Bei Lärmschutzwänden (LSW) aus Beton, die aus einer Vorsatzschale aus haufwerksporigem Leichtbeton (HPLB) im monolithischen Verbund mit einer gefügedichten Stahlbetontragschale bestehen, wurden diverse Schadensbilder festgestellt. Diese reichen von Rissen, Abplatzungen und Abwitterungen im HPLB der Vorsatzschale bis hin zum lokalen Ablösen und Herabfallen des HPLB von der Tragschale. Ziel des Forschungsvorhaben FE 15.0687/2020/HRB war es die Ursachen und Entstehungsmechanismen dieser Schäden umfassend zu analysieren, um eine schadensfreie und dauerhafte Qualitätssicherung von LS-Elementen aus Beton mit Vorsatzschale aus HPLB zu gewährleisten. Dafür wurde der Bauwerkszustand von fünf LSW, bei denen charakteristische Schäden aufgetreten sind, dokumentiert und untersucht. Zudem wurden Materialstudien zum Einfluss der Zusammensetzung von HPLB auf die schadensrelevanten Materialeigenschaften durchgeführt. Die im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen ermittelten maßgeblichen Mechanismen für die Schadensentwicklung an LS-Elementen aus Beton mit einer JPLB-Vorsatzschale sind auf die folgenden Hauptfaktoren zurückzuführen: thermische Zwangs- und Eigenspannungen sowie unzureichender Frost-Taumittel-Widerstand der Materialien der Vorsatzschale, der durch eine hohe Wasseraufnahmekapazität und -speicherung der HPLB bedingt ist. Insbesondere bei HPLB aus überwiegend feinporigen Materialien (z.B. Quarzsand) besteht aufgrund ihrer ungünstigen hygrischen Eigenschaften und mangelnden Frost-Taumittel-Widerstandsfähigkeit für LS-Elemente aus Beton ein erhöhtes Schadensrisiko. Hinsichtlich der konstruktiven Ausführung von LSW aus Beton mit Vorsatzschale aus HPLB sollten Bauweisen vermieden werden, die einen zusätzlichen Wassereintrag begünstigen.

Das Ziel dieses Forschungsprojektes war es, ein umfassendes Konzept für ein „Geburtszertifikat“ von Brückenbauwerken allgemein zu entwickeln und dann an einer konkreten realen Brücke prototypisch umzusetzen. Das Geburtszertifikat soll dabei als Grundlage für die Zustandsüberwachung und Erhaltungsplanung über den gesamten Lebenszyklus der Brücke dienen. Im Mittelpunkt steht dabei die sogenannte Nullmessung, die eine detaillierte, systematische Erfassung und Dokumentation des Ausgangszustandes des Bauwerks nach der Fertigstellung und vor der Verkehrsfreigabe mit vielfältigen Prüf- und Messmethoden beinhaltet. Die Nullmessung dient somit der Charakterisierung eines Initialzustands (Referenzzustand nach der Fertigstellung). Der ermittelte Referenzzustand ist die Grundlage für Vergleichsbetrachtungen im Rahmen der Erfassung und Bewertung des Bauwerkszustandes im Zuge der Erhaltung und des Bauwerksmanagements. Er bildet erstmalig die Basis, um im Laufe des Lebenszyklus auftretende Veränderungen und Schäden frühzeitig durch den Bezug zum Referenzzustand zu detektieren und in ihrer Entwicklung zu dokumentieren und zu bewerten. Durch die Einführung dieses Konzeptes kann das Geburtszertifikat den Ausgangspunkt für die Umsetzung prädiktiver Erhaltungsmethoden darstellen. Dabei umfasst das Geburtszertifikat eine möglichst breite und aussagekräftige Erfassung und Dokumentation physikalischer Parameter, chemischer Aspekte und geometrischer Eigenschaften des Bauwerks. Zu den physikalischen Parametern zählen beispielsweise Materialdehnungen, Verschiebungen, Eigenfrequenzen und -formen, die wichtige Hinweise auf das Tragverhalten der Brücke geben. Diese Daten werden durch sensorbasierte Systeme, wie beispielsweise Dehnungsmessstreifen, faseroptische Sensoren, und Beschleunigungsaufnehmer einmalig oder kontinuierlich über einen Zeitraum von einem Jahr vor oder kurz nach der Inbetriebnahme des Bauwerks erfasst und durch geeignete Prozessierung der Messdaten ermittelt. Chemische Aspekte, wie die Bestimmung des Chloridgehalts, der Carbonatisierungstiefe und des Feuchtigkeitsgehalts des Betons, liefern wichtige Informationen über die Dauerhaftigkeit des Bauwerks. Diese chemischen Aspekte sind entscheidend, um eine mögliche Korrosion der Bewehrung frühzeitig zu erkennen, bevor gravierende strukturelle Schäden auftreten. Das Geburtszertifikat soll nicht nur chemische Aspekte und physikalische Parameter wie die statischen oder dynamischen Parameter, sondern auch mit bildbasierten oder anderen ZfP-Verfahren erfassbare Eigenschaften beinhalten. Die geometrische Beschreibung der Brücke ist daher ein weiterer zentraler Bestandteil des Geburtszertifikats. Dabei sind die Form und die Oberflächenstruktur des Tragwerks vor Verkehrsfreigabe der Brücke aufzunehmen. Diese geometrischen Aspekte des Referenzzustands sollen durch ein georeferenziertes hochgenaues 3D-Bauwerksmodell definiert werden, das beispielsweise photogrammetrisch auf Basis systematisch generierter Bilddaten oder mithilfe von Scanningverfahren generiert wurde und anschließend in ein vorhandenes As-Built-Modell integriert wird. Die geometrische Aufnahme in Form einer „Nullmessung“ ist insbesondere für zukünftige Verformungsermittlungen sowie schadensfokussierte Zustandsbewertungen auf Basis vielfältiger sensor- und bildbasierter Monitoringverfahren ein wichtiger Ausgangspunkt. Am 3D-Bauwerksmodell können die