620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Having a look at safety to traffic and the prevention of accidents it can be observed that technical improvements in active safety of vehicles have let to various positive effects in this area. Among other components the tyre-road-contact takes a key role in the development of active safety technologies. All forces in accelerating, breaking and vehicle guidance have to be transmitted through the tyre-road contact area by friction forces. A common way to characterize a friction process is to identify the coefficient of friction μ between two touching materials. Even though there are several approaches to experimentially characterise road surfaces, no standard method exists. In this paper an overview of existing test methods is given. Furthermore the preliminary design of a newly developed portable test device with its possibility to investigate the tyre-road-friction of arbitrary roads or even places of accidents is shown.
The main objective of EC CASPER research project is to reduce fatalities and injuries of children travelling in cars. Accidents involving children were investigated, modelling of human being and tools for dummies were advanced, a survey for the diagnosis of child safety was carried out and demands and applications were analysed. From the many research tasks of the CASPER project, the intention of this paper is to address the following: • In-depth investigation of accidents and accident reconstruction. These will provide important points for the injury risk curve, in order to improve it. Different accident investigation teams collected data from real road accidents, involving child car passengers, in five different European countries. Then, a selection of the most appropriate cases for the injury risk curve and the purposes of the project was made for an in-depth analysis. The final stage of this analysis was to conduct an accident reconstruction to validate the results obtained. The in-depth analysis included on-scene accident investigation, creating virtual simulations of the accident/possible reconstruction, and conducting the reconstruction. In the cases of successful reconstructions, new points were introduced to the injury risk curves. Accident reconstructions of selected cases were carried out in test laboratories as the next step following in-depth road accident investigation. These cases were reconstructed using similar child restraint systems (CRS) and the same type make and model as in the real accidents. Reconstructing real cases has several limitations, such as crash angle, cars" approximation paths and crash speed. However, a few changes and applications on the testing conditions were applied to reduce the limitations and improved the representations of the real accidents. After conducting the reconstructions, a comparison between the deformations of the cars on the real accident and the vehicles from the reconstructions was made. Additionally, a correlation between the data captured from the dummies and the injury data from the real accident was sought. This finalises an in-depth analysis of the accident, which will provide new relevant points to the injury risk curve. The CASPER project conducted a large research programme on child safety. On technical points, a promising research area is the developing injury risk curves as a result of in-depth accident investigations and reconstructions. This abstract was written whilst the project was not yet finished and final results are not yet known, but they will be available by the time of the conference. All the works and findings will not necessarily be integrated in the industrial versions of evaluation tools as the CASPER project is a research program.
Although the number of road accident casualties in Europe (EU27) is falling the problem still remains substantial. In 2011 there were still over 30,000 road accident fatalities. Approximately half of these were car occupants and about 60 percent of these occurred in frontal impacts. The next stage to improve a car's safety performance in frontal impacts is to improve its compatibility. The objective of the FIMCAR FP7 EU-project was to develop an assessment approach suitable for regulatory application to control a car's frontal impact and compatibility crash performance and perform an associated cost benefit analysis for its implementation. This paper reports the cost benefit analyses performed to estimate the effect of the following potential changes to the frontal impact regulation: • Option 1 " No change and allow current measures to propagate throughout the vehicle fleet. • Option 2 " Add a full width test to the current offset Deformable Barrier (ODB) test. • Option 3 " Add a full width test and replace the current ODB test with a Progressive Deformable Barrier (PDB) test. For the analyses national data were used from Great Britain (STATS 19) and from Germany (German Federal Statistical Office). In addition in-depth real word crash data were used from CCIS (Great Britain) and GIDAS (Germany). To estimate the benefit a generalised linear model, an injury reduction model and a matched pairs modelling approach were applied. The benefits were estimated to be: for Option 1 "No change" about 2.0%; for Option 2 "FW test" ranging from 5 to 12% and for Option 3 "FW and PDB tests" 9 to 14% of car occupant killed and seriously injured casualties.
The utilisation of secondary-safety systems to protect occupants has attained a very high level over the past decades. Further improvements are still possible, but increasingly minor progress is only to be had with a high degree of effort. Thus, a key aspect must be the impact to overall safety in an accident. If reliable information is available on an imminent crash, measures already taken in the pre-crash phase can result in a significantly great influence on the outcomes of the crash. With this background preventive measures are the key to a sustainable further reduction of the figures of crash victims on our roads. This paper aims to show a preventive approach that can contribute to lessening the consequences of a crash by creating an optimum interaction of measures in the fields of primary and secondary safety. To further enhance vehicle safety, driver assistant systems are already available that warn the driver of an imminent front-to-rear-end crash. The next step is to support him in his reactions or if he fails to react sufficiently, to even initiate an automatic braking when the crash becomes unavoidable. Automatic pre-crash braking can, in an ideal situation, fully prevent a crash or can significantly reduce the impact speed and thus the impact energy (and the severity of the accident). If a vehicle is being braked in the pre-crash phase, the occupants are already being pre-stressed by the deceleration. The information available about the imminent crash can be used to activate the belt tensioners and likewise other secondary safety systems in the vehicle right before the impact. The pre-crash deceleration also causes the front of the vehicle to dip. Conventional crash tests do not take this specific impact situation into consideration. This is why, for example, the influences of the pre-crash displacements of the occupants are not recorded in the test results. Furthermore, a reproducible representation of the benefit of the vehicle safety systems which prepare the occupants for the imminent impact is not possible. In order to demonstrate the functions of automated pre-crash braking and to investigate the differences during the impact as a consequence of the altered occupant positions as well as the initiation of force and deformations of the vehicle front, DEKRA teamed up with BMW to carry out a joint crash test with the latest BMW 5 series vehicle. It involved the vehicle braking automatically from a starting test speed of 64 km/h (corresponding to the impact speed set by Euro NCAP) down to 40 km/h. The test was still run by the intelligent drive system of the crash test facility. This required several modifications to be made to the test facility as well as to the vehicle. The paper will describe and discuss some relevant results of the crash test. In addition, the possible benefits of such systems will also be considered. The test supplemented the work of the vFSS working group (vFSS stands advanced Forward-looking Safety Systems).
