620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Jährlich fallen bei Erdbauarbeiten mehrere Millionen Tonnen Bodenaushub an, die nicht wieder eingebaut werden. Die als bautechnisch schwierig eingestuften Böden, wie beispielsweise Böden mit hohem Feinkornanteil, werden oft als mineralische Restmassen deponiert. Aus ökonomischen und ökologischen Gründen ist der qualifizierte Wiedereinbau anzustreben. Um die Anforderungen an Hinterfüllbereiche von Bauwerken zu erfüllen, werden jedoch im Regelfall grob- und gemischtkörnige Böden mit ≤ 15 M.-% Feinkornanteil verwendet. Für die Untersuchung der Eignung bindemittelbehandelter, bindiger Böden für Hinterfüllbereiche wurden ein fein- und ein gemischtkörniger Boden mit einem Feinkornanteil > 15 M.-% der Bodengruppe TL bzw. ST* gemäß DIN 18196 gewählt. Die Böden wurden mit je zwei Bindemitteln und drei Bindemittelgehalten (3 %, 5 %, 7 %) untersucht. Die Untersuchungen an Boden TL erfolgten mit einem Weißkalkhydrat und einem Mischbindemittel 50/50 (50 % Kalk/50 % Zement). Boden ST* wurde mit den Mischbindemitteln 50/50 und 30/70 untersucht. Mit einem Laborprogramm aus insgesamt ca. 360 Laborversuchen aus einer Kombination von einaxialen Druckversuchen, CBR-Versuchen, Triaxialversuchen und Ödometerversuchen an den Ausgangsböden und den Boden-Bindemittel-Gemischen wurde deren Festigkeit und Verformungsverhalten bestimmt, um die Gleichwertigkeit mit herkömmlichen, grobkörnigen Böden nachzuweisen. Mit den Laborergebnissen und über Setzungsberechnungen konnte bei allen untersuchten Boden-Bindemittel-Gemischen die Gleichwertigkeit zu herkömmlichen Hinterfüllmaterialien nachgewiesen werden. Es wurden Handlungsempfehlungen für die Praxis erarbeitet. Diese beinhalteten die Ermittlung der Scherparameter auf Basis von einaxialen Druckversuchen über empirisch abgeleitete Grenzwerte und der Angabe von prinzipiell erreichbaren Scherparametern für eine Anwendung im Regelfall. Weiterhin wird eine Empfehlung für die Ableitung des Steifemoduls aus den Ergebnissen einaxialer Druckversuche gegeben.
Untersuchungen an einer Beobachtungsstrecke mit Niedrigtemperatur-Gussasphalt : BAB 1 Euskirchen
(2003)
Durch die laufende Diskussion hinsichtlich der Emissionsgrenzwerte bei Gussasphalten und auch die Suche nach Problemlösung zur CO2-Reduktion und Energieeinsparung bei der Herstellung von Asphalt werden zunehmend Additive und modifizierte Bindemittel angeboten, die viskositätsabsenkend wirken sollen und so die Herstellungs- und Verarbeitungstemperaturen von Asphalten absenken. In dem hier vorliegenden Bericht wird der Einbau von Gussasphalt mit abgesenkten Temperaturen auf einer Erprobungsstrecke auf der BAB 1 bei Euskirchen dokumentiert. Es wurden die Additive Asphaltan A, Sasobit und das Fertigbindemittel Sübit VR 35 erprobt. Dabei wurde der Zusammenhang zwischen der Verarbeitungstemperatur der Gussasphalte und der dabei auftretenden Emissionsbildung untersucht. Die beim Einbau gemessenen Emissionen lagen in allen Versuchsfeldern deutlich unter 10 mg/m-³. Die modifizierten Gussasphalte wurden zudem hinsichtlich ihrer Gebrauchseigenschaften untersucht. Dabei ergaben sich keine Hinweis darauf, dass die Modifikation der Gussasphalte die Gebrauchseigenschaften nachteilig beeinflussen. Die Erprobungsstrecke soll über einen Zeitraum von mindestens 6 Jahren beobachtet werden.
