Rechnerische Analysen im Zuge der Dimensionierung und Substanzbewertung gewinnen im Betonstraßenbau zunehmend an Bedeutung. Eine hinreichende Kenntnis über das im nationalen Betonstraßenbau spezifische thermische Ausdehnungsverhalten des Baustoffs Beton ist für eine adäquate Berücksichtigung bei der Modellbildung essenziell. Den aktuellen Ansätzen liegen ingenieurtechnische Annahmen zugrunde, die auf allgemeinen Richtwerten aus den 1960er Jahren basieren. Eine systematische und gezielte Verknüpfung mit aktuelleren Erkenntnissen sowie auf den nationalen Betonstraßenbau ausgerichtete labortechnische Untersuchungen fehlen. Derzeit existieren national und europäisch jedoch keine standardisierten oder genormten Verfahren zur experimentellen Bestimmung der Wärmedehnzahl von Beton. Diese Arbeit verfolgt zusammenfassend folgende konkrete Zielstellungen: a) Erstellung einer geschlossenen Abhandlung zur Thematik der Wärmedehnzahl von Betonen mit spezifischer Ausrichtung auf den nationalen Straßenbau und die Verwendung des Kennwertes für rechnerische Analysen b) Schaffung von Grundlagen für die Aufnahme eines Prüfverfahrens zur Bestimmung der Wärmedehnzahl in die TP B-StB [1] c) Überprüfung vorhandener Literaturwerte hinsichtlich der spezifischen Verwendbarkeit im Betonstraßenbau d) Bewertung des aktuellen Dimensionierungsansatzes in den RDO Beton [2] In Kontext der Verwendung von Wärmedehnzahlen für rechnerische Analysen im Betonstraßenbau ergibt sich eine sehr hohe Bedeutung in Bezug auf zwei Komplexe, die für die Dauerhaftigkeit von Fahrbahndecken aus Beton entscheidend sind. Zum einen beeinflusst die Wärmedehnzahl maßgeblich das Längs- und Querdehnungsverhalten der Decke. Zum anderen stellt sie einen maßgebenden Parameter für die rechnerische Dimensionierung [2] dar. Darüber hinaus hängt der maßgebende Anteil der mechanischen Beanspruchung von Fugenfüllsystemen bei Decken in Plattenbauweise insbesondere auch von der Wärme-dehnzahl des Betons ab. Zur Bewertung der Genauigkeit experimentell bestimmter Wärmedehnzahlen wurden in [3] Sensitivitätsanalysen mit den rechnerischen Verfahren zur Dimensionierung und Subs-tanzbewertung durchgeführt. Im Ergebnis sollte bei der Bestimmung von Wärmedehnzahlen zur Nutzung als Eingangsdaten in die Berechnungen eine relativ hohe Genauigkeit von ± 0,3 ∙ 10-6/K angestrebt werden. Es wurden zwei Prüfansätze zur experimentellen Bestimmung der Wärmedehnzahl entwickelt, angewendet und kritisch analysiert. Zur Messung der thermisch bedingten Längen¬änderung werden ein Setzungsdehnungsmesser mit digitaler Messuhr (Prüfansatz 1) sowie induktive Wegaufnehmer (Prüfansatz 2) verwendet. Es zeigt sich, dass insbesondere unter Verwendung von induktiven Wegaufnehmern eine sehr gute Reproduzierbarkeit der Mess¬ergebnisse erzielt werden kann. Um die Richtigkeit der Prüfergebnisse beurteilen zu können, wurden Bezugswerte an Referenzmaterialien anhand von Dilatometermessungen an verschiedenen Instituten ermittelt. Für den hier betrachteten Temperaturbereich zwischen 0 °C und 40 °C ergeben sich mittlere Wärmedehnzahlen für eine Edelstahl- bzw. Aluminium-Legierung in Höhe von 15,40 · 10-6/K bzw. 21,69 · 10-6/K. In Vergleichsuntersuchungen wurde eine sehr gute Annäherung der Prüfergebnisse bei Verwendung von Prüfansatz 1 (PA1) sowie von Prüfansatz 2 (PA2) mit einer Aluminium-Legierung als Kalibriermaterial an die Bezugswerte erzielt. Die Abweichungen liegen zwischen 0,07 bis 0,21 · 10-6/K. Eine erste allgemeine Einschätzung zur Genauigkeit der Prüfergebnisse zeigt, dass bei Verwendung von PA2 die geforderte Genauigkeit des Prüfergebnisses von ± 0,3 · 10-6/K bei einem Konfidenzniveau von 95 % auch bei sehr kleinen Stichproben erfüllt wird. Bei PA1 kann bei größeren Stichproben dieser Genauigkeitsanforderung entsprochen werden. Vor dem Hintergrund einer höheren Praktikabilität wird der PA1 für die umfassenden Bestandsuntersuchungen herangezogen. Den Bestandsuntersuchungen lag eine Stichprobe von 58 Bestandsstrecken aus dem BAB-Netz zugrunde. Die Probekörper wurden auf den maßgebenden lufttrockenen Zustand konditioniert. Es ergaben sich Wärmedehnzahlen der Straßenbetone für die einzelnen untersuchten Schichten zwischen 7,4 – 12,2 ∙ 10-6/K, wobei – wie zu erwarten – die niedri-gen Dehnungswerte bei kalkreichen Gesteinskörnungen und die höheren Werte bei Kiesen mit einem hohen Anteil an Quarzgestein festgestellt wurden. Der aktuell für den Regelfall in der rechnerischen Dimensionierung vorgesehene Richtwert für die Wärmedehnzahl von 11,5 ∙ 10-6/K wird in 7,5 % der untersuchten Betone überschritten. Die verfügbaren Literaturwerte können in Form der angegeben Mittelwerte nur als Orientierung herangezogen werden. Für die im Straßenbau zum Einsatz kommenden Kiese, welche hinsichtlich der Gesteinsart heterogen