620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Obwohl rezyklierte Baustoffe und industrielle Nebenprodukte verstärkt im Ober- und Unterbau von Straßen eingesetzt werden, fehlt zurzeit ein genormtes Prüfverfahren zur Beurteilung des Frostverhaltens dieser Baustoffgemische. Gleiches gilt für die Beurteilung des Frostverhaltens von kalkbehandelten Böden. Zur realitätsnahen Simulation der Frostbeanspruchung wurde eine neue Versuchs- und Messeinrichtung auf Grundlage der in der Forschungsarbeit von WEINGART, WIELAND "Weiterentwicklung des Frosthebungsversuches" festgelegten Rahmenbedingungen zur Durchführung von Routineprüfungen erprobt. Dazu wurden Vergleichsuntersuchungen an unterschiedlichen Böden und Baustoffgemischen, mit denen die Bandbreite der im Straßenbau eingesetzten Tragschichten erfasst und unterschiedliche frostempfindliche Böden untersucht werden sollten, von insgesamt 7 Versuchsteilnehmern durchgeführt. Von 4 Teilnehmern wurde das neu entwickelte Frosthebungsgerät verwendet, 3 Teilnehmer führten die Versuche mit anderen Frosthebungsgeräten durch. Die Versuchsrandbedingungen wurden in einer Arbeitsanweisung vorgegeben, um die bestmögliche Vergleichbarkeit der Versuche zu garantieren. Mit dem neuen Frosthebungsgerät können jeweils Doppelversuche in getrennten Versuchskammern durchgeführt werden. Zur Minimierung der Wandreibung bestehen die Probezylinder aus Teflonringen, die sich während des Versuches voneinander lösen können, um die frostbedingte Hebung des Materials zu ermöglichen. Die Proben stehen in einem Wasserbad, damit während des gesamten Versuchszeitraumes Wasser nachgesaugt werden kann. Die Befrostung wird durch einen Kühlkopf von oben auf die Probe aufgebracht. Nach einer 24-stündigen Temperierungsphase folgt die 4-tägige Absenkphase, in der die Kühlkopftemperatur so gesteuert wird, dass die 0-°C-Isotherme mit konstanter Geschwindigkeit in Probenmitte erreicht wird. Diese Lage wird während der 3-tägigen Befrostungsphase beibehalten. Während der 24-stündigen Auftauphase erfolgt das vollständige Auftauen der Probe. Gemessen werden die Temperatur an der Oberfläche und in der Mitte der Probe sowie die Temperatur des Wasserbades. Daneben wird die Hebung der Probe bestimmt. Waehrend des gesamten Versuches werden diese Messdaten in 5-minütigen Intervallen vollautomatisch gemessen und aufgezeichnet. Um Kriterien zur Beurteilung der Frostempfindlichkeit festzulegen wurden mehrere Parameter untersucht und bewertet. Hierzu wurden die Quellung in der 24-stündigen Temperierungsphase, die maximale Frosthebung, die nach dem Auftauen verbleibende Resthebung sowie die maßgebende Frosthebungsgeschwindigkeit (die Hebungsdifferenz zwischen letztem und vorletztem Befrostungstag) untersucht. Zusätzlich wurden die Kornverfeinerung, der Wassergehalt und die Tragfähigkeitsabnahme durch Vergleich der CBR-Werte vor und nach Befrostung, ausgewertet. Verglichen wurden diese Größen mit dem Kornverteilungskriterium gemaess ZTVE-StB und den Festlegungen in Österreich und in der Schweiz zur Beurteilung der Frostempfindlichkeit. Die geringe und variierende Anzahl der Versuche ermöglicht keine statistischen Vergleiche. Das neue Frosthebungsgerät eignet sich zusammen mit dem festgelegten Befrostungsregime zur Durchführung von Frosthebungsversuchen an RC Baustoffgemischen, industriellen Nebenprodukten und kalkbehandelten Böden. Für die Beurteilung der Frostempfindlichkeit sollte die maximale Frosthebung bewertet und limitiert werden. Daneben ist die massgebende Frosthebungsgeschwindigkeit zu begrenzen. Nur wenn während der Befrostungsphase eine deutliche Abflachung der Hebungskurve erreicht wird, sind die gemessenen maximalen Hebungen aussagekräftig. Es werden Verbesserungsvorschläge für die Festlegung der Einbaubedingungen gemacht. Auf Grundlage der Ergebnisse der Vergleichsuntersuchungen wurde der Entwurf einer Technischen Prüfvorschrift für Frosthebungsversuche an kalkbehandelten Boeden, rezyklierten Baustoffen und industriellen Nebenprodukten weiterentwickelt und konkretisiert. Zur Festlegung von Kriterien zur Klassifizierung der Frostempfindlichkeit sind die Durchführung und Auswertung weiterer Versuche an unterschiedlichen natürlichen und rezyklierten Baustoffen und Baustoffgemischen und kalkbehandelten Böden nach den Vorgaben dieser Technischen Prüfvorschrift erforderlich.