Nowadays human-created systems are increasing in complexity due to the interaction of humans and technology. Especially road traffic systems are composed of multitudinous resources (e.g. personnel, vehicles, organizations, etc.), which make it even harder to anticipate the positive and negative effects on safety. One key in achieving a significant reduction of fatalities is seen in driver assistant systems counterbalancing the lack of drivers' capabilities. But the actual outcome of implementing these sophisticated technologies especially on influencing driver's capabilities are yet unknown. Latest research exemplifies an increase of reaction times of drivers in case of dysfunctional driver assistant systems. This research paper applies STAMP/STPA (STAMP = systems-theoretic accident model and processes; STPA = systems-theoretic process analysis) to the German automobile traffic system focusing on the effects of driver assistant systems on drivers. By doing so, the potential hazards caused by technology can be identified.
The sequence of accident events can be classified by three essential phases, the pre-crash-sequence, the crash-sequence and the post-crash-sequence. The level of reliability of the information in the GIDAS-database (German In Depth Accident Study) is provided predominantly on the passive side. The period to evaluate active safety systems begins already in the pre-crash-sequence. The assessment of the potential of sensor- or communication-based active safety systems can only be accomplished by a detailed analysis of the pre-crash-phase. Hence the necessity to analyze the early period of the accident event in detail arises. This is possible with the help of the digital sketches of the accident site and the simulation of the accident by a simulation method of the VUFO GmbH. After simulating the pre-crash scenario it is possible to generate additional and standardized data to describe the pre-crash-sequences of an accident in a very high detail. These data are documented in a second database called the GIDAS Pre-Crash-Matrix (PCM). The PCM contains various tables with all relevant data to reproduce the pre-crash-sequence of traffic accidents from the GIDAS database until 5 seconds before the first collision. This includes parameters to describe the environment data, participant data and motion or dynamic data. This paper explains the creation of the PCM, the simulation itself and the contents and structure of the PCM. With this information of the pre-crash-sequence for various accident scenarios an improved benefit estimation and development of active safety systems can be made possible.
Rear-end collisions are the most frequent same and opposite-direction crashes. Common causes include momentary inattention, inadequate speed or inadequate distance. While most rear-end collisions in urban traffic only result in vehicle damage or slight injuries, rear-end collisions outside built-up areas or on motorways usually cause fatal or serious injuries. Driver assistance systems that detect dangerous situations in the longitudinal vehicle direction are therefore an essential safety plus. In view of this, for ADAC, systems that alert drivers to dangerous situations and initiate autonomous braking complement ESC as one of the most important active safety features in modern vehicles. The aim of ADAC is to provide consumers with technical advice and competent information about the systems available on the market. Reliable comparative tests that are based on standardised test criteria may provide motorists with important information and help them make a buying decision. In addition, they raise consumer awareness of the systems and speed up their market penetration. The assessment must focus on as many aspects of effectiveness as possible and include not only autonomous braking but also collision warning and autonomous brake assist. The work of the ADAC accident research is the development of the testing scenarios with direct link to accident situations and the identification of useful test criteria for testing.
