Anpassung der Dimensionierung an den Klimawandel

Abstract

Mit der Veröffentlichungen der IPCC (2018) und Bundesrigierung (2022) wird die Dringlichkeit der Anpassung der Dimensionierung der Straßen an den Klimawandel deutlich. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde ein Verfahren zur Anpassung der Regelwerke zur rechnerischen und empirischen Dimensionierung der Straße an den Klimawandel auf Basis projizierter Klimadaten erstellt. Hierfür wurde zunächst entsprechende Referenz- und Zukunftsdatensätze vorbereitet. Im Anschluss daran wurde ein umfangreiches thermisches Finite-Volumen-Methode (FVM)-Modell mit Open Source Field Operation and Manipulation (OpenFOAM) erstellt, um den Temperaturverlauf in der Straßenkonstruktion durch die Fourier-Gleichung zu berechnen. Das Modell wurde für mehrere von Dakota beliebig gewählte räumliche Probepunkte innerhalb Deutschlands in der Cloud berechnet. Die Ergebnisse des Modells wurden verwendet, um Klimainduzierte Straßentemperaturkarte (KiST-Karte) für die Betonbauweise zu erstellen. Für die Asphaltbauweise wurde die KiST-Karte nach der Regressionsmethode aus Augter und Kayser (2016) (KiST-Methode) erstellt. Die KiSTKarten zusammen mit der Frosteinwirkungszonenkarte (FWZ-Karte) bieten dabei eine Orientierungshilfe, um Anpassungsmaßnahmen zu priorisieren und umzusetzen. Danach wurden mechanische Modelle für Beton und Asphalt erstellt, um die Auswirkungen der Temperaturänderung auf die Nutzungsdauer (ND) der Verkehrsflächenbefestigungen (zulässige Lastwechselzahl) zu bewerten. Nach der Sensitivitätsanalyse der ND mithilfe der Modelle zeigte es sich, dass die Sonnenstrahlung (SSR) und Lufttemperatur in 2m Höhe (T2M) einen großen Einfluss auf die ND der Beton- und Asphaltbauweise haben: ΔNDB = 2,78ΔSSR + 6,88ΔT2M, ΔNDA = 10ΔT2M. Auf Grundlage der Erkenntnisse wurde ein Schwellenwert von 5 Jahren für die Aktualisierung der KiST-Karten für die Beton- und Asphaltbauweise vorgeschlagen. Für FWZ-Karte ist die Sensitivitätsanalyse nicht möglich und die Schwellenwert für die Aktualisierung wurde nicht festgelegt. Das Ziel, ein Verfahren zur Anpassung der Regelwerke zur rechnerischen und empirischen Dimensionierung an den Klimawandel auf Basis projizierter Klimadaten zu erstellen, wurde erreicht. Die Erweiterbarkeit dieses Verfahrens und des entsprechenden Programmiercode ermöglichen eine zukünftige Aktualisierung der KiST-Karten mit den neuen Klimaszenarien, neuen Dimensionierungsmodellen, neuen Klimamodellen sowie neuen Daten für die Nachhaltigkeitsbewertung.