Ziel des Forschungsvorhabens war es, die bestehenden Dispositionsmodelle (2019) entlang des Bundesfernstraßennetzes in ausgewählten Fokusgebieten zu validieren, weiterzuentwickeln sowie unter Einbeziehung explorativer Wirkungsszenarien einen Bezug zum Klimawandel herzustellen. In fünf Regionen wurden Standsicherheitsberechnungen der potentiell rutschungsgefährdeten Hänge und Böschungen an ausgewählten Profilschnitten in konzeptionellen Modellen anhand kinematischer Analysen sowie mittels Grenzgleichgewichtsmethoden und numerischer Modellierung durchgeführt. Eine grundsätzliche Verbesserung und Weiterentwicklung der Massenbewegungskarten auf Basis der bestehenden Methodik konnte nach aktuellem Kenntnisstand und verfügbarer Datengrundlage insbesondere durch die Erhöhung der Auflösung des digitalen Höhenmodells, die Erhöhung der Maßstäbe geologischer Karten sowie der Verwendung alternativer Algorithmen erreicht werden. Die flächendeckende Erstellung der Hinweiskarten für Ansatz 1A und 1B für das gesamte Bundesgebiet ermöglicht neue Anwendungsfelder. Auf Basis aktueller Klimamodelle und deren abgeleiteten Änderungssignalen konnten für die nahe (2030-2061) und ferne (2071-2100) Zukunft Wirkungsszenarien erstellt werden, in denen durch die Verbindung vom Faktor Klima sowie den berechneten Dispositionsmodellen (Ansätze 1A und 1B) mögliche Effekte auf das Bundesfernstraßennetz abgeschätzt wurden. Auf Grundlage dieser Ergebnisse kann dabei zukünftig von einer Erhöhung starker Niederschläge und somit einhergehend einem stärkeren Schadenspotential, beginnend in den Mittelgebirgsregionen, ausgegangen werden. Speziell in Gebieten mit großen und verzweigten Rinnensystemen können sich diese prognostizierten Änderungen stärker auswirken als in den übrigen Regionen.

Das Ziel des Projektes war es, zuverlässige Kenngrößen für die Praxis abzuleiten, um Volumeneigenschaften wie Raumdichte, Hohlraumgehalt und Verdichtungszustand von offenporigen Asphalten treffsicher zu bestimmen und damit das Mischgut zielgerichteter zu konzipieren und genauer beschreiben zu können. Dafür wurde ein entsprechendes Untersuchungsprogramm aufgestellt, um zum einen das bisher nach Regelwerk für offenporigen Asphalt anzuwendende Ausmessverfahren nach den TP Asphalt-StB, Teil 6 zu evaluieren, sowie alternative Verfahren zur Raumdichtebestimmung weiterzuentwickeln respektive auf deren Praxistauglichkeit hin zu überprüfen. Dabei sollten vor Allem die Einflüsse aus der Oberflächenbeschaffenheit, der Prüfdicke aber auch der Art der Probekörperherstellung berücksichtigt werden. Für die Untersuchungen wurden sechs Asphaltmischgüter PA 8 aus Baumaßnahmen in den Jahren 2020 und 2021 einbezogen. Um Einflüsse aus der Oberfläche (Rauheit) und aus der Dicke der Probekörper abschätzen zu können, wurden sowohl zylindrische Probekörper aus walzsektorverdichteten Asphalt-Probeplatten, als auch Marshall-Probekörper und Bohrkernproben aus der fertigen Schicht mit unterschiedlich geschliffenen Oberflächen sowie in variierenden Dicken hergestellt und verglichen. Durch die Einbeziehung der Bohrkernproben konnte ein direkter Vergleich zu den Verhältnissen in situ erfolgen. Neben der konventionellen Bestimmung der Raumdichte mittels Verfahren D nach den TP Asphalt-StB, Teil 6 wurden folgende alternative Prüfungen durchgeführt: • ASTM D6752/D6752M-18, Bestimmung der Raumdichte durch Vakuumabdichtung. • Bestimmung der Raumdichte durch 3-D Scan („HandyScan“) • TP Asphalt-StB Teil 19, Durchlässigkeit von Asphalt-Probekörpern Das Ausmessverfahren hat einige Nachteile: neben möglicher Messungenauigkeiten beim Anlegen des Messschiebers beeinflussen die Form, die Geometrie und die Beschaffenheit des Probekörpers die Raumdichte. Äußere, herstellungsbedingte Hohlräume können nicht ausgeschlossen werden und verfälschen das Ergebnis. Bei dem Verfahren nach dem US-amerikanischen Regelwerk ASTM D6752/D6752M-18 wird ein Asphaltprobekörper unter Vakuum in einem Kunststoffbeutel luftdicht verpackt und im Wasserbad gewogen. Über das sog. spezifische Raumgewicht unter Wasser kann die Raumdichte des Probekörpers bestimmt werden. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht unter anderem darin, dass sich die Kunststofffolie um die äußeren Hohlräume legt, so dass diese hier berücksichtigt werden können. Das Verfahren mit Vakuumabdichtung ist potentiell auch weniger anfällig für Messungenauigkeiten, was sich auch in den unter Widerholbedingungen ermittelten niedrigen Spannweiten widerspiegelt. Die Raumdichten, die nach ASTM bestimmt werden, sind grundsätzlich größer als die aus dem Ausmessverfahren, da das berücksichtigte Volumen auf Grund des Ausschlusses der Oberflächenhohlräume kleiner gemessen wird als beim Ausmessen. Eine Abhängigkeit von der Probekörperhöhe und der Rauigkeit wurde im Rahmen von Regressionsanalysen für die verschiedenen Probekörperarten bestätigt. Das Verfahren nach ASTM ist dabei deutlich robuster gegenüber variierenden Abmessungen und wechselnden Probekörpertexturen. Die Prüfung der Wasserdurchlässigkeit nach den TP Asphalt-StB, Teil 19 erwies sich als sehr aufwendig im Sinne der benötigten Zeit und des eingesetzten Materials. Es ergaben sich im Rahmen von statistischen Auswertungen große Streuungen zwischen den unterschiedlichen Probekörpern und keine systematischen Zusammenhänge. Dadurch ist das Verfahren auch nicht geeignet, um indirekt den Hohlraumgehalt bei offenporigen Asphalten respektive die Raumdichte oder den Verdichtungszustand anzusprechen. Dadurch zeigt sich noch mal deutlich, dass die Hohlraumstruktur von Probekörpern verschieden sein kann und somit auch das Durchflussverhalten abweicht. Die Bestimmung der Raumdichte durch 3D-Scans an ausgewählten Probekörpern hat gezeigt, dass die Morphologie der Probekörper grundsätzlich gut erfasst werden kann, jedoch dass die Auswertung der Daten sehr zeitaufwendig und aktuell noch fehleranfällig ist. Der 3D-HandyScan kann zukünftig ein hilfreiches Verfahren sein, ist jedoch für den regelmäßigen Einsatz in der Praxis aktuell noch nicht ausgereift. Als wichtige Empfehlungen für die zukünftige Bestimmung der Raumdichte werden eine einheitliche Dicke der Probekörper von z. B. 30 mm, die Herstellung von Probekörpern aus WSV-Platten sowie die Implementierung der Raumdichtebestimmung nach ASTM ins nationale Regelwerk vorgeschlagen.

