Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik
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157
Die Abschirmung von Wohngebieten an Straßen ist eine der Möglichkeiten, eine übermäßige Lärmbelästigung der Anwohner durch den Straßenverkehr zu vermeiden. Die Erkenntnisse über die erforderlichen Einrichtungen zum Schutz gegen übermäßigen Verkehrslärm, zum Beispiel Erdwälle, Einschnittsböschungen, Lärmschutzwände oder ähnliches, sind weiter vertieft worden, um die Gegebenheiten an Straßen in entspechendem Maße zu berücksichtigen. Durch Untersuchungen an einer Versuchsanlage - wobei die Verhältnisse an Straßen weitgehend nachgebildet wurden - sind die Grunddaten für die Voraus-Berechnungen ermittelt worden. Die Ergebnisse sind in zahlreichen Diagrammen dargestellt; die verschiedenen Einflussparameter werden eingehend diskutiert. Im Anhang befindet sich eine Zusammenstellung von Arbeitsdiagrammen zur Optimierung von Abschirmeinrichtungen an Straßen. Die Arbeit ist ein wichtiger Beitrag zur Lösung der Probleme, die durch die zunehmende Umweltbelästigung auftreten und stellt für die Planung wichtige Arbeitsunterlagen bereit, die eine optimale Dimensionierung von Schutzeinrichtungen ermöglichen.
223
Die Anwendbarkeit von Regressionsrechnungen zur Erfassung der Abhängigkeitsbeziehungen zwischen Kenngrößen des Unfallgeschehens und der Verkehrsmenge wurde theoretisch untersucht und empirisch überprüft. Die Ergebnisse betreffen die Transformierbarkeit sowie die Zulässigkeit bestimmter Regressionsrechnungen ohne Gewichtung der Beobachtungsvektoren. Für das Netz der Bundesautobahnen (BAB) wurde mit dem Datenmaterial eines Jahres für fast alle Abschnitte und nach Fahrtrichtungen getrennt eine Ermittlung der Unfallraten der Unfälle mit Personenschaden (URP), vorgenommen. Diesen wurden unter Berücksichtigung einer Reihe von baulichen verkehrlichen Einflussgrößen nach dem Verfahren der multiplen linearen Regression errechnete Erwartungswerte der Unfallraten URP gegenübergestellt. Auf der Grundlage der entsprechenden theoretischen Konzeption wurde hieraus eine Karte der Unfallhäufungen auf BAB erstellt, in der Unfallschwerpunkte ausgewiesen werden. Mit dem Datenmaterial konnte neben einer Untersuchung der Auswirkungen des DTV und verschiedener baulicher Einflussgrößen überprüft werden, welche Auswirkungen ein unterschiedlicher Anteil der Güterverkehr am Gesamtverkehr auf die Höhe der Unfallrate hat. Es ergab sich nur ein geringer Einfluss des Güterverkehrsanteils auf die Unfallrate. Weiter wurde festgestellt, dass es eine Reihe baulicher Bedingungen gibt, welche die Unfallrate der Unfälle mit Personenschaden (URP) deutlich beeinflussen. So konnte unter anderem herausgestellt werden, dass Autobahnen mit 2-streifigen Richtungsfahrbahnen bei Vorhandensein eines Standstreifens eine i.M. wesentlich geringere Unfallrate aufwiesen als bei fehlendem Standstreifen. Mit dem Vorhandensein von Reparaturbaustellen sowie mit zunehmender mittlerer Neigung der Strecke steigt ebenfalls i.M. der Wert von URP. Treffen mehrere der genannten Umstände zusammen, so führt dies zu einem Kumulierungseffekt, ebenso tritt bei Vorliegen ungünstiger baulicher Bedingungen mit wachsendem durchschnittlichen täglichen Verkehr (DTV) i.M. eine deutliche Zunahme von URP auf.