Im Ausschuss für Gefahrstoffe (AGS) des Bundesministeriums für Arbeit und Sozialordnung wurde ein Grenzwert für Bitumendämpfe beim Einbbau von Asphalt festgelegt. Dabei soll ein Wert von 10 mg/m3 der Summe der Kohlenwasserstoffe nicht überschritten werden. Dieser Wert scheint beim Einbau von Walzasphalt einhaltbar zu sein, bei Gussasphalt (GA) bestehen wegen der deutlich höheren Asphalttemperaturen von etwa 250 °C Zweifel. Für Gussasphalt wurde der Grenzwert für zwei Jahre ausgesetzt, mit dem Ziel, Messungen und erste Schritte der Emissionssenkung durchzuführen.
An die Lichtsignalsteuerung richten sich hohe Qualitätsanforderungen, da ihr für einen sicheren und flüssigen Verkehrsablauf im Straßennetz eine wichtige Rolle zukommt. Um eine hohe Qualität der Lichtsignalsteuerung auch im wachsenden Altbestand von Anlagen zu gewährleisten, liegt es nahe, eine regelmäßige, systematische Überprüfung vorzunehmen, um Mängel frühzeitig erkennen und beheben zu können. Ziel des Forschungsvorhabens war es, eine aufwandsoptimierte Verfahrensweise und die notwendigen Hilfsmittel für ein systematisches Qualitätsmanagement für Lichtsignalanlagen (LSA) zu entwickeln. Hierzu wurde zunächst die Lichtsignalsteuerung als Gegenstand des Qualitätsmanagements eingehend erörtert. Auf dieser Grundlage wurden Verfahrensweisen und EDV-gestützte Hilfsmittel entwickelt, mit denen die Güte des Verkehrsablaufs und die Verkehrssicherheit im Straßennetz und an einzelnen Knotenpunkten mit geringem Aufwand überprüft werden kann. Zur Qualitätsbewertung werden Unfalldaten, Prozessdaten und Betriebsdaten analysiert sowie der Verkehrsablauf vor Ort beobachtet. Der Aufbau einer Wissensbasis diente dazu, den Kenntnisstand zu Möglichkeiten der Qualitätsverbesserung an Lichtsignalanlagen für die Anwendung verfügbar zu machen. Hierin sind typische Qualitätsmaengel an Lichtsignalanlagen mit Möglichkeiten der Abhilfe verknüpft. Ferner sind Prüfbedingungen der Eignung und Umsetzbarkeit der Maßnahmen hinterlegt. Mit Hilfe dieses Expertensystems können Maßnahmen identifiziert und bewertet werden. Die Anwendung des Verfahrens an verschiedenen Knotenpunkten zeigt, dass der systematische und modulare Aufbau gut geeignet ist, aussagekräftige Informationen zur Qualität der Lichtsignalsteuerung zu erlangen und geeignete Maßnahmen zur Qualitätsverbesserung zu identifizieren. Das Verfahren kann mit geringem Aufwand durchgeführt werden und kann daher einen Beitrag für die verbreitete Anwendung des Qualitätsmanagements für Lichtsignalanlagen leisten.
