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Institut
- Abteilung Straßenverkehrstechnik (425) (entfernen)
Zum Schutz der menschlichen Gesundheit und anderer Schutzgüter wurden von der EU Grenzwerte für verschiedene Luftschadstoffe festgelegt. Die EU-Richtlinie 2008/50/EG wurde mit der 39. BImSchV in deutsches Recht umgesetzt. Werden die Immissionsgrenzwerte der 39. BImSchV überschritten, sind gemäß §47 BImSchG Luftreinhaltepläne für die betroffenen Gebiete aufzustellen. Solche Luftreinhaltepläne enthalten Ergebnisse einer Analyse der Luftqualitätssituation, eine Verursacheranalyse und einen Maßnahmenkatalog zur Verbesserung der Luftqualität und damit zur Einhaltung der Grenzwerte.
In der Vergangenheit gab es eine Vielzahl von Aktivitäten (vor allem im Zusammenhang mit der Erstellung und Umsetzung von Luftreinhalteplänen (LRPs)) zur Formulierung, Bewertung und Umsetzung von Maßnahmen zur Luftreinhaltung an Verkehrswegen.
Um die Möglichkeit zu schaffen, eine Übersicht über diese vielfältigen Aktivitäten zu erhalten, ist die anwenderfreundliche Datenbank MARLIS (Maßnahmen zur Reinhaltung der Luft in Bezug auf Immissionen an Straßen) entstanden, die seit dem Jahr 2006 kontinuierlich fortgeschrieben wird. Die Datenbank enthält in detaillierter Form Informationen und Daten zu einer Vielzahl von Maßnahmen, deren Anwendbarkeit und - soweit Ergebnisse dazu vorliegen - auch zur Überprüfung der Maßnahmenwirksamkeit nach deren Realisierung. Da für einen großen Teil der Maßnahmen aus den Literaturquellen (z. B. LRPs) keine quantitativen Angaben zur Maßnahmenwirkung vorliegen, wurden zusätzlich alle Maßnahmen im Hinblick auf verschiedene Kriterien, wie z. B. ihre Effizienz, bewertet. Dies erfolgte nach einem Bewertungsschema, das aufgrund der Daten von Maßnahmen mit quantitativen Angaben zur Wirkung abgeleitet wurde.
Die Datenbank MARLIS dient z. B. den zuständigen Behörden als Informationsquelle möglicher Maßnahmen zur Einhaltung von Grenzwerten bei der Planung von Straßen, stellt aber auch eine gute Informationsquelle dar, um geeignete Maßnahmen auf dem Gebiet der Luftreinhaltung für schon vorhandene Verkehrswege auszuwählen. Die Datenbank bietet zum einen die Möglichkeit, einen Überblick über die Vielzahl der möglichen Maßnahmen zur Luftreinhaltung an Verkehrswegen zu erhalten und kann zum anderen auch dazu dienen, für Einzelmaßnahmen Detailinformationen und weiterführende Links zu recherchieren.
Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die weitere Entwicklung der Datenbank MARLIS.
Durch die kontinuierliche Fortschreibung von MARLIS konnte in den letzten Jahren die Anzahl der aufgenommenen Maßnahmen stetig erhöht und die Dateninhalte im Hinblick auf Erfahrungen mit der Umsetzung von Maßnahmen und der Überprüfung von deren Wirksamkeit erweitert werden.
Seit März 2017 ist MARLIS als Online-Version veröffentlicht. Dies stellt eine deutliche Vereinfachung bei der Anwendbarkeit dar, da eine Installation der Software auf dem jeweiligen PC des Benutzers nicht mehr erforderlich ist.
Mittels einer Lebenszykluskostenanalyse (LCC) wurde eine ökonomische Bewertung von Schutzeinrichtungen durchgeführt. Als funktionale Einheit wurde ein 1,0 km langer Abschnitt einer Schutzeinrichtung der Aufhaltestufe H2 aus Standardelementen an einer Autobahn im Mittelstreifen einer Richtungsfahrbahn definiert. Der Betrachtungszeitraum von 25 Jahren umfasst folgende Lebenszyklusphasen:
• Investition: Ausschreibung, Planung und Beauftragung sowie Herstellung und Errichtung,
• Nutzungsphase über Lebensdauer,
• Kosten am Lebensende: Abriss, Rückbau und Entsorgung.
