620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Fahrzeug-Rückhaltesysteme entlang von Straßen sollen die Folgen von Unfällen so gering wie möglich halten. Sie dienen dem Schutz von unbeteiligten Personen oder schutzbedürftigen Bereichen neben oder unterhalb von Straßen oder des Gegenverkehrs bei zweibahnigen Straßen, und sie schützen Fahrzeuginsassen vor den schweren Folgen infolge Abkommens von der Fahrbahn. Der Bericht erläutert die Entscheidungsfindung und die Hintergründe der Überarbeitung und der Weiterentwicklung der ZTV-ING Teil 8 Bauwerksausstattung Abschnitt 4 Rückhaltesysteme (ZTV-ING 8-4). Außerdem werden aus der Sicht des Brückenbaus die bis dato gesammelten Erkenntnisse aus den Anprallversuchen zusammengefasst und erläutert. Die Entwicklung der unterschiedlichen Lastmodelle für die Einwirkungen aus Anprallereignissen auf Schutzeinrichtungen wird beschrieben und diskutiert. Ziel der bislang unternommenen Bemühungen war und ist die Ableitung eines statischen Ersatzlastmodells, mit dem die Bemessung des Bauwerks und der relevanten lokalen Bauteile für diese Einwirkungen ausreichend sicher durchgeführt werden kann. Es wird ein Verfahren entwickelt, wie die Kräftemessungen aus Anprallprüfungen anhand eines standardisierten Einstufungsverfahrens in das Einwirkungsmodell nach DIN-Fachbericht 101, Ausgabe 2009 und DIN EN 1991-2 überführt werden können. Die Fortschreibung der damit im Zusammenhang stehenden Normen und die Einführung der Eurocodes für die Bemessung im Brückenbau machte eine weitere Anpassung bzw. Ergänzung der Auswertesystematik erforderlich. Bei bestehenden Brücken kann auf ein alternatives Lastmodell zurückgegriffen werden, welches im Zuge eines Forschungsvorhabens (Neumann, Rauert, Fahrzeug-Rückhaltesysteme auf Brücken, Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Brücken- und Ingenieurbau, Heft B108, Bergisch Gladbach, Dezember 2014) entwickelt wurde. Dieses Lastmodell scheint geeignet zu sein, als Grundlage für eine europäische Weiterentwicklung der Einwirkungen in den DIN EN 1991-2 infolge eines Anpralls an Schutzeinrichtungen zu dienen.
Die bodenmechanischen Eigenschaften von feinkörnigen Böden und gemischtkörnigen Böden mit Feinkornanteilen über 15 M.-% werden maßgeblich von der Konsistenz und der Plastizität des Feinkorns bestimmt. Mittel- und langfristig können an Erdbauwerken, die aus diesen Bodenarten errichtet wurden, Schäden entstehen, wenn Wasserzutritte eine Verringerung der Konsistenz der feinkörnigen Anteile bewirken. Um eine verminderte Scherfestigkeit, Sackungen und Setzungen zu vermeiden, wurden in den ZTV E-StB 09 Verdichtungsanforderungen festgelegt, die neben dem Verdichtungsgrad auch den Luftporenanteil beinhalten. Im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit sollte untersucht werden, welchen Einfluss der Luftporenanteil auf das Verformungsverhalten der o.g. Böden hat und inwieweit eine Verschärfung der Anforderungen an den Luftporenanteil eine Verbesserung der dauerhaften Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit unter Berücksichtigung eines erhöhten Verdichtungsaufwandes bewirkt. Es wurde zunächst herausgearbeitet, welche Anforderungen hinsichtlich des Luftporenanteils bereits bestehen und inwieweit der Luftporenanteil als Verdichtungsanforderung geeignet ist. Der Luftporenanteil wird hierbei lediglich in Deutschland und Großbritannien als Verdichtungsanforderung genannt. Anhand von fünf Versuchsböden, die nach DIN 18196 den Bodengruppen UL, TM, TA, SU* und GU* zuzuordnen sind, wurde anschließend das Last-Verformungsverhalten bei oedometrischer Belastung und bei Wasserzutritt bei unterschiedlichen Spannungsniveaus untersucht. Die weiteren Laboruntersuchungen umfassten Triaxial- und Wasserdurchlässigkeitsversuche. An einem Probefeld wurden Feldversuche zur Entwicklung des Luftporenanteils bei einer zunehmenden Anzahl an Walzenübergängen durchgeführt. Eindeutige Aussagen zum Einfluss des Luftporenanteils auf das Verformungsverhalten der untersuchten Böden waren anhand der Laboruntersuchungen nur schwer zu treffen. Die Streuung der Versuchsergebnisse ließ zumeist keine eindeutige Systematik hinsichtlich des Einflusses des Einbauzustandes erkennen. Überwiegend wiesen die Versuche, deren Einbaubedingungen innerhalb der nach ZTV E-StB 09 festgelegten Grenzen an Verdichtungsgrad, Wassergehalt und Luftporenanteil lagen, jedoch nur geringe Verformungen auf. Die Ergebnisse der Laboruntersuchungen belegen somit die Eignung der in den ZTV E-StB enthaltenen Verdichtungsanforderungen für Erdbaumaßnahmen. Die Notwendigkeit einer Anpassung bzw. Verschärfung der Anforderungen an den Luftporenanteil lässt sich aus den Laboruntersuchungen nicht ableiten. Bei den Feldversuchen zeigte sich, dass mit den auf der Baustelle zur Verfügung stehenden Walzenzügen eine stetige, signifikante Erhöhung der Trockendichte und eine Verringerung der Luftporenanteile nur bis zu einem bestimmten Grad erreicht werden konnte, indem die Verdichtungsarbeit durch eine Erhöhung der Walzenübergaenge gesteigert wurde. Teilweise bewirkten zusätzliche Walzenübergänge sogar eine Auflockerung des Bodens.