Im hier dokumentierten Forschungsprojekt sollten Wirksamkeitsuntersuchungen von Streckenbeeinflussungsanlagen (SBAs) und Zuflussregelungsanlagen (ZRAs) zusammengetragen werden, die seit dem Jahr 2000 in Deutschland durchgeführt wurden, um sie nachfolgend einer Metaanalyse zu unterziehen und daraus unter Einbeziehung des Stands von Wissenschaft und Technik Empfehlungen für die Weiterentwicklung von SBA- und ZRA-Bewertungsverfahren abzuleiten. Gemäß Literaturanalyse sind summierte Reisezeiten und Unfallzahlen als geeignete Kenngrößen zur monetarisierten SBA- und ZRA-Bewertung im Hinblick auf Verkehrsfluss und Verkehrssicherheit. Unfallzahlen können direkt erhoben, Reisezeiten können gemessen oder in ausreichender Qualität aus lokalen Verkehrsdaten oder FCD geschätzt werden. Damit wird der Einsatz komplexer Verkehrsmodelle vermieden, die eine detaillierte Kenntnis der VBA- und ZRA-Wirkungen voraussetzen würden. In Bezug auf Umweltwirkungen weist der Stand der Wissenschaft und Technik die Verwendung von Emissionsmodellen als vielversprechend aus, in die makroskopische Verkehrsdaten eingehen. Es können für SBAs und ZRAs je elf Dokumente zusammengetragen, die die Wirksamkeit der Anlagen anhand von Vorher-Nachher-Vergleichen untersuchen. Dabei sind die vorliegenden Studien formal heterogen: Manche SBA-Studien betrachten Kenngrößen des Verkehrsflusses, andere alternativ das Störungsgeschehen, manche weder das eine noch das andere. Nicht alle ZRA-Studien untersuchen Sicherheitswirkungen. Es wird ein Konzept zur Metaanalyse von SBA- und ZRA-Wirksamkeitsuntersuchungen erarbeitet, umfassend erläutert und angewandt. Aufgrund der Studienlage können aber keine aggregierten Erkenntnisse zur SBA- oder ZRA-Wirksamkeit abgeleitet werden, so dass keine Empfehlungen für Ex-ante-Wirksamkeitsschätzungen erarbeitet werden können. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse wird eine Weiterentwicklung der Verfahren zur Ex-post-Wirksamkeitsanalyse von SBAs und ZRAs vorgeschlagen: > Bezüglich der Verkehrssicherheit wird das Vorgehen zur Ermittlung der Veränderung von Unfallkosten gemäß dem bestehenden FGSV-Regelwerk empfohlen – unter besonderer Beachtung von Veränderungen zwischen den Vergleichszeiträumen z. B. infolge allgemeiner Trends oder Veränderungen im relevanten Umfeld der Untersuchungsstrecke. > Bezüglich des Verkehrsflusses wird die Verwendung eines Verfahrens aus der Literatur empfohlen, das aus lokalen Daten einer SBA Reisezeitsummen schätzt, monetarisiert und vergleicht. Das Verfahren wird für alternative Datenquellen geöffnet und ist somit auch für ZRAs anwendbar. > Bezüglich der Umweltwirkungen wird der Einsatz des etablierten Modells HBEFA zur Ermittlung von Klimagas- und Luftschadstoffemissionen vorgeschlagen. Die erforderlichen Eingangsdaten stehen bereits aus der Verkehrsflussuntersuchung zur Verfügung Bei der Anwendung der Verfahren ist der Kontext zu berücksichtigen, in dem die Datenerfassung erfolgte. Er umfasst z. B Informationen zur Trassierung, zu besonderen Witterungsbedingungen, zu Arbeitsstellen oder zu gültigen Verkehrsregeln in den Vergleichszeiträumen. Wenn künftige Untersuchungen einheitlich nach den vorgeschlagenen Verfahren durchgeführt werden, können künftige Metaanalysen aussichtsreich durchgeführt werden und zur Verbesserung auch von Ex-ante-Wirksamkeitsschätzungen führen. Die statistische Belastbarkeit so gewonnener Erkenntnisse wird jedoch eine Herausforderung bleiben.

