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Nachhaltigkeit, Ressourcenschutz und Erdbaustoffe im Straßenbau

Kritikalitätsanalyse für die Bundesverkehrswege als Baustein der Klimawirkungsanalyse (69.0003)
Ziel des Projekts ist, die Zusammenhänge der Verkehrsträger im Rahmen intermodaler Verkehre zu verstehen, zu dokumentieren und quantitativ aufzubereiten. Hintergrund ist die Tatsache, dass die Verkehrsträger untereinander in der Lieferkette wie auch im Personenverkehr in vielen Fällen miteinander verknüpft sind. Beispielsweise werden Güter in einem Seehafen angeliefert, mit dem Zug weiter transportiert und vom Bahnhof aus mit dem Lkw ans Endziel gebracht. Die damit zusammenhängende Annahme ist, dass die Kritikalitätsbewertung bei einem Verkehrsträger nicht unabhängig von den anderen Verkehrsträgern ist. Das Ausmaß dieser Verknüpfungen und deren gegenseitiger Einfluss auf die verkehrsträgerspezifische Kritikalität soll im Rahmen dieses Projekts genauer untersucht werden.

Beurteilung der Standsicherheit von potenziell rutschungsanfälligen Hängen und Böschungen entlang des Bundesfernstraßennetzes (05.0208)
Gravitative Massenbewegungen können den Verkehr und die Verkehrsinfrastruktur bereits heute in verschiedener Hinsicht beeinträchtigen. In einem abgeschlossenen Forschungsprojekt wurde ein ingenieurgeologischer Modellansatz zu gravitativen Massenbewegungen für das Bundesfernstraßennetz entwickelt. Der generalisierte Ansatz dient in erster Linie dem bundesweiten Überblick hinsichtlich exponierter Streckenabschnitte. Detaillierte Studien in Fokusgebieten würden es ermöglichen, die vorliegenden Modellergebnisse zu validieren und somit die Gefährdungseinschätzung weiter zu präzisieren. Ziel des Projektes ist es, die Standsicherheit potenziell instabiler Hänge und Böschungen entlang ausgewählter Streckenabschnitte des Bundesfernstraßennetzes zu bewerten. Außerdem ist es vorgesehen, für die ausgewählten Fokusgebiete Wirkungsszenarien zu entwickeln, die im Zusammenhang mit klimatischen Einflüssen stehen. Für jeden ausgewählten Streckenabschnitt soll eine Fallstudie ausgearbeitet werden.

Identifizierung relevanter Klimaparameter und Bestimmung von Schwellenwerten zu gravitativen Massenbewegungen in Deutschland einschließlich Erstellung eines Validierungskonzeptes (01.0202)
Gravitative Massenbewegungen können den Verkehr und die Verkehrsinfrastruktur bereits heute in verschiedener Hinsicht beeinträchtigen. Im Rahmen der 1. Phase des BMVI-Expertennetzwerks (2016-2019) wurde im Themenfeld 1 „Verkehr und Infrastruktur an Klimawandel und extreme Wetterereignisse anpassen“ eine Klimawirkungsanalyse entwickelt, die einen methodischen Rahmen für die Analyse der Betroffenheit der Verkehrsinfrastruktur durch Klimawandel und Extremwetterereignisse vorgibt. Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes ist es, die bisherige Auswahl an Klimaparametern zu überprüfen und valide Schwellenwerte zu ermitteln, die zur Auslösung von gravitativen Massenbewegungen führen können. Um eine Aussage zum Einfluss des Klimawandels im Zusammenhang mit Massenbewegungen treffen zu können, müssen grundsätzliche Wirkmechanismen zwischen der Grunddisposition und dem Einfluss des Klimas beziehungsweise der Witterung untersucht und verstanden werden – beispielsweise Dauer und Intensität von Niederschlägen oder Temperaturveränderungen wie Frost-Tau-Wechsel.