Die Richtlinien für Lichtsignalanlagen (RiLSA), Ausgabe 1992 [FGSV 1992] "enthalten grundlegende verkehrstechnische Bestimmungen und Empfehlungen für die Einrichtung und den Betrieb von Lichtsignalanlagen." Ihre Regelungen zielen darauf ab, den Verkehrsablauf an Lichtsignalanlagen für alle Verkehrsteilnehmergruppen mit hoher Qualität sicher zu gestalten. Um der ständigen Weiterentwicklung des komplexen Handlungsfelds gerecht zu werden, ist eine ständige Anpassung der Lichtsignalsteuerung erforderlich. Die Regelungen der Richtlinien sind in regelmäßigem Abstand kritisch daraufhin zu überprüfen, ob sie noch die aktuellen Anforderungen und den Stand der Technik widerspiegeln und somit ihren Gültigkeitsanspruch sowie ihre Praxisrelevanz aufrecht erhalten können. Ziele dieser Untersuchung waren die Erfassung, die strukturierte und anschauliche Darstellung sowie die kritische Analyse der Forschungstätigkeit und der Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Lichtsignalsteuerung in Deutschland, im benachbarten europäischen Ausland, in den USA und in Japan seit 1990, um die Erkenntnisse für eine Neufassung der RiLSA verfügbar zu machen. Im ersten Arbeitsschritt wurde in ausgewählten Fachliteratur-Datenbanken und -Verzeichnissen systematisch nach themenbezogenen Veröffentlichungen ab 1990 recherchiert. Die so ermittelten Veröffentlichungen wurden Themengebieten, die aus der Gliederung der neuen RiLSA abgeleitet wurden, zugeordnet. Aufbauend auf einer ersten Bewertung der Relevanz der einzelnen Literaturfundstellen wurden die so ausgewählten etwa 400 Artikel in einer Datenbank erfasst und hinsichtlich der Bedeutung der behandelten Fragestellung, der Praxisrelavanz, der Aktualität und weiterer Kriterien vorbewertet. Ergänzend wurden zur Erschließung der relevanten Erkenntnisse und praktischen Erfahrungen in Japan vor Ort Gespräche mit Experten in der Verkehrstechnik geführt sowie Besichtigungen und eigene Beobachtungen durchgeführt. Die positiv bewerteten Quellen wurden eingehend analysiert und die Ergebnisse im Einzelnen anschaulich aufbereitet. Diese Recherche- und Analyseerkenntnisse wurden in einer synoptischen Darstellung zusammengestellt. Die Bearbeitung der Themenfelder erfolgte dabei immer in den gleichen Schritten. Zuerst erfolgte die Darstellung der Vorgehensweise in den aktuellen RiLSA. In den nächsten Schritten wurden der erreichte Forschungsstand, die Berücksichtigung der Thematik in den Richtlinien anderer Länder sowie die zusätzliche Anmerkungen aus der Praxis dargestellt. Daraus wurden Aussagen zum verbleibenden Forschungsbedarf, zum Innovationsgrad der Fragestellung und zum Handlungsbedarf für die Neufassung der RiLSA abgeleitet.
Ein Mittel zur Verkehrssicherung bei Stauungen vor Engstellen ist die Warnung der auf das Stauende zufahrenden Kraftfahrer mit "Stauwarneinrichtungen". Unter Stauwarneinrichtungen sind Anlagen und Geräte zu verstehen, die, manuell oder automatisch gesteuert, verkehrsabhängig eine Warnfunktion ausüben. Die Warnung darf nur dann wirksam sein, wenn es die Verkehrslage erfordert. Die bei der Konzeption von Stauwarnungen zu lösenden Probleme werden analysiert. Ausgehend von der verkehrstechnischen Bewertung des Phänomens "Stau" werden die hierbei zu berücksichtigenden Anforderungen abgeleitet. Unterschiedliche Grundkonzeptionen werden dargestellt und verglichen. Dabei werden die Einschränkungen durch anlagentechnische Gegebenheiten herausgestellt. Die bei der Entwicklung des Steuerungsmodells und bei der geometrischen Bemessung von Stauwarneinrichtungen zu beachtenden Gesetzmäßigkeiten der Fahrdynamik und des Verkehrsflusses werden herausgearbeitet und die Zusammenhänge entwickelt. Bei der Bewertung von Stauwarneinrichtungen steht entsprechend den Zielvorgaben die Wirkung auf die Verkehrssicherheit im Vordergrund. Bei der Analyse der Unfallentwicklung im Bereich einer ausgeführten Stauwarneinrichtung wird eine signifikante Verminderung der Unfallkenndaten nachgewiesen. Die Untersuchung des Fahrerverhaltens lässt die Akzeptanz von Stauwarneinrichtungen erkennen. Aus der Wirtschaftlichkeitsanalyse werden Ansätze für eine ex-ante-Abschätzung der erzielbaren Nutzen aufgestellt. Damit wird dem Planer eine Methode vorgegeben, die voraussichtliche volkswirtschaftliche Effizienz abzuschätzen.
