620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Für die Beurteilung der Frostsicherheit von ungebundenen Schichten im Straßenbau werden je nach Anwendungsgebiet die Kriterien aus unterschiedlichen Regelwerken herangezogen. Die diesen Kriterien hinterlegten Prüfmethoden sind auf Erfahrungen mit natürlichen Baustoffen abgestimmt und korrelieren nicht hinreichend mit den Materialveränderungen von Recycling-Baustoffen und industriellen Nebenprodukten in der Praxis. Daher wurde eine realitätsnahe Prüfmethode auf Basis österreichischer Erfahrungen entwickelt. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurden nun Bewertungskriterien für diese Prüfmethode erarbeitet. Zunächst wurden die in der Literatur als maßgeblich definierten Einflussgrößen auf die Frosthebung gezielt untersucht. Daraus ergab sich, dass der Frosthebungsparameter Maximale Frosthebung besonders für die Bewertung geeignet und die Parameter Bleibende Hebung und Hebungsgeschwindigkeit jeweils geeignet sind. Für die Entwicklung eines Bewertungskriteriums wurden zwei Ansätze verfolgt, von denen nur Ansatz A sich als zielführend herausstellte. Bei Bewertungsansatz A wurden die Flächen unter der Hebungskurve und die über der Kühlkopf-Temperaturkurve je Probe ermittelt und in Bezug gesetzt. Bewertungsansatz B wurde ursprünglich konzipiert, um Kennwerte aus dem Frosthebungsversuch und Materialkennwerte miteinander zu verknüpfen. Dieser Ansatz hat sich als nicht zielführend herausgestellt. Schlussendlich erzeugen die Überlagerungen der unterschiedlichen materialspezifischen Einflussfaktoren zu hohe Streuungen. Werden jedoch Materialgemische in Abhängigkeit ihrer Eigenschaften, z. B. hoher Feinanteil, im Labor gezielt zusammengesetzt, lässt sich dieser materialspezifische Einflussfaktor auf die Frosthebung überwiegend korrelieren. Eine Übertragung dieser Korrelationen auf heterogene Baustoffgemische aus der Praxis ist nicht möglich. Die Validierung des Bewertungskriteriums nach Ansatz A erfolgte mittels Frosthebungsdaten von RC-Baustoffgemischen aus der Praxis. Grundsätzlich liegt mit dem Frosthebungsversuch nun ein prozesssicheres Verfahren vor, mit dem das Frostverhalten von RC-Baustoffgemischen und industriellen Nebenprodukten praxisgerecht geprüft und bewertet werden kann. Damit ist eine Möglichkeit geschaffen, die Gebrauchseigenschaft Frostempfindlichkeit der Materialien besser zu beurteilen.
Als Grundlage des Forschungsprojektes FE 02.0378/2014/CGB „Analyse von Straßenbestandsobjekten aus Laserpunktwolken durch Mustererkennung/Objekterkennung einschließlich der Georeferenzierung“ wurden Messdaten der Mobile Mapping Fahrzeuge IRIS5 und IRIS12 der Firma LEHMANN+PARTNER GmbH (LP) eingesetzt. Die georeferenzierten Punktwolken entstanden mit Hilfe eines an den Fahrzeugen montierten CPS Laserscanners vom Projektpartner, dem Fraunhofer Institut für Physikalische Messtechnik, IPM, Freiburg. Die Aufgabe des Forschungsprojektes bestand in der Erforschung von Methoden und Algorithmen zur automatisierten Mustererkennung von speziellen Objekten