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Modellierung und Simulation des Wasserabflusses von Fahrbahnoberflächen

Modelling and simulation of road surface drainage

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. W. Ressel, Dr.-Ing. S. Alber, Dipl.-Math. I. Rucker, Dr.-Ing. A. Wolff, Stuttgart

Die Entwässerung von Straßen ist essenziell für die Funktion der Straße als Bauwerk sowie zur Verhinderung
von Aquaplaning und Griffigkeitsverlusten. Neben fahrzeugseitigen Parametern wie Reifeneigenschaften und
Geschwindigkeit ist fahrbahnseitig die Wasserfilmdicke der aquaplaningauslösende Faktor. Die Wasserfilmdicke
ist insbesondere abhängig von der Geometrie der Fahrbahnoberfläche mit eventuellen Unebenheiten, der
Rauheit bzw. Makrotextur und dem Regenereignis. Da sich systematische Messungen der Wasserfilmdicke in situ
schwierig gestalten, ist zur Prognose der Aquaplaninggefahr die Anwendung von Modellen der zielführendere
Weg. Empirische und eindimensionale Modelle zum Wasserabfluss auf Fahrbahnoberflächen weisen gewisse
Schwachpunkte auf, weshalb in diesem Beitrag ein Modell (PSRM) vorgestellt wird, dessen Methodik im
Wesentlichen auf hydromechanischen/physikalischen Gesetzmäßigkeiten (basierend auf tiefengemittelten
Flachwassergleichungen) beruht und damit auch zweidimensionale Abflussverhältnisse stabil simulieren kann.
Aufgrund dessen sind die Anwendungs- und Erweiterungsmöglichkeiten des Modells sehr vielfältig. Konkret wird
derzeit im Rahmen eines Teilprojekts einer DFG-Forschergruppe an einer Verbesserung des Modells bezüglich
offenporiger Asphalte (Entwässerung in die Schicht) gearbeitet.

Drainage of pavements is essential not only for the function of a road as structure but for the prevention of
hydroplaning and skid resistance risks. Besides vehicle-based parameters such as tire characteristics and speed,
water film thickness is the most important factor causing hydroplaning. Water film thicknesses particularly
depend on the geometric properties of the road surface – including unevenness –, macrotexture and rainfall
intensity. As systematic measurements of water film thicknesses in situ are difficult, the modelling of water
drainage makes more sense. Empirical and one-dimensional models have some weak points. Therefore, in this
paper a new methodology/model (PSRM) is presented which basically depends on physical and hydromechanical
principles (based on depth-averaged shallow water equations). Because of the methodology two-dimensional
flow properties can be simulated in a reliable way. Furthermore, there are wider opportunities of application
and enhancement of the model. An enhancement considering porous asphalt (drainage into the pavement
layer) is a subject of current research/work within a subproject of a research unit funded by the Deutsche
Forschungsgemeinschaft (DFG).

Kooperative Lärmsanierung – Wie kann das gehen? Erfahrungen aus einem Modellprojekt in Baden-Württemberg

Cooperative Noise Remediation – How can that work? Experiences from a pilot project in Baden-Württemberg

Dipl.-Soz. M. Bonacker, Hamburg
Prof. Dr. D. Kupfer, Freiburg,
Dipl.-Ing. C. Popp, Hamburg,
Dipl.-Ing. A. Reimann, Berlin
Dr. U. Weese, Stuttgart

Den bisherigen Bemühungen zur Lärmsanierung an bestehenden Verkehrswegen sind enge Grenzen gesetzt, weil
es keine Sanierungspflicht gibt und die Kommunen bzw. Baulastträger weitgehend unabhängig voneinander
agieren. Das Land Baden-Württemberg hat daher nach Wegen gesucht, um die wesentlichen Lärmverursacher
integriert zu betrachten und eine stärkere Verbindlichkeit der Maßnahmenplanung zu erreichen. Das entwickelte
Konzept wurde in einem interkommunalen Modellprojekt praxiserprobt. Die Ergebnisse zeigen, dass die
Festlegung von Lärmsanierungsgebieten, der integrierte Planungsansatz und das Verhandlungsverfahren
mit allen Beteiligten den effizienten und transparenten Einsatz von Haushaltsmitteln für die Lärmsanierung
gewährleisten können.