Jahresbericht 2015/2016
(2017)
Gute Verkehrspolitik braucht wissenschaftliche Beratung. Unverzichtbar im Sinne eines auf Vorsorge und Sicherheit gerichteten staatlichen Gemeinwesens sind dabei Erkenntnisse über Anwendung und Wirkung moderner Technologien, über Verkehrssicherheit, Mobilität und Verkehrsentwicklung, über Gesundheit, Umwelt, Energie und Klimaschutz, über veränderte Arbeits- und Lebensbedingungen wie auch über die Herausforderungen der globalisierten Ökonomie. Die Bundesregierung kann sich mit der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) auf eine moderne Forschungseinrichtung stützen, die wissenschaftlich fundierte Expertise bereitstellt. Die BASt erfüllt damit eine wichtige Brückenfunktion zwischen Politik auf der einen und Wissenschaft auf der anderen Seite. Der Jahresbericht 2015/2016 gibt einen Eindruck von den Ergebnissen der BASt-Forschung aus jüngster Zeit in den Kernthemen Verkehrstechnik, Fahrzeugtechnik, Verkehrssicherheit, Umwelt, Infrastruktur und Straßenbau. Einblicke, Fakten und Zahlen unter anderem zum Personal, Haushalt und Qualitätsmanagement sowie zur Internationalen Zusammenarbeit und Öffentlichkeitsarbeit der BASt ergänzen den Bericht.
Eine Zielsetzung dieses Forschungsprojekts war es, die bisher im Entwurf des "Handbuchs für die Bewertung der Verkehrssicherheit" (HVS) aus dem Jahr 2008 für Strecken und Knotenpunkte von Landstraßen und Autobahnen gesetzten Werte für Grundunfallkostenraten (gUKR) und Zuschläge zu diesen Unfallkostenraten (zUKR) bei Abweichungen vom richtliniengerechten Ausbau durch praktische Anwendung zu überprüfen und gegebenenfalls Vorschläge für erforderliche Modifikationen zu unterbreiten. Dazu erfolgte eine beispielhafte Anwendung des standardisierten Verfahrens nach dem HVS-Entwurf 2008 zur Ermittlung von standardisierten Unfallkostenraten bei einer größeren Zahl von konkreten Planungsmaßnahmen, wobei auch die Praxistauglichkeit dieses Verfahrens beurteilt werden sollte. Darüber hinaus wurde im Rahmen des Forschungsprojekts ein zwischenzeitlich vorliegendes, auf der Basis von so genannten "Verallgemeinerten Linearen Modellen" (GLM) entwickelter Ansatz zur Abschätzung von standardisierten Unfallkostenraten von Landstraßen auf das Kollektiv der Autobahnen erweitert. Es zeigte sich, dass das standardisierte Verfahren des HVS-Entwurfs 2008 auf der Grundlage von strecken- und knotenpunktspezifischen Grundunfallkostenraten und Zuschlägen auf Grund nicht regelgerechter Planung nach einer gewissen Einarbeitungszeit für einen Planer, der Sicherheitsbewertungen durchführen soll, einfach anwendbar ist. Die Anwendung des Verfahrens bei den ausgewählten Planungsmaßnahmen zeigte, dass sehr niedrige Unfallkostenraten von sicheren Landstraßen und Autobahnen mit dem Modellansatz ebenso wenig abgebildet werden können wie sehr hohe Unfallkostenraten, wie sie bei Unfallhäufungsstellen beobachtet werden können. Die mit den entwickelten Modellansätzen ermittelten standardisierten Unfallkostenraten haben eine relativ schmale Bandbreite. Das standardisierte Verfahrensmodell des HVS-Entwurfs 2008 ist deshalb nicht geeignet, für einzelne Netzelemente das Unfallgeschehen zu prognostizieren, es dient vielmehr dazu, die Sicherheitswirkungen bestimmter Entwurfselemente, besser als bisher, quantitativ abzuschätzen. Die aus den Untersuchungen resultierenden konkreten Vorschläge für die Weiterentwicklung des Verfahrens sollen dem Arbeitsausschuss 2.13 "Verkehrssicherheitsbewertung von Straßen" der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) als Grundlage für die weiterführenden Beratungen dienen.