vielfältig erfassten Eigenschaften und Zustandsparameter zusätzlich eindeutig und nachvollziehbar verortet werden. Das Geburtszertifikat wird in einer standardisierten, leicht zugänglichen Form als kompakte und übersichtliche Zusammenfassung der wichtigsten Informationen in Form eines PDF-Dokumentes erstellt. Zur Gewährleistung einer langfristigen und flexiblen Nutzung und digitalen Verarbeitung der gewonnenen Daten enthält das PDF-Dokument Verweise auf alle Datensätze und Modelle, die zusätzlich bereitgestellt werden. Diese Verlinkungen beinhalten detaillierte Mess- und Bilddaten, abgeleitete oder aggregierte Parameter, Modelle und andere relevante Informationen, die zur Beurteilung des Zustandes notwendig sind. Diese Informationen werden in entsprechenden Datenbanken und strukturierten Dateisystemen gespeichert. Abschließend wird das erarbeitete Konzept des Geburtszertifikates prototypisch an einem Bauwerk umgesetzt. Dabei wird auf die verschiedenen, zuvor erarbeiteten Eigenschaften und Aspekte eingegangen und dargestellt wie einzelne Parameter und das georeferenzierte 3D-Bauwerksmodell ermittelt werden können. Zudem wird auch die Ableitung von Daten für die Zustandsbewertung sowie das Datenmanagement thematisiert. Das Geburtszertifikat unterstützt die Einbindung in moderne digitale Infrastruktursysteme, wie das Lebenszyklusmanagement von Brücken, und bildet die Grundlage für die Integration in Überwachungssysteme wie Digitale Zwillinge. Die Einführung eines solchen digitalen Zertifikates für Brücken ist ein wichtiger Schritt hin zu einer nachhaltigeren und effizienteren Nutzung von Infrastrukturressourcen.

Das Forschungsprojekt zielte darauf ab, den strategischen Einsatz von Monitoring für Ingenieurbauwerke, insbesondere Brücken, zu verbessern und zu systematisieren. Durch den Einsatz moderner Monitoringtechnologien soll die Effizienz und Effektivität der Erhaltung von Ingenieurbauwerken gesteigert werden. Der Fokus lag auf der Entwicklung eines Leitfadens für Planung, Durchführung, Datenmanagement und Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen von Monitoringprojekten, ergänzt durch eine Broschüre mit strategischen Empfehlungen und Checklisten zur Unterstützung bei Ausschreibung, Vergabe und Vertragsgestaltung. Das Projekt kombinierte Literaturrecherche, Expertenbefragungen, Online-Umfragen und einen Workshop, um bestehende Praktiken und Herausforderungen zu identifizieren und darauf aufbauend Empfehlungen zu entwickeln. Es stützte sich auf drei wesentliche Dokumente: das DBV-Merkblatt "Brückenmonitoring", das Merkblatt B 09 "Dauerüberwachung von Ingenieurbauwerken" der DGZfP und die Neufassung der DIN 1076. Diese Dokumente bieten grundlegende Informationen und Hilfestellungen für die Planung und technische Umsetzung von Monitoringmaßnahmen sowie die Prüfung und Überwachung von Ingenieurbauwerken. Das Projekt erörterte außerdem die Potentiale und Grenzen von Monitoring, betonte die Vorteile einer kontinuierlichen Datenerfassung und -auswertung für die präventive Instandhaltung und Lebensdauerverlängerung von Bauwerken, und wies auf Herausforderungen hin, insbesondere in Bezug auf Kosten und technischen Aufwand. Elf Monitoring-Anwendungsfälle wurden definiert, um einen besseren Überblick über die Praxis zu bieten. Die Auswahl der Messtechnik und die technischen Komponenten eines Monitoringsystems wurden detailliert beschrieben, ebenso wie die Bedeutung eines sorgfältig erstellten und geprüften Monitoringkonzepts. Durch eine Online-Umfrage und einen Workshop wurden Einblicke in die Bedürfnisse und Herausforderungen der Stakeholder gewonnen. Es wurde die geringe Akzeptanz von Monitoring bei Baulastträgern durch den Mangel an Erfahrung, offizieller Einführung von Leitdokumenten und Mitwirkung der Länderverwaltungen an ebendiesen erklärt und Lösungen vorgeschlagen. Der Monitoringprozess wurde als mehrstufig dargestellt, mit besonderem Augenmerk auf den beteiligten Akteuren und deren spezifische Expertise. Empfehlungen zur Ausschreibung, Vergabe und Vertragsgestaltung wurden entwickelt, um Transparenz zu schaffen und die Zusammenarbeit zu optimieren. Zusätzlich wurden Checklisten erstellt, um Straßenbauverwaltungen bei Ausschreibung und Vergabe sowie der Vertragsgestaltung zu unterstützen. Das Thema der Haftung und die Notwendigkeit einer angepassten juristischen Betrachtung wurden hervorgehoben. Hinweise zu Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen erlauben es, die Kosten und den Nutzen von Monitoring zu evaluieren. Das Datenmanagement spielte eine zentrale Rolle für die langfristige Effizienz und Effektivität von Monitoringprojekten. Die Auftraggeber-Daten-Anforderung (ADA) wurde entwickelt, um die Schnittstelle zur Datenübergabe zu definieren und die zentrale Speicherung, leichte Zugänglichkeit und systematische Auswertung von Monitoringdaten zu ermöglichen. Es wurde weiterhin auf die Wichtigkeit der Monitoringdaten und ihre nachhaltige Speicherung innerhalb der Baulastträger hingewiesen. Die Ergebnisse des Projekts wurden in einem Schlussbericht und einer Broschüre zur Verfügung gestellt, die als Arbeitshilfe zur Durchführung von Monitoringprojekten dient.