Anhand einer Literaturrecherche, einer Datenerhebung bei Interessensvertretern und beteiligten Akteuren sowie in diversen Expertengesprächen wurden die relevanten Kostenarten sowie deren Höhe für die beispielhaft ausgewählten Systeme ermittelt. Zur einheitlichen Kostenbewertung wurde das Bezugsjahr 2018 definiert und der Nettobarwert bestimmt.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Investitionen den größten Anteil an den Lebenszykluskosten ausmachen, während die Nutzungskosten weniger relevant sind. Sie sind nur bei freier Strecke wesentlich (> 5 % der Lebenszykluskosten) und werden von den Grünpflegekosten dominiert. Im Rahmen von Sensitivitätsanalysen erwiesen sich die Ergebnisse als robust. Die Kosten am Lebensende sowie deren Sensitivität schwanken zwischen den Systemen und sollten deshalb immer fallspezifisch berücksichtigt werden.
Zur überschlägigen Abschätzung der Wesentlichkeit der Nutzungskosten gilt: Betragen die jährlichen Nutzungskosten > 0,27 % der Baukosten, sind diese wesentlich (> 5 %). Zur Erstellung einer LCC können die fallspezifischen Randbedingungen in einen Excel-Rechner frei eingegeben werden.
Die Studie identifizierte weiteren Forschungsbedarf hauptsächlich bezüglich einzelner noch nicht ausreichend quantifizierter Kostenarten u. a. auch für die Aufstellung im Seitenstreifen sowie der Einbezug von externen Umweltkosten wie z. B. Kosten für CO2e-Emissionen.
Die Jahresauswertung 2017 der automatischen Dauerzählstellen in Deutschland enthält Aussagen über die Verkehrsentwicklung im Bundesfernstraßennetz sowie differenzierte Einzelergebnisse für 1.742 Zählstellen.
Die Erfassung und Aufbereitung der Daten erfolgte durch die Bundesländer in Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI). Die Daten des Jahres 2017 wurden im Rahmen dieser Untersuchung übernommen, einer ergänzenden Überprüfung unterzogen, ausgewertet und den Ergebnissen des Vorjahres gegenübergestellt.
In Deutschland betrug die Jahresfahrleistung auf den Bundesautobahnen 246,4 Mrd. Kfz-km und auf den außerörtlichen Bundesstraßen 108,3 Mrd. Kfz-km. Die mittleren DTV-Werte (DTV = durchschnittliche tägliche Verkehrsstärke) erreichten 51.900 Kfz/24 h auf Autobahnen und 9.650 Kfz/24 h auf außerörtlichen Bundesstraßen. Die relativen Veränderungen 2017/2016 betrugen für die mittleren DTV-Werte auf Autobahnen +1,4 % sowie auf den außerörtlichen Bundesstraßen +0,8 %. Für die Jahresfahrleistung bedeutet dies gegenüber dem Vorjahr eine Veränderung von +1,2 % auf Autobahnen und +0,1 % auf außerörtlichen Bundesstraßen.
Die Ergebniskenngrößen der Einzelzählstellen sowie die Stundendaten sind im Internet unter www.bast.de -> Statistik -> Automatische Zählstellen kostenlos erhältlich. Darüber hinaus steht der Bericht als PDF-Dokument im elektronischen BASt-Archiv ELBA unter https://bast.opus.hbz-nrw.de/home zur Verfügung.
Ziel des Forschungsprojektes war es, einen Bridge-WIM-Pilotversuch in Deutschland zu begleiten und detailliert auszuwerten. Hierzu wurden im Auftrag der BASt zwei Systeme an einem Brückenbauwerk eingebaut. Die erhobenen Daten, in Kombinationen mit genau verwogenen Fahrzeugen, wurden ausgewertet und erlauben so Aussagen zu erreichbaren Genauigkeiten. Darüber hinaus wurde sowohl der Einbau als auch der Rückbau durch den Forschungsnehmer intensiv begleitet, um hier mögliche Probleme zu identifizieren und Randbedingungen zu definieren. Daraus konnten Zeitbedarfswerte für die unterschiedlichen Arbeitsschritte ermittelt werden, die im Rahmen von Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen genutzt werden können.