zusammengesetzt sind, liegen keine Literaturwerte vor. Orientierungsmessungen zum Einfluss der Betonfeuchte auf die Wärmedehnzahl zeigen, dass bei wassergesättigten Proben im Vergleich zu lufttrockenen die Wärmedehnzahl durchschnittlich um 2,7 ∙ 10-6/K geringer ausfällt. Bei der Bestimmung der Wärmedehnzahl an wassergesättigten Probekörpern sollte das Prüfergebnis nach aktuellem Wissensstand um 25 % erhöht werden. Aufbauend auf dieser Arbeit sollte zur Überführung eines Prüfverfahrens in die TP B-StB zunächst eine Arbeitsanleitung für einen Prüfansatz oder mehrere Prüfansätze erarbeitet und anschließend ein Ringversuch zur Bestimmung der Präzisionskenndaten durchgeführt werden. Zur Qualitätssicherung wird es als zwingend erforderlich angesehen, durch eine zentrale Stelle Referenzprismen aus Metall mit zugehörigem Bezugswert für die Wärme¬dehnzahl zur Verfügung zu stellen. Perspektivisch sollten die Bestandsuntersuchungen systematisch fortgesetzt werden, um zum einen ein verbessertes Verständnis zur zeitlichen Entwicklung der Wärmdehnzahlen von Straßenbetonen in situ zu erlangen und zum anderen die Datenbasis insbesondere von Betonen mit hohem thermischen Dehnungsvermögen zu erhöhen. Darüber hinaus sollten vor dem Hintergrund des hohen Einflusses aus dem Feuchtegehalt des Betons die realen Feuchteverteilungen über die Deckenhöhe sowie innerhalb einer Fahrbahnplatte (Platten¬mitte, Plattenrand) eruiert werden, um Rückschlüsse auf die feuchtebedingten Streuungen der Wärmedehnzahl im Bauteil ziehen zu können. Bei der vorliegenden Veröffentlichung handelt es sich um eine von der „Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften der Universität Stuttgart“ genehmigte Dissertation zum Erwerb des Doktorgrades. Die mündliche Prüfung fand am 12.04.2024 statt. Gutach¬ter waren Herr Prof. Dr.-Ing. Harald Garrecht und Herr Prof. Dr.-Ing. Rolf Breitenbücher.

Fahrbahndeckenbetone sind frei bewitterte Verkehrsflächen und werden der Expositionsklasse XF4 „Frostangriff mit Taumittel“ zugeordnet. Zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit wird ein hoher Frost-Tausalz-Widerstand gefordert. Dazu werden luftporenbildende Zusatzmittel eingesetzt. Zur frühzeitigen Qualitätskontrolle werden die Luftgehalte auf der Baustelle mit Luftgehaltsprüfgeräten am Frischbeton geprüft. Dazu muss ihre Messgüte sichergestellt sein. Auf Basis von theoretischen und praktischen Studien wurde die Konzeption einer Prüfmethode erarbeitet, die eine Beurteilung der Messgüte der unterschiedlichen LP-Gehaltsprüfer ermöglicht. Dazu wurden im Zuge gerätetechnischer Vergleichsuntersuchungen die Luftporengehalte an zuvor festgelegten Betonrezepturen mit ausgewählten national und international genormten Luftporengehaltsprüfern sowie nicht-genormten Alternativen nach einem einheitlichen Prüfregime bestimmt. Vorgeschaltet waren die Konzepterstellung für die Bewertung der Messgüte von Luftgehaltsprüfern, die Erarbeitung eines einheitlichen Prüfregimes, die Festlegung von Grundrezepturen (jeweils ein Ober- und ein Unterbeton) und deren betontechnologischen Variationen. Bei den Laboruntersuchungen erfolgte zur parallelen Datenauswertung und Präzisionsbestimmung einzelner Luftgehaltsprüfer die Erfassung maßgeblicher Frischbetonkennwerte. An ausgewählten Rezepturen wurden zusätzlich Luftporenkennwerte am Festbeton ermittelt und ebenfalls extern mit dem Ziel kontrolliert, eine Übertragbarkeit von Luftporengehalts-Messergebnissen am Frischbeton auf den Luftporengehalt im Festbeton valide einschätzen zu können. Die Erfassung ausgewählter Festigkeitskennwerte ermöglichte weiterhin die Reflexion zu den in der Baupraxis eingesetzten Ober- und Unterbetonen. Die konventionell mit dem Druckausgleichsverfahren ermittelten Luftporengehalte wurden durch die Art der Prüfausführung, z. B. die Verdichtungsart und -intensität, die Anzahl der verdichteten Betonlagen und die Fertigkeit des Laboranten, beeinflusst. Zudem spielten die Mischtechnik und die Temperatur sowie die Behandung des Frischbetons beim Transport und Einbau eine maßgebende Rolle. Bei den Ergebnissen der Vergleichsuntersuchungen zeigte sich, dass die betontechnologischen Kennwerte, wie Zementgehalt, Größtkorn, anzustrebender LP-Gehalt und w/z-Wert zum Teil eine erhebliche Auswirkung auf die Qualität der Messwertbildung besaßen. Ein gerätetechnischer Vergleich bei der praxisüblichen konventionellen Prüftechnik verschiedener Hersteller ergab, dass trotz gleicher Nutzungsdauer und Kalibrierungsrate bei baugleichen Modellen individuelle Unterschiede in der Messwertgüte festgestellt wurden. Alternative Prüftechnik wie das HYDRO_5, die auf dem Wassersäulenprüfverfahren und einem Arbeitsdruck von 2 bar basiert und das Super Air Meter (1 bar Arbeitsdruck) erwiesen sich in der Regel als hinreichend präzise.

