Herausforderungen beim Neubau der Leverkusener Rheinbrücke und dem Ausbau des AK Leverkusen West im Bereich der Altablagerung Dhünnaue
Challenges in the new construction of the Rhine Bridge Leverkusen and the expansion of the Leverkusen West junction in the area of the old Dhünnaue landfill
Prof. Dr. I. Obernosterer, Bornheim/Rheinland
Ab den 1920er-Jahren bis etwa 1965 wurden im Bereich des früheren Mündungsgebietes der Dhünn in den Rhein durch die Bayer AG und die Stadt Leverkusen weitflächige Aufschüttungen vorgenommen, bei denen u. a. auch Rückstände aus der chemischen Industrie und Hausmüll zur Ablagerung kamen. Sie dienten dem Hochwasserschutz und waren vom Bezirksausschuss Düsseldorf genehmigt. Der Bereich ist heute als Altablageru ng Dhünnaue bekannt. Mit zunehmenden Anforderungen an den Boden- und Gewässerschutz wurde die Altablagerung in den späten 1990er- und den 2000er-Jahren durch eine Oberflächenabdichtung sowie eine Sperrwand mit begleitenden hydraulischen Maßnahmen gesichert. In der ersten Hälfte der 1960er-Jahre wurde inmitten der Altablagerung die Autobahn A 1 errichtet, die hier später über das Kreuz Leverkusen-West an die A 59 in Richtung Düsseldorf angeschlossen wurde. Bedingt durch den aktuell stattfindenden Ausbau der A 1 wird seit 2017 wieder in mehreren Bereichen flächig und punktuell in die gesicherte Altablagerung eingegriffen. Die heterogene Zusammensetzung des Abfalls und das z. T. hohe Gefährdungspotenzial bedingen umfangreiche Maßnahmen zum Emissions- und Arbeitsschutz sowie zur fachgerechten Entsorgung der Abfälle. Aufgrund der nur eingeschränkten Tragfähigkeit der Abfallschüttungen sowie deren Betonaggressivität sind zudem gesonderte Maßnahmen für die Flach- und Tiefgründungen erforderlich. Innerhalb der Eingriffsbereiche sind die Dichtungssysteme nach Abschluss der Arbeiten wiederherzustellen, wobei die gleichen Anforderungen wie bei deren Errichtung in den 1990er- und den 2000er-Jahren gelten.
From the 1920s to around 1965, Bayer AG and the city of Leverkusen carried out large-scale embankments in the former estuary of the Dhünn into the Rhine, where, among other things, residues from the chemical industry and household waste were deposited. This “landfill” served as flood protection and was approved by the Düsseldorf district committee. The area is now known is the “old Dhünnaue landfill”. With increasing regulatory requirements on soil and water protection, the old landfill was secured in the late 1990s and 2000s by a surface seal and a barrier wall with accompanying hydraulic measures.In the first half of the 1960s, the A 1 motorway was built in the middle of the old landfill, which was later connected to the A 59 in the direction of Düsseldorf via the Leverkusen-West junction. Due to the current expansion of the A 1, since 2017 there has been extensive and selective intervention in the secured old landfill in several areas. The heterogeneous composition of the waste and the partly high hazard potential require extensive measures for emission and occupational safety, as well as for the professional disposal of the waste. Due to the limited load-bearing capacity of the waste heaps and their concrete aggressiveness, special measures are also required for the shallow and deep foundations. The sealing systems within the intervention areas will be restored with the same quality standards as when they were installed in the 1990s and 2000s.