Der Pilotversuch hat gezeigt, dass eine Erhebung des Schwerverkehrs durch Bridge-WIM-Systeme eine mögliche Ergänzung zu dem bestehenden Achslastmessstellennetz in Deutschland ist. Die Systeme sind mobil und lassen sich an geeigneten Brücken im Netz installieren. Die Qualität der Messungen wurde im Pilotversuch insbesondere für die Gesamtgewichte als gut befunden, bei den weiteren Messgrößen gab es bei den beiden getesteten Systemen unterschiedliche Einschränkungen. Die Systeme liefen während des Testzeitraums stabil und die Daten wurden in den vorgegebenen einheitlichen Formaten übersendet, sodass ein Vergleich bei der Auswertung problemlos möglich war. Auch die Temperaturempfindlichkeit der Systeme wurde betrachtet. Die getesteten Bridge-WIM-Systeme eignen sich insbesondere für Anwendungen, die schwerpunktmäßig Gesamtgewichte benötigen.
Seit Inkrafttreten der 24. BImSchV wird immer wieder diskutiert, ob mit dem Korrektursummand E der erforderliche bauliche Schallschutz gegenüber Verkehrslärm sichergestellt ist.
Dazu wurden Emissionsspektren von diversen Kraftfahrzeugen, Deckschichten und Geschwindigkeiten ausgewertet. Daraus ließen sich für typisierte Verkehrssituationen 4 Emissionsspektren subsumieren. Darauf basierend erfolgte die Ausbreitungsberechnung unter Verwendung einer Linienquelle nach einem für terzweise Berechnung modifizierten Teilstückverfahren nach DIN ISO 9613-2 sowie nach den Richtlinien für den Lärmschutz an Straßen - RLS-90.
Aus der Untersuchung von 41 Ausbreitungssituationen mit unterschiedlichen Bodenbeschaffenheiten, Abständen und Hindernissen ergaben sich durch Zusammenfassung 83 unterschiedlichen Spektren außen an der Fassade und aus Kombination dieser Spektren mit 1.043 Fenstern 86.569 Spektren im Innenraum.
Diese Innenpegel hinter einem geschlossenen Fenster weisen eine andere spektrale Zusammensetzung auf, als die Außenpegel vor dem Fenster. Dies führt zu einer Differenz zwischen dem A-bewerteten Innenpegel, der sich bei einzahliger Berechnung aus A-bewertetem Außenpegel und Schalldämm-Maß Rw des Fensters gegenüber einer spektralen Berechnung in Terzen ergibt. Der spektral berechnete Innenraumpegel ist genauer. Der Korrektursummand E der 24. BImSchV gleicht den Fehler der A-bewerteten Berechnung aus.
Die sich daraus ergebenden Korrektursummanden E liegen über alle Situationen pauschalisiert um3 dB über den Werten in Tabelle 2 der 24. BImSchV. Die Definition „Straßen im Außerortsbereich“ ist in„Straßen mit einer Höchstgeschwindigkeit ab 70 km/h ohne offenporigen Asphalt“ umzubenennen und von „allen übrigen Straßen“ (statt „innerstädtischen Straßen“) zu unterscheiden.
Alternativ lässt sich ein hinreichender Schallschutz erreichen, wenn bei der Berechnung der Spektrum- Anpassungswert Ctr,50-3150 mit einbezogen wird. In diesem Falle können die Werte der Tabelle 2 der 24. BImSchV unverändert übernommen werden. Dafür wird anstelle des Schalldämm-Maßes Rw des Fensters der Term Rw + Ctr,50-3150 + 3 verwendet.
Neben klassischer Induktivschleifendetektoren für die Verkehrserfassung an signalisierten Knotenpunkten werden zunehmend andere Detektionstechnologien (z. B. Video, Wärmebild, Radar, Magnetfeld) angeboten und eingesetzt. Bisher wurden technologie- und bauartbedingte Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten jedoch in Deutschland noch nicht hinreichend wissenschaftlich und herstellerunabhängig untersucht. Hauptziel dieses Forschungsprojektes ist deshalb eine Zusammenstellung von Einsatzkriterien für verschiedene Detektortechnologien.
Dazu wurden:
• der Stand der Wissenschaft und Technik recherchiert,
• Kriterien und Kenngrößen zur Bewertung der Detektionsqualität der Detektoren definiert,
• ein Testfeld eingerichtet und ein Feldtest über mehrere Monate hinweg durchgeführt,
• ein Verfahren zur Auswertung der erhobenen Detektordaten entwickelt,
• Einsatzempfehlungen aus der Interpretation der Auswertungsergebnisse für spezifische Anwendungen im LSA-Bereich abgeleitet.
