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Geotechnik in Brandenburg – Der sechsstreifige Ausbau der BAB A 115

The six-lane extension of the federal motorway A 115

Prof. Dr.-Ing. M. Schüßler, Hoppegarten

Die oberflächennahe Geologie Brandenburgs ist vorwiegend durch das Anstehen eiszeitlicher Sedimente geprägt. An der BAB A 115 sind die Untergrundverhältnisse naturräumlich den „Mittelbrandenburgischen Platten und Niederungen“ zuzuordnen. Das Gebiet vereint alle landschaftlichen Elemente Brandenburgs wie  Grundmoränenplatten, Endmoränen, Sander- und Talsandflächen sowie Niederungen. Insbesondere im Bereich der Niederungen stehen hier bis zu 12 m mächtige geringtragfähige und kompressible organische Böden an. Am Beispiel der Querung eines insgesamt ca. 1 km langen Niederungsgebietes und der Weiternutzung einer Brückengründung wird auf die Besonderheiten der Geotechnik in Brandenburg eingegangen.

Brandenburg’s near-surface geology is mainly characterized by the outcropping of ice-age glacial sediments. Beneath the German motorway A 115 the subsurface conditions can be assigned by their nature to the central geological plates and lowlands of Brandenburg, the so-called ”Mittelbrandenburgische Platten und Niederungen”. The area combines all of Brandenburg's landscape elements such as basic moraine plates, terminal moraines, sand and valley sand areas as well as lowlands. Especially in the area of the lowlands up to 12 m thick organic soils exist which are compressible and have low load-bearing capacities. Based on the example of crossing an approximately 1 km long lowland area and the continued usage of a bridge foundation, Brandenburg’s particular features of geotechnical engineering are explained.

 

 

Durchsickerung von Ersatzbaustoffen – Großmaßstäbliche Versuche und Modellierung

Seepage of substitute building materials – Large-scale tests and modelling

Dr.-Ing. C. Kellermann-Kinner, Bergisch Gladbach
Dr.-Ing. E. Birle, München

Ziel der Forschungsarbeiten zum Thema Durchsickerung von Straßenböschungen ist es, ausgewogene Beurteilungskriterien für einen umwelteffizienten und zugleich ökonomischen Einsatz von Ersatzbaustoffen und Bodenmaterial zu schaffen. Durch eine belastbare Datengrundlage zur Erfassung des Wasserhaushaltes des gesamten Bauwerkes können Instrumente entwickelt werden, um die Wirksamkeit der unterschiedlichen technischen Sicherungsmaßnahmen zu beurteilen. Zur Erreichung dieses Ziels verfolgt die Bundesanstalt für Straßenwesen verschiedene Projektansätze zum Thema Durchsickerung von Straßenböschungen. Jeder Projektansatz hat seine Stärken und Schwächen: Durch großmaßstäbliche Versuche können einerseits die realen Verhältnisse gut wiedergegeben werden, andererseits sind sie jedoch personalintensiv und langwierig. Schneller und preisgünstiger sind Modellrechnungen, deren Qualität aber stark von der Qualität der gewählten Parameter abhängt. Durch inverse Modellierung müssen die Eingabeparameter der Programme zur Modellrechnung an die Realität angepasst werden. Die realen Bedingungen werden am besten durch ein Pilotprojekt an einem realen Versuchsdamm wiedergegeben. Diese Versuche sind sehr aufwendig und kostenintensiv, aber zur Validierung der Modellrechnung und der großmaßstäblichen Versuche erforderlich. In dem Beitrag wird beschrieben, welche großmaßstäblichen Versuche durch die BASt durchgeführt wurden und wie sie von Anfang an durch Simulationsrechnungen begleitet wurden.

The aim of the research work on the topic of infiltration of road embankments is to create balanced assessment criteria for an environmentally efficient and at the same time economical use of substitute building materials and soil material. By means of a reliable data basis for recording the water balance of the entire structure, instruments can be developed to assess the effectiveness of the various technical safety measures. In order to achieve this goal, the Federal Highway Research Institute is pursuing various project approaches on the subject of infiltration of road embankments. Each project approach has its strengths and weaknesses: On the one hand, large-scale tests can reproduce the real conditions well, but on the other hand they are labour-intensive and time-consuming. Model calculations are faster and cheaper, but their  quality depends strongly on the quality of the selected parameters. By inverse modelling the input parameters of the programmes for model calculations have to be  adapted to reality. The real conditions are best reproduced by a pilot project on a real test dam. These experiments are very complex and cost-intensive, but are  necessary for the validation of the model calculation and the large-scale experiments. The article describes which large-scale tests were carried out by BASt and how they  were accompanied by simulation calculations from the beginning.

