620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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- Rheology (3)
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Die Untersuchung der Bedeutung der Wahrnehmung in konkreten Verkehrssituationen berücksichtigt folgende Felder: Spurverhalten, Kurvenfahren, Nachfahren, Überholen und Knotenpunkte. Die Arbeit befasst sich mit Problemen der Wahrnehmung, soweit sie in der Literatur dokumentiert sind und einen Bezug zur ingenieurwissenschaftlichen Anwendung erkennen lassen.
Seit Anfang der 70er Jahre kann im Bereich der passiven Sicherheit eine stetige Verbesserung durch die Abnahme der im Verkehr verletzten und getöteten Personen beobachtet werden. Weitere fahrzeugtechnische Optimierungen zur Verbesserung von Selbst- und Partnerschutz, unterstützt und forciert durch flankierende legislative Maßnahmen, sind durchzuführen, wobei parallel die Effizienz bereits getroffener Maßnahmen zu prüfen ist. In der Pilotstudie wird der Versuch gemacht, ausgehend von bekannten Erkenntnissen der Unfallanalyse, das Gesamtunfallgeschehen Pkw zu realitätsbezogenen, in ihren Wirkungsmechanismen gleichartigen Unfallkonstellationen zusammenzufassen. Die Reduzierung auf wenige Kollisionstypen schafft die Möglichkeit zur Erarbeitung von Testbedingungen. Die im Test nachzufahrenden Unfallkonstellationen und die statisch/dynamische Untersuchung einzelner Fahrzeugkomponenten dokumentieren sich in physikalischen Messwerten und fahrzeugbezogenen Größen. Ein Bewertungssystem addiert die Messwerte auf und versieht sie mit relevanzproportionalen Wichtungsfaktoren zu einem Sicherheitsgrad. Praktische Bedeutung hat das Projekt zum Beispiel für die quantitative Ermittlung des Sicherheitsfortschrittes innerhalb eines Zeitraumes von 10 bis 15 Jahren, der Untersuchung von Sicherheitskomponenten und der Effizienzüberprüfung legislativer Sicherheitsverordnungen etc.
Es wurden Unfälle, die im Rahmen des Forschungsprojektes "Erhebungen am Unfallort" dokumentiert wurden, hinsichtlich der Häufigkeit und der Charakteristik von Pkw-Mehrfachkollisionen analysiert. Beschrieben wurden bei einer vergleichenden Gegenüberstellung von Einfach- und Mehrfachkollisionen die Besonderheiten, die die Mehrfachkollisionen prägen, und zwar im Vorfeld des Unfallgeschehens wie auch im Unfallgeschehen selbst. Mit allen beobachteten Unterschieden der Merkmalsausprägungen ist eine Steigerung der Ausgangsgeschwindigkeit, also der Geschwindigkeit, die vor dem Unfallgeschehen gefahren wurde, verbunden. Die Entstehungswahrscheinlichkeit von Mehrfachkollisionen steigt mit der Zunahme der Fahrgeschwindigkeiten. Geschlechtsspezifische Unterschiede sind lediglich für die Wahl der Ausgangsgeschwindigkeiten vor dem Unfallereignis von Bedeutung. Keine Rolle spielen Fahrzeugeigenschaften bei der Entstehung von Mehrfachkollisionen. Bei Mehrfachkollisionen wurde häufig beobachtet, dass Pkw seitlich mit Objekten am Straßenrand (Leitplanke, Bäume etc.) zusammenstoßen. Bei Seitenkollisionen treten überdurchschnittlich schwere Fahrzeugdeformationen sowie schwere Verletzungen am Kopf, im Thoraxbereich und an den oberen Extremitäten auf. Die Rekonstruktion von Mehrfachkollisionen wird durch ein oftmals komplexes Spuren- und Deformationsbild erschwert. Hilfreich erweisen sich fotogrammetrische Verfahren wie Stereoaufnahmen und Draufsichtfotografie.
