620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Die Abteilung Straßenbau des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) hat gemeinsam mit der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) ein langfristiges Forschungsprogramm für ihre gemeinsamen Forschungsaktivitäten erstellt. Thematisch umfasst das Programm folgende Schwerpunkte: A. Die sichere und verlässliche Straße; B. Die intelligente Straße; C. Die energiesparende Straße; D. Die emissionsarme Straße; E. Die Straße als Teil des Lebensraums; F. Die nachhaltige Straße; G. Die Straße als Innovationsträger.
Elektrische Straße
(2012)
Im Projekt wurde ein möglicher Beitrag der Straßeninfrastruktur zur Energiewende untersucht. Zentrale Fragestellung war, inwieweit eine Bündelung von Stromtraßen und Straßeninfrastruktur bei der Umsetzung des stockenden Netzausbaus helfen kann. Ein Verzögerungsgrund des Netzausbaus ist die fehlende Akzeptanz neuer Stromtrassen. Zur Akzeptanzverbesserung werden eine höhere Transparenz und eine stärkere Partizipation der vom Netzausbau Betroffenen angestrebt. Darüber hinaus sollten in sensiblen Fällen Alternativen (Verlauf, Erdkabel) angeboten werden. Entsprechende Mehrkosten können den Kosten eines Engpasses gegenübergestellt werden. Genehmigungsbehörden sollten daher Alternativenuntersuchungen bindend vorschlagen können. Eine Akzeptanz erhöhende Bündelung von Stromtrassen mit der Autobahn, in Form von parallelen Freileitungstraßen ist bereits Praxis. Ein möglicher Einsatz von Erdkabeln im direkten Straßenumfeld ist nur eingeschränkt zu empfehlen. Eine offene Verlegung unter der Autobahn oder dem Seitenstreifen bietet überwiegend Nachteile. Demgegenüber bietet die Verlegung von Erdkabeln in Tunneln mehrere Vorteile. Durch das Verlegeverfahren des gesteuerten Rohrvortriebes lassen sich eingriffsarm Kabeltunnel unter der Autobahn installieren, die im Fehlerfall ohne Beeinträchtigungen des Verkehrs begangen werden können. Durch die unterirdische Nutzung bereits versiegelter Flächen sind geringe Umweltbeeinflussungen zu erwarten, die zu höherer Akzeptanz und kürzeren Genehmigungsverfahren führen sollten. Als neue Herangehensweise sind technische Bedenken vonseiten des Straßenbaus sowie Konflikte in deren Regelwerken zu vermuten. Daher sollte diese Kombination mit Straßeninfrastruktur (Kabeltunnel) auf deren Durchführbarkeit hin näher untersucht werden. Weiterhin bieten sich als mögliche Forschungsfelder das "Solar Roadways"-Konzept aus den USA sowie die Erforschung einer dynamischen Ladung von Elektromobilen über induktiven Ladeschleifen im Straßenbelag an.
Vorbemerkungen: Schwingungsanfällige Zugglieder im Sinnen dieser Regelungen sind Hänger und Schrägkabel als Seile oder Vollprofile von Schrägseilbrücken, Hängebrücken und Bogenbrücken. Nachfolgend werden Bemessungsregeln für Hänger von Bogenbrücken angegeben. Stählerne Hänger von Bogenbrücken sind schlanke Zugglieder zwischen der Fahrbahnplatte einer Brücke (bzw. dem Versteifungsträger) und dem darüber gespannten Bogen. Die Verbindung zwischen Hänger und Bogen bzw. Versteifungsträger erfolgt meistens über angeschweißte Anschlussbleche. Ermüdungswirksame Doppelspannungsamplituden, die je nach Häufigkeit und Intensität zu Rissbildung führen können, entstehen bei runden Hängern insbesondere durch wechselnde Verkehrsbelastung und wirbelerregte Querschwingungen, sowie in Einzelfällen auch durch Regen-Wind-induzierte Schwingungen. Rechteckige Hängerquerschnitte können durch Verkehrsbelastung und wirbelerregte Querschwingungen ermüdungsrelevant beansprucht bzw. durch Galloping zu instabilen Schwingungen angeregt werden. Die nachfolgenden Regelungen und Empfehlungen für eine dauerhafte Konstruktion und einen ermüdungssicheren Hängeranschluss wurden für Rundstahl- und Flachstahlhänger hergeleitet und sind folglich auf diese zu beziehen. Eine Übertragung auf andere Querschnittsformen kann zwar erfolgen, allerdings sind hierzu weitergehende Überlegungen bezüglich anzusetzender Kraftbeiwerte, Wirklängen und nachzuweisenden Frequenzbereichen notwendig.
