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Bei der vorliegenden Vergleichsuntersuchung der BASt wurden insgesamt 31 Markierungssysteme sowohl auf den bisher bei der Eignungsprüfung eingesetzten Prüfkörpern aus Guss-asphalt (kurz: MA) als auch auf Prüfkörpern aus Splittmastixasphalt (kurz: SMA) appliziert und anschließend in der Rundlaufprüfanlage belastet.
Aufgabe der Studie war es, die Ausstattung der Pkw in Deutschland mit Fahrzeugsicherheitssystemen umfassend zu erheben. Ab 2013 hat infas die Studie in Zusammenarbeit mit dem Institut für Kraftfahrzeuge (ika) regelmäßig im zweijährigen Abstand durchgeführt, um Veränderungen bei der Marktdurchdringung der Systeme festzustellen. 2021 wurden dazu 5.006 Haushalte zur Ausstattung eines ihnen zur Verfügung stehenden Fahrzeugs befragt.
Für die Befragung wurden insgesamt 61 Fahrzeugsicherheitssysteme ausgewählt. Die weiteste Verbreitung haben weiterhin passive Sicherheitssysteme wie Airbags. Sowohl Front als auch Seitenairbags gehören zur Standardausstattung in allen Fahrzeugsegmenten. Gleiches gilt mittlerweile auch für Seat Belt Reminder und Gurtstraffer. Neuere passive Systeme, insbesondere zum Fußgängerschutz, sind dagegen überwiegend in neueren Modellen der oberen Mittel und Oberklasse vorhanden. Zur Fahrzeugausstattung gehören gleichzeitig aktive Systeme, die Risiken vermeiden oder auch einzelne Fahraufgaben übernehmen. Die häufigsten Vertreter aus dieser Gruppe sind Bremsassistent, ESP und Tempomat. Bereits 90 Prozent der Fahrzeuge sind mit ESP ausgestattet, das seit 2011 gesetzlich vorgeschrieben ist. Auch die Tagfahrleuchte ist aufgrund einer EURichtlinie bereits in 61 Prozent aller Fahrzeuge verbaut und wird in Zukunft eine volle Marktdurchdringung erreichen. Zu den neueren Entwicklungen gehören teilautomatisierte Systeme, wie der Überhol und Autobahnassistent, die bereits dem Automatisierungslevel 2 der Norm SAE J3016 entsprechen. Diese sind aufgrund der teuren und aufwendigen Technik jedoch bislang nur bei einem kleinen Teil der Geländewagen/SUV sowie der oberen Mittel und Oberklasse zu finden.
In den letzten Jahren nimmt besonders die Ausstattung im Segment SUV stark zu, sodass Fahrzeuge dieses Segments inzwischen bei einigen Systemen besser ausgestattet sind als Fahrzeuge der oberen Mittel und Oberklasse. Dies hängt auch mit der stetig wachsenden Anzahl der Neuzulassungen in diesem Bereich zusammen. Die Anzahl der Sicherheitssysteme nimmt mit der jährlichen Fahrleistung und der Nutzungshäufigkeit ebenso zu wie bei jüngeren Fahrzeugen und Dienstwagen. Betrachtet man die Ausstattungsraten nach Fahrzeugsegmenten zeigt sich ein Muster: Sind Systeme insgesamt selten, unterscheiden sich die Anteile innerhalb der verschiedenen Fahrzeugsegmente teilweise erheblich.
Praktische Erfahrungen und Analysen des Winterdienstes geben Anlass, das derzeitige Anforderungsniveau Winterdienst bei starkem Schneefall dahingehend zu überprüfen, ob die sichere Befahrbarkeit, insbesondere der Autobahnen, anforderungsgerecht gewährleistet wird. Die Kapazität bei Schneeglätte nimmt deutlich ab, nicht bekannt ist jedoch, was die Ursachen im Einzelnen für diese Kapazitätsrückgänge sind und welche Maßnahmen zu einer Verbesserung führen können. Im Rahmen des FE-Vorhabens wurden daher Empfehlungen für den Winterdienst bei intensiven Schneefallereignissen auf den Bundesfernstraßen, insbesondere Autobahnen erarbeitet. Grundlage hierfür ist die detaillierte Analyse der Zusammenhänge zwischen Schneefallereignis und Verkehrssituation bei unterschiedlichen Verkehrsbelastungen und Streckencharakteristika sowie des Einflusses der durchgeführten Winterdienst-Aktivitäten. Hieraus wurden unter Berücksichtigung weiterer nationaler und internationaler Erfahrungen und den Resultaten einer Online-Umfrage bei den Autobahnmeistereien sinnvolle Winterdienstmaßnahmen zur Verbessrung der Verkehrssituation abgeleitet. Auf Grundlage von Kosten-Nutzen-Analysen konnten differenzierte Handlungsempfehlungen zur Berücksichtigung unterschiedlicher Eintretenswahrscheinlichkeiten für intensive Schneefallereignisse abgeleitet werden.
Maßnahmen zur Verbesserung des Winterdienstes bei starkem Schneefall haben immer dann, wenn ein Stau infolge liegengebliebener oder querstehender Lkw in neuralgischen Streckenabschnitten vermieden werden kann, eine hohes Nutzen-Kosten-Verhältnis. Bei kritischen Streckenabschnitten resultiert vor allem aus verkehrsbeeinflussenden Maßnahmen, wie temporäres Anhalten vor dem Streckenabschnitt sowie Umfahrungsempfehlungen für Lkw bei verfügbaren Alternativrouten ein großer Nutzen. Aber auch kurze Umlaufzeiten durch zusätzliche Winterdienstfahrzeuge und sinnvolle Betriebsumfahrten an neuralgischen Stellen sowie die unmittelbare Bergung liegengebliebener Lkw haben einen hohen Nutzen. In Meistereien, die Strecken mit einer hohen Staugefahr betreuen, sollten die Winterdienst-Lkw mit einer Sonderkennzeichnung incl. Akustik zur erweiterten Aufmerksamkeit ausgestattet werden. Schneezäune sind nur dann zu empfehlen, wenn die Gefahr eines unmittelbaren Verkehrszusammenbruchs aufgrund von Schneeverwehungen besteht.
Eine Vielzahl von Maßnahmen kann zur Verbesserung des Winterdienstes bei starkem Schneefall beitragen. Zum einen können durch sie bei starken Schneefällen Staus vermieden oder zumindest reduziert werden, zum anderen können sie zur effektiveren und effizienteren Durchführung des Winterdienstes beitragen, was unmittelbar die Befahrbarkeit verbessert. Vielfach sind sie auch in Kombination sinnvoll. Generell gehören zu den Maßnahmen auch solche, die den Winterdienst allgemein unterstützen.
Die Verbesserung der Verkehrssicherheit ist ein wesentlicher Bestandteil der politischen Zielsetzung in Deutschland. Trotz eines Rückgangs der Getöteten pro 100.000 zugelassenen motorisierten Zweirädern erfolgt dieser nicht in ausreichendem Maße. Da sich Unfälle nie ganz vermeiden lassen werden, sind insbesondere die Folgen eines Unfalls abzumildern. Fahrzeug-Rückhaltesysteme sind dabei eine Maßnahme, um dies zu erreichen. Bis 2002 wurden hierbei besondere Anforderungen seitens der Motorradfahrer nicht berücksichtigt. Heutzutage ist die Beachtung solche Anforderungen fester Bestandteil der Verkehrssicherheitsarbeit.
In dieser Studie sollen deshalb diese Fahrzeug-Rückhaltesysteme und ihre Bestandteile eingehend auf ihr Gefährdungspotenzial untersucht werden. Im Fokus stehen dabei besonders scharfkantige Konstruktionsteile, die der Motorradfahrer aufsitzend oder rutschend erreichen kann. Die Bewertungen der Gefährdungspotenziale sollen abschließend in Bewertungskriterien überführt werden, anhand dessen verschiedene Konstruktionsmerkmale bezüglich ihrer Scharfkantigkeit bewertet werden sollen.
