Kaiserslautern - Fachbereich Bauingenieurwesen
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Tracking waterborne microplastic (MP) in urban areas is a challenging task because of the various sources and transport pathways involved. Since MP occurs in low concentrations in most wastewater and stormwater streams, large sample volumes need to be captured, prepared, and carefully analyzed. The recent research in urban areas focused mainly on MP emissions at wastewater treatment plants (WWTPs), as obvious entry points into receiving waters. However, important transport pathways under wet-weather conditions are yet not been investigated thoroughly. In addition, the lack of comprehensive and comparable sampling strategies complicated the attempts for a deeper understanding of occurrence and sources. The goal of this paper is to (i) introduce and describe sampling strategies for MP at different locations in a municipal catchment area under dry and wet-weather conditions, (ii) quantify MP emissions from the entire catchment and two other smaller ones within the bigger catchment, and (iii) compare the emissions under dry and wet-weather conditions. WWTP has a high removal rate of MP (>96%), with an estimated emission rate of 189 kg/a or 0.94 g/[population equivalents (PEQ · a)], and polyethylene (PE) as the most abundant MP. The specific dry-weather emissions at a subcatchment were ≈30 g/(PEQ · a) higher than in the influent of WWTP with 23 g/(PEQ · a). Specific wet-weather emissions from large sub-catchment with higher traffic and population densities were 1952 g/(ha · a) higher than the emissions from smaller catchment (796 g/[ha · a]) with less population and traffic. The results suggest that wet-weather transport pathways are likely responsible for 2–4 times more MP emissions into receiving waters compared to dry-weather ones due to tire abrasion entered from streets through gullies. However, more investigations of wet-weather MP need to be carried out considering additional catchment attributes and storm event characteristics.
The influence of the specimen size of ultra-high-performance fibre-reinforced concrete samples on the spatial distribution and orientation of the steel fibres is investigated. Specimens of varying size are produced by using the same protocol. They are imaged by micro-computed tomography to perform a statistical analysis of the spatial arrangement of the fibres. The tensile strength of the specimens is measured by tensile tests on subspecimens of equal size. The results are correlated to geometric characteristics of the fibre systems determined from the image data. Increasing the specimen size results in a larger variability of the local fibre geometry. This effect was most prominent when increasing the height of the specimens.
This DFG-funded research project aimed to gain a better understanding of the mechanisms of the W-Cl repair principle within the framework of fundamental investigations, to contribute to the creation of the necessary basis for a broader application of the repair principle in practice. The focus was on the development of a model to describe the chloride redistribution after the application of a system sealing surface protective coating. On the basis of Fick's second law of diffusion, a mathematical model with a self-contained analytical solution was developed, with the help of which the chloride redistribution after application of a system sealing surface protective coating can be calculated under the idealized assumption of complete water saturation of the concrete. Furthermore, the influence of the dehydration of the concrete, expected as a result of the application of the repair principle W-Cl, on the chloride redistribution was investigated. On the basis of laboratory tests and numerical simulations, material-specific reduction functions were developed to quantify the relationship between the chloride diffusion coefficient and the ambient humidity.
In this paper, the relationship between production parameters of ultra high performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) and the spatial distribution and orientation of the steel fibers is investigated. UHPFRC specimens with varying fiber diameter, fiber volume fraction, and rheology of the mixture are produced. Additionally, casting is performed from the side or the middle of the formwork. Imaging by micro computed tomography allows for a statistical analysis of the spatial arrangement of the fibers in the test specimens. The flexural behavior and the load capacity of the specimens are analyzed by four point bending tests. The results of the bending tests are well explained by characteristics of the fiber systems determined from the image data.
This paper provides experimental results on investigations for the validation of photo-grammetric strain measurements of ultra-high-performance concrete (UHPC)-prismssubjected to static and cyclic bending-tensile stress. For this purpose, 4 static and5 cyclic test series were performed. Damage progresses during loading are monitoredby means of a digital image correlation (DIC) system and a clip gauge. The control ofthe DIC by trigger lists and the measurement noise as a function of the measurementrate are examined. All static tests were performed force controlled with the same test-ingspeedandthesamemeasuringrateofDICandclipgauge.Allcyclictestswereperformed with the same upper and lower stress levels but with different loading rates.During the static tests, the DIC can be used to make accurate strain measurementsbefore UHPC failure. In the cyclic tests, the measurement noise of the DICdecreases with an increasing measuring rate. The tests performed confirm the con-trol of the DIC by trigger lists for cyclic tests on UHPC-prisms and show that themeasurement noise is negligible in static and cyclic tests.
