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98. Jahrgang Juli 2021 ISSN 0932-8351 A 1556

Bautechnik Zeitschrift für den gesamten Ingenieurbau

- Dämpfungskennwerte des Schotteroberbaus - Vergleich der Einsturzhäufigkeit und Versagenswahrscheinlichkeit - Innovativer und nachhaltiger Ersatzneubau von Betonbrücken - Modernisierung U-Bahnhof Sendlinger Tor - Terminal 3 am Flughafen Frankfurt: Building the Future - Digitales Planen und Bauen bei der DEGES - Kombilösung Karlsruhe: ein innerstädtisches Tunnelbauprojekt - Innovativer und nachhaltiger Ersatzneubau von Betonbrücken - Erinnerung an Prof. Dr.-Ing. habil. Rüdiger Rackwitz

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Auslobung 2022 durch den Verlag Ernst & Sohn

Der Verlag zeichnet seit 1988 alle zwei Jahre herausragende Ingenieurleistungen im Konstruktiven Ingenieurbau aus. Mit der Auslobung zum Ernst & Sohn Ingenieurbaupreis 2022 geschieht dies bereits zum 17. Mal, um das Wirken von Bauingenieuren und ihr Engagement für Baukultur ins öffentliche Bewusstsein zu rücken.

Teilnahmebedingungen

Nehmen Sie teil und nutzen Sie die Gelegenheit, auf eine herausragende Leistung im Konstruktiven Ingenieurbau aufmerksam zu machen.

Die Ingenieurleistung muss innerhalb Deutschlands, Österreichs oder der Schweiz erbracht worden sein. Der Standort des zu prämierenden Bauwerks ist regional nicht eingeschränkt und kann sich weltweit befinden. Das Bauwerk muss zwischen 1. September 2018 und 31. August 2021 fertiggestellt worden sein (Datum der Bauabnahme). Berechtigt zur Einreichung sind Bauingenieure, die für den Entwurf und/ oder die Ausführung maßgeblich verantwortlich waren.

Bewertungskriterien Die gesamte Baumaßnahme wird nach funktionalen, technischen, wirtschaftlichen und gestalterischen Gesichtspunkten bewertet, wobei eine besondere Ingenieurleistung erkennbar sein muss. Zur Bewertung der eingereichten Objekte werden folgende Kriterien herangezogen: Konstruktion Innovation Interdisziplinarität Ästhetik Nachhaltigkeit

Jury Die Jury für die Auslobung 2022 begutachtet in einer ersten Sitzung im November 2021 alle Einreichungen und nominiert maximal fünf Projekte für eine Shortlist. In einer zweiten Sitzung im Januar 2022 wählt die Jury aus diesen nominierten Projekten den Preisträger und mögliche Auszeichnungen. Die Mitglieder der Jury sind:

Prof. Dr.-Ing. Jan Akkermann (KREBS+KIEFER, Karlsruhe) Prof. Dr.-Ing. Lucio Blandini (Werner Sobek AG, Stuttgart) Prof. Dr.-Ing. Conrad Boley (Universität der Bundeswehr, München) Dipl.-Bauing. ETH Daniel Meyer (sia – Schweizer Ingenieur- und Architektenverein, Vizepräsident) Dipl.-Ing. Sandra Niebling (schlaich bergermann partner, Stuttgart) Oliver Zscherpe (LEONHARD WEISS, Göppingen) Dr. Bernhard Hauke (Verlag Ernst & Sohn, Berlin)

Auslober

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Über den Preisträger und weitere ausgezeichnete Projekte wird ausführlich in allen Fachzeitschriften des Verlags Ernst & Sohn berichtet. Mit unseren nationalen und internationalen Zeitschriften werden mehr als 30.000 fachkundige Leser über die eingereichten Projekte, die beteiligten Ingenieurbüros und ausführenden Baufirmen informiert. Der Ernst & Sohn Ingenieurbaupreis wird an ein Projektteam für das ausgezeichnete Bauwerk vergeben. Die Gewinner erhalten eine repräsentative Plakette. Darüber hinaus dokumentiert und publiziert der Verlag alle Wettbewerbsbeiträge in seinen Print- und Online-Angeboten.

Bakanntgabe der Preisträger Die Bekanntgabe der Preisträger und Auszeichnungen erfolgt im Februar 2022 in den Zeitschriften und digitalen Kanälen von Ernst & Sohn.

Einsendeschluss Die Unterlagen sind per Post bis Freitag, den 24. September 2021, einzureichen. Es gilt das Datum des Poststempels. Spätere Einreichungen können nicht berücksichtigt werden.

Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG Rotherstraße 21 10245 Berlin Deutschland Betreff: Ernst & Sohn Ingenieurbaupreis 2022 Dr.-Ing. Dirk Jesse Tel. +49 (0) 30 47031 275 ingenieurbaupreis@ernst-und-sohn.de Anmeldeunterlagen sowie eine Dokumentation zum Preis erhalten Sie beim Verlag oder unter: www.ingenieurbaupreis.de

Medienpartner

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Inhalt Bautechnik 7/21 Zum Titelbild: Universalfräsen der Serie ES von KEMROC lassen sich durch den Anbau von Schneidrädern als Spezialschlitzfräsen für Beton, Asphalt und Gestein verwenden; mit Frästrommeln bestückt dienen sie als Spezialflächenfräsen zum profilgenauen Bearbeiten horizontaler und vertikaler Flächen. Genau zu diesem Zweck verwendet die STRABAG zwei Universalfräsen KEMROC ES 60 HD an Mobilbaggern auf einer Tunnelbaustelle im Zuge der Autobahn A44 Kassel – Herleshausen. An beiden Portalen des Tunnels Trimberg werden die Steilböschungen aus Spritzbeton mit Futtermauern in Blockschichtung verkleidet. Jeder einzelne per Lkw angelieferte Jura-Kalkstein wird dabei zentimetergenau auf Länge gefräst und kann danach fugengenau in den Mauerverband eingepasst werden. Die Beteiligten zeigen sich begeistert vom Tempo und der Präzision ihrer KEMROC-Fräsen. (Foto: KEMROC) Beitrag siehe S. A4

INFRASTRUKTUR

EDITORIAL

Bernd Wagenbach 463 Editorial AUFSÄTZE

Andreas Stollwitzer, Josef Fink 465 Dämpfungskennwerte des Schotteroberbaus auf Eisenbahnbrücken Christof Hofmann, Dirk Proske, Kathrin Zeck 475 Vergleich der Einsturzhäufigkeit und Versagenswahrscheinlichkeit von Stützbauwerken BERICHTE

Andreas Wirker, Ralf Donner, Holger Flederer, Thomas Bösche 482 Innovativer und nachhaltiger Ersatzneubau von Betonbrücken Michael Weizenegger, Andreas Schmid, Ralph Bentrup, Michael Schneider 492 Modernisierung U-Bahnhof Sendlinger Tor Harald Rohr 500 Terminal 3 am Flughafen Frankfurt: Building the Future Werner Breinig et al. 508 Zeichnest du noch oder modellierst du schon? Frank Nenninger, Matthias Schmidt 516 Kombilösung Karlsruhe: ein zukunftsweisendes innerstädtisches Tunnelbauprojekt Michael Benz 524 Digitalisierung der Mobilität und deren Einfluss auf die bauliche Infrastruktur

98. Jahrgang Juli 2021, Heft 7 ISSN 0932-8351 (print) ISSN 1437-0999 (online) Peer-reviewed journal Die Bautechnik ist im Journal Citation Report von Clarivate Analytics (vormals Thomson Reuters) sowie bei Scopus von Elsevier gelistet. Impact Factor 2019: 0,282 CiteScore 2019: 0,7

ESSAY

Daniel Straub, Jürgen Hanisch, Gerhard Breitschaft 531 Erinnerung an Prof. Dr.-Ing. habil. Rüdiger Rackwitz

533 BAUTECHNIK aktuell 537 VERANSTALTUNGSKALENDER

Produkte & Objekte A4 Infrastrukturbau und Lärmschutz A18 Fachwissen aus der Industrie A22 Entwässerungssysteme A30 Aktuell

http://wileyonlinelibrary.com/journal/bate

www.ernst-und-sohn.de/bautechnik

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INFRASTRUKTURBAU UND LÄRMSCHUTZ

Neubau A44 – Tunnel Trimberg: Präzise Arbeit mit KEMROC-Universalfräse ES 60 HD In großen Schritten geht der Neubau der A44 Kassel – Herleshausen (VDE Nr. 19) voran. An den Portalen des Tunnels Trimberg werden die Steilböschungen aus Spritzbeton mit mächtigen Blöcken aus Jura-Kalkstein verblendet. Jeder der ca. 9000 Blöcke muss zentimetergenau auf die passende Länge gefräst werden. Zwei KEMROC-Universalfräsen ES 60 HD am Mobilbagger sorgen dafür, dass das geforderte Fugenmaß eingehalten werden kann. Ca. 600 m Länge misst der Tunnel Trimberg, eines der zahlreichen Ingenieurbauwerke, die beim Neubau der A44 Kassel – Herleshausen entstehen. Nach dem bereits abgeschlossenen Durchstich in beiden Tunnelröhren erfolgt jetzt der Innenausbau, und an den Portalen gilt es, die Steilböschungen aus Spritzbeton mit vorgesetzBild 1 Die Autobahn A44 Kassel – Herleshausen nimmt Form an. Am Ostportal des neuen Tunnels Trimberg ten Futtermauern in Blockschichspielen ein Mobilbagger und eine KEMROC-Universalfräse ES 60 HD eine Schlüsselrolle. tung zu verkleiden. Der Generalunternehmer, die ARGE Mobilbagger und fräste damit die einzelnen Kalksteinblöcke HOCHTIEF/ZÜBLIN, die im Auftrag der Projektmanagementgesellschaft DEGES diesen Bauabschnitt realisiert, beauftragte passgenau ab. Kurz darauf kam der Anwendungsberater Enrico Trender vom Hersteller KEMROC mit einer Universalfräse ES hierfür die STRABAG-Niederlassung Bad Hersfeld damit, die 60 HD plus Frästrommel und Rotator auf die Baustelle und jeweils bis ca. 500 m langen und bis zu 10 m hohen Futtermauschlug einen Vergleichstest der beiden Anbaugeräte vor. Die ern aus Jura-Kalksteinblöcken zu errichten. Hierbei müssen die Experten der STRABAG gingen darauf ein. Schon kurz darauf per LKW angelieferten, ca. 90 – 180 cm langen und 50 – 90 cm zeigten sich der Baggerfahrer und sein Vorarbeiter Simon hohen Steinblöcke zentimetergenau auf die richtige Länge geKox begeistert von der Geschwindigkeit und Präzision der bracht werden. Nur so kann das vom Auftraggeber geforderte KEMROC-Fräse. Fugenmaß eingehalten werden.

Zu Beginn der Arbeiten am Ostportal des Tunnels Mitte April 2021 verwendete man zunächst eine Querschneidkopffräse am

Die Universalfräsen der Serie ES vom Hersteller KEMROC sind für Bagger von 1 bis 40 t Einsatzgewicht verfügbar. Sie lassen sich durch den Anbau von Schneidrädern als Spezialschlitzfräsen für Beton, Asphalt und Gestein verwenden; mit Frästrommeln bestückt dienen sie als Spezialflächenfräsen zum profilgenauen

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Die Wände der Tunnelportale werden mit mächtigen Blöcken aus Jura-Kalkstein verblendet. Zwei KEMROC-Universalfräsen auf die passende Länge gefräst.

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Bautechnik 98 (2021), Heft 7

Schnell und profilgenau

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Zwei der ca. 9000 Kalksteinblöcke im Mauerverband. Dank ihrer zentimetergenau gefrästen Länge können die Experten der STRABAG die geforderte Fugentoleranz einhalten

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INFRASTRUKTURBAU UND LÄRMSCHUTZ

(Fotos: Kemroc)

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Aufgrund des erfolgreichen Fräseinsatzes am Ostportal wurde im Juni eine zweite Fräse ans Westportal des Tunnels geliefert.

und mit der abzufräsenden Seite vom Untergrund entfernt steht. Dann werden an der gewünschten Länge des Werkstücks die Ränder mit einem Benzintrennschleifer eingeschnitten, damit später saubere Kanten entstehen. Jetzt nimmt der Baggerfahrer mit dem vollhydraulischen Schnellwechsler die KEMROC-Universalfräse auf und fräst die Stirnfläche des Steinblocks in senkrechten Schwüngen von unten nach oben ab. Danach wechselt er wieder auf den Greifer und befördert den fertigen Steinblock zur entstehenden Natursteinmauer am Tunnelportal. Dort wird das Werkstück von einem Kettenbagger in den bestehenden Verband gesetzt.

Enorm Zeit und Kraftstoff sparen

Bearbeiten von horizontalen und vertikalen Flächen. Zur Baustelle am Tunnel Trimberg brachte Enrico Trender das Modell ES 60 HD. Die Maschine passt gemäß seiner Erfahrung aus zahlreichen Fräseneinsätzen genau zur Größe und Hydraulikleistung des eingesetzten Mobilbaggers Liebherr A920 Litronic und wurde in diesem Fall mit dem optional verfügbaren, endlos drehenden Rotator aufgerüstet. Der Bauleiter Andre Hatwig mietete nach dem erfolgreichen Probeeinsatz kurzerhand die Maschine an.

Ende Mai 2021 waren die Arbeiten am Ostportal, wo die Natursteinmauer bis zu 8,50 m Höhe erreicht, etwa zur Hälfte abgeschlossen. Im gesamten Arbeitsablauf zeigt sich laut dem Bauleiter Andre Hatwig der Mobilbagger mit Greifer und KEMROC-Fräse als flexibler Tempomacher. Er erläutert: „Laut unserem Baggerfahrer arbeitet die Fräse genauer, schneller und ruhiger als die vorher verwendete Querschneidkopffräse. Unser Anwendungsberater Enrico Trender von KEMROC hat uns genau die richtige Bagger-Anbaufräse auf die Baustelle gebracht und auch die Bordhydraulik des Mobilbaggers auf die richtigen Kennwerte eingestellt. Jetzt kann der Baggerfahrer beim Fräsen enorm Zeit und Kraftstoff sparen.“ Für die Arbeiten am Westportal des Tunnels Trimberg wurde eine weitere KEMROC-Universalfräse angemietet.

Immerhin ca. 9000 Kalksteinblöcke müssen bei diesem Großprojekt an den beiden Portalen und Voreinschnitten des Tunnels Trimberg verarbeitet werden. Der Einsatz der verwendeten Bagger-Fräsen-Kombination im Detail: Zunächst setzt der Baggerfahrer mit einem Greifer den Steinblock gegen ein Widerlager aus anderen Steinblöcken und unterkeilt ihn mit einem Holzstück, damit er etwas schräg

www.kemroc.de

Besseres Klima und Lärmschutz durch bepflanzte Wände Vertikalbegrünungen, auch senkrechte Gärten genannt, liegen im Trend. Als bepflanzte Innenwände sind sie beliebt, weil sie nicht nur eine natürliche Atmosphäre schaffen, sondern das Raumklima verbessern, die Luftfeuchtigkeit regulieren und Lärm schlucken. Als begrünte Außenwände verschönern sie Fassaden, säubern die Luft und bieten Lebensraum für Insekten sowie Vögel.

(Foto: Vertiko GmbH – Mitglied der RAL Gütegemeinschaft Vertikalbegrünungen)

Der Aufbau von Vertikalbegrünungen erfordert besonderes gärtnerisches und technisches Know-how. Wer nach kompetenten Anbietern sucht, kann sich am neuen RAL Gütezeichen Vertikalbegrünungen orientieren. Es wird nur Betrieben für Produkte und Leistungen verliehen, wenn alle Arbeitsschritte

Bei der Suche nach kompetenten Anbietern hilft das neue RAL Gütezeichen Vertikalbegrünungen.

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hohe Anforderungen erfüllen: von der Planung über die Auswahl der passenden Baustoffe und Pflanzen bis hin zur Pflege des Bauwerks. Die neutralen RAL Gütezeichen werden von Verbraucherschutzorganisationen als zuverlässige Kennzeichnungen empfohlen, denn die gekennzeichneten Produkte und Leistungen erfüllen stets strenge Vergabekriterien, die sogenannten Güte- und Prüfbestimmungen. Betriebe, die das RAL Gütezeichen Vertikalbegrünungen benutzen, verpflichten sich, geschultes Personal einzusetzen. Sie berücksichtigen bei der Planung die Rahmenbedingungen wie Montageuntergrund, Licht- und Temperaturverhältnisse, klimatische und Windbedingungen sowie die Schnittstellen zur Haustechnik. Zudem bieten sie eine vollautomatisierte Steuerung beziehungsweise Regelung der Be- und Entwässerung, der Dosierung mit Dünger sowie der Beleuchtung. Die Kriterien für die Verleihung des RAL Gütezeichens Vertikalbegrünungen, die Güte- und Prüfbestimmungen, enthalten detaillierte Anforderungen unter anderem an die Beratung und Planung, die Auswahl der Pflanzen, die Be- und Entwässerungstechnik, die Montage und Errichtung, die Wartung und Pflege sowie an die eingesetzten Produkte wie Dünger. Die Kriterien gelten für die Begrünung von Flächen und Wänden ab einer Neigung von 35° oder dort, wo Dachbegrünungen nicht mehr vorgenommen werden können. Die Einhaltung der Güte- und Prüfbestimmungen wird nicht nur kontinuierlich durch die Betriebe selbst überwacht, sondern einmal jährlich ohne Ankündigung auch durch eine neutrale Prüfstelle. www.ral-guetezeichen.de

Bautechnik 98 (2021), Heft 7 A5

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INFRASTRUKTURBAU UND LÄRMSCHUTZ

Zugersee Ost: Längste Baustelle der Schweiz beendet

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Doppelspurausbau Walchwil mit neuer Haltestelle, Stützbauwerken, Tunnel und Straßenbau. © ALLPLAN Schweiz AG

Es war die längste Baustelle der Schweiz: Auf 15 km Länge wurde der komplette Bahnabschnitt entlang des östlichen Ufers des Zugersees zwischen den Bahnhöfen Zug und Arth Goldau umfangreich saniert und ausgebaut. Das 200 Mio. CHF teure Großprojekt der SBB startete im Frühling 2019 und konnte im Dezember 2020 termingerecht fertig gestellt werden. Dabei setzten die Ingenieure von Emch+Berger WSB AG auf Allplan. Herzstück des Gesamtprojekts ist der 1,7 km lange Doppelspurausbau ab dem Bahnhof Walchwil in Richtung Norden. Damit können sowohl die Kapazitäten wie auch die Fahrplanstabilität des auf dieser Strecke verkehrenden Fernverkehrs und dem lokalen Angebot der S-Bahn künftig sichergestellt werden. Im Jahr 2006 wurde Emch+Berger mit der Machbarkeitsstudie zum Doppelspurausbau Walchwil beauftragt. Diese Studie kam zum Schluss, dass nur mit einer Vollsperrung der Bahnstrecke eine wirtschaftliche und umweltverträgliche Realisierung des Ausbaus gewährleistet werden kann. Die SBB stimmte diesem Vorschlag zu, da die Züge während der Vollsperrung über das Westufer des Zugersees verkehren können. In der Folge wurden die vier Teilprojekte – Doppelspur Walchwil, Substanzerhalt Kunstbauten/Fahrbahn, Substanzerhalt Tunnel und Schutzbauten Naturgefahren – zum Gesamtprojekt „SBB-Infrastrukturmaßnahmen Zugersee Ost“ zusammengefasst. Emch+Berger war bei zwei Teilprojekten allein und bei zwei Teilvorhaben in einer Ingenieurgemeinschaft für die Phasen Vorprojekt bis und mit Ausführung verantwortlich. Zusätzlich zeichneten sie über

das Gesamtprojekt verantwortlich für die Mandate Gesamtprojektleitung und Chefbauleitung.

Kernaufgaben Logistik und Geologie Der 1,7 Kilometer lange Streckenabschnitt der neuen Doppelspur in Walchwil befindet sich in Hanglage zwischen dem Zugersee und dem Walchwilerberg in besiedeltem Gebiet. Die Logistik und die Geologie waren die Kernaufgaben der Projektierung und mussten beim Entwurf der Kunstbauten berücksichtigt werden. Bei Hanglagen von teilweise 35° Neigung und überaus heterogenen geologischen Verhältnissen war die Planung der Stützbauwerke eine ebenso anspruchsvolle wie interessante Aufgabe. Die restliche Linie zwischen Zug und Arth-Goldau war mit ihren zahlreichen Kunstbauten und der ca. 12 km offenen Strecke ebenfalls in die Jahre gekommen. Deshalb wurden während der Vollsperre ca. 90 Kunstbauten instand gestellt oder gänzlich ersetzt. Zudem wurde die Fahrbahn komplett neu aufgebaut und eine neue Bahnanlage erstellt. Im Projektperimeter befinden sich acht Tunnel. Einer davon wurde im Doppelspurbereich auf zwei Spuren aufgeweitet und somit faktisch neu gebaut. Mit dem dritten Projekt wurden die weiteren einspurigen Tunnel im Profil für den Einsatz der Doppelstockzüge ausgebaut. Dazu war es notwendig, in den 120 Jahre alten Bauwerken aus

Bautechnik 98 (2021), Heft 7

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INFRASTRUKTURBAU UND LÄRMSCHUTZ

Bild 2 Drohnenaufnahme der neuen Doppelspur Walchwil

Naturstein die Sohle abzusenken und die Gewölbe neu zu unterfangen. Diese Aufzählung zeigt die Komplexität des Bauvorhabens und die damit verbundenen Anforderungen an die projektierenden Ingenieurbüros und an die bauausführenden Unternehmungen. Von der Ingenieurgemeinschaft waren durchschnittlich sechs Ingenieure und fünf Konstrukteure mit dem Großprojekt beschäftigt. Bis zu 280 Personen inklusive Subunternehmer waren es von der bauausführenden Arbeitsgemeinschaft.

abgeleitet werden. So modellierte der Konstrukteur Robin Tschuppert alle Stützbauwerke in der Doppelspurstrecke in 3D: Dabei nutzte er zur Unterstützung im Allplan auch die Tools Tiefbau und Brückenbau. Für die bis zu 120 m langen und bis zu 14 m hohen Rippenstützmauern mit der Sicherung durch permanente ungespannte Anker, war ihm das Anker-Smart Part eine wertvolle Unterstützung. „Bei der Erarbeitung der Pläne haben wir uns intensiv mit der Frage auseinandergesetzt, welche Angaben auf dem Plan für den Unternehmer wirklich von Nutzen sind“, erklärt Manuel Sigrist.

3D-Modellierung als Trumpf

Auch den Trasseebau bereiteten die Konstrukteure im Modell auf. Trumpfen konnte das 3D-Modell von Allplan bei den Portalen des neu zweispurigen Büeltunnels: Die Daten aus dem Modell wurden über die IFC-Schnittstelle dem Schalungsbauer übermittelt. Die CNC-gesteuerte Maschine schnitt die definierten Elemente dann millimetergenau zu. Dem Modell konnten auch die Absteckungspunkte jedes Schalungselements entnommen werden und auf diese Weise effizient und genau auf der Baustelle in die richtige Lage gebracht werden. Bei den übrigen Bauwerken wurden die Daten aus dem Modell vor allem für die Erstellung von Baugruben genutzt, ferner für den Abtrag von Felsflächen, die Schüttung von Dämmen und generell für alle Absteckungen. Für Manuel Sigrist und Robin Tschuppert ist klar: „Wir konnten bei diesem Großprojekt wertvolle Erfahrungen in der 3D-Modellierung sammeln und wissen genau, was wir in einem nächsten Projekt anders machen werden.“

Im Herbst 2018 musste die Planung kurzfristig wieder hochgefahren werden, nachdem der Baustart durch eine Beschwerde gegen das Projekt um mehrere Jahre verzögert wurde. „Da galt es, die Kräfte zu bündeln und uns auf das absolut Notwendigste zu konzentrieren. Aus diesem Grunde war ich dankbar für ein eingespieltes Team, die Unterstützung von einem weiteren Büro der Emch+Berger Gruppe und auf die Verlässlichkeit der Software von Allplan“, erinnert sich Manuel Sigrist, Bauingenieur ETH. Für repetitive Details wie Brückenabdichtungen oder Sickerpackungen von Stützmauern wurden Schema-Pläne erarbeitet und abgegeben. Dadurch konnten die zahlreichen Schalungspläne mit wenig Nachbearbeitungsaufwand aus den 3D-Modellen

(Abb./Fotos: 1 ALLPLAN Schweiz, 2 u. 3 Emch+Berger)

Projektdaten:

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Konstrukteur Robin Tschuppert und Bauingenieur Manuel Sigrist, Emch+Berger WSB AG, Cham

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– Bauherrschaft: Schweizerische Bundesbahnen – Projektverfasser: IG Zugersee Ost Emch+Berger WSB AG, Cham Lombardi AG, Luzern – Bauausführung: Rohbau ARGE ZUGO Marti Bauunternehmung AG, Luzern Implenia Schweiz AG, Luzern Anliker AG, Emmenbrücke Walo Bertschinger AG, Zürich Fruttiger AG, Thun Porr Suisse AG, Altdorf Bauausführung ARGE VANORAIL – Bahntechnik: Carlo Vanoli AG, Samstagern C. Vanoli AG, Immensee – Bauzeit: 2018–2020 – Gesamtkosten: CHF 200 Mio.

www.allplan.com/buildability

Bautechnik 98 (2021), Heft 7 A7

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INFRASTRUKTURBAU UND LÄRMSCHUTZ

Aus Rieder wird Leube: Europas Spezialist für Lärmschutzsysteme Das BWR-Betonwerk Rieder wurde von der Leube Gruppe übernommen. Dadurch kann das Unternehmen seine hohe Lärmschutz expertise in Zukunft noch stärker ausspielen. Das BWR-Betonwerk Rieder wurde 2020 von der Leube Gruppe zu 100 % übernommen und firmiert seit 1. Juni 2021 unter dem Namen „Leube Betonteile GmbH & Co KG“. Das Unternehmen hat sich auf die Herstellung von lösungs orientierten, umweltfreundlichen und dabei wirtschaftlichen Betonprodukten spezialisiert. Im Bereich Lärmschutz für Schiene und Straße gilt das Betonwerk Rieder als technologischer Vorreiter. Seine Lärmschutzsysteme zeichnen sich durch die innovative Kombination aus Funktion und ästhetischer Intelligenz aus.

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Rieton Gleisabsorber Unterwald Tunnel/AT

Ganzheitliches Leistungsportfolio gezielt nutzen

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Detailaufnahme Rieton Gleisabsorber

Die Integration in die Leube Gruppe versetzt den Lärmschutzexperten in die Lage, das ganzheitliche Leistungsportfolio der Gruppe gezielt für sich zu nutzen. Dem Unternehmen steht

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Leube Betonteile setzt am Standort Maishofen auf Strom aus der eigenen PV-Anlage.

Bautechnik 98 (2021), Heft 7

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INFRASTRUKTURBAU UND LÄRMSCHUTZ

dadurch ab sofort der Zugang zu allen Rohstoffen, Ausgangs produkten und Kompetenzen der Leube Gruppe entlang der gesamten Wertschöpfungskette von Beton und Betonteilen offen. Im Verbund mit der bei Leube über Jahrzehnte gewachsenen Materialkompetenz in Zement, Kalk, Zuschlagsstoffen und Beton wird das hohe Innovationspotenzial des Unternehmens somit noch weiter gestärkt. Mit der Leube Betonteile GmbH & Co KG entsteht damit ein Spezialist für Lärmschutzlösungen, der sich als bedeutender Player auf dem europäischen Markt etablieren soll. Das Unternehmen baut modulare und optisch an das Landschaftsbild anpassbare Lärmschutzsysteme für die Straße. In Zusammenarbeit mit Verkehrspsychologen wurde deren Design zudem so gestaltet, dass sie einer Ermüdung beim Autofahren entgegenwirken. Aktuell wird ein Online-Konfigurator umgesetzt, mit dem Architekten Lärmschutzlösungen in Zukunft individuell modellieren können.

Solarstrom direkt an der Autobahn Für eine weitere Neuentwicklung erhielt das Unternehmen bereits eine Auszeichnung durch die IÖB-Innovationsplattform: Mit dem „Aufsatzelement PV“ kann direkt an der Autobahn Sonnenstrom produziert werden. Alleine durch die Umrüstung bereits bestehender Leube Lärmschutzwände ließe sich dadurch eine Gesamtleistung von rund 200 MWp Strom erzeugen. Das breite Grundlagen-Know-how bringt der Lärmschutzspe zialist ebenso erfolgreich in anderen Anwendungsfeldern ein.

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Leube Aufsatzelement aquarell

Auch im Bereich Bahn nimmt Leube Betonteile eine Vorreiterposition ein: Seit 2016 verfügt das Unternehmen laut eigenen Angaben als erster Anbieter über eine Vollzulassung beim EBA, dem Eisenbahnbundesamt, für die niedrige Lärmschutzwand, die für Bahnreisende weiterhin eine freie Sicht auf die Landschaft ermöglicht.

„Rieton“-Gleisabsorber Seit 2017 besteht auch eine Zulassung für die hochabsorbierende Bahnsteigkante. Außerdem liegen die Systemzulassung und die Anwendererklärung für das Lärmschutzsystem an Hochgeschwindigkeitsstrecken der Deutschen Bahn mit Geschwindigkeiten bis zu 300 km/h vor. Aus der mit Fahrzeugen befahrbaren Standard-Befahrbarkeitsplatte, die beispielsweise für Stutt-

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(Fotos: 1 – 4 Leube; 5 Ditz Fejer)

INFRASTRUKTURBAU UND LÄRMSCHUTZ

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Leube Aufsatzelement Photovoltaik

gart 21 zum Einsatz kam, entwickelte der Lärmschutzexperte den „Rieton“-Gleisabsorber der derzeit das Zulassungsverfahren der EBA durchläuft. Dieses System ist ebenfalls befahrbar, besteht aus einem speziell entwickelten Porenbeton und wird unmittelbar neben den Geleisen positioniert. Damit setzt es an der größten Lärmemissionsquelle von Zügen an: bei den Rädern. Das Produkt reduziert den Verkehrslärm und trägt so zu mehr Komfort von Zugpersonal und Reisenden bei.

Klimafreundliche Energiegewinnung Der Spezialist für Lärmschutz setzt außerdem auch in der Produktion am Standort Maishofen auf klimafreundliche Energiegewinnung. Ca. 1.000 MWh Energie benötigt Leube Betonteile pro Jahr für sein Produktionswerk 2. Mit der Errichtung einer

eigenen PV-Anlage werden zukünftig bis zu 37 % des Strombedarfs durch Sonnenenergie gedeckt. Die dadurch eingesparte Menge von 37 t CO2 entspricht umgerechnet dabei knapp 1.700 neu gepflanzten Bäumen. Peter Kerschbaumer, Geschäftsführer von Leube Betonteile, sieht die Umstellung auf eine umweltfreundliche Produktionsweise als klaren Auftrag an die Wirtschaft: „Als zukunftsorientiertes Unternehmen setzen wir auf erneuerbare Energien und, wo möglich, auf eigene Erzeugung. Durch die Reduktion von CO2-Emissionen leisten wir so unseren Beitrag zur Erreichung der nationalen Klimaziele bis 2030.“

87 % Eigenverbrauch Die am Dach angebrachten PV-Module produzieren jährlich knapp 430 MWh Sonnenstrom. 87 % der erzeugten Energie fließen direkt in den Betrieb des Werkes, der Rest wird ins öffentliche Netz gespeist. Zu den energieintensiven Produktionsfaktoren bei Leube Betonteile zählen die zentrale Mischanlage, der Schalungsbau, die Trocknungsanlagen oder die Schweißgeräte. Je nach Sonnenstand und Strombedarf reicht die unternehmenseigene Energieleistung aus, bei Produktionsspitzen greift das Unternehmen weiterhin auf Netzstrom zurück. Damit ergibt die PV-Anlage sowohl ökologisch als auch betriebswirtschaftlich Sinn. „Wir können damit ca. 47.000 € jährlich an Energiekosten einsparen“, rechnet Kerschbaumer vor. www.leube.eu

Bund und DB: Lärmschutzziel für 2030 – Sämtliche DB-Güterwagen auf leisen Sohlen Der Bund und die Deutsche Bahn verstärken ihre Bemühungen um eine leise Schiene bis 2030 noch einmal deutlich. Laut neuem „Lärmschutzziel 2030“ soll bis Ende des Jahrzehnts die Hälfte aller Bürgerinnen und Bürger an Bahnstrecken vom Schienenlärm ent lastet werden. Das sind immerhin ca. 800.000 Menschen, die künftig ruhiger leben und schlafen werden. Für dieses Ziel wird das im Jahr 1999 gestartete „Lärmsanierungsprogramm“ des Bundes weiter fortgeführt – die Zahl der zu sanierenden Streckenkilometer erhöht sich entsprechend: Zu den bislang sanierten 2000 km Bahnstrecke sollen bis 2030 pro Jahr durchschnittlich 125 km Schienenwege zusätzlich saniert werden, in Summe 1250 km. Der Bund stellt dafür derzeit jährlich ca. 140 Mio. € bereit. Einen wesentlichen Beitrag zur Lärmeindämmung leistet die Umrüstung von Güterwagen mit Grauguss-Sohlen auf Verbundstoff-Sohlen. „Wir melden für unsere Flotte pünktlichen Vollzug: Seit Ende letzen Jahres sind bei der DB Cargo alle 63.000 Güterwagen auf leisen Sohlen unterwegs“, sagt Dr. Sigrid

Weniger ist ... ...wärmer

Die Mauerwerk-Referenz in Sachen Wärmedämmung. Monolithisch. Mineralisch. Ökologisch.

www.bisotherm.de

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Bautechnik 98 (2021), Heft 7

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ikutta, Vorstand Güterverkehr der Deutschen Bahn und VorN standsvorsitzende von DB Cargo. „Wir wollen deutlich mehr Verkehr auf die umweltfreundliche Schiene verlagern. Dafür brauchen wir die Akzeptanz der Anwohner von Bahnstrecken. 100 Prozent leise Güterzüge sind ein ganz wesentlicher Meilenstein.“ Seit Start des Lärmsanierungsprogramms haben der Bund und die DB bereits über 1,5 Mrd. € investiert. Die 2.000 sanierten Kilometer entlasten mittlerweile die Ortsdurchfahrten von 1.300 Städten und Gemeinden bundesweit. Hinzu kommen 64.000 Wohneinheiten im Bundesgebiet, die bislang mit passiven Schallschutzmaßnahmen ausgestattet wurden. Allein im Jahr 2020 wurden über 60 km neue Schallschutzwände fertig gestellt und ca. 145 Mio. € investiert. Für die Umrüstung ihrer Güterwagenflotte hatte DB Cargo in den zurückliegenden sieben Jahren ca. 220 Mio. € aufgewendet. Mehrkosten entstehen durch die Umrüstung selbst, insbesondere aber auch durch den höheren Aufwand bei der Wartung von Güterwagen mit Verbundstoffbremssohlen. Auch der Bund hat die Umrüstung wie bei allen Unternehmen finanziell unterstützt – und die EU: Für die Umrüstung auf leisere Bremssohlen wurden europäische Fördermittel aus der „Connecting Europe Facility“ (CEF) gewährt. Die DB Cargo hat für drei Projekte insgesamt 14,3 Mio. € zugesagt bekommen, um knapp 54.000 Waggons umzurüsten. www.deutschebahn.com/laermschutz

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INFRASTRUKTURBAU UND LÄRMSCHUTZ

Mexiko: Optimaler Erdbebenschutz für Flughafenterminal Santa Lucía, Mexiko – In der Municipio Tecámac nähe Mexiko-Stadt entsteht ein neuer Großflughafen. Um das riesige Terminal gegen Erdbeben zu schützen, wird es mit speziellen Gleitpendellagern vom Untergrund entkoppelt – das größte isolierte Gebäude Lateinamerikas. MAURER lieferte 473 Lager und neben der optimalen Auslegung des Erdbebenschutzsystems war die Lieferzeit eine Herausforderung: Am 17. Oktober 2019 war Spatenstich, Auslieferung der Erdbebenschutzkomponenten im März 2020. Am 21. März 2022 ist die Eröffnung geplant.

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Der künftige Flughafen Felipe Ángeles (AIFA).

Auf dem Gelände 40 km nordöstlich des Stadtzentrums von Mexiko-Stadt befand sich bisher der Militärflughafen Santa Lucía. Ein Teil der vorhandenen Strukturen kann für den neuen internationalen Flughafen Felipe Ángeles (AIFA), der ca. 3,5 Mrd. $ kosten wird, weiterverwendet werden. Der 88 m hohe Tower und das Terminal 1 entstehen jedoch komplett neu. An die lange Reihe der 38 Gates schließt mittig das trapezförmige Hauptgebäude an. Ein spiegelbildliches Terminal ist in einer zweiten Ausbaustufe geplant, die beiden Terminals sollen durch ein Einkaufszentrum verbunden werden. Avisiert sind anfangs jährlich 20 Mio. Fluggäste, im Endausbau bis zu 80 Mio. Die längere der beiden Landebahnen wird 4,5 km lang sein und damit für die größten Passagierflugzeuge ausreichen.

Isolieren, dissipieren, zentrieren, übertragen Die SIP-Lager haben folgende Aufgaben: – Reduzierung der maximalen horizontalen Beschleunigungen um den Faktor 6 auf 0,1 g. Dies wird durch Isolieren des Gebäudes von seinen Fundamenten erreicht. Dadurch kann das Gebäude über die Lager relativ bis zu ±300 mm in alle Richtungen horizontal frei verrutschen. – Sie bremsen die horizontalen Bewegungen durch Reibung ab und limitieren diese.

215.000 m2 Gebäudefläche Die gesamte Region ist stark erdbebengefährdet. Das Terminal mit einer Fläche von über 215.000 m2 musste also gegen Beschädigung durch Erdbeben geschützt werden und wird deshalb vom Untergrund horizontal isoliert. So wird ein sofortiger Betrieb, selbst nach einem Starkbeben, sichergestellt. Es ist damit flächenmäßig eines der größten isolierten Gebäude weltweit. Wegen der Wichtigkeit und hohen Sicherheitseinstufung wurden drei Erdbebenlastfälle für die Berechnung des Isolations systems herangezogen. Der stärkste Lastfall (MCE – Maximum Credible Earthquake) hat eine Wiederkehrperiode von 2.475 Jahren und eine Spitzenbeschleunigung des Bodens von etwa 0,613 g. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurden Gleitpendellager vom Typ SIP-DR eingebaut. SIP steht für Sliding Isolation Pendulum, Gleitpendelisolator. D (Double) signalisiert, dass das Lager statt einer zwei konkave Flächen hat. Damit können D-Lager kleiner und leichter gebaut und schneller montiert werden. Das R steht für Rotation. Die Verdrehungen im Bereich von 0,01 rad ergeben sich aus der wechselnden Gewichtsverteilung des weichen Stahlüberbaus im Lauf der Bauphasen. Zudem ist der Überbau als Stahlkonstruktion sowieso eher elastisch und „bewegungsfreudig“. Im sogenannten inneren Puck, dem zentralen Lagerstahlteil, ist deshalb zusätzlich eine Kalotte eingebettet, die als Gelenk wirkt. Ohne das Gelenk bestünde die Gefahr, dass das Gleitmaterial MSM® (MAURER Sliding Material) beschädigt würde. MSM® besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff.

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Bautechnik 98 (2021), Heft 7 A11

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INFRASTRUKTURBAU UND LÄRMSCHUTZ

Bild 2

Das Terminal wird komplett auf Erdbebenisolatoren stehen.

Geschwindigkeit als oberste Prämisse

Ein Lager in Großaufnahme.

(Abb./Fotos: 1 FGP Atelier, 2 – 4 MAURER)

Bild 3

Angesichts der knapp zweieinhalb Jahre Bauzeit ist das gesamte Projekt auf möglichst raschen Baufortschritt optimiert und liegt nach eineinhalb Jahren im Zeitplan. Auf dem vormaligen Militärflughafen stehen derzeit über 1.000 standardisierte und durchnummerierte Betonsockel in Reih und Glied. Sie wurden mit großen Toleranzen für die Lagerpositionierung gefertigt, damit die Montage möglichst schnell erfolgen kann. Vorbereitend wurden zudem Löcher zur Aufnahme der Lagerverankerungen ausgespart. Die Betonoberfläche wurde bewusst aufgeraut gelassen. Nach dem Einbetonieren des Lagers bewirkt dies eine optimale Übertragung der Scherkräfte zwischen Lager und Beton.

– Sie zentrieren das Gebäude nach einem Erdbeben wieder in seine ursprüngliche mittige Position zurück. – Sie übertragen ca. 151.000 t vertikale Lasten des darüber liegenden Bauwerks. Die SIP-DR-Lager mit MSM® Gleitwerkstoff und MSA® Gleit legierung (MAURER Sliding Alloy) wurden ausgewählt wegen ihrer langen, in der Europäischen Zulassung zertifizierten Lebensdauer von mindestens 50 Jahren und ihrer extremen Leistungsreserven im Bereich der 2,5-fachen möglichen vertikalen Überbelastung. Zudem konnte die Produktion dieser Lagerart auch die strengen Vorgaben hinsichtlich Liefergeschwindigkeit erfüllen.

Bild 4

Querschnitt durch ein SIP-DR-Lager.

Insgesamt wird das Terminal auf 1.332 Isolatoren liegen. Aufgrund der Menge und des Zeitdrucks bestellte der Bauherr die Lager bei zwei Lieferanten, einer davon war MAURER.

Generäle als Bauherren MAURER lieferte 473 SIP-Lager für eine Auflast von 520 t und eine horizontale Verschiebung von ±300 mm. Sie haben einen Durchmesser von 620 mm und sind 133 mm hoch.

Eine Besonderheit im Projekt ist der Bauherr SEDENA (Se cretaría de la Defensa Nacional). Generäle des Verteidigungsministeriums steuern das Projekt. Dies wurde vom mexikanischen Präsidenten Andrés Manuel López Obrador so bestimmt, um einen schnellstmöglichen Bau unabhängig von wirtschaftlichen Interessen sicherzustellen. Selbstredend werden die Anforderungen von Luftfahrt, Einzelhandel und Gastronomie abgefragt, aber die Führung liegt beim Militär. Bis April 2020 hatte MAURER die SIP-DR-Lager vor Ort geliefert, im September waren sie alle montiert. Sofort nach Fertigstellung der Fundamentsockel mit Isolatoren werden nach und nach vorgefertigte Stahlkonstruktionen aufgesetzt. www.maurer.eu

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INFRASTRUKTURBAU UND LÄRMSCHUTZ

Die Software für den Grundbau DC-SOFTWAR E

Option DC-Riss zum Programm DC-Baugrube: GZG-Nachweise (Rissbreiten- und Spannungsbegrenzung) ■ Begrenzung der Spannungen nach EN 1992-1-1, 7.2 ■ Begrenzung der Rissbreiten nach EN 1992-1-1, 7.3 ■ Auswahl aus häufiger, quasi-ständiger oder seltener Kombination ■ Berechnung unter Last oder unter Zwang ■ Auswahl für die Art und den Ursprung des Zwangs ■ Vorgabe der zulässigen Rissbreite wmax ■ Wahl des Faktors kzt für die Betonzugfestigkeit ■ Übersichtlicher Nachweis in Bezug auf die gewählte Bewehrung ■ In Zukunft verfügbar auch für weitere Programme mit Stahlbetonnachweisen (DC-Winkel, DC-Fundament, DC-Pfahl)

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Bankette mit Dyckerhoff REWADUR befestigt

Gerade für die Flächen neben Straßen bietet sich dieser besondere Beton an, da er durch seine hohe, dauerhafte Versickerungsfähigkeit und die ausbleibende Spurbildung für mehr Sicherheit im Straßenverkehr sorgt. Er besitzt eine Reihe von wirtschaftlichen Vorteilen, wie den schnellen Einbau mit Fertiger sowie geringe Kosten für Instandhaltung bzw. Reparatur und ersetzt somit die aufwändige Sanierung der Straßenban kette. Außerdem schützt er die daneben liegende Fahrbahn wirksam gegen Kantenabbrüche. Auch im Hinblick auf seine Nachhaltigkeit kann der Bankettbeton punkten: Er bindet nicht nur Feinstaub und Schadstoffe, sondern senkt durch seine helle

Farbe im Sommer die Oberflächentemperatur und ermöglicht einen kontrollierten Ablauf des aufgefangenen Wassers.

(Fotos: 1 Dyckerhoff; 2 u. 3 STRABAG)

Leubnitz/Sachsen – Auf einer etwa 1 km langen Strecke wurden die Bankette entlang der K 7870 zwischen dem Ortsausgang von Leubnitz in Richtung Demeusel auf einer Breite von 75 cm mit Dyckerhoff REWADUR Bankettbeton befestigt. Den Spezialbeton, einen Dränbeton nach FGSV Merkblatt für Versickerungsfähige Verkehrsflächen (M VV), lieferte das Werk Plauen der Dyckerhoff Beton-Niederlassung Elbe-Spree. Eingebaut wurde er durch die Direktion Niedersachsen/Sachsen-Anhalt, Gruppe Edlau der Firma STRABAG.

Bild 2 Mehr Sicherheit im Straßenverkehr und Schutz der Fahrbahnränder durch Bankettbeton

Erster Bankettbeton in Sachsen Da es für Dyckerhoff in Sachsen die erste Ausführung eines Bankettbetons war, hatte man sich gut auf das Projekt vorbereitet: Bereits einige Monate vorher wurde eine Erstprüfung nach FGSV M VV durchgeführt. In Zusammenarbeit mit der Fa. SIKA entwickelte das Zwickauer Labor der Dyckerhoff BetonNiederlassung Betontechnologie die optimale Rezeptur für den Bankettbeton. Die gute Vorbereitung zahlte sich aus, denn bereits beim ersten Fahrzeug stimmten alle Parameter beim Mischen und die STRABAG konnte nach einer kurzen Probestrecke den Fertiger für den bestmöglichen Einbau anpassen. 140 m3 REWADUR Bankettbeton mit Polymerfasern wurden aus dem gut 10 km entfernten Werk in Plauen per Fahrmischer angeliefert und in einer Höhe von ca. 20 cm eingebaut.

Fazit Durch die umfassende Vorbereitung auf das Bauvorhaben und die gute Zusammenarbeit von Dyckerhoff Beton, sowohl mit dem Zusatzmittelhersteller als auch mit dem Kunden, konnten ein problemloser Ablauf gewährleistet und das Projekt erfolgreich abgeschlossen werden. Bild1

Premiere: REWADUR Bankettbeton aus dem Werk Plauen – optimale Qualität ab dem ersten Fahrmischer

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www.dyckerhoff.com

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INFRASTRUKTURBAU UND LÄRMSCHUTZ

Naturnahe Böschungsstabilisierung in einem Arbeitsgang Bei der Erstellung und Verbreiterung von Infrastrukturen wie Straßen, Bahnlinien und Gebäuden sind vielfach Neuanschnitte und die Versteilung von Bestandsböschungen im Lockergestein und Fels erforderlich. Idealer-weise sollten die Böschungen mit einer geringen Hangneigung erstellt werden, um die Stabilität nicht zu gefährden. Ist dies möglich, reichen zum Schutz vor Auswaschungen meist einfache Begrünungshilfen wie Erosions-schutzmatten aus. Sie besitzen jedoch nur eine geringe Festigkeit und stoßen schnell an ihre Anwendungs-grenzen, sobald steilere Böschungen gesichert werden müssen oder wenn oberflächennahe oder gar globale Stabilitätsprobleme auftreten (Bild 1).

Unterstützung der Begrünung mit Erosionsschutzmatten Grundsätzlich gibt es zwei unterschiedliche Ausgangsmateria lien: Synthetische Geotextilien, z. B. aus Polypropylen, und natürliche Geotextilien aus organischen Stoffen, wie z. B. Juteoder Kokosfasern. Für flachere Böschungen können organische Naturprodukte verwendet werden. Der Vorteil ist, dass sie einen Teil des Wassers speichern und durch ihre Zersetzung Nähr stoffe freisetzen, was das Pflanzenwachstum begünstigt. Bei steileren Böschungen bieten synthetische Produkte Vorteile durch ihr geringes Eigengewicht, das sich bei Wasserzutritt nur geringfügig ändert. Zudem setzt der Abbau der Festigkeit später ein als bei organischen Produkten.

Strukturelle Verstärkung von Geotextilien durch Drahtgeflechte aus hochfestem Stahldraht

Bild 1

Böschung mit ca. 25° Neigung, gesichert mit einer Geotextil-/ Erosionsschutzmatte zur Begrünung ohne Vernagelung.

begrünen zu können, wird die Erosionsschutzmatte mit dem hochfesten Stahldrahtgeflecht TECCO® G65/3 kombiniert. Das kombinierte System nennt sich TECCO® Green (Bild 2). Der Innenkreisdurchmesser des Netzes beträgt 65 mm mit einer Drahtstärke von 3 mm. Um die Funktion des Gesamtsystems nachzuweisen, wurde nach EAD 230025-00-0106 „Flexible Systeme zur Stabilisierung von Lockergesteins- und Fels böschungen“ eine Zertifizierung durchgeführt. Relevante Größen sind u. a. die Dehnung mit kleiner 6 % und der Durchstanzwiderstand von 180 kN gegen die Systemkrallplatte mit Kantenlängen von 33 × 20 cm. Für eine lange Lebensdauer wird als Korrosionsschutz eine Zn/Al Beschichtung, SUPER COATING A, mit mind. 255 g/m2 verwendet

Anwendungsbereich Grundsätzlich sind natürlich abbaubare, organische Erosionsschutzmatten zu bevorzugen. Sie stoßen jedoch schnell an ihre Anwendungsgrenzen im Bereich von steileren Böschungen. Dreidimensionale Krallmatten z. B. aus Polypropylen, bieten hier Vorteile durch ihr geringeres Gewicht bei Wassersättigung. Farblich angepasste, hellere Erosionsschutzmatten heizen weniger auf und bieten neben der geringeren Auffälligkeit einen besseren Begrünungserfolg im Vergleich zu schwarzen Erosionsschutzmatten.

Um instabile Hänge, die oberflächennahe Rutschungen oder globale Stabilitätsprobleme aufweisen, adäquat sichern und

Die strukturelle Verstärkung von Geotextilien mit hochfesten Drahtgeflechten, die Erosionsschutz und aktive Stabilisierung

(Fotos: Geobrugg)

Eine Optimierung durch eine entsprechende Kombination von Erosionsschutzmatte und hochfestem Drahtgeflecht war naheliegend. Zum einen wird die Erosionsschutzmatte strukturell verstärkt. Dies bietet die Möglichkeit, die Sicherungsmaßnahme widerstandsfähiger gegen abrutschende Massen zu machen. Als weiterer Vorteil stellt sich die einfachere Montage dar. Erosionsschutzmatte und hochfestes Drahtgeflecht können in einem Arbeitsschritt auf die Böschung aufgebracht werden.

Bild 2 TECCO® Green nach Installation

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INFRASTRUKTURBAU UND LÄRMSCHUTZ

gleichzeitig bieten, vergrößern ihren Anwendungsbereich. Durch die Verstärkung mit hochfesten Drahtgeflechten und einem Durchstanzwiderstand von min. 180 kN können ober flächennahe Instabilitäten bis in eine Tiefe von 2 m gesichert werden. Das nach EAD zertifizierte System kann zuverlässig

nach dem RUVO-LUM®-Konzept bemessen werden. Globale Instabilitäten können bei entsprechender Bemessung ebenfalls gesichert werden. www.geobrugg.com

PORR Berlin erhält Zuschlag für Los 6 des 16. Bauabschnitts der A 100

(Foto: Arbeitsgemeinschaft SRB – Stadtring Berlin)

mehr als 80.000 m3 Erde sind aufgrund der Innenstadtlage mit dichter Bebauung und hohem Verkehrsaufkommen extrem herausfordernd. Da die Trogblöcke in mehreren Bereichen unter dem Grundwasserspiegel liegen, müssen die Baugruben mit einer horizontalen Unterwasserbetonsohle wasserdicht ausgeführt werden. Für die seitliche Absicherung und Rückverankerung kommen 9.800 m3 Schlitzwände mit einer Stärke von bis zu 1,40 Metern und einer Höhe von bis zu 30 m, 7.100 m Verpressanker sowie 10.300 m Zugpfähle zum Einsatz.

Bautafel: Los 6 des 16. Bauabschnitts der A 100 Projektart: Ingenieurbau, Spezialtiefbau Leistungsumfang: Ingenieurbauleistungen für Tunnel, Troge und Eisenbahnüberfühurng für Los 6 des 16. Bauabschnitt, der A 100 Auftraggeber: Autobahn GmbH des Bundes, Niederlassung Nordost Berlin – Auf der A 100, eine der meistbefahrenen Autobahnen in Auftragnehmer: PORR GmbH & Co. KGaA Deutschland und eine der zentralen Verkehrsadern in Berlin, schreiAuftragsvolumen: € 43,6 Mio. brutto ten die Arbeiten voran: Die PORR erhält mit dem Ingenieurbau Berlin Baustart: Mai 2021 nachAuftrag dem Los 5 auchBezeichnung den Zuschlag für das Los 6 des 16. BauabFertigstellung: 2024 Bemerkung Format (BxH) Ausrichtung Publikation

Blick auf die zukünftige BAB 100

kleineres Format

Gemeinsam mit Stump-Franki Berlin wird ab dem 4. Mai 2021 auf einer Länge von 255 m der Straßentrog sowie eine neue S-Bahn-Brücke errichtet. Das Auftragsvolumen beträgt 43,6 Mio. €. Die A 100 verläuft als Halbbogen in südwestlicher Richtung durch die Bezirke Mitte, Charlottenburg-Wilmersdorf und Tempelhof-Schöneberg nach Neukölln. Mit dem 3170 m langen 16. Bauabschnitt, der am Autobahndreieck Neukölln beginnt und an der Anschlussstelle Treptower Park voraussichtlich im Jahr 2024 endet, werden die östlichen Bezirke besser an den Stadtring sowie an die A 113 und den Flughafen Berlin-Brandenburg angebunden. Verkehrsexperten versprechen sich eine deutliche Entlastung der südöstlichen Innenstadt vom Durchgangsverkehr. Die Ausführung in Tieflage ist eine der wichtigsten Maßnahmen, um die Lärmbelastung zu reduzieren. Wegen des hohen Grundwasserstands in Berlin und der schwierigen Bodenverhältnisse erfordert sie aber auch tiefbautechnische Spezialexpertise – ein Fall für die Expertenteams der PORR, die über Fachkenntnisse entlang der gesamten Wertschöpfungskette Bau verfügen.

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Tiefbauprojekt mit hohem Anspruch Die Ingenieurbauleistungen für Tunnel, Troge und Brücken des 16. Bauabschnitts wurden in sieben Lose aufgeteilt. Wie bereits beim Los 5 arbeitet die PORR auch beim Trogbau für den 225 m langen Teilabschnitt Los 6 „Eisenbahnüberführung Ringbahn“ mit den auf anspruchsvollen Tiefbau spezialisierten Kollegen der Tochtergesellschaft Stump-Franki Spezialtiefbau GmbH zusammen.

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Einbau der Mikropfähle mit kleiner Gerätetechnik Sicherungsarbeiten unter laufendem Straßenbetrieb dauerhafte Lösungen mit geringen Setzungen Auch für die Rückverankerung hang- und bergseitiger Stützmauern oder für Spritzbetonsicherungen Weitere Infos: www.ischebeck.de FRIEDR. ISCHEBECK GMBH Loher Str. 31-79 | DE-58256 Ennepetal

Nicht nur die eigentliche Ingenieursaufgabe, sondern auch die Baustelleneinrichtung sowie der Aushub und Abtransport von

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INFRASTRUKTURBAU UND LÄRMSCHUTZ

Historische Bahnbrücke, Schenken döbern: Gewicht sparende Sanierung mit Liapor-Leichtbeton

und vor Ort belassen wurden. Dies gilt auch für den mittleren Brückenteil, der konstruktiv nicht verändert, sondern im Bestand übernommen wurde.

Leichte Neuverfüllung Bei der Sanierung der historischen Bahnbrücke in Schenken döbern-Kerwitz wurden die seitlichen Gewölbedecken mit rund 100 Kubikmeter Liapor-Leichtbeton neu verfüllt. Das geringe Gewicht des Baustoffs sorgt dafür, dass sich die Auflast auf den Brückenbögen um rund 30 Tonnen reduzierte. Damit ist das über 100 Jahre alte Bauwerk wieder fit für die Belastungen der Zukunft. Vor über 100 Jahren wurde die Bahnbrücke im brandenburgischen Schenkendöbern-Kerwitz erbaut und seitdem war das Bauwerk über der Bahnstrecke zwischen Cottbus und Guben dem Zahn der Zeit ausgesetzt. Die Folgen waren ein gerissenes und durchfeuchtetes Klinkermauerwerk, herausgebrochene Fugen, eine mangelhafte Abdichtung und ein stark verrostetes Geländer. Betroffen waren dabei hauptsächlich die beiden seitlichen gemauerten Bögen der Brücke, während der mittlere, als Platte ausgebildete Teil über den Schienen noch ver hältnismäßig intakt war. Ganz offiziell bestätigte 2014 eine Brückenhauptprüfung die Schäden, die laut Gutachten die Standsicherheit an den Stirn- und Flügelmauern beeinträchtigen könnten. Im Anschluss spielte die Gemeinde Schenken döbern mit Komplettabriss, Sanierung und Begrenzung für den Verkehr verschiedene Varianten durch, entschied sich aber letztlich für die Sanierung des Viadukts, zumal sich auch die Anwohner für den Erhalt des historischen Bauwerks eingesetzt hatten.