The recent efforts to noise abatement on existing roads are limited, because there exists no remediation
obligation, and the local road administrations operate largely independently. The Land Baden-Württemberg
has therefore searched for ways to take all essential noise polluters into consideration and to reach a more
binding process of planning of measures. The developed concept was field-tested in an inter-municipal model
project. The project results show that the definition of noise abatement areas, the integrated planning approach
and the negotiation procedure with all interested parties is essential. These brickstones ensure an efficient
and transparent use of noise abatement budgets.

Erfahrungen mit der ergebnisorientierten Steuerung des Straßenbetriebsdienstes

Performance-based management of road maintenance and road operational services in the German state of
North Rhine-Westphalia

Ltd. RBDir. Dipl.-Ing. J. Porwollik, RBauR’in Dipl.-Ing. M. Wigger, Gelsenkirchen

Der Landesbetrieb Straßenbau NRW (kurz: Straßen.NRW) ist für ein ca. 19.000 Kilometer umfassendes
überörtliches Straßennetz in Nordrhein-Westfalen zuständig. Zu diesem Netz zählen ca. 2.200 km Bundesautobahnen,
4.000 km Bundesstraßen, ca. 12.000 km Landesstraßen und ca. 1.000 km Kreisstraßen. Die
Organisation des Landesbetriebes gliedert sich in eine Zentrale, 10 Niederlassungen und 29 Master-Meistereien,
denen insgesamt 80 Meistereien zugeordnet sind. Seit September 2015 sind die Niederlassungen in 4 Regionen
gegliedert, womit – in Analogie zum Master-Meisterei-Modell – eine verbesserte niederlassungsübergreifende
Personalauslastung ermöglicht werden soll. Straßen.NRW hat bereits im Zusammenhang mit der Erprobung des
Bundesleistungsheftes im Jahr 2001 alle wesentlichen Voraussetzungen zur Umsetzung der ergebnisorientierten
Steuerung des Straßenbetriebsdienstes geschaffen. Die seit 1998 auf Basis von SAP-CO implementierte Kostenund
Leistungsrechnung stellt dabei eine wichtige Komponente dieser Voraussetzungen dar. Mit der im Jahr 1999
begonnenen Erfassung des Anlagebestandes der Bundesfern- und Landes- und Kreisstraßen wurde ein weiterer
unverzichtbarer Bestandteil der Steuerungskonzeption des Straßenbetriebsdienstes realisiert. Auf dieser Basis
wird nunmehr seit mehreren Jahren bei Straßen.NRW die Planung der Ressourcen des Straßenbetriebsdienstes
wie Budget, Personal und Geräte nach dem „Bottom-up-Prinzip“ auf Grundlage des Bundesleistungsheftes
durchgeführt. Durch das einhergehende Berichtswesen wird eine bessere Steuerung der Meistereien sowie
das Setzen von Benchmarks ermöglicht. Es ist ein landesweiter Vergleich der Meistereien möglich und die
Meistereien können ihre Leistungen selbst an vergleichbaren Meistereien messen. Zudem kann auf Grundlage
der Daten entschieden werden, ob die Vergabe einer Leistung wirtschaftlicher ist als die eigene Ausführung. Die
Daten dienen ferner als Grundlage für Kalkulationen der Betriebsdienstkosten für Kreisstraßen oder im Zuge
der vorläufigen Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen für ÖPP-Projekte. Im Rahmen der mehrjährigen Umsetzung
der ergebnisorientierten Steuerung beim Landesbetrieb Straßen.NRW traten jedoch auch Schwierigkeiten auf.
Hierfür sind landesbetriebsinterne, aber auch bundesweite Maßnahmen wie beispielsweise die Überarbeitung
des Bundesleistungsheftes erforderlich.