Auf der Grundlage von Unfallauswertungen unter Berücksichtigung der Verkehrsstärken werden Unfallrisiken für Anlagen des Fußgängerquerverkehrs quantifiziert, um daraus Einsatzbereiche für den jeweiligen Anlagentyp abzuleiten. Besonderes Augenmerk gilt dem möglichen Einsatzbereich für den Fußgängerüberweg (Zebrastreifen) und die Abgrenzung des Fußgängerüberwegs gegenüber dem Einsatzbereich der Fußgängerfurt. Gegenüber einer früheren Untersuchung mit gleicher Zielsetzung wurde die Zahl der erfassten Anlagen erhöht und bei der Auswahl der ergänzend erfassten Fußgängerquerungsanlagen verstärkter Wert auf die anlagentypspezifische Repräsentanz gelegt. Verstärkt wurden Fußgängerquerungsanlagen auf freier Strecke (im Unterschied zu Knotenpunktbereichen 3- oder 4-armiger Knoten) berücksichtigt. Merkmale der Umgebungsnutzung (z.B. Sichtbehinderung durch parkende Fahrzeuge, Bebauungsart und -dichte in der Umgebung) der jeweiligen Anlage wurden erfasst und auf eine mögliche Sicherheitswirkung hin untersucht.
In der vorliegenden Untersuchung wurde das Geschwindigkeitsverhalten freifahrender Pkw bei etwa 400 Verfolgungsfahrten auf vier Bundes- und Landesstraßen im Odenwald und im Hessischen Ried analysiert. Dazu mussten die Geschwindigkeitsprofile relativ aufwendig geglättet werden, um die (Längs-)Beschleunigung und (Längs-)Rückprofile als Maß für die Reaktionsstärke und den Reaktionsort berechnen zu können. Die ermittelten Profile wurden getrennt nach typischen Fahrtengruppen aufgetragen. Außerdem wurden an auffälligen Stellen die Verteilungen der Geschwindigkeiten und der ausgenutzten Seitenreibungsbeiwerte ermittelt. Es zeigt sich, dass Verfolgungsfahrten recht gut geeignet sind, um das Reaktionsverhalten freifahrender Fahrer zu studieren. Die Messmethodik kann allerdings noch verfeinert werden. Die wichtigsten Ergebnisse sind: - Das höhere Beschleunigungsvermögen stärker motorisierter Fahrzeuge wirkt sich auf die gesamte Fahrweise aus. - Die höchsten Werte der Verzögerungen sind bei manchen engen und unübersichtlichen Kurven nicht vor, sondern in den Kurvenbereichen zu finden. - Die Fahrer akzeptieren vor allem bei Nässe wesentlich höhere Seitenreibungswerte als in den Richtlinien angenommen. Die akzeptierten Maxima der Seitenreibungswerte unterscheiden sich bei engen Radien von Kurve zu Kurve kaum. Die maximale Seitenbeschleunigung ist damit wahrscheinlich eine maßgebliche Eingangsgröße der Geschwindigkeitswahl. Die Sichtverhältnisse haben (auch bei der Trassierung im Höhenplan) einen großen Einfluss auf das Reaktionsverhalten. Sollten sich in den weiteren Teilen des gesamten Forschungsvorhabens noch Fragestellungen in Bezug auf bestimmte Fahrergruppen oder ähnliches ergeben, so wäre eine weitere Auswertung des vorhandenen Datenmaterials, zum Beispiel getrennt nach Fahreralter oder Ortsansässigkeit durchaus denkbar.