Seilverspannte Brücken bilden nur einen geringen Anteil des gesamten Brückenbestandes im deutschen Straßen- und Wegenetz. Sie stellen aber wegen ihrer vielen Besonderheiten sowohl für den Entwurf und für die Bauausführung als auch für die Bauwerksprüfung eine besondere Herausforderung dar und bedürfen spezieller Fachkenntnisse. Auch für den Korrosionsschutz gelten bei Brückenseilen andere Rahmenbedingungen als bei herkömmlichen Stahlbauten. Die große Vielfalt an existierenden Brückensystemen und Seiltypen machen in der Regel einen objektspezifischen Umgang mit Brückenseilen erforderlich. Weiterentwicklungen beim Korrosionsschutz und bei Seilprüfungen tragen zur zunehmenden Komplexität bei. Da der Korrosionsschutz das maßgebende Kriterium für die Dauerhaftigkeit von Brückenseilen darstellt, ist die regelmäßige Überprüfung des Korrosionsschutzes von besonderer Bedeutung. Im Rahmen der alle sechs Jahre durchzuführenden Hauptprüfung kommt eine Vielzahl an Prüfverfahren zum Einsatz. Einige davon sind den Seilspezialisten vorbehalten, da besondere Geräte und speziell dafür qualifiziertes Personal erforderlich sind. Es gibt jedoch auch Prüfverfahren, die von Personal durchgeführt werden können, das nicht auf Seilprüfungen spezialisiert sein muss. Das vorliegende Dokument gibt einen Überblick über die in Deutschland relevanten Brückensysteme und die verschiedenen Seiltypen. Darauf aufbauend erfolgt für jeden Typ eine detaillierte Beschreibung der Varianten und Komponenten des jeweiligen Korrosionsschutzes. Abschließend wird das Thema Seilprüfung näher erörtert.

Seit ca. 2016 verfolgt das Bundesministerium für Verkehr und Infrastruktur (ab 12/2021 Bundesministerium für Digitales und Verkehr) das Konzept, bedingt begehbare Hohlkästen im Bedarfsfall zu öffnen und handnah insbesondere auf Schweißnahtrisse zu prüfen [3]. Um solche Prüfungen zu erleichtern, sind solche Hohlkästen im Inneren seit der Neuausgabe der ZTV-ING 4-3 [4] und TL KOR-Stahlbauten [5] mit einer Beschichtung nach TL-Blatt 50 zu versehen. Im Rahmen des Ersatzneubaus der Brücke über den Petersdorfer See im Zuge der BAB A 19 zwischen der Anschlussstelle Waren (Müritz) und Malchow begleitete die BASt ein Pilotprojekt, in dem erstmalig die Innenbeschichtung von Hohlkästen nach TL-Blatt 50 ausgeführt wurde. Die Grundlage für die Ausführung waren die ZTV-ING 4-3 und die TL KOR-Stahlbauten jeweils in der Entwurfsfassung, Stand 2017 sowie die Zustimmung im Einzelfall. Während der Ausführung der Pilotmaßnahme und vor Veröffentlichung der ZTV-ING 4-3 [4] und der TL/TP-ING [5] wurde das TL-Blatt 50 auf Grundlage bereits gesammelter Erfahrungen modifiziert, um den Aufwand für künftige Projekte mit dem TL-Blatt 50 zu reduzieren und den Umgang an Oberflächen aus dem Werk und auf der Baustelle im Inneren einander anzugleichen. Die Erprobung des TL-Blattes 50 im vorliegenden Fall erfolgte in Hohlkästen, die deutlich größere Abmessungen besitzen als im aktuellen Regelwerk zur Anwendung von TL-Blatt 50 vorgesehen. Gesammelte Erfahrungen im Rahmen der Pilotmaßnahme sind nur eingeschränkt auf bedingt begehbare Hohlkästen zu übertragen. Es wird empfohlen, das TL-Blatt 50 an bedingt begehbaren Bauwerken zu erproben sowie entstandene Kosten der Beschichtung nach TL-Blatt 50 in eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der späteren Notbegehung einzubeziehen. Ferner wird empfohlen, die Notwendigkeit, Baustellenmontagestöße im Inneren von luftdicht verschlossenen Hohlkästen zu beschichten, auf Grundlage der Auslagerungsergebnisse der geschweißten Proben (erwartet in 2026) zu prüfen.

