02 Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften

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Institute: search.filters.UBSInstitut.Institut für Straßen- und VerkehrswesenSubject: search.filters.subject.624

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    Frequency and safety of small radii on motorway-like roads in greater Stuttgart area - recommendations for future guidelines of motorways
    (2022) Holzwarth, Jürgen
    The German Guidelines for the Design of Motorways (RAA 2008) assume sufficient safety of a circular curvature if a vehicle does not slip of the road at a given design speed. Earlier researches indicated a higher accident-risk of small radii R < 1000m frequently used on motorwaylike road with a design speed of 100 kph given in German Guideline for Motorways RAA 2008. With regard to the “Vision Zero”, no fatal accidents, it was examined whether minimum radii should be increased to improve safety. For this purpose, 174 km from the entire 200 km motorway-like road network in Greater Stuttgart Area were selected. The existing circular radii were evaluated according to their frequency and accident risk using databases of the State of Baden-Württemberg about road geometry and accidents including the accident cost rate for each 100 m section. Within the selected network 212 circular curves exist. All radii R ≤ 1000 m were examined for their accident cost rate. Radii with an accident cost rate above the average were classified as risky. The investigation showed that 33 % of all applied radii are below R < 1000m. Circular curves with R < 650m showed a significantly higher accident risk and should be excluded. Circular curves between R ≥ 650m and R < 900m showed a higher accident risk if the ratio of adjacent radii is considerably above R1/R2 ≥ 1.5. After a long straight line the minimum radius should be R ≥ 1000m. The study results in recommendations for the geometric design introduced by the follow-up of German Guidelines for Motorways.
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    Veränderung des Schallabsorptionsverhaltens von offenporigen Asphalten durch Verschmutzung
    (2013) Alber, Stefan; Ressel, Wolfram (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)
    Straßenverkehrlärm ist ein allgegenwärtiges Problem in modernen Gesellschaften. Zur Minderung von Lärmimmissionen sind neben verkehrlichen Maßnahmen bei Kenntnis der typischen Enststehungsmechanismen von Straßenverkehrslärm auch technische Maßnahmen an Fahrzeugen und Fahrbahn möglich. Es existieren unterschiedliche Ansätze und (theoretische sowie praktische) Realisierungsmöglichkeiten lärmmindernder Fahrbahnkonstruktionen bzw. Deckschichten. Offenporige Asphaltdeckschichten (OPA) sind aufgrund ihrer bautechnischen Eigenschaften (vor allem aufgrund des hohen Hohlraumgehalts) geeignet, Lärm bereits an der Quelle zu reduzieren. Unter den lärmmindernden Fahrbahndeckenkonstruktionen haben sie das größte Lärmminderungspotenzial. Sie werden bereits seit mehreren Jahrzehnten weltweit in unterschiedlichem Umfang eingesetzt. Wegen des hohen Hohlraumgehalts, der aus akustischen Erwägungen in der Entwicklung stetig gesteigert wurde, sind bautechnische sowie betriebliche Schwierigkeiten aufgetreten, denen es zu begegnen gilt. Ein ungelöstes Problem stellt dabei die mit zunehmender Liegedauer abnehmende lärmmindernde Wirkung dar. Das Nachlassen der lärmmindernden Wirkung von offenporigen Asphalten mit zunehmender Liegedauer wird zu wesentlichen Teilen der Verschmutzung und nachfolgenden Verstopfungen der porösen Struktur zugeschrieben. Externe Faktoren bestimmen die Verschmutzung in maßgeblichem Umfang, so dass sehr unterschiedliche Schmutzeintragsraten auftreten. Darüber hinaus laufen unterschiedliche Verschmutzungsprozesse parallel ab und beeinflussen bzw. verstärken sich gegenseitig; andere Mechanismen (z.B. Verkehr) wirken der Verschmutzung entgegen. Reinigungsversuche von offenporigen Asphalten zeigen bisher relativ wenig Erfolg, weshalb in Laborversuchen untersucht wird, inwieweit eine Modifikation des Materials bzw. der Porenoberflächen der offenporigen Struktur schmutzabweisende Eigenschaften zu verleihen, wirksam sein kann. In den in dieser Arbeit dargestellten Versuchen wird versucht, durch den Eintrag einer definierten (künstlichen) Schmutzmenge mit Hilfe kontrollierter Beregnungen unter wiederholbaren Bedingungen, den Verschmutzungsprozess von offenporigen Asphalten möglichst realitätsnah zu simulieren. Das grundlegende Verständnis der Verschmutzungsprozesse und seiner Auswirkungen auf das Schallabsorptionsverhalten ist dabei Voraussetzung für die Konzipierung der Versuche, der Anwendung der Modelle und