10 % bis 20 % der Straßenverkehrsunfälle werden auf Müdigkeit am Steuer zurückgeführt. Es steht eine Vielzahl unterschiedlicher Methoden zur Verfügung, um Müdigkeit beim Fahrer zu erkennen. Ziel des vorliegenden Projekts war es, die Stärken und Schwächen der verschiedenen Müdigkeitsmessverfahren vergleichend zu beschreiben und existierende Müdigkeitsmess- und Müdigkeitswarnsysteme im Überblick darzustellen. Die Ergebnisse beruhen auf folgender Verknüpfung von Literaturanalysen, Experten- und Nutzerbefragungen: • Literaturanalyse und zusammenfassende Darstellung von Müdigkeitsmessverfahren, die auf physiologischen und leistungsbezogenen Messgrößen beruhen. • Literaturanalyse zu Müdigkeitsmess- und Warnsystemen, Befragung der Systemhersteller und zusammenfassende Darstellung der identifizierten Systeme. • Befragung von 20 Nutzern von den in Mittel- und Oberklassefahrzeugen implementierten Müdigkeitswarnsystemen zur Beurteilung der wahrgenommenen Detektionsgüte, Akzeptanz und Compliance. • Erarbeitung eines Gütekriterienkatalogs als Grundlage für die Bewertung und den Vergleich ausgewählter Müdigkeitsmessverfahren. • Zweistufige Befragung von 12 Experten aus Industrie- und Hochschulforschung nach der Delphi-Methode. Ziel war die Auswahl und Bewertung der validesten Verfahren zur Erfassung der Fahrermüdigkeit, begründeter Zweitbewertungen bei abweichenden Urteilen und der Beurteilung ihrer Eignung für verschiedene Einsatzgebiete. • Workshop mit den Delphi-Teilnehmern zur Diskussion und Ergänzung der Delphi-Ergebnisse. Die 70 in der Fachliteratur identifizierten Müdigkeitsmesssysteme unterscheiden sich in den zugrunde liegenden Müdigkeitsmessverfahren, dem Vorliegen und der Gestaltung von Warnfunktionen und ihrer Verbreitung. Nur selten werden überzeugende Validierungsbelege oder Angaben zur Anzahl falscher und ausbleibender Alarme angeführt. Aus Nutzersicht bieten die derzeit in Mittel- und Oberklassemodellen verfügbaren Müdigkeitswarnsysteme oftmals keine zufriedenstellende Detektionsgüte. Vielfach wird die Fahrt trotz detektierter und selbst eingestandener Müdigkeit fortgesetzt. Ca. die Hälfte der Fahrer sieht in der Nutzung der Müdigkeitswarnsysteme einen Zuwachs an Sicherheit. Zu den validesten Müdigkeitsmessverfahren gehören aus Expertensicht die Erfassung der Fahrperformanz (Lenkverhalten und Spurhaltung) und des Lidschlussverhaltens, das videobasierte Expertenrating, das EEG und der Pupillografische Schläfrigkeitstest. Die unterschiedlichen Stärken und Schwächen der sechs ausgewählten Messverfahren werden im Bericht detailliert aufgeführt. Nach wie vor existiert kein Goldstandard zur Müdigkeitserfassung. Je nach Einsatzgebiet sind entweder alle sechs ausgewählten Messverfahren (Forschung & Entwicklung), nur einige (Müdigkeitswarnsystem im Fahrzeug) oder kein einziges (Verkehrskontrolle) geeignet. Die Auswahl der Messverfahren sollte daher in Abhängigkeit des jeweiligen Ziels und Kontexts der Müdigkeitserfassung erfolgen und die spezifischen Stärke-Schwächenprofile berücksichtigen. Eine valide Müdigkeitserfassung bedarf der Kombination von mindestens zwei Messverfahren. Bedarf besteht in der Optimierung und der begleitenden Evaluierung der Müdigkeitswarnsysteme im Fahrzeug und der vielversprechendsten Messverfahren. Weitere Maßnahmen zur wirksamen Reduzierung müdigkeitsbedingter Unfälle wurden im Rahmen des Expertenworkshops diskutiert und im Bericht dargelegt.
Fahranfänger werden im Rahmen spezifischer, international unterschiedlich ausgestalteter Vorbereitungssysteme auf die motorisierte Verkehrsteilnahme vorbereitet. Diese Systeme sind historisch gewachsen und von länderspezifischen ökonomischen, infrastrukturellen, rechtlichen und kulturellen Gegebenheiten geprägt. Für eine vergleichende Systembetrachtung wurde unter Rückgriff auf forschungsmethodische Ansätze der Vergleichenden Politikwissenschaft und lehr-lerntheoretische Grundlagen ein begrifflicher Rahmen erarbeitet, der eine Systembeschreibung und -analyse anhand funktional unterscheidbarer Lehr-Lernformen und Prüfungsformen ermöglicht. Im Bericht werden die Systeme der Fahranfängervorbereitung von 44 Ländern dargestellt. Die Beschreibungen basieren auf Befragungen von Experten verschiedener Institutionen (Verkehrsministerien, Fahrlehrerverbände, Prüforganisationen) sowie auf Literatur- und Internetrecherchen. Bei der Länderauswahl wurden " neben europäischen Ländern mit einer traditionell stark ausgeprägten formalen Fahrschulausbildung " auch "Graduated Driver Licensing"-Systeme berücksichtigt, die vor allem in der englischsprachigen Welt in Übersee anzutreffen sind. Sie sind durch die Gewährleistung eines umfangreichen Fahrerfahrungsaufbaus unter niedrigen Risikobedingungen durch Begleitetes Fahren ("supervised driving") vor dem Beginn des selbständigen Fahrens und protektive Sonderregelungen für Fahranfänger beim weiteren Fahrerfahrungsaufbau in der Anfangsphase des selbständigen Fahrens gekennzeichnet. Die Ergebnisse ermöglichen einen detaillierten Einblick in die länderspezifische Ausgestaltung der Fahranfängervorbereitung mit den Bestandteilen der formalen Fahrausbildung in Fahrschulen, informeller Lehr-Lernformen wie des Begleiteten Fahrenlernens, zu absolvierender Fahrerlaubnisprüfungen sowie rechtlicher Rahmenbedingungen und qualitätssichernder Maßnahmen. Vor dem Hintergrund von Evaluationsbefunden zur Sicherheitswirksamkeit wird die Funktionalität von Systembestandteilen und -architekturen diskutiert.
