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Längsebenheitsauswerteverfahren "Bewertetes Längsprofil"
BASt-Bericht S 73
Günter Maerschalk, Ingenieurbüro SEP Maerschalk, München
Andreas Ueckermann, Institut für Straßenwesen (isac), RWTH Aachen
Slawomir Heller, Heller Ingenieurgesellschaft mbH, Darmstadt
107 Seiten
Erscheinungsjahr: 2011
Preis: 5,00 €
Bestellung eines gedruckten Exemplars beim Carl Schünemann Verlag GmbH
Das Längsebenheitsauswerteverfahren "Bewertetes Längsprofil (BLP)" soll für die turnusmäßige Zustandserfassung/-bewertung (ZEB) und für bauvertragliche Zwecke angewendet werden. Zur Absicherung dieser Anwendungsoptionen sollten Feinabstimmungen des BLP für den Wellenlängenbereich und die Welligkeit sowie für Ziel-, Abnahme-, Warn- und Schwellenwerte erfolgen. Als zusätzliche Überprüfung waren neben Vergleichsanalysen mit dem "International Roughness Index" (IRI) und dem österreichischen BLP-Verfahren auch Praxiserprobungen auf ausgewählten Straßen unter Einbeziehung der zuständigen Straßenbauverwaltungen der Länder vorgesehen. Darüber hinaus sollten die Ergebnisvorschläge zum BLP für die Gesamtnetze der ZEB 2005/06 der Bundesautobahnen und die ZEB 2007/08 der Bundesstraßen angewendet werden. Im Ergebnis sollte ein im Vergleich zum bisherigen Bewertungsverfahren deutlich verbesserter Ebenheitsindex für bauvertragliche Zwecke und für die ZEB zur Verfügung stehen.
Für die Feinabstimmung des BLP konnte auf vorliegende Daten sowie auf Daten eines "Untersuchungskollektivs I" mit Streckenabschnitten im Neubauzustand beziehungsweise innerhalb der Gewährleistungsfrist ("ABG-Strecken") und Streckenabschnitten mit mittelmäßigem/schlechtem Erhaltungszustand ("ZEB-Strecken") zurückgegriffen werden, an denen größtenteils Zweifachmessungen der Längsprofildaten durch die BASt erfolgten. Aus den mit diesen Daten gestützten Parametervariationen des Wellenlängenbereichs und der Welligkeit verbleiben mit BLP_A ("österreichische" Variante, Wellenlängen 0,5 m bis 50 m und Welligkeit w = 2,6), BLP_24 (0,3 m bis 50 m, w = 2,4) und BLP_25 (0,3 m bis 50 m, w = 2,5) drei für die weiteren Untersuchungen relevante BLP-Varianten. Für diese drei Varianten werden Bewertungsvorschläge für Autobahnen mit Normierungsfunktion, Ziel-, Warn- und Schwellenwert für die ZEB sowie Grenzwerten für bauvertragliche Zwecke abgeleitet. Die Überprüfungen für Gesamtnetze und für die ABG-/ZEB-Strecken zeigen, dass die theoretisch hergeleiteten Skalenpunkte in der richtigen Größenordnung liegen. Abnahme- und Gewährleistungswert fügen sich gut in die Skalenwerte für die ZEB ein. Die Parameter der Autobahnen dienen als Ausgangsbasis für die Ableitung von Bewertungsfunktionen für Äste sowie freie Strecken und Ortsdurchfahrten von Bundesstraßen und für Verfahrensanleitungen bei unterschiedlichen Abschnittslängen. Analysen zum Einfluss von Deckenbauweisen, Liegedauern und Fahrstreifenarten zeigen für die Strecken des Untersuchungskollektivs I keine signifikanten Abweichungen. Nach einer für konkrete Einzelabschnitte vorgenommenen Prüfung der Wiederholgenauigkeit und exemplarischen Darstellungen der BLP-Bewertung für konkrete Längsprofile mit definierter Unebenheitscharakteristik wird eine Beziehung zwischen BLP dem IRI hergestellt. Für das verfügbare Kollektiv an Analysestrecken (cirka 580 km) ergibt sich zwischen dem IRI und der Komponente SBL des BLP ein Korrelationskoeffizient von 0,80.