Rückbau der Erdbodenfüllung Der Startschuss für die Sanierung fiel im Mai 2020 nach erfolgreicher Absprache mit der Deutschen Bahn AG über die notwendigen Streckensperrungen und nach Eingang eines positiven Förderbescheids durch das Land Brandenburg. Los ging es mit dem Rückbau des Fahrbahnbelags und des Bauwerks selbst. Dabei kam die Verfüllung auf den beiden Bögen zutage, die aus Erdreich bestand und komplett entfernt wurde. Auf den Bögen waren Aufmauerungen zu finden, die jedoch als intakt befunden

Nach der Freilegung der Gewölbedecken ging es darum, im Zuge der Sanierung die Bögen mit einem neuen Material aufzufüllen. Zum Einsatz kamen dafür ca. 100 m3 Liapor-Leichtbeton mit der Betongüte LC25/28 D1.6. „Der entscheidende Grund für die Wahl des Liapor-Leichtbetons war dessen geringe Dichte“, erklärt Peer Müller vom Bauunternehmen Gerd Müller GmbH in Cottbus, das den Eintrag und die Verarbeitung des Baustoffs übernahm. „Mit dem Einbau des Leichtbetons war sichergestellt, dass die Bögen weitaus weniger stark als zuvor beansprucht werden und es nicht zu einer zusätzlichen Belastung des historischen Bauwerks kommt.“ Gegenüber einer alternativen Verfüllung mit Bodenmaterial der Dichte von ca. 1,9 t/m3 ließen sich so insgesamt ca. 30 t Gewicht einsparen und gegenüber einer Normbetonverfüllung sogar 90 t.

Perfekt für den Brückenbau Verantwortlich für das geringe Gewicht des Liapor-Leichtbetons sind die darin enthaltenen Liapor-Blähtonkugeln mit ihrem luftporendurchsetzten Inneren und ihrer keramischen Außenhaut. Dadurch weist der Liapor-Leichtbeton ein deutlich geringeres Gewicht als Normalbeton auf, erreicht dabei aber die gleiche Festigkeit. Liapor-Leichtbeton eröffnet damit gerade im Brückenbau jede Menge gestalterische Freiräume, ohne Ab striche in der statischen Sicherheit machen zu müssen. Dazu kommt, dass jeder Liapor-Leichtbeton bei fachgerechter An wendung hinsichtlich Festigkeit und Dauerhaftigkeit dem Normalbeton in nichts nachsteht.

Fit für alle Belastungen Der Liapor-Leichtbeton für die Brückensanierung wurde vom Luckauer Beton Werk GmbH & Co. KG in Luckau hergestellt und geliefert. Im August 2020 erfolgte der Betoneinbau auf die

Bild 1

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Der Liapor-Leichtbeton kam auf den beiden seitlichen Brückenbögen zum Einsatz.

Bautechnik 98 (2021), Heft 7

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INFRASTRUKTURBAU UND LÄRMSCHUTZ

(Fotos: Gerd Müller GmbH)

Bögen vom Fahrmischer aus über Schüttkübel. Auf den Bögen wurde der Leichtbeton verteilt und abgezogen. „Die Verarbeitung des Leichtbetons verlief völlig problemlos“, berichtet Peer Müller. Die maximale Schichtdicke des Liapor-Leichtbetons beträgt an den Bogenrändern 1,50 m und läuft zum Scheitel jeweils auf einige Zentimeter aus. Darauf konnte dann direkt ein neuer Überbau hergestellt werden und darauf kam der neue Fahrbahnbelag mit Abdichtung, Schutzschicht und Deckschicht.

Bild 2

Durch den Liapor-Leichtbeton wird das Bauwerk weitaus weniger als zuvor belastet.

Damit ist das Bauwerk vor Oberflächenwasser, Frost und Tausalz ebenso geschützt wie vor der mechanischen Beanspruchung durch den Verkehr. Anfang 2021 war die Sanierung der Brücke abgeschlossen und seitdem ist das historische Bauwerk nicht nur wieder voll einsatzfähig, sondern auch fit für die Zukunft. www.liapor.com

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Bautechnik 98 (2021), Heft 7 A17

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FACHWISSEN AUS DER INDUSTRIE

RELAST – Ein zugelassenes Verfahren zur nachträglichen Bauwerksverstärkung mit Betonschrauben Die volkswirtschaftlichen Konsequenzen infolge von längeren Streckensperrungen oder dem Sperren einzelner Spuren auf sanierungsbedürftigen Brücken sind enorm. Aus diesem Grund wurde an der Universität Innsbruck ein neues Verfahren zur nachträglichen Querkraft- und Durchstanzverstärkung entwickelt. Dieses Verfahren nutzt modifizierte, aus der Verankerungstechnik kommende Betonschrauben als nachträglich eingebaute Bewehrung. Die durchgeführten Versuche zeigten deutliche Traglaststeigerungen gegenüber Referenzversuchen ohne Schubbewehrung. Auf Basis dieser Versuche wurden anschließend Bemessungsmodelle auf Basis des EC 2 abgeleitet. Seit September 2019 ist das neue Verfahren bauaufsichtlich vom DIBt in zwei Zulassungen geregelt und auch für dynamische Lasten und hohe Expositionen zugelassen. Mit etwa 60 % der Gesamtbrückenfläche wurde der Großteil der zentraleuropäischen Infrastrukturbauwerke, wie Brücken, in den Jahren zwischen 1960 und 1990 errichtet und ist somit heute 30 bis 60 Jahre alt. Diese Bauwerke wurden auf die Anforderungen der damaligen Normen hinsichtlich der Belastung und den Bemessungsregeln ausgelegt. Diese Regelungen wurden in den vergangenen Jahren immer wieder angepasst, um zum einen den neuen Belastungen durch zumeist gestiegenes Verkehrsaufkommen zu genügen. Auf der anderen Seite wurden die konstruktiven Regelungen im Stahlbetonbau und die Bemessungsansätze immer wieder an neue Forschungsergebnisse angepasst und damit über die Jahre meist etwas restriktiver. Dies gilt spe ziell für die Bemessung der Querkrafttragfähigkeit, aber auch der Durchstanztragfähigkeit im Zuge der Einführung der harmonisierten europäischen Normung, den Eurocodes. So zeigen

verschiedene Untersuchungen, dass zum einen durch die Einführung des Lastmodells LM1 die einwirkenden Lasten im Vergleich zu älteren Lastansätzen gestiegen sind, aber auch, dass die konstruktiven Anforderungen (z. B. der Mindestquerkraft bewehrung) gestiegen sind. Aus diesem Grund ergeben sich bei Nachrechnungen von Bestandsbrücken, wie die Praxis zeigt, sehr häufig Querkrafttragfähigkeitsdefizite. Aber nicht nur bei Brückentragwerken, sondern auch bei anderen Bestandstragwerken kommt es häufig nach einigen Jahren zu Umnutzungen, Erweiterungen usw. durch welche es zu höheren Lasten auf den Bestand und Neubewertungen der Tragfähigkeit des Bestandes kommt und letztlich Verstärkungsmaßnahmen hinsichtlich der Querkraft- und Durchstanztragfähigkeit erforderlich werden. Da Totalsperren aber auch teilweise Außerbetriebnahme von Tragwerken, gerade im Infrastrukturbereich, häufig mit massiven Beeinträchtigungen und volkswirtschaftlichen Schäden einhergehen, sind diese soweit wie möglich zu vermeiden. Aus diesem Grund wurde auch vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur die Prämisse „Erhalt vor Neubau“ ausgegeben. Es braucht für die bestehenden Tragwerke somit Verstärkungssysteme für Querkraft- und Durchstanzverstärkung, welche schnell und einfach und möglichst nur von einer Seite und damit unter weitestgehender Aufrechterhaltung des Verkehrs in das Tragwerk installiert werden können.

RELAST Betonschrauben Diese Anforderungen können die RELAST Verbundankerschrauben als nachträglich installierte Bewehrung hervorragend erfüllen. Bild 1 zeigt die Schrauben, deren Anwendung durch die RELAST Zulassungen für die nachträgliche Verstärkung abgedeckt wird. In den Zulassungen sind zwei Schraubendurchmesser geregelt (d0 = 22 mm und d0 = 16 mm), die jeweils in zwei Ausführungen hinsichtlich des Anschlussgewindes eingesetzt werden können. In Bild 1 ist auch das Betonschneidegewinde am vorderen Ende der Schrauben zu erkennen, welches sich beim Eindrehen der Schrauben in das vorgebohrte Loch in die Bohrlochwandung schneidet. Damit wird ein sehr robustes Tragsystem auf Basis des Hinterschnitts erzeugt, welches unempfindlich gegenüber Ausführungsfehlern, wie etwa nicht ausreichend gereinigten Bohrlöchern ist. Zusätzlich wird in das Bohrloch vor dem Eindrehen der Schraube ein Verbundmörtel injiziert, der den Zwischenraum zwischen Borhloch- und Schraubenoberfläche füllt, wodurch die Traglast nochmals um ein Drittel steigt. Der Verbundmörtel erhöht einerseits die Tragwirkung durch die größere Auflagefläche des Hinterschnitts, stellt aber gleichzeitig auch einen dauerhaften Korrosionsschutz für die Schraube dar. Die Schrauben sind ab Werk mit einer speziellen Beschichtung versehen, welche die Korrosionsschutzklasse C5-I Mittel erfüllt. Somit ist das neue Verstärkungssystem auch an exponierten Stellen z. B. mit Tausalzeintrag einsetzbar.

Wissenschaftliche Untersuchungen Bild 1

RELAST Verbundankerschrauben für die nachträgliche Bauwerksverstärkung

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Bautechnik 98 (2021), Heft 7

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Die grundlegende Idee zum Einsatz von Ankerelementen als nachträgliche Bewehrung entstand im Jahr 2010 am Arbeits

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FACHWISSEN AUS DER INDUSTRIE

Durchstanzversuche Ebenfalls wurden an der Universität Innsbruck mehrere Versuchsreihen zur nachträglichen Durchstanzverstärkung mit RELAST Verbundankerschrauben durchgeführt. Die Versuche wurden an kreisrunden Versuchsplatten mit einem Durchmesser von 2,7 m und einer Stärke von 20 cm vorgenommen und auch hier wurden zahlreiche Parameter wie die Schraubenanzahl, die Installationsweise, die Setztiefe oder der Längsbewehrungsgrad variiert (Bild 3).

Bild 2

Versuchsaufbau und Messsysteme der durchgeführten Querkraftversuche an der Universität Innsbruck

bereich für Massivbau und Brückenbau an der Universität Innsbruck. In zahlreichen Versuchsreihen an Querkraft- und Durchstanzversuchen wurden zuerst die generelle Eignung des Systems und anschließend gezielt einzelne Parameter untersucht.

Die erzielten Traglasten lagen hier gegenüber Referenzversuchen ohne Schubbewehrung um bis zu 50 % über den Referenzversuch. Durchgeführte zyklische Durchstanzversuche mit jeweils 2 Mio. Lastwechsel zeigten analog zu den Querkraftversuchen, dass eine dynamische Belastung keine Einschränkung für das neue System darstellt, sondern dass die Traglasten der vergleichbaren statischen Versuche erreicht werden können.

Die RELAST Zulassungen Auf Basis der durchgeführten Versuche sowie zahlreicher numerischer Simulationen war es möglich Bemessungsansätze für die

Querkraftversuche Ingesamt wurden seit Beginn der Untersuchungen 6 Versuchsreihen mit 63 Querkraftversuchen durchgeführt. Es wurden Versuche an Balken und Platten ausgeführt, welche nachträglich mit Betonschrauben verstärkt wurden. Bild 2 zeigt den Versuchsaufbau für die Balkenversuche und einige der eingesetzten Messsysteme. Die Querkraftversuche wurden als Vierpunktbiegeversuche durchgeführt, wobei verschiedene Größen an Probekörpern, aber auch verschiedene Schraubentypen und Installationsarten untersucht wurden. So wurde die Anzahl der Schrauben in geklebter und ungeklebter Installationsweise variiert und der Einfluss der Installationsseite sowie der Setztiefe der Schrauben betrachtet. Alle durchgeführten Versuche wurden pro Testserie mit Referenzversuchen ohne Querkraftbewehrung verglichen und zeigten erreichbare Traglaststeigerungen von bis zu 150 % gegenüber den Referenzversuchen. Es wurden auch dynamische Versuche mit zyklischen Lasten (5 Mio. Lastwechsel) mit wirklichkeitsnaher Schwingbreite untersucht. Bei allen Versuchen konnte kein Versagen während der zyklischen Belastung erzielt werden. Somit ergibt sich keine Beeinträchtigung des Systems bei dynamisch belasteten Bauteilen.

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Bild 3

Schnittbilder durch die Versuchskörper der Durchstanzversuche, die mit RELAST-Schrauben verstärkt wurden.

Bautechnik 98 (2021), Heft 7 A19

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FACHWISSEN AUS DER INDUSTRIE Tab. 1

Faktoren zu Berücksichtigung der Setztiefe und des Schraubendurchmesser

Schraube RELAST 22

RELAST 16

Setztiefe

Faktor c1

Über der Bew.

0,4097

Unter der Bew.

0,2384

Über der Bew.

0,3925

Unter der Bew.

0,3130

Faktor c2

0,046

Verstärkung mit RELAST Verbundankerschrauben abzuleiten. Basierend auf diesen Bemessungsansätzen und weiteren konstruktiven Regeln war es anschließend möglich, bauaufsichtliche Zulassungen des DIBt für die Querkraftverstärkung (Z-15.1-344) und für die Durchstanzverstärkung (Z-15.1-345) zu erlangen.

ze auf Höhe der Oberkante der Längsbewehrung oder darunter liegt. Die Werte für c1 und c2 sind in Tabelle 1 angeführt. Da ab einer gewissen Querkraftbewehrungsmenge kein Zuwachs der Tragfähigkeit mehr festgestellt werden konnte, wurde die maximale Verstärkungswirkung über einen oberen Grenzwert der Querkraftbewehrung mit ρsw = 0,83 % für die 22 mm Schraube bzw. ρsw = 0,88 % für die 16 mm Schraube begrenzt. Das entspricht einem minimalen Achsabstand von 20 cm bzw. 14 cm, welcher zwischen den Schrauben nicht unterschritten werden darf. Zusätzlich werden in der Zulassung einzuhaltende Maximalabstände zwischen den Verstärkungselementen definiert, welche den Regelungen des Eurocodes für Bügel entsprechen.

Querkraftverstärkung

Durchstanzverstärkung

Die Bemessung basiert auf den bekannten Gleichungen des Fachwerkmodells des Eurocode, wobei die Druckstrebenneigung mit θ = 45° fixiert wird und die Schrauben immer unter 90° zur Bauteilachse eingebaut werden. Damit ergeben sich die Bemessungsgleichungen zu

Die Bemessung der nachträglichen Durchstanzverstärkung mit RELAST Betonschrauben beruht ebenfalls auf dem bekannten Bemessungsmodell des EC 2. Der Widerstand gegen Durchstanzen darf mit

VRd.max =

1 ⋅ b ⋅ z ⋅ ν ⋅ fcd (1) 2 w

VRd.s = asw ⋅ z ⋅ fywd.ef (2) Die durchgeführten Versuche zeigten, dass die volle plastische Tragfähigkeit der Zugstrebe nicht erreicht werden kann, also die Schraubenverankerung versagt, bevor es zum Fließen der Schraube kommt. Dies wird durch die Definition einer sogennanten ausnutzbaren Spannung in fywd.ef der Gleichung 2 berücksichtigt, welche sich mit fywd.ef = c1 ⋅

fywk

γs

f 1 + c2 ⋅ ⋅ ν ⋅ fcd ≤ ywk (3) ρsw γs

berechnet. Die beiden Parameter c1 und c2 wurden durch statistische Auswertung der Versuchsergebnisse abgeleitet und berücksichtigen den Schraubendurchmesser sowie die Setztiefe der Schraube, wobei unterschieden wird, ob die Schraubenspit-

VRd.cs = 0 , 75 ⋅ VRd.c + 1, 5 ⋅ ⋅Asw ⋅ fywd.ef ⋅

1 u1 ⋅ d

d sr

(4)

berechnet werden, wobei die maximale Tragfähigkeit mit VRd.cs ≤ 1,4 · VRd.c nicht über die 1,4-fache (kmax) Tragfähigkeit ohne Durchstanzbewehrung hinaus steigerbar ist. Dies entspricht auch den Regelungen des EC 2 für konventionelle Bügel bewehrung. Für die Ermittlung der ansetzbaren effektiven Spannung fywd.ef der Schraube werden abweichende Regelungen vom EC 2 getroffen. Für die Ermittlung dieses Wertes wurden wiederum die Versuchsergebnisse statistisch ausgewertet. Die effektive Spannung berechnet sich damit zu fywd.ef = 5, 5 ⋅

f kmax d ⋅ ≤ 0 , 5 ⋅ ywk (5) γ s dk.1 γs Der Faktor dk.1 stellt den Durchmesser der gewählten Schraube dar, welcher somit in der Bemessung berücksichtigt wird. Auch für die Durchstanzverstärkung werden minimal zulässige Achsabstände definiert, um eine gegenseitige Beeinflussung der Schrauben zu vermeiden, die in Abhängigkeit der statischen Nutzhöhe berechnet werden. Die maximal zulässigen Achsabstände sowie die sonstigen konstruktiven Regeln wurden unverändert dem EC 2 (für Bügelbewehrung) entnommen.

Pilotprojekte Bild 4

Verstärkung einer Eisenbahnunterführung mit RELAST Verbundankerschrauben (Bild mit freundlicher Genehmigung der ÖBB)

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Bautechnik 98 (2021), Heft 7

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Mit Hilfe der vorgestellten Bemessungsmodelle und Erkenntnisse aus

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FACHWISSEN AUS DER INDUSTRIE

(Fotos / Abb.: 1 – 3 Würth; 4 u. 5 siehe Bildlegende)

den Versuchen war es möglich, in den letzten Jahren diverse Pilotprojekte durchzuführen. Neben der Verstärkung des Blocks 34 des Münchner Altstadtringtunnel mit über 7.300 RELAST Schrauben und der Verstärkung der Eisenbahnbrücke bei Bamberg über die A70 innerhalb von 4 Wochen unter laufendem Eisenbahnverkehr auf der Brücke und auf der Autobahn unter der Brücke konnten auch zahlreiche kleinere Tragwerke bereits ausgeführt werden. So wurde etwa eine Eisenbahnunterführung verstärkt, welche als Plattenbrücke ausgeführt war und an welcher bereits deutliche Schubrisse an beiden Plattenrändern zu erkennen waren. Auf der Brücke liegen vier Gleise einer Hauptverkehrsstrecke weshalb Baumaßnahmen von der Oberseite nicht möglich waren. Durch den Einbau von RELAST Betonschrauben von der Unterseite in mehreren parallelen Reihen an beiden Seiten der Platte, wie in Bild 4 ersichtlich ist, war es möglich die Platte auf das DesignNiveau des Eurocodes zu verstärken. Bild 5

Ebenfalls konnte eine punktgestützte Plattenbrücke einer Schnellstraße verstärkt werden. Die vorhandenen Schubaufbiegungen der Brücke um die Punktlager reichten nicht aus, um die Durchstanzlasten aufnehmen zu können. Durch den Einsatz von RELAST Verbundankerschrauben konnte die geforderte Durchstanztragfähigkeit des Tragwerks ohne Störung des Verkehrs der Schnellstraße auf der Brücke wiederhergestellt werden. Der Einbau der Durchstanzverstärkung erfolgte von unten (siehe Bild 5).

Fazit

Einbau der RELAST Durchstanzverstärkung unter laufendem Verkehr auf der Brücke (Bild mit freundlicher Genehmigung der Asfinag)

sichtliche Zulassung, Deutsches Institut für Bautechnik; 28.10.2019 – Z-15.1-345: Würth Verbundankerschraube RELAST in Durchmesser 16 mm und 22 mm zur Anwendung als nachträglich verankerte Durchstanzbewehrung; Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung; Deutsches Institut für Bautechnik; 28.10.2019 Die Zulassungen und weitere Informationen finden Sie unter: www.wuerth.de/relast

Mit dem neuen System RELAST zur nachträglichen Querkraftund Durchstanzverstärkung steht dem planenden Ingenieur nun ein einfaches und schnell zu installierendes Verstärkungssystem mit bauaufsichtlicher Zulassung zur Verfügung. Dieses neue System zeichnet sich durch den robusten mechanischen Tragmechanismus der Betonschraube und durch die Installation der Verstärkung von einer Seite des Tragwerks aus. Damit kann die Verstärkung unter Aufrechterhaltung des Verkehrs auf und unter dem zu verstärkenden Tragwerk durchgeführt werden. Durch die umfangreichen wissenschaftlichen Untersuchungen konnten Bemessungsansätze abgeleitet werden, welche im Wesentlichen auf den Bemessungsgleichungen der aktuellen Normung, des EC 2 basieren. Dies ermöglicht die schnelle und einfache Planung einer Verstärkung von Tragwerken mit Hilfe der bekannten Formelapparate und unter Beachtung der bekannten Konstruktionsregeln. In zahlreichen Pilotanwendungen an bestehenden Straßen- und Eisenbahnbrücken, aber auch in Tunneldecken oder Tragwerken des Hochbaus konnte die hervorragende Eignung und sehr schnelle Installation des Systems eindrucksvoll gezeigt werden. Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix, Universität Innsbruck; Dipl.-Ing. Dr. Johannes Lechner, Prof. Feix Ingenieure GmbH

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Allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen: – Z-15.1-344: Würth Verbundankerschraube RELAST in Durchmesser 16 mm und 22 mm zur Anwendung als nachträglich verankerte Querkraftbewehrung; Allgemeine bauauf-

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ENTWÄSSERUNGSSYSTEME

Entwässerung eines Logistikzentrums bei München

Bild 1

Für die Oberflächenentwässerung der Logistikfläche wurden die schwerlastbefahrbaren Filtersubstratinnen Drainfix Clean eingesetzt.

Das exklusive Mode-Handelsunternehmen konzentriert in seinem Logistikzentrum die Versandtätigkeiten verschiedener Firmenstandorte rund um München. Dort werden täglich viele LKW abgefertigt. Das bedeutet, dass die hoch frequentierten Verkehrsflächen und die daran angeschlossene Entwässerungslösung hohen Belastungen dauerhaft standhalten müssen. Der Projektverlauf, insbesondere die Entwässerungsplanung ebenso wie die Baubegleitung vor Ort, wurde bei diesem Bauvorhaben von den Hauraton-Entwässerungsexperten individuell unterstützt.

Ganzheitliches Konzept kombiniert mit individueller Beratung

Große Regenwassermengen sammeln, filtern, reinigen und versickern Das Entwässerungskonzept von Hauraton fundiert auf nach haltigem Regenwassermanagement und überzeugte für den Bau des Logistikzentrums mit den folgenden Vorteilen: – Erwiesene dauerhafte Belastbarkeit bei hoher Frequenz und dynamischen Kräften – DIBt-Zulassung der Entwässerungsrinnen – Großes Retentionsvolumen in den Rinnenkörpern bietet Sicherheit bei Starkregenereignissen

Der Ausbau der Freiflächen auf dem etwa 8,6 ha großen Grundstück des Mode-Logistikzentrums erfolgte in zwei Bauphasen über mehrere Jahre. Der erste Bauabschnitt bestand aus drei Hallenabschnitten, die 2015 fertig gestellt wurden. Der zweite Bauabschnitt, der ebenfalls drei Hallen umfasste, wurde 2020 fertig gestellt. Die Herausforderungen des Projekts: – Unterschiedliche angrenzende Flächen mit verschiedenen Planungsvorgaben – Mechanische Belastungen durch schwere LKWs und hohe Fahrzeugfrequenz – Schadstoffe wie Reifenabrieb und Öl müssen zuverlässig aufgefangen werden – Behördliche Vorgabe, alles anfallende Regenwasser zu 100 Prozent zu versickern

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Bild 2

Das große Retentionsvolumen der Rinnen bietet Sicherheit bei Starkregenereignissen.

Bautechnik 98 (2021), Heft 7

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ENTWÄSSERUNGSSYSTEME

Planungssicherheit durch Projektmanagement Mit planerischer Beratung und originellen Lösungen konnte das Hauraton-Projektteam den Projektbeteiligten fachkompetent zur Seite stehen. Insbesondere hinsichtlich der Entwässerung der Außenanlagen unter Einhaltung behördlicher An forderungen, unterstützten unsere Ingenieure tatkräftig. Mit individuellem Service in den Planungs- und Bauphasen und projektspezifischen Entwässerungslösungen konnte sich Hauraton als verlässlicher Partner beweisen. „Wir kennen und schätzen das Produkt Drainfix Clean und hatten das Konzept für die Entwässerung geplant. Hauraton hat uns sehr dabei geholfen, die Dimensionierung der Rinnen und Rigolen zu berechnen“, so Lukas Stadler, Planungsingenieur und Mitgesellschafter, ipk GmbH.

Regenwassermanagement unter Schwerlastbedingungen In dem Bauprojekt wurden zwei Entwässerungssysteme vereint. Drainfix Clean kombiniert eine zuverlässige Entwässerung mit Niederschlagswasserbehandlung. Für die anschließende Versickerung des gereinigten Oberflächenwassers wurden Drainfix Bloc Elemente eingebaut. Für die Drainfix Clean Filtersubstratrinne sprechen die folgenden Eigenschaften:

Bild 3

Entwässerungsrinnen müssen den Anforderungen der Logistik flächen entsprechen.

– Kombination aus Entwässerung, Reinigung & Versickerung – Versickerung entsprechend Planungsvorgaben: Anschluss an Naturmulden bei landwirtschaftlichen Flächen, Versickerung in Rigolen in der Nähe von Gebäudebereichen – Verlässlich kalkulierbare Wartung und in großen Wartungsintervallen einfach durchzuführen – Optimale Positionierung der Rinnen und ideale Ausnutzung der Flächengeometrie, um Rinnenmeter in größerem Umfang einzusparen – ohne dabei auf Leistungsfähigkeit zu verzichten

– Entwässerungsrinnen und Abdeckungen sind belastbar bis Klasse F 900 – Reinigung des Niederschlagswassers entsprechend der Oberflächenfiltration – Lange Wartungsintervalle und geringe Kosten – Mit DIBt-Zulassung Z-84.2-7 und planbar gemäß den Anforderungen der neuen DWA A 102 Drainfix Bloc Elemente für eine nachhaltige Versickerung vor Ort: – ermöglicht das Sammeln und Versickern des gereinigten Niederschlagswassers – stabil und belastbar: Lkw-Befahrbarkeit – einzigartige Verbindungstechnik: Zeitersparnis beim Einbau – sehr hohe Speicherkapazität bei geringem Flächenverbrauch www.hauraton.com

Bild 5 Bild 4

Abrieb von LKW-Reifen

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Drainfix-Clean-Filterrinnensystem hält Schadstoffe und Mikropartikel zurück.

Bautechnik 98 (2021), Heft 7 A23

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ENTWÄSSERUNGSSYSTEME

„Dimensionierungen von Rinnen und Rigolen exakt auf das Umfeld abstimmen“ Bei der Reinigung und Versickerung von Regenwasser auf einer Logistikfläche hat die Planungsgesellschaft ipk die Zusammenarbeit mit Hauraton als Hersteller optimal genutzt. Lukas Stadler ist Planungsund Projektingenieur sowie Mit gesellschafter der ipk GmbH. Im Interview spricht er über die Logistikflächen-Entwässerung des Modegroßhändlers Schustermann & Borenstein in Poing bei München. Herr Stadler, bei dem Projekt geht es um die Freiflächenent wässerung einer langgezogenen Hallenanlage. Das klingt auf den ersten Blick nicht außergewöhnlich. Was war an der Sache komplex? Zum einen mussten zwei Bauabschnitte mit sehr unterschiedlichen Vorgaben über mehrere Jahre konzipiert und koordiniert werden. Zum anderen ergeben die beiden direkt nebeneinander liegenden Hallenkomplexe zwar ein Ensemble aus sechs Teilen, aber mit sehr unterschiedlichen Nebengeländen. Die mussten in der Suche nach einer optimalen Entwässerungslösung jeweils individuell untersucht und einbezogen werden. Wer war der Auftraggeber, worin bestand sein Ziel? Hinter dem Projekt steht das Mode-Unternehmen Schustermann & Borenstein, das verschiedene um München ansässige Betriebsteile an dem Standort in Poing konzentrieren wollte, so auch die Logistik. Dafür war die Hallenanlage mit zahlreichen Toren zum Entladen auf einem 8,6 Hektar großen Grundstück vorgesehen. Der Vermieter dieses Grundstücks nahm den Ausbau vor. Wichtig war, dass die gesamte Asphaltfläche mitsamt Entwässerungsanlage auf regelmäßige Belastungen mit viel schwerem Lieferverkehr, aber auch auf temporäre Belastungen durch Containerstand vorbereitet werden musste. Hohe Trag fähigkeit war also ein zentrales Kriterium. Wie waren die Bauabschnitte gegliedert?

Warum war das relevant? Asphalt lässt Wasser schneller ablaufen, benötigt aber auch mehr Wartung gegen Verunreinigungen im laufenden Betrieb. Hinzu kam natürlich auch die Frage nach der Flächenbelastung an den Hallen: Wo genau, in welcher Menge und mit welchem Gewicht werden die mechanischen Belastungen stattfinden? Die Berechnungsgrundlagen hatten die sehr viel höheren Frequentierungen in den Bereichen direkt vor den Ladetoren zu berücksichtigen, aber auch anfallende Schadstoffe wie Reifen abrieb, Öl oder Dreck, die an diesen Stellen durch Regen in die Entwässerung gespült werden. Diese müssen natürlich unter Beachtung der gesetzlichen Vorschriften und kommunalen Vorgaben zuverlässig aufgefangen werden. Wie konnten Sie das lösen? Da wo das Wasser eintrifft – direkt in der Rinne. Wir haben eine Spezialrinne namens Drainfix Clean verwendet. Sie enthält ein Filtersubstrat, so dass das Wasser frisch gereinigt abfließen kann. Die Drainfix Clean hatte sich schon im ersten Bauabschnitt bewährt und dort über mehrere Jahre nicht in der Reinigungsleistung nachgelassen. In der zweiten Phase mussten wir nicht lange überlegen und sie kam wieder zum Einsatz, trotz der unterschiedlichen Gegebenheiten der Projektbereiche. Worin bestanden diese Unterschiede? In den verschiedenen angrenzenden Flächen, nach denen wir uns auf dem Grundstück richten mussten. Wo wir an natürliche bzw. landwirtschaftliche Flächen stoßen, konnten wir direkt in die Erde oder Naturmulden versickern. Das betraf eher die Bereiche des ersten Bauabschnitts. Nahe an den Gebäudebereichen, im zweiten Bauabschnitt, haben wir Rigolen eingesetzt, um die Rinnenkapazität bei Platzregen und Starkregenereignissen entlasten zu können. Man muss es sich so vorstellen: Unter der einheitlichen Asphaltfläche befindet sich eine vielfältige „Unterwelt“, wo wir je nach Umgebung punktuell unterschiedliche Versickerungskonzepte angewendet haben. Generell ist die gesamte Versickerung dezentral angelegt. Ist die Reinigungsleistung der Rinne auch bei hohen Wassermengen gegeben? Ja, die Kapazität reicht auch bei Starkregen, und was nicht direkt aus der Rinne versickert werden kann, fließt gereinigt in

Der erste Teil bestand aus drei Hallenabschnitten bis 2015. Die zweite Bauphase, ebenfalls mit drei Hallen, wurde 2020 fertig gestellt. Die beiden Phasen konnten aber wegen des diversen Geländes in keiner Weise vereinheitlicht werden. Der eine Geländeteil grenzt an landwirtschaftliche Flächen, der andere an ein Nachbargrundstück mit Gewerbe, der nächste wiederum an Straße und Zufahrten. Also hatten wir sehr verschiedene Planungsvorgaben in einem Konzept zusammenzubringen. Was waren die Kriterien? Die zuständige Aufsichtsbehörde schrieb vor, dass alles anfallende Regenwasser zu hundert Prozent zu versickern sei. Dass wir hier kein Industriegebiet mit verdichteten Oberflächen vorfanden, sondern ein ländliches Grundstück mit Reserven, kam uns da entgegen. Allerdings mussten wir im Laufe der beiden Bauabschnitte die Regenmengen anpassen. Nicht die Wassermenge, aber die Verteilung hatte sich über die Jahre verändert. Viele Fragestellungen beschäftigten uns darüber hinaus, zum Beispiel: Besteht die Freifläche aus Asphalt oder Pflaster?

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Bild 6

Einlegen des Filterrohres in die Entwässerungsrinne

Bautechnik 98 (2021), Heft 7

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(Fotos/Abb.: HAURATON)

ENTWÄSSERUNGSSYSTEME

Bild 7

Bewährte Entwässerungsrinnen mit integriertem Filtersubstrat und Drainagerohr.

eine Naturmulde oder Rigole. Außerdem ist die Drainfix Clean auch mechanisch hochbelastbar, was für das Projekt ebenso wichtig war wie die Filterfunktion. Damit all diese Faktoren wirklich stimmig zusammengebunden werden, muss der Her-

steller schon genau wissen, was er tut, und auch den nötigen Beratungswillen haben. Das ist bei Hauraton der Fall und verschaffte uns über die Produktqualität hinaus wichtige Projektkompetenz. Wir haben die Dimensionierung der Rinnen und Rigolen mit Unterstützung von Hauraton exakt berechnen können und uns auf die Expertise stützen können. Die Ingenieure dort haben unsere Daten zum Gebiet, zu den Verschmutzungsgraden, zu Regen- und Schadstoffmengen für differenzierte Berechnungen und Auslegungen verwendet. Das hat sehr zum Gelingen des Projekts beigetragen. Haben Sie Dank für dieses Interview. www.hauraton.com

Schachtabdeckungen mit Leistungsbescheinigung für einfache und sichere Planung und Ausschreibung Wenn wir öffentliche Verkehrsflächen wie z. B. Wege, Plätze oder Straßen nutzen, vertrauen wir darauf, dass diese fachgerecht geplant und ausgeführt wurden. Wir erwarten, dass auch eingebaute Schachtabdeckungen und Straßenabläufe dauerhaft betriebs- und verkehrssicher sind. Planer und ausschreibende Stellen entscheiden, welches Produkt wo eingesetzt wird. Allerdings ist die Auswahl bei Schachtabdeckungen und Aufsätzen groß. Voraussetzung für fachgerechte Planung, Auswahl und Bewertung der Verkehrs- und Betriebssicherheit der Produkte sind klare Produktinformationen.

Klare Leistungskriterien dank Leistungsbescheinigung Nicht alle Hersteller veröffentlichen für ihre Produkte Leistungskriterien. D. h., planende und ausschreibende Stellen müssen ihre Leistungskriterien in der Ausschreibung konkret fordern. Einfacher und effizienter ist die Bewertung, Auswahl und Ausschreibung, wenn Produkte eine Leistungsbescheinigung aufweisen. Mit den darin enthaltenen Informationen können Produkte zielgerichtet für den jeweiligen Bedarfsfall ausgewählt werden. Für Schachtabdeckungen und Aufsätze mit dem Gütezeichen RAL-GZ 692 gibt es Leistungsbescheinigungen. Das Gütezeichen RAL-GZ 692 wird von der RAL Gütegemeinschaft Entwässerungstechnik (GET) verliehen. In der GET-Leistungsbescheinigung sind die Leistungen des jeweiligen Produktes dokumentiert und öffentlich einsehbar. Dies ermöglicht der ausschreibenden Stelle Leistungsdaten von Produkten verschiedener Hersteller zu vergleichen und das für den aktuellen Bedarf optimale Produkt zu wählen. Alle Leistungsbescheinigungen für Produkte mit dem RAL Gütezeichen RAL GZ 692 finden sich unter: www.get-guete.de/ leistungsbescheinigungen/kanalguss

derungen der Güterichtlinie RAL-GZ 692 und die Leistungsbescheinigung der Produkte sind der Grund, warum Qualitätsprodukte oft nach RAL-GZ 692 ausgeschrieben werden. GET-Leistungsbescheinigungen informieren unter anderem über: – Sicherung von Deckel und Rost im Rahmen, – Verhalten der dämpfenden Einlage, – 12-monatige Produktbewährung in der Praxis, – Widerstandsfähigkeit gegen Frost-Tau-Wechsel, – Betonanforderungen, Standardisierte Schmutzfängeraufnahmen, Schraubendimensionierung – Korrosionsbeständigkeit der Schrauben, – Fremdüberwachung, Qualitäts- und Umweltmanagementsystem nach DIN EN ISO 9001 und DIN EN ISO 14001, – Brandverhalten – Tragfähigkeit – Kindersicherheit, – Griffigkeit

Tipp der GET für die Ausschreibung Nutzen Planer oder Kommunen bei ihren Ausschreibungen den Zusatz „gemäß den Anforderungen der Gütesicherung nach RAL-GZ 692“, werden die Leistungskriterien ohne großen Aufwand fester Teil der Ausschreibung. Die hohen Qualitätsanfor-

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Unabhängige und akkreditierte Prüfstellen überwachend laufend die Punkte der Leistungsbescheinigung gemäß den Anforderungen der Güterichtlinie RAL-GZ 692 überwacht. www.get-guete.de

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ENTWÄSSERUNGSSYSTEME

Überflutungs-Hot-Spots bei Starkregen: Die neuralgischen Punkte der Straßenentwässerung.

Bild 1

Die aufnehmende Menge an Wasser ist für einen punktuellen Ablauf durch verschiedene Faktoren begrenzt. Normative Vorgaben begrenzen z. B. die maximale Schlitzbreiten an der Oberfläche, damit Fußgänger oder Radfahrer nicht gefährdet werden. Neben geometrischen Eigenschaften der Abläufe spielt beispielsweise auch die Geschwindigkeit des auf der Straße abfließenden Wassers eine maßgebliche Rolle im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit. Kommt also viel Wasser am Ablauf an, schießt ein großer Anteil entweder über den Ablauf hinweg oder daran vorbei. Dies erhöht in der Folge den Zufluss zum nächsten Straßenablauf und führt damit zu einer hohen Wasserspiegelbreite, so dass das Wasser im Verkehrsraum steht. Die Unfallgefahr ist nun an diesen neuralgischen Punkten extrem hoch.

ACO DrainBox – der neue Lösungsbaustein für Überflutungs-Hot-Spots.

Aktueller denn je: Der globale Klimawandel verändert das regionale Niederschlagsgeschehen. Nicht erst seit gestern kommt es vermehrt zu Starkregenereignissen, die in Städten zu Überflutungen führen und große Schäden anrichten können. Um dem entgegenzuwirken, entwickeln viele Kommunen und Städte wassersensible Strategien für die Infrastruktur. Die sich daraus ergebenden Maßnahmen sind vielfältig und der Umgang mit Starkregenereignissen ist je nach Region unterschiedlich. Doch eins haben alle gemeinsam: Den neuralgischen Punkt, die sogenannten Überflutungs-HotSpots.

Zusätzlich erhöhen volle Schlamm-Eimer durch Laub und Dreck dieses Risiko. Bisher wurden Lösungsansätze gewählt wie das Vergrößern der Einlauf-Geometrien, die Erhöhung der Anzahl von Abläufen oder ein Wechsel auf Entwässerungsrinnen. Ein neues und effektives Entwässerungskonzept ergibt sich mit der ACO DrainBox. Dahinter verbirgt sich die Kombination des bekannten Straßenablaufes ACO Combipoint PP und der Hohlbordrinne ACO KerbDrain. ACO Tiefbau führt damit erstmalig systematisch die Punkt- und die Linienentwässerung zusammen.

Nicht nur innerstädtisch, sondern auch außerorts auf Fernstraßen, kommt es bei überfluteten Straßen schnell zu kritischen und gefährlichen Situationen. Zudem stellt Wasser auf der Fahrbahn und das damit u. a. verbundene, sogenannte Aquaplaning immer ein hohes Risiko für den laufenden Verkehr dar.

Kombiniere: Linie trifft Punkt

Wie kommt es zu Überflutungen im Verkehrsbereich? Die Hauptaufgabe der Straße aus Sicht der Entwässerung ist es, anfallendes Regenwasser schnell und sicher abzuführen. Innerstädtisch werden Straßen überwiegend durch Bordsteine begrenzt. Diese dienen zunächst der Begrenzung der Verkehrs fläche. Ferner wird das anfallende Regenwasser aufgrund des Quergefälles zum Bordstein gelenkt und dann in Längsrichtung punktuell über Straßenabläufe („Gullys“) am Straßenrand in die Kanalisation abgeführt. Alternativ können lineare Entwässerungssysteme zum Einsatz kommen, die das Wasser kontinuierlich aufnehmen. Straßenabläufe gibt es in verschiedensten Ausführungs-Varianten. Das Wasser wird zunächst über Einlaufroste, sogenannte Guss-Abdeckungen, in einen kleinen unterirdischen Schacht abgeführt. Ein herausnehmbarer Schlamm-Eimer sorgt dafür, dass Laub und Unrat zurückgehalten werden. Die Tiefe der Schächte kann variieren. Am Tiefpunkt des Schachtbodens befindet sich ein Rohranschluss, welcher den sicheren Abfluss des Wassers gewährleistet. Von hier wird das Wasser über eine Rohrleitung hin zum Sammelkanal unter der Straße geleitet und kann z. B. der Vorflut zugeführt werden.

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Mit der ACO DrainBox bietet ACO Tiefbau den neuen Lösungsbaustein für Überflutungs-Hot-Spots inner- wie außerorts an. Geeignet ist es für die Nachrüstung, die Sanierung und für den Neubau. Dabei wird die bauliche Situation von Gully und Bordstein vor Ort genutzt. So können kritische Überflutungspunkte einfach, schnell und mit herkömmlichen Baugewohnheiten entschärft werden. Der große Vorteil liegt im Umfang der Baumaßnahme. Die Nachrüstung oder Sanierung bedarf wenig Platz, so dass längere Straßenabsperrungen entfallen. Dadurch bleibt der Kosten- sowie Arbeitsaufwand gering. Bestehende Anschlussleitungen oder gar Ablaufschachtunterteile können dabei verwendet werden. Fahrbahnseitig wird der existierende Straßenablauf mit dem Betonbauteilen gegen die Module des ACO Combipoint PP ausgetauscht. Analog zu den Bauteilen der

Bild 2

ACO DrainBox: Linien- und Punktentwässerung kombiniert mit der ACO DRAIN® Hohlbordrinne KerbDrain und dem Straßenablauf Combipoint PP.

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ENTWÄSSERUNGSSYSTEME

(Foto/Abb.: ACO-Tiefbau)

Funktionsweise der ACO DrainBox

Bild 3

ACO DrainBox Road für Autobahnen und Fernstraßen: Kombination von der ACO DRAIN® KerbDrain Road mit dem Straßenablauf Combipoint PP.

DIN 4052 lässt sich dieser deutlicher leichter versetzen. Beim Verbleib des Betonbodenteils vom Ablauf können mittels des neuen Sanierungsadapters die Combipoint-Teile aufgesetzt werden. Je nach Einsatzgebiet stehen verschiedene ACO Multitop Aufsatz-Varianten zu Verfügung.

Der Clou der DrainBox ist die Kombination von beiden Entwässerungssystemen. Das Oberflächenwasser wird sowohl seitlich über die Einlauföffnungen der Hohlbordrinne als auch über den herkömmlichen Straßenablauf aufgenommen. Beide Systeme sind über einen Einlaufkasten miteinander verbunden und können dennoch unabhängig voneinander entwässern. Dadurch erhöht sich signifikant die hydraulische Leistungsfähigkeit und das Wasserspiegelbreite wird auf der Fahrbahn sukzessive vermindert. Mit Hilfe von nur wenigen Metern Hohlbordrinne ergibt sich anhand einer hydraulische Beispielrechnung mit einer angeschlossenen Fläche von 400 m2, einem Abflussbeiwert von 0,9 und einer Regenspende von 110 l/(s*ha) eine Leistungssteigerung von 25 %. Ein weiterer positiver Nebeneffekt bei der Ertüchtigung von Straßenabläufen ist der zusätzliche SchlammEimer im System KerbDrain. Dadurch kann die Gefahr von Verstopfung reduziert werden.

Fazit Die zweite Schlüsselkomponente ist die Hohlbordrinne ACO KerbDrain, die den Bordstein im Bereich des Straßenablaufes ersetzt. Die Kombination von Bordstein und Rinne in einem ergibt die Besonderheit für die ACO DrainBox. Vor dem Punkt ablauf nehmen die seitlichen Öffnungen der Hohlbordrinne entlang des Bordes einen Teil des anströmenden Wassers auf. Dabei ist die Gossenausbildung nicht relevant. Bereits mit ein paar Metern der KerbDrain wird eine signifikante hydraulische Leistungsverbesserung erreicht. Die Verbindung von der Hohlbordrinne zum Straßenablauf erfolgt über den Einlaufkasten und dem Zwischenteil des Straßenablaufes mittels eines Rohrstücks. (Bild 2)

Starker Regen erfordert starke Produktideen. Mit der neuen ACO DrainBox ergibt sich heute ein neues Konzept für bestehende und geplante punktuelle Entwässerungslösungen für Kommunen, Straßen- und Autobahnmeistereien. (Bild 3) Das Abflussgeschehen auf der Straße infolge von Starkregen kann entschärft werden, die Verkehrssicherheit wird gefördert und Überflutungsschäden werden reduziert. Alles in einem ist es ein zukunftsfähiges Produkt bei Überflutungsstrategien der Kommunen und Städte. www.aco-tiefbau.de/drainbox

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ENTWÄSSERUNGSSYSTEME

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(Abb. / Fotos: Otto Graf GmbH)

GRAF EcoBloc Inspect smart Module für Retention und Versickerung

Bild 3

Das einzigartige Design der EcoBloc smart Module begünstigt eine optimale Lastabtragung. Dies ermöglicht trotz hoher Belastungen über lange Zeiträume platzsparende Einbaufenster.

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In den Blockverbund kann der neue EcoBloc Inspect smart Schacht objektspezifisch konfektioniert und integriert werden. Der EcoBloc Inspect Smart Schacht ist ideal als Filter-, Revisions- und Zulaufschacht.

den Einbau mit sehr geringer Erdüberdeckung oder sehr großer Einbautiefe (bis 7,5 m) ist das Modul EcoBloc Inspect smart ultra geeignet. In allen Varianten ermöglicht der Inspektionskanal die Überprüfung der Rigolenmodule. Die integrierte Fahrspur ist für marktgängige Kamerasysteme optimiert. Die Inspizierbarkeit und die Hochdruckspülbarkeit bis 120 bar Wasserdruck wird vom unabhängigen Institut für unterirdische Infrastruktur in unabhängigen Prüfungen bestätigt. Die Verwendung des Upcyclen genannten Premiumrezyklats reduziert gegenüber Rigolen, die aus Primärkunststoff hergestellt werden, die CO2-Emissionen um 2 kg pro kg hergestelltem Kunststoff. Insgesamt werden bei GRAF so pro Jahr 100.000 t CO2-Emissionen gegenüber der Verwendung von neuen Rohstoffen eingespart. Dies entspricht den Emissionen von über 60.000 Autos.

Weltweit klimaneutral lieferbar In Kombination mit dem logistikoptimierten Design können dadurch die EcoBloc Inspect smart Module weltweit klimaneutral geliefert werden. Eine LKW-Ladung entspricht einem Speichervolumen von bis zu 455 m3. Dazu werden die Rigolen- und Schachtelemente auf Paletten ineinander gestapelt. Bild 1

Bild 2

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Das Modul EcoBloc plus ist ideal, um unter einem Schwerlast- und Havariebereich große Speichervolumen mit geringen Erdüberdeckungen oder großen Einbautiefen zu realisieren.

Die platzsparende Anlieferung und Lagerung der EcoBloc Module ist vor allem bei Bauvorhaben mit wenig Lagerflächen, beispielsweise in Innenstädten, von Vorteil.

In den Blockverbund kann der neue EcoBloc Inspect smart plus Schacht objektspezifisch konfektioniert und integriert werden. Der EcoBloc Inspect smart plus Schacht ist ideal als Filter-, Revisions- und Zulaufschacht. Die Eckpositionierung des Schachts ermöglicht den Anschluss großer Rohrquerschnitte an zwei Seitenflächen. Die zentrale Position ist geeignet als Zugang für die Inspektionskamera. Für kreuzende Inspektionskanäle und Drosselablaufschächte wird das bewährte Vario 800 Schachtsystem angeboten. An den Seitenplatten des EcoBloc Inspect smart können Rohre in den Querschnitten DN 100, 125, 150, 200 und 250 angeschlossen werden. Größere Querschnitte werden mit den EcoBloc Adapter-platten (DN 200/250, DN 300/400/500 und DN 600) angeschlossen. Im Zulaufmodul sind Anschlussstutzen in den Querschnitten DN 150/200 und DN 250/300 integriert. Das Zulaufmodul ist um 360° drehbar und kann die Zuleitung mit geringem Aufwand angeschlossen werden. www.graf.info

Bautechnik 98 (2021), Heft 7

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ENTWÄSSERUNGSSYSTEME

Mineralische Beschichtung für Regenüberlaufbecken Regenrückhalte- und Regenüberlaufbecken müssen regelmäßig gereinigt werden. Beschichtet mit StoCrete FB neigen sie weniger zu Verschmutzung und lassen sich optimal säubern – so sinkt der personalintensive Reinigungsaufwand. Besonders nach starkem Regen lagert sich Schmutz aus der Mischkanalisation in Regenrückhalte- und Regenüberlaufbecken ab. Dieser beginnt zu faulen und führt nach kurzer Zeit zu starker Geruchsbelästigung. Deshalb müssen diese Becken mit hohem Personalaufwand gesäubert werden.

ACO DrainBox – Linie trifft Punkt Schon auf den nächsten Starkregen vorbereitet?

(Abb.: StoCretec GmbH)

Mit der ACO DrainBox bieten wir Ihnen ein neuartiges Entwässerungskonzept für Überflutungs-Hot-Spots an.

Systemaufbau StoCrete FB

Mit StoCrete FB beschichtete Flächen weisen eine geringere Verschmutzungsneigung auf und ermöglichen eine einfache Reinigung. Zusätzlich schützt die polymervergütete zementöse Beschichtung die Bausubstanz. Risse werden mit dem elastischen Beschichtungssystem auch bei tiefen Temperaturen dauerhaft überbrückt. Dabei verfügt die mineralische Dichtungsschlämme StoCrete FB über beachtliche Leistungsreserven. Zudem ist das Material beständig gegen thermische Spannungen. So kann der Wechsel von direkter Sonneneinstrahlung im Hochsommer zu schnell einströmendem kaltem Wasser nach Gewitterregen der Oberfläche nichts anhaben. Durch das geprüfte Oberflächenschutzsystem können auch Kohlendioxid, Wasser und die darin gelösten Tausalze nicht in den Beton eindringen. Die Stahlbewehrung ist vor Chlorid- und karbonatisierungsinduzierter Korrosion geschützt. Die mineralische Beschichtung StoCrete FB ist für Becken kronen, Boden- und Wandflächen sowie den Schachtzulauf geeignet. Sie ist schnell und einfach zu verarbeiten und schon nach sieben Tagen voll belastbar. So lassen sich Ausfallzeiten und damit verbundene Kosten reduzieren. www.stocretec.de

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Die neue Kombination aus Linien- und Punktentwässerung Das Oberflächenwasser wird sowohl seitlich über die Einlauföffnungen der Hohlbordrinne als auch über den Straßenablauf aufgenommen. Beide Systeme sind über einen Einlaufkasten miteinander verbunden, wodurch sich die hydraulische Leistungsfähigkeit signifikant erhöht. n Hydraulische Leistungssteigerung durch Kombination

aus Linien- und Punktentwässerung n Erhöhte Wartungssicherheit durch zusätzlichen

Schlammeimer n Ertüchtigung von vorhandenen Straßenabläufen n Förderung der Verkehrssicherheit n Minimierung von Überflutungsschäden

Starker Regen. Starke Produkte. Weitere Informationen: www.aco-tiefbau.de/drainbox

ACO. creating the future of drainage ACO Tiefbau Vertrieb GmbH · Am Ahlmannkai · 24782 Büdelsdorf

Bautechnik 98 (2021), Heft 7 A29

01.07.21 13:11

AKTUELL

FloorBridge® – gegenwärtige und zukünftige Lösungen für Bodenfugen

Bild 1 schematische Darstellung: FloorBridge® Fugenprofil CPS 20/50

Bei Tiefgaragen, Parkdecks sowie Parkhausflächen sollte ein besonderes Augenmerk auf den Übergangsbereich vom Bodenfugenprofil zur Parkhausbeschichtung (OS-Systeme) gelegt werden. Genau hier setzt FloorBridge® an. Die speziell für diese Einsatz bereiche entwickelten Bodenfugenprofile in Carbonfaser-Verbundbauweise vereinen etliche technische Vorteile gegenüber herkömmlichen Fugenprofilsystemen. FloorBridge® Fugenprofile sind absolut frei von Metall und somit 100 % rostfrei und nicht korrosiv – deshalb auch beständig gegen Frost und Tausalz. Da Tausalz und Wasser von außen direkt in Tiefgaragen, auf Parkdecks und Parkhäuser eingetragen wird, ist die Metallfreiheit sowie die wasserdichte Ausführung der FloorBridge® Bodenfugenprofile ein wesentliches Kriterium für einen reibungslosen, wartungsarmen und dauerhaften Betrieb. Durch den ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Fugenprofil sowie angrenzender Parkhausbeschichtung ist ein dichter und kraftschlüssiger Übergang geprüft und sichergestellt.

Für jede Anforderung die passende Detaillösung Wenn es um komplizierte Fugenverläufe geht (Formteile, Hochzug, …), stoßen traditionelle Lösungen für Bodenfugen vermehrt an ihre Grenzen. Nicht mit FloorBridge® – durch die spezielle Situationselastizität der einzelnen Profile im Einbau, wird das FloorBridge® Profilsystem jeder Anforderung gerecht, bietet passende Detaillösungen und bedarf keiner langfristigen Planung im Voraus. Die Carbonfaser-Verbundprofile überzeugen zusätzlich mit ihrer besonders geringen Einbauhöhe und bieten außerdem die Möglichkeit einer individuellen Farbgestaltung der Profilschenkel. Die Montage der vorgefertigten und sofort verfügbaren Profile ist einfach und rasch – diese sind je nach Ausführung innerhalb weniger Stunden wieder vollständig belast- bzw. befahrbar. FloorBridge® Fugenprofile für Parkdecks und Tiefgaragen können sowohl im Neubau als auch in der Sanierung eingesetzt werden.

(Fotos: FloorBridge)

www.floorbridge.com

Bild 2 FloorBridge® Fugenprofil CPS 20/50

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Einsatzbereich auch für Asphalt

Bautechnik 98 (2021), Heft 7

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01.07.21 13:11

AKTUELL

25 Jahre HECO-Schraubanker MULTIMONTI-plus – jetzt auch in Edelstahl A4

(Foto: HECO-Schrauben)

Der Schraubanker MULTI-MONTI-plus von HECO feiert 25-jähriges Jubiläum – und erweiterte dazu sein Sortimentserweiterung: mit dem MULTI-MONTI-plus Schraubanker in Edelstahl. In dieser Variante ist das Montagemittel auch für besonders anspruchsvolle Witterungsverhältnisse geeignet. Außerdem reiht es sich in das Schraubankersortiment mit den meisten Zulassungen ein.

Bild 3

Bild 1

MMS-plus: Das Schraubanker-Sortiment mit den meisten Zulassungen eignet sich unter anderem zur Mehrfachverwendung bei temporären Befestigungen.

Vor 25 Jahren stellte der Hersteller seinen Schraubanker MULTI-MONTI-plus vor – ein multifunktionales Montagesystem. Geringe Einschraubdrehmomente, spreizdruckfreie Verbindungen und Zulassungen für den gerissenen und ungerissenen Beton sowie Mauerwerk machen die MULTI-MONTI-plus heute zu einem der vielseitigsten Schraubanker.

Schraubanker in Edelstahl Schwierigste witterungstechnische Bedingungen stellen insbesondere an Befestigungsmittel hohe Ansprüche. „Die neue Sortimentserweiterung – MULTI-MONTI-plus in Edelstahl-Qualität

Seit 25 Jahren vom Bau nicht mehr wegzudenken: der vielseitig einsetzbare einfach zu montierende Schraubanker MMS-plus von HECO.

