Lukas Renken, Jan Lehmkuhl, Johannes Neumann, Chenwen Liu, Max Ulrich

• Mit den Veröffentlichungen der IPCC (2018) und Bundesregierung (2022) wird die Dringlichkeit der Anpassung der Dimensionierung der Straßen an den Klimawandel deutlich. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde ein Verfahren zur Anpassung der Regelwerke zur rechnerischen und empirischen Dimensionierung der Straße an den Klimawandel auf Basis projizierter Klimadaten erstellt. Hierfür wurde zunächst entsprechende Referenz- und Zukunftsdatensätze vorbereitet. Im Anschluss daran wurde ein umfangreiches thermisches Finite-Volumen-Methode (FVM)-Modell mit Open Source Field Operation and Manipulation (OpenFOAM) erstellt, um den Temperaturverlauf in der Straßenkonstruktion durch die Fourier-Gleichung zu berechnen. Das Modell wurde für mehrere von Dakota beliebig gewählte räumliche Probepunkte innerhalb Deutschlands in der Cloud berechnet. Die Ergebnisse des Modells wurden verwendet, um Klimainduzierte Straßentemperaturkarte (KiST-Karte) für die Betonbauweise zu erstellen. Für die Asphaltbauweise wurde die KiST-Karte nach der Regressionsmethode aus Augter und Kayser (2016) (KiST-Methode) erstellt. Die KiST-Karten zusammen mit der Frosteinwirkungszonenkarte (FWZ-Karte) bieten dabei eine Orientierungshilfe, um Anpassungsmaßnahmen zu priorisieren und umzusetzen. Danach wurden mechanische Modelle für Beton und Asphalt erstellt, um die Auswirkungen der Temperaturänderung auf die Nutzungsdauer (ND) der Verkehrsflächenbefestigungen (zulässige Lastwechselzahl) zu bewerten. Nach der Sensitivitätsanalyse der ND mithilfe der Modelle zeigte es sich, dass die Sonnenstrahlung (SSR) und Lufttemperatur in 2m Höhe (T2M) einen großen Einfluss auf die ND der Beton- und Asphaltbauweise haben: ΔNDB = 2,78ΔSSR + 6,88ΔT2M, ΔNDA = 10ΔT2M. Auf Grundlage der Erkenntnisse wurde ein Schwellenwert von 5 Jahren für die Aktualisierung der KiST-Karten für die Beton- und Asphaltbauweise vorgeschlagen. Für FWZ-Karte ist die Sensitivitätsanalyse nicht möglich und die Schwellenwert für die Aktualisierung wurde nicht festgelegt. Das Ziel, ein Verfahren zur Anpassung der Regelwerke zur rechnerischen und empirischen Dimensionierung an den Klimawandel auf Basis projizierter Klimadaten zu erstellen, wurde erreicht. Die Erweiterbarkeit dieses Verfahrens und des entsprechenden Programmiercode ermöglichen eine zukünftige Aktualisierung der KiST-Karten mit den neuen Klimaszenarien, neuen Dimensionierungsmodellen, neuen Klimamodellen sowie neuen Daten für die Nachhaltigkeitsbewertung.
• With the publications of the IPCC (2018) and German Government (2022), the urgency of adapting the design of pavement to climate change becomes clear. In the context of this research project, a procedure for adapting the regulations for the pavement design to climate change based on projected climate data was developed. For this purpose, appropriate reference and future data sets were first prepared. Subsequently, an extensive thermal Finite Volume Method (FVM) model with Open Source Field Operation and Manipulation (Open-FOAM) was created to calculate the temperature profile in the pavement structure using the Fourier equation. The model was calculated for several spatial sample points within Germany chosen at random by Dakota in the cloud. The results of the thermal model were used to create Climate induced Road Thermal State Map (KiST Map) for concrete pavement. For the asphalt pavement, the KiST Map was created according to the Regression Method from Augter und Kayser (2016) (KiST Method). The KiST Maps together with the Frost Impact Zone Map (FWZ Map) provide guidance to prioritize and implement adaptation measures. After that, mechanical models for concrete and asphalt were created to assess the effects of temperature change on the Service Life (SL) of the pavement surfaces (permissible load change number). After the sensitivity analysis of the SL using the models, it was shown that the Solar Shortwave Radiation (SSR) and Air Temperature at 2m height (T2M) have a significant influence on the SL of the concrete and asphalt pavement: ΔSLB = 2,78ΔSSR + 6,88ΔT2M, ΔSLA = 10ΔT2M. Based on the findings, a threshold of 5 years for updating the KiST Maps for concrete and asphalt construction was proposed. For FWZ Map, the sensitivity analysis is not possible and the threshold for updating was not determined. The goal of creating a procedure for adapting the regulations for computational and empirical dimensioning to climate change based on projected climate data was achieved. The extensibility of this procedure and the corresponding programming code enable a future update of the KiST Maps with new climate scenarios, new dimensioning models and new climate models.