The increase of pluvial flooding has long been discussed to be a most probableoutcome of climate change. This has raised the question of necessary conse-quences in the design of urban drainage systems in order to secure adequateflood protection and resilience. Due to the uncertainties in future trends ofheavy rainfall events, the awareness of remaining risks of extreme pluvialflooding needs to be roused at responsible decision makers and the public aswell leading to the implementation of pluvial flood risk management (PFRM)concepts. The state of two core elements of PFRM in Germany are describedhere: flood hazard and risk evaluation and risk communication. In 2016 theguideline DWA-M 119 has been published to establish city-based PFRM con-cepts in specification of the European Flood Risk Management Directive(EU 2007). As core elements, the guidelines recommend a site-specific analysisand evaluation of flood hazards and potentials of flood damages to create floodhazard and flood risk maps. In the long run, PFRM needs to be established asa joint community effort and a requirement for more flood resilience. The riskcommunication within the administration and in the public requires a com-prehensible characterization and classification of heavy rainfall to illustrateevent extremity. The concept of a rainstorm severity index (RSI) instead of sta-tistical rainfall parameters appears to be promising to gain a better perceptionby affected citizens and non-hydrology-experts as well. A methodical approachis described to specify and assign site-specific rainfall depths within the sever-ity index scheme RSI12.This article is categorized under:
Engineering Water > Sustainable Engineering of Water
Engineering Water > Planning Water
Engineering Water > Methods
The dynamic behaviour of unsaturated sand rubber chips mixtures at various gravimetric contents is evaluated through an experimental study comprising resonant column tests in a fixed-free device. Chips were irregularly shaped with dimensions ranging from 5 to 14 mm. Three types of sand with different gradation have been considered. Relative density amounted to 0.5 for all specimens. Due to the large size of the chips, the diameter of the specimens had to be equal to 100 mm, which in turn required a re-calibration of the device assuming a frequency-dependent drive head inertia. The effects of confining stress, rubber chips content, and sand gradation on shear modulus and damping ratio are determined over wide ranges of the shear strain. At small strains, as known for sands, increasing the confining stress stiffens the mixtures. Increasing the rubber chips content reduces significantly the shear modulus and increases the damping ratio. At higher strains, increasing the confining stress or the rubber content flattens the reduction of the shear modulus with strain. Damping at high strains does not show any appreciable dependence on rubber content. Unloading–reloading sequences are used to assess shear modulus degradation and threshold strains. Finally, design equations are derived from the test results to predict the dynamic response of the composite material.
Zur Förderung der Nahmobilität, insbesondere der Basismobilität „Zufußgehen“, ist die Möglichkeit zur Teilhabe im öffentlichen Verkehrsraum für alle Menschen und im Besonderen für mobilitätseingeschränkte (Bedürfnisgruppen) unerlässlich. Nur mit Hilfe einer barrierefrei gestalteten Umwelt kann die Teilhabe Aller erreicht werden. In diesem Zusammenhang ist es notwendig, ein durchgehend barrierefreies Fußverkehrsnetz herzustellen. Hierzu sind die Fußverkehrsanlagen (Gehbereiche, Überquerungsstellen, Treppen, Rampen und Aufzüge) entsprechend zu gestalten. Ein nachvollziehbares und praxisorientiertes Verfahren zur Bewertung der Barrierefreiheit von Fußverkehrsnetzen existiert allerdings derzeit nicht. An diesem Punkt setzt die vorliegende Forschungsarbeit an. Durch die Entwicklung
eines Verfahrens zur Bewertung der bestehenden Barrierefreiheit von Fußverkehrsnetzen anhand von Qualitätsstufen wird ein praktisches Anwendungstool geschaffen. Dieses richtet sich an verantwortliche Personen, u.a. aus Planung, Politik und Verwaltung, um eine Priorisierung und Umsetzung von
Maßnahmen zum Abbau von Barrieren vornehmen zu können.