in dreidimensionalen Punktwolken. Die ausschließliche Analyse bzw. Extraktion von Objekten auf Grundlage der reinen Punktwolke erwies sich am Anfang des Projektes als nicht zielführend. Größter limitierender Faktor war die mit der Entfernung zunehmende Dichteverringerung in den Daten der Punktwolken. Dies führte zum Teil zu unterrepräsentativen Abbildungen von kleinen oder schmalen Objekten. Um dieses Defizit auszugleichen, wurden die georeferenzierten Bilddaten der Mobile Mapping Fahrzeuge als Analysehilfe verwendet. Die Bilddaten weisen ein vielfach höheres Auslösungsvermögen im Vergleich zur Punkwolke auf. Zur Analyse der Daten kamen verschieden Neuronale Netze zum Einsatz, die zunächst die Bildinformationen analysierten. Nach der Trainingsphase des Neuronalen Netzes wurden Objekte einer messtechnischen Aufnahme (Scene) detektiert. Durch die georeferenzierten Bilddaten konnten alle automatisch gefundenen Objektinformationen in die Punktwolke übertragen werden. Hierbei wurde eine weitaus größere Diversität der Extraktionsergebnisse als mit der Analyse der reinen Punktwolke erzielt. Die finale Lösung der automatischen Extraktion bestand in der Projektion der einzelnen Objekte vom Neuronalen Netz in die Punktwolke. Dadurch, dass jedes Objekt mehrfach in jeder Bildszene erfasst wurde, besitzt jeder Laserscanner Punkt mehrere automatisch generierte Objektlable. Mit Hilfe von Clusteranalysen und Mehrheitsentscheidungen konnte die Ausgangspunktwolke in einzelne Objekte vollautomatisch zerlegt werden. Für die Verwendung in einem GIS oder für die OKSTRA konforme Speicherung mussten die Daten weiter aufbereitet werden. Hierzu wurden die einzelnen Objektklassen einer Repräsentationsklasse zugeordnet, sodass eine eindeutige Darstellung in einem GIS erfolgen konnte. Zur Kontrolle und Validierung der Extraktionsergebnisse wurde eine unbekannte Teststecke (Rundkurs bei Köln-Rösrath) aufgenommen. Die Digitalisierung jedes Referenzobjektes erfolgte manuell. Der Vergleich der Objekte erfolgte aufgrund Lage, Ausprägung und Objekttyp. Hierbei stellte es sich heraus, dass insgesamt 66% der Objekte komplett oder teilweise extrahiert werden konnten. Nur 4% der automatisch detektierten Flächenobjekte konnte im Referenzdatensatz nicht gefunden werden. Bestes Extraktionsergebnis lieferte der Objekttyp „Markierungslinien“ mit 90% Übereinstimmung mit dem Referenzdatensatz auf dem Testabschnitt der BAB. Zuordnungsdefizite kamen hauptsächlich aus den Label-Zuordnungsfehlern, die sich zum Teil aus der Abbildungsgeometrie schmaler und kleiner Objekte in der Punktwolke ergaben. An dieser Stelle besteht noch erhebliches Potential zur Verbesserung der Extraktionsergebnisse, welche im Rahmen dieser Forschungsarbeit nicht weiter optimiert werden konnte. Das Forschungsvorhaben zeigte, dass aus einer Punktwolke unter Zuhilfenahme von georeferenzierten Bildern der gleichen Szene vollautomatisch Objekte zu extrahieren sind. Im Ergebnis liegen georeferenzierte Objekte, die in einem Geoinformationssystem abgebildet werden können, vor.
