Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik
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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.
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Ermittlung der Schadstoffbelastung in einem Tunnelbauwerk mit geschlitzter Decke an der EB 42 n
(1987)
Eine Schnellstraße durch einen Tunnel mit einer in der Mitte geschlitzten Decke zu führen, wie an der EB 42n im Bereich Königswinter-Oberdollendorf, ist in der Bundesrepublik Deutschland ohne Vorbild. Zur Klärung, welche Umweltbelastungen von einem derartigen Bauwerk ausgehen können, wurde in einer Messkampagne untersucht, welche Schadstoffbelastungen im Tunnel und außerhalb des Tunnels auftreten. Bei einem Verkehrsstau auf einer Richtungsfahrbahn von mehreren Kilometern Länge im Bereich des Tunnelbauwerkes wurden im Tunnel Kohlenmonoxidkonzentrationen gemessen, die um mehr als den Faktor 5 unter dem Grenzwert aus den Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln (RABT) lagen. Die Schadstoffbelastungen am Schlitz des Tunnels sind gering. Sie unterschreiten sowohl die Grenzwerte nach TA Luft, wie auch die Grenzwerte nach der VDI-Richtlinie 2310, die wegen fehlender Grenzwerte für den Straßenbau als Orientierungshilfen herangezogen wurden. Betrachtet wurden die Stoffe Kohlenmonoxid, Stickstoffdioxid und Ozon. Durch die Entwicklung eines physikalischen Modells zur Berechnung der Konzentrationsprofile in den beiden Tunnelröhren könnte das Prinzip der natürlichen Lüftung erklärt und gezeigt werden, dass ca. 75 % bis 78 % der im Tunnel emitierten Schadstoffe über den Schlitz in der Tunneldecke und die restlichen 22 % bis 25 % über die beiden Portale abgeführt werden. Unter dem Aspekt der Luftreinhaltung ist dieses Bauwerk als umweltfreundlich anzusehen.
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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.
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Ein Mittel zur Verkehrssicherung bei Stauungen vor Engstellen ist die Warnung der auf das Stauende zufahrenden Kraftfahrer mit "Stauwarneinrichtungen". Unter Stauwarneinrichtungen sind Anlagen und Geräte zu verstehen, die, manuell oder automatisch gesteuert, verkehrsabhängig eine Warnfunktion ausüben. Die Warnung darf nur dann wirksam sein, wenn es die Verkehrslage erfordert. Die bei der Konzeption von Stauwarnungen zu lösenden Probleme werden analysiert. Ausgehend von der verkehrstechnischen Bewertung des Phänomens "Stau" werden die hierbei zu berücksichtigenden Anforderungen abgeleitet. Unterschiedliche Grundkonzeptionen werden dargestellt und verglichen. Dabei werden die Einschränkungen durch anlagentechnische Gegebenheiten herausgestellt. Die bei der Entwicklung des Steuerungsmodells und bei der geometrischen Bemessung von Stauwarneinrichtungen zu beachtenden Gesetzmäßigkeiten der Fahrdynamik und des Verkehrsflusses werden herausgearbeitet und die Zusammenhänge entwickelt. Bei der Bewertung von Stauwarneinrichtungen steht entsprechend den Zielvorgaben die Wirkung auf die Verkehrssicherheit im Vordergrund. Bei der Analyse der Unfallentwicklung im Bereich einer ausgeführten Stauwarneinrichtung wird eine signifikante Verminderung der Unfallkenndaten nachgewiesen. Die Untersuchung des Fahrerverhaltens lässt die Akzeptanz von Stauwarneinrichtungen erkennen. Aus der Wirtschaftlichkeitsanalyse werden Ansätze für eine ex-ante-Abschätzung der erzielbaren Nutzen aufgestellt. Damit wird dem Planer eine Methode vorgegeben, die voraussichtliche volkswirtschaftliche Effizienz abzuschätzen.
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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.
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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.
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Seitens einiger Bundesländer wird in verstärktem Maße gefordert, zur Information von Verkehrsteilnehmern neben Wechselverkehrszeichen und Wechselwegweisern auch dynamische Verkehrsinformationstafeln mit Textinformationen zu verwenden. Dies widerspricht der bisherigen Gepflogenheit des BMVBW, aus wohlerwogenen Gründen sich beim Verkehrsmanagement der in der StVO vorgesehene Zeichengebung zu bedienen und möglichst auf Textinformationen zu verzichten. Der Wunsch, einheitliche Grundregeln für solche Anzeigetafeln aufzustellen, führte zu einem Merkblattentwurf der FGSV, dass sich im Wesentlichen auf die Anforderungen anderer europäischer Länder stützt. Das BMVBW beauftragte die Bundesanstalt für Straßenwesen, optimierte Anzeigen für deutsche Autobahnen zu entwerfen. In einem begleitenden Forschungsprojekt sollten verkehrsplanerische und wahrnehmungspsychologische Aspekte beleuchtet werden. Ziel des Projektes waren die Förderung der Verkehrssicherheit und Leichtigkeit des Verkehrs, die Erschließung und Anwendung geeigneter Informationswege für die Verkehrsteilnehmer, die Vermeidung unerwünschter und uneinheitlicher Beschilderung auf Bundesfernstraßen sowie die Vermeidung der mentalen Überlastung und Verwirrung der Verkehrsteilnehmer. Die Ergebnisse des Forschungsprojektes flossen in Empfehlungen zur Gestaltung und zum Einsatz von dynamischen Tafeln ein, die in Form einer Richtlinie veröffentlicht werden sollen. Als Ergebnis des AP-Projektes liegt ein umfangreicher Schlussbericht mit folgendem Inhalt vor: - Zusammenstellung der wesentlichen rechtlichen Aspekte; - Psychologische Aspekte; - Literaturüberblick über nationale und internationale Veröffentlichungen; - Beispielsammlung realisierter Varianten moderner Textanzeigen auf Autobahnen in Deutschland und im Ausland; - Textentwurf "Dynamische Wegweiser mit integrierten Stauinformationen (dWiSta)", der auf den Ergebnissen des im Rahmen des AP-Projektes betreuten Forschungsprojektes (FE 03.352/2002) basiert; Kurzbericht des Forschungsprojektes. Das vorliegende Forschungsprojekt steht in engem thematischen Zusammenhang mit dem Forschungs- und Entwicklungsvorhaben 03.352/2002/IGB des Bundesministeriums für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen (BMVBW) "Dynamische Verkehrsinformationstafeln", das unter diesem Titel als Heft 916 in der Schriftenreihe "Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik" des BMVBW veröffentlicht wurde.