Unter Verwendung von referenzfreier und referenzierter Prüfung wurden die auf dem Testfeld erhobenen Daten im Verhältnis zu Umwelteinflüssen und Verkehrsmenge ausgewertet. Die Daten wurden auf tatsächliche Verfügbarkeit, Vollständigkeit, Konsistenz und Korrektheit untersucht. Zudem sind die verschiedenen Detektortechnologien auf Eignung in den Bereichen Zählung, Freigabezeit-Verlängerung und Freigabezeit-Anforderung untersucht worden.
Durch die Verknüpfung der definierten Qualitätskenngrößen mit den Bedingungen (Verkehrsbelastungen, Lichtverhältnisse und Niederschlag) am Testfeld wurden Fehlerursachen und Einflussgrößen auf die Qualität der Detektionen für die verschiedenen Detektoren und – falls verallgemeinerbar – Detektionstechnologien ermittelt. Aus Sicht der Untersuchung gibt es keine Einsatzeinschränkungen für bestimmte Technologien. Auch hinsichtlich der Randbedingungen, wie etwa Positionierung der Detektoren kann eine gleichermaßen hohe Empfehlung für alle Detektoren ausgesprochen werden.
Bei der ersten Bauwerksprüfung nach dem Austausch des Brückenbelags wird bei Stahlbrücken häufig eine überproportional hohe Anzahl an Schweißnahtrissen in der orthotropen Fahrbahnplatte festgestellt. Die naheliegende Vermutung ist, dass diese Schäden im Zusammenhang mit den Beanspruchungen stehen, die beim Austausch des Brückenbelags entstehen.
Relevante Beanspruchungen können beim Entfernen des alten Brückenbelags, z. B. durch die dynamischen Belastungen beim Fräsen oder beim Einbau des neuen Brückenbelags, durch die thermische Belastung beim Einbau des Gussasphaltes oder ggf. beim Walzen, z. B. durch die dynamischen Belastungen beim Verdichten von Walzasphalt-Deckschichten auftreten.
Verschärft wird die Problematik durch die Entwicklung von immer leistungsfähigeren Maschinen wie Hochleistungsfräsen oder Asphalt-Fertiger mit immer breiteren Einbaubohlen.
Im Rahmen des Forschungsprojekts werden Grundlagen für weiterführende Untersuchungen zum Thema „Beanspruchung von Stahlbrücken beim Austausch des Brückenbelags“ erarbeitet und dargestellt. Im Mittelpunkt steht dabei die Temperaturbelastung der Stahlkonstruktion infolge des „Einbaus des neuen Brückenbelags“.
Zu diesem Zweck wurden verschiedene Erneuerungsmaßnahmen fachtechnisch begleitet, um den Prozessablauf zu dokumentieren und um exemplarische Temperaturverteilungen in der orthotropen Fahrbahnplatte während des Asphalteinbaus zu ermitteln. Dabei handelt es sich um folgende Bauwerke:
• Rheinbrücke Leverkusen
Einbau einer Deckschicht aus Gussasphalt am 20.05.2016.
• Wiehltalbrücke
Fräsen, Einbau einer Deckschicht aus lärmreduziertem Porous Mastix Asphalt (PMA), Walzen am 17.07.2017.
• Rheinbrücke Duisburg-Neuenkamp
Einbau einer Deckschicht aus Gussasphalt am 15.08.2017.
• Hochmoselbrücke
Einbau einer Schutzschicht aus Gussasphalt am 28.06.2019.
Die daraus ermittelten Ergebnisse bilden eine erste Grundlage für weitergehende numerische Parameterstudien. Darüber hinaus werden Empfehlungen für zukünftige Baumaßnahmen gegeben.
Der räumliche Verlauf einer Straße hat einen wesentlichen Einfluss auf das Fahrverhalten und auf die Verkehrssicherheit. Vor allem für Landstraßen wurden die räumliche Linienführung und Defizite in der räumlichen Linienführung bereits mehrfach untersucht. Die aus den Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse ließen sich allerdings nicht ohne weiteres auf Autobahnen übertragen, da diese Straßen größere Entwurfselemente und Querschnitte aufweisen. Daher konnte bei der Erarbeitung des Kapitels 5.4 “Räumliche Linienführung” der Richtlinien für die Anlage von Autobahnen (RAA 2008) vorrangig nur auf Erfahrungswerte und Festlegungen zurückgegriffen werden. Weiterhin war ein Verfahren zum Entwurf, zur Bewertung und zur Kontrolle der räumlichen Linienführung von Autobahnen auf der Grundlage qualitativer und quantitativer Parameter noch nicht bekannt. Für Landstraßen wurde ein derartiges Verfahren bereits entwickelt. Es ist in den “Hinweisen zur Visualisierung von Entwürfen für außerörtliche Straßen (H ViSt)” enthalten, eine direkte Übertragung auf den Entwurf von Autobahnen war jedoch nicht möglich.
