620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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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.
In der Bundesrepublik Deutschland tragen die Straßen den weitaus größten Anteil am Personen- und Güterverkehr. Ein funktionsfähiges Straßennetz ist daher sowohl für den einzelnen Bürger als auch für die gesamte Volkswirtschaft von existentieller Bedeutung. Es muss nicht nur baulich, sondern auch betrieblich stets in einem dem Bedarf entsprechenden Zustand erhalten werden. Aus dem Bundesfernstraßengesetz, den Straßen- und Straßenreinigungsgesetzen der Länder sowie aus der Verkehrssicherungspflicht nach dem Bürgerlichen Gesetzbuch ergibt sich bei winterlicher Glätte auf Ausserortsstraßen eine Streupflicht für besonders gefährliche Stellen der Straßen beziehungsweise innerorts für Stellen, die sowohl gefährlich als auch verkehrswichtig sind. In der Diskussion um die Wahl des im Rahmen eines "umweltfreundlichen" Winterdienstes zweckmäßigen Streustoffes kommt vor allem in Kommunen abstumpfenden Streustoffen eine erheblich Bedeutung zu. Die Umwelt schädigende Auswirkungen abstumpfender Streustoffe sind noch kaum bekannt, in Fachkreisen bekannte Schadwirkungen nur zum geringen Teil einer breiteren Öffentlichkeit. Aus diesem Grund wurde vom Arbeitkreis 3.14.3 "Kommunaler Winterdienst" der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV), gleichzeitig Fachausschuss "Winterdienst" im Verband Kommunaler Abfallwirtschaft und Stadtreinigung e.V. (VKS), eine Untersuchung initiiert, in der das aktuell verfügbare Wissen über abstumpfende Stoffe und ihre Auswirkungen auf die Umwelt im Rahmen einer Literaturanalyse zusmmengetragen sowie allgemein gültige Aussagen und Empfehlungen für ihren Einsatz im Straßenwinterdienst abgeleitet werden sollten. Als Ergebnis der Literaturanalyse werden Vorschläge und Empfehlungen für den Einsatz oder auch "Nicht"-Einsatz abstumpfender Streustoffe abgeleitet, die aus der Gesamtbetrachtung der Auswirkungen auf die Umwelt resultieren. Sie beziehen sich zum einen auf die Auswahl eines geeigneten Streustoffes, zum anderen auf dessen mögliche/sinnvolle Anwendung, aber auch auf die Grenzen des Einsatzbereiches abstumpfender Streustoffe. Dabei wird unterschieden nach den Anwendungsmöglichkeiten auf Ausserortsstraßen und im kommunalen Bereich, hier zudem auf Fahrbahnen, Rad- und Gehwegen. Obwohl eine Reihe von Fragen unbeantwortet blieb und es einige Ansätze für weiterführende Untersuchungen gibt, sind die erarbeiteten Empfehlungen soweit abgesichert, dass ursprünglich vorgesehene weiterführende Arbeiten nicht erforderlich sind.
Der Schutz des Grundwassers spielt bei Umweltverträglichkeitsprüfungen im Zusammenhang mit Straßenbauvorhaben eine immer größere Rolle. Das Bundes-Bodenschutzgesetz gebietet einen flächendeckenden Schutz vor Fremdstoffen, die aus verunreinigten oberen Bodenschichten in das Grundwasser einsickern können. Über die möglichen und in einigen Fällen auch über tatsächliche Auswirkungen des Straßenablaufwassers auf das Grundwasser sind in den letzten Jahren detaillierte Forschungsvorhaben veröffentlicht worden. Im vorliegenden Bericht ist die Aufbereitung der bekannteren Arbeiten zum Thema bewusst knapp gehalten und konzentriert sich auf diejenigen Aspekte der vorgestellten Werke, die über zu erwartende Sicker- und Grundwasserbelastungen, beziehungsweise über Schutzfunktionen des Bodens, besonders zielführend berichten. Schließlich werden die Arbeiten im Zusammenhang betrachtet und einem über die Einzelbeiträge hinausgehendem Resumee unterzogen. Obwohl die Konzentrationen an straßenspezifischen Substanzen im Straßenoberflächenwasser oft hoch sind, finden sich nach der Passage des Bankettbodens nur geringe Spuren im Sickerwasser. Auch in Sickerschächten, Sickerbecken und ihren zuleitenden Gräben wirken die Sedimente als effektiver Filter und lassen Schadstoffe kaum in tiefere Bodenschichten oder das Grundwasser eindringen. Die Bodenschutz-Verordnung bestimmt als Beurteilungszone für das Sickerwasser den Übergang von der wasserungesättigten zur wassergesättigten Bodenschicht. Aus den Ergebnissen lässt sich abschätzen, dass bei ton- und humusreichen neutralen bis basischen Böden keine Gehalte zu erwarten sind, die über den durch die Verordnung vorgegebenen Prüfwerten liegen. Lediglich für bindungsarme, saure Böden bestehen noch Unsicherheiten und Forschungsbedarf.