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Verkehrliche Ereignisse können einen großen Einfluss auf die Stickoxidbelastung nehmen. So erzeugen schon die Schwankungen der Verkehrsmenge im Tagesverlauf durch Berufspendlerverkehr typische Verläufe bei den Stickoxid-Belastungen. Aber auch außergewöhnliche Ereignisse wie Straßenteil- oder -vollsperrungen, Staus und damit einhergehende Änderungen des Verkehrsflusses und der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit sowie Arbeitsstellen und in ihrem Zuge geänderte Linienführungen wirken sich zum Teil durch deutliche Zu- bzw. Abnahmen der Stickoxid-Konzentrationen aus. Im Rahmen dieses Projektes wurden Daten der Luftqualitätsmessungen an zwei Standorten der BASt an der A 4 und der A 61 in Bezug auf den Einfluss besonderer verkehrlicher Ereignisse untersucht. Dabei konnten deutliche Effekte in den Stickoxidbelastungen festgestellt werden. So wurden Abnahmen der Luftschadstoffbelastung insbesondere bei Verringerung des Schwerverkehrs festgestellt. Deutliche Zunahmen hingegen wurden beobachtet während Stausituationen und zähflüssigem Verkehr. Das Projekt ist vor dem Hintergrund der Stickoxid-Problematik für die weitere Beobachtung der Entwicklung dieser Luftschadstoffkomponenten in den kommenden Jahren von maßgeblicher Bedeutung. Verkehrsseitig erscheint die sinnvollste Möglichkeit zur Reduzierung von NOx-Luftschadstoffbelastungen die Einführung der Emissionsstandards EURO 5 und EURO 6 zu sein. Jedoch kann eine durch sie hervorgerufene Entlastung erst in vielen Jahren merkbar wirken, wenn sich die Fahrzeugflotte so weit erneuert hat, dass die genannten Standards den Großteil der Fahrzeuge ausmachen. Solange müssen passive Maßnahmen ergriffen werden, die die Luftqualität verbessern helfen. Daher könnten die Ergebnisse der Studie in Bezug auf Stickoxidbelastungen Hinweise auf etwaige Minderungsmöglichkeiten durch Verkehrsverstetigung und Verkehrsverlagerung geben. Jedoch muss bei diesen Betrachtungen immer beachtet werden, dass es durch Verlagerungseffekte an anderen Stellen im Straßennetz zu deutlichen Zunahmen der Verkehrsmenge und damit auch der Luftschadstoffbelastung kommen kann.
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Bei Statistischen Vorbeifahrt-Messungen werden die Geräusche vieler einzelner Fahrzeuge während der Vorbeifahrt gemessen, um die akustische Qualität der Straße zu bestimmen. Dies ist im dichten Verkehr oft nicht mehr möglich, da sich die Geräusche zu stark überlappen. Statt der Verwendung nur eines Mikrofons soll hier der Einsatz von Mikrofonarrays mit 6, 10 und 20 Mikrofonen zur Trennung der Geräusche von verschiedenen Fahrzeugen untersucht werden, um auch im dichten Verkehr messen zu können. Für die Extrahierung der gesuchten Pegel wurde als Referenz ein Verfahren zur Quellentrennung (SIA) eingesetzt. Ein zweites Verfahren (BeamSolve) wurde im Rahmen des Projekts entwickelt. Die Pegel eines einzelnen Fahrzeugs ließen sich auch dann noch vom folgenden Fahrzeug trennen, wenn die Lücke zwischen den Fahrzeugen deutlich unter einer Fahrzeuglänge lag. Abweichungen zur Referenzmessung der einzelnen Fahrzeuge (Pkw und Lkw) ergeben sich systematisch durch die Mittelung des Pegels über mehrere Mikrofonpositionen, was den Maximalpegel um 0,6 Dezibel senkt und als Korrekturfaktor berücksichtigt werden kann. Das SIA-Verfahren liefert im Mittel eine weitere Unterschätzung dieses Pegels um minus 0,2 Dezibel bei einer Streubreite von plus minus 0,2 Dezibel. Das neue BeamSolve-Verfahren liefert im Mittel einen Pegel der 0,8 Dezibel unter dem SIA-Verfahren liegt, also insgesamt 1,6 Dezibel unter den Referenzpegeln mit einem Mikrofon. Die Streuung beträgt dabei plus minus 0,6 Dezibel, wenn 20 Mikrofone verwendet werden. Während das SIA-Verfahren schon mit 6 Mikrofonen stabile Ergebnisse liefert, sind für das BeamSolve 20 Mikrofone vorteilhaft. Damit stehen nun Messverfahren zur Verfügung, mit denen auch im dichten Verkehr die Statistische Vorbeifahrt-Messung angewendet werden kann.