Zur Sicherstellung der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit einer Gabionenkonstruktion ist nachzuweisen, dass jede Gabione ein ausreichendes inneres Tragverhalten besitzt. Hierzu existiert bislang kein allgemein anerkanntes Berechnungsverfahren, welches das Trag- und Verformungsverhalten eines gefüllten Gabionenkorbes im Einbauzustand realitätsnah abbildet. Ziel des FE-Vorhabens 05.0209/2020/MGB war es, anhand eines umfangreichen Prüfprogramms ein allgemeingültiges Prüfverfahren zu entwickeln, mit dem das Tragverhalten von Gabionen aus punktgeschweißten Drahtgittern ermittelt werden kann. Hierzu wurden die maßgebenden Einflussgrößen experimentell an 1:1-Versuchen ermittelt und bewertet sowie Empfehlungen für ein allgemeingültiges Prüfverfahren abgeleitet. Wesentliche Schwerpunkte bei der Entwicklung des Prüfverfahrens waren neben der technischen Ausgestaltung auch die Wirtschaftlichkeit und die Ausführbarkeit des Prüfverfahrens. Im Rahmen des FE-Projektes wurden insgesamt 36 Belastungsversuche durchgeführt, welche in Prüfserien mit unterschiedlichen Variationsparametern zusammengefasst wurden. Das Vorgehen sah innerhalb einer Prüfserie eine sukzessive Auswertung der Versuche vor. Die jeweils anschließende Prüfserie wurde an die Ergebnisse und Erkenntnisse der vorherigen Prüfserie zielorientiert angepasst. Anhand der Untersuchungsergebnisse ergaben sich grundlegende Erkenntnisse für die Vorbereitung, Durchführung und Auswertung der Prüfungen, die in Empfehlungen für das Prüfverfahren zusammengefasst wurden. Die Empfehlungen, die im Rahmen dieses Forschungsvorhabens abgeleitet wurden, basieren auf den Erkenntnissen der durchgeführten Untersuchungen. Sie dienen als Grundlage für den Entwurf einer Technischen Prüfvorschrift (TP-Gab), welche in den entsprechenden Gremien (FGSV AA 5.6 Grundbau sowie AK 5.6.3 Gabionen) in Zusammenarbeit mit der BASt und dem BMDV abschließend beraten werden können. Die Prüfvorschrift hat das Ziel, die labortechnische Bestimmung von Kennwerten an Gabionenkonstruktionen derart zu beschreiben, dass bei korrekter Anwendung dieser Prüfvorschrift, reproduzierbare und vergleichbare Kennwerte ermittelt werden.

Der angestrebte langlebige, wirtschaftliche und sichere insbesondere jedoch auch nachhaltige Bau und Betrieb eines Straßentunnels führen zu neuen Anforderungen an die Konstruktion sowie die betriebs- und sicherheitstechnische Ausstattung. Diese gilt es sowohl in der Planungs- aber auch in der späteren Bau- und Betriebsphase entsprechend umzusetzen. Die Beiträge der Vortragsveranstaltung befassen sich mit diesen aktuellen Themen zu Planung, Bau und Betrieb von Straßentunneln und greifen diese Anforderungen auf. Im Themenblock Planung wird ein Praxisbeispiel die Anwendung einer BIM-basierten Arbeitsweise in der Betriebsphase eines Tunnels aufgezeigt. Der Bericht zur Anwendung zweier risikobasierter Untersuchungsverfahren zur Ermittlung des Einflusses unterschiedlicher Abstände zwischen Pannenbuchten sowie eines steigenden Anteils von Fahrzeuggen mit alternativen Antrieben auf die Tunnelsicherheit, soll Planern aber auch Tunnelbetreibern eine bessere Einschätzung ggf. zu ergreifender Maßnahmen ermöglichen. Hilfestellung für den Tunnelbetreiber, einen Tunnel auch bei eingeschränkter Funktionalität betriebstechnischer Einrichtungen weiter zu betreiben, soll die Vorstellung hierfür zu gewährleistender minimaler Betriebsbedingungen bieten. Des Weiteren wird über Versuche zum Verhalten von Tunnelnutzenden in Entfluchtungssituationen berichtet. Im Themenblock Bautechnik wird der Fragestellung nachgegangen, wie der Einsatz von selbstverdichtendem Beton mit Zusatz von Polypropylen-Fasern einen positiven Einfluss auf die Betonqualität bei Innenschalen haben kann. Zum Thema Nachverpressung von Tunnelinnenschalen und der Reichweite verschiedener Injektionsmaterialien und -systeme wird über durchgeführte großmaßstäbliche Laborversuche berichtet. Angesichts des fortschreitenden Klimawandels und der Einhaltung der gesetzten Klimaziele hat die CO2-neutrale Erzeugung von Energie hohe Priorität. Die Vorträge des Themenblocks Nachhaltigkeit setzen sich einerseits mit dem Potential der Einsparung von Energie und zum anderen mit der Substitution fossiler durch regenerative Energieerzeugung auseinander.

