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Neue KiST-Zonen-Karte RDO und RSO Asphalt

Die tatsächlichen Temperaturbedingungen in den Asphaltschichten spielen bei der Dimensionierung und Restnutzungsdauerberechnung von Straßen eine gravierende Rolle. Im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) wurde nun eine verbesserte Karte der klimainduzierten Straßentemperaturzonen (KiST-Zonen-Karte) erarbeitet, die auf georeferenzierten Daten basiert. Ermöglicht wird damit eine engmaschige Einschätzung der maßgeblichen Einflussfaktoren. Die Forschungsergebnisse werden im Entwurf der RSO Asphalt sowie in der Fortschreibung der RDO Asphalt umgesetzt.

Das Bild zeigt die Gegenüberstellung der alten und des Vorschlags für die neue KiST-Zonen-Karte Gegenüberstellung der alten (links, Bild: Kayser) und des Vorschlags für die neue KiST-Zonen-Karte (rechts, Bild: Augter/Kayser)

Aufgabenstellung

Zur Berechnung der Nutzungsdauer von Straßen werden Angaben zu relevanten Temperaturbedingungen in den Asphaltschichten benötigt. Die Auftretenshäufigkeit der charakteristischen Temperaturprofile basiert auf einer bundesweiten Karte der (KiST) Zonen. Das bisherige Verfahren lässt jedoch bei der Anwendung auf großflächige Regionen manche geografischen und topografischen Einflüsse unberücksichtigt. Im Auftrag der BASt sollte eine georeferenzierte Datengrundlage für eine verbesserte KiST-Zonen-Karte geschaffen werden. Die Meteorologin Dr. Gisela Augter und Professor Dr.-Ing. Sascha Kayser erarbeiteten ein Verfahren, mit dem die topografischen und klimatologischen Gegebenheiten Deutschlands für den Anwendungsfall Deutschland abgebildet werden können. Der Detaillierungsgrad sollte eine Anwendung in den „Richtlinien zur Bewertung der strukturellen Substanz des Oberbaus von Verkehrsflächen in Asphaltbauweise“ (RSO Asphalt) und den “Richtlinien für die rechnerische Dimensionierung des Oberbaus von Verkehrsflächen mit Asphaltdeckschicht“ (RDO Asphalt) ermöglichen.

Untersuchungsmethode

Für die Berechnung von Schadenssummen werden stündliche Werte und tägliche Amplituden der Fahrbahnoberflächentemperatur benötigt. Mithilfe einer Regressionsanalyse, die die Messwerte als abhängige und die Lufttemperatur, die Luftfeuchte und die Globalstrahlung als unabhängige Variable benutzt, sollten Zusammenhänge zwischen dem Tagesmittel und der Tagesamplitude der Fahrbahnoberflächentemperatur hergestellt werden. Verwendet wurden dazu die Daten von 17 Glättemeldeanlagen aus dem Zeitraum 2004 bis 2015. Die Regressionsgleichungen wurden mittels einer Analysestichprobe errechnet und anhand einer Validierungsstichprobe überprüft. Aus den Messwerten der Glättemeldeanlagen wurden zudem reduzierte und normierte Tagesgänge der Fahrbahnoberflächentemperatur errechnet. Durch die Berechnung der Tagesamplituden und der Stundenwerte sollte in der Folge eine Bestimmung der Schadenssummen ermöglicht werden. Die für die Standorte meteorologischer Stationen berechneten Schadenssummen wurden dann unter Berücksichtigung ihrer Höhenabhängigkeit auf ein regelmäßiges Gitter mit einem Abstand von einem Kilometer in Nord-Süd- und West-Ost-Richtung interpoliert. Die erweiterten KiST-Zonen wurden mit diesen Rasterdaten in Kartenform dargestellt und das Ergebnis mit der bestehenden Karte verglichen.

Ergebnisse

Aus den Fahrbahnoberflächentemperaturen lassen sich KiST-Raten als Äquivalent zu den Schadenssummen ableiten. KiST-Zonen sind Zonen mit ähnlichen Schadenssummen, die sich untereinander durch jene Dicke der Asphaltschicht unterscheiden, die nötig ist, um dieselbe Schadenssumme zu erreichen. Die Einteilung der Bundesrepublik in KiST-Zonen wurde daher so vorgenommen, dass zwischen den Zonen bei Anwendung der Kalibrierasphalte jeweils eine Schichtdickendifferenz von mindestens ± einem Zentimeter auftritt. Als Grundlage für die Berechnung von Rasterdaten der Schadenssummen dienten mit der KiST-Methode berechnete Schadenssummen von 380 Standorten aus den Jahren 2001 bis 2015.

Das Ergebnis unterscheidet sich deutlich von der bestehenden Zonen-Karte. Wesentlicher Faktor dafür ist, dass die Schadenssummen für die bisherige Karte mit Fahrbahnoberflächentemperaturen auf einem Modell basieren, das den Austausch der Luft über der Fahrbahn mit der Umgebungsluft in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit bestimmt. Daher ergaben sich bislang vor allem für Süddeutschland, wo es warm und windstill ist, höhere Schadenssummen als KiST-Raten. Das hier benutzte Verfahren geht hingegen von einem konstanten Austausch durch den fließenden Verkehr aus. Aus diesem Grunde wurden die Häufigkeitsverteilungen der Temperaturzustände für die KiST-Zonen neu berechnet.

Folgerungen

Wegen des erforderlichen Detaillierungsgrades und der sinnvollen Darstellung der räumlichen Verteilung der Schadenssummen empfiehlt sich die erweiterte KiST-Zonen-Karte für die Anwendung auf Projektebene. Bei der rechnerischen Dimensionierung von Asphaltstraßenbefestigungen sollten für dicht bebaute Gebiete, sonnige Hanglagen und besonders geschützte Lagen grundsätzlich die Ergebnisse der nächsthöheren Zone angesetzt werden.

  • Kontakt

    Bundesanstalt für Straßenwesen
    Brüderstraße 53
    51427 Bergisch Gladbach
    Info-Service
    Telefon: 02204 43-9101
    Fax: 02204 43-2550
    info@bast.de

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