Um einen sicheren Verkehrsablauf zu gewährleisten, müssen auch die begrünten Flächen neben der Straße (Straßenbegleitgrün) gepflegt werden. Über das "Wie" und "Wann" derartiger Pflegeweisen gibt es schon in einigen Bundesländern Broschüren und Pflegepläne. Diese Handlungsanweisungen basieren zum größten Teil auf vegetationskundlichen Untersuchungen. Zoologische Erhebungen sind aufwendiger und wurden bisher bei Pflegeprogrammen kaum berücksichtigt. In dieser Untersuchung werden die wichtigsten zoologischen und botanischen Arbeiten zum Straßenbegleitgrün des Zeitraumes 1983 bis 1995 hinsichtlich ihrer Aussagen zu Pflegeweisen und -terminen ausgewertet. Es finden sich kurze Beschreibungen des Aufbaues der Untersuchungen, um die Vergleichbarkeit beziehungsweise den ergänzenden Wert der verschiedenen Arbeiten herauszustellen. Aufbauend auf der so gewonnenen Übersicht vermittelt eine anschließende Synopsis ausgewogene Pflegeempfehlungen, die gleichermaßen allen Lebewesen der straßenbegleitenden Grünflächen, Pflanzen und Tieren, verbesserte Bedingungen ihres besonderen Lebensraumes ermöglichen sollen. Fauna und Flora der straßenbegleitenden Grünflächen weisen hohen Artenreichtum auf. In der Landschaft seltene Spezies kommen jedoch nur vereinzelt vor, die Lebensgemeinschaften bestehen vor allem aus weit verbreiteten Arten. In den zoologischen Arbeiten wird stichhaltig nachgewiesen, dass Mahd oder Mulchen bedeutende Eingriffe in die Struktur der betroffenen Tierpopulationen darstellen. Die Lebensgemeinschaften werden dadurch zum Teil unnötig geschwächt. Ausgewogene Anlage und Pflegeempfehlungen für Zoologie und Vegetation bedeutet für die meisten Flächen, dass sie nur alle drei bis vier Jahre gemäht werden müssen.
Eine eindeutige visuelle Führung im Straßenraum, insbesondere in Arbeitsstellen, ist eine Grundvoraussetzung für einen sicheren und homogenen Verkehrsablauf. Die visuelle Führung wird durch horizontale (zum Beispiel Fahrbahnmarkierungen) und vertikale Leiteinrichtungen (zum Beispiel Warnbaken) bewirkt. Vor allem nachts kommt den vertikalen Leiteinrichtungen eine besondere Bedeutung zu. Eine eindeutigere visuelle Führung der Verkehrsteilnehmer könnte durch eine verbesserte Gestaltung von Verkehrszeichen und Verkehrseinrichtungen erreicht werden. Um zu überprüfen, welche Formen und Farben besonders wirksam sind, wurde die vorliegende Laborstudie durchgeführt. Durch Befragung von Testpersonen wurde ermittelt, dass bei Leiteinrichtungen die Farbkombination Rot-Weiss die höchste Auffälligkeit und Warnwirkung besitzt, während bei Überleitungs- und anderen Verkehrslenkungstafeln von den Versuchspersonen Kombinationen mit schwarzer Schrift auf gelbem, orangefarbenem oder rotem Grund die höchste Warnwirkung attestiert wurde. Bei richtungsanzeigenden Leiteinrichtungen besitzen Pfeilmuster eine deutlich höhere visuelle Wirksamkeit als diagonale Streifenmuster. Daher können die heute überwiegend verwendeten Leiteinrichtungen mit diagonalen Streifenmustern ihre richtungsanzeigende Funktion nur sehr bedingt erfüllen. Als wirksamstes Gestaltungselement für absperrende Leiteinrichtungen erwies sich ein vertikales Streifenmuster, das heute meist zur Gestaltung solcher Leiteinrichtungen verwendet wird. Einige andere Gestaltungsmerkmale der heute verwendeten Leiteinrichtungen besitzen eine hohe visuelle Wirksamkeit: das Flächenverhältnis Rot:Weiß von 1:1, der Leuchtdichtekontrast zwischen Rot und Weiß sowie bei den meisten Leiteinrichtungen auch die Zahl der Rot-Weiß-Wechsel je Länge der Leiteinrichtung. Die Helligkeitsanforderungen an Leiteinrichtungen beim nächtlichen Fahren unterscheiden sich nicht von denen anderer Verkehrszeichen. In vielen Fällen ist das visuelle Erscheinungsbild der in Deutschland verwendeten Leiteinrichtungen als gut zu bezeichnen, teilweise aber verbesserungsbedürftig. In den abschließenden Empfehlungen wird unter anderem vorgeschlagen, die Warnbake und