Ziel des Forschungsprojektes war die Erarbeitung eines webbasierten Verfahrens für die Verkehrssicherheitsarbeit, welches dem Anwender bei der Bearbeitung von Unfallhäufungen potenziell geeignete Maßnahmen in Abhängigkeit der örtlichen Randbedingungen vorschlägt, deren Sicherheitswirkung abschätzt sowie die Möglichkeit bietet, die Maßnahmenwirkung in einer retroperspektiven Betrachtung zu evaluieren. Dabei stellt das Verfahren eine Weiterentwicklung und Ergänzung des Merkblatts "Auswertung von Straßenverkehrsunfällen, Teil 2: Maßnahmen gegen Unfallhäufungen" (FGSV 2002) dar. Grundgerüst der Maßnahmensammlung bilden neben dem Merkblatt der FGSV (2002) aktuelle Erkenntnisse verschiedener Forschungsarbeiten (SPAHN 2012, GERLACH et al. 2009, MAIER et al. 2010, u. w.) zu Maßnahmen gegen Unfallhäufungen, die einer Prüfung und Kategorisierung unterzogen wurden. Der Hauptbestandteil des webbasierten Verfahrens umfasst Schritte zur Unfallanalyse, Maßnahmenfindung und Wirksamkeitsprüfung nach dem "Merkblatt zur örtlichen Unfalluntersuchung in Unfallkommissionen " M UKo" (FGSV 2012). Mit der Übermittlung der Unfallinformationen zu Unfallhäufungen aus den EDV-Systemen der Unfalldatenhaltung in das Programm ist eine spezifische Bearbeitung von Unfallhäufungen möglich. Darüber hinaus wird die Möglichkeit von Rangfolgebildungen zur zielgerichteten Priorisierung von Arbeitsprogrammen angeboten. Die Vorschläge geeigneter Maßnahmen zur Bekämpfung einer Unfallhäufung stuetzen sich im Verfahren auf die Analyse typischer Konfliktsituationen, welche aus den Unfalldatensätzen bestimmt werden. Zur Überprüfung der Angemessenheit und Durchsetzbarkeit von Maßnahmen (-paketen) steht dem Anwender eine Abschätzung des Nutzen-Kosten-Verhältnisses auf Basis des fallbezogenen Unfallgeschehens zur Verfügung. Die kontinuierliche Anwendung des Verfahrens erlaubt dem Nutzer die Dokumentation der Arbeitsschritte. Diese beinhaltet über die Umsetzungskontrolle hinaus wiederum eine fallbezogene Wirksamkeitsprüfung (Evaluierung) der realisierten Maßnahmen. Die stetige Aktualisierung der Maßnahmen und ihrer Kenngrößen (u. a. Wirkungsgrad, Kosten) stellt einen wesentlichen Bestandteil des webbasierten Verfahrens dar, um einen zielorientierten Beitrag zur Bekämpfung von Unfallhäufungen zu leisten.