 

 

Risikomanagement in der kommunalen Überflutungsvorsorge, DWA-Merkblatt M-119 und Praxisbeispiele in der Anwendung

Risk management in the field of urban flood prevention, DWA guideline M-119 and field studies

Dr.-Ing. M. Siekmann, Bochum

Nach Durchführung eines Gelbdruckverfahrens im Rahmen der DWA-Regelwerksarbeit (DWA, Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V.) wurde im November 2016 das DWA-Merkblatt M-119 „Risikomanagement in der kommunalen Überflutungsvorsorge für Entwässerungssysteme bei Starkregen“ veröffentlicht. Das DWA-Merkblatt M-119 nutzt die Begriffe Gefährdungsanalyse, Schadenspotenzialanalyse und Risikoanalyse, um darauf aufbauend die Methodik eines Risikomanagements zu erläutern. Den Schwerpunkt des Merkblattes bildet die Beschreibung der Verfahren zur Gefährdungsanalyse. Die Kategorisierung der Starkregen erfolgt nach Bemessungsregen, seltenem und außergewöhnlichem Starkregen. Während die Anpassung der Siedlungsentwässerung an zunehmende Bemessungsregen durch den Abwasserbeseitigungspflichtigen selbst erfolgen muss, kann eine Anpassung an seltene und außergewöhnliche Starkregen nur als kommunale Gemeinschaftsaufgabe erfolgen. Dabei werden Straßen als Notabflusswege oder öffentliche Freiflächen zur Zwischenspeicherung von Wassermengen eingesetzt. Zu guter Letzt sind Objektschutzmaßnahmen auch durch die betroffene Bürgerschaft erforderlich, um die Folgen von Überflutungen nach außergewöhnlichen Starkregenereignissen zu begrenzen.

The new guideline DWA M-119 “Risk Management in the field of urban flood prevention for drainage“ was published in November 2016 after an expert participation procedure within the German Association for Water, Wastewater and Waste (DWA). The guideline DWA M-119 uses the terms threat analysis, damage potential analysis and risk analysis in order to explain the method of risk management. The guideline focuses on describing the procedure of threat analysis. Heavy rainfall events are categorized according to design rainfall, rare and extraordinary events. While the local structures in charge of urban drainage are also responsible for its adaptation to design rainfall with increasing intensities, the adaptation to rare and extraordinary events can only be managed as joint community task. In this sense, roads can be implemented as emergency stormwater drains and retention volume within open public areas used. Last but not least, the community in question has to implement measures to protect buildings and infrastructure in order to reduce the impact of extraordinary events.

Wiederverwendung von Böden und Baustoffen bei der BAB A 7

Recycling of Soils and Construction Materials on BAB A 7 site

Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. C. Lehners; M. Eng. M. Stoike, Lübeck