Im Hinblick auf das Lösen werden Boden und Fels nach DIN 18300 beschrieben. Dabei werden bindige Bodenarten in Abhängigkeit von ihrer Konsistenz in unterschiedliche Bodenklassen unterteilt. Bodenarten von leichter bis mittlerer Plastizität und weicher bis halbfester Konsistenz werden der Bodenklasse 4 zugeordnet. Ausgeprägt plastische Tone von weicher bis halbfester Konsistenz gehören der Bodenklasse 5 an. Bodenarten von fester Konsistenz sind der Bodenklasse 6 zuzuordnen. Die Grenze zwischen halbfester und fester Konsistenz ist dabei über die Schrumpfgrenze definiert, die nach DIN 18122-2 bestimmt wird. Da vor allem bei leichtplastischen Böden der Wassergehalt an der Schrumpfgrenze häufig oberhalb des Wassergehaltes an der Ausrollgrenze liegt, kommt es bei der Einordnung bindiger Böden in die Bodenklassen der DIN 18300 häufig zu Unklarheiten, was zu Streitfällen zwischen Auftragnehmer und Auftraggeber führen kann. Das Ziel des Forschungsvorhabens war es deshalb, ein geeigneteres Kriterium zur Einordnung halbfester und fester Böden in die Bodenklassen der DIN 18300 zu erarbeiten und dazu eine Versuchstechnik zu entwickeln. In einem ersten Schritt wurde das Schrumpfverhalten bindiger Böden analysiert und die Versuchstechnik zur Bestimmung der Schrumpfgrenze untersucht. Es hat sich gezeigt, dass bei Böden mit einer Plastizitätszahl IP < 18 % der Wassergehalt an der Schrumpfgrenze in der Regel oberhalb des Wassergehalts an der Ausrollgrenze liegt. Anhand von Untersuchungen zum Schrumpfverhalten an Proben, die bei unterschiedlichen Spannungen vorbelastet worden waren, wurde ausserdem festgestellt, dass der Wassergehalt an der Schrumpfgrenze mit zunehmender Vorbelastung abnimmt. Diese Untersuchungen haben damit bestätigt, dass anhand der nach DIN 18122-2 ermittelten Schrumpfgrenze keine eindeutige Zuordnung in die Bodenklassen 4 und 6 bzw. 5 und 6 möglich ist. Deshalb wurden im Folgenden Untersuchungen zu anderen Kriterien zur Unterscheidung zwischen halbfesten und festen Böden durchgeführt. Hierzu wurden zunächst Untersuchungen zur einaxialen Druckfestigkeit durchgeführt. Da das Herausarbeiten von ungestörten Probekörpern im relevanten Konsistenzbereich aber mit großen Schwierigkeiten verbunden ist, kann die Verwendung der einaxialen Druckfestigkeit zur Einordnung der Bodenklassen nicht empfohlen werden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden daher im weiteren Verlauf Untersuchungen zu einem einfach durchzuführenden Versuch durchgeführt, der eine Unterscheidung von halbfestem und festem Boden auf Grundlage der Festigkeit ermöglicht. Dazu wurden an aufbereiteten Böden Eindringversuche mit einer Proctornadel und einer Konusspitze durchgeführt. Die Versuchsergebnisse belegen, dass ein klarer Zusammenhang zwischen der Konsistenz und dem Eindringwiderstand besteht und dass eine Bewertung der Festigkeit mit Hilfe dieser Versuche prinzipiell möglich ist. Zur Festlegung konkreter Werte für eine Unterscheidung der Bodenklassen 4, 5 und 6 gemäß DIN 18300 sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich.
Gussasphalt ohne Abstreuung
(2013)
Bedingt durch die wachsende Problematik des Verkehrslärms ist die akustische Optimierung von Asphaltdeckschichten seit über 20 Jahren eine wichtige Aufgabenstellung in der Asphalttechnologie. Nach einem ersten Forschungsschwerpunkt auf offenporige Asphalte wurde anschließend der Fokus auf dichte Deckschichten gerichtet. Eine dieser neueren Konzepte ist die Bauweise Gussasphalt ohne Abstreuung, oder auch als Gussaphalt mit offenporiger Struktur bezeichnet. Als Abkürzung wird derzeit PMA (Porous Mastic Asphalt) verwendet. Die Grundidee dieser Bauweise besteht darin, die untere Zone der Deckschicht möglichst dicht, das heisst ähnlich einem Gussasphalt auszubilden, während sich an der Oberfläche eine offene Textur einstellt, die gemeinsam mit dem kleinen Größtkorn, gute akustische Eigenschaften zeigt. Erreicht wird dies durch eine spezielle Zusammensetzung des Mischguts mit einem großen Anteil grober Gesteinskörnungen, feiner Gesteinskörnungen, die auf 1 Millimeter begrenzt sind und einem abgesenkten Fülleranteil. Diese reduzierte Mörtelmenge führt zur gewünschten definierten Ausfüllung des Korngerüsts. Zur Überprüfung dieser These bieten sich Analysen mit Röntgen-Computertomographie an, die erlauben, die wahre Hohlraumverteilung in Probekörpern zu ermitteln. Die bei der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Berlin durchgeführten Messungen zeigen das grundsätzliche Funktionieren der Bauweise. Bei genauer lokaler Betrachtung jedoch können größere Schwankungen detektiert werden, die bis zum Verlassen des Konzeptes führen können. Durchgehende Hohlraumstrukturen bis zur Unterlage sind dabei möglich, die sich auch auf die Oberflächengestalt auswirken. Die bautechnischen Ursachen sind noch nicht näher geklärt. In Frage kommen alle am komplexen Prozess Asphalteinbau beteiligten Parameter, die generell, auch beim herkömmlichen Einbau von Walzasphalt, zu Schwankungen führen. Die Messung der Oberflächeneigenschaften Griffigkeit, Ebenheit und Schallemission ergab ein insgesamt homogenes Verhalten des betrachteten Streckenabschnitts. Die Ermittlung des Schallpegels nach statistischer Vorbeifahrt zeigte für Pkw bei 120 km/h eine Minderung gegenüber dem Referenzpegel von 3 dB(A). Das Optimierungsziel - dichte Asphaltdeckschicht mit guten akustischen Eigenschaften - wurde erreicht. In der Erprobung der noch jungen Bauweise PMA stellt der betrachtete Abschnitt auf der BAB A 4 aufgrund seiner Länge und Verkehrsbelastung einen wichtigen Meilenstein dar, der sich bis zum jetzigen Zeitpunkt insgesamt vielversprechend verhielt. Vor einer Aufnahme als Regelbauweise in die ZTV Asphalt-StB müssen Fragestellungen in den Themenfeldern Laborverfahren, Mischgutkonzeption beziehungsweise Einbauhomogenität und Dauerhaftigkeit beantwortet werden. Für die Themenfelder sind bereits weitergehende Forschungsaktivitäten in Bearbeitung, die bis Anfang 2014 Ergebnisse erwarten lassen. Die Frage der Dauerhaftigkeit wird die Zeit selbst beantworten.
