlussendlich erzeugen die Überlagerungen der unterschiedlichen materialspezifischen Einflussfaktoren zu hohe Streuungen. Werden jedoch Materialgemische in Abhängigkeit ihrer Eigenschaften, z. B. hoher Feinanteil, im Labor gezielt zusammengesetzt, lässt sich dieser materialspezifische Einflussfaktor auf die Frosthebung überwiegend korrelieren. Eine Übertragung dieser Korrelationen auf heterogene Baustoffgemische aus der Praxis ist nicht möglich. Die Validierung des Bewertungskriteriums nach Ansatz A erfolgte mittels Frosthebungsdaten von RC-Baustoffgemischen aus der Praxis. Grundsätzlich liegt mit dem Frosthebungsversuch nun ein prozesssicheres Verfahren vor, mit dem das Frostverhalten von RC-Baustoffgemischen und industriellen Nebenprodukten praxisgerecht geprüft und bewertet werden kann. Damit ist eine Möglichkeit geschaffen, die Gebrauchseigenschaft Frostempfindlichkeit der Materialien besser zu beurteilen.
Die Forschungsvorhaben FE 89.0246/2010/AP, F1100.3207033 und FE 89.0270/2011 wurden in dem Forschungsvorhaben „Effizienz geohydraulischer Sicherungsmaßnahmen bei Einsatz von Böden mit umweltrelevanten Inhaltsstoffen – Teil 2“ (FE 89.0292/2013) weitergeführt. Die in den Vorgängerprojekten gewonnen Erkenntnisse zeigten auf, dass noch eine deutliche Verbesserung der Aussagequalität zum Langzeitverhalten der technischen Sicherungsmaßnahmen und zu Unterschieden der Wirksamkeit der einzelnen technischen Sicherungsmaßnahmen zu erwarten sind. Im Zuge der Projektbearbeitung wurden einige Veränderungen im Versuchsaufbau umgesetzt um die Aussagequalität zu verbessern. So wurde die Deckschicht der an die Lysimeteranlage angrenzenden Straße und die hydraulische Abkopplung der Busspur erneuert um die Zulaufbedingungen zu den Lysimeterbecken zu optimieren. Im Oktober 2014 wurden die Bankettbereiche der Lysimeterbecken erneuert und eine zusätzliche Schicht eingebracht, die im Bankett die Versickerung des Straßenabflusses reduzieren soll. Im Zuge dieser Umbauten wurde in Lysimeterbecken 6 eine beidseitig kaschierte Dränmatte als technische Sicherungsmaßnahme verbaut. Zusätzlich zu den Änderungen im Versuchsaufbau wurde die Messtechnik erweitert. Um die tatsächliche Evapotranspiration quantifizieren zu können wurde im Januar 2015 eine Wetterstation in Betrieb genommen. Zudem wurde eine zusätzliche Kippwaage (5 ml Auflösung) am Straßenabflusssammler installiert. Unter dem verwirklichten Versuchsaufbau bilden die Bodenkörper mit ihren jeweiligen technischen Sicherungsmaßnahmen und dem Bankett ein Gesamtsystem, das als solches betrachtet werden muss. Eine detaillierte Zusammenstellung der Ergebnisse kann dem Schlussbericht entnommen werden.
Unter dem verwirklichten Versuchsaufbau bilden die Bodenkörper mit ihren jeweiligen technischen Sicherungsmaßnahmen und dem Bankett ein Gesamtsystem, das als solches betrachtet werden muss. Eine detaillierte Zusammenstellung der Ergebnisse kann dem Schlussbericht entnommen werden. Zusammenfassend kann für den Untersuchungszeitraum April 2013 - November 2016 qualitativ folgendes festgestellt werden:
• Durch die Fortsetzung des Vorgängerprojektes konnte das Langzeitverhalten der Lysimeter beobachtet und weitere wichtige Erkenntnisse gewonnen werden. Zwischen beiden Projekten zeigen sich zum Teil deutliche Unterschiede hinsichtlich des Sickerwasseranteils.
• Die Auswahl des Dammbaustoffes hat den wesentlichen Einfluss auf den Anteil des Sickerwassers. Dieser betrug bei den Lysimetern mit bindigem Boden zwischen 14% und 38%, bei den Lysimetern mit kiesigen Böden zwischen 58% und 71%.
• Im Langzeitverhalten zeigen alle Lysimeter deutliche Veränderungen beim Sickerwasseranteil. Alterungseffekte der technischen Sicherungsmaßnahmen, die höhere Sickerwasseranteile zur Folge haben, können nicht ausgeschlossen werden.
• Nach dem Straßenumbau kommt es bei allen Lysimeterbecken zu einer signifikanten Erhöhung des Sickerwasseranteils mit weiter steigender Tendenz. Bei Lysimeterbecken 3 ergaben sich Sickerwasseranteile die im Bereich der Lysimeterbecken mit kiesigem Böschungskern liegen. Die Ursache hierfür konnte nicht abschließend geklärt werden. Ein Tracerversuch mit anschließender schichtenweiser Abtragung des Bodenkörpers kann weitere Erkenntnisse diesbezüglich ergeben.
• Der Umbau der Bankettbereiche hatte keine signifikante Verringerung der Sickerwasseranteile zur Folge.