Im Rahmen der geplanten Neuausrichtung der Erhebungen am Unfallort („GIDAS 4.0“) soll mit dem vorlie-genden Projektvorhaben der methodische und statistische Ansatz von GIDAS neu bewertet werden. Dies betrifft gleichermaßen das Stichproben- und das Erhebungsverfahren. Die Hauptziele des Forschungs-projekts umfassen die Erarbeitung möglicher Stichprobenkonzepte für das Folgeprojekt GIDAS 4.0 so-wie eines Modells, um neben der standardmäßigen In-depth-Unfallerhebung auch anlassbezogene Unfall-aufnahmen durchführen zu können. Wesentliche Grundlage der Untersuchung waren statistische Analysen von GIDAS- und amtlichen Unfalldaten für die Jahre 2006 bis 2008 sowie 2017 bis 2019. Darüber hinaus basieren die Projektergebnisse auf einer ausführlichen Auswertung der (internationalen) Literatur zu den Themen Stichprobenverfahren und In-depth-Unfallerhebungen sowie auf Expertengesprächen und einem im Rahmen des Projekts durchgeführten Workshop. Vor der Darstellung methodischer Vorschläge zum Redesign von GIDAS fand eine eingehende Beschäftigung mit grundsätzlichen, für vertiefte Unfallerhe-bungen relevanten Themen statt. Nach einem Überblick über In-depth-Erhebungen in anderen Ländern wurden zunächst generelle Fragen zur Repräsentativität solcher Unfallerhebungen und damit verbundene Themen erörtert (Erhebungs- und Stichprobendesigns, Erhebungsumfang, systematische Fehler). Vor diesem Hintergrund der allgemeinen Charakterisierung von Erhebungen zur Gewinnung vertiefter Unfallda-ten wurden anschließend die einzelnen Verfahrenselemente der aktuellen GIDAS-Erhebung (GIDAS 3.0) einer näheren Betrachtung und Bewertung unterzogen. Dies betrifft die einzelnen Phasen des Erhebungs-prozesses (inkl. Anfahrts- und Erhebungsdauer), das zweistufige Stichprobenauswahlverfahren, Genauig-keitsbeurteilungen („Designeffekt“), die Untersuchung von systematischen Verzerrungen des GIDAS-Erhebungssystems, Analysen zur „Repräsentativität“ der GIDAS-Daten und das aktuelle Gewichtungsver-fahren. Auf Basis der dabei erzielten Ergebnisse sowie anhand weiterer Auswertungen der GIDAS-Daten wurden dann methodische Alternativen im Hinblick auf die Neuausrichtung des GIDAS-Erhebungssystems (Basiserhebung und anlassbezogene Erhebung) vorgestellt und bewertet. Die rele-vantesten methodischen Weiterentwicklungsoptionen werden dabei anhand des Ausmaßes der methodi-schen Veränderung gegenüber dem aktuellen Erhebungssystem und ihrer zeitlichen (kurz-, mittel- und langfristigen) Realisierungsmöglichkeit klassifiziert. Als generelles Ergebnis kann man festhalten, dass auch zukünftig vertiefte Unfallerhebungen im Sinne von Primärerhebungen „vor Ort“ durchgeführt werden sollten. Allerdings offenbart sich deren Nutzen nur dann, wenn die Unfallstelle vom Erhebungsteam in relativ kurzer Zeit nach Eintreten des Unfallereignisses auch erreicht wird. Abschließend wird darauf ein-gegangen, welche Daten aus methodischen und nutzungsorientierten Gründen zusätzlich in die GIDAS-Datenbank aufgenommen werden sollten.

Die Ermittlung der genutzten Lkw-Parkmöglichkeiten auf und an den Bundesautobah-nen (BAB) ist die Grundlage für die Ableitung von zielgerichteten Maßnahmen zur Ver-besserung der Lkw-Parkplatzsituation. Das Bundesministerium für Digitales und Ver-kehr (BMDV) beauftragte daher die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) mit der Auswertung einer durch die Autobahn GmbH durchgeführten Erhebung der in drei aus-gewählten Erhebungsnächten abgestellten Lkw auf und an den BAB. Wie schon bei den vorangegangenen Erhebungen wurde eine bundesweite Vollerhebung nach einem von der BASt erarbeiteten bundeseinheitlichen Erhebungskonzept durchgeführt. Die nachts abgestellten Lkw werden dabei auf den bewirtschafteten und unbewirtschafte-ten Rastanlagen, den ehemaligen Grenzzollanlagen, auf privaten Autohöfen sowie an abseits der BAB bekannten Abstellorten im nahen Umfeld der BAB gezählt.