248
Die Forschungsarbeit gliederte sich in zwei Teile. In den Jahren 1973 und 1974 wurde zur Verbesserung der Anfangsgriffigkeit von Asphaltbeton auf 7 Versuchsstrecken das Abstreuen der heißen Deckschicht mit Brechsand oder feinem Splitt während der Herstellung erprobt. Als wesentlich erwies sich, dass die Streudichte gering gehalten wird (0,6 -1,0 kg/m2 bei Abstreumaterialien mit einem Größtkorn bis 5 mm) und daß das Material auf die in der obersten Zone noch mindestens 80-°C heiße Deckschicht hinter dem Fertiger oder nach dem ersten Walzgang gleichmäßig aufgebracht und sogleich angewalzt wird. Zum bevorzugten maschinellen Abstreuen haben sich verschiedene Streugeräte bewährt; möglich ist aber auch die Abstreuung von Hand mit Schaufeln. Die Kosten für Abstreumaterial, Geräte und Lohn sind, gemessen an den Gesamtkosten einer Deckschicht, gering. Die Griffigkeitswerte in den abgestreuten Feldern lagen im Neuzustand immer wesentlich höher als in den Vergleichsfeldern ohne Abstreuung. Über Wochen und Monate blieb die Griffigkeit der abgestreuten Felder besser als die der Vergleichsfelder. Nachteilige Wirkungen des Abstreuens, wie Verschlechterung der Anfangsebenheit oder ungleichmäßiges Aussehen der Oberfläche, sowie ein Einfluß auf das Gebrauchsverhalten der Deckschichten (Verschleiß, Verformung, Haltbarkeit) wurden nicht festgestellt. Der zweite Teil der Forschungsarbeit im Jahre 1975, der 6 Versuchsstrecken umfaßte, erbrachte Hinweise, wie die Anfangsgriffigkeit von Asphaltbetondeckschichten ueber die Zusammensetzung des Mischgutes beeinflußt werden kann. Günstig wirken sich unmittelbar auf die Anfangsgriffigkeit ein an der oberen Grenze der zulässigen Spanne liegender Hohlraumgehalt und ein hoher Brechsandanteil im Mineralstoffgemisch sowie auch ein hoher Schärfegrad des Brechsandes aus. Um die Bewährung der bei den Versuchsstrecken gewaehlten Zusammensetzungen zu beurteilen, muß jedoch das gesamte langfristige Gebrauchsverhalten der Deckschichten (Griffigkeit, Ebenheit und insbesondere Haltbarkeit) beobachtet werden.
288
Flexible Straßenbefestigungen werden durch den Verkehr mit nichtzeitkonstanten Kräften belastet und reagieren mit nichtzeitkonstanten Spannungen und Dehnungen. Bei linearelastischen Körpern sind Spannung und Dehnung durch ein Modul verknüpft. Für den viskoelastischen Baustoff Asphaltbeton hingegen gilt dies nicht in der herkömmlichen Form: Das "Modul" ist eine von der Temperatur und der Belastungszeit abhängige Funktion. Eine solche Modulfunktion kann zur Beschreibung des viskoelastischen Baustoffes benutzt werden und Materialkennwerte für Bemessungsrechnungen liefern. Hierfür wird häufig der temperaturabhängige absolute Modul /E/ bei einem Frequenzwert von 10 Hz verwendet. Die experimentelle Ermittlung von Modulfunktionen für bituminöse Straßenbaustoffe war das Thema der vorliegenden Arbeit. Hierzu wurden grobe Körper aus Mischgut hergestellt oder aus Ausbruchstücken oder Bohrkernen gesägt und in Belastungseinrichtungen sinusförmigen Kräften unterworfen. Die Probekörpertemperatur wurde variiert. Mehrere einfache Lastfälle wurden benutzt: Ein Biegeversuch, ein Zug-Druckversuch, zwei Schubversuche und ein Torsionsversuch. Nachteil der Belastungseinrichtungen war eine Beschränkung auf geringe Kräfte, Vorteile lagen in der großen Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Problemstellungen. Durch die Messung von Kräften, Dehnungen und Bewegungen werden die Verformungswiderstände der Probekörper, die Steifigkeiten, bestimmt. Zwischen diesen Werkstückgrößen und den Werkstoffgrößen, den Moduli, schafft ein die Versuchsanordnung beschreibender "Formfaktor" die Verknüpfung. Die Berechtigung, einen solchen mit den Mitteln der Elastizitätstheorie abgeleiteten Formfaktor auch bei viskoelastischen Baustoffen und zeitveränderlichen Belastungen anwenden zu dürfen, wird nachgewiesen. Dabei muss Linearität zwischen Spannung und Dehnung vorausgesetzt werden. Die Querkontraktionszahl, die für linearelastische Stoffe die Verknüpfung der Moduli E und G beschreibt, ist ebenfalls temperatur- und frequenzabhängig. Auch für viskoelastische Stoffe lässt sich eine Verknüpfung zwischen den Modulfunktionen E und G mit Einschränkungen nachweisen. Eine Weiterverarbeitung der experimentell ermittelten Modulfunktionen wird nicht vorgenommen. Es kann hier aber auf eine theoretische Arbeit in der Bundesanstalt für Straßenwesen verwiesen werden, die die gefundenen Modulfunktionen benutzt und zu einem weitgehenden Verständnis des Verhaltens bituminöser Straßenbaustoffe führen konnte.