A4 – erweist sich hier als sichere Lösung. Sei es zur Befestigung von Geländern, Pfostenhaltern, Markisen, Solaranlagen und Kaminen,“ so Frank Hofer, Produktmanager bei HECO- Schrauben. Die Verwendung der MULTI-MONTI-plus Edelstahlvariante in gerissenem und ungerissenem Beton ist in der ETA 15/0784 Option 1 geregelt. Besondere Vorteile verschafft u. a. ihre BlackCut-Funktions spitze – eine extra hart schwarz phosphatierten Spitze: Sie ermöglicht einen optimalen Hinterschnitt, sorgt für ein besseres Setzverhalten und geringes Einschraubdrehmoment. So lässt sich der Schraubanker sicher verankern. Speziell für die Verkehrsinfrastruktur, insbesondere zur Verwendung in Tunnelbauten, gibt es die MULTI-MONTI-plus auch in HCR-Edelstahl. Alle weiteren Einsatzmöglichkeiten und Vorteile sind auf dem HECO YouTube-Kanal hier im Video veranschaulicht: https://www.youtube.com/ watch?v=eJM3kD0qUsY.

Gesamtsortiment für nahezu jede Anwendung

Bild 2 Für den Außen bereich und auch unter schwierigsten Witterungsbedingungen optimal geeignet: der Schraubanker MMS-plus in Edelstahl A4.

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Das Gesamtsortiment der MMS-plus, in Edelstahl und verzinkt, bildet das größte zugelassene Schraubanker-Sortiment mit einem Durchmesser von 6 – 20 mm. Die Durchmesser von 10 – 20 mm verfügen zusätzlich über eine Seismik-Zulassung. Die Zulassungen decken insbesondere auch die Verwendung in Mauerwerk unter Brandbeanspruchung ab. Des Weiteren ist die MULTI-MONTI-plus auch in Kalksandvollstein, Kalksand lochstein und Leichtbeton zugelassen. Für die Verankerung in Mauerwerk liegt eine Allgemeine Bauartgenehmigung Z-2.1-2103 vor. Mit diesen Eigenschaften ist die seit 25 Jahren bewährte Befestigungslösung des Herstellers für besonders viele Montagearten geeignet. www.heco-schrauben.de

Bautechnik 98 (2021), Heft 7 A31

01.07.21 13:11

AKTUELL

Modernes und solides Mauerwerk ist mehr als die Summe seiner Steine.

(Foto: Bisotherm)

Moderne und langlebige Mauerwerkssysteme benötigen aufeinander abgestimmte Steine und (Mauer-) Mörtel. Ob Dünnbett-, Leicht-, Normal- oder Kimm-Mörtel – Bisotherm bietet als innovativer Hersteller im Segment der (Leicht-)Betonwandbausteine für jedes seiner Mauerwerksysteme den passenden Mörtel an. Bisotherm bietet einen speziell entwickelten wärmedämmenden Kimm-Mörtel an, welcher primär auf den Einsatz im Mauerwerksbau mit Plansteinen ausgerichtet ist. Passend dazu bietet das Unternehmen verschiedene Kimmsteine an. Diese sorgen in Verbindung mit dem wärmedämmenden Kimm-Mörtel M10 zuverlässig für eine bauphysikalisch und baukonstruktiv einwandfreie Wandfußpunktausbildung. Bei Gebäuden ohne Unterkellerung bzw. ohne entsprechende Dämmung unter der Kellerdecke spielt der vertikale Wärmeübergang zwischen diesen Bauteilen und dem aufgehenden Mauerwerk der Innenwände eine wichtige Rolle. Dieser vertikale Wärmeübergang macht sich besonders bei Innenwänden aus schweren, hochfesten Steinen mit hoher Wärmeleitfähigkeit bemerkbar und muss in der Regel unterbrochen werden. Als Lösung für dieses bauphysikalische Detail hat Bisotherm spezielle monolithische Kimmsteine in der Steinfestigkeitsklasse 12 mit der Steinrohdichte 1,10 kg/dm³ und Wärmeleitfähigkeit λB = 0,31 W/mK entwickelt.

Der Wandfußpunkt von Mauerwerkskonstruktionen ist ein Detail, welches oftmals besondere Herausforderungen zu erfüllen hat. Zur optimalen Ausführung bietet Bisotherm den wärmedämmenden Kimm-Mörtel M 10 und Kimmsteine.

Als Bindeglied zwischen Betonplatte und dem aufgehenden Mauerwerk schwerer Wände sorgt der Bisotherm-Kimmstein in Verbindung mit dem wärmedämmenden Kimm-Mörtel M10 aus demselben Hause dafür, dass die Wärmebrücke an dieser Stelle minimiert wird. Der Kimm-Mörtel des Herstellers wird zum Ausgleich der Unebenheiten der Betonplatte in einer Schichtdicke bis zu 3 cm aufgebracht und die erste Steinlage (Kimmsteine) darauf in Längs- und Querrichtung exakt planeben ausgerichtet. Da der wärmedämmende Kimm-Mörtel der Mörtelklasse M10 nach DIN EN 998-2 entspricht, kann er sowohl unter jedem Plansteinmauerwerk als auch unter Mauerwerk der Steinfestigkeitsklasse 12 und 20 eingesetzt werden. www.bisotherm.de

Kompetenz-Plattform für die bautechnische Gesamtplanung: 1. Fachkongress Konstruktiver Ingenieurbau Erstmals veranstaltet die Technische Akademie Esslingen (TAE) am 28. und 29. September 2021 einen Fachkongress für die bautechnische Gesamtplanung. Zielsetzung und Festlegung der Themen sowie Begutachtung und Aus-wahl der Beiträge für die Tagung erfolgte durch einen unabhängigen Programausschuss anerkannter Experten unter der Leitung von Frau Prof. Dr.-Ing. Irmgard LochnerAldinger, Hochschule Biberach. Der neue Kongress bietet mit mehr als 40 Fachvorträgen und Keynotes eine inspirierende Kompetenz-Plattform für die bautechnische Gesamtplanung zu den Themen: Entwurf, Konstruktion, Material, Ressourceneffizienz, Nachhaltigkeit und Digitalisierung. Vorgestellt werden u. a. neue Materialien, Methoden, Entwurfs- und Fertigungsverfahren sowie innovative nationale und internationale Projekte. Eine interdisziplinär besetzte Podiumsdiskussion verspricht interessante Blickwinkel auf Zukunftsperspektiven im Konstruktiven Ingenieurbau. „Der Konstruktive Ingenieurbaus ist extrem vielseitig und ständig im Wandel. Die Grenzen zwischen Entwurf, Konstruktion und Umsetzung verschmelzen. Auseinanderstrebende Disziplinen der Architektur, des Bauingenieurwesens und der Bauindustrie finden zunehmend wieder zusammen. Mit dem neuen

A32

Kongress begleiten wir diesen Wandel und bieten allen Beteiligten eine gemeinsame Kompetenz-Plattform,“ so Gregor Reichle, Geschäftsfeldleiter Bauwesen an der TAE. Der Kongress mit begleitender Ausstellung richtet sich an Fachund Führungskräfte in Ingenieurbüros und der technischen Gebäudeausrüstung sowie von Bauunternehmen, Baustoffhersteller, Bauverwaltungen, Behörden, Forschungseinrichtungen und Softwareentwickler.

Infobox Die Technische Akademie Esslingen (TAE) ist seit über 60 Jahren für Unternehmen und Privatpersonen internationaler Partner für effektive Aus- und Weiterbildung im Bereich der beruflichen, berufsbegleitenden und berufsvorbereitenden Qualifizierung. Aktuell nutzen mehr als 10.000 Unternehmen das breit gefächerte Bildungsangebot der TAE. Seminare, Zertifikatslehrgänge, Fachtagungen und digitale Lernangebote gehören ebenso zum Leistungsspektrum, wie berufsbegleitende Studiengänge und die medizinisch-technische Ausbildung an der Zweigstelle MTAE (Medizinisch Technische Akademie Esslingen). Weiterführende Infos und Anmeldung unter: www.tae.de/go/konstruktiv

Bautechnik 98 (2021), Heft 7

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01.07.21 13:11

AKTUELL

50-jähriges Jubiläum SSF Ingenieure am 1. Juli 2021

(Fotos: Florian Schreiber Fotografie)

Die SSF Ingenieure AG setzt Großprojekte in Deutschland und weltweit planend, steuernd und überwachend um, u. a. die BMW Welt München, die Strelasundquerung nach Rügen, den Lückenschluss der U5 in Berlin, UBahnen in Dehli, Algier und Doha, die 2. S-Bahn-Stammstrecke in München, die Modernisierung des Hauptbahnhofs Dresden und den Neubau einer Eisenbahnlinie von Dar es Salam zum Victoriasee in Tansania. München – Im Bauboom der 1970er Jahre in München gegründet, hat sich die SSF Ingenieure AG zu einem der führenden deutschen Bauingenieurgesellschaften entwickelt. Das Unternehmen blickt mittlerBild 2 Strelasundquerung weile auf 50 erfolgreiche Jahre zurück. In dieser Zeit hat SSF unzählige Bauprojekte geplant, gesteuert und überwacht und damit Brücken, Tunnel, Bahnhöfe und HochNiederlanden, die Planung der Metro Green Line in Doha, der bauten in Deutschland sowie weltweit geprägt und vorangeNeubau des Volkstheaters in München oder die Erweiterung bracht. der U5 in Berlin. Aus der Motivation heraus optimale technische Lösungen für Brücken und andere Ingenieurbauwerke zu entwerfen, gründete Victor Schmitt gemeinsam mit Dieter Stumpf im Jahr 1971 die Schmitt & Stumpf GbR. Nach dem Eintritt von Wolfgang Frühauf im Jahr 1988 folgte die Umbenennung in Schmitt Stumpf Frühauf und Partner GmbH, aus der die heute bestehende SSF Ingenieure AG hervorging. Aktuell entwickeln mehr als 300 Ingenieure, Architekten, Kon strukteure und fachübergreifende Spezialisten intelligente und kreative Lösungen für effizientes Bauen, funktionale Bauwerke, leistungsfähige Infrastrukturanlagen und elegante Gebäude.

Großprojekte in München, Deutschland und weltweit SSF Ingenieure haben den schöpferischen, planerischen und bautechnischen Prozess unzähliger Bauwerke und Infrastrukturprojekte begleitet, die das Erscheinungsbild ihrer Städte und den Alltag der Einwohner maßgeblich beeinflussen. Dabei ist die gesellschaftliche Aufgabe stets Leitbild und Motivation von SSF Ingenieure. So zum Beispiel die BMW Welt in München, die sich mit jährlich mehr als 2 Mio. Besuchern zum Publikumsmagnet in Bayern entwickelt hat. Weitere Großprojekte sind die Strelasundquerung nach Rügen und die IJsselbrücke in den

Forschung im Verbundbrückenbau: Wegweisende Entwicklungen für die Bauindustrie Als eines der ersten Bauingenieurbüros richtete SSF Ingenieure einen eigenen Fachbereich für Forschung und Entwicklung ein – eine richtungsweisende Entscheidung für die beratende Ingenieurgesellschaft, die auf den konstruktiven Ingenieurbau spezialisiert ist. Die Ingenieurgesellschaft entwickelt in Kooperation mit Hochschulen, Forschungsinstitutionen und Baufirmen neue Lösungen für effiziente Brückenbauweisen. So z. B. die Verbund-Fertigteil-Bauweise (VFT-Bauweise), die heute zu den erfolgreichsten Innovationen von SSF Ingenieure zählt. Mit der VFT-Bauweise und einer Vielzahl daran anschließender technischer Neuerungen und Innovationen, insbesondere im Verbundbrückenbau, übernimmt SSF Ingenieure eine Vorreiterrolle für die gesamte Bauingenieurbranche. www.ssf-ing.de

SSF Ingenieure AG SSF Ingenieure AG ist eine der führenden deutschen Inge nieurgesellschaften, die ihren Kunden ein interdisziplinäres Netz hochwertiger Lösungen auf allen Gebieten des Bau ingenieurwesens bietet. Mehr als 300 Ingenieure, Architekten, Konstrukteure und fachübergreifende Spezialisten entwickeln intelligente und kreative Lösungen für effizientes Bauen, funktionale Bau werke, leistungsfähige Infrastrukturanlagen und elegante Gebäude.

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BMW Welt München

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Als Ingenieure sind wir der Form- und Gestaltfindung verpflichtet. Wir setzen Materialien und Baustoffe der Gegenwart und Zukunft ökonomisch, ökologisch und kreativ ein. Transparente und leichte Bauwerke, klare und zurückhaltende Konstruktionen sowie sorgfältige Durchbildungen der baulichen Einzelheiten entsprechen unserem Bestreben nach hoher Wirtschaftlichkeit, Effizienz, Funktionalität und Schönheit.

Bautechnik 98 (2021), Heft 7 A33

01.07.21 13:11

Anbieterverzeichnis

Produkte & Dienstleistungen

n Kopfbolzendübel

Balkondämmelemente

Schöck Bauteile GmbH Vimbucher Straße 2 76534 Baden-Baden Tel. (0 72 23) 9 67-0 Fax (0 72 23) 9 67-4 50 e-Mail: info@schoeck.de Internet: www.schoeck.de

Baudynamik n Schwingungsisolierung

REGUPOL BSW GmbH Am Hilgenacker 24 D-57319 Bad Berleburg Tel. (02751) 803-124 E-Mail: info@regupol.de Internet: www.regupol.de PUR-Schaum und hochelastischer Polyurethankautschuk zur Schwingungsisolierung

KRAIBURG PuraSys GmbH & Co. KG Porschestraße 1 • 49356 Diepholz Tel. +49 (0) 54 41 59 54 - 0 info@kraiburg-purasys.com www.purasys.com Lösungen aus PUR

GERB Schwingungsisolierungen GmbH & Co. KG Elastische Lagerung/Schwing böden/Raum-in-Raum-Lösungen/ Schwingungstilger/Erdbebenschutz u.v.m. Berlin: +49 30 4191-0 Essen: +49 201 26604-0 info@gerb.com GERB.COM

Getzner Werkstoffe GmbH Herrenau 5 6706 Bürs Österreich T +43-5552-201-0 F +43-5552-201-1899 E-Mail: info.buers@getzner.com Internet: www.getzner.com Sylomer® und Sylodyn®: PUR-Werkstoffe zur Schalldämmung

Bauelemente n Spannausrüstungen, Spannverankerungen und Zubehör

Paul Maschinenfabrik GmbH & Co. KG Max-Paul-Straße 1 88525 Dürmentingen/Germany Phone: +49 (0) 73 71/5 00-0 Fax: +49 (0) 73 71/5 00-1 11 Mail: stressing@paul.eu Web: spannbeton.paul.eu

Befestigungs technik n Edelstahl

TOBSTEEL GmbH Rudolf-Diesel-Str. 8 D-74613 Öhringen T: +49 (0) 7941 6073-0 F: +49 (0) 7941 6073-500 info@tobsteel.com www.tobsteel.com Verbindungselemente aus Edelstahl und hochkorrosionsbeständigen Sonderwerkstoffen.

KÖCO Köster + Co. GmbH Postfach 1364 D-58242 Ennepetal Tel. (0 23 33) 83 06-0 Fax (0 23 33) 83 06-78 E-Mail: info@koeco.net www.koeco.net

n Grundbau

DC-Software Doster & Christmann GmbH Rubensstraße 13 D-81245 München E-Mail: service@dc-software.de Internet: www.dc-software.de

n Software für den Verbundbau

Brandschutz n Brandschutzbeschichtungen

Rudolf Hensel GmbH Lack- und Farbenfabrik Brandschutzsysteme für Stahl, Beton, Schott, Holz, Kabel, Fugen und Industrie Tel. +49 (0)40 / 72 10 62-44 www.rudolf-hensel.de

EDV/Software

mb AEC Software GmbH Europaallee 14 67657 Kaiserslautern Tel. 0631 550999-11 Fax 0631 550999-20 info@mbaec.de www.mbaec.de

CAD-SCHULUNG-BERLIN Schulung für ViCADo Weydingerstr. 14–16 D-10178 Berlin www.cad-schulung-berlin.de Tel: 0172-313-55-22

Kretz Software GmbH Europaallee 14 67657 Kaiserslautern Tel. 0631 550999-11 Fax 0631 550999-20 info@kretz.de www.kretz.de

Estrichdämmung

REGUPOL BSW GmbH Am Hilgenacker 24 D-57319 Bad Berleburg Tel. (02751) 803-124 E-Mail: info@regupol.de Internet: www.regupol.de Trittschalldämmung für hoch belastbare Estriche mit bauaufsichtlicher Zulassung.

Fachliteratur

Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG Rotherstraße 21 D-10245 Berlin Tel. +49 (0)30 47031 200 Fax +49 (0)30 47031 270 E-Mail: info@ernst-und-sohn.de Internet: www.ernst-und-sohn.de

Mit Ihrer Eintragung im Anbieterverzeichnis erreichen Sie planende und ausführende Bauingenieure. Kontakt: Tel. (030) 47031-254, Fax (030) 47031-230 A34

Bautechnik 98 (2021), Heft 7

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01.07.21 13:11

Fassade

Ingenieurholzbau

Schöck Bauteile GmbH Vimbucher Straße 2 76534 Baden-Baden Tel. (0 72 23) 9 67-0 Fax (0 72 23) 9 67-4 50 e-Mail: info@schoeck.de Internet: www.schoeck.de

Geotechnik/ Spezialtiefbau

Trittschalldämm elemente

W. u. J. Derix GmbH & Co. Dam 63 | 41372 Niederkrüchten Telefon: +49 (0)2163 8988-0 Telefax: +49 (0)2163 8988-87

Schöck Bauteile GmbH Vimbucher Straße 2 76534 Baden-Baden Tel. (0 72 23) 9 67-0 Fax (0 72 23) 9 67-4 50 e-Mail: info@schoeck.de Internet: www.schoeck.de

Poppensieker & Derix GmbH & Co. KG Industriestraße 24 | 49492 Westerkappeln Telefon: +49 (0)5456 9303-0 Telefax: +49 (0)5456 9303-30 info@derix.de ∙ www.derix.de

n B augrundverbesserung/ Bodenstabilisierung Querkraftdorne

Laumer GmbH & Co. CSV Bodenstabilisierung KG D-84323 Massing Tel. (0 87 24) 88-9 00 Fax (0 87 24) 88-8 60 info@laumer.de www.laumer.de

Schöck Bauteile GmbH Vimbucher Straße 2 76534 Baden-Baden Tel. (0 72 23) 9 67-0 Fax (0 72 23) 9 67-4 50 e-Mail: info@schoeck.de Internet: www.schoeck.de

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25.02.2021 16:18:36

Bautechnik 98 (2021), Heft 7 A35

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Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Mauerwerk e.V. (DAfM)

2019 · 24 Seiten · 4 Tabellen

Nichttragende innere Trennwände aus Mauerwerk

DAfM Richtlinie – Nr. 1

Nichttragende innere Trennwände aus Mauerwerk

DAfM Richtline – Nr. 1 

fasst die für Mauerwerk relevanten Regelungen, Bemessungsgrundlagen und Ausführungsdetails für nichttragende innere Trennwände zusammen

Schlitze und Aussparungen in Mauerwerk DAfM Richtlinie Nr. 2  

DAfM Richtlinie – Nr. 2

Schlitze und Aussparungen in Mauerwerk

aktuelle Regelungen zusammengefasst, erläutert und graﬁsch aufgearbeitet mit Hinweisen und Erläuterungen in Bezug auf DIN EN 1996-1-1 bzw. DIN EN 1996 1 1/NA

Tragfähigkeit unbewehrter Mauerwerksdruckglieder bei zweiachsig exzentrischer Beanspruchung

DAfM Schriftenreihe – Heft 2

DAfM Schriftenreihe Heft 2  

Softcover ISBN 978-3-433-03318-0 € 24,90*

Tragfähigkeit unbewehrter Mauerwerksdruckglieder bei zweiachsig exzentrischer Beanspruchung

speziell auf Mauerwerksdruckglieder zugeschnitten neue Erkenntnisse, in Graﬁken und Diagrammen anschaulich aufbereitet

12/2020 · ca. 24 Seiten · ca. 4 Abbildungen · ca. 7 Tabellen Softcover ISBN 978-3-433-03322-7 ca. € 24,90*

2020 · 174 Seiten · 91 Abbildungen · 12 Tabellen Softcover ISBN 978-3-433-03324-1 € 59*

Valentin Förster

(Dübel-) Versuche am Bauwerk in Mauerwerk: Aktuelle Regelungen für Kunststoffdübel und Metall-Injektionsanker zur Verankerung im Mauerwerk

DAfM Schriftenreihe – Heft 4

(Dübel-) Versuche am Bauwerk in Mauerwerk

DAfM Schriftenreihe Heft 4

12/2020 · ca. 190 Seiten · ca. 12 Tabellen Softcover ISBN 978-3-433-03347-0 ca. € 59*

Aktuelle Regelungen für Kunststoffdübel und Metall-Injektionsanker zur Verankerung im Mauerwerk

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ergänzend zur Darstellung des Regelwerks für die „Durchführung und Auswertung von Versuchen am Bau“ wird deren Anwendung anhand von drei Praxisbeispielen im Detail erläutert

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3 in 1: der Eurocode (EC), der Nationale Anhang (NA), der Kommentar EC6 und NA als verwobenes Dokument (konsolidierte Normfassung)

KOMMENTAR

Der Übergang von der nationalen deutschen Bemessungsnorm DIN 1053 auf den Eurocode 6 in Form der DIN EN 1996 war eine der gravierendsten Änderungen für die Bemessung von Mauerwerkskonstruktionen im letzten Jahrzehnt. Die wesentliche bauaufsichtliche Einführung der europäischen Bemessungsnorm in den deutschen Bundesländern erfolgte in den Jahren 2012 und 2013. Die mit dieser kommentierten Fassung vorgelegte Aufbereitung des Eurocode 6 soll den in der Praxis tätigen Tragwerksplanern und Bauausführenden vor allem die Einarbeitung in das europäische Regelwerk erleichtern und damit einen Beitrag für eine einfache und praxisnahe Anwendung von Mauerwerk leisten. Alle in Deutschland gültigen Teile des Eurocode 6 (DIN EN 1996-1-1:2013-02, DIN EN 1996-1-2:2011-04, DIN EN 1996-2:2010-12 und DIN EN 1996-3:2010-12) sowie die zugehörigen Festlegungen in den Nationalen Anhängen für Deutschland (DIN EN 1996-1-1/NA:2019-12, DIN EN 1996-1-2/NA:2013-06, DIN EN 1996-2/NA: 2012-01 und DIN EN 1996-3/NA:2019-12) sind in diesem Werk zu einer konsolidierten Fassung zusammengeführt und mit hilfreichen Kommentierungen versehen. Die nationalen Regelungen sind farbig unterlegt. Überﬂüssige Textteile, wie beispielsweise Anmerkungen, die durch nationale Regeln ersetzt wurden, oder Absätze und Anhänge, die in Deutschland nicht gelten, werden bewusst ausgelassen, die betroffenen Stellen aber durch entsprechende Kennzeichnungen für die Leser nachvollziehbar dokumentiert. Damit liegt dem in der Praxis tätigen Ingenieur ein in sich stimmiges Gesamtdokument vor, welches integral alle für die Bemessung, Konstruktion und Ausführung von Mauerwerksbauten zu beachtenden Vorschriften beinhaltet.

www.beuth.de

www.ernst-und-sohn.de

Eurocode 6

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2020 · 250 Seiten · 8 Abbildungen · 64 Tabellen

DAfM (Hrsg.)

Eurocode 6 – DIN EN 1996 mit Nationalen Anhängen: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten Kommentierte Fassung

Jürgen H. R. Küenzlen Eckehard Scheller Rainer Becker Thomas Kuhn

Eurocode 6 DIN EN 1996 mit Nationalen Anhängen: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten Kommentierte Fassung

Softcover ISBN 978-3-433-03227-5 € 116* eBundle (Print + PDF) ISBN 978-3-433-03228-2 € 150*

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20.10.2020 11:13:24 01.07.21 13:11

Bernd Wagenbach

EDITORIAL

Liebe Leserinnen und Leser, fragen Sie sich nicht auch, wie wir künftig reisen werden? Oder welche Einflüsse die Digitalisierung auf unsere Mobilität, unser Arbeitsumfeld und unsere Arbeitsprozesse haben? Dann bekommen Sie mit dieser Ausgabe der „Bautechnik“, die sich den Themen „Infrastrukturprojekte, Verkehrswegebau und Mobilität“ widmet, Antworten auf einige Ihrer Fragen. 2020 und 2021 waren und sind außergewöhnliche Jahre. Sie haben uns gezeigt, dass nicht alles in dem Maße planbar ist, wie wir es als Ingenieure und Planer in der Vergangenheit gewohnt waren. Herausforderungen gibt es in unserer Branche – und nicht nur hier – immer wieder. Aber die Pandemie, die uns nun seit Frühjahr 2020 in Atem hält, hat uns alle in einem besonderen Maße gefordert und den begonnenen Wandel – hin zu einer digitalen Welt – beschleunigt.

Bernd Wagenbach

Wir sind in einer Branche tätig, in der man im Gegensatz zu vielen anderen Berufsbereichen auch in den vergangenen Monaten weiterhin Projekte bearbeiten und begleiten durfte und unseren Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern ihre Arbeit und damit ihre Arbeitsplätze erhalten blieben. Subjektiv betrachtet waren seit März des vergangenen Jahres unsere Leistungen in den Projekten, trotz geänderter Randbedingungen, intensiver und effektiver als zuvor. Die IT-Spezialisten sowohl auf Seiten der Auftraggeber als auch in unseren Häusern haben Enormes geleistet! Das mobile Arbeiten war innerhalb weniger Tage flächendeckend technisch möglich und hat sich einen festen Platz in unserer vom steten Wandel geprägten Arbeitswelt geschaffen. Zu keiner Zeit haben sich Veränderungen und Entwicklungen so schnell voll zogen, wie in den vergangenen fast 1 ½ Jahren. Ohne einen mutigen Schritt in eine neue Form der Zusammenarbeit mit digitalen Werkzeugen würden wir heute sicherlich unter deutlich stärkeren Auswirkungen der Pandemie leiden. Die Digitalisierung im Planungsbereich hat in den vergangenen Jahren und Monaten einen enormen Schub erhalten. Wir begrüßen es sehr, dass sich die Mehrzahl unserer Auftraggeber der digitalen Entwicklung nicht verschließen, die konventionellen Planungsmethoden auch innerhalb der Projektprozesse zurückdrängen und uns mit teilweise hohen Anforderungen auf dem Weg zur umfassenden Digitalisierung unserer Planungs- und Arbeitsprozesse nach vorne treiben. Mit weitestgehender Digitalisierung und künstlicher Intelligenz lassen sich Prozesse beschleunigen, Fehleranfälligkeiten minimieren, eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit erzielen und kollaborative Projektwelten mit partnerschaftlichen Ansätzen fördern. Es liegt in unserer Verantwortung, mit diesen neuen Prozessen und Denkweisen ein zukunftsfähiges, nachhaltiges und lebenswertes Arbeits- und Projektumfeld zu schaffen. Auch wir Ingenieure und Techniker wollen fühlen, riechen und schmecken; ein „digitales Feierabendbier“ wird dies nicht leisten können. Insofern achten auch Sie in Ihren Unternehmen auf die Beibehaltung der analogen Unternehmens kultur, die ihre Wurzeln in einer gelebten analogen Kommunikation hat. In Anbetracht des rasanten Wandels stellen wir uns zunehmend die Fragen nach einer nachhaltigen und damit zukunftsfähigen Ausrichtung unserer Unternehmen. Benötigen wir bei Beibehaltung des mobilen Arbeitens noch die heute bereits existenten Büroflächen in diesem Umfang? Wie sieht das Planungsbüro der Zukunft aus? Gibt es nur noch Team- und Kommunikationsbereiche, Denkzellen und Ent

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EDITORIAL

spannungsinseln? Ist unser Leistungsangebot zukunftsfähig oder müssen wir Neues wagen? Eine Vielzahl an interessanten Fragestellungen, die wir in kurzer Zeit angehen und beantworten müssen. Dies bedeutet abermals eine Herausforderung an uns, bietet jedoch ebenso eine Möglichkeit, innovativ Neues zu gestalten und unsere eigenen Wertigkeiten mit einzubringen. Wie ändert sich die Mobilität? Dieser Fragestellung nach der Veränderung des Grundbedürfnisses des Menschen, mobil zu sein, widmen sich zahlreiche Zukunftsforscher und Fachgremien. Wird der Verkehr in unseren Metropolregionen zukünftig auf der Basis von Echtzeitdaten, wie es im Beitrag von Dr.-Ing. Michael Benz in dieser Ausgabe beschrieben wird, gesteuert? Worin bestehen die künftigen Anforderungen an unsere Planer der Verkehrsinfrastruktur? Welche Verkehrs systeme sind künftig bei der Konzeption intermodaler Verknüpfungspunkte zu berücksichtigen? Folgen wir dem bereits existierenden Gedanken der Anordnung von Induktionsfeldern in Verkehrsflächen, die eine Versorgung von Elektroautomobilen quasi im Fahren oder im Parkhaus gewährleisten? Wie wird sich der Passagierluftverkehr entwickeln? Vereint werden wir hierauf Antworten finden. Mit großem Respekt begegnen wir den Bauherrn, die sich gemeinsam mit uns den zahlreichen Fragen widmen und mit Vertrauen in die Zukunft ihre Entwicklung selbstgestaltend in die Hand nehmen. Das in dieser Ausgabe präsentierte Projekt „Terminal 3 am Flughafen Frankfurt/Main“ steht beispielhaft für den Willen und das Vertrauen, trotz aller derzeitigen Widrigkeiten und Unsicherheiten, in die Sicherstellung der Mobilität von morgen zu investieren. Die Straßenverkehrs- und Schienenverkehrsinfrastruktur, das Rückgrat unserer Mobilität, ist von den mit der zunehmenden Digitalisierung einhergehenden Veränderungen in den Prozessen und verkehrlichen Aufgabenstellungen ebenfalls betroffen. Da sich insbesondere die Großprojekte der Verkehrsinfrastruktur meist über einen langen Planungs- und Realisierungszeitraum entwickeln, sind diese den kurzzeitigen Schwankungen und Veränderungen weniger ausgesetzt. Umso wichtiger ist es aber, dass der Blick auf die Verkehrsbedürfnisse der Zukunft und die Nachhaltigkeit des Projektes zu keinem Zeitpunkt aus den Augen verloren wird und bei Bedarf auch vorausschauende Anpassungen vorgenommen werden. Dem absehbaren Wandel proaktiv zu begegnen; dies ist die Herausforderung der großen Verkehrsinfrastrukturbetreiber. Ich möchte mich herzlich bei den Autoren dieser Ausgabe für die interessanten und kurzweiligen Beiträge bedanken und wünsche Ihnen, liebe Leserinnen und Leser, dass Ihnen das vorliegende Heft ebenso viel Freude bereitet wie uns. Zudem hoffe ich, dass wir die Pandemie bald überwunden haben und wir uns wieder dem „normalen“ Alltag widmen können. Bleiben Sie gesund und denken Sie daran, dass es gerade in der jetzigen Zeit wichtiger denn je ist, mit Vertrauen in die Zukunft zu schauen.

Bernd Wagenbach Sprecher der Geschäftsführung Schüßler-Plan Ingenieurgesellschaft mbH Frankfurt/Main

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Bautechnik 98 (2021), Heft 7

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AUFSATZ

Andreas Stollwitzer, Josef Fink

Dämpfungskennwerte des Schotteroberbaus auf Eisenbahnbrücken

AUFSATZ ARTICLE

DOI: 10.1002/bate.202000092

Teil 1: Vertikale Relativbewegungen im Schotteroberbau Der Einfluss des Schotteroberbaus auf das dynamische Verhalten von Eisenbahnbrücken ist nach wie vor noch mit Unklarheiten behaftet und ein wesentlicher Grund für die in der inge nieurpraktischen Brückendynamik fortwährend thematisierte Diskrepanz zwischen Messung und Rechnung. Hinsichtlich der Berücksichtigung seiner Steifigkeits- und insbesondere seiner Dämpfungseigenschaften in dynamischen Berechnungen steht zwar eine weite Bandbreite an Rechenmodellen zur Verfügung, die zugehörigen Kennwerte streuen jedoch enorm und verdeutlichen insofern die Notwendigkeit einer gezielten Erforschung des vom Brückentragwerk getrennten Schotteroberbaus. Eine an der TU Wien entwickelte Versuchsanlage, welche eine dynamische Analyse des isolierten Schotteroberbaus ermöglicht, dient als Grundlage für die Bestimmung von dynamischen Kennwerten. Mit dem Fokus auf Energiedissipation infolge vertikaler Relativbewegungen im Schotteroberbau werden aufbauend auf den Reibungsmechanismen im Schotter und unter Kombination von Theorie und Empirie Dämpfungskennwerte bestimmt. Die ermittelten Kennwerte zeigen eine klare Beschleunigungsabhängigkeit und repräsentieren einen Teil aspekt eines umfassenderen Rechenmodells.

Damping parameters of ballasted track on railway bridges – part I: vertical relative displacements in the ballast The effects of the ballasted track on the dynamic properties of railway bridges have been the focus of pertinent scientific discourse up to the present. The discrepancies between dynamic calculations and measurements have thus constituted core challenges in railway bridge engineering to this very day. A wide range of mechanical models allows for dynamic calculation of bridge vibrations. However, pertinent parameters vary considerably and thus call for targeted research of ballasted track. Such focused and isolated analysis of the dynamic behaviour on railway bridges is conducted at a special largescale test facility at TU Wien. This paper focuses on the energy dissipation as a result of vertical displacements in the ballasted track with special consideration of damping parameters gained from combined theoretical and empirical calculations. The core parameters thus obtained show a significant dependency on the acceleration level. They are subsequently integrated into a comprehensive, detailed model.

Stichworte Brückendynamik; Eisenbahnbrücken; Schotteroberbau; Versuche; Dämpfung; Energiedissipation

Keywords bridge dynamics; railway bridges; ballasted track; experiments; damping; energy dissipation

1 Einleitung

Laufmeter und Dämpfung (Lehr’sches Dämpfungsmaß) zurückgegriffen, welches das Brückentragwerk und den Schotteroberbau in einem Gesamtbalken integriert [3–5]. Detailliertere mechanische Modelle der Brücke, bestehend aus Tragwerk (als Euler-Bernoulli-Balken) und gesondertem Schotteroberbau als über Feder-Dämpferelemente gekoppelte Massen, werden normativ in der EN 1991-2 [6] und in [7] angegeben, jedoch nur mit vereinzelter Festlegung zugehöriger Steifigkeits- und Dämpfungskennwerte. Darüber hinaus werden in der Ingenieur praxis verschiedene Schotteroberbaumodelle mit unterschiedlichen Detaillierungsgraden verwendet; die Komplexität der Modelle und die ausgesprochen hohe Streuung der zugehörigen Kennwerte stehen hingegen dem vorherrschenden Interesse an einem einfach zu handhabenden und praktisch allgemein anwendbaren Rechenmodell mit adäquaten und realitätsnahen Kennwerten diametral gegenüber.

Unter Hochgeschwindigkeitsverkehr können bei Eisenbahnbrücken auftretende Resonanzerscheinungen u. U. negative Konsequenzen nach sich ziehen, wie z. B. Schäden durch Materialermüdung am Tragwerk, Destabilisierung des Oberbaus, Gleisfehllagen und damit sogar potenzielle Entgleisungsgefahr. Hinsichtlich einer rechnerischen Prognose dieser Resonanzerscheinungen wird in der ingenieurpraktischen Brückendynamik das Schwingungsverhalten des Tragwerks rechnerisch vielfach überschätzt, wobei die Steifigkeits- und insbesondere die Dämpfungseigenschaften des Schotteroberbaus und seine Berücksichtigung in dynamischen Berechnungen wesentliche Einflussfaktoren darstellen. Eine Kausalität für die komplexe und partiell signifikante Diskrepanz zwischen Rechnung und Messung [1, 2] ist darauf zurückzuführen, dass dem/der zuständigen Brückeningenieur/-in eine Vielzahl an Rechenmodellen und darauf abgestimmten Kennwerten zur Verfügung stehen, welche sich jedoch z. T. essenziell voneinander unterscheiden. Bei der Modellbildung der Brücke wird vorzugsweise auf das einfachste Modell des Euler-Bernoulli-Balkens mit den Eigenschaften Spannweite, Biegesteifigkeit, Massenbelegung pro

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Mit der Intention, das dynamische Verhalten des Schotteroberbaus isoliert vom Brückentragwerk zu erforschen und somit eine realitätsnahe Erfassung seiner Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften zu ermöglichen, wurde an der TU Wien eine spezielle Versuchsanlage im

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Bild 1 Energiedissipation im Schotteroberbau auf Eisenbahnbrücken zufolge vertikaler Relativbewegungen und zugehörige mechanische Modellbildung Energy dissipation in ballasted track on railway bridges as a result of vertical relative displacements and related mechanical model

Maßstab 1:1 entwickelt. Ähnliche Versuchsaufbauten existieren zwar, diese sind mit der gegenständlichen Versuchsanlage jedoch nicht vergleichbar, da andere Aspekte des Schotteroberbaus untersucht werden, z. B. das Setzungsverhalten [8–10] oder die Interaktion baulich getrennter Überbauten [11]. Die Planung und Errichtung der Versuchsanlage sowie erste Untersuchungen zum dynamischen Schotteroberbauverhalten werden in [12] behandelt, darauf aufbauend sind in [13–17] wesentliche Forschungsergebnisse hinsichtlich der im Schotteroberbau auftretenden Dämpfungsmechanismen sowie derer mechanischen Modellbildung und Kennwertbestimmung für dynamische Berechnungen von Eisenbahnbrücken dargelegt. Im vorliegenden Aufsatz wird Teil 1 von Untersuchungen an der Versuchsanlage zur Bestimmung von Dämpfungskennwerten vorgestellt, wobei vertikale Relativbewegungen im Schotteroberbau im Fokus liegen. Infolge einer Zugüberfahrt wird das Brückentragwerk zu Schwingungen angeregt, wodurch im Schotteroberbau mehrere Energiedissipations- bzw. Dämpfungsmechanismen aktiviert werden, welche das Dämpfungsverhalten der Brücke fundamental bestimmen [13]. Nachfolgend wird ausschließlich jener Energiedissipationsmechanismus betrachtet, welcher auf Relativbewegungen in vertikaler Richtung zwischen Gleis und Tragwerk basiert (Bild 1). Dieser Mechanismus kann mittels vertikal orientierter kontinuierlicher Feder-Dämpferelemente als Verbindung zwischen Tragwerk und Gleis in einem Rechenmodell Berücksichtigung finden. Auf Grundlage von gemessenen Verschiebungs- und Beschleunigungsverläufen an der anfangs erwähnten Versuchsanlage und unter Miteinbeziehung des physikalischen Hintergrunds der Energiedissipation werden dynamische Kennwerte – zugehörig zum mechanischen Modell in Bild 1 – bestimmt. Dabei wird der Fokus auf die für dynamische Berechnungen im Vergleich zu den Steifigkeitseigenschaften wesentlich einflussreicheren Dämpfungskennwerte gelegt. 466

Die nachfolgende Bestimmung von Dämpfungskennwerten, zugehörig zum mechanischen Modell bezogen auf vertikale Relativbewegungen zwischen Gleis und Tragwerk (Bild 1), versteht sich als Teilaspekt einer wesentlich umfangreicheren versuchsbasierten Ermittlung von Dämpfungskennwerten, bei welcher sämtliche im Schotteroberbau wirkenden Energiedissipationsmechanismen in einem mechanischen Modell Berücksichtigung finden. Die Angabe eines vollständigen Rechenmodells mit darauf abgestimmten Kennwerten unter Miteinbeziehung der in diesem Beitrag ermittelten Dämpfungskennwerte erfolgt in Teil 2.

Versuchsanlage zur gezielt isolierten Erforschung des dynamischen Schotteroberbauverhaltens

Die Entwicklung und Errichtung der Versuchsanlage (Bild 2) sowie Erweiterungen und Adaptierungen daran sind in [12, 17] umfassend dokumentiert, die nachfolgenden Beschreibungen sind ebenfalls in [13–16] enthalten. Bestehend aus einem 7,85 m langen und 4,5 m breiten zweifach gelagerten Stahltrog (zwei Hauptträger mit dazwischen angeordnetem Deckblech und querorientierten Trägern im Abstand von 750 mm) mit einem darin eingebauten 6,0 m langen Schotteroberbauabschnitt gemäß ÖBB-Regelplanung (UIC-60 Schienen, insgesamt neun Betonschwellen, 55 cm Schotterbett und Unterschottermatte) entspricht die Versuchsanlage dem Querschnitt einer eingleisigen Stahl-Eisenbahnbrücke. Der Stahltrog ist an einem Ende auf einem Betonsockel gelagert und gegen Verschiebungen in horizontaler und vertikaler Richtung gesichert (festes Auflager), wobei jedoch Drehbewegungen um die Lagerachse ermöglicht bzw. beab-

Quelle: A. Stollwitzer (a, c), K. Hackl (b)

Quelle: A. Stollwitzer

A. Stollwitzer, J. Fink: Dämpfungskennwerte des Schotteroberbaus auf Eisenbahnbrücken – Teil 1: Vertikale Relativbewegungen im Schotteroberbau

Bild 2 Versuchsanlage: Übersicht (a), eingebauter Schotteroberbau (b) und Federlager (c) Test facility: view (a), ballasted track (b) and spring bearing (c)

Bautechnik 98 (2021), Heft 7

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Quelle: A. Stollwitzer

AUFSATZ ARTICLE

A. Stollwitzer, J. Fink: Damping parameters of ballasted track on railway bridges – part I: vertical relative displacements in the ballast

Bild 3 Längsschnitt der Versuchsanlage Longitudinal section of the test facility

sichtigt sind. Ein beidseits unter jedem Hauptträger des Stahltrogs angeordnetes Federpaket bildet das zweite Auflager (Federlager) und ermöglicht durch seine Positionierung in variablem Abstand lFL zum festen Auflager und durch eine Variation der Federsteifigkeit (Anzahl an Federn pro Federpaket) eine Modifikation der Resonanzfrequenz der Versuchsanlage. Der daraus resultierende Frequenzbereich ist mit min. 4 und max. ca. 9 Hz begrenzt. Die dynamische Anregung des Stahltrogs erfolgt anhand eines am freien Ende befindlichen Unwuchterregers (kurz: UWE), welcher über eine rotierende Unwuchtmasse mUM mit der konstanten Exzentrizität e zum Drehpunkt eine vertikale harmonische Kraftanregung (Gl. (1))

()

( )

FUWE t = mUM e Ω 2 sin Ω t = mst Ω 2 sin Ω t

(1)

mst

darstellt, worin W für die Erregerkreisfrequenz und mst für das statische Moment der Unwuchtmasse stehen. Infolge der dynamischen Anregung absolviert der Stahltrog eine Drehbewegung um das feste Auflager und somit Bewegungen in vertikaler Richtung, wobei sich die Versuchsanlage in einem stationären Schwingungszustand befindet. Versuchstechnisch analysiert wird dabei stets der Resonanzfall, bei dem die Erregerkreisfrequenz W des UWE mit der über das variable Federlager eingestellten Resonanzkreisfrequenz (Anm.: Frequenz, bei der die max. Auslenkung des schwingenden gedämpften Systems eintritt) übereinstimmt. Der Betrieb der Versuchsanlage erfolgt also in Resonanz, wobei fd die zugehörige Resonanzfrequenz (bzw. Wd die Resonanzkreisfrequenz) bezeichnet. Die in Bild 2a ersichtliche blaue Konstruktion (Vorspannvorrichtung) kann in vier Punkten auf die Schienen niedergespannt werden, wodurch versuchstechnisch der

Zustand eines belasteten Gleises erzeugt werden kann [12, 14, 17]. In diesem Beitrag wird ausschließlich der unbelastete Zustand behandelt, die Vorspannvorrichtung agiert dabei in Form einer Zusatzmasse als Teil des Stahltrogs. Ein Längsschnitt der Versuchsanlage in Bild 3 zeigt neben den einzelnen Bestandteilen und geometrischen Gegebenheiten auch wichtige, im stationären Schwingungszustand gemessene dynamische und kinematische Kenngrößen (farblich hervorgehoben), die nachfolgend als Berechnungsgrundlage für dynamische Kennwerte des Schotteroberbaus dienen: Die als rein vertikal idealisierten Bewegungen des Stahltrogs, welcher sich durch seine ausgesprochen hohe Biegesteifigkeit als starrer Körper verhält, werden über den Drehwinkel h(t) – Verdrehung um das feste Auflager A – beschrieben. Der Gleisrost absolviert sowohl Bewegungen in vertikaler als auch in horizontaler Richtung: Durch eine Kopplungskonstruktion (in Bild 3 grau markiert, in Bild 2b zwischen den Schienen ersichtlich) ist der Gleisrost mit einer am festen Auflager situierten Betonwand (Lagerwand) verbunden, wodurch dieser im Schwingungszustand theoretisch in seiner horizontalen Lage gehalten ist. Dadurch werden bei vertikalen Bewegungen des Stahltrogs Relativverschiebungen in horizontaler Richtung u(t) zwischen Gleisrost und Stahltrog induziert. Real entspricht die Kopplungskonstruktion einer Feder mit endlich großer Federsteifigkeit (Bilder 3, 4), für die in den nachfolgenden Abschnitten behandelten Analysen sind die horizontalen Bewegungen des Gleisrosts jedoch unerheblich. Neben der horizontalen Relativverschiebung u(t) kann die Kopplungskraft P(t) zwischen Gleisrost und Lagerwand mittels einer in der Kopplungskonstruktion eingebauten Kraftmessdose erfasst werden. In vertikaler Richtung sind die Bewegungen des Gleisrosts über den Drehwinkel y(t) – Verdrehung um das Auflager B – gekennzeichnet.

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A. Stollwitzer, J. Fink: Dämpfungskennwerte des Schotteroberbaus auf Eisenbahnbrücken – Teil 1: Vertikale Relativbewegungen im Schotteroberbau

Mechanische Modellbildung und Energiebetrachtungen

definiert, worin h0 den Amplitudenwinkel beschreibt. Die vertikale Absolutverschiebung des Gleisrosts ergibt sich entsprechend Bild 4 zu

3.1 Allgemeines Wie bereits einleitend erwähnt, wird der Fokus auf die vertikalen Relativbewegungen zwischen Tragwerk (im vorliegenden Fall entspricht diesem der Stahltrog) und Gleis gelegt. Nachfolgend wird ein Rechenansatz – basierend auf Reibungsmechanismen und Trägheitskräften im Schotteroberbau – vorgestellt, welcher es ermöglicht, die infolge vertikaler Relativbewegungen dissipierte Energie (Bezeichnung Ed,RVD – engl.: Relative Vertical Displacements) zu berechnen. Diese dissipierte Energie wird anschließend in Dämpfungskennwerte, zugehörig zu viskosen geschwindigkeitsproportionalen Dämpferelementen (Bild 1), umgerechnet, wobei für eine Kennwertbestimmung auf ein vorab definiertes mechanisches Modell der Versuchsanlage zurückgegriffen wird.

3.2

Mechanisches Modell der Versuchsanlage

Für die Idealisierung der Versuchsanlage als mechanisches Modell wird von einem Schwingsystem mit linearen Systemeigenschaften ausgegangen, d. h., für jede Versuchskonfiguration innerhalb des Versuchsspektrums sind konstante Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften gegeben (theoretische Grundlagen: [18]). Bild 4 zeigt das mechanische Modell, welches durch die drei Lagekoordinaten h(t), y(t) und n(t) charakterisiert ist. Die an dieser Stelle neu eingeführte Lagekoordinate n(t) beschreibt dabei eine translatorische Bewegung des Gleisrosts in vertikaler Richtung. Diese im Vergleich zu den Vertikalbewegungen zufolge Rotation geringe Translationsbewegung des Gleisrosts ist insbesondere im höheren Beschleunigungsbereich beobachtet worden. Unter höherem Beschleunigungsbereich ist hierbei jenes Niveau zu verstehen, bei dem die vertikale Beschleunigungsamplitude des Gleisrosts an der äußersten Schwelle 9 (Bild 3: Beschleunigung ẅGR,S9) > 5 m/s2 liegt. Die horizontale Relativverschiebung u(t) wird in der Idealisierung der Versuchsanlage als mechanisches Modell in Bild 4 vernachlässigt. In den untersuchten Fällen schwingt das Gesamtsystem jeweils in seiner ersten Eigenform mit der Resonanzfrequenz fd, bei welcher die drei Lagekoordinaten h(t), y(t) und n(t) in Phase schwingen. Höhere Eigenformen bzw. Eigenfrequenzen mit möglichen gegenphasigen oder phasenverschobenen Verschiebungsverläufen liegen weit außerhalb des Versuchsspektrums (4–9 Hz) und werden nicht untersucht. Da die Verschiebungsverläufe im stationären Schwingungszustand klein sind (|h|, |y |, |u|, |n | << 1), können trigonometrische Funktionen linearisiert werden, es gilt: sin(h) = h und sin(y) = y bzw. cos(h), cos(y) = 1. Diesem Umstand folgend ist die vertikale Absolutverschiebung des Stahltrogs an der Stelle x mit

( ) ()

( )

wTR x, t = η t x = η0 x sin Ω t 468

(2)

( ) ()

(

()

) ( )

wGR x, t = v t + ψ t x = v0 + ψ 0 x sin Ω t , (3) wobei n0 für die vertikale Verschiebungsamplitude und y0 für den Amplitudenwinkel des Gleisrosts steht. Die vertikale Relativverschiebung zwischen Gleisrost wGR(x, t) und Trog wTR(x, t) an der Stelle x ist mit

( )

( ) ( ) = v (t ) + ψ (t ) x  − η (t ) x   =  v0 + (ψ 0 − η0 ) x  sin ( Ω t )  

∆w x, t = wGR x, t − wTR x, t





∆η

(

(4)

) ( )

= v0 + ∆η x sin Ω t

definiert, worin Dh den Differenzamplitudenwinkel zwischen jenem des Gleisrosts y0 und jenem des Trogs h0 bezeichnet. Messungen der Beschleunigungs- und Verschiebungsverläufe der Lagekoordinaten ergaben, dass für die Amplitudenwinkel stets die Beziehung y0 > h0 gilt [13]. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass z. T. zwar Phasenverschiebungen zwischen den Lagekoordinaten auftreten, diese sind jedoch (sofern messtechnisch überhaupt erfassbar) auf einem äußerst niedrigen und damit vernachlässigbaren Niveau (≈ 0–5°). Insofern sind die als phasengleich postulierten Verschiebungen in den Gln. (2)–(4) gerechtfertigt. Bezogen auf das mechanische Modell in Bild 4 findet Energiedissipation ausschließlich im geschwindigkeitsproportionalen kontinuierlichen Dämpferelement (Dämpfungskennwert c̄SV) statt. Die zugehörige Geschwindigkeit Dẇ(x, t) ist die zeitliche Ableitung der vertikalen Relativverschiebung Dw(x, t) entsprechend Gl. (4); die pro Schwingperiode T dissipierte Energie Ed,RVD ist dabei wie folgt definiert: lGR T

Ed,RVD =

∫ ∫cSV ∆w ( x, t )

dt dx

0 0

lGR T

= cSV

∫ ∫∆w ( x, t )

dt dx = …

(5)

0 0

 l3  2 = cSV Ωd π  v02 lGR + v0 ∆η lGR + ∆η 2 GR   3  Da die gemessenen vertikalen Translationsbewegungen des Gleisrosts n(t) zum einen nur sehr gering sind, zum anderen erst bei vergleichsweise höheren Beschleunigungen auftreten, wird für die nachfolgenden Untersuchungen und Kennwertbestimmungen zwischen zwei Fällen unterschieden: – Fall 1: reine Rotationsbewegungen von Gleisrost– Drehwinkel y(t) und Stahltrog–Drehwinkel h(t), Verschiebung n(t) = 0

Bautechnik 98 (2021), Heft 7

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Quelle: A. Stollwitzer

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A. Stollwitzer, J. Fink: Damping parameters of ballasted track on railway bridges – part I: vertical relative displacements in the ballast

Quelle: A. Stollwitzer

Bild 4 Mechanisches Modell der Versuchsanlage mit drei Freiheitsgraden und viskosen Feder-Dämpferelementen Mechanical model of the test facility with three degrees of freedom and viscous spring-damper-elements

– Fall 2: Der Gleisrost absolviert neben einer Rotationsauch eine Translationsbewegung in vertikaler Richtung – Verschiebung n(t) ≠ 0 Der Energieausdruck in Gl. (5) gilt somit für Fall 2, für Fall 1 und damit n(t) = 0 vereinfacht sich dieser zu: Ed,RVD = cSV Ωd π ∆η 2

3 lGR 3

Bild 5 Verschiebungsfeld und infinitesimales Schotterelement mit zuge hörigem Kraft- und Verschiebungsverlauf in der Kontaktfläche Displacements of trough and track and infinitesimal ballast element with related force and displacement course in the contact area

(6) Die Relativverschiebung ds in der Kontaktfläche ist auf Basis des Verschiebungsfelds in Bild 5 mit

3.3

Bestimmung des Energieanteils Ed,RVD

Gemessene Verschiebungs- und Beschleunigungsverläufe von Stahltrog und Schiene (bzw. Gleisrost) haben gezeigt, dass sowohl Differenzverschiebungen als auch Differenzbeschleunigungen im Schotter auftreten, womit davon ausgegangen werden kann, dass die Haftreibung im Korngerüst im Schwingungszustand überwunden wird und Gleitreibungsprozesse zwischen den Schotterkörnern stattfinden. Ausgehend von postulierten Verschiebungs- bzw. Beschleunigungsverläufen der Schotterkörner relativ zueinander und den vorhandenen Kontaktkräften wird nachfolgend ein Rechenansatz vorgestellt, der eine „direkte“ Bestimmung der Energie Ed,RVD ermöglicht. Die Herleitung erfolgt dabei unter Berücksichtigung der vertikalen Translationsbewegungen des Gleisrosts (Fall 2). Bild 5 zeigt einerseits das postulierte Verschiebungsfeld und ebenfalls ein herausgelöstes infinitesimales Schotterelement. Streng genommen handelt es sich dabei um ein finites (endlich kleines) Element, welches jedoch für die nachfolgenden Herleitungen als infinitesimales (unendlich kleines) Element betrachtet wird. Die im infinitesimalen Schotterelement in der Kontaktfläche zwischen den Körnern pro Schwingperiode T dissipierte Energie dEd,RVD ist durch die Kontaktkraft dFN, die zugehörige Relativverschiebung ds sowie den Reibungsbeiwert m definiert als: T

dEd,RVD =

∫ 0

(

µ dFN x, y, t

) ( dt ) dt ds x, y, t

(7)

(

)

) = ∆w ( x, hs, t ) y sin (α ) hS sin (α ) w ( x, hs, t ) − wTR ( x, t ) y = GR hS sin (α ) v + ∆η x y sin ( Ω t ) = 0 h sin (α )

ds x, y, t =

(

∆w x, y, t

(8)

definiert. Die Normalkraft auf die Kontaktfläche dFN setzt sich hierbei aus einem Massenanteil der Schotterkörner dFN,S zufolge unterschiedlicher Vertikalbeschleunigungen und aus einem Anteil zufolge der Auflast des Gleisrosts dFN,GR zusammen (Gl. (9)):

(

)

(

)

(

dFN x, y, t = dFN,S x, y, t + dFN,GR x, y, t

)

(9)

Der Anteil dFN,S ist dabei als Gl. (10)

(

)

( )

dFN,S x, y, t = ∆ F cos α

(

) ( )

 − dm dw  cos α = dm1 dw 1 2 2

(10)

definiert, wobei unter der Voraussetzung gleich großer Schotterkörner und dem daraus resultierenden Zusammenhang dm1 = dm2 = rS · dVS mit der Schotterdichte rS gilt:

(

)

(

) ( )

− dw cos α dFN,S x, y, t = ρS dV dw 1 2

(

x, y ,t ∆w

)

( )

(11)

x, y, t ρ dV cos α , = ∆w S S

Bautechnik 98 (2021), Heft 7 469

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01.07.21 13:11

A. Stollwitzer, J. Fink: Dämpfungskennwerte des Schotteroberbaus auf Eisenbahnbrücken – Teil 1: Vertikale Relativbewegungen im Schotteroberbau

worin die Relativbeschleunigung Dẅ(x, y, t) analog zur Relativverschiebung Dw(x, y, t) in Gl. (8) über die Beschleunigungsamplituden n̈0 und Dḧ mit Gl. (12) v + ∆η x  x, y, t = 0 ∆w y sin Ω t hS

(

)

( )

(

)

( )

cos α

(

S,GR

(13)

( )

cos α

( ) sin (α ) ∫0

cos α

  v0 + ∆η x y sin Ω t  ρS dVS  hS     v0 + ∆η x  + ρGR dVGR sin Ω t    hS,GR

( )

v0 + ∆η x y Ω cos Ω t dt hS

( )

(14)

Der Neigungswinkel der Kontaktfläche a (Bild 5) ist für jede einzelne Kontaktfläche zwischen den Schotterkörnern unterschiedlich und liegt zwischen 0° und 90°. Für die weiteren Berechnungen wird ein Mittelwert von 45° für den gesamten Schotter angenommen, wobei

( (

) =1 )

cos α = 45 sin α = 45

gilt und somit der Term in Gl. (14), welcher den Neigungswinkel enthält, verschwindet. Als Konsequenz führt die Integration von Gl. (14) über eine Schwingperiode T auf folgendes Zwischenergebnis (Gl. (15)): dEd,RVD = 2 µ

( v0 + ∆η x)( v0 + ∆η x) y2 ρ hS2

470

lS hS bS

∫∫∫

( v0 + ∆η x) ( v0 + ∆η x) y2dz dy dx

0 0 0 lGR hGR bGR

+ µ ρGR

∫ ∫ ∫ 0

hS2

( v0 + ∆η x) ( v0 + ∆η x) hS,GR

(16)

y dz dy dx

und unter Miteinbeziehung der Definitionen für Schottermasse mS und Gleisrostmasse mGR (Gl. (17)) mS = ρS lS bS hS und mGR = ρGR lGR bGR hGR

(17)

ergeben sich fallweise folgende Bestimmungsgleichungen für die Energie Ed,RVD: Fall 1: Ed,RVD = hS,GR 3 hS

2 µ mS ∆η ∆η lS2 9

(18)

2 µ mGR ∆η ∆η lGR

  l  v0 v0 + S v0 ∆η + v0 ∆η  2 2  Fall 2: Ed,RVD = µ mS  3  1 2   + 3 lS ∆η ∆η  (19)   lGR    v v v ∆η v ∆η + +   hS,GR 0 0 0 0 2  + µ mGR  hS  1 2   + 3 lGR ∆η ∆η 

(

)

(

)

Die geometrischen Eingangsgrößen (Schotterbettlänge lS, Gleisrostlänge lGR, Schotterbetthöhe hS und Schotterhöhe hS,GR unterhalb des Gleisrosts – s. Bild 5) sowie die Massenverteilung (Schottermasse mS und Gleisrostmasse mGR) sind bekannt. Des Weiteren sind sowohl die Verschiebungsamplituden n0 und Dh als auch die Beschleunigungsamplituden n̈0 und Dḧ Messwerte und ebenfalls bekannte Größen, womit als letzte noch benötigte Eingangsgröße in den Gln. (18), (19) der Reibungsbeiwert m verbleibt. Eine experimentelle Bestimmung des Reibungsbeiwerts anhand von Messungen an der Großversuchsanlage ist nicht möglich, deshalb muss dieser Wert anders in Erfahrung gebracht werden. In [19] werden experimentell bestimmte Reibungsbeiwerte für unterschiedliche Schotterarten angeführt, wobei für verschmutzten Schotter – welcher dem in der Versuchsanlage eingebauten Schotter entspricht – ein Reibungsbeiwert von m = 1,58 angegeben wird. Für die Berechnung der Energie Ed,RVD nach den Gln. (18), (19) wird in weiterer Folge dieser konstante Wert angesetzt.

dVS + 2 µ

( v0 + ∆η x) ( v0 + ∆η x) hS,GR y ρ 2 hS

S,GR

Die Dichte rGR beschreibt dabei die Gleisrostmasse mGR (Schienen, Schwellen, Kopplungskonstruktion etc.) bezogen auf Gleisrostlänge lGR, Breite bGR und Höhe hGR. Somit sind die Kraft- und Verschiebungsverläufe, welche in der Kontaktfläche in einem infinitesimalen Schotterelement wirken, bekannt. Nach Einsetzen der Gln. (8), (11), (13) in Gl. (7) ergibt sich für die pro Schwingperiode dissipierte Energie dEd,RVD in einem infinitesimalen Element folgender Ausdruck:

dEd,RVD = µ

∫∫∫ dEd,RVD dz dy dx

= 2 µ ρS

 x, hS , t = ρGR dVGR ∆w

Ed,RVD =

(12)

gegeben ist. Die Schotterdichte rS in Gl. (11) ist definiert als die Gesamtschottermasse mS bezogen auf das Schottervolumen (Schotterbettlänge lS, Breite bS, Höhe hS). Der Anteil dFN,GR wirkt nur im Bereich unterhalb des Gleisrosts (Länge lGR, Breite bGR) und ist über die Schotterbetthöhe hS,GR unterhalb des Gleisrosts (s. Bild 3) konstant. Unterhalb eines infinitesimalen Gleisrostelements mit der Masse dmGR, welches in vertikaler Richtung mit der Relativbeschleunigung D ẅ(x, hS, t) das Korngerüst belastet, wirkt in den Kontaktflächen zwischen den Schotterkörnern die Kraft  x, hS , t dFN,GR x, y, t = dmGR ∆w

Nach abschließender räumlicher Integration über das Schotterbett- und das Gleisrostvolumen (Gl. (16))

(15) GR

dVGR

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A. Stollwitzer, J. Fink: Damping parameters of ballasted track on railway bridges – part I: vertical relative displacements in the ballast

Dissipierte Energie und zugehöriger Dämpfungskennwert

4.1 Berechnungsgrundlage In den nachfolgenden Unterabschnitten werden auf Basis der in Abschn. 3 vorgestellten Rechenansätze zunächst die Energie Ed,RVD und anschließend die zugehörigen Dämpfungskennwerte c̄SV berechnet. Als Referenz und Berechnungsgrundlage für die Energien und Dämpfungskennwerte dienen insgesamt 180 Schwingversuche im gesamten Frequenzspektrum der Versuchsanlage mit einer breiten Variation der verwendeten Unwuchtmasse mUM, wodurch sowohl kleine Beschleunigungsamplituden von 1 m/s2 als auch extreme Beschleunigungen über 10 m/s2 versuchstechnisch erzielt wurden. Für diese Schwingversuche wurden im stationären Schwingungszustand die für die Kennwertbestimmung benötigten Parameter Resonanzfrequenz fd (bzw. Resonanzkreisfrequenz Wd = 2p fd), Verschiebungsamplituden h0, y0, n0 sowie die Beschleunigungsamplituden ḧ0, ÿ0 und n̈0 gemessen.

