Innovat on 2013/14 - STRABAG Sverige AB
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Innovat on 2013/14 - STRABAG Sverige AB
Research, Development Innovation 2013/14 Der STRABAG Konzern auf einen Blick Research, Development, Innovation 2013 / 14 The STRABAG Group at a glance STRABAG SE ist ein europäischer Technologiekonzern für Baudienstleistungen, führend in Innovation und Kapitalstärke. Unser Angebot umfasst sämtliche Bereiche der Bauindustrie und deckt die gesamte Bauwertschöpfungskette ab. Dabei schaffen wir Mehrwert für unsere Auftraggeberschaft, indem unsere spezialisierten Unternehmenseinheiten die unterschiedlichen Leistungen integrieren und Verantwortung dafür übernehmen: Wir bringen Menschen, Baumaterialien und Maschinen zur richtigen Zeit an den richtigen Ort und realisieren dadurch auch komplexeste Bauvorhaben – termin- und qualitätsgerecht und zum besten Preis. Durch das Engagement unserer mehr als 73.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter erwirtschaften wir so jährlich eine Leistung von etwa € 14 Mrd. Dabei erweitert ein dichtes Netz aus zahlreichen Tochtergesellschaften in vielen europäischen Ländern und zunehmend auf anderen Kontinenten unser Einsatzgebiet weit über Österreichs und Deutschlands Grenzen hinaus. Weitere Infos auch unter www.strabag.com STRABAG SE is a European-based technology group for construction services, a leader in innovation and financial strength. Our services span all areas of the construction industry and cover the entire construction value chain. We create added value for our clients by our specialized entities integrating the most diverse services and assuming responsibility for them. We bring together people, materials and machinery at the right place and at the right time in order to realise even the most complex construction projects – on schedule, of the highest quality and at the best price. The hard work and dedication of our more than 73,000 employees allows us to generate an annual output volume of about € 14 billion. At the same time, a dense network of numerous subsidiaries in many European countries and, increasingly, on other continents is helping to expand our area of operation far beyond the borders of Austria and Germany. Please find further information at www.strabag.com Zusammenarbeiten für die Wettbewerbsfähigkeit von morgen Collaboration for mastering a competitive tomorrow Sehr geehrte Damen und Herren, sehr geehrte Kunden, Partner, Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des STRABAG Konzerns, Dear Ladies and Gentlemen, dear Clients, dear Partners and STRABAG employees, Anfang des Jahres überraschte die Meldung, dass der Suchmaschinenbetreiber Google die kleine, 170-Mitarbeiter starke Firma nest für 3,2 Mrd. Euro gekauft hatte. nest entwickelt internetfähige Heim-Thermostate. Vor wenigen Wochen dann der nächste Streich: Apple kündigte im Zuge der Aktualisierung ihres mobilen Betriebssystems auf iOS8 die Softwareplattform HomeKit (Abb. 1) an, mit der zahlreiche Funktionen der Gebäudeautomation, wie Licht- und Thermostateinstellungen oder Schließanlagen gesteuert werden können. Mit iOS8 können unterschiedliche Geräte verschiedener Hersteller über ein einziges Protokoll geregelt werden. at the beginning of 2014, the search engine giant Google surprised us with the news to have acquired “nest”, a company that develops thermostats operated via internet for 3.2 bEUR. And, a few weeks ago, the next coup: While announcing their new mobile operating system iOS8, Apple also introduced their software platform HomeKit (Fig. 1), which can control various home automation functions such as light and thermostat settings or even locking and securing your home. With iOS8 various appliances from different manufacturers can be run on only one protocol. Was hat das Internet (der Dinge) mit Bau zu tun? Diese Beispiele zeigen, dass Maschinen zunehmend über das Internet miteinander kommunizieren und dem Menschen immer mehr Entscheidungen abnehmen können. Seitdem mehr Maschinen als Menschen via Internet miteinander kommunizieren spricht man vom Internet der Dinge, dem sogenannten Internet of Things (IoT). Die umfassende Vernetzung von Daten, Informationen, Geräten und damit auch von Orten, Handels- und Finanzwegen und Kulturen wird als Konnektivität bezeichnet. Integrieren erhält demnach in Zeiten der Digitalisierung eine neue Bedeutung. Verband man Vernetzung früher mit dem Verbinden durch Straßen oder analoge Kommunikation, so rückt die digitale Vernetzung heute nicht nur Menschen über Kontinente näher zusammen, sondern verschränkt auch Branchen miteinander, wie es vor nicht allzu langer Zeit nicht für möglich gehalten worden wäre. So ermöglichten erst Entwicklungen der What does the Internet (of Things) have to do with construction? These examples clearly indicate that devices are increasingly communicating with each other and are able to more and more able to make decisions for humans. Ever since more devices are communicating which each other via the internet than with humans, one speaks of the “Internet of Things” or IoT. The extensive network of data, information and devices, not to mention locations, trade and finance channels, and culture has been coined as connectivity. As a result, integration has acquired a new meaning in the digital world. Until a few years ago one associated a network to the linking of streets or analog communication. Today the digital network not only brings people across continents closer together, but also intertwines branches with each other in ways, which were not even imaginable too long ago. It was the development of information and communication technology that enabled new mobility concepts: Vehicles, infrastructure and environment exchange information and link up to mutually benefit each other. Properties and conditions, whether about the safety condition of bridges or black-ice road conditions (Fig. 2), could practically be recognized with IoT autonomously and could send all relevant information directly to the driver or issue maintenance services. The really new aspect is not the sensor-based online communication of the status quo – but the predictive information that can be generated using powerful algorithms from the abundance of available cloud data, such as intelligent travel time calculation due to anticipated traffic volume or regulating the heating system depending on the weather forecast and preferred individual STRABAG Konzernbroschüre Research, Development & Innovation Vorwort: vorgesehene Abbildungen Abb. 1: iOS8-fähige Softwareplattform HomeKit zur Steuerung der Gebäudeautomation / Fig. 1: iOS8-compatible software platform HomeKit able to control home automation functions Research, Development, Innovation 2013 / 14 2I3 Vorwort / Introduction Research, Development, Innovation 2013 / 14 4I5 Vorwort / Introduction Abb. 2: Intelligenter Fahrbahnbelag warnt vor gefahrenvollen Zuständen / Fig. 2: Smart roads alerting drivers about black-ice conditions (http://techcrash.net/2013the-year-of-the-intelligentroads-in-the-netherlands ) Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) neue Mobilitätskonzepte: Fahrzeuge, Infrastruktur und Umwelt tauschen Informationen aus und vernetzen sich somit zum gegenseitigen Nutzen: Eigenschaften und Zustände, seien es Gebrauchszustände von Brücken oder die eisbedingte Rutschgefahr auf dem Fahrbahnbelag (Abb. 2) können inzwischen mittels dem IoT quasi autark erkannt werden und entsprechende Mitteilungen an Autofahrer oder Wartungsdienste auslösen. Das entscheidend Neue ist hierbei nicht die sensor-basierte online-Mitteilung des status quo, sondern die prädiktive Information, die sich mittels leistungsfähiger Auswertealgorithmen aus der Fülle der in der cloud verfügbaren Daten generieren lassen. Z. B. eine intelligente Fahrzeitenberechnung aufgrund voraussichtlicher Verkehrsaufkommen oder die Regulierung der Heizungsanlage je nach Witterungsaussicht und Behaglichkeitsanspruch. Mit diesen Entwicklungen betritt die mächtige Industrie der IKT nun auch das Gebiet der Gebäudeautomation und Verkehrsinformationssysteme. Es ergeben sich neue Betätigungsfelder, die sicher das Attribut baunah verdienen und auf denen auch Bau(general)unternehmen aktiver sein könnten. Als ich darüber las, dachte ich mir noch, dass wir auf solche Entwicklungen achten müssen, damit unser Geschäft nicht irgendwann auf den bloßen Rohbau reduziert wird. Die möglichen Auswirkungen des immer schnelleren Wandels, dem wir infolge dieser Digitalisierung der Gesellschaft ausgesetzt sind, werden in zahlreichen Arbeiten und Medien intensiv diskutiert. Eine immer wiederkehrende Botschaft dabei lautet: Politik, Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft müssen auf neue Weise konstruktiv miteinander kooperieren. Übertragen auf unsere Geschäftstätigkeit kann man sagen: Für die Wertschöpfung von morgen müssen wir die Formen der Zusammenarbeit bereits heute diesem Wandel anpassen. Abb. Intelligente Strasse Erfolgsfaktor Kooperation – Bedingung für Innovation Kooperation war schon immer das Mittel der Wahl bei der erfolgreichen Bewältigung komplexer Aufgaben. Besonders wenn diese für einzelne Personen weder überschaubar noch deren weiterer Verlauf abzuschätzen ist. Dies ist besonders in der Bauwirtschaft bei der Individualität der Aufträge und Anzahl der verschiedenen Akteure im Planungs- und Erstellungsprozess der Fall. Wollen wir solche komplexen Situationen kontrollieren, müssen wir uns iterativ, kontinuierlich über rückmeldende Mechanismen an die neuen Gegebenheiten anpassen. Die Bedingung hierfür: das regelnde System muss mindestens so komplex sein, wie das zu regelnde. Das heißt, wir müssen auch unsere Arbeitsweisen wie auch Organisationsformen kybernetisch darauf ausrichten und systemisch arbeiten. Kurz: Ein gemeinsames Problemverständnis bildet die Grundlage für eine geteilte Lösungsperspektive. Kooperation ist seit jeher ein Erfolgsfaktor für Innovation. Technologiebedingt hat sich die Geschwindigkeit der Veränderungen im Umfeld erhöht – wir müssen damit umgehen können. Neue Konzernstrategie – fünf Prioritäten, ein Grundgedanke Es ist davon auszugehen, dass die nicht zu versiegen scheinende Innovationskraft der Informationstechnologen sämtliche industrie- und damit produktionsbezogene Prozesse maßgeblich verändern wird. Die augenblickliche und weltweite Kommunikation stellt Informationen an jedem Ort und zu jeder Zeit bereit. Interaktive Arbeitsweisen mit hochgradiger Visualisierung komplexer Prozesse sind standortortunabhängig und eine allgegenwärtige Sensorik verknüpft die reale physikalisch-technische Gegenwart mit der virtuellen Darstellung – zum Nutzen der Kunden, Hersteller, Betreiber und Anwender; und wenn gewünscht wird der gesamte Lebenszyklus der betrachteten technischen Produkte simuliert. Diese Entwicklungen eröffnen auch Möglichkeiten für neue Geschäftsmodelle. Als Technologieunternehmen für Baudienstleistungen, das die gesamte Wertschöpfungskette Bau abbildet, müssen wir uns diesen Aufgaben stellen. Daher haben wir im Vorstandskreis die Konzernstrategie überarbeitet: Fünf strategische Prioritäten (s. Kasten) sollen uns alle dabei leiten, den vielschichtigen Anforderungen vor allem seitens der Kundschaft aber auch Politik und Gesellschaft gerecht zu werden. Für die Umsetzung dieser Prioritäten wollen wir auch gute Ideen sowie die Innovationskraft*) unserer Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter wirksamer für die Wettbewerbsfähigkeit des Konzerns einsetzen. Die Voraussetzungen, dieses Potenzial systematisch in Gang zu bringen, wollen wir verbessern (Abb. 3). comfort settings. With these cutting edge developments, the powerful industry of ICT has now stepped onto the playing field of building automation and traffic information systems. This opens up new fields of activity, which clearly can be considered attractive for a construction company. When I read about it, I thought to myself that we have to keep our eyes on such developments so that our business – at some point – does not boil down to just shell construction. The possible effects of an ever more rapid change, to which we are all subject to as a result of the digitalization of society, are extensively discussed in numerous studies and media. A recurring message here is: Politics, society, science and industry must constructively cooperate with each other in new ways. When applied to our business activities, we can say: For the added-value of tomorrow we need to establish the approaches of cooperation today in order to be able to adapt to this change. Success factor cooperation – A stipulation for innovation Cooperation has always been the best choice for successfully accomplishing complex tasks. Especially when these are neither fully comprehensible to nor their further development can be foreseen by individuals. This is especially the case in the construction industry, which can be seen by the individuality of its work orders and the large number of players involved in the planning and construction process. Hence, if we want to control such complex situations, then we need to iteratively and continuously adjust through feedback mechanisms to the new circumstances. The precondition for this: The controlling system must be at least as complex as what needs to be regulated. In other words: we have to cybernetically align our ways of working as well as our organizations and work systemically. In a nutshell: a common understanding of a problem is the base for a shared solution perspective. Cooperation has always been a success factor for innovation. Due to technology, the pace of change has increased in our surroundings and we must be able to handle it. TEAMS WORK. Weil die Kultur der Zusammenarbeit den Wettbewerb der Zukunft entscheiden wird. *) unter Innovation verstehe ich eine für unser Unternehmen Nutzen bringende neue Idee oder Technologie *) innovation for me is a new idea or technology adding value to our organisation Die Innovationsleistung hängt dabei besonders davon ab, inwieweit wir alle im Konzern in der Lage sind, uns wirksam zu vernetzen: intern, um Redundanzen zu vermeiden und Synergien zu fördern. Extern, damit im Rahmen nationaler und internationaler Partnerschaften mit führenden Unternehmen – gerne auch Mitbewerbern – Forschungsinstitutionen, Hochschulen und politischen Organen technische und gesellschaftliche wettbewerbsrelevante Entwicklungen rechtzeitig erkannt und entsprechende Lösungen gegebenenfalls gemeinsam entwickelt werden können. New corporate strategy – five priorities, one basic idea One can assume that the innovative vigor of information technologists will significantly change all industry and thus productionrelated processes. The immediate and global communication provides information anywhere and at any time. Interactive ways of working using a high degree of visualization of complex processes are mobile. A ubiquitous sensory network connects the actual physical-technical world with its virtual representation – for the benefit of customers, manufacturers, operators and users And if desired, the entire life cycle of the considered technical products is simulated. These developments also create opportunities