doi.org/10.53184/STA10-2023-1
Geltungsbereich und Umsetzung der Ersatzbaustoffverordnung
Validity and implementation of the Substitute Construction Materials Ordinance (EBV)
Dr.-Ing. T. Merkel, Duisburg
Bei der Erzeugung und Verarbeitung von Metallen, bei der Erzeugung von Energie und bei anderen industriellen Prozessen einerseits sowie im Zuge von Bautätigkeiten andererseits entstehen in Deutschland jährlich rund 260 Mio. t industrielle Nebenprodukte und mineralische Bauabfälle. Bei der Bewertung dieser Sekundärbaustoffe ist eine Balance notwendig zwischen dem Boden- und Gewässerschutz und der Förderung der Kreislaufwirtschaft. Daher hat das Bundesumweltministerium die sog. Ersatzbaustoffverordnung (EBV) als bundeseinheitliche Bewertungsgrundlage erarbeitet. Diese Verordnung ist am 1. August 2023 in Kraft getreten. Durch die EBV werden die unterschiedlichen Regelungen in den einzelnen Bundesländern abgelöst, wodurch die Nutzung der in der Verordnung behandelten Baustoffe erleichtert werden soll. Zusätzlich bietet die Verordnung eine verbesserte Rechtssicherheit und -klarheit, was ebenfalls der Nutzung dieser Baustoffe zugutekommen soll. Seitens der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) wurden die Vorschriften der EBV in das Regelwerk der FGSV implementiert, um die Anwendung für den Bereich des Straßenbaus zu erleichtern und auf diesem Weg zu einer erfolgreichen Kreislaufwirtschaft beizutragen.
The production and processing of metals, the generation of energy and other industrial processes on the one hand, and construction activities on the other, generate around 260 million tonnes of industrial by-products and mineral construction waste in Germany every year. When assessing these secondary construction materials, a balance is needed between soil and water protection and the promotion of the circular economy. For this reason, the Federal Ministry for the Environment has developed the so-called Substitute Construction Materials Ordinance (EBV) as a nationally uniform basis for assessment. This ordinance came into force on 1st August 2023. The EBV replaces the different regulations in the individual federal states, which should facilitate the use of the construction materials covered by the ordinance. In addition, the ordinance offers improved legal certainty and clarity, which should also benefit the use of these construction materials. The Road and Transportation Research Association (FGSV) implemented the provisions of the EBV into the FGSV’s rules and regulations in order to facilitate their application for the road construction sector and, in this way, to contribute to a successful circular economy.
doi.org/10.53184/STA10-2023-2
Umweltrelevante Untersuchungen im Straßenbau
Environmentally relevant investigations in road construction
M. Schäfer, Hannover
Vor dem Hintergrund der Klimaziele, der Ressourcenschonung und der Nachhaltigkeit bedarf es im Verkehrswegebau eines Umdenkens beim Umgang mit Roh- und Baustoffen. Grundlage hierfür ist eine umfangreiche Beschaffung von Informationen zur Bewertung anfallender Ausbaustoffe. Diese können sich u. a. aus logistischen, bautechnischen, aber auch aus umweltrelevanten Kriterien zusammensetzen. Ziel ist es, unter dem Fokus der Wirtschaftlichkeit Ausbaustoffe wiederzuverwenden oder hochwertig zu verwerten, wenn möglich innerhalb der Baumaßnahme, um unnötige Transporte zu vermeiden. Die Beseitigung auf einer Deponie sollte die letzte Möglichkeit sein, wenn alle Alternativen ausgeschöpft wurden. Um diesem Ziel gerecht zu werden, bedarf es einer fachgerechten Probenahme sowie der anschließenden chemischen Analytik der Ausbaustoffe. Die Ergebnisse aus dieser umweltrelevanten Untersuchung bilden den Grundstein für ein Stoffstrommanagement, worunter man die umfassende Planung zur Lenkung der bei einer Baumaßnahme anfallenden Aus- und Einbaustoffe versteht. Hier setzt das Merkblatt für umweltrelevante Untersuchungen im Straßenbau (M URU) der FGSV an. Es führt den Leser durch die verschiedenen Planungsphasen bis zur Bauausführung und gibt Hinweise und Empfehlungen zum Untersuchungsumfang sowie zur Erstellung einer Untersuchungsstrategie. Des Weiteren werden Anforderungen an den Probenehmer, an die Probenahme sowie an den umwelttechnischen Bericht beschrieben.