Für automatisierte Fahrmanöver eines Fahrzeuges im Straßenverkehr ist eine Erkennung der Situation, in dem sich das Fahrzeug befindet, eine notwendige Voraussetzung. Längsmarkierungen werden bei automatisierten Fahrmanövern zur Querpositionierung genutzt und müssen hierfür von der Sensorik des Fahrzeuges detektiert werden. Neben der Güte des Sensors und der Signalverarbeitung sind die Ausprägungen spezifischer Merkmale eines Objektes für das Ergebnis einer Detektion entscheidend. Diese qualitative Ausprägung kann im Kontext der Detektion als maschinelle Erkennbarkeit bezeichnet werden. Für die Ableitung einheitlicher und fundierter (Mindest-) Standards für Markierungen als Bestandteil einer automatisiert befahrbaren Straße besteht wissenschaftliches Interesse an der Entwicklung von Methoden zur Quantifizierung der maschinellen Erkennbarkeit einer Markierung. Ziel des Forschungsprojektes ist neben der Erforschung von Anforderungen an Fahrbahnmarkierung für das automatisierte und vernetzte Fahren auch der Abgleich mit aktuellen Qualitätsanforderungen, die bisher maßgeblich die Wahrnehmbarkeit von Markierung durch den menschlichen Fahrer sicherstellen sollen. Eine Literatur- und Marktanalyse ist die Grundlage für Prüfsystematik und Bewertungsmetrik. In Fahrversuchen auf einem Testfeld und einer öffentlichen Autobahn wurden Markierungskenngrößen (Leuchtdichtekoeffizienten Qd, RL und RL,w sowie Geometrie und Material) und äußere Einflussfaktoren (Tag, Nacht und Gegenlicht sowie Nässe und Trockenheit) gezielt und kontrolliert variiert. Zur Bewertung der maschinellen Detektierbarkeit wird der Kontrast zwischen der Markierung und der benachbarten Fahrbahnoberfläche in Kamerabildern und LiDAR-Punktwolken analysiert. Alle Markierungskenngrößen und äußeren Einflussfaktoren können bezüglich des Einflusses auf die maschinelle Detektierbarkeit bewertet werden. Insbesondere der Kontrast der Leuchtdichtekoeffizienten von Markierung und benachbarter Fahrbahnoberfläche ist maßgebend. Es kann grundsätzlich festgestellt werden, dass bei trockenen und nassen Bedingungen die Erneuerungswerte nach ZTV M 13 ausreichen, um einen Weberkontrast von 0,1 in Kamerabild und LiDAR-Punktwolke sicherzustellen. Auch ein Weberkontrastwert von 0,5 kann in vielen Fällen durch die Erneuerungswerte der ZTV M 13 erreicht werden. Im direkten Vergleich ist die Kamera-Detektierbarkeit bei Tageslicht (Qd) und bei Nacht und Nässe (RL,w) durch bisherige Standards deutlich weniger sichergestellt als bei Nacht und Trockenheit (RL). Bisherige Anforderungen an RL,w stellen eine deutlich geringere LiDAR-Detektierbarkeit bei Nässe sicher als Anforderungen an RL bei Trockenheit (unabhängig von der Beleuchtungssituation). Die Ergebnisse der wissenschaftlichen Arbeit sind Grundlage für weitere Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der Fahrzeugautomatisierung im Zusammenspiel mit der Straßeninfrastruktur und leisten einen Beitrag zur Sicherstellung der automatisierten Befahrbarkeit dieser. Es werden Empfehlungen an Kontrast der Leuchtdichtekoeffizienten von Markierungen und der benachbarten Fahrbahnoberfläche gegeben. Für die fundierte Definition von Mindestwerten sind zukünftig die Einflüsse von falsch-positiven Detektionen zu berücksichtigen und zu erforschen.

Im Rahmen des Projektes wurden vereinfachte lichttechnische Messverfahren entwickelt, um photometrische Daten bei Dunkelheitsunfällen schnell und zuverlässig erheben zu können. Für die Erhebung von Beleuchtungsstärken wurden zunächst Messungen mit verschiedenen Messköpfen durchgeführt. Der Messkopf mit den gemäß Kenngrößen geringsten Werten wurde anschließend auf ein mobiles Modellfahrzeug montiert. Für dieses wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem Beleuchtungsstärken an Unfallorten einfach erhoben werden können. Für die Erhebung von Leuchtdichten wurde zum einen ein Leuchtdichtenormal entwickelt. Mit Hilfe des Normals können verschiedene Leuchtdichten eingestellt werden. Ein visueller Abgleich ermöglicht die Überprüfung der Einhaltung einer normgerechten Beleuchtungssituation an Unfallorten. Zum anderen wurde ein spezielles Kalibrierverfahren für Leuchtdichten für Digitalkameras getestet. Im Gegensatz zum Einsatz des Leuchtdichtenormals, welches für die Zuordnung zu einer Beleuchtungsklasse nur das menschliche Auge als Referenz verwendet, werden hier echte Leuchtdichtebilder erzeugt, die ortsaufgelöst viele, replizierbare Werte liefern. Die Evaluation der Verfahren ergab, dass mit dem Messfahrzeug sehr verlässliche Aussagen zu den an Unfallorten vorliegenden Beleuchtungsstärken getroffen werden können. Auch die mit der kalibrierten Digitalkamera erhobenen Werte lagen in ihrer Abweichung zu den Werten normgerechter Messungen in noch tolerablen Grenzen. Dahingegen wurden mit dem Leuchtdichtenormal zum Teil große Fehleinschätzungen vorgenommen. Für das Messfahrzeug sowie das Leuchtdichtenormal ist zu beachten, dass es sich um Prototypen handelt. Die Fertigung für eine breite Anwendung ist daher noch mit größerem Aufwand verbunden. Für die Anwendung des Messfahrzeugs sowie der kalibrierten Digitalkamera wurde ein Leitfaden erstellt, der die genaue Vorgehensweise der Messungen am Unfallort beschreibt.

Der angestrebte langlebige, wirtschaftliche und sichere insbesondere jedoch auch nachhaltige Bau und Betrieb eines Straßentunnels führen zu neuen Anforderungen an die Konstruktion sowie die betriebs- und sicherheitstechnische Ausstattung. Diese gilt es sowohl in der Planungs- aber auch in der späteren Bau- und Betriebsphase entsprechend umzusetzen. Die Beiträge der Vortragsveranstaltung befassen sich mit diesen aktuellen Themen zu Planung, Bau und Betrieb von Straßentunneln und greifen diese Anforderungen auf. Im Themenblock Planung wird ein Praxisbeispiel die Anwendung einer BIM-basierten Arbeitsweise in der Betriebsphase eines Tunnels aufgezeigt. Der Bericht zur Anwendung zweier risikobasierter Untersuchungsverfahren zur Ermittlung des Einflusses unterschiedlicher Abstände zwischen Pannenbuchten sowie eines steigenden Anteils von Fahrzeuggen mit alternativen Antrieben auf die Tunnelsicherheit, soll Planern aber auch Tunnelbetreibern eine bessere Einschätzung ggf. zu ergreifender Maßnahmen ermöglichen. Hilfestellung für den Tunnelbetreiber, einen Tunnel auch bei eingeschränkter Funktionalität betriebstechnischer Einrichtungen weiter zu betreiben, soll die Vorstellung hierfür zu gewährleistender minimaler Betriebsbedingungen bieten. Des Weiteren wird über Versuche zum Verhalten von Tunnelnutzenden in Entfluchtungssituationen berichtet. Im Themenblock Bautechnik wird der Fragestellung nachgegangen, wie der Einsatz von selbstverdichtendem Beton mit Zusatz von Polypropylen-Fasern einen positiven Einfluss auf die Betonqualität bei Innenschalen haben kann. Zum Thema Nachverpressung von Tunnelinnenschalen und der Reichweite verschiedener Injektionsmaterialien und -systeme wird über durchgeführte großmaßstäbliche Laborversuche berichtet. Angesichts des fortschreitenden Klimawandels und der Einhaltung der gesetzten Klimaziele hat die CO2-neutrale Erzeugung von Energie hohe Priorität. Die Vorträge des Themenblocks Nachhaltigkeit setzen sich einerseits mit dem Potential der Einsparung von Energie und zum anderen mit der Substitution fossiler durch regenerative Energieerzeugung auseinander.