Dissipierte Energie Ed,RVD

Die nach den Gln. (18), (19) berechneten Energien Ed,RVD sind in Bild 6 für den gesamten Versuchsbereich dargestellt. Für Fall 1 (Bild 6a) sind die Werte in Abhängigkeit von der relativen Winkelbeschleunigungsamplitude zwischen Gleisrost und Trog Dḧ in rad/s2 dargestellt, für Fall 2 (Bild 6b) in Abhängigkeit von der relativen Beschleunigungsamplitude DẅS9 in m/s2 an der äußersten Schwelle 9, welche gemäß Bild 3 wie folgt definiert ist:  = w   ∆w S9 GR,S9,0 − wTR,S9,0

(20)

In Gl. (20) steht ẅGR,S9,0 für die Amplitude der vertikalen Gleisrostbeschleunigung und ẅTR,S9,0 für die Amplitude der vertikalen Trogbeschleunigung. Für beide Fälle zeigt sich ein wesentlicher Zusammenhang: Die dissipierte Energie Ed,RVD steigt mit zunehmendem Relativbeschleunigungsniveau in guter Näherung quadratisch an (veranschaulicht durch die Regressionslinien). Bild 6b gibt dar über hinaus einen direkten Vergleich zwischen Fall 1 (graue Kreise) und Fall 2 (blaue Quadrate), wobei sich zeigt, dass die dissipierte Energie für Fall 2 z. T. wesentlich über jener für Fall 1 liegt.

4.3 Dämpfungskennwerte cˉSV Nach Ermittlung der Energie Ed,RVD nach Gl. (18) für Fall 1 und Gl. (19) für Fall 2 sowie nach Einsetzen der Energien in die Gln. (5), (6) ergeben sich folgende Bestimmungsgleichungen für den viskosen Dämpfungskennwert c̄SV: Fall 1: cSV =

3 Ed,RVD 3 Ωd π ∆η 2 lGR

(21)

Quelle: A. Stollwitzer

4.2

Bild 6 Dissipierte Energie Ed,RVD für (a) Fall 1 in Abhängigkeit von der relativen Winkelbeschleunigungsamplitude Dḧ und (b) Fall 2 in Abhängigkeit von der relativen Beschleunigungsamplitude DẅS9 auf Höhe der äußersten Schwelle 9 Dissipated energy Ed,RVD: (a) case 1 depending on the relative angular acceleration and (b) case 2 depending on the relative vertical acceleration at level of sleeper 9

Fall 2: cSV =

Ed,RVD  l 3  (22) 2 Ωd π  v02 lGR + v0 ∆η lGR + ∆η 2 GR   3 

Die nach den Gln. (21), (22) ermittelten Dämpfungskennwerte sind in Bild 7 in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz für Fall 1 in Bild 7a und für Fall 2 in Bild 7b abgebildet. Die Kennwerte sind dabei in drei verschiedene Kategorien eingeteilt, welche sich nach der max. Beschleunigung der Schiene an der äußersten Schwelle 9 (s. Bild 3) richtet (Rauten: kleine Beschleunigungen von 0 bis 3,5 m/s2; Kreise: mittlere Beschleunigungen von 3,5 bis 6 m/s2; Quadrate: hohe Beschleunigungen über 6,0 m/s2). Die ermittelten Kennwerte für die niedrigste versuchstechnisch erzielbare Resonanzfrequenz von ca. 4 Hz sind dabei als nicht repräsentativ zu klassifizieren, da bei dieser Frequenz verschwindend geringe Relativverschiebungen bzw. Relativbeschleunigungen gemessen wurden. Bei solchen sehr kleinen Relativwegen wirken sich schon kleinste Messungenauigkeiten signifikant auf die berechneten Dämpfungskennwerte und Energieanteile aus, des-

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Quelle: A. Stollwitzer

A. Stollwitzer, J. Fink: Dämpfungskennwerte des Schotteroberbaus auf Eisenbahnbrücken – Teil 1: Vertikale Relativbewegungen im Schotteroberbau

Bild 7 Dämpfungskennwert cˉSV in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz für (a) Fall 1 und (b) Fall 2 Damping coefficient cˉSV depending on the resonance frequency for (a) case 1 and (b) case 2

Bild 8 Dämpfungskennwert cˉSV für (a) Fall 1 in Abhängigkeit von der relativen Winkelbeschleunigungsamplitude Dḧ und (b) Fall 2 in Abhängigkeit von der relativen Beschleunigungsamplitude DẅS9 auf Höhe der äußersten Schwelle 9 Damping coefficient cˉSV: (a) case 1 depending on the relative angular acceleration and (b) case 2 depending on the relative vertical acceleration at level of sleeper 9

halb werden die diesbezüglichen Kennwerte für die nachfolgende Schlussfolgerung außer Acht gelassen.

gigkeit von der relativen Beschleunigungsamplitude DẅS9 an der äußersten Schwelle angeführt.

Es ergeben sich Dämpfungskennwerte, welche über einen weiten Resonanzfrequenzbereich – innerhalb einer gewissen Bandbreite bzw. Streuung – konstant sind (veranschaulicht durch die horizontal liegenden Regressions linien). Des Weiteren zeigt sich, dass mit zunehmendem Beschleunigungsniveau auch die errechneten Kennwerte tendenziell geringfügig ansteigen.

Angesichts der abgebildeten Dämpfungskennwerte in Bild 8 zeigt sich ein interessanter Zusammenhang: Für beide Fälle nimmt die Streuung der Kennwerte mit zunehmendem Beschleunigungsniveau sukzessive ab, wobei schon im unteren Beschleunigungsbereich (für Fall 1 ab Dḧ > 0,10 rad/s2, für Fall 2 ab D ẅS9 > 0,50 m/s2) eine klare und in sehr guter Näherung lineare Tendenz erkennbar ist, veranschaulicht durch die roten Regressionslinien. Hierbei zeigt sich für Fall 2 (zusätzliche Transla tionsbewegung des Gleisrosts) im Vergleich zu Fall 1 ein etwas flacherer Verlauf mit geringfügig niedrigerem Ausgangswert für c̄SV (Fall 1: 66 kNs/m2 – Fall 2: 63 kNs/m2). Des Weiteren ist die Streuung der Kennwerte für beide Fälle in etwa gleich ausgeprägt.

Um den in Bild 7 erahnbaren Zusammenhang von näherungsweise frequenzunabhängigem und beschleunigungsabhängigem Dämpfungskennwert zu verdeutlichen, sind in Bild 8 die errechneten Dämpfungskennwerte c̄SV in Abhängigkeit von den vertikalen Relativbeschleunigungen illustriert. Analog zu den Energien in Bild 6 sind die Dämpfungskennwerte für Fall 1 in Abhängigkeit von der relativen Winkelbeschleunigungsamplitude zwischen Gleisrost und Trog Dḧ (Bild 8a) und für Fall 2 in Abhän472

Eine Erklärung für die Streuung der Dämpfungskennwerte kann dadurch gegeben werden, dass sich bei generell

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A. Stollwitzer, J. Fink: Damping parameters of ballasted track on railway bridges – part I: vertical relative displacements in the ballast

Weitere Einflussfaktoren für die berechneten Kennwerte sind einerseits der als konstant angenommene Reibungsbeiwert m und andererseits der über den gesamten Schotter gemittelte Neigungswinkel a in den Kontaktflächen. Ein theoretisch mit zunehmenden Relativgeschwindigkeiten abnehmender und damit nicht mehr konstanter Reibungsbeiwert könnte die lineare Steigung in Bild 8 egalisieren bzw. in eine abfallende Tendenz umkehren oder im gegensätzlichen Fall die Steigung auch intensivieren, diesbezüglich existieren jedoch keine genauen Angaben zu den Reibungsbeiwerten von Oberbauschotter. Letztendlich zeigen die berechneten Dämpfungskennwerte c̄SV, zugehörig zu jenem Energiedissipationsmechanismus, welcher auf der vertikalen Relativverschiebung zwischen Gleis und Tragwerk basiert, eine klare Beschleunigungsabhängigkeit und innerhalb einer geringen Bandbreite auch eine Frequenzunabhängigkeit. Eine Bestimmung der modellzugehörigen Schotterfedersteifigkeit k̄SV ist auf Basis der hier behandelten Energiebetrachtungen nicht möglich. Alternative Bestimmungsmethoden wären einerseits „direkte“ Messungen im Schwingungszustand (welche jedoch äußerst schwierig zu realisieren sind und bisher keine brauchbaren Messverläufe lieferten [12]) oder andererseits rechnerische Analysen an einem Mehrfreiheitsgradsystem der Versuchsanlage. Umfangreiche rechnerische Analysen haben jedoch gezeigt, dass aufgrund der großen Komplexität des mechanischen Modells (3–4 Freiheitsgrade) kein plausibler Einklang zwischen Beobachtung und Rechenmodell hergestellt werden kann, womit abermals die anfangs erwähnte Diskrepanz zwischen Messung und Rechnung gegeben ist. In Bezug auf eine Bestimmung der Schotterfedersteifigkeit k̄SV sei daher an dieser Stelle auf zukünftige Forschungen verwiesen.

Zusammenfassung und Ausblick

Mit der Versuchsanlage zur gezielten und isolierten Erforschung des dynamischen Schotteroberbauverhaltens

Quelle: A. Stollwitzer

kleinem Verschiebungs- und Beschleunigungsniveau im stationären Schwingungszustand und somit bei noch kleineren (Faktor 10–1) Relativbeschleunigungen bzw. Relativbewegungen bereits kleinste Unregelmäßigkeiten in den Messverläufen (z. B. kein exakter harmonischer Verlauf) und auch in der Messauswertung signifikant auf die berechneten Kennwerte auswirken.

Bild 9 Mechanisches Modell der Brücke zur vollständigen Berücksichtigung der im Schotteroberbau wirkenden Energiedissipationsmechanismen Mechanical model of the bridge accounting for all energy dissipation mechanism occurring in the ballasted track

und unter einer Kombination von Empirie (Messung) und Theorie (Rechenmodell) wurde jene Energie quantifiziert, welche zufolge vertikaler Relativbewegungen zwischen Gleis und Stahltrog (bzw. „Tragwerk“) im Schotteroberbau dissipiert. Die in weiterer Folge daraus generierten Dämpfungskennwerte c̄SV, zugehörig zu einem mechanischen Modell mit vertikal orientierten kontinuierlichen Feder-Dämpferelementen, folgen einer klaren Beschleunigungsabhängigkeit und – innerhalb einer gewissen Bandbreite – einer Frequenzunabhängigkeit. In Teil 2 werden die in diesem Beitrag ermittelten Dämpfungskennwerte zunächst mit der in der Literatur vorhandenen, sehr weiten Bandbreite an existierenden Kennwerten verglichen, wodurch eine qualitative und quantitative Beurteilung bzw. Verifikation gegeben wird. Des Weiteren werden in Teil 2 anhand von Energiebetrachtungen an der Versuchsanlage Dämpfungskennwerte für ein komplexeres und detaillierteres Schotteroberbaumodell gemäß Bild 9 bestimmt, wobei die Dämpfungskennwerte c̄ SV als bereits bekannte Größen in entsprechende Bestimmungsgleichungen integriert werden. Das mechanische Modell in Bild 9 berücksichtigt dabei neben der Energiedissipation zufolge vertikaler Relativverschiebungen auch noch Energiedissipation infolge von horizontalen Relativverschiebungen zwischen Gleis und Tragwerk und auch Energiedissipation zufolge vertikaler Absolutbewegungen des Schotteroberbaus. Es handelt sich somit um ein vollständiges Rechenmodell, welches die drei essenziellen Energiedissipations- bzw. Dämpfungsmechanismen behandelt, welche im Schotteroberbau infolge tragwerksinduzierter Schwingungen aktiviert werden.

Literatur [1] Reiterer, M.; Bruschetini-Ambro, S.-Z. (2019) Dynamik von Eisenbahnbrücken: Diskrepanz zwischen Messung und Rechnung in: Bauingenieur 94, H. 4, Fachteil D-A-CH, S. 9–21. [2] Reiterer, M.; Lachinger, S.; Fink, J. et al. (2017) Ermittlung der dynamischen Kennwerte von Eisenbahnbrücken unter

Anwendung von unterschiedlichen Schwingungsanregungsmethoden in: Bauingenieur 92, H. 10, Fachteil Erdbeben ingenieurwesen, S. 2–13. [3] Adam, C.; Salcher, P. (2014) Dynamic effect of high-speed trains on simple bridge structures in: Structural Engineering and Mechanics 51, no. 4, pp. 581–599.

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A. Stollwitzer, J. Fink: Dämpfungskennwerte des Schotteroberbaus auf Eisenbahnbrücken – Teil 1: Vertikale Relativbewegungen im Schotteroberbau

[4] Adam, C.; Salcher, P. (2017) Effect of the load modelling strategy on the dynamic response prediction of bridges subjected to high-speed trains in: Irschik, H.; Belyaev, A.; Krommer, M. [eds.] Dynamics and Control of Advanced Structures and Machines. Heidelberg: Springer, pp. 224–224. [5] Glatz, B.; Fink, J. (2019) Einfluss der Zugmodelle auf die dynamische Antwort von 75 Stahl-, Verbund- und Stahl betonbrücken in: Stahlbau 88, H. 5, S. 470–477. [6] ÖNORM EN 1991-2:2012 03 01 (2013) Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke – Teil 2: Verkehrslasten auf Brücken (konsolidierte Fassung). Wien: Austrian Standard Institute. [7] ÖBB Infrastruktur AG (2011) Richtlinie zur dynamischen Berechnung von Eisenbahnbrücken. ÖBB Regelwerk. Wien. [8] Zacher, M.; Baeßler, M. (2005) Dynamic behaviour of ballast on railway bridges in: Delgado, R.; Calcada, R.; Goicolea, J. M.; Gabaldon, F. [eds.] Dynamics of High-Speed Railway Bridges. London: CRC Press. [9] Rücker, W.; Baeßler, M.; Rohrmann, R. G. (2006) Experimentelle Untersuchungen zu Schotterfahrwegen auf Brücken in: Rackwitz, F. [Hrsg.] Entwicklungen in der Bodenmechanik, Bodendynamik und Geotechnik. Heidelberg: Springer, S. 397–414. [10] Estaire, J.; Mirasol, V.; Santana, M. (2017). Track lateral stability tests performed in CEDEX Track Boz and their modelling in: Geotecnia 140, pp. 03–30. [11] Bigelow, H.; Rauert, T.; Hoffmeister, B. et al. (2018) Steifigkeitsbeiträge durchgehender Schotterschichten auf Eisenbahnbrücken mit Längsfugen in: Stahlbau 87, H. 3, S. 215– 224.

[12] Hackl, K. (2017) Entwicklung und Anwendung einer Versuchsanlage zur Untersuchung der dynamischen Eigenschaften des Schotteroberbaues auf Eisenbahnbrücken [Dissertation]. TU Wien. [13] Stollwitzer, A.; Fink, J. (2020) Untersuchung des dynamischen Schotteroberbauverhaltens anhand einer Großversuchsanlage mit vertikaler Kraftanregung in: Bauingenieur 95, H. 1, S. 12–21. [14] Stollwitzer, A.; Fink, J.; Malik, T. (2020) Experimental analysis of damping mechanisms in ballasted track on singletrack railway bridges in: Engineering Structures 220, 110982. [15] Stollwitzer, A.; Fink, J.; Petraschek, T. (2019) Untersuchung des dynamischen Schotteroberbauverhaltens bei Eisenbahnbrücken in: Adam, C.; Achs, G.; Furtmüller, T. [Hrsg.] 16. D-A-CH Tagung Erdbebeningenieurwesen & Baudynamik. Innsbruck, 26./27. Sept. 2019, S. 465–472. [16] Stollwitzer, A.; Fink, J. (2020) Bestimmung modellabhängiger Steifigkeits- und Dämpfungskennwerte des Schotteroberbaues zur dynamischen Berechnung von Eisenbahnbrücken in: Bauingenieur 95, H. 9, S. 345–356. [17] Malik, T.; Stollwitzer, A.; Fink, J. et al. (2019) Modell und Kennwerte zum Schotteroberbauverhalten als Grundlage der Brückendynamik. Ergebnisbericht zum Forschungsprojekt „Schotteroberbaukennw.“ – Verkehrsinfrastrukturforschung (VIF2014). TU Wien. Internes Dokument. [18] Petersen, C; Werkle, H. (2017) Dynamik der Baukonstruktionen. 2., überarb. und aktual. Aufl. Heidelberg: Springer. [19] Klotzinger, E. (2008) Der Oberbauschotter – Teil 1: Anforderungen und Beanspruchung in: ETR – Eisenbahntechnische Rundschau 57, Ausgabe 01-02, S. 34–41.

Autoren Dipl.-Ing. Andreas Stollwitzer, BSc (Korrespondenzautor) andreas.stollwitzer@tuwien.ac.at TU Wien Institut für Tragkonstruktionen/Stahlbau Karlsplatz 13 1040 Wien, Österreich

Zitieren Sie diesen Beitrag Stollwitzer, A.; Fink, J. (2021) Dämpfungskennwerte des Schotteroberbaus auf Eisenbahnbrücken – Teil 1: Vertikale Relativbewegungen im Schotteroberbau. Bautechnik 98, H. 7, S. 465–474. https://doi.org/10.1002/bate.202000092 Dieser Aufsatz wurde in einem Peer-Review-Verfahren begutachtet. Eingereicht: 12. Oktober 2020; angenommen: 19. Januar 2021.

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Josef Fink josef.fink@tuwien.ac.at TU Wien Institut für Tragkonstruktionen/Stahlbau Karlsplatz 13 1040 Wien, Österreich

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Steel Construction

Volume 12 May 2019 ISSN 1867-0520

Design and Research

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VOLUME 2 / OCTOBER 2020

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Christof Hofmann, Dirk Proske, Kathrin Zeck

Vergleich der Einsturzhäufigkeit und Versagenswahrscheinlichkeit von Stützbauwerken In diesem Beitrag werden beobachtete Einsturzhäufigkeiten und berechnete Versagenswahrscheinlichkeiten von Stützbauwerken verglichen. Derartige Vergleiche liegen bisher nur für die Bauwerkstypen Brücken, Dämme und Tunnel vor. Der Vergleich basiert überwiegend auf Werten aus der Literatur. Diese wurden im Rahmen einer Literaturrecherche erfasst. Darüber hinaus wurden Einsturzhäufigkeiten bei Erdbebeneinwirkungen durch eigene Berechnungen ermittelt. Der Vergleich der Einsturzhäufigkeiten und Versagenswahrscheinlichkeiten von Stützbauwerken zeigt eine gute Übereinstimmung. Allerdings zeigt der Vergleich der Werte mit anderen Bauwerkstypen eine überdurchschnittlich hohe Einsturzhäufigkeit. Diese scheinbar akzeptierte hohe Einsturzhäufigkeit wird mit den geringeren Opferzahlen und Schadenskosten beim Versagen von Stützbauwerken begründet.

Comparison of collapse frequency and failure probability of retaining structures In this contribution observed collapse frequencies and calculated failure probabilities of retaining structures are compared. Such comparisons are so far only available for bridges, dams and tunnels. The comparison is mainly based on values from the literature. These were recorded in the context of a literature search. Furthermore, collapse frequencies for earthquake impacts were determined by own calculations. The comparison of collapse frequencies and failure probabilities of retaining structures shows a good agreement. However, the comparison of the values with other types of structures shows an aboveaverage frequency of collapses. This seemingly accepted high frequency of collapse is justified by the lower number of victims and damage costs when retaining structures fail.

Stichworte Versagenswahrscheinlichkeit; Einsturzhäufigkeit; Stützbauwerke

Keywords failure probability; collapse frequency; retaining structures

klasse. Durch den Vergleich kann geprüft werden, ob die B. berechneten Versagenswahrscheinlichkeiten, die z. auch als Grundlage für die Festlegung von Teilsicherheitsfaktoren verwendet werden, mit den beobachteten Einsturzhäufigkeiten übereinstimmen. Der Beitrag kann nicht die Frage beantworten, woher Abweichungen zwischen Einsturzhäufigkeiten und Versagenswahrscheinlichkeiten stammen, wenn sie auftreten. Die am Ende des Beitrags gegebene Begründung für die unterschiedlichen Einsturzhäufigkeiten der jeweiligen Bauwerkstypen ist daher eine Hypothese.

Einleitung und Fragestellung

Die Prüfung der probabilistischen Grundlagen moderner Baunormen kann prinzipiell durch den Vergleich von Beobachtungswerten mit Berechnungsergebnissen erfolgen. Bisher wurden bereits die beobachteten Einsturz häufigkeiten und berechneten Versagenswahrscheinlichkeiten von Brücken [1], Dämmen [2] und Tunneln [3] verglichen. Die Durchführung und Diskussion der Ergebnisse solcher Vergleiche ist nicht kritikfrei, da weder die Beobachtungen noch die Berechnungen zwingend ein repräsentatives und vollständiges Bild ergeben müssen. So können Beobachtungen optimistische Werte zeigen, wenn über mehrere Jahre oder Jahrzehnte keine bemessungswirksame Einwirkung auftrat. Die Berechnungen berücksichtigen dagegen potenzielle Eingangsgrößen, wie z. B. menschliche Fehler, nicht explizit. Der Vergleich wird deshalb in der Literatur häufig abgelehnt oder es werden systematische Abweichungen als Ergebnis des Vergleichs vorweggenommen [4–6]. Gleichwohl bildet die Prüfung dessen, was Ingenieure und Wissenschaftler berechnen, mit dem, was in der Realität beobachtet wird, die Basis der heute angewendeten Wissenschaftstheorie [7, 8]. Ziel dieses Beitrags ist nicht die methodische Erweiterung des Vergleichs, wie sie z. B. in [7] hinsichtlich der Erweiterung auf Streuungsmaße erfolgte, sondern die Erweiterung des Vergleichs auf eine zusätzliche Bauwerks

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DOI: 10.1002/bate.202000084

2 Stützbauwerke 2.1

Einleitung und Definition

Stützbauwerke zählen zur Klasse der Kunstbauten bzw. Infrastrukturbauwerke. Dazu gehören z. B. auch Brücken, Tunnel oder Dämme. Stützbauwerke stellen einen bedeutenden Teil der Infrastruktur dar. Dies belegt die im Abschn. 2.3 näher diskutierte Anzahl von Stützbauwerken für verschiedene Länder und Infrastrukturbetreiber. Darüber hinaus gibt es verschiedene technisch-konstruktive Arten von Stützbauwerken. Diese werden im Abschn. 2.2 kurz vorgestellt, wobei dieser Abschnitt nur einen Überblick geben soll und keiner ausführlichen Diskussion der verschiedenen Arten entspricht. Der Vergleich gilt also für die Grundgesamtheit aller Stützbau-

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C. Hofmann, D. Proske, K. Zeck: Vergleich der Einsturzhäufigkeit und Versagenswahrscheinlichkeit von Stützbauwerken Tab. 1 Typologische Einordnung von Stützbauwerken Typological classification of retaining structures

Geländeanschnitt (Stützbauwerk, Hangsicherung)

Geländeaufschüttung (Stützbauwerk, Damm)

Geländedurchschnitt (Tunnel)

Geländeüberführung (Brücke)

werke; es wird nicht nach Arten von Stützbauwerken unterschieden.

Definitionen für Stützbauwerke lauten z. B. – „Stützbauwerke umfassen alle Arten von Wänden oder Stützsystemen, bei denen Bauteile durch Kräfte aus dem gestützten Material beansprucht werden.“ [9] – „Der Zweck eines Stützbauwerkes ist es, eine ansonsten instabile Bodenmasse durch seitliche Abstützung oder Bewehrung zu stabilisieren.“ [10] – „Stützbauwerke sind Stützkonstruktionen, die waagerechte und senkrechte Lasten (dynamische und/oder statische) aus dem Boden aufnehmen und diese im Fußbereich in den Boden übertragen.“ [11]

2.2

Einteilung der Stützbauwerke

Gemäß Boley [12] können Stützbauwerke in Stützmauern (flach gegründet) und Stützwände (tief gegründet) unterteilt werden. Tab. 2 nennt die häufigsten Beispiele für Stützmauern und Stützwände. Daneben existieren auch noch andere Einteilungen von Stützmauern [13, 14].

2.3

Anzahl der Stützbauwerke

Wie bereits erwähnt, stellen Stützbauwerke einen wesentlichen Bestandteil der Infrastruktursysteme dar. In verschiedenen Referenzen finden sich Angaben zur Anzahl von Stützbauwerken. Tab. 3 listet derartige Referenzen mit den jeweiligen Werten für verschiedene Regionen, Länder und Infrastrukturbetreiber auf. 476

Foto: Christof Hofmann

Im Allgemeinen werden Stützbauwerke als Bauwerke angesehen, die Geländesprünge ermöglichen und die notwendig werden, wenn Geländeprofile und Böschungsprofile nicht mehr ohne Baumaßnahmen standsicher sind. Klassifiziert man Stützbauwerke als Eingriffe in das Geländeprofil wie Geländeaufschüttungen und Geländeanschnitte, so werden sie typologisch flankiert von den Brücken (Geländeüberführungen) und den Tunneln (Geländedurchschnitte). Dies ist symbolisch in Tab. 1 dargestellt. Gelegentlich stehen Stützbauwerke in Verbindung mit anderen Kunstbauwerken, wie z. B. Tunneln. Dies zeigt beispielhaft Bild 1.

Bild 1 Bild einer Eisenbahnstrecke mit Tunnel und Stützbauwerk Picture of a railroad line with tunnel and supporting structure

In [15] wird eine weltweite Anzahl von Stützbauwerken in der Größenordnung von 26 Mio. geschätzt. Dabei dürfte es sich um eine vorsichtige Schätzung handeln, da diese Zahl zu einem wesentlichen Anteil auf der Schätzung von 50 000 Stützbauwerken für die Schweiz basiert. Da vergleichbare Studien für Österreich einen praktisch dreimal so großen Wert ermitteln, dürfte die Gesamtzahl von Stützbauwerken in der Schweiz höher und damit weltweit wahrscheinlich deutlich über den 26 Mio. liegen. Tab. 2 Einteilung von Stützbauwerken überwiegend nach Boley [12] Classification of retaining structures mainly according to Boley [12]

Beispiele für Stützmauern

Beispiele für Stützwände

Schwergewichtsmauern

Spundwände

Winkelstützmauern

Trägerbohlen- bzw. Rühlwände

Raumgitterkonstruktionen

Schlitzwände

Gabionenwände

Pfahlwände

Ankerwände (Elementwände)

Stabwände

Verkleidungsmauern

Düsenstrahl

Bewehrte Erde

Dübel und Stützscheiben Injektionsvernadelungen

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Tab. 3 Anzahl Stützbauwerke in verschiedenen Ländern und bei verschiedenen Infrastrukturbetreibern Number of retaining structures in different countries and with different infrastructure operators

Region bzw. Land

Infrastrukturbetreiber

Anzahl

Europäische Union

Kilometer

Referenz

50 000

[16]

1 2291)

[17]

Deutschland

Deutsche Bahn

10 0331)

Österreich

gesamt

140 000

[18]

Österreich

ÖBB

10 000

[9, 19]

Österreich

ASFINAG

961

[19]

Schweiz

gesamt

50 000

[15]

Schweiz

SBB

17 0002)

Schweiz

ASTRA

2 500

[22]

Japan

Eisenbahn

7 989

[23]

5 543

[14]

Tschechien

413

[20, 21]

Dänemark

Nationalstraßen

[16]

Frankreich

Nationalstraßen

13 729

[16]

Spanien

Nationalstraßen

3 641

[16]

Schweden

Nationalstraßen und Straßen in Stockholm

600

[16]

Großbritannien 1) 2)

4 433

AUFSATZ ARTICLE

C. Hofmann, D. Proske, K. Zeck: Comparison of collapse frequency and failure probability of retaining structures

[16]

nur Bauwerksklasse 3 hier handelt es sich um Baueinheiten, Baueinheiten entsprechen nicht direkt der Anzahl der Objekte, so kann ein Objekt aus mehreren Baueinheiten bestehen

Interessant ist der Vergleich der Anzahl der Kunstbauwerke untereinander. Dies ist in Tab. 4 für die Schweizer Bundesbahn (SBB) dargestellt, wobei nicht nur die Anzahl, sondern auch der Wiederbeschaffungswert angegeben wird. Man erkennt deutlich, dass zwar auf der einen Seite die Anzahl der Stützbauwerke dominiert, dass aber auf der anderen Seite der Wiederbeschaffungswert für Brücken und Tunnel deutlich über den Werten für Stützbauwerke liegt. Das könnte ein Indiz dafür sein, warum es deutlich mehr Studien zur Anzahl der Brücken und Tunnel gibt als zur Anzahl der Stützbauwerke.

3 Vergleich 3.1

Einleitung und Berechnung

Um den Vergleich der beobachteten Einsturzhäufigkeiten und der berechneten Versagenswahrscheinlichkeiten durchführen zu können, müssen zunächst diese Werte ermittelt werden. Die Einsturzhäufigkeit von Stützbauwerken F ergibt sich aus dem Verhältnis der Anzahl eingestürzter Stützbauwerke nf bezogen auf die Grundgesamtheit aller Stützbauwerke n: F=

nf n

Die drei Parameter beziehen sich auf ein Referenzgebiet und einen bestimmten Referenzzeitraum bzw. Referenz-

Tab. 4 Vergleich der Anzahl von Stützbauwerken mit der Anzahl anderer Kunstbauwerke für die SBB [20] Comparison of the number of retaining structures with the number of other art structures for the SBB [20]

Kunstbauten

Anzahl (gerundet)

Wiederbeschaffungswert (gerundet)

Stützbauwerke Brücken Tunnel

17 000 6 000 300

4,1 Mrd. Schweizer Franken 12 Mrd. Schweizer Franken 12 Mrd. Schweizer Franken

zeitpunkt. In der Regel wird als Referenzzeitraum für nf ein Jahr verwendet. Der Referenzzeitpunkt für die Fest legung der Gesamtzahl der Stützbauwerke hängt vom jeweiligen Betreiber ab. Die Gesamtanzahl der Stützbauwerke für verschiedene Regionen und Betreiber wurde im Abschn. 2.3 diskutiert. Das Referenzgebiet bezieht sich häufig auf Landesgrenzen, es können aber auch adminis trative Grenzen von Infrastrukturbetreibern sein. Bei bestimmten regionalen Einwirkungen, z. B. Erdbeben, erfolgte durch die Autoren eine Schätzung der Anzahl eingestürzter Stützbauwerke auf die exponierte Fläche. Die Versagenswahrscheinlichkeit Pf berechnet sich wie folgt:

∫ ∫g(X)≤0 fx ( X ) dx,

Pf = …

wobei g(X) die Grenzzustandsgleichung und X der Vektor der Bemessungsvariablen ist. Die Grenzzustandsgleichung g(X) bildet die baustatische Nachweisgleichung

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Grafik: Christof Hofmann, Dirk Proske

C. Hofmann, D. Proske, K. Zeck: Vergleich der Einsturzhäufigkeit und Versagenswahrscheinlichkeit von Stützbauwerken

Bild 2 Beobachtete Einsturzhäufigkeiten (Rechtecke und horizontale Linien) und berechnete Versagenswahrscheinlichkeiten (Kreise); grüne und orange Datenpunkte und horizontale Linien nach [24–34], blaue Quadrate berechnet nach Daten aus [13] Observed collapse frequencies (rectangles and horizontal lines) and calculated failure probabilities (circles); green and orange data points and horizontal lines according to [24–34], blue squares calculated according to data from [13]

ohne Sicherheitselemente ab und stellt die Integrationsgrenze über den Raum der Bemessungsvariablen dar. Für die Durchführung solcher Berechnungen stehen heute verschiedene kommerzielle und nicht kommerzielle Programme zur Verfügung, die wiederum verschiedene Berechnungsverfahren wie FORM (First Order Reliability Method), SORM (Second Order Reliability Method) oder Monte-Carlo-Simulation und ihre Varianten [4] anwenden. Die Versagenswahrscheinlichkeit wird in der Literatur [4] als operative Versagenswahrscheinlichkeit bezeichnet, um den Unterschied zwischen Berechnung (Versagenswahrscheinlichkeit) und Beobachtung (Einsturzhäufigkeit) deutlich zu machen. Auch hier wird als Bezugszeitraum meistens ein Jahr verwendet. Im Gegensatz zur Einsturzhäufigkeit bezieht sich die Versagenswahrscheinlichkeit in den meisten Fällen nur auf einen Tragfähigkeitsnachweis an einer bestimmten Bauwerksposition, nicht auf die Gesamttragfähigkeit des Bauwerks. Dies muss dann durch die Verknüpfung einzelner Versagenswahrscheinlichkeiten erfolgen.

3.2 Datengrundlage Die hier vorgestellte Studie ist eine Meta-Analyse, d. h., es erfolgt eine Literaturrecherche zur Erfassung und Sammlung der Einsturzhäufigkeiten und Versagenswahrscheinlichkeiten von Stützbauwerken. Die Auswertungen umfassen vier Veröffentlichungen mit expliziten Angaben zur Einsturzhäufigkeit [24–27] und sieben eigene Berechnungen von Einsturzhäufigkeiten. Die sieben Berechnungen basieren auf Daten aus [13] und beziehen sich auf Erdbeben. Darüber hinaus umfasst 478

die Auswertung sieben Veröffentlichungen mit berechneten Versagenswahrscheinlichkeiten [28–34]. Insgesamt ist der Datenumfang damit im Vergleich zu den Analysen von Brücken und Tunneln relativ gering, liegt jedoch oberhalb der Zahlen für Tunnel [7].

3.3

Visualisierung der Daten

Bild 2 zeigt die aus der Literatur entnommenen Versagenswahrscheinlichkeiten und Einsturzhäufigkeiten und die selbst ermittelten Einsturzhäufigkeiten in einem Diagramm. Der Aufbau des Diagramms entspricht dem bisher verwendeten Aufbau in [1–3, 7]. Auf der x-Achse findet sich das Jahr der Veröffentlichung der Studie, das Jahr des Erdbebens bzw. explizit in der jeweiligen Referenz angegebene Zeitspannen. Die y-Achse gibt Versagenswahrscheinlichkeiten bzw. Einsturzhäufigkeiten pro Jahr an. Versagenswahrscheinlichkeiten sind mit einem Kreis gekennzeichnet, Einsturzhäufigkeiten mit einem Rechteck oder einer horizontalen Line für eine Zeitspanne. Die blauen Rechtecke entsprechen beobachteten Einsturzhäufigkeiten durch Erdbeben. Dazu wurde die Anzahl der Einsturzereignisse aus [13] auf ein von den Autoren definiertes Expositionsgebiet bezogen. Die Größe des Expositionsgebiets richtete sich nach der Entfernung zum Epizentrum. Die Dichte der Stützbauwerke wurde, soweit keine Zahlen vorlagen, mit der Dichte der Stützbauwerke aus Österreich angenommen. Hier erfolgte unter Umständen eine nicht konservative Schätzung durch die Autoren, weil die Dichte der Stützbauwerke in Österreich relativ groß ist. Sollte die Dichte in den Expositionsgebieten geringer sein, so würde die Einsturzhäufigkeit steigen.

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Tab. 5 Mittelwert der Einsturzhäufigkeiten und Versagenswahrscheinlichkeiten; für die Berechnung wurden logarithmierte Werte verwendet, die Werte für Brücken, Dämme und Tunnel stammen aus [7] Mean value of collapse frequencies and failure probabilities; logarithmic values were used for the calculation, the values for bridges, dams and tunnels are taken from [7]

III

Bauwerkstyp

Einsturzhäufigkeit

Versagenswahrscheinlichkeit

Verhältnis Spalte III zu Spalte II

Brücken

1,17 × 10–4

2,00 × 10–4

1,70

Dämme

3,02 × 10–4

3,46 × 10–4

1,15

Tunnel

2,15 × 10–4

5,30 × 10–4

2,46

10–4

10–3

1,66

Stützbauwerke

8,14 ×

1,35 ×

Erwähnenswert ist die Beobachtung, dass die dokumentierte Anzahl Einstürze von Stützbauwerken bei starken Erdbeben nicht signifikant größer war als bei schwachen Erdbeben. Die Autoren weisen darauf hin, dass es sich hier um unvollständige Dokumentationen handeln kann (Underreporting). Dies wurde bereits bei der Untersuchung der Einsturzhäufigkeit von Brücken beobachtet [7]. In der hier vorliegenden Untersuchung erfolgt keine Korrektur oder Anpassung der Daten an die möglicherweise unvollständige Dokumentation bei starken Erdbeben. Das orange Quadrat und die horizontalen Linien beziehen sich nicht spezifisch auf Erdbeben, sondern auf das allgemeine Versagen von Stützbauwerken.

ten, Brücken, Dämmen und Tunneln erhebliche Opferzahlen beobachtet. Der Einsturz des World Trade Centers führte zu über 3 000 Todesopfern, bei Brückeneinstürzen gibt es mehrere Ereignisse mit über 200 Todesopfern, bei Dämmen gibt es ein Versagen mit weit über 100 000 Todesopfern und bei Tunneln kennt man ebenso Einstürze mit mehreren Hundert Todesopfern. Solche außerordentlich opferreichen Ereignisse sind für das Versagen von Stützbauwerken nicht bekannt. Zwar gab es einige Ereignisse mit einigen Todesopfern, aber prinzipiell sind die Konsequenzen des Versagens von Stützbauwerken in Form von menschlichen Opfern aus Sicht der Autoren wesentlich geringer als bei den anderen Bauwerkstypen.

Die in Bild 2 dargestellten Berechnungsergebnisse der Versagenswahrscheinlichkeit liegen zwischen 10–1 und 10–5 pro Jahr. Die ermittelten Einsturzhäufigkeiten liegen im Bereich von unterhalb 10–2 bis knapp unterhalb 10–4 pro Jahr. Die beobachteten Einsturzhäufigkeiten liegen also innerhalb des Bereichs der berechneten Werte.

Eine weitere Schlussfolgerung umfasst die Überwachung und Instandhaltung. Große Teile der Stützbauwerkskonstruktionen sind durch den direkten Bodenkontakt nicht einsehbar, und durch Schadensfälle ist bekannt, dass häufig Feuchteschäden und Korrosionserscheinungen an der dem Boden zugewandten Seite auftreten. Dies kann eine Ursache für die deutlich größere Einsturzhäufigkeit sein, denn die Zielgrößen der Versagenswahrscheinlichkeiten sind für alle Bauwerke im Wesentlichen identisch. Tatsächlich bestätigt die Arbeit von Schweckendiek et al. [32] eine erhöhte Versagenswahrscheinlichkeit unter Berücksichtigung von Korrosion, die im Bereich der beobachteten Einsturzhäufigkeiten liegt.

Diskussion und Schlussfolgerungen

Basierend auf den bisher vorliegenden Angaben scheinen Berechnungsergebnisse und Beobachtungswerte relativ gut übereinzustimmen. Die Übereinstimmung liegt im Bereich der anderen Kunstbauten wie Dämme und Brücken (Tab. 4). Auch bei den anderen Bauwerken finden sich obere und untere Ausreißer in den Berechnungen, so z. B. bei Dämmen obere Ausreißer und bei Brücken untere Ausreißer [1, 2, 7]. Der Vergleich der Ergebnisse mit anderen Kunstbauwerken (Tab. 4) legt nahe, dass für Stützbauwerke eine höhere Einsturzhäufigkeit und Versagenswahrscheinlichkeit akzeptiert wird als bei den anderen Kunstbauwerken. Dafür gibt es vermutlich zwei Gründe: Zum einen sind die Wiederbeschaffungskosten für die Stützbauwerke im Vergleich zu den anderen Bauten deutlich geringer, wie Tab. 3 zeigt. Damit ist auch das finanzielle Risiko beim Verlust eines Bauwerks geringer. Zum anderen gibt es Unterschiede bei der Anzahl der Todesopfer beim Versagen von Stützbauwerken und anderen Bauten. So wurden beim Einsturz von Hochbau-

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C. Hofmann, D. Proske, K. Zeck: Comparison of collapse frequency and failure probability of retaining structures

Die Spalte IV in Tab. 5 zeigt das Verhältnis aus den logarithmierten Mittelwerten der Versagenswahrscheinlichkeiten und der Einsturzhäufigkeiten. Die Ergebnisse für die Stützbauwerke bestätigen die bisherigen Ergebnisse für Brücken, Dämme und Tunnel: Die berechneten Versagenswahrscheinlichkeiten liegen im Durchschnitt höher als die beobachteten Einsturzhäufigkeiten. Dabei sei noch einmal explizit darauf hingewiesen: diese Sicherheit ergibt sich nicht aus Sicherheitsfaktoren und charakteristischen Werten, sondern sie ist allein das Ergebnis sonstiger konservativer Annahmen, wie z. B. konservativer Rechenvereinfachungen.

5 Ausblick Nach diesem Vergleich zwischen Berechnung und Beobachtung für Stützbauwerke und den bisher durchgeführten Vergleichen für Dämme, Tunnel und Brücken [7]

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C. Hofmann, D. Proske, K. Zeck: Vergleich der Einsturzhäufigkeit und Versagenswahrscheinlichkeit von Stützbauwerken

steht damit nur noch der Vergleich für Hochbauten aus. Dieser ist insofern von besonderer Bedeutung, weil Erdbebeneinstürze von Hochbauten die Opferzahlen durch Bauwerksversagen dominieren [15]. Dadurch könnten verschiedene andere Auslöser überdeckt werden [35]. Der Abschluss des Vergleichs für Hochbauten ist für Anfang 2021 geplant, sodass Ende 2021 für alle Bauwerkstypen die Vergleiche vorliegen. Parallel dazu erfolgt ein Ausbau der Datengrundlage für Tunnel [36]. Insgesamt werden

bis Ende 2021 ca. 150 probabilistische Berechnungen und knapp 100 Häufigkeitsstudien berücksichtigt werden.

Dank Die Autoren danken den Reviewern für die Hinweise und Verbesserungsvorschläge.

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480

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Bautechnik 98 (2021), Heft 7

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AUFSATZ ARTICLE

C. Hofmann, D. Proske, K. Zeck: Comparison of collapse frequency and failure probability of retaining structures

Kathrin Zeck, Bauing. kathrin.zeck@sbb.ch Schweizer Bundesbahn – SBB AG Netzdesign, Anlagen & Technologie, Kunstbauten Hilfikerstrasse 3 3000 Bern, Schweiz

Prof. (FH) Dr.-Ing. habil. Dirk Proske (Korrespondenzautor) dirk.proske@bfh.ch Berner Fachhochschule Pestalozzistrasse 20 3401 Burgdorf, Schweiz

Zitieren Sie diesen Beitrag Hoffmann, C.; Proske, D.; Zeck, K. (2021) Vergleich der Einsturz häufigkeit und Versagenswahrscheinlichkeit von Stützbauwerken. Bautechnik 98, H. 7, S. 475–481. https://doi.org/10.1002/bate.202000084 Dieser Aufsatz wurde in einem Peer-Review-Verfahren begutachtet. Eingereicht: 2. September 2020; angenommen: 1. Dezember 2020.

NACHRICHTEN

Campus Steinfurt führt neues Studiengangsprogramm International Engineering ein

„Studierende, die sich für International Engineering entscheiden, werden bessere Jobchancen haben“, erklärt Projektko ordinatorin Lisa Feldkamp. Das siebensemestrige Studiengangsprogramm sieht vor, zwei Jahre in Steinfurt und anderthalb Jahre an der Partnerhochschule –

schluss überall auf der Welt zu arbeiten“, so Feldkamp.

Foto: FH Münster/Maxi Krähling

Der internationale Austausch ist für wissenschaftliches Arbeiten gewinnbringend. Entsprechend eng sind die Ko operationen der Hochschulen weltweit untereinander. Auf dem Campus in Steinfurt will die FH Münster dies in den Ingenieurwissenschaften nun noch weiter ausbauen: Mit dem neuen Studiengangsprogramm International Engineering werden Studierende ab dem Wintersemester 2021/22 die Gelegenheit bekommen, einen Doppelabschluss an der FH Münster und einer Partnerhochschule im Ausland, etwa in Chile oder Kolumbien, zu erlangen. Das Programm ist zunächst an den Fachbereichen Maschinenbau und Energie – Gebäude – Umwelt in den Bachelorstudiengängen Maschinenbau und Umwelttechnik studierbar.

Das neue Studiengangsprogramm International Engineering ermöglicht den Studierenden einen Doppelabschluss an der FH Münster und einer Partnerhochschule im Ausland. Den Anfang machen Kolumbien und Chile.

zum Beispiel der Universidad Pontificia Bolivariana in Kolumbien oder der Universidad de Santiago de Chile – zu verbringen. Spanischsprachkurs und Praxissemester inklusive. „Sie erlangen internationale sowie interkulturelle Kompetenzen und ein hohes Maß an Selbstständigkeit. Außerdem lernen sie, sich im Ausland zurechtzufinden. Damit sind die Studierenden bereit, nach ihrem Ab-

In Steinfurt wird International Engineering auf Deutsch gelehrt. Interessent*innen sollten zudem Spanisch mindestens auf A2-Niveau beherrschen, da sie an den Partnerhochschulen in der Landessprache studieren werden. Studierende aus Kolumbien oder Chile schreiben sich dort zuerst ein und kommen entsprechend für die letzten drei Semester nach Steinfurt, um den Doppelabschluss zu machen. „Wir fangen zunächst mit den Partnerschaften in Kolumbien und Chile an, es ist aber auch angedacht, das Programm in Zukunft auf andere Regionen auszuweiten“, erklärt Feldkamp. Ab dem Wintersemester 2022/23 wird außerdem der Fachbereich Elektrotechnik und Informatik mit dem Bachelorstudiengang Elektrotechnik zum Programm hinzu stoßen. Weitere Informationen: www.fh-muenster.de/international- engineering/International Engineering

Bautechnik 98 (2021), Heft 7 481

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DOI: 10.1002/bate.202100036

BERICHT

Andreas Wirker, Ralf Donner, Holger Flederer, Thomas Bösche

Innovativer und nachhaltiger Ersatzneubau von Betonbrücken Der Ersatzneubau von Straßenbrücken wird künftig enorm an Bedeutung gewinnen. Da die Brückenerneuerung in Deutschland gegenwärtig nahezu ausschließlich am Standort des Bauwerks erfolgt, werden durch lange Bauzeiten erhebliche Verkehrseinschränkungen verursacht. Das hier vorgestellte und von der Bundesanstalt für Straßenwesen beauftragte Forschungsvorhaben zeigt Vorgehensweisen auf, mit denen die Bauzeit im Bereich der Verkehrstrasse erheblich reduziert werden kann. Durch separate Lösungsansätze für die Unterbauten, Überbauten und Kappen sowie die Bauverfahren stehen Kombinationsmöglichkeiten für verschiedenste Anwendungsfälle zur Verfügung. Die sofortige Anwendbarkeit einzelner Varianten ist gegeben, da diese vom Regelwerk abgedeckt sind. Für die stringente Anwendung der Fertigteilbauweise besteht die Notwendigkeit, noch weiterführende Toleranzanforderungen im Regelwerk zu definieren. Für einzelne Varianten besteht noch Forschungsbedarf. Mit den erarbeiteten Lösungen kann die Bauzeit vor Ort und damit auch die Einschränkung des Verkehrs um bis zu 66 % verringert und die CO2-Emmisionen erheblich reduziert werden. Die Kostensteigerung bleibt dabei moderat. Gleichzeitig sollten bei künftigen Vorhaben auch die externen Kosten mit einbezogen werden, da sich dadurch die Vorteile der Fertigteilbauweise noch wirtschaftlicher herauskristallisieren. Eine wesentliche Voraussetzung für die Um setzung der modularen Bauweise ist die grundsätzliche Bereitschaft, diese anzuwenden.

Innovative and sustainable replacement construction of concrete bridges The replacement construction of road bridges will gain enormous importance in the future. Since the reconstruction of bridges in Germany is almost exclusively carried out on site at present, it results in considerable traffic restrictions owing to the long construction times. The research project presented here and commissioned by the Federal Highway Research Institute shows ways to significantly reduce the construction time for the areas with traffic routes. A wide range of combination options is available for a variety of applications based on the use of separate solutions for the substructures, superstructures and toppings as well as the construction methods. The individual variants can be applied immediately as these are covered by the regulations. For the stringent application of prefabricated constructions, additional tolerance requirements need to be defined in the regulations. Research is still required for individual variants. The solutions developed can reduce on-site construction time, and thus traffic restrictions, by up to 66 % and significantly reduce CO2 emissions. The increase in costs remains moderate. At the same time, future projects should also take into account external costs, as this will make the benefits of prefabricated construction even more apparent. An essential prerequisite for the implementation of the solution options shown is the general readiness to apply the modular construction method.

Stichworte Ersatzneubau; Modularisierung; Fertigteilbauweise; Bauverfahren; Nachhaltigkeit

Keywords replacement construction; modularisation; prefabricated construction method; construction methods; sustainability

2 Vorgehen

Hintergrund und Ziel des Forschungsvorhabens

Verursacht durch die alternde Bausubstanz und den kontinuierlich gestiegenen Schwerlastverkehr, in Verbindung mit vorhandenen Defiziten bestehender Straßenbrücken, wird der Ersatzneubau zunehmend an Bedeutung gewinnen. Die Erstellung von Ersatzneubauten verursacht durch die Herstellung am Ort des vorhandenen Bauwerks große Verkehrseinschränkungen. In dem hier vorgestellten und von der Bundesanstalt für Straßenwesen beauftragten Forschungsvorhaben wurden Vorgehensweisen erarbeitet, mit denen die Bauzeit und Verkehrseinschränkungen beim Ersatzneubau von Straßenbrücken minimiert werden können.

Die Lösungsansätze wurden stufenweise an konkreten Beispielobjekten von Autobahnbrücken ausgearbeitet. Aus einer Bestands- und Bedarfsanalyse wurden vier typische Tragsysteme ermittelt und in den weiteren Unter suchungen betrachtet. Ein Rahmenbauwerk mit einer Stützweite bis 30 m, ein Einfeldsystem mit einer Gesamtlänge zwischen 10 m und 30 m, ein Zweifeldsystem mit einer Gesamtlänge bis zu 70 m und ein Dreifeldsystem mit einer Gesamtlänge bis zu 100 m. Damit werden ca. 84 % des Brückenbestands im Bundesfernstraßennetz in Deutschland erfasst (Bild 1). Als Grundlage für die objektbezogene Betrachtung wurden Referenzbauwerke erstellt, bei denen die flach gegründeten Widerlager und die Zwischenunterstützung als

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Das Ergebnis der Rückmeldungen fällt eindeutig aus. Wie eingangs beschrieben, wurden die Brückenbauwerke bis auf einige wenige Ausnahmen vor Ort erneuert. Für die Baumaßnahmen richtete man eine Verkehrsführung 4+0 nach RSA [3] mit gleichzeitiger Geschwindigkeitsreduzierung auf 80 km/h ein. In Abhängigkeit von der Stützweite erfolgte die Sperrung der Richtungsfahrbahn für einen Zeitraum von 6 bis 18 Monaten. Die Gesamtbauzeit für die Erneuerung der Bauwerke betrug zwischen 16 und 36 Monaten.