Die 17 Ziele zu einer globalen nachhaltigen Entwicklung (Sustainable Development Goals, SDGs) haben sich in der Gesellschaft sowie in den politischen Zielen vieler Nationen bereits etabliert. Im Hochbau wurden bereits Zertifizierungssysteme entwickelt, die großflächig angewendet werden, um das Erreichen dieser Ziele zu unterstützen. Auch im Bereich der (Verkehrs-) Infrastruktur wurden solche Systeme entwickelt, doch beziehen sich diese nicht konkret auf den Straßenbau. In diesem Bereich liegt die Schwierigkeit darin, ein System zu entwickeln, das als Hilfsmittel zur Entscheidungsfindung auf dem Weg einer Nachhaltigkeitsoptimierung über den gesamten Lebenszyklus genutzt werden kann, wobei der Lebenszyklus maßgeblich von der gewählten Bauweise und der zu erwartenden Verkehrsbelastung bestimmt wird. In dem Forschungsprojekt FE 04.0335/2021/ARB „Literaturstudie zur Nachhaltigkeit im Straßenbau“ wird die vorhandene Nachhaltigkeitsbewertung gemäß BASt-Bericht, Heft S 97 mit Hilfe der identifizierten relevanten nationalen und internationalen Erkenntnisse optimiert und weiterentwickelt. Dafür wurde nationale und internationale Literatur gesichtet und analysiert. Des Weiteren sind Erfahrungen aus bereits existierenden Bewertungs- und Zertifizierungssystemen integriert und Interviews mit Experten aus dem europäischen Ausland geführt worden. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Nachhaltigkeitsaspekte bei der Ausschreibung und Vergabe von Straßenbauprojekten gelegt und Haupteigenschaften sowie wesentliche Funktionen eines digitalen Bewertungstools für diese Phasen formuliert und die Methodik für die Bereitstellung der notwendigen Daten konzipiert. Das Ziel der Weiterentwicklung des Bewertungsansatzes aus dem BASt-Bericht, Heft 97 ist eine möglichst frühzeitige Anwendung einer ersten Bewertungstoolversion im Straßenbau. Diese Version soll leicht handhabbar und für alle Straßenbaumaßnahmen, besonders auch für bauliche Erhaltungsmaßnahmen, nutzbar sein. Das digitale Bewertungstool kann auf der einen Seite dem Auftraggeber helfen, Optimierungspotenziale im Bereich der Nachhaltigkeit zu identifizieren und fundierte Entscheidungen bei der Wahl eines Unternehmens zu fällen. Auf der anderen Seite können die Bewerber das Tool nutzen, um die nachhaltigste Planungsalternative zu bestimmen. Das in diesem Bericht vorgeschlagene Bewertungssystem unterteilt sich in die Themenfelder „Ökologie“, „Ökonomie“, „Soziales“ und „Prozesse“, denen verschiedene Kriterien zugeordnet werden. Für jedes dieser Kriterien werden eigene Indikatoren definiert. Eine monetäre Bewertung ist nicht angestrebt, da die Normierungsfunktionen über Punkteskalen und die Gewichtung über prozentuale Verteilungen transparenter sind. Für die schrittweise Einführung (sowohl Anzahl der Projekte als auch Lebenszyklusphasen) und Erprobung der Nachhaltigkeitsbewertung in der Praxis müssen dann im weiteren Verlauf Verbindlichkeiten auf Seiten der Straßenbaulastträger und Bauindustrie festgelegt werden. Außerdem muss auf eine enge Kooperation mit den Stakeholdern geachtet und vergaberechtliche Möglichkeiten geprüft und ggf. erforderliche Anpassungen im Vergaberecht durchgeführt werden. Auch die Entwicklung eines Datenmanagementsystems unter Berücksichtigung vorhandener Datenbanken und –strukturen ist ein wichtiger weiterer Schritt. Da die Integration der Nachhaltigkeitsbewertung im Straßenbausektor nur iterativ verlaufen kann wird eine ständige Anpassung der Ziele, Methoden und des Rechtsrahmens notwendig sein.

