Der dauerhafte Verbund einzelner Asphaltschichten ist eine wesentliche Voraussetzung für eine lange Nutzungsdauer von Verkehrsflächenbefestigungen aus Asphalt. Zur Herstellung eines ausreichenden Verbundes ist die Verwendung von Ansprühmittel notwendig. Das technische Regelwerk enthält hierfür entsprechende Empfehlungen zur Dosierung der Ansprühmittel je nach Art und Beschaffenheit der Unterlage. Die Festlegungen dazu basieren weitestgehend auf empirischen Erkenntnissen und auf Laboruntersuchungen, die in der Praxis nicht evaluiert worden sind. In der Baupraxis wurde inzwischen festgestellt, dass in einigen Fällen die Anforderungen an den Schichtenverbund trotz Verwendung von ausreichendem Ansprühmittel nicht erreicht werden. Hier sind die Kenntnisse über die Wechselwirkung zwischen dem Ansprühmittel nach Art und Menge einerseits und der Beschaffenheit der Unterlage (gefräst oder nicht gefräst), deren Temperatur, der Art der einzubauenden Schicht und des Wetters andererseits unzureichend. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist eine systematische Untersuchung des Einflusses der Applikation von Ansprühmittel auf die Güte des Schichtenverbundes der so zu verbindenden Asphaltschichten. Dabei soll neben der Art auch die Dicke des Ansprühmittels variiert werden und sowie die Art der Oberflächenvorbereitung. Basierend auf diesen Untersuchungen und den daraus gewonnenen Erkenntnissen sollen allgemeingültige Empfehlungen formuliert werden, die den Einsatz von Ansprühmittel und dessen Einfluss auf den Schichtenverbund charakterisieren. In einem ersten Schritt werden mithilfe einer nationalen und internationalen Literaturstudie die Grundlagen der verschiedenen Bereiche von Ansprühmittel und Schichtenverbund im Straßenbau erläutern. Durch die Darstellung bisheriger Erkenntnisse und Versuche des Einflusses von Ansprühmittel auf den Schichtenverbund wird festgestellt, welche Anforderungen an die Verwendung von Ansprühmittel im Straßenbau bestehen. Neben den Erkenntnissen zum Einfluss des Ansprühmittels wird aufgezeigt, welchen Einfluss der Schichtenverbund auf die Lebensdauer einer Asphaltbefestigung besitzt. Für die Analyse der Anwendung von Ansprühmitteln wurde diese zum einen in einem Laborversuch und zum anderen in Baumaßnahmen in situ untersucht. Für die Laborsimulation wurde von dem Projektpartner (Firma Esha Straße GmbH) eine Ansprühanlage hergestellt, wodurch Probekörper realitätsnah mit dem Ansprühmittel appliziert werden konnten. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass bei einer sorgfältigen Anwendung des Ansprühmittels der Schichtenverbund sehr gut ist. Gleiches haben die Ergebnisse aus den Baumaßnahmen gezeigt. Hierbei konnte außerdem beobachtet werden, dass bei einer falschen Anwendung oder dem Einfluss von Schmutz oder Wasser der Schichtenverbund beschädigt wird. Aus diesem Grund empfiehlt es sich die Unterlage ausreichend zu reinigen und den Einbau nur bei trockenen Bedingungen durchzuführen. Anhand der Erkenntnisse wurden für die verschiedenen Varianten Ansprühmengen empfohlen.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden Grundlagen für ein Dimensionierungsverfahren zur Prognose der Nutzungsdauer von ungebundenen Pflasterbefestigungen geschaffen. Hierfür wurden sowohl umfangreiche Laborversuche zur Untersuchung des elastischen und plastischen Verformungsverhaltes von ungebundenen granularen Baustoffgemischen als auch umfangreiche Sensitivitätsuntersuchungen unter Anwendung der Finiten Elemente Methode sowie großmaßstäbliche Versuche an Pflasterbefestigungen durchgeführt. Die zur Berechnung von dimensionierungsrelevanten Beanspruchungszuständen erforderlichen Modellparameter wurden anhand von Ergebnissen aus Triaxialversuchen zu ermittelt. In Ergänzung zu den Triaxialversuchen wurde untersucht, ob die Beschreibung des elastischen und des plastischen Materialverhaltens mit dem zyklischen Ödometer- und dem CBR-Versuche möglich ist. Zur Kalibrierung und Bewertung des Berechnungsverfahrens wurden großmaßstäbliche Versuche im Otto-Mohr-Laboratorium der TU Dresden durchgeführt. Dafür wurden zwei Versuchsflächen mit unterschiedlichen Betonpflastersteinen hergestellt Zur Bewertung des Einflusses der versuchstechnisch untersuchten Materialien auf das Gesamtverhalten unterschiedlicher Pflasterbefestigungen wurden mittels der Finiten Elemente Software COMSOL Multiphysics umfangreiche Berechnungen durchgeführt. Neben einem nichtlinear elastischen Stoffmodell wurde außerdem eine Verfahrensweise zur Berechnung bzw. Prognose plastischer Verformungen implementiert. Es ist festzuhalten, dass die Berechnung dimensionierungsrelevanter Größen für die rechnerische Prognose der Nutzungsdauer von Pflasterbefestigungen mittels der Finiten Elemente Methode und unter Anwendung dreidimensionaler Berechnungsmodelle mit implementierten nichtlinear elastischen Stoffmodellen als praxistauglich hinsichtlich des erforderlichen Berechnungsaufwandes zu werten ist.