Im Rahmen des zweitägigen Kolloquiums "Luftqualität an Straßen 2013" wurden aktuelle Forschungsaktivitäten und Maßnahmen auf dem Gebiet der Luftreinhaltung im Einflussbereich von Straßenbau und Straßenverkehr vorgestellt. Der Tagungsband gibt 14 Fachvorträge und die 4 Beiträge der Posterausstellung wieder.
Jahresbericht 2011/2012
(2013)
Der Verkehr auf deutschen Straßen nimmt immer weiter zu. Einem auch in Zukunft gut funktionierenden, sicheren und ökonomisch wie ökologisch verträglichen System Straße widmet sich die Forschung der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt). Alle zwei Jahre berichtet die BASt über ihre Aufgaben, Forschungsprojekte und ausgewählte Themen der Verwaltung. Der aktuelle Bericht umfasst die Jahre 2011 und 2012. Auf 151 Seiten gibt er einen kleinen Einblick in die aktuelle Forschung zu wichtigen Themen des Straßenwesens. In den Projekten SKRIBT und SKRIBTPlus wurde das Verhalten von Autofahrerinnen und Autofahrern in Gefahrensituationen im Tunnel untersucht. Es stellte sich heraus, dass in solchen Situationen oft falsch und zu spät reagiert wird. Durch die gesammelten Daten konnten neue Konzepte entwickelt werden, die das Verhalten bei Gefahren in Tunneln verbessern. In Kraftfahrzeugen kamen zwar in den letzten Jahren neue Sicherheitssysteme zum Einsatz, die in Gefahrensituationen das Bremsverhalten verbessern. Bisher ist es jedoch für den Endverbraucher schwer, unterschiedliche Systeme zu vergleichen, da keine geeigneten Bewertungen herangezogen werden können. Im EU-Projekt ASSESS (Assessment of Integrated Vehicle Safety Systems for improved vehicle safety), an dem die BASt maßgeblich beteiligt ist, wurde deshalb an einem einheitlichen Verfahren zur Bewertung und an juristischen Fragenstellungen gearbeitet. Viele europäische Länder sind sich einig: Alkohol, Drogen und Medikamente im Straßenverkehr gefährden die Sicherheit auf Europas Straßen. Um sich ein genaueres Bild machen zu können und geeignete Gegenmaßnahmen zu entwickeln, bewilligte die Europäische Kommission das bisher größte Forschungsprojekt zur Verbesserung der Verkehrssicherheit: DRUID (Driving Under the Influence of Drugs, Alcohol and Medicines). An dem fünf Jahre dauernden und von der BASt koordinierten Projekt, beteiligten sich Institute aus 18 europäischen Ländern. Das Ergebnis ist eine umfassende Bestandsaufnahme sowie konkrete Maßnahmenvorschläge. Die Arbeit der BASt umfasst im großen Maße auch den Ausbau und Erhalt der gesamten Straßeninfrastruktur. Der Beitrag "Wie bauen wir in der Zukunft: Straßenbau ohne OEl?" geht beispielsweise der Frage nach, wie wir bei immer knapper werdenden und teuer zu bezahlenden Ressourcen unsere Straßen zukünftig erhalten und ausbauen werden. Auch die Aktion "auf" der Straße spielt eine große Rolle in der BASt. Seit Jahren zeichnet sich ein Mangel an Parkplätzen für Lkw an Bundesautobahnen ab. Um hier Abhilfe zu schaffen, hat die BASt einen neuen Steuerungsansatz entwickelt: Beim sogenannten Kompaktparken werden Kapazitäten erhöht und effektiver genutzt, indem Lkw in Reihe, nach ihrer geplanten Abfahrzeit, geparkt werden.