Mit dem Ziel, weiterführende Erkenntnisse über die Möglichkeiten zur Dimensionierung von Straßenbefestigungen mit einer Kaltrecyclingschicht KRC zu erlangen, wurden im FE-Projekt 04 0329 Performance-Untersuchungen an Ausbauproben aus 10 Praxisstrecken (Bj 2003 – 2015) und an im Labor hergestellten Proben ermittelt und unter Anwendung aktueller Dimensionierungsaspekte bewertet. Vorrangig sollten solche KRC-Schichten betrachtet werden, die überwiegend mit bitumenhaltigem Bindemittel versehen wurden Die hieraus und aus ergänzenden Laboruntersuchungen gewonnen Erkenntnisse führten zu folgenden Erkenntnissen: • Die Schichten der untersuchten Praxisstrecken hatten überwiegend nur noch schwache bitumen-dominate Materialeigenschaften • Die Ausbauproben zeigten teilweise erhebliche optische und auch materialtechnologische Inhomogenitäten, die mit hoher Wahrscheinlichkeit auf den Herstellungsprozess in Situ zurückzuführen sind. Durch größere Sorgfalt (Auswahl der Maschinen und Optimierung der Arbeitsprozesse) sollte sich dies weitgehend vermeiden lassen. • Die im Labor hergestellten Probekörper für Performance-Untersuchungen können in Form von Bohrkernen aus Platten entnommen werden, die mittels Walzsektor-Verdichtungsgerät hergestellt wurden. Bei geringen Anteilen an hydraulischem Bindemittel kann eine verlängerte Lagerungszeit (14 Tage) bis zur BK-Entnahme erforderlich sein • Ein im europäischen Wissenschaftraum vorgeschlagener Dimensionierungsfaktor von 1,5 (Schichtdicke KRC/Schichtdicke Asphalttragschicht) lässt sich nach den vorliegenden Erkenntnissen sicher erreichen und kann mit entsprechenden rechnerischen Dimensionierungsnachweisen ggf. noch reduziert werden • Spaltzug-Schwellversuche zur Bestimmung von Kennwerten zur Beschreibung des Steifigkeits- und Ermüdungsverhaltens gemäß TP Asphalt-StB, Teile 24 und 26 können uneingeschränkt für die Prüfung von KRC-Baustoffen eingesetzt werden Bei gleicher Mischgutzusammensetzung sowie Herstellung und Prüfung in zwei Laboren waren die Ergebnisse der Performance-Untersuchungen zudem sehr gut miteinander vergleichbar • Mit zunehmender Lagerungsdauer erhöhen sich die Steifigkeiten (primär im hohen Gebrauchstemperaturbereich) und es verbessern sich die Ermüdungseigenschaften Die Ergebnisse lassen weiter vermuten, dass diese Entwicklung auch nach 180 Tagen noch nicht abgeschlossen ist. Mit Untersuchungen nach 28 Tagen wird das Potenzial einer KRC unterschätzt. • Es deutet sich ein brauchbarer Zusammenhang zwischen dem aus statischen Spaltzugversuchen berechneten E-Modul bei 5 °C und den dynamischen Steifigkeiten bei dieser Temperatur an Hierin könnte eine vergleichsweise einfache bauvertragliche Nachweisführung liegen Die umfassenden Untersuchungen im Rahmen des Forschungsprojektes konnten schlüssige und praxistaugliche Dimensionierungsgrundsätze belegen, mit denen kaltgebundene bitumen-dominanten Tragschicht in Zukunft zielsicher und wirtschaftlich als Tragschicht in einem Asphaltoberbau berücksichtigt werden können Da solche Schichten in besonderem Maße die Aspekte der Nachhaltigkeit und der Energieminimierung berücksichtigen, kann ein hohes Potenzial in der Anwendung gesehen werden, sodass eine zeitnahe Einbindung der Ergebnisse in das technische Regelwerk der FGSV empfohlen wird.

In diesem Projekt „FE 04.0303/2016/ORB“ wurden Methoden für die Dimensionierung und Analyse von flexiblen Straßenbefestigungen entwickelt und implementiert. Primär wurde das Programm flexCALC erstellt, das die rechnerische Dimensionierung (gemäß RDO Asphalt) und die Substanzbewertung (gemäß RSO Asphalt) auf Basis eines Finite-Elemente-Rechenkerns in einer einheitlichen Softwareplattform zusammenführt. Des Weiteren steht in dem modular strukturierten Programm ein Rechenkern auf Basis der Mehrschichtentheorie zur Verfügung. Dieser zeichnet sich durch seine enorme Geschwindigkeit aus, unterliegt jedoch verschiedenen geometrischen und materiellen Einschränkungen. Der durch der Fourier-Reihen unterstützte Rechenkern auf Basis Finite-Elemente-Methode ermöglicht gegenüber der Mehrschichtentheorie die Berücksichtigung anderer Geometrien und Randbedingungen. Beide Methoden gelten für linear-elastische Statik. Nichtlineare Materialmodelle und dynamische Effekte werden aufgrund ihrer Komplexität in der Dimensionierungspraxis bislang nicht berücksichtigt. Detaillierte Analysen erfordern allerdings deren Berücksichtigung, da die Ergebnisse unter idealisierten Annahmen stark von der Realität abweichen können. Daher wurde ein Finite-Elemente-Rechenkern mit rein polynomialen Ansatzfunktionen implementiert. Zur Auswahl stehen verschiedene Modelle für ungebundene, granulare Materialien und ein etabliertes Modell für viskoelastische Materialien. Zur Modellierung des Schichtenverbundes wurden verschiedene Konstitutivgesetze und die dazugehörige Elementformulierung implementiert. Außerdem ist ein expliziter Löser implementiert. Damit steht ein Werkzeugkasten bereit, der die Weiterentwicklung der Dimensionierung unterstützen wird. Besonderes Augenmerk wurde auf eine ausführliche Dokumentation sowie die Möglichkeit zur einfachen Weiterentwicklung und Wartbarkeit gelegt. Durch aufwändige Verifikationen wurde die Korrektheit der implementierten Algorithmen sichergestellt.