349
Die in den gültigen Richtlinien enthaltenen Einsatzgrenzen sind so restriktiv, dass mit ihnen der Bau von Gehwegen nur noch in Ausnahmefällen gerechtfertigt werden kann. Diese Einsatzgrenzen sollten überprüft und, falls erforderlich, neu gefasst werden. In einer Beispielsammlung wurde untersucht, welche Bauformen für Gehwege verwendet werden und nach welchen Kriterien dieses erfolgt. Anhand einer Unfalluntersuchung auf Straßen ohne Gehwege wurde die Häufigkeit und Art der Unfälle zwischen Kraftfahrzeugen und Fußgängern, die entlang der Straße gehen, untersucht. Danach kommt es zu ca. 0,31 Unfällen pro 106 Begegnungen zwischen Kraftfahrzeugen und Fußgängern. Die meisten Unfälle ließen sich vermeiden, wenn alle Fußgänger entsprechend den Verkehrsregeln auf der linken Seite gingen. Besonders gefährdet sind Fußgänger bei Beginn der Abenddämmerung. Aus einer Kosten/Nutzen-Analyse wurden anhand wirtschaftlicher Kriterien Einsatzgrenzen für Gehweganlagen abgeleitet. Als Kostenelement dienten dabei die Baukosten und als Nutzenelement die monetär bewerteten Ersparnisse durch vermiedene Unfälle infolge von Gehwegen. Für geringe Fußgängerverkehrsstärken, für die die Anlage eines eigenen Gehweges unwirtschaftlich ist, kann die leichte bituminöse Befestigung des Banketts einen wesentlichen Beitrag zur Sicherheit der Fußgänger leisten. Den Fußgängern bietet man damit eine attraktive Alternative zum Gehen auf der Fahrbahn.