for new business models. As a technology provider for construction, which covers the entire value chain of construction, we have to be able to face these challenges. Therefore we, the Executive Board, have revised the Group's strategy: Five strategic priorities (see box) should guide us all through the multilayered requirements to meet the demands of not only our customers, but those driven by politics and society as well. To implement these priorities, we also want to make use of our employees’ best ideas as well as of their innovation capacity*) to strengthen the competitiveness of our organization. Hence, we want to improve the innovation eco-system to systematically get this potential rolling (Fig. 3). TEAMS WORK. The culture of how we work together, will determine our competitiveness in the future. The innovation performance depends particularly on the Group’s ability to effectively link up people: Internally, in order to avoid redundancies and to promote synergies. Externally, and therefore in line with national and international partnerships with leading companies – also competitors – research institutions, universities and political authorities to recognize in due time technical and societal developments so that appropriate joint competitive solutions can be developed when necessary. This essential feature of innovative organizations leads me now to the main theme of our corporate strategy: TEAMS WORK. I am convinced that our way of collaborating internally will become a pivotal competitive element. And for us, as a European technology provider for construction services, this applies more so than ever. Cooperation in the STRABAG Group One of our main tasks as a general contractor has always been to integrate different technologies Research, Development, Innovation 2013 / 14 Abb. HomeKit Abb. 3: Was bedarf es, innovativ zu sein? Treibende Kräfte, Merkmale und Bedingungen innovativer Organisationen / Fig. 3: What is needed to be innovative? Drivers, features and conditions of innovative organisations Wir sind auf einem guten Weg Entscheidend für unseren Erfolg ist jedoch die Weiterentwicklung unserer Kernkompetenzen, beispielsweise in der Welt der Baustoffe. Diese werden täglich in den zahlreichen konzerneigenen Labors unter hohen Qualitätsansprüchen verbessert; sei es die Optimierung bestehender Materialien (Griffigkeitsprognose bei Asphalt, S. 24) oder die Entwicklung neuartiger Materialien (Robuster Polypropylen-Faserbeton, S. 26). Unsere Experten aus dem konstruktiven Ingenieurbau wiederum entwickeln Lösungen, damit Bauwerke in Erdbebengebieten auch unter wirtschaftlichem Druck sicher sind (Seismische Bemessung von Stützbauwerken, S. 52, Erdbeben- Environment Trends to improve cooperation within the Group above and beyond teamconcept. The phenomenon of “social media” shows how new business models can emerge from the seemingly limitless exchange of data and information. And this is certainly not limited to social trivialities. The effectiveness of creative cooperation, for example, can be seen on the internet platform TED – Ideas worth spreading (www.ted.com). TED emerged 20 years ago from a convention in California, as a platform that gathers scientists, artists, thinkers, business leaders, and many more to present solutions for a better world and to link up the knowledge of their respective disciplines. Since 2006, the lectures have been available on the internet and have inspired millions of people with its exciting passing on of knowledge. As a company, we also need to integrate these new ways of communication into our formalized work structures, in order to deliver our diversified knowledge quickly and effectively to other locations within our Group. A first step in this direction was taken with the communication platform connect (p. 110) which was introduced in the spring of this year. With connect the people in our organization are able to easily share their tasks and problem-solving skills across and beyond organizational structures for the benefit of the Group. We are on the right track The key to our success is the development of our core competencies, for example in the world Drivers Macroeconomics Welcome diversity Endorsed by company leaders Enable serendipity Space for creativity Incentives Innovation Eco-System Lessons learned - also from errors (hard) Innovation Work Innovation Process Identify business opportunities Company analysis Understanding the Client Leave comfort zone information Skilling staff Innovation Competence Get staff excited about innovation Technology Radar It is people who innovate Public bodies Colleagues Universities Innovation Networks Competitors Idea / knowledge Management Controlling Innovation Tools & Methods Design Thinking Open Innovation Connecting people Zentrale Technik I Forschung I Entwicklung Innovation Ed. Züblin AG Albstadtweg 3 70567 Stuttgart Deutschland www.zueblin.de für TPA Gesellschaft Qualitätssicherung und Innovation STRABAG AG Polgarstraße 30 A-1220 Wien Österreich www.strabag.com STRABAG AG Stiftsgasse 1 A-2521 Trumau Österreich www.strabag.com Zentrale Technik Forschung I Entwicklung I Innovation Ed. Züblin AG Albstadtwe ZENTRALE g3 TECHNIK70567 Stuttgart Deutschlan d www.zuebli n.de Umschlag_FuE_2012.indd 1 Business Model Development BPM Bau Prozess Management GmbH STRABAG AG Ungargasse 64-66/4/2 A-1030 Wien Österreich www.strabag.com TPA Gesellscha ft für Qualitätssicherung und Innovation STRABAG GmbH AG Polgarstraß e 30 1220 Wien Österreich www.straba g.com ation Innov NG | INNOVATION FORSCHUNG | ENTWICKLUENT | INNOVATION RESEARCH | DEVELOPM 2011 / 2012 BMTI Baumasch inentechni Internation k al GmbH STRABAG AG Siegburger Str. 241 50679 Köln Deutschlan d www.straba g.com Projekte / Projects 0 0 0 000 0 0 0 0 FORSCHUNG RESEARCH / ENTWICKLUNG / DEVELOPME NT GmbH Uhr tional 05.06.2012 14:21:09 nik InternaStr. 241 entech BMTI urger aschin Siegb AG, Baum chland BAG STRA Köln, Deuts g.com 50679 straba GmbH www. zetrum ltungs Verwa Str. 241 n- und BRVZ urger Reche Siegb AG, Bau-, chland BAG STRA Köln, Deuts g.com 50679 tion GmbH straba und Innova www. herung ätssic 30 für Qualit straße TPA schaft Polgar AG, Gesell eich BAG Österr STRA Wien, g.com 1220 straba www. tion ik Innova le Techn klung, 3 Entwic Zentra dtweg ung, Albsta Forsch AG, chland art, Deuts Ed. Züblin Stuttg in.de 70567 zuebl www. INNOVATION Projekte / ZENTRAL TECHNIKE Umschlag_FuE_2 013_FINAL.indd 1 Suppliers Projects 12 2013 14.06.2013 Research organisations Company Segment Forces BMTI ik Baumaschinentechn International GmbH Rese N 2012 / 13 Technology Funds Market Forces ent elopm , Dev 13/14 arch INNOVATIO Knowledge How do megatrends impact business? Communicate Trend Radar FORSCHUNG RESEARCH / ENTWICKLUNG / DEVELOPME NT data Empower staff . RD+I . 2011 / 2012 Stamina Powered by management | INNOVATION Zusammenarbeit im STRABAG Konzern Eine unserer wesentlichen Aufgaben als Generalunternehmerin bestand schon immer im Integrieren verschiedener Technologien und Methoden zu einem größeren Ganzen. Obwohl wir dadurch mit nahezu allen am Bau Beteiligten zu tun haben, kann nicht immer von einer optimalen Zusammenarbeit gesprochen werden: Wir erkennen, dass Misserfolge auch auf nicht ausreichende Kooperation zurückzuführen sind. Bereits vor Jahren hat der Konzern daher das Partnerschaftsmodell teamconcept entwickelt. Dessen Zweck: Projekte gemeinsam von Auftraggeber- und Auftragnehmerseite zu optimieren. Mit einem sogenannten front-loaded design wird bereits in der frühen Projektphase der durchgängige Bauprozess angestrebt, damit Reibungsverluste und die Gesamtkosten minimiert werden. teamconcept überträgt quasi den Gedanken der Zusammenarbeit auf Vertragsmodelle mit unserer Kundschaft, bietet maximale Transparenz, einen straffen Organisationsablauf und die Möglichkeit, auf Risiken und Konfliktpotenziale prompt und bedarfsgerecht reagieren zu können. Die Erfolge aus wirtschaftlicher Sicht sowie die Zufriedenheit der Kunden bestätigen die eingeschlagene Richtung – dennoch verbessern wir unser teamconcept stetig weiter. Baustellenprozesse systematisch zu verbessern ist unser besonderes Anliegen. Eine konzerneigene LEAN-Akademie trägt dazu bei, dass die Herstell- und Bauprozesse effizient ablaufen können (S. 42). Damit auch die Maschinenzuverlässigkeit gewährleistet ist, werden LEAN-Prinzipien und Werkzeuge kontinuierlich für die Bauaufgaben weiterentwickelt. Davon ausgehend, dass eine der wesentlichen Voraussetzungen für die Innovationsfähigkeit einer Organisation darin liegt, dass Menschen motiviert und gerne miteinander arbeiten, wollen wir über teamconcept hinaus die Möglichkeiten zur Verbesserung der Zusammenarbeit innerhalb des Konzerns weiterentwickeln. Das Phänomen „social media“ zeigt, wie aus dem scheinbar grenzenlos möglichen Austausch von Daten und Informationen neue Geschäftsmodelle entstehen können. Und dieser ist wahrlich nicht nur auf soziale Belanglosigkeiten beschränkt. Die Wirksamkeit kreativer Kooperation zeigt z. B. die Internetplattform TED – Ideas worth spreading (www.ted.com). Hervorgegangen vor 20 Jahren aus einem Zukunftskongress in Kalifornien, versammelt die Plattform Wissenschaftler, Künstler, Denker, Wirtschaftslenker und viele andere, um Lösungen für eine bessere Welt vorzustellen und das Wissen der jeweiligen Disziplinen miteinander zu verknüpfen. Seit 2006 sind die Vorträge im Internet abrufbar und inspirieren Millionen von Menschen mit spannend vermitteltem Wissen. Als Unternehmen müssen auch wir diese neuen Möglichkeiten der Kommunikation in unsere formalisierten Arbeitsstrukturen integrieren, um unser breitgestreutes Wissen schnell und wirksam an anderen Konzernorten Nutzen bringend einzusetzen. Ein erster Schritt in diese Richtung wurde mit der Kommunikationsplattform connect (S. 110) im Frühjahr dieses Jahres verwirklicht. Mit connect sollen sich die Menschen im Konzern auf einfache Weise über ihre Aufgaben austauschen können, um über Standorte und Organisationsstrukturen hinweg ihre Lösungskompetenzen zum Nutzen des Konzerns zu steigern. and methods to a larger whole. Although we have to deal with practically all parties involved in construction, we cannot always speak of an optimal cooperation. We have come to recognize that failures are also due to inadequate cooperation. Therefore, several years ago the Group developed the partnership model teamconcept. Its purpose: to optimize projects between client and contractor. Based on a so-called front-loaded design, an integrated building process is pursued from the early stage of the project with the target to minimize frictional losses and the total cost. teamconcept essentially transfers the idea of working together onto contract models with our clients, providing maximum transparency, streamlining organizational procedures and the possibility to promptly respond to risks and potential conflicts as needed. The economic success as well as the satisfaction of our customers, confirms the direction we have chosen – nonetheless we are constantly improving our teamconcept. Particular focus is given to systematically improve the processes on the construction sites. An in-house LEAN academy has proven to be highly useful for streamlining our on-site production and construction processes (p. 42). In order to secure machine reliability, LEAN principles and tools are continuously adjusted for construction works. Assuming that one of the essential prerequisites for the innovative aptitude of an organization is that people are motivated and enjoy working together, we would like to further develop ways FORSCHUNG | ENTWICKLUNG Mit diesem wesentlichen Merkmal innovativer Organisationen komme ich zum Leitmotiv unserer neuen Konzernstrategie: TEAMS WORK. Ich bin davon überzeugt, dass die Art und Weise unserer Zusammenarbeit wettbewerbsentscheidend sein wird. Und für uns als europäischen Technologiekonzern für Baudienstleistungen wird das stärker denn je gelten. 6I7 Vorwort / Introduction 10:17:53 Uhr 20 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Research, Development, Innovation 2013 / 14 stütze, S. 62) oder damit Tragkonstruktionen mit einem höheren Vorfertigungsgrad die Bauzeit verringern und die Qualität erhöhen (Holzbalken-Beton-Verbunddecke, S. 58). Wir entwickeln Verfahren, um Bauherrn das energetische Verhalten und die daraus resultierenden Luftwechsel von Doppelfassaden nachvollziehbar und plausibel darlegen zu können (CFD-Tool Gebäudehülle, S. 66). Auch dem „digitalen Bauen“ widmen wir etliche Ressourcen. Mit dem vom BMWi geförderten Projekt SmartSite (S. 90) sollen alle relevanten Daten aus Baumaschinen und aus der Bauprozessüberwachung mit BIM-Planungsdaten auf einer Plattform zusammengeführt werden, um die Abläufe im Straßenbau zum Vorteil der Kundschaft zu verbessern. Das EU-geförderte Projekt eeEmbedded greift das Thema dieses Vorwortes auf: Wie muss eine offene, BIMbasierte Planungs- und Simulationsplattform aussehen, damit energieeffiziente Stadtquartiere ganzheitlich geplant werden können (S. 88)? Fünf strategische Prioritäten 1 Diversifiziert bleiben 2 Kapitalkraft erhalten 3 Risiko- und Chancenmanagement stärken 4 Flexibilität zeigen 5 Nachhaltigkeit bieten An dieser Stelle kann ich nur einige Arbeiten aus unserem breitgefächerten Entwicklungsspektrum nennen. Daher möchte ich Sie einladen, sich etwas Zeit für die getroffene Auswahl unserer vielfältigen und interessanten Projekte im letzten Berichtsjahr zu nehmen. Zumal diese jährlich aufgelegte Konzernbroschüre Forschung, Entwicklung, Innovation in ihrem nun achten Jahrgang im neuen Corporate Design erscheint und damit das Bekenntnis zur konzernweiten Zusammenarbeit unterstreicht und den einheitlichem Markenauftritt unterstützt. Abschließend möchte ich all unseren Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern für ihren Beitrag danken – und Sie zum Dialog mit Kundinnen und Kunden, Kolleginnen und Kollegen ermutigen, um auch zukünftig wettbewerbsfähig zu sein. Dr. Peter Krammer Mitglied des Vorstandes / Member of the Management Board STRABAG SE Wien, im Juli 2014 Inhalt / Content of building materials. These are being improved daily in numerous laboratories within the Group under high quality standards, whether it is the optimization of existing materials (Prognosis of skid resistance for asphalt, p. 24) or developing new materials (Robust polypropylene fiberreinforced concrete, p. 26). Our design experts, in turn, develop solutions to ensure that buildings are safe in earthquake zones even if under economic pressure (Seismic design of retaining structures, p. 52, the earthquake-column, p. 62) or that supporting structures have a higher degree of prefabrication which in the end reduces construction time and increases the quality (Hybrid floor system of wood and prefabricated concrete slab, p. 58). We are developing procedures to illustrate in a comprehensible and plausible way to the client the energetic behavior and the resulting air volume change rate of double facades (CFD tool building envelop, p. 66). We also devote quite a bit of attention and thus resources to “digital construction”. In SmartSite (p. 90) for example, a project funded by the Federal Ministry of Economic