In Stahlbetonbauwerken wurden in Deutschland zwischen 1960 und 1993 besondere asbesthaltige Einbauteile in Form von Abstandhaltern und Spannhülsen verwendet. Mit der zunehmenden Sanierungsdringlichkeit von Infrastrukturbauwerken aus Stahlbeton besteht die Notwendigkeit, die oftmals verdeckten Abstandhalter zu erkennen und sicher auszubauen. So kann, im Sinne der Kreislaufwirtschaft, der Stoffstrom des mineralischen Bauschutts vor Asbest abgesichert werden, um weiterhin hohe Recyclingquoten zu ermöglichen. Hier wurde eine Handlungsanweisung für den Umgang mit asbesthaltigen Abstandhaltern und Spannhülsen in und an Brückenbauwerken aus Beton aufgestellt. Abstandhalter kommen in verschiedenen Materialien (z.B. Beton, Kunststoff, Asbestzement) und Ausführungen (z.B. Quader, Knochenform, Halbkugel) vor. Bei Baujahren zwischen 1960 und 1993 ist mit asbesthaltigen Abstandhaltern zu rechnen. Diese wurden typischerweise mit einer Verlegedichte von ca. 4 Stk./m², in einem Abstand von ca. 50-100 cm zueinander verbaut. Es gilt, die verschiedenen Tragelemente der Brücke sowie ggf. verschiedene Betonierabschnitte zu beachten. Die Erkundung nach Abstandhaltern erfolgt in drei Schritten: 1. der historischen Recherche, 2. einer Vorprüfung (nicht-invasiv, exemplarisch) und 3. einer Vollprüfung (repräsentativ, invasiv). Bei der Vorprüfung wird die Brücke visuell nach Abstandhaltern abgesucht und es werden ggf. erste Materialproben zur Analyse im Labor entnommen. Bei der Vollprüfung kommen, zur Sichtbarmachung der Abstandhalter, Maschinen zum Abtrag der Oberfläche zum Einsatz (z.B. Fräsen mit direkter Absaugung zum Abtrag der Oberfläche). Die Anzahl der zu untersuchenden Proben asbestverdächtiger Abstandhalter richtet sich nach den Vorgaben der VDI 6202 Blatt 3, um ein belastbares Untersuchungsergebnis zu erhalten. Für die Ausschleusung asbesthaltiger Abstandhalter kommt idealerweise entweder eine Abtrennung vorab des Rückbaus, unter Anwendung verschiedener Verfahren wie Kernbohrungen, oder eine Abtrennung aus dem Bauschutt nach dem Abbruch in Frage. Der so entfrachtete mineralische Bauschutt kann anschließend dem Recycling zugeführt werden und es muss nur eine geringe Menge asbesthaltigen Baumaterials entsorgt werden. Beim Umgang mit asbesthaltigen Materialien sind die Vorgaben der Technischen Regel für Gefahrstoffe (TRGS) 519 zu beachten.

Im Rahmen des Forschungsprojektes „Erprobung einer geothermischen Bergwassernutzung am Grenztunnel Füssen“ wurde die Funktionsweise einer „direkten, passiven geothermischen Freiflächentemperierung“ erprobt, die in den Jahren 2019/20 auf dem Betriebshof der Autobahnmeisterei am Nordportal des Grenztunnels Füssen baulich realisiert wurde. Hierzu wird das Bergwasser des angrenzenden Grenztunnels Füssen durch bifilar verlegte Rohrregister gepumpt. Das Bergwasser erwärmt im Winter die Fahrbahnoberfläche, um diese schnee- und eisfrei zu halten, und kühlt diesen im Sommer ab, um Spurrillenbildung vorzubeugen. Das in diesem Kontext realisierte Technikum ist mit neun Freiflächen ausgestattet, wobei der Fahrbahnaufbau bei sechs Freiflächen aus Asphalt und bei den weiteren drei aus Beton besteht; jeweils eine Beton- und eine Asphaltfläche wurde als Referenzflächen nicht mit Rohrregistern versehen. Die Testflächen variieren bezüglich der Anordnung der Rohrleitungen hinsichtlich der Tiefenlage, den Rohrachsabständen sowie bezüglich des Deckschichtaufbaus. In jedem Feld wird der Durchfluss, Vor- und Rücklauftemperatur, sowie in Feldmitte, als auch am Rand die Temperatur in zwei Sensorebenen unterhalb und oberhalb der Rohrleitungen gemessen. Bei direkten, passiven Freiflächenheizungen wird das Wasser direkt ohne Wärmetauscher und -pumpe durch die Rohre gepumpt. Die einzig verstellbare Größe stellt der Volumenstrom dar, welcher die Geschwindigkeit des durchströmenden Wassers bestimmt. Der dimensionslose Wärmeübergangskoeffizient des strömenden Wassers zur Umgebung nimmt mit Anstieg der Geschwindigkeit zu, so dass mehr Wärme übergeben wird. Im Rahmen des von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) geförderten Forschungsvorhabens „Erprobung einer geothermischen Bergwassernutzung am Grenztunnel Füssen“ wurde das Technikum durch das Institut für Geotechnik der Universität Stuttgart über zwei Jahre in Winter- und Sommerperioden im Einsatz getestet. Im Fokus der Forschungsaktivitäten stand die vollständige Erfassung und Analyse der Wärmeströme temperierter Verkehrsflächen und anwendungsorientiert die Entwicklung eines möglichst effizienten und störungsfreien Betriebskonzeptes solcher Anlagen. Das Forschungskonzept für das Technikum Füssen sah vor, wesentliche Parameter der atmosphärischen Wärmeströme messtechnisch zu erfassen, daneben aber die Analyse der Messergebnisse durch numerische Simulationen zu ergänzen, die notwendig sind, um die für die Energiebilanz zur Freiflächentemperierung erforderlichen Wärmeströme, die messtechnisch nicht vollständig erfasst werden können, ergänzend abzubilden und die im weiteren als Übertragungsmodell genutzt werden sollen, um auf der Basis von Parameterstudien Empfehlungen für die Planung und den Betrieb von direkten, passiven geothermischen Flächentemperierungen auch für von dem Standort