In den letzten Jahren ist eine Vielzahl neuer Verfahren für die Erzeugung von Punktwolken für ingenieurgeodätische Zwecke auf den Markt gekommen. Dies betrifft sowohl terrestrische als auch mobile und Airborne Laserscan-Messsysteme (TLS, MLS, ALS) sowie photogrammetrische Systeme auf der Basis von Drohnen (UAVs). Jedes der unterschiedlichen Messsysteme weist Vor- und Nachteile auf oder ist nur in Kombination mit herkömmlichen Verfahren einsetzbar. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist unklar, welche Systemspezifikationen für Anwendungen in der Straßenbauvermessung zweckmäßig und wirtschaftlich einsetzbar sind. Offen ist ebenfalls, inwieweit die Nutzung für anschließende Arbeitsprozesse einen Gewinn darstellt, z. B. durch georeferenzierte Punktwolken bei der Aufstellung des Entwurfs, bei der vermessungstechnischen Bauüberwachung oder bei der Bauabrechnung. Ziel des Forschungsprojektes war es zu untersuchen, für welche Anwendungen in der Straßenbauverwaltung Punktwolken sowohl unter technischen als auch unter qualitativen Gesichtspunkten eingesetzt werden können. Es wurden die Vor- und Nachteile der Erfassungsverfahren aufgezeigt sowie Spezifikationen für die Auswahl einzelner Messsysteme bzgl. der Datenerfassung, -aufbereitung und -bereitstellung zusammengestellt. Dabei wurden auch Aspekte der Verkehrssicherheit und der Reduzierung der Verkehrsbeeinträchtigung berücksichtigt und diskutiert. Über den rein ingenieurgeodätischen Aspekt hinaus sollte die Frage beantwortet werden, inwieweit die Qualität einer Punktwolke in Hinblick auf einzelne Anwendungsfälle beurteilt werden kann und ob durch den Einsatz neuer Verfahren ein Mehrwert für anschließende Arbeitsprozesse aus den Bereichen Planung, Bau und Betrieb von Straßen zu erzielen ist. Dazu erfolgte zunächst eine Darstellung der Grundlagen zur Punktwolkenerfassung, indem die Funktionsweisen der beiden wesentlichen Erfassungstechnologien zur Erzeugung von Punktwolken erläutert wurden. Anschließend galt es im Rahmen einer Anforderungsanalyse die möglichen Einsatzbereiche von Punktwolken zu beschreiben, die den einzelnen Lebensphasen eines Bauwerks zugeordnet wurden. Für die identifizierten Einsatzbereiche wurde aufgezeigt, unter welchen Voraussetzungen der Einsatz von Punktwolken einen Mehrwert liefern kann. Dazu erfolgte eine einsatzbereichsbezogene Bewertung sowie die Darstellung des mittel- bis langfristigen Nutzens des Einsatzes dieser Technologien. Weiterhin wurden verkehrssicherheitsrelevante Aspekte beim Einsatz von Drohnen entlang von Straßen thematisiert. Ein weiterer Abschnitt beinhaltete eine Marktanalyse zu den verfügbaren Hard- und Softwarekomponenten für die Erfassung und Verwendung von Punktwolken. Zuletzt erfolgte schließlich eine Beurteilung, inwiefern eine Anpassung der gültigen Regelwerke in Bezug auf den Einsatz von Punktwolken erforderlich ist. Dazu wurden die in den Lebensphasen jeweils relevanten Regelwerke gesichtet und der Anpassungsbedarf beurteilt. Zusammenfassend ist festzustellen, dass neben der Planungs- und Bauphase der Einsatz von Punktwolken insbesondere in der Betriebsphase zielführend sein kann. Für den Rückbau ergeben sich analoge Anwendungsfälle wie bei der Bauphase. Es zeigte sich, dass der frühzeitige Einsatz von Punktwolken während der Planungs- und Bauphase für weitere Anwendungsfälle im Rahmen der Betriebsphase nutzenbringend sein kann. Die Bewertung des Nutzens bzw. des Mehrwertes erfolgte zunächst im Sinne einer mittel- bis langfristigen Betrachtung als auch in Hinblick auf spezifische Einsatzbereiche. Neben dem Mehrwert wurden die bei der Erfassung auch zu berücksichtigenden juristischen Aspekte sowie der Einfluss auf den Straßenverkehr beleuchtet. Der Einsatz von Punktwolken macht insbesondere dann Sinn, wenn mehrere Fachgewerke bzw. Fachabteilungen über mehrere Lebenszyklusphasen eines Bauwerks auf die mit Hilfe von Punktwolken erzeugten Datensätze zugreifen. Dies betrifft bspw. die Inventarisierung der Straßenraumausstattung. Mit Hilfe von Punktwolken kann die räumliche Lage der einzelnen Elemente des Straßenraums sehr gut beschrieben und dokumentiert werden. Gleiches gilt für die Grundplanerstellung sowohl mit als auch ohne lärmtechnische Daten, bei denen eine Verortung von Objekten innerhalb eines größeren Analysegebiets von Bedeutung ist. Innerhalb der Betriebsphase besteht ein großes Nutzenpotential in der Verwendung von Punktwolkendaten zur Erstellung von BIM-Modellen bestehender Infrastrukturobjekte. Hierbei können die geometrischen Abmessungen der Bauwerke und Bauwerksteile mit Hilfe von (teil-)automatisierten Algorithmen identifiziert und in ein BIM-Modell integriert werden. Neben einem Überblick zu den am Markt verfügbaren Hard- und Softwaresystemen zur Erfassung und Verarbeitung von Punktwolken erfolgte auch eine Bewertung der Eignung diverser Systeme (auf Technologieebene) für die hier erörterten Einsatzbereiche. Die für die verschiedenen Themenfelder relevanten Regelwerke, Projektierungsnormen und Gesetze bzw. Verordnungen wurden zusammengetragen und beurteilt, inwieweit diese um das Thema Punktwolken ergänzt werden sollten. Insgesamt erfolgte eine Beurteilung von ca. 100 Regelwerken, Normen, Gesetzen und Verordnungen. Für die Planungsphase, insbesondere für den Bereich Vermessung, konnten die meisten Regelwerke identifiziert werden, die ggf. anzupassen sind. Zusammenfassend ist jedoch festzustellen, dass kein unmittelbarer Handlungsbedarf zur Anpassung besteht. Gleichwohl wird bei einigen Regelwerken eine Ergänzung des Themas Punktwolken im Rahmen der nächsten Überarbeitung empfohlen.