Zur Glättebekämpfung werden im Winter mit Streufahrzeugen Tausalze auf die Straßen gestreut. Hierzu muss das Salz rieselfähig sein. Nach längerer Lagerung verringert sich die Rieselfähigkeit je nach deren Herkunft und Art der Lagerung mehr oder weniger stark. In der TL-Streu und in der in Bearbeitung befindlichen DIN EN 16811-1 ist bisher keine Methode zur Bestimmung der Rieselfähigkeit von Enteisungsmitteln angegeben. Mit den Untersuchungen wurden mehrere in der Literatur aufgeführte Verfahren zur Bestimmung der Rieselfähigkeit miteinander verglichen und davon die Auslaufmethode nach Alfred SONNTAG für die tägliche Routine ausgewählt. Mit dieser Methode wurden 46 Tausalzproben aus verschiedenen Lägern unterschiedlicher Hersteller untersucht und die Ergebnisse mit weiteren physikalischen Parametern wie Korngrößenverteilung, Feuchtegehalt, Schüttdichte, Rütteldichte, spezifische Oberfläche, pH-Wert und dem Gehalt an Antibackmitteln verglichen. Dabei wurden größere Korrelationen zwischen Korngrößenverteilung und Feuchtegehalt mit der Rieselfähigkeit gefunden. Es stellte sich heraus, dass es noch weitere, bisher nicht untersuchte Einflussgrößen geben muss, die sich auf die Zeitverfestigung der Salze auswirken. Für verfestigtes Salz ist die Auslaufmethode nicht mehr anwendbar. Hierzu kann der einachsige Drucktest eingesetzt werden. Mit beiden Methoden wurde Salz untersucht, das sich für vier Wochen in einer Klimakammer mit der Simulation des Wetters eines Jahres befand. Zur weiteren Entwicklung einer Methode zum frühzeitigen Erkennen der Neigung von Salzen zur Zeitverfestigung wird vorgeschlagen, die Fragen zur Gehaltsbestimmung des Antibackmittels Ferrocyanid zu klären, sich der Ermittlung des Einflusses der Oberflächenbeschaffenheit auf die Rieselfähigkeit zu widmen und die vorgeschlagene Nadeldruckmethode zur Bestimmung der Verfestigungen in der Salzschüttung weiter zu entwickeln.
Das Unfallgeschehen auf Landstraßen weist eine besonders hohe Unfallschwere auf. Zur Reduktion der Längsverkehrsunfälle aufgrund von fehlerhaftem Überholen halten die "Richtlinien für die Anlage von Landstraßen" (RAL 2012) für jede Entwurfsklasse ein Überholprinzip bereit. Dennoch ist das Überholen unter Benutzung des Gegenfahrstreifens auf Straßen der EKL 3 und EKL 2 nicht ausgeschlossen. Deswegen wurde in den RAL eine erforderliche Überholsichtweite von 600 m auf einbahnig zweistreifigen Straßen anhand eines theoretischen Überholmodells festgelegt. Zur Überprüfung und Aktualisierung des derzeit gültigen Überholmodells auf Landstraßen werden im Rahmen dieser Untersuchung vollständige Überholungen im realen Verkehrsgeschehen mit einer Drohne aufgenommen. Die Überholvorgänge werden hinsichtlich ihrer Kenngrößen ausgewertet. Daraus wird ein Modell zur Bestimmung der erforderlichen Überholsichtweite in Abhängigkeit der entwurfstechnischen Randbedingungen abgeleitet. Im Ergebnis werden Empfehlungen eines aktualisierten Überholmodells auf Landstraßen zur Übernahme in die RAL gegeben. Abgeleitet aus den Ergebnissen werden Empfehlungen formuliert, unter welchen Bedingungen das Überholen durch verkehrsrechtliche Maßnahmen unterbunden werden sollte.
Ziel der Untersuchung war es, eine Methodik für die HBS-konforme Durchführung und Auswertung von Simulationsstudien zu erarbeiten. Dazu wurden HBS-konforme Standardelemente in den Simulationsprogrammen BABSIM, VISSIM, Aimsun, Paramics und SUMO modelliert und an den Bemessungswerten des HBS kalibriert. Die Ermittlung der Kapazität erfolgte anhand der Identifikation von Zusammenbrüchen des Verkehrsflusses, die durch Steigerung der Verkehrsstärke auf bis zu 120 % der Kapazität nach HBS in der Simulation erzeugt wurden. An Teilknotenpunkten wurden sechs Verhältnisse der Verkehrsstärke auf der Hauptfahrbahn zur Verkehrsstärke des ein- bzw. ausfahrenden Stroms untersucht. Als Kriterium für die Übereinstimmung der in der Simulation ermittelten Kapazität und q-v-Beziehung mit dem HBS wurde eine maximale Abweichung von 5 % festgelegt. Die Fehlergrenze konnte mit den Simulationsprogrammen BABSIM, VISSIM, Aimsun und Paramics in der Regel eingehalten werden, während sich in SUMO größere Abweichungen ergaben. Die Übertragbarkeit der Parametersätze auf nicht HBS-konforme Bemessungssituationen wurde anhand der Daten realer Untersuchungsobjekte überprüft. Im Ergebnis werden Empfehlungen und Standardparameterkombinationen für die HBS-konforme Simulation des Verkehrsablaufs auf Autobahnen bereitgestellt, die als Ausgangsparameter für die Simulation nicht HBS-konformer Untersuchungsobjekte herangezogen werden können.