• Beim kiesigen Boden konnte nachgewiesen werden, dass die direkte Durchsickerung im Bankettbereich durch den Bankettumbau reduziert wurde bzw. mehr des von der Straße anströmenden Wassers über den Bankettbereich zu den Böschungen transportiert wird.
• Die Bitumenanspritzung bewirkt bei beiden Bodenarten keine signifikante Verminderung des Sickerwasseranteils. Die in Brand et al. (2016) festgestellte Erhöhung des Sickerwasseranteils gegenüber den anderen technischen Sicherungsmaßnahmen kann jedoch nicht mehr festgestellt werden.
• In den bindigen Böden ist Lysimeter 2, das über eine Dränmatte als technische Sicherungsmaßnahme verfügt, das Lysimeter mit den insgesamt geringsten Anteilen an Sickerwasser. Die in Brand et al. 2016 in Lysimeter 3 eingebaute dickere Kiesschicht scheint ihre Funktion verloren zu haben.
• zwischen den Lysimetern mit kiesigem Boden im Böschungskern sind hinsichtlich des Sickerwasseranteils nur geringe Unterschiede feststellbar. Eine Ausnahme bildet Lysimeter 8.
• Es konnten mehrere Ansätze zur Berechnung der potentiellen Evapotranspiration verfolgt werden. An die tatsächlich stattfindende Evapotranspiration wurde sich zusätzlich mithilfe der allgemeinen Wasserhaushaltsgleichung angenähert. Die Ergebnisse legen nahe, dass sich die Evapotranspiration nicht signifikant zwischen den verschiedenen Lysimeterbecken/Baustoffen unterscheidet. Insgesamt spielt die tatsächliche Evapotranspiration mengenmäßig nur eine untergeordnete Rolle. Im Falle einer Dammlage ist mit einer Zunahme der Verdunstung auf der Straße als auch der tatsächlichen Evapotranspiration zu rechnen.
• Durch die Verbesserung der Zulaufsituation durch Änderung der Straßenabflussrinne und durch die Erweiterung der Messtechnik konnte die Genauigkeit der Mengenmessung optimiert werden. Beides wirkt sich in deutlich höheren festgestellten Anteilen abflusswirksamer Niederschläge aus.
…
Bei Straßenbaumaßnahmen werden im Erdbau große Massen bewegt. Nicht immer gelingt der Massenausgleich innerhalb einer Baumaßnahme, so dass dann andere Baustoffe zur Herstellung der Erdbauwerke benötigt werden. Hierfür können Ersatzbaustoffe, wie Recycling-Baustoffe, industrielle Nebenprodukte oder aufbereitetes Bodenmaterial verwendet werden, um natürliche Ressourcen zu schonen. Neben der bautechnischen Eignung der Ersatzbaustoffe spielt der Schutz von Boden und Grundwasser mittlerweile bei der Auswahl der Baustoffe eine wesentliche Rolle. Um diesen zu gewährleisten, ist bei Ersatzbaustoffen zu prüfen, ob umweltrelevante Inhaltsstoffe mit dem Sickerwasser in relevanten Mengen in Boden und Grundwasser ausgetragen werden können.
Die Bundesanstalt für Straßenwesen widmet sich diesem Themenbereich in der Forschungslinie „Ressourcenschonender und umweltverträglicher Straßenbau“. Das übergeordnete Ziel der verschiedenen Forschungsprojekte ist dabei, den Einsatz von Ressourcen zu optimieren und gleichzeitig die Auswirkungen auf die Umwelt zu bewerten.
Aus Sicht des Straßenbauingenieurs reicht das Wissen über Wasser im Straßenbauwerk für die Beurteilung der Gebrauchstauglichkeit vollkommen. Für die hydrogeologische Beurteilung der Durchsickerung im Hinblick auf den Boden- und Grundwasserschutz ist der heutige Wissensstand jedoch noch unzureichend. Insbesondere sind dazu folgende Fragen offen: Wie viel Wasser gelangt in das Straßenbauwerk und wie viel Wasser durchsickert die Straßenböschung?
Zum Schutz von Boden- und Grundwasser wurden für den Einsatz bestimmter Ersatzbaustoffe im Erbau Bauweisen für technische Sicherungsmaßnahmen (TSM) entwickelt. Durch diese Bauweisen kann die Menge des Sickerwassereintrags in das Bauwerk reduziert und damit der Austrag an umweltrelevanten Inhaltsstoffen verringert oder sogar ganz vermieden werden.
Ziel der Forschungsarbeiten zum Thema Durchsickerung von Straßenböschungen ist es, eine belastbare Datengrundlage zum Wasserhaushalt von Straßenböschungen zu schaffen. Daraus werden Instrumente entwickelt, um die Wirksamkeit der unterschiedlichen technischen Sicherungsmaßnahmen zu beurteilen. So sollen Ersatzbaustoffe durch ökonomisch und ökologisch optimierte Bauweisen weiter für den Erdbau des Straßenbaus genutzt werden.