Ziel des Forschungsvorhabens war die Untersuchung der Querverteilung der Fahrzeuge des Schwerverkehrs im Fahrstreifen hinsichtlich ihrer Auswirkung auf die Dimensionierung und Bewer-tung der strukturellen Substanz des Straßenoberbaus. Zur Erhebung der Querverteilung wurden an 13 verschiedenen Straßenabschnitten Messungen durchgeführt. Die Abschnittsauswahl erfolgte un-ter der Annahme, dass die Querverteilung der Fahrzeuge insbesondere von der Fahrstreifenbreite abhängig ist und durch den Grad der Ausprägung vorhandener Spurrinnen beeinflusst wird. Bei Be-tonbefestigungen ist der Einfluss von Spurrinnen nicht relevant. In Vorbereitung der Messungen wurden 17 verschiedene Messsysteme analysiert und auf ihre Eignung hin untersucht. Im Ergebnis kam ein Laserscannersystem zum Einsatz, das um eine Brennstoffzelle zur Stromversorgung erwei-tert wurde. Zur Validierung der Messergebnisse diente ein mobiles Kamerasystem. Die Kombination der eingesetzten Messsysteme hat sich in der praktischen Anwendung bewährt und kann für zukünf-tige Messkampagnen empfohlen werden. In Anlehnung an Tabelle A 1.4 der RStO wurden den Messstandorten Klassifizierungen in 5 verschiedene Fahrstreifenbreiten sowie 3 verschiedene Spur-rinnentiefen zugrunde gelegt. Es ergaben sich demnach 11 Messstandorte in Asphaltbauweise so-wie 2 Messstandorte in Betonbauweise. Auf der Grundlage der analysierten Daten lässt sich der in Tabelle A 1.4 der RStO postulierte Zusammenhang zwischen Fahrstreifenbreite und Querverteilung im Fahrstreifen nicht bestätigen. Die Untersuchungen ergaben für alle Fahrstreifenbreiten von Fahr-bahnen mit Mittelmarkierung nahezu die gleichen Querverteilungen der Fahrzeuge des Schwerver-kehrs. Signifikant abweichend stellte sich lediglich die Querverteilung in Fahrstreifen von Fahrbah-nen ohne Mittelmarkierung dar. Hier wurde eine erkennbar größere Spannweite der Verteilung ge-messen. Ein Zusammenhang zwischen Spurrinnentiefe und Querverteilung des Schwerverkehrs im Fahrstreifen konnte auf Basis der vorliegenden Erkenntnisse ebenfalls nicht nachgewiesen werden. Im Ergebnis von Hypothesentests wurde festgestellt, dass die gemessenen Querverteilungen am häufigsten mit der Normal- oder der Laplace-Verteilung beschrieben werden können. Zur Berück-sichtigung der Querverteilungen im Rahmen von Dimensionierungs- und Bewertungsaufgaben für Asphalt- und Betonbefestigungen wurden zwei Ansätze verfolgt: • Berücksichtigung der gemessenen Querverteilung (Messwerte), • Modellierung einer gemessenen Querverteilung mittels mathematischem Ansatz und Berück-sichtigung von Modellwerten. Die hieraus entwickelten Verfahren ermöglichen nun auch eine Berücksichtigung von Querverteilun-gen im Rahmen der rechnerischen Dimensionierung und Bewertung von Asphaltbefestigungen. Be-sonderheiten und Eigenarten der qualitativen Verläufe der für verschiedene Fahrbahnquerschnitte berechneten Ermüdungsstatus und Nutzungsdauern bzw. Ausfallwahrscheinlichkeiten lassen sich durch den charakteristischen Verlauf der jeweils verwendeten Fahrzeugquerverteilung erklären bzw. stehen in Korrelation zu dieser. Das Ziel einer Aktualisierung der Werte nach Tabelle A 1.4 der RStO ließ sich auf Grundlage der vorliegenden Ergebnisse nicht realisieren. Es zeigte sich, dass das Ver-fahren zur Berücksichtigung der Querverteilung von Fahrzeugen des Schwerverkehrs für die Ermitt-lung der Beanspruchung des Straßenoberbaus grundlegend überarbeitungswürdig ist. Referenzebe-ne sollte das spurtreue Fahren sein, wohingegen eine Querverteilung der Belastungseinwirkung mit-tels reduzierter Faktoren oder Vergleichsgrößen berücksichtigt werden sollte. Die durchgeführte Messkampagne bildete zwar ein relativ breites