Das Ziel des Forschungsvorhabens war es festzustellen, welche Bordsteinformen für den Einsatz an Überquerungsstellen mit einer Einbauhöhe von 3 cm (eine Einbauhöhe (oder Auftrittshöhe) von 3 cm bedeutet, dass die Oberkante der Auftrittsfläche des Bordsteins 3 cm über dem Niveau der angrenzenden Fahrbahn liegt) sowie vorzugsweise zu verwendeten Bodenindikatoren aus Sicht unterschiedlicher Gruppen behinderter Menschen geeignet sind. Zunächst wurde eine umfangreiche Literaturanalyse nationaler und internationaler Literatur durchgeführt, um allgemeine Gestaltungsgrundsätze für barrierefreie Überquerungsstellen abzuleiten. Zusätzlich dazu sollte eine umfangreiche Befragung sehbehinderter Menschen zu ihren Erfahrungen bei der Mobilität im Straßenraum weiteren Aufschluss geben. Auf Grundlage der Literaturanalyse und Befragung wurde im Rahmen der Untersuchungen ein mehrschichtiges Verfahren aus qualitativen sowie objektiven und subjektiven Methoden angewendet. Dieses sollte darüber Aufschluss geben, welche Borsteinformen und Bodenindikatoren aus Sicht von blinden und sehbehinderten Menschen mit Langstock sowie der Nutzer von rollbaren Hilfsmitteln (Rollator, Rollstuhl) für einen Einbau an Überquerungsstellen bevorzugt werden. Die Untersuchungsergebnisse bestätigen die Einbauhöhe von 3 cm als weiterhin brauchbaren Kompromiss, auch wenn sich mit dieser Einbauhöhe die unterschiedlichen Anforderungen von Rollstuhl- und Rollatornutzern einerseits sowie blinden und stark sehbehinderten Menschen andererseits nicht optimal erfüllen lassen. Allerdings konnten auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse Empfehlungen für eine im Rahmen des Kompromisses gut geeignete Bordsteinform an Überquerungsstellen abgeleitet werden. Die Messungen und Versuche mit unterschiedlichen Bodenindikatoren gaben Aufschluss darüber, welche Strukturen im Hinblick auf die Taktilität und die Überrollbarkeit an Überquerungsstellen grundsätzlich gut geeignet sind. Es wurde grundlegende und detaillierte Empfehlungen für die Ausbildung und Anwendung der Bordsteine und Bodenindikatoren an Überquerungsstellen an Hauptverkehrsstraßen ausgearbeitet. Diese sollten in die Fortschreibung relevanter Regelwerke einfließen. Darüber hinaus konnte durch das Forschungsvorhaben zusätzlicher Forschungsbedarf für weitere Verbesserungsmöglichkeiten an Überquerungsstellen aufgezeigt werden.