In diesem Projekt „Effizienz technischer Sicherungsmaßnahmen im Erdbau – Lysimeteruntersuchungen unter Laborbedingungen“ wird der Forschungsansatz der großmaßstäblichen Versuche verfolgt, mit dem Ziel die Wirksamkeit von TSM zu beurteilen. Hierzu wurden Lysimeter und eine zugehörige Beregnungseinheit entwickelt. Mit der Anlage wurde ein Instrument geschaffen, um unter vergleichbaren, kontrollierten und zeitgerafften Bedingungen verschiedene Kombinationen aus TSM und Ersatzbaustoffen am Ausschnitt einer Böschung im Maßstab 1:1 zu prüfen. Um klimatische Einflüsse weitestgehend auszuschließen, ist die Anlage in einer Versuchshalle aufgestellt, so dass die Lysimeteruntersuchungen unter gleichbleibenden Laborbedingungen durchgeführt werden können.
Die Vorteile der Lysimeteruntersuchungen unter Laborbedingungen liegen in einer gut erfassbaren Wasserbilanz und der Möglichkeit, regelmäßig Wasserproben für die chemischen Untersuchungen zu gewinnen. Zu den Schwächen gehören, dass Umwelteinflüsse und Straßenabfluss nicht berücksichtigt werden und ggf. nicht erfassbare Randeinflüsse vorhanden sind. Zudem sind die Versuchsdauern lang und die Versuche sind betreuungsintensiv. Aufgrund der Abmessungen des Lysimeterkastens sind nicht alle TSM realisierbar.
In dieser zweiten Versuchsserie wurden eine Hausmüllverbrennungsasche (HMVA), ein Recycling-Baustoff (RC) ein Gießereirestsand (GRS) und eine Steinkohlenkesselasche (SKA) untersucht. Als TSM wurden drei verschiedene Dränmatten und eine Vergleichsvariante ohne TSM eingesetzt, so dass insgesamt zehn Versuchsreihen durchgeführt worden sind. Die Lysimeterversuche wurden von April 2013 bis Dezember 2016 durchgeführt. Während den 15-wöchigen Versuchsreihen wurde an jedem Arbeitstag das Gewicht des Lysimeters und des Oberflächenabfluss ermittelt. Das Sickerwasser wurde ebenfalls gewogen und analysiert. Während dieser Zeit wurden in jeder Woche ein bis drei Regenereignisse aufgebracht. Abschließend wurde für die Materiealien RC und SKA noch die Sensitivität der Versuchsergebnisse gegenüber der Regenmenge untersucht.
Die wesentlichen Erkenntnisse zur Effizienz der technischen Sicherungsmaßnahmen sind:
1. Für alle Materialien lässt sich durch die Verwendung von Dränmatten eine Reduktion der Sickerwassermenge um mindesten 40 % erzielen.
2. Bei der Effizienz der Bauweise kommt es zu einer Überlagerung verschiedener Eigenschaften, wie
• den hydraulischen Eigenschaften der Dränmatte sowie
• der Wasserdurchlässigkeit,
• dem Verdichtungsgrad und
• der kapillaren Saugspannung des in der Böschung untersuchten Materials.
Die Menge an umweltrelevanten Inhaltstoffen wird von den beiden Faktoren Konzentration im Sickerwasser und Menge des Sickerwassers bestimmt. Der entscheidende Faktor bei den aufsummierten Frachtkurven ist in den meisten Fällen die Sickerwassermenge, diese wird von der TSM beeinflusst. Es ist also möglich, mit einer geeigneten TSM den Austrag von umweltrelevanten Inhaltsstoffen aus einer Straßenböschung zu verringern.
In zukünftige Simulationsrechnungen sollten die unterschiedlichen Charaktere der Regen und die Trocknungsphasen berücksichtig werden. Keinesfalls darf von einem gleichmäßigen Dauerregen ohne Trocknungsphasen ausgegangen werden. Es konnte gezeigt werden, dass dies die Menge von Oberflächen- und Sickerwasserabfluss beeinträchtigt.
Für eine wirkungsvolle Reduzierung der Sickerwassermenge muss die Bauweise mit dem Material und den Einbaubedingungen abgestimmt werden. Dafür steht mit dem Hallenlysimeter ein Instrument zur Verfügung, das unter vergleichbaren, kontrollierten und zeitgerafften Bedingungen die Beurteilung der Effizienz von TSM erlaubt.
Nutzfahrzeuge der Kategorie N1 sind Fahrzeuge mit einem maximalen zulässigen Gesamtgewicht (zGG) bis zu 3500 kg. Da für diese Fahrzeuge keine Geschwindigkeitsbegrenzung und Fahrzeiterfassung vorgeschrieben ist, sind diese Fahrzeuge sehr häufig in Unfälle involviert. Durch den großen Laderaum und die hierdurch mögliche hohe Schwerpunktlage sind die Fahrer hinsichtlich der Adaption an die Beladungszustände häufig überfordert. Um den Einfluss der Fahrdynamikregelung auf die Sicherheit von N1 Fahrzeugen aufzuzeigen wurden standardisierte Fahrmanöver mit und ohne ESP bei unterschiedlichen Beladungszuständen durchgeführt. Hierfür wurde ein Fahrzeug mit einer Stütz- und Beladungsvorrichtung sowie mit der notwendigen Sensorik zur Erfassung fahrdynamischer Kennwerte und der Bremsdrücke ausgestattet. Die Auswertung der fahrdynamischen Kenngrößen zeigte deutlich den Beladungseinfluss auf die Fahrdynamik und die Minimierung dieses Einflusses durch ein ESP System mit der Mehrwertfunktion Load Adaptiv Control. Da N1-Fahrzeuge häufig auch von wenig erfahrenen Fahrern, z. B. Ferienjobs, im Straßenverkehr bewegt werden, sollten im Rahmen dieser Studie auch Fahrversuche mit ungeübten Probanden am Fahrsimulator berücksichtigt werden, um das Sicherheitspotential des ESP für die normale Fahrerpopulation aufzuzeigen. Hierzu wurde ein echtzeitfähiges Simulationsmodell eines Sprinters in CarSim erstellt und mit den Ergebnissen der Realfahrten validiert. Die Versuche am Fahrsimulator sollten das Sicherheitspotential des ESP bei der durchschnittlichen Fahrerpopulation aufzeigen. Hierzu wurden sowohl die im Realversuch durchgeführten standardisierten Fahrmanöver als auch Szenarien wie Ausweichmanöver, Teststreckenfahrt etc. nachgebildet. Insbesondere bei plötzlich auftauchenden Hindernissen hat sich der Vorteil des ESP deutlich gezeigt. Auch die Vorteile der Lasterkennung für das Regelverhalten des ESP wurde nachgewiesen.
