620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Im vorliegenden Projekt wurden in der Praxis verbreitete Materialien zur Schlaglochsanierung hinsichtlich ihrer Haltbarkeit untersucht. Zunächst erfolgte eine Online-Befragung von Straßenbaulastträgern, um sowohl die Art der zum Einsatz kommenden Materialien als auch deren Einbaubedingungen umfassend zu ermitteln. Erwartungsgemäß zeigte sich, dass Kaltasphalte am weitesten verbreitet sind. Die Online-Befragungsergebnisse begründeten die Vorauswahl der Materialien, die sowohl im Labor als auch im Rahmen von Großversuchen (Rundlaufanlage) geprüft wurden. Dabei handelte es sich um diverse nicht-reaktive und reaktive Kaltasphalte, Heißasphalte sowie Sonderasphalte. Um entsprechende vergleichende Untersuchungen reproduzierbar durchführen zu können, musste zunächst ein Verfahren zur Erstellung von Musterschlaglöchern entwickelt werden. Diesbezüglich erwies sich ein Substitutionsverfahren als das am besten geeignete, bei dem ein Ersatzkörper in die Deckschicht eingebaut und gezogen wird. Die Großversuche zeigten auf, dass die Standfestigkeit der untersuchten Sanierungsmaterialien auf Grundlage des Kriteriums der Gesamtverformung stark voneinander abweichen. Während der Überrollung mit gleichzeitiger Beregnung wurden im Gegensatz zu Frost und Tauen erhebliche Schädigungen festgestellt. Ein Vergleich der Großversuche mit Laborversuchen zeigte, dass mittels modifizierten Spurbildungsversuchs die beste Korrelation verzeichnet werden kann. Ob mit einer Vergleichmäßigung der Versuchsrandbedingungen eine zufriedenstellende Übertragbarkeit möglich ist, müssen weitergehende Untersuchungen zeigen. Zusammenfassend konnte festgestellt werden, dass sich Heißasphalte als Materialien mit besonders guter Haltbarkeit erwiesen haben und sich bei Kaltasphalten die generelle Tendenz gezeigt hat, dass reaktive Kaltasphalte haltbarer sind als nicht-reaktive. Jedoch ist zu betonen, dass es sowohl gut haltbare nicht-reaktive Materialien gibt als auch schlecht haltbare reaktive Materialien.
Zwischen 1982 und 2003 wurden in der BRD 16 Taumittelsprühanlagen in Betrieb genommen. Planung, Bau und Betrieb dieser Anlagen wurden seither von der Bundesanstalt für Straßenwesen mit Untersuchungen begleitet. Zwölf Anlagen befinden sich auf Brücken, vier an Steigungs- bzw. Gefällestrecken. Vier Anlagen (sämtlich Brückenanlagen) befinden sich auf Bundesstraßen, zwölf auf Bundesautobahnen. An Steigungs- bzw. Gefällestrecken bilden sich bei plötzlichem starkem Schneefall in kurzer Zeit festgefahrene Schneedecken, die besonders von Lkw nicht mehr befahren werden können. Es bilden sich Staus. Auf Stahlbrücken bildet sich häufig schon zu einem früheren Zeitpunkt lokal begrenzte Glätte. Diese Glatteisfallen verursachen Unfälle. In beiden Fällen ist es wichtig, schnell zu handeln. Durch die TMS kann sofort Taustoff auf die Fahrbahn ausgebracht werden, der an Steigungen den Schnee räumfaehig hält und auf Brücken das Eis auftaut. Alle Anlagen können den konventionellen Winterdienst partiell sinnvoll ergänzen, ihn aber nicht ersetzen. Die Streckenabschnitte, in denen sich die Taumittelsprühanlagen befinden, zeigten vor deren Einbau Unfallauffälligkeiten. Die Zahl der Unfälle ist nach Installation einer Taumittelsprühanlage überall deutlich zurückgegangen. Auf der Basis der vorliegenden Kosten- und Nutzen-Daten konnte von insgesamt 16 Anlagen die Wirtschaftlichkeit von 13 Anlagen beurteilt werden. Davon wurden zwölf Taumittelsprühanlagen positiv eingeschätzt. Die Kostenseite umfasst die investiven Kosten und die Betriebskosten. Auf der Nutzenseite wurde sowohl betriebswirtschaftlicher