Affairs and Energy, all relevant data from construction machinery and construction process monitoring shall be reconciled with BIM design data on a platform to improve processes in road construction for the benefit of the customer. The EU-funded project eeEmbedded takes up this introduction’s theme: How should an open, BIM-based planning and simulation platform look, so that energy-efficient neighborhoods can be holistically planned (p. 88)? Baustofftechnologie / Construction Material Technologies 12 Beton für elektrostatisch ableitfähige Bodenplatten Concrete for electrostatic conductible floor slabs 14 Bestimmung der reaktiven Oberfläche von Gesteinskörnungen bezüglich Alkali-Aggregat-Reaktionen Determining the responsive surfaces of composites in regard to alkali-aggregate reactions 16 Wirksamkeit und Reaktivität von Hüttensand als Betonzusatzstoff Effectiveness and reactivity of blast furnace slag as concrete additive 18 Einfluss von Sand auf die Druckfestigkeit in hydraulisch gebundenen Tragschichten Influence of sand on the compressive strength of hydraulically bound sub-bases 20 Beurteilung der Frostbeständigkeit von Gesteinskörnungen – Einfluss bituminöser Bindung Assessing the frost resistance of aggregates – the impact of bituminous binders 22 Frostsicherheit von Recyclingmaterial – Evaluierung von Schnellversuchen Frost susceptibility of recycling material – evaluation of rapid tests 24 Griffigkeitsprognose für Asphaltmischgut – Einfluss der Textur Prognosis of skid resistance for asphalt 26 Entwicklung eines robusten Polypropylen-Faserbetons für Tunnelbauprojekte Development of a robust polypropylene fibre concrete for tunnel construction projects 30 Konzept zur Qualitätssicherung beim Einbau von Faserbetonen am Bauvorhaben Bühltunnel Quality-assurance-concept for casting fibre concrete at the Bühltunnel project 34 Pumpbarkeit hochfester Betone Pumpability of high performance concretes 36 Hochstandfeste Asphaltdeckschicht DAsphalt® D HS High stable asphalt wearing course mix DAsphalt® D HS 38 Maximale Zugabemenge von Asphaltgranulat im Asphaltmischgut – Maximalrecycling Maximum added amount of asphalt granulat in asphalt mixtures – Maximalrecycling Five strategic priorities 1 Staying diversified 2 Maintaining financial strength 3 Strengthening risk and opportunity management 4 Showing flexibility 5 Offering sustainability At this point I can only mention a few activities from our broad spectrum of development projects. Therefore, I would like to invite you to peruse this selection of our diverse and interesting projects, which we accomplished in the past year. Particularly, as this annual publication of the Group brochure Research, Development & Innovation, now in its eighth year, will appear with a new corporate design and thus emphasizes the commitment to a Group-wide cooperation and supports our unifying branding. Finally, I would like to thank all our members of staff for their contribution – and would also like to encourage you to keep in touch with customers and colleagues and inspire them to stay competitive in the future. Baubetrieb / Construction Process Management 40 Fertiger-Terminal: Automatisierte Erfassung der IST-Situation beim Asphalteinbau Finisher-Terminal: Automated recording of the during situation in asphalt paving 42 LEAN Construction Asphalt Methode in Polen erfolgreich etabliert LEAN Construction asphalt method successfully implemented in Poland 44 RFID-Technologie im Bauwesen RFID-Technology in construction 46 Personaleinsatzplanung am Beispiel des Wiener Hauptbahnhofs Staff planning – example of Vienna Central Station Grund-, Tief- und Tunnelbau / Geotechnical Engineering and Tunnelling 48 Prestressed Reinforced Soil (PRSi) – Experimental background Vorgespannte Bewehrte Erde – Experimenteller Hintergrund 52 Seismische Bemessung von Stützbauwerken Seismic design of retaining structures 54 Dynamische Berechnung von Anpralllasten Dynamic analysis of impact loads 56 Neues in der Absenktunnel-Technik News in the field of immersed tunnel engineering 8I9 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Konstruktionen / Structural Engineering Inhalt / Content 94 3D-Planungstool für Lärmschutzwände – Phase 2 3D-design tool for noise barriers – Phase 2 98 Beschaffungsprozessoptimierung – Konzeptentwicklung mittels modellorientierter Arbeitsweisen Optimising procurement process – Concept development via a model based working approach 58 Entwicklung einer Holzbalken-Beton-Verbund-Decke unter Verwendung einer Stahlbeton Fertigteilplatte Development of a high-performance hybrid floor system composed of timber and a prefabricated concrete slab 100 62 Die Züblin-Erdbebenstütze – eine Lösung für duktile Stahlbetonstrukturen Züblin-Earthquake Column – a solution for ductile reinforced-concrete-structures Informationssystem zum Strukturmonitoring und Erhaltungsmanagement von Brücken – IB-ISEB An information management system for structural monitoring and maintenance of bridges 102 64 Zonenbewehrte Wände Zone-reinforced walls Monitoring des realen Grades der Ermüdungsschädigung in Betonstrukturen – MOSES Monitoring the actual degree of fatigue of concrete structures – MOSES 106 Produktkatalog Umweltrisiken DGNB/LEED/BNB Product catalogue environmental risks DGNB/LEED/BNB 108 Planung der Planung: web-basiertes Planmanagement Web-based design management software 110 Bauen mit unser aller Wissen – Erfolgsfaktor Zusammenarbeit Building using all our knowledge – Collaboration as a success factor Gebäude und Bauphysik / Buildings and Buildings Physics 66 Energetische Bemessung von Doppelfassaden: CFD-Tool Gebäudehülle Energy design of double facades: CFD-Tool building envelope 68 Bestimmung und Bewertung der Schalllängsleitungskenngrößen von Fassadenelementen Determination and evaluation of longitudinal sound transfer through building surface constructions 70 Testbetrieb des Hochdrucklüftungssystems – HDLS Test run of the high-pressure ventilation system Verkehrswegebau / Transport Infrastructure 72 Prozesssicherer automatisierter Straßenbau – PAST: Status quo und Ausblick Process reliable automated road construction – PAST: Status quo and outlook 74 Abdichtungssysteme der STRABAG und ihre Anwendungsmöglichkeiten Sealing systems of STRABAG and their application possibilities 76 In situ Validierung der innovativen Asphalttragschicht – DAsphalt® 22 TS In situ validation of the innovative asphalt base course – DAsphalt® 22 TS 78 Instandhaltung lässt sich verbessern – ZOEAB+ For a better maintenance – ZOEAB+ 0 0 000 0 0 0 0 10 I 11 Energie, Umwelt und Nachhaltigkeit / Energy, Environment and Sustainability 112 Z-Box – eMobile Ladestation aus Holz Z-Box – eMobile timber charging station 116 Das BRYGHUS-Projekt: Umsetzung bauherrenspezifischer Nachhaltigkeitsziele auf der Baustelle in Kopenhagen BRYGHUS Copenhagen: The implementation of client-specific sustainability objectives at a construction site 120 Energiewirtschaft in der Region Stuttgart Energy economy of the Stuttgart region Organisation und Netzwerke / Organisation and Networks 122 Wissenstransfer zwischen Gilbane und Züblin Knowledge transfer between Gilbane and Züblin Verzeichnis / Index 0 Werkzeuge und Software / Tools and Software 124 80 Einsatz von Flugrobotern im Vermessungswesen Application of unmanned aerial vehicles (UAV) for surveying works FuE+I Projekte 2013 RD+I projects 2013 130 84 Easy-OBU: Ein einfacher Ansatz um Satelliten-Signalausfälle zu überbrücken Easy-OBU: A simple approach to cover satellite malfunctions Hochschul-Abschlussarbeiten 2013 / 2014 University / college Theses 2013 / 2014 134 86 Smart Construction Site – erste Anwendung Smart Construction Site – first application Ansprechpartner Contact persons 136 88 Ein kollaboratives ganzheitliches Planungslabor für energieeffiziente und in die Umgebung integrierte Bauwerke − eeEmbedded A collaborative holistic design laboratory for energy-efficient embedded buildings − eeEmbedded Impressum Masthead 90 Intelligente und autonome Umgebungen, Maschinen und Prozesse zur Realisierung von cleveren Straßenbauprojekten – SmartSite Intelligent and autonomous environments, machinery and processes to realise smart road construction projects – SmartSite 92 Modellbasierte und durchgängige Projektbearbeitung im Spezialtiefbau Model-based and holistic project work in ground engineering Research, Development, Innovation 2013 / 14 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Messgerät zur Bestimmung der elektrostatischen Ableitfähigkeit / Measuring instrument for determining the electrostatic conductivitiy Beton für elektrostatisch ableitfähige Bodenplatten Concrete for electrostatic conductible floor slabs Due to health and safety issues, many industrial properties face challenging requirements for the electrostatic conductivity of floor surfaces. A main reason is the avoidance of sparks, which can appear due to an electrical discharge and in turn ignite explosive substances. Special conductive floor coatings are used to meet the requirements of these types of industrial floor areas. These coatings, however, are associated with more effort and costs and require more maintenance due to mechanical loads. This study proposes an alternative approach. In the elaborated approach of this paper carbon fibres are used to warrant electrical conductivity of the concrete slabs. It is concluded that the usage of carbon fibres has the potential of being more effective and efficient during the construction and operation phase. Aufgestreute Kohlenstofffasern vor dem Glätten / Dispersed carbon fibers before the process of smoothing Hintergrund In vielen industriellen Anwendungsbereichen sind für die endgültigen Oberflächen Kriterien bezüglich deren elektrostatischer Ableitfähigkeit zu erfüllen. Hintergrund dafür sind hauptsächlich Maßnahmen des Arbeitsschutzes. Ein wichtiger Aspekt ist die Vermeidung von Funkenflug infolge der elektrischen Entladung und einer damit verbundenen Zündung explosionsfähiger Stoffe. Dies betrifft neben explosiven Stoffen, wie zum Beispiel Wasserstoff, auch Lager- und Produktionsräume für feine, staubförmige Produkte wie Mehl, Puderzucker und ähnlichem. Zur Einhaltung der Anforderungen werden oft spezielle leitfähige Bodenbeschichtungen ausgeführt, die aber zusätzliche Arbeitsgänge und damit verbundene Materialkosten verursachen. Zudem sind insbesondere bei mechanischen Belastungen diese Bodenbeschichtungen regelmäßig zu warten. Ziel des Projektes Ableitfähige Bodenplatten aus Beton ist es, Alternativen zu ableitbaren Beschichtungen zu entwickeln und auf ihre Anwendbarkeit zu testen. Dabei wird im hier beschriebenen Verfahren versucht, der obersten Betonschicht eine definierte hohe Ableitfähigkeit zu verleihen, ohne eine zusätzliche Schicht aufzubringen, sodass der Beton die endgültige Nutzschicht darstellt. Dies spart zum einen zusätzliche Arbeiten und bringt auf der anderen Seite den Vorteil, dass die robuste Betonoberfläche mit ihrem hohen mechanischen Widerstand die Nutzschicht bleibt. Stand der Arbeiten Die Grundidee die Betonoberfläche gezielt leitfähig zu gestalten, ließ sich mit dem Bauvorhaben DESY FLASH II in der Praxis erproben. Die Idee besteht darin, dem Beton zum Glättvorgang gezielt Kohlenstofffasern im Oberflächenbereich zuzugeben und mit Einarbeiten zu lassen, wie es beim Einarbeiten von Hartstoff zur Erlangung des mechanischen Widerstandes der Klasse XM3 auch geschieht. Kohlenstofffasern sind exzellente elektrische Leiter und sollten dann in entsprechender Verteilung in der Oberfläche den gewünschten Effekt hervorrufen. Zudem kann dadurch aufgrund der hohen Zugfestigkeit von Kohlestofffasern eine mechanische Verfestigung gegen Rissbildung in der Oberfläche als Nebeneffekt realisiert werden. Für die Einstreuung von Kohlenstofffasern wurden 70 g Fasern pro m² Fläche mit einer Länge von 160 µm und einem Durchmesser von sieben µm verwendet. Diese weisen einen elektrischen Widerstand von nur 15 µΩm auf. Die Fasern wurden vor dem Glätten des Betons per Hand gleichmäßig auf der Oberfläche verteilt. Das Aufstreuen der Fasern erfolgt unmittelbar vor dem geplanten Glätten der Betonoberfläche. Durch den Glättvorgang werden die Kohlenstofffasern in den oberflächennahen Bereich des Betons eingearbeitet und verteilt. Die anschließend folgende Nachbehandlung muss nicht angepasst werden und kann wie gewohnt erfolgen. Für die Funktionalität der elektrosta- 12 I 13 tisch ableitfähigen Betonfläche müssen die Fasern relativ gleichmäßig verteilt sein. Trotzdem kam es bei der hier gezeigten Anwendung zu lokalen dunklen Verfärbungen des Betonbodens, die jedoch nicht die Funktionalität beeinträchtigen. Eine Messung der Ableitfähigkeit von sechs Wochen nach Betonage zeigte über die gesamte Fläche sehr geringe Widerstände auf, die deutlich unterhalb der Anforderung liegen und somit eine sehr gute elektrostatische Ableitfähigkeit gewährleisten. Ausblick Im weiteren Verlauf muss sich nun zeigen, ob die geringen Widerstände der Bodenplatte auch im Nutzungszustand nachgewiesen werden können, da die Umgebungsbedingungen deutlich andere sein werden, als zum Zeitpunkt der ersten Messung. Gerade die Klimatisierung wird einen erheblichen Einfluss auf die Betonfeuchtigkeit haben. Die wiederum hat einen erheblichen Einfluss auf die Ableitfähigkeit. Im Anschluss daran werden mögliche Optimierungen auch in Bezug auf das optische Erscheinungsbild eruiert. Einarbeiten der Kohlestofffasern beim Glättvorgang / Incorporation of carbon fibers during the smoothing process Optisches Erscheinungsbild der Betonoberfläche nach Fertigstellung / Visual appearance of the concrete surface after completion Ableitfähige Bodenplatten aus Beton Ziel / Nutzen • Leitfähigkeit ohne Beschichtung Mögliche Anwendung • Bodenplatten, Estriche Förderung intern Projektkoordination Dr. Marcus Walz Projektlaufzeit seit März 2013 Unternehmenseinheit ZB TPA 04: Betontechnologie International (BTI) Projektleitung / Bearbeitung Roland Thiel Patente, Publikationen geplant AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 Baustofftechnologie / Construction Material Technologies Typische Mikro-Risse (ausgehend im Korn) einer Alkali-Aggregat-Reaktion / Typical micro-cracks (initiated in the aggregate) caused by Alkali-aggregate reaction Feldspat mit Verwitterungs (Ton-) minerale / Feldspar with weathering (clay-) minerals Ergebnisse Als Ursache für die Alkali-Aggregat-Reaktivität spielen unter anderem die Feldspäte (Orthoklas, Plagioklas) eine entscheidende Rolle. Diese Feldspäte sind verwitterungsanfällig und zersetzen sich gemäß der Formel: 1000 µm Feldspat von CO2 und H2O (Orthoklas) Silikat Tonmineral { 2 KAlSi3O8 + 2H+ + 2 HCO3- + H2O Al2Si2O5(OH)4 + 2K+ + 2 HCO3- + 4 SiO2 { Bestimmung der reaktiven Oberfläche von Gesteinskörnungen bezüglich Alkali-Aggregat-Reaktionen gen, wurden die Probekörper einer intensiven Zufuhr verschiedener Alkalien, Feuchtigkeitsgehälter sowie Temperaturen ausgesetzt. Ziel dieser Simulierung war es, die unterschiedlichen Reaktionsabläufe bei unterschiedlicher Alkalizufuhr zu erfassen sowie die Geschwindigkeit der Reaktionsabläufe durch die Gelbildung mittels Dünnschliffmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie zu