Nutzfahrzeuge der Kategorie N1 sind Fahrzeuge mit einem maximalen zulässigen Gesamtgewicht (zGG) bis zu 3500 kg. Da für diese Fahrzeuge keine Geschwindigkeitsbegrenzung und Fahrzeiterfassung vorgeschrieben ist, sind diese Fahrzeuge sehr häufig in Unfälle involviert. Durch den großen Laderaum und die hierdurch mögliche hohe Schwerpunktlage sind die Fahrer hinsichtlich der Adaption an die Beladungszustände häufig überfordert. Um den Einfluss der Fahrdynamikregelung auf die Sicherheit von N1 Fahrzeugen aufzuzeigen wurden standardisierte Fahrmanöver mit und ohne ESP bei unterschiedlichen Beladungszuständen durchgeführt. Hierfür wurde ein Fahrzeug mit einer Stütz- und Beladungsvorrichtung sowie mit der notwendigen Sensorik zur Erfassung fahrdynamischer Kennwerte und der Bremsdrücke ausgestattet. Die Auswertung der fahrdynamischen Kenngrößen zeigte deutlich den Beladungseinfluss auf die Fahrdynamik und die Minimierung dieses Einflusses durch ein ESP System mit der Mehrwertfunktion Load Adaptiv Control. Da N1-Fahrzeuge häufig auch von wenig erfahrenen Fahrern, z. B. Ferienjobs, im Straßenverkehr bewegt werden, sollten im Rahmen dieser Studie auch Fahrversuche mit ungeübten Probanden am Fahrsimulator berücksichtigt werden, um das Sicherheitspotential des ESP für die normale Fahrerpopulation aufzuzeigen. Hierzu wurde ein echtzeitfähiges Simulationsmodell eines Sprinters in CarSim erstellt und mit den Ergebnissen der Realfahrten validiert. Die Versuche am Fahrsimulator sollten das Sicherheitspotential des ESP bei der durchschnittlichen Fahrerpopulation aufzeigen. Hierzu wurden sowohl die im Realversuch durchgeführten standardisierten Fahrmanöver als auch Szenarien wie Ausweichmanöver, Teststreckenfahrt etc. nachgebildet. Insbesondere bei plötzlich auftauchenden Hindernissen hat sich der Vorteil des ESP deutlich gezeigt. Auch die Vorteile der Lasterkennung für das Regelverhalten des ESP wurde nachgewiesen.
Die Wiederverwendung von Ausbauasphalten im gebundenen Straßenoberbau erfolgt in Deutschland seit etwa vier Jahrzehnten. Die in Zukunft anfallenden Ausbauasphalte werden zunehmend bereits mit Asphaltgranulat hergestellt worden sein, sodass mit zunehmenden Alterungsgraden der Bindemittel zu rechnen ist. Entscheidend ist zukünftig, die qualitative Einbindung der Ausbauasphalte in die Wiederverwendungskonzepte zu verbessern. Hierzu sind insbesondere die Aktivierbarkeit und die Homogenisierbarkeit der Bindemittel im Asphaltgranulat mit dem frischen Bindemittel genauer zu beachten. Ob und wieweit eine solche Homogenisierung bei Zugabe von Rejuvenatoren (Verjüngungsmittel) gegeben ist, oder sich vielleicht noch verbessern lässt, ist zu hinterfragen. Zudem ist grundsätzlich die rheologische Wirkung der Rejuvenatoren in Abhängigkeit vom Alterungsgrad der Bindemittel im Asphaltgranulat von Bedeutung. Im Rahmen des Forschungsprojektes wird eine materialbeschreibende Marktanalyse durchgeführt, mit der die Stoffeigenschaften der angebotenen Rejuvenatoren vergleichend betrachtet werden. Neben der Wirksamkeit wird auch die Dauerhaftigkeit der "Verjüngung" durch simulierte Alterungsprozesse (Laboralterung) ermittelt. Nach der umfassenden Charakterisierung der Art und Dauer der Wirkung der Rejuvenatoren wurde in Abhängigkeit von diesen Ergebnissen eine Auswahl für weitergehende Asphaltuntersuchungen getroffen. Mit drei Produkten erfolgt eine umfassende Untersuchung der Auswirkungen auf die performance-orientierten Asphalteigenschaften. Hierzu wurden Laboruntersuchungen und im Anschluss daran Erprobungen im Rahmen einer Straßenbaumaßnahme durchgeführt, wissenschaftlich begleitet und dokumentiert. Der Einfluss der Rejuvenatoren ist unterschiedlich: Einige Rejuvenatoren wirken tatsächlich rheologisch "verjüngend", andere "fluxend". Die dritte Wirkungsvariante zeigt eine Veränderung des rheologischen Verhältnisses aus elastischen und viskosen Verformungsanteil hin zu noch höheren elastischen Anteilen. Dies ist nach bisherigen Erkenntnissen keine gewünschte Wirkungsweise.