Ziel des Forschungsvorhabens war die Ermittlung valider Schwellenwerte, welche zur Auslösung gravitativer Massenbewegungen führen können. Um den zukünftigen Einfluss des Klimawandels in Bezug zu diesen Massenbewegungen abschätzen zu können, sollten zudem auf Basis der ermittelten Schwellen sowie unter Berücksichtigung regionaler geologischer und morphologischer Gegebenheiten die potenziellen Änderungssignale für die 30-jährigen Zeiträume 2031-2060 und 2071-2100 berechnet werden. Die Grundlage der Bearbeitung bildet eine zuvor durchgeführte Studie zum aktuellen wissenschaftlichen Kenntnisstand. Die Schwellenwertanalyse erfolgte differenziert für Fließ-, Rutsch- und Sturzprozesse durch Abgleich dokumentierter und von den Landesdiensten bereitgestellter Massenbewegungsereignisse mit den vom Deutschen Wetterdienst (DWD) bezogenen hydrometeorologischen Datensätzen (HYRAS) mit einem Gitterpunktabstand von 5 x 5 km. Zur Auswertung wurden die meteorologischen Parameter zunächst in unterschiedlichen zeitlichen Auflösungen separat betrachtet (1D) sowie anschließend ausgewählte Kombinationen auf Basis von Ereignisdaten mit exakt bekanntem Ereignisdatum analysiert (2D). Zur Berechnung potenzieller Änderungssignale stellten sich hierbei insbesondere die Kombination aus Ereignisniederschlagssumme und -dauer (Rutschprozesse), sowie die mittlere jährliche Anzahl von Frost-Tau-Wechseln über einen Zeitraum von 20 Jahren (Sturzprozesse) als geeignet heraus. Die Abschätzung der zukünftigen Entwicklung erfolgte anschließend durch den Vergleich der Schwellenwertüberschreitungen des Zeitraumes 1971-2000 mit 6 Klimamodellen des RCP8.5-Szenarios aus dem Kernensemble des Deutschen Wetterdienstes. Die Ergebnisse lassen dabei den Schluss zu, dass in beiden Zukunftsszenarien bezüglich der Rutsch- und Fließprozesse vor allem regional von einer klimawandelinduzierten Erhöhung des Änderungssignals auszugehen ist. Bezüglich der Sturzprozesse verringert sich hingegen das schwellenwertbezogene Signal deutschlandweit erheblich.

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Verbesserung des Nutzungsverhaltens Offenporiger Asphalte durch eine gezielte Optimierung der Zusammensetzung. Dazu wurde systematisch der Einfluss der Mischgutzusammensetzung in Hinblick auf das Alterungsverhalten Offenporiger Asphaltdeckschichten untersucht. Die Mischgutzusammensetzung wurde anhand von Kornform, Kornanteilen der einzelnen Kornklassen sowie Mastixzusammensetzung variiert. Die Bewertung der akustischen Eigenschaften der verschiedenen PA-Varianten wurde anhand des Strömungswiderstandes und des Schallabsorptionsgrades überprüft. Zudem wurden ausgewählte PA-Varianten bezüglich der zu erwartenden bautechnischen Dauerhaftigkeit überprüft. 40 Sieblinienvarianten wurden theoretisch aus den Lieferkörnungen abgeleitet und mittels computerbasierter Modellberechnung der zu erwartende Hohlraumgehalt der PA-Varianten ermittelt. Das Ergebnis der computerbasierten Modellberechnung zeigt, dass diese noch keine zielsichere Vorhersage des experimentell ermittelten Hohlraumgehaltes ermöglicht. Durch die Variation der Sieblinie konnten große Unterschiede der akustischen Eigenschaften der PA-Varianten nachgewiesen werden, wohingegen ein eindeutiger Einfluss auf den Kornverlust PL nicht festgestellt werden konnte. Die Variation der Kornform hatte in dem hier geprüften Rahmen keinen eindeutigen Einfluss auf den Hohlraumgehalt und auf die akustischen Eigenschaften der PA-Varianten. Die Variation der Mastixkomponente zeigte deutliche Einflüsse auf den Hohlraumgehalt, den Schallabsorptionsgrad und auf den Kornverlust PL. Die Ergebnisse und die Differenzierbarkeit der Oberflächenverschleißprüfung vor und nach Alterung sollten kritisch hinterfragt werden. Insgesamt konnten durch die Ergebnisse der Untersuchungen Optimierungspotentiale aufgezeigt werden. Durch gezielte Variation der Sieblinie und der Mastixzusammensetzung können die akustischen Eigenschaften und die Nutzungsdauer Offenporiger Asphalte verbessert werden.

Die Sensibilität der Bevölkerung in Bezug auf Straßenlärm ist in den letzten Jahrzehnten zunehmend gestiegen. Die bisherige Standardbauweise von Betondecken ist Waschbeton, welche im Vergleich zum Referenzwert mit -2 dB(A) als lärmmindernd angesetzt wird. Offenporige Deckschichten können hingegen eine Pegelminderung von bis zu 5 dB(A) bewirken. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde zunächst die Prozesskette bei der Herstellung von Offenporigem Beton (OPB) herausgearbeitet, um zukünftig einen prozessoptimierten Einbau bei dieser Bauweise zu gewährleisten. Hierzu wurden in einer Literaturrecherche Informationen früherer Versuchsstrecken gesammelt und ausgewertet. Parallel dazu wurde, auf Grundlage einer bestehenden OPB-Rezeptur, eine im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit, bei Einhaltung der Anforderungen an die Festbetoneigenschaften, optimierte Rezeptur erstellt. Anhand der Ergebnisse aus der Recherche sowie der Rezepturoptimierung wurde eine Versuchstrecke auf einem Autobahnparkplatz in der Planung sowie der Ausführung begleitet. Bei der Herstellung der Versuchsstrecke wurden die Prozessparameter dokumentiert sowie die Frisch- und Festbetoneigenschaften bestimmt. Im Anschluss an den Bau der Versuchsstrecke wurde die Umsetzbarkeit der im Vorfeld herausgearbeiteten Einzelprozesse analysiert und Anpassungen für zukünftige Baumaßnahmen mit OPB definiert. Zur weiteren Charakterisierung der Versuchstrecke wurden entstandene Risse lokalisiert und durch regelmäßige in-situ Messungen überwacht. Zur Untersuchung der Materialeigenschaften des OPB wurden Bohrkerne aus der Strecke entnommen. Diese Daten bildeten die Eingangsdaten für eine Finite Elemente Simulation des Rissverhaltens in der OPB-Schicht. Dabei wurden die praxisrelevanten Beanspruchungen, wie Witterung und Verkehr als Beanspruchungen auf das System betrachtet. Abschließend wurde ein allgemeines Monitoringkonzept für offenporige Betondecken erarbeitet. Dieses enthält die Ermittlung der für Fahrbahndecken üblichen Gebrauchseigenschaften sowie speziell für offenporige Systeme zu untersuchende Kennwerte. Zudem wurden Hinweise zur Anwendbarkeit standardisierter Verfahren gegeben.