Im Rahmen eines Verfügbarkeitsmodells wurde die BAB A 7 zwischen der AS Neumünster-Nord und südlich AD Hamburg-Nordwest auf einer Länge von ca. 65 km grundhaft erneuert und auf 6 bzw. 8 Fahrstreifen ausgebaut. Die wesentlichen Arbeiten an der Strecke wurden Ende 2018 im vorgesehenen Zeitplan fertiggestellt. Das Verfügbarkeitsmodell umfasst den Bau, den Betrieb und die Unterhaltung über einen relativ langfristigen Zeitraum von 30 Jahren. Ausführendes Unternehmen des Bauvorhabens und Auftraggeber für die hier beschriebenen mMaßnahmen ist die ARGE A 7 Hamburg-Bordesholm, bestehend aus den Unternehmen Hochtief Infrastructure,Kemna Bau und Tesch Straßenbau. Ziel der dargestellten Untersuchungen war die Herstellung einer Verfestigung unter der Fahrbahn mit Wiederverwendung von Böden und Baustoffen. Die bauseitige Materialverarbeitung sollte soweit wie möglich unter Verwendung des Baumischverfahrens erfolgen. Aufgrund des geschuldeten Zwangs zur Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit der Problemlösungen mussten Ausführungskonzepte frühzeitig entworfen und Lösungsansätze so risikoarm wie möglich ausgearbeitet werden. Zunächst werden die Einflussfaktoren aufgeführt, die bei der Wiederverwendung von Böden und Baustoffen im Straßenbau im Zuge einer Optimierung der Bauleistung generell zu berücksichtigen sind: Qualität – Wirtschaftlichkeit – Bauablauf und Organisation – Umwelt- und Ressourcenschonung. Im Weiteren werden der Bauwerksbestand und die geplanten Fahrbahnaufbauten in Asphalt- und Betonbauweise als Grundlage der Überlegungen und der Konzeption für die Wiederverwendung der Böden und Baustoffe vorgestellt. Alle Faktoren bestimmen die Rahmenbedingungen für die Entwicklung einer mit gesicherter Qualität herstellbaren Verfestigung unterhalb der Fahrbahn, die sowohl für die Asphalt- als auch für die Betonbauweise anwendbar ist. Die notwendige Sicherheit für die wirtschaftliche und nachhaltige Erfüllung bei dem komplexen Zusammenspiel der Einflussparameter musste durch eine Testphase, bestehend aus Probefeldern und Erstprüfungen, gegeben werden. In den Probefeldern wurden die Materialgewinnung und -aufbereitung, mögliche Bauabläufe zur definierten Herstellung eines homogenen Baustoffgemisches und die Bindemittelzugabe sowie -einarbeitung in mehreren Variationen getestet. Das endgültige zu verfestigende Baustoffgemisch besteht aus zwei Zwischenprodukten der Materialgewinnung und -verarbeitung. In den Erstprüfungen wurden als Bindemittel vier Zementarten unterschiedlicher Druckfestigkeitsentwicklung eingesetzt. Im Ergebnis wird erkennbar, dass die verschiedenen Zementarten sehr unterschiedliche Ergebnisse hinsichtlich der Druckfestigkeit liefern. Für die Verfestigung unter dem Asphaltaufbau wird nach 28 Tagen eine Mindestduckfestigkeit von ≥ 7 N/mm² gefordert, die mit Bindemittelanteilen von 6 bis 9 MT erreicht werden kann. Für eine gebräuchliche Zementart wird die Proportionalität der notwendigen Bindemittelzugabe für die Verfestigung unter Betonaufbauten mit der Druckfestigkeit von ≥ 15 N/mm² abgeleitet. Die für eine frühzeitige Aussage nach 7 Tagen gemäß HVA B-StB(SH)-S (2015) in Schleswig-Holstein anwendbaren Mindestdruckfestigkeiten sind in der Baupraxis wegen der schnellen Qualitätsaussage hilfreich und haben sich bewährt. Sie müssen jedoch stets unter Berücksichtigung der Festigkeitsentwicklung der jeweiligen Zementsorte bewertet werden.

