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Im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) verfolgte das Forschungsprojekt CDE.BStB das Ziel der Entwicklung eines spezifischen Konzepts einer bundeseinheitlichen, interorganisationalen CDE (Bundes CDE). Das Forschungsprojekt unterteilte sich in 7 Arbeitspakete, die auf der Grundlage einer interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Baumanagement, Digitales Bauen und Robotik im Bauwesen (ICoM) und dem Institut für Straßenwesen (ISAC) bearbeitet wurden.
Verschiedene Normen und Richtlinien, wie die britische Publicly Available Specification (PAS) 1192-2 oder die DIN EN ISO 19650 legen die Grundlage für die Bundes CDE. Die gemeinsame Datenumgebung (CDE) stellt einen zentralen Raum zum Organisieren, Verwalten, Auswerten und Teilen von Informationen dar. Im Sinne einer Single-Source-of-Truth (SSOT) bildet die durchgängige Nutzung der CDE die Grundlage für das modellbasierte Informationsmanagement im Projekt. In Anlehnung an den BIM Masterplan Bundesfernstraßen ergeben sich im Zusammenhang mit dem Einsatz der Bundes CDE die folgenden strategischen Ziele: (i) einheitliches Datenmanagement einführen, (ii) Wirtschaftlichkeit erhöhen, (iii) Kommunikation verbessern, (iv) BIM Anwendung standardisieren, (v) Nachhaltigkeit optimieren. Die meisten Straßenbauverwaltungen setzen derzeit eine CDE in ersten Pilotprojekten ein. Nur eine Landesstraßenbauverwaltung hat derzeit ein CDE landesweit im Einsatz. Im Zusammenhang mit der Marktanalyse zeichnet sich ein sehr heterogenes Feld von CDE-Anbietern ab, die Ihre Lösungen primär auf den Hochbau ausrichten. Der zentrale Anwendungskontext der Bundes CDE fokussiert sich auf den Informationsaustausch und die Kommunikation zwischen Bund und Ländern in der Planungs- und Bauphase von Straßenbauprojekten. Entsprechend liegt der Schwerpunkt der Bundes CDE auf den Abstimmungs- und Genehmigungsprozessen. Hierfür wurden die Anwendungsfälle (i) Linienbestimmung, (ii) Gesehen-Vermerk und (iii) Planfeststellung definiert. Die Bundes CDE soll primär die Zusammenarbeit zwischen dem Bund und den Ländern verbessern, die Transparenz erhöhen und eine Datenkonsistenz sicherstellen. Unabhängig vom zentralen Anwendungskontext im Rahmen der Planungs- und Bauphase, müssen Medienbrüche durch native Datenformate oder fehlende IT-Infrastruktur vermieden werden. Außerdem muss eine Übergabe der konsolidierten Daten und Informationen in den Betrieb möglich sein. Das Bundesverkehrsministerium kann als Eigentümer der Bundes CDE angesehen werden. Die Autobahn GmbH und das Fernstraßen-Bundesamt stellen mögliche Betreiber dar. Im Zusammenhang mit dem entwickelten Lastenheft ergeben sich funktionale und nicht funktionale Anforderungen an die Bundes CDE. Das Konzept der Bundes CDE integriert die verschiedenen Landessysteme, ohne diese zu verdrängen. Der Austausch zwischen Bund- und Ländersystemen erfolgt durch eine Synchronisierung der relevanten Daten. Hierfür soll die Bundes CDE über eine openCDE API Schnittstelle verfügen, die zur Anbindung der Landessysteme genutzt werden soll.
Im Rahmen der Wirtschaftlichkeitsanalyse wurde anhand von Erfahrungswerten für CDE-Angebotspreise auf Landesebene ein Betriebskostenmittelwert von ca. 700 € pro Jahr und Nutzer identifiziert. Dabei ist jedoch zu erwähnen, dass eine unmittelbare Übertragbarkeit auf das Konzept der Bundes CDE nicht gewährleistet werden kann. Unter Einbezug der Kapitalwertmethode und der Personalkosten weist die Bundes CDE einen positiven monetären Nutzen auf, wenn pro Mitarbeiter jährlich zwischen 20 und 80 Stunden eingespart werden können. Die vorgenommene Kostenabschätzung zeigt, dass die Grenzwerte für die Einsparung von Personalkosten in einem allgemein erfüllbaren Bereich liegen. Zur technischen Umsetzung und den Betrieb der Bundes CDE sind verteilt auf die drei Akteure, BMDV, FBA und Landesstraßenbauverwaltungen bzw. die Autobahn GmbH folgende Handlungsempfehlungen gegeben: Ausschreibung, Rechtwirksamkeit elektronischer Bescheide, Definition von Workflows, Rollen- und Rechtekonzept, Schulungen der Mitarbeiter und Implementierung der openCDE API. Diese sind im Rahmen der Implementierung, Pilotierung und dem Betrieb umzusetzen. In Bezug auf den funktionalen Umfang wurden drei Varianten der Bundes CDE erarbeitet, wobei Variante I über die Mindestanforderungen und Variante III über jede im Lastenheft aufgeführte Anforderung verfügt. Im Zusammenhang mit möglichen Alternativen ist festzuhalten, dass eine gemeinsame Datenumgebung drei unterschiedliche Ausprägungsstufen haben kann. Dabei besitzt die modellbasierte Projektplattform die umfangreichste Ausprägungsstufe. Eine Entscheidung für oder gegen eine dieser Varianten ist unmittelbar mit Bedarf und Kosten verbunden. Eine grundlegende Wirtschaftlichkeit der Ausprägungsstufe modellbasierte Projektplattform im Anwendungskontext Bundes CDE wurde jedoch in diesem Projekt festgestellt.