Eine dauerhaft leistungsfähige Verkehrsinfrastruktur ist zum Güter- und Personentransport unerlässlich. Eine wesentliche Zielsetzung moderner Technologien im Straßenbau ist daher eine möglichst lange Gebrauchstauglichkeit von Asphalt-Befestigungen. Zum Zweck der Überbauung von rissgeschädigten bzw. rissgefährdeten Straßenbefestigungen kommen seit mehr als 30 Jahren Asphalteinlage-Systeme zum Einsatz, die im Fokus dieses von der Bundesanstalt für Straßenwesen initiierten Forschungsprojektes standen. Ziel dieses Forschungsprojektes war es, die mögliche nutzungsdauerverlängernde Wirkung von Asphalteinlage-Systemen zu überprüfen, ihre Anwendungsgrenzen aufzuzeigen und eventuelle ökonomische und ökologische Vor- bzw. Nachteile zu quantifizieren. Neben einer Marktübersicht und Kategorisierung der heute zur Verfügung stehen-den Produkte wurde eine breite Befragung über praktische Erfahrungen mit Asphalteinlage-Systemen durchgeführt, sowie ein umfangreiches Laborprüfprogramm realisiert. Um die an Asphalteinlage-Systemen gestellten Forderungen bzgl. ihrer spannungsabbauenden, spannungsaufnehmenden und abdichtenden Wirkung zu überprüfen, wurden unterschiedlichste Prüfverfahren angewendet und daraus Scherversuche, Durchlässigkeitsversuche, 3-Punkt-Biegeprüfungen und Keilspaltversuche für den Nachweis als geeignet angesehen. Im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse wurde der Einfluss zahlreicher repräsentativer Asphalteinlage-Produkte bei Variation weiterer Systemeigenschaften prüf-technisch untersucht und so deren Einfluss auf die Wirkungsweise bestimmt. Zur Überprüfung einer potenziell nutzungsdauerverlängernden Wirkung, wurden über ein FE-Modell wesentliche Kenngrößen ermittelt, so dass in 3-Punkt-Biegprüfungen abgeleitete Ermüdungskurven, sowie in Keilspaltversuchen bestimmte Rissenergien in neuen Nachweisen gegen Reflexionsrissbildung in die Rechnerische Dimensionierung integriert werden konnten. So konnte die Wirkung auf die theoretische Nutzungsdauer nachgewiesen werden. Eine abschließende Nachhaltigkeitsanalyse beinhaltete ökonomische und ökologische Aspekte. Dabei erwies sich z. B. die Recyclingfähigkeit als wesentlich, wobei unterschiedliche Szenarien betrachtet wurden. Es konnte gezeigt werden, dass Asphalteinlage-Systeme unter den zuvor definierten Bedingungen des jeweiligen Szenarios im Modell wirtschaftlich eingesetzt werden können, sofern eine Abstimmung auf die geplanten Erhaltungszyklen erfolgt. Anhand der Ergebnisse wurden Vorschläge für die Ergänzung des technischen Regelwerkes durch ein Merkblatt und Prüfvorschriften erarbeitet.

In diesem Forschungsprojekt FE 04.0316/2018/ORB „Entwicklung eines aktuellen Verfahrens zur rechnerischen Dimensionierung gemäß den RDO Beton“ werden die RDO Beton quelloffen und zukunftssicher implementiert. Grundlage sind die RDO Beton 09 in der Entwurfsfassung vom 7. Mai 2018, welche im Folgenden nur noch RDO Beton genannt werden. Das Programm wird in JavaScript unter Verwendung gängiger Standards und Praktiken implementiert und soll unter der freien Software-Lizenz GPLv3 veröffentlicht werden. Besonderes Augenmerk liegt auf der guten Dokumentation und Modularität, was allen interessierten Fachleuten die einfache Benutzung, Wartung und Erweiterung der Software ermöglicht. Das Projekt gliedert sich dabei in Literaturrecherche zu den RDO Beton, Definition und Dokumentation von Anforderungen, Implementierung von Rechenkern und grafischer Benutzeroberfläche (GUI) sowie die Erstellung der Dokumentation für die Anwender. Eine ausführliche Recherche zu den Hintergründen der für die Nachweisführung verwendeten Momente in den RDO Beton verbessert die Dokumentation des Verfahrens. Insbesondere wird die Formel für das Moment aus Verkehrsbelastung auf seine korrekte Herkunft zurückgeführt. Zur Herkunft der verwendeten Anpassungsfaktoren wird nicht recherchiert. Die Literaturrecherche liefert damit die Grundlage zur verfahrenssicheren Implementierung der RDO Beton. Die Zusammenstellung der Anforderungen an die Software erfolgt im Lastenheft, das sowohl die Grundlage für dieses Projekt als auch eine Vorlage für ähnliche Vorhaben darstellen soll. Es besteht daher aus einem allgemeinen Teil, der Rahmenbedingungen der Software-Entwicklung beschreibt, und einem spezifischen Teil, der sich mit der Implementierung der RDO Beton befasst. Beide Teile sind darüber hinaus modular aufgebaut, damit der Auftraggeber in zukünftigen Ausschreibungen für Softwareprojekte die Erstellung eines Lastenhefts einfacher und zielsicher selber leisten kann. Das Lastenheft wurde durch Erstellung eines darauf basierenden Pflichtenhefts validiert. Die Implementierung wurde modular realisiert, sodass der eigentliche Rechenkern und die Benutzeroberfläche eigenständige Teile sind und nur über einheitlich strukturierte Datenobjekte kommunizieren. Die Daten können im textbasierten, kompakten und menschenlesbaren JSON-Datenformat eingelesen und gespeichert werden. Durch ein ebenfalls umgesetztes Kommandozeilen-Interface kann der Rechenkern ohne GUI verwendet werden, um eine einfache Einbindung in andere Software zu ermöglichen, oder