Zur Erhöhung des Verformungswiderstandes von Asphaltbefestigungen ist eine Vielzahl von Produkten entwickelt worden, welche dem Bitumen erst an der Mischanlage zugegeben werden können. Da deren Praxisverhalten aber oftmals noch nicht hinreichend bekannt ist, wurde auf einem Streckenabschnitt der BAB 1 bei Euskirchen eine Versuchsstrecke zur Erprobung der Additive eingerichtet. Fazit nach vier Jahren Nutzungsdauer ist, dass die untersuchten Produkte in Verbindung mit einem nicht-modifizierten Straßenbaubitumen grundsätzlich als vergleichbare Bindemittelalternative verwendbar sind. Die separate Zugabe an der Mischanlage hat jedoch i. a. einen höheren Aufwand zur Folge, so dass der Einsatz sich insbesondere für Sonderanwendungen (z. B. Kleinmengen oder Mischgut mit höherer Modifizierung) eignet. Für die Anwendungen wird eine objektbezogene, aussagekräftige erweiterte Eignungsprüfung als zwingend notwendig angesehen. Bei großflächigen Anwendungen sollte aufgrund der noch nicht eindeutig dokumentierten gleichmäßigen Verteilung der Produkte und des noch fehlenden quantitativen Nachweises den gebrauchsfertigen PmB der Vorzug gegeben werden. Außerdem wird darauf hingewiesen, dass die Erprobungsfelder zwar in einem Autobahnabschnitt der Bauklasse SV liegen, die Verkehrsbelastung aber noch deutlich unter den besonders hoch belasteten Autobahnabschnitten in Nordrhein-Westfalen liegt. Auf der Erprobungsstrecke ist somit die Gefahr einer vergleichsweise schnellen Spurrinnenbildung nicht besonders hoch.
Mit der Fortschreibung des europäischen Übereinkommens über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße (ADR) von 2007 wurden Tunnelbeschränkungscodes für Gefahrgüter eingeführt. Hierdurch wurde die Grundlage für eine europaweit einheitliche Regelung im Falle einer Beschränkung von Gefahrguttransporten durch Straßentunnel geschaffen. Unter Berücksichtigung der EG-Tunnelrichtlinie und den RABT 2006 wurde für Deutschland ein Verfahren entwickelt, mit dem die Gefahrgutrisiken für alle Straßentunnel auf Basis von Risikoanalysen einheitlich bewertet und Einschränkungen für den Gefahrguttransport durch definierte Tunnelkategorien kenntlich gemacht werden können. Das entwickelte Verfahren zur risikobasierten Kategorisierung von Straßentunneln nach ADR 2007 ist zweistufig aufgebaut. In einer Grobbeurteilung (Stufe 1) wird in zwei Schritten ein Tunnel dahingehend überprüft, ob dieser für sämtliche Gefahrguttransporte freigegeben werden kann. Werden die Gefahrgutrisiken mit den einfachen Modellen der Stufe 1 als zu hoch bewertet, muss der Tunnel vertieft untersucht werden. Bei dieser vertieften Analyse (Stufe 2a) wird zunächst das intrinsische Risiko des Tunnels mit detaillierten Modellen und verfeinerten Eingangsdaten bestimmt. Liegt das ermittelte Risiko unterhalb einer auf Erfahrungswerten beruhenden Vergleichskurve, kann der Tunnel für sämtliche Gefahrguttransporte freigegeben werden. Liegt die Risikokurve oberhalb der Vergleichskurve, wird der Tunnel nach Bedarf kategorisiert, d. h. er wird für Transporte von Gefahrgüter mit gleichem Tunnelbeschränkungscode gesperrt bzw. es werden bauliche, technische oder organisatorische Maßnahmen getroffen um das Risiko zu reduzieren. Im Falle einer Beschränkung sind die betroffenen zu transportierenden Güter über eine Umfahrungsstrecke zu leiten. Für die Umfahrungsstrecke ist in der Stufe 2b nachzuweisen, dass sie die aus der Umlegung resultierenden zusätzlichen Gefahrgutrisiken aufnehmen kann. Für die einzelnen Stufen bzw. Schritte wurden die Randbedingungen hergeleitet und definiert. Anforderungen an Modelle, Daten und Anwendung sind im Bericht mit Anhang so beschrieben, dass eine einheitliche Umsetzung möglich ist. Das entwickelte Verfahren ist als Hilfsmittel für die Kategorisierung anzuwenden. Die in der Methodik festgelegten Grenzwerte bzw. Vergleichskurven zur Beurteilung des Handlungsbedarfs wurden auf Grundlage der existierenden vergleichsweise geringen Datenbasis hergeleitet und festgelegt. Es wird empfohlen, die aus der Anwendung gewonnenen Erfahrungen für eine Fortschreibung des Verfahrens nach der Einführungsphase und ggf. nach weiteren 5 bis 8 Jahren zu nutzen.