Eine Torsionsbeanspruchung stellt eine der grundsätzlichen Belastungsarten eines Balkenbauteils dar, wobei die Beanspruchung zumeist in Kombination mit einer ergänzenden Biege- bzw. Querkraftbeanspruchung einhergeht. Die Nachrechnung zahlreicher älterer Bestandsbrückenbauwerke infolge des gestiegenen Schwerlastverkehrs zeigt, dass gerade bei den Beanspruchungsarten Querkraft und Torsion vielfach rechnerische Defizite festzustellen sind, obwohl das äußere Erscheinungsbild oft noch keine Anzeichen einer Überbeanspruchung erkennen lässt. Während die Bemessungsmodelle für Stahlbeton- bzw. Spannbetonbauteile für Querkraft durch zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten immer weiter verfeinert wurden, sind in den letzten 40 Jahren in Deutschland sowie international im Vergleich deutlich wenigerer Untersuchungen zu Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen unter Torsionsbelastung durchgeführt worden. Um einen ergänzenden Beitrag zur Forschung an torsionsbeanspruchten Bauteilen zu leisten und torsionsbeanspruchte Bauteile in gleichem Maße sicher und effizient auszunutzen, wie dieses unter Querkraftbeanspruchung möglich ist, wurde im Rahmen des vorliegenden Projektes Folgendes erbracht: 1. Zusammenfassende Darstellung des Sachstandes bzw. aktueller Bemessungsmodelle zur Torsionstragfähigkeit von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen. 2. Erstellung einer Datenbank bestehend aus 1.527 Torsionsversuchen an Stahlbeton- und Spannbetonbalken in Kombination mit Beanspruchung infolge Biegung, Normalkraft und Querkraft. Der Aufbau der Datenbank erfolgte angelehnt an die international anerkannten ACI-DAfStb Shear Databases. 3. Überprüfung der Torsionstragfähigkeit von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen in Kombination mit Biegung, Normalkraft und Querkraft im Kontext des aktuellen Eurocode anhand der Datenbank. Basierend auf den Auswertungen wurden Sicherheitsdefizite bzw. Optimierungspotentiale aufgezeigt. Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: (1) Mit dem Torsionsmodell der DIN EN 1992 werden die experimentellen Bruchlasten grundsätzlich gut erfasst. Sicherheitsdefizite bestehen lediglich bei der Druckstrebentragfähigkeit. (2) Bezüglich der Druckstrebnneigung zeigen die durchgeführten Untersuchungen, dass ausgehend von der Rissneigung im Grenzzustand der Tragfähigkeit eine Rotation auf den Plastizitätswinkel möglich ist. Für Bauteile ohne Normalkraftbeanspruchung konnte anhand der Datenbank eine maximale Rotation von 20° festgestellt werden, mit steigender Normalkraftbeanspruchung und damit flacher werdendem Risswinkel nimmt das Rotationspotential ab. (3) Die Druckstrebentragfähigkeit unter Torsionsbeanspruchung liegt gemäß den durchgeführten Untersuchungen sowohl nach DIN EN 1992 als auch nach dem Rechenansatz der prN EN 1992 (Fassung Oktober 2021) auf der unsicheren Seite. Dieses wurde bereits in ZEDLER 2011 festgestellt und ist vor allem darin begründet, dass sich der äußere Teil der Betondeckung unter Torsionseinwirkung teilweise der Beanspruchung entzieht. (4) Die Datenbankauswertungen bestätigen die Untersuchungen von THÜRLIMANN 1975, ZEDLER 2011 bzw. STAKALIES 2021, nachdem auch Bewehrung im Inneren des idealisierten Hohlkastens einen Beitrag zur Torsionstragfähigkeit liefert und als Torsionslängsbewehrung ansetzbar ist. (5) Darüber hinaus zeigen die Auswertungen an der Datenbank vor allem unter kombinierter Beanspruchung (Torsion mit Biegung bzw. Querkraft), dass die rechnerischen Bruchmomente im Regelfall überschritten werden und daher offensichtlich noch Traglastreserven bestehen. Dieses wird im Wesentlichen auf Umlagerungen der Längsbewehrung innerhalb des Querschnittes sowie auf die Tragwirkung der ungerissenen Betondruckzone zurückgeführt. Basierend auf den o. g. Erkenntnissen wurden Empfehlungen für eine Weiterentwicklung des Torsionsmodells des Eurocode 2 abgeleitet, einmal im Hinblick auf die Bemessung von Neubauwerken und einmal im Hinblick auf die Nachrechnung von Bestandsbauwerken.

