Eine wichtige Grundlage für eine systematische Straßenerhaltung ist die Kenntnis des Straßenzustands und seiner zeitlichen Entwicklung. Die Grundlage hierfür sind Zustandsdaten der Fahrbahnoberfläche aus den periodischen Kampagnen der Zustandserfassung und -bewertung ZEB. Der vorliegende Forschungsbericht thematisiert eine Weiterentwicklung von bestehenden Methoden zur Zustandserfassung und -bewertung kommunaler Straßen. Ziel war die Entwicklung einer für den kommunalen Bereich geeigneten Bewertungsmethodik, die in einem Pilotgebiet in Bochum erprobt wurde. Die Zustandserfassung erfolgte messtechnisch und visuell vor allem auf Hauptverkehrs- und Nebenstraßen oder visuell auch auf Nebenflächen, wobei visuell zwischen visuell-sensitiver Vor-Ort-Erfassung und bildbasierter Auswertung am Bildschirm unterschieden wird. Das Projekt überprüfte bestehende Zustandsindikatoren und erweiterte diese um die Dimensionen „Ausdehnung“ und „Ausprägung“ ausgehend von der Asphalt- auf die Pflasterbauweise, um eine differenziertere Bewertung zu ermöglichen. Die Analyse zeigte, dass bisherige Indikatoren wie Ebenheit und Substanzmerkmale (z. B. Risse) die Anforderungen verschiedener Verkehrsflächenarten nicht ausreichend abbilden. Ein Katalog relevanter Zustandsindikatoren wurde erstellt, wobei Ebenheit (Längs- und Querebenheit) und Substanzmerkmale als Hauptgruppen identifiziert wurden. Die Griffigkeit netzweit betrachtet spielt im kommunalen Bereich aufgrund niedriger Geschwindigkeiten eine geringere Rolle. Zur Qualitätssicherung werden standardisierte Verfahren und zertifizierte Messgeräte empfohlen. Die visuell-sensitive Zustandserfassung mit präziser Lokalisierung verbessert die Nachvollziehbarkeit der Ergebnisse deutlich. Für unterschiedliche Verkehrsflächenarten wurden spezifische Bewertungsindikatoren und Normierungsfunktionen entwickelt. Die Verknüpfung der Indikatoren (Wertesynthese) wurde angepasst, um eine konsistentere und realitätsnahe Bewertung zu ermöglichen. Im Pilotgebiet Bochum wurden drei Erfassungsmethoden – messtechnisch, visuell-bildbasiert und visuell-sensitiv – verglichen. Jede Methode weist spezifische Stärken auf: Messtechnische Verfahren sind besonders bei Ebenheitsdefiziten präzise, visuell-bildbasierte Verfahren eignen sich für Oberflächenschäden, visuell-sensitive Verfahren liefern kontextbezogene Einschätzungen. Die Vergleichbarkeit der Ergebnisse hängt maßgeblich von der räumlichen Zuordnung und der Schadenscodierung ab. Das Projekt empfiehlt, Zustandsindikatoren um „Ausdehnung“ und „Ausprägung“ zu erweitern und erstmals systematische Bewertungsansätze für Pflasterflächen zu etablieren. Für die Qualitätssicherung sollten Vergleichsverfahren für Messgeräte, verbindliche Anforderungen an das Erhebungspersonal sowie klare Codierungsregeln eingeführt werden. Die Länge der Auswerteabschnitte sollte auf mindestens 20 Meter erhöht werden. Alle drei Erfassungsverfahren sind grundsätzlich geeignet, sollten jedoch je nach Zielsetzung und Flächenart ausgewählt werden. Zukünftiger Forschungsbedarf besteht in der Entwicklung von Prognosemodellen für den baulichen Zustand, vorzugsweise auf Basis objektiver Indikatoren und unter Nutzung hybrider Ansätze wie Bayes’schen Modellen. Zusammenfassend liefert das Projekt wichtige Impulse für eine präzisere, objektivere und praxisnahe Zustandserfassung und -bewertung kommunaler Verkehrsflächen. Die entwickelten Methoden und Empfehlungen bilden im Rahmen des Erhaltungsmanagements eine solide Grundlage für eine systematische Erhaltungsplanung in Kommunen und die Ermittlung des kommunalen Erhaltungs- und Finanzbedarfs von Straßen.