Bei der Betonbauweise von Betondecken auf Hydraulisch gebundene Tragschichten (HGT) besteht die Möglichkeit zur Trennung des Verbundes anstelle von Vliesstoffen eine Asphaltzwischenschicht unter Beton (AZwiSuB) einzusetzen. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden Möglichkeiten der Optimierung dieser Bauweise bezüglich ihrer mechanischen und hydraulischen Eigenschaften untersucht.
Hierfür werden an existierenden Streckenabschnitten im öffentlichen Straßennetz Bohrkerne entnommen (ex-vivo) sowie eine Untersuchungsstrecke zwecks Entnahme von Referenzbohrkernen (ex-vitro) hergestellt. Diese Bohrkerne wurden sowohl mechanischen als auch hydraulischen Untersuchungen unterzogen. Im Rahmen der mechanischen Untersuchungen wurden relevante Parameter an den ex-vivo Bohrkernen untersucht, einschließlich Schichtdicken und Schichtenverbund. In einem schadensgeprägten Straßenabschnitt wurden umfangreiche Beprobungen durchgeführt und mögliche Schadensursachen identifiziert. Die hydraulischen Untersuchungen befassten sich insbesondere mit der Vorbeugung von Erosionserscheinungen in der HGT im Fugenbereich. Es wurden sowohl Möglichkeiten der Verbesserung der Erosionsbeständigkeit auf Materialebene (Zugabe von Additiven in die HGT-Rezeptur) als auch auf konstruktiver Ebene (Einsatz von Flachdrains zur Fugenentwässerung) untersucht.
Darüber hinaus wurden Finite-Elemente-Modelle erstellt, um den kritischen Beanspruchungszustand der AZwiSuB sowohl in der Plattenmitte als auch an der Fuge bzw. am Riss zu simulieren. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Zugspannung innerhalb der AZwiSuB an der Fuge bzw. am Riss unter kritischer thermischer Belastung größer als die Biegezugfestigkeit des Asphalts ist, was zum Versagen der AZwiSuB führen kann. Anschließend zeigt eine nachträgliche Dimensionierung eines Abschnitts der A7 bei Ellwangen, dass das aktuelle Dimensionierungsverfahren eine deutlich dickere Betondeckendicke erfordert. Die Einflussfaktoren der Bauweise auf die Betondeckendicke wurden gründlich untersucht, um das Dimensionierungsverfahren zu optimieren. Die Ergebnisse der Parameterstudie zeigen, dass der größte Einflussfaktor auf die Betondeckendicke der AZwiSuB-E-Modul ist, gefolgt von der Bettungszahl und der AZwiSuB-Schichtdicke.
Aus den hydraulischen Untersuchungen konnte abgeleitet werden, dass zur Verbesserung der Erosionsbeständigkeit der HGT die Zugabe von Faserstoffen oder Stabilisatoren eine Möglichkeit darstellen. Dies empfiehlt sich jedoch vorrangig nur bei einer gründlichen Erneuerung oder einem Neubau des AZwiSuB-Aufbaus. Eine weitere Maßnahme ist der Einsatz eines Flachdrains zur Entwässerung der Fugen. Hier hat sich eine Anordnung unter der Asphaltzwischensicht als zielführend herausgestellt, da beim Einbau unter Beton sich der Flachdrain durch Zementmörtel zusetzen kann und somit seine Wirkung nur teilweise entfaltet. Ein offener Punkt ist die praktische Umsetzung der Montage und Installation der Flachdrains auf der Baustelle, wofür noch geeignete Konzepte entwickelt werden müssen.
Aus den Ergebnissen der Simulation und der nachträglichen Dimensionierung wird vorgeschlagen, die Schwankungen des E-Moduls der AZwiSuB mit der Temperatur zu minimieren, um eine stabile Leistung der Bauweise zu gewährleisten, da der E-Modul der AZwiSuB empfindlich auf Temperaturschwankungen reagiert. Ein guter Zustand der HGT beim Einbau ist ebenso wichtig, um die Bettungszahl konstant zu halten, was mit den Anforderungen aus der hydraulischen Untersuchung übereinstimmt. Im Vergleich zu den Materialparametern ist die Schichtdicke der AZwiSuB nicht kritisch für den Beanspruchungszustand der Bauweise. Die entsprechenden Vorgaben für die Schichtdicke im RDO-Beton können beibehalten werden.
Das Ziel, die Optimierung der Bauweise AZwiSuB hinsichtlich mechanischer und hydraulischer Eigenschaften zu erreichen, wurde erfolgreich umgesetzt. Die im Rahmen des Projekts durchgeführten Versuche, Simulationen und nachträglichen Dimensionierungen bilden eine solide Grundlage für die Optimierung der Verbund- und Unterlagenbedingungen. Dies ermöglicht, Schäden an der AZwiSuB-Bauweise zu vermeiden und die Nutzungsdauer zu verlängern.