336
Teil A: Etwa 25% aller Straßenverkehrsunfälle sind Anfahrten gegen seitliche Hindernisse. Diese Unfälle sind im Allgemeinen auch folgenschwer. Seitlich der Fahrbahn stehende Gegenstände der Straßenausstattung müssen deshalb zur Verbesserung der passiven Sicherheit so verformbar (umfahrbar) ausgebildet werden, dass die Unfallfolgen eines Anpralles möglichst gering bleiben oder es müssen Schutzeinrichtungen angeordnet werden. Im Rahmen dieses Forschungsauftrages sollten in Anfahrversuchen solche Gegenstände der Straßenausstattung untersucht werden, die bei Unfällen als gefährliche seitliche Hindernisse anzusehen sind. In einem 5-Jahres-Versuchsprogramm sollten geprüft werden: - Senkrechte Hindernisse wie großflächige seitlich aufgestellte Verkehrsschilder, Notrufsäulen u.a. - abweisende Schutzeinrichtungen für spezielle Anwendungsfälle wie Sicherung von Mittelstreifenüberfahrten, Schutzplanken vor Lärmschutzwänden u.a. Die Ergebnisse anderer Forschungsstellen sollten berücksichtigt werden. Mit Frankreich wurde eine arbeitsteilige Zusammenarbeit vereinbart. Der vorliegende Teil I des Schlussberichtes enthält die Zielsetzung des Gesamtprogramms, eine Zusammenstellung der Versuchsobjekte, die Kriterien für die Versuchsbedingungen und die Bewertung der Versuche, die Planung und den Bau der Anfahrversuchsstrecke sowie Angaben zur technischen Durchführung der Versuche. Die Ergebnisse der einzelnen Versuchsreihen werden in weiteren getrennten Berichten mitgeteilt. Teil B: In Anfahrversuchen wurden Aufstellvorrichtungen für Verkehrsschilder großer Abmessungen aus Gabelständern und aus Profilständern (U-Profilträger oder Rundrohrpfosten) daraufhin geprüft, ob sie im Sinne der passiven Sicherheit als leicht verformbar (umfahrbar) gelten oder umfahrbar gestaltet werden können. Die Versuchsschilder mit bis zu 4 m hohen Tafeln wurden mit leichten PKW bei Anfahrgeschwindigkeiten von 100 bzw. 40 km/h frontal gegen einen von zwei Ständern angefahren. Die 7 mit Gabelständern durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass diese bei geeigneter Befestigung der Tafeln (z. B. Aluminiumklemmschellen) und bei nicht überdimensionierter Befestigung auf dem Fundament als umfahrbar angesehen werden können, wenn sie aus Rohren bis zu 76 mm Durchmesser und bis ca. 3 mm Wandstärke bestehen. Dasselbe gilt für die Aufstellung mit Rohrpfosten der Stärke bis 76 x 3,2 mm (Versuch mit einer Pfeiltafel von 2,6 m2). Verkehrsschilder an Profilständern ohne Sollbruchstellen müssen, wie drei Versuche übereinstimmend gezeigt haben, schon bei kleinen Abmessungen als nicht umfahrbare Hindernisse angesehen werden. Solche Verkehrsschilder sind durch Schutzeinrichtungen abzusichern. Aufgrund der Versuchsergebnisse können Empfehlungen für die konstruktive Ausbildung von Aufstellvorrichtungen für seitlich aufgestellte Verkehrsschilder großer Abmessungen gegeben werden.
361
Asphalt verhält sich viskoelastisch und viskoplastisch. Diese beiden rheologischen Eigenschaften sind aus Versuchen an Probekörpern und auch aus Messungen an Straßenbefestigungen bekannt. In der vorliegenden Arbeit werden insbesondere die Ergebnisse von dynamischen Versuchen an Asphalt-Probekörpern theoretisch interpretiert und daraus Folgerungen für das Verhalten des Baustoffes in Straßenbefestigungen bei bewegten Verkehrslasten gezogen. Zur Beschreibung des viskoelastischen Verhaltens werden die grundlegenden Begriffe der Viskoelastizität, die Kriechfunktion und der komplexe Elastizitätsmodul und ihre Beziehungen zueinander eingehend behandelt. Die Anwendung dieser Begriffe auf die Experimente führt schließlich zur Definition eines effektiven Elastizitätsmoduls für Asphalt, welcher Anstelle des E-Moduls im konventionellen Sinne bei elastizitätstheoretischen Bemessungsbesprechungen von Straßenbefestigungen verwendet werden kann. Infolge seines viskoplastischen Verhaltens kommt es bei Asphalt zu bleibenden Verformungen, die sich z.B. bei Straßen als Spurrinnen zeigen und die Befahrbarkeit wesentlich beeinträchtigen. Es werden die physikalischen Zusammenhänge des viskoplastischen Verhaltens erarbeitet. Damit werden Grundlagen für Verfahren bereitgestellt, mit deren Hilfe aus Verformungsmessungen an Probekörpern (Impulskriechversuche) bleibende Verformungen in Asphalt-Befestigungen von Straßen berechnet werden können.