Der voranschreitende Klimawandel, der insbesondere durch die Freisetzung von Treibhausgasemissionen bedingt ist, sowie die Verknappung von Rohstoffen aus Primärquellen und Energie aus fossilen Energieträgern erzwingen ein Umdenken in jeglichen Wirtschaftssektoren. Der Infrastruktur- und Tiefbau zeichnet sich, im Vergleich zu anderen Industriezweigen, durch einen besonders hohen Verbrauch der global verfügbaren Ressourcen aus. Im gesellschaftlichen Diskurs werden Einsparmaßnahmen zur Reduzierung der Umweltwirkungen aus der Straßeninfrastruktur primär in Bezug auf die verkehrsbedingten Treibhausgasemissionen thematisiert. Umweltwirkungen werden jedoch auch zur Bereitstellung der Infrastrukturen, während Bau- und Erhaltungsmaßnahmen bzw. während des Rückbaus, freigesetzt. Die ausreichend detaillierte Berücksichtigung von Umweltwirkungen ist aktuell mangels geeigneter Datengrundlagen und systematischer Datenhaltung kaum möglich. Folglich gilt es, die aktuelle Situation des mangelhaften Informationsstands zu den Umweltwirkungen entlang des Lebenszyklus eines Straßenoberbaus aufzubauen und zu systematisieren. Dabei sind sowohl jegliche Baumaterialien, als auch vor- und nachgelagerte Bauprozesse zu erfassen und ökologisch zu bilanzieren. Ziel des Forschungsprojekts ist es, die Grundlagen zur systematischen Erfassung der ökologischen Umweltwirkungen entlang des Lebenszyklus einer Straße zu entwickeln sowie Potentiale zur Einsparung von Ressourcen und zur Reduzierung von Umweltwirkungen zu qualifizieren und diese im Anschluss zu quantifizieren. Zur systematischen Analyse ökologischer Potentiale entlang des Lebenszyklus ist eine nachvollziehbare und verlässliche Datenhaltung sowie ein modulares Datenmanagement unerlässlich. Die Qualität einer Ökobilanz hängt sehr stark von zwei Datentypen ab. Zum einen sind die generischen Hintergrunddaten aus Ökoinventaren zu nennen. Zum anderen sind es technische Vordergrunddaten. Ersteres basiert in diesem Forschungsprojekt auf der Ökoinventardatenbank ecoinvent. In diesem Forschungsprojekt erfolgt eine Ökobilanzierung gemäß der Norm DIN EN ISO 14040:2006 bzw. DIN EN ISO 14044:2021. Zur Quantifizierung und transparenten Darstellung sowie Datenhaltung wurde eine excelbasierte Berechnungsgrundlage entwickelt. Der Untersuchungsgegenstand wurde vorab seitens der BASt auf einen exemplarischen Autobahnabschnitt (5km, Regelquerschnitt 31, Belastungsklasse 100, Oberbaustärke 85 cm) sowie auf die zu untersuchenden Asphalt- und Betonbauweisen eingegrenzt. Das Forschungsvorhaben fokussiert sich auf die Umweltwirkungen Treibhausemissionen, Energiebedarf und Ressourcenschonung. Die Untersuchung der Umweltwirkungen basiert dabei auf der Betrachtung eines vollständigen Lebenszyklus (Cradle-to-Grave) für verschiedene Asphalt- und Betonbauweisen. Der Cradle-to-Grave Ansatz bezieht den zeitlichen Aspekt mit ein, indem ein Betrachtungszeitraum bzw. eine (Referenz)-Nutzungsdauer je Schicht vorgesehen wird. Die Lebenszyklusbetrachtung umfasst einen Zeitraum von 50 Jahren. Die Quantifizierung von ökologischen Potentialen ist abhängig von Strukturierung und Aufbau der Lebenszyklusbetrachtung. Gemäß der Norm DIN EN 15643 ist unter