Die Innenschalen von Straßentunneln in geschlossener Bauweise werden in der Regel als Stahlbetonkonstruktion ausgeführt. Die Ausführung unbewehrter Tunnelinnenschalen kann für den Bauherrn eine erhebliche Kostenersparnis bedeuten, da die Kosten für die Bewehrung und deren Einbau eingespart werden. Unbewehrte Innenschalen für Straßentunnel in geschlossener Bauweise wurden in der Vergangenheit bei einzelnen Projekten in Deutschland bereits ausgeführt. Die Anforderungen an die bauliche Durchbildung und an die Gebrauchstauglichkeitseigenschaften wurden aufgrund fehlender Regelungen in den ZTV-ING objektspezifisch festgelegt. Die im Rahmen dieses Forschungsprojektes durchgeführte Auswertung der Erfahrungen mit unbewehrten Innenschalen zeigt, dass viele der Tunnel eine hohe Anzahl von Rissen und Betonabplatzungen in den unbewehrten Bereichen aufweisen. Die hier erforderlichen nachträglichen Instandsetzungsmaßnahmen führen häufig zu hohen Kosten und Beeinträchtigungen der Tunnelverfügbarkeit. Als Fazit aus diesen Erfahrungen kann der Einsatz von unbewehrten Innenschalen nur in Ausnahmefällen bei vorliegenden besonders günstigen Randbedingungen empfohlen werden. Neben einer günstigen Geologie zählen hierzu noch weitere Parameter, die im vorliegenden Bericht ausführlich dargelegt werden. Zur Vermeidung vertragsrelevanter Probleme bei der Ausführung unbewehrter Innenschalen wird eine klare Festlegung der Gebrauchstauglichkeitseigenschaften der fertigen Tunnelinnenschale empfohlen. Bezüglich der zulaäsigen Rissweiten in unbewehrten Innenschalen wird die Anwendung der Vorgaben aus der Ril 853, Modul 853.4004 empfohlen. In den ZTV-ING sollten für den Sonderfall einer unbewehrten Innenschale auch weiterhin keine speziellen Anforderungen festgelegt werden. Kriterien für die Anwendung unbewehrter Innenschalen wurden im Rahmen dieses Forschungsprojektes erarbeitet und sollten bei Bedarf den Straßenbauverwaltungen der Länder und den Planern zur Verfügung gestellt werden.
In dem geltenden Regelwerk für Straßentunnel, der ZTV-ING, ist das derzeitige rechnerische Nachweisverfahren zum baulichen Brandschutz für Rechteckrahmenquerschnitte im Teil 5, Abschnitt 2 über ein vereinfachtes Nachweisverfahren mit Ansatz eines Temperaturgradienten von 50 K in Wand und Decke geregelt. Alternativ kann nach ZTV-ING ein "genauerer" rechnerischer Nachweis durchgeführt werden, der jedoch in der Praxis kaum angewendet wird, da hierzu bisher keine eindeutigen Regelungen zur Durchführung vorliegen. Es stellen sich insbesondere die Fragen, inwieweit über einen genaueren rechnerischen Nachweis Einsparpotenziale bei der Bewehrung gegenüber dem vereinfachten Nachweis vorliegen und welchen Einfluss eine verlängerte ZTV-ING-Kurve (55 Minuten Vollbrandphase statt 25 Minuten Vollbrandphase) auf die erforderlichen Bewehrungsgehalte hat. Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurden die genaueren rechnerischen Nachweise für typische Rechteckrahmenquerschnitte von Straßentunneln (ein- und zweizellig) auf Grundlage des Eurocodes EN 1992-1-2 [4], "Allgemeines Rechenverfahren", durchgeführt. Aufgrund des deutlich unterschiedlichen Abplatzverhaltens von Beton ohne PP-Fasern und Beton mit PP-Fasern mit entsprechendem Einfluss auf das Tragverhalten im Brandfall wurden differenzierte Berechnungen durchgeführt. Die Annahmen für die Größe und den Zeitpunkt der Betonabplatzungen basieren auf den Auswertungen von Großbrandversuchen für Rechteckrahmen [10]. In zusätzlichen statischen Berechnungen wurde der Lastfall nach dem Brand mit Berücksichtigung der veränderten Baustoffeigenschaften durch die Brandeinwirkung nachgewiesen. Auf Grundlage der durchgeführten Berechnungen wurde ein Leitfaden mit Musterstatik für den genaueren rechnerischen Brandschutznachweis erstellt. Der Leitfaden mit Musterstatik soll bei der zukünftigen Dimensionierung von Rechteckkonstruktionen von Straßentunneln einen optimierten Brandschutznachweis mit einhergehenden Kostenoptimierungen gegenüber dem bisherigen vereinfachten Brandschutznachweis ermöglichen. Es hat sich gezeigt, dass der genaue rechnerische Nachweis des Brandfalls ein komplexes Berechnungsverfahren ist, das in der Praxis noch nicht erprobt ist. Auf Grundlage der Ergebnisse des genaueren rechnerischen Nachweisverfahrens wurde ein für die Praxis zweckmäßiges Berechnungsverfahren mit Vorgabe eines von der Bauteildicke abhängigen linearen Temperaturgradienten entwickelt. Voraussetzung für die Anwendung dieses Nachweisverfahrens sind vergleichbare Randbedingungen im Brandfall hinsichtlich Größe von Betonabplatzungen und Temperaturverteilungen im Bauteil, welche bei der Verwendung von Betonen mit PP-Fasern und entsprechenden Vorgaben an Rezeptur, Herstellung und Verarbeitung gesehen werden. Für eine Fortschreibung der ZTV-ING, Teil 5, Abschnitt 2, Nr. 10 "Baulicher Brandschutz" werden entsprechende Empfehlungen formuliert.