Im Forschungsprojekt FE 82.509/2010 soll die Verkehrssicherheit in Einfahrten auf Autobahnen näher untersucht werden. Der Schwerpunkt der Untersuchungen liegt dabei auf den einstreifigen Einfahrten des Typs E1, da dieser auf Autobahnen in Deutschland am häufigsten vorkommt. Ziel des Projektes ist es, ggf. vorhandene Problembereiche bei einstreifigen Einfahrten an Autobahnen zu identifizieren sowie eine vergleichende Bewertung der Verkehrssicherheit mit zweistreifigen Einfahrten (Typ E4 und E5) sowie anderen Elementen planfreier Knotenpunkte vorzunehmen. Ein zusätzliches Augenmerk soll auf das Verhalten älterer Verkehrsteilnehmer im Bereich von Einfahrten gelegt werden. Im Rahmen der Projektbearbeitung wurden zunächst umfangreiche Unfallanalysen an 100 Einfahrten vorgenommen. Hierzu wurden die Informationen der Unfalldatenbanken der Bundesländer genutzt. An 30 besonders auffälligen Einfahrten erfolgte zusätzlich eine systematische Auswertung der Verkehrsunfallanzeigen. Als Ergänzung der Unfallanalysen wurden empirische Verkehrsbeobachtungen an 14 Einfahrten durchgeführt, um hieraus weitere Erkenntnisse zum Verhalten der Verkehrsteilnehmer beim Einfädelungsvorgang zu erhalten. Die Belange der älteren Verkehrsteilnehmer wurden sowohl im Rahmen der empirischen Beobachtungen als auch zusätzlich in einer Befragung erfasst. Die Ergebnisse der Unfallanalysen zeigen, dass die Einfahrten des Typs E1 im Hinblick auf das Unfallgeschehen grundsätzlich als unkritisch einzustufen sind. Dies wurde durch die Ergebnisse der empirischen Untersuchungen bestätigt. Hinsichtlich der Belange älterer Verkehrsteilnehmer wurden keine Unterschiede im Verhalten an Einfahrten zwischen älteren (>60) und jüngeren (<60) Fahrern festgestellt.
Im Gegensatz zu Gebäude und Industrieanlagen wurde der Einsatz automatischer Brandbekämpfungsanlagen in Straßentunneln bislang eher kritisch gesehen. Eine umfangreiche Validierung ihrer Wirksamkeit in Großbrandversuchen, die Optimierung der Systeme für den Tunneleinsatz, sowie positive praktische Erfahrungen lassen ein Überdenken dieser Position angezeigt erscheinen. Im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojektes wurde sowohl die Wirksamkeit von automatischen Brandbekämpfungsanlagen in Abhängigkeit von den verschiedenen Systemtypen, als auch deren Einbindung in das Gesamtsicherheitssystem eines Straßentunnels bewertet. Dabei wurden folgende Ergebnisse erarbeitet: - Ein früherer Aktivierungszeitpunkt hat wesentlichen Einfluss auf die Wirksamkeit einer automatischen Brandbekämpfungsanlage; - Korrekt geplante Brandbekämpfungsanlagen können Brandentwicklung und Temperaturen bei einem Brand in einem Tunnel sehr wirkungsvoll eindämmen; - Für den Personenschutz ist neben der Temperaturentwicklung die Rauchgasausbreitung wesentlich. Diesbezüglich gehen von einer automatischen Brandbekämpfungsanlage positive wie negative Wirkungen aus. Bei Modelltunnel mit mechanischer Lüftung konnte in Simulationen eine hohe Wirksamkeit von Brandbekämpfungsanlagen dargestellt werden; - Bei Modelltunneln mit Rauchabsaugung kann bei Aktivierung der Brandbekämpfungsanlage die Wirksamkeit der Lüftung durch den eingebrachten Impuls beeinträchtigt werden. Neben technischen Gesichtspunkten wurden auch die möglichen Einflüsse auf das menschliche Verhalten von Tunnelnutzern im Rahmen von Probandenversuchen mit virtueller Realität evaluiert. Dabei zeigte sich, dass bei gegebener Versuchsanordnung das Verhalten der Probanden (Ausstiegsverhalten, Flucht zum nächsten Notausgang) durch Aktivierung einer automatischen Brandbekämpfungsanlage nicht maßgeblich verändert wird. Die Ergebnisse gelten unter der Einschränkung, dass die haptischen Wirkungen einer automatischen Brandbekämpfungsanlage, wie Kälte oder Nässe, nicht modelliert werden konnten.