Füssen abweichende Randbedingungen abzuleiten. In eine optimierte automatische Anlagensteuerung wurden dabei auch Wetterprognosen integriert. Im Ergebnis wurde eine Implementierungshilfe zum Einsatz von direkten, passiven Freiflächenheizungen zur Schnee- und Eisfreihaltung von Verkehrsflächen an Tunnelportalen formuliert, die einen wesentlichen Beitrag dazu leisten soll, solche nachhaltigen Konzepte zu einer Regelanwendung an Tunnelportalen zu machen. Zur Bemessung und Auslegung der Anlage wurden alle auf die Freiflächen wirkenden, messbaren und nicht regulierbaren Wärmeströme ermittelt und quantifiziert. Zu allen Wärmeströmen gibt es, sofern alle notwendigen Daten vorliegen, analytische Berechnungsmöglichkeiten. Um das Verhalten der Anlage zu analysieren und um bei numerischen Untersuchungen Szenarien zu untersuchen, deren Randbedingungen klar definiert und messbar sind, wurden Testszenarien entwickelt. Es wurden für den winterlichen Betrieb fünf und den sommerlichen Betrieb zwei Testszenarien definiert, welche eine atypische Steuerung bei außergewöhnlichen Wetterereignissen vorsahen, um darüber hinaus auch die Grenzen der Leistungsfähigkeit der Anlage auszuloten. Im Testszenario „Schneefall“ trat starker Schneefall ein, sodass zu den ohnehin gemessenen Daten die Dichte, Intensität und Temperatur des Schnees gemessen werden konnte. Die Auswertung weiterer Schneemessungen ergab, dass mit abnehmender Außentemperatur die wärmedämmende Wirkung des Schnees steigt .Ein weiteres Szenario zur Untersuchung der Glätte, sollte Kenntnisse zur Trägheit bzw. Reaktionszeit des Systems liefern, weshalb die Anlage über längere Zeit außer Betrieb genommen wurde, bevor die Anlage dann bei der Ankündigung von Glätte mit adäquater Vorlaufzeit aktiviert wurde. Um die, das Verhalten der Freiflächenheizung maßgebend beeinflussenden Parameter, zu analysieren und einordnen zu können, wurden numerische Simulationen mit einem gekoppelten hydraulisch-thermischen Modell durchgeführt. Das Modell simuliert das Verhalten der Freiflächen während der Testszenarien und soll die schwer durch Messungen ermittelbaren Wärmeströme (z. B. kurzwellige Strahlung) identifizieren und quantifizieren. Die Validierung der Simulation erfolgt anhand der Messdaten, welche in Perioden erfasst wurden, in denen die äußeren atmosphärischen Randbedingungen möglichst präzise bestimmbar sind. Es zeigt sich, dass die numerisch ermittelten und gemessenen Daten gut übereinstimmen. Die Parameterstudien bestätigte u.a. die Beobachtung, dass Kupferleitungen höhere Fahrbahnoberflächentemperaturen induzieren. Ferner wurde eine Aktivierungszeit von 9 Stunden vor Ankündigung eines Wettereignisses (Glätte etc.) als ausreichend ermittelt, um die Fahrbahnoberflächen auf ein verwertbares Temperaturniveau zu heben. Es wurde auch festgestellt, dass das Abschmelzen von Schnee sehr energieintensiv ist i.e. nicht jeder Schneefall kann unmittelbar abgeschmolzen werden und es bedarf ggf. zusätzlicher Straßenräumung. Die Eisfreihaltung an der Freiflächenoberfläche konnte aber gewährleistet werden, sodass bei starkem Schneefall zwar geräumt werden muss, aber kein Salz zum Auftauen benötigt wird. Die tatsächlich gemessenen Klimadaten stimmen nicht immer mit der Prognose überein, sodass, um auf der sicheren Seite liegend, bei der automatischen Steuerung sowohl gemessene Daten als auch Wetterprognosen berücksichtigt wurden. Die Programmierung der Steuerung erfolgte mittels eines Python Scripts. Die Fernsteuerung wurde im Winter 2021/22 erfolgreich für den Betrieb der Anlage eingesetzt. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Flächen durchgehend eisfrei gehalten werden konnten. Alle bei Planung, Bemessung und Betrieb gewonnenen Erkenntnisse wurden in eine Implementierungshilfe integriert, welche potenziellen Anwendern die Planung von direkten, passiven Freiflächenheizungen erleichtert. Das Forschungsvorhaben belegt, dass die an deutschen Straßentunneln anfallende Drainage- bzw. Bergwässer als nachhaltige Energiequelle u. a. für die Temperierung von Betriebsgebäuden und zur Temperierung von Verkehrs- und Betriebsflächen an den Tunnelportalen genutzt werden können. Das Konzept kann bei allen Bestandstunneln, bei denen Tunneldrainagewässer anfallen, grundsätzlich eingesetzt und die Verfahrenstechnik dabei auch nachträglich installiert werden. Die Nutzung von Drainagewässern ist grundsätzlich grundlastfähig und kann damit sowohl zur Kühlung, aber auch zum Heizen eingesetzt werden. Die Temperierung von Verkehrsflächen zur Eis- und Schneefreihaltung eine zweite besonders effiziente Nutzung, die es erlaubt, ausgewählte Bereiche vor Tunnelportalen und auf Betriebsflächen im Winter energieeffizient zu beheizen und somit den hier oft besonders aufwändigen Winterdienst (Freihaltung Fluchtwege etc.) und den Taumitteleinsatz vor Tunnelportalen zu reduzieren. Zugleich kann der bauwerksschädigende Eintrag von Streusalz und Chloriden in den Tunnel verringert und hierdurch die Lebensdauer von Tunnelschale und -ausbau verlängert werden. In Hinsicht auf die Nutzung erneuerbarer Energien im Betrieb von Straßentunneln bieten sich hier innovative Konzepte für die Zukunft, die auch bei Bestandstunneln nachgerüstet werden können.