direkt über die Kommandozeile ausgeführt zu werden. Der Quellcode des Rechenkerns ist derart konzipiert und dokumentiert, dass Fachleute mit rudimentären Programmierkenntnissen sich schnell im Code zurechtfinden können. Die Kompilierung des Quellcodes des Rechenkerns ist nicht nötig. Damit sind kleinere Änderungen am Quellcode, wie beispielsweise die Aktualisierung von Faktoren aus den Tabellen der RDO Beton, in wenigen Sekunden durchgeführt. Weiterhin ist der Rechenkern so modularisiert, dass bspw. die Berechnung eines einzelnen Momentes durch eine andere Funktion ersetzt werden kann. Wartungsarbeiten und Erweiterungen gestalten sich dementsprechend einfach. In Kombination mit einer Versionsverwaltungssoftware bleiben jegliche Änderungen am Quellcode transparent und alte Versionen wiederherstellbar. Auch die Vorhaltung verschiedener Softwareversionen, etwa für unterschiedliche Fassungen der RDO Beton, ist somit leicht realisierbar. Ein wesentlicher Bestandteil der entwickelten Software ist die grafische Oberfläche, die unter Nutzung moderner Technologien und Erkenntnisse im Bereich Benutzerschnittstellen entworfen wurde. Die Oberfläche wird im Webbrowser dargestellt, wodurch die Anwendung über Intra- oder Internet angeboten werden kann. Dadurch arbeiten alle Benutzer stets mit einer einheitlichen, aktuellen Version. Das Programm kann aber auch ohne Administrator-Rechte auf Arbeitsplatzrechnern installiert und ausgeführt werden. Die Verwendung des gängigen Material Designs stellt sicher, dass Nutzer bekannte Bedienelemente und -symbole erkennen und diese intuitiv nutzen können. Die Funktionsfähigkeit der einzelnen Bestandteile sowie ihr Zusammenspiel werden mithilfe einer automatisierten Testumgebung sichergestellt. Hierdurch lassen sich auch bei zukünftigen Änderungen mögliche unerwünschte Seiteneffekte schnell fest-stellen. Eine Bereitstellung für weite Nutzerkreise erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass Inkompatibilitäten, Programmfehler und/oder Fehler in der zugrundeliegenden Methodik aufgedeckt werden. Bei Bereitstellung des Quellcodes können Benutzer sich direkt an der Weiterentwicklung beteiligen. Die strikte Trennung zwischen Eingabe und Berechnung ermöglicht die Erweiterung zu einer Client-Server-Architektur. Damit könnten offizielle Referenzimplementierungen angeboten und deren Nutzung sichergestellt werden.

MICHAEL DERES, der Referatsleiter Personal der Stabsstelle Autobahn / Fernstraßen-Bundesamt im Bundesministerium für Verkehr, beschreibt in einer Momentaufnahme aus der Sicht der Praxis des Jahres 2019 den damaligen Umsetzungsstand der Reform der Auftragsverwaltung im Bereich der Bundesautobahnen und anderer Bundesfernstraßen. Die Reform der Bundesfernstraßenverwaltung führte zu einem umfangreichen Personalübergang der Länder zum Bund und stelle eine gewaltige Herausforderung dar. Dennoch habe die Autobahnverwaltung als Arbeitgeber Zukunft. Die Autobahnreform habe daher das Potenzial, sich als Modellprojekt für zentrale Aufgabenerledigungen durch den Bund zu erweisen. Zwei Jahre später berichtet die heutige amtierende Präsidentin des Fernstraßen-Bundesamtes Leipzig DORIS DRESCHER über die neue Autobahnverwaltung des Bundes, die ihre Tätigkeit mit Beginn des Jahres 2021 aufnahm. Sie beschreibt die Aufgabenverteilung zwischen der Autobahn GmbH des Bundes und dem Fernstraßen-Bundesamt im operativen Betrieb, die sich daraus ergebenden Aufgaben und Ziele sowie die praktisch drängende Frage der zukünftigen Zuständigkeitsverteilung für bereits eingeleitete und neue Verwaltungsverfahren. Zudem werden planungsrechtliche Grundsätze und Beschleunigungsmöglichkeiten bei der Beseitigung von Hochwasserschäden erläutert. Mit dem Werkstattbericht über den Aufbau eines Rechtsbereichs in Corona-Zeiten behandelt MARTIN REGNATH – auf der Grundlage eines zusammen mit ROLF ROCKITT gehaltenen Vortrags – den Aufbau des zentralen Rechtsbereichs in der Autobahn GmbH des Bundes, der bei der Gründung 2018 noch gar nicht vorgesehen war. Als dann die Schaffung einer zentralen Rechtsabteilung und deren Vernetzung mit den Niederlassungen in der Fläche in Angriff genommen wurden, mussten diese Schritte unter den Bedingungen der Pandemie stattfinden. Als Hauptziele stellten sich nunmehr die Etablierung von Vergabeverfahren dar, in denen nicht die billigsten, sondern die bestgeeigneten Vertragspartner gewonnen werden können, sowie die umfassende Digitalisierung aller Arbeitsabläufe. Der abschließende, ebenfalls als Werkstattbericht überschriebene Beitrag von MAX SEIBERT Luftreinhaltepläne vor Gericht behandelt in 40 deutschen Städten erhobenen Verbandsklagen wegen der Überschreitung des Luftqualitätsgrenzwerts für Stickstoffdioxid (NO2) nach der Luftqualitätsrichtlinie. Der Referent hatte in seiner Funktion als Vorsitzender Richter am Oberverwaltungsgericht Nordrhein-Westfalen letztlich sämtliche Verfahren in diesem Bundesland verhandelt. Sie wurden schlussendlich zu einem Ergebnis geführt, das einerseits Dieselfahrverbote vermeiden konnte, andererseits aber die Weichen für eine langfristige Verbesserung der Luftqualität gestellt hat.