Against the backdrop of climate targets, resource conservation and sustainability, traffic route construction requires a rethink of how raw and building materials are handled. The basis for this is a comprehensive procurement of information for the evaluation of the accruing building materials. These can be made up i.a. of logistical, constructional, but also environmentally relevant criteria. The aim is, with the focus on economic efficiency, to reuse development materials or to recycle them with high quality, if possible within the construction project, in order to avoid unnecessary transport. Landfill disposal should be the last resort when all alternatives have been exhausted. In order to reach the target, it requires professional sampling and subsequent chemical analysis of the materials. The results of this environmentally relevant analysis are the basis for material flow management, which is understood to mean comprehensive planning for the control of the removal and installation materials that occur during a construction project. This is where the leaflet for environmentally relevant investigations in road construction (M URU) from the FGSV comes into play. It guides the reader through the various planning phases through to construction and provides information and recommendations on the scope of the investigation and the draw up of an investigation strategy. Furthermore, requirements for the sampler, for sampling and for the environmental report are described.
doi.org/10.53184/STA10-2023-3
Wieviel BIM braucht das Erhaltungsmanagement von Straßen?
How much BIM does road maintenance management need?
Prof. Dr. R. Hajdin, CH-Zürich
Eine leistungsfähige und sichere Straßeninfrastruktur ist die Grundvoraussetzung für gesellschaftlichen Fortschritt: Sie ermöglicht Wirtschaftswachstum, Beschäftigung und Wohlstand und stellt damit das Rückgrat einer modernen Gesellschaft dar. Ein wachsamer Infrastrukturbetreiber kann die Szenarien, welche die Sicherheit und Leistungsfähigkeit der Straßeninfrastruktur gefährden könnten, rechtzeitig erkennen und Gegenmaßnahmen zur Abwendung dieser Szenarien planen und einleiten. Die Entscheidungsfindung zu diesen Maßnahmen ist die Hauptaufgabe des Erhaltungsmanagements, deren Qualität von Umfang und Qualität der verfügbaren Daten abhängig ist. Gleichzeitig sind die Methoden der Entscheidungsfindung durch die bewältigbare Datenmenge zu deren Anwendung bestimmt. Es wurde bereits in der zweiten Hälfte des vorigen Jahrhunderts erkannt, dass die Digitalisierung in Bezug auf die bewältigbare Datenmenge Abhilfe schaffen kann. Viele Infrastrukturbetreiber haben IT-Systeme entwickelt, vorerst die Datenbanken, in denen die Straßeninfrastruktur abgebildet wird, mit welcher wiederum die Überwachungsergebnisse sowie die durchgeführten Erhaltungsmaßnahmen verknüpft werden. Später kamen analytische Werkzeuge hinzu, die die Daten in der Datenbank nutzen, um Zustandsprognosen aufzustellen und aufgrund dieser Handlungsoptionen, d. h. Maßnahmenvorschläge, zu generieren. Die Datenbank und das analytische Werkzeug sind Bestandteile eines Erhaltungsmanagementsystems. Die gegenwärtigen Erhaltungsmanagementsysteme haben ihre Grenzen. Bedingt durch die eher rudimentäre Abbildung der realen Straßeninfrastruktur eignen sich die Ergebnisse der analytischen Werkzeuge nur zu einer groben Ermittlung der Erhaltungsmaßnahme. Die Erfassung einer realitätstreueren Abbildung der Straßeninfrastruktur und der damit verbundenen Überwachungsergebnisse und Daten zu ausgeführten Erhaltungsmaßnahmen ist sehr aufwendig, wenn die zugehörige Dateneingabe und -pflege weitgehend wie bis anhin manuell erfolgen. Durch die Digitalisierung, d. h. den Einsatz von Building Information Modeling (BIM) in der Projektierung und Ausführung von Straßeninfrastrukturprojekten, ändert sich diese Situation, da die detaillierte digitale Abbildung der Straßeninfrastruktur mindestens beim Neubau – wenn auch nicht in passender Form – vorhanden ist. Infrastrukturbetreiber sind nun gefordert, Anforderungen zu definieren, sodass eine Übernahme der Daten aus der Bauphase reibungslos erfolgt. Damit steht eine große Menge von Daten in höherer Qualität für das Erhaltungsmanagement zur Verfügung. Das Nutzenpotenzial eines BIM-basierten Erhaltungsmanagements, hier als EMS 2.0 bezeichnet, ist gegenwärtig kaum absehbar, aber gewisse Bereiche können identifiziert werden, in welchen das EMS 2.0 für die Betreiber und andere Beteiligte Effizienz- und Effektivitätsvorteile bringt. Neben der Visualisierung der Straßeninfrastruktur kann die Überwachung intuitiver erfolgen und die Befunde können präzise verortet werden. Diese Befunde können bei der Aufstellung von Prognosen, für welche in den letzten Jahrzehnten ausgefeilte, aber auch datenhungrige Modelle entwickelt wurden, genutzt werden. Das BIM(odell) bzw. die dreidimensionale Geometrie kann bspw. direkt in eine Finite-Elemente-Software importiert werden, um das Verhalten der Infrastrukturobjekte unter diversen Einwirkungen zu analysieren. Um dieses Nutzenpotenzial auszuschöpfen, müssen BIM(odelle) nicht nur für Infrastrukturobjekte erstellt werden, die neu gebaut oder bei denen Erhaltungsmaßnahmen durchgeführt wurden, sondern