Aufbauend auf einer internationalen Literaturstudie und einer eigens durchgeführten Befragung von Unfallexperten wurden in dieser Studie verschiedene Anprallversuche konzipiert und durchgeführt, welche typische Anprallsituationen von Motorradfahrern darstellen.
Aus den Versuchsergebnissen wurden als Ergebnis dieser Studie verschiedene Kriterien abgeleitet, um die Scharfkantigkeit einzelner Konstruktionsteile zu bewerten. Zunächst wurde das Kriterium eines Mindestradius definiert, unter dem jegliche Kanten ausgerundet werden sollen. Darüber hinaus wurde ein Versatzkriterium eingeführt, anhand dessen unter Beachtung einer Bewertungsabfolge Versätze als scharfkantig, formaggressiv oder weder noch eingestuft werden können. Wird die Scharfkantigkeit eines Versatzes festgestellt, ist zu empfehlen, diesen unter einem Mindesttangentenwinkel anzurampen.
Ziel des Projekts ist die Identifikation von Use Cases für den Einsatz automatisierter, vernetzter Maschinen und Fahrzeuge im Straßenbetriebsdienst auf Bundesautobahnen und ihrer jeweiligen Einsatzbedingungen. Für diese Use Cases wurden Einsatzpotenziale aufgezeigt, dabei sollen sie sich am technisch Machbaren orientieren.
Mit dem Ergebnis der Untersuchungen soll die Industrie in die Lage versetzt werden, die Entwicklung automatisierter, vernetzter Maschinen und Fahrzeuge für den Straßenbetriebsdienst auf Autobahnen fortzusetzen, sodass diese anforderungsgerecht für die Straßenbaulastträger auf dem Markt verfügbar sind. Die Ergebnisse sollen veröffentlicht werden und damit wettbewerbsfrei zur Verfügung stehen.
Besonders die drei im Projekt näher untersuchten Use Cases eignen sich besonders für weitere Forschungsprojekte, um eine möglichst zeitnahe Umsetzung von sicherheits- und effizienzsteigernden Automatisierungslösungen im Straßenbetriebsdienst zu unterstützen.
Darüber hinaus sollte, vorbereitend für den zukünftigen Einsatz autonomer Fahrzeuge im Straßenbetriebsdienst, die Rolle der Technischen Aufsicht untersucht und es sollten Erfahrungswerte in einem Pilotprojekt gesammelt werden. In diesem Kontext ist auch die Entwicklung eines autonomen Basisfahrzeugs zielführend, da dieses mit verschiedenen Aufbauten versehen und so für unterschiedliche Einsatzbereiche verwendet werden kann. Dies erhöht das Marktpotenzial für die Industrie und senkt die Kosten für den Anwender.
Zukünftig spielt die Cybersecurity vor allem im Rahmen von Automatisierungslösungen eine immer größere Rolle. Daher sollten die im Projekt gewonnen Erkenntnisse, insbesondere mit Blick auf die ausgewählten Use Cases, vertieft und ausgebaut werden.
Die rechnergestützte systematische Straßenerhaltung beinhaltet in Deutschland als ersten Schritt die Bildung von fahrstreifenbezogenen, zustandshomogenen Abschnitten auf Basis der ZEB. Grundlage ist das Verfahren nach Rübensam/Schulze (RS) [33], welches allerdings einige methodische Schwächen aufweist. Im Forschungsprojekt waren alternative Segmentierungsverfahren zu untersuchen bzw. ein neues Verfahren zu erarbeiten. Neben der Berücksichtigung einer Mindestlänge für die Segmente sollte auch die Anwendung von Zustandsgrößen als Eingangsdaten anstelle von Zustandswerten analysiert werden. Das Projektziel bestand darin, eine Entscheidungsgrundlage für die Ablösung oder Modifikation des bestehenden Verfahrens nach RS zu liefern. Das Projekt wurde durch das Unternehmen LEHMANN + PARTNER GmbH (Erfurt) in den Jahren 2017 – 2019 bearbeitet.
Auf Basis der Rasterrohdaten wurden Algorithmen entwickelt, welche die Zustandsgrößen auch für andere Auswerteraster (1 m, 10 m) als die ZEB üblichen 20 m bzw. 100 m bereitstellen. Die Berechnungsergebnisse wurden für ausgewählte Strecken und ZEB-Kampagnen tabellarisch aufbereitet.
Auf Basis einer umfassenden Literaturrecherche wurden international verfügbare Segmentierungsverfahren untersucht. Nicht zielführende Verfahren wurden von den weiteren Betrachtungen ausgeschlossen. Die folgenden drei Verfahren wurden in C++ implementiert:
- BAYES: Verfahren mit Bayes‘schem Ansatz (Thomas, 2003 ff.);
- CBS: Verfahren Circular Binary Segmentation (Olshen et al., 2004 ff.);
- RS: Verfahren nach Rübensam/Schulze (Rübensam/Schulze, 1996).
Das Ziel bestand darin, die Messwertfolgen der einzelnen Zustandsparameter so zu segmentieren, dass die entstehenden Teilfolgen homogen bzgl. des Parameters sind. An die Einzelsegmentierung schloss sich ein Postprozessingschritt an, der die zustandshomogenen Abschnitte erstellt (Gesamtsegmentierung). Die Berechnungen wurden für ausgewählte ZEB-Kampagnen und -Strecken im Auswerteraster 20 m und 100 m auf ausgewählten Bundesfernstraßen durchgeführt.
Zur Bestimmung einer alternativen Kennzahl für den charakteristischen Zustand des homogenen Abschnitts wurden Untersuchungen mit dem p-Quantil anstelle des bisherigen Mittelwertes durch-geführt.
Die Bewertung der Ergebnisse und der Vergleich der Verfahren untereinander erfolgte durch Vorher-Nachher-Vergleiche nach Zustandsklassen, Berechnung von Gütewerten der Segmentierung und Finanzbedarfsprognosen für die Erhaltung.
Es wurde eine hohe Anzahl an Berechnungsläufen durchgeführt, die sich aus der notwendigen Variation der Eingangsgrößen und Steuerparameter ergab. Die Berechnungen erfolgten mit projektbezogen erstellten Applikationen beim Forschungsnehmer. Auf dieser Grundlage sowie den theoretischen Aspekten und der Aufgabenstellung wurden folgende Erkenntnisse gewonnen und daraus Vorschläge erarbeitet:
- Als Eingangsgrößen sollten die Zustandsgrößen verwendet werden. Somit wird der Einfluss der nichtlinearen Normierungsfunktionen eliminiert.
- Die Auswerteabschnittslänge der ZEB (100 m / 20 m) erwies sich als grundsätzlich geeignet. Hinsichtlich dem Detaillierungsgrad (Lokalisierung von Schadensbereichen) ist jedoch ein durchgängiges Raster von 20 m zielführender.
-Eine Vorabeinteilung des zu untersuchenden Netzes in Blöcke (linear zusammenhängende Strecken unter Berücksichtigung von Unterbrechungen, Bauweisenwechseln, Ortsdurchfahrten etc.) ist erforderlich.
-Hinsichtlich der Bildung zustandshomogener Abschnitte wird ein hybrides Verfahren empfohlen. Für normalverteilte Zustandsgrößen (TP1, TP2) sollte das Verfahren CBS und für die TP3-Zustandsgrößen das Verfahren RS verwendet werden. Die Gesamtsegmentierung soll im Postprozessing erfolgen.
-Als charakteristische Kennzahl für die auf Basis der Zustandsgrößen gebildeten zustandshomogenen Abschnitte ist der Mittelwert nach wie vor geeignet. Die p-Quantile stellen jedoch aufgrund ihrer Eigenschaft, robust gegenüber Ausreißern zu sein, eine Alternative dar.