Bild 1 Anteil der Teilbauwerke nach Längenklassen [1] Percentage of substructures based on length categories [1]

Stahlbetonkonstruktionen und die Überbauten als Spannbetonplattenbalken mit drei Stegen konzipiert sind. Der Brückenquerschnitt ist für alle Systeme gleich und wurde in Form eines RQ 36B der EKA 1 nach RAA [2] gewählt. Die Überbauten der Richtungsfahrbahnen sind im Bereich des Mittelstreifens geteilt ausgeführt. Ergänzend ist für die Wahl des Überbauquerschnitts festzuhalten, dass dieser maßgeblich von der Stützweite des Bauwerks abhängt und auch andere Bauweisen infrage kommen können. Unter den Bauwerken wurden entsprechende Verkehrsanlagen und Gewässerverläufe angeordnet, um die Auswirkungen von Ersatzneubauten auf diese Anlagen zu überprüfen.

Derzeitiges Vorgehen beim Ersatzneubau von Autobahnbrücken

In aller Regel wird beim Ersatzneubau von Brückenbauwerken an Bundesfernstraßen der Verkehr auf einer Richtungsfahrbahn gebündelt und das Brückenbauwerk im gesperrten Abschnitt erneuert. Nach Fertigstellung des ersten Teilbauwerks wird der Verkehr auf diese Konstruktion verlegt und das zweite Teilbauwerk erneuert. Damit einhergehend werden große Verkehrseinschränkungen, welche sich über Monate erstrecken, in Kauf genommen. Um diese Einschätzung zu verifizieren, wurden die Straßenbaubehörden der Länder bez. des derzeitigen Vorgehens angefragt. Mit der Anfrage war zu beantworten, in welcher Konstruktionsart und unter Einrichtung welcher temporären Verkehrsführung die Brücken erneuert wurden. Die Gesamtbauzeit war ebenfalls mitzuteilen. Aussagekräftige Rückmeldungen wurden von mehreren Landesstraßenbauverwaltungen gegeben.

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In einigen Ausnahmefällen wurden die Baumaßnamen für die Brückenbauwerke unter der Sperrung der Autobahn [4], seitlicher Vorfertigung und Verwendung von Hilfsbrücken [5] realisiert. Dies stellten aber nur Einzelfälle dar. Der Vorteil des üblichen Vorgehens ist, dass sich die Bauweisen über Jahrzehnte bewährt haben und Schritt für Schritt verbessert worden sind. Durch die Herstellung vor Ort werden dauerhafte robuste Bauwerke geschaffen, die sich optimal in jede örtliche Situation einpassen. Dieser Anspruch soll auch weiterhin gelten.

Darstellung von innovativen Bauweisen und Bauverfahren

Es galt die Fragestellung zu beantworten, wie die Bauteile einer Brücke modularisiert werden können, um die Herstellung dieser Einzelteile in ein Fertigteilwerk zu ver lagern und somit Fertigungszeiten auf der Baustelle zu minimieren. Vor Ort sollen weitestgehend nur noch die Montage der Einzelteile und deren Komplettierung er folgen. Die Möglichkeiten unterscheiden sich im Vorfertigungsgrad, der Teilungsart und der Querschnittwahl. Bei einigen Varianten werden Ortbetonergänzungen erforderlich. Für die verschiedenen Tragsysteme wurden innovative Bauweisen und Bauverfahren jeweils getrennt für die Unter-, Überbauten und Kappen entwickelt. Dies er möglicht künftig eine freie Kombination der aufgezeigten Lösungsansätze für die einzelnen Bauwerke.

Vergleich mit dem derzeitigen Vorgehen

5.1 Bauzeitenvergleich Für die innovativen Ansätze wurde die Bauzeit ermittelt und dem derzeitigen Vorgehen gegenübergestellt. Der Bauzeitenvergleich ergab (Bild 2), dass ein großes Reduzierungspotenzial in der Anwendung der innovativen Lösungen für die Unterbauten und der Gestaltung des Fahrbahnrands (Kappe/Gesims) liegt. Die Herstellung der Überbauten erzielt nur große Bauzeitvorteile (Bild 3), sofern sie mit der klassischen Ortbetonbauweise verglichen wird. Beim Vergleich mit der be-

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Bild 2 Herstellung der Unterbauten in Endlage Fabricating the substructures in the final position

Bild 3 Herstellung der Überbauten in Endlage Fabricating the superstructures in the final position

kannten Bauweise der Fertigteilträger fällt der Bauzeitenvorteil entsprechend geringer aus.

Kosten bei der Realisierung von Brückenbauwerken konnten durch die Betrachtung möglicher volkswirtschaftlicher und ökologischer Kosten ebenfalls dargestellt werden.

5.2 Variantenvergleich Durch den Vergleich des derzeitigen Vorgehens mit den innovativen Ansätzen wurden über eine Bewertungs matrix Vorzugslösungen herausgearbeitet. In das Bewertungsverfahren fließt die Nachhaltigkeit durch Beurteilung der fünf Säulen ökologische Qualität, ökonomische Qualität, soziokulturelle und funktionale Qualität, technische Qualität sowie Prozessqualität ein [6]. Die externen 484

Im Ergebnis (Bilder 4, 5) zeigte sich, dass die externen Kosten eine wesentliche Größenordnung bei der Realisierung von Brückenbauwerken nach dem herkömmlichen Vorgehen darstellen. Diese werden in der Projektabrechnung bisher nicht sichtbar. Schlussendlich wirken sich dadurch Bauweisen und Bauverfahren, bei denen die bauzeitlichen Verkehrseinschränkungen reduziert werden können, volkswirtschaftlich günstig und für das All-

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Bild 4 Variantenvergleich der Unterbauten Comparison of the substructure variants

Bild 5 Variantenvergleich der Überbauten Comparison of the superstructure variants

gemeinwohl nachhaltig aus. Gleichzeitig ist es ein zusätzlicher Beitrag des Verkehrssektors zur Erreichung der Klimaziele.

Konzepte für die Realisierung

Für die vier zu betrachtenden Tragsysteme konnten auf Grundlage der bewerteten Varianten Bauweisen und Ver-

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Bild 6 Details Randausbildung (Außenkappe und Mittelkappe) Details of border formation (outer topping and middle topping)

Bild 7 Einfeldsystem bis 30 m Längsschnitt Single-span system up to 30 m longitudinal section

fahren ausgewählt werden, mit denen anschließend Konzepte für die Realisierung erarbeitet wurden.

Durch entsprechende Baustoffwahl im Aufkantungsbereich (Bewehrungsstahl mit erhöhtem Korrosionswiderstand) wird das Instandsetzungsintervall des Gesimses auf das des Überbaus vergrößert.

6.1 Rahmenbauwerk Für das Rahmenbauwerk mit einer Stützweite von bis zu 30 m wird als technologisches Konzept vorgesehen, das Bauwerk neben dem Verkehrsweg herzustellen und in einer sehr kurzen Sperrung der Autobahn mittels FluidTechnik in Querrichtung einzuschieben. Das Einschieben von Bauwerken ist kein neues Verfahren, wird jedoch für Straßenbrücken nur in Ausnahmefällen angewendet. Dies sollte, wie bei der Deutschen Bahn üblich, künftig eher der Regelfall sein. Ein weiteres wichtiges konstruktives Element ist bei diesem sowie den nachfolgenden Bauwerken das Verzichten auf die aufgesetzte Kappe. Damit kann die Bauzeit unter Witterungseinfluss reduziert werden. Es wird nur noch eine Gesimsaufkantung (Bild 6) am Längsträger oder der Fahrbahnplatte ausgeführt. Als Schutzeinrichtung wird eine Betonschutzwand im Abstand des Wirkungsbereichs vor dem Gesims ausgeführt. Diese hat, anders als in bisherigen Lösungsansätzen, keine starre Verbindung mit dem Überbau. Die Krafteinleitung in das Bauwerk erfolgt über Reibungskräfte, welche durch die seitliche Verschiebung der Betonschutzwand aktiviert werden. Für den Streckenbereich sind bereits zugelassene Systeme verfügbar. 486

6.2

Einfeldsystem bis 30 m

Für das in Bild 7 dargestellte Einfeldsystem ist eine Vollfertigteilvariante für eher kürzere Bauwerke mit einer Stützweite bis 20 m geplant worden. Den Überbau bilden einzelne quer vorgespannte Spannbetonplattenelemente mit einbetonierten Hohlkörpern. Die Verbindung zu den vorgefertigten Widerlagern in der Bauweise der Winkelstützelemente erfolgt durch Ausgießen eines vorgeformten Betongelenks.

6.2.1 Unterbauten Das Widerlager wird in modularer Bauweise mit Stahlbetonfertigteilen in Winkelstützelementform zusammengesetzt. Die 2,25 m breiten Elemente werden über eine Pressfuge gestoßen. Um das seitliche Verkippen der Einzelteile zu verhindern, werden diese, wie in Bild 8 zu sehen, bauzeitlich mit einem Spannanker verbunden. An den seitlichen Abschlüssen der Wandscheiben sind trapezförmige Aussparungen vorgesehen. Diese werden nach dem Zusammensetzen der Fertigteile mit Beton

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Bild 8 Einfeldsystem bis 30 m Widerlageransicht/Regelquerschnitt Single-span system up to 30 m abutment view/standard cross-section

Bild 9 Zweifeldsystem bis 70 m, Längsschnitt Two-span system up to 70 m, longitudinal section

verfüllt, um das horizontale Verkippen einzelner Ele mente zu verhindern.

ist die Fuge mit mechanischen Nachbearbeitungstechnologien einzuebnen – bspw. durch CNC-gestütztes Ober flächenfräsen.

6.2.2 Überbauten

Der Überbau und die Unterbauten sind über ein Betongelenk miteinander verbunden. Das Gelenk wird durch eine am Trägerende ausgebildete Halbschale realisiert, die in eine am Widerlagerfertigteil vorgesehene Aussparung eingreift und nach dem Ausrichten der Träger von der Oberseite des Überbaus vergossen wird.

Der Überbau besteht aus acht Spannbetonfertigteilträgern (Bild 8). Das Transportgewicht der Bauteile wird durch den Einbau von Hohlkörpern minimiert. Es ist vorgesehen, Polystyrol-Hartschaumblöcke mit einer geschlossenen Struktur über 0,7 × L der Trägerlänge beidseitig ausgehend von der Trägermitte einzusetzen.

6.3 Es wäre auch denkbar, geschlossene Stahlrohre oder Stahlhohlkörper anzuordnen. Die einzelnen Träger sind in Querrichtung verspannt, um das statische Zusammenwirken der Trägerschaar sicherzustellen. Die Vorspannung der Trockenfuge ist so auszuführen, dass die im Fugenbereich möglichen Bewegungen wirksam begrenzt werden. Im Grenzzustand der Tragfähigkeit ist die Schertragfähigkeit nachzuweisen. Für glatte Fugen ohne Querkraftschloss, Schubnocken oder Fugenverguss reduziert sich der Nachweis auf das Coulomb’sche Haftreibungsgesetz. Mit dem Dekompressionsnachweis ist nachzuweisen, dass sich die Fugenränder nicht öffnen. Um die bei beiden Nachweisen angenommene idealisierte Oberflächenbeschaffenheit baupraktisch auszubilden,

Zweifeldsystem bis 70 m Gesamtlänge

Das Zweifeldsystem mit einer Gesamtlänge von bis zu 70 m erhält Unterbauten mit Vollquerschnitten in Köcherfundamenten und einen Überbau, der aus einem Stahlverbundquerschnitt mit nachträglich aufgesetzter Spannbetonplatte besteht (Bild 9).

6.3.1 Unterbauten Die Fundamente der Widerlager und Stützen werden als Köcherfundament im Fertigteilwerk vorfabriziert. Bauseits ist der luftseitige Fundamentfuß in Ortbeton zu ergänzen. Das Widerlager besteht aus sechs Stahlbetonstützen und einem Auflagerträger (Bild 10). Die Stützen und der Auflagerträger sind ebenfalls Fertigteile. Eine

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Bild 10 Detail Widerlager, Ansicht und Längsschnitt Detail of abutment, view and longitudinal section

Bild 11 Details Stahlkonstruktion Überbau Details of steel construction superstructure

Kammerwand mit Stummelflügel komplettiert als Ort betonergänzung das Widerlager. Die Pfeiler bilden jeweils zwei Stahlbetonstützen in ovaler Form und ein die Stützen verbindender Auflagerträger. Die Stützen werden in die Köcher eingesetzt, ausgerichtet und vergossen. Die darauf aufzusetzenden Auflagerträger verfügen über Aussparungen, in denen die Anschlussbewehrung der Stützen übergreift. Diese werden nach der Montage ebenfalls vergossen.

6.3.2 Überbauten Der Überbau des Zweifeldbauwerks wird als dreistegiger Stahlverbundplattenbalken ausgeführt. Um den Vorfer tigungsgrad zu erhöhen und auf der Baustelle nur noch die Montage der Elemente vornehmen zu müssen, werden die Stahlträger und der Betongurt im Werk vorgefertigt. Auf der Baustelle erfolgen dann der Zusammenbau und die Herstellung des Verbundquerschnitts. Der Betongurt wird quergeteilt und in Plattenelemente mit einer Dicke von 40 cm und einer Breite von 3,00 m aufgelöst. Die Kontaktstelle der Plattenelemente ist für die Bau stellenmontage mittels CNC-Frästechnik nachzuarbeiten. Der Träger erhält im zweiten Feld einen Montage-Kopfplattenstoß (Bild 11), um transportierbare Trägerlängen 488

zu erhalten. Mit den Querträgern wird nach dem gleichen Prinzip verfahren. Die Verbundherstellung zwischen den Stahlträgern und den Plattenelementen erfolgt nach dem sog. Verfahren der injizierten Fuge [7]. Dabei werden auf dem Stahlträger zwei Riffelbleche als Verbundmittel aufgesetzt und der in den Plattenelementen vorhandene Kanal nach dem Auflegen und Längsverspannen der Platten injiziert. Es stehen aber auch noch andere Möglichkeiten [8] der nachträglichen Verbundherstellung zur Verfügung.

6.4

Dreifeldsystem bis 100 m Gesamtlänge

Das längste der betrachteten Bauwerke, das Dreifeld system (Bild 12), wurde mit Unterbauten in Hohlkastenbauweise, hochgesetzten Widerlagern und einem Überbau mit Stahlverbundquerschnitt und Ortbetonergänzung geplant.

6.4.1 Unterbauten Die Bauteile des Widerlagers werden vollständig im Fertigteilwerk in Form von drei Einzelteilen je Widerlager vorgefertigt. Im Einzelnen gibt es die Bauteile der Auflagerbank, der Kammerwand und der Flügelwand (Bild 13).

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Bild 12 Dreifeldsystem bis 100 m, Längsschnitt Three-span system up to 100 m, longitudinal section

Bild 13 Dreifeldsystem bis 100 m, Details Schnitt Widerlager Three-span system up to 100 m, details of abutment section

Bild 14 Dreifeldsystem bis 100 m, Details Schnitt Pfeiler Three-span system up to 100 m, details of pillar section

Die Bauteile der aufgelösten Pfeiler werden ebenfalls vollständig im Fertigteilwerk hergestellt. Im Einzelnen werden Pfeilerunterteile, Zwischenelemente und ein Auflagerträger benötigt (Bild 14). Auf der Baustelle werden die Widerlager- und Pfeilerelemente auf die Ortbetonfundamente aufgesetzt, gestapelt und durch Einbau von Ankerstangen mit diesen verbunden. In den einzelnen Elementen werden Hohlkörper in Form von Polystyrol-Hartschaumblöcken mit geschlossener Zellstruktur eingebaut. Dies spart Beton und Montage gewicht. Die geschlossene Zellstruktur verhindert, dass sich in den Hohlkörpern Wasser ansammelt.

Durch die Ausführung von zusätzlichen Zwischen elementen können mit dieser Bauweise auch leicht höhere Stützenquerschnitte mit der gleichen Schalungsform hergestellt werden. Damit ist die Bauweise auch bestens geeignet, um Durchlaufbauwerke mit mehreren und v. a. unterschiedlichen Stützenhöhen herzustellen. Zur Übertragung von Horizontalkräften sind an den Fertigteilunterseiten entsprechende Schubnocken angeordnet. Auf der Fertigteiloberseite ist das zugehörige Gegenstück vorhanden, in dem die Nocke eingreift. Das Gegenstück und die Kontaktflächen sind so präzise herzustellen, dass der Stoß der Elemente in Form einer Trockenfuge erfolgen kann.

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6.4.2 Überbauten Der Überbau des Dreifeldbauwerks wird als neunstegiger Stahlverbundplattenbalken ausgeführt. Den Vorfertigungsgrad erhöhen Stahlverbundfertigteilträger mit Ortbetonergänzung. Die Längsträger werden jeweils in drei Baugruppen unterteilt und im Mittelfeld gestoßen, um transportierbare Trägerlängen zu erhalten. Der Stoß der Trägerelemente liegt im Bereich des Momentennullpunkts und erfolgt mittels Kopfplattenstoß. Der Bauzeitenvorteil dieser Variante resultiert aus der Ausführung der Gesimsaufkantung mit vorgestellter Betonschutzwand sowie den Schraubstößen der Träger. Auf der Baustelle sind nach der Montage der vorgefertigten Träger nur noch die Kopfplattenstöße zu verschrauben und die Ortbetonergänzung auszuführen. Durch die Gesimsaufkantung entfallen sämtliche größeren Schalarbeiten auf der Baustelle. Die Querträgerstummel sind an den Längsträgern angeschweißt.

Bewertung der Realisierungskonzepte

Für die vier vorgestellten Tragsysteme wurden auf Grundlage von Variantenuntersuchungen für Bauweisen und Verfahren im Vorfeld Konzepte für eine beschleunigte Realisierung erarbeitet. Für jedes der Tragsysteme ist ein dem Bauwerksentwurf vergleichbares Konzept entwickelt worden. Als Ergebnis der Konzeptbearbeitung wird festgestellt, dass mit der Anwendung der innovativen Bauweisen und Bauverfahren die Reduzierung der Zeiten mit Verkehrseinschränkungen von 40 % bis 66 % möglich ist. Eine signifikante Änderung der Baukosten bei Anwendung der innovativen Bauweisen war im Rahmen der Kostenschätzung nicht feststellbar. Darüber hinaus führt die Verringerung der Verkehrseinschränkung zu einer erheblichen Senkung der durch Brückenbaustellen verursachten CO2-Emissionen. Bei allen Tragsystemen wurde die Bauweise der Gesimsaufkantung mit vorgestellter Betonschutzwand angewendet. Mit dieser Lösung entfallen die Kappen. Dadurch wird ein erheblicher Anteil der Bauzeit für die Herstellung des Überbaus vor Ort eingespart. Diese Lösungen sind im Regelwerk noch zu verankern. Durch eine zweckmäßige Baustoffauswahl sind für das Gesims verlängerte Instandsetzungsintervalle zu erwarten, wodurch die Verkehrseinschränkungen während

der Bauwerksnutzung ebenfalls reduziert werden können. Insgesamt wird die Nachhaltigkeit der Brückenbauwerke gefördert.

8 Fazit Die in der Variantenbetrachtung als Baukastensystem dargestellten und in den Realisierungskonzepten angewendeten Bauweisen und Bauverfahren haben gezeigt, dass durch geschickte Kombination der einzelnen Möglichkeiten beim Ersatzneubau der Bauwerke erhebliche Bauzeiteinsparungen möglich sind. Damit einhergehend können die Verkehrseinschränkungen ebenfalls stark reduziert werden. Eine Vielzahl der aufgezeigten Lösungsansätze wird schon jetzt vom Regelwerk im Wesentlichen abgedeckt. Es liegen größtenteils Berechnungsansätze vor, sodass die sofortige Anwendbarkeit einzelner Möglichkeiten gegeben ist. Es müssen jedoch für die Fertigteilbauweise mit geringen Fugenbreiten noch separate Regelwerke mit Festlegung von Toleranzanforderungen und Vorgaben für die interne Qualitätssicherung erarbeitet werden. Ebenso sind noch Berechnungsansätze für Nachweise der Ermüdungsfestigkeit von Trockenfugen zu entwickeln. Weiterer Forschungsbedarf besteht für das Verfahren der injizierten Fuge. Zudem sollte der Fertigungsprozess durch eine externe Fertigungsüberwachung begleitet werden, welche unabhängig von der vertraglichen Abwicklung des Bauvorhabens eingeschaltet ist. Diese Maßnahmen stellen eine qualitativ hochwertige Herstellung der Brückenbauwerke sicher und sorgen für eine Langlebigkeit der Bauwerke. Um für die künftigen Aufgaben beim Ersatzneubau von Brückenbauwerken vorbereitet zu sein und den heutigen langen Bauzeiten und großen Verkehrseinschränkungen entgegenzuwirken, sollten weitere Pilotprojekte mit Anwendung der aufgezeigten innovativen Bauweisen und Bauverfahren umgesetzt werden. Dadurch können sich die Baufirmen auf die geänderten Anforderungen einstellen. Die innovativen Ansätze gelingen, wenn von allen Beteiligten die Bereitschaft zur Anwendung der Fertigteilbauweise vorhanden ist. Der vollständige Forschungsbericht kann unter https://bast.opus.hbz-nrw.de/frontdoor/index/index/ docId/2445 abgerufen werden.

Literatur [1] BASt – Bundesanstalt für Straßenwesen (2018) Brücken an Bundesfernstraßen [online]. Bergisch Gladbach: BASt. https://www.bast.de/BASt_2017/DE/Statistik/Bruecken/ Brueckenstatistik.pdf?__blob=publicationFile&v=11 [Zugriff am: 13. Dez. 2018]

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[2] FGSV – Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Arbeitsgruppe Straßenentwurf (2008) RAA Richt linie für die Anlage von Autobahnen (R1).

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[3] Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungs wesen, Abteilung Straßenbau, Straßenverkehr (1995) RSA Richtlinie für die Sicherung von Arbeitsstellen an Straßen. [4] Lederhofer, E.; Ringwald, R.; Karakas, A. (2013) FE-Nr. 15.0551/2012/NRB Machbarkeitsstudie zum nachhaltigen Ersatzneubau von Brücken: Die innovative Brücke. BASt, München. [5] Hessen Mobil – Straßen- und Verkehrsmanagement (2018) Erhebung durch WKP Dresden, Anfrage Straßenbaubehörden der Länder. [6] BASt (2016) Entwicklung einheitlicher Bewertungskriterien für Infrastrukturbauwerke im Hinblick auf Nachhaltigkeit.

Autoren Dipl.-Ing. (FH), SFI, BIC Andreas Wirker (Korrespondenzautor) wirker@wkp-dresden.de WKP Planungsbüro für Bauwesen GmbH, VBI Karl-Marx-Straße 23 01109 Dresden

Dipl.-Ing. Ralf Donner info@wkp-dresden.de WKP Planungsbüro für Bauwesen GmbH, VBI Karl-Marx-Straße 23 01109 Dresden Prof. Dr.-Ing. Holger Flederer holger.flederer@htw-dresden.de Professur Brücken- und Ingenieurbau Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden Fakultät Bauingenieurwesen/Architektur Friedrich-List-Platz 1 01069 Dresden

Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Brücken- und Ingenieurbau Heft B 125, 05/2016. [7] Dauner, H.-G. (2006) Klebetechnik für den schnellen und wirtschaftlichen Bau von Verbundbrücken in: Stahlbau 75, H. 7, S. 551–557. [8] Seidl, G.; Hierl, M.; Breu, M.; Mensinger, M.; Stambuk, M. (2016) Segmentbrücke Greißelbach als Stahlverbundbrücke ohne Abdichtung und Asphalt in: Stahlbau 85, H. 2, S. 126–136.

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A. Wirker, R. Donner, H. Flederer, T. Bösche: Innovative and sustainable replacement construction of concrete bridges

Prof. Dr.-Ing. Thomas Bösche thomas.boesche@htw-dresden.de Professur Massivbau Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden Fakultät Bauingenieurwesen/Architektur Friedrich-List-Platz 1 01069 Dresden

Zitieren Sie diesen Beitrag Wirker, A.; Donner, R.; Flederer, H.; Bösche, T. (2021) Innovativer und nachhaltiger Ersatzneubau von Betonbrücken. Bautechnik 98, H. 7, S. 482–491. https://doi.org/10.1002/bate.202100036

NACHRICHTEN

Baustoffmangel bremst Aufschwung aus! Konstruktionsvollholz laut Statistischem Bundesamt im März 2021 um 20,6 Prozent höher als im März 2020. „Die Preise für Baustoffe haben in den vergangenen Monaten kräftig zugelegt. Deshalb mehren sich jetzt auch aus den Ingenieurbüros die Rückmeldungen, dass auf den Baustellen wegen Baustoff mangels nicht mehr so gearbeitet werden kann, wie es eigentlich sein sollte. Davon ist vom Rohbau bis zum Ausbau alles betroffen!“, sagte Dr. Ulrich Scholz, Mitglied des Vorstands der Bundesinge nieurkammer. Hier müsse unbedingt gegengesteuert werden. Foto: Max van den Oetelaar/Unsplash

Die Bundesingenieurkammer zeigt sich angesichts des zunehmenden Baustoffmangels besorgt. Dieser betreffe sowohl die Verfügbarkeit von Kies, Sand, Zement und Beton, aber auch von Stahl, Holz oder Dämmstoffen. Eine Auswirkung seien die stark gestiegenen Rohstoffpreise. So lagen beispielsweise die Preise für Dachlatten, Bauholz oder

Aus Sicht der Bundesingenieurkammer ist es daher dringend geboten, die Baustoffproduktion zukünftig wieder verstärkt nach Deutschland zu holen bzw. da, wo es möglich ist, kurzfristig zu erhöhen. Langfristig müsse es jedoch darum gehen, Recycling von Baumate rial stärker zu fördern. Darüber hinaus appellierte Dr. Scholz an die Bauherren, Planerinnen und Planern ausreichend Zeit für ihre Arbeit zuzugestehen und diese auch entsprechend zu honorieren. „Denn nur so können sie die bestmög lichen Lösungen anbieten. Dazu gehört aus unserer Sicht auch, baustoffsparender zu planen und zu bauen und so den Einsatz von Baustoffen zu reduzieren“, unterstrich das Vorstandsmitglied der Bundesingenieurkammer abschließend. Dies wäre auch ein sinnvoller Beitrag zum Klimaschutz und für mehr Nachhaltigkeit. Weitere Informationen: www.bingk.de

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DOI: 10.1002/bate.202100034

Michael Weizenegger, Andreas Schmid, Ralph Bentrup, Michael Schneider

BERICHT

Modernisierung U-Bahnhof Sendlinger Tor Umbau und Erweiterung zum Zukunftsbahnhof Rund 250.000 Fahrgäste/d und 13 kreuzende U-Bahn-, Tramund Buslinien machen die Station Sendlinger Tor zu einem der wichtigsten Verkehrsknotenpunkte im Münchner Nahverkehrsnetz. Die 1971 eröffnete Station wird aktuell umfassend erneuert und zu einem modernen Zukunftsbahnhof umgestaltet. Ziel der Maßnahmen ist es, die Leistungsfähigkeit und Sicherheit für Fahrgäste zu erhöhen – denn das heutige Fahrgastaufkommen bringt den Bahnhof an seine Kapazitätsgrenze. Täglich bilden sich lange Staus der Fahrgäste an den zentralen Treppenanlagen. Insbesondere ist auch im Falle eines Brands zu befürchten, dass die knappen Treppenkapazitäten im Bestand zu langen Entfluchtungszeiten führen. Zentrale Maßnahmen sind daher die Erweiterung des Bauwerks, die Neugestaltung der Durchgänge sowie die Verbreiterung der bestehenden Ausgänge und die Verlängerung der Lifte an die Oberfläche. Gleichzeitig werden bei notwendigen Sanierungsarbeiten die Schäden an Betonsubstanz und Bauwerksfugen, die in den letzten 50 Jahren durch Feuchtigkeit und Streusalz entstanden sind, behoben. Das Konzept zur gestalterischen Erneuerung ging aus einem europaweiten Planungswettbewerb hervor. Im Ergebnis erhält der Bahnhof eine kräftige Farbgebung, die auf den beiden Bahnsteigebenen die ursprünglichen Farben aufgreift, der Verteilerebene eine moderne aufgeräumte Optik verleiht und die Ausgangsbereiche akzentuiert. Modernisiert wird auch die gesamte technische Ausrüstung des Bahnhofs. Dies geschieht wie der gesamte Umbau unter laufendem Betrieb. Entstehen wird ein moderner, barrierefreier U-Bahnhof mit attraktivem Erscheinungsbild und höchsten Sicherheitsstandards. Zentrale Herausforderung sind neben den technischen Aspekten die extrem beengten Platzverhältnisse sowie das Bauen im Bestand mit möglichst geringen Einschränkungen für sämtliche Verkehrsteilnehmer.

Modernisation of the underground station Sendlinger Tor – conversion and expansion towards a station of the future Approximately 250,000 passengers per day and 13 crossing underground train, tram and bus lines make the station of Sendlinger Tor one of the most important hubs within the Munich transport network. The station, opened in 1971, is currently being comprehensively renovated and redesigned into a mo dern station of the future. The project aims at increasing passenger capacity and safety as today’s passenger volume pushes the station’s capacity to its limits. Daily passenger congestions at the central staircases are long; especially in case of a fire, there is a concern that the stairs’ limited capacities could prolong evacuation. Therefore, the key measures include the expansion of the structure, new design of passageways as well as the widening of existing exits and lengthening of elevators all the way up to the surface. At the same time, any damage in the concrete and in structural joints, a result of 50 years of exposure to humidity and road salt, is repaired during the necessary renovation works. The new design concept is the result of a Europe-wide design competition. The station will get colourful paintwork, incorporating the original colours on both platform levels and providing the distribution level with a modern, clear look, as well as accentuating the exit areas. Moreover, the entire technical equipment of the station is modernised. Just as the whole conversion, these works are carried out while operation is fully maintained. The result will be a modern, barrier-free underground station with an attractive appearance and the highest safety standards. In addition to technological aspects, the key challenges include the extremely confined space and the building within existing structures with the least possible interference for all passengers.

Stichworte Modernisierung; Sanierung; U-Bahn; Kreuzungsbahnhof; Bauen im Bestand; Bauen unter Betrieb; innerstädtisches Bauen; Baugrund vereisung; BIM

Keywords modernisation; renovation; underground train; junction station; building within existing structures; construction works during operation; inner-urban construction; ground freezing; BIM

zahlen sind seither stark angestiegen. Aktuell sind diese so hoch, dass weitere Taktverdichtungen bei der U-Bahn nötig sind, um den Verkehr reibungslos ohne Wartezeiten zu ermöglichen. Gleichzeitig sind die Anforderungen an die Sicherheit gestiegen. Der Brandschutz und die Entfluchtung im Brandfall spielen eine immer größere Rolle. Da hier das Verhältnis zwischen Verrauchungs- und Entfluchtungsdauer ungünstig ist, haben sich die Stadtwerke München (SWM) zur Umgestaltung des Bauwerks mit Anhebung der Sicherheitsniveaus entschieden. Die Machbarkeitsstudie startete im Jahr 2008, die Vorplanung begann nach der Maßnahmenentscheidung im Jahr 2012.

Vorstellung der gesamten Maßnahme

Der Sendlinger-Tor-Platz, unter dem sich der U-Bahnhof befindet, liegt direkt unter dem Altstadtring, einem der zentralen, innerstädtischen Verkehrsknotenpunkte mit ca. 100.000 Fahrzeugen/d, mehreren Straßenbahnlinien und zusätzlich stark frequentierten Fuß- und Radwegen. Bild 1 zeigt die Lage des Bahnhofs im urbanen Umfeld des Münchner Stadtzentrums. Der U-Bahnhof ist einer der ersten, die in München gebaut wurden, und seit 50 Jahren in Betrieb. Die Fahrgast492

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Quelle: Oliver Betz

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M. Weizenegger, A. Schmid, R. Bentrup, M. Schneider: Modernisation of the underground station Sendlinger Tor

Bild 1 Blick auf die Umbauarbeiten View on renovation works

Erste Bauarbeiten starteten im Jahr 2015 mit vorlaufenden Spartenumverlegungen, Baumfällungen und Baufeldfreimachungen, ehe im Jahr 2017 die eigentlichen Baumaßnahmen am Ingenieurbauwerk begannen. Die Gesamtfertigstellung ist für 2023 geplant. Die zentralen Maßnahmen am Ingenieurbauwerk um fassen den Neubau zweier Querschläge mit bis zu 20 m tiefen Baugruben und Anschlüssen an die bestehenden Bahnsteigröhren sowie den Umbau der zentralen Treppenanlage. Hierbei werden die bisherigen Treppen derart angepasst und tw. gedreht, dass die Fahrgastströme entzerrt und die vormaligen Staubereiche aufgelöst werden. Darüber hinaus werden die am stärksten frequentierten Ausgänge verbreitert, zur Verbesserung der Barrierefreiheit Lifte bis an die Oberfläche geführt, Betriebsräume umsituiert und an die neuen technischen Anforderungen angepasst. Um Zuwegungen zu den neuen Ausgängen in den Querschlägen zu schaffen, sind ebenso Abbruchmaßnahmen unmittelbar neben den in Betrieb befindlichen Gleisen auszuführen. Weiterhin erfordert das Alter des Bauwerks insbesondere in den Zugangsbereichen von der Oberfläche Sanierungsarbeiten. Undichte Fugen, chloridinduzierte Korrosion oder Dekarbonatisierung aufgrund der zu geringen Betondeckungen sind hier die Kernauf gaben. Unter dem Kreuzungsbereich des Altstadtrings bildet ein ca. 20 m überspannender Spannbetondeckel die Abschlussdecke des U-Bahnhofs. Die hier tw. nicht

verpressten Hüllrohre, die bereits Chloride nahe an die tragenden Spannstähle führten, mussten nachträglich verpresst werden. Zudem wurde die Deckenunterseite mit einer zusätzlichen Spritzbetonschicht verstärkt. Neben den Umbauten und Sanierungen des Ingenieurbauwerks wird auch die technische Ausrüstung unter Betrieb und Aufrechterhaltung aller Funktionen der bisherigen Anlagen komplett erneuert. Hinzu kommt eine neue Gestaltung mit neuen Bodenbelägen, neuer Wandund Deckenverkleidung sowie einem modernen LED-Beleuchtungskonzept. Insgesamt eine große Herausforderung und v. a. hinsichtlich Koordination der einzelnen Gewerke eine Mammutaufgabe.

Bauen bei laufendem Verkehr im Herzen Münchens

Die zentrale, innerstädtische Lage der Baustelle an einem Hauptverkehrsknotenpunkt führt zu Randbedingungen, die das Bauen erschweren. Platz für Baustelleneinrichtungsflächen ist nur in sehr beschränktem Umfang vorhanden, somit besteht nur eine geringe Bewegungsfreiheit für die Bauunternehmer. Gleichzeitig ist der U-Bahnbetrieb zumindest werktags in nahezu vollem Umfang aufrechtzuerhalten. Neben regulären und verlängerten Nacht-

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sperrpausen stehen über die gesamte Bauzeit nur in definiertem Umfang Teilsperrungen an Wochenenden zur Verfügung. Vollsperrungen sind aufgrund des großen Fahrgastaufkommens nicht möglich. Daneben ist im U-Bahnhof auch die Betriebssicherheit zu beachten. Baulärm vs. Sprachverständlichkeit, Lagerflächen, Baustoffe vs. Brandschutz, Sicherungspersonal für Bauarbeiten im Gleisbereich oder organisatorische Maßnahmen zur Personenstromführung sind hierbei Kernthemen, die auch die Wahl der Baustoffe und der Bauverfahren beeinflussen. Es liegt also ein großes Augenmerk darauf, die Umbaumaßnahmen so zu planen, dass sämtliche Verkehrsteilnehmer möglichst wenig beeinträchtigt werden. Aus diesem Grund nimmt im Projekt auch die Bauablauf- und Baulogistikplanung einen hohen Stellenwert ein. Hierzu fanden bereits im Zuge der Entwurfsplanung Simulationen und Visualisierungen zur Überprüfung baulicher und zeitlicher Kollisionen statt. Die Baumaßnahme selbst kann bez. des Ingenieurbaus in zwei Bereiche eingeteilt werden. Die Herstellung der Querschläge mit ihren tiefen Baugruben, den Anforderungen an den Spezialtiefbau und den Anschlüssen an die bestehenden Bahnsteigröhren. Diese Arbeiten sind beeinflusst von den geringen zur Verfügung stehenden Baustelleneinrichtungsflächen und dem Verkehr an der Oberfläche. Die Schnittstellen zum Betrieb sind hier weitestgehend gering, da die Baustellenbereiche baulich gut abgetrennt werden konnten. Die weiteren Maßnahmen wie der Treppendreh im zentralen Bereich des Bahnhofs, die Verbreiterung der Aufgänge und die sonstigen Umbauten und Abbruchmaßnahmen im Bahnhof sind maßgeblich durch die Aufrechterhaltung des U-Bahnbetriebs geprägt.

Querschläge und Anschluss an bestehende Bahnsteigröhren

Der Zugang zur U1/U2, also dem 3. Untergeschoss des U-Bahnhofs, der SU-Ebene, ist im Bestand nur über die zentralen Treppenanlagen möglich. Es besteht ein Treppen aufgang direkt von der SU-Ebene in die Verteilerebene im 1. Untergeschoss, das Sperrengeschoss (SP-Ebene). Weiterhin besteht die Möglichkeit, von der SU-Ebene über Fest- und Fahrtreppen die Ebene der U3/U6, die SE-Ebene, zu erreichen und von dort in die SP-Ebene zu gelangen. Von dort wiederum führen verschiedene Ausgänge an die Oberfläche. Der zentrale Bereich, über den Fahrgäste von beiden Bahnsteigenden strömen, bildet somit den Flaschenhals und im Gefahrenfall den Engpass für die Entfluchtung. Simulationen zum Personenfluss zeigen dies sehr eindrücklich. Aus diesem Grund wurde entschieden, am nördlichen und südlichen Bahnsteigende der SU-Ebene je eine Stichverbindung, die sog. Querschläge, zu bauen. Die baulich getrennten Tunnelbahnsteige der beiden Fahrtrichtungen der U1/U2 werden damit an zwei zusätzlichen Stellen verbunden und mit Ausgängen an die Oberfläche im Süden bzw. in die SP-Ebene im Norden ausgestattet. 494

Eine grafische Übersicht der jeweiligen Ebenen findet sich in den Bildern 2–4. Für die Herstellung der Querschlagsbauwerke sind tiefe Baugruben mit überschnittenen Bohrpfahlwänden von der Oberfläche als wasserdichte Baugrubenumschließung geplant worden (Bild 5 zeigt die Baugrube des Querschlags Blumenstraße). Die Bohrpfähle binden in den Grundwasserstauer ein, der als Sohlabdichtung dient (Bilder 6, 7). Die Baugrubenwände sind mit mehreren Lagen Steifen ausgesteift bzw. bauzeitlichen Verpressankern einer Länge von bis zu 35 m rückverankert. Die etwa 20 m tiefen Baugruben liegen hierbei unmittelbar neben Straßenverkehrsflächen bzw. Gebäuden. Die Verformungen mussten zur Sicherung der bestehenden Gebäude klein gehalten werden, was erfolgreich gelang. Zur Beobachtung der umgebenden Gebäude, des bestehenden U-Bahnhofs mit seinen Tunnelröhren selbst und auch der Oberfläche mit den Tramgleisen ist ein umfangreiches Monitoringsystem, mit Online-Übertragung der Ergebnisse und der Festlegung von Melde- und Alarmwerten, installiert worden. Zudem wurden Havariekonzepte für sämtliche kritische Baumaßnahmen erarbeitet. Beides notwendige Grund lagen für den Bau nach der Beobachtungsmethode, wie sie bei Bauwerken dieser Art Stand der Technik sind. Die Anschlüsse zu den bestehenden Bahnsteigröhren wurden aus den Baugruben bergmännisch im Schutze einer Baugrundvereisung hergestellt (Bild 8). Hierfür sind aus der Baugrube um und an den Bestandstunnel heran horizontale Vereisungsbohrungen und Bohrungen für Tem peraturmessungen hergestellt worden. Gleichzeitig wurden die Bohrpfähle im Anschlussbereich mit Vereisungslanzen ausgestattet. Die Vereisungskörper, anschließend mit dem Kälteträger Sole aufgebaut, umschlossen somit die Anschlussbereiche zum Bestandstunnel dichtend und stützend in den tertiären Sanden. In den tertiären Tonen – der Schichtübergang lag etwas unterhalb der Ulme der Bestandsröhre – wurde auf die Baugrundvereisung zur Vermeidung von Frostkörperhebungen, die für die dünne Bestandstunnelschale schädlich gewesen wären, verzichtet. Dies führte beim ersten der vier Durchbrüche dazu, dass durch die unerwartet poröse Außenschale und die nicht verpresste Ulmen- und Sohldrainageleitungen des Bestandstunnels Grundwasser entlang der Frostkörpergrenze in den Ausbruchsbereich gelangte. Mit Injektionen in die Außenschale konnten diese Wasserzutritte und die einhergehende Frostkörpererosion erfolgreich gestoppt werden. Die Durchbrüche sind jeweils in zwei Abschnitten hergestellt worden, wobei der Ablauf je Abschnitt wie folgt war: – Aufgefrieren Frostkörper – Ausbruch Bohrpfahlwand erster Abschnitt – Ausfräsen gefrorener Boden – Einbau Spritzbetonschale zur Stützung des Frost körpers

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Quelle: SSF Ingenieure AG

BERICHT REPORT

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Quelle: SSF Ingenieure AG

Bild 2 Modell der Ebene U1/U2 Model of level U1/U2

Quelle: SSF Ingenieure AG

Bild 3 Modell der Ebene U3/U6 Model of level U3/U6

Bild 4 Modell Sperrengeschoss Model mezzanine level

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Quelle: MVG

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Quelle: MVG

Bild 5 Baugrube Querschlag Blumenstraße Construction pit cross-cut Blumenstraße

Quelle: MVG

Bild 8 Visuelle Darstellung Vereisung Visual representation of ground freezing

Quelle: MVG

Bild 6 Vereisung in der Baugrube Querschlag Blumenstraße Ground freezing of construction pit cross-cut Blumenstraße

Bild 7 Ausbruch Querschlag im Schutz der Vereisung Excavation of cross-cut underneath ground freezing

– Durchbruch Bestandstunnel – Einbau Innenschale erster Abschnitt – Unterstützung Innenschale Als Arbeitsebene für die Durchbrüche ist die unterste Steifenebene genutzt worden, die entsprechend beplankt, unterstützt und mit einer Zufahrtsrampe versehen wurde, sodass die Fräsgeräte und Lader zum Abtransport des Abbruchmaterials darauf fahren konnten. 496

Die Abschnitte waren aus statischen Gründen, um die gering bewehrte Bestandstunnelschale nicht zu schädigen, klein zu halten. Die Bestandstunnelröhren waren darüber hinaus im Vorfeld mit einer Innenschale (Brillenwand) im Durchbruchsbereich zu verstärken und bauzeitlich pressengesteuert zu unterstützen. Die Durchbruchsarbeiten fanden zudem unter den bereits hergestellten Teildeckeln statt, weshalb sie sehr kleinteilig und entsprechend aufwendig waren. Auch die Abdichtungsarbeiten mit sowohl geklemmten als auch innen und außen liegenden Fugenbändern waren aufgrund der Kleinteiligkeit besonders herausfordernd. Insgesamt konnte ein sehr gutes Ergebnis bez. Dichtigkeit des Anschlusses erzielt werden. Während der Durchbruchsarbeiten waren die Bahnsteige permanent in Betrieb. Zur Sicherung der Bahnsteigbereiche und zur Lärmminderung sind die Baubereiche gegenüber dem öffentlichen Bereich auf den Bahnsteigen abgeschottet worden. Da die Durchbrüche im Wesentlichen an den Bahnsteigenden lagen, konnten erforderliche Mindestbreiten für die verbleibenden Bahnsteige eingehalten und die Bahnsteige während der gesamten Bauzeit auf ganzer Länge genutzt werden. Nach Fertigstellung der Durchbrüche wurde der Rohbau in den Querschlägen von unten nach oben gebaut. Innenschalen, Innenwände, Zwischendecken und Treppen wurden in Rekordzeit errichtet. Auch hier wegen des geringen Platzangebots mit erheblichen Aufwendungen.

Umbaumaßnahmen im Bahnhof

Neben den zusätzlichen Ausgängen an die Oberfläche, die für eine Entzerrung der Passagierströme sorgen, ist im zentralen Bereich auch die Beseitigung des Engpasses im

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Quelle: MVG Quelle: MVG

Bild 9 Baugrube von oben Top view on construction pit

Quelle: MVG

Bild 10 Betonage Säulen im Zentralbereich U1/U2 Ebene Concreting of columns in central area U1/U2 level

Bild 11 Zentralbereich Ost nach Betonarbeiten Central area east after concreting

Umsteigebereich von der U1/U2 auf die U3/U6 ein maßgebendes Ziel. Im Bestand laufen je drei Treppen von beiden Bahnsteigröhren der U1/U2 (SU-Ebene) zentral am Bahnsteig der U3/U6 (SE-Ebene) zusammen. Bei starkem Verkehrsaufkommen kommt es hier zu Stauungen der Umsteiger zwischen beiden Linien. Um diese zu beseitigen, ist vorgesehen, die Treppen zu drehen, sodass sich die Auf- und Abgänge im Umsteigebereich über den gesamten Bahnsteig der U3/U6 verteilen. Darüber hinaus wird auch eine Wandscheibe in der SU-Ebene zur Verbesserung der Verkehrsströme und Erreichbarkeit der entzerrten Treppen in eine Stützenreihe aufgelöst. Die

Umbauarbeiten der zentralen Treppenanlage müssen zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Anzahl an Treppen und Zugängen zu den Bahnsteigen in zwei Abschnitten erfolgen, sodass der Betrieb vollständig aufrechterhalten wird. Die Arbeiten finden in abgeschotteten Bereichen statt, um neben der Sicherung der Baubereiche auch die Sprachverständlichkeit auf dem Bahnsteig beizubehalten. Für die Andienung wird – mittig in der Straßenverkehrsfläche an der Oberfläche – eine Öffnung in der Decke erstellt, über die die Ver- und Entsorgung des Baubereichs stattfindet (Bild 9 zeigt den Blick auf die Andienöffnung von oben). Die Maßnahmen beinhalten den Abbruch bestehender Decken für die neuen Treppen, den Verschluss bestehender Öffnungen, wo sie nicht mehr benötigt werden, den Einbau von zusätzlichen Unter zügen zur Aussteifung der Zwischendecken und die Auflösung einer Wandscheibe in der SU-Ebene in eine Einzelstützenreihe (Bilder 10, 11). Vor Beginn der Abbrucharbeiten waren zur Verstärkung des Bestands an den Decken und Unterzügen CFK-Lamellen einzubauen. Spek takulär ist auch die Herstellung einer neuen Fahrtreppenunterfahrt in der Bestandssohle. Die etwa 1,65 m starke Bodenplatte war hierfür mit einer etwa 1,3 m tiefen Vertiefung zu versehen. Der Ausbruch erfolgte in Abschnitten, jeweils begleitet durch flächige zerstörungsfreie Messun gen der verbleibenden Stärke der Bodenplatte, um Störungen der Bodenplatte im Vorfeld erkennen und damit unplanmäßige Wasserzutritte ausschließen zu können. Bei 15 m Wassersäule und einer verbleibenden Bauteilstärke von ca. 35 cm eine unabdingbare Maßnahme. Die Arbeiten hierzu sind noch nicht vollständig abgeschlossen. Die erste von drei Vertiefungen konnte bereits erfolgreich hergestellt werden.

BERICHT REPORT

M. Weizenegger, A. Schmid, R. Bentrup, M. Schneider: Modernisation of the underground station Sendlinger Tor

Die vorhandenen Aufgänge aus der SP-Ebene an die Oberfläche werden saniert bzw. erweitert. Während beim Aufgang Sendlinger Tor eine rückverankerte Trägerbohlwand als Verbau für die Verbreiterung des Ausgangs ausreichte, greift die Verbreiterung des Ausgangs Müller straße in das Grundwasser ein. Als Baugrubensicherung wurde eine tiefliegende Dichtsohle gewählt, um eine wasserdichte Umschließung der Baugrube im Bereich des Grundwassers zu gewährleisten. Die Randsäulen werden hierbei so hoch gezogen, dass sie entweder bis unter den Bestand abdichten oder aber über den GW-Spiegel reichen. Somit entsteht eine dichte „Wanne“, in der der Rohbau sicher hergestellt werden kann. Der Aufgang Müllerstraße erhält zusätzlich einen Lastenaufzug zur Andienung der Vermarktungsflächen in der SP-Ebene, die im Zuge der Modernisierung vorgesehen werden. Zur Verbesserung der Barrierefreiheit werden die Auf züge im zentralen Bereich bis an die Oberfläche verlängert. Hier sind Sanierungsarbeiten am bestehenden Rohbau, zusätzliche Durchbrüche für die Änderung des Aufzugssystems sowie die Öffnungen in der Abschlussdecke mit den zugehörigen Abdichtungsmaßnahmen auszuführen. Da die Aufzüge ihren Austritt auf der Platzfläche haben werden, können die Öffnungen in geböschter Baugrube stattfinden.

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Quelle: MVG

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Bild 12 Sperrengeschoss mit Wandverkleidung Mezzanine level with wall cladding

Die Umbauarbeiten innerhalb der Station umfassen auch Abbrucharbeiten unmittelbar neben dem Gleisbereich. Die rückzubauenden Betriebsräume werden in den Querschlägen untergebracht und der frei werdende Platz ist als Bahnsteigfläche insbesondere für den Zugang zum südlichen Ausgang im Querschlag Blumenstraße erforderlich. Für diese Arbeiten, die in mehreren Wochenendsperr pausen stattfinden, werden Bauzüge vom Betriebshof in Fröttmaning zu- und abgefahren. Bei allen Arbeiten im Bahnhof sind Abschottungen zwischen Bau- und Betriebsbereich einzubauen. Die Abschottungen dienen zum einen der Sicherung des Baubereichs gegenüber dem öffentlichen Bereich (physikalisch, Staubschutz, Brandschutz), zum anderen aber auch dem Lärmschutz, um die Sprachverständlichkeit im Bahnhof aufrechtzuerhalten. Diese Anforderung beeinflusst auch die Wahl der Baumethoden. So erfolgen die Abbruch arbeiten im Wesentlichen als Schneid-, Säge- oder Fräs arbeiten. Stemmen oder Hämmern hätte zu hohe Lärm emissionen verursacht. Neben den Neubau- und Umbauarbeiten sind auch umfangreiche Sanierungsarbeiten notwendig. Insbesondere im Bereich der bestehenden Ausgänge sind die Brüstungsköpfe und damit die Abdichtungen zu sanieren. Weiterhin die Laufzungen im Bereich der Zugänge von der Oberfläche. Bei Bestandsstützen sind im Fußbereich Betonsanierungen notwendig, bei größerem notwendigen Betonabtrag ergänzt durch temporäre Unterstützungen, die mit Pressen vorgespannt werden. Eine der Stützen, die unterhalb einer undichten Dehnfuge lag, musste komplett erneuert werden, da Chloride ansonsten einen massiven Betonabtrag erforderlich gemacht hätten. In Bild 12 ist das Sperrengeschoss mit neuer Wandverkleidung zu sehen. Hauptbestandteil der Bauwerkssanierung ist die Ertüchtigung eines Teils der Abschlussdecke über der SP-Ebene, welcher in Spannbetonbauweise hergestellt wurde. Der betroffene, ungefähr quadratische Deckenabschnitt spannt über ca. 20 m einachsig von Außenwand zu Außenwand und wurde bereits bei der damaligen Herstellung für eine spätere Änderung der Spannrichtung vorbereitet. Hierfür 498

wurden damals bereits zusätzliche leere Hüllrohre eingebaut, die jedoch für den leichteren späteren Einbau von Spanngliedern nur provisorisch abgedichtet wurden. Der spätere Einbau dieser Spannglieder wurde verworfen, durch die provisorische Abdichtung drangen Chloride von der Oberfläche über die leeren Hüllrohre an die tragenden Spannglieder und verursachten an diesen Schäden. Im Zuge der Ausführungsplanung wurde das Bauteil nach besten Möglichkeiten zerstörungsfrei untersucht und zwei wesentliche Sanierungsmaßnahmen festgelegt: An der Oberseite wurde der Deckel in zwei Abschnitten komplett freigelegt, die leeren Hüllrohre verfüllt, schadhafter Beton saniert und die Abdichtung gänzlich erneuert. An der Unterseite sollte lediglich Beton bis zu den Spanngliedern abgenommen, die Spannglieder inspiziert und anschließend die Betondeckung wieder reprofiliert werden. Nach Freilegen der Spannglieder stellte sich das Schadensbild jedoch größer als erwartet dar und die Ertüchtigungsmaßnahmen mussten erweitert werden. Zum einen wurde unterseitig eine zweilagig bewehrte Spritz betonverstärkung aufgebracht und zum anderen ein neuartiges Glasfaserüberwachungssystem angebracht, um etwaige Veränderungen in dem Bauteil frühzeitig erkennen zu können.

Effiziente Planung und Steuerung mittels BIM

Mit dem Ziel einer Bauablaufsimulation in der Leistungsphase 3 sind in Kooperation mit der Projektsteuerung, dem Bauablaufplaner und dem Architekten das BIMPflichtenheft sowie 3-D-Modelle erstellt worden. Typisch für die Sanierung eines gut 50 Jahre alten U-Bahnhofs gab es auch beim Sendliger Tor keine CAD-Unterlagen. Auf Basis von (handgezeichneten) Bestandsplänen und ergänzt durch die Vermessung der Bruchkanten wurde der Bestand dreidimensional nachgebildet. Im Modell werden Bestand, Abbruchmaßnahmen, Neubauten sowie Baubehelfe dargestellt. Die Partitionierung der Modelle bzw. der Objekte erfolgte in Abstimmung mit dem Bauablaufplaner, sodass alle Zwischenzustände in ausreichender Form in einer Bauablaufsimulation abgebildet werden konnten. So waren bauliche und zeitliche Kollisionen erkennbar und der Bauablauf konnte entsprechend umge-

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50 JAHRE Beschleunigung In 50 Jahren haben wir von SSF Ingenieure unzählige Projekte für viele unterschiedliche Auftraggeber und Bauherren begleitet. Unser Erfolg ist eine Gemeinschaftsleistung, denn er gründet auf einem vertrauensvollen Miteinander. Deshalb möchten wir an dieser Stelle Danke sagen für das entgegengebrachte Vertrauen. Wir blicken mit Freude und Zuversicht auf eine gemeinsame Zukunft. ssf-ing.de/50

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Bundesingenieurkammer (Hrsg.)

Ingenieurbaukunst Engineering Made in Germany

Bauingenieure aus Deutschland sind weltweit gefragt Die Bundesingenieurkammer präsentiert die besten Bauwerke

Das Buch präsentiert herausragende Bauwerke der letzten Jahre in Europa und weltweit von Ingenieurinnen und Ingenieuren aus Deutschland. Herausgegeben von der Bundesingenieurkammer feiert das Kompendium die Ingenieurbaukunst made in Germany.

2020 · 180 Seiten · 260 Abbildungen Softcover ISBN 978-3-433-03326-5

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Bilinguale Sonderausgabe: Deutsch / Englisch

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stellt werden. Die Bauablaufsimulation ist zum besseren Verständnis der gesamten Maßnahme auch den Ausschreibungen der Rohbaulose beigelegt worden. Das Modell wurde über die Leistungsphase 3 hinaus genutzt. Dies allerdings nur für den Ingenieurbau (Bau grube, Baubehelfe und Rohbau). Es diente als alleinige Grundlage für die Planableitung. Bei der Übernahme der Schlitz- und Durchbruchsplanung der Fachplaner konnten Kollisionen von Trassen der TGA rechtzeitig erkannt und vermieden werden. Das BIM-Modell ermöglichte (und tut dies immer noch) auch den Abgleich mit Nachvermessungen mittels Punktwolken (Laserscans). Zum Zeitpunkt der Modellerstellung war ein Großteil der Verkleidungen noch nicht abgenommen. Bruchkanten konnten damit nur punktuell aufgenommen werden. In der Zwischenzeit sind alle Verkleidungen des Bahnhofs entfernt und ein Abgleich kann nun mit Nachvermessungen stattfinden, was auch in regelmäßigen Abständen erfolgt. Dadurch kann die Genauigkeit des Modells als Grundlage für die Ausbauplanung überprüft und bei Abweichungen in der Planung der Wand- und Deckenverkleidungen, die ebenfalls am 3-D-Modell erfolgt, berücksichtigt werden. Weiterhin kann auf Basis des Modells überprüft werden, ob die erforderlichen Lichtraumprofile – auch bei neuen Fahrzeugen mit anderen Lichtraumzuschlägen – eingehalten werden können. So konnte z. B. erkannt werden, dass lokal Hintergleiswände angepasst werden mussten, um ausreichend Platz zu schaffen.