Ziel der beschriebenen Untersuchung ist die Ergründung streckencharakteristischer Merkmale bei lokalen Häufungen überwiegend fahrdynamisch begründeter Unfälle auf einbahnigen Außerortsstraßen sowie die Erarbeitung geeigneter Abhilfemaßnahmen. Es wurden Streckenabschnitte mit Unfallhäufungsstellen in Rheinland-Pfalz, Hessen, Saarland und Baden-Württemberg ausgewählt. Auf 58 Untersuchungsstrecken wurde das Geschwindigkeitsverhalten und die streckencharakteristische Geschwindigkeit durch Geschwindigkeitsprofile mit Hilfe von Messfahrten untersucht. Die Streckencharakteristika wurden nach quantifizierbaren Merkmalen wie Kurvigkeit und Krümmungsradien sowie nach subjektiven Beurteilungskriterien aufgeschlüsselt. Unfallhäufungsbereiche wurden durch Beschreibungsmerkmale gekennzeichnet, die den kombinierten Einfluss der Trassierungselemente, der Ausstattung und des Umfeldes erfassten. Die Versuche, quantitative Zusammenhänge zwischen Unfallkennzahlen und einzelnen streckencharakteristischen Merkmalen herzustellen, misslangen. Als weitaus häufigstes Merkmal innerhalb der Unfallhäufungsbereiche zeigte sich eine lokale Steigerung der Kurvigkeit in einer bereits kurvigen Umgebung. An zweiter Stelle der Häufigkeit steht die Mitwirkung von Querneigungs- und Fahrbahndeckenmängeln. Die Autoren stellen fest, dass die heutigen Richtlinien zur Linienführung von Straßen (RAS-L-1) keine ausreichenden Kriterien enthalten, um die häufigste festgestellte Unfallursache zu vermeiden, die darin zu sehen ist, dass innerhalb kurviger Strecken Einzelkurven mit größerer Richtungsänderung und/oder etwas kleinem Krümmungsradius auftreten. Hieraus wird die Notwendigkeit einer entsprechenden Überarbeitung der Richtlinie abgeleitet.
Ermittlung der Schadstoffbelastung in einem Tunnelbauwerk mit geschlitzter Decke an der EB 42 n
(1987)
Eine Schnellstraße durch einen Tunnel mit einer in der Mitte geschlitzten Decke zu führen, wie an der EB 42n im Bereich Königswinter-Oberdollendorf, ist in der Bundesrepublik Deutschland ohne Vorbild. Zur Klärung, welche Umweltbelastungen von einem derartigen Bauwerk ausgehen können, wurde in einer Messkampagne untersucht, welche Schadstoffbelastungen im Tunnel und außerhalb des Tunnels auftreten. Bei einem Verkehrsstau auf einer Richtungsfahrbahn von mehreren Kilometern Länge im Bereich des Tunnelbauwerkes wurden im Tunnel Kohlenmonoxidkonzentrationen gemessen, die um mehr als den Faktor 5 unter dem Grenzwert aus den Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln (RABT) lagen. Die Schadstoffbelastungen am Schlitz des Tunnels sind gering. Sie unterschreiten sowohl die Grenzwerte nach TA Luft, wie auch die Grenzwerte nach der VDI-Richtlinie 2310, die wegen fehlender Grenzwerte für den Straßenbau als Orientierungshilfen herangezogen wurden. Betrachtet wurden die Stoffe Kohlenmonoxid, Stickstoffdioxid und Ozon. Durch die Entwicklung eines physikalischen Modells zur Berechnung der Konzentrationsprofile in den beiden Tunnelröhren könnte das Prinzip der natürlichen Lüftung erklärt und gezeigt werden, dass ca. 75 % bis 78 % der im Tunnel emitierten Schadstoffe über den Schlitz in der Tunneldecke und die restlichen 22 % bis 25 % über die beiden Portale abgeführt werden. Unter dem Aspekt der Luftreinhaltung ist dieses Bauwerk als umweltfreundlich anzusehen.
Es wurden umfangreiche Beobachtungen durchgeführt, die zur Beurteilung unterschiedlicher Signalisierungsbedingungen im Hinblick auf das Konfliktgeschehen analysiert wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die situativ erfassten Gefährdungsmerkmale nur bedingt in Abhängigkeit von einzelnen Parametern der Lichtsignalsteuerung durch allgemeine Zusammenhänge beschreiben lassen. Andere aus den Ergebnissen gewonnene Erkenntnisse beziehen sich auf die Abhängigkeit des Konfliktgeschehens in Zufahrten von signalgeregelten Knotenpunkten, von der baulichen Ausbildung des Knotenpunktes und der Verkehrsstärke, vom Ausgangszustand der vorhandenen unbeeinflussten Koordinierung, von tageszeitlichen Schwankungen der Verkehrsstärke, von der Freigabe Zeitdauer, von der baulichen Ausbildung der Knotenpunktzufahrten (speziell für die Entstehung von Auffahrkonflikten), und vom Auslastungsgrad.