-Anstelle der Vorher-Nachher-Vergleiche sollten zur Bewertung eines Segmentierungsergebnisses die im Projekt vorgeschlagenen Gütewerte verwenden werden.
Die in diesem Forschungsprojekt an Asphaltbefestigungen durchgeführten Untersuchungen basieren im Wesentlichen auf einer Bewertung der strukturellen Substanz nach den RSO Asphalt [RSO Asphalt E 15]. Für einen fiktiven Streckenabschnitt, dessen Materialparameter aus den Ergebnissen vorangegangener Forschungsprojekte stammen wurde die Auswirkung unterschiedlicher Abstände des Lasteintragungspunktes zum Fahrbahnrand auf die Dauerhaftigkeit der Befestigung untersucht. Resultierend aus den Abmessungen der Fahrbahnbreiten und Markierungen wurde eine Auswahl der zu betrachtenden, relevanten Abstände des Lasteintragungspunktes zum Fahrbahnrand getroffen.
Zur Bewertung der strukturellen Substanz nach den RSO Asphalt [RSO Asphalt E 15] sind die Beanspruchungen (Spannungen und Dehnungen) in den maßgeblichen Nachweispunkten zu bestimmen. Diese können mit der Mehrschichtentheorie oder mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) berechnet werden. Die Anwendung der Mehrschichtentheorie setzt unter anderem voraus, dass die Schichten in horizontaler Richtung unendlich ausgedehnt sind. Für den Regelfall wird angenommen, dass diese Voraussetzung gegeben ist (Berechnung der Beanspruchung nach den RDO Asphalt). Bei den hier untersuchten Laststellungen ist diese Voraussetzung jedoch nicht erfüllt. Die Beanspruchungen wurden deshalb mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) bestimmt.
Zunächst wurde das Finite-Elemente-Modell entwickelt, die Berechnungsverfahren nach den RSO implementiert, und beides miteinander verknüpft. Zur Prüfung und Validierung wurden für ein Referenzmodell Berechnungen sowohl auf Grundlage der Mehrschichtentheorie als auch mit der FEM durchgeführt und gegenübergestellt. Die Bewertung aller weiteren Berechnungen erfolgt jeweils in Bezug auf dieses Referenzmodell. Im nächsten Schritt wurde auf Basis des deterministischen Berechnungskonzeptes die Auswirkung des Abstandes der Lasteintragungsstelle zum Rand der befestigten Fläche auf die ertragbare Lastwechselzahl der Asphaltbefestigung untersucht. Darauf aufbauend wurde die Wirksamkeit mehrerer Varianten konstruktiver Maßnahmen zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit untersucht. Im Ergebnis dieser Untersuchungen wurden 2 konstruktive Maßnahmen ausgewählt und für diese Bewertungen der Strukturellen Substanz anhand des probabilistischen Verfahrens durchgeführt.
Für die Untersuchungen der temporären Nutzung von Randbereichen bei Oberbauten mit Betondecke werden im ersten Schritt rechnerische Dimensionierungen/Nachrechnungen nach dem Verfahren der [RDO Beton 09] vorgenommen. Hierbei kann auf den Erfahrungshintergrund der Dimensionierung der Platten des Hauptfahrstreifens zurückgegriffen werden. Dabei ist auch das Sicherheitsniveau des semiprobabilistischen Verfahrens hinreichend praxiserprobt.
Im nächsten Schritt werden mit Hilfe der analytischen Rechenmethode der RDO Beton die Platten des Seitenstreifens dimensioniert, wobei die geringere B-Zahl, die veränderte Plattengeometrie und der freie Plattenrand Berücksichtigung finden.
Im Folgeschritt können präzise FEM-Berechnungen angestellt werden, bei denen realistischere Laststellungen berücksichtigt werden. Zur Beibehaltung des Sicherheitsniveaus der RDO Beton wird als gemeinsamer Referenzpunkt die Berechnung im Hauptfahrstreifen ohne Seitenstreifenfreigabe verwendet.
Gegenstand des Forschungsvorhabens ist die Etablierung des Elastizitätsmoduls als Parameter, der qualitative Aussagen über den Schädigungszustand des Baustoffes Straßenbeton ermöglicht. Zu diesem Zweck erfolgte eine systematische Ermüdung sowohl labor- als auch großmaßstäblicher Beton-Probekörper bei zeitgleicher Messung des Elastizitätsmoduls mithilfe von unterschiedlichen Verfahren.
Im ersten Schritt wurde ein Versuchsprogramm entwickelt, mit dem Straßenbeton-Probekörper mittels des Spaltzug-Schwellversuchs gezielt in einen definierten Ermüdungszustand versetzt werden können. Hierfür wurde der Parameter des Grenz-Elastizitätsmoduls definiert, welcher, wenn er unterschritten wird, zum Pausieren des Versuchs führt. In diesen systematisch eingehaltenen Lastpausen erfolgten begleitende Untersuchungen der Ultraschalllaufzeit und der Eigenfrequenz zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls der untersuchten Probekörper während des Ermüdungsvorganges.
Im zweiten Schritt wurden die Untersuchungen auf eine Betonplatte und einen Betonplattenstreifen ausgeweitet.
Hierfür kam mit der Phase-Shift-Methode ein Verfahren zum Einsatz, das auf der Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW) basiert und mithilfe dessen die Degradation großformatiger Straßenbetonelemente in Form der Verminderung des Elastizitätsmoduls messtechnisch nachgewiesen werden kann.
Anhand von FEM-Simulationen konnte gezeigt werden, dass eine Verminderung des Elastizitätsmoduls infolge der Ermüdung zu einer lokalen Konzentration der Beanspruchungen einer Betonplatte unter Last führt. Weiterhin ergab sich, dass die Verminderung der Beanspruchung der Betonplatte infolge eines ermüdungsbedingt verringerten Elastizitätsmoduls in einer Erhöhung der Beanspruchung der Beton-Unterlage resultiert. Dadurch bedingt kann es zu einer Verschlechterung der Auflagerungsbedingungen der Betonplatte kommen, was sich wiederum auf deren Beanspruchung und somit auf die Nutzungsdauer auswirken kann.
Es zeigt sich zwischen den Ergebnissen aller untersuchten Verfahren eine sehr gute Synchronität hinsichtlich des qualitativen ermüdungsbedingten Verlaufs des Elastizitätsmoduls. Die vier angewandten Verfahren, die sich voneinander unabhängiger physikalischer Phänomene bedienen, ermöglichen neben einer qualitativen Aussage über die Schädigung des Materials die Bestimmung von Absolutwerten des Elastizitätsmoduls. Je nach verwendetem Verfahren weichen die absoluten Werte des Elastizitätsmoduls leicht voneinander ab. Der Elastizitätsmodul bestätigt sich als geeigneter Parameter zur Beschreibung der Degradation des Baustoffs Straßenbeton im Zuge des Ermüdungsprozesses.
Die eingesetzte Phase-Shift-Methode kann in Kombination mit der Bestimmung charakteristischer Verläufe für die Verminderung des Elastizitätsmoduls im Zuge der Ermüdung potentiell die Basis für die zerstörungsfreie Bewertung der strukturellen Substanz von Betonfahrbahndecken in situ bilden. Perspektivisch kann dies die einfache und zielsichere Bewertung vorhandener Betonfahrbahndecken hinsichtlich ihrer Restnutzungsdauer und neuer Betonfahrbahndecken in Bezug auf ihre Dauerhaftigkeit ermöglichen
Jahresbericht 2022
(2023)
Im Jahresbericht 2022 präsentiert die BASt eine Auswahl von Forschungsaktivitäten des Jahres 2022.
In über 40 Beiträgen werden Projekte aus 5 Fachbereichen vorgestellt. Das Themenspektrum ist weit gespannt und orientiert sich an den Profilthemen: Aktive Mobilität, Automatisiertes und vernetztes Fahren, Nachhaltigkeit in vielen Facetten und proaktive Verkehrssicherheit überschreiben beispielsweise die Kapitel. Die Stabsstelle Akademie für nachhaltiges Straßen- und Verkehrswesen informiert mit einem Beitrag zur Fachkräftesicherung.