verwandte Leiteinrichtungen völlig neu zu gestalten, indem die diagonalen Streifen- durch Pfeilmuster ersetzt werden. Die Absperrschranke kann dagegen in ihrer Gestaltung kaum noch verbessert werden. Weiter wird ein einheitliches System der Farbkodierung von Verkehrszeichen für die wegweisende Beschilderung, Leiteinrichtungen und Verkehrslenkungstafeln vorgeschlagen, bei dem auch die Erfordernisse einer künftigen europäischen Harmonisierung auf diesem Gebiet berücksichtigt werden. Die Ergebnisse beziehen sich überwiegend auf Leiteinrichtungen, die in Arbeitsstellen verwendet werden, aber auch auf Leiteinrichtungen zur Dauerbeschilderung.
Die Pflege der Grünflächen an Ausserortsstraßen und die sachgerechte Entsorgung beziehungsweise Verwertung des anfallenden Schnittgutes erfordern erhebliche Aufwendungen und Kosten. Zusätzliche Kosten entstehen, wenn wegen einer vermuteten hohen Schadstoffbelastung das Schnittgut deponiert oder vor einer Weiterverwertung behandelt werden muss. Mit einer "flächendeckenden" Erhebung wird ein repräsentatives Bild der Schadstoffbelastung der Grünflächen an Straßen und des an ihnen anfallenden Schnittgutes gewonnen. Ziel der Untersuchung war es, die weitere Verwendung des Materials bewerten zu können und Verfahren zur Vermeidung hoher Schadstoffkonzentrationen zu entwickeln. Im Idealfall sollten Schwellenwerte der Verkehrsbelastung ermittelt werden, die eine Bestimmung der weiteren Behandlung beziehungsweise Verwendung des Schnittmaterials ermöglichen würden. Die Untersuchungen stützen sich auf etwa 50 ausgewählte Probennahmestellen im Straßennetz des Landschaftsverbandes Rheinland. Die an diesen Stellen entnommenen Gras-, Gehölzschnitt- und Bodenproben wurden vorwiegend auf ihren Gehalt an Schwermetallen, zum Teil auch auf organische Belastung untersucht. Die ermittelten Schadstoffgehalte wurden anhand verschiedener Grenz-/Richtwerte bewertet und daraus die weitere Verwendung des Materials, zum Beispiel seine Kompostierwürdigkeit, bestimmt. Aus dieser Bewertung wurden Empfehlungen für die Praxis und Anregungen für die weitere Forschung hergeleitet. Die Ergebnisse der Untersuchung tragen wesentlich zur Klärung der komplexen Zusammenhänge zwischen der Schadstoffbelastung des Schnittgutes aus der Straßengrünflächenpflege und den vielfältigen Einflussfaktoren bei.
Im Rahmen des Projektes "Praxisgerechte Anforderungen an Glättemeldeanlagen" stellte die Beschreibung des Feuchtezustandes der Straßenoberfläche ein besonderes Problem dar. Aussagen wie "feucht" und "nass" sind wegen ihrer nicht definierten quantitativen Grenzen ungeeignete Beschreibungsformen. Deshalb sollten Feuchteschwellwerte gesucht werden, deren Überschreiten bei Minustemperaturen zu gefährlicher Eisglätte führen. Dazu wurden Proben von Straßendecken in einer Klimakammer unterschiedlich stark befeuchtet. Die Griffigkeit der mit einem Eisfilm überzogenen Proben wurden mit dem SRT-Gerät (Portable Skid Resistance Tester) ermittelt. Die Abhängigkeit der Griffigkeit von der aufgebrachten Wassermenge war exponentiell. Nach einem relativ schnellen Abfall der Griffigkeit stellte sich bei etwa 25 SRT-Einheiten ein Grenzwert ein, der auch bei weiter steigenden Wasserfilmdicken nicht mehr unterschritten wurde. Als Grenzwert für gefährliche Glätte wurden 50 SRT-Einheiten festgelegt. Dieser Grenzwert wurde bei den untersuchten Proben bereits bei Wasserfilmdicken zwischen 0,03 bis 0,06 mm erreicht. Ob dieser Schwellwertbereich für alle Straßendeckenarten zutrifft, kann erst nach Durchführung weiterer Messreihen an Proben definierter Oberflächen bewertet werden. Die Verwendung von Schwellwerten bei der Festlegung von Forderungen an Glättemeldeanlagen ist sinnvoll. Dabei sind allerdings zusätzlich die vielfältigen Randbedingungen des realen Verkehrs gegenüber den unbeeinflussten Labormessungen zu berücksichtigen, die eventuell noch Verschiebungen dieser Schwellwerte bewirken können.