Ziel des vorliegenden Projektes war es, auf der Grundlage von Kenntnissen über die räumliche Linienführung von Autobahnen Empfehlungen für die Inhalte der RAA und der H ViSt zur räumlichen Linienführung zu erarbeiten.
Es wurde geprüft, in welchem Umfang und unter welchen Randbedingungen Defizite in der räumlichen Linienführung auf Autobahnen auftreten und ob diese sicherheitsrelevant sind. Dazu wurden Bestandsstrecken auf Defizite in ihrer räumlichen Linienführung untersucht und deren Unfallgeschehen analysiert.
Weiterhin wurden virtuelle Untersuchungsstrecken erstellt. Durch diese wurden iterativ Grenzwerte ermittelt, ab wann gestalterische Defizite in der räumlichen Linienführung von Autobahnen auftreten.
Aus den Ergebnissen wurde deutlich, dass gestalterische Defizite in der räumlichen Linienführung von Autobahnen trotz richtliniengerechter Trassierung nach RAA auftreten können. Diese haben jedoch keine Sicherheitsrelevanz.
Weiterhin hat sich ein Änderungs- und Ergänzungspotential für die Ziffer 5.4 „Räumliche Linienführung“ der RAA ergeben. In der Ziffer 5.4 kann die Methodik zur Prüfung der räumlichen Linienführung von Autobahnen ausreichend beschrieben werden, sodass in der Ziffer 5 „Methodik zur Prüfung der räumlichen Linienführung“ der H ViSt keine Änderungen erforderlich sind. Für das H ViSt (Ziffer 5) wären ausschließlich ergänzende Kommentare notwendig, ob die jeweiligen Hinweise für Autobahnen maßgebend sind oder nicht. Daher wurde ausschließlich ein Textvorschlag für Ziffer 5.4 der RAA erarbeitet. Ein Verweis auf die H ViSt ist nur insofern nötig, dass die dort enthaltenen Hinweise zur Visualisierung (Ziffer 2, Ziffer 3, Ziffer 4) und zur Nutzung des Sichtschattenbandes (Ziffer 5.3.2) uneingeschränkt auch für Autobahnen gelten.
Der Textvorschlag soll als Diskussionsgrundlage für die Fortschreibung der RAA im zuständigen Arbeitsausschuss 2.1 „Autobahnen“ dienen.
Die Beschleunigungsvergütung ist ein wichtiges Instrument zur Bauzeitverkürzung auf Bundesautobahnen. Die im HVA B-StB bislang angegebenen Nutzungsausfallkosten sind veraltet und stellen für die beschleunigte Durchführung von Baumaßnahmen keinen ausreichenden Anreiz dar.
Im Rahmen der Untersuchung erfolgte daher eine Erweiterung und Aktualisierung der Nutzungsausfallkostentabelle. Dazu wurden die arbeitsstellenbedingten Kostenveränderungen der Fahrtzeiten im fließenden Verkehr, der Fahrtzeitverluste, der Zuverlässigkeit des Verkehrsablaufs, des Unfallgeschehens, des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffbelastung modellbasiert ermittelt.
Für typische Verkehrsführungen auf vier-, sechs- und achtstreifigen Autobahnen wurden tägliche volkswirtschaftliche Kosten sowie Mehrkosten als Differenz der Kosten im Zustand mit und ohne Arbeitsstelle für verschiedene Szenarien bestimmt. Anhand der Berechnungsergebnisse konnte der Einfluss der maßgebenden Randbedingungen hinsichtlich der Verkehrsnachfrage und der Kapazität mit und ohne Arbeitsstelle analysiert werden.
Basierend auf diesen Untersuchungen wurden zur Ermittlung aktualisierter Nutzungsausfallkosten Bezugsrandbedingungen festgelegt, mit denen ein möglichst großer Teil der Strecken des deutschen Autobahnnetzes abgedeckt wird. Im Ergebnis werden Nutzungsausfallkosten in Abhängigkeit vom DTV für 32 Arbeitsstellenverkehrsführungen in drei Tabellen für vier-, sechs- und achtstreifige Autobahnen angegeben, die zukünftig als Grundlage für die Vereinbarung von Bonus-Malus-Regelungen dienen können.