Schlaglichter sowie Zahlen und Fakten in knapper Form ergänzen den Bericht.
Ausgangspunkt des in vier Arbeitspakete gegliederten Forschungsprojektes ist eine Analyse des OBD-relevanten Vorschriften- und Regelwerkes. Im Ergebnis dieser Zusammenstellung muss festgehalten werden, dass es nicht nur eine Vielzahl von internationalen, europäischen und nationalen Vorschriften und Normen mit OBD-Relevanz gibt, sondern diese auch durch eine hohe Komplexität gekennzeichnet sind. Der aktuelle Bestand an Regulierung und Standardisierung ist sehr umfangreich. Allerdings hat die Analyse zum Vorschein gebracht, dass es an verschiedenen Stellen der Harmonisierung und Vereinfachung des Regelwerkes bedarf, vor allem um den Spielraum für Interpretationen und unterschiedliche Auslegungen zu minimieren. Dies gilt insbesondere für die Pflege und Aufrechterhaltung von Vorschriftenständen für Fahrzeuge älterer Baujahre.
Bei der Betrachtung der unterschiedlichen Auslesemöglichkeiten der OBD-Schnittstelle im zweiten Arbeitspaket durch die Herstellerdiagnose, die Mehrmarkendiagnose und die Standardisierte Diagnose EOBD zeigte sich, dass bei der Mehrmarkendiagnose nicht immer die volle Funktionalität der Herstellerdiagnose abgebildet wird, jedoch die täglichen Arbeiten der Werkstätten vollumfänglich möglich sind.
Die verfügbaren OBD-Standards definieren bereits heute sehr viele Datensätze. Diese werden jedoch erst dann durch den Fahrzeughersteller bedatet, wenn es eine eindeutige Gesetzgebung dafür gibt und diese dort festgelegt sind. Zum Beispiel bedarf es hinsichtlich einer zukünftigen Bewertung der NOx-Emissionen im Rahmen der Abgasuntersuchung einer entsprechenden Regulierung, um entsprechende Daten der NOx-Sensoren oder Temperaturen im Abgasstrang prüfen zu können.
Eine weitere Herausforderung stellen die neuen UNECE-Regulierungen zu Cybersecurity-Management-Systemen und Softwareupdates dar. Diese schränken aus Sicherheitsgründen u.a die Zugriffsmöglichkeiten auf das OBD-System ein. Notwendig erscheinen zeitnah klare Regeln, um auch in Zukunft den gesetzlichen Auftrag der Hauptuntersuchung durch einen diskriminierungsfreien Zugang über das OBD-System sicher zu stellen.
Die durchgeführten Vergleichsmessungen (Hersteller vs. Mehrmarkendiagnose) an verschiedenen Fahrzeugen unterschiedlicher Hersteller zeigten, dass sich die Untersuchungsergebnisse zwar grundsätzlich miteinander vergleichen lassen, jedoch nicht zwangsläufig die Funktionalität des Fahrzeugs bzw. des Diagnosegeräts widerspiegeln. Diese Tatsache ist besonders dann nicht hilfreich, wenn ein Großteil der Diagnoseinformationen nicht im Diagnosegerät implementiert bzw. nicht für den Werkstattbetrieb freigeschaltet sind.
Durch die Betrachtung der emissionsrelevanten „meldepflichtigen“ Software-Updates im Rahmen der Typprüfung sollten im dritten Arbeitspaket die Auswirkungen dieser Updates auf das OBD-System analysiert werden. Dabei sollte betrachtet werden, wie häufig „meldepflichtige“ Software-Updates durchgeführt wurden und in welchem Umfang sie die OBD-Daten betreffen.
Die mit Unterstützung des Kraftfahrt-Bundesamtes durchgeführte Untersuchung ergab, dass eine Zuordnung der Software-Änderungen zu Abgas- oder OBD-relevanz mit Hilfe der KBA-Quartalslisten aufgrund nicht ausreichender Datenlage nicht möglich ist. Hieraus kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass der sichere Umgang mit Software-Updates, die typgenehmigungsrelevant sind und Auswirkungen auf das Umweltverhalten des Kraftfahrzeugs haben, einer europäisch harmonisierten Regulierung bedürfen. Ein wichtiges Hilfsmittel zur Nachverfolgbarkeit von Software-Updates könnte dabei die Einrichtung eines digitalen Fahrzeugregisters sein, welches sowohl alle genehmigungsrelevanten Fahrzeugveränderungen als auch Software-Updates zusammenführt und somit den genehmigten Softwarestand über den kompletten Lebenszyklus überprüfbar macht.
Im letzten Arbeitspaket des Forschungsprojektes wurden auf Basis des Standes von Wissenschaft und Forschung die aktuell vier bekannten und diskutierten Modelle mit den jeweiligen Lösungsansätzen der sicheren Over the Air Datenübertragung vorgestellt. Die Aspekte, welche Daten übertragen werden, Datenumfang, Authentifizierung, Rückkopplung, Empfangsbestätigung, Typgenehmigungsrelevanz wurden betrachtet. Ein weiteres Ergebnis der Studie ist, dass die Verwendung der Daten für die PTI einen unabhängigen, vertrauenswürdigen und diskriminierungsfreien Fernzugriff auf Fahrzeugdaten, -funktionen und -ressourcen nach gleichen Grundsätzen und Funktionen für alle Beteiligten erfordert.
Luftschadstoffmessungen im gesamten Bundesgebiet zeigen, dass die in der „Richtlinie 2008/50/EG über Luftqualität und saubere Luft für Europa“ festgelegten Grenzwerte für einige Luftschadstoffe insbesondere an verkehrsnahen Standorten zum Teil stark überschritten oder erreicht werden (Hot-Spots). An vielen dieser Hot-Spots liegen messtechnisch nachgewiesene Überschreitungen des NO2-Jahresmittelgrenzwertes von 40 µg/m³ vor und werden von Modellrechnungen auch für die nächsten Jahre prognostiziert.
In der vorliegenden Untersuchung wurden exemplarisch für die Ballungsräume Hamburg, Duisburg und Frankfurt am Main verkehrsträgersübergreifende Emissions- und Immissions-modellierungen für den Hintergrund in einer Auflösung von 500 m mal 500 m vorgenommen. Für diese Ballungsräume wurden detaillierte Emissionsberechnungen für die Verkehrsträger Straße, Schiene, Schiff und Flug für das Analysejahr 2016 erstellt.
Zusätzlich wurden spezifische Szenarien im Verkehrssektor für die Jahre 2025 und 2030 entwickelt. Dies beinhaltet die Trendprognose und im Vergleich mit dem Trend vier verschiedene Szenarien:
Szenario 0: Trendszenario
Szenario I: Verbesserung Motorentechnik, verstärkte Nutzung alternativer Kraftstoffe und Elektromobilität
Szenario II: Verkehrsverlagerung im Güterverkehr
Szenario III: Verkehrsvermeidung / Optimierte Verkehrsflüsse
Szenario IV: Maximales Kombi-Szenario
Um die Auswirkung der Emissionsänderungen auf die Luftqualität im städtischen Hintergrund zu bewerten, wurden für das Analysejahr 2016 und für die Szenarien Ausbreitungsrechnungen mit dem EURAD Modellsystem (Europäisches Ausbreitungs- und Depositionsmodell) in den Modellgebieten durchgeführt.
Die Modellrechnungen mit dem EURAD Modell wurden für einen kompletten Jahreszyklus 2016 und für die Prognose Szenarien durchgeführt.
Die wichtigsten Befunde für die Luftqualität im städtischen Hintergrund sind Folgende:
Analyse Jahr 2016:
Die Belastung der Luft durch Emissionen im Verkehrssektor ist besonders bei den Stickoxiden ausgeprägt.