Spektrum der drei berücksichtigten Einflussgrößen Bauweise, Fahrstreifenbreite und Spurrinnentiefe ab, die Ergebnisse beruhen jedoch auf einer ver-gleichsweise geringen statistischen Basis. Gründe hierfür sind die zeitliche Begrenzung der Mes-sungen auf eine Woche sowie der Umstand, dass jeweils nur ein Messintervall für jede Untersu-chungskategorie durchgeführt werden konnte. Zur umfassenden Beurteilung und Quantifizierung der Einflussgröße Querverteilung der Fahrzeuge des Schwerverkehrs im Fahrstreifen auf die Dimensio-nierung und Substanzbewertung des Oberbaus sind weitere Untersuchungen notwendig, die eine größere zeitliche Spanne oder mehrere Messintervalle, Messstandorte zusätzlicher Untersuchungs-kategorien mit weiteren Einflussfaktoren sowie mehrere Messstandorte gleicher Untersuchungskate-gorien umfassen sollten. Darüber hinaus ist insbesondere das Verfahren zur Berücksichtigung der Querverteilung der Fahrzeuge des Schwerverkehrs im Fahrstreifen für die Bestimmung der dimensi-onierungsrelevanten Beanspruchung nach den RStO zu überarbeiten. Deutliche Vorteile sehen die Autoren jedoch in der Anwendung der rechnerischen Verfahren nach den RDO und RSO, bei denen die objektspezifischen Randbedingungen auch hinsichtlich der Querverteilung von Fahrzeugen im Fahrstreifen signifikant besser abgebildet werden können.

Die 17 Ziele zu einer globalen nachhaltigen Entwicklung (Sustainable Development Goals, SDGs) haben sich in der Gesellschaft sowie in den politischen Zielen vieler Nationen bereits etabliert. Im Hochbau wurden bereits Zertifizierungssysteme entwickelt, die großflächig angewendet werden, um das Erreichen dieser Ziele zu unterstützen. Auch im Bereich der (Verkehrs-) Infrastruktur wurden solche Systeme entwickelt, doch beziehen sich diese nicht konkret auf den Straßenbau. In diesem Bereich liegt die Schwierigkeit darin, ein System zu entwickeln, das als Hilfsmittel zur Entscheidungsfindung auf dem Weg einer Nachhaltigkeitsoptimierung über den gesamten Lebenszyklus genutzt werden kann, wobei der Lebenszyklus maßgeblich von der gewählten Bauweise und der zu erwartenden Verkehrsbelastung bestimmt wird. In dem Forschungsprojekt FE 04.0335/2021/ARB „Literaturstudie zur Nachhaltigkeit im Straßenbau“ wird die vorhandene Nachhaltigkeitsbewertung gemäß BASt-Bericht, Heft S 97 mit Hilfe der identifizierten relevanten nationalen und internationalen Erkenntnisse optimiert und weiterentwickelt. Dafür wurde nationale und internationale Literatur gesichtet und analysiert. Des Weiteren sind Erfahrungen aus bereits existierenden Bewertungs- und Zertifizierungssystemen integriert und Interviews mit Experten aus dem europäischen Ausland geführt worden. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Nachhaltigkeitsaspekte bei der Ausschreibung und Vergabe von Straßenbauprojekten gelegt und Haupteigenschaften sowie wesentliche Funktionen eines digitalen Bewertungstools für diese Phasen formuliert und die Methodik für die Bereitstellung der notwendigen Daten konzipiert. Das Ziel der Weiterentwicklung des Bewertungsansatzes aus dem BASt-Bericht, Heft 97 ist eine möglichst frühzeitige Anwendung einer ersten Bewertungstoolversion im Straßenbau. Diese Version soll leicht handhabbar und für alle Straßenbaumaßnahmen, besonders auch für bauliche Erhaltungsmaßnahmen, nutzbar sein. Das digitale Bewertungstool kann auf der einen Seite dem Auftraggeber helfen, Optimierungspotenziale im Bereich der Nachhaltigkeit zu identifizieren und fundierte Entscheidungen bei der Wahl eines Unternehmens zu fällen. Auf der anderen Seite können die Bewerber das Tool nutzen, um die nachhaltigste Planungsalternative zu bestimmen. Das in diesem Bericht vorgeschlagene