Es war zu untersuchen, ob durch das nachträgliche Einschneiden von Rillen in die Straßenoberfläche mit der Funktion eines zusätzlichen Drainagesystems die Verkehrssicherheit bei Nässe nachhaltig verbessert werden kann. Dazu wurden in einer Versuchsstrecke alle wichtigen Rillenarten und verschiedene Rillenmuster abschnittsweise angeordnet du über einen mehrjährigen Zeitraum messtechnisch angeordnet und über einen mehrjährigen Zeitraum messtechnisch beobachtet. Hinzu kamen drei weitere Beobachtungsstrecken sowie 24 Rillenabschnitte im Autobahnnetz. Die Untersuchungen umfassten Kraftschlussmessungen im Wasserbett, Griffigkeitsmessungen mit dem "Stuttgarter Reibungsmesser", Geräuschmessungen nach der Methode des Vorbeifahrpegels, Rauheitsmessungen mit dem Pendelgerät, dem Ausflussmesser und der Sandfleck-Methode sowie Profilschnittaufnahmen. Die wichtigsten Ergebnisse sind: i) Längs- und Querrillen sind in der Lage und geeignet, das Kraftschlussangebot von Straßenoberflächen bei Nässe zu erhöhen. Dabei verbessern Rillen entscheidend die sogenannte "dynamische Drainage" der Reifenaufstandsfläche: Sie bieten ähnlich dem Reifenprofil zusätzliche Fluchtwege, sodass die Masse des Wassers schneller verdrängt werden kann. Rillen wirken somit dem Aquaplaning-Effekt entgegen. ii) Alle untersuchten Längsrillenmuster sowie Querrillenmuster mit effektiven Rillenbreiten kleiner als 4,5 mm bringen keine signifikante Erhöhung des Reifengeräusches. Entsprechend sollten stets feine Rillenmuster gewählt werden mit rillenbreiten um 4 mm, Rillentiefen ebenfalls um 4 mm und Rillenabstände zwischen 20 und 25 mm. Feine Rillenmuster mit dem angegebenen Abmessungen sind auch in Längsrichtung aus Gründen der Verkehrssicherheit für Motorräder erforderlich. iii) In Fahrbahndecken aus Beton können feine Rillenmuster ohne wesentliche Beeinträchtigung des baulichen Bestandes im nassen Verfahren (in Anlehnung an die Fugenschneid-Technik) mit Diamantscheiben geschnitten werden. Von der Anwendung des trocken arbeitenden Fräsverfahrens ist abzuraten. Rillen in bituminösen Deckschichten sind problematisch, da ihre Wirkung infolge Verschleiss und plastischer Verformung der oberflächennahen Zonen nicht so lange vorhält wie in Betondecken. iv) Obwohl die Querrillen bei Annässungsverhältnissen um 1 mm Wasserfilmdicke günstiger zu bewerten ist als die Längsrille, deuten Ergebnisse des Wasserbett-Untersuchungen eher auf eine gleichgünstige Wirkung beider Formen hin, wenn mit dickeren Wasserschichten gerechnet werden muss. Aus herstellungstechnischen Gründen ist die Anlage von Längsrillen wirtschaftlicher und praktikabler als von Querrillen.