Landesbetrieb Straßenbau NRW (known as Straßen.NRW for short) is a company owned by the state of North
Rhine-Westphalia in north-western Germany. It is responsible for approximately 19,000 km of regional roads
in the state. This network comprises about 2,200 km of federal motorways, 4,000 km of federal highways,
about 12,000 km of state highways, and about 1,000 km of district roads. The company structure includes a
headquarter, ten branches, 29 master road maintenance depots, and below them, about 80 road maintenance
depots. Since September 2015, the ten branches have been divided up into four regions. The aim here, which
is similar to that of the master road maintenance depot model, is to improve employee utilisation across all
branches. The ‘Bundesleistungsheft‘ is a manual containing a list of standard requirements for road operation
activities in Germany. During the testing of this manual in 2001, Straßen.NRW already met all major requirements
for the implementation of the performance-based management of road maintenance and road operational
services. The system of cost and results accounting based on SAP-CO, which has been in place since 1998, is an
important part of these requirements. The surveying of Germany‘s federal trunk roads, state roads, and district
roads began in 1999. This was another indispensable part of the management concept for road maintenance
and road operational services. On this basis and on the basis of the ‘Bundesleistungsheft‘, Straßen.NRW has for
several years now been planning resources for road maintenance and road operational services (budget, staff,
and equipment) in accordance with the ‘bottom up‘ principle. The reporting that goes with such planning allows
for improved management of the maintenance depots and the setting of benchmarks. Comparison of all road
maintenance depots across the state is possible, and the depots can measure their own performance against that
of comparable depots. In addition, the data informs decisions as to whether it is more economical to outsource
certain activities or for the depot to do them itself. Moreover, the data can be used as a basis for calculating
road maintenance and operational service costs for district roads or for provisional cost-benefit analyses for PPP
projects. However, in the years since its introduction of performance-based management, Straßen.NRW has also
experienced some difficulties with the management system. To overcome these difficulties, internal measures
within the company and measures at federal level, such as a review of the ‘Bundesleistungsheft‘ are necessary.

Betriebsdienst auf minderbreiten Querschnitten – Anforderungen gemäß RSA und ASR A5.2

Road maintenance and operational services on narrow cross-sections: requirements in accordance with the guidelines RSA and ASR A5.2