Zur Erkennung und Beurteilung von Straßenschäden werden derzeit Bilder der Fahrbahnoberfläche erfasst und anhand eines Schadenskataloges bewertet. Die Auswertung der Aufnahmen wird bislang manuell durchgeführt, wodurch es zu unterschiedlichen Beurteilungen kommen kann. Um eine einheitliche Auswertung zu garantieren, soll im Rahmen des Forschungsprojektes eine Software zur teilautomatischen Merkmalssuche und -analyse von Oberflächenschäden entwickelt werden. Im vorangegangenen Projekt (FE 89.190/2007/AP) wurde bereits die Machbarkeit eines solchen Systems analysiert. Um die praktische Anwendbarkeit eines solchen Assistenzsystems untersuchen zu können, soll ein Arbeitsplatzrechner eingerichtet und mit einer entsprechend zu entwickelnden Software ausgerüstet werden. Des Weiteren ist zu untersuchen, inwiefern eine Bewertung der Oberflächenschäden automatisiert werden könnte. Es soll weiter untersucht werden, inwieweit die detektierten Merkmalsklassen ausgeweitet (das heißt Schadensmerkmale klassifiziert) werden können.
Betondecken können grundsätzlich in zwei Varianten ausgeführt werden: als unbewehrte Platten und Durchgehend Bewehrt (DBBD). In Deutschland wird die unbewehrte Plattenbauweise mit verdübelten Querscheinfugen im Abstand von 5 m standardisiert angewendet. Bei der DBBD werden keine Querfugen in der Betondecke hergestellt, sondern es stellt sich ein freies Rissbild mit schmalen Plattenstreifen ein. Um eine Querkraftübertragung zu sichern, ist die Rissöffnungsweite zu beschränken. Dies wird durch die Anordnung einer durchgehenden Längsbewehrung erreicht. Zahlreiche Anwendungen haben gezeigt, dass bei dieser Fahrbahn der Fahrkomfort wesentlich höher ist, die Konstruktion ein sehr gutes Tragverhalten aufweist und eine lange Nutzungsdauer erreicht wird. Daraus ergibt sich eine sehr wirtschaftliche, langlebige und unterhaltungsarme Bauweise. Es fehlt noch eine Optimierung der Bauweise für die konkrete Anwendung in Deutschland. Dazu wurden 10 Strecken mit 17 Abschnitten in Belgien, den Niederlanden, der Schweiz, Deutschland, Polen und Kanada für eine vergleichende Betrachtung ausgewählt und die Anforderungswerte und Einbaubedingungen zusammengetragen. Es erfolgten Streckenbegehungen, bei denen die vorhandenen Risse mit Lage und Öffnungsweite bestimmt wurden. Der Zustand der Strecken wurde visuell begutachtet. Auf der Grundlage dieser Informationen wurden die Strecken verglichen. Es konnten weiterführende Erkenntnisse über das Rissverhalten der DBBD gewonnen werden. Darüber hinaus werden Anforderungen an die Herstellung einer DBBD und der weiteren Anwendung benannt.
Für die Planung von ErhaltungsMaßnahmen oder zur Beurteilung der Qualität, hinsichtlich einer ausreichenden Tragfähigkeit von NeubauMaßnahmen, ist eine qualitative und quantitative Beurteilung der Tragfähigkeit einer Straßenbefestigung und deren Unterlage (Untergrund/Unterbau) von großer Bedeutung. Aus zerstörungsfreien Messungen mit dem Falling Weight Deflectometer (FWD) lässt sich die Tragfähigkeit einer Straßenbefestigung und deren Unterlage ableiten. Um unter anderem einen einheitlichen Bewertungshintergrund zu schaffen, gründeten die fünf universitären FWD-Betreiber in Deutschland im Jahr 2008 die Arbeitsgemeinschaft universitärer FWD-Betreiber (AUF). In dem Beitrag wird ein Bewertungshintergrund für die qualitative und quantitative Beurteilung der Tragfähigkeit des Untergrunds/Unterbaus einer Straßenbefestigung vorgestellt. Hierzu erarbeiteten die AUF-Vertreter einen gemeinsamen einheitlichen Bewertungshintergrund, basierend auf den jeweiligen Bewertungsverfahren der einzelnen Universitäten beziehungsweise Hochschulen.