Der gemeinsam vom Institut für Verkehrsplanung und Verkehrswegebau der Technischen Universität Berlin und von der Bundesanstalt für Straßenwesen, Köln, durchgeführte Forschungsauftrag des Bundesministers für Verkehr hatte zum Ziel, Lösungswege zu finden, wie der Betondecke - ohne die Zusammensetzung zu ändern - von Anfang an eine gute Griffigkeit mitgegeben werden kann. Hierzu wurden vier grundsätzliche Möglichkeiten der Oberflächenausführung in verschiedenen Varianten und auch Kombinationen systematisch im Hinblick auf Praktikabilität, Griffigkeit, Lärm, Ebenheit und Aufwand untersucht: 1. Strukturieren des Oberflächenmörtels (z.B. Rosshaarbesen, Stahlbesen nach TRRL) 2. Aufstreuen von gebrochenen Mineralstoffen auf den frischen Beton hinter dem Nachlaufglätter (z.B. Diabas 2/5 mit einer Gussasphalt-Riffelwalze angedrückt) 3. Einarbeiten von Brechsand in den Oberflächenmörtel durch den Nachlaufglätter (z.B. Siliziumkarbid 0,5/1) 4. Beseitigen des Oberflächenmörtels (in Anlehnung an die Waschbetontechnik) Die Untersuchungen erfolgten mit Unterstützung mehrerer Landesstraßenbauverwaltungen, die die umfangreichen Versuchsprogramme in anstehende Neubau- bzw. Erneuerungsprogramme für Autobahnen einbringen konnten. Insgesamt wurden auf sieben Versuchsstrecken etwa 100 Versuchsfelder angelegt, die in der Regel 50 m lang sind. Bei Abschluss des ersten Teils der Forschungsarbeit lagen die Betonfahrbahnen der Versuchsstrecken durchschnittlich etwa zwei Jahre unter Verkehr. Hinsichtlich ihres Griffigkeitsverhaltens kann allgemein festgestellt werden: - Eine stärkere Strukturierung der Feinmörtelschicht wirkt sich anfangs und längerfristig stets günstig auf den Kraftschluss zwischen Reifen und Fahrbahn bei Nässe aus. Die im "Merkblatt über Straßengriffigkeit und Verkehrssicherheit bei Nässe" genannten Richtwerte werden sicher erfüllt. - Technisch lassen sich derartige Oberflächen ohne zusätzlichen Mehraufwand mit Besen erzielen, deren Borsten relativ lang und steif sind. Die besten Ergebnisse wurden mit dem vom britischen Transport an Road Research Laboratory entwickelten Stahlbesen erzielt, gefolgt vom Kunststoffbesen nach Piassava-Art. - Die übrigen Verfahren, insbesondere das zusätzliche Anreichern der Feinmörtelschicht mit scharfen Mineralstoffen und das Beseitigen des Oberflächenmörtels in Anlehnung an die Waschbetontechnik, können das hohe Griffigkeitsniveau der mit dem englischen Stahlbesen strukturierten Oberflächen nur selten erreichen. Sie sind dabei wesentlich aufwendiger und meistens wenig praktikabel. Da die Anforderungen bezüglich Ebenheit ohne weiteres erfüllt wurden und auch die Lärmmessungen gegenüber den mit Rosshaarbesen behandelten Oberflächen keine signifikant höheren Werte ergaben, hat die abschließende Oberflächenstrukturierung frischer Betondecken mit dem englischen Stahlbesen bereits Eingang in die ZTV Beton 78 gefunden.