auch für bestehende Infrastrukturobjekte. Mit neuen Überwachungstechnologien, wie 3D-Laserscanning, Fotogrammmetrie, Ground Penetration Radar (GPR), Thermographie sowie Methoden der künstlichen Intelligenz (KI), ergeben sich vielversprechende neue Optionen zur effizienten Erstellung von BIM(odellen) der bestehenden Infrastrukturobjekte. Die Qualität dieser BIM(odelle) ist derzeit nicht immer zufriedenstellend und muss zum Teil noch manuell bearbeitet werden, wobei sich dies mit der Zeit ändern wird. Gegenwärtig wird im Bereich der Überwachungstechnologie und der künstlichen Intelligenz intensiv geforscht und es ist zu erwarten, dass zeitnah weitere Fortschritte erzielt werden. Schließlich sind auch organisatorische Maßnahmen notwendig, um das Nutzenpotenzial von EMS 2.0 auszuschöpfen. Insbesondere müssen die Infrastrukturbetreiber die Datenherrschaft übernehmen sowie die Datenflüsse aktiv steuern.
An performant and safe road infrastructure is the prerequisite for social progress: it enables economic growth, employment and well-being and thus represents the backbone of a modern society. A vigilant road infrastructure manager needs to identify the scenarios that could endanger the safety and performance of the road infrastructure in timely manner in order to plan and launch countermeasures to prevent these scenarios. Decision-making on these measures is the main task of maintenance management, the quality of which depends on the extent and quality of the available data. At the same time, the methods of decision-making are determined by the amount of data that can be collected and processed with a reasonable effort. It was recognised already in the second half of last century that digitalisation can provide a remedy in terms of the amount of data that can be collected and processed. Many infrastructure managers have developed IT systems at that time, firstly the databases in which the road nfrastructure is represented. To this digital representation the monitoring data and the data on performed maintenance measures are linked. Later, analytical tools were added, which use the data in the databases to forecast condition of infrastructure objects and generate intervention options, i. e. proposed measures, on the basis of these forecasts. The database and the analytical tool are components of a maintenance management system. The current maintenance management systems have their limitations. Due to the rather rudimentary representation of the real road infrastructure, the results of the analytical tools are only suitable for a rough determination of the maintenance measure. The more realistic representation of the road infrastructure together with the associated monitoring data and the data on performed maintenance measures is very time-consuming if the corresponding data collection and data maintenance is carried out manually, as has been the case up to now. Digitalisation, i. e. the use of Building Information Modeling (BIM) in the planning and execution of road infrastructure projects, is changing this situation as the detailed digital representation of the road infrastructure is available at least for the newly constructed infrastructure objects - even if not in a suitable form. Infrastructure managers are now required to define requirements so that a smooth transfer of data from the construction phase can take place. This means that a large amount of data of higher quality is available for maintenance management. The potential benefits of BIM-based maintenance management, referred to here as EMS 2.0, are currently hard to predict, but certain areas can be identified where EMS 2.0 will bring efficiency and effectiveness benefits for operators and other stakeholders. In addition to the visualisation of road infrastructure, monitoring can be more intuitive and findings can be precisely located. These findings can be used in making forecasts, for which sophisticated but data-hungry models have been developed in recent decades. The BIM(odel) or the three-dimensional geometry can, for example, be imported directly into finite element software to analyse the behaviour of the infrastructure objects under various actions. In order to exploit this potential, BIM(odels) must be created not only for infrastructure objects that have been newly built or for which maintenance measures have been performed, but also for existing infrastructure objects. New sensing technologies, such as 3D laser scanning, photogrammetry, ground penetration radar (GPR), thermography and artificial intelligence (AI) methods, offer promising new options for efficiently creating BIM(odels) of existing infrastructure objects. The quality of these BIM(odels) is currently not always satisfactory and in some cases still has to be processed manually, although this will change over time. Currently, intensive research is being carried out in the field of sensing technology and artificial intelligence and it is expected that further progress will be made in the near future. Finally, organisational measures are also necessary to exploit the potential benefits of EMS 2.0. In particular, infrastructure operators must take over data governance as well as actively manage data flows.