Lokale Analyse und Kartierung von potenziellen Überflutungsflächen im Bundesfernstraßennetz von Nordrhein-Westfalen in Folge von Starkregenereignissen (Blue-Spot-Analyse) (01.1200)
Erste Untersuchungen des Deutschen Wetterdienstes haben ergeben, dass sich kleinräumige Starkregenereignisse in Deutschland in den letzten Jahren gehäuft haben. Diese geänderten Niederschlagsverhältnisse können lokal zu einer Erhöhung des Gefahrenpotenzials von Überflutungen durch Starkregenereignisse vor allem in topographischen Senken führen. Zur Gefahrenabschätzung und -bewertung von potenziellen Überflutungen im Bereich des Bundesfernstraßennetzes infolge von lokalen Starkregenereignissen soll exemplarisch für Nordrhein-Westfalen (NRW) ein Blue-Spot-Modell in Form einer Toolbox in einem Geoinformationssystem (GIS) entwickelt werden. Hiermit ist eine Blue-Spot-Analyse für NRW durchzuführen und eine Übersichtskarte zu erstellen. Darüber hinaus erfolgen eine systematische Bewertung des Modells und der Ergebnisse auf der Grundlage eines zu entwickelnden Untersuchungskonzepts zur netzweiten Modellbewertung. Die Erkenntnisse fließen in die Arbeiten der BASt innerhalb des BMVI-Expertennetzwerks ein.

Überprüfung des Verschnitts der Hochwassergefahrenkarten der Länder mit dem Bundesfernstraßennetz auf Basis von Fernerkundungsdaten und Archivinformationen (3317000)
Die Bundesländer haben vor dem Hintergrund der Umsetzung der europäischen Hochwasserrisikomanagement-Richtlinie in bundesdeutsches Recht unter anderem Hochwassergefahrenkarten erstellt. Die BASt hat auf Grundlage der von den Ländern bereitgestellten Daten einen Verschnitt der Hochwassergefahrenkarten mit dem Bundesfernstraßennetz in einem Geographischen Informationssystem (GIS) durchgeführt, um Aufschluss über besonders gefährdete Bereiche des Bundesfernstraßennetzes zu erhalten. Im Fokus des vorliegenden Forschungsprojektes steht die Frage, inwieweit diese Methodik (das heißt der Verschnitt der Hochwassergefahrenkarten der Länder mit dem Bundesfernstraßennetz) als bundeseinheitliche Grundlage für eine Gefährdungsanalyse des Bundesfernstraßennetzes geeignet ist. Diese Einschätzung soll zunächst auf einem empirischen Ansatz basieren. Im Rahmen des Forschungsprojektes erfolgt ein räumlicher Abgleich der durch den Verschnitt ausgewiesenen Gefährdungsbereichen mit Überflutungsflächen bei tatsächlich aufgetretenen Hochwasserereignissen aus der Vergangenheit. Hierfür werden im Besonderen Fernerkundungsdaten und Archivinformationen genutzt.

Hitzeindikator Klimawirkungsanalyse (3317001)
Das im ADSVIS-Programm entwickelte RIVA-Tool soll in eine umfassende Klimawirkungsanalyse für das Straßenverkehrssystem weiterentwickelt werden. Indikatoren für die Klimawirkungsanalyse sind entsprechend für die äußeren Einwirkgrößen zu definieren, unter anderem Klima und Extremwetterereignisse. Im Rahmen des Projekts soll ein Indikator für die Identifikation von Streckenabschnitten, die potenziell für hitzebedingte Schäden an Asphaltfahrbahnen anfällig erscheinen, als Eingangsgröße für die Klimawirkungsanalyse entwickelt werden. Hierdurch wird die grundlegende Weiterentwicklung der bestehenden RIVA-Methodik in ein integriertes Klimawirkunsanalyse-Tool ermöglicht. Dies kann den Straßenbaulastträgern zur Abschätzung potenziell gefährdeter Bereiche des Verkehrsnetzes infolge klimabedingter Einflüsse auf die Straßenverkehrsinfrastruktur dienen.