The Bundesautobahn A 7 motorway has been fundamentally refurbished and expanded to 6 respectively 8 lanes between the junction Neumünster-Nord and the motorway triangle Hamburg Nordwest with a length of 65 km in a so-called availability model. Construction works have been substantially completed by the end of 2018 within the scheduled time. The availability model comprises the construction, operation and maintenance for a relatively long time period of 30 years. Executing company of the construction project and client of the activities described hereafter is the joint venture A 7 Hamburg-Bordesholm, consisting of the companies Hochtief Infrastructure, Kemna Bau und Tesch Straßenbau. The aim of the investigations presented was the production of a solidification layer under the roadway by recycling soils as well as construction materials. The on-site treatment of materials should be executed as far as possible by the mixed-in-place method. Due to economic reasons and the sustainability of problem solutions, the construction concepts had to be designed at an early stage and approaches had to be elaborated with lowest risk as far as possible. Initially, the influencing factors to be generally considered for recycling of soils and materials when optimizing road construction activities are highlighted: quality – economics – sequence of works and organization – protection of environment and resources. Further on, the existing building structure and the planned motorway structure as asphalt or concrete construction are presented as a base for considerations and concepts regarding the recycling of soils and materials. All factors determine the frame conditions for the development of a solidification layer under the roadway with controlled quality, applicable for asphalt as well as for concrete construction. Taking into consideration the complicated interaction of influencing factors, the necessary safety for the economic and sustainable achievement must be given by a testing-phase, consisting of trial fields and preliminary laboratory tests. In the trial fields, the material extraction and on-site treatment, possible sequences of works for a defined production of homogenous material mixtures and addition as well as mixing of binder have been tested in several variations. The final material mix to be solidified consists of two intermediate products of material extraction and treatment. In laboratory tests, four cement types providing different developments regarding the compressive strength have been used as binders. The results prove different compressive strengths of the material mixes accordingly. The solidified layer under the asphalt construction must show a minimum compressive strength of 7 N/mm² after 28 days which can be achieved by the addition of between 6 and 9 mass-% of cement. The proportionality of binder addition to reach a compressive strength of minimum 15 N/mm², applicable under concrete constructions, is derived from the results. In Schleswig-Holstein, accordingto the handbook HVA B-StB(SH)-S (2015), special minimum compressive strengths can be applied after 7 days for preliminary and fast quality statements. These regulations have proved to be helpful in practical construction activities. However, they must be evaluated considering the development of compressive strength of the individual cement type.

Asset Management bietet Orientierungs- und Entscheidungshilfen für die Straßenbauverwaltungen

Einleitung zu neuer Beitragsserie

Dr.-Ing. Slawomir Heller

Das Asset Management hat sich in den letzten 15 bis 20 Jahren zu einer universellen Systematik entwickelt. Diese ist heute von großer Bedeutung für das Management der Infrastruktur. Die Verfahren des Asset Managements unterstützen die Manager von Infrastruktur bei der Suche nach den besten Antworten auf die wichtigsten Herausforderungen dieser Zeit und stellen ihnen dazu das nötige Instrumentarium bereit. Zu diesen Herausforderungen zählen die steigende Komplexität der Entscheidungsprozesse, begrenzte finanzielle Mittel, Mangel an qualifiziertem Personal sowie zahlreiche Risiken und Unsicherheiten, wie etwa Auswirkungen des Klimawandels oder die neuen Formen der Mobilität. Die Infrastruktur ist für die Mobilität der Gesellschaft und das Wachstum der Wirtschaft von elementarer Bedeutung. Die aktuelle Situation zeigt uns, dass wir eine resiliente Infrastruktur benötigen, die auch eine Krise wie die Ausbreitungdes neuartigen Corona-Virus verkraftet.Ein Hauptgrund für die rasante Verbreitung und Anwendung des Asset Managements ist auch das mittlerweile stark verbreitete Bewusstsein, dass dem extensiven Ausbau der Infrastruktur klare Grenzen gesetzt sind. Bei den Baubehörden und Straßenbauverwaltungen finden die Verfahren des Asset Managements weltweit eine immer stärkere Anwendung. Allerdings ist das Bewusstsein für ihre Bedeutung auf der Welt unterschiedlich ausgeprägt. Ein wichtiges Hindernis ist oft ein falsches Verständnis des Begriffs „Asset Management“. Viele verstehen darunter ein technisches Planungsverfahren zur Optimierung der Straßenerhaltung, wie z. B. das PMS (Pavement Management System) oder BMS (Bridge Management System). Sie übersehen dabei, dass sich inzwischen ein ganz neues Fachgebiet unter diesem Begriff gebildet hat. Im Jahr 2014 wurde sogar eine eigene internationale Norm ISO 55000 dazu veröffentlicht.Um das gesamte Instrumentarium des Asset Managements nutzen zu können, muss der Manager der Straßeninfrastruktur stets den Hauptunterschied zwischen dem Asset Management als Managementdisziplin einerseits und den Planungsverfahren andererseits vor Augen haben. Während sich die Planungsverfahren wie Pavement-Management-Systeme oder Bridge-Management-Systeme auf die jeweiligen Assets, d. h. auf die Fahrbahnbefestigung bzw. Bauwerke konzentrieren, liegt der Fokus des Asset Managements eindeutig auf der jeweiligen Organisation. Hier spielt in erster Linie der Kontext der Organisation eine Rolle. Dieser ist in der Regel einzigartig und lässt sich nicht verallgemeinern. Dabei handelt es sich um die relevanten Stakeholder mit ihren Zielsetzungen, die wichtigsten Beschränkungen und Randbedingungen, wie Gesetze und technische Regeln, sowie das verfügbare Personal und dessen Qualifikationen. Die technischen Planungsverfahren, wie z. B. das PMS, sind an diesen Kontext anzupassen.Straße und Autobahn startet mit dieser Ausgabe eine Beitragsserie, die dem Leser das Asset Management näherbringen und seinen Nutzen für das Management der Straßeninfrastruktur veranschaulichen soll. Es ist uns gelungen, national und international anerkannte Experten als Autoren für die Beiträge zu gewinnen. Alle Fachbeiträge, z. B. über den Life-Cycle-Ansatz, das Risikomanagement, Building Information Modelling oder Key Performance Indicators, haben einen gemeinsamen Nenner: Sie präsentieren die Fachinhalte aus der Managementperspektive und in voller Konformität mit den Prinzipien des Asset Managements gemäß der ISO 55000. Außerdem folgen sie den Empfehlungen, die der Ausschuss Asset Management des Weltstraßenverbands PIARC formuliert hat.Das Asset Management bietet den Straßenbauverwaltungen neue Orientierungs- und Entscheidungshilfen. Es führt die bereits vorhandenen Prozesse zusammen, nutzt etablierte Managementmethoden und bildet einen Rahmen für die kontinuierliche Weiterentwicklung der Organisation und ihrer Prozesse. Wir hoffen, dass dank der konsequenten und nachhaltigen Verbreitung des modernen Asset Managements seine Methodik Einzug in das Management der Straßeninfrastruktur findet und sich damit die Effizienz und Resilienz steigern lässt.