Die Beurteilung der Nachhaltigkeit von Bauwerken gewinnt in jüngerer Vergangenheit zunehmend an Bedeutung. Während für den üblichen Hochbau bereits nationale und internationale Beurteilungsverfahren existieren, fehlen diese bisher für Ingenieurbauwerke und verkehrliche Anlagen. Die Publikation befasst sich mit einem Vorschlag für ein praxisnahes Bewertungsverfahren für derartige Bauwerke, beschreibt die zu Grunde liegende Methodik und zeigt die maßgebenden Gesichtspunkte für eine ganzheitliche Nachhaltigkeitsbewertung auf.
Die Griffigkeit ist die maßgebende Größe für die Übertragung der Langs- als auch der Seitenkräfte von Reifen auf die Straßenoberfläche und hat somit einen erheblichen Anteil an der Straßensicherheit. In Deutschland erfolgt die Erfassung der Straßengriffigkeit im Rahmen von Bauverträgen sowie der Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) mit dem Seitenkraftmessverfahren (SKM). Mit der Veröffentlichung der Technischen Prüfvorschriften für Griffigkeitsmessungen im Straßenbau (TP Griff-StB) (SKM) durch die Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) am 29.04.2008 ist derzeit das aktuellste Dokument für Griffigkeitsmessungen im Rahmen von Bauverträgen sowie der Zustandserfassung und -bewertung von Bundesfernstraßen mit dem Seitenkraftmessverfahren (SKM) herausgegeben worden. Dieses Dokument löst die TP Griff-StB (SCRIM) mit ihren drei Allgemeinen Rundschreiben ab und fasst die Ergebnisse aus verschiedenen Forschungsprojekten und Erfahrungen aus den regelmäßigen Messungen der Messgerätebetreiber zusammen.
Der Informationsgehalt der Texturmessung ist eine entscheidende Voraussetzung für die Aussagekraft einer Kenngröße über die erfassten Oberflächeneigenschaften. Unter Verwendung der flächenhaft berechneten geometrisch und akustisch relevanten Texturkenngrößen wurden die erweiterte Messunsicherheit und die Reproduzierbarkeit der 3D-Texturmessungen ermittelt. Mit den Ergebnissen dieser Untersuchungen wurden der Zusammenhang zwischen den wichtigsten Gebrauchseigenschaften von Straßen (die mittels der Texturkenngrößen Oberflächenprofilgleichmäßigkeitskoeffizient Vz0, geschätzte Texturtiefe ETDi, maximale spektrale Rauheitstiefe Amax, und bewährter Gestaltfaktor GF5/95 beschrieben wurden) und dem Vorbeirollpegel quantifiziert und eine Klassifizierung von gemessenen Fahrbahnbelägen erreicht. Für die praktischen Zwecke können die gewonnenen Erkenntnisse bei der Bewertung von Fahrbahnoberflächen eingesetzt werden, um einen ersten Einblick über die akustischen Eigenschaften aufgrund der Texturmessungen zu erhalten. Der theoretisch mögliche Vorbeirollpegel, der mittels des Vz0-Wertes abgeschätzt werden kann, ist dabei ein Maß für die akustischen Eigenschaften von Fahrbahnoberflächen.