Im Ballungsraum Hamburg ist der Schiffsverkehr und der Straßenverkehr dominant
Im Ballungsraum Duisburg ist der Straßenverkehr besonders ausgeprägt
Im Ballungsraum Frankfurt ist der Straßenverkehr und der Flugverkehr am stärksten ausgeprägt.
Der Belastung durch den Schienenverkehr spielt in allen drei Ballungsräumen nahezu keine Rolle
Szenarien:
Es sind deutliche Reduktionen in den Stickoxiden durch prognostizierte verminderte Emissionen besonders im Straßenverkehr für alle Ballungsräume zu sehen.
Im Ballungsraum Hamburg ist zusätzlich noch eine verminderte Belastung durch SO2 im Schiffsverkehr zu sehen.
Im Ballungsraum Frankfurt sind höhere SO2 Konzentrationen durch erhöhte Emissionen im Flugverkehr zu beobachten.
Die stärksten Veränderungen (Minderungen) sind für die Szenarien I und für die Kombination aller Szenarien (IV) zu sehen.
Eine Verbesserung der Luftqualität wird bereits deutlich durch die bereits heute beschlossenen Maßnahmen (Szenario 0) erzielt.
Die zusätzlichen Maßnahmen (Szenarien I bis IV) bewirken darüber hinaus nur geringe Minderungen der Schadstoffbelastung im mittleren Hintergrundniveau der Ballungsräume
Während für Unter- und Oberbeton bei der Waschbetonbauweise bereits seit Jahren unterschiedliche Betone zur Anwendung kommen, war die Verwendung von Zementen unterschiedlicher Art, z. B. CEM I im Oberbeton und CEM III für den Unterbeton, bisher nicht vorgesehen. Jedoch beinhaltet die Verwendung von hüttensandhaltigen Zementen ein großes Nachhaltigkeitspotenzial für die Betonbauweise. Durch Verringerung des Klinkeranteils werden erheblich CO2-Emissionen eingespart und aufgrund des verringerten Potenzials einer betonschädigenden AKR kann auch einer zunehmenden regionalen Rohstoffknappheit entgegengewirkt werden.
Ein Erprobungskonzept für die Anwendung auf BAB wurde im Forschungsprojekt „Dauerhafte Betonfahrbahndecken unter Berücksichtigung aktueller ökologischer und wirtschaftlicher Aspekte“ (1) erarbeitet. Die erste Versuchsstrecke wurde im Oktober 2020 auf der BAB A7 bei Wörnitz auf einer Länge von 1.350 m errichtet und durch ein umfangreiches Untersuchungsprogramm wissenschaftlich von der BASt begleitet.
Durch den Vergleich der Untersuchungsergebnisse von Referenz- und Versuchsstrecke konnten während des Beobachtungszeitraums die Erkenntnisse aus dem o. g. Forschungsprojekt und die Unbedenklichkeit der Bauweise bestätigt werden - die mechanischen Eigenschaften eines herkömmlichen Unterbetons unter Verwendung von Portlandzement sind mit denen eines Unterbetons unter Verwendung von hüttensandreichen Zementen (CEM III/A) vergleichbar.
Im Rahmen eines großmaßstäblichen Feldversuchs wurden 12 mechanisch verfestigte Geovliesstoffe aus PP-Stapelfasern drei verschiedener Hersteller hinsichtlich ihrer Robustheit gegenüber Einbaubeanspruchung in ihrer Funktion als Trennlage zwischen lockerem Untergrund und grobkörnigem Tragschichtmaterial überprüft. Auf vier Testfeldern wurden jeweils vier unterschiedliche Einbausituationen simuliert. Dazu wurden Tragschichtmaterialien aus rundkörnigem, sandigem Kies bis zu scharfkantigem, sandig, steinigem Kies eingesetzt. Die Beanspruchungen durch den Bauverkehr wurden anhand der sich einstellenden Spurrinnen aus Lkw-Überfahrten gesteuert. Zur schonenden Freilegung der Geovliesstoffe kam ein Saugbagger zum Einsatz.
Alle Geovliesstoff-Proben wurden visuell auf Beschädigungen beurteilt und danach klassifiziert. Für die Bewertung der mechanischen Veränderungen wurde das Arbeitsvermögen und die daraus abgeleitete Schädigungsarbeit herangezogen. Einen Schädigungsgrad von weniger als 20 % konnte nur die Hälfte der getesteten Proben erreichen. Einem Schädigungsgrad von bis zu 50 % konnten nahezu alle Proben einhalten. Das derzeitige Klassifizierungssystem sollte die Anforderungen an geotextile Trennlagen verschärfen. Die alleinige Forderung einer Festigkeit ist nicht ausreichend. Die Geovlies-stoffe sollten nach dem Ausweichprinzip Beschädigungen vermeiden. Dazu ist es notwendig, dass auch die Verformbarkeit Berücksichtigung findet. Das Arbeitsvermögen gibt hierfür zusammen mit der Mindestdehnfähigkeit eine gute Grundlage. Vor diesem Hintergrund wurde ein Vorschlag für ein zeitgemäßes Klassifizierungssystem unterbreitet.
Analyse von Auswertungs- und Bewertungsverfahren für die Anwendung des TSD auf Asphaltbefestigungen
(2023)
Das Traffic Speed Deflectometer (TSD) wurde Ende des letzten Jahrhunderts in Dänemark entwickelt, mit dem Ziel, Verformungen bei hoher Geschwindigkeit zu erfassen. Dabei ist das Messsystem auf einem Lkw verbaut (inkl. aller zugehöriger Instrumentierung). So ist die Erfassung der Tragfähigkeit bei einer Geschwindigkeit von ca. 80 km/h möglich. Der Messbalken muss biege- und verwindungssteif und möglichst gleichmäßig temperiert sein, um gleiche Rahmenbedingungen bei der Korrektur der einzelnen Doppler-Laser-Daten zu gewährleisten.
Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist es, geeignete Ansätze zur Aus- und Bewertung von Tragfähigkeitsmessungen mit dem TSD zu finden, diese zu beschreiben und zu evaluieren.
In einem ersten Schritt wird mithilfe einer ausgedehnten, internationalen Literaturstudie der aktuelle Kenntnisstand bzgl. Tragfähigkeitsmessungen mit dem TSD zusammengetragen. Dabei wird zunächst das Messprinzip möglichst detailliert beleuchtet. Ein weiterer Fokus liegt zudem auf bisherigen Erfahrungen mit dem TSD. Angefangen mit Untersuchungen zu Wiederholgenauigkeit und Vergleichbarkeit bis hin zu ersten Anwendungsfällen. Dies wird als Überleitung zur Einführung möglicher Tragfähigkeitskennwerte, die mit TSD-Messungen erfasst oder berechnet werden können, verwendet. Hierbei werden insgesamt 26 Tragfähigkeitskennwerte identifiziert, die in der internationalen Fachliteratur als Kennwerte der strukturellen Substanz von Verkehrsflächenbefestigungen verwendet werden.
Die weitergehende Analyse der Auswerte- und Berechnungsverfahren stützte sich zuerst auf eine Analyse des Einflusses von Rahmenbedingungen und Korrekturverfahren auf die quantitative Ausprägung von Tragfähigkeitskennwerten. Dabei kann festgestellt werden, dass die Messgeschwindigkeit im üblichen Geschwindigkeitsfenster kaum Einfluss hat (v > 20 km/h). Die Radlast hat einen Einfluss, jedoch kann dieser, sofern sich die Radlast im üblichen Wertebereich befindet, über einen linearen Korrekturansatz abgefangen werden. Die Temperatur hat einen maßgeblichen Einfluss, die vorgestellten Korrekturansätze können auch z.T. den Einfluss abfedern, jedoch gilt es diese für den TSD-Messungsablauf zu verfeinern.