bewerten. Die Charakterisierung der Gesteinskörnungen erfolgte mineralogisch, petrographisch und chemisch. Zusätzlich wurden die Ladungsdichten der einzelnen Gesteinsmaterialien gemessen sowie der lösliche SiO2-Gehalt der Aggregate bestimmt. lösliche Ionen Silikat in Lösung/ feste Partikel Determining the responsive surfaces of composites in regard to alkali-aggregate reactions Riss und Luftpore gefüllt mit Kieselgel a) linear polarisiertes Licht b) ultraviolettes Licht / Cracks and air void filled with gel a) plane polarised light b) ultraviolet light Up to this point it has been identified that the type of alkali has a significant influence on the alkali-aggregate reaction. However the influences of feldspar on this issue have not been fully discovered. Given this background the aim of this project is to verify the influence that feldspar particularly its weathering products have on the alkali-aggregate reaction. This will allow precise statements to be made regarding the reactiveness of the aggregates and will support the improvement of the existing test method in future. Chalcedon), ein hoher Alkalieintrag (Zement, Zusatzstoffe) sowie ausreichend Feuchtigkeit als Ursache für die Alkali-Kieselsäure-Reaktion angesehen. Im Laufe der Zeit wurde erkannt, dass alle silikathaltigen Gesteine (unter anderem Granite, Diabase, Basalte) als potenzielle Reaktionspartner in Frage kommen. Die Überprüfung, ob eine potentielle Alkali-AggregatReaktivität vorhanden ist, erfolgt in Österreich durch die Beurteilungen von Langzeiterfahrungswerten und durch Dehnungsmessungen an Probekörpern (gemäß ÖNORM B 3100). Hintergrund Alkali-Aggregat-Reaktionen verursachen Risse mit einer möglichen Ausscheidung von einem Gel. Das wiederum führt zur Gefügeauflockerung und daher zur Qualitätsminderung des Betons. Bisher wurden kryptokristalline Kieselsäure (Flint, Ziel und Methodik Zur Bewertung der in Österreich angewendeten Prüfmethode wurden unterschiedliche Gesteinskörnungen sowie bekannt bedenkliche und unbedenkliche Materialien untersucht und verglichen. Nach den erfolgten Dehnungsmessun- Die durchgeführten Versuche zeigen, dass die Art der verfügbaren Alkalie genauso einen starken Einfluss auf die Rissbildung, wie die petrographischen Komponenten und die Anwesenheit von Feuchtigkeit und Temperatur hat. Es konnte festgestellt werden, dass Kalium einen wesentlich stärkeren Einfluss auf die Rissbildung an Mörtelprismen als Natrium hat. Kalium weist einen größeren Atomradius (231pm) als Natrium (186pm) auf, weshalb davon ausgegan- 14 I 15 gen werden kann, dass Kalium weniger stark in das Porengefüge des Mörtels eindringt. Die Erklärung für den größeren Einfluss von Kalium auf die Rissbildung liegt darin, dass sich an Natrium, bedingt durch eine höhere Ladungsdichte beziehungsweise Elektronegativität, im hydratisierten Zustand mehr Wassermoleküle als bei Kalium anlagern. Diese Hydrathülle bewirkt, dass Kalium leichter porengängig ist und somit auch die Rissbildung vermehrt begünstigt. Ausblick Ob Zuschlagstoffe eine potentielle Reaktivität besitzen oder nicht, kann somit durch die Art des Feldspates (Orthoklas / Mikroklin – Albit und Anorthit) und deren Verwitterungsgrad ermittelt werden. Dies wäre auch die Erklärung dafür, dass ein Gestein aus dem gleichen Vorkommen über Jahrzehnte in verschiedenen Bauwerken keine Risse zeigt, es dann aber doch an einem Bauwerk mit starker (innerer) wirksamer Kaliumzufuhr zur Alkali-Aggregat-Reaktivität kommen kann. Alkali-Kieselsäure-Reaktivität – Zuschläge Ziel / Nutzen • Schadensvermeidung an Betondecken und anderen Betonbauwerken • neue Prüfmethode zur Beurteilung der Alkali-Aggregat-Reaktivität von Gesteinskörnungen • besseres Verständnis der Reaktionsabläufen in der Mikrostruktur des Baustoffes Zeitpunkt der schädigenden Gelbildung Mögliche Anwendung • Beurteilung einer potenziellen Alkali-Aggregat-Reaktivitäts-Gefährdung konzernverwendeter Splitte • Kombination der bestehenden Prüfungsmethode mit der neu entwickelten Methode, um eine eindeutige Aussagen treffen zu können • Maßnahmen zur Verhinderung / Reduzierung der schädigenden Kieselgelbildung Förderung intern Partner Höhere technische Bundeslehr- und Versuchsanstalt (HTL) Villach Projektlaufzeit seit Januar 2013 Unternehmenseinheit ZB TPA 04: AT/Adria Projektleitung Walter Strasser Bearbeitung Brigitte Pestitschek AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 Baustofftechnologie / Construction Material Technologies Unhydratisierter Hüttensandfeinanteil unter dem Raster-Elektronen-Mikroskop (REM) / Unhydrated fine portion of granulated blast furnace slag under the scanning electron microscope (SEM) Festigkeitsentwicklung bei Substitution von 70 % Zement L durch Hüttensandmehl S / Structural strength developement of a 70% substitution between cement L divided by furnace slag S Festigkeitsentwicklung 80 Wirksamkeit und Reaktivität von Hüttensand als Betonzusatzstoff 80 Druckfestigkeit Prisma [N/mm²] 70 60 50 L-0,7S-CF 0 20 K-0,0 10 K-0,0 K-0,0 0 0 7 14 K-0,0 21 28 K-0,7S Prüfalter [d] K-0,7S K-0,7S 35 42 K-0,7S-CF K-0,7S-CF 49 56 K-0,7S-AH K-0,7S-AHCF K-0,0 K-0,7S K-0,7S-CF K-0,7S-AH K-0,7S K-0,7S-CF K-0,7S-AH K-0,7S-AHCF K-0,7S-CF K-0,7S-AH K-0,7S-AHCF 7 14 Druckfestigkeit Prisma [N/mm²] Druckfestigkeit Prisma [N/mm²] Druckfestigkeit Prisma [N/mm²] Druckfestigkeit Prisma [N/mm²] Druckfestigkeit Prisma [N/mm²] Festigkeitsentwicklung 60 50 Festigkeitsentwicklung Hintergrund 40 In den letzten jahren hat der ökologische Fußab80 Festigkeitsentwicklung druck Karriere gemacht. Das hat dazu geführt, 30 70 dass die Herstellung von Zement näher be- 80 Festigkeitsentwicklung leuchtet wird und zwar über die technologische 20 80 L-0,0 70 60 und wirtschaftliche Optimierung hinaus. Bei der Festigkeitsentwicklung 10 Herstellung wird sehr80viel Primärenergie benö- 60 L-0,0 L-0,7S 70 Festigkeitsentwicklung 50 tigt und durch den derzeitigen Strommix ent80 0 L-0,0 L-0,7S 70 L-0,7S-CF 60 Potenzial liegt in 50 sprechend viel CO2 freigesetzt. 40 0 7 14 21 28 35 42 49 56 der Zugabe von Zuatzstoffen, die den Zement 70 L-0,0 L-0,7S Prüfalter [d] L-0,7S-CF L-0,7S-AH 60 50 zu einem bestimmten Teil ersetzen. Im Schwer- 40 30 L-0,0 L-0,7S L-0,7S-CF L-0,7S-AH punkt des60Forschungsund EntwicklungsproL-0,7S-AHCF 50 40 30 20 jektes „Wirksamkeit von Zusatzstoffen“ lag zuL-0,7S L-0,7S-CF L-0,7S-AH L-0,7S-AHCF 50 Substitution nächst die durch 40 des Zementes 30 20 10 Flugasche. Im weiteren Verlauf führten neue PaL-0,7S-CF L-0,7S-AH L-0,7S-AHCF 40 30 rameter zu einem Wechsel des 20 Substitutions- 10 Hüttensand als Betonzusatzstoff 0 L-0,7S-AH L-0,7S-AHCF materials, sodass 2013 die Wirksamkeit und 0 7 14 21 28 35 42 49 56 30 20 10 untersucht 0 Reaktivität von Hüttensandmehl Prüfalter Ziel / Nutzen •[d]technologische und wirtschaftliche Optimierung von Beton L-0,7S-AHCF 0 7 14 21 28 35 42 49 56 wurde. Dabei nur der Einfluss auf die • Reduktion des Zementanteils und damit der CO2-Emmissionen 20 spielt nicht 10 0 Prüfalter [d] Festigkeitsentwicklung eine Rolle, sondern im0 7 14 21 28 35 42 49 56 merL-0,0 häufiger besonders im Ausland 10 auch die • Betone mit Prüfalter > 28 d 0 Prüfalter [d] Mögliche Anwendung geforderten Nachweise 0für eine7 hohe 14 Dauer- 21 28 35 42 49 56 L-0,7S Prüfalter [d] haftigkeit. 0 Förderung intern Druckfestigkeit Prisma [N/mm²] Festigkeitsentwicklung bei Substitution von 70 % Zement K durch Hüttensandmehl S / Structural strength developement of a 70% substitution between cement K divided by furnace slag S As of today, it is not possible to use granulated blast furnace slag (GGBS) as an additive for concrete in Germany, because it is not covered by any standards. For the concrete mix, however, GGBS is economically and ecologically of great importance when it is used as a cement substitute. Nonetheless, there is still a gap in the current literature which allows for the accurate performance assessment of GGBS. With the use of extensive laboratory experiments, this study aims to provide values which enable the tuning of the respective GGBS to the corresponding cement. This will be achieved with the development of a new screening test. Um einen ersten Eindruck über die Wirkungsmechanismen zu bekommen, wurden im Rahmen dieses Projektes Mörtelversuche durchgeführt. Für die Versuchsmischungen werden zwei Hüttensande mit jeweils zwei Zementen in unterschiedlichen Verhältnissen kombiniert, wobei zusätzlich eine Sulfatzugabe (Anhydrit CaSO4 ) und die Wirkung von Calciumformiat (Ca(HCOO)2 als Abbindebeschleuniger für zementgebundene Baustoffe mit untersucht wird. Anhand der Versuchsergebnisse zeigt sich deutlich, dass die Bewertung des Hüttensandmehls von der Wahl des Zementes beeinflusst wird und somit nicht allein produktspezifisch für Hüttensandmehl ist. Die Sulfatzugabe und die Beimischung von Calciumformiat haben deutliche Effekte, die mit der bisher durchgeführten Versuchsreihe nicht systematisch bewertet werden können. Hinzu kommt, dass Herkunft und Herstellungsbedingungen die Wirksamkeit des Hüttensandmehls beeinflussen und deshalb bei der Bewertung festgehalten werden müssen. Ausblick Es ist ein Screeningtest zu entwickeln, der einL-0,0 bestimmtes, am Markt befindliches Hüttensandmehl in Kombination mit den im konkreten L-0,7S Projekt verfügbaren Zementen bewertet und L-0,7S-CF Möglichkeiten der Potenzialausnutzung hinsichtlich Festigkeitsentwicklung und DauerhafL-0,7S-AH tigkeit aufzeigt. Hierzu ist eine umfangreiche Versuchsreihe L-0,7S-AHCF notwendig, die letztendlich in den Aufbau einer entsprechenden Datenbank münden muss. 70 Effectiveness and reactivity of blast furnace slag as concrete additive Festigkeitsentwicklung 40 Festigkeitsentwicklung 30 gkeitsentwicklung ng Stand der Arbeiten Es ist bekannt, dass zahlreiche Parameter Einfluss auf die Festigkeitsentwicklung des Betons haben. Hochofenschlacke, die vor allem aus Kalk, Kieselsäure, Aluminium- und Magnesiumoxid besteht, wird heute meist in Granulationsanlagen aufgearbeitet. Durch das Abschrecken der flüssigen Schlacke entsteht ein glasig erstarrter, feinkörniger Hüttensand. Dieser eignet sich besonders als Rohstoff für die Herstellung von hochwertigen Zementen, kann jedoch auch als Betonzusatzstoff vom Typ II genutzt werden. Wichtig für die Wirksamkeit der Hüttensande sind die chemische Zusammensetzung, die Struktur des Hüttensandes nach der Granulation, die Feinheit (Korngrößenverteilung KGV), die Art der Mahlung und die Kenntnis über mögliche negative Einwirkungen auf das Produkt während der vorangegangenen Prozessschritte. 21 28 Prüfalter [d] Ziel L-0,7S-AH Dieses Projekt verfolgt zwei Ziele. Erstens die Entwicklung L-0,7S-AHCF eines Schnellprüfverfahrens für den Nachweis der Wirksamkeit von Hüttensanden als Zementersatz. Zweitens wird im weiteren Verlauf des Projektes der Einfluss von Zusatzstoffen auf das Betongefüge sowie die Verarbeitbarkeit des Frischbetons und damit auf die Festigkeitsentwicklung als auch die Dauerhaftigkeit untersucht. Damit können Einsparpotenziale geschaffen werden. 35 42 49 16 I 17 56 Projektkoordination Dr. Marcus Walz Projektlaufzeit seit Januar 2013 Unternehmenseinheit ZB TPA 04: Betontechnologie International (BTI) Projektleitung Roland Thiel Bearbeitung Roland Thiel, Dr. Marcus Walz Patente, Publikationen • interner Bericht 01.14/4/01 AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 Baustofftechnologie / Construction Material Technologies Baustofftechnologie / Construction Material Technologies 18 I 19 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Herstellung von Zement stabilisierter Tragschicht im Baumischverfahren / Production of hydraulically bound sub-bases through mixed in place technique Druckfestigkeitsversuch / Compressive strength test Ziel Das Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung der Auswirkungen von verschiedenen Sanden (unter anderem rund, gebrochen, verschiedene petrografische Eigenschaften) auf die Druckfestigkeit der Zement stabilisierten Tragschichten. Die Untersuchungen werden in Relation zum Bindemittel (Art und Gehalt) erfolgen. Für die Herstellung der Grundstoffgemische (nachfolgend als Grundstoff A; B und C bezeichnet) werden von jedem Ausgangsmaterial (nachfolgend als Material 1 bis Material 3 bezeichnet) der Sandanteil kleiner 4,0 mm trocken ausgesiebt. Das ausgesiebte Material wird den jeweiligen Körnung mit einem Anteil von 35 M% (A), 50 M% (B) und 65 M% (C) zugesetzt. Zu jedem Grundstoffgemisch wurde Zement der Sorte CEM 32,5N und CEM 32,5R von der Firma W&P Zement Werk Wietersdorf mit einem Anteil von jeweils 5,5 M% und 8,0 M% zugegeben. Danach wurden Probekörper für die Bestimmung der Druckfestigkeit nach sieben und 28 Tagen hergestellt. Einfluss von Sand auf die Druckfestigkeit in hydraulisch gebundenen Tragschichten Influence of sand on the compressive strength of hydraulically bound sub-bases From time to time the samples of cement stabilised base courses appear to have negative robustness values. Even without binder contents, the base courses cannot reach the required compressive strength. Given this background, the failure to meet the compressive strength during execution could be related to the (variable) sand contents. Consequently, the clients could reject the handover and extend the warranty time. The aim of this project is to analyse, if sand in relationship with the binder content type has an impact on the compressive strength. The results of this project with three different material mixtures revealed that a high amount of sand does not necessarily lead to a weak compressive strength. Furthermore, it has been verified that the compressive strength does not depend on the relationship between sand content and material related parameters. Druckfestigkeiten / Compressive strength Hintergrund Im Zuge von Kontroll- und Abnahmeprüfungen an mit Zement stabilisierten Tragschichten werden immer wieder Minderfestigkeiten an den Probekörpern festgestellt. Auch hohe Bindemittelgehalte, welche im Zuge der Eignungsprüfungen ermittelt wurden, reichen oftmals nicht aus, um die geforderten Druckfestigkeiten in der Bauausführung zu erreichen. Es liegt die Vermutung nahe, dass ein wesentlicher Grund für die Nichterreichung der Druckfestigkeiten in der Bauausführung an den (schwankenden) Sandgehalten beziehungsweise Sandeigenschaften liegt. Aufgrund der Minderfestigkeit kann die Übernahme durch den Auftraggeber verweigert und ein mangelfreier Neubau gefordert werden. Zumindest ist mit einer (nicht kalkulierten) Verstärkung des (Asphalt)-Überbaus und einer Verlängerung der Gewährleistung zu rechnen. 7d/5,5/N 7d/8,0/N 7d/5,5/R Ergebnis und Schlussfolgerung Die Untersuchungen an den drei Materialien zeigen, dass ein höherer Sandanteil nicht zwangsläufig auch zu einer schlechteren Druckfestigkeit führen muss. Die höchste Festigkeit wurde fast ausschließlich bei einem Sandgehalt von ca. 50 M% erzielt. Beachtenswert ist auch die Tatsache, dass die ermittelten Druckfestigkeiten bei einem Sandgehalt von ca. 65 M% bei den Materialien 2 und 3 in der Regel höher liegen als bei einem Sandanteil von ca. 35 M%. Die Bindemittelart N beziehungsweise R zeigen keinen Einfluss auf die Festigkeitsentwicklung hinsichtlich des Sandanteiles, ebenso nicht das Prüfalter von sieben beziehungsweise 28 Tagen. Ein Zusammenhang zwischen der Festigkeit in Abhängigkeit des Sandanteils und der Materialparameter (Rohdichte, Fließkoeffizient, Kornform und Bruchflächigkeit) konnte im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen nicht festgestellt werden. 