Expertennetzwerk: Klimawandel (3316002)
Das Projekt beschäftigt sich unter anderem mit den folgenden Fragen. Welche klimatischen Veränderungen sind für den Verkehr und die Infrastruktur in Deutschland relevant? Welche Klimaszenarien müssen wir beachten? Wie verwundbar sind der Verkehr und die Infrastruktur gegenüber klimatischen Veränderungen und extremen Wetterereignissen? Welche Abschnitte im Verkehrsnetz könnten Schwachpunkte sein? Welche Optionen, Maßnahmen und Verfahren gibt es zur Sicherstellung und Erhöhung der Resilienz des gesamten Verkehrssystems? Wie wirken sich kombinierte Effekte von Klimawandel und anderen anthropogenen Veränderungen auf Verkehr und Infrastruktur aus? Was bedeutet dies für Instandhaltung, Planung und Bau von Infrastrukturen? Wie können wir neben langfristigen Klimaprojektionen auch belastbare Klimavorhersagen für Planungszeiträume von 10 bis 30 Jahren erstellen und in den Planungsinstrumenten sowie bereits bei der Instandhaltung und Erneuerung des Verkehrsnetzes nutzen?

Modellierung Temperaturgradienten in Betonstraßenkonstruktionen (3312002)
Klimaforscher erwarten in den nächsten Jahrzehnten deutliche klimatische Veränderungen. Vom Deutschen Wetterdienst werden Wetterdaten einschließlich der Temperaturen an der Geländeoberfläche und von den Straßenbauverwaltungen Temperaturen an Fahrbahnoberflächen im Rahmen von Glättemeldeanlagen kontinuierlich aufgezeichnet. Im Jahr 2008 wurde die Frostdimensionierung aktualisiert. Damit sind die Oberflächentemperaturen sowie die maximal zu erwartenden Frosteindringtiefen an Bundesfernstraßen bekannt. Wie sich die Temperaturen in der Straßenkonstruktion genau verteilen ist bisher nicht abgesichert bekannt. Dies ist jedoch für die Analyse des Langzeitverhaltens von großer Bedeutung. 25 Prozent der Bundesfernstraßen haben Betonoberflächen. Im Rahmen des Projekts ist ein Einwirkungsmodell zu entwickeln, mit dem aus Daten von Wetterstationen, Aufbau- und Materialkennwerten sowie allen relevanten Informationen zur Umgebung die Temperaturgradienten in der Straßenkonstruktion berechnet werden können. Mit den Ergebnissen eines deutschlandweiten Temperaturmonitoring an Betonstraßenkonstruktionen wird dieses Einwirkungsmodell validiert. So wird ein abgesichertes Einwirkungsmodell entwickelt, das wichtige Input-Daten für die Dimensionierung der Betonbauweisen liefern wird. Darauf aufbauend bietet das Modell die Möglichkeit aus den unterschiedlichen Klimaszenarien die daraus folgenden Temperaturgradienten rechnerisch zu ermitteln.

Einfluss von temporär auftretendem Grundwasser auf die Standsicherheit von Straßeneinschnittsböschungen (05.0195)
Unerwartete Rutschungen oder Böschungsbrüche führen zu Baustillständen und erheblichen Mehrkosten. Solche Schadensszenarien stellen keine Seltenheit dar und werden häufig durch temporär wasserführende Schichten verursacht, die im Zuge der Erkundung nicht festgestellt wurden oder nicht festgestellt werden konnten. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll der Einfluss von Wasser, insbesondere von temporär auftretendem Grund- und Schichtwasser, auf Böschungen systematisch untersucht und bewertet werden. Im Ergebnis soll ein Konzept entwickelt werden, mit welchen Mitteln bereits im Rahmen der Baugrunderkundung das Vorhandensein von temporär auftretendem Grund- oder Schichtwasser erkannt und dann im weiteren zeitlichen Verlauf beobachtet werden kann. Desweiteren ist zu untersuchen, wie der Einfluss von temporär auftretendem Grundwasser bei Standsicherheitsberechnungen berücksichtigt werden sollte oder ob zusätzliche Prozesse und Versagensmechanismen zu berücksichtigen sind. Die Ergebnisse sollen bei der Überarbeitung des Merkblattes über geotechnische Untersuchungen und Bemessungen im Verkehrswegebau (M GUB) einfließen.