Gleichzeitig werden auch die Verformungsmuldenberechnungsverfahren analysiert. Dabei werden das Area-under-the-Curve-Verfahren (AUTC) und das Verfahren nach PEDERSEN (2013) verglichen. Mittels der Parameterstudie in 3D-Move können Slope- und Verformungswerte berechnet werden. Die Slope-Werte wurden dann verwendet, um anhand der beiden genannten Verfahren Verformungswerte zu berechnen und diese mit den „realen” Daten aus 3D-Move zu vergleichen. Ergebnis ist, dass das AUTC-Verfahren aufgrund des Tailtaming-Ansatzes bei steifen Verkehrsflächenbefestigungen Abweichungen aufweist, während der Ansatz nach PEDERSEN (2013) durchgehend sehr gute Übereinstimmungen zeigt.
In 3D-Move wurde eine Vielzahl an Simulationen durchgeführt, bei denen verschiedenste Parameter variiert wurden. Hierzu werden auch alle zugehörigen Tragfähigkeitskennwerte berechnet, sodass eine Sensitivitätsanalyse entsteht, die Aussagen über den jeweiligen Tragfähigkeitskennwert zulässt. So wird deutlich, dass die Parameter der SCI-Familie, also Oberflächenkrümmungsindizes, sehr zuverlässige Kennwerte sind zur Beschreibung der Steifigkeiten der jeweils betrachteten Schicht. Gleiches gilt aber auch für die Kennwerte der Steifigkeitsrückrechnungsmethode.
Zudem wird anhand einer Vielzahl an realen Messdaten untersucht, wie gut die Wiederholgenauigkeit der einzelnen Tragfähigkeitskennwerte ist – ebenfalls werden die Temperatur- und Konstruktionsabhängigkeit und die Korrelation zu ZEB-Daten (auf Ebene der Zustandsgrößen) untersucht. Dabei zeigt sich, dass die Kennwerte der SCI-Familie sehr zuverlässig sind, während die Kennwerte der Steifigkeitsrückrechnungsmethode höheren Streuungen ausgesetzt sind. Dies liegt aber an der Berechnungsart: Der zugehörigen Regressionsfunktion liegen beim TSD-Versuchsaufbau nur zwei bis drei Doppler-Laser zugrunde, sodass diese nicht prozesssicher parametrisiert werden kann. Die Werte der SCI-Familie hingegen als einfache Subtraktion zweier Verformungswerte können sicherer bestimmt werden. Die Korrelationsanalyse zeigt, dass keinerlei Korrelation o.ä. zwischen Zustandsgrößen und Tragfähigkeitskennwerten vorliegt – der Schluss von Zustandsgrößen der ZEB auf die Tragfähigkeit der untersuchten Verkehrsflächenbefestigung scheint daher unzulässig.
Abschließend lässt sich feststellen, dass mit dem TSD und den aufgeführten Tragfähigkeitskennwerten die Tragfähigkeit von Verkehrsflächenbefestigungen zuverlässig und schnell erfasst und bewertet werden kann. Es ist aber Augenmerk auf die vorherrschenden Temperaturverhältnisse zu legen, da kleinste Inhomogenitäten zu falschen Ergebnissen führen können.
Die Wirtschaftlichkeit der Erhaltung Straßen ist ein Thema, das Wissenschaft und Praxis schon seit Langem beschäftigt. Insbesondere die Erstellung technisch sinnvoller und wirtschaftlich effizienter Erhaltungsprogramme für bestehende Straßen ist hierbei ein sehr wichtiger Punkt.
Eine entscheidende Einflussgröße für die systematische Erhaltungsplanung ist vor allem auch die möglichst genaue Kenntnis bzw. Prognostizierbarkeit von zeitlichen Schadensverläufen, die wiederum originär auch auf materialseitige Kennwerte bzw. das mechanische Verhalten des Oberbaus (z.B. plastische Verformung, Ermüdung) zurückzuführen sind.
Daher wurden in diesem Projekt für die Asphaltbauweise etablierte Methoden der Nutzungsdauerprognose (z.B. bezüglich Ermüdung des gebundenen Aufbaus) und der Schadensverlaufsprognose (z.B. Spurrinnenbildung) angewendet und mit verschiedenen Szenarien weiterentwickelt.
Für die Betonbauweise wurden hingegen bestehende Verfahren auf Anwendbarkeit getestet und neue Entwicklungen bezüglich einer Nutzungsdauerprognose (Hazardfunktionen) eingesetzt.
Bei einer betonschädigenden Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) ist bisher eine systematische Erhaltungsplanung nicht möglich, da sich der Schadensverlauf nur sehr schwer prognostizieren lässt. Hierzu wurden materialseitige Untersuchungen (zerstörend/zerstörungsfrei) an AKR-geschädigten Fahrbahndeckenbetonen durchgeführt. Die Prognose der Restnutzungsdauer bei einer AKR-Schädigung ist daraus jedoch nicht auf direktem Wege möglich. Daher wurde eine Methodik zur Prognose der (Rest-)Nutzungsdauer auf empirischer Basis (Auswertung von ZEB-Daten) entwickelt.
Aufbauend auf den beschriebenen Methoden zur Nutzungsdauerabschätzung von Asphalt- und Betonbauweisen wurden vergleichende Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen für Erhaltungsstrategien unter Berücksichtigung unterschiedlicher Annahmen und Szenarien mit der Software LCD2 angestellt
Ziel des Forschungsvorhabens war es, eine mögliche Gleichwertigkeit der Gebrauchseigenschaften von Asphalten unter Verwendung gummimodifizierter Bindemittel und polymermodifizierter Bindemittel nachzuweisen.
Es wurden Asphalte mit gummimodifizierten Bindemitteln und mit einem polymermodifizierten Bindemittel vergleichend untersucht. Dafür wurden Untersuchungen zur Ansprache des Kälte-, des Steifigkeits-, des Ermüdungs-, und des Verformungsverhaltens bei Wärme sowie zur Ermittlung des Korn- und Substanzverlusts und zum Griffigkeitsverhalten durchgeführt.
Im Laboratorium wurden Asphalte der Sorten SMA 8 S, AC 16 B S und PA 8 jeweils mit vier gummimodifizierten Bindemitteln und einem polymermodifizierten Bindemittel hergestellt. Als gummimodifizierte Bindemittel wurden jeweils zwei im Nassverfahren (Großmaßstab) hergestellte Fertigprodukte (GmB) und zwei im Laboratorium „im Trockenverfahren“ gemischte gummimodifizierte Bindemittel (GmBT) verwendet. An den für die Labormischungen eingesetzten Bindemitteln wurden Bindemittelkenndaten ermittelt.
Weiterhin wurden durch den Auftraggeber überreichte Rückstellproben untersucht. Dabei handelte es sich um sieben Proben der Asphaltmischgutsorte SMA 8 S (sechs Varianten mit GmB(T) und eine Variante mit PmB) sowie zwei Rückstellproben der Sorte AC 11 D S (eine Variante mit GmB(T) und eine Variante mit PmB).
Im Hinblick auf eine Bewertung der einzelnen Asphalteigenschaften bzw. ermittelten Kenngrößen wurden mathematisch-statistische Verfahren angewandt.
Zusammenfassend können anhand der statistischen Auswertung der untersuchten Asphalteigenschaften abschließend nicht durchgängig signifikante Unterschiede (Vor- bzw. Nachteile) zwischen den Asphalten einer Sorte mit den hier eingesetzten gummimodifizierten Bindemitteln und mit dem eingesetzten polymermodifizierten Bindemittel über alle untersuchten Asphalteigenschaften erkannt werden.
Es kann daher von einer Gleichwertigkeit der Gebrauchseigenschaften von Asphalten unter Verwendung gummimodifizierter Bindemittel und polymermodifizierter Bindemittel ausgegangen werde. Das Ziel des Forschungsvorhabens konnte somit erreicht werden.