6 Schlussbemerkung Im Zuge der seit März 2017 laufenden Hauptbaumaßnahme wird der zentrale Kreuzungsbahnhof Sendlinger Tor sowohl technisch als auch gestalterisch umfassend

Autoren Dipl.-Ing. Michael Weizenegger (Korrespondenzautor) mweizenegger@ssf-ing.de SSF Ingenieure AG Domagkstraße 1a 80807 München

erneuert und damit zu einem modernen Zukunftsbahnhof umgestaltet. Sämtliche Umbauarbeiten erfolgen unter beengten Platzverhältnissen und unter ständiger Aufrechterhaltung des U-Bahnbetriebs sowie der Straßenbahn und des Individualverkehrs an der Oberfläche. Hierfür waren umfangreiche Spezialtiefbaumaßnahmen – tiefe Baugruben mit überschnittenen Bohrpfahlwänden, Aussteifungen und Verankerungen, Baugrundvereisungen an den Anschlüssen der neuen Querschläge zu den bestehenden Tunnelröhren, DSV-Abdichtungsmaßnahmen zur Verbreiterung der neuen Aufgänge sowie rückverankerte Trägerbohlwände – erforderlich. Diese Maßnahmen, unter Anwendung der Beobachtungsmethode, wurden begleitet von einem umfassenden Bauwerksmonitoring und Ha variekonzepten gemäß Stand der Technik. Vor allem die Umbauarbeiten im Bestand und unter vollständigem Betrieb waren und sind baulogistisch anspruchsvoll und führen zu kleinteiligem Arbeiten. Nicht nur in der Ausführung, sondern auch in der Planung führt dies zu komplexen Aufgaben und Lösungen sowie hohem Koordinierungsaufwand.

BERICHT REPORT

M. Weizenegger, A. Schmid, R. Bentrup, M. Schneider: Modernisation of the underground station Sendlinger Tor

Die Planung anhand des BIM-Modells lieferte gute Ergebnisse. Wie die Erfahrung bei anderen Projekten zeigt, können weitergehende Vorteile genutzt werden, sofern BIM über alle Planungsbereiche und -phasen hinweg genutzt wird. Insbesondere bei der anspruchsvollen Auf gabe Umbau im Bestand unter Betrieb. Dies bedingt grundsätzlich auch, dass der Bestand in ausreichender Form abgebildet wird, um auch die bauzeitlichen Kolli sionen erkennen zu können. Die Umbaumaßnahmen werden voraussichtlich im Jahr 2023 abgeschlossen sein. Dann wird die U-Bahnstation Sendlinger Tor als neuer Zukunftsbahnhof den Münchner Nahverkehr noch sicherer, entspannter und komfortabler für seine Fahrgäste machen.

M.Sc. Michael Schneider mschneider@ssf-ing.de SSF Ingenieure AG Domagkstraße 1a 80807 München

Dipl.-Ing. Andreas Schmid schmid.andreas@swm.de Stadtwerke München GmbH Emmy-Noether-Straße 2 80992 München Dipl.-Ing. Ralph Bentrup bentrup.ralph@swm.de Stadtwerke München GmbH Emmy-Noether-Straße 2 80992 München

Zitieren Sie diesen Beitrag Weizenegger, M.; Schmid, A.; Bentrup, R.; Schneider, M. (2021) Modernisierung U-Bahnhof Sendlinger Tor – Umbau und Erweiterung zum Zukunftsbahnhof. Bautechnik 98, H. 7, S. 492–499. https://doi.org/10.1002/bate.202100034

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DOI: 10.1002/bate.202100028

BERICHT

Harald Rohr

Terminal 3 am Flughafen Frankfurt: Building the Future Mit dem Bau des neuen Terminal 3 auf dem ehemaligen Ge lände der Rhein-Main Air Base verwirklicht die Fraport AG ein langfristig ausgelegtes Ausbauprojekt am Flughafen Frankfurt. Trotz der Corona-Pandemie und deren Folgen für den Luftverkehr stellt das neue Terminal weiterhin einen integralen Bestandteil für die Zukunft des Frankfurt Airport dar. Durch den modular geplanten Bau können die insgesamt drei Bauabschnitte des Terminals eng am tatsächlichen Kapazitätsbedarf realisiert werden. Zwei von ihnen befinden sich aktuell im Bau. Sie umfassen das Hauptgebäude sowie die drei Flugsteige G, H und J mit Kapazitäten für bis zu 19 Mio. Fluggäste jährlich. Eine neue fahrerlose Sky Line-Bahn sowie eine smarte Gepäcklogistik stellen eine schnelle und reibungslose Verbindung mit den beiden bestehenden Terminals im Norden sowie dem Fern- und Regionalbahnhof sicher. Mit einem Investitionsvolumen von rund 4 Mrd. Euro ist Terminal 3 eines der größten privat finanzierten Infrastrukturprojekte in Europa. Vom Spezial tiefbau über den Hochbau bis hin zur technischen Gebäudeausstattung – die Dimensionen der Großbaustelle halten für Planer wie Ingenieure bauliche und auch logistische Herausforderungen bereit. Schließlich sind zahlreiche Gewerke in mehreren Projektbereichen gleichzeitig aktiv – während des laufenden Betriebs an Deutschlands größtem Flughafen.

Terminal 3 at Frankfurt Airport – building the future Fraport AG is building Frankfurt Airport’s new Terminal 3 at the site once occupied by the former U. S. Rhine-Main Airbase, as part of a long-term strategic expansion project. Despite the Covid-19 pandemic and the impact it is having on the aviation industry, the new terminal will play a key role in the airport’s future. The project is taking a flexible three-part modular approach that can be adapted depending on how requirements develop. Two of them are now taking shape: the main terminal building with piers H and J, and pier G, which will together provide enough capacity for up to 19 mio. passengers a year. A new driverless Sky Line people mover and intelligent baggage handling systems will rapidly and seamlessly link Terminal 3 to the two existing terminals and the long-distance and regional train stations in the north of the airport. This is one of Europe’s largest privately funded infrastructure projects, entailing a total investment of some 4 bio. Euro. Its many aspects, ranging from special underground engineering and structural construction to installing technical systems, pose many challenges for the involved planners and engineers. A variety of building trades are concurrently at work on various parts of the project, which are smoothly coordinated to avoid interrupting operations at Germany’s largest aviation hub.

Stichworte Flughafen Frankfurt; Terminal-Bau; Infrastrukturprojekt; Terminal 3

Keywords Frankfurt Airport; terminal expansion; infrastructure project; Terminal 3

1 Einleitung

ist für Non-Schengen-Reisende vorgesehen. Beide Flugsteige bieten zusammen 24 Gebäudepositionen und Kapazitäten für bis zu 14 Mio. Passagiere/Jahr. Der zweite und dritte Bauabschnitt sehen die Erweiterung von Terminal 3 durch jeweils einen weiteren Flugsteig vor. Flugsteig G (zweiter Bauabschnitt) und Flugsteig K (dritter Bauabschnitt) weisen zusätzliche 23 Gebäudepositionen auf und erweitern die Gesamtkapazität auf bis zu 25 Mio. Passagiere.

Am Flughafen Frankfurt wird seit 2015 an einem der größten privat finanzierten Infrastrukturprojekte Europas gebaut. Mit dem neuen Terminal 3 stellt sich die Betreibergesellschaft Fraport AG für die Zukunft des Luftverkehrs auf und schafft dank eines modularen Konzepts viel Flexibilität, um im Planungs- und Bauprozess, aber auch nach Inbetriebnahme den Anforderungen des Luftverkehrs immer wieder gerecht werden zu können. Dadurch können auch unerwartete Entwicklungen wie die Covid-19-Pandemie ab März 2020 und direkt daraus resultierende Veränderungen der Kapazitätsbedarfe berücksichtigt werden. Die Planung von Terminal 3 sieht einen Bau in mehreren Abschnitten vor (Bild 1). Der erste Bauabschnitt beinhaltet das Hauptgebäude mit der Ankunfts- und Abflug ebene, dem Sicherheitsbereich sowie dem Marktplatz. Zudem werden die beiden Flugsteige H, mit einer Länge von 400 m, und J, mit einer Länge von 600 m, errichtet. Von Flugsteig H reisen Schengen-Passagiere, Flugsteig J 500

Die aktuell im Bau befindlichen Bereiche (Hauptge bäude, Flugsteige G, H und J) entstehen auf einer Grundfläche von 149 000 m2. Dort sollen Passagiere nach In betriebnahme gemäß der Vision von Realisierungsarchitekt Christoph Mäckler einen modernen Transitort mit Wohlfühlatmosphäre erleben können. Insgesamt bietet Terminal 3 12 200 m2 an Retail- und Gastronomieflächen (Bild 2), allein rd. 6 000 m2 davon nimmt der Marktplatz hinter den Sicherheitskontrollen mit internationalen Boutiquen, Shops und Restaurants ein. Zudem entstehen 6 200 m2 Loungefläche an der nördlichen Gebäudeseite zwischen den Flugsteigen H und J.

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Quelle: Fraport AG/Christoph Mäckler Architekten

BERICHT REPORT

H. Rohr: Terminal 3 at Frankfurt Airport – building the future

Quelle: Fraport AG

Bild 1 Das neue Terminal 3 im Süden des Frankfurt Airport The new Terminal 3 in the south of Frankfurt Airport

Bild 2 Gastronomieflächen im Terminal-Hauptgebäude Restaurant area in the main building

Von der Idee zum Planfeststellungsverfahren

In den 1990er-Jahren wurde der Flughafen Frankfurt erstmalig um ein weiteres Terminal vergrößert. Das Ter minal 2 und die Sky Line-Bahn, welche die beiden Terminals bis heute miteinander verbindet, gingen 1994 in Betrieb. Aufgrund des anhaltenden Passagierwachstums begannen bereits im Jahr 1997 die Überlegungen um einen erneuten Flughafenausbau in Frankfurt. Von Beginn an wurde in einem Mediationsverfahren von 1998 bis 2000 der Dialog mit Betroffenen und Beteiligten gesucht. Mehrere der dabei erarbeiteten Empfehlungen, wie z. B. das Nachtflugverbot von 23 bis 5 Uhr, setzt die Fraport AG inzwischen um. Im Juni 2000 wurde der Ausbau politisch genehmigt und durch den Aufsichtsrat des Flughafenbetreibers Fraport

Quelle: Fraport AG/Foster and Partners

Bild 3 Entwurf für Architekturwettbewerb von Foster and Partners Foster and Partner’s design for the architectural competition

beschlossen. Der 2004 eingereichte und 2007 durch das hessische Wirtschaftsministerium festgestellte Planfeststellungsantrag ist die Grundlage für die Errichtung einer

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Quelle: Fraport AG/Christoph Mäckler Architekten

H. Rohr: Terminal 3 am Flughafen Frankfurt: Building the Future

Bild 4 Visualisierung Terminal 3 Visualization of Terminal 3

neuen Landebahn im Nordwesten sowie eines dritten Terminals im Süden des Flughafens. Die neue Landebahn Nordwest wurde bereits zum Winterflugplan 2011/2012 in Betrieb genommen.

nieure, Spezialisten und Sachverständige die Baumaßnahmen.

3 Tiefbau

Für die Realisierung der Bauprojekte rund um Terminal 3 hat Fraport die Fraport Ausbau Süd GmbH beauftragt. Diese ist als 100 %ige Tochter der Fraport AG verantwortlich für die kosten-, termin- und funktionsgerechte Besorgung der Planung und Realisierung des Projekts. Eine Besonderheit sind die logistischen Dimensionen des Vorhabens, für das etwa 500 Einzelvergaben vorgenommen wurden. In Spitzenzeiten sind täglich bis zu 4 000 Arbeiter und 250 Gewerke parallel auf der Bau stelle aktiv, ebenso begleiten ungefähr 700–800 Fachinge502

Nach Jahren intensiver Planungen und Prüfungen startete am 5. Oktober 2015 der Tiefbau mit dem symbolischen Spatenstich. Die Notwendigkeit eines umfassenden Tiefbaus aus Trockenaushub und Spezialtiefbau bedingt sich durch die Ebenenstruktur des neuen Terminals. Um für die Passagiere Ebenenwechsel zu verringern, werden mehrere Untergeschosse für die Unterbringung der Technik gebaut, wofür eine Grube unter Grundwasserniveau ausgehoben wird. Im Trockenaushub wurde zunächst eine Fläche von 65 900 m2 auf eine Tiefe von 5,5 m ausgehoben. Zu Spitzenzeiten wurden dabei rd. 5 500 m3 Erde/d befördert. An den Trockenaushub schloss sich der Spezialtiefbau an. Dabei wurde die Grube parzellenweise um weitere 8–11 m unter Grundwasserniveau ausgehoben (Bild 5).

Quelle: Fraport AG

Mit einem europaweit ausgeschriebenen Architekturwettbewerb für Terminal 3 ging die Fraport AG im Jahr 2001 in die Planungsphase zur Konzeptfindung des neuen Abfertigungsgebäudes. Ein mehrstufiger Prozess kürte die beste städtebauliche, funktionale, ökonomische und so zialverträgliche Lösung. In der ersten Stufe des Auswahlverfahrens lag der Schwerpunkt auf Themen wie Roll verkehrsführung, Anbindung und Parkplätze. Gewinner dieser ersten Runde war das Londoner Studio des StarArchitekten Norman Foster, Foster and Partners (Bild 3). Mit diesem ersten Entwurf wurde die Grundlage für den anschließenden Realisierungswettbewerb im Jahr 2005 sowie das folgende Planfeststellungsverfahren gelegt. In der zweiten Stufe lag der Fokus auf den internen Funktions abläufen, der Orientierbarkeit, den Konzepten für Handel und Gastronomie sowie dem architektonischen Erscheinungsbild. In dem Auswahlverfahren konnte sich der Frankfurter Architekt Christoph Mäckler gegen 19 Konkurrenten durchsetzen. Er überzeugte mit einem Konzept, das Ästhetik und Funktionalität vereint. Zudem ermöglicht sein modularer Entwurf, ohne Beeinträchtigung des Gesamtbilds, Teilbereiche nach Bedarf zu verändern. Bild 4 zeigt eine Visualisierung des Terminals nach dem finalen Entwurf Christoph Mäcklers.

Bild 5 Luftaufnahme der Baustelle während des Spezialtiefbaus (Juni 2018) Aerial shot of the construction site during the special foundation work (June 2018)

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Mit 14 m langen Spundwänden wurden die Parzellen abgedichtet und stabilisiert, um das umliegende Grund wasser abzuhalten. Dabei wurden 46 000 m2 Spundwände aus insgesamt 7 100 t Stahl verbaut. Mithilfe von ausgebildeten Industrietauchern wurde das Fundament aus 39 000 m3 Unterwasserbeton ausgegossen, bevor nach der Aushärtung der Lenzvorgang beginnen konnte. Der nachhaltige Umgang mit dem entnommenen Grundwasser war ein wichtiger Aspekt des Tiefbaus. In speziell dafür errichteten Versickerungsanlagen wurde das Grundwasser wieder dem Boden zugeführt. An einer Vielzahl von Grundwassermessstellen wurden der Grundwasserstand sowie die Grundwasserqualität überwacht. Die Reinigung des bauzeitlich geförderten Grundwassers erfolgte über den Einsatz einer Anlage mit den Reinigungsverfahren Leichtstoffabscheider, Aktivkohle (PFC, BTEX), Ionentauscher (Nitrat) und Neutralisation (pH-Wert-Anhebung).

Der Umgang mit PFC-belasteten Böden steht in Deutschland ebenfalls noch in den Anfängen. Die Fraport AG geht auflagenkonform und verantwortungsvoll mit belastetem Aushubmaterial um und nimmt eine Vorreiterrolle bei der Prüfung verschiedener Verwertungsoptionen ein. Dazu zählen auch die sorgfältige Analyse des Bodenmaterials im Bereich der Baustelle sowie die Zwischenlagerung. Primäres Ziel ist es, belasteten Boden auf geeigneten Annahmestellen fachgerecht und in enger Abstimmung mit den Behörden zu entsorgen. Die Fraport AG hat die Entsorgung des mit poly- und perfluorierten Chemikalien (PFC) belasteten Bodenaushubs auf der Terminal-3-Baustelle erfolgreich vergeben. Mitte 2021 soll der Abtransport der nicht direkt auf der Baustelle wiederverwend baren Überschussmengen abgeschlossen sein.

5 Hochbau 5.1

Herausforderung Bodenmanagement

Für den Bau wurden Hunderttausende m3 Erde ausgehoben. Die Vornutzung als Airbase hat aber Spuren hinterlassen, sodass der Umgang mit dem Erdreich besondere Anforderungen erfüllen muss. Entsprechend sorgfältig und systematisch fanden stets umfangreiche Beprobungen des Aushubmaterials statt, immer auf Grundlage der gültigen Vorgaben, eng abgestimmt mit den zuständigen Behörden. Zum Untersuchungsgegenstand der Bodenproben gehören auch poly- und perfluorierte Kohlenstoffverbindungen (PFC), die sich in vielen Verbraucherprodukten wie Outdoor- und Arbeitskleidung, aber auch Pizzakartons und Trinkbechern wiederfinden. Die Stabilität der Moleküle aus Kohlenstoff und Fluor hat jedoch eine entscheidende Kehrseite: PFC sind im Boden nicht abbaubar, können ins Grundwasser und so in den Naturkreislauf gelangen. Obwohl die Auswirkungen auf den Menschen noch wenig erforscht sind, gelten die Tenside als gesundheitlich bedenklich. Die EU hat die Verwendung daher seit 2008 stark eingeschränkt. Von Baubeginn an gab es umfangreiche Bodenunter suchungen. Die damals vorgeschriebenen Analyseverfahren wurden angewendet und nur vereinzelt Schadstoff belastungen nachgewiesen. Die wenigen von PFC-Verunreinigungen betroffenen Bereiche wurden ausgehoben und fachgerecht entsorgt. Seit Juni 2018 wird von den zuständigen Behörden die Eluat-Methode für das Bodenmanagement auf der Baustelle verbindlich vorgegeben. Entgegen der vorher abgeforderten Feststoffmethode werden bei Eluat die Bodenproben im Labor mit Wasser versetzt und gezielt die ausgewaschenen Stoffe untersucht. Dies bedingte eine Änderung der Bewertung der Ergebnisse, die dazu geführt hat, dass Bereiche mit Schadstoffbelastungen neu identifiziert wurden.

Flugsteige H und J

Im ersten Halbjahr 2019 starteten die Rohbauarbeiten für die Flugsteige H und J. Die Besonderheit des Rohbaus ist eine fugenlose Bauweise. Flugsteig H wird aus sieben, Flugsteig J aus acht Teilbauwerken zusammengesetzt, die erst miteinander verbunden werden, wenn der Beton ausgetrocknet ist. Dies ist zwar komplexer in der Erstellung des Rohbaus, ermöglicht aber viele konstruktive Vereinfachungen im späteren Ausbau und Betrieb des Flugsteigs. Denn es muss kein Spielraum für die Ausdehnung der Materialien bei Temperaturveränderungen eingeplant werden. Die Gebäudetechnik kann nahezu in einem Stück verlegt werden. Die benötigten technischen Installationen, insbesondere die Lüftungstechnik, sind auf den Dächern der Flugsteige untergebracht. Dafür werden Stahlgerüste mit bis zu 50 t auf die Dächer der Flugsteige gesetzt. Eine bauliche Besonderheit stellt der Vorfeldkontrollturm (Bild 6) mit einer Höhe von fast 70 m dar, der mit einer Kletterschalung gebaut wird. Die Außenwände aus

Quelle: Fraport AG

BERICHT REPORT

H. Rohr: Terminal 3 at Frankfurt Airport – building the future

Bild 6 Flugsteig H mit Vorfeldkontrollturm (Januar 2021) Pier H with its apron control tower (January 2021)

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H. Rohr: Terminal 3 am Flughafen Frankfurt: Building the Future

Fundament des Gebäudes besteht aus mehreren Bodenplattenkonstruktionen, die bis zu 2,5 m dick sind. Für die erforderlichen Betonierungsarbeiten am Hauptgebäude wurden bislang über 85 000 t an Sand und Kies angeliefert. In Betonmischwerken direkt neben der Baustelle werden sie verarbeitet und sorgen für permanente Verfügbarkeit des Baustoffs direkt vor Ort. Denn: Im gesamten Rohbau werden etwa 145 000 m3 Beton verarbeitet, hinzu kommen 20 000 t Bewehrungsstahl. Da in den einzelnen Baugruben die Arbeiten unterschiedlich schnell vorangehen, kann in rohbaulich fertiggestellten Bereichen bereits erste Technik für Sanitär-, Heiz- und Kältesysteme installiert werden (Bild 8).

Beton werden Stockwerk für Stockwerk vor Ort hergestellt. Die Etagen 13 und 14 umfassen dann die Kanzel, die ca. 6 m über den Grundkörper des Towers hinausragt.

5.2 Terminal-Hauptgebäude Das Terminal-Hauptgebäude besteht aus drei Gebäudeteilen: Check-in- und Ankunftshalle (Gebäude 600), Sicherheitsbereich (Gebäude 601) und Marktplatz mit unterirdischer Gepäckförderanlage (Gebäude 602). Für den Bau des Terminal-Hauptgebäudes wurden etwa 160 Verträge geschlossen. Mit einer Deckenhöhe von 18 m und einer nach innen geknickten Glasfassade bietet die Check-in-Halle bereits erste architektonische Highlights. Die Decke des Marktplatzes wiederum ist eine Sonderanfertigung: tropfenförmige Stahlkonstruktionen sind hier der Blickfang (Bild 7).

Quelle: Fraport AG/Visualisierung: www.moka-studios.com

Der Rohbau für das Terminal-Hauptgebäude ist mit der Grundsteinlegung am 29. April 2019 gestartet. Der Kellerbau erfolgte in sechs Baugruben auf einer Gesamtfläche von 65 000 m2 und wurde Ende 2020 abgeschlossen. Das

Quelle: Fraport AG

Bild 7 Deckenkonstruktionen im Marktplatz von Terminal 3 Ceiling structures in the market place of Terminal 3

Bild 8 Das Terminal-Hauptgebäude (Januar 2021) The main building (January 2021)

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Flugsteig G

Angesichts des jahrelangen Passagierwachstums fiel 2018 die Entscheidung, dass die Realisierung des zweiten Bauabschnitts, bestehend aus Flugsteig G, vorgezogen wird. Er bietet als modernes und vollwertiges Abfertigungsgebäude zunächst Kapazitäten für bis zu 5 Mio. Schengenund Non-Schengen-Reisende jährlich (Bild 9). Zudem kann er im Vollausbau noch einmal auf 7 Mio. Passa giere/Jahr erweitert werden. Der Pier wird über eigene Check-in- und Ankunftsbereiche sowie eine Gepäckausgabe verfügen. Er ist auf schlanke und unkomplizierte Prozesse ausgerichtet, sodass Reisende auf direkten Wegen vom Check-in über die Sicherheitskontrollen zum Boarding gelangen. Nach Inbetriebnahme des ersten Bauabschnitts wird das Kopfgebäude von Flugsteig G dann auch mit dem Terminal-Hauptgebäude verbunden. Der Pier profitiert voll von der Hub-Funktionalität des Frankfurt Airport sowie der umliegenden Infrastruktur. Seit März 2020 hat sich die Covid-19-Pandemie massiv negativ auf die Passagierzahlen auch in Frankfurt ausgewirkt. Die Fraport AG hält trotz der aktuell negativen Marktentwicklung am Bau von Terminal 3 fest. Der Luftverkehr wird langfristig wieder wachsen. In dieser schwierigen und mit zahlreichen Unwägbarkeiten geprägten Zeit ist die flexible Architektur des Terminals sehr vorteilhaft. Eine Inbetriebnahme von Flugsteig G ist nun gemeinsam mit dem Terminal-Hauptgebäude 2026 geplant. Der Bau des Flugsteigs ist jedoch bereits weit fortgeschritten und verschafft der Fraport AG so die Flexibilität, ihn bei Bedarf auch früher in Betrieb zu nehmen. Der Bau von Flugsteig G obliegt einem Generalunternehmer und ist im Juni 2019 mit dem Rohbau gestartet. Um die enge bauliche Taktung einzuhalten, wurden hierfür Fertigteilkonstruktionen eingesetzt. Sobald ein Teilbereich rohbaulich fertiggestellt war, konnten dort direkt die Folgegewerke mit Fassadenbau, technischer Gebäudeausrüstung sowie Innenausbau beginnen. Bis zu 20 000 m an Heiz- und Kühlleitungen sowie 9 500 m Lüftungskanäle werden im gesamten Pier eingebaut. Die Gepäckförderanlage im Kopfgebäude bedarf insgesamt 1 244 m langer Eisenschienen, damit dort künftig mind. 2 000 Gepäckstücke/h transportiert werden können.

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Quelle: Fraport AG/Christoph Mäckler Architekten

BERICHT REPORT

H. Rohr: Terminal 3 at Frankfurt Airport – building the future

Bild 9 Visualisierung von Flugsteig G (vorne) Visualization of Pier G (front)

7 Anbindung 7.1

Neue Sky Line-Bahn

Aufgrund seiner Lage im Süden des Flughafens trennen zwei Start- und Landebahnen das neue Terminal vom bereits bestehenden Terminal-Komplex. Dies stellte die Planer vor eine Herausforderung bez. der Anbindung von Terminal 3 an die bestehenden Flughafengebäude im Norden. Die Lösung: Eine neue Sky Line-Bahn verbindet Norden und Süden und ergänzt das bestehende System. Bei der neuen Sky Line-Bahn wird ebenfalls ein autonomes Fahrsystem mit zentraler Schienenführung eingesetzt. Dies ermöglicht eine hohe Stabilität im Betriebsablauf mit engen Fahrtaktungen. Die Betriebsleitzentrale wird sich in dem zweigeteilten Werkstattgebäude im Norden des Flughafens befinden. Dort generiert eine 620 m2 große Fotovoltaikanlage rd. 100 000 kWh Strom/Jahr.

aller Beteiligten, damit der Betrieb am und rund um den Flughafen ungestört verlaufen kann. Unter anderem erfolgt die Konstruktion der Fahrwegträger mit einem Gewicht von bis zu 200 t durch zwei Spezialkräne im Tandem-Hubverfahren. Auch direkt an Terminal 3 können Reisende, Besucher und Mitarbeiter in die Sky Line-Bahn ein- oder aussteigen. Das Stationsgebäude (Bild 10) ist sowohl für Schengen- als auch Non-Schengen-Passagiere ausgelegt. Die Planer haben sich, anders als in den Bestandsterminals, für zwei Außenbahnsteige entschieden, die mit einer Längstrennung die Passagiergruppen separieren. Verbindungsbrücken direkt in das Hauptgebäude ermöglichen allen Fahrgästen einen gleichermaßen schnellen Weg in die Abflug- oder Ankunftsebene und das direkt danebenliegende Parkhaus.

Anders als bei den anderen Teilprojekten erstrecken sich die Bauarbeiten für die neue Sky Line-Bahn auch auf den nördlichen Flughafenbereich, entlang der Terminals 1 und 2. Vor allem für den nördlichen Abschnitt des Fahrwegs bedarf es einer präzisen Planung und Abstimmung

Quelle: Fraport AG/Christoph Mäckler Architekten

Der Trassenverlauf vom Regional- bzw. Fernbahnhof ist über die Terminals 1 und 2 zu Terminal 3 geplant. Die 5,6 km lange Strecke legt die Sky Line-Bahn sowohl in Hoch- als auch Tieflage in knapp 8 min Fahrzeit zurück. Dabei erreicht die Bahn eine Spitzengeschwindigkeit von bis zu 80 km/h. Die Mindesttaktzeit beträgt 120 s, sodass Passagiere schnell zu Terminal 3 gelangen. Bis zu 4 000 Fahrgäste können so das System pro Stunde und Richtung nutzen.

Bild 10 Visualisierung der Station an Terminal 3 Visualization of the Terminal 3 station

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7.2 Straßennetz

Auswirkungen der Covid-19-Pandemie

Zusätzlich zur Sky Line-Bahn wird Terminal 3 auch an das bestehende Straßennetz angeschlossen. Hierzu wird die Teilanschlussstelle Zeppelinheim an der Autobahn A 5 erweitert. Eine weitere Fahrspur und eine neue Auffahrt sorgen für fließenden Verkehr. Insgesamt 10 000 m umfasst das neue Straßennetz, welches das Terminal 3 sowohl mit der Autobahn als auch der Cargo City Süd und dem Betriebsgelände des Flughafens verbindet.

8.1

Entwicklungen der Passagier- und Frachtzahlen am Flughafen Frankfurt

Zum Vorfahrtstisch (Bild 11) direkt vor der Check-inHalle gelangen Pkw und Taxis über eine 256 m lange Zufahrtsrampe. Die 136 m lange Abfahrtsrampe führt den abfahrenden Verkehr wieder auf die darunterliegenden Straßen. Beide Rampen wurden im Stahlverbundbau mit bis zu 60 t schweren Stahlteilen realisiert und Anfang 2018 (Abfahrtsrampe) sowie Mitte 2019 (Zufahrtsrampe) umgesetzt. Der Vorfahrtstisch selbst stellt mit 15 300 m2 Fläche das größte Brückenbauwerk des neuen Terminals dar – und hält gleichzeitig auch eine der größten architektonischen Herausforderungen für die Ingenieure bereit. Insgesamt 56 Stützen mit charakteristischer V-Form bilden den Unterbau. Ihre Form und ihr filigraner Querschnitt stellen dabei besondere Ansprüche an die Statik und erfordern ca. 20 t Bewehrungsstahl pro Stütze.

8.2

Bauen in Zeiten einer Pandemie

Ausgehend von den langfristigen Prognosen läuft der Bau von Terminal 3 angepasst an die Pandemie weiter. Sze narien wie ein Baustopp sind keine Option. Denn: Würde ein Bauprojekt in dieser Dimension gestoppt werden, wären enorme zusätzliche Kosten von etwa 2,5 Mrd. Euro sowie massive technische und bauliche Risiken die Folge. Nichtsdestotrotz muss sich die Großbaustelle auf die veränderten Bedingungen einstellen. Aufgrund der zeitweisen europäischen Grenzschließungen war die Verfügbarkeit von Material und Personal aufseiten der Auftragnehmer insbesondere von März bis Mai 2020 eingeschränkt. Dennoch können dank strenger Sicherheitsund Hygienemaßnahmen die Bauarbeiten fortschreiten. Eine eigens gegründete Task Force prüft kontinuierlich die Bestimmungen und deren Umsetzung auf der Bau

Quelle: Fraport AG/Christoph Mäckler Architekten

Ein Parkleitsystem sorgt für schnelle Orientierung. Direkt gegenüber von Terminal 3 bietet ein neues Parkhaus auf acht Geschossen Platz für 8 500 Fahrzeuge, einschließlich Stellplätze für Elektrofahrzeuge. Die bereitgestellten Park kapazitäten decken den prognostizierten Stellplatzmehrbedarf für Terminal 3. Zudem entstehen ein neuer Busbahnhof mit 27 Haltestellen und 45 Taxistellplätze auf der Terminalvorfahrt. Fahrradfahrer gelangen über überregionale Radwege zum Terminal 3. Dort stehen ihnen 100 Fahrradstellplätze mit 30 Aufladestationen für E-Bikes zur Verfügung.

Die Covid-19-Pandemie stellt die Luftfahrtbranche seit ihrem Beginn im März 2020 vor extreme Herausforderungen. In Frankfurt, wie auch an zahlreichen anderen Großflughäfen weltweit, machten sich steigende Infektions zahlen und damit einhergehende Reisebeschränkungen vor allem in sinkenden Passagierzahlen bemerkbar. Für das Verkehrsjahr 2020 verzeichnete die Fraport AG rund 18,8 Mio. Passagiere – 73,4 % weniger als im Vorjahr. Vorbehaltlich weiterer unvorhergesehener Entwicklungen erwartet die Fraport AG, dass erst ab 2026 etwa das Vor krisenniveau von etwa 70 Mio. Passagieren/Jahr erreicht werden kann. Grundsätzlich gilt: Langfristig wird der Luftverkehr in Deutschland wieder wachsen und bedarf weiterer moderner Kapazitäten auch am Standort Frankfurt. Vor allem für das Exportland Deutschland spielt eine leistungsstarke Infrastruktur eine integrale Rolle.

Bild 11 Vorfahrtsebene mit Check-in-Halle Drive-by table with the check in hall

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stelle; auch die Fachunternehmer sind dafür verantwortlich, dass bspw. Abstandsregelungen und Maskenpflicht umgesetzt werden. Die Fraport Ausbau Süd GmbH informiert sämtliche Fachunternehmer jederzeit über aktuelle Regelungen und etwaige Änderungen. Auf einer Baustelle mit bis zu 4 000 Arbeitern in Spitzenzeiten bedarf es zudem einer höheren Reinigungsfrequenz von Sanitärbereichen und Aufenthaltsräumen. Abstimmungen von Construction Management, Projektsteuerung und angeschlossenen Planern finden weitestgehend digital statt.

müssen für das Brückenbauwerk der erweiterten Anschlussstelle Zeppelinheim an vier Wochenenden Teile der Autobahn A 5, eine der meist befahrenen Straßen Deutschlands, gesperrt werden. Die Arbeiten müssen dann so getaktet und durchgeführt werden, dass der Straßenverkehr nicht länger als nötig beeinträchtigt wird. Aber auch die Arbeiten im Betriebsbereich, bspw. in bis zu 69 m Höhe am neuen Vorfeldkontrollturm oder in direkter Nähe der parallelen Start- und Landebahnen für die neue Sky Line-Trasse, erfordern eine enge Abstimmung mit den vielfältigen Gewerken und Projektbereichen auf der über 700 000 m2 großen Baustelle.

BERICHT REPORT

H. Rohr: Terminal 3 at Frankfurt Airport – building the future

Ausblick: Bauhighlights

Auf dem Weg zur Fertigstellung des neuen Terminals und seiner umliegenden Infrastruktur stehen noch einige bauliche Meilensteine an. Einen davon stellt das Dach des Terminal-Hauptgebäudes mit seiner Fläche von ca. 26 000 m2 und einer Dicke von 4 m dar. Litzenheber heben und schieben ab Herbst 2021 von einer Seite aus die fünf einzelnen Segmente mit einer Fläche von je bis zu 5 700 m2 Stück für Stück auf das Gebäude, bis das Dach in seiner finalen Größe aufliegt. Darüber hinaus warten vor allem logistische Herausforderungen auf die Projektleiter der einzelnen Bereiche. So

Autor Dipl.-Ing. Harald Rohr (Korrespondenzautor) h.rohr@fraport-ausbau-sued.de Geschäftsführer Fraport Ausbau Süd GmbH Gebäude 178 Flughafen 60547 Frankfurt am Main

#IngD4C

Ingenieurbaukunst Design for Construction 3. Symposium · Wie bauen wir zirkulär? 18. November 2021 · Frankfurt a. M. + Online

10 Schluss Mit Terminal 3 stellt sich die Betreibergesellschaft Fraport für die langfristigen Anforderungen und Herausforderungen im Luftverkehr auf und sichert die Wettbewerbsfähigkeit des Flughafens. Darüber hinaus investiert die Fraport AG in Form dieses Ausbauprojekts in die Zukunftsfähigkeit und das wirtschaftliche Potenzial des Standorts sowie in dessen Status als einer der wichtigsten Luftverkehrsdrehkreuze Europas. Mehr Informationen zum neuen Terminal 3 und dem Baufortschritt finden Sie unter www.terminal3.info.

Zitieren Sie diesen Beitrag Rohr, H. (2021) Terminal 3 am Flughafen Frankfurt: Building the Future. Bautechnik 98, H. 7, S. 500–507. https://doi.org/10.1002/bate.202100028

Ingenieur bau kunst Design for Construction

Infos + Blog: www.ingd4c.org

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DOI: 10.1002/bate.202100020

BERICHT

Werner Breinig et al.

Zeichnest du noch oder modellierst du schon? Digitales Planen und Bauen bei der DEGES Planungsbeschleunigung, Kosten- und Terminsicherheit sowie Transparenz dominieren inzwischen als Projektziele die Planung und Realisierung von Verkehrsinfrastrukturprojekten. Konventionelle Methoden stoßen hier regelmäßig an ihre Grenzen. Deshalb werden neue, digitale Methoden benötigt, um die genannten Ziele zu erreichen. Die Digitalisierung der Planung, der baulichen Realisierung, aber auch des Betriebs bietet dazu eine große Chance. Ein wesentlicher Aspekt dieser Digitalisierung wird durch die BIM-Methode adressiert, die u. a. althergebrachte Strukturen hinterfragt. Die DEGES unterstützt aktiv diesen Transformationsprozess durch Wissensteilung mit Dritten, aber auch mit der Implementierung von BIM in Projekten sowie im Unternehmen. Die Projektmanagementgesellschaft DEGES verfolgt dabei den Ansatz der Kategorisierung nach konkreten Handlungsfeldern, zu denen u. a. eine eigene Lernplattform zur BIM-Kompetenzvermittlung entwickelt wurde. Im Aufsatz werden nach einer eingehenden Einleitung diese Handlungsfelder vorgestellt und so ein Einblick in die BIM-Maßnahmen bei der DEGES gewährt. Dabei wird immer wieder auf die kulturellen Herausforderungen eingegangen, denn die Digitalisierung verändert nicht nur die Arbeitsmethoden, sondern auch die Form der Zusammenarbeit im Projektteam.

Are you still drawing or are you already modelling? Digital planning and construction at DEGES Accelerated planning, cost and schedule security as well as transparency now dominate the planning and realisation of transport infrastructure projects as project goals. Conventional methods regularly reach their limits here. Therefore, new, digital methods are needed to achieve the aforementioned goals. The digitalisation of planning, constructional realisation, but also of operation, offers a great opportunity for this. A key aspect of this digitalisation is addressed by the BIM method, which, among other things, challenges traditional structures. DEGES actively supports this transformation process by sharing knowledge with third parties, but also by implementing BIM in projects and in the company. The project management company DEGES follows the approach of categorisation according to concrete fields of activities, for which, among other things, its own learning platform for BIM competence transfer has been developed. After a detailed introduction, the article presents these fields of activities and thus provides an insight into the BIM measures at DEGES. In the process, the cultural challenges are repeatedly addressed, because digitalisation not only changes working methods, but also the form of co operation in the project team.

Stichworte Digitalisierung; BIM; Kulturwandel; Transparenz; Planungsbeschleunigung; Schulung

Keywords digitalisation; BIM; cultural change; transparency; planning acceleration; training

in über 70 Projekten die BIM-Methodik im konstruktiven Ingenieurbau und in der Infrastrukturplanung im Bundesfernstraßenbau zur Anwendung. Der hohe Stellenwert, den die DEGES der Digitalisierung entgegenbringt, wurde mit der Gründung des Geschäftsbereichs „Digitales Planen und Bauen“ im Jahre 2018 zum Ausdruck gebracht. Der Geschäftsbereich standardisiert Prozesse und unterstützt die Projektteams bei der Einführung und Anwendung der BIM-Methode.

Die Projektgesellschaft DEGES

Die Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH (DEGES) wurde 1991 als Projektmanagement gesellschaft für die Planung und den Bau von Straßenvorhaben im Zuge der Verkehrsprojekte Deutsche Einheit gegründet. Mittlerweile verantwortet die DEGES eine Vielzahl von Verkehrsprojekten, überwiegend für die Straßeninfrastruktur, vereinzelt aber auch für die Schiene und Wasserstraße. Gesellschafter der DEGES sind der Bund und zwölf Bundesländer. Planungsbeschleunigung, Kosten- und Terminsicherheit sowie Transparenz spielen eine immer größere Rolle bei Verkehrsinfrastrukturprojekten. Diese Erwartungen gehen auch an der DEGES nicht spurlos vorüber – ganz im Gegenteil. Die DEGES möchte auch weiterhin Innovationsmotor in der Verkehrswegeinfrastrukturplanung sein. Aus diesem Grunde hat sich die Projektmanagementgesellschaft früh der Digitalisierung der Planung und des Bauens zugewandt. Insbesondere das Building Information Modeling (BIM) spielt hier eine zentrale Rolle. Im Jahre 2014 starteten die ersten BIM-Pilotprojekte der DEGES. Inzwischen kommt 508

Zielsetzung der Digitalisierung

Digitales Planen und Bauen ist weltweit auf dem Vormarsch. Die Gründe hierfür liegen auf der Hand. Durch die Anwendung digitaler Methoden erhöht sich die Transparenz. Wissensteilung verbessert die Kommunikation zwischen den Akteuren, wodurch Entscheidungen nachverfolgbar sowie nachvollziehbar sind, inkl. der daraus resultierenden Konsequenzen und Kosten. Das minimiert Risiken im Projekt. Infolgedessen erhöht sich die Planungssicherheit, insbesondere in Form gesteigerter Ter-

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min- und Kostensicherheit. Im Ergebnis führen diese Umstände zu einer Beschleunigung der Planung und letztendlich zu einer Senkung der Projektkosten [1]. Die genannten Vorteile bewirken, dass öffentlich finanzierte Bauvorhaben in immer mehr Ländern wie bspw. in Großbritannien, Schweden und den USA ohne BIM-Einsatz nicht mehr realisiert werden dürfen (Rizkallah [2]). Deutschland hat hier noch einen gewissen Aufholbedarf. Dennoch besteht gerade im Bauwesen und in der Verkehrsinfrastrukturplanung ein unverkennbarer Druck zur Digitalisierung. Das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) verfolgt in seinem im Dezember 2015 veröffentlichten Stufenplan Digitales Planen und Bauen das Ziel, Projekte unter Anwendung von BIM zu planen und zu realisieren. Das hat zur Folge, dass öffentliche Auftraggeber im Zuständigkeitsbereich des BMVI in der Lage sein müssen, die BIM-Anforderungen anzuwenden und umzusetzen [3]. Der Stufenplan konkretisiert die Empfehlung der Reformkommission „Bau von Großprojekten“, wonach digitale Methoden zu etablieren sind [4]. Für den Stufenplan sind in verschiedenen Pilotprojekten aller Infrastrukturdisziplinen umfangreiche Erfahrungen zur Anwendung der BIM-Methodik gesammelt worden. Auch die DEGES hat hier ihre Erfahrungen entsprechend eingebracht. Die Pilotprojekte wurden regelmäßig wissenschaftlich begleitet, die Erfahrungen konsolidiert und aufbereitet. Im Rahmen des Forschungsauftrags von BIM4Infra [5, 6] sind Handreichungen zur Umsetzung von BIM-Projekten erarbeitet worden. Darüber hinaus erfolgte auch eine weitere Konkretisierung des Stufenplans Digitales Planen und Bauen. Mit dem Masterplan BIM im Straßenbau wird in 2021 der Stufenplan Digitales Planen und Bauen durch das BMVI weiterentwickelt und die flächendeckende Anwendung gefördert und gefordert.

BIM im Vergleich zur konventionellen Planung

Seit Jahrhunderten versucht der Mensch, den Informa tionsaustausch für komplexe räumliche Objekte in Form von technischen Zeichnungen sichtbar und verständlich zu machen. Die bildhafte „Übersetzung“ und Interpreta tion der dargestellten 2-D-Bauwerksinformationen in ein virtuelles Abbild muss der Betrachter selbst leisten. Laien haben mit dieser Darstellungsform regelmäßig große Schwierigkeiten, die häufig in Missverständnissen münden. Draufsicht und verschiedene Schnittansichten müssen im Kopf zusammengeführt werden, um die Planung zu verstehen. Die zweidimensionale Darstellung im Lageplan beinhaltet mind. zwei Risiken: einen erhöhten Zeitbedarf für das Erfassen und Verstehen der Planung sowie eine Fehlinterpretation des Dargestellten [7]. Obwohl für die Erstellung von Bauwerksplänen Software zum Einsatz kommt, handelt es sich de facto um die gleiche Arbeitsweise, wie sie vormals am Zeichenbrett mit Tusche und Transparentpapier zur Anwendung kam [1].

Zudem können weitere Informationen wie z. B. zu Materialeigenschaften, Kosten oder Bautermin nur schwer in technischen Zeichnungen transportiert werden. Des Weiteren werden die 2-D-Pläne unabhängig voneinander erzeugt, d. h., Fehler bzw. Uneindeutigkeiten in den unterschiedlichen Darstellungsformen sind möglich. Infolgedessen sind aufwendige Prüfverfahren notwendig.

BERICHT REPORT

W. Breinig et al.: Are you still drawing or are you already modelling?

BIM bietet hier viel mehr Transparenz, Eindeutigkeit und Informationsvermittlung. BIM ist „…eine kooperative Arbeitsmethodik, mit der auf der Grundlage digitaler 3D Modelle eines Bauwerks die für seinen Lebenszyklus relevanten Informationen und Daten konsistent erfasst, verwaltet und in einer transparenten Kommunikation zwischen den Beteiligten ausgetauscht oder für die weitere Bearbeitung übergeben werden“ (Definition nach dem BMVI-Stufenplan [3]). BIM ist also eine Methode und keine Software. BIM verfolgt das Ziel, den Informationsaustausch zwischen verschiedenen Projektbeteiligten bzw. den eingesetzten Software-Produkten möglichst effektiv zu gestalten. Alle Informationen des Bauwerks sollen vom jeweiligen Verantwortlichen einmal erfasst bzw. definiert und allen anderen Beteiligten zur Verfügung gestellt werden. Alle Projektbeteiligte sollen die Informa tionen verwenden bzw. ergänzen. Die wesentliche Grundlage hierfür bilden objektorientierte 3-D-Modelle. In den 3-D-Modellen werden alle relevanten Bauwerksteile bzw. alle relevanten Objekte abgebildet und mit einer beliebig hohen Anzahl von weiteren Informationen (sog. Merkmalen) ausgestattet. 2-D-Pläne wie z. B. Schnitte, Ansichten und Details können direkt aus dem 3-D-Modell abgeleitet werden und sind daher immer konsistent. Das Fehler potenzial und verbundene Prüfprozesse werden erheblich reduziert. Üblicherweise werden mit dem Einsatz von BIM bestimmte Ziele im Projekt, wie bspw. Kostentransparenz oder der Einsatz für die Öffentlichkeitsarbeit, verfolgt. Entsprechend diesen Zielen werden dann sog. BIM-Anwendungsfälle abgeleitet. Diese Anwendungsfälle stellen bestimmte Anforderungen an Aufbau und Inhalt der 3-DModelle, die zwingend erfüllt werden müssen. Je nach Nutzung und den definierten Anwendungsfällen müssen nicht alle Bauwerksinformationen in ein 3-D-Modell überführt oder dorthin verlinkt werden. Zum einen befindet sich die BIM-Methodik weiterhin in der Entwicklung. Hinzu kommt zum anderen auch der Umstand, dass Personal und Technik nicht immer entsprechend aufgestellt sind [5]. Die Grundlage bilden objektorientierte 3-D-Modelle. Der eigentliche Mehrwert der BIM-Methodik besteht jedoch in der Verknüpfung zu Multi-Informationsmodellen. Neben den geometrischen Informationen, also der räumliche Körper mit seinen Abmessungen in Höhe, Breite und Länge (drei Dimensionen = 3-D), kann das Bauwerksmodell mit einer zeitlichen Information als vierte Dimension (4-D) sowie mit einer kostenbezogenen Information als fünfte Dimension (5-D) verknüpft werden [7]. Darüber hinaus können Bauwerksmodelle mit jeglichen

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Quelle: eigene Darstellung

W. Breinig et al.: Zeichnest du noch oder modellierst du schon?

Bild 1 BIM als multidimensionale Informationsmodelle BIM as multidimensional information models

weiteren Zusatzinformationen als zusätzliche eigene Dimen sionen versehen werden (Bild 1). Oft kommen diese zusätzlichen Informationen aus den Bereichen Nachhaltigkeit, Gewährleistung, Unterhaltung, Facility Management, Rückbau o. Ä.

Das Bestandsmodell bildet die Grundlage für die eigentliche Planung und die Erstellung der Fachmodelle. Dieses kann sich je nach Erfordernis bzw. Zweckmäßigkeit aus div., in Geoinformationssystemen vorgehaltenen Daten zusammensetzen und darüber hinaus durch Bestandsfachmodelle ergänzt werden.

3.1

Das Bestandsmodell setzt sich bspw. zusammen aus

Von den Fachmodellen zum koordinierten Gesamtmodell

dem digitalen Geländemodell aus der Vermessung, indizierten oder nicht indizierten Punktwolken, digitalen Karten (DTK), dem Amtlichen Liegenschaftskatasterinformationssystem (ALKIS), – georeferenzierten Orthofotos, – 3-D-Stadtmodellen (CityGML) sowie B. Kampfmittelverdachtsflächen, – GIS-Fachkarten (z. Archäologie, Umwelt). Zur vollumfänglichen Darstellung des Bestands kann ggf. auch die detaillierte Modellierung aller existierenden baulichen, technischen und schutzwürdigen Anlagen sowie Flächen hinzugefügt werden [5]. Die Detaillierung folgt auch hier den gesteckten Zielen und vereinbarten Anwendungsfällen.

Quelle: eigene Darstellung

Von den zuständigen Fachplanern werden in iterativen Schritten eigenverantwortlich die Fachmodelle der jeweiligen Planungsgewerke erstellt. Dieser Schritt entspricht insofern dem Vorgehen der konventionellen Planung. Die Koordination der einzelnen Fachplanungsmodelle (z. B. Streckenmodell, Brückenmodell, Tunnelmodell, schalltechnisches Modell) erfolgt dann im Gesamtmodell, welches die Gesamtplanung abbildet. Das Gesamtmodell dient der Prüfung von Kollisionen, der Vollständigkeit, der Beziehungen der Fachmodelle untereinander oder von Alternativen (Bild 2). Jegliche Prüfroutine zur Unterstützung des Nutzers ist denkbar, bedarf aber einer Berücksichtigung bei der (Bauwerks-)Informationsmodellerstellung.

– – – –

Bild 2 Integration der Fachmodelle zum koordinierten Gesamtmodell Integration of the domain models into the coordinated federated model

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3.2

BIM erfordert neue Arbeitsstrukturen

Das Arbeiten mit der CDE dient somit der Sicherung der erforderlichen Datenqualität sowie der Verlässlichkeit der Daten und reduziert das Risiko inkonsistenter und damit widersprüchlicher Daten signifikant [7].

Teams werden nach rein fachlichen Qualifikationen zusammengestellt und nicht mehr nach Verfügbarkeit vor Ort. So kann das Team ohne Weiteres dezentral und standortübergreifend zusammengesetzt werden. Möglich wird dies durch die konsequente Nutzung digitaler Tools. Projektbesprechungen bspw. finden in Form von Videokonferenzen onlinebasiert anhand des Bauwerkmodells statt [7]. Auch die Arbeitsweise innerhalb des Teams ändert sich. Wissen wird geteilt und generell allen Projektakteuren zur Verfügung gestellt. Es entsteht kollektives Wissen. Wissen verliert somit die Bedeutung als Machtfaktor für die Position und Stärke einzelner Teammitglieder, wie sie in sog. Silo-Strukturen zu finden ist. Durch die Wissensteilung ist die Möglichkeit geschaffen, kollaborativ zu arbeiten und Entscheidungen im Projektteam nach Kompetenzen und nicht nach Dienstalter oder Hierarchie zu treffen [7]. Stärken einzelner Personen werden besser genutzt, Schwächen gegenseitig ausgeglichen [8]. Darüber hinaus kann das Teilen von Wissen auch neue Ideen und Denkprozesse im Team anstoßen, weil sich die Kommunikation innerhalb des Teams verbessert. Durch den steten Austausch im Team werden Aufgaben und Verantwortlichkeiten klar für alle Projektakteure definiert. Das erzeugt Transparenz und vermeidet das Risiko doppelter Aufgaben [8]. Teams mit dieser Arbeitsweise zeichnen sich durch eine hohe Flexibilität und Anpassungsfähigkeit aus, sodass schneller auf nicht vorhersehbare Entwicklungen reagiert werden kann als in hierarchisch organisierten Teams [9].

Wie bereits dargestellt, verändert BIM nicht nur die Darstellungsweise von technischen Planungen, sondern hinterfragt auch bisher tradierte Prozessabläufe und die Art und Weise der Zusammenarbeit. Fest definierte Prozesse und Rollen sind jedoch Voraussetzung für eine strukturierte Planung am digitalen Modell [2]. Damit kommt es zu einer völlig neuen Art der Zusammenarbeit der Beteiligten. Die Digitalisierung bedeutet deshalb zusätzlich zum methodischen auch einen kulturellen Wandel im Planungs- und Ausführungsprozess. Das zeigt sich insbesondere bei den Projektteams und deren Interaktion. Die

Natürlich darf nicht unerwähnt bleiben, dass geringe Internet-Bandbreiten, veraltete Rechner und Software die digitale Zusammenarbeit erheblich stören können. Solche technischen Herausforderungen sind aber nicht neu und dürfen auch kein Hinderungsgrund sein, den Weg der Digitalisierung zu beschreiten. Jeder Transformationsprozess bedarf Zeit, Geduld und einer guten Vorbereitung. Selbstverständlich werden dabei auch Fehler auftreten. Hier gilt es jedoch, Fehler als Chance für eine Verbesserung zu betrachten, weil aus den Fehlern gelernt wird [5].

Transparenz und Zusammenarbeit sind wesentliche Merkmale für erfolgreiche BIM-Projekte. Das bedingt, dass die Daten eines Projekts nicht mehr auf unterschiedlichen und isolierten Datenspeichern abgelegt werden dürfen. BIM erfordert eine gemeinsame Datenplattform für das jeweilige Bauwerksinformationsmodell, die sog. „Common Data Environment“ (CDE) als zentrale Datendrehscheibe des BIM-Projekts (Bild 3).

Quelle: eigene Darstellung

Auf der CDE laufen alle projektrelevanten Informationen modell-, objektreferenziert und qualitätsgesichert zusammen und werden somit allen Projektbeteiligten zentral bereitgestellt. Die Projektakteure unterliegen dabei gleichermaßen einer Hol- und Bringschuld. So sind sowohl neue Planungsstände in der CDE zu hinterlegen als auch bspw. Korrekturen an der Planung im Ergebnis einer Projektbesprechung oder einer Qualitätsprüfung. Für alle Projektakteure impliziert das die eigene Verantwortlichkeit für die Bereitstellung, Richtigkeit und Aktualität der Daten. Im Ergebnis dessen sind sämtliche Informationen ausschließlich über die Bauwerksinformationsmodelle auf der CDE zu entnehmen.

BERICHT REPORT

W. Breinig et al.: Are you still drawing or are you already modelling?

Bild 3 Common Data Environment als Datendrehscheibe Common data environment as a data hub

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W. Breinig et al.: Zeichnest du noch oder modellierst du schon?

BIM bei der DEGES

4.1

Die Digitalisierung i. Allg. und BIM im Besonderen werden bei der DEGES offensiv vorangetrieben, mit dem Ziel einer unternehmensweiten Implementierung. Die Gesellschaft verfolgt dabei den Ansatz der Kategorisierung nach den Handlungsfeldern a) Menschen & Unternehmen, b) Technologie & Werkzeuge, c) Richtlinien & Standards und d) Prozesse & Methoden (Bild 4) [5].

Für die Anwendung der BIM-Methode müssen die notwendigen Kompetenzen erworben werden. Die DEGES hat für die Kompetenzvermittlung ein eigenes Schulungskonzept entwickelt, bestehend aus vier Bausteinen (Bild 5).

Quelle: eigene Darstellung in Anlehnung an Tulke & Schaper [10]

Wesentlicher Baustein ist eine Online-Lernplattform, die von allen mobilen sowie stationären Endgeräten erreichbar ist und auch offline genutzt werden kann (Bild 6). Somit wird das Lernen an jedem Ort und zu jedem Zeitpunkt ermöglicht. Dies stärkt den vierten Baustein des Schulungsprogramms: Kommunikation und Begeisterung. Für die Vermittlung der Inhalte sind die Schulungen der DEGES modular aufgebaut. Die angebotenen Module gliedern sich in die beiden Themenkategorien BIM-Methode (A1–A5) und digitale Arbeitsweisen (B1– B4). Jedes Modul ist als Blended Learning konzipiert, also aus einem onlinebasierten Selbststudium und einem Präsenztraining. Die Präsenztrainings wurden im Zuge der Corona-Beschränkungen schnell und erfolgreich auf digitale Veranstaltungen umgestellt. Die Nachbereitung eines jeden Moduls erfolgt wiederum im Eigenstudium auf der Online-Plattform. Den Abschluss bildet ein kurzer Fragenkatalog mit der Chance, den eigenen Wissenstand nochmals zu testen.

Quelle: eigene Darstellung

Bild 4 Einteilung der Handlungsfelder zur BIM-Einführung Classification of the fields of activities for the implementation of BIM

Nach Abschluss der Schulung können die Teilnehmenden ein Zertifikat erwerben. Hierfür wurde eigens gemeinsam mit der Leibniz Universität Hannover und dem Institute of electronic Business in Berlin eine Prüfungsordnung erarbeitet [5]. Die Lernplattform steht neben den Mitarbeitenden der DEGES auch Externen zur Verfügung.