Grundlagen des Asset Management – Teil 1

Fundamentals of Asset Management, Part 1

Dr.-Ing. S. Heller, Darmstadt

Das Asset Management hat sich in den letzten 15 bis 20 Jahren zu einer modernen Disziplin entwickelt. Sie unterstützt Manager von Infrastruktur bei der Suche nach den besten Antworten auf die wichtigsten Herausforderungen dieser Zeit und stellt ihnen dazu das geeignete Instrumentarium bereit. Zu diesen Herausforderungen zählen die steigende Komplexität der Entscheidungsprozesse, begrenzte finanzielle Mittel, Mangel an qualifiziertem Personal sowie zahlreiche Risiken und Unsicherheiten. Die Entscheidungen der Manager werden dabei von der Öffentlichkeit verfolgt und politisch bewertet. Der Fachbeitrag präsentiert die Entwicklung der Disziplin Asset Management und die wichtigsten Normen. Zudem wird auf den fundamentalen Unterschied zwischen Asset Management als Managementdisziplin und den oft ebenfalls als Asset Management bezeichneten Planungsverfahren wie etwa PMS hingewiesen. Es wird deutlich gemacht, dass alle Tools und Verfahren des Asset Management stets mit dem organisatorischen Kontext konform sein müssen und die Ziele der Organisation optimieren sollen. Zudem werden die wichtigsten Begriffe des Asset Managements erläutert, u. a. das Asset-Management-System sowie die Asset-Management-Politik, -Strategie, der Asset-Management-Plan und die Entscheidungsebenen. Abschließend werden die Vorteile einer Zertifizierung erläutert.

Over the last 15 to 20 years, Asset Management has developed into a modern discipline. It supports infrastructure managers in their efforts to find the best answers to the main challenges of this time and provides them with the appropriate tools. These challenges include the increasing complexity of decision-making processes, limited financial resources, a lack of qualified personnel and numerous risks and uncertainties. Managers’ decisions are subject to public monitoring and political scrutiny. The article presents the emergence of the discipline of Asset Management and its key standards. It also points out the fundamental difference between Asset Management as a management discipline and the planning techniques which are often also referred to as Asset Management, such as PMS. It is clearly stated that all tools and procedures of Asset Management must always be in line with the organizational context and should optimize the goals of the organization. Furthermore, the most important terms of asset management are explained, including the asset management system, asset management policy, strategy, asset management plan and decision-making levels. Finally, the advantages of certification are outlined.