356
Der gemeinsam vom Institut für Verkehrsplanung und Verkehrswegebau der Technischen Universität Berlin und von der Bundesanstalt für Straßenwesen, Köln, durchgeführte Forschungsauftrag des Bundesministers für Verkehr hatte zum Ziel, Lösungswege zu finden, wie der Betondecke - ohne die Zusammensetzung zu ändern - von Anfang an eine gute Griffigkeit mitgegeben werden kann. Hierzu wurden vier grundsätzliche Möglichkeiten der Oberflächenausführung in verschiedenen Varianten und auch Kombinationen systematisch im Hinblick auf Praktikabilität, Griffigkeit, Lärm, Ebenheit und Aufwand untersucht: 1. Strukturieren des Oberflächenmörtels (z.B. Rosshaarbesen, Stahlbesen nach TRRL) 2. Aufstreuen von gebrochenen Mineralstoffen auf den frischen Beton hinter dem Nachlaufglätter (z.B. Diabas 2/5 mit einer Gussasphalt-Riffelwalze angedrückt) 3. Einarbeiten von Brechsand in den Oberflächenmörtel durch den Nachlaufglätter (z.B. Siliziumkarbid 0,5/1) 4. Beseitigen des Oberflächenmörtels (in Anlehnung an die Waschbetontechnik) Die Untersuchungen erfolgten mit Unterstützung mehrerer Landesstraßenbauverwaltungen, die die umfangreichen Versuchsprogramme in anstehende Neubau- bzw. Erneuerungsprogramme für Autobahnen einbringen konnten. Insgesamt wurden auf sieben Versuchsstrecken etwa 100 Versuchsfelder angelegt, die in der Regel 50 m lang sind. Bei Abschluss des ersten Teils der Forschungsarbeit lagen die Betonfahrbahnen der Versuchsstrecken durchschnittlich etwa zwei Jahre unter Verkehr. Hinsichtlich ihres Griffigkeitsverhaltens kann allgemein festgestellt werden: - Eine stärkere Strukturierung der Feinmörtelschicht wirkt sich anfangs und längerfristig stets günstig auf den Kraftschluss zwischen Reifen und Fahrbahn bei Nässe aus. Die im "Merkblatt über Straßengriffigkeit und Verkehrssicherheit bei Nässe" genannten Richtwerte werden sicher erfüllt. - Technisch lassen sich derartige Oberflächen ohne zusätzlichen Mehraufwand mit Besen erzielen, deren Borsten relativ lang und steif sind. Die besten Ergebnisse wurden mit dem vom britischen Transport an Road Research Laboratory entwickelten Stahlbesen erzielt, gefolgt vom Kunststoffbesen nach Piassava-Art. - Die übrigen Verfahren, insbesondere das zusätzliche Anreichern der Feinmörtelschicht mit scharfen Mineralstoffen und das Beseitigen des Oberflächenmörtels in Anlehnung an die Waschbetontechnik, können das hohe Griffigkeitsniveau der mit dem englischen Stahlbesen strukturierten Oberflächen nur selten erreichen. Sie sind dabei wesentlich aufwendiger und meistens wenig praktikabel. Da die Anforderungen bezüglich Ebenheit ohne weiteres erfüllt wurden und auch die Lärmmessungen gegenüber den mit Rosshaarbesen behandelten Oberflächen keine signifikant höheren Werte ergaben, hat die abschließende Oberflächenstrukturierung frischer Betondecken mit dem englischen Stahlbesen bereits Eingang in die ZTV Beton 78 gefunden.