Quelle: eigene Darstellung

Bild 5 Inhalte BIM-Schulungskonzept Contents BIM training concept

Mitarbeiter & Unternehmen: BIM-Schulungsprogramm

Bild 6 Schulungsmodule DEGES Training modules DEGES

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4.2

Richtlinien & Standards

Vielfältige Regelwerke aus unterschiedlichen Disziplinen setzen die Leitplanken für die Planung und den Bau von Bauwerken. Dazu zählen technische Regelwerke, aber auch rechtliche Vorgaben. Hinzu kommen weitere Standards, die soziale, ökologische oder ökonomische Aspekte regeln. Schlussendlich sind Projektmanagementvor gaben ein wichtiger Bestandteil für den Projekterfolg. Durch die Anwendung der BIM-Methodik werden zudem methodenimmanente Regelungen erforderlich. Darunter werden alle Richtlinien und Standards verstanden, die für eine effektive, aber auch effiziente Umsetzung der BIMMethode an sich notwendig sind. Aus Sicht der DEGES stehen hier insbesondere Regelungen zur Projektabwicklung im Vordergrund, wohingegen die beauftragten Fachplanungsbüros verstärkt den Fokus auf software- und vorgehensspezifische Regelwerke legen. So hat die DEGES mittlerweile umfangreiche und erprobte Standards und Richtlinien zur BIM-Methodik entwickelt, die in generischer Form auf der DEGES-Website unter www.deges. de/building-information-modeling-bim regelmäßig aktualisiert zur Verfügung gestellt werden. Dazu zählen insbesondere – die Auftraggeber-Informations-Anforderungen (AIA), – der BIM-Abwicklungsplan (BAP), – die Vorgaben zu Detaillierungsgraden der Modelle (engl. Level of Development; LOD) und – die konkreten Bezeichnungen von Elementen und weiteren Vorgaben zur Modellerstellung. Zu den üblichen Vergabeunterlagen werden auch BIMspezifische Unterlagen projektbezogen aufgestellt. In den AIA werden die im Projekt durch die DEGES verfolgten BIM-Ziele beschrieben und durch BIM-Anwendungsfälle konkretisiert. Weitere Regelungen zu BIM-Rollen, Koordinatenbezüge, Bezeichnungen, Lieferinhalte, Dateiformate u. v. m. werden ebenfalls in den AIA gemacht. Die AIA werden regelmäßig Vertragsbestandteil [5]. Auf Basis der AIA erarbeitet der Bieter zunächst einen groben BAP, den er mit seinem Angebot vorlegt. Im Auftragsfall werden die konkreten Regelungen hinsichtlich der Anwendungsfälle im BAP gemeinsam fortlaufend konkretisiert, um so eine Art Projekthandbuch für die digitale Projektabwicklung zu schaffen. Durch die fortlaufende Überarbeitung ist der BAP ein „lebendes Dokument“ [5]. Im Gegensatz zu diesen BIM-spezifischen Regelwerken sind die bestehenden Standards und Richtlinien auf die 2-D-planbasierte Projektabwicklung hin optimiert. Deshalb ist deren Anwendung in den mehrdimensionalen BIM-Projekten häufig nicht ohne Weiteres möglich. Aus diesem Grund arbeiten aktuell viele Standardisierungs organisationen an einer Adaption der Regelwerke. Dies geschieht zum einen in klassischer Gremienarbeit, sofern eine Adaption auf die BIM-Belange hier erreicht werden kann. Nicht selten stellt die BIM-Methodik jedoch derart

neuartige und komplexe Anforderungen, dass ganze Prozess ketten neu entwickelt werden müssen, damit Regelwerke hier BIM-konform zur Anwendung kommen können. Aus diesem Grund werden aktuell vielfältige Forschungsbestrebungen und Entwicklungsprojekte aufgesetzt und gefördert. Die DEGES unterstützt hier aktiv durch die Teilung von Fachwissen und Projekterfahrung [5].

4.3

BERICHT REPORT

W. Breinig et al.: Are you still drawing or are you already modelling?

Technologie & Werkzeuge

BIM beschreibt eine Arbeitsmethode, die den Datenaustausch in einem Projekt zum Inhalt hat. Folglich sind Hard- und Software, aber auch die eingesetzten Daten formate, ein wesentliches Handlungsfeld der BIM-Methodik. Die Entwicklung der CAD-Software unterliegt deshalb seit einigen Jahren einer kurzzyklischen und rapiden Weiterentwicklung. Zahlreiche Autorensoftwareprodukte wurden sehr schnell auf die neuen Anforderungen angepasst und bieten in aktuellen Versionen standardmäßig 3-D-Planungen in gewohnter Umgebung an. Um mit der BIM-Methode erfolgreich zu arbeiten, muss nicht jede vorhandene konventionelle Software über Bord geworfen bzw. umfangreich neue Software angeschafft werden. Vielmehr ist die regelmäßige gezielte Investition in moderne Werkzeuge Garant für ein zukunftssicheres Geschäftsmodell. Das ist nicht neu und kein Phänomen der BIM-Methodik [5]. Als elementare Triebfeder für das kollaborative Arbeiten am Modell hat sich hingegen die Einrichtung eines zentralen BIM-Labs erwiesen. Dieser Ort des physischen, aber auch virtuellen Zusammenkommens muss mit moderner und leistungsstarker Hardware ausgestattet sein, um datenintensive Modelle betrachten und besprechen zu können. Dazu zählen standardmäßig ebenso mehrere Großprojektionsflächen in Form von Bildschirmen bzw. Leinwänden sowie die Möglichkeit zur komfortablen Videokonferenz. Planungs- und Baubesprechungen sind dabei grundsätzlich papierlos. Diese finden in BIM-Projekten modellbasiert statt. Die Prüfungsergebnisse des Gesamtmodells liegen bereits vor der Besprechung vor. In der Besprechung selbst wird im Modell an die fragliche Stelle navigiert, um dort die determinierten Prüfergeb nisse gemeinsam zu diskutieren sowie zu lösen. Durch beliebige Ansichtsmöglichkeiten in der Modelldarstellung entsteht eine deutlich höhere Nachvollziehbarkeit und Transparenz. Die Ergebnisse der Besprechungen werden in einem digitalen Aufgabenmanagement dokumentiert. Darin befinden sich u. a. die zu erledigenden Aufgaben inkl. deren Nachverfolgung und Anmerkungen zum Bauwerksentwurf [7].

4.4

Methoden & Prozesse

Für eine tatsächlich kollaborative Projektbearbeitung sind gegenseitiges Verständnis und Vertrauen innerhalb des Teams sowie ein tiefergehend standardisierter Pro-

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Quelle: eigene Darstellung

W. Breinig et al.: Zeichnest du noch oder modellierst du schon?

Bild 7 Prüf- und Freigabeprozesse Checking and release processes

zess erforderlich. Nur so können die Informationen konsistent und zeitnah erstellt und effizient verfügbar gemacht werden. Verschwendung wird vermieden und Auf wand reduziert, wenn die Konzepte und Prinzipien der internationalen Norm ISO 19650 eingeführt und auch gelebt werden. Zu Beginn eines BIM-Projekts müssen also die Arbeitsweise, die Datenstruktur, die Datenverarbeitung sowie andere für das Projekt relevante Parameter bei allen Projektakteuren bekannt und vereinbart sein. Dazu gehört auch der in Bild 7 dargestellte Prüf- und Freigabeprozess der DEGES [5]. 514

5 Ausblick Die Digitalisierung der Planung von Infrastrukturprojekten kommt gut voran, wenngleich Deutschland im internationalen Vergleich keine Spitzenposition hat. Ein weites und bisher weitgehend offenes Handlungsfeld ist die Anwendung der BIM-Methode in der Bauausführung sowie im Betrieb der Verkehrsinfrastruktur. Stichwörter sind hier bspw. die digitale Bauüberwachung und Bauabrechnung sowie Einbindung von Bauwerks- und Fahrbahnsensorik zur Verbesserung von Entscheidungen

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während des Betriebs. Augmented Reality, die computeranimierte Erweiterung der menschlichen Wahrnehmung, wird künftig auch auf Baustellen eine wichtige Rolle spielen. Und die künstliche Intelligenz darf in diesem Zusammenhang nicht fehlen, die künftig als Assistenzsystem wichtige Hilfestellungen und Arbeitserleichterungen bewirken wird. Der Transformationsprozess bietet noch viele spannende Elemente. Mit einem zunehmenden Einsatz digitaler Methoden und dem damit einhergehenden Kulturwandel verändert sich das Berufsbild des Bauinge-

nieurs radikal. Routinetätigkeiten treten in den Hintergrund. Das kreative und verantwortungsvolle Arbeiten und die Lösung konkreter Fragestellungen geraten wieder in den Mittelpunkt der Ingenieurstätigkeit. Die Motivation bei alten wie jungen Kollegen steigt enorm. Der Beruf des Bauingenieurs wird wieder attraktiv – auch beim poten ziellen Nachwuchs. Die DEGES wird weiterhin diesen Prozess aktiv begleiten und freut sich auf die Neugierde aller aktuellen und zukünftigen Mitarbeitenden.

BERICHT REPORT

W. Breinig et al.: Are you still drawing or are you already modelling?

Literatur [1] ARGE BIM4INFRA2020 (2018) Umsetzung des Stufenplans „Digitales Planen und Bauen“ AP 1.2 „Szenariende finition“ AP 1.3 „Empfehlung“ [online]. Berlin: ARGE BIM4INFRA2020. https://bim4infra.de/wp-content/uploads/ 2018/09/AP1.2-AP1.3_BIM4INFRA_Bericht-Stufenplan.pdf [Zugriff am: 2. Feb. 2021] [2] Rizkallah, M. (2018) Building Information Modeling (BIM) – die digitale Zukunft? Gegenwart und Ausblick [online]. Hannover: HDI Versicherung AG. https://www.hdi.de/ freiberufler/service/ingletter/2018/april2018/bim [Zugriff am: 2. Feb. 2021] [3] BMVI – Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (2015) Stufenplan Digitales Planen und Bauen. Berlin: Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur, Hausdruckerei. [4] BMVI – Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (2015) Reformkommission Bau von Großprojekten, Komplexität beherrschen – kostengerecht, termintreu und effizient, Endbericht. Berlin: Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur, Hausdruckerei. [5] Bard, M.; Breinig, W.; Gonzalez-Hernandez, A.; Irngartinger, A.; Rahm, T.; Siegert, S. (2021) BIM bei der DEGES in: Borrmann, A.; König, M.; Koch, C.; Beetz, J. [Hrsg.] Building Information Modeling – Technologische Grundlagen

und industrielle Praxis. 2. Aufl. Wiesbaden: Springer Verlag (zur Veröffentlichung angenommen). [6] ARGE BIM4INFRA2020 (o. D.) Umsetzung des Stu fenplans „Digitales Planen und Bauen“ [online]. Berlin: ARGE BIM4INFRA2020. https://bim4infra.de/ [Zugriff am: 2. Feb. 2021] [7] Siegert, S. (2020) Der Kulturwandel steht vor der Tür – Wie die Digitalisierung das Planen verändert in: Umwelt- und Planungsrecht 40, Sonderheft 2020, S. 433–437. [8] Warkentin, N. (2020) Kollaboratives Arbeiten: Tipps für Teams [online]. Kerpen: Karrierebibel. https://karrierebibel. de/kollaboratives-arbeiten/ [Zugriff am: 2. Feb. 2021] [9] Schnellbügel, M.; Scheller, K. (o. D.) Kollaborative Organisations- und Arbeitsstrukturen: Ein Muss für eine erfolgreiche Zukunft [online]. Wil-Rossrüti: LINXYS GmbH (CH). https://www.linxys.ch/kollaborative-organisations-undarbeitsstrukturen-ein-muss-fuer-eine-erfolgreiche-zukunft/ [Zugriff am: 2. Feb. 2021] [10] Tulke, J.; Schaper, D. (2015) BIM-Manager in: Borrmann, A.; König, M.; Koch, C.; Beetz, J. [Hrsg.] Building Information Modeling – Technologische Grundlagen und industrielle Praxis. Wiesbaden: Springer Verlag, S. 237–247.

Autorinnen und Autoren Madeline Bard bard@deges.de DEGES GmbH Zimmerstraße 54 10117 Berlin

Dr.-Ing. Tobias Rahm rahm@deges.de DEGES GmbH Zimmerstraße 54 10117 Berlin

Werner Breinig breinig@deges.de DEGES GmbH Zimmerstraße 54 10117 Berlin

Stephan Siegert (Korrespondenzautor) siegert@deges.de DEGES GmbH Zimmerstraße 54 10117 Berlin

Abril Gonzalez-Hernandez gonzalez-hernandez@deges.de DEGES GmbH Zimmerstraße 54 10117 Berlin Andreas Irngartinger irngartinger@deges.de DEGES GmbH Zimmerstraße 54 10117 Berlin

Zitieren Sie diesen Beitrag Bard, M.; Breinig, W.; Gonzalez-Hernandez, A.; Irngartinger, A.; Rahm, T.; Siegert, S. (2021) Zeichnest du noch oder modellierst du schon? Digitales Planen und Bauen bei der DEGES. Bautechnik 98, H. 7, S. 508–515. https://doi.org/10.1002/bate.202100020

Bautechnik 98 (2021), Heft 7 515

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DOI: 10.1002/bate.202100038

BERICHT

Frank Nenninger, Matthias Schmidt

Kombilösung Karlsruhe: ein zukunftsweisendes innerstädtisches Tunnelbauprojekt Im Zuge des Ausbaus des schienengebundenen ÖPNV in der Stadt Karlsruhe wurden in den vergangenen Jahren mehrere Stadtteile und umliegende Gemeinden an das Stadtbahnnetz angeschlossen. Hierbei wurden umsteigefreie Verbindungen in die Innenstadt geschaffen. Dies führte zu einem starken kontinuierlichen Fahrgastzuwachs. In der Folge ist das Bestandsnetz im Innenstadtbereich und insbesondere in der Kaiser straße an seine Kapazitätsgrenze angelangt. Zur Verbesserung der Verkehrsverhältnisse wie auch der Leistungsfähigkeit des schienengebundenen ÖPNV in der zentralen Innenstadt hatte die Stadt Karlsruhe folgende Maßnahmen zur Umsetzung vorgesehen, die unter dem Namen „Kombilösung“ zusammengefasst wurden: Das Projekt Kombilösung Karlsruhe besteht aus zwei Teilprojekten, dem Teilprojekt 1 mit dem maschinell her zustellenden Stadtbahntunnel unter der Haupteinkaufsmeile der Stadt Karlsruhe, mit einem bergmännischen Tunnel unter Druckluftbetrieb sowie Tunnelbaubereichen in offener Bau weise. Teilprojekt 2 beinhaltet die Neugestaltung des Straßenbahnboulevards in der Kriegsstraße mit einer oberirdischen Gleistrasse und einem darunterliegenden Straßentunnel. Die Kombilösung verfolgt mehrere Ziele: Verbesserung und Zukunftssicherung des ÖPNV, Schaffen einer „echten“ Fuß gängerzone sowie eine erhebliche Aufwertung des Stadtbilds.

Kombilösung Karlsruhe: a forward-looking inner-city tunnel construction project As part of the expansion of rail-based public transport in the city of Karlsruhe, several districts and surrounding communities have been connected to the light rail network in recent years. This has created connections to the city center that do not require change trains. This has led to a strong continuous increase in passenger numbers. As a result, the existing network in the inner city area and especially in Kaiserstraße has reached its capacity limits. In order to improve the traffic conditions as well as the performance of the rail-bound public transport in the central city center, the city of Karlsruhe had planned the following measures for implementation, which were summarized under the name “Kombilösung”: the Kombilösung Karlsruhe project consists of two subprojects, subproject 1 with the light rail tunnel to be constructed by machine under the main shopping mile of the city of Karlsruhe, with a mined tunnel under compressed air operation as well as tunnel construction areas using the cut-and-cover method. Subproject 2 includes the redesign of the tramway boulevard in Kriegsstraße with an above-ground rail track and a road tunnel underneath. The light rail tunnel connects four underground stops in the west-east direction over a length of 2.4 km and three additional underground stops with a 1 km long northsouth tube. The road tunnel in Kriegsstraße is being built under a new light rail line and is 1.6 km long. The combined solution pursues several goals: Improving and securing the future of public transportation, which now carries nearly 114 mio. passengers in the city area alone, improving and securing the future of public transportation, which now carries nearly 114 mio. passengers in the city area alone, creation of a “real” pedestrian zone where today there is still one train per direction within one minute of each other as well as a considerable upgrading of the cityscape, especially with the Kriegsstraße reconstruction subproject.

Stichworte Karlsruhe; Kombilösung; Tunnelbauprojekt; innerstädtisch

Keywords Karlsruhe; Kombilösung; tunnel construction project; inner-city

Gesamtprojekt und Rahmenbedingungen

1.1

„Das Karlsruher Modell“

oder Einkaufen wieder abzusetzen. Dieses System nennt man das „Karlsruher Modell“. Das Verkehrssystem kombiniert innerstädtische Straßenbahnstrecken mit Eisenbahnstrecken im Umland. Durch die hohe Fahrgast akzeptanz des Karlsruher Modells, die technisch betrachtet auf den für Bahn- und Straßenbahnstrom ausgerüsteten Zweisystemfahrzeugen beruht, wurde aber bereits Ende der 1990er-Jahre die Leistungsgrenze erreicht (Bild 1). Die innerstädtische Hauptstrecke des kombinierten Stadtbahn- und Straßenverkehrs durch die Fußgänger

Das „Karlsruher Modell“ ist zum Synonym für eine gelungene integrierte Nahverkehrslösung geworden: Die Stadtbahnen – andernorts sind das die S-Bahnen – fahren über die Stadtgrenzen mit ihrem Straßenbahnnetz in die Re gion hinaus und holen die Fahrgäste ab, um sie direkt in der Karlsruher Innenstadt umsteigefrei zum Arbeiten 516

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Quelle: KASIG

BERICHT REPORT

Kombilösung Karlsruhe: a forward-looking inner-city tunnel construction project

Quelle: KASIG

Bild 1 Das in Karlsruhe bestehende Gleisnetz war vor Baubeginn der Kombilösung hoch belastet The existing track network in Karlsruhe was highly congested before construction of the Kombilösung began

Quelle: KASIG

Bild 2 Teilprojekt 1 sieht einen T-förmigen Tunnel für Stadtbahnen und Straßenbahnen vor Subproject 1 provides for a T-shaped tunnel for light rail vehicles and streetcars

Bild 3 Beim Teilprojekt 2 wird die Verkehrsachse „Kriegsstraße“ umgestaltet: oben entsteht eine Gleistrasse, darunter ein Autotunnel In subproject 2, the “Kriegsstraße” traffic axis will be redesigned: a rail track will be built at the top and a road tunnel underneath

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F. Nenninger, M. Schmidt: Kombilösung Karlsruhe: ein zukunftsweisendes innerstädtisches Tunnelbauprojekt

zone in der Kaiserstraße hat bis zu acht Linien auf ihren beiden Gleisen zu verkraften. Zu den Hauptverkehrszeiten fährt durchschnittlich pro Minute eine Bahn pro Richtung (!) durch die Fußgängerzone. Mitte der 1980erJahre hatten allein die Verkehrsbetriebe Karlsruhe (VBK) bereits 55 Mio. Fahrgäste/Jahr zu verzeichnen. Inzwischen ist das Aufkommen auf über 114 Mio. gestiegen.

1.2

Teilprojekt 1

Der Stadtbahn- und Straßenbahntunnel verläuft unter den beiden wichtigsten Achsen der Karlsruher Innenstadt (Bild 2). Die Herstellung des Tunnels erfolgte maschinell mit einer Tunnelvortriebsmaschine sowie tw. auch berg männisch unter Druckluft sowie in offener Bauweise. Der Tunnel verbindet in West-Ostrichtung auf einer Länge von rd. 2,4 km die vier neuen unterirdischen Haltestellen Europaplatz, Lammstraße (mit der Inbetriebnahme wird sie Marktplatz (Kaiserstraße) heißen), Kronenplatz, Durlacher Tor und in einer etwa 1 km langen Nord-Südröhre die drei künftigen unterirdischen Haltestellen Marktplatz (künftig Marktplatz (Pyramide)), Ettlinger Tor und Kongresszentrum. Die sieben neuen Haltestellen wurden in Deckelbauweise errichtet und sind möglichst ober flächennah angeordnet.

1.3

Teilprojekt 2

In der Kriegsstraße entsteht unter einer neuen Straßenbahntrasse auch ein neuer Autotunnel in offener Tunnelbauweise (Bild 3). Dieser ist 1,6 km lang, beginnt westlich des Karlstors und endet im Osten im Bereich des Knotens Kriegsstraße/Ostendstraße. Mit dem Straßentunnel wird sich ein Teil des Autoverkehrs nach unten verlagern. Das schafft oberirdisch Platz für die neue Straßenbahntrasse mit drei neuen oberirdischen Haltestellen.

1.4

Besondere Herausforderungen

Die besonderen Herausforderungen bei der Realisierung des Projekts waren und sind die Randbedingungen und in Folge die Auflagen für den Baubetrieb. So findet die Projektabwicklung in äußerst beengtem öffentlichem Raum unter Aufrechterhaltung des Fußgängerverkehrs, des Straßenbahnbetriebs, des Straßenverkehrs und des täglichen Geschäftslebens in Karlsruhe statt. Aufrechterhalten muss auch die Versorgungssicherheit von Anwohnern und Gewerbe werden. Vorgegeben ist die max. Ausdehnung der Haltestellenbauwerke, was das tw. unmittelbare Angrenzen an bestehende Nachbarbebauung zur Folge hat. Bauverfahren, Bauabläufe, Bauzeiten und Baulogistik wurden so geplant, dass die Beeinträchtigungen v. a. an den Hauptverkehrsknoten auf das notwendige Minimum reduziert werden konnten. Zu den Prämissen gehörten die Aufrechterhaltung des Straßenbahnbetriebs in der 518

Ost-Westachse und auf zwei von drei vorhandenen NordSüdachsen. Auf Basis des geplanten Bauablaufs wurde ein Baulogistikkonzept unter Berücksichtigung von Baueinrichtungs-, Logistik- und Aufstellflächen entwickelt. Zur Abwicklung der Logistik wurden die Arbeitsbereiche just in time über vorgegebene Fahrtrouten angedient.

Rohbau Teilprojekt 1 – Stadtbahn- und Straßenbahntunnel

2.1 Deckelbauweise Um den Prämissen zur Aufrechterhaltung des Bahnverkehrs und der Fußgängerströme in der Innenstadt zu genügen, wurden die unterirdischen Haltestellen in der Innenstadt in mehreren Bauabschnitten in Deckelbauweise hergestellt (Bild 4). Während auf der einen Seite der ohnehin schmalen Fußgängerzone gebaut wurde, konnten alle Verkehrsteilnehmer die andere Seite nutzen. Der Bauablauf sorgte nach Verlegung der Gleise aus der Mittellage auf die seitliche Lage in einer ersten Phase zunächst für das Einbringen einer Spundwand als temporären Baugrubenverbau. Die Baugrubenwand wurde mit Bohrpfählen oder in Schlitzwandbauweise erstellt. Nach einem Voraushub wurde die DSV-Sohle als Abdichtung der Baugrube gegen Grundwasser von unten hergestellt. Nach erfolgreicher Dichtigkeitsprüfung wurde die Baugrube bis auf etwa 4 m unter Geländeoberkante ausgehoben und der Haltestellendeckel in einer Stärke von etwa 2 m betoniert. Die oberirdisch fertiggestellte Halbseite wurde aufgeschüttet und vor der zweiten Phase wurden die Gleise auf den Halbdeckel der künftigen unterirdischen Haltestelle verlegt. Die DSV-Sohlen in dieser Deckelbauweise bilden das aussteifende sowie abdichtende Element der Baugruben sicherung der Haltestellen. Zur Auftriebssicherung sind diese Sohlen mit Mikropfählen rückverankert. Bei der Planung ist bezüglich der statischen Systeme der Haltestellenbauwerke zwischen verankerten und unverankerten Baugrubenwänden zu differenzieren. Im Bauzustand wird die äußere Belastung, Erd- und Wasserdruck, durch die Verbauwände und die rückverankerte Düsenstrahlsohle aufgenommen. Im Endzustand erfolgt der Ansatz des vollen Wasserdrucks auf die unter dem Deckel herzustellende Innenschale; der Erddruck verbleibt auf den Baugrubenwänden. Die rückverankerte Düsenstrahlsohle ist dann funktionslos. Maßgebliche Anforderungen an die Planung der Stationsbaugruben ergaben sich neben den baubetrieblichen und logistischen Aspekten aus der erforderlichen Baugrubentiefe von bis zu 18 m und einer Einbindung von bis 15 m in die gut durchlässigen sandigen und kiesigen Ablagerungen des Rheintals. Alle Stationsbaugruben waren in die geotechnische Kategorie GK 3 einzustufen und speziell unter diesem Ge-

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Quelle: KASIG

BERICHT REPORT

Kombilösung Karlsruhe: a forward-looking inner-city tunnel construction project

Quelle: KASIG

Bild 5 Der Lockergesteinvortrieb erfolgte mit einer Tunnelvortriebs maschine The loose rock excavation was carried out with a tunnel boring machine

Bild 4 Die unterirdischen Haltestellen wurden in Halbdeckelbauweise hergestellt The underground stops were constructed in half-deck design

sichtspunkt mit den erhöhten Anforderungen an Planung, Ausführung und Überwachung auszuführen. Aus den genannten Anforderungen für die unverankerten Stationsbaugruben ergaben sich besondere Heraus forderungen an die Konstruktion: hoch belastete Baugrubenwände mit einer Kopfeinspannung in die Deckel sowie hoch belastete rückverankerte Düsenstrahlsohlen mit einer Aussteifungs- und Dichtwirkung. Die erforder lichen charakteristischen Druckfestigkeiten betragen bis 10 MN/m2 und liegen damit an der oberen Grenze der Zulassungsbescheide für Düsenstrahlkörper.

2.2

Maschineller Vortrieb

Alle bestehenden Stadtbahnlinien sollten sowohl an den Tunnel als auch an das oberirdische Innenstadtnetz angebunden werden. Auf die Unterfahrung von Gebäuden wurde verzichtet. Ein wichtiger Punkt war auch die Minimierung der Tiefenlage der Haltestellen und damit auch der Tunnelabschnitte unter der Oberfläche. Weitere zwingende Auflage war, dass der in Betrieb befindliche Abwasserlängskanal über der Tunnelfirste sowie der stark frequentierte Stadtbahnbetrieb in der Kaiserstraße nicht beeinflusst werden durften. Diese Erfordernisse führten dazu, dass erstmalig in der deutschen Tunnelbaugeschichte der komplette Lockergesteinvortrieb mittels einer Tunnelvortriebsmaschine mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust von Bauherrenseite mit einer Überdeckung kleiner einem Schilddurchmesser ausgeschrieben wurde (Bild 5). Zur Gewährleistung eines

kontinuierlichen Tunnelvortriebs war vorgesehen, die Schildfahrt durch drei vorab hergestellte Stationsbaugruben zu führen. Somit durchfuhr die TVM sowohl den Baugrubenverbau aus Bohrpfahl bzw. Schlitzwand sowie den Baugrund innerhalb der Tunnelstrecke. Bei einem Schneidraddurchmesser von 9,3 m betrug die min. Überlagerung im An- und Ausfahrtbereich nur 4,5 m, die max. Überlagerung auch nur 8 m über der Tunnelfirste (Bild 6). Die durchschnittliche Vortriebsleistung betrug 14 m/d. Besonders erwähnenswert ist der Tagesrekord von 32 m im gewachsenen Baugrund zwischen den Stationen. Der in maschineller Bauweise hergestellte Tunnel verläuft unter der Fußgängerzone in der Kaiserstraße. Die Vortriebslänge beträgt rd. 2049 m. Der Ausbau des Tunnels erfolgte pro Ring mit jeweils sechs Stahlbetontübbingen der Dicke 40 cm, Aushub und Tübbingrückbau in den Haltestellen erfolgten im Nachgang. Danach wurden die Haltestellen im Rohbau hergestellt. Der Grundwasserspiegel liegt rd. 3,5–5 m unter Gelände, das Tunnelbauwerk damit vollständig im Grundwasser. Im Vorfeld der Schildfahrt wurden die Gebäude auf ihre spezifische Setzungsempfindlichkeit untersucht und bewertet. Eine Winkelverdrehung von 1:500 wurde als Bemessungsgrenzwert herangezogen. Im Regelvortrieb gab es keine relevanten Setzungen, Verformungen oder Schäden an Kanälen und setzungsempfindlicher Bebauung. Es traten max. Setzungen von 4 mm auf. Dies war im Wesentlichen zurückzuführen auf die stimmige Wechselwirkung zwischen Stützdruck und ständig ausreichender Ringspaltverpressung. Neben der Erfassung und Analyse der Maschinendaten kam dem messtechnischen Überwachungsprogramm eine besondere Bedeutung zu. Vorgesehen waren Nivellement, Tachymetermessungen, Gebäudeprismen, Inklinometer und Extensometer sowie Gleismesswagen.

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Bild 6 Die min. Überlagerung betrug nur 4,5 m The minimum overlay was only 4.5 m

2.3

Bergmännischer Vortrieb unter Druckluft

Zur Anbindung der in Ost-Westrichtung verlaufenden unterirdischen Stadtbahn- und Straßenbahnlinien in der Kaiserstraße nach Süden musste die Tunnelstrecke „Südabzweig unter der Karl-Friedrich-Straße“ hergestellt werden. Die Gradiente des Tunnels Karl-Friedrich-Straße verläuft nahezu horizontal. Der Vortrieb erfolgte von Süd nach Nord. Die Überdeckung liegt zwischen ca. 6,1 m und 7,4 m. Aufgrund der nur geringen Länge von ca. 248 m sowie der herzustellenden Aufweitung für die Weichenanlage ins Abstellgleis am Marktplatz wurde ein TVM-Vortrieb als unwirtschaftlich ausgeschlossen. Für die Bewältigung der bergmännischen Tunnelstrecke kam ein Vortrieb in Spritzbetonbauweise zur Ausführung. Die Strecke wurde als bergmännischer Tunnel in der sog. Neuen Österreichischen Tunnelbauweise (NÖT) und infolge der Grundwassersituation im Druckluftvortrieb von Süd nach Nord aufgefahren. Dazu wurde in der Haltestelle Ettlinger Tor eine Druckschleuse um das geplante Startportal errichtet (Bild 7). Zur Verbesserung des Baugrunds und zur Erhöhung der Ausbläsersicherheit wurden vorab Feststoffeinpressungen durch Primärverpressung auf Zementbasis und Sekundärinjektion mittels Weichgeleinpressungen von der Oberfläche aus durchgeführt. Zur Umsetzung der planerischen Vorgaben einer Verfestigung des Ausbruchsquerschnitts und eines 2,0 m mächtigen, zusätzlich auch abzudichtenden Ringbereichs wurde eine Niederdruckinjek tion über Manschettenrohre ausgeführt. Über den gesamten Tunnelquerschnitt/Injektionsbereich wurden unter Berücksichtigung der Bestandsbebauung (Leitungen, Mittelkanal, Gründung der Verfassungssäule auf dem Rondellplatz etc.) vertikale und geneigte unverrohrte Bohrungen mit einem Durchmesser von rd. 110 mm abgeteuft. Im Mittel sind pro Querprofil (bestehend aus je zwei versetzt angeordneten Injektionsfächern) rund 25 Bohrungen erforderlich, das bedeutet bei 90 Querprofilen und einigen Zusatzbohrungen insgesamt 2 289 Bohrungen im Regelbereich und im Aufweitungsbereich ca. 520 weitere Bohrungen. 520

Bild 7 Für den Druckluftvortrieb wurde eine Druckschleuse um das Startportal errichtet A pressure lock was built around the start portal for the compressed air drive

Die Standardsicherungsmittel bestanden aus einer vo rauseilenden Sicherung mit Spießen, Rohrschirmen, aus bewehrtem Spritzbeton mit hoher Anfangsfestigkeit und Ausbaugitterbögen. Der Tunnel hat aus statischen Gründen im Regelquerschnitt ein Maulprofil mit einer lichten Breite von 10,5 m und einer lichten Höhe von 9,2 m. Der Ausbruchsquerschnitt beträgt somit rd. 80 m2. Im Auf weitungsbereich vergrößert sich die lichte Breite auf 19,6 m, die lichte Höhe auf 11,5 m und der Ausbruchsquerschnitt auf rd. 180 m2 (Bilder 8a, 8b).

2.4

Offene Tunnelbauweise

Die drei Rampenbauwerke wurden in offener Bauweise hergestellt. Die Tunnel- und Trogbauwerke und die da runterliegende Baugrubensohle binden größtenteils in das Grundwasser ein. Die konstruktiven Bauteile wurden als wasserundurchlässige Stahlbetonkonstruktion ausgeführt. Die Bauwerke sind flach gegründet. Die Auftriebssicherheit wird für den höchsten Grundwasserstand (HGW500) ausgelegt. Die Tunneldecke wurde im Anschluss an die fertiggestellten Wandabschnitte gebaut. Die vertikale Baugrubenumschließung ist als wasserundurchlässiger Verbau ausgeführt. Die Abdichtung der Baugrubensohle wird durch z. T. rückverankerte DSVund Unterwasserbetonsohlen gewährleistet. Das Trogbauwerk der Rampe Mühlburger Tor hat eine Länge von ca. 110 m und das anschließende Tunnelbauwerk von ca. 88 m. Im Anschluss daran ist der Zielschacht der Tunnelstrecke Kaiserstraße angeordnet. Der Zielschacht wurde nach Fertigstellung der maschinell vorgetriebenen Tunnelröhre Kaiserstraße als Tunnelblock ausgebaut und erhielt Betriebsräume zur Ver- und Entsorgung. Die Rampe Durlacher Allee besteht aus einem Tunnel von ca. 183 m Länge und einem Trogbauwerk mit einer

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Bild 8 Der Ausbruchsquerschnitt vergrößert sich im Aufweitungsbereich auf 180 m2: a) mit einem speziell konstruierten Wagen wurde die Bewehrung eingebracht, b) für den flexiblen Querschnitt kam ein Schalwagen zum Einsatz The excavation cross-section increases to 180 m2 in the widening area: a) a specially designed carriage was used to place the reinforcement, b) a formwork carriage was used for the flexible crosssection

Länge von ca. 190 m. Direkt im Anschluss an die Haltestelle Durlacher Tor ist der Tunnelquerschnitt auf einer Länge von ca. 18 m aufgeweitet, um Platz für die Betriebsräume der Haltestelle zu schaffen. Anschließend folgt der unterirdische optionale Abzweig in die KarlWilhelm-Straße. Südlich der Haltestelle Kongresszentrum werden die Gleise über die Rampe Ettlinger Straße mit einer Gesamtlänge von ca. 280 m an die Oberfläche der Ettlinger Straße geführt. Sie besteht aus einem Tunnel von ca. 104 m Länge und einem ca. 176 m langen Trogbauwerk.

Bild 9 Die Gestaltung aller sieben Haltestellen folgt einem einheitlichen Gesamtkonzept: a) ein gelbes „U“ signalisiert die Abgänge, b) gedeckte Farben beherrschen die Ebenen für die Fahrgäste The design of all seven stops follows a uniform overall concept: a) a yellow “U” signals the exits, b) muted colors dominate the levels for passengers

tung jeder Haltestelle ein einheitliches Gesamtkonzept für alle Haltestellen entwickelt. Das Lichtkonzept für den neuen Stadtbahntunnel wurde von Allmann Sattler Wappner Architekten gemeinsam mit dem Designer Ingo Maurer entwickelt und als sog. Lichtgespinst ausgeführt. Im Gegensatz dazu stehen die Verteilerebenen, die mit den gestockten Sichtbetonwänden, grauen Decken und grauem Terrazzoboden den ursprünglichen Charakter des Ingenieurbauwerks ausdrücken und nur dazu dienen, auf schnellstem Weg die Bahnsteighallen zu erreichen.

Der zweigleisige, ca. 211 m lange Tunnel in der Ettlinger Straße liegt zwischen den Haltestellen Ettlinger Tor und Kongresszentrum. Die max. Bauwerksüberdeckung beträgt im Bereich der Haltestelle Ettlinger Tor ca. 7,50 m.

In zwei Haltestellen wurden Stege in der Verteilerebene zum Wechsel der Bahnsteigseiten hergestellt, die dem orderirdischen Straßenverlauf folgen und somit die Karlsruher Fächerstruktur auch im Untergrund abbilden. Die großen Glasfassaden (Brandschutzverglasung) an den Galerien der Verteilereben geben den Blick auf die Bahnsteigebene und den Gleiskörper frei (Bilder 9a, 9b).

Ausbau Teilprojekt 1 – Stadtbahn- und Straßenbahntunnel

3.2 Lichtkonzept

3.1

Architektonischer Ausbau

Die sieben Haltestellen liegen sehr dicht beieinander. Im Entwurf wurde daher anstatt einer individuellen Gestal-

BERICHT REPORT

Kombilösung Karlsruhe: a forward-looking inner-city tunnel construction project

Das Lichtkonzept ist Bestandteil der Raumgestaltung (Bild 10). Die vorhandenen Oberleitungen sind der Ausgangspunkt für das Lichtsystem. Die Leuchten – in moderner LED-Technik – werden auf einem Gespinst aus quer zum Gleis verspannten Edelstahlseilen in zwei

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Bild 10 Das Lichtkonzept ist fester Bestandteil des Raumkonzepts der Architekten The lighting concept is an integral part of the architects’ spatial concept

Bild 11 Licht im Vordergrund vs. dezentes Licht, sichtbare vs. unsichtbare Leuchtkörper: die Haltestellenbereiche sind unterschiedlich beleuchtet Light in the foreground vs. discreet light, visible vs. invisible light fixtures: the stop areas are lit differently

Lagen, ähnlich wie die Oberleitungsgeflechte, verteilt (Bild 11). Sie leuchten nach unten und oben. Einzelne RGB-Spots bilden Akzente im Gespinst und werfen dreifarbige Schatten beim Vorbeigehen der Fahrgäste.

Die Gebäudeautomation (Bild 12) überträgt sämtliche Fehler- und Zustandsmeldungen aller technischen Anlagen zur Leitstelle und ermöglicht die Fernschaltung von Aufzügen, Fahrtreppen, Rolltoren und Rauchschürzen durch die Leitstelle.

Das Licht steht im Bahnsteigraum im Vordergrund. In der Verteilerebene nimmt es sich hingegen zurück. Die Leuchten „verschwinden“ in der Abhangdecke. Die vollverglasten Aufzüge werden an den Oberflächen mit einer blauen Schachtkopfbeleuchtung aus umlaufenden LEDLichtbändern dezent im Stadtraum inszeniert.

3.3

Technischer Ausbau

Die Bahnsteighallen sind mit Rauchschürzen von den Treppenaufgängen abgetrennt, um die Treppenaufgänge so lange wie möglich rauchfrei zu halten. Jede Haltestelle verfügt über eine eigene Brandmeldeanlage. Die Brand detektion erfolgt in den Bahnsteighallen, Aufzügen und Treppenaufgängen mit automatischen Rauchansaugsystemen und in den Verteilerebenen und Betriebsräumen mit Rauch- und Wärmemeldern.

Der Stadtbahntunnel wird aus zwei verschiedenen Umspannwerken der Stadtwerke versorgt, um bei max. Leistungsabnahme noch eine ausreichende Stromversorgung aller technischen Anlagen zu gewährleisten. Dabei muss sichergestellt sein, dass bei geringer Leistungsabnahme kein Stromfluss von einem Umspannwerk zum anderen durch den Stadtbahntunnel stattfindet. Die Stadtwerke speisen mit 20 kV ein. Der Strom wird dann mit Transformatoren von 20 kV auf 750 V Gleichstrom für den Antrieb der Bahnen und auf 230 V Wechselstrom für die Haltestellenversorgung umgewandelt.

Jede Haltestelle verfügt über ca. 30 Kameras, mit denen alle öffentlichen Bereiche der Haltestellen flächendeckend vom Feuerwehr-Informationszentrum und von der Leitstelle eingesehen werden können. Die Bahnsteige und Verteilerebenen sind mit 2 m hohen, rotblauen Notrufsäulen ausgestattet, die über ein blinkendes Signallicht die Aktivierung anzeigen und mit denen man mit Bild und Ton eine Notrufverbindung mit der Leitstelle herstellen kann. Die Alarmierung der Fahrgäste im Brandfall erfolgt mit einer Sprachalarmierungsanlage.

Die sieben Haltestellen werden von 22 Aufzügen und 58 Fahrtreppen erschlossen und mit 178 Kameras von der Leitstelle der Verkehrsbetriebe überwacht. An allen Abgängen von der Oberfläche befinden sich Rolltore als Bauwerksabschluss, insgesamt 28 Stück. In allen öffent lichen Bereichen der Bahnsteighallen und Verteilerebenen stehen ein flächendeckender Internetzugang durch öffentliches WLAN und der Mobilfunkempfang aller Netzanbieter zur Verfügung.

Die Haltestellen verfügen über unterschiedliche Rauchabzugsanlagen. In den Haltestellen Marktplatz-Pyramide, Europaplatz und Ettinger Tor/Staatstheater befinden sich große Ventilatoren in der Haltestellendecke, die im Brandfall automatisch gestartet werden. In der Haltestelle Marktplatz (Kaiserstraße) und Durlacher Tor/KITCampus Süd erfolgt die Entrauchung lediglich über Rauchabzugsklappen im Oberflächenbelag, die sich im Brandfall automatisch öffnen. In der Haltestelle Kongresszentrum befinden sich über den Gleisen sieben quadratische Öffnungen zum Mittelstreifen der Ettlinger Straße mit Glaslamellen, die sich im Brandfall öffnen und auch im geschlossenen Zustand die Haltestelle belichten. Die Haltestelle Kronenplatz verfügt über drei versetzt verzogene Betonschächte in der Haltestelle mit Gitter

Alle Räume im Stadtbahntunnel werden be- und entlüftet. Dies dient zur Kühlung der technischen Anlagen und zur Verhinderung von Feuchteschäden und Schimmelbildung. Die Zuluft wird dem Tunnel entnommen und die Abluft dem Tunnel wieder zugeführt. 522

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Bild 12 Fehler und Zustandsmeldungen werden an die Leitstelle übertragen Faults and status messages are transmitted to the control center, and central battery systems ensure an emergency light supply for 3 h

Bild 13 Auf das unterirdische Stellwerk kann bei Bedarf über zwei ober irdische Leitstände zugegriffen werden If required, the underground interlocking can be accessed via two above-ground control stations

rosten im Oberflächenbelag, die dauerhaft den Rauchund Luftabzug ermöglichen.

chitektonischen Ausbaus wurde der Oberbau bzw. die Gleisfahrbahn eingebaut. Danach wurde die gesamte Materiallogistik schienengebunden mittels Zweiwegefahrzeugen und Loren durchgeführt. Für die Anmeldung und Koordination der Transporte wurde – zur Abwicklung der Transporte just in time – ein Onlinetool eingesetzt.

Bei Stromausfall und im Brandfall werden die Haltestellen mit Sicherheitsleuchten ausgeleuchtet, die von einer Zentralbatterieanlage in jeder Haltestelle versorgt werden, die eine Leuchtdauer von 3 h gewährleistet. Zusätzlich werden die Bahnsteige mit einer Orientierungsbeleuchtung aus einem LED-Lichtband in 30 cm Höhe an den Wänden beleuchtet, falls die Sicherheitsleuchten in 4 m Höhe die Rauchschicht nicht mehr bis zum Boden durchdringen.

3.4

Betriebstechnischer Ausbau

Der Fahrstrom von 750 V Gleichstrom wird für den Stadtbahntunnel in drei Gleichrichteranlagen in den beiden Haltestellen an der jeweils östlichen und westlichen Tunneleinfahrt sowie im zentral gelegenen Gleisdreieck aus 20-kV-Wechselstrom erzeugt und in das Fahrleitungsnetz eingespeist. Dadurch können die Bahnen in der dichten, bisher an der Oberfläche praktizierten Taktung durch den Tunnel fahren. Die Signaltechnik und die Weichen werden zentral von einem vollautomatischen elektronischen Stellwerk über dem Gleisdreieck gesteuert (Bild 13), auf das bei Bedarf von den beiden Leitständen in der Gerwigstraße und am Mühlburger Tor zugegriffen werden kann. Die dynamischen Fahrgastinformationsanlagen mit jeweils doppelten Anzeigen für beide Fahrtrichtungen leiten die Fahrgäste von der Oberfläche über die Verteiler ebenen bis zum Bahnsteig.

BERICHT REPORT

Kombilösung Karlsruhe: a forward-looking inner-city tunnel construction project

4 Resümee Ein solches innerstädtisches Großprojekt in seiner Komplexität abzuwickeln, stellt eine große Herausforderung an alle Fachbereiche dar – ob es der Rohbau mit seinem komplexen Ingenieurbau ist oder der architektonische Ausbau mit seinen vielen Schnittstellen zu den unterschiedlichsten zu verarbeitenden Materialien des Ausbaus. Dies gilt ganz besonders auch für alle Menschen im Projekt, dessen Erfolg deren außergewöhnlichem und intensivem Zusammenwirken geschuldet ist.

Autoren Dipl.-Ing. Frank Nenninger (Korrespondenzautor) frank.nenninger@kasig.karlsruhe.de Technischer Geschäftsführer Karlsruher Schieneninfrastruktur-Gesellschaft mbH (KASIG) Kriegsstraße 100 76133 Karlsruhe

Dipl.-Ing. Matthias Schmidt Matthias.schmidt@kasig.karlsruhe.de Mitglied der Geschäftsleitung Technik Karlsruher Schieneninfrastruktur-Gesellschaft mbH (KASIG) Kriegsstraße 100 76133 Karlsruhe

3.5 Baulogistik

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Bis zur Fertigstellung des Rohbaus erfolgte der Mate rialtransport mit Straßenfahrzeugen. Mit Beginn des ar-

Nenninger, F.; Schmidt, M. (2021) Kombilösung Karlsruhe: ein zukunftsweisendes innerstädtisches Tunnelbauprojekt. Bautechnik 98, H. 7, S. 516–523. https://doi.org/10.1002/bate.202100038

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DOI: 10.1002/bate.202100039

BERICHT

Michael Benz

Digitalisierung der Mobilität und deren Einfluss auf die bauliche Infrastruktur Die disruptiven Effekte der Digitalisierung führen in den letzten Jahren zu einem Paradigmenwechsel in der Mobilität und der Verkehrsplanung. Von einer Modellbetrachtung des Verkehrs transformieren sich die Zielvorstellungen in ein datengetrie benes und zunehmend umweltorientiertes Verkehrsmanagement in Fast-Echtzeit. Die neuen Möglichkeiten und die sich daraus ergebenden Umsetzungen ändern die Anforderungen an die bauliche Infrastruktur. Insbesondere geht es zunehmend darum, die Anforderungen der Versorgungsstrukturen (z. B. Logistik) und der nutzerorientierten Mobilität aufeinander abzustimmen, da beide Systeme die gleiche Infrastruktur verwenden. Dabei sind es die Nutzer/-innen, die als Nachfrager/-innen entsprechender Mobilitäts-/Logistikleistungen als zentrale Stellgröße angesehen werden sollten. Für eine Umsetzung von kundenzentrierten Maßnahmen bedarf es jedoch entsprechender Organisationseinheiten innerhalb von Städten und Kommunen, die die richtigen Maßnahmen auf Basis von anforderungsgerecht aufgearbeiteten (Echtzeit-)Daten treffen. Solche Ein heiten können bspw. kooperative Leitstellen sein, die auf Basis von Big Data Analytics sowie Vorhersagen oder Strategievorgaben die „richtigen“ Maßnahmen zum Management des Verkehrs vorschlagen oder sogar automatisch treffen.

Digitalisation of mobility and its influence on the construction infrastructure The disruptive effects of digitalisation over the last few years have led to a paradigm shift in mobility and transport planning. From a model view of traffic, the objectives are transforming into a data-driven and increasingly environmentally oriented traffic management in near real time. The new possibilities and the resulting developments are therefore changing the requirements for the infrastructure. In particular, it is increasingly a question of coordinating the requirements of supply systems (e. g. logistics) and user-oriented mobility, since both systems use the same infrastructure. In this context, it is the end user who should be regarded as the central parameter for the success of the mobility/logistics services. For the implementation of customer-centred measures, however, corresponding organisational units are also required within cities and municipalities that take the right measures based on (real-time) data processed according to their requirements. Such units can be, for example, cooperative control centres that suggest the “right” actions for managing traffic based on big data analytics and as well as forecasts as well as strategy specifications or even automatically adopt them on the basis of strategic specifications.

Stichworte Mobilität; Digitalisierung; Nutzerzentrizität; kooperative Leitzentrale; Datenanalyse; Big Data; Stadtentwicklung; Logistik; Nachhaltigkeit

Keywords mobility; digitalization; user centricity; cooperative control centre; data analysis; big data; urban development; logistics; sustainability

Gerade in der Corona-Pandemie zeigt sich deutlich, welchen Stellenwert die Mobilität in unserer Gesellschaft hat: physische Mobilitätsprozesse werden – zumindest zeitweise – durch digitale Lösungen wie bspw. die Videotelefonie substituiert. Für viele Arbeitgeber/-innen und Arbeitnehmer/-innen wurde deutlich, dass nicht alle Reisen wirklich nötig sind, sondern dass auch auf anderem Wege entsprechende Arbeitsergebnisse geschaffen werden können. Nichtsdestotrotz ist aber festzustellen, dass der Verkehr keineswegs vollständig zum Erliegen gekommen ist. Ganz im Gegenteil sind aktuell massive Verlagerungseffekte erkennbar: Da ist einerseits der Umstieg vom öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) hin zu einer neuen Privatheit im eigenen Kraftfahrzeug. Aktuelle Studien belegen diesen Trend: Laut einer Studie [1] der traffiQ – Lokale Nahverkehrsgesellschaft Frankfurt am Main mbH veränderte sich bspw. der Modal Split im Vergleich zu den Zeiten vor Corona. Die Nutzung des ÖPNV geht in Summe am stärksten zurück und der MIV nimmt als Hauptverkehrsmittel zu. Dies korrespondiert mit der Tatsache, dass der Fahrzeugeinsatz in Corona-Zeiten aufgrund der einzelnen Mobilitätsnutzer/-innen deutlich an-

Paradigmenwechsel in der Mobilität

Die Ziele einer lebenswerten Stadt mit Bezug auf die Mobilität sind klar formuliert: es geht um Nachhaltigkeit, die sich in sauberer Luft, Ruhe und Teilhabe für alle Menschen manifestiert. In Zukunft werden über 70 % aller Bürger/-innen Deutschlands in Städten leben. Die Organisation der Mobilität und der Ver- und Entsorgung urbaner Räume wird daher eine höhere Bedeutung einnehmen, wobei die Mobilität als Grundbedürfnis in den Ballungsräumen zu einem zentralen Wohlfühlfaktor beitragen soll. Hierbei sollte es nicht um Verbote für den motorisierten Individualverkehr (MIV) gehen, sondern um reale Substitutionsmöglichkeiten für alle Bürger/-innen der Stadt. Wenn diese Angebote im Einklang mit den Bedürfnissen der Bürger-/innen einer Stadt sowie betroffenen Pendler/-innen stehen, kann die Verkehrswende hin zu weniger MIV gelingen. Neue digitale Angebote und die dafür zur Verfügung stehende bauliche Infrastruktur müssen sich daher ergänzen. Sonst werden die messbaren und gefühlten negativen Effekte des MIV bestehen bleiben oder sogar noch weiter zunehmen. 524

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gestiegen ist. Die negative Verlagerung beim ÖPNV wieder umzukehren bzw. rückgängig zu machen, wird daher eine große Aufgabe für die nächsten Monate oder Jahre sein. Gleichzeitig ist ein ungebrochener Trend zum E-Bike/ Fahrrad als neues Nahverkehrsmittel festzustellen. Damit nicht genug: ungebrochen ist auch der Trend, im Internet zu bestellen bzw. Lieferungen direkt und zeitnah nach Hause bringen zu lassen. Die Amazonisierung unserer Versorgung wird – bei fortgesetzten (Corona-)Bedingungen – auch weiter für das Sterben unseres Einzelhandels und damit auch unserer Innenstädte beitragen. Insbesondere vor dem Hintergrund, dass die Pandemie irgendwann auch einmal zu Ende sein wird, besteht Handlungsdruck bei der Verkehrsplanung. Verkehr ist dabei niemals ein Selbstzweck, sondern die Summe aller Mobilitätsbedürfnisse der einzelnen Individuen. Und diese Bedürfnisse gilt es zu verstehen und zu antizipieren. Dabei helfen die Daten, die die Nutzer/-innen selbst generieren und bereitstellen, sowie die Daten, die über externe Sensoren wie bspw. Kamerasysteme bereitgestellt werden. Maßgeblich ist aber die heutige Bereitschaft der Nutzer/-innen, die eigene Mobilität mit dem Smartphone je nach Verfügbarkeit und Verkehrssituation anzupassen, also diese Daten auch zu nutzen, wenn diese zur Verfügung gestellt werden. In diesem Zusammenhang wird insbesondere das Mobiltelefon mehr und mehr zum Unterstützer für mobile Menschen. Die Einwohner/-innen bzw. Einpendler/-innen in einer Stadt nutzen es als Berater und Wegweiser für ihre persönliche Mobilität. Zielgröße ist daher die Erhöhung des sog. Digital Mobility Split [2]: Nutzer/-innen wollen auf Basis der Digitalisierung individuelle Mobilitätsketten planen und verlangen Planungssicherheit für deren Umsetzung. In einer getakteten Welt ist die individuelle Information des Einzelnen maßgeblich für den Erfolg von Mobilitätslösungen. Grundlage für den Erfolg einer neuen Zusammenstellung von multimodalen Mobilitätsketten auf Basis der Digitalisierung stellen auch bauliche Veränderungen der Verkehrssysteme (z. B. Linien und Komfortverbesserungen) und die Bereitstellung und Verarbeitung von digital vernetzten Informationen in Echtzeit dar. Maßgebliche Erfolgsfaktoren, um diesen Erfolg zu erzielen, sind allerdings ausreichende Angebote (Quantität), die Zuverlässigkeit der Verkehrssysteme (Planbarkeit) sowie die Kostentransparenz der Mobilitätsleistung (Vergütung). Hierbei müssen die unterschiedlichen Kommunikationskanäle zum Kunden berücksichtigt werden, um Nutzer/-innen bzw. den Verkehr gezielt zu lenken. Die Änderung der Mobilität hat daher einen wesentlichen Einfluss auf die bauliche Infrastruktur der Städte bzw. auf die Voraussetzungen, Daten datenschutzkonform zu erheben bzw. zu verarbeiten und Maßnahmen des Verkehrsmanagements schnell und flexibel umsetzen zu können.

2 Nutzerzentrizität Wie zuvor erwähnt, sind die Nutzer/-innen von Mobilitäts- oder Logistikleistungen diejenigen, denen in dieser Transformation die zentrale Schlüsselrolle zugewiesen werden muss. Es gilt die Anforderungen, Wünsche bzw. Erwartungen an die Leistungen und Angebote in Erfahrung zu bringen und durch zielgerichtete Maßnahmen bzw. konkrete Lösungen auch umzusetzen. Wenn verstanden wird, warum Verkehr – also im weitesten Sinne Mobilität und Logistik – stattfindet, können die geeigneten Maßnahmen zur Verkehrsverlagerung umgesetzt werden und finden die nötige Akzeptanz. Und die Voraussetzungen für Mobilität und Logistik sind stark unterschiedlich: einerseits sind es private Gründe wie Familien- oder Einkaufsfahrten, der Weg von und zur Arbeit oder der Besuch von Freunden, andererseits handelt es sich um Versorgungsfahrten, um den (Einzel-)Handel zu beliefern, zum Erhalt der Stadtstrukturen beizutragen, wie bspw. Baustellenverkehre, oder die Aufrechterhaltung der Entsorgung oder des Recyclings. Natürlich geht es auch um die Belieferung der Bewohner/-innen mit Paketen, also der Verkehre, die durch die Konsument/-innen induziert werden und die im Sinne des Einzelhandels eigentlich vermieden werden sollten.

BERICHT REPORT

M. Benz: Digitalisation of mobility and its influence on the construction infrastructure

Diese Beispiele verdeutlichen, dass Maßnahmen des Verkehrsmanagements nicht aus einer Gießkanne erfolgen sollten. Es geht vielmehr darum, Verkehre besser zu verstehen, damit angemessen reagiert werden kann. Die Einsicht der Beteiligten zu einer Verkehrswende kann insbesondere dann erreicht werden, wenn die nachfragenden Individuen feststellen, dass neue Angebote besser bzw. einfacher zu nutzen und stabiler in ihrer Leistungserstellung sind. Dabei geht es im Wesentlichen nicht um einen Zeitgewinn von ein paar Minuten, sondern es geht um den Gewinn an Planbarkeit, damit das Leben auf Basis eines nachhaltigen und multimodalen Mobilitätssystems verlässlicher gestaltet werden kann. Dieser Paradigmenwechsel hin zu einer nutzerzentrierten, digitalisierten Mobilität geht allerdings zunehmend einher mit disruptiven Auswirkungen auf die Planer/-innen, Baubeteiligten und Betreiber/-innen eben jener Infrastruktur. Paten für das neue Konzept stellen dabei die Denkweisen der neuen datengetriebenen Unternehmen dar. Für Steve Jobs war es die Customer Experience (You’ve got to start with the customer experience and work backward to the technology. [3]), Jeff Bezos genügte später schon der Customer (Kunde) als Startpunkt jeglichen unternehmerischen Denkens, die erst im weiteren Verlauf mit den benötigten technologischen Details ausgearbeitet wurden. Durch den vorherrschenden Paradigmenwechsel in der Mobilität lässt sich das ursprüngliche Zitat aus dem Jahr 1997 von Steve Jobs abermals anpassen. Wird das Wort Kunde (customer) durch das Wort Nutzer/-in (user) ersetzt, wird deutlich, was gemeint ist: Wir müssen vom Bürger bzw. Nutzer her denken und die bestehenden Strukturen anpassen und nicht andersherum.