Für einen hoch effizienten, nachhaltigen und kostenminimierten Winterdienst ist der Einsatz von Sole von großer Bedeutung. Frühere Forschungsarbeiten und die praktischen Erfahrungen haben das bestätigt. Damit für die Soleverwendung bei der FS30- oder FS100-Streuung ausreichend Sole, hergestellt aus Natriumchlorid, mit guter Qualität zur Verfügung steht, müssen geeignete Tausalzlöseanlagen beschafft und betrieben werden. Damit kann eine ausreichende Verfügbarkeit von Sole sichergestellt werden. In vielen Fällen ist die Eigenherstellung von Sole auch wirtschaftlicher als eine Fremdbeschaffung.
Erste Anforderungen an Tausalzlöseanlagen wurden in einem aktuellen europäischen Normungsprojekt formuliert. Allerdings wurden die technischen Zusammenhänge bei der Soleherstellung bislang nicht untersucht und es sind verschiedene Probleme bei der Soleherstellung berichtet worden.
Ziel der Forschungsarbeit war die Beurteilung der Leistungsfähigkeit unterschiedlicher technischer Ausführungen von Tausalzlöseanlagen. Dabei wurden die Zusammenhänge zwischen der verfahrenstechnischen und sonstigen technischen Ausführung der Anlagen, den Umfeldbedingungen und der Salzqualität untersucht. Als Nutzen soll zukünftig eine leistungsfähige und zuverlässige Arbeit der Tausalzlöseanlagen erreicht werden, die kostengünstig die ausreichende Bereitstellung von Sole für einen effektiven Winterdienst ermöglichen.
Schwerpunkte der Bearbeitung stellten eine Online-Umfrage bei Straßenbauverwaltungen in Deutschland, Österreich, den Niederlanden und in der Schweiz dar, um deren Erfahrungen und mögliche Optimierungspotenziale bei der Produktion von Sole zu erfassen. Aufbauend auf den Umfrageergebnissen wurden in Deutschland praktische Untersuchungen mit Salzlöseanlagen, die mit aufwärts gerichtetem Wasserdurchfluss oder Zwangsumlauf arbeiteten, durchgeführt. Die Abhängigkeiten der Soleproduktionskapazität und der Solequalität vom Systemdesign, der verwendeten Salzqualität und den Temperaturen des Lösewassers und des Salzes wurden bestimmt. Die Ergebnisse verschiedener Methoden zur Online-Messung und manuellen Messung der Solekonzentration wurden mit Laborergebnissen verglichen.
Alle erzielten Ergebnisse wurden verwendet, um technische Anforderungen an Tausalzlöseanlagen und Empfehlungen für deren Betrieb und für die Beschaffung neuer Anlagen einschließlich der Auswahl der Salzqualität zu formulieren.
Unbedingt notwendige Bestandteile einer Leistungsbeschreibung für Tausalzlöseanlagen wurden identifiziert (u.a. Anforderungen an die Produktionsleistung und Solequalität (Konzentration, Reinheit), Anforderungen der Arbeitssicherheit und des Umweltschutzes, Vorgaben für die Mess-, Steuer- und Regeltechnik, Abnahmekriterien).