Leichte Rammsonde mit variabler Rammenergie zur Baugrunduntersuchung und zur Verdichtungskontrolle
(2008)
Die französische Panda-Sonde ist ein Prüfgerät zur Bodenuntersuchung und Verdichtungskontrolle. Im Unterschied zu den Rammsonden mit konstanter Rammenergie gemäß DIN EN 22476 wird die Rammenergie bei der Panda-Sonde variabel durch Hammerschläge erzeugt. Wegen des relativ geringen Energieeintrags wird eine detaillierte Auflösung der durchteuften Bodenschichten erreicht. Außerdem ist die Sonde aufgrund ihrer geringen Abmessungen und ihres geringen Gewichts auch zur Untersuchung schwer zugänglicher Geländepunkte, für Hinterfüllungen, in Rohrgräben sowie für horizontale Untersuchungen geeignet. In Frankreich ist die Rammsondierung mit variabler Energie seit dem Jahr 2000 in der XP P 94-105 "Überprüfung der Verdichtungsqualität - Methode mit dynamischer Rammsondierung mit variabler Energie" genormt. Der Beitrag beschreibt das generelle Messprinzip und die Vorgehensweise zur Verdichtungskontrolle gemäß der französischen Norm. Erste positive Ergebnisse bei der Verdichtungskontrolle in Deutschland, wo die Panda-Sonde bislang vorwiegend für Eigenüberwachungsprüfungen bei Leitungsgrabenverfüllungen eingesetzt wurde, werden beispielhaft beschrieben. Schließlich werden Möglichkeiten zur Adaption in das deutsche Straßenbauregelwerk dargelegt und der hierfür noch erforderliche Forschungsbedarf erläutert.
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.
Bei Stützkonstruktionen aus Gabionen fehlt bisher ein realitätsnahes, rechnerisches Nachweisverfahren für den Nachweis des Versagens eines einzelnen Elementes (Bestandteil der sog. „inneren Standsicherheit“). Daher wurden in Anlehnung an die Empfehlungen aus dem Projekt FE 15.0559/2012/ MRB [2] drei Belastungsversuche an einzelnen Gabionen durchgeführt. Die Gabionen mit den Abmessungen von 1 x 1 x 1 [m] wurden unter Zuhilfenahme von Vliesbahnen mit einem enggestuften Fein- bis Mittelsand gefüllt, mit einer Stahlrahmenschalung u-förmig umstellt und schließlich stufenweise mit einer zentrischen Vertikalkraft belastet. Bei den Versuchen wurden die Kräfte in den Drahtkörben, die Erddruckspannungen in der Sandfüllung sowie die äußeren Verformungen der Gabionen und der Stahlrahmenschalung messtechnisch erfasst und ausgewertet. Durch das aktuelle AP-Projekt wurde ein geeignetes Konzept für die Durchführung und die Auswertung derartiger Belastungsversuche an einzelnen Gabionen (Tastversuche) entwickelt. Zusätzlich konnten für das Tragverhalten von Gabionen wertvolle Erkenntnisse gewonnen werden. Die beispielhafte Anwendung von bekannten Näherungslösungen für den Nachweis des Versagens eines einzelnen Elementes hat ergeben, dass keine der Näherungen das festgestellte Tragverhalten von Gabionen bzw. die ermittelten Versuchsergebnisse in ihrer Größenordnung abzubilden vermag. Außerdem hat sich gezeigt, dass die für die Näherungslösungen angesetzten statischen Systeme teilweise diskussionswürdig sind. Die in diesem Zusammenhang mitgeteilten Ergebnisse sind allerdings als Zwischenstand zu verstehen, da sie bisher nur auf einer geringen Anzahl von Versuchen basieren und sich ferner gezeigt hat, dass die Sandfüllung inkl. Vliesauskleidung in Teilen zu einem anderen Tragverhalten geführt hat als von einer üblichen Füllung mit Gestein zu erwarten ist. Aus diesem Grund wird empfohlen, die Belastungsversuche an einzelnen Gabionen mit einer Füllung aus Gestein fortzusetzen. Das entwickelte Konzept für die Belastungsversuche kann hierfür grundsätzlich beibehalten werden. Im Detail wurden Empfehlungen für die Auswahl und den Einbau der Materialien sowie die Anpassungen der messtechnischen Ausstattung gegeben. Sofern sich durch die Auswertung dieser Versuche die bekannten Näherungslösungen, insbesondere der durch das Projekt FE 15.0559/2012/MRB favorisierte Vorschlag von WEBER (enthalten in [2]), eindeutig bewerten und ggf. weiterentwickeln lassen, können die geplanten Belastungsversuche an Stützkonstruktionen aus Gabionen (Großversuche) vorbereitet werden.