7d/8,0/R 28d/5,5/N 28d/8,0/N 28d/5,5/R 28d/8,0/R Sand in hydraulisch gebundenen Tragschichten Ziel / Nutzen • Abschätzung der erforderlichen Bindemittelmenge • Vermeidung von Abzügen und Mehrkosten • dauerhaft tragfähige und frostsichere Schichten Mögliche Anwendung • hydraulisch gebundene Tragschichten im Verkehrswegebau Förderung intern Projektlaufzeit Januar 2013 bis Januar 2014 Unternehmenseinheit ZB TPA 04: Bereich AT/Adria Projektleitung Wolfgang Lebeda Bearbeitung Paul Prucker, Alfred Runa 30 Druckfestigkeit 25 20 15 7d/5,5/N 10 5 1 B 7d/8,0/N 7d/8,0/N 7d/5,5/R 7d/5,5/R 7d/8,0/R 7d/8,0/R 3 C 28d/5,5/N 28d/5,5/N 3 A 28d/8,0/N Material 28d/5,5/N 28d/8,0/N 28d/5,5/R 28d/8,0/R 7d/5,5/N 7d/8,0/N 7d/5,5/N 7d/8,0/N 7d/5,5/N 1 C 7d/8,0/N 2 A 7d/5,5/R 7d/5,5/R 2 B 7d/8,0/R 0 1 A 7d/5,5/N 7d/5,5/N 7d/5,5/N 7d/8,0/N 7d/5,5/R 7d/8,0/R 7d/5,5/N 7d/8,0/N 7d/5,5/R 7d/8,0/R 28d/5,5/N 28d/8,0/N 28d/5,5/R 7d/8,0/N 7d/5,5/R 7d/8,0/R 28d/5,5/N 28d/8,0/N 28d/5,5/R 28d/8,0/R 7d/5,5/R 7d/8,0/R 28d/5,5/N 28d/8,0/N 28d/5,5/R 28d/8,0/R 7d/8,0/R 28d/5,5/N 28d/8,0/N 28d/5,5/R 28d/8,0/R 3 B 3 C AUF EINEN BLICK Spaltzugfestigkeit am Bohrkern aus SMA-Platte nach 30 Frost-TausalzWechseln / Splitting tensile strength of drilling core after 30 freeze-thaw-cycles Ergebnisse Es kann gezeigt werden, dass die Bindung von Splitt in Mastix das Abwitterungsverhalten verändert. Sowohl laterale Einbettung der Körner in Mastix, als auch oberflächliche Aufnahme von Bitumenbestandteilen und damit teilweiser Porenverschluss führen überwiegend zu deutlicher Verzögerung oder Verringerung der Absplitterung nach 30 Frost-Tausalz-Wechseln (FTW). Im Vergleich zu den Untersuchungen an reinem Splitt sinkt die Abwitterung für mastixgebundenen Splitt im Mittel um etwa 80 % (Streuung etwa 50 – 95 %). Entscheidend ist allerdings die Feststellung, dass diese Stabilisierung durch die Bitumenmatrix stark materialspezifisch ist und nicht pauschal auf alle Gesteine in gleichem Ausmaß zutrifft. Eine Ableitung der Frostempfindlichkeit bitumengebundenen Splitts aus konventionellen Splittprüfungen ist daher nicht möglich. Die Abwitterungen der exemplarisch hergestellten SMA-Platten zeigen eine gute Korrelation mit jenen der kleinen und großen Mastixkörper. Prüfungen der Druck- und Zugfestigkeit an Bohrkernen aus diesen SMA-Platten demonstrieren eine Abhängigkeit von der Frostbeanspruchung in Form deutlich verkürzter Wege bis zum Bruch bei einer hohen Anzahl von vorangegangenen Frost-Tau-Wechseln. Dies wird sowohl auf die verstärkte Aufmürbung des Gesteins als auch auf eine Verhärtung des Bitumens zurückgeführt. Auch kann ein guter Zusammenhang zwischen der Spaltzugfestigkeit oder dem Weg bis zum Bruch und dem Absplitterungsverhalten der kleinen Mastixkörper festgestellt werden. Die Absplitterungen der kleinen Mastixkörper könnten somit Hinweise auf das Frostverhalten von Asphalt liefern. Beurteilung der Frostbeständigkeit von Gesteinskörnungen – Einfluss bituminöser Bindung Assessing the frost resistance of aggregates – the impact of bituminous binders A previous publication in this journal has dealt with the frost resistance of aggregates (Brochure Research, Development, Innovation – Projects 2011 / 2012, pp. 54 – 57). This paper is a continuation of the previous publication. After testing frost resistance of pure aggregates mastic-bound samples and asphalt-plates (SMA) have been produced to verify and quantify a protective effect of bitumen on aggregates. The spalling of the mastic-bound samples decreased by 80% (mean value), but is highly depending on the aggregate. Thus spalling in bituminousbound condition is material-specific and cannot be derived from frost susceptibility of pure aggregates. Cores from asphalt-plates are subjected to indirect tensile strength tests correlating with spalling of mastic-bound samples. The results of the project are the base for an assessment background enabling to evaluate the frost susceptibility of aggregates in asphalt. Andesitischer Splitt in Mastix vor Befrostung (links) und nach 40 FrostTausalz-Wechseln (rechts) / Andestic aggregates im mastix before freezing (left side) and after 40 freeze-thaw-cycles (right side) Problemstellung Die konsequente Fortsetzung der Untersuchungen zur Frostbeständigkeit von Splitten (Konzernbroschüre Forschung, Entwicklung, Innovation – Projekte 2011 / 2012, S. 54 bis 57) liegt darin, die Beurteilung der Frostbeständigkeit des reinen Gesteins auf die des Gesamtsystems Asphalt – also der Zuschlagstoff Splitt umgeben von einer Bitumenmatrix – zu erweitern. Das umgebende Bitumen ist in der Lage in Hohlräume der Gesteinskörner oberflächlich einzudringen, die Wasserzufuhr zu verringern und damit zur Desensibilisierung gegenüber Frostsprengung beizutragen. Ziele und Methoden Ziel der gegenständlichen Untersuchungen ist es zu prüfen, ob die bisherigen Erkenntnisse für reinen Splitt hinsichtlich Frostbeständigkeit auf Splittmastixasphalt (SMA) übertragbar sind. Dazu werden die Splitte in Mastix hohlraumfrei eingegossen. Die erkalteten Prüfkörper werden geschnitten, um die Gesteinsflächen der Frostlösung (1 % NaCl) zugänglich zu machen und vergleichbare Oberflächentexturen zu schaffen. Neben großen Mastixkörpern (225 mm Durchmesser) mit hoher Repräsentanz des Splitts werden auch kleine Mastixkörper (110 mm Durchmesser) hergestellt. Um das Verhalten der Splitte unter möglichst realitätsnahen Verhältnissen abschätzen zu können, werden exemplarisch mit drei unterschiedlichen Splitten SMA-Probekörper mittels Walzsektorverdichtung hergestellt und unterschiedlicher Frostbeanspruchung ausgesetzt. Daraus gezogene Bohrkerne werden schließlich Druck- sowie Spaltzugfestigkeitsprüfungen unterzogen, um den Frosteinfluss zu verifizieren. 20 I 21 Die gegenständlichen Ergebnisse dienen als Grundlage künftig einen Bewertungshintergrund für die Frostbeständigkeit von Splitt in Asphalt zu schaffen. Mit diesen Erkenntnissen kann eine Aussage über das Langzeitverhalten von Asphalten getroffen werden, die eine realistische Einschätzung gibt und damit auch Basis für die Kalkulation der Betriebs- und Instandhaltungskosten von PPP-Projekten liefert. FTW bei in Bitumen eingebundenem Splitt Ziel / Nutzen • realitätsnahe Beurteilung der Frostbeständigkeit der Gesteinskörnung in bituminöser Bindung • Basisarbeit für eine Prognose des Langzeitverhaltens konkret geplanter Asphalte • Grundlage für die Möglichkeit realistischer finanzieller Kalkulationen bei PPP-Projekten Mögliche Anwendung • bei jeder Gesteinskörnung, die in bituminösen Decken hochrangiger Straßen eingesetzt werden soll Förderung intern Projektlaufzeit Januar 2012 – Dezember 2013 Unternehmenseinheit ZB TPA 04: AT/Adria Projektleitung Dr. Hannes Kugler Bearbeitung Andreas Krajcsir, Dr. Hannes Kugler, Wolfgang Lebeda AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 Baustofftechnologie / Construction Material Technologies die Tatsache, dass die Ergebnisse der ermittelten Wassergehalte nach Wasseraufnahmeversuchen, mit den zweiten Frosthebungen beziehungsweise den Gesamthebungen nach zwei ununterbrochenen Zyklen korrelieren. Angesichts der Heterogenität von Recyclingmaterial scheint die Wasseraufnahme über Filterplatten an der gesamten Fraktion (und nicht nur an den Feinfraktionen) eine erfolgversprechende Methode zu sein, die Frostsicherheit noch im Vorfeld von Frosthebungsversuchen abzuschätzen. Frosthebungen von Material C in Abhängigkeit vom Mineralgehalt der Fraktion < 0,063 mm. Von C_1 bis C_4 abnehmender Quarzgehalt und zunehmender Kaolinitgehalt / Frost heaving of material C in relation to the mineral content of the fraction <0,063 mm. From C_1 to C_4 decreasing Quartz content and increasing Kaolinite content die Forderung nach der Prüfung von mindestens zwei Prüfkörpern. Die absoluten Hebungen liegen zwischen 4 bis 12 mm und damit im zulässigen Bereich (max. 15 mm). Zur Analyse des längerfristigen Frostverhaltens werden einige Materialien zwei- bis dreimal hintereinander ohne Unterbrechung befrostet. Dabei zeigt sich zum Teil sehr unterschiedliches Verhalten, besonders Material C weist bei der zweiten Frosthebung eine relative Steigerung von Plus 165 % auf. Dieses Material wurde auch gewählt, um den mineralogischen Einfluss zu verifizieren. Die ermittelten Resultate der ersten und zweiten Frosthebungen (sowie der Gesamthebungen nach zwei ununterbrochenen Zyklen) sind im Diagramm dargestellt. Es zeigt sich, dass die kaolinitreichen Proben (C_3 und C_4) klar geringere zweite Frosthebungen aufweisen. Ein mineralogisch-granulometrischer Einfluss der Feinteile scheint somit gegeben und unterstreicht die Forderung, Recyclingmaterial zumindest einer zweiten Frosthebung zu unterziehen. Dieses Ergebnis plausibilisiert sich durch Frostsicherheit von Recyclingmaterial – Evaluierung von Schnellversuchen Frost susceptibility of recycling material – evaluation of rapid tests To this point there is no rapid test (as for natural aggregates) to estimate the frost susceptibility of recycled material. To close this gap, five similar recycled materials are subjected to frost heave tests (two subsequent cycles), mineralogical studies and water consumption tests through filter plates. One material has been chosen to produce uniform specimens varying only in artificial quartz and kaolinite content within fraction < 0,063 mm. This will verify the mineralogical influence. The results show that mineralogical (together with granulometric) influence of kaolinite cause very low second frost heaves. The water uptake shows also a probable correlation to the second frost heave cycle. Hence this study reveals that two subsequent frost heaves should be carried out after the water consumption behavior has been tested. Water consumption as carried out in this study indicates the potential for estimating frost susceptibility. Hintergrund Recyclingmaterialien werden zu immer wertvolleren Rohstoffen für den Straßenbau. Im Gegensatz zu natürlichen Körnungen existiert keine zum Mineralkriterium äquivalente Vorstufe der Beurteilung, ob ein Frosthebeversuch tatsächlich nötig ist. Damit eine effektive und effiziente Erstbeurteilung der Frostsicherheit ermöglicht werden kann, wird im Rahmen dieses Projektes untersucht, inwieweit Einflussfaktoren wie Mineralogie oder Wassersaugfähigkeit zur Beurteilung der Frostsicherheit herangezogen werden können. Ziele und Methodik Als mutmaßlich relevante Einflussfaktoren auf die Frostsicherheit recyclierter Materialien werden die Mineralogie, die Korn- beziehungsweise Hohlraumverteilung und die Wassersaugfähigkeit als deren Summenparameter postuliert. Für die Untersuchungen werden fünf mineralogisch sehr ähnliche Recyclingmaterialien herangezogen (recycliertes Betongranulat beziehungsweise recycliertes Mischgranulat). Die mineralogischen Analysen erfolgen mittels X-ray Diffraction (XRD). Die Fähigkeit zur Wasseraufnahme wird über die Messung der Gewichtsänderung der Frost-Probekörper erfasst. Diesen Probekörpern wird ermöglicht, über eine Filterplatte Wasser anzusaugen, das auf verschiedene definierte Niveaus konstant eingestellt werden kann. Die Frosthebeversuche erfolgen gemäß ÖNORM B 4810. Zur Klärung eines mineralogischen Einflusses auf die Frosthebung werden von einem Material mehrere Frostkörper gleicher Kornverteilung hergestellt. Diese unterscheiden sich nur hinsichtlich des Mineralbestandes in der Fraktion < 0,063 mm in Form unterschiedlicher Quarzanteile (inaktiv) beziehungsweise Kaolinitanteile (frostempfindlich). Ergebnisse und Fazit Die Frosthebeversuche gleicher Proben eines Materials zeigen eine sehr geringe Wiederholbarkeit mit einer mittleren relativen Standardabweichung von zum Teil deutlich > 20 %. Dies bestärkt analog den natürlichen Körnungen 22 I 23 Frostsicherheit von Recyclingmaterial Ziel / Nutzen • Klärung der Wiederholbarkeit und der Aussagekraft von Frosthebungen bei Recyclingmaterial • Identifizierung relevanter Einflussfaktoren auf die Frostsicherheit • Ableitung einer vertrauenswürdigeren Versuchsdurchführung von Frosthebungen • Vorstellung der Wasseraufnahme über Filterplatten als mögliche Schnellmethode Mögliche Anwendung • vertrauenswürdigere Aussagen zum langfristigen Frostverhalten recycelter Baumaterialien • Etablierung einer Schnellmethode zur Erstbeurteilung der Frostsicherheit als Vorstufe zu Frosthebungen Förderung intern Projektlaufzeit Januar 2013 bis Dezember 2013 Unternehmenseinheit ZB TPA 04: AT/Adria Projektleitung Dr. Hannes Kugler Bearbeitung Dr. Hannes Kugler, Wolfgang Lebeda, Paul Prucker AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 Baustofftechnologie / Construction Material Technologies SMA-Oberflächen nach Polierbeanspruchung: Grobkornreiche Kornverteilung (links) und feinteilreiche Kornverteilung (rechts) / SMA-surface after polishing: coarse grain distribution (left side) and fine grain distribution (right side) Griffigkeitsprognose für Asphaltmischgut – Einfluss der Textur Prognosis of skid resistance for asphalt The production of void rich asphalt surfaces (such as stone mastic asphalt (SMA)) face a huge variation in grain size distribution. To verify the influence of different grain size distributions on the skid resistance three series of laboratory SMAplates were produced. According to the Austrian standard ÖNORM B 3584-1 for SMA, those represent the upper, the middle and the lower limit of permissible grain size distributions. The results after sand-blasting and polishing steps reveal that the highest skid resistance is from those plates with the finest grain size distribution. The plates which have coarse grain size distribution in turn, show a lesser skid resistance. This is related to the micro-textural effects of the sand fraction in the specimen which keep the skid resistance on a high level. The maximum differences in skid resistance observed are approximately µ = 0,03 [-]. Griffigkeitsverlauf von SMA-Oberflächen gleichen Gesteins unterschiedlicher Kornverteilungen (KV) / Skid resistance of SMA surfaces, same grit with different grain distribution 0,55 KV-grob 0,50 KV-Mitte μ [1] 0,45 KV-fein 0,40 0,35 0,30 0,25 [0] [0-S] [1] Beanspruchungsstufen [2] [3] [4] Hence it can be summarised that even variations within the permissible range of grain size distribution have a clear measureable effect on skid resistance. In addition, measurable differences in skid resistance (up to µ = -0,02 [-]) have been identified when exposing the sample (together with the rubber sliding blocks used to measure the skid resistance) to different temperatures (in a range of 10-25°C). Consequently it has been noted that every specimen together with the sliding blocks needs to be flooded routinely. This will be achieved through the use of the integrated water projection system, for 5 minutes at 10°C, before the actual test. Additional experiments to control the efficiency of the polishing unit samples with industrial sandpaper unfortunately turned out to be less useful than specimen