als auch volkswirtschaftlicher Nutzen abgeschätzt. Dies sind auf der betriebswirtschaftlichen Seite vor allem eingesparte Sondereinsätze und Kontrollfahrten und auf der volkswirtschaftlichen Seite im Wesentlichen vermiedene Unfälle und Staus. Für die meisten Anlagen lagen mehr oder weniger vollständige Unfallzahlen vor, für die Staus gab es so gut wie keine dokumentierten Beobachtungen, so dass für die Schätzung von einer begründeten Annahme ausgegangen wurde. Die Wirtschaftlichkeitsfaktoren (Fw) bewegen sich ohne Berücksichtigung der Staukosten zwischen 0,19 und 2,63 wobei drei Werte deutlich <1 sind und zwei dicht unterhalb der Rentabilitätsschwelle liegen. Bei Einbeziehung der Staukosten liegt die Bandbreite zwischen 0,31 und 4,36 und nur noch ein Wert ist <1. Zwei Anlagen arbeiten kostendeckend. Diese Zahlen sind Schätzwerte. Die Anlagentechnik befindet sich auf dem neuesten Stand. Technische Neuerungen gibt es im Bereich der Sprühtechnik. Die neu entwickelten Micro-FAST Sprühstränge haben eine höhere Anzahl von Sprühdüsen und damit ein feineres und gleichmäßigeres Sprühbild bei einem gleichzeitig geringeren technischen Aufwand und können die Investitionskosten um rund ein Drittel senken. Im Bereich der Betriebskosten können Einsparungen bei der Wartung und den Reparaturkosten erwartet werden. Seit 2002 werden kurze Mini- oder mobile Sprühanlagen angeboten, die - wenn auch weniger aufwändig in ihrer Ausstattung - für den gleichen Einsatzzweck wie stationäre Anlagen gedacht sind. Erste positive Trends sind erkennbar.
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.
Im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens wurden Vorschläge zur Erhöhung der Aussagekraft der bestehenden Abgasuntersuchung für Fahrzeuge mit Dieselmotor und zur Anpassung der Untersuchungsmethode an die Anforderungen durch künftige Fahrzeuggenerationen erarbeitet. Während des Betriebs von Fahrzeugen mit Kompressionszündungsmotor lagern sich im Abgassystem Rußpartikel ab. Bei der Durchführung der freien Beschleunigung an einem unzureichend konditionierten Fahrzeug können sich derartige Rußpartikel lösen und zu einer Erhöhung der gemessenen Abgastrübung führen. Dieser Depositeffekt kann dazu führen, dass Fahrzeuge ohne technischen Defekt bei der Abgasuntersuchung beanstandet werden (Error of Commission). Neben der Fahrzeugkonditionierung hat die Beschleunigungszeit bei der freien Beschleunigung einen entscheidenden Einfluss auf die gemessene Abgastrübung. Bei der freien Beschleunigung wird der Motor gegen seine Massenträgheit von der Leerlaufdrehzahl auf die Abregeldrehzahl beschleunigt. Entscheidend für die Aussagefähigkeit dieser Messung ist eine schnelle und stoßfreie Beschleunigung, so dass die größtmögliche Einspritzmenge innerhalb kürzester Zeit erreicht wird. Bei einer langsamen Beschleunigung wird nicht die volle Einspritzmenge erreicht, die aufgebrachte Motorlast ist geringer und es wird eine niedrigere Abgastrübung gemessen. Das kann dazu führen, dass defekte Fahrzeuge bei langsamer Beschleunigung als in Ordnung bewertet werden (Error of Omission). Vor diesem Hintergrund wurden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens folgende Vorschläge zur Verbesserung der Aussagekraft der Abgasuntersuchung für Fahrzeuge mit Dieselmotor erarbeitet: - eine allgemeingültige Festlegung der Konditionierungsverfahren, d.h. mindestens acht freie Beschleunigungen bei betriebswarmen Motor vor Beginn der Trübungsmessung; - eine Begrenzung der Beschleunigungszeit auf max. 1,5 s, wobei in besonderen Fällen größere Werte zulässig sind, wenn dies der Hersteller technisch begründet. Neue Fahrzeugkonzepte mit deutlich abgesenkten Abgasemissionen, sowohl im Pkw-Bereich als auch im Bereich der schweren Nutzfahrzeuge, stellen langfristig erhöhte Anforderungen an das Prüfverfahren und die eingesetzte Messtechnik. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden daher verschiedene Ansätze für eine Weiterentwicklung der Abgasuntersuchung aufgezeigt. In einer theoretischen Studie und praktischen Versuchen wurden die verschiedenen Ansätze im Hinblick auf ihre Wirksamkeit und Praxistauglichkeit untersucht. Vor dem Hintergrund der EG-Gesetzgebung scheint die Kombination der Trübungsmessung bei einer freien Beschleunigung mit den Funktionen einer künftigen Diesel-OBD eine aussichtsreiche Lösung darzustellen. Da zum Zeitpunkt der Untersuchung noch keine mit einer vorschriftenkonformen OBD ausgerüsteten Dieselfahrzeuge verfügbar waren, wurden die Ergebnisse an Fahrzeugen mit herstellerspezifischen Eigendiagnosesystemen erarbeitet. Da jedoch nicht grundsätzlich neue Ansätze bezüglich der Eigendiagnose an Dieselmotoren zu erwarten sind (verfügbare Istwerte, Inhalt Fehlerspeicher), sondern im Wesentlichen die Abgasnachbehandlung bei den OBD-Dieselfahrzeugen zusätzlich in die Diagnose einbezogen wird, ist dieser Ausblick durchaus wirklichkeitsnah. Aufgrund der geringen Anzahl von untersuchten Fahrzeugen und der Tatsache, dass zur Zeit keine Dieselfahrzeuge mit vorschriftenkonformer OBD erhältlich sind, sollten für die Erarbeitung eines diskussionsfähigen Vorschlags zur Einbindung der Diesel OBD in die AU weitere Untersuchungen erfolgen.
Im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsvorhabens werden Überwachungskonzepte, die tragfähigkeitsrelevante Verstärkungen von Brückenbauwerken aus Beton dauerhaft überwachen und beurteilen sollen, entwickelt. Die praktische Umsetzung des Konzeptes erfolgt anhand einer Pilotanwendung. Die konzeptionellen Arbeitsschritte umfassen die Vorstellung der tragfähigkeitsrelevanten Verstärkungsverfahren, die sich in der Praxis bewährt haben. Diese werden zusammengestellt und hinsichtlich der Anforderungen und Bedingungen für eine geeignete Überwachung analysiert. Daran anschließend werden die für eine Dauerüberwachung von Verstärkungsmaßnahmen geeigneten Sensoren dargestellt und für die wesentlichen Verstärkungsverfahren in Diagrammen zusammengefasst. Den Kernpunkt des Überwachungssystems stellt die Merkmalsextraktion und Diagnose aus den Messdaten dar. Dazu werden das Leistungsspektrum und die Unterschiede physikalischer und nichtphysikalischer Modelle unter Angabe von Vor- und Nachteilen analysiert. Auf der Grundlage der vorherigen Arbeitsschritte wird ein geeignetes Überwachungskonzept für die konkrete Umsetzung entwickelt und im Anschluss an der Talbrücke Germinghausen im Zuge der BAB 45 umgesetzt. Die Beurteilung der Funktion und Zuverlässigkeit des Überwachungssystems erfolgt dabei anhand der Wirksamkeit der vorhandenen Stahllaschen, der Effektivität bzw. Wirksamkeit der zusätzlichen externen Vorspannung, des Einflusses der zusätzlichen externen Vorspannung auf die vorhandenen Stahllaschen, sowie der dauerhaften Funktionsfähigkeit der zusätzlichen externen Vorspannung. Die Grundlage der Messdatenanalyse bildet der Vergleich von Messwerten innerhalb definierter Referenzzustände vor und nach der Verstärkung auf Basis der Regressionsanalyse. Insgesamt kann mit der Pilotanwendung gezeigt werden, dass sich das im Vorfeld erarbeitete Konzept unter Berücksichtigung der dargestellten Randbedingungen und vorgenommenen Anpassungen als geeignete Methode zur Überwachung und qualitativen Bewertung der Verstärkungsmaßnahme bewiesen hat.