Eine gleichmäßige Verteilung der Streustoffe auf der Fahrbahn gemäß den Bedienervorgaben ist für effektive Winterdienstmaßnahmen eine wesentliche Voraussetzung. Viele in der Winterdienstpraxis eingesetzte Streumaschinen mit der Feuchtsalztechnologie erreichen heute nicht die gewünschte Gleichmäßigkeit der Streustoffverteilung. Die vorhandenen Anforderungen und Prüfverfahren für die Streustoffverteilung (TLG B3) entsprechen nicht mehr den heutigen Praxisanforderungen. Ausgangsbasis in Bezug auf Anforderungen und Prüfverfahren für die Streubildbeurteilungen bei den durchgeführten Untersuchungen waren zwei Arbeitspapiere: der derzeitige Arbeitsstand für eine Europäische Norm zur Streustoffverteilung und ihrer Prüfung sowie Empfehlungen einer Bund-Länder-Arbeitsgruppe zur Qualitätssicherung für Streumaschinen. Letztere schlägt als neues Verfahren das sogenannte Kehrverfahren vor, dessen Wiederholbarkeit in diesem Projekt zu untersuchen war. Beide Arbeitspapiere geben als Anforderungen gleiche durchschnittlich zu streuende Mindestmengen in 1-m-Längsstreifen vor. Bei diesem Verfahren werden unter realen Bedingungen ausgebrachte Streustoffe längs der Fahrtrichtung über eine vorgegebene Länge zusammengekehrt und anschließend in jeweils 1-m-Abschnitten quer zur Fahrtrichtung aufgenommen. Durch Wägung der aufgenommenen Streustoffe lässt sich die Einhaltung der entsprechenden Anforderungen bewerten. Ein entscheidendes Qualitätsmerkmal eines Prüfverfahrens für die Streustoffverteilung ist die sogenannte Wiederfindungsrate der ausgebrachten Streustoffe. In speziellen Versuchen konnte für das Kehrverfahren eine Wiederfindungsrate > 80% für feinkörnige Tausalze sowie >90% für die in Deutschland am meisten verbreiteten Steinsalze nachgewiesen werden. Eine weitere entscheidende Frage für die Ergebnisbewertung ist die Länge einer zu beurteilenden Streufläche. Hier unterscheiden sich beide genannten Arbeitspapiere. Während die Europäische Norm von einer Prüffeldlänge von 10 m ausgeht, fordern die deutschen Empfehlungen eine durchschnittliche Mindeststreudichte in Längsstreifen mit 20 m Länge. Versuche mit bereits im Winterdienst eingesetzten Streumaschinen führten trotz gleicher Bedingungen zu sehr hohen Spannweiten der Ergebnisse. Dabei betrug die Länge der Prüffelder 10 m. Keine Maschine erfüllte dabei die gegenwärtigen Anforderungen. Typprüfungen mit neuen Streumaschinen weisen deutlich bessere Ergebnisse auf. Bis zu einer Geschwindigkeit bis 40 km/h erfüllte ein großer Teil der Streumaschinen die Anforderungen bei einer Prüffeldlaenge von 20 m. Bei höheren Geschwindigkeiten bis 60 km/h wurden die Anforderungen mit Ausnahme eines Ergebnisses nicht erfüllt. Die erzielten Ergebnisspannweiten im Bezug zum Mittelwert betrugen dabei in 85% von über 300 betrachteten Streustreifenabschnitten weniger als 30%. Die Höhe der Abweichung ist dabei unabhängig von den Einstellungen am Bedienpult und der gefahrenen Geschwindigkeit. Eine Ausnahme bildet das asymmetrische Streuen mit einer Breite von 12 m und einer Geschwindigkeit mit 60 km/h. Das Kehrverfahren hat sich bei den durchgeführten Prüfungen für die Überprüfung von Feuchtsalzverteilungen bewährt. Es ist einfach durchführbar, aber aufgrund der Anforderungen an die Prüffeldoberfläche und der notwendigen trockenen Umfeldbedingungen in der Durchführung an zwei sehr einschränkende Voraussetzungen gebunden. Eine Aufnahme des Verfahrens in bestehende Regelwerke der FGSV wird empfohlen. Eine entsprechende Verfahrensbeschreibung ist Ergebnis des Projektes.