Die Praxisüberprüfung des für die Umsetzung bevorzugten BLP_25 in der Örtlichkeit erfolgte für ein Teilkollektiv der ABG-/ZEB-Stecken (= Untersuchungskollektiv II). Dabei wurden für voreingeteilte Teilabschnitte der jeweiligen Untersuchungsstrecken bei einer Befahrung nach subjektiver Einstufung entsprechend der Ebenheitscharakteristik Noten zwischen1 und 5 in Erfassungsformblättern angekreuzt. Befahrungsteilnehmer waren Amtschefs, für die Erhaltung zentral zuständige Mitarbeiter sowie Autobahn-/Straßenmeister. Bei der Auswertung der Erfassungsergebnisse für Einzelabschnitte liegen die Abweichungen zwischen subjektiven Noten und den BLP-Komponenten im Allgemeinen innerhalb einer Notenstufe. Die aggregierten statistischen Auswertungen zeigen, dass das durchschnittliche Zustandsniveau mit den subjektiven Noten tendenziell so eingeschätzt wird, wie es die Komponenten des BLP wiedergeben.
Bei den Anwendungen von ZWBLP (anstelle von ZWAUN) für die ZEB 2005/06 der Bun-desautobahnen und die ZEB 2007/08 der Bundesstraßen werden insbesondere einzelne und periodisch auftretende Hindernisse, aber auch allgemeine Unebenheiten in ihrer Bandbreite mit BLP ausgewogener als bisher beschrieben, so dass der gewünschte Effekt eines empfindsamer ansprechenden Längsebenheitsbewertungsverfahrens erreicht wird. Durch die strengere Bewertung der Ebenheit werden, auch bei den Teilwerten, die Längenanteile im sehr guten Zustandsbereich < 1,5 geringer, während sich die Anteile im schlechten Zustandsbereich ab 3,5 bei gleichzeitige größerer Spreizung der Anteile im guten beziehungsweise mittleren Bereich (1,5 bis < 3,5) erhöhen. Bei den Ortsdurchfahrten der Bundesstraßen wären die abgeleiteten Alternativvorschläge für Warn- und Schwellenwerte zu empfehlen.
Nach den Feinabstimmungen zum BLP ist ein gutes Längsebenheitsauswerteverfahren für eine umfassende und ortsgenaue Bewertung der Unebenheitscharakteristik verfügbar. Das entwickelte Bewertungskonzept erscheint plausibel und für die ZEB der Bundesfernstraßen anwendungsreif. Die abgeleiteten Abnahme- und Gewährleistungswerte für bauvertragliche Zwecke müssen noch abgestimmt werden. Bei verschiedenen Analyseschritten wurde deutlich, dass Stufen infolge konstruktiv bedingter Einzelhindernisse (zum Beispiel: bei Übergangskonstruktionen von Brücken) derzeit nicht identifizierbar in die Ebenheitsbewertung eingehen: Diese aus Sicht der Ebenheitsbewertung korrekte Verfahrensweise kann bei der Erhaltungsplanung zu falschen Annahmen führen. Daher sollten konstruktiv bedingte Einzelhindernisse im ZEB-Raster automatisiert netzweit lokalisiert und geglättet werden. Für die Erhaltungsplanung wäre zudem auch die Häufigkeit größerer Einzelhindernisse für ZEB-Auswerteabschnitte von Interesse.
Der Originalbericht enthält unter anderem Anhänge zur Berechnung des Bewerteten Längsprofils (TP Eben) (Anlage 1), zu den Ergebnissen der Doppelmessungen (Anlage 2) sowie den Ergebnisvergleich zwischen dem BLP und dem IRL (Anlage 3). Auf die Wiedergabe dieser Anhänge und weiterer Anlagen (1 bis 7b) wurde in der vorliegenden Veröffentlichung verzichtet. Sie liegen bei der Bundesanstalt für Straßenwesen vor und sind dort einsehbar. Verweise im Berichtstext wurden zur Information des Lesers beibehalten.