Dr.-Ing. M. Zimmermann, Dipl.-Ing. S. Schweiger, Karlsruhe 

Minderbreite Querschnitte im Sinne des Forschungsvorhabens „Straßenbetriebsdienst auf minderbreiten Straßenquerschnitten“ liegen vor, wenn Breitenerfordernisse durch den Straßenverkehr, durch zu tätigende Aufgaben des Betriebsdienstes sowie für notwendige Sicherheitsabstände infolge von Anforderungen an Verkehrs- und Arbeitssicherheit in Summe größer sind als die Breite des vorliegenden Straßenquerschnitts. Die Ansprüche der Verkehrssicherheit an Arbeitsstellen allgemein (und somit auch an die Arbeitsstellen des Betriebsdienstes,  die i. d. R. als Arbeitsstellen kürzerer Dauer (AKD) durchgeführt werden) sowie dazugehörige Maße sind in den Richtlinien für die Sicherung von Arbeitsstellen (RSA) dargelegt. Sicherungsmaßnahmen nach RSA „dienen dem Schutz der Verkehrsteilnehmer (…) und der Arbeitskräfte (im …) Arbeitsbereich“, sie gelten jedoch nur „für die verkehrsrechtliche Sicherung von Arbeitsstellen an und auf Straßen“. Daher dienen Sicherheitsabstände und andere konkrete Festlegungen auch außerhalb der Fahrbahn primär der Sicherheit der Verkehrsteilnehmer, sie gewährleisten nicht zwingend einen ausreichenden Gesundheits-, Arbeits- und Unfallschutz. Mit diesem Anspruch ist in den letzten Jahren vom Ausschuss für Arbeitsstätten (ASTA) ein Entwurf der Technischen Regeln für Arbeitsstätten ASR A5.2 „Straßenbaustellen“ erarbeitet worden, der „Anforderungen an Arbeitsplätze und Verkehrswege auf Baustellen im Grenzbereich zum Straßenverkehr“ benennt. Die ASR konkretisieren die bereits bestehenden und einzuhaltenden Anforderungen der Arbeitsstättenverordnung, deren Erfüllung durch die Einhaltung dieser Technischen Regeln als erfüllt angesehen werden kann. Wesentliche Festlegungen der ASR A5.2 betreffen einerseits Arbeitsraumbreiten neben Maschinen bzw. zu bearbeitenden Flächen, andererseits Sicherheitsabstände zwischen Arbeitsplätzen und dem fließenden Verkehr. Dieser zwischen der Mitte des Leitkegels als häufigstem Leitelement in AkD und dem Arbeitsraum anzusetzende Abstand SQ ist nach aktueller Entwurfsfassung abhängig von der im angrenzenden Verkehrsraum zulässigen Geschwindigkeit. Der Fachbeitrag stellt dar, welche typischen Situationen des Betriebsdienstes welche Anforderungen nach RSA bzw. ASR nach sich ziehen und welche verkehrstechnischen Mittel oder Einflussparameter gemäß diesen Regelungen zur Verfügung stehen, um auch zukünftig gerade auf Straßen mit minderbreitem Querschnitt eine Ausübung der Betriebsdienstaufgaben zu gewährleisten, ohne zum drastischsten Mittel einer Vollsperrung greifen zu müssen.

According to the research project ‘Road maintenance and road operational services on narrow cross-sections‘, a cross-section is said to be ‘narrow‘ when the sum of the widths required by road traffic, road maintenance and road operational service activities, and the necessary safety distances resulting from traffic and occupational safety requirements are greater than the width of the road cross-section in question. Traffic safety requirements relating to highway work zones in general (and therefore also relating to the work zones for road maintenance and road operational services, which are as a rule only in place for short periods of time (AKD)), and the relevant dimensions are outlined in the Guidelines for Securing Roadworks on Roads (RSA). The purpose of taking measures to secure roadworks in accordance with the RSA is to ‘protect road users (...) and workers (in ...) the work zone‘. However, they apply only to the securing of work areas on and along roads in accordance with traffic regulations. Consequently, safety distances and other specific provisions both on and along the carriageway are primarily for the safety of road users. They do not necessarily guarantee adequate health protection, occupational safety, or accident prevention. To rectify this situation, the Committee on Work Places (ASTA) has spent several years drawing up draft Technical Regulations for Work Places ASR A5.2 ‘Highway work zones‘, which give ‘Requirements for work places and traffic routes relating to work zones bordering traffic flows‘. The ASR specify existing requirements in the work place ordinance that have to be observed and which can be considered fulfilled by the observance of these technical regulations. The main provisions of ASR A5.2 relate to both the widths of work zones alongside machinery or areas where work is being carried out and to safety distances between work areas and the traffic on the road. According to the latest draft, the distance SQ, between the middle of the traffic cone (the most frequently used guide element in AkD) and the actual work area, depends on the speed limit in the adjacent traffic space. The article describes which requirements in the RSA and ASR apply to typical situations in the field of road maintenance and road operational services and which traffic engineering means or influencing factors that are in line with these regulations are available and can be used to ensure that road maintenance and road operational service activities can be carried out, especially on roads with narrow cross-sections, without having to resort to the drastic measure of completely closing the road to traffic for the duration of work.