einem Informationsmodul eine Bündelung von lebenszyklusrelevanten Daten, wie beispielsweise die Angaben zu den Energie- und Stoffströmen sowie zu den Umweltwirkungen zu verstehen. Die spezifische Anpassung und Definition der Informationsmodule an die Rahmenbedingungen einer Straße wurden in diesem Projekt aufgearbeitet. Zur Quantifizierung der Nachhaltigkeitspotentiale im Straßenbau wurden im Rahmen dieses Forschungsprojekts unterschiedliche Szenarien entwickelt. Jedes Szenario stellt unter der Veränderung eines Eingangsparameters die daraus resultierenden Umweltwirkungen im Vergleich zum Basisszenario dar. Ziel ist es, die Wirksamkeit der Veränderung eines Eingangsparameters auf das Gesamtergebnis der Umweltwirkungen im Allgemeinen und die Auswirkungen auf die konkret betroffenen Lebenszyklusphasen im Speziellen zu ermitteln. Unter Berücksichtigung der definierten Rahmenbedingungen scheinen die Nachhaltigkeitspotentiale für die Asphaltbauweise primär in den Bereichen der materialspezifischen Anpassung von Rezepturen, der Verlängerung von Nutzungsdauern, der Materialherstellung, der Zusammensetzung des Strommix und der Reduzierung von Transportdistanzen zu liegen. Bezogen auf die drei Umweltwirkungskategorien ist in unterschiedlicher Höhe ein Einsparpotential bezifferbar. Für die Betonbauweise liegen unter Berücksichtigung der Systemgrenzen die Nachhaltigkeitspotentiale in den Bereichen der materialspezifischen Anpassung von Rezepturen, der Verlängerung von Nutzungsdauern, der Zusammensetzung des Strommix und der Reduzierung von Transportdistanzen. Lediglich die höheren Recyclingquoten wirken sich bei der Betonbauweise kaum auf die Ökobilanzierung aus. Hier gilt es die Quantifizierung auf einer anderen Datenbasis zu überprüfen. In der Substitution von Energieträgern bei der Beschickung der Materialmischanlage wird der Betonbauweise auch kein wesentliches Potential beigemessen. Bezogen auf die drei Umweltkategorien ist in unterschiedlicher Höhe ein Einsparpotential bezifferbar.

Als Konsequenz der Festlegung eines neuen Grenzwerts für Asphaltdämpfe und Aerosole beim Einbau von Asphaltmischgut muss neben technischen Lösungen am Asphaltfertiger (Absaugreinrichtung) auch der Asphaltmischguteinbau temperaturabgesenkt erfolgen. Dabei muss sichergestellt werden, dass eine Temperaturabsenkung die mechanische und funktionale Qualität sowie das Gebrauchsverhalten und die Dauerhaftigkeit des hergestellten Asphaltmischguts nicht gefährdet. Mit diesem Forschungsprojekt wurde das Ziel verfolgt, für Zusätze und Technologien zur Herstellung von Temperaturabgesenkten Asphalten (TA-Asphalte) jeglicher Art, einen einheitlichen Nachweis der Temperaturabsenkung im Labor zu entwickeln. Dazu wurden Probekörper bei unterschiedlichen Temperaturen mit erhöhter Verdichtungsenergie hergestellt. Die dabei berechneten Raumdichten wurden funktional beschrieben (Verdichtungsfunktion), so dass für eine übliche Verdichtungsenergie die mögliche, abgesenkte Verdichtungstemperatur und/oder für eine gewünschte Temperatur die benötigte Verdichtungsenergie ermittelt werden konnte. Zum Nachweis dieses Vorgehens wurden die relevanten Technologien zur Herstellung von TA