Bei den abzugsrelevanten Merkmalen - Verdichtungsgrad und Hohlraumgehalt - liegt die Bestimmung der Raumdichte am Ausbaustück oder Marshallprobekörper entsprechend den nationalen Prüfvorschriften zugrunde. Zur Bestimmung der Raumdichte ist bei offenporigen Asphalten das Ausmessverfahren (Verfahren D) anzuwenden und bei allen anderen Walzasphalten das Tauchwägeverfahren mit Ledertuch (Verfahren B). Nur bei lärmtechnisch optimierten Asphaltdeckschichten soll zur Erfahrungssammlung neben dem Verfahren B auch das Verfahren D angewandt werden. Aus den Erfahrungen mit den Prüfverfahren ist bekannt, dass mit zunehmendem Hohlraumgehalt die Raumdichte an Prüfkörpern mit den standardisierten Verfahren nicht präzise genug erfasst werden kann. Um ein geeignetes Verfahren für primär semiporöse und sekundär offenporige Asphaltdeckschichten zu finden wurden insgesamt 7 zum Teil standardisierte Prüfmethoden zur Bestimmung der Raumdichte an drei Mischgutarten durchgeführt. Dabei wurden die Geometrien und Herstellungsarten der Prüfkörper variiert. Alle gesammelten Daten der Untersuchungen (Raumdichte und Streuung) wurden hinsichtlich der Einflüsse aus den geometrischen Kennwerten (Prüfkörperhöhe und -durchmesser), Prüfkörpermasse und charakterisierenden Kennwerten wie den Hohlraumgehalt, den Textureigenschaften, der effektiven Fläche der Textur und Körnungsspezifischen Kennwerten analysiert. Es konnten deutliche Unterschiede zwischen den Verfahren nachgewiesen werden. Hinsichtlich der Eignung für semiporöse und offenporige Asphalte konnte ein Verfahren zur Umhüllung von Prüfkörpern mit einem Vakuumbeutel empfohlen werden, welches in Einklang mit der europäischen Norm steht. Alternativ ist eine Bestimmung des Volumens über eine Laserabtastung der Probekörper zu empfehlen. Diese technisch hochwertige Methodik lässt eine sichere Abgrenzung zwischen der Textur eines Prüfkörpers und den zur Raumdichte zugehörigen Volumen zu.

Um den Substanzwert einer Verkehrsbefestigung in-situ zu bestimmen, wurden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens Sensoren entwickelt, die den jeweils aktuellen strukturellen Zustand der Befestigung messen sollen. Als zielführender, leicht zu messender Parameter wurde dabei die Vertikalbeschleunigung gewählt. Für die Umsetzung wurden verkabelte und autonome Sensoren verwendet. Als Sensortyp wurden MEMS-Sensoren gewählt, da diese vglw. preisgünstig sind und wenig Strom verbrauchen. Durch die verkabelten Sensoren war eine größere Anzahl an Messungen zur Parameterstudie und Validierung des Messverfahrens möglich. Die kabellosen Sensoren stellen Prototypen für spätere Anwendungen dar. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden Versuchsfelder errichtet, um die Praxistauglichkeit und die Genauigkeit der Beschleunigungssensoren zu überprüfen sowie den Umgang mit der großen Datenmenge zu erlernen. Bei den ersten Versuchsfeldern (Campus TU-Lichtwiese, BAB 9 bei Feucht) wurden die Beschleunigungssensoren in Ø50mm-Bohrlöcher an bestehenden Befestigungen eingesetzt und verfüllt. Dabei wurde mithilfe von Vorher-Nachher-Messungen mittels Falling Weight Deflectometer (FWD) festgestellt, dass die hervorgerufene Substanzstörung durch den Einbau vernachlässigbar klein ist. Für die Auswertung der gewonnenen Messdaten wurde ein Scilab-Skript geschrieben, welches die Rohdaten aufbereitete und erste Auswertungen ermöglichte. Mehrere Auswertungsansätze wurden dabei verfolgt: z.B. doppelte Integration der Beschleunigung (Vergleich mit FWD-Daten), Inkrementierung von Achszahlen oder Generierung von Achsmustern. Hervorzuheben sind dabei die Vergleiche mit den FWD-Daten, die eine sehr gute Übereinstimmung im Deflexionsverlauf zwischen Beschleunigungssensor und Time History des FWD aufwiesen. Im Versuchsfeld auf dem Campus TU-Lichtwiese in Darmstadt wurde abschließend die Einbaubarkeit der autonomen Sensoren (Ablegeautomat, Wiederfinden mittels RFID-Antenne) nachgewiesen.