Grundlage für das Bewertungsverfahren bilden Interviews und Befragungen von Fachleuten und Bedürfnisgruppen. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf motorisch und visuell eingeschränkten Personen. Die Befragungen befassten sich mit der Höhe der Erschwernisse, je nach Bedürfnisgruppe, bei der Nutzung von Fußverkehrsanlagen im öffentlichen Raum, wenn diese nicht den Vorgaben der Technischen Regelwerke entsprechen. Das Bewertungsverfahren übersetzt die Barrierefreiheit in eine verständliche und nachvollziehbare Größe, indem die Erschwernisse in eine gefühlte zusätzliche Entfernung umgerechnet werden. Weiterhin wird neben der gefühlten auch die tatsächliche zusätzliche Entfernung aufgrund von Umwegen berücksichtigt. Aufbauend auf der Bewertung von Fußverkehrsanlagen können so Routen und Verbindungen sowie Fußverkehrsnetze bewertet werden. Der grundsätzliche Ablauf des Bewertungsverfahrens ist für alle Bedürfnisgruppen gleich. Er besteht aus vier wesentlichen Schritten und hat jeweils eine von sechs Qualitätsstufen der Barrierefreiheit (QSB, Stufen von A bis F) zum Ergebnis. Im Rahmen der Forschungsarbeit wird festgelegt, dass der Übergang von der Stufe D zur
Stufe E für die Mehrheit der betrachteten Bedürfnisgruppen die Grenze zwischen Selbstständigkeit und Notwendigkeit fremder Hilfe beim Nutzen der Fußverkehrsanlagen darstellt. Das entwickelte Bewertungsverfahren bietet eine gute Grundlage zur Bewertung von Fußverkehrsnetzen in Bezug auf die Barrierefreiheit. Aufgrund der Modularität und Flexibilität ist es möglich, sowohl
weitere Aspekte als auch weitere Bedürfnisgruppen zu integrieren. Wichtig sind eine kontinuierliche Anwendung des Verfahrens und die Berücksichtigung der Barrierefreiheit von Anfang an in jeder Planung. Ebenfalls ist eine gesetzliche Integration der barrierefreien schrittweisen Umgestaltung anhand
anerkannter Technischer Regelwerke notwendig. Nur so kann ein durchgehend barrierefreies Netz entstehen und allen Menschen, egal ob mit oder ohne Mobilitätseinschränkung, eine Teilhabe im öffentlichen Verkehrsraum ohne fremde Hilfe ermöglicht werden. Zudem kann durch die Steigerung der
Attraktivität die Nahmobilität gefördert werden. Hiermit kann erreicht werden, Menschen bei kurzen Entfernungen vom zu Fuß gehen bzw. von der Nutzung des Rollstuhls zu überzeugen. Letztlich ist so auch eine Minderung des CO2-Ausstoßes denkbar, wenn für kurze Routen kein oder seltener das Kfz
genutzt wird. Das nachhaltigste und umweltschonendste Fortbewegungsmittel ist das zu Fuß gehen und ein barrierefreies Umfeld trägt somit schlussendlich zum Klimaschutz bei.
In 2022 verfehlten Gebäude- und Verkehrssektor die Klimaschutzziele in Deutschland. Im Gegensatz zum Verkehrssektor stehen im Gebäudesektor lange Lebensdauern schnellen Technologiewechseln entgegen, weshalb Strategien besonders frühzeitig umgesetzt werden müssen. Zudem ist der Gebäudebestand durch hohe Investitionskosten bei vergleichsweise geringen Treibhausgaseinsparungen je investiertem Euro geprägt. In Kombination erschweren diese Hemmnisse die Erreichung der Klimaschutzziele für den Wohngebäudebestand deutlich.
Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Wohngebäudebestandsmodells, um Transformationspfade unter dem Einfluss variierender ökonomischer Rahmenbedingungen, wie z.B. dem Einfluss unterschiedlicher CO2-Preisverläufe und eine Reinvestition der CO2-Steuer in die Modernisierung der Gebäude, simulieren und analysieren zu können.
Im ersten Schritt wird ein Wohngebäudebestandsmodell bei Fortschreibung der ökonomischen Rahmenbedingungen im Startjahr entwickelt und angewendet. Hierzu werden wichtige Parameter des Gebäudebestands identifiziert und diese anhand des vergangenen Verlaufs analysiert sowie Szenarien und Prognosen betrachtet. Ergebnis sind Ausgangsbedingungen und Einflussfaktoren auf den weiteren Verlauf, die für die Modellierung genutzt werden. Im zweiten Schritt wird eine Systematik entwickelt, um Modernisierungsraten endogen bei Variation der ökonomischen Rahmenbedingungen berechnen zu können.