der Interpretation der Mess- sowie der Berechnungsergebnisse. Auf diese Weise ist es erstmals möglich, Zusammenhänge von Schmutzmengen bzw. Verschmutzungsstadien und Absorberparametern (Hohlraumgehalt bzw. Porosität, Strömungs-widerstand, Strukturfaktor bzw. Tortuosität) herzustellen und somit die abnehmende lärmmindernde Wirkung durch die verschmutzungsbedingten Veränderungen im Schallabsorptionsverhalten präzisieren zu können. Für unterschiedliche Schichtaufbauten und Modifizierungen zur Schmutzabweisung können aus den Versuchsergebnissen abhängig von der jeweiligen Schmutzmenge typische (sich aus der Verschmutzung ergebende) Absorberparameter angegeben werden. Hierbei ist generell festzustellen, dass Verschmutzungsvorgänge bei grobkörnigeren und zweilagigen Schichtaufbauten weniger Auswirkungen auf das Absorptionsverhalten bzw. die lärmmindernde Wirkung zeigen. Auch die untersuchten Materialmodifizierungen vermindern durch die schmutzabweisenden Eigenschaften die Auswirkungen der Verschmutzung auf das akutische Verhalten des offenporigen Asphalts. Bereits existierende akustische Modelle zur Beschreibung von offenporigen Asphaltdeckschichten als poröser Absorber vor einer schallharten Wand beschränken sich bisher auf die Beschreibung des Absorptionsverhalten von offenporigen Asphalten im unverschmutzten Zustand. Mit den aus den Versuchen ermittelten Absorberparametern (im verschmutzten Zustand) sind die Modelle mittels Ausgleichsrechnung zwischen Mess- und Rechenergebnissen des Schallabsorptionsgrads auf ihre Eignung hinsichtlich der Übertragbarkeit auf verschmutzte Zustände untersucht worden. Die betrachteten Modelle sind aufgrund ihrer zugrundeliegenden theoretischen Annahmen und Voraussetzungen unterschiedlich gut geeignet, den Verschmutzungsprozess wiederzugeben. Aus den Modell- bzw. Ausgleichsrechnungen können für unterschiedliche Verschmutzungsstadien für die Berechnung des Schallabsorptionsgrads typische Eingangsparameter (Absorberparameter und Modellparameter) in Abhängigkeit von Mischgutsorte, Schichtaufbau, (schmutzabweisender) Materialmodifizierung und vor allem eingetragener Schmutzmenge angegeben werden. Es ist damit möglich, das Schallabsorptionsverhalten von offenporigen Asphalten über die Liegedauer zu prognostizieren. Dabei sind sinnvolle Annahmen über anfallende Schmutzmengen in Abhängigkeit der Liegedauer zu treffen. Die hier untersuchten Modelle betrachten den Verschmutzungsvorgang in vereinfachter Weise. Potentielle Erweiterungen der Modellvorstellung und Ansätze zu weitergehenden Betrachtungen (z.B. Extrapolationen, andere Umfeldbedingungen, verschiedene Verschmutzungsmechanismen) können jedoch in die untersuchten Modelle zusätzlich integriert werden.
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    Häufigkeit und Sicherheit kleiner Radien auf autobahnähnlichen Bundesstraßen im Großraum Stuttgart
    (Stuttgart : Baden-Württemberg, Regierungspräsidium Stuttgart, 2018) Holzwarth, Jürgen
    Anhand des im weiteren Großraum Stuttgart bestehenden rund 200 Kilometer langen Netzes autobahnähnlich ausgebauter Bundesstraßen sollte überprüft werden, ob für die Entwurfsklasse EKA 2 größere als die in den Richtlinien für die Anlage von Autobahnen - RAA (FGSV, 2008) aufgeführten Mindestradien erforderlich sind. Hierzu wurden im Bestandsnetz der autobahnähnlichen Bundesstraßen im Großraum Stuttgart Streckenabschnitte mit ähnlichen Standards wie diejenigen der EKA 2 ausgewählt. Die dort vorhandenen Kurvenradien wurden nach Häufigkeit ihres Vorkommens und nach deren Unfallrisiko ausgewertet. In die Untersuchung konnten 173 km autobahnähnlich ausgebaute Bundesstraßen einbezogen werden. Insgesamt werden in diesen Abschnitten 213 Kreisbögen in unterschiedlichen Radienklassen betrachtet. Die Untersuchungen ergeben unter anderem, dass Kreisbögen mit Radien R < 650 m insbesondere in Linkskurven stets Unfallhäufungen und ein deutlich erhöhtes Unfallrisiko aufweisen als größere Radien. Kreisbögen mit Radien zwischen R = 650 m und R = 900 m weisen im Untersuchungskollektiv im Mittel ein sehr viel kleineres Unfallrisiko und seltener Unfallhäufungen im Längsverkehr auf, wenn die Radienfolge R1/R2 ≤ 1,5 annähernd eingehalten ist. Aus den Ergebnissen der Studie werden Empfehlungen zur Verwendung von Radien für die Entwurfsklasse EKA 2 im Rahmen der Fortschreibung von Regelwerken des Straßenentwurfs, hier insbesondere der Richtlinien für die Anlage von Autobahnen (RAA) abgeleitet.
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    Numerische Bestimmung der akustischen Eigenschaften offenporiger Fahrbahnbeläge auf Basis ihrer rekonstruierten Geometrie
    (2014) Arbter, Bruno; Ressel, Wolfram (Prof. Dr.-Ing.)