Die stärkere Nutzung erneuerbarer Energien ist ein erklärtes Ziel der Bundesregierung. Die Photovoltaik, das heißt die direkte Umwandlung von Licht in elektrische Energie, ist hierbei eine Möglichkeit. Um die photovoltaische Engergieversorgung verschiedener Elemente der Straßenausstattung zu erproben, wurde das Demonstrationsvorhaben "Einsatz der Photovoltaik im bundeseigenen Bereich" nach einer gemeinsamen Initiative des Bundeskanzleramtes und des Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie gestartet. Die Bundesanstalt für Straßenwesen übernahm bei diesem Projekt die wissenschaftlich-technische Betreuung der Anwendungen im Bereich der Straßenausstattung. Im Rahmen des Demonstrationsvorhabens wurden insgesamt 28 Photovoltaik-Inselsysteme für acht verschiedene Anwendungen errichtet. Die Auswahl der Anwendungen erfolgte unter Berücksichtigung der Ziele des Demonstrationsvorhabens, der Multiplikationswirkung, der Öffentlichkeitswirksamkeit und dem Know-how-Transfer. Um die Zuverlässigkeit und die Wirtschaftlichkeit der Photovoltaik-Anwendungen nachzuweisen, wurde der Betrieb von 15 Photovoltaik-Inselsystemen messtechnisch dokumentiert. Der vorliegende Bericht beinhaltet die Beschreibung der verschiedenen Anwendungen, den Aufbau der Photovoltaik-Inselsysteme und deren Funktion. Anhand der Messergebnisse wurden die Betriebscharakteristiken der nach unterschiedlichen Voraussetzungen ausgelegten Photovoltaik-Inselsysteme (Betriebszeitraum, Autonomiezeit, zu deckender Energiebedarf etc.) analysiert. Die bei einigen Systemen auftretenden Betriebsstörungen wurden untersucht und deren Ursachen ermittelt. Auch die Kostenermittlung für die Demonstrationsanlagen und ein Vergleich mit den Kosten anderer Photovoltaik-Anwendungen oder Versorgungsalternativen ist Teil des Berichtes. Aufgrund der Ergebnisse wurden Ansätze zur Verbesserung der Effizienz und der Wirtschaftlichkeit von photovoltaischer Energieversorgung beschrieben. Dabei flossen sowohl Aspekte der technologischen Entwicklung als auch notwendige begleitende Maßnahmen, die einen weitergehenden Einsatz der Photovoltaik begünstigen könnten, in die Erörterung ein.