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde ein Verfahren entwickelt und validiert, mit dem sich reale Emissionsfaktoren für motorisierte Zweiräder in der Systematik des HBEFA generieren lassen. Das Verfahren basiert auf Fahrzeug-Emissionsmessungen in realen Testzyklen, vermessen am Rollenprüfstand oder auf der Straße, als Eingabe für ein Simulationsmodell. Das Modell erzeugt aus den Messungen Motorkennfelder, in denen die Abgasemissionen und der Kraftstoffverbrauch über normierter Motordrehzahl und normierter Motorleistung abgelegt werden. Für jedes gemessene Kfz ergibt sich ein normiertes Emissions-Motorkennfeld. Aus den einzelnen Kennfeldern können dann Durchschnittskennfelder je Fahrzeugkategorie (z.B. Motorrad über 500ccm, EURO 3) gebildet werden. Die Motordrehzahl muss in den Emissionstests entweder gemessen, oder aus Geschwindigkeit, Gang, Reifenumfang und Übersetzungen berechnet werden. Die Motorleistung kann mittels gemessenem CO2-Massenstrom und der Drehzahl aus "generischen CO2-Kennfeldern" ermittelt werden, da im Allgemeinen keine gemessene Leistung vorliegt. Um mit dem Modell dann Emissionsfaktoren für beliebige Fahrzyklen zu bestimmen, wird die Motorleistung aus der Fahrzeuglängsdynamik, den Verlusten im Antriebstrang und dem Leistungsbedarf von Nebenaggregaten aus dem jeweils vorgegebenen Geschwindigkeits- und Steigungsverlauf berechnet. Zur Bestimmung der Drehzahl wird zuerst ein passender Gang berechnet und dann aus den Übersetzungen die Motordrehzahl. Steht die geforderte Motorleistung in keinem Gang zur Verfügung, wird die Beschleunigung im betroffenen Zeitschritt so reduziert, dass sich ein Volllastbetrieb ergibt. Die Berechnungen erfolgen in 1Hz Auflösung. Für jede Sekunde werden dann aus dem zugehörigen Motorkennfeld die Emissionen entsprechend der Drehzahl und Leistung interpoliert. Die integrierten Emissionswerte über den Zyklus ergeben die Summenemissionen, die Division durch die zurückgelegte Strecke die Emissionsfaktoren in g/km. Die Methode wurde im Simulationsprogramm PHEM implementiert. Da PHEM bereits in einem ähnlichen Verfahren Emissionsfaktoren für PKW, LNF und SNF berechnet, war der Zusatzaufwand zum Einbau von Zweirädern nieder und alle Zusatzfunktionen von PHEM können auch für Zweiräder verwendet werden (z.B. Dynamikkorrekturen, automatisierte CO2-basierte Kennfelderzeugung, Batch-Modus, etc.). In dem Projekt wurde die Modellentwicklung und Validierung anhand von 4 gemessenen Zweirädern durchgeführt. Die Tests umfassten Abgasmessungen auf einem Rollenprüfstand sowie On-Road-Messungen mittels PEMS. Die Messkampagne wurde auch genutzt, um einen Vorschlag für ein einheitliches Minimalmessprogramm zur Bestimmung von Emissionsfaktoren von Zweirädern zu erarbeiten. Dazu wurden umfangreiche Fahrversuche im realen Betrieb durchgeführt, die gemessenen Zyklen in Teilstücke verschiedener Verkehrssituationen unterteilt und je Verkehrssituation ein repräsentatives Teilstück bestimmt. Diese wurden dann zu "Real World Rollenzyklen" zusammengefügt. Bei einem Motorradzyklus ist auch ein sportlicher Fahranteil mit Steigung enthalten. Damit ist sichergestellt, dass die Motorkennfelder mit diesen Rollentests gut abgedeckt sind und bei der Berechnung von Emissionsfaktoren keine Extrapolationen von Emissionswerten erforderlich sind. Die am Markt befindlichen PEMS Systeme sind für die Verwendung bei Zweirädern wegen deren Gewicht und Baugröße nicht für alle Fahrzeuge geeignet. PEMS Messungen sind vorerst nur bei größeren Motorrädern im realen Verkehr möglich. Die Emissionskennfelder enthalten jeweils CO, CO2, NOx, HC sowie optional auch die vom FTIR gemessenen Komponenten und Partikelanzahl. Die nicht limitierten Abgaskomponenten aus der FTIR Messung können, wegen der teilweise sehr niederen Emissionsniveaus, nur unsicher zeitaufgelöst gemessen und simuliert werden, so dass hier die Verwendung von Zyklusmittelwerten in [g/km] oder von mittleren Prozentwerten an den HC und NOx Emissionen empfohlen wird. Mit der entwickelten Methode und der Software PHEM bestehen nunmehr die Grundlagen, Emissionsfaktoren für Zweiräder in gleicher Qualität wie sie bei PKW und Nutzfahrzeugen bereits Standard ist, zu gerieren. Die Methoden und mögliche gemeinsame Messprogramme werden in der ERMES Gruppe bereits diskutiert und werden hoffentlich schon 2018 zu einer deutlichen Verbreiterung der Datengrundlage zum Emissionsverhalten von Zweirädern führen.
Verkehrsdaten jeder Art müssen zur Weiterverarbeitung eine gewisse Qualität erfüllen. Ziel des Projektes ist es die statischen Daten zu betrachten und hier die Grundlagen für eine einheitliche qualitätsgesicherte Zurverfügungstellung dieser Daten zu schaffen. Weitere Ziele sind die Entwicklung und Realisierung eines Qualitätssicherungskonzepts, welches die Bewertung und Kontrolle und damit die Sicherstellung der Qualität von kartenrelevanten Straßendaten ermöglicht, sowie die Implementierung von Prozessen zur Verbesserung der Datenqualität, hier insbesondere durch Rückmeldungen durch die Datenabnehmer. Das Forschungsvorhaben gliedert sich in drei wesentliche Arbeitspunkte: Vorbereitende Arbeiten (Literaturrecherche); Untersuchung der Prozesse bei Straßenbauverwaltungen (Experteninterviews, Datensatzanalyse), Qualitätssicherungskonzept. Basierend auf den ermittelten Erkenntnissen aus der Literaturanalyse zum Stand der Technik und dem über die Interviews ermittelten Alltag der Datenhaltung in den Straßenbauverwaltungen wurde ein Qualitätssicherungskonzept entwickelt. Dafür wurden zusätzlich die Daten der Straßeninformationsbanken charakterisiert, um einen Überblick über die zur Bewertung notwendigen Kriterien, Indikatoren und Kennwerte zu erhalten. Im Rahmen des Datenqualitätsassessments wurden die vorhandenen Daten einer Bewertung auf Prüfbarkeit unterzogen und ein erstes Konzept als Entwurf entwickelt. Im weiteren Verlauf der Arbeiten wurde dieser Entwurf einem Praxistest unterzogen und anschließend modifiziert, so dass ein neues Konzept entwickelt werden konnte, das den Praxistest bestehen konnte. Im Rahmen der Praxistests und der weiteren Bearbeitung des Qualitätssicherungskonzeptes wurden auch die Prozesse deutlich, die notwendig sein werden, um das Konzept umzusetzen. Weiterhin wurden Vorschläge für die Integration der Qualitätsinformationen in das Metadaten-Modell des nationalen Zugangspunktes gemacht und Ideen für einen Rückmeldekanal entwickelt. Dieses Konzept beschreibt technische und organisatorische Rahmenbedingungen zur Einführung einer einheitlichen Qualitätssicherung bei den einzelnen Datenlieferanten.