Eine effiziente Glättebekämpfung setzt u. a. eine möglichst gleichmäßige Verteilung von Tausalzen in ausreichender Menge voraus. Eine Voraussetzung ist die richtige Eignung der Streumaschine für eine automatische, qualitätsgerechte Ausbringung der Tausalze. Die vorliegenden Anforderungen an Streumaschinen reichen dafür nicht aus. Eine gleichbleibende Streulage bei verschiedenen Streudichten und Fahrgeschwindigkeiten wird nicht gefordert und deshalb von den meisten Streumaschinentypen auch nicht erreicht. Die Streubilder ändern sich unter verschiedenen Einsatzbedingungen in der Praxis meist erheblich. Die Streufahrzeugführer müssen daher während des Einsatzes eine Nachregulierung vornehmen. Dafür müssen Erfahrungen beim Streufahrzeugführer vorhanden sein. Voraussetzung ist eine entsprechende Schulung. Bei Neubeschaffungen von Streumaschinen wird die Forderung nach einer automatischen Einhaltung einer Streubreite bzw. -streifenlage bei verschiedenen Streudichten und Fahrgeschwindigkeiten empfohlen. Einen wesentlichen Einfluss auf die Streubildqualität hat auch das eingesetzte Tausalz. Die Streumaschine muss für das genutzte Tausalz entsprechend justiert sein. Für die Beurteilung von Streubildern für die Feuchtsalzausbringung gab es bisher keine Verfahren zur quantitativen Bestimmung der Streustoffverteilung. Die Ergebnisse der Projektarbeit zeigen, dass die richtige Justierung der Streumaschine und der Einfluss des Fahrtwindes beim Ausbringen zwei wesentliche Einflussgrößen auf die Streustoffverteilung sind. Deshalb sollte die vorgenommene Justierung der Streustoffausbringung visuell bei Hinterherfahrt mit praxisgerechten Fahrgeschwindigkeiten beurteilt und gegebenenfalls korrigiert werden. Dieses Verfahren ist zwar subjektiv, wird jedoch für eine Einschätzung der Streubreite und -streifenlage als hinreichend genau angesehen. Für genauere objektive Beurteilungen wurden im Rahmen der Projektarbeit zwei neue Verfahren untersucht. Mit ihnen ist eine Beurteilung von Feuchtsalzstreubildern bei praxisgerechten Fahrgeschwindigkeiten möglich. Beim ersten Verfahren werden die Streustoffe über Gummimatten ausgebracht und anschließend abschnittsweise aufgesaugt. Beim zweiten Verfahren werden die Streustoffe direkt auf die Fahrbahn ausgebracht und anschließend zusammengekehrt. Anschließend werden die Streustoffe abschnittsweise aufgenommen und verwogen. Das erste Verfahren ist bei der Aufnahme der Streustoffe sehr genau. Es ist aber durch die Herstellung der Prüffläche mit den Gummimatten recht aufwändig, und der Einfluss der andersartigen Oberfläche der Gummimatten auf das Streubild konnte bisher nicht ermittelt werden. Die Durchführung des zweiten Verfahrens ist schneller zu realisieren. Das Zusammenkehren kann aber bei der Beurteilung von Feuchtsalzstreubildern zu größeren Fehlern führen, da zum einen Anteile der verwendeten Tausalzlösung in die Fahrbahn einziehen und zum anderen Teile der Tausalze aufgrund unzureichender Kehrung nicht erfasst werden können. Zur Feststellung der Wiederholbarkeit der Messergebnisse sind weitere Untersuchungen notwendig. Die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen sind bereits mehrfach publiziert worden. Es wird empfohlen, diese Erkenntnisse auch in einer zu überarbeitenden TLG B3 oder in die vorgesehene Europäische Norm für Streumaschinen und in das Merkblatt für die Überprüfung von Streumaschinen einzuarbeiten. Bei einer breiten Umsetzung der Erkenntnisse durch Hersteller und Anwender wird ein qualitätsgerechteres und sparsameres Ausbringen von Streustoffen erwartet.
Sofern Risse in Spannbetonüberbauten die Spannbewehrung kreuzen, bedarf es zunächst einer eingehenden Ursachenforschung mit Beurteilung des Ist-Zustandes sowie Angaben zu eventuell notwendigen Instandsetzungsmaßnahmen. Bisher wurden die der Beurteilung zugrunde gelegten Annahmen von den jeweils eingesetzten Gutachtern zum Teil unterschiedlich getroffen, was zu ungleichen Aussagen führte. Zur Erzielung eines bundeseinheitlichen Erhaltungsstandards ist daher eine Handlungsanweisung erforderlich, die einheitliche Annahmen für die Nachrechnung, Beurteilung und die Art und Weise des Vorgehens vorgibt. Die Anweisung behandelt: 1. Die Bestandsaufnahme mit Datenaufbereitung und Berechnungen. Das Ergebns ist eine Beschreibung des Ist-Zustandes des Bauwerks ohne Bewertung, ob eine Instandsetzung notwendig ist. 2. Beurteilung der untersuchten Querschnitte hinsichtlich der Notwendigkeit einer Instandsetzung und, sofern erforderlich, Festlegung der Instandsetzungsart im Rahmen einer gutachterlichen Stellungnahme. Die einzelnen Arbeitsschritte zu 1. und 2. werden beschrieben. Die durchzuführenden Maßnahmen, entweder nur Abdichtung des Risses oder Verstärkung der Zusatzbewehrung aus Betonstahl oder Spannbewehrung, werden kurz beschrieben.