doi.org/10.53184/STA10-2023-4
Erhaltungsprognosetool für Ingenieurbauwerke EPING als Hilfsmittel für kommunale Baulastträger
EPING – Infrastructure Asset Management System as an helpful tool for municipal Infrastructure authorities
Dipl. Ing. (FH) J. Zwerger, Erfurt
Ingenieurbauwerke wie vor allem Brückenbauwerke bilden schon seit jeher einen wesentlichen Bestandteil der kommunalen Verkehrsinfrastruktur und waren oft Grundlage und Ausgangspunkt der Stadtentwicklung. Nicht selten sind sie Wahrzeichen und touristischer Anziehungspunkt der Kommunen. Angesichts der Entwicklung des Verkehrsaufkommens bilden sie häufig den leistungsbestimmenden Bestandteil der Verkehrsinfrastruktur und verkörpern ein immenses Anlagevermögen. Eine der wesentlichen Aufgaben der kommunalen Baulastträger besteht daher in der Erhaltung dieser Ingenieurbauwerke. Die Aufrechterhaltung der Stand- und Verkehrssicherheit der Bauwerke bei immer höher werdenden Ansprüchen an die Verfügbarkeit und einer möglichst geringen Belastung der ohnehin klammen kommunalen Haushalte stellt eine große Herausforderung dar. Hierzu bedarf es neuer, intelligenter Managementwerkzeuge. Das Prognoseverfahren EPING ist ein solches neues Werkzeug. Es ermöglicht eine vollumfängliche Berücksichtigung der Lebenszykluskosten bei der Erhaltungsbedarfsprognose für Ingenieurbauwerke. Die Erhaltungsbedarfsprognose beginnt mit der Ermittlung des aktuellen Anlagevermögens der Ingenieurbauwerke, wie sie im Rahmen der Bilanzierung bei doppischer Haushaltsführung benötigt wird. Im Weiteren führt sie über die Ressourcenplanung (Baumittel, Planungsmittel, Personalbedarf) hin zur Prognose der künftigen Hauptkennwerte der Bauwerksentwicklung (Zustandsentwicklung, Tragfähigkeitsentwicklung, Anlagevermögen). Mit der Bereitstellung aller Berechnungsergebnisse für den gesamten Prognosezeitraum werden die Baulastträger in die Lage versetzt, ihre Investitionsentscheidungen und Personalbedarfsplanungen den Erfordernissen anzupassen.
Engineering structures, especially bridges, have always been an essential part of the municipal transport infrastructure and have often been the basis and starting point for urban development. Frequently, they are landmarks and tourist attractions of the respective region. Considering the increase in traffic volumes, they often form the performance-determining component of the traffic infrastructure and embody an immense fixed asset. One of the main tasks of the municipal authorities is therefore to maintain these engineering structures. Maintaining the stability and traffic safety of these structures while meeting ever-increasing demands for availability and keeping the burden on already tight municipal budgets as low as possible is a major challenge. This requires new and intelligent management tools. The EPING forecasting method is such an innovative tool. It enables the full consideration of life cycle costs when predicting the maintenance requirements for civil engineering structures. The specific forecast begins with determining the current asset value of the civil engineering structures, as required in the context of accounting for double-entry budgeting. It then leads to resource planning (construction and planning budgets, staffing needs) and to the forecast of the future key indicators of structural development (development of condition, development of load-bearing capacity, fixed assets). By providing all calculation results for the entire forecast period, infrastructure authorities can adapt their investment decisions and personnel planning to meet the requirements.
doi.org/10.53184/STA10-2023-5