Die feinen Gesteinskörnungen (Sande) sind der wesentliche Bestandteil des Asphaltmörtels. Zur Optimierung der Eigenschaften des Asphaltmörtels müssen geeignete Sande eingesetzt werden. Aus diesem Grund hat sich dieses Forschungsvorhaben zum Ziel gesetzt, einen Bewertungshintergrund für die praxisgerechte Beurteilung der Wasserempfindlichkeit von Sanden einschließlich ihres Eigenfülleranteils zu schaffen. Auf dieser Grundlage können Anforderungswerte vorgeschlagen werden. In das Untersuchungsprogramm wurden 33 Brechsande einbezogen, die sowohl mineralogisch als auch technologisch auf ihre Wasserempfindlichkeit untersucht wurden. Des Weiteren wurden 36 Strecken in Deutschland und Österreich besichtigt, um die Auswirkungen der Wasserempfindlichkeit der Sande auf die Asphaltdeckschicht in der Praxis näher untersuchen zu können. Aus den 36 besichtigten Strecken wurden anschließend zehn auffällige Strecken ausgewählt, an denen weitergehende Untersuchungen an Ausbauproben durchgeführt wurden. An den 33 ungebrauchten Sanden wurde eine Vielzahl von Untersuchungen durchgeführt. Neben den konventionellen Prüfungen, wie Korngrößenverteilung, Rohdichte für Füller und Sand, Kornform und –oberfläche, auch mineralogische Untersuchungen. Besondere Aufmerksamkeit wurde dabei auf die die Wasserempfindlichkeit ansprechenden Prüfungen, wie das Methylenblau-Wert-Verfahren, das Sandäquivalent und das Schüttel-Abriebverfahren am Sandasphalt-Probekörper gelegt. Die Asphaltdeckschicht der zehn ausgewählten Strecken wurde nach Bohrkernentnahmen näher untersucht. Die Bohrkerne wurden hinsichtlich ihrer äußeren Beschaffenheit beurteilt sowie das gewonnene Asphaltmischgut mittels konventioneller Prüfungen, wie Hohlraumgehalt, Bindemittelgehalt und Korngrößenverteilung näher untersucht. Abschließend erfolgten Untersuchungen an den rückgewonnenen feinen Gesteinskörnungen (Schüttel-Abriebprüfungen sowie mineralogische Untersuchungen). Die Ergebnisse an den ungebrauchten Sande zeigen, dass Sande, die bei der Mineralogie als kritisch bezeichnet wurden, sich auch in den Prüfungen, die die Wasserempfindlichkeit ansprechen, als ungünstig erweisen. So konnte nachgewiesen werden, dass eine Korrelation zwischen dem Methylenblau-Wert des Füllers und den mineralogischen Ergebnissen besteht. Ein Zusammenhang zwischen Schüttel-Abrieb und Mineralogie konnte ebenfalls hergestellt werden. Lediglich das Sandäquivalent stellte sich als nicht zielführend für die Bestimmung der Qualität der Feinanteile heraus. Die Ergebnisse der Schüttel-Abriebprüfungen des Füllers, der Serie E und F zeigen eine große Wertespreizung der 33 untersuchten Sande auf, wodurch eine sehr gute Differenzierung zwischen den einzelnen Sanden möglich ist. Die Schüttel-Abrieb-Ergebnisse des rückgewonnenen Sand- und Fülleranteils aus den Asphalten zeigen deutlich reduzierte Schüttel-Abriebwerte im Vergleich zu den Werten der ungebrauchten Sande. Dies wird auf die Hitzebeanspruchung bei der Asphaltproduktion zurückgeführt, ein zusätzlicher Einfluss des Lösemittels bei der Extraktion ist nicht auszuschließen. Weitergehende Untersuchungen im Rahmen dieses Forschungsprojektes bestätigten den Einfluss der Hitzeeinwirkung. Um die Wasserempfindlichkeit auf längere Sicht untersuchen zu können, wurden aus den 33 untersuchten feinen Gesteinskörnungen 15 ausgewählt, mit denen Asphaltversuche durchgeführt wurden. Dafür wurden Grundrezepturen eines AC 8 D S 25/55-55 A (15 unterschiedliche Varianten) und eines SMA 5 S 25/55-55 A (10 unterschiedliche Varianten) mit einer gleichbleibender groben Gesteinskörnung (Diabas) und Kalksteinmehl als Füller erstellt. Anschließend Labormischungen und Probeplatten hergestellt. Diese 25 Probeplatten wurden auf der B17 zwischen Augsburg und Landsberg am Lech in Bayern im Standstreifen eingebaut und werden in den nächsten Jahren von der BASt beobachtet. Zusätzlich wurde der Ringversuch des FGSV-Projektes „Bestimmung der Wasserempfindlichkeit von feinen Gesteinskörnungen mit dem Schüttel-Abriebverfahren – Durchführung eines Ringversuchs zur Ermittlung der Präzision unter Vergleichsbedingungen für feine Gesteinskörnungen einschließlich Bestimmung eines nationalen Bewertungshintergrundes“ [7] neu ausgewertet und die Unterschiede der Rohdichten analysiert. Zusammenfassend ist festzustellen, dass ein Zusammenhang zwischen den in der Praxis eingebauten Asphaltdeckschichten und den Laborergebnissen zur Wasserempfindlichkeit festgestellt werden konnte. Hierbei zeigte sich, dass mit steigendem Schüttel-Abrieb – und somit ungünstiger Wasserempfindlichkeit – auch die Auffälligkeiten der Asphalte zunahmen. Auf Basis dieser Erkenntnisse lässt sich eine Empfehlung für einen Anforderungswert ableiten. Der in Bayern seit vielen Jahren geltende Anforderungswert erscheint grundsätzlich geeignet. Hier hat die Steine- und Erden-Industrie bewiesen, dass durch Optimierung der Produktion der Anforderungswert zielgerecht eingehalten werden kann. Seit über 10 Jahren wird auf Grundlage der Festlegungen der TL Gestein-StB [2] das Schüttel-Abriebverfahren bundesweit angewendet. Die in den Werken vorliegenden Erfahrungen sollten es unter Beachtung der Präzision des Prüfverfahrens ermöglichen, Sande mit einem Schüttel-Abriebwert der Serie E von max. 35 M.-% für die Asphaltproduktion zielsicher bereitzustellen.