In der vorliegenden Arbeit wird ein Modell vorgestellt, dass die ökonomischen Rahmenbedingungen und das Kopplungsprinzip dynamisch bei der Simulation von Vollmodernisierungsraten berücksichtigt. Die Ergebnisse zeigen, dass Vollmodernisierungsraten von 2 %/a über längere Zeiträume extreme Rahmenbedingungen benötigen und unrealistisch sind. Haupthemmnisse sind der Sanierungsbedarf (Kopplungsprinzip), sinkende Energieeinsparpotenziale der jüngeren Baualtersklassen und Mitnahmeeffekte bei verbesserter Förderung. Da eine Erreichung der Klimaschutzziele nur durch Anpassung der CO2-Steuer (auch bei Reinvestition) nicht innerhalb realistischer Steuerhöhen im Modell möglich ist, wird stattdessen ein Maßnahmenpaket aus wirtschaftlichen und legislativen Rahmenbedingungen zur Zielerreichung vorgestellt.
Auf Grundlage normativer Regelungen, aktueller Forschungsvorhaben und deren Erkenntnisse (Kuhlmann u. a. 2008 und 2012) wurden experimentelle sowie numerische Untersuchungen an großen Ankerplatten mit mehr als der aktuell normativ zugelassenen Anzahl an Kopfbolzen durchgeführt. Ziel der Untersuchungen war es, einen Ansatz für die Tragfähigkeit großer nachgiebiger Ankerplatten mit Kopfbolzen zu entwickeln. Durch Variationen der maßgebenden Parameter wie der Ankerplattendicke, der Kopfbolzenlänge, des Grads der Rückhängebewehrung sowie des Zustands des Betons konnte anhand der experimentellen Untersuchungen ein Komponentenmodell verifiziert werden. Mögliche Versagensmechanismen, wie Stahlversagen der Kopfbolzen auf Zug, Fließen der Ankerplatte infolge der T-Stummelbildung, kegelförmiger Betonausbruch sowie Stahlversagen der Rückhängebewehrung, konnten mithilfe dieser Parameter abgebildet werden. Weiter hat sich beim Versagensmodus ‚kegelförmiger Betonausbruch‘ die Oberflächenbewehrung im Nachtraglastbereich als zusätzlicher Parameter herausgestellt.
Das auf Grundlage der DIN EN 1993-1-8 entwickelte Modell und die Berücksichtigung der Komponentensteifigkeiten ermöglichen die Bemessung starrer und nachgiebiger Ankerplatten. Durch den Einbezug der Steifigkeiten einzelner Komponenten kann die Gesamtsteifigkeit einer Anschlusskonfiguration berechnet werden, um ein duktiles Tragverhalten zu erhalten. Neben verschiedenen möglichen Fließzonen auf der Ankerplatte infolge unterschiedlicher Geometrien und Anordnungen der Verbindungsmittel werden kegelförmige Betonausbrüche in Abhängigkeit einer möglichen zusätzlichen Rückhängebewehrung im Modell berücksichtigt.
Das in dieser Arbeit beschriebene Modell für die sich bildende Zugseite starrer sowie nachgiebiger Ankerplatten mit mehr als aktuell nach Norm zulässigen Ver-bindungsmitteln konnte anhand experimenteller und numerischer Versuche verifiziert werden. Der plastische Bemessungsansatz zeigt, über alle Versuchsserien hinweg, eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Untersuchungen sowie den numerischen Parameterstudien.
In einem zweiten Schritt wurden Auswirkungen einer Kurzzeitrelaxation des Betons infolge Zwang auf große Ankerplatten in Verbindung mit Kopfbolzen untersucht. Mit dem in Anlehnung an die Komponentenmethode der DIN EN 1993-1-8 entwickelten Federmodell können zeitabhängige Verformungen von Beton infolge von Kriechen und Schwinden berücksichtigt werden. Mithilfe des anhand experimenteller und numerischer Versuche verifizierten Modells ist es möglich, Auswirkungen infolge Zwang auf Ankerplatten zu untersuchen.