Bewertungssystem unterteilt sich in die Themenfelder „Ökologie“, „Ökonomie“, „Soziales“ und „Prozesse“, denen verschiedene Kriterien zugeordnet werden. Für jedes dieser Kriterien werden eigene Indikatoren definiert. Eine monetäre Bewertung ist nicht angestrebt, da die Normierungsfunktionen über Punkteskalen und die Gewichtung über prozentuale Verteilungen transparenter sind. Für die schrittweise Einführung (sowohl Anzahl der Projekte als auch Lebenszyklusphasen) und Erprobung der Nachhaltigkeitsbewertung in der Praxis müssen dann im weiteren Verlauf Verbindlichkeiten auf Seiten der Straßenbaulastträger und Bauindustrie festgelegt werden. Außerdem muss auf eine enge Kooperation mit den Stakeholdern geachtet und vergaberechtliche Möglichkeiten geprüft und ggf. erforderliche Anpassungen im Vergaberecht durchgeführt werden. Auch die Entwicklung eines Datenmanagementsystems unter Berücksichtigung vorhandener Datenbanken und –strukturen ist ein wichtiger weiterer Schritt. Da die Integration der Nachhaltigkeitsbewertung im Straßenbausektor nur iterativ verlaufen kann wird eine ständige Anpassung der Ziele, Methoden und des Rechtsrahmens notwendig sein.

Organogene Böden oder Böden mit organischen Beimengungen sind im straßenbautechnischen Regelwerk (TL BuB E-StB 20) als Erdbaustoff nicht vorgesehen Fallen sie allerdings als Aushubmaterial lokal innerhalb einer Baumaßnahme an und wurden die Eignung und die Einbaubedingungen gesondert untersucht und bestätigt, können nach ZTV E-StB 17 im Einvernehmen mit dem Auftraggeber Böden der Bodengruppen OU und OT in Schutzwällen oder Dämmen im Straßenunterbau eingesetzt werden Voraussetzung ist dabei stets, dass die Eignung nachgewiesen wurde In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass Böden der Bodengruppen OH und OK in den ZTV E-StB 17 nicht erwähnt sind, diese aus fachlicher Sicht aber in derselben Weise wie die Böden OU und OT behandelt werden können Gerade die geforderten Eignungsnachweise stellen die Baupraxis allerdings vor erhebliche Herausforderungen, da einerseits nur wenige bautechnische Erfahrungen mit diesen speziellen Böden vorliegen und andererseits die relevanten Regelwerke zur Untersuchung dieser Böden für bautechnische Zwecke nicht auf deren besondere Eigenschaften abgestimmt sind Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens war daher, die bestehenden Vorgaben der Regelwerke für die Anwendung auf organogene Böden zu überprüfen und Hinweise zur Durchführung von Eignungsuntersuchungen an Böden mit organischen Beimengungen bzw. organogenen Böden zu geben. Zur Überprüfung der Anwendbarkeit der für eine erdbautechnische Beurteilung erforderlichen bodenmechanischen Untersuchungen an Böden mit organischen Beimengungen wurden zum einen Versuche zur Klassifizierung (Wassergehalt, Glühverlust, Korngrößenverteilung, Plastizitätsgrenzen, Korndichte) und zum anderen Untersuchungen zur Verdichtbarkeit, zum Scherverhalten, zum Last-Verformungs-Verhalten und zur Wasserdurchlässigkeit durchgeführt Für die klassifizierenden Untersuchungen wurden sechs Versuchsböden herangezogen, wobei es sich um vier feinkörnige Böden (Bodengruppe OT nach DIN 18196:2011-05) und zwei gemischtkörnige Böden (Bodengruppe OH nach DIN 18196:2011-05) handelte. Der organische Anteil der sechs Böden (Glühverlust) betrug zwischen ca. 16 % und 30 % Die weitergehenden bodenmechanischen Untersuchungen wurden an drei Böden, einem feinkörnigen Boden und zwei gemischtkörnigen Böden, durchgeführt Anhand der durchgeführten experimentellen Untersuchungen wurden Besonderheiten bei der Versuchsdurchführung an Böden mit organischen Beimengungen herausgearbeitet und Empfehlungen für Eignungsuntersuchungen gegeben.