Für den Nachweis der Tragfähigkeit von bestehenden Stahlbetonkragarmen infolge geänderter Belastungen durch Erneuerung des Fahrzeug-Rückhaltesystems sowie der Brückenkappe stehen in den Einsatzempfehlungen der BASt vereinfachte Bemessungshilfen zur Ermittlung der Beanspruchungen und Beanspruchbarkeiten am Kragarmanschnitt zur Verfügung. Diese Bemessungshilfen sind auf Grundlage eines linear-elastischen Materialverhaltens entwickelt worden.
Zur Untersuchung des Einflusses eines nichtlinearen Materialverhaltens auf die Tragfähigkeit der Stahlbetonkragarme werden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens mit Hilfe von FE-Berechnungen diverse Parameterstudien durchgeführt. Diese dienen zunächst der Identifizierung bemessungsrelevanter Parameter. Einen maßgeblichen Einfluss hat dabei das Verhältnis von Querschnittshöhe am Kragarmende zu Querschnittshöhe am Kragarmanschnitt.
Ausgehend von einer Kragplatte mit konstanter Querschnittshöhe werden in einem zweiten Schritt für ausgewählte Fälle einer veränderten Plattengeometrie weitere FE-Berechnungen zur Untersuchung des nichtlinearen Materialverhaltens durchgeführt.
Auf Grundlage der Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen wird abschließend eine vereinfachte Bemessungshilfe zur Abschätzung des Einflusses des nichtlinearen Materialverhaltens auf die Größe der erforderlichen Biegebewehrung im Anschnitt des Stahlbetonkragarmes entwickelt. Die Bemessungshilfe kann in Kombination mit den bekannten Bemessungshilfen aus den Einsatzempfehlungen für Fahrzeug-Rückhaltesysteme verwendet werden.
Entwurfsempfehlungen für Querschnittsbreiten von Über-/Unterführungsbauwerken ländlicher Wege
(2024)
Bei Neu-, Um- und Ausbaumaßnahmen von Fernstraßen in der Baulast des Bundes werden häufig Unter-/Überführungsbauwerke erstellt, wobei hierzu in bestehenden Richtlinien unterschiedliche Entwurfsgrundlagen existieren. Dies sind zum einen die „Richtlinien für den ländlichen Wegebau“ (RLW) und zum anderen die „Richtlinien für den Entwurf, die konstruktive Ausbildung und Ausstattung von Ingenieurbauwerken“ RE-ING Teil 2 Brücken.
Während die RLW 2016 nutzbare Fahrbahnbreiten von 4,50 m ausweisen, fallen diese in den RE-ING mit 4,00 m um 0,50 m schmaler aus. Außerdem schlagen die RLW 2016 insbesondere im Zuge langer Unterführungen vor, einen der beiden 1,00 m breiten Sicherheitsräume zu Lasten des anderen für zu Fuß Gehende/Radfahrende auf 1,50 m zu verbreitern. Nach den RLW 2016 ergibt sich damit eine Gesamtquerschnittsbreite von 6,50 m, während sich in den RE-ING durch die schmaleren Sicherheitsräume von nur 0,50 m eine Gesamtquerschnittsbreite von 5,00 m ergibt.
Das landwirtschaftliche Wegenetz wird teilweise von sehr breiten landwirtschaftlichen Maschinen befahren. Seitens der Vertreter der Landwirtschaft werden aufgrund möglicher Begegnungsfälle mit zu Fuß Gehenden und Radfahrenden, weitere Verbreiterungen der Querschnittsmaße gefordert, welche die bislang in den Richtlinien enthaltenen Werte noch übersteigen.
Im Rahmen des Forschungsprojektes sollten daher, unter besonderer Berücksichtigung der Verkehrssicherheit und der Wirtschaftlichkeit sowie der Breitenanforderungen der aktuellen Fahrzeugflotte ländlicher Maschinen, empfohlene Querschnittsbreiten im Bereich von Unter-/Überführungsbauwerken ländlicher Wege ermittelt werden. Dabei wurden maßgebende Begegnungsfälle zwischen breiten landwirtschaftlichen Fahrzeugen und zu Fuß Gehenden / Radfahrenden berücksichtigt.