Der vorliegende Forschungsbericht behandelt die Zukunftssicherheit des aktuell normativ geregelten Nachweises schädigungsäquivalenter Spannungsschwingbreiten basierend auf dem Ermüdungslastmodell ELM 3 inklusive λ-Faktoren nach DIN EN 1991-2:2010-12 und DIN EN 1992-2:2010-12 in Verbindung mit DIN EN 1991-2/NA:2012-08 und DIN EN 1992-2/NA:2013-04.
Dazu werden Verkehrslastsimulationen an sowohl idealisierten als auch realistischen Beispielbrücken durchgeführt. Bei Ersteren liegt der Fokus auf einer systematischen Untersuchung an einem weiten Spektrum möglicher Brückensysteme. Bei Letzteren steht die wirklichkeitsnahe Erfassung der nicht-linearen M-σ-Beziehung im Vordergrund, welche großen Einfluss auf die Ermüdungsnachweise hat. Weiterhin werden unterschiedliche Verkehrsszenarien untersucht, darunter Grundszenarien des aktuellen Verkehrs sowie Prognose-Szenarien eines möglichen zukünftigen Verkehrs.
Im Ergebnis wird aufgrund von Defiziten der aktuellen normativen Regelung, sowohl hinsichtlich der Grund- als auch Prognose-Szenarien, ein Vorschlag für eine zukunftssichere Anpassung der λ-Faktoren ausgearbeitet. Diesbezüglich wird auch ein Defizit der bisherigen Methode zur Ermittlung der λ-Faktoren in Bezug auf die Erfassung der M-σ-Beziehung identifiziert und durch einen zusätzlichen Korrekturfaktor kompensiert.
Dieses Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der Eignung des Radarverfahrens hinsichtlich der Prüfaufgabe Betondeckungsmessung. Das Radarverfahren wird hierzu mit dem etablierten magnetisch induktiven Verfahren in der Betondeckungsmessung verglichen. Übergeordnete Ziele sind langfristige Untersuchungen mit Radar an jungen Betonkörpern und nach hinreichender Austrocknung sowie Betondeckungsmessungen, die zu schwierig interpretierbaren Ergebnissen führen. Für vergleichende Untersuchungen zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit des Radarverfahrens und dem magnetisch induktiven Verfahren wurden Testkörper hergestellt. Der Einfluss der Betonfeuchte auf die Genauigkeit der Messergebnisse wurde an einem Testkörper über einen Zeitraum von 15 Monaten untersucht. Ein weiterer Testkörper wurde für die Untersuchung der getrennten Erkennbarkeit von benachbarten Stäben und zum Einfluss dichtbewehrter Bereiche über einen Zeitraum von 7,5 Monaten regelmäßig gemessen. Für die Messungen an den hergestellten Testkörpern wurden das Radargerät Hilti PS-1000, für das magnetisch induktive Referenzverfahren das Profoscope und das Profometer der Firma Proceq sowie zur Feuchtemessung die Gann Aktiv Elektrode verwendet. Für die Auswertung und Bewertung der Messergebnisse wurden die Radardaten in die Software ReflexW eingelesen, bearbeitet und die Laufzeiten bestimmt. Im Hinblick auf den Messaufwand und die Messgeschwindigkeit unterscheiden sich das Radarverfahren und das magnetisch induktive Referenzverfahren kaum. In der Auswertung ist das Radarverfahren jedoch zeitintensiver und erfordert mehr Erfahrung, Praxis im Umgang mit der Software und Kalibrierung der Permittivität. Die Ergebnisse zeigen, dass sich das magnetisch induktive Verfahren sich für eine Detektion der Bewehrungsstäbe mit einer Betondeckungsmaßen von 20 - 70 mm bei Einhaltung der im DBV-Merkblatt geforderten Genauigkeit eignet. Die Bewehrungsstäbe bis in 150 mm Tiefe konnten schon drei Tage nach der Betonage mit dem Radargerät detektiert werden. Hier konnten im oberflächennahen Bereich die Bewehrungsstäbe mit Abweichung und im tieferen Bereich ohne nennenswerte Abweichung detektiert werden. Den Abschluss bildet eine Handlungsanweisung, die dem Anwender hilft, die Stärken beider Verfahren unter Berücksichtigung der Randbedingungen nutzen zu können.
Das deutsche Bundesfernstraßennetz umfasst knapp 40.000 Brückenbauwerke und deren regelmäßige Zustandsbewertung erfordert einen hohen Einsatz finanzieller und personeller Ressourcen. In festen Zeitintervallen erfolgt im Zuge der Bauwerksprüfung eine visuelle Inspektion jeder Brücke, die die Grundlage der Bewertung des Brückenzustands darstellt. Sowohl die Zustandserfassung als auch die -bewertung sind dabei jedoch personenabhängig und damit subjektiv. Bei Intelligenten Brücken kann durch die Verwendung von Sensoren und die kontinuierliche Überwachung die Zustandsbewertung verbessert und die Grundlage für ein prädiktives Erhaltungsmanagement gelegt werden. Um die Vorteile der Intelligenten Brücke umfänglich nutzbar zu machen, ist ein leistungsfähiges Datenmanagement erforderlich. Im Rahmen des Forschungsvorhabens „Konzepte für das Datenmanagement der Intelligenten Brücke“ wurde dazu ein Konzept für die digitale Infrastruktur der Intelligenten Brücke erarbeitet.
Im Forschungsvorhaben wurde zunächst der Status quo analysiert. Dabei wurde das aktuell übliche Vorgehen zur Bestimmung des Bauwerkszustands sowie das mögliche zukünftige Vorgehen bei Intelligenten Brücken thematisiert. Zudem wurden die relevanten beteiligten Akteure (Betreiber, Fachplaner und Bauwerksprüfer) identifiziert und ihre grundlegenden Anforderungen an die zu erfassenden Daten ermittelt. Für die Erarbeitung der Anforderungen der beteiligten Akteure an die digitale Infrastruktur wurden zwölf Interviews mit zentralen Akteuren aus den drei identifizierten Bereichen durchgeführt. Die Interviewpartner wurden zu den Aspekten Datenerfassung, Datenübertragung, Datenhaltung und Datenaufbereitung bis hin zu möglichen Visualisierungen befragt. Die Erkenntnisse der Interviews, die Informationen aus der Erhebung zum Status quo sowie die Erfahrungswerte der Projektbeteiligten dienten anschließend als Grundlage für die Formulierung der Anforderungen an die digitale Infrastruktur der Intelligenten Brücke.
Das erstellte (Mindest-) Anforderungsportfolio bezieht sich auf die ermittelten Ebenen des Datenmanagements (Datenerfassung, Datenübertragung, Datenhaltung, Datenaufbereitung, Datenauswertung und Lebenszyklusmanagement) und bildet den Rahmen für das Konzept zur digitalen Infrastruktur. Der Bereich der Datenerfassung beinhaltet die Erhebung, die Erschließung, die Digitalisierung sowie die Umformatierung unterschiedlichster Daten sowie Datenformate. Im Rahmen des Konzepts wurden die Zielstellung, zu berücksichtigende Datencluster, die Sensorausstattung und Messintervalle sowie die Bauwerke thematisiert. Die Datenübertragung wird definiert als die Übermittlung der erfassten Messwerte vom Sensor zur verarbeitenden Einheit sowie von der verarbeitenden Einheit zum Datenspeicher und kann prinzipiell drahtlos oder drahtgebunden erfolgen. Für die Übertragung der Daten vom Sensor zum Messrechner an der Brücke wird eine überwiegend drahtlose Übertragung vorgesehen, die anschließende Übertragung der Daten vom Messrechner zum Datenspeicher hingegen erfolgt drahtlos über den 5G-Mobilfunkstandard. Die Datenhaltung umfasst die Speicherung der gewonnenen Daten in strukturierter Form in einer Datenbank sowie die mit der Datenspeicherung in direktem Zusammenhang stehenden Prozesse. Das Konzept sieht eine cloudbasierte Lösung vor, die sowohl als Public oder Private Cloud realisiert werden kann. Die Datenaufbereitung und die Datenauswertung behandeln die Weiterverarbeitung sowie die Erhöhung der Qualität der erfassten Daten und sollten grundsätzlich automatisch erfolgen. Die letzte Ebene des Konzepts stellt das Lebenszyklusmanagement dar, wobei die Objektebene und die Netzebene unterschieden werden. Die Betrachtung auf Objektebene erfolgt auf Grundlage der erfassten sowie der aufbereiteten Daten individuell für jede Brücke. Die Betrachtung auf Netzebene hingegen sieht die Betrachtung von großflächigen Brücken-Clustern von einer übergeordneten Perspektive aus vor.