Asphalten bezogen auf ihre Wirkungsweise untersucht: Grenzflächenaktive Zusätze, Rheologie bzw. Reaktivmodifizierende Zusätze, Mineralische Zusätze (Zeolith), die Schaumbitumen-Technologie und teilweise die bereits bewährten Viskositätsverändernden Zusätze (VVZ). Zunächst wurde das Vorgehen an einem Asphaltmischgut für Asphaltdeckschichten der Sorte AC 11 D S mit 5 temperaturabsenkenden Zusätzen / Verfahren sowohl mit dem Marshall-Verdichtungsgerät, als auch mit dem Walzsektor-Verdichtungsgerät und dem Gyrator überprüft. Zusätzlich wurde der Verformungswiderstand mittels Druck-Schwellversuchen an den hergestellten Probekörpern bewertet. Während des Mischprozesses konnte anhand des Drehmoments im Labormischer nachgewiesen werden, dass TA-Asphalte geringere Mischarbeiten benötigen. Das Marshall-Verdichtungsgerät erwies sich als geeignetes Verdichtungsverfahren mit einer guten Spreizung bzgl. der Verdichtungstemperaturen, den geringsten Streumaßen und als technisch günstig und einfach in der Handhabung. Die damit temperaturabgesenkt hergestellten Probekörper waren bzgl. des Verformungswiderstandes unauffällig. Ein Ausschlusskriterium konnte für kein Verdichtungsgerät gefunden werden. Die Validierung des Vorgehens erfolgte an weiteren vier Asphaltmischgutsorten, welche in Fachkreisen teilweise als kritisch für die Temperaturabsenkung angesehen werden: SMA 8 S, AC 11 D S (mit 20 % Asphaltgranulat (AG)), SMA 16 B S (mit 30 % AG) und AC 32 T S (mit 60 % AG). Für jede Asphaltmischgutsorte wurden 3 Varianten hergestellt: Neben der Referenzvariante zwei temperaturabgesenkte Varianten, wobei als oberflächenaktive Zusätze jeweils Produkte unterschiedlicher Hersteller eingesetzt wurden. Die temperaturabsenkende Wirkung wurde mit allen Zusätzen / Verfahren und an allen Asphaltmischgutsorten nachgewiesen und funktional beschrieben. Es wurde festgestellt, dass die Kombination von Asphaltmischgutart/-sorte und TA-Technologie im Labor optimiert werden muss, so ist zum Beispiel eine Zugabe der Zusätze ohne Optimierung der Zugabemenge nur bedingt zielführend. Diese Optimierung war nicht Gegenstand dieses Projekts. Der Einsatz von Zeolith in Kombination mit Splittmastixasphalten war im Projekt problemlos möglich, zeigte jedoch keine Vorteile bzgl. der Temperaturabsenkung. Weiterhin wurde für das Asphaltmischgut für Asphalttragschichten der Sorte AC 32 T S die Wirkung der Temperaturabsenkung sowohl mit Zeolith, als auch mit dem grenzflächenaktiven Zusatz nachgewiesen. Aufgrund der hier eingesetzten Materialien trat der Effekt jedoch erst bei einer Temperaturreduzierung von >10 °C auf. Die Überprüfung der Streumaße für die Raumdichten der Marshall-Probekörper zeigte, dass keine übermäßigen Streuungen aufgrund der Zusätze / Verfahren auftraten. Auch erwiesen sich die temperaturabsenkenden Zusätze / Verfahren als unproblematisch bzgl. des Verformungswiderstands. Insgesamt kann mit dem hier vorgestellten und überprüften einheitlichen Vorgehen zur Herstellung von Probekörpern im Labor für unterschiedlichste TA-Technologien ihr Potential beschrieben werden, ohne signifikante negative Auswirkungen bzgl. der Performance oder der Reproduzierbarkeit erwarten zu müssen.