Die Forschungsarbeit hatte das Ziel, das Griffigkeitsverhalten von Spikesreifen gegenüber Normalreifen zu klären. Dazu wurden mit einer repräsentativen Auswahl neuer und gebrauchter Reifen auf Versuchsstrecken in Bayern und Nordrhein-Westfalen mit dem Stuttgarter Reibungsmesser Gleitreibungsbeiwerte gemessen. Die Messungen wurden vorgenommen auf Decken unterschiedlicher Bauart, bei trockenem und nassem Fahrbahnzustand und bei unterschiedlichen Deckentemperaturen. Aus den Messwerten konnten für vorgegebene Ausgangsgeschwindigkeiten die Bremswege der unterschiedlichen Reifen auf den verschiedenen Deckenarten berechnet werden. Die Bremswegunterschiede (in %) ermöglichten eine Bewertung der untersuchten Reifen- und Deckenarten. Auswahl der Messstrecken sowie Messmethoden und -Durchführung werden beschrieben, die Messergebnisse ausführlich dargestellt und gedeutet. Aus einem Stichprobenumfang von mehr als 6.000 Einzelbremsungen lässt sich als wesentliches Untersuchungsergebnis ableiten, dass Radial-M+S-Reifen mit Spikes im Neuzustand gegenüber unbespiketen Reifen im Mittel über alle untersuchten Deckenarten bei trockener Fahrbahn einen um 15 - 20 %, bei nasser Fahrbahn um 17 - 26 % längeren Bremsweg aufweisen. Bei der Gussasphaltstrecke betrug der Bremswegunterschied zwischen Neuzustand und Ende des Gebrauchszustandes 40 %. Die größten ermittelten Einzelwerte der Bremswegunterschiede zwischen Radial-Sommerreifen und Radial-M+S-Reifen mit Spikes lagen in der Größenordnung von 40 - 50 %.
Die Beurteilung der technischen und unfallrelevanten Eigenschaften der beiden Scheibenarten zeigt, dass die VSG-Scheibe gegenüber der ESG-Scheibe hinsichtlich der Verletzungs- und Unfallgefahr zwar überwiegend Vorteile aufweist; diese Vorteile sind jedoch vor allem vor dem Hintergrund steigender Gurtanlegequoten nicht als so entscheidend anzusehen, dass daraus die Begründung für ein Verbot der ESG-Scheibe abzuleiten wäre. Diese Feststellung wird insbesondere auch gestützt durch eine Nutzen-Kosten-Betrachtung, die zeigt, dass aus gesamtwirtschaftlicher Sicht bei einem generellen Ersatz der ESG-Scheibe durch die teurere VSG-Scheibe bei günstigen Annahmen der Nutzen unter den Kosten liegen würde.
Flexible Straßenbefestigungen werden durch den Verkehr mit nichtzeitkonstanten Kräften belastet und reagieren mit nichtzeitkonstanten Spannungen und Dehnungen. Bei linearelastischen Körpern sind Spannung und Dehnung durch ein Modul verknüpft. Für den viskoelastischen Baustoff Asphaltbeton hingegen gilt dies nicht in der herkömmlichen Form: Das "Modul" ist eine von der Temperatur und der Belastungszeit abhängige Funktion. Eine solche Modulfunktion kann zur Beschreibung des viskoelastischen Baustoffes benutzt werden und Materialkennwerte für Bemessungsrechnungen liefern. Hierfür wird häufig der temperaturabhängige absolute Modul /E/ bei einem Frequenzwert von 10 Hz verwendet. Die experimentelle Ermittlung von Modulfunktionen für bituminöse Straßenbaustoffe war das Thema der vorliegenden Arbeit. Hierzu wurden grobe Körper aus Mischgut hergestellt oder aus Ausbruchstücken oder Bohrkernen gesägt und in Belastungseinrichtungen sinusförmigen Kräften unterworfen. Die Probekörpertemperatur wurde variiert. Mehrere einfache Lastfälle wurden benutzt: Ein Biegeversuch, ein Zug-Druckversuch, zwei Schubversuche und ein Torsionsversuch. Nachteil der Belastungseinrichtungen war eine Beschränkung auf geringe Kräfte, Vorteile lagen in der großen Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Problemstellungen. Durch die Messung von Kräften, Dehnungen und Bewegungen werden die Verformungswiderstände der Probekörper, die Steifigkeiten, bestimmt. Zwischen diesen Werkstückgrößen und den Werkstoffgrößen, den Moduli, schafft ein die Versuchsanordnung beschreibender "Formfaktor" die Verknüpfung. Die Berechtigung, einen solchen mit den Mitteln der Elastizitätstheorie abgeleiteten Formfaktor auch bei viskoelastischen Baustoffen und zeitveränderlichen Belastungen anwenden zu dürfen, wird nachgewiesen. Dabei muss Linearität zwischen Spannung und Dehnung vorausgesetzt werden. Die Querkontraktionszahl, die für linearelastische Stoffe die Verknüpfung der Moduli E und G beschreibt, ist ebenfalls temperatur- und frequenzabhängig. Auch für viskoelastische Stoffe lässt sich eine Verknüpfung zwischen den Modulfunktionen E und G mit Einschränkungen nachweisen. Eine Weiterverarbeitung der experimentell ermittelten Modulfunktionen wird nicht vorgenommen. Es kann hier aber auf eine theoretische Arbeit in der Bundesanstalt für Straßenwesen verwiesen werden, die die gefundenen Modulfunktionen benutzt und zu einem weitgehenden Verständnis des Verhaltens bituminöser Straßenbaustoffe führen konnte.