In Hinblick auf die Zustandsbeschreibung und die Beurteilung der Zielerfüllung des Lebenszyklusmanagements von Bauwerken wird zunehmend die Weiterentwicklung von Key Performance Indikatoren (KPI) bzw. Kennzahlen diskutiert. Leistungsindikatoren (Performance Indikatoren) messen diverse, für die Leistungsbeurteilung eines Ingenieurbauwerks maßgebende Eigenschaften. Sie können hierarchisch aufgebaut werden und jene auf der oberste Hierarchieebene werden als Schlüsselindikatoren bezeichnet (KPI). Die Schlüsselindikatoren zeigen, ob ein Bauwerk die Leistungsziele erfüllt. Eine der wesentlichen Herausforderungen bei der Einführung eines Kennzahlensystems besteht einerseits in der Verknüpfung von Zielen mit Indikatoren sowie deren hierarchischer Aufbau untereinander. Andererseits gilt es, den Erfüllungsgrad der definierten Leistungsziele möglichst mit quantitativen Indikatoren zu ermitteln bzw. zu bewerten. Daher ist bei der Auswahl geeigneter Kennzahlen innerhalb des Lebenszyklusmanagements stets deren Verwendungszweck zu hinterfragen, gemäß folgendem Leitsatz: “You can have all the indicators you want, but sooner or later you have to think about it.” (Main Roads Western Australia, 2004) Hierbei sind auch die vorhandenen Datengrundlagen zu analysieren sowie innovative Erfassungs- und Bewertungsmethoden in den Entscheidungsprozess zu integrieren. Dies bildet die Grundlage, um den optimalen Zeitpunkt von Erhaltungsmaßnahmen, den damit verbundenen Bedarf an die finanziellen und personellen Ressourcen frühzeitig abzuschätzen sowie die langfristigen Kosten zu senken. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wird eine Systematik und darauf basierend eine fachliche Konzeption für die Erstellung eines indikatorgestützten Lebenszyklusmanagementtools erarbeitet, das die bestehenden Ansätze des Verkehrsinfrastrukturmanagements unterstützt und somit eine verbesserte Nutzung der vorhandenen Ressourcen ermöglicht. Dazu erfolgt zunächst eine Zusammenstellung der wesentlichen Grundlagen des Lebenszyklusmanagements von Bauwerken bei dem ein Schwerpunkt auf den aktuellen Entwicklungen zu innovativen Techniken der Zustandserfassung gelegt wird. Es wird anschließend der aktuelle Stand zum Einsatz von Indikatoren bei den drei Verkehrsträgern Straße, Schiene und Wasser erörtert. Die hierzu durchgeführten Literaturrecherchen wurden durch Experteninterviews und die Durchführung eines Workshops mit Infrastrukturbetreibern ergänzt. Aufbauend auf diesen Ergebnissen erfolgte schließlich die Entwicklung und Anwendung einer Methodik zur Konzeption eines verkehrsträgerübergreifenden LZM-Tools. Als Ausgangslage wurde hierbei eine von der Bundesanstalt für Straßenwesen zur Verfügung gestellte Indikatorenliste verwendet und weiterentwickelt. Das entwickelte Kennzahlensystem beinhaltet die Schlüsselindikatoren Zuverlässigkeit, Sicherheit der Nutzer und Dritter, Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit. Die Methodik verfügt über einen modularen Aufbau, sodass durch den Austausch von einzelnen Teilmodellen verkehrsträgerspezifische Anforderungen an das Modell jederzeit berücksichtigt werden können. Die Erprobung des entwickelten Kennzahlensystems innerhalb eines Lebenszyklusmanagements wird schließlich im Rahmen einer prototypischen Anwendung exemplarisch getestet. Dazu werden die vorhandenen Datengrundlagen von ausgewählten Ingenieurbauwerken zunächst aufbereitet und in den IT-Prototypen integriert. Unter Berücksichtigung von vorhandenen Bauwerksschäden erfolgt die Beurteilung der Zuverlässigkeit der Bauwerke auf Objekt- und Netzebene mit Hilfe eines bayes’schen Ansatzes. In Abhängigkeit der Schadensart wird zudem die Sicherheit der Bauwerke für die Nutzer sowie Dritte bewertet. Die Bewertung der Verfügbarkeit erfolgt anhand von zusätzlichen Reisezeiten, die durch die vom Anwender zu definierenden Erhaltungsmaßnahmen hervorgerufen werden. Der Aspekt der Nachhaltigkeit wird sowohl auf Objekt- als auch auf Netzebene ermittelt. Auf der Objektebene werden die in Abhängigkeit der Maßnahmenart zu erwartenden CO2-Emissionen ermittelt. Auf der Netzebene hingegen erfolgt die Berechnung der zusätzlichen CO2-Emissionen anhand der zusätzlichen Reisewege aufgrund von Umleitungen in Abhängigkeit der Verkehrsmengen und -zusammensetzung. Die wirtschaftlichen Kosten berechnen sich schließlich aus der Summe der diskontierten Einzelkosten der gewählten Maßnahmenarten innerhalb eines Erhaltungsszenarios. Aufgrund der Modularität des entwickelten IT-Tools kann eine stetige Weiterentwicklung bzw. Erweiterung des Kennzahlensystems erfolgen und weitere verkehrsträgerspezifische Anforderungen kontinuierlich ergänzt werden. Damit ist die Grundlage für ein zukünftiges indikatorengestütztes verkehrsträgerübergreifendes Lebenszyklusmanagement von Infrastrukturbauwerken geschaffen.