Das Hauptziel des Forschungsprojekts „Blockhinterlegung und Verpressverfahren zur Abdichtung von Tunnelinnenschalen“ war es in großmaßstäblichen Versuchen die Auswirkungen verschiedener Einflussparameter auf den Verpresserfolg zu untersuchen. Diese Erkenntnisse dienen u. a. dazu, die aktuellen Vorgaben der Regelwerke im Hinblick auf Anordnung der Verpresseinrichtungen zu überprüfen und ggf. Vorschläge zur Optimierung abzuleiten. Die Untersuchung umfasste die Abdichtung des flächenhaften Schottfeldbereichs (Typ A) und der Schottfugen (Typ B). Der Versuchsaufbau erfolgt modular unter Einsatz von vier Stahlbetonplatten von 3 m Länge, die einzeln oder gemeinsam genutzt wurden. Wesentliche geometrische und mechanische Größen wie z. B. die zu verpressende Spaltweite lassen sich am ebenen Modellausschnitt im Maßstab 1:1 abbilden, sodass reproduzierbare Ergebnisse für die Auswertung und wissenschaftliche Beurteilung vorliegen. Dabei werden auch die Erkenntnisse aus einer Status-quo-Analyse und die Ergebnisse der Länderabfrage eingebunden. Als maßgebliches Bewertungskriterien für den Verpresserfolg wird deren Reichweite herangezogen. Diese kann nach Abschluss der Injektion und Erhärten des Verpressmaterials beim Typ A durch Abheben der Stahlbetonplatten und beim Typ B durch Sägeschnitte ermittelt werden. Die nennenswerten Ergebnisse der großmaßstäblichen Versuche bezüglich der Einflussparameter sind: 1 Verpressmaterial Die Art des Verpressmaterials hat aufgrund verschiedener Fließfähigkeiten sowie des grundlegenden Unterschieds zwischen einer Suspension und einer Lösung bekanntermaßen einen großen Einfluss auf den erzielbaren Verpresserfolg. Die Versuche des Typs A (Spalt 0 mm) haben ergeben, dass sowohl das Acrylatgel als auch das Geopolymer bis zum Ende des vierten Feldes verpresst werden konnte. Die maximale Reichweite der Mikrofeinzement-Suspension betrug im Versuch etwa 11,5 m. Die Inaugenscheinnahme der Sägeschnittflächen der Versuchskörper des Typs B hat gezeigt, dass sich beide Verpressmaterialien im Bereich der Sperranker des Schottfugenbands praktisch über die gesamten 12 m verteilen und etwaige Fehlstellen i. A. verfüllen. Die Mikrofeinzement-Suspension zeigte bessere Ergebnisse als das Acrylatgel. Die Verpresskörper aus Mikrofeinzement-Suspension waren i. A. nach dem Sägen ohne größere Hohlstellen. 2 Schlauchart Auch die verwendete Schlauchart hat einen Einfluss auf die Erreichbarkeit der zu verpressenden Bereiche zwischen Tunnelinnenschale und KDB. Die Versuche Typ A mit Acrylatgel (Spalt 0 mm) haben gezeigt, dass das Verpressmaterial bis in das vierte Feld injiziert werden konnte. Während bei der Verpressung über den 1 m langen Verpressschlauch Øi 6 mm der Verpresskörper nach etwa 10 m endete, erreichte er im Versuch mit Verpressstutzen Øi 24 mm das Ende des vierten Feldes nach etwa 12 m. Die erzielbare Reichweite war somit bei der Verpressung über den Verpressstutzen geringfügig größer. Die Versuche Typ B mit Acrylatgel und Mikrofeinzement-Suspension ergaben, dass über die Verpressschläuche insgesamt eine bessere Materialverteilung in Längsrichtung erreicht wurde. Bei der Verpressung über die Stutzen war die Verteilung schlechter, sodass in den unmittelbar benachbarten Fehlstellen eine weniger gute Verfüllung der Fehlstellen erreicht wurde. Die im FE-Projekt entwickelte Großversuchseinrichtung ermöglicht realitätsnahe Versuche mit definierten Randbedingungen. Da jede Versuchsvariante nur ein einziges Mal durchgeführt wurde, können die Versuchsergebnisse erste interessante Trends aufzeigen. Dieser Erfahrungsschatz sollte für weitere Versuche genutzt werden. Wenn zukünftig planmäßige Blockhinterlegungen gefordert oder zugelassen werden, gewinnen Versuche ohne Gegendruck eine größere Relevanz gegenüber Versuchen mit Gegendruck. Gleichzeitig stellt sich dann aber auch die Frage, ob für die planmäßige Blockhinterlegung lediglich die geometrische Wirkung ebenerer Oberflächen oder auch eine abdichtende Wirkung des Verpressmaterials angestrebt wird. Auch der Abgleich der Großversuchsergebnisse mit zukünftigen Erfahrungen aus Tunnelprojekten ist für die praktische Nutzung von Versuchsergebnissen sehr erstrebenswert. Es ist daher wünschenswert, die projektspezifischen Qualitätssicherungsmaßnahmen der bauausführenden Unternehmen, der örtlichen Bauüberwachung und ggf. der Fachbauüberwachung einschließlich Bauwerksdokumentation daraufhin zu prüfen und nötigenfalls anzupassen. Vernetztes Denken und Tun unter Berücksichtigung der vielfältigen Perspektiven können erheblich zu dichteren Bauwerken und ihrer Effizienz und Wirksamkeit beitragen.