Der gemeinsam vom Institut für Verkehrsplanung und Verkehrswegebau der Technischen Universität Berlin und von der Bundesanstalt für Straßenwesen, Köln, durchgeführte Forschungsauftrag des Bundesministers für Verkehr hatte zum Ziel, Lösungswege zu finden, wie der Betondecke - ohne die Zusammensetzung zu ändern - von Anfang an eine gute Griffigkeit mitgegeben werden kann. Hierzu wurden vier grundsätzliche Möglichkeiten der Oberflächenausführung in verschiedenen Varianten und auch Kombinationen systematisch im Hinblick auf Praktikabilität, Griffigkeit, Lärm, Ebenheit und Aufwand untersucht: 1. Strukturieren des Oberflächenmörtels (z.B. Rosshaarbesen, Stahlbesen nach TRRL) 2. Aufstreuen von gebrochenen Mineralstoffen auf den frischen Beton hinter dem Nachlaufglätter (z.B. Diabas 2/5 mit einer Gussasphalt-Riffelwalze angedrückt) 3. Einarbeiten von Brechsand in den Oberflächenmörtel durch den Nachlaufglätter (z.B. Siliziumkarbid 0,5/1) 4. Beseitigen des Oberflächenmörtels (in Anlehnung an die Waschbetontechnik) Die Untersuchungen erfolgten mit Unterstützung mehrerer Landesstraßenbauverwaltungen, die die umfangreichen Versuchsprogramme in anstehende Neubau- bzw. Erneuerungsprogramme für Autobahnen einbringen konnten. Insgesamt wurden auf sieben Versuchsstrecken etwa 100 Versuchsfelder angelegt, die in der Regel 50 m lang sind. Bei Abschluss des ersten Teils der Forschungsarbeit lagen die Betonfahrbahnen der Versuchsstrecken durchschnittlich etwa zwei Jahre unter Verkehr. Hinsichtlich ihres Griffigkeitsverhaltens kann allgemein festgestellt werden: - Eine stärkere Strukturierung der Feinmörtelschicht wirkt sich anfangs und längerfristig stets günstig auf den Kraftschluss zwischen Reifen und Fahrbahn bei Nässe aus. Die im "Merkblatt über Straßengriffigkeit und Verkehrssicherheit bei Nässe" genannten Richtwerte werden sicher erfüllt. - Technisch lassen sich derartige Oberflächen ohne zusätzlichen Mehraufwand mit Besen erzielen, deren Borsten relativ lang und steif sind. Die besten Ergebnisse wurden mit dem vom britischen Transport an Road Research Laboratory entwickelten Stahlbesen erzielt, gefolgt vom Kunststoffbesen nach Piassava-Art. - Die übrigen Verfahren, insbesondere das zusätzliche Anreichern der Feinmörtelschicht mit scharfen Mineralstoffen und das Beseitigen des Oberflächenmörtels in Anlehnung an die Waschbetontechnik, können das hohe Griffigkeitsniveau der mit dem englischen Stahlbesen strukturierten Oberflächen nur selten erreichen. Sie sind dabei wesentlich aufwendiger und meistens wenig praktikabel. Da die Anforderungen bezüglich Ebenheit ohne weiteres erfüllt wurden und auch die Lärmmessungen gegenüber den mit Rosshaarbesen behandelten Oberflächen keine signifikant höheren Werte ergaben, hat die abschließende Oberflächenstrukturierung frischer Betondecken mit dem englischen Stahlbesen bereits Eingang in die ZTV Beton 78 gefunden.