Die Anforderungen an Brückenbauwerke haben sich in den vergangenen Jahren infolge der steigenden Verkehrszahlen deutlich erhöht. Gleichzeitig hat sich mit der Umstellung der Normen der rechnerische Querkraftwiderstand von Bauteilen ohne Querkraftbewehrung verringert. Daher lässt sich für Brückenbauwerke im Bestand mit Fahrbahnplatten ohne Querkraftbewehrung nach derzeitigen technischen Regeln oft nicht eine ausreichende Querkrafttragfähigkeit nachweisen. Allerdings sind die berechneten Tragfähigkeiten aufgrund einer Unterschätzung der mitwirkenden Plattenbreite konservativ. Der derzeit gültige Ansatz zur Berechnung der Querkrafttragfähigkeit ohne Querkraftbewehrung nach DIN-Fachbericht 102 (2009) wurde anhand einer Querkraftdatenbank kalibriert, die hauptsächlich aus Versuchen an Balken besteht. Bislang wurden nur wenige Versuche zur Querkrafttragfähigkeit von Platten unter punktförmiger Belastung durchgeführt. Im vorliegenden von der Bundesanstalt für Straßenwesen geförderten und am Institut für Massivbau der RWTH Aachen durchgeführten Forschungsvorhaben wurde durch experimentelle und theoretische Untersuchungen das Querkrafttragverhalten von Platten genauer analysiert. Die experimentellen Untersuchungen bestanden aus insgesamt 17 Bauteilversuchen in zwei Versuchsserien. In der ersten Versuchsserie wurde die Fragestellung der sich einstellenden Lastverteilungsbreite bei Platten ohne Querkraftbewehrung im Zustand II untersucht. Hierzu wurde durch Variation der Plattenbreite (0,5 m bis 3,5 m) an Einfeldsystemen gezielt der Übergang von der Balkentragwirkung zur Plattentragwirkung analysiert. Anschließend wurde der Einfluss der Schubschlankheit (2,9 bis 5,4) auf das Querkrafttragverhalten überprüft. In der zweiten Versuchsserie wurde an Kragarmen von zweistegigen Plattenbalken der Einfluss der Vouten sowie des Momenten-Querkraftverhältnisses untersucht. Aufbauend auf den Versuchen der ersten Versuchsserie wurden nichtlineare Finite-Elemente-Berechnungen zur Untersuchung weiterer Einflüsse (z. B. Betonfestigkeit, Längs- und Querbewehrungsgrad, Druckbewehrung, Plattendicke, Stützweite) durchgeführt. Auf Grundlage der durchgeführten theoretischen und experimentellen Untersuchungen wurden abschließend die bestehenden Bemessungsansätze modifiziert und anhand von Versuchen aus der Literatur überprüft.
In Anbetracht des stetigen Wachstums des Schwerverkehrsaufkommens auf dem deutschen und europäischen Straßennetz wurden durch das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) und die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) in der jüngsten Vergangenheit mehrere Forschungsprojekte initiiert, um die Auswirkungen dieses wachsenden Verkehrsaufkommens auf die Brückenbauwerke, sowohl hinsichtlich des Brückenneubaus als auch hinsichtlich des Brückenbestandes, zu analysieren. Vom Forschungsnehmer wurden hierzu in vorhergehenden Projekten auf der Grundlage von Verkehrssimulationsrechnungen verschiedene Lastmodelle identifiziert, die die Beanspruchungen infolge prognostiziertem zukünftigen Verkehr oder eines in gewissen Teilen bekannten objektspezifischen Verkehres abdecken. Die Relevanz der identifizierten Lastmodelle in den Sicherheitskonzepten wurde bisher nicht untersucht. Dies steht im Schwerpunkt dieser Projektaufgabe. Für ein ausgewähltes Tragsystem (2x40 m Zweifeldsystem mit einem zweistegigen Plattenbalkenquerschnitt in Massivbauweise) wurden hierzu sicherheitstheoretischen Untersuchungen durchgeführt. Grundlage solcher Untersuchungen ist die Berücksichtigung von streuenden (zufälligen) Kenngrößen zur Abbildung von inneren Widerständen diesen gegenüber stehenden Beanspruchungen. Für die stochastische Beschreibung der Beanspruchungen infolge des Straßenverkehrs wurden die Ergebnisse der in den vorhergehenden Forschungsprojektes Verkehrssimulationsrechnungen verwendet und eine Vorgehensweise zur Aufbereitung dieser Datenbestände entwickelt. Hierdurch ist es möglich, eine differenzierte stochastische Beschreibung der Beanspruchungen aus Verkehrseinwirkungen unter Kenntnis objektspezifischer Verkehrscharakteristiken zu erstellen. Im Ergebnis der Untersuchungen zeigt sich, dass über verschiedene betrachtete Verkehrscharakteristiken und zugehörige Lastmodelle hinweg relativ homogene Sicherheitsindizes ergeben. Unter Berücksichtigung von Modellunsicherheiten auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite liegen die Ergebnisse leicht über den "normativen Vorgaben" des Sicherheitsindexes.