Die Belastung, die durch den Schwerverkehr in den Straßenoberbau eingebracht wird, ist ein entscheidender Faktor für die Beanspruchung der Straße und somit ebenfalls für eine zielgerichtete Dimensionierung des Oberbaus. Das Achslastkollektiv des Schwerverkehrs spielt hierfür eine zentrale Rolle. Die Messung der Achslasten sind jedoch mit großem Aufwand verbunden und liegen zumeist nur für das Autobahnnetz vor. Für das nachgeordnete Netz können aktuell nur Faktoren herangezogen werden, die eine rechnerische Anpassung ermöglichen. Das Ziel des Projekts war es für das kommunale Streckennetz Erhebungen zur Ermittlung des Achslastkollektivs durchzuführen. Hierfür wurde mittels temporär installierter Bridge-WIM Systeme deutschlandweit an 15 verschiedenen Standorten für den Zeitraum von jeweils einer Woche das Achslastkollektiv ermittelt. Die Messung fand mittels Sensoren statt, die unterhalb der Straße installiert wurden. Um dies zu realisieren wurden Brückenbauwerke benötigt. Die passende Standortauswahl stellte hierbei eine Herausforderung dar, da zahlreiche Bedingungen eingehalten werden mussten. Von zentraler Bedeutung war es, dass der Verkehr über das Brückenbauwerk frei abfließen konnte und nicht mit maßgeblichen Geschwindigkeitsveränderungen (insb. Bremsvorgängen) auf der Brücke zu rechnen war. Gleichzeitig musste aus verkehrlicher Sicht das Brückenbauwerk uneingeschränkt für den Schwerverkehr freigegeben sein. Es hat sich herausgestellt, dass besonders im innerstädtischen Bereich die Anforderungen häufig nicht erfüllt werden konnten, da bei Nichterfüllung eines Kriteriums eine Brücke zumeist keinen geeigneten Kandidaten dargestellt hat. Es konnten nur zwei Standorte im innerstädtischen Bereich erhoben werden. Die weiteren Messstandorte lagen außerorts mit unterschiedlichen Verbindungsfunktionen zum kommunalen Netz. Neben der Installation des Bridge-WIM Systems fanden an ausgewählten Standorten zusätzliche Erhebungen mit Seitenradargeräten und einer Kamera statt. Insgesamt hat es sich gezeigt, dass durch das System das Achslastkollektiv im nachgeordneten Netz erhoben werden kann. Hierbei sind jedoch die Restriktionen des Systems zu beachten. Dies hat zu deutlichen Einschränkungen bei der Standortauswahl geführt, so dass vom klassischen Verständnis des kommunalen Straßennetzes auf das nachgeordnete Netz (teilweise) ausgewichen werden musste. Das Achslastkollektiv konnte für die unterschiedlichen Fahrzeugtypen nach TLS 2012 bestimmt werden. Es hat sich gezeigt, dass diese hohe Auflösung der Fahrzeugtypen notwendig ist, da innerhalb der Fahrzeugklassen große Abweichungen vorhanden sind. Es fand ein Abgleich mit vorhandenen Achslastkollektiven statt. Zentral fanden hier die Ergebnisse des AP EDS-1 Anwendung. Es hat sich herausgestellt, dass auch durch die temporären Messungen ohne Eingriff auf der Fahrbahn das Achslastkollektiv erhoben werden kann und nun detaillierte Informationen über das Achslastkollektiv im nachgeordneten Netz zur Verfügung stehen, die für die Dimensionierung des Oberbaus herangezogen werden können. Es ist jedoch zu sagen, dass das kommunale Netz nicht wie beabsichtigt abgebildet werden konnte. Von zentraler Bedeutung ist jedoch die Zusammensetzung des Schwerverkehrs. Daher bietet es sich an, an einem möglichen Standort die Verkehrszusammensetzung vorab zu erheben. Dies sollte aktuell mit Kameratechnik geschehen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch Seitenradargeräte grundsätzlich in der Lage sind die genauen Silhouetten der Fahrzeugtypen zu erfassen. Durch die gezielte Zusammenarbeit mit den Herstellern können diese noch weiter optimiert werden. Bei bekannter Verkehrszusammensetzung kann durch die Überlagerung mit dem bestimmten Achslastkollektiv eine Verfeinerung der Bemessung des Oberbaues im Vergleich zu dem bestehenden Regelwerk erzielt werden. Es bietet sich daher an, die bestehenden Regelwerke um die gesammelten Informationen zu ergänzen, um eine weitere Handlungsoption zu zeigen. Aufgrund der sehr aufwendigen Erhebungen konnten insgesamt 15 Standorte für alle Straßenkategorien bzw. Verbindungsfunktionen ermittelt werden. So konnten für den nahräumigen Bereich lediglich drei Messungen durchgeführt werden. Um diese Informationen noch weiter zu quantifizieren, bietet sich die Durchführung weiterer Messungen an.