Für die Instandsetzung von schadhaften Betonfahrbahnplatten mittels "Heben und/oder Festlegen" werden in zunehmendem Maße Injektionsmaterialien aus Kunststoff verwendet. Aktuell existieren für die Prüfung und Bewertung derartiger Materialien mittels straßenbauspezifischer Kennwerte jedoch noch keine hinlänglichen Erfahrungen und Prüfvorschriften. In Laborversuchen wurden nunmehr geeignete Prüfungen und Auswertalgorithmen entwickelt und zweckgerichtete Festigkeitskennwerte an ausgesuchten Materialien bestimmt sowie erste Anforderungswerte formuliert. Zudem wurden die Wirksamkeit und die Dauerhaftigkeit von Unterpressungen im Hinblick auf das verwendete Injektionsmaterial in Praxisversuchen überprüft. Aus den Ergebnissen der Tragfähigkeitsmessungen ließ sich vorerst folgern, dass durch das Unterpressen von Fahrbahnplatten die Tragfähigkeits- und Lagerungsbedingungen signifikant verbessert werden können. Unterschiede in der kurzfristigen Wirksamkeit - im Hinblick auf das verwendete Injektionsmaterial - konnten hierbei nicht explizit deduziert werden. Vielmehr zeigte sich, dass die Dauerhaftigkeit maßgeblich von den vorliegenden Randbedingungen, das heisst, faktisch von der richtigen Auswahl des Materials abhängt.
Ziel der Arbeit war die Aufstellung von Maßnahmen, die zur Erhöhung der nächtlichen Verkehrssicherheit auf außerörtlichen Straßen (ohne BAB) geeignet erscheinen. Die Maßnahmen wurden bezüglich ihrer Wirksamkeit bewertet, ihre Durchsetzbarkeit abgeschätzt. Einer detaillierten Auswertung der relevanten Unfallstatistik folgen die Aufstellung und Beschreibung spezifischer Maßnahmen. Diese werden bewertet und einer Prioritätenreihung unterzogen. Umsetzungsmöglichkeiten werden ausführlich diskutiert. Die aus der Untersuchung abgeleiteten Empfehlungen betreffen in erster Linie verstärkte Informationsarbeit und die Beseitigung von Unfallschwerpunkten.
Im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojektes wird der Frage nachgegangen, ob und in welchem Maße auf innerörtlichen Straßen durch die Anlage markierter Wege für Fahrradfahrer eine Verbesserung der Verkehrsverhältnisse und hier vor allem ein Sicherheitsgewinn erzielt werden kann. Abhängig von der Funktion der Straße, ihrer Netzbedeutung und Verkehrsbelastungen, ihrer baulichen Charakteristika und der sie umgebenden Nutzungsstrukturen werden hiermit einhergehend die Einsatzbereiche von Radfahrstreifen und von im Gehwegbereich abmarkierten Radwegen herauskristallisiert. Abgrenzungen werden vorgenommen gegenüber der Anlage von Radwegen mit baulich deutlicher Trennung, gleichzeitig die Bedingungen ermittelt, unter denen auf Führungshilfen bewusst verzichtet werden kann. Für die einzelnen Führungsvarianten markierter Radverkehrsanlagen werden Ausgestaltungsformen entwickelt, die den jeweiligen baulichen, verkehrlichen, betrieblichen und umfeldbezogenen Rahmenverhältnissen Rechnung tragen sollen. Insbesondere werden Hinweise gegeben zur Querschnittsstrukturierung und Kenntlichmachung der markierten Wege sowie zur Breitenbemessung der angrenzenden Verkehrsflächen. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Untersuchung der Wirksamkeit von 27 Maßnahmen in 12 Städten der Bundesrepublik Deutschland. In diese Wirksamkeitsuntersuchungen wurden insgesamt 11.454 Radfahrer einbezogen. In Ergänzung hierzu wurden 652 Personen zu Einzelmaßnahmen befragt. Folgende Parameter und Beurteilungsgrößen wurden im Rahmen der Wirksamkeitsuntersuchungen erfasst: Unfallgeschehen, kritische Situationen, situationsbezogene Geschwindigkeiten, Abstände zwischen Radfahrern und Kraftfahrzeugen im Interaktionsfall, Spurverhalten und Querschnittsbelegung des Kfz- und Radverkehrs, Interaktionsverhalten, Annahme und Respektierung der markierten Radverkehrsanlagen. Übergeordnete Bedeutung kommt im Rahmen des Projekts der Beurteilung der Sicherheitswirkung der getroffenen Maßnahme zu. Mit Hilfe der Unfallanalyse und einem an den situativen Merkmalen des Verkehrsablaufs ausgerichteten Verfahren - der Verkehrssituationsanalyse (VSA) - wird versucht, die Auswirkungen der einzelnen Maßnahmen auf die Verkehrssicherheit transparent zu machen.