    Die Anforderungen an moderne Ingenieurbauwerke sind vielfältig und unterliegen einem stetigen Wandel. Während noch vor 40 Jahren der Umweltschutz und die Umweltwirkung von Bauwerken lediglich eine untergeordnete Rolle gespielt haben, sind diese Anforderungen bis heute deutlich gestiegen. Im Straßenbau sind die Anforderungen des Umweltschutzes heute sogar häufig das entscheidende Kriterium bei der Entscheidung über den Bau einer Straße. Die Umweltwirkung mit dem stärksten Einfluss auf Anwohner in der Umgebung von Straßen ist der Lärm aus Straßenverkehr. Deshalb sollte die Anforderungen an den Lärmschutz idealerweise schon sehr früh in die Planung neuer Straßen oder besser schon in die Entwicklung neuer Baumaterialien einfließen. Da die Vermeidung des Straßenverkehrslärms an der Quelle die effektivste Maßnahme darstellt, zählt offenporiger Asphalt seit Jahren zu den wichtigsten bautechnischen Lärmschutzmaßnahmen. Die Erfahrungen mit offenporigem Asphalt zeigen aber auch, dass das ausgezeichnete Schallabsorptionsvermögen offenporiger Asphalte im Neuzustand über die Jahre deutlich vermindert wird. Hauptursache ist die Verschmutzung der hohlraumreichen Struktur. Die Weiterentwicklung offenporiger Asphalte ist deshalb von großer Bedeutung. Varianten klassischer offenporiger Asphalte oder auch grundlegend neue Ideen zu schallaborbierenden Asphalten werden bis heute in aufwändigen Großversuchen über lange Zeiträume untersucht. Eine Ergänzung zu klassischen Labor- oder in-situ-Versuchen ist die Computersimulation. Die vorliegende Arbeit zeigt auf, wie die akustischen Eigenschaften offenporiger Fahrbahnbeläge mit einem Akustik-Modell erfasst werden und wie auf Basis ihrer rekonstruierten Geometrie die dafür notwendigen Modellparameter vollständig numerisch bestimmt werden können. Damit wird die Grundlage für eine computergestützte Entwicklung von offenporigen Asphalten gelegt. Das akustische Verhalten poröser Materialien kann über die Theorie der homogenisierten porösen Absorber beschrieben werden. Während bei der freien Schallausbreitung in Gasen die Dämpfungseffekte aus Reibung und Wärmeleitung vernachlässigt werden können, ist die Schallausbreitung in porösen Medien sehr stark von Reibungs- und Wärmeleitungseffekten geprägt. Will man sich verändernde oder gar neue Strukturen untersuchen, so muss die Physik der Schallausbreitung möglichst genau formuliert werden. Deshalb kommen nur Modellansätze in Betracht, die grundsätzlich ohne Anpassungsfaktoren auskommen. Da die Anpassungsfaktoren in Akustikmodellen zu einem großen Teil aus den variierenden Porendurchmessern resultieren, greift diese Arbeit für die Beschreibung des akustischen Verhaltens von offenporigem Asphalt auf einen Ansatz zurück, der die Größenverteilung der Poren berücksichtigt und so auf Anpassungfaktoren verzichtet. Die notwendigen Modellparameter werden auf Basis der rekonstruierten Geometrie bestimmt. Ausgangspunkt der Geometrierekonstruktion sind Rohdaten einer Röntgen-Computertomographie. Hierzu wird ein Verfahren vorgestellt, das die klassischen Punkte der Bildverarbeitung umfasst (Bildverbesserung, Segmentierung, Klassifizierung und Rekonstruktion) und speziell auf offenporigen Asphalt adaptiert ist. Eine Besonderheit bei der Rekonstruktion von offenporigem Asphalt ist, dass in der Regel die Zusammensetzung des Asphalts bekannt ist. Dies wird in dem in dieser Arbeit beschriebenen Verfahren zur Schwellwertsuche mit a-priori-Informationen berücksichtigt. In dieser Arbeit wird gezeigt, wie das klassische Vorgehen zur Bestimmung der akustischen Parameter über in-situ- oder Labor-Messungen vollständig durch eine numerische Bestimmung der Modellparameter ersetzt werden kann. Die fünf Modellparameter akustisch wirksame Schichtdicke, akustisch wirksame Porosität, Porengrößenverteilung, Strömungswiderstand und die Tortuosität werden alleine auf Basis der rekonstruierten Geometrie bestimmt. Hierfür kommen verschiedene numerischen Methoden vor allem aus der Bildverarbeitung und aus der Strömungssimulation zum Einsatz. Die wesentlichen Neuerungen aus dieser Arbeit sind, dass durch das verwendete Akustik-Modell keine Anpassungsfaktoren für die Besonderheiten von offenporigen Fahrbahnbelägen mehr notwendig sind und dass sämtliche Parameter aus der rekonstruierten Geometrie numerisch bestimmt werden können. Damit eröffnet sich neues Potential bei der Beurteilung und Entwicklung neuer offenporiger Asphalte.