Untersuchung der Eignung von Gesteinsmehlen als Füller zur Herstellung von Asphaltbetondeckschichten
(1982)
In der Asphalttechnologie gab es bei der Beurteilung von Gesteinsmehlen und anderen feinkörnigen Stoffen für die Herstellung von bituminösem Mischgut unterschiedliche Auffassungen. Die Ursachen für diese Schwierigkeiten wurden insbesondere in uneinheitlichen Prüfverfahren, aber auch in der Aussagekraft einzelner Prüfverfahren selbst hinsichtlich der Bedeutung der granulometrischen feinsten Mineralstoffe im Asphalt vermutet. Somit war es naheliegend, verschiedene Gesteinsmehle und Mischungen daraus sowohl im Laboratorium als auch auf der Straße unter Verkehrs- und Witterungsverhältnissen zu untersuchen und zu beurteilen. Die Auswahl der elf Gesteinsmehle wurde bewusst darauf abgestimmt, solche mit unterschiedlich zu erwartendem Verhalten zu untersuchen; man folgte hierbei dem Gedanken, auch solche Gesteinsmehle für die Herstellung des Mischgutes zu verwenden, die kritisch wegen der Quellfähigkeit beurteilt wurden. Bei den Untersuchungen hatte man erwartet, dass eine vollständige Beurteilung von Gesteinsmehlen für Deckschichten aus Asphaltbeton allein auf Grund von labormäßigen Prüfverfahren möglich ist. Diese Erwartungen haben sich nicht bestätigt. Die bisherige Erfahrung über die stabilisierende Wirkung von Gesteinsmehlen wurde erneut durch einige Prüfverfahren erwiesen. Gemäß den Forderungen der Technischen Vorschriften und Richtlinien bezüglich der quellfähigen Bestandteile konnten einige Tendenzen bei den Versuchen im Laboratorium beobachtet werden, die bei der gegebenen Spreizung der Ergebnisse zunächst einen Anlass boten, das eine oder andere Gesteinsmehl zukünftig von der Verwendung bei der Herstellung von Mischgut für Deckschichten aus Asphaltbeton auszuschließen. Nachdem die Ergebnisse aus den Feldversuchen jedoch vorliegen und diese fast gleichartiges Verhalten in den Gebrauchseigenschaften anzeigen, ist ein solcher Anlass nicht gegeben.
Die Forschungsarbeit gliederte sich in zwei Teile. In den Jahren 1973 und 1974 wurde zur Verbesserung der Anfangsgriffigkeit von Asphaltbeton auf 7 Versuchsstrecken das Abstreuen der heißen Deckschicht mit Brechsand oder feinem Splitt während der Herstellung erprobt. Als wesentlich erwies sich, dass die Streudichte gering gehalten wird (0,6 -1,0 kg/m2 bei Abstreumaterialien mit einem Größtkorn bis 5 mm) und daß das Material auf die in der obersten Zone noch mindestens 80-°C heiße Deckschicht hinter dem Fertiger oder nach dem ersten Walzgang gleichmäßig aufgebracht und sogleich angewalzt wird. Zum bevorzugten maschinellen Abstreuen haben sich verschiedene Streugeräte bewährt; möglich ist aber auch die Abstreuung von Hand mit Schaufeln. Die Kosten für Abstreumaterial, Geräte und Lohn sind, gemessen an den Gesamtkosten einer Deckschicht, gering. Die Griffigkeitswerte in den abgestreuten Feldern lagen im Neuzustand immer wesentlich höher als in den Vergleichsfeldern ohne Abstreuung. Über Wochen und Monate blieb die Griffigkeit der abgestreuten Felder besser als die der Vergleichsfelder. Nachteilige Wirkungen des Abstreuens, wie Verschlechterung der Anfangsebenheit oder ungleichmäßiges Aussehen der Oberfläche, sowie ein Einfluß auf das Gebrauchsverhalten der Deckschichten (Verschleiß, Verformung, Haltbarkeit) wurden nicht festgestellt. Der zweite Teil der Forschungsarbeit im Jahre 1975, der 6 Versuchsstrecken umfaßte, erbrachte Hinweise, wie die Anfangsgriffigkeit von Asphaltbetondeckschichten ueber die Zusammensetzung des Mischgutes beeinflußt werden kann. Günstig wirken sich unmittelbar auf die Anfangsgriffigkeit ein an der oberen Grenze der zulässigen Spanne liegender Hohlraumgehalt und ein hoher Brechsandanteil im Mineralstoffgemisch sowie auch ein hoher Schärfegrad des Brechsandes aus. Um die Bewährung der bei den Versuchsstrecken gewaehlten Zusammensetzungen zu beurteilen, muß jedoch das gesamte langfristige Gebrauchsverhalten der Deckschichten (Griffigkeit, Ebenheit und insbesondere Haltbarkeit) beobachtet werden.