Im Rahmen der ZEB auf Bundesfernstraßen werden zur Ermittlung der Substanzmerkmale (Oberfläche) die digitalen Oberflächenbilder derzeit an Bildschirmarbeitsplätzen visuell beurteilt und manuell ausgewertet. Den Auswertungen liegen die in den ZTV ZEB-StB enthaltenen Auswerteregeln zugrunde. Technische Prüfvorschriften zur Regelung technischer Spezifikationen bezüglich der Messsysteme und der Auswerteplätze stehen inzwischen ebenfalls zur Verfügung. Ziel des Forschungsprojektes war, durch die Ermittlung von Vergleichs- und Wiederholstreubereichen die Einflüsse auf das Auswerteergebnis zu untersuchen und die vorhandenen Toleranzvorgaben für die vorgeschriebenen Prüfungen zu bestätigen oder bei Bedarf neue Grenzwerte dafür zu vorzuschlagen. Das Projekt bestand in einer umfänglichen Analyse der derzeitigen Vorgehensweise bei der Erfassung und Bewertung der Substanzmerkmale (Oberfläche) im Teilprojekt 3 der ZEB sowie einer tiefgreifenden statistischen Analyse hinsichtlich der Wiederhol- und Vergleichbarkeit unter verschiedenen Rahmenbedingungen. Zunächst wurden Messfahrten auf einem nach bestimmten Kriterien ausgewählten Streckenkollektiv und nach bestimmten (Mess-)Szenarien durchgeführt. Das Bildmaterial wurde nach dem geltenden Regelwerk in verschiedenen (Auswerte-)Szenarien ausgewertet. Zusätzlich zur manuellen Inspektion der Oberflächenbilder wurden die Daten auf Strecken in Asphaltbauweise (BAB) mit Hilfe künstlicher Intelligenz ausgewertet. Abschließend erfolgten die statistischen Auswertungen hinsichtlich Wiederhol- und Vergleichbarkeit und es ergingen Vorschläge für die Neufestlegung der entsprechenden Grenzwerte. Die Literaturrecherche zum Stand der Technik bei der Zustandsdatenerfassung auf nationaler und internationaler Ebene ergab keine grundlegend neuen Erkenntnisse. Hervorzuheben ist, dass eine Zertifizierung der Messsysteme durch eine offizielle Stelle und explizit definierte Anforderungen an die Qualität der Erfassungstechnologie und der Erfassungsergebnisse international nicht erfolgt. Die im Teilprojekt 3 gewonnenen Ergebnisse werden von vielen verschiedenen Faktoren beeinflusst, im Wesentlichen aber durch den Faktor Mensch (Wissenstand, Erfahrung, Tagesleistungskurve u.a.). Auch zwischen Auswertern mit großem Erfahrungshintergrund (Referenzauswerter, Qualitätssicherer) weichen die Ergebnisse in Einzelfällen deutlich voneinander ab, was große Auswirkungen auf die Wiederholbarkeit haben kann. Die weiteren Einflüsse, wie das eingesetzte Messsystem, verschiedene Umgebungsbedingungen (Witterung) und die Qualität der Oberflächenbilder, ordnen sich diesem Haupteinfluss unter. Dies konnte auf Basis eines statistischen Modells mathematisch nachgewiesen werden. Für die statistischen Berechnungen wurden für jede Zustandsgröße Referenzwerte generiert, d.h. möglichst nahe an der Wahrheit liegende Werte für jeden einzelnen Auswerteabschnitt. Die Erwartung aufgrund der langjährigen Erfahrungen war, dass die durchgeführten Auswertungen nur geringe Streuungen aufweisen, was sich nur teilweise bestätigt hat. Zur Ableitung der zu erwartenden Toleranzen bei den Zustandswerten und zur Festlegung von Grenzwerten wurden anhand der ZEB-Auswerteergebnisse Prüfungen auf 2-km-Teilabschnitten simuliert und deren Ergebnisse klassifiziert und bewertet. Daraus wurden für Strecken in Asphalt- und Betonbauweise praxisnahe Toleranzen abgeleitet und modifizierte Grenzwerte vorgeschlagen. Diese liegen höher als die bisher nach ZTV ZEB-StB geltenden Werte. Seitens des Forschungsnehmers wurde die Empfehlung unterbreitet, abhängig von der Prüfungsart (Zulassungsprüfung, Kontrollprüfung) die bisherigen Grenzwerte nach oben anzupassen. Aufgrund der im Forschungsprojekt gewonnenen Erkenntnisse über die Einflussfaktoren im Teilprojekt 3 sollte auch der Einsatz von künstlicher Intelligenz zur Schadenserkennung auf Oberflächen- und Frontbildern auf Basis von Deep-Learning durch weitere intensive Forschung und Entwicklung vorangetrieben und zur Praxisreife gebracht werden.