Für das entwickelte Konzept zur digitalen Infrastruktur wurden abschließend verschiedene Aspekte der Umsetzung behandelt. Dazu zählen notwendige Anpassungen der Prozesse im Betrieb, organisatorische Anpassungen, erforderliche personelle Qualifizierung, zu beschaffende Hard - und Softwareausstattung sowie eine exemplarische Abschätzung der Kosten. Die Intelligente Brücke liefert im Zusammenspiel mit einem adäquaten Datenmanagement durch die kontinuierliche Überwachung mit Sensoren umfangreiche Informationen zu den tatsächlich aufgetretenen Einwirkungen sowie den tatsächlich vorhandenen Widerständen einer Brücke. Hierdurch ergeben sich neue Möglichkeiten, wie etwa die Durchführung der Nachrechnung auf Grundlage der tatsächlichen Einwirkungen und Widerstände oder die kontinuierliche rechnerische Zustandsbewertung. Darüber hinaus können weitere zukunftsweisende Technologien, wie z. B. der Einsatz von Drohnen, Virtual Reality oder Augmented Reality, berücksichtigt werden.
Optimierung der Zusammensetzung Offenporiger Asphalte zur Verbesserung des Nutzungsverhaltens
(2023)
Das Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Verbesserung des Nutzungsverhaltens Offenporiger Asphalte durch eine gezielte Optimierung der Zusammensetzung. Dazu wurde systematisch der Einfluss der Mischgutzusammensetzung in Hinblick auf das Alterungsverhalten Offenporiger Asphaltdeckschichten untersucht. Die Mischgutzusammensetzung wurde anhand von Kornform, Kornanteilen der einzelnen Kornklassen sowie Mastixzusammensetzung variiert.
Die Bewertung der akustischen Eigenschaften der verschiedenen PA-Varianten wurde anhand des Strömungswiderstandes und des Schallabsorptionsgrades überprüft. Zudem wurden ausgewählte PA-Varianten bezüglich der zu erwartenden bautechnischen Dauerhaftigkeit überprüft.
40 Sieblinienvarianten wurden theoretisch aus den Lieferkörnungen abgeleitet und mittels computerbasierter Modellberechnung der zu erwartende Hohlraumgehalt der PA-Varianten ermittelt. Das Ergebnis der computerbasierten Modellberechnung zeigt, dass diese noch keine zielsichere Vorhersage des experimentell ermittelten Hohlraumgehaltes ermöglicht. Durch die Variation der Sieblinie konnten große Unterschiede der akustischen Eigenschaften der PA-Varianten nachgewiesen werden, wohingegen ein eindeutiger Einfluss auf den Kornverlust PL nicht festgestellt werden konnte.
Die Variation der Kornform hatte in dem hier geprüften Rahmen keinen eindeutigen Einfluss auf den Hohlraumgehalt und auf die akustischen Eigenschaften der PA-Varianten.
Die Variation der Mastixkomponente zeigte deutliche Einflüsse auf den Hohlraumgehalt, den Schallabsorptionsgrad und auf den Kornverlust PL.
Die Ergebnisse und die Differenzierbarkeit der Oberflächenverschleißprüfung vor und nach Alterung sollten kritisch hinterfragt werden.
Insgesamt konnten durch die Ergebnisse der Untersuchungen Optimierungspotentiale aufgezeigt werden. Durch gezielte Variation der Sieblinie und der Mastixzusammensetzung können die akustischen Eigenschaften und die Nutzungsdauer Offenporiger Asphalte verbessert werden.
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, anhand von Laborversuchen praxisgerechte Anforderungen an den Polierwiderstand von feinen Gesteinskörnungen auszuarbeiten.
Die Regelungen der TL Asphalt-StB 07/13 sehen beispielsweise die Übertragung des an der groben Gesteinskörnung ermittelten Polierwiderstandes auf die feine Gesteinskörnung vor, welches oftmals zu nicht zutreffenden Ergebnissen führt. Weiterhin dürfen nur Gesteinskörnungen eingesetzt werden, die der Kategorie PSVangegeben(42) entsprechen. Dies kann zum Ausschluss geeigneter Gesteinskörnungen führen.
Die umfassende Analyse der vollständigen Bandbreite der relevanten feinen Gesteinskörnungen hinsichtlich des Einflusses der Polierresistenz auf das Griffigkeitspotenzial von Asphaltmischgut steht im Fokus dieses Forschungsvorhabens. Darüber hinaus sind Aspekte wie Dauerhaftigkeit, Nachhaltigkeit, Ressourcenschonung und Verfügbarkeit von Rohstoffen von Bedeutung. Unter Berücksichtigung dieser Gesichtspunkte werden praxisgerechte Anforderung an den Polierwiderstand von feinen Gesteinskörnungen ausgearbeitet.
Die Sensibilität der Bevölkerung in Bezug auf Straßenlärm ist in den letzten Jahrzehnten zunehmend gestiegen. Die bisherige Standardbauweise von Betondecken ist Waschbeton, welche im Vergleich zum Referenzwert mit -2 dB(A) als lärmmindernd angesetzt wird. Offenporige Deckschichten können hingegen eine Pegelminderung von bis zu 5 dB(A) bewirken.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde zunächst die Prozesskette bei der Herstellung von Offenporigem Beton (OPB) herausgearbeitet, um zukünftig einen prozessoptimierten Einbau bei dieser Bauweise zu gewährleisten. Hierzu wurden in einer Literaturrecherche Informationen früherer Versuchsstrecken gesammelt und ausgewertet.
Parallel dazu wurde, auf Grundlage einer bestehenden OPB-Rezeptur, eine im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit, bei Einhaltung der Anforderungen an die Festbetoneigenschaften, optimierte Rezeptur erstellt.
Anhand der Ergebnisse aus der Recherche sowie der Rezepturoptimierung wurde eine Versuchstrecke auf einem Autobahnparkplatz in der Planung sowie der Ausführung begleitet. Bei der Herstellung der Versuchsstrecke wurden die Prozessparameter dokumentiert sowie die Frisch- und Festbetoneigenschaften bestimmt.
Im Anschluss an den Bau der Versuchsstrecke wurde die Umsetzbarkeit der im Vorfeld herausgearbeiteten Einzelprozesse analysiert und Anpassungen für zukünftige Baumaßnahmen mit OPB definiert. Zur weiteren Charakterisierung der Versuchstrecke wurden entstandene Risse lokalisiert und durch regelmäßige in-situ Messungen überwacht. Zur Untersuchung der Materialeigenschaften des OPB wurden Bohrkerne aus der Strecke entnommen.
Diese Daten bildeten die Eingangsdaten für eine Finite Elemente Simulation des Rissverhaltens in der OPB-Schicht. Dabei wurden die praxisrelevanten Beanspruchungen, wie Witterung und Verkehr als Beanspruchungen auf das System betrachtet.
Abschließend wurde ein allgemeines Monitoringkonzept für offenporige Betondecken erarbeitet. Dieses enthält die Ermittlung der für Fahrbahndecken üblichen Gebrauchseigenschaften sowie speziell für offenporige Systeme zu untersuchende Kennwerte. Zudem wurden Hinweise zur Anwendbarkeit standardisierter Verfahren gegeben.