Überprüfung der Auswirkungen der Anwendung der Filterregeln für Geokunststoffe des M Geok E (05.0198)
Die Filterregeln für Geokunststoffe werden durch Einstufung der Anwendung in 3 Sicherheitsfälle unterschieden und durch Angabe von Bereichen der zulässigen wirksamen Öffnungsweite beschrieben. Bei der damaligen Bearbeitung wurde die obere Grenze als technisch sinnvoll und anstrebenswert angesehen, während die untere auch ein Zugeständnis an die verfügbaren Produkte war. Zwischenzeitlich sind am Markt praktisch ausschließlich Produkte mit Öffnungsweiten an der unteren Grenze verfügbar. Es mehren sich die Mitteilungen, dass dieser Produkteinsatz zu einer Verringerung der Durchlässigkeit bis zum Verstopfen der Produkte im Kontakt zu den anstehenden Böden führt. Neben unerwünschten Vernässungen sind auch standsicherheitsrelevante Probleme zu erwarten. Damit ist ein Versagen der hydraulischen Filterwirksamkeit gegeben. Eine belastbare Übersicht über Einsätze von geotextilen Filtern und Erfahrungen existiert nicht. Ziel des Projekts ist es zu untersuchen, inwieweit die verwendeten Filterregeln noch dem Stand der Technik entsprechen, die unteren Grenzen der Öffnungsweite ein Risiko darstellen und inwieweit Geokunststoffe für den erforderlichen Bereich verfügbar gemacht werden können. Desweiteren sollen Entscheidungshilfen aufzeigen, in welchen Fällen eher auf Geokunststoffe verzichtet werden sollte.

Überprüfung der Geotextilrobustheitsklassen hinsichtlich neuer Produktentwicklungen (05.0199)
Die Geotextilrobustheitsklassen des M Geok E wurden in den 90er Jahren aufgrund von Untersuchungen zur Einbaubeanspruchung für die damals verfügbaren Produkte erarbeitet und festgelegt. Zwischenzeitlich sind stark modifizierte und neuentwickelte Produkte am Markt, die einen wirtschaftlicheren und effektiveren Einsatz versprechen und vermutlich nicht mehr in das vorliegende Schema passen. Zudem sind die Anforderungen an die Produkte gestiegen, sodass die unteren Klassen zwischenzeitlich entfallen sind. Es fehlt eine systematische Bearbeitung einer aktuellen Produktpalette mit gleichen Randbedingungen, die eine zielführende Klassifizierung erlauben würde. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Geotextilrobustheitsklassen zu überprüfen.

Eignung konventioneller Prüfverfahren für Recycling-Baustoffe und industrielle Nebenprodukte im Erdbau (05.0203)
Konventionelle Prüfverfahren eignen sich nicht zwingend für die Prüfung einiger industrieller Nebenprodukte sowie von Recycling-Baustoffen im Erdbau. Beispielsweise kann häufig beim Proctorversuch kein Proctoroptimum im Sinne eines Maximums bei einem Wassergehalt ermittelt werden. Daher soll in diesem Forschungsvorhaben untersucht werden, inwieweit sich konventionelle Prüfverfahren für Recycling-Baustoffe und industrielle Nebenprodukte eignen, um durch diese die Eignung des Baustoffs für den vorgesehenen Verwendungszweck zu belegen. Für die vertragssichere Anwendung ist es notwendig, Regelungen zu schaffen, durch die Baustoffe hinsichtlich ihrer Eignung bewertet werden können. Der Einsatz von industriellen Nebenprodukten und Recycling-Baustoffen im Erdbau soll weiterhin möglich sein, wenn diesem aus bau- und umwelttechnischen Gründen nichts entgegensteht.