An Landstraßen ist man in höherem Maße als an Autobahnen auf Kurzzeitzählungen zur Ermittlung der Bemessungsverkehrsstärke angewiesen, da das Dauerzählstellennetz hier weit weniger dicht ist und somit Informationen über stündliche Verkehrsmengen selten verfügbar sind. In diesem Forschungsvorhaben wurden Verfahren entwickelt, • um aus Kurzzeitzählungen die Bemessungsverkehrsstärke und den bemessungsrelevanten Schwerverkehrsanteil abzuleiten und • die aus Kurzzeitzählungen ermittelten Verkehrsmengen auf Folgejahre fortzuschreiben. Für die Ermittlung der bemessungsrelevanten Nachfragewerte wurde dabei unterschieden nach Abschnitten mit Belastungsspitzen, • die regelmäßig an Freitagnachmittagen auftreten, • aufgrund des Werktagsverkehrs und • aufgrund von Freizeit-, Ausflugs- oder Urlaubsverkehren. Für die Ermittlung der Bemessungsverkehrsstärke sind nicht alle Tage bzw. Wochen gleichermaßen geeignet. Je nach Abschnittstyp gibt es unterschiedlich geeignete Zählzeiten. Das Forschungsvorhaben zeigt eine Typisierung auf und weist nach, welche Strecken idealerweise zu welchen Zeiten gezählt werden sollten. Dabei werden sowohl Empfehlungen zur Wahl einer günstigen Zählwoche als auch " für Tageszählungen " zur Bestimmung der geeigneten Stunden gegeben. Als Schätzwert für die Bemessungsverkehrsstärke dient in allen Fällen der höchste während der Kurzzeitzählung gemessene Stundenwert. Die Empfehlung bzgl. der Fortschreibung von Zählungen auf Folgejahre ist dreigeteilt: 1. Geht die allgemeine Verkehrsentwicklung gegen Null, kann auf eine Fortschreibung verzichtet werden. 2. Liegt eine Verkehrsentwicklung vor, sollte die Fortschreibung mit einem ganglinienbasierten Verfahren vorgenommen werden. Die Veränderungsindizes für die gewünschten Fahrzeuggruppen sind aus dem entsprechenden Dauerzählstellenkollektiv abzuleiten. 3. Sind seit der letzten Zählung strukturelle Veränderungen eingetreten (z. B. Netzänderungen), sollte eine neue Erhebung durchgeführt werden.
Auf Basis des HBEFA 3.1 wurde das Emissionsmodul grundlegend überarbeitet. Die Emissionsberechnung kann nunmehr für die Bezugsjahre 2005 bis 2030 erfolgen. Aktualisiert wurden auch die PM10-Emissionsfaktoren für Aufwirbelung und Abrieb. Für freie (nicht überdeckelte Strecken) im guten Fahrbahnzustand sollten für den Leichtverkehr (LV) für alle Verkehrssituationen mit Tempolimit größer 50 km/h unabhängig vom Level of Service 30 mg/(km • Fzg) sowie für den Schwerverkehr (SV) 130 mg/(km • Fzg) verwendet werden. Für Tunnelstrecken werden für den LV 5 mg/ (km • Fzg) sowie für den SV 130 mg/(km • Fzg) vorgeschlagen. Für Straßen im schlechten Zustand sind diese Werte mit dem Faktor 2 zu multiplizieren. Für die Ermittlung der nicht motorbedingten PM2.5-Emissionen (Reifen-, Straße- und Bremsabrieb) wird der Ansatz aus CORINAIR vorgeschlagen. Kupplungsabrieb und Wiederaufwirbelung von Straßenstaub können nach derzeitigen Erkenntnissen vernachlässigt werden. Es wurde auch ein entsprechender Berechnungsvorschlag für Benzo(a)pyren-Emissionsfaktoren abgeleitet. Er basiert auf Emissionsfaktoren aus einer Studie des Schweizer Bundesamtes fuer Umwelt, Wald und Landschaft. Die bisher in MLuS integrierten gebietstypischen Vorbelastungswerte wurden anhand vorliegender Messdaten aus den Jahren 2000 bis 2006 aktualisiert. Neu wurden Vorbelastungsdaten für PM2.5 abgeleitet, da diese bisher in MLuS noch nicht vorgesehen waren. Die Änderungen der Vorbelastungswerte werden wie bisher tabellarisch in Form von Reduktionsfaktoren der Schadstoffbelastung angegeben. Die Abschätzungen der immissionsseitigen Wirkungen von Lärmschutzwänden- und -wällen wurden auf der Grundlage von mikroskaligen Modellrechnungen (MISKAM) quantifiziert und mit Windkanalmessungen bzw. Ergebnissen aus der Literatur abgeglichen. Nunmehr können Lärmschutzwände und Lärmschutzwälle bis 10 m berücksichtigt werden. Als NO-NO2-Konversionsmodell wird nunmehr ein vereinfachtes Chemiemodell auf Basis der Beschreibung der chemischen Umwandlung im Gleichgewicht der Stoffe NO2, NO und Ozon verwendet. Die Funktion zur Abschätzung der Überschreitungshäufigkeiten des NO2-Stundengrenzwertes wurde anhand von Messdaten der Jahre 2000 bis 2009 aktualisiert. Mit den zuvor erläuterten Ergebnissen wurde eine grundlegende Aktualisierung des PC-Programms durchgeführt. In Absprache mit dem zuständigen FGSV-Arbeitskreis wird das Programm "Richtlinien zur Ermittlung der Luftqualität an Straßen ohne oder mit lockerer Randbebauung" (RLuS) heißen. Die Onlinehilfe und das Handbuch zum Programm wurden ebenfalls aktualisiert. Abgeschlossen wurde auch im Rahmen des hier vorliegenden Projektes die Neuformatierung der RLuS-Broschüre.