Eine Netzanalyse relevanter Bauwerke sowie der zugelassenen landwirtschaftlichen Fahrzeuge sowie die Einbeziehung lokaler Radrouten führte zur Festlegung eines Untersuchungskollektivs von 44 Bauwerken (26 Unter- bzw. 18 Überführungen) in drei Regionen.
Insgesamt wurden aus den an 533 Erhebungstagen aufgezeichneten ca. 3.990 Stunden Videomaterial, welches im Bereich der Unter-/Überführungsbauwerke aufgenommen wurde, ca. 4.500 zu Fuß Gehende, ca. 12.500 Rad Fahrende, ca. 16.500 Pkw, ca. 350 Lkw, ca. 625 sonstige Kfz und ca. 1.200 landwirtschaftliche Fahrzeuge erfasst.
Dabei ergaben sich 322 Begegnungen zwischen schwachen Verkehrsteilnehmenden und Pkw, 8 Begegnungen zwischen schwachen Verkehrsteilnehmenden und Lkw und 42 Begegnungen zwischen schwachen Verkehrsteilnehmenden und landwirtschaftlichen Fahrzeugen.
Grundsätzlich ist ein kooperatives Verhalten von zu Fuß Gehenden und Rad Fahrenden sowie dem landwirtschaftlichen Verkehr festzustellen. Es wurde beispielsweise beobachtet, dass Begegnungen mit sehr breiten Fahrzeugen häufig außerhalb der Bauwerke stattfinden.
Die genannten Begegnungen waren ausnahmslos als unkritisch einzustufen, Es ist daher auch kein Einfluss der Bauwerksbreite als maßgeblichem baulichen Charakteristikum für Gefährdungspotenziale erkennbar, auch nicht bei schmalen Bauwerken.
Weder aus den beobachteten Begegnungen zwischen Fuß- und Radverkehr mit landwirtschaftlichem Verkehr noch mit dem regulären Kfz-Verkehr lassen sich Erkenntnisse ableiten, dass auf Basis dieser Begegnungen Änderungen an den Fahrbahnbreiten im Regelwerk vorgenommen werden sollten.
Auch für eine generelle Verbreiterung von Bauwerken mit landwirtschaftlichem Verkehr aufgrund zunehmender Fahrzeugbreiten ergeben sich aus den Erhebungen keine Hinweise
Zur Bewertung, inwieweit die seit Oktober 2005 bestehende Empfehlung des BMVI zum Fahren mit Licht am Tag befolgt wird, wurde 2007 erstmals die Erfassung der Lichteinschaltquoten (LEQ) am Tag in Deutschland durchgeführt. Das seinerzeit entwickelte Erhebungskonzept (SIEGENER ET AL., 2008) und die überarbeitete Auswertemethodik (KATHMANN ET AL., 2020) wurden so konzipiert, dass eine kontinuierliche und systematische Fortschreibung der Ergebnisse in regelmäßigen Abständen möglich ist.
In Anlehnung an die in den Richtlinien für die rechnerische Dimensionierung des Oberbaues von Verkehrsflächen mit Asphaltdeckschicht (RDO Asphalt 09) [FGSV09-1] enthaltene Verfahrensweise, zur Berechnung der Nutzungsdauer einer Asphaltstraßenbefestigung, wurden Verfahrensweisen entwickelt, mit denen die Restnutzungsdauer einer bestehenden Asphaltstraßenbefestigung ermittelt werden kann. Diese Verfahrensweisen sind in den Richtlinien zur Bewertung der strukturellen Substanz des Oberbaus von Verkehrsflächen in Asphaltbauweise (RSO Asphalt) [FGSV16-1] dargelegt. In den RSO Asphalt 09 [FGSV16-1] sind mit einem deterministischen und einem probabilistischen Berechnungskonzept, zwei Verfahrensweisen zur Ermittlung der Restnutzungsdauer enthalten. Für beide Verfahrensweisen werden als Eingangsgrößen Informationen zur erwarteten Verkehrsbelastung sowie zu den erwarteten Temperaturbedingungen erforderlich. Für die vorhandenen Asphaltschichten müssen unterschiedliche Materialeigenschaften durch Laborversuche ermittelt werden. Außerdem wird die Dicke der Asphaltschichten in Form einer Dickenverteilung – ermittelt aus Dickenmesswerten – als Eingangsgröße benötigt. Der wesentliche Unterschied zwischen dem deterministischen sowie dem probabilistischen Verfahren besteht im Informationsgehalt der material- und konstruktionsseitigen Eingangsgrößen und letztlich im Informationsgehalt des Berechnungsergebnisses. Während mit dem deterministischen Berechnungsverfahren lediglich eine Restnutzungsdauer ermittelt wird, kann mit dem probabilistischen Verfahren zusätzlich eine Aussage zur Ausfallwahrscheinlichkeit der Befestigung getroffen werden. Beiden Verfahren ist jedoch gleich, dass diese an den langjährigen Erfahrungen, die mit der Anwendung der Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen (RStO) [FGSV12-1] in Verbindung mit den ZTV Asphalt-StB 07 [FGSV07] gemacht wurden, angepasst werden. Im Zuge dieser Anpassung / Harmonisierung werden für eindeutig definierte Kalibrierbedingungen entsprechende Sicherheitsbeiwerte (besser Anpassungsbeiwerte) ermittelt.