360
Untersuchung der Eignung von Gesteinsmehlen als Füller zur Herstellung von Asphaltbetondeckschichten
(1982)
In der Asphalttechnologie gab es bei der Beurteilung von Gesteinsmehlen und anderen feinkörnigen Stoffen für die Herstellung von bituminösem Mischgut unterschiedliche Auffassungen. Die Ursachen für diese Schwierigkeiten wurden insbesondere in uneinheitlichen Prüfverfahren, aber auch in der Aussagekraft einzelner Prüfverfahren selbst hinsichtlich der Bedeutung der granulometrischen feinsten Mineralstoffe im Asphalt vermutet. Somit war es naheliegend, verschiedene Gesteinsmehle und Mischungen daraus sowohl im Laboratorium als auch auf der Straße unter Verkehrs- und Witterungsverhältnissen zu untersuchen und zu beurteilen. Die Auswahl der elf Gesteinsmehle wurde bewusst darauf abgestimmt, solche mit unterschiedlich zu erwartendem Verhalten zu untersuchen; man folgte hierbei dem Gedanken, auch solche Gesteinsmehle für die Herstellung des Mischgutes zu verwenden, die kritisch wegen der Quellfähigkeit beurteilt wurden. Bei den Untersuchungen hatte man erwartet, dass eine vollständige Beurteilung von Gesteinsmehlen für Deckschichten aus Asphaltbeton allein auf Grund von labormäßigen Prüfverfahren möglich ist. Diese Erwartungen haben sich nicht bestätigt. Die bisherige Erfahrung über die stabilisierende Wirkung von Gesteinsmehlen wurde erneut durch einige Prüfverfahren erwiesen. Gemäß den Forderungen der Technischen Vorschriften und Richtlinien bezüglich der quellfähigen Bestandteile konnten einige Tendenzen bei den Versuchen im Laboratorium beobachtet werden, die bei der gegebenen Spreizung der Ergebnisse zunächst einen Anlass boten, das eine oder andere Gesteinsmehl zukünftig von der Verwendung bei der Herstellung von Mischgut für Deckschichten aus Asphaltbeton auszuschließen. Nachdem die Ergebnisse aus den Feldversuchen jedoch vorliegen und diese fast gleichartiges Verhalten in den Gebrauchseigenschaften anzeigen, ist ein solcher Anlass nicht gegeben.
384
Der Verkehrsablauf in Unterwassertunneln wird am Beispiel des Hamburger Elbtunnels (BAB A 7) analysiert und mit Strecken außerhalb von Tunneln verglichen. Für zweistreifigen Richtungsverkehr (Oströhre) und zweistreifigen Gegenverkehrsbetrieb (Mittelröhre) wird das Geschwindigkeitsverhalten, Abstandsverhalten, Spurverhalten und die Leistungsfähigkeit der Tunnelröhren über Messungen an jeweils 6 Querschnitten untersucht. Geschwindigkeits- und Abstandsverhalten im Tunnel sind primär durch die Beschränkung auf 80 km/h, die vorhandene Gradientenneigung und - in der Mittelröhre - durch das generelle Überholverbot gekennzeichnet. Zwar übertreten 70 % (Oströhre) bzw. 90 % (Mittelröhre) aller Fahrzeugführer die Geschwindigkeitsbeschränkung, doch ist das Geschwindigkeitsniveau niedriger als auf Strecken ohne Tunnel bei gleichen Restriktionen. Beim Spurverhalten fällt gegenüber Strecken außerhalb von Tunneln eine verstärkte Kanalisierung der Fahrzeuge auf. Nach Gewöhnung an die Tunnelverhältnisse nutzt der Kraftfahrer die Tunnelwand offenbar als Leithilfe. Die Leistungsfähigkeit der Oströhre beträgt etwa 2.800 Kfz/h (und entspricht damit der Kapazität "normaler" BAB-Strecken ohne Geschwindigkeitsbeschränkung), die Mittelröhre etwa 1.700 Pkw/h je Fahrtrichtung. Die Unfallrate liegt im Elbtunnel trotz ungünstiger Streckenmerkmale niedriger als im übrigen Hamburger BAB-Netz. Die Unfallschwerpunkte liegen an den Streckenabschnitten, für die das höchste Geschwindigkeitsniveau, ungünstige Einflüsse aus der Portalgestaltung und Staugefahr festgestellt wurden. Aus diesem Ergebnis werden Empfehlungen hinsichtlich konstruktiver Gestaltung, Betrieb und Überwachung abgeleitet.