Die Typisierung von Verkehrsstärkeganglinien dient dazu, die Variabilität des Verkehrsaufkommens in ihren wesentlichen Ausprägungen zu verdeutlichen. Damit wird die Vergleichbarkeit von Ganglinien sowohl in der räumlichen wie auch in der zeitlichen Dimension erleichtert oder sogar erst ermöglicht. Durch die Betrachtung normierter Ganglinien wird die Verwendbarkeit der Ergebnisse über mehrere Jahre begünstigt, da erfahrungsgemäß die Verkehrsanteile für längere Zeiträume unter ceteris-paribus-Bedingungen keinen großen Veränderungen unterliegen. So sind z. B. Vergleiche für Regionen oder Streckenzuege möglich, oder es können bei Betrachtungen über mehrere Jahre wesentliche Veränderungen festgestellt werden, die etwa durch Infrastrukturmaßnahmen oder durch Konjunkturschwankungen hervorgerufen sein mögen. Somit wird den planerischen und politischen Institutionen eine Entscheidungshilfe angeboten. Selbstverständlich können je nach Aufgabenstellung auch Verkehrsstärkenganglinien für andere als die hier untersuchten Zeitbereiche mit den gleichen Methoden klassifiziert und somit typisiert werden, wie z. B. Ganglinien in bestimmten von Feiertags- und Ferienverkehr beeinflussten Zeitbereichen.
Typisierung von Verkehrsstärkeganglinien des Schwerverkehrs durch clusteranalytische Verfahren
(1983)
Verstärkeganglinien sind Kenngrößen, die Aussagen über die zeitliche Veränderung des Verkehrs beinhalten. Einleitend wird auf die Methodik und die statistischen Grundlagen der Ermittlung und Darstellung von Verkehrsganglinien eingegangen. Die typisierten Tages-, Wochen-, Jahresganglinien des Schwerverkehrs werden dargestellt.
In der Bundesrepublik Deutschland wird die Fahrbahngriffigkeit für Forschungsaufgaben und bei Einzeluntersuchungen mit dem blockierten Schlepprad (SRM) gemessen. Um zu klären, ob für netzdeckende Routinemessungen dieses Gerät oder das für solche Aufgaben speziell konzipierte Gerät SCRIM (Messprinzip schräglaufendes Rad) eingesetzt werden soll, wurden beide Messverfahren miteinander verglichen. Die Vergleiche beziehen sich unter anderem auf die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse, ihre Korrelation zu anderen Griffigkeitsbewertungen, ihre Abhängigkeit von jahreszeitlichen Einflüssen und auf die quantitative Leistungsfähigkeit der Messgeräte. Sie fußen auf einer Vielzahl von Veröffentlichungen und auf neuen Ermittlungen. Die Frage der relativen Aussagefähigkeit verschiedener Griffigkeitskenngrößen wird erstmals mit korrelations- und regressionsanalytischen Ansätzen an parallelen Griffigkeitsmessreihen und später erhobenen Unfallzahlen geprüft. Die Auswertungen zeigen hinsichtlich der meisten Bewertungsaspekte ein ausgeglichenes Ergebnis; für den Einsatz in der Forschung und bei Einzeluntersuchungen wird die Beibehaltung des Messverfahrens blockiertes Schlepprad empfohlen. Sollen jedoch ganze Streckennetze regelmäßig durchgemessen werden, so hat für diese Routineaufgabe die Verwendung des SCRIM-Gerätes Vorteile. Entscheidend hierfür ist die in diesem Fall deutlich größere Messleistung dieses Messverfahrens, ohne dass die Aussagefähigkeit der Messergebnisse geringer