Geschäftsstraßen mit Durchgangsverkehr gehören zu den Straßen mit den größten Sicherheitsdefiziten und Konfliktpotentialen. Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit die Möglichkeiten von Sicherheitsverbesserungen in Geschäftsstraßen erforscht. Die Untersuchung gibt anhand von Wirksamkeitsanalysen, in die unterschiedlich strukturierte und gestaltete Geschäftsstraßen mit Durchgangsverkehr einbezogen werden, Aufschluss über die mit Hilfe einzelner Bemessungs- und Gestaltungsgrößen zu erzielenden Sicherheitsgewinne. Ziel der Arbeit ist insbesondere die Herauskristallisation der Wirksamkeit neuartiger Entwurfs- und Gestaltungselemente, wie sie im Rahmen einer nutzungsverträglichen Straßengestaltung bisher selten zur Anwendung gekommen sind. Am Ende der Untersuchungen stehen erweiterte Erkenntnisse hinsichtlich der Anwendbarkeit dieser Elemente in der Planungspraxis. Die Untersuchungen beziehen sich auf Umgestaltungsmaßnahmen von Geschäftsstraßen, bei denen Struktur und Intensität der verkehrlichen Nutzung gegenüber dem Vorher-Zustand nahezu unverändert bleiben. Das Spektrum der untersuchten Straßen reicht von der verkehrlich mittelstark frequentierten Ortsdurchfahrt mit gemischter Wohn- und Geschäftsnutzung bis hin zur hochbelasteten großstädtischen Hauptverkehrsstraße mit dominierender Geschäftsfunktion. Die Beurteilung der Wirksamkeit der getroffenen Maßnahmen erfolgt in Vorher/Nachher-Vergleichen unter Zugrundelegung der Geschwindigkeiten des Kfz-Verkehrs, der Querungsvorgänge des Fußgängerverkehrs, des Ablaufes und des Akzeptanzverhaltens des Radverkehrs, der Abwicklung des Park-, Lade- und Lieferverkehrs und des öffentlichen Linienbusverkehrs. Die Tendenzen in der Entwicklung des sicherheitsbezogenen Verkehrsgeschehens werden mit Hilfe des Konfliktgeschehens in Form der registrierten kritischen Situationen ermittelt und verdeutlicht. Eine Analyse des Unfallgeschehens zeigt die vor der Umgestaltung bestehenden Sicherheitsdefizite auf.
Die Gestaltung der Interaktion zwischen den elektronischen "Infotainment"-Systemen im Auto und dem Fahrer gewinnt zunehmend an Bedeutung für die Verkehrssicherheit. Dem positiven Nutzen, den die Systeme hinsichtlich Fahrerunterstützung und Fahrkomfort aufweisen, stehen möglicherweise negative Auswirkungen auf die Fahrsicherheit gegenüber, wenn Ablenkung und Überlastung des Fahrers auftreten. Diesem Problemfeld widmete sich das EU-Projekt "Communication Multimedia Unit Inside Car" (COMMUNICAR), das im Juni 2003 abgeschlossen wurde. Hauptziel des Projekts waren die Entwicklung und Evaluierung eines Systems, das den Fahrer bei der Bewältigung der eingehenden Informationen unterstützt und eine zentrale Bedienmöglichkeit aufweist. Das COMMUNICAR-System enthält folgende wesentliche Elemente: Verschiedene Funktionen zu Telematikdiensten, Unterhaltung und zur digitalen Darstellung der traditionellen Informationen; eine als Informationsmanager (IM) bezeichnete regelbasierte Filterlogik sowie eine multimediale integrierte Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) zur zentralen Bedienung und Informationsausgabe. In der ersten Phase der Entwicklung wurden die Nutzeranforderungen analysiert, die Funktionen definiert und die Ein-/Ausgabemodalitäten festgelegt. In der zweiten Phase wurden virtuelle Prototypen zur Gestaltung der MMS erarbeitet und diese in den anschließenden Nutzertest im Labor bewertet und ausgewählt. Die dritte Phase diente der Systementwicklung, bei der es vor allem um die Filterlogik des IM ging. Das System wurde zunächst im Fahrsimulator, anschließend unter Feldbedingungen getestet. Die Ergebnisse, die in den wesentlichen Einzelheiten berichtet werden, zeigten insgesamt ein positives Bild sowohl hinsichtlich der subjektiven Akzeptanzbewertung als auch hinsichtlich des Fahrverhaltens.