Das 4-jährige Forschungsprojekt verfolgte das Ziel, den möglichen Einfluss der Laufsohlenbeschaffenheit und des Mikroklimas vor und in Durchlässen von Amphibienschutzanlagen auf die erfolgreiche Durchquerung zu ergründen. Es sollte geklärt werden, welche Verhaltensweisen Amphibien und und andere Kleintiere bei der Tunneldurchquerung zeigen, welche physikalischen und mikroklimatischen Eigenschaften verschiedene Durchlasstypen und Laufsohlen haben und wie diese Einflüsse das Verhalten der Tiere beeinflussen. Das Ziel lag schließlich in einer konzeptionellen Betrachtung zum optimalen Einsatz sowie zur Gestaltung und Unterhaltung derartiger Straßenbauwerke. Untersucht wurden Hygroskopizität und Alkalität, Magnetfeldmuster, Vibrationen und verkehrsbedingte Lärmentwicklungen sowie die Lichtverteilung am Durchlasseingang. Gemessen wurden außerdem Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und deren Austrocknungswirkung. In abgezäunten Versuchsarenen wurden eingesetzte Amphibien verschiedenen Wahlexperimenten ausgesetzt sowie die Auswirkungen auf das Verhalten anwandernder Tiere an Durchlässen mit vorgenommenen Veränderungen analysiert. Getestet wurden folgende Parameter: Ferromagnetismus, Lichtblitze vorbeifahrender Autos, Beleuchtung des Durchlasses, Luftzug und Lärm im Durchlass, Bodenfeuchtigkeit vor und im Durchlass, Versteckplatzangebote im Durchlass und Zuleitung der Durchlassöffnung. Außerdem wurde die Effizienz eines nachträglich eingebauten Einfallrohrs überprüft. Gut gewässerte Betonbauteile erwiesen sich als unwesentlich hygroskopisch. Viele Betonbauteile waren nur im oberen Tunnelbereich deutlich alkalisch, die Laufbereiche aber immer pH-neutral. Das Erdmagnetfeld wurde an Metallzäunen und metallarmierten Betonteilen aller Anlagen stark verändert und fiel dadurch als Orientierungsmöglichkeit für anwandernde und querende Tiere völlig aus. Tunnel mit schallhartem Betonboden waren lauter als Stelztunnel über einem Naturboden. Verkehrsbedingte Bodenvibrationen und Schallpegel konnten innerhalb der Durchlässe in ihrer Wirksamkeit aber eher vernachlässigt werden. Durchlässe waren hinsichtlich ihrer Lichtverhältnisse natürlichen Tiergängen vergleichbar und wurden bei grabfähigem Untergrund auch als Tagesversteck genutzt. Mikroklimatisch führten die Durchlässe von Amphibienschutzanlagen zu einer deutlichen Dämpfung von Tagesschwankungen der bodennahen Lufttemperatur, Luftfeuchte und von böigen Luftverwirbelungen, wie sie vor Leitanlagen und Durchlasseingängen herrschen. Trotzdem erhöhten Luftbewegungen in den Tunneln die Wasserverdunstung bis zum Doppelten, aber ohne erkennbare negative Auswirkungen auf das Wanderverhalten der Amphibien. Die Tiere liefen vor den Durchlassgängen häufig hin und her. Etwa 13% der beobachteten Tiere versuchte (erfolglos) durch Hochstellen und Klettern an Leit- und Sperreinrichtungen das Schutzanlagensystem zu umgehen. Die meisten Tiere hielten sich dicht an der Sperrwand, bzw. unmittelbar vor den Durchlasseingängen auf, während nur ein geringer Anteil auch tatsächlich hineinwanderte. An Durchlässen mit einem Fallrohr und auch beim Versuchsaufbau mit einen Kombinationssystem aus 1- und 2-Wegedurchlass waren die Eintrittsquoten dagegen nahezu vollständig. Neben Amphibien wurden auch Tiere zahlreicher anderer Tiergattungen bei der Durchquerung der Kleintierdurchlässe beobachtet. Anhand der Ergebnisse erscheint eine Überarbeitung des Merkblatts für Amphibien an Straßen (MAmS) sinnvoll.