wäre. In dem für Routinemessungen relevanten Bereich niedriger Griffigkeiten wurden für dieses Gerät vielmehr tendenziell bessere Korrelationen zum Unfallanteil bei Nässe festgestellt. Kurzfassung des Berichtes Ermittlung von Vergleichs- und Wiederholstreuung bei SRM-Messungen: Um die Messgenauigkeit von Griffigkeitsmessungen mit dem Stuttgarter Reibungsmesser (SRM) beurteilen zu können, wurden Messungen mittels einer Varianzanalyse statistisch untersucht. Hauptsächliche Ursachen für Streuungen der Messwerte liegen in den unvermeidbaren Variabilitäten der Geräte, bei den verwendeten Messreifen und bei der Durchführung der Messung. Außerdem können Veränderungen von Messreifen und Fahrbahnbelag, die möglicherweise durch den Messvorgang hervorgerufen werden, den Messwert beeinflussen. Anhand von Messungen, die aus den Jahren 1970, 1971, 1972 und 1981 stammen, wurde der Einfluss der Faktoren Gerät, Reifen und Messwiederholung auf den gemessenen Gleitbeiwert bei verschiedenen Messgeschwindigkeiten und Fahrbahngriffigkeiten ermittelt. Zur Beurteilung der Messgenauigkeit wurden die Größen Vergleichs-und Wiederholstreuung errechnet. Die Vergleichsstreuung berücksichtigt die Faktoren Gerät und Reifen sowie die Reststreuung, die statistisch als Wiederholstreuung interpretiert wird. Die Vergleichsstreuung kann damit als entscheidende Bewertungsgröße für die Messgenauigkeit angesehen werden. Die Wiederholstreuung ist gleich der Reststreuung. Sie rührt im wesentlichen aus der Wiederholung von Messungen her, z.B. aus dem nicht genauen Einhalten der Nenngeschwindigkeit beim Messvorgang. Ferner wurden die Streuungsanteile, die den Einflüssen von Gerät oder Reifen zugeordnet werden können, gesondert quantifiziert. In einer zusammenfassenden Aussage sind die gemittelten Variationskoeffizienten und Standardabweichungen von Wiederholstreuung und Vergleichsstreuung bei den einzelnen Geschwindigkeiten angegeben. Bei 40 km/h, 60 km/h und 80 km/h betragen die gemittelten Variationskoeffizienten der Vergleichsstreuung 6,2 %, 6,8 % und 8,8 %. Die entsprechenden Variationskoeffizienten der Wiederholstreuung sind 2,9 %, 3,1 % und 3 %.
Eine Expertengruppe der OECD über "Großversuche für den Straßenoberbau" (Pilotland: Schweiz) hat gemeinsame Versuche zur Messung von Dehnungen in bituminös gebundenen Schichten organisiert. Die Versuche fanden im April 1984 auf der Versuchspiste von Nardo (Italien) statt, mit der Teilnahme von 10 Ländern. Alle Teilnehmer haben auf einem speziell gebauten Versuchsoberbau mit Belastung durch Lastwagen ihre eigenen messtechnischen Verfahren und ihre Geräte gebraucht. Die verwendeten Messfühler werden beschrieben und verschiedene Versuchsparameter analysiert (Eigenschaften des Oberbaus, der Belastungsfahrzeuge, Temperaturen, usw.). Beim Vergleich der Ergebnisse wurden auch analytische Methoden angewendet, um aufgrund von Feld- und Laborergebnissen die wahren Dehnungswerte zu schätzen. In Anbetracht der Streuung verschiedener Parameter können die verwendeten Methoden als zuverlässig beurteilt werden. Auf dieser Grundlage kann sich eine weitere internationale Zusammenarbeit entwickeln.