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M. Benz: Digitalisierung der Mobilität und deren Einfluss auf die bauliche Infrastruktur

Diese Philosophie wird in der augenblicklichen Krise wichtiger denn je: Nach dem Ende der Corona-Pandemie müssen die Städte um ihren Einzelhandel bangen. Eine Vielzahl an Geschäften wird nicht mehr öffnen können. Als Gesellschaft insgesamt stehen wir daher an einem Wendepunkt. Insbesondere die folgenden Fragen müssen dringender denn je beantwortet werden: – Wie sollen die Städte in der Zukunft gestaltet werden? – Wie kann der Einzelhandel wieder gestärkt und wiederbelebt werden? – Wie können soziale Treffpunkte wieder etabliert werden? – Und vor allem: Wie kann eine Stadt aussehen, die für alle Menschen geschaffen ist und damit auch die Zielstellung des universellen Designs – die der Inklusion, also der Einbindung aller Bürger/-innen unabhängig von Alter, Geschlecht oder etwaigen Mobilitätseinschränkungen – erfüllen kann? Die zentrale Frage dabei ist, wie welche Daten gewonnen werden können, wie diese analysiert werden und wie diese zielgerichtete Information genutzt werden kann, damit die Städte und deren bauliche Infrastruktur davon profitieren.

Chancen einer neuen datengetriebenen Stadt

Die Umsetzung der Digitalisierung und der neuen baulichen Maßnahmen sollte eingebettet sein in eine neue Sichtweise bzw. in einer eigenständigen Organisationsform der Stadt. Die Sammlung und Auswertung der anonymen Verkehrs- und Umweltdaten führt dabei zu mehreren Potenzialen, die erschlossen werden können.

– das operative System (Verkehrsleitrechner), das für das tägliche Verkehrsmanagement zuständig ist, und – das analytische System (Data Warehouse), welches für die aktive Entscheidungsunterstützung in (Fast-)Echtzeit benötigt wird. Über die analytische Plattform werden bestehende Insellösungen miteinander verbunden, sodass eine vollständige Transparenz über Systemgrenzen hinweg erreicht wird. Durch Verbindung bisher getrennter Systeme wird eine übergreifende Steuerung möglich und Echtzeitdaten können für die Planung verwendet werden. Erklärtes Ziel des Vorhabens ist, die Potenziale von Datenanalysen im Bereich des Verkehrsmanagements zu nutzen, um ein umweltsensitives Verkehrsmanagement in Echtzeit umsetzen zu können. Dabei soll durch den stadtweiten Einsatz von unterschiedlichster Sensorik eine genaue Analyse der Reisezeiten bzw. des Quell- und Zielverkehrs erfolgen. Das Beispiel verdeutlicht, dass ein Umdenken bereits stattfindet und dass sich eine Vielzahl an neuen Möglichkeiten auf Grundlage der Datenanalyse – über alle Branchen hinweg – ergibt. Abschließend sei daher noch darauf hingewiesen, dass die Daten über die Nutzung von technischen Anlagen ebenso dazu verwendet werden können, den Zustand von technischen Anlagen bzw. Gebäuden zu beschreiben. Werden diese Daten von der Planung über die Bau- und Betriebszeit der einzelnen baulichen Anlagen über Jahre verfolgt (Lebenszyklus management), können wertvolle Informationen über Ersatzinvestitionen bzw. eine proaktive Wartung erfolgen.

Quelle: eigene Darstellung

Eines der größten Potenziale ist die Verwirklichung eines aktiven, umweltsensitiven Verkehrsmanagements. Wie eingangs erwähnt, kann das komplexe System an Mobilitäts- und Logistikströmen nur mit der kontinuierlichen Erfassung und Auswertung dieser Ströme ganzheitlich abgebildet, analysiert und gesteuert werden. Als Beispiel für die Umsetzung eines aktiven, umweltsensitiven Verkehrsma-

nagements kann das Projekt DAnalytics [4] (Advanced Analytics für die Wissenschaftsstadt Darmstadt – Darmstadt-Analytics) genannt werden, das sich gerade in Um setzung befindet. Das Projekt DAnalytics bildet die Grundlage für ein datengetriebenes, aktives und umweltsensitives Verkehrsmanagement der Wissenschaftsstadt Darmstadt. Basis des in Bild 1 dargestelltenSystems bilden dabei zwei Komponenten, die sich im täglichen Betrieb gegenseitig ergänzen und eng miteinander verzahnt werden:

Bild 1 Geschlossener Regelkreislauf der Verkehrssteuerung und -analyse Closed traffic control and analysis loop

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Gerade im Zusammenhang mit der Methode bzw. mit den Werkzeugen des Building Information Modeling (BIM) wird hier eine ideale Grundlage für die Begleitung eines Projekts in der Planungs-, Bau- und Betriebsphase geschaffen. Die oft zitierte Digitalisierung ist damit nichts Neues. Neu ist aber, was daraus gemacht wird bzw. welche Erkenntnisse aus Daten gezogen werden. Die eigentliche Innovation liegt darin, Insellösungen miteinander zu verbinden, um neue Sichtweisen zu schaffen.

Möglichkeiten und Lösungsbeiträge der aufstrebenden Datenwelt

Für eine zielgerichtete Implementierung der Möglichkeiten und Lösungsbeiträge innerhalb der städtischen bzw. kommunalen Strukturen sollten zunächst mithilfe sog. Anwenderfragen die Fragestellungen konkretisiert und priorisiert werden, die für eine aktive und umweltsensi tive Verkehrssteuerung als relevant gesehen werden. Auf Grundlage der so entwickelten Anwenderfragen können in einem nächsten Schritt die für eine Umsetzung benötigten Technologien bzw. Maßnahmen abgeleitet werden.

4.1 Anwenderfragen

Auf Basis dieser Anwenderfragen gilt es zuerst die benötigten Datenquellen abzuleiten und die oftmals vorhan denen Informations- bzw. Datenlücken mit dem Einsatz entsprechender Technologien zu schließen. Im nächsten Schritt gilt es die technischen Anforderungen an die Sensorik, die IT-Zielarchitektur bzw. die vorzunehmenden baulichen Maßnahmen anhand der Anwenderfragen und (vorhandenen bzw. geplanten) Datenquellen abzuleiten.

4.2 Datenquellen Kennzeichen der neuen Ökonomie ist das Wissen über Vorgänge und Prozesse, sodass die eigenen Prozesse besser geplant und schlanker gestaltet werden können. Dies schafft den entsprechenden Wettbewerbsvorteil auf den Märkten. Grundlage für das neue Wissen ist daher die Transparenz, die durch neue digitale Systeme geschaffen wird. Die Basis für eine entsprechende Nutzerzentrizität stellt somit die Sensoreconomy dar, die neue Ökonomie, die auf Basis von Sensoren agiert bzw. sich aus deren Daten speist. Die Informationen zur Beantwortung der Anwender fragen können dabei oft auf verschiedene Weise, mit entsprechend unterschiedlichem Aufwand und unterschiedlicher Güte, durch eine Vielzahl an Datenquellen bereitgestellt werden. Neben bestehenden Datenbanken, auflösenden Kamerasystemen zur Personenerfashoch sung, 3-D-Sensorik bzw. Stereoskopiekameras zur Bewegungsprofilermittlung bis hin zu sog. WLAN-Sniffern für eine Abschätzung der aufhaltenden Personen in der Umgebung existiert eine Vielzahl weiterer Möglichkeiten zur Datenerfassung. Darüber hinaus sollte die/der Datenschutzbeauftragte von Anfang an mit in die Projekttätigkeit eingebunden sein, damit entsprechende Lösungen schlussendlich auch umsetzbar sind bzw. die Anforderungen des Datenschutzes vollends erfüllt werden.

Quelle: Benz + Walter

Die Entwicklung eines initialen Setups an fachlich ausgearbeiteten Anwenderfragen ist für die spätere Umsetzung der Maßnahmen von großer Bedeutung. Im Rahmen von Workshops können dabei mit dem Input der Fach spezialist/-innen konkrete Fragestellungen erarbeitet werden, die es während der Umsetzung zu beantworten gilt. Dass diese sich, je nach Ausgangslage, Projektumfang sowie dessen konkretem Ziel, durchaus variabel gestalten können, zeigt Bild 2 auf.

BERICHT REPORT

M. Benz: Digitalisation of mobility and its influence on the construction infrastructure

Bild 2 Ausgewählte Anwenderfragen Selected user questions

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M. Benz: Digitalisierung der Mobilität und deren Einfluss auf die bauliche Infrastruktur

4.3

Entwicklung und Implementierung der IT-Zielarchitektur

Die durch die Sensorik generierten Rohdaten (z. B. Bilddaten der Kameras) werden in einem nächsten Schritt mithilfe entsprechender Analysesoftware zu Informationen (z. B. Anzahl Fahrzeuge/Personen innerhalb relevanter Bildbereiche) verarbeitet. Diese, meist strukturiert tabellarisch vorgehaltenen Informationen werden nun mit weiteren internen und externen Datenquellen angereichert und gemeinsam in einem zentralen Datensystem gespeichert. Durch die Etablierung einer gemeinsamen Sprache (Datenmodell) wird darüber hinaus die benötigte (Daten-)Transparenz geschaffen, um die Agilität für eine Beantwortung neuer Anwenderfragen bzw. Anbindung weiterer Datenquellen sowie ein kontinuierliches Monitoring der Datenqualität sicherzustellen. Durch die Zentralisierung dieser Vielzahl an Datenquellen wird eine holistische Sichtweise auf das Projekt ermöglicht und in letzter Konsequenz den Entschei der/-innen jederzeit die bestmögliche Entscheidungsunterstützung auf Basis von Daten geboten. Entsprechend gilt es den jeweiligen Anwender/-innen der Informationen diese bspw. mithilfe von Visualisierungen und Dashboards (Cockpits) aufzubereiten. Darüber hinaus können die Anwender/-innen selbst im Umgang mit Datenana lysen, für die Beantwortung konkreter Fragestellungen, befähigt werden.

Bauliche Maßnahmen

Die beste Auswertung von Daten nützt nichts, wenn nicht auch die entsprechenden Anpassungen in der Hardware – also Schiene und Straße – erfolgen, damit Maßnahmen zur Verkehrsverlagerung auch realisiert werden können. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang, dass die Schnittstellen, sowohl physisch als auch digital, zwischen den einzelnen Mobilitäts- und Logistikketten geschaffen werden, um einen Umstieg überhaupt zu ermöglichen. Zur Umsetzung einer nutzerzentrierten Stadt sollten daher im Wesentlichen die zwei in Bild 4 dargestellten Aufgabenstellungen erfüllt werden. Allen Maßnahmen ist gemeinsam, dass diese durch eine zentrale Stelle angesteuert bzw. organisiert werden sollten. Die Verwirklichung einer ÖPNV-Beschleunigung kann bspw. dann erreicht werden, wenn der Umbau von Lichtsignalanlagen erfolgt, damit der ÖPNV situations bedingt Vorrang gegenüber dem MIV hat. Dies gilt insbesondere für die Schaffung einer grünen Welle bzw. die verkehrslastabhängige Koordinierung der Lichtsignalanlagen auf bestimmten Strecken. Auch die Freigabe von Fahrspuren kann flexibel erfolgen, wenn Daten bzw. auch Vorhersagen über die aktuelle Verkehrsbelastung vorhanden sind. Bezüglich der Zuflusssteuerung von Fahrzeugen – wie bspw. die Kontrolle eines LastkraftwagenDurchfahrtsverbots – werden ebenso digitale Hilfsmittel benötigt, um eine kontinuierliche Steuerung und Kontrolle der Verkehrsströme bzw. der Fahrzeuge zu erzielen. Auch der Aufbau einer Infrastruktur für die E-Mobilität

Quelle: eigene Darstellung

Bild 3 zeigt die exemplarische Systemlandschaft des Einsatzes von verschiedenen Sensoren zur Erfassung bzw. Steuerung der Verkehrsströme.

Bild 3 Beispielarchitektur zum Einsatz von Kamera-/Sensordaten zur Steuerung des Verkehrs Example architecture for the use of camera/sensor data for traffic control

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Quelle: eigene Darstellung

BERICHT REPORT

M. Benz: Digitalisation of mobility and its influence on the construction infrastructure

Bild 4 Ausgewählte bauliche Maßnahmen zur Umsetzung eines aktiven, umweltsensitiven Verkehrsmanagements auf Basis der Digitalisierung Selected constructional measures for the implementation of an active and environmentally sensitive traffic management based on digitalisation

(Ladestationen) führt dazu, dass ein intelligentes Netz ausgebaut werden muss. Insbesondere der Energiesektor muss in Zukunft Hand in Hand mit dem Mobilitätssektor arbeiten, um ganzheitliche Lösungen anbieten zu können. Dies hat massive Auswirkungen auf den Ausbau des Stromnetzes bzw. die Zugänge zum System bzw. die intelligente Lastverteilung in der Stadt. Last but not least kann das universelle Design – z. B. die Verbesserung der Systeme für mobilitätseingeschränkte Personen – insbesondere durch Entwicklung und Umsetzung digitaler Lösungen erzielt werden. Diese führen zu einer besseren Orientierung und geben Hilfestellungen für Menschen mit Behinderung bzw. Menschen, die nicht der deutschen Sprache mächtig sind. Maßgeblich ist dabei die Erfüllung der UNBehindertenkonvention bzw. die Umsetzung des Gedankens der Inklusion. Analog zu den Umbaumaßnahmen sollten aber auch weitere, langfristigere Projekte in Anspruch genommen werden, um eine Verkehrswende zu ermöglichen. Bei diesen Maßnahmen handelt es sich um Infrastrukturmaßnahmen, für die es einer längeren Abstimmungs- und Planungs phase bedarf. Mobilitätszentren sollten bspw. mehrere Mobilitätsmittel miteinander verknüpfen bzw. auch als Informationspunkt agieren. Auch die Umsetzung des Gedankens der Sharing-Economy ist eng mit der Digitali sierung verknüpft. Entsprechend sollte eine Infrastruktur wie bspw. Mobilitäthubs, die einen schnellen Wechsel der vorhandenen Sharing- bzw. Mobilitätsangebote ermöglichen, mittel- bis langfristig angedacht werden. Eine besondere Rolle nimmt in diesem Zusammenhang das Thema Logistik ein. Im Sinne einer ganzheitlichen und stadtverträglichen Logistik wird es immer mehr notwendig, Ver- und Entsorgungsverkehre besser zu verstehen, um damit eine zielgerichtete Steuerung vornehmen zu können. Um einen Erfolg zu erzielen, werden Städte und Kommunen hier mehr organisatorisch eingreifen müssen.

Dies ist aber nur dann möglich, wenn Maßnahmen und Steuerungsmöglichkeiten (z. B. CityMaut oder Zuflusssteuerung) umgesetzt werden können.

Institutionalisierung der Kompetenzen Datenanalyse

Um das benötigte Verständnis über die Nutzer-/innen, entsprechende Gewohnheiten oder Wünsche zu erhalten, bedarf es der Kombination verschiedener Datenquellen und deren kontinuierlicher Analyse. Hieraus leiten sich nicht zuletzt auch neue Anforderungen an die Infrastruktur ab, die sich konkret auf die Planungs-, Bau- und Betriebsprozesse auswirken. Beispielsweise ist es wesentlich zu verstehen, wann welche Verkehrszellen in Städten zu Quellen oder Zielen für welche Anspruchsgruppen werden. Auch ist es wichtig zu verstehen, welche Lastkraftwägen wann, wie und wo unterwegs sind. Werden alle Lastkraftwägen bspw. mit Durchfahrtsverboten „bestraft“, kann dies zu weiteren Ausweichverkehren sowie einer Verteuerung der Versorgung des ohnehin schon darbenden Einzelhandels kommen. Langfristig werden die Städte daher nicht daran vorbeikommen, selbst das Steuer in die Hand zu nehmen, um Verkehre im Sinne ihrer Bürger/-innen zu leiten. Dabei ist klar, dass dies nicht auf Grundlage bestehender Organisationsformen erfolgen kann, sondern dass dies auch und im Wesentlichen einen Paradigmenwechsel bei den Städten selbst bedeutet. Datenanalysen können dauerhaft nur dann funktionieren, wenn eine Stelle in einer Organisation platziert wird, die sich kontinuierlich mit der Datenqualität, Daten ladung sowie Datenanalyse beschäftigt. Eine Einheit

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„Kompetenzzentrum Datenanalyse – KDA“ sollte dabei eine eigenständige Organisationseinheit bilden, die so aufgestellt ist, dass einzelne Personen unabhängig an den verschiedenen Themenstellungen arbeiten können. Organisatorisch sollte das KDA im Mobilitätsamt der jeweiligen Stadt bzw. Kommune verankert sein. Dabei sollten insbesondere die folgenden Aufgaben im Fokus stehen bzw. durch die Fachverantwortlichen erfüllt werden:

– aktive Entscheidungsunterstützung des Verkehrsmanagements, – Zurverfügungstellung relevanter Informationen für Ämter und Bürger, – im Notfall Unterstützungsmöglichkeiten für Polizei und Feuerwehr, – Entwicklung und Erweiterung von (Rechen-)Regeln bzw. Algorithmen für die Datenanalyse.

– Datenschutz bzw. Einhaltung der Datenschutzricht linien, – Definition der Normen, Prinzipien und Regeln für verschiedene Arten von Daten, – stetes Monitoring der Datenqualität und Konsistenz, – Durchführung von Datenanalysen und -explorationen, – Ermittlung von Vorhersagen und Risikoanalysen,

Insbesondere bedarf es der Sicherstellung einer Integrität und Verwendbarkeit der Daten sowie der Kompetenz, Entscheidungen in Bezug auf Datenanalyse und benötigte Daten zu treffen und durchsetzen zu können. Das KDA kann dabei auch in einer Querschnittseinheit wie einer „Kooperativen Leitzentrale“ verankert sein. Insbesondere für das aktive, umweltsensitive Verkehrsmanagement kann dies deutlich von Vorteil sein.

Literatur [1] Krämer, M.; Reinhold, T. (2021) Die Auswirkungen von Corona auf den ÖPNV im Stadtgebiet Frankfurt in: Der Nahverkehr, H. 1+2, S. 33–39. [2] Benz, M.; Jonas, D.; Walter, S. (2018) Auf dem Weg zum Digital Mobility Split – Wie die Digitalisierung unsere Verkehrssysteme verändert [online]. Frankfurt: Messe Frankfurt Exhibition GmbH. https://30c69f9f-a5dc-430e-b6b929e691166cec.filesusr.com/ugd/c7cedf_d443aa6d5fee 4aa19677705e8362ec62.pdf [Zugriff am: 12. Apr. 2021]

[3] Youtube (1997) Steve Jobs bei der WWDC (Worldwide Developer Conference) von Apple [online]. https://www. youtube.com/watch?v=d8n5hCLvuzc [Zugriff am: 12. Apr. 2021] [4] Stadt Darmstadt (2018) Digitalstadt erhält Förderbescheide [online]. Darmstadt: Stadt Darmstadt. https://www. digitalstadt-darmstadt.de/news/digitalstadt-erhaelt-foerder bescheide [Zugriff am: 12. April. 2021]

Autor Dr.-Ing. Michael Benz (Korrespondenzautor) Michael.benz@benz-walter.de Frankenstraße 22 65719 Hofheim am Taunus

Zitieren Sie diesen Beitrag

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Benz, M. (2021) Digitalisierung der Mobilität und deren Einfluss auf die bauliche Infrastruktur. Bautechnik 98, H. 7, S. 524–530. https://doi.org/10.1002/bate.202100039

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Daniel Straub, Jürgen Hanisch, Gerhard Breitschaft

ESSAY

DOI: 10.1002/bate.202110095

ESSAY

Erinnerung an Prof. Dr.-Ing. habil. Rüdiger Rackwitz Am 6. Juli 2021 wäre Professor Rüdiger Rackwitz 80 Jahre alt geworden. Prof. Rackwitz war ein international herausragender und renommierter Wissenschaftler und Ingenieur, welcher die moderne Sicherheits- und Zuverlässigkeitstheorie im Bauwesen entscheidend geprägt hat. Als einer der ersten Forscher befasste er sich bereits Ende der 1960er-Jahre unter Prof. Rüsch an der TU München (TUM) mit der probabilistischen Modellierung von Festigkeiten und Lasten sowie der quantitativen Optimierung des Sicherheitsniveaus von Tragwerken. Mit seinen Visionen, in Kombination mit seinen analytischen und mathematischen Fähigkeiten, wurde Prof. Rackwitz früh auch inter national wahrgenommen, was sich etwa 1975 in einem Forschungsaufenthalt am MIT niederschlug.

Porträt: Jörg Büttner

Von 1974 bis 1984 zeichnete Prof. Rackwitz zusammen mit Prof. Rüsch und Prof. Kupfer verantwortlich für den Sonderforschungsbereich 96 „Zuverlässigkeitstheorie der Bauwerke“ an der TUM. Dieser stellte einen wesentlichen Schritt hin zu einem rationalen Umgang mit der Sicherheit von Rüdiger Rackwitz Bauwerken dar. Aus dem SFB gingen maßgebliche Grundlagen der Zuverlässigkeitstheorie hervor, so etwa 1979 der heute als Rackwitz-Fiessler-Algorithmus bekannte Ansatz zur Berechnung der Zuverlässigkeit. In diese Zeit fiel auch die Entwicklung des Teilsicherheitskonzeptes, welches die Grundlage aller modernen Bemessungsnormen darstellt. Die Beiträge von Prof. Rackwitz lieferten hierfür die theoretischen Grundlagen und er war maßgeblich beteiligt an den „Grundlagen zur Festlegung von Sicherheitsanforderungen für bauliche Anlagen“ (GruSiBau 1981) und dem 1978 erschienenen CEB Model Code. Aus diesen Dokumenten ging dann die EN 1990 – Grundlagen der Tragwerksplanung (Eurocode 0) hervor. Das Teilsicherheitskonzept ist eine brillante Lösung auf die Frage, wie die drei widersprüchlichen Ziele der Normung erreicht werden können: Sicherheit, Ressourceneffizienz und Einfachheit der Anwendung. Folgerichtig rückte Prof. Rackwitz in seinen späteren Jahren zunehmend die wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Aspekte von Sicherheit und Risiko ins Zentrum seiner Forschung. In den 2000er-Jahren befasste er sich insbesondere mit der Frage, wie die Gefährdung von Menschenleben zu bewerten ist. Seine Arbeiten zum Life-Quality-Index für die Ermittlung eines gesellschaftlich akzeptablen und optimalen Risikoniveaus von Bauwerken gelten hier als der Stand der Technik und helfen, die Frage zu beantworten: Wie sicher ist sicher genug? Im Hinblick auf die notwendige Verbesserung der Ressourcen- und Energieeffizienz der gebauten Umwelt ist diese Frage hochaktuell. Rackwitz selber äußerte 2006 den Wunsch, dass die Ingenieursgemeinschaft mehr Gewicht legen sollte auf die Frage der Bezahlbarkeit der Sicherheit, aber auch sinnvolle Robustheit und Redundanz sowie die Überwachbarkeit der Kon

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D. Straub, J. Hanisch, G. Breitschaft: Erinnerung an Prof. Dr.-Ing. habil. Rüdiger Rackwitz

struktion, und dass diese Elemente in eine neue Fassung der GruSiBau eingehen sollten. Prof. Rackwitz verstarb am 11. Juli 2012 in München. Er ist und bleibt einer der international bekanntesten deutschen Forscherpersönlichkeiten im Bereich des Bauingenieurwesens. Sein Einfluss auf das Gebiet der Risiko- und Zuverlässigkeitstheorie ist kaum zu überschätzen. Viele der weltweit führenden Forscher und Forscherinnen dieses Gebiets waren während der prägenden Jahre ihrer Karriere zu Gast bei Prof. Rackwitz an der TUM. Dieser Einfluss spiegelt sich auch wider in vielen Ehrungen, welche Prof. Rackwitz international zuteilwurden, etwa der Alfred M. Freudenthal Medaille der American Society of Civil Engineers. Trotz all seiner Erfolge war Prof. Rackwitz aber geprägt von äußerster Integrität und großer Bescheidenheit. Auch dafür dient er allen jungen Forscher/-innen und Ingenieur/-innen als Vorbild.

Autoren Prof. Dr. Daniel Straub straub@tum.de Technische Universität München Arcisstraße 21 80333 München

Dr.-Ing. Jürgen Hanisch (Korrespondenzautor) dr.j.hanisch@t-online.de Kornblumenring 41A 12357 Berlin Dipl.-Ing. Gerhard Breitschaft gbr@dibt.de Präsident des Deutschen Instituts für Bautechnik Kolonnenstr. 30 B 10829 Berlin

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Firmen und Verbände – Persönliches– Rezensionen – Nachrichten

Aus dem Inhalt Gebäude virtuell sehen: Augmented Reality im Bau ........................ 533 Roboterhunde auf der Baustelle .......................................................... 534 Einen Besuch wert: Leuphana Universität Lüneburg ....................... 535 Backstein: bewährter Brückenbauer ................................................... 536 Veranstaltungskalender ........................................................................ 537

BAUTECHNIK aktuell 7/21

NACHRICHTEN

Gebäude virtuell sehen: Augmented Reality im Bau

Vom 1. Juni 2021 bis zum 31. November 2022 erforschen die Wissenschaftler der HTWK Leipzig gemeinsam mit Experten aus der Praxis, dem Dienstleister für Building Information Modeling BCS CAD+IT und dem Handwerksunternehmen Holzbau Lepski aus Dresden, wie die Anwendung der Datenbrille technologisch umgesetzt werden kann, damit komplexe, dreidimensionale Montage informationen aus der Planung, präzise komprimiert, direkt in die Vorfertigungshalle übertragen werden. Der Name „OptiPaRef“ steht für „optisch parametrische Bauteilreferenzierung“. Finanziert wird das Forschungsprojekt durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWI). Die Forscher nutzen Datenbrillen für sogenannte Augmented Reality, eine Technologie, die die visuelle Realität um virtuelle Darstellungen erweitert. Wer diese technischen Brillen trägt, sieht zusätzlich zum normalen Sichtfeld virtuell eingeblendete Informationen. Damit können Zimmerleute die dreidimensionalen Montagepläne direkt vor Ort genau dorthin projizieren, wo das Gebäude später stehen soll. Auch einzelne Arbeitsschritte der Montage sollen durch die Datenbrille zu sehen sein – beispielsweise

Foto: HTWK Leipzig

Holzbauten werden heute mithilfe digitaler Programme dreidimensional am Computer entworfen, doch für die Baustelle werden diese digitalen Simulationen ausgedruckt und somit wieder in zweidimensionales Papier umgewandelt. Ein unnötiger Arbeitsschritt, bei dem Informationen verloren gehen – davon ist die Forschungsgruppe FLEX der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) überzeugt. In ihrem neuen Forschungsprojekt „OptiPaRef“ setzt sie sich zum Ziel, auch die Montage mithilfe dreidimensionaler Pläne umzusetzen.

Prof. Alexander Stahr, Leiter der Forschungsgruppe FLEX (links), und Felix Schmidt-Kleespies, Verantwortlicher für das neue Forschungsprojekt OptiPaRef.

könnten virtuelle grüne Punkte auf Holzbrettern überall dort aufleuchten, wo der Zimmermann ein Loch bohren soll. Vorstellbar ist auch, dass der Brillenträger per Handgesten die Datenbrille bedient und so durch die jeweiligen Arbeitsschritte und Pläne blättert. Mit der Datenbrille, die mit dem Umfang einer hochwertigen Arbeitsschutzbrille vergleichbar ist, können sich die Zimmerleute jederzeit frei in der Werkhalle bewegen. Felix Schmidt-Kleespies, Projektverantwortlicher der Forschungsgruppe, sieht ein enormes wirtschaftliches Potenzial in der Digitalisierung der Montage: „OptiPaRef ist ein innovativer und hochgradig anspruchsvoller Ansatz für ein völlig neues Planungsmodell im Holzbau. Für Holzbauunternehmen bedeutet das einen Mehrwert zum Anfassen – ein

eher seltener Effekt der digitalen Transformation des Baugeschehens.“ In der Werkhalle müssen die Zimmer leute bisher zahlreiche Geometrie- und Materialangaben gedanklich aus der Zeichnung in die Konstruktion übertragen. Dabei ist es notwendig, diese mehrfach zu prüfen und beispielsweise Achsabstände zu messen, um jeden Balken exakt zu positionieren – ein zeit- und kostenintensiver Prozess. Die Defizite der bisherigen Informationskette am Übergang von digitaler Werkplanung zu handwerklicher Ausführung werden mit der neuen Methode eliminiert. Das Bauen selbst soll mithilfe der Technologie schneller und weniger fehleranfällig werden. Zeitintensive Prozesse mit hohem Wiederholungsfaktor sollen vereinfacht und

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BAUTECHNIK aktuell komplexe Planungsinformationen kontextabhängig und papierlos angezeigt werden. Somit können kleine und mittlere Holzbauunternehmen ihre Produk tionsabläufe optimieren, ohne sich mit umfangreichen Investitionen in auto matisierte Fertigungstechnik einem erhöhten finanziellen Risiko auszusetzen. Das Forschungsprojekt setzt die Digitalisierung der Montage beim Bauen mit Holzrahmen um – eine weiterentwickelte, moderne Form des Fachwerkbaus. Mit der Holzrahmenbauweise können

kleine und mittlere Unternehmen Wand elemente in handwerklicher Produktion auch ohne große maschinelle Ausstattung herstellen. Die Arbeitsschritte wiederholen sich häufig und sind aufwändig. Einzeln auf Länge zugeschnittene Hölzer werden dabei individuell positioniert, durch Nägel oder Schrauben miteinander verbunden und anschließend mit Holzwerkstoff- oder Gipskartonplatten verschlossen.

mit Holz ressourceneffizient bauen und sparen dank des hohen Vorfertigungsgrads von Holzrahmen auf der Baustelle Zeit und Kosten. Vor dem Hintergrund eines steigenden Preisdrucks, des schwachen Arbeitsmarktes im Handwerks sektor und des stetig wachsenden Bedarfes an Holzfertigteilen sind Unternehmen gezwungen, ihre Arbeitseffizienz zu steigern. Innovative Lösungen sind daher gefragt.

Das Interesse am nachhaltigen Baustoff Holz steigt spürbar. Bauherren können

Weitere Informationen: flex.htwk-leipzig.de

NACHRICHTEN

Roboterhunde auf der Baustelle

Foto: Institut für Digitales und Autonomes Bauen

trollgängen Auffälligkeiten im Beton messen, zum Beispiel Risse, werden die verantwortlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf der Baustelle sofort digital benachrichtigt. Das erleichtert nicht nur die Bauarbeiten, sondern macht auch die Gebäude sicherer.

Professor Smarsly entwickelt Laufroboter, die unter anderem Risse im Beton feststellen können.

Der digitale Wandel ist überall zu finden. Das beschränkt sich nicht nur auf sprachgesteuerte Fernseher oder selbstfahrende Autos. Auch der Bau von Hochhäusern kann durch die Digitalisierung optimiert werden. „Noch vor einigen Jahren hätte man es für unmöglich gehalten, Beton zu drucken. Jetzt können wir sogar ganze Häuser mithilfe von 3D-Druck errichten“, sagt Kay Smarsly. Seit dem 1. März 2021 ist er Professor und Leiter des neuen Instituts für Digitales und Autonomes Bauen (IDAC) an der Technischen Universität Hamburg und arbeitet an den Gebäuden der Zukunft. „Alle meine Forschungsideen sind dadurch motiviert, Mensch und Natur zu schützen und das Leben angenehmer zu machen.“

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So beschäftigt sich Smarsly in seiner Forschung unter anderem mit Beton-Druck, Künstlicher Intelligenz (KI) sowie intelligenten Sensoren, die für die Überwachung von Brücken, Talsperren oder Hochhäusern eingesetzt werden. Aktuell arbeiten er und sein Team an intelligenten Laufrobotern, die Bauwerke überwachen und miteinander kommunizieren können. Mithilfe von Laserscannern und weiteren Sensoren erfassen sie Messdaten von Gebäuden, die sie dann durch KI selbstständig analysieren und an die angeschlossenen Computersysteme weiterleiten. „Die Roboter können sich eigenständig in den Bauwerken zurecht finden und erinnern dabei ein wenig an herumstreunende Hunde“, erklärt der TU-Professor. Sobald sie bei ihren Kon

Auch Themen wie Umwelt gehören zum Forschungsprofil von Kay Smarsly. Die von ihm entwickelten intelligenten Sensoren können nicht nur Schäden an Bauwerken, sondern auch Schadstoffe im Boden messen. Dadurch kann unter anderem die Trinkwasserqualität jederzeit und an jedem Ort kostengünstig und leicht bedienbar geprüft werden. „Diese Technologie möchten wir langfristig auch in Entwicklungsländern einsetzen“, so Smarsly. Die Vielseitigkeit, die sein Forschungs bereich mit sich bringt, fasziniert den TU-Forscher: „Der digitale Wandel ermöglicht es mir, visionäre Ideen umzusetzen und interdisziplinär zu arbeiten.“ Eine wissenschaftliche Karriere hatte er während seines Bauingenieur-Studiums aber eigentlich nie im Sinn. Er habe es einfach auf sich zukommen lassen: „‚Ett kütt wie et kütt‘ – wie man in meiner Heimat, dem Rheinland, so schön sagt.“ Vor seiner Tätigkeit an der TU Hamburg war Smarsly Professor und Lehrstuhlinhaber an der Bauhaus-Universität Weimar. Weitere Informationen: www.tuhh.de/alt/idac

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BAUTECHNIK aktuell EINEN BESUCH WERT

Foto: Bernhard Hauke

Leuphana Universität Lüneburg

Bild 1 Das Zentralgebäude der Leuphana Universität in Lüneburg von Daniel Libeskind

Foto: Boll und Partner Grafik: Leuphana Universität

Bild 4 Das Verbundfachwerk des Studierenden-Zentrums

Grafik: Boll und Partner

Bild 2 Die Gebäudeteile des Zentralgebäudes der Leuphana Universität

Bild 3 3D-Modell des Leuphana-Zentral gebäudes mit Rüstung

Das Zentralgebäude der Leuphana Universität Lüneburg ist einen Besuch wert, weil es einen modernen Sichtpunkt inmitten der umgebenden Backstein architektur ehemaliger Kasernen bildet (Bild 5). Und nebenbei, der nahe Tier garten in der Lüneburger Ilmenauniederung mit der eisernen Teufelsbrücke (Bild 6) von 1894 ist auch einen Spaziergang wert. Zentralgebäude Leuphana Universität Lüneburg Universitätsallee 1 21335 Lüneburg www.leuphana.de Rundgang buchen: rundgang@leuphana.de

Das Audimax ist ein Hallentragwerk mit Fachwerkträgern, welche der freien Dachform folgen. Die Horizontalkräfte Architektur: Studio Daniel Libeskind, aus den schrägen Betonwänden werden New York über die Obergurte kurzgeschlossen. Bis Ausführungsplanung: rw+ Architekten, zur finalen Systemschließung ergaben Berlin sich so vielfältige Zwischenzustände Tragwerksplanung: Boll und Partner, (Bild 3). Das Studierenden-Zentrum wird Stuttgart von einem geometrisch aufwendigen Stahlbau: Cornils, Bergen Stahlverbundfachwerk getragen, das Bauherr: Stiftung Universität Lüneburg mehrgeschossig die Außenfassaden bildet und mit Spannweiten von bis zu 30 m teilweise das Audimax überspannt (Bild 4). Die weitgespannten Stahlbeton decken werden mit Cobiax kugeln leichter und von deckengleichen Stahlverbundträgern bis zu Spannweiten von 14 m getragen. Stahl als stiller Leistungsträger eines innen in Sichtbeton gewünschten Gebäudes stemmt den Löwenanteil des Lastabtrags für den weiten, sakralen Raumeindruck. Nur die Fassade aus Zinkblech gibt einen sichtbaren Hinweis auf Bild 6 Die Teufelsbrücke über die Ilmenau im nahen Tiergarten die inneren Werte.

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Foto: Bernhard Hauke

Das Zentralgebäude der Leuphana Universität in Lüneburg ist ein von Daniel Libeskind entworfener, kristalliner Baukörper (Bild 1) mit vier ineinanderverschachtelten Gebäudeteilen: Audimax, Studierenden-Zentrum, Forschungs-Zentrum und Seminar-Zentrum (Bild 2). Die geneigten Außenwände werden frei von Fensteröffnungen durchbrochen. Die Innenräume sind hallenartig und weitläufig, die Dächer folgen teilweise schiefen Zylinderschalen. Die großen Spannweiten und besonders die Schiefwinkeligkeit führen zu erheblichen Lasten in den Bauphasen und im Endzustand.

Bild 5 Das mit Zinkblech verkleidete LeuphanaZentralgebäude hebt sich von den alten Backsteinkasernen ab

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BAUTECHNIK aktuell NACHRICHTEN

Backstein: bewährter Brückenbauer

Jericho: Hier beginnt die Reise auf den Spuren des Backsteins. Die bisher ältesten Funde – handgeformt und luftgetrocknet – stammen von hier und werden auf 10.000 Jahre geschätzt. In den folgenden Jahrtausenden sorgten die Mesopotamier, die Ägypter, die Babylonier, später die Römer und schließlich die Germanen für die Weiterentwicklung von Produktion, Techniken und Einsatzmöglichkeiten. Nicht nur dort, wo es wenige Steinbrüche gab, wusste man das „Material aus der Erde“ zu schätzen. Seine Blütezeit hatte der Backstein wohl im 19. Jahrhundert mit so bahnbrechenden Erfindungen wie dem Strangpressverfahren und den riesigen Eierschneidern gleichenden Drahtschneidemaschinen. Die Industrialisierung bedeutete schließlich den Einstieg in die Massenproduktion.

Bild 2 Nakasone House (Escobedo Soliz | Einreichung im Rahmen des Fritz-HögerPreises 2020)

Wer um die Vielfältigkeit im Erscheinungsbild weiß, kennt auch die Wandlungsfähigkeit des Backsteins (und umgekehrt). Er hält Widersprüche aus, das macht ihn für alle Epochen und Moden zu einem guten Begleiter. Er ist günstig und zugleich wertig. Er ist robust und zugleich feinfühlig, kann trutzig eine massi-

ve Wand, aber ebenso durchbrochen gesetzt fein ziselierte Muster bilden. Und es geht beim Bauen nicht ganz ohne Emotionen: Dem Material scheint Ehrlichkeit quasi eingeschrieben zu sein, denn ein Backstein ist zunächst ein Backstein ist ein Backstein … ein handliches Bauteil, das jeder Mensch mühelos (be)greifen kann.

Foto: Simon Menges

Auch der Blick ins 20. sowie das junge 21. Jahrhundert offenbart: Unabhängig vom Stil und der Mode, die eine Zeitspanne prägen – der Backstein macht alles mit. Während Beton-, Glas-, Stahl oder Holzwellen an- und abschwellen, ist

es um den Backstein zwar ruhiger, dafür sein Einsatz stetiger. Und das keineswegs nur hinter dicken Putzschichten. Er ist anpassungsfähig, kann ein ruhiges, gleichmäßiges Fassadenbild ebenso erzeugen wie eine hohe Plastizität oder gar üppige Ornamentik. Er kann je nach Herkunft und Bearbeitung des Materials ein reiches Farbenspiel hervorrufen. Gleichzeitig wirkt er selten aufgeregt; er bevorzugt meist den ruhigen Auftritt, der für eine optische Langlebigkeit sorgt. Kurz und gut: Die Zeitlosigkeit des Materials an sich schlägt die Brücke zwischen Tradition und Moderne, zwischen handwerklicher Herkunft und ständiger technischer und ästhetischer Weiterentwicklung. Hier soll Ludwig Mies van der Rohe zu Wort kommen: Für ihn fing Architektur da an, wo zwei Backsteine aufeinandertreffen. Er wirkte als personifizierte Brücke, beherrschte selbst das Maurerhandwerk und schuf mit weit mehr als nur zwei Backsteinen berühmte und zugleich zeitlosen Bauten der klassischen Moderne.

Foto: Ariadna Polo

Backstein ist zweifelsohne ein Traditionsbaustoff. Aber genauso setzt er immer wieder moderne Akzente. Eine Reise, zeitlich wie örtlich, bestätigt: Backstein war immer schon da – und immer aktuell!

Bild 1 Musée cantonal des Beaux Arts (Barozzi Veiga | Einreichung im Rahmen des Fritz-Höger- Preises 2020)

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In die Hand nehmen: Gerne besinnt man sich wieder auf diese Qualität. Backstein lässt sich häufig mit lokalen Ressourcen und Handwerk(skundigen) leichter, rascher und erfolgreicher einsetzen als Materialien, die elaborierter hergestellt und verarbeitet werden müssen. Das traditionelle Handwerk zeigt der modernen Bautechnik, wo weniger mehr sein kann. Diese Erkenntnis hält zunehmend in Forschungsprojekten an den Universitäten Einzug. Parallel dazu passt sich der Baustoff dynamisch den Anforderungen der Zeit an: Moderne Herstellungsverfahren senken die „graue Energie“, die benötigt wird, um ein Gebäude zu errichten, stetig. Dazu verfügt der Baustoff über hervorragende Dämmeigenschaften und ist recycelbar. Mühelos verteidigt der leistungsstarke Backstein auch 10.000 Jahre nach seiner Erfindung immer noch den Titel „Alleskönner“. Das zeigt sich auch wieder beim FritzHöger-Preis 2020 für Backstein-Architek-

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BAUTECHNIK aktuell tur, der diesmal mit einer Premiere aufwartet: Die Jury bedachte zwei Einreichungen mit dem Grand Prix. Nicht, weil sie entscheidungsunwillig gewesen wäre, sondern weil diese beiden Backsteinbauten besonders überzeugend die Vielseitigkeit der Bauaufgaben und möglichen Antworten abstecken. Das bestätigen übereinstimmend zwei der Jurymitglieder, die BDA-Präsidentin Susanne Wartzeck und der Bauwelt-Redakteur Ulrich Brinkmann. Die beiden prämierten Beispiele tun noch ein Weiteres, erzählen nämlich davon, wie Tradition sich in die Jetztzeit übersetzen lässt. Das Musée cantonal des Beaux-Arts, von den katalanischen Architekten Barozzi Veiga im schweizerischen Lausanne 2019 realisiert, interpretiert traditionelle Elemente neu und wird zu einem durch und durch modernen Bau. Das großformatige Volumen ist sorgfältig aus weiß-grauen Ziegeln aufgeschichtet; damit gelingen Barozzi Veiga Brückenschläge zur (Indus

trie-)Geschichte und dem Charakter des Standorts, ein ehemaliges Bahnhofs gelände mit hellen Natursteingebäuden in der Nachbarschaft. Rücksicht auf den Ort nimmt auch das Nakasone Haus am Rande von MexikoStadt von Escobedo Soliz. Lateinamerikanische Großstädte sind bekannt für informelle Siedlungen an ihrer Peripherie. Hier wird günstig und zugleich robust gebaut, und das geschieht häufig in Backstein. Das Wohnhaus einer Lehrerin ist eine schonungslos ehrliche Kiste, die sich u-förmig schützend zur Straße und offen zu einem Patio orientiert. Das Betonskelett tritt offen zu Tage, ausgefüllt mit Ziegeln. Die Wände sind durch breite, helle Fugen in einem klaren Muster rhythmisiert. Auf das Wesentliche reduziert und lebendig zugleich ist die Fassade, denn je nach Lichteinfall changiert die Farbigkeit und die entstehen Schattenspiele.

So unterschiedlich die beiden Bauten und ihre Nutzungen sind: Beide sind geeignet, dauerhafte Nachbarn an ihrem Platz zu werden, weil sie auf ihr Umfeld eingehen und zugleich im Heute verhaftet sind. Beide helfen dabei, die Frage nach der Bedeutung von Tradition und Moderne im Backsteinbau zu beantworten. Nicht so sehr die beiden Pole spielen die entscheidende Rolle, es ist die Kontinuität in Kombination mit ständiger Weiterentwicklung, die den Backstein zum Dauerbrenner macht. Oder, um Johannes Götz (Johannes Götz, Guido Lohmann), einen überzeugten Vertreter dieses Materials, sprechen zu lassen: „Wir nutzen das, was sich in der Vergangenheit bewährt hat und machen aus dem, was wir kennen, einen neuen Anzug.“ Weitere Informationen: www.backstein.com

Kongresse – Symposien – Seminare – Messen Aufgrund des Coronavirus werden ggf. einige der angekündigten Veranstaltungen nicht stattfinden können bzw. verschoben werden. Bitte erkundigen Sie sich beim jeweiligen Veranstalter. Ort und Termin

Veranstaltung

Auskünfte und Anmeldung

Hamburg 19.–20. Juli 2021

Weiterbildung von Brandschutzbeauftragten – Hamburg

www.hdt.de/seminare-workshops

Sheffield 1.–3. September 2021

Eurosteel 2021

eurosteel2020.com

Online-Veranstaltung 14. September 2021

Symposium Heißbemessung – Structural Fire Engineering

www.brandschutztage.info

Online-Veranstaltung 15. September 2021

Workshop Feuerlöschanlagen

www.brandschutztage.info

Online-Veranstaltung 15.–16. September 2021

Braunschweiger Brandschutz-Tage 2021 35. Fachtagung Brandschutz – Forschung und Praxis

www.brandschutztage.info

Ghent 22.–24. September 2021

IABSE Congress Ghent 2021

www.iabse.org/Ghent2021

Online-Veranstaltung 22. September 2021

Fachsektion Erd- und Grundbau

www.dggt.de

Leipzig 7.–8. Oktober 2021

EASTWOOD – Fachkongress für den digitalen Holzbau

www.eastwood-leipzig.de

Online-Veranstaltung 12.–14. Oktober 2021

Dauerhaftigkeit von Parkbauten kompakt

www.betonverein.de/veranstaltungen/ veranstaltungskalender

Online-Veranstaltung 19.–21. Oktober 2021

Risse im Stahlbeton – bestellt, geplant, gebaut?

www.betonverein.de/veranstaltungen/ veranstaltungskalender

Online-Veranstaltung 26.–28. Oktober 2021

WU-Bauwerke aus Beton

www.betonverein.de/veranstaltungen/ veranstaltungskalender

Essen 24. März 2022

11. RuhrGeo-Tag

www.uni-due.de/geotechnik

Bautechnik 98 (2021), Heft 7

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537

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Stahlbau-Kalender 2021 Schwerpunkte: Brücken; Neue Eurocode-Generation

23. Jahrgang, Komplettierung der StahlbauHandbuchsammlung der Stahlbau-Kalender dokumentiert und kommentiert verlässlich den aktuellen Stand des Stahlbau-Regelwerkes

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Wegweiser mit zahlreichen Beispielen für die richtige Berechnung und Konstruktion im gesamten Stahlbau

Brücken Neue Eurocode-Generation

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Ernst & Sohn Stellenmarkt · Juli 2021

Über 7.000 junge Menschen studieren und forschen in attraktiven Studiengängen an der Hochschule Trier. Wir sind die forschungs- und drittmittelstärkste Hochschule für angewandte Wissenschaften in Rheinland-Pfalz. Damit bieten wir sehr gute Bedingungen für die Durchführung von Projekten mit der regionalen und überregionalen Wirtschaft. Zum 01.09.2022 ist im Fachbereich Bauen + Leben am Hauptcampus in Trier in der Fachrichtung Bauingenieurwesen folgende Stelle zu besetzen:

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Stahl-, Holz- und Verbundbau

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Wir suchen eine engagierte Bauingenieurin bzw. einen engagierten Bauingenieur, die bzw. der in der Tragwerksplanung und der statischen Berechnung von Bauwerken in den ausgeschriebenen Bauweisen über praktische Erfahrung und umfassende Kenntnisse verfügt und in mindestens einem der ausgeschriebenen Bereiche durch eine Promotion wissenschaftlich ausgewiesen ist. In der Lehre sind die Bachelor- und Mastermodule des Stahl-, Holz- und Verbundbaus fachlich abzudecken. Angewandte Forschung in den ausgeschriebenen Fachgebieten mit Möglichkeiten der individuellen Schwerpunktbildung ist erwünscht.

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Online-Stellenanzeigen Für die Suche nach neuen, qualifizierten Mitarbeitern sind Sie bei unserem Ernst & Sohn „Stellenmarkt” genau richtig. Wir machen die geeigneten Bewerber auf Ihr Profil aufmerksam: Bei uns können Sie Stellenanzeigen aufgeben, ob als Online-Anzeige oder in gedruckter Form in den Ernst & Sohn Fachzeitschriften — wir beraten Sie gerne über das passende Format.

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sondere die Baustatik, zu lehren und sich an der Selbstverwaltung der Hochschule zu beteiligen. Lehrveranstaltungen sind bei Bedarf auch in englischer Sprache anzubieten. Die Hochschule Trier bietet Ihnen innovative und zukunftsorientierte Forschungsmöglichkeiten sowie internationale und interdisziplinäre Kooperationsmöglichkeiten. Allen Beschäftigten der Hochschule steht ein umfassendes Weiterbildungsangebot zur Verfügung. Wir sind als familiengerechte Hochschule zertifiziert und bieten vielfältige Kinderbetreuungsangebote sowie Unterstützung und Beratung durch unseren Familienservice und unseren Dual Career Service an.

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Das Land Rheinland-Pfalz und die Hochschule Trier vertreten ein Betreuungskonzept, bei dem eine hohe Präsenz der Lehrenden am Hochschulort erwartet wird. Die Hochschule ist bestrebt, den Anteil an Professorinnen im Ingenieurbereich zu erhöhen. Qualifizierte Frauen werden daher ausdrücklich zur Bewerbung aufgefordert. Schwerbehinderte sowie Schwerbehinderten gleichgestellte Menschen nach § 2 Abs. 3 SGB IX werden bei gleicher Eignung bevorzugt eingestellt.

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Weitere allgemeine Informationen und Einstellungsvoraussetzungen sind abrufbar unter https://www.hochschule-trier.de/go/stellenausschreibung Für Rückfragen steht Ihnen der Vorsitzende der Berufungskommission, Herr Prof. Dr.-Ing. Michél Bender (E-Mail: m.bender@hochschule-trier.de / Tel. +49 651 8103-734), gern zur Verfügung. Bitte richten Sie Ihre aussagefähige Bewerbung mit den üblichen Unterlagen (Lebenslauf, Zeugnisse, Nachweise über den beruflichen Werdegang (inkl. Projektliste) und die wissenschaftlichen Arbeiten) und einer Darstellung Ihres Lehr- und Forschungskonzeptes bis zum 13.09.2021 in schriftlicher Form an die Präsidentin der Hochschule Trier, Postfach 1826, D-54208 Trier. 1359.indd 17

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Chefredaktion

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Dr.-Ing. Dirk Jesse Chefredaktion Bautechnik Verlag Ernst & Sohn Rotherstraße 21 D-10245 Berlin Tel.: +49 (0)30 / 47031-275 Fax: +49 (0)30 / 47031-270 dirk.jesse@wiley.com

Bautechnik – Fachzeitschrift für Entwurf und Konstruktion, Berechnung und Ausführung, Brücken- und Verkehrsbau, Ingenieurhoch-, Holz-, und Mauerwerksbau, Grundbau, Wasserbau Bauwerkserhaltung und Baukultur. Verlag Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co.KG Rotherstraße 21, 10245 D-Berlin Tel. +49 (0)30 / 47031-200, Fax +49 (0)30 / 47031-270 info@ernst-und-sohn.de www.ernst-und-sohn.de Amtsgericht Charlottenburg HRA33115B Persönlich haftender Gesellschafter: Wiley Fachverlag GmbH, Weinheim Amtsgericht Mannheim HRB 432736 Geschäftsführerin: Franka Stürmer Steuernummer: 47013 / 01644 Umsatzsteueridentifikationsnummer: DE 813496225

Redaktionsbeirat

Chefredakteur Dr.-Ing. Dirk Jesse Tel.: +49 (0)30 / 47031-275, Fax: +49 (0)30 / 47031-270 dirk.jesse@wiley.com

Prof. Dr.-Ing. Jan Akkermann Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft KREBS+KIEFER Ingenieure GmbH Stephanienstr. 55 76133 Karlsruhe Tel.: +49 (0)721 3508-1001 akkermann.jan@kuk.de

Project Manager Sarah Bräunlich Tel.: +49 (0) 30 / 47031-248, Fax: +49 (0)30 / 47031-270 sarah.braeunlich@wiley.com Ehrenmitglieder Prof. Dr.-Ing. Fritz Gehbauer M.S. Prof. Dr.-Ing. habil. Ulrich Smoltczyk Produkte und Objekte Dr. Burkhard Talebitari Tel.: +49 (0)30 / 47031-273, Fax: +49 (0)30 / 47031-229 btalebitar@wiley.com

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Einzelheft

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Univ.-Prof. Dr.-Ing. Conrad Boley Universität der Bundeswehr München Institut für Bodenmechanik und Grundbau Werner-Heisenberg-Weg 39 D-85577 Neubiberg Tel.: +49 (0)89 / 6004-3476 conrad.boley@unibw.de

Dr.-Ing. Christian Dehlinger Röhrbachstraße 21 73441 Härtsfeldhausen Tel.: +49 (0)7362 / 838039-0

Univ.-Prof.Dr.-Ing. Achim Hettler Ehemals TU-Dortmund, Lehrstuhl Baugrund-Grundbau Johann- Sebastian-Bach-Str.9 76437 Rastatt Tel.: +49 (0)7222 / 6160 achim.hettler@tu-dortmund.de

Prof. Dr.-Ing. Steffen Marx Technische Universität Dresden Institut für Massivbau 01062 Dresden Tel.: +49 (0)351 / 463-35856 steffen.marx1@tu-dresden.de

Beilagenhinweis: Diese Ausgabe enthält folgende Beilage: Technische Akademie Esslingen e.V., 73760 Ostfildern; Verlag Ernst & Sohn GmbH & Co. KG, 10245 Berlin

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Vorschau 8/21 Zum Bild Im kommenden Heft stellen Elisa Schwarzweller et al. in ihrem Aufsatz das FuE Projekt „Instandsetzung von Einkammerschleusen unter Betrieb“ (IuB) vor. In Deutschland findet ein signifikanter Teil aller Transportleistungen über den Wasserweg statt. Für ein funktionierendes Wasserstraßennetz sind die an Wasserstraßen befindlichen Bauwerke unverzichtbar. Dazu gehören u. a. Schleusenanlagen, von denen ein Großteil bereits ein hohes Alter erreicht hat. Damit gehen zahlreiche Schäden an Massivbau, Stahlwasserbau und Ausrüstungsgegenständen einher. Der Instandsetzung von Schleusenanlagen kommt daher eine hohe Bedeutung zu. Zur Vermeidung langwieriger Sperrungen für die Schifffahrt wurde das FuE-Projekt „Instandsetzung unter Betrieb“ (IuB) initiiert. Das Bild zeigt typische Zu stände von Schleusenkammerwänden. Foto: Elisa Schwarzweller et al.

Andreas Stollwitzer, Josef Fink Dämpfungskennwerte des Schotteroberbaus auf Eisenbahnbrücken – Teil 2 Elisa Schwarzweller, Marc Schmitz, Anna Leicht, Dominik Waleczko, Shervin Haghsheno FuE-Projekt „Instandsetzung von Einkammerschleusen unter Betrieb“ (IuB) Mario Welzel, Alexander Schendel, Nils Goseberg GWK+: Erweiterung des Großen Wellenkanals – Analyse des Einlaufbereichs Patrick Lammertz, Michael Stahl, Dirk Seidl, Frederik Kindel Einsatz der Staffelanker BBV-multibond im Rahmen der Ausführung einer tiefen Baugrube im Düsseldorfer Baugrund inkl. Nachweis der Tragfähigkeit über Eignungsprüfungen Karsten Holste, Christian Hesse, Ingo Neumann Innovative Verfahren zur 3-D-Bestandsaufnahme an Verkehrswasserbauwerken Daniel Schuster, Christian Hente, Clemens Hübler, Raimund Rolfes Integrierte Entwurfs- und Betriebsmethodik für OffshoreMegastrukturen Maciej Chrzanowski, Oliver Gregor, Cécile Prüm, Heiko Zillgen, Oliver Hechler Zum Einfluss der Lageimperfektionen auf das Tragverhalten von HZ/AZ-Wänden bei Belastung aus Wasserüberdruck Hans-Jörg Vockrodt Wilhelm Rudolf Kutter – Portrait eines Wasserbauingenieurs (Änderungen vorbehalten)

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