Der Verbrauch von Tausalz ist stark vom Wetter abhängig. Die unterschiedliche Ausprägung des Winterwetters in den einzelnen Jahren erschwert die vergleichende Bewertung der Aufwendungen für den Winterdienst. In den letzten Jahren sind vielfältige Anstrengungen unternommen worden, den Tausalzverbrauch zu reduzieren. Die Frage nach dem Greifen solcher Maßnahmen kann ebenso wie die am Ende einer Winterdienstperiode aus dem politischen Raum gestellte Frage, ob mit dem Tausalz auch sparsam, das heißt umweltschonend umgegangen wurde, nur dann zufriedenstellend beantwortet werden, wenn es gelingt, den tatsächlichen Tausalzverbrauch durch Gegenüberstellung mit einem der Charakteristik des einzelnen Winters entsprechenden hypothetischen Tausalzbedarf vergleich- und damit beurteilbar zu machen. Im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr werden Modelle entwickelt, mit denen ausschließlich mit Hilfe einfach verfügbarer meteorologischer Parameter, die vom Deutschen Wetterdienst regelmäßig veröffentlicht werden, eine Schätzung des Tausalzbedarfs in Abhängigkeit von der Winterstrenge vorgenommen werden kann. Das Verfahren basiert auf der Hypothese, dass für einen zurückliegenden Zeitraum eine Beziehung zwischen Winterwetter und Tausalzverbrauch gefunden wird und dann zur Beurteilung der Bemühungen um einen sparsamen Tausalzverbrauch herangezogen werden kann. Für die Fläche der Bundesrepublik (alte Bundesländer) werden die Daten von 10 repräsentativen Klimastationen zur Ermittlung des witterungsabhängigen Tausalzbedarfs verwendet: die mittlere Lufttemperatur in Grad Celsius, die Niederschlagshöhe in mm, die Zahl der Frost- und Eistage sowie die Zahl der Schneefall- und Schneedeckentage. Diese Daten werden für die Monate des Winterhalbjahres (Oktober-März) für jede Station zunächst zu einem Stations-Mittelwert zusammengefasst beziehungsweise summiert und anschließend daraus ein Gesamtmittelwert aus den Einzelwerten der 10 Stationen gebildet. Für diese Größen wird in einfachen beziehungsweise multivariaten Ansätzen ihr Einfluss auf den Tausalzverbrauch bestimmt. Für den Zeitraum Winter 1968/69 bis Winter 1980/81, in dem sich der Winterdienst ausschließlich an den Witterungsbedingungen orientierte, ergeben sich sehr gute Korrelationen zwischen dem Tausalzverbrauch und den Wetterdaten. Den engsten Zusammenhang zeigen Ansätze, in denen die Zahl der Schneefall- und Schneedeckentage als unabhängige Variable vorkommen. Für die letzten Jahre (Zeitraum ab Winter 1981/82) lässt sich aus der Gegenüberstellung von witterungsbedingt hypothetischem und tatsächlichem Tausalzverbrauch eine mittlere Einsparung von etwa 25-30 Prozent angeben.
Bei Gabionen handelt es sich um verfüllte Drahtbehälter. Die Festigkeit und Steifigkeit beziehen Gabionen aus der Interaktion des Verfüllmaterials und der Drahtbehälter. Die äußere Standsicherheit von Gabionen wird mit etablierten und in der Praxis bewährten Verfahren nach DIN EN 1997-1 nachgewiesen. Im Einzelnen sind die Nachweise der Sicherheit gegen Kippen, Gleiten in der Sohlfuge, Gleiten in den Lagerfugen, Grundbruch und Geländebruch zu erbringen. Gemäß dem "Merkblatt über Stützkonstruktionen aus Betonelementen, Blockschichtungen und Gabionen" der FGSV (Merkblatt 555) ist die innere Standsicherheit rechnerisch oder über Belastungsversuche nachzuweisen. Belastungsversuche zur Bestimmung der inneren Tragfähigkeit wurden in der Vergangenheit kaum durchgeführt, weil sie nicht ohne weiteres von einem spezifischen Anwendungsfall auf einen anderen Anwendungsfall übertragbar sind. Bei den Versuchen wurden stets nur die Druckfestigkeiten des untersuchten Systems messtechnisch erfasst, nicht jedoch die Kraftverläufe in der Gabione nachvollzogen. Zur Abschätzung der inneren Tragfähigkeit von Gabionen existieren theoretische Modelle, deren Repräsentativität für die in-situ Bedingungen nicht nachgewiesen sind. Mit diesem Hintergrund wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens ein Konzept zur Durchführung von grundlegenden Belastungsversuchen an Stützkonstruktionen aus Gabionen entwickelt. Ziel der Belastungsversuche ist die phänomenologische Beschreibung der Spannungstrajektorien innerhalb der Gabione, um die vorhandenen Rechenmodelle zu bestätigen, weiterzuentwickeln oder zu verwerfen. Grundsätzlich wird dabei zwischen Belastungsversuchen an Einzelgabionen zur Beschreibung des Tragverhaltens einer Gabione und Belastungsversuchen an Stützbauwerken aus mehreren gestapelten Gabionen zur Erfassung des Systemtragverhaltens mehrerer Gabionen unterschieden. Die Empfehlungen zur Versuchsdurchführung umfassen das jeweilige Versuchsprogramm einschließlich der Versuchsanordnung, der Abmessungen und Füllungen der Gabionen sowie die Belastungsprozedur und die messtechnische Ausrüstung.