Grundlagen für die Eignungsprüfung von Böden mit organischen Bestandteilen zur Verwendung als Baustoff im Erdbau (05.0204)
Böden mit organischen Beimengungen werden derzeit aufgrund ihrer im Vergleich zu rein mineralischen Böden in der Regel geringeren Scherfestigkeit und größeren Verformbarkeit im Erdbau nicht oder nur untergeordnet verwendet. Da die bestehenden Laborverfahren größtenteils nicht auf die speziellen Eigenschaften organischer Bestandteile im Boden ausgelegt sind, erscheint dies bereits als Hinderungsgrund für die Verwendung solcher Materialien. Dadurch bedingt sind Versuchsergebnisse unterschiedlicher Labors oft nicht vergleichbar, was unter Umständen sogar zu vertraglichen Streitigkeiten führen kann. In diesem Forschungsvorhaben sollen deshalb die Grundlagen für die Eignungsuntersuchung von Böden mit organischen Bestandteilen zum Zweck der Verwendung als Erdbaustoff entwickelt werden. Die zur sinnvollen Anwendung der bestehenden Laborverfahren erforderlichen zusätzlichen Anforderungen und Hinweise sollen erarbeitet werden.

Prüfung und Bewertung der Dauerhaftigkeit zeitweise fließfähiger und selbstverdichtender Verfüllbaustoffe (ZFSV) im Unterbau von Verkehrsflächen (05.0205)
Seit einigen Jahren werden in Deutschland ZFSV für die Verfüllung von (Leitungs-) Gräben und in schwer verdichtbaren Bereichen von Hinterfüllungen eingesetzt. ZFSV werden oft aus örtlich anstehenden Aushubböden unter Zugabe von Wasser, Bentonit und gering dosiertem Bindemittel zu einem fließfähigen Verfüllbaustoff aufbereitet, der nach dem Erstarren die vorher definierte Endeigenschaften erreichen soll. Zum Nachweis der Eignung sind nach ZTV E-StB verschiedene Anforderungen festzulegen, wie der Nachweis der Dauerhaftigkeit. Verbindliche Prüfvorschriften und Kriterien für die Bewertung fehlen bisher. Ziel ist es daher, praxistaugliche Prüfverfahren und geeignete Kriterien zur Bewertung der Dauerhaftigkeit der ZFSV zu entwickeln. Die Ergebnisse sollen einen Entwurf einer Prüfvorschrift für die Eignungsprüfung zur Dauerhaftigkeit von ZFSV sowie Bewertungskriterien für die Einarbeitung in die ZTV E-StB liefern.

Untersuchungen zum Reaktionsverhalten von Braunkohlenflugasche bei Bodenverbesserungen (05.0188)
Seit mehreren Jahren werden Gemische aus genormten Bindemitteln (unter anderem Kalk und Zement) hergestellt und mit Erfolg bei Bodenverbesserungen eingesetzt. Neben Mischbindemitteln werden auch Gemische mit Zusatz von Braunkohlenflugasche (BFA) und auch "reine" BFA auf dem Markt angeboten. Bei BFA handelt es sich um ein nicht genormtes industrielles Nebenprodukt. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Möglichkeiten der Anwendung von BFA als Bindemittel für Bodenverbesserungen im Erdbau zu untersuchen. Hierzu ist eine systematische Überprüfung der Wirksamkeit von BFA auf die Wassergehaltsreduktion analog Feinkalk und die hydraulische Erhärtung analog Zement zu untersuchen. Ebenfalls ist zu klären, wie das Schwellmaß zu untersuchen ist und ob gegebenenfalls Ergänzungs- beziehungsweise Überarbeitungsbedarf der Regelwerke (TP BF-StB, Merkblatt) besteht.