Analysis procedure for longitudinal road roughness "Weighted Longitudinal Profile"
The analysis procedure for the longitudinal road roughness "Weighted Longitudinal Profile (WLP)” is to be used for pavement monitoring (ZEB) as well as for contracting purposes. A validation of these applications required a fine-tuning of the WLP regarding the wavelength range and waviness as well as the threshold-values. In addition to comparative analysis with the "International Roughness Index (IRI)” and the Austrian WLP-implementation field tests were conducted on selected roads, involving highway state authorities. Moreover, the resulting proposals for the WLP should be applied to the whole network of motorways (ZEB 2005/06) and federal highways (ZEB 2007/08). Compared to the current evaluation method, as a result a significantly improved roughness index could be made available for contracting and monitoring purposes.
The fine-tuning of WLP was based on existing data and data of an "analysis collective I" composed of new roads or roads within the warranty period ("ABG-routes") and roads with moderate/poor condition (ZEB-routes") where mostly duplicate measurements of the longitudinal profile data were made by the Federal Highway Research Institute (BASt). Based on these data parameter variations of the wavelength range and waviness were carried out. As a result three BLP variants were selected for further investigations: WLP_A ("Austrian" version, wavelengths 0.5 m to 50 m and waviness w = 2.6), WLP_24 (0.3 m to 50 m, w = 2.4) and WLP_25 (0.3 m to 50 m, w = 2.5). For these three variants assessment proposals for motorways were derived with evaluation functions, target values, warning values, and threshold values for the ZEB and limits for construction contracts purposes. Application on the complete network and the ABG-/ZEB-routes showed that the theoretically derived values are in the correct dimensions. Acceptance and warranty value fit well within the scale scores for the ZEB. The parameter adjustment for the motorways serve as a basis for the derivation of evaluation functions for out of town branches and town links of federal highways and for instructions on procedures for different section lengths. Tests of the effects of layer construction, road ages and lane type showed no significant deviations for the sections of analysis collective I. After tests of repeatability and exemplary presentations of the BLP evaluation had been made for specific individual sections with defined roughness characteristics the relationship between the BLP and IRI analyzed. For the available group of sections (580 km) a correlation coefficient of 0.80 was found between the IRI and the SBL-component of the WLP.
Field tests of WLP_25, the preferred version for implementation, were carried out on se-lected ABG-/ZEB-routes (collective II). Panel ratings between1 and 5 according to the sensed roughness were asked. Participants were department heads, employees responsible for maintenance and foremen of local road maintenance bases. The variations between subjective ratings and WLP-ratings were generally within the level of one grade. Statistical analysis shows that the average road condition perceived approximately reflects the rating of the WLP.
The analyses for the ZEB 2005/06 of motorways and the ZEB 2007/08 of federal highways showed that especially single and periodical obstacles, but also general roughness are better described by the new index than previously, so that the desired effect of a more sensitive procedure for longitudinal road roughness evaluation is achieved. Due to the better balance the road length shares in the very good condition range < 1.5 decrease, while the shares in the bad range starting with 3.5 increase. In addition the good and medium range (1.5 to 3.5) widens. For town links of federal highways the derived alternative proposals for thresholds could be recommended.
With the fine-tuning of the WLP a good procedure for a comprehensive and locally accu-rate evaluation of the road roughness characteristics is now available. The developed evaluation concept is plausible and fits for the ZEB of motorways and federal highways. The derived acceptance and warranty values for contracting purposes have yet to be matched.
Design-related obstacles (exempli gratia in case of expansion joints of bridges) are currently not ex-cluded by the roughness evaluation procedure. This is correct from the perspective of roughness evaluation but may result in incorrect assumptions for maintenance planning. Hence design-related obstacles should be automatically located and smoothed out in future ZEB applications. For road maintenance planning additionally the number of larger obstacles within ZEB-sections would be of interest.
Among other things, the original report contains appendices for calculating the evaluated longitudinal profile (TP even) (Appendix 1), the results of the double measurements (Appendix 2) and the comparison of results obtained by the BLP and the IRL (Appendix 3). These and other appendices (1 to 7b) have not been included in this publication. They are available for insight at the Federal Highway Research Institute. The references in the body of the report have been retained for the information of the reader.