Dieses Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der Eignung des Radarverfahrens hinsichtlich der Prüfaufgabe Betondeckungsmessung. Das Radarverfahren wird hierzu mit dem etablierten magnetisch induktiven Verfahren in der Betondeckungsmessung verglichen. Übergeordnete Ziele sind langfristige Untersuchungen mit Radar an jungen Betonkörpern und nach hinreichender Austrocknung sowie Betondeckungsmessungen, die zu schwierig interpretierbaren Ergebnissen führen. Für vergleichende Untersuchungen zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit des Radarverfahrens und dem magnetisch induktiven Verfahren wurden Testkörper hergestellt. Der Einfluss der Betonfeuchte auf die Genauigkeit der Messergebnisse wurde an einem Testkörper über einen Zeitraum von 15 Monaten untersucht. Ein weiterer Testkörper wurde für die Untersuchung der getrennten Erkennbarkeit von benachbarten Stäben und zum Einfluss dichtbewehrter Bereiche über einen Zeitraum von 7,5 Monaten regelmäßig gemessen. Für die Messungen an den hergestellten Testkörpern wurden das Radargerät Hilti PS-1000, für das magnetisch induktive Referenzverfahren das Profoscope und das Profometer der Firma Proceq sowie zur Feuchtemessung die Gann Aktiv Elektrode verwendet. Für die Auswertung und Bewertung der Messergebnisse wurden die Radardaten in die Software ReflexW eingelesen, bearbeitet und die Laufzeiten bestimmt. Im Hinblick auf den Messaufwand und die Messgeschwindigkeit unterscheiden sich das Radarverfahren und das magnetisch induktive Referenzverfahren kaum. In der Auswertung ist das Radarverfahren jedoch zeitintensiver und erfordert mehr Erfahrung, Praxis im Umgang mit der Software und Kalibrierung der Permittivität. Die Ergebnisse zeigen, dass sich das magnetisch induktive Verfahren sich für eine Detektion der Bewehrungsstäbe mit einer Betondeckungsmaßen von 20 - 70 mm bei Einhaltung der im DBV-Merkblatt geforderten Genauigkeit eignet. Die Bewehrungsstäbe bis in 150 mm Tiefe konnten schon drei Tage nach der Betonage mit dem Radargerät detektiert werden. Hier konnten im oberflächennahen Bereich die Bewehrungsstäbe mit Abweichung und im tieferen Bereich ohne nennenswerte Abweichung detektiert werden. Den Abschluss bildet eine Handlungsanweisung, die dem Anwender hilft, die Stärken beider Verfahren unter Berücksichtigung der Randbedingungen nutzen zu können.

Ausfälle der Verkehrsinfrastruktur bedingt z. B. durch Naturereignisse, menschliche Einwirkungen oder technisches Versagen können zu hohen volkswirtschaftlichen Kosten führen, wenn sie zu längeren Unterbrechungen von kritischen Streckenelementen führen. Ein wachsendes Mobilitätsbedürfnis, alternde Infrastrukturen sowie die Zunahme von externen Stressfaktoren wie beispielsweise dem Klimawandel stellen zusätzliche Herausforderungen für die Betreiber von Verkehrsinfrastrukturen dar. Ein umfassendes Infrastrukturmanagement ist deshalb für eine hohe Verfügbarkeit und eine Aufrechterhaltung der Funktionalität im Ereignisfall unabdingbar. Was heute mehrheitlich noch fehlt, ist ein ganzheitliches, systematisches Management, das die übergeordnete Systemresilienz beurteilt und die Beurteilung von Maßnahmen hinsichtlich ihres Beitrags zur Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit der Verkehrsinfrastruktur ermöglicht. Dieses Forschungsprojekt knüpft an das Forschungsprojekt FE 89.0330/2017 Reaktions- und Wiederherstellungsprozess für die Straßeninfrastruktur nach disruptiven Ereignissen an, indem der bestehende Ansatz zur Bewertung der Resilienz von Straßeninfrastrukturen methodisch und inhaltlich optimiert und weiterentwickelt wird. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf dem Transfer in die Praxis. Dafür wird ein webbasiertes IT-Tool entwickelt, mit welchem die Resilienz der Straßeninfrastruktur sowie die Resilienzwirkung von Maßnahmen bewertet werden können. Um die Nutzung des IT-Tools zu erleichtern, wird ein Benutzerleitfaden erstellt. Ein Implementierungskonzept zeigt auf, wie Methodik und IT-Tool in der Praxis zur Anwendung kommen sollen. So wird ein wichtiger Meilenstein für die Integration einer Resilienzbewertung als fester Bestandteil des Verkehrsinfrastrukturmanagements erreicht und der Grundstein für eine Überführung der theoretischen Konzepte aus der Forschung in die Praxis gelegt werden, sodass auch zukünftig Entscheidungen im Infrastrukturmanagement zur Aufrechterhaltung der Funktionalität der Straßen besser vorbereitet und Maßnahmen respektive Investitionen besser begründet werden können.