with simple homogeneous sand. Problemstellung Die Griffigkeit einer bituminösen Straßenoberfläche beeinflusst deren Nutzungsdauer entscheidend. Besonders die Herstellung hohlraumreicher Asphaltoberflächen (z. B Splittmastixasphalt (SMA)) unterliegt hinsichtlich der Griffigkeit einer relativ großen Streuung. In der Konzernbroschüre Forschung, Entwicklung, Innovation – Projekte 2012 / 13, S. 18 / 19 ist über das Verfahren zur Prognostizierbarkeit der Griffigkeitsentwicklung berichtet worden, erste Versuche waren durchgeführt und bewertet worden. In der Fortsetzung des Forschungsprojektes wurden die als besonders relevant identifizierten Parameter genauer betrachtet. Eingespannter SMA-Prüfkörper vor der Prüfung mit rotierenden Prüfgummis / Fixed SMA-specimen before testing with spinning rubber sliding blocks Methoden Einer der bedeutendsten herstellungsseitigen Einflüsse auf die erreichbare Griffigkeit ist die Textur. Diese wird maßgeblich von der Kornverteilung bestimmt, welche für SMA nach ÖNORM B 3584-1 innerhalb eines vorgegebenen SollBereichs schwanken darf. Es werden drei Serien mit je vier SMA-Platten hergestellt: Diese repräsentieren die idealisierte Mitte des Soll-Bereichs der Kornverteilung sowie dessen obere und untere Grenzsieblinie. Um den Einfluss der Temperaturwirkung auf die Messergebnisse abzuschätzen, wird die Temperatur von Messgummis und Probe an Hand einer Referenzplatte (Prototyp aus ZrO-Körnung) geprüft. Zur Kontrolle der Polierleistung werden gemeinsam mit externen Instituten Vergleichsmessungen an Sandpapier-Platten durchgeführt (industrielles Nassschleifpapier Körnung 120 auf Holzplatte). Ergebnisse Die mittleren Griffigkeitsentwicklungen der drei Prüfserien unterschiedlicher Kornverteilungen nach Sandstrahlen und mehreren Polierstufen sind im Diagramm abgebildet. Dabei wurde vom Originalzustand nach Herstellung (Beanspruchungsstufe 0) ausgegangen. Es zeigt sich, dass die Griffigkeit beim Versuchskörper mit grober Kornverteilung nach dem Sandstrahlen (Stufe [0-S]) bei Weitem über jener der anderen Proben liegt. Nach fortgesetzter Polierarbeit hingegen kommt es zu einer Trendumkehr, wodurch die feinteilreichsten Proben die höchsten Griffigkeiten aufweisen und die grobkornreichsten die geringsten. Die maximalen absoluten Abweichungen sind deutlich messbar und liegen bei etwa µ = 0,03. Das kann damit in Zusammenhang gebracht 24 I 25 werden, dass bei den feinteilreichen Versuchskörpern die Sandfraktion für mikrotexturelle Rauheit sorgt und in der Lage ist länger für ein höheres Griffigkeitsniveau zu sorgen. Für vergleichende Untersuchungen ist daher die Kornverteilung detaillierter zu berücksichtigen. In prüftechnischer Hinsicht kann gezeigt werden, dass in einem Bereich von 10° – 25°C hohe Temperaturen der Prüfoberfläche und der Messgummis zu niedrigeren Prüfwerten führen (bis µ = -0,02 [-]). Daher werden künftig unmittelbar vor jeder Prüfung routinemäßig Probe und Messgummis in eingebautem Zustand fünf Minuten von 10°C kaltem Wasser umspült. Vergleichsmessungen an Sandpapier-Platten haben gezeigt, dass der Zustand der Polierrollen einen messbaren Einfluss auf die Polierleistung hat. Die Verwendung von industriellem Sandpapier führt zu einer geringeren Wiederholbarkeit als bereits durchgeführte Versuche mit Normensand. Zudem treten bei der Verwendung von Sandpapier-Platten oft geräteschädliche Vibrationen auf – weshalb diese Methode nicht weiter verfolgt wird. Griffigkeitsprognose AUF EINEN BLICK Ziel / Nutzen • Optimierung labortechnisch hergestellter Asphaltprüfkörper für die Griffigkeitsprognose, insbesondere hinsichtlich Reproduzierbarkeit • Festlegung standardisierter Prüfbedingungen über die gültigen Regelwerke hinaus • Evaluieren von Methoden zur Kontrolle der Polierleistung (Normensand, Sandpapier) Mögliche Anwendung • Griffigkeitsprognose als wesentlicher Parameter bei der Mischgutkonzeption • Optimierung der Mischanlagenrezepturen • Einsatz von unterschiedlichen Sanden zur Griffigkeitsverbesserung • bekannte Griffigkeitsentwicklung als wesentliches Instrument der Straßenerhaltung und Verkehrssicherheit Förderung intern Projektlaufzeit Januar 2013 bis Dezember 2013 Unternehmenseinheit ZB TPA 04: AT/Adria Projektleitung Dr. Hannes Kugler Bearbeitung Andreas Dechet, Dr. Hannes Kugler, Andreas Krajcsir Research, Development, Innovation 2013 / 14 Baustofftechnologie / Construction Material Technologies Polypropylen Fasern für Beton / Polypropylene fibres for concrete dieses Projektes ist es, die Auswirkungen unterschiedlicher Fasermengen und Fasergeometrien zu identifizieren. Basierend auf diesen Erkenntnissen soll ein Beton entwickelt werden, der unter Berücksichtigung von produktionssowie witterungsbedingten und weiteren baupraktischen Einflüssen vor allem beim Einbau eine ausreichende Robustheit aufweist. Ohne Fasern, Fließmittelanteil = 0,8 %, Ausbreitmaß = 605 mm / Without fibres, superplasticizer content = 0.8%, flow diameter = 605mm Entwicklung eines robusten Polypropylen-Faserbetons für Tunnelbauprojekte Development of a robust polypropylene fibre concrete for tunnel construction projects Tunnel construction projects are exposed to increasing fire and safety expectations, due to deadly incidents in the past. To improve the fire resistance of concrete in tunnel construction projects, the utilisation of polypropylene (PP) – fibres has become more appealing throughout the industry. However, this additive also has some negative impacts on the consistency of the concrete. The more PP-fibres are used, the higher are the negative impacts on the consistency of the concrete. This study will reveal the impact of the used amount of PPfibres and the shapes of the PP-fibres on the concrete for the case of tunnel construction projects. The results of this study will enable the development of a robust concrete composition for the inner concrete shell of the construction project Bühltunnel. The composition will be casted through the usage of mining techniques. Mit Fasern, Fließmittelanteil = 0,9 %, Ausbreitmaß = 470 mm / With fibres, superplasticizer content = 0.9%, flow diameter = 470mm The compiled concrete with PP-fibres is able to meet the high fire and safety provisions and shows also sufficient robustness for construction related activities and various weather conditions. Hintergrund Aufgrund von Brandereignissen in Straßentunneln mit meist tödlichen Folgen hat der vorbeugende Brandschutz in den letzten Jahren stetig an Bedeutung gewonnen. Dem Tunnelbeton selbst wird dabei die vorrangige Schutzwirkung zugewiesen. Aus mehreren Forschungsvorhaben und Praxisanwendungen ist bekannt, dass die Zugabe von Kunststofffasern zur deutlichen Reduzierung von explosionsartigen Betonabplatzungen führen kann. In sämtlichen Tunnelbauwerken, seien es Straßentunnel oder Bahntunnel, wird diese Bauweise inzwischen als Standard vorausgesetzt. Während bei der Mit Fasern, Fließmittelanteil = 2,3 %, Ausbreitmaß = 565 mm / With fibres, superplasticizer content = 2.3%, flow diamteter = 565mm Tübbingbauweise bereits umfangreiche Erfahrungen mit der Verwendung von Polypropylen(PP)-Fasern im Beton vorliegen, gibt es für die offene oder auch bergmännische Bauweise in Deutschland bisher nur Pilotprojekte, wie der Bühltunnel in Siegen. Ziel Neben der Verbesserung der Brandbeständigkeit hat die Zugabe von PP-Fasern auch negative Auswirkungen auf die Konsistenz, die Stabilität und Sedimentation, das Ansteifverhalten und die Frühfestigkeit. Diese Auswirkungen nehmen mit steigender Konsistenz des Betons zu. Ziel Brandversuch ohne Fasern / Fire test without fibres Brandversuch mit 1,5 kg PP-Fasern / Fire test with 1.5 kg PP fibres Zusammenhang von Fasergeometrie und -gehalt, Ausbreitmaß und Fließmittelgehalt / Relationship between fibre geometry, fibre content, flow diameter, and superplasticizer content Stand der Arbeiten Es wurden zahlreiche Betonversuche mit verschiedenen Ausgangsstoffen durchgeführt • zur zielgerichteten Entwicklung einer Betonrezeptur. • um einen robusten Faserbeton im Konsistenzbereich F5 unter Beibehaltung der durch die Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen (ZTV-ING) zu erhalten. • unter der Berücksichtigung der im Brandschutz vorgegebenen Fasermenge von zwei Kilogramm pro Kubikmeter. Die Durchführung der Versuche erfolgte mit unterschiedlichen Zementsorten unter Verwendung verschiedener Fließmittel. Dabei war auch die Optimierung der Sieblinien, der natürlichen, als auch der gebrochenen Gesteinskörnungen notwendig. Zudem wurden Flugaschen und Steinmehle unterschiedlicher Herkunft verwendet. Aufgrund des hohen Fasergehaltes werden die Frischbetoneigenschaften negativ beeinflusst, was zwingend durch eine Anpassung der Rezeptur auszugleichen ist. Zur Verbesserung der Stabilität und gleichzeitig der Konsistenz musste der Leimgehalt bis an die normativen Grenzwerte erhöht werden. Ergänzend wurde zu jeder Rezeptur die Grenzdosierung des Fließmittels ermittelt, um eine möglichst hohe Konsistenz zu erreichen, ohne dabei die Gefahr einer Entmischung einzugehen. Hier waren umfangreiche Vorversuche notwendig, da nur wenige Fließmittel bei solch einer hohen Dosierung ein für den Tunnelbau rechtzeitiges Ansteifen des Betons zulassen. Erste Versuchsreihen mit Rezepturen gemäß der in Ausschreibungen der Deutschen Bahn und der ZTV-ING vorgeschriebenen Fasergeometrie (Länge sechs Millimeter, Durchmesser 20 µm) und der Fasermenge von zwei Kilogramm pro Kubikmeter lieferten keine technologisch und wirtschaftlich zufriedenstellenden Ergebnisse. Bei Einhaltung der Grenzdosierung des Fließmittels konnte die gewünschte Konsistenz nicht erreicht werden. Die Konsistenz nimmt stark ab bei der Zugabe von zwei Kilogramm Fasern. Die Zielkonsistenz kann lediglich durch eine Überdosierung des Fließmittels erreicht werden. Dies hat jedoch zur Versuch Nr. Faserlänge [mm] Faserdurchmesser [µm] Fasergehalt [kg/m3] Ausbreitmaß [mm] FM-Gehalt [% v.Z] 1 6 32 2 600 1,2 2 6 20 2 515 1,4 3 6 15 1,4 600 1,4 4 3 20 2 610 1,1 Research, Development, Innovation 2013 / 14 26 I 27 Baustofftechnologie / Construction Material Technologies Research, Development, Innovation 2013 / 14 Baustofftechnologie / Construction Material Technologies von Mikrokanälen im Brandfall bei gleicher Brandbeständigkeit eine geringere Faserdosierung ermöglicht. Um einen möglichst robusten Beton herzustellen ist bei den ersten Brandversuchen eine Rezeptur mit nur 1,2 kg/m³ Fasern getestet worden. Dabei konnte die Wirksamkeit noch nicht ausreichend nachgewiesen werden, sodass nach weiteren Brandversuchen letztlich eine Rezeptur mit einer Faserdosierung von 1,4 kg/m³ dieser Fasersorte zum Einsatz kam. 60 50 40 30 0,00 0,25 Einfluss des Fasergehaltes auf das Ausbreitmaß / Fibre content influence on the consistency Mikroskopische Aufnahme vom Faserbeton / Microscopic recording of fibre concrete 0,50 0,75 1,00 Fasergehalt in kg/m3 1,25 1,50 1,75 Folge, dass der Beton stark blutet und nicht ausreichend stabil ist. Anschließend wurden Versuche mit Rezepturen durchgeführt, die einen geringeren Fasergehalt aufwiesen. Wie zu erwarten, verbesserte sich durch die Reduktion der Fasermenge das Konsistenzverhalten deutlich. Zudem wurde der Einfluss unterschiedlicher Fasergeometrien identifiziert. Eine Reduzierung der Faserlänge auf drei Millimeter oder eine Verdoppelung des Faserdurchmessers auf 32 µm lieferten bezüglich des Konsistenzverhaltens deutlich bessere Ergebnisse als die Ausgangsgeometrie. Im nächsten Schritt muss nun die Auswirkung der Veränderung der Fasergeometrie auf das Brandverhalten des Bauteils anhand von Brandversuchen festgestellt werden. Unter Einhaltung der Grenzdosierung des Fließmittels ist es mit diesen Optimierungen nun möglich, entsprechende Faserbetone der Konsistenzklasse F5 herzustellen. Eine Abweichung der Fasergeometrie oder des Fasergehaltes von den Anforderungen der ZTV-ING, beziehungsweise den Ausschreibungen der Deutschen Bahn, macht allerdings eine Prüfung der Wirksamkeit der Fasern im Brandfall notwendig. Hierzu müssen aufwendige Groß- und Kleinbrandversuche durchgeführt werden. Für das Bauvorhaben am Bühltunnel sollte eine Rezeptur mit einer speziellen PP-Faser verwendet werden, die aufgrund ihrer signifikant erhöhten Fließfähigkeit im geschmolzenen Zustand und der damit verbundenen schnelleren Ausbildung Fazit Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass bereits bei einer Faserzugabe von einem Kilogramm pro Kubikmeter die Konsistenz des Frischbetons stark negativ beeinflusst wird. Die dadurch bedingte erhöhte Zugabemenge an Fließmittel kann relativ rasch zu einer sehr hohen Blutneigung führen, das heißt die Stabilität des Frischbetons wird wesentlich beeinflusst. Bei Verdichtung mit Außenrüttlern verringert sich die Wirkung der Verdichtung durch die Faserzugabe. Das empfohlene Ausbreitmaß ist daher in Abhängigkeit des Verdichtungsverfahrens entsprechend anzusetzen. Hierzu kann auch in einem bestimmten Rahmen der w/zWert angepasst werden. Die Fasern bewirken aber nicht nur beim Einbau vor Ort Besonderheiten, die unbedingt zu beachten sind, sondern bereits im Mischwerk. Durch die noch relativ unbekannte Verarbeitungsmethode des Materials Faserbeton können im TransportbetonMischwerk verschiedenste Probleme auftreten. Der Faserbeton stellt sich hier als schwierig zu beherrschendes Material heraus. So ist zum Beispiel durch die Faserzugabe mit einem wesentlich höherem Geräteverschleiß oder mit einer deutlichen Reduktion der Förderleistung zu rechnen. Ausblick Die Vielzahl der Versuche mit verschiedensten Rezepturen hat gezeigt, dass es nicht möglich ist, einen ausreichend robusten PP-Faserbeton für die bergmännische Tunnelbauweise unter Einhaltung der Vorgaben zum Fasergehalt und zur Fasergeometrie herzustellen. Entweder wird bei Einhaltung der Grenzdosierung des Fließmittels nicht die notwendige Konsistenz erreicht oder der Beton ist bei Überdosierung des Fließmittels nicht mehr stabil. Somit bleibt zur Herstellung eines robusten Faserbetons nur das Ausweichen auf andere Fasermengen und/oder Fasergeometrien. Dies hat aufwendige Brandprüfungen zur Folge. Zudem muss beim Einsatz des PP-Faserbetons durch die sehr hohen Fließmitteldosierungen immer der deutlich höhere Schalungsdruck berücksichtigt werden. PP-Faserbeton für den Tunnelbau Ziel / Nutzen • Entwicklung eines robusten PP-Faserbetons für die bergmännische Tunnelbauweise • Identifizieren von Auswirkungen unterschiedlicher Fasermengen und Fasergeometrien Mögliche Anwendung •Tunnelbau • Hochfester Beton im Hochbau Förderung intern Projektkoordination Dr. Marcus Walz Projektlaufzeit seit Oktober 2012 Unternehmenseinheit ZB TPA 04: De Nord / International / RU, Betontechnologie International (BTI) Projektleitung Torsten Dölle Bearbeitung Andre Langeborg Patente, Publikationen interner Bericht Research, Development, Innovation 2013 / 14 Ausbreitmaß in cm 70 28 I 29 AUF EINEN BLICK Einbau von Polypropylen-Faserbetonen am Bauvorhaben Bühltunnel / Casting of Polypropylene fibre concrete at the Bühltunnel project Dieses Projekt hat das Ziel die maßgeblichen Eigenschaften des Faserbetons am Beispiel vom Bauvorhaben Bühltunnel zu identifizieren und den damit verbundenen Prüfumfang zu optimieren. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird ein Konzept zur Qualitätssicherung entwickelt. Diese Vorgehensweise gewährleistet einen reibungslosen Betonierablauf mit gleichbleibend hoher Betonqualität. Die Erfassung der Schwankungen der Frischbetoneigenschaften und deren Einfluss auf die Festbeton- und Bauteilqualität sind ein wichtiger Bestandteil dieses Konzeptes. Nach Abschluss des Bauvorhabens werden die durchgeführten Prüfungen und Prüfhäufigkeiten technologisch und wirtschaftlich bewertet, um weitere Optimierungen für künftige Projekte ableiten zu können. Ausbreitversuch Polypropylen-Faserbeton / Flow table test Polypropylene fibre concrete genannten Richtlinie nur dann erteilt, wenn die Abplatzungen weniger als ein Zentimeter betragen und an keiner Stelle bis zur Bewehrung reichen. Der Bühltunnel Siegen ist der erste Straßentunnel in Geschlossener Bauweise in Deutschland, bei dem die Innenschale mit Faserbeton ausgeführt wird und bei dem neue Erkenntnisse über diesen Baustoff gewonnen werden können. Konzept zur Qualitätssicherung beim Einbau von Faserbetonen am Bauvorhaben Bühltunnel Quality-assurance-concept for casting fibre concrete at the Bühltunnel project Fibre concrete for tunnel inner shells have high technological requirements. The construction project Bühltunnel required a continuously high quality standard of concrete at all times during the execution. To ensure this high standard of quality, an extensive quality assurance concept has been developed. On the one hand, the quality assurance concept consists of the inclusion of a new test for fibre content determination and solidification behaviour. This new test was included in the inspection plan. On the other hand, the frequency of the usual tests has been increased and evaluated from both a technical and economic aspect. Through these evaluations, optimisations have been achieved, which now result in a quality assurance concept that can be used for other construction projects, as well. Mikroskopische Aufnahme vom Faserbeton / Microscopic recording of fibre concrete Hintergrund Der positive Einfluss von abschmelzenden Kunststofffasern auf die Brandbeständigkeit von Betonbauteilen ist vielfach untersucht und hinreichend belegt. Daher gewinnt die Zugabe von Polypropylen-(PP)-Fasern in Deutschland immer mehr an Akzeptanz und wird zunehmend zur Standardbauweise im Tunnelbau werden. Faserbetone für Tunnelinnenschalen unterliegen vielfältigen, zum Teil technologisch gegensätzlichen Anforderungen. Bei der geschlossenen Bauweise ist für den Faserbeton eine hohe Konsistenz (Konsistenzklasse F5) gefordert, wodurch hohe Zusatzmitteldosierungen notwendig werden. Aufgrund dieser hohen Dosierungen werden die Betoneigenschaften bereits durch geringe Schwankungen in den Produktionsbedingungen, in den Ausgangsstoffen oder der Witterung beeinflusst. In Deutschland sind die Auswirkungen dieser Schwankungen auf die Qualität von Tunnelinnenschalen nicht untersucht. Letztendlich wird die durch die Zugabe der Kunststofffasern erhöhte Brandbeständigkeit des Betons in Brandversuchen gemäß der von der Österreichischen Vereinigung für Beton- und Bautechnik (ÖVBB) 2004 herausgegebenen Richtlinie geführt. Der ÖVBB-Richtlinie zufolge werden die entsprechenden Versuchskörper über einen Zeitraum von 120 Minuten nach den Vorgaben der Rijkswaterstaat (RWS) - Kurve befeuert. Eine Klassifizierung nach Beton mit erhöhter Brandbeständigkeit geprüft im Großversuch (BBG-Faserbetonklasse) wird nach der Ziel Die Ausschreibungen für Tunnelbauprojekte stellen bezüglich des Faserbetons umfangreiche Anforderungen an die zu prüfenden Parameter sowie an die Prüfhäufigkeiten. Überprüfung Häufigkeit Zielgröße Konsistenz Sichtprüfung - jedes Fahrzeug gemäß Bestellung Stand der Arbeiten Beim Bauvorhaben Bühltunnel wurde für die PP-Faserbetone ein umfangreicher Qualitätssicherungs-Plan zur Herstellung der Tunnelinnenschale erstellt. Dieser beinhaltet sowohl detaillierte Abnahmeprotokolle für alle Arbeitsschritte als auch einen umfangreichen Prüfplan zur Sicherstellung einer konstant guten Betonqualität. Berücksichtigung fanden nicht nur die Prüfanforderungen aus der Norm. Hinzu kamen auch noch die Zusatzanforderungen des Bauherrn. Darüber hinaus mussten aus der Sicht des Bauausführenden technologisch erforderliche Prüfungen mitberücksichtigt werden. Diese umfassten unter anderem die Konsistenzprüfung und die Beurteilung der Frischbetonstabilität für jedes Fahrzeug. Auch eine umfangreiche Datensammlung über die Prüfergebnisse war unabdingbar, da sich aus den ermittelten Eigenschaf- Grenzwerte Maßnahmen bei Abweichung Prüfnorm Beton prüfen GP P4 Temperatur - bei ProbekörperLuft (Min/Max) Herstellung GP P1, GP P4 Luft (Min/Max) - erstes Fahrzeug je Werk - bei ProbekörperHerstellung Werk informieren 23°C 5°C ≤ TBeton ≤ T < 5°C 25°C Rücksprache Polier - in Zweifelsfällen Konsistenz Ausbreitmaß Erweiterter Prüfplan für die Annahme des Frischbetons / Enhanced quality control plan for the receipt of ready mixed concrete Mitgeltende Unterlagen GP P1, GP P4 a ≥ Grenzwert Rücksprache Polier - erstes Fahrzeug je 560 mm Werk 15°C – 18°C 530 – 590 mm Werk informieren - bei ProbekörperHerstellung 590 mm 19°C – 22°C 560 – 620 mm a ≤ Grenzwert FM nachdos. - in Zweifelsfällen 600 mm > 22°C 570 – 630 mm a ≥ Grenzwert Rücksprache Polier Rohdichte - bei ProbekörperHerstellung Fasergehalt 2 x Erstherstellung 1,4 kg/m³ 1 x stetige Herstell. je 400 m³ DIN EN 12350-5 GP P1, GP P4, AA 003 DIN EN 12350-6 GP P1 min 1,12 kg/m³ FG ≤ Grenzwert mittel 1,26 kg/ Rücksprache m³ Bauleitung ÖVBB-Richtlinie Erhöhter Brandschutz mit Beton für unterirdische Verkehrsbauwerke GP P2, AA 002 Research, Development, Innovation 2013 / 14 30 I 31 Baustofftechnologie / Construction Material Technologies Research, Development, Innovation 2013 / 14 Baustofftechnologie / Construction Material Technologies tonkühlung erforderlich. Die erhöhten Qualitätsanforderungen wurden gegenüber dem Betonlieferanten konsequent seitens der Bau- und Projektleitung durchgesetzt. Beim Betoneinbau ergeben sich durch den Einsatz von PP-Faserbetonen besondere Anforderungen. Der hohe Fließmittelbedarf führt zu einem langsamen Ansteifverhalten des Betons, wobei der Erstarrungsbeginn frühestens nach fünf Stunden einsetzt. Bei der Nachbehandlung wurde zur Sicherstellung einer konstanten Luftfeuchtigkeit von über 90 % der Nachbehandlungswagen mit einem stationärem Hochdruck-Nebelsystem ausgerüstet. Eindringwiderstand in N/mm2 8 6 „herkömmliche“ Rezeptur 4 PP-Faserbeton 2 0 0:00 2:00 Vergleich des Ansteifund Erstarrungsverhaltens / Comparison of the stiffening and setting behaviour of concrete 4:00 6:00 Zeitpunkt nach Herstellung des Betons in h 8:00 10:00 ten gravierende Auswirkungen auf den Bauablauf und die Konstruktion des Schalwagens ergeben können. Neben den herkömmlichen Frischbetonprüfungen, wie die Bestimmung des Ausbreitmaßes und der Frischbetontemperatur, waren weitere aufwendige Prüfungen, wie zum Beispiel Faserauswaschversuche, gefordert. Ein zusätzliches Qualitätssicherungskonzept wurde für die Produktionslenkung im Betonwerk aufgestellt. Die TPA GmbH veranlasste im Prüfplan die Anhebung der Prüfhäufigkeit der Konsistenz, der Erstarrungsbeginn des PP-Faserbetons war mit Hilfe einer Penetrationsnadel zu prüfen. Der Prüfplan sah vor, dass die Konsistenzprüfung an jedem Fahrzeug durchzuführen ist. Dies hatte den Vorteil, dass neben der Bestimmung des Ausbreitmaßes automatisch auch die Stabilität des Betons geprüft wurde. Im Zuge dieser Prüfung wurde auch immer die Frischbetontemperatur gemessen. Da die Laborversuche gezeigt haben, dass sich der Erstarrungsbeginn durch die hohe Fließmitteldosierung deutlich verschieben kann, war auch eine Prüfung zur Bestimmung der Erstarrungszeiten vorgesehen. Diese wurde täglich durchgeführt, um Erfahrungen bezüglich der Schwankungen des Ansteifverhaltens des PPFaserbetons bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen zu bekommen. Des Weiteren sind zur Überprüfung der Messungen mit der Penetrationsnadel Temperaturfühler im Bauwerk eingebaut worden, um die entstehende Hydratationswärme zu bestimmen. Zur Kontrolle des Fasergehaltes war ein Auswaschversuch vorgeschrieben. Auf Wunsch des Bauherren wurde zudem täglich der Luftporengehalt und der w/zWert kontrolliert. Diese in hohem Umfang notwendigen Prüfmaßnahmen erfordern es, dass ein ausführlicher Qualitätssicherungsplan erstellt wird, in dem sämtliche durchzuführende Prüfungen sowie die Maßnahmen bei Nichteinhaltung der geforderten Grenzwerte detailliert und übersichtlich festgehalten werden. Zur Qualitätssicherung war unter anderem die Installation einer Scherbengleisanlage zur Be- Fazit Die Faserauswaschversuche haben gezeigt, dass der erforderliche Fasergehalt nie wesentlich unterschritten wurde. Die festgestellten Schwankungen scheinen einen verfahrensbedingten Charakter zu haben, sodass der Nutzen dieses Versuches als zweifelhaft zu beurteilen ist. Marginale Schwankungen der Rohdichte und des Luftporengehaltes sind als unkritisch zu bewerten, da beim Bauvorhaben Bühltunnel kein Einfluss dieser Parameter auf die Qualität der Innenschale erkennbar war. Jedoch kann nach den Erkenntnissen der TPA eine schwankende Qualität der Fasern zu einem deutlichen Lufteintrag führen, weshalb die Prüfung des Luftporengehaltes als sinnvoll zu betrachten ist. Konsistenz und Stabilität des Frischbetons sind die maßgebenden Parameter zur Sicherstellung der Qualität der Betonbauteile; sie bedürfen einer genauen Prüfung. In der Konsequenz sind Lieferungen mit Kennwerten außerhalb der vorgegebenen Grenzen konsequent zurückzuweisen. Die Datensammlung zum Ansteifverhalten des Faserbetons zeigt nur geringe Schwankungen auf. Jedoch hat ein deutlich verzögertes Ansteifverhalten einen wesentlichen Einfluss auf den entstehenden Schalungsdruck und damit auf die Betonierdauer und infolgedessen auf die Konstruktion der Schalwagen bei Faserbetoninnenschalen. Bei der Konstruktion der Schalung müssen diese Auswirkungen bei der Ablaufplanung und der Kalkulation berücksichtigt werden. Die Ausschalfestigkeit kann durch die Auswahl eines optimalen ZementZusatzmittel-Systems sichergestellt werden, sodass es zu keinen Verzögerungen im Bauablauf kommt. Qualitätssicherung beim Einbau von PP-Faserbeton Ziel / Nutzen • Entwicklung eines Qualitätssicherungskonzeptes zum Einbau von PP-Faserbetonen • Erfassung der Schwankungen der Frischbetoneigenschaften von PP-Faserbetonen und deren Einfluss auf die Festbeton- und Bauteilqualität • technologische und wirtschaftliche Bewertung der durchgeführten Prüfungen und Prüfhäufigkeiten Mögliche Anwendung •Tunnelbau • Hochfester Beton im Hochbau • baulicher Brandschutz von Betonbauteilen Förderung intern Projektkoordination Dr. Marcus Walz Projektlaufzeit seit Oktober 2012 Unternehmenseinheit ZB TPA 04: Betontechnologie International (BTI); UB Tunnelbau 2I: Tunnelbau IU (Ed. Züblin AG) Projektleitung Torsten Dölle, Yves Grebing Bearbeitung Andre Langeborg Research, Development, Innovation 2013 / 14 10 32 I 33 AUF EINEN BLICK Baustofftechnologie / Construction Material Technologies Anwendung von hochfesten Betonen im Hochhausbau / Application of high performance concretes at high rise buildings Pumpbarkeit hochfester Betone Pumpability of high performance concretes Due to the high binder and the necessarily low water contents, the viscosity of the fresh high performance concrete will essentially grow. This has an impact on the pumpability. The pumpability of high performance concrete gets more important for high rise buildings, because there are long vertical pumping distances. Hence, this study reveals possible factors for creating the concrete composition to improve the pumpability of high performance concretes. Hintergrund Im Hochhausbau werden verstärkt hochfeste Betone im Bereich von Stützen und Kernwänden bis in die obersten Stockwerke benötigt. Bei großen Betonkubaturen ist in den meisten Fällen ein Einbau mittels Krankübel technisch und wirtschaftlich nicht mehr umsetzbar. Die Einbauhöhen würden eine zu lange Spielzeit des Krankübels ergeben. Ein einwandfreier Einbau und eine ausreichende Vernadelung von Schütt- Anpassung von Betonrezepturen bei hochfesten Betonen zur Sicherstellung der Pump- und Verarbeitungseigenschaften / Adjustment of the concrete mix design of high performance concrete regarding pump process and workability time lagen mittels Innenrüttlern kann dann zeitlich nicht mehr gewährleistet werden. Demzufolge ergeben sich immer häufiger Anforderungen an die Pumpbarkeit von hochfesten Betonen. Hochfeste Betone weisen generell hohe Bindemittelgehalte auf. Der Wasserzementwert liegt bei hochfesten Betonen in der Regel deutlich unter 0,40. Daher werden verstärkt Fließmittel der neuen Generation, sogenannte PCE-Fließmittel (auf Polycarboxylatether-Basis), mit hohen Dosiergehalten eingesetzt. Damit wird eine ausreichende Verarbeitungsfähigkeit des Frischbetons gesichert. Dies hat zur Folge, dass hochfeste Betone gegenüber Normalbetonen eine höhere Viskosität aufweisen. Diese „Klebrigkeit“ wird zusätzlich durch die Zugabe von Mikrosilika verstärkt. Die auftretende „Klebewirkung“ des Frischbetons erschwert allerdings massiv den Pumpvorgang. Im Ingenieurhochbau treten vermehrt Anforderungen an Pumpstrecken von größer 100 Metern für hochfeste Betone auf. Ziel Ziel ist es, technisch die Robustheit des Frischbetons beim Pumpprozess zu erhöhen und die Wirtschaftlichkeit von hochfesten Betonen zu verbessern. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die Parameter, die einen Einfluss auf die Pumpbarkeit von hochfesten Betonen haben, gezielt auf den jeweiligen Anwendungszweck im Hochbau im Vorfeld der Baumaßnahme angepasst. Stand der Arbeiten In ersten Laboruntersuchungen wurde die Viskosität von Ersatzmörtelsystemen mittels Viskomat bestimmt, um durch eine geeignete Auswahl an Zement und Betonzusatzstoffen die Viskosität zu reduzieren. Dadurch kann eine zielsichere Aussage zur Pumpbarkeit des hochfesten Betons bereits im Vorfeld getroffen werden. In weiteren Laborversuchen wurden im Vorfeld die Erstarrungszeiten des hochfesten Betons bei unterschiedlichen Frischbeton- und Umgebungstemperaturen ermittelt. Durch die Optimierung der Bindemittelzusammensetzung kann eine ausreichend lange Verarbeitungszeit erzielt werden. In Abhängigkeit der Pumpstrecken muss die Frischbetonkonsistenz von hochfesten Betonen an den Bauablauf beziehungsweise an die entsprechenden Bauteile angepasst werden. Um den Konsistenzverlust infolge des Pumpweges zu berücksichtigen, wird bei langen Pumpstrecken ein ausreichendes Vorhaltemaß im Bereich der Frischbetonkonsistenz gewählt. Durch hohe Pumpendrücke und zusätzlicher Reibung des Frischbetons an der Rohrwandung kommt es insbesondere bei langen vertikalen Pumpstrecken zu einem Anstieg der Frischbetontemperatur und damit zu einer Verringerung der Frischbetonkonsistenz am Ende der Förderleitung. Research, Development, Innovation 2013 / 14 Betonpumpe mit Rundverteiler im Hochhausbau / Concrete pump with round distributer for high rise buildings Ausgangstemperaturen eine entscheidende Rolle hinsichtlich der Pumpbarkeit von hochfesten Betonen. Es ist durch Vorversuche im Labor möglich, hochfeste Betone aufgrund ihrer Bindemittelzusammensetzung bezüglich der Pumpbarkeit zu optimieren und so eine Vorauswahl der Zusammensetzung zu treffen. Erfahrungen aus dem Ingenieurhochbau zeigen, dass insbesondere bei der Installation von Pumpleitungen und Pumpstrecken größer 100 Metern die Viskosität des Betons entscheidend für einen zielsicheren Pumpprozess ist. Fazit Neben der reinen Betonzusammensetzung spielen Viskosität, Frischbetonkonsistenz und Pumpbarkeit hochfester Betone Ziel / Nutzen • technologische Optimierung von hochfesten Betonen beim Pumpvorgang • technische und wirtschaftliche Optimierung von hochfesten Betonen Mögliche Anwendung • hochfeste Betone im Ingenieurhochbau Anforderungen • erforderliche Betonfestigkeitsklasse C80/95 / massige Wandkonstruktion • pumpbar mittels Autopumpe Förderung intern Betonzusammensetzung TBW Projektkoordination Dr. Marcus Walz Projektlaufzeit seit Januar 2010 Unternehmenseinheit ZB TPA 04, Betontechnologie International (BTI) Bearbeitung Markus Pötz Patente, Publikationen interner Bericht CEM I 52,5R Betonzusammensetzung optimiert 81 % v. BM CEM II B-S 42,5N CEM III/A 32,5N 19 % v. BM Flugasche w/zeq-Wert 0,32 CEM I 52,5R 27 % v. BM CEM II B-S 42,5N 64 % v. BM CEM III/A 32,5N Flugasche 9 % v. BM w/zeq-Wert 0,32 34 I 35 AUF EINEN BLICK Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, eine hochstandfeste Asphaltdeckschicht mit großer Verformungsbeständigkeit bei hoher Temperatur, ausreichendem Relaxationsvermögen bei niedriger Temperatur und guter Affinität zu entwickeln, die mit ähnlichen oder besseren Eigenschaften ausgestattet ist als ein Asphalt, der auf PmB 10 / 40-65 A NV basiert. Stand der Arbeiten Seit Beginn des Projektes wurden unterschiedliche Asphaltmischgüter mit herkömmlich polymermodifizierten Bitumen (PmB), Sonderbitumen und polymermodifizierten Bitumen mit Additiven hergestellt und durch unterschiedliche Methoden auf ihre Hochstandfestigkeit und Kälteflexibilität hin untersucht. Da die herkömmlichen Asphaltdeckschichtarten Splittmastixasphalt (SMA) und Asphaltbeton Beanspruchungen aus Industrie- und Schwerlastverkehr nicht dauerhaft standhalten, wurden optimierte Asphaltmischgutkonzepte mit den Vorteilen sowohl des Splittmastixasphaltes als auch des Asphaltbetons entworfen, sodass ein Teil der Kräfte durch erhöhten Grobkornanteil und ein anderer Teil der Kräfte über steifen Mastix aufgenommen werden. Das Schieben infolge der Horizontalkräfte des splittreichen Asphaltbetons soll durch eine gute Einbettung der Grobkörner in den steifen Mastix mit höherem Feinkornanteil erschwert werden. Hierzu wurde eine splittreiche Sieblinie in mehreren Schritten angepasst und die optimale Additiv-Zugabemenge in Kombination mit herkömmlichem polymermodifiziertem Bitumen PmB 25 / 55-55A zur Herstellung eines hochstandfesten Bindemittels ausgearbeitet. Jede Mischung wurde mittels performanceorientierten Prüfungen hinsichtlich asphalttech- Hochstandfeste Asphaltdeckschicht DAsphalt® D HS High stable asphalt wearing course mix DAsphalt® D HS Vergleich der Eigenschaften des hochstandfesten Asphaltes / Comparison of performance properties of high stable asphalt Asphalt pavements for bus lanes, roundabouts and industrial areas are heavily loaded by high shear loads and punctual vertical loads. To counteract these loads a high stable asphalt mix by the use of special binders (PmB 10/40-65 NV) can be produced. However, the barriers in logistics and economics do not make it feasible to produce this high stable asphalt for small projects (< 5000 m²). Hence this study has developed a highly stable asphalt called “DAsphalt® 11 D HS”, which provides the same performance when compared to the asphalt with special binders. This has been achieved by means of optimisation of grading and improvement of bitumen properties. The properties of conventional polymer modified bitumen (PmB 25/55-55 A) at high and low temperature have been specifically improved by means of additional modification with adequate polymer additives (Lucobit 1210 A / Honeywell 7686 / ROAD+). DAsphalt® 11 D HS can be produced at all asphalt mix plants. Standfestigkeit Sonderbindemittel PmB 10/40-65 A NV PmB 25/55-55 A Kälteverhalten Tragfähigkeit Hintergrund und Zielsetzung Bereits in der Konzernbroschüre Forschung, Entwicklung, Innovation – Projekte 2012 / 2013, S. 28 / 29 wurde über die Entwicklung von Asphalttragschichten mit erhöhter Lebensdauer für PPP-Projekte berichtet. Die Untersuchungen wurden nun für Asphaltflächen mit multifunktionaler Beanspruchung konkretisiert. Industrieflächen, Kreisverkehre und Busbuchten sind aufgrund ihrer Geometrie und Nutzungsart durch kanalisierten und langsam fahrenden Verkehr mit sehr hohen Schub-, Horizontal- und Vertikalbeanspruchungen belastet. Zudem werden Industrieflächen durch Industriefahrzeuge (LKW, Stapler und Hubwagen) multifunktional genutzt, diese beanspruchen die Verkehrsflächen sehr unterschiedlich. Die bisherigen Erfahrungen zeigen, dass durch die Verwendung von Sonderbindemittel PmB 10 / 40-65 A NV hochstandfeste Asphalte für derartig stark beanspruchte Flächen hergestellt werden können. Allerdings erschweren logistische wie auch wirtschaftliche Aspekte die Verwendung dieses härteren polymermodifizierten Sonderbitumens für Kleinbaumaßnahmen. Verdichtbarkeit Lagerung und Handling an der Asphaltmischanalge Preiserhöhung je Tonne Asphalt [€] ++ 0 + 0 0 4,00 – 6,00 0 + 0 + +++ 0,00 PmB 25/55-55 A + Lucobit ++ + + + ++ 5,00 PmB 25/55-55 A + Honeywell ++ + + ++ + 7,00 PmB 25/55-55 A + ROAD+ + ++ + 0 ++ 3,00 DAsphalt® nologischen Eigenschaften untersucht und im Vergleich zu den Varianten mit konventionell modifiziertem Bitumen und dem Sonderbitumen ausgewertet. Die bisherigen Untersuchungen zeigen, dass das entwickelte hochstandfeste Asphaltdeckschichtmischgut DAsphalt® 11 D HS gleichwertige oder bessere Eigenschaften hat, als ein mit dem hochviskosen Sonderbitumen PmB 10 / 40-65 A NV hergestellter Asphalt. Darüber hinaus lässt sich diese Variante deutlich besser verdichten. Unter Berücksichtigung der Performance-Eigenschaften und der Wirtschaftlichkeit schneidet die hochstandfeste Variante mit PmB 25 / 55-55 A + Additiven Honeywell oder mit Lucobit am besten ab. Mit den herausragenden Laborergebnissen konnten mehrere Auftraggeber überzeugt werden, sodass DAsphalt® 11 D HS bereits auf Industrieflächen und Kreisverkehren eingebaut wurde. Die ersten Erfahrungen in situ bestätigen die Laborergebnisse. Ausblick Der neu entwickelte hochstandfeste Asphalt stellt nicht nur eine Alternative zu Asphaltmischgut mit Sonderbitumen PmB 10 / 40-65 A NV dar, sondern wird längere Nutzungsdauern und weniger Erhaltungsmaßnahmen in Bereichen wie Kreisverkehren, Industrieflächen und Busbuchten zur Folge haben. Darüber hinaus kann dieses Mischgut an fast allen Asphaltmischanlagen mit vorhandenen Ausstattungen hergestellt werden. DAsphalt® D HS Ziel / Nutzen • hochstandfester Asphalt • Kleinmengenproduktion ohne zusätzliche logistische und wirtschaftliche Hürden • langlebigere Asphaltdeckschichten Mögliche Anwendung •Kreisverkehre •Busbuchten •Industrieflächen Förderung intern Projektkoordination Dr. Norbert Simmleit Partner UB VWB Deutschland 6H: Köln / Düsseldorf DE (STRABAG AG, Deutsche Asphalt GmbH) Projektlaufzeit Januar 2013 bis Dezember 2013 Unternehmenseinheit ZB TPA 04: DE Nord / International / RU Projektleitung Dr. Pahirangan Sivapatham Bearbeitung Hülya Sacihan AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 36 I 37 Baustofftechnologie / Construction Material Technologies Asphalteinbau / Bituminisation Fräsen der Asphaltdeckschicht / Milling of pavement Herstellung des Asphaltmischgutes Sowohl vor und während der Aufbereitung des Asphaltgranulates wurden labortechnische Untersuchungen durchgeführt. Als Mischgut kam ein Splittmastixasphalt, SMA 8 Hmb zur Anwendung. Aufgrund der Aufbereitung und Homogenisierung des Asphaltgranulates konnte somit folgende Mischgutzusammensetzung nach dem Maximalrecyclingverfahren gewählt werden: • 90 M.-% 11 RA 0/8 Asphaltgranulat Veddeler Damm • 10 M.-% 5/8 Rhyolith • 7 kg/to Additivkombination Die Produktion an der Asphaltmischanlage erfolgte wie nachfolgend beschrieben: •Erhitzung der Gesteinskörnungen auf ca. 200 °C in der Trockentrommel • Dosierung des Asphaltgranulates über drei Doseure zur besseren Homogenisierung • Erwärmung des Asphaltgranulates auf ca. 140 °C in der Paralleltrommel • Dosierung der Additivkombination über den Behälter der Bindemittelwaage Maximale Zugabemenge von Asphaltgranulat im Asphaltmischgut – Maximalrecycling Maximum added amount of asphalt granulat in asphalt mixtures – Maximalrecycling The use of recycled asphalt has positive monetary impacts and also preserves environmental resources. Hence the higher the recycling rate of asphalt the better the positive impacts will be. To achieve high recycling rates a regenerative compound has been added into the asphalt granulate of the recycled material. The final mixture, i.e. asphalt with a high recycling rate, has been tested on the Veddeler Damm Street in Hamburg. The preparation of the recycled asphalt and new asphalt as well as the mixture of the regenerative compound has been undertaken by the Deutsche Asphalt GmbH located in the district Peute in Hamburg. Durability tests have been conducted to analyse the applicability of this new asphalt mixture. The results show that there have been no negative impacts on quality even when the proportion of the recycled asphalt has been increased by up Aufbereiten des Fräsgutes / Recycling of milling material to 90%. Additionally, it has also been identified that the produced asphalt is more resistant against a decline in temperature. The process of producing asphalt with such high recycling rates has been labelled “Maximalrecycling”. Ziel Das Ziel des Forschungsprojektes ist die Erhöhung der Wiederverwendungsrate von Asphaltgranulat im Asphaltmischgut unter Verwendung des ausgebauten und homogenisierten Fräsgutes. Dabei werden sogenannte Rejuvenatoren (Verjüngungsmittel) oder Additivkombinationen eingesetzt, welche das gealterte Bitumen im Asphalt reaktivieren und eine Erhöhung der Standfestigkeit bewirken. Potenzial Die Wiederverwendung von Ausbauasphalten ist nicht nur hinsichtlich des Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG) zur Ressourcenschonung notwendig, sondern auch aus wirtschaftlicher Sicht sinnvoll. Neben den technischen Voraussetzungen der Asphaltmischanlagen ist die Wiederverwendungsrate von der Qualität des Asphaltgranulates abhängig. Hier ist der Erweichungspunkt Ring und Kugel von entscheidender Bedeutung. Eine Möglichkeit die Wiederverwendungsrate des Asphaltgranulats zu erhöhen ist die Zugabe eines Regenerierungsmittels. Über diese Thematik war schon in früheren Konzernbroschüren (2010 / 2011, S. 70 – 71 und 2012 / 2013, S. 30 – 33) berichtet worden. Projekt Im Auftrag der Hamburg Port Authority erfolgte die Sanierung des Veddeler Damms, eine der durch Schwerlastverkehr hochfrequentiertesten Straßen in Hamburg. Der zu sanierende Straßenabschnitt weist eine Länge von rund 1.100 m auf. Die vorhandene Deckschicht aus Splittmastixasphalt wurde auf der Nordseite 4,0 cm tief und auf der Südseite 3,5 cm tief abgefräst. Das gewonnene Fräsgut wurde zum Asphaltmischwerk transportiert und dort zur weiteren Verwendung aufbereitet und klassifiziert. Es kam ein Verfahren zum Einsatz, welches eine nahezu 100 %-ige Wiederverwendung des ausgebauten Fräsgutes vorsieht. Dieses Verfahren basiert auf der Zugabe einer Additivkombination aus speziellen Fischer-Tropsch-Wachsen und additivierten Ölen. 38 I 39 Nach Zugabe der Gesteinskörnung und des Asphaltgranulates wurde die Additivkombination in den Mischer gedüst. Gegenüber herkömmlich produziertem Splittmastixasphalt war die Nachmischzeit um 30 Sekunden je Charge höher, um ein optimal homogenisiertes Mischgut zu gewährleisten. Einbau der Versuchstrecke Der Splittmastixasphalt SMA 8 Hmb wurde auf der Versuchstrecke mit einem Straßenfertiger mit einer Breite von ca. 3,50 m eingebaut und mit zwei Tandemvibrationswalzen (ca. 12 t) verdichtet. Es wurden hohe Verdichtungsgrade erzielt, die auf eine gute Verdichtungswilligkeit des Asphaltmischgutes schließen lassen. Fazit Die Untersuchungsergebnisse belegen, dass die asphalttechnologischen Eigenschaften durch Maximalrecycling mindestens gleichwertig sind. Durch die optimale Aufbereitung und mit der Zugabe einer geeigneten Additivkomponente konnten bis zu 90 % Ausbauasphalt in einer Splittmastixasphaltdeckschicht wiederverwendet werden. Geplant ist, weitere Versuche hinsichtlich der Dauerhaftigkeit durchzuführen. Maximalrecycling von Asphalt Ziel / Nutzen • Erhöhen der Wiederverwendungsrate von Asphaltgranulat im Asphalt • Schonung von Ressourcen •Wirtschaftlichkeit Mögliche Anwendung • in allen Asphaltschichten Förderung Freie und Hansestadt Hamburg (FHH), Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt Projektkoordination FHH Projektlaufzeit April 2013 bis September 2013 Unternehmenseinheit ZB TPA 04: DE Nord / International / RU; UB VWB Deutschland 6H: (Deutsche Asphalt GmbH) Projektleitung Thomas Sikinger Bearbeitung Thorsten Krawetzki, Riccardo Michatz AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 Baustofftechnologie / Construction Material Technologies 40 I 41 Tastatur erfolgen. Ein zuvor mittels STRAtakt geplantes Projekt lässt sich entweder über einen USB-Stick oder über das Internet direkt in den Fertiger-Terminal laden. Der Lieferschein des aktuellen Transports wird in eine Papierlade gelegt und mittels einer eingebauten Kamera fotografiert. Durch optische Texterkennung und können mit der kennzeichenbasierten LKWAuswertung Aussagen über die Zuverlässigkeit der Transporte getroffen werden. Die Ergebnisse aus der IST-Aufnahme werden nach Beendigung des Einbaus in das bestehende STRAtakt Projekt serverseitig abgelegt und stehen damit jederzeit online und zentral zur Verfügung. Standardansicht am Fertiger-Terminal: eingebaute LKW Fuhren (grün), derzeit eingebaute LKW Fuhren (gelb), LKW in Warteposition (rot) / Standard view of the Finisher-Terminal: built in truck loads (green), building in truck loads at the moment (yellow), truck is in waiting position (red) Verwendung einer OCR-Schablone ist die Software in der Lage, alle einbaurelevanten Daten des Lieferscheines auszulesen und zu dokumentieren. Der Anwender kann den gesamten Einbautag analysieren und erhält aktuelle Hochrechnungen und Prognosen über den noch zu leistenden Einbau. Störungen und Einbauunterbrechungen können jederzeit am Fertiger-Terminal eingegeben und mitprotokolliert werden. Länger andauernde Einbauzeiten werden anhand von Verzögerungszeiten dokumentiert. Dem Anwender steht eine Reihe von Auswertungen zur Verfügung. Anhand der Taktlinie lässt sich zum Beispiel die Planung und der erfolgte Einbau einfach und übersichtlich vergleichen. Ebenso Fertiger-Terminal: Automatisierte Erfassung der IST-Situation beim Asphalteinbau Finisher-Terminal: Automated recording of the current situation in asphalt paving LKW Auswertung am Fertiger-Terminal / Truck analysis of the FinisherTerminal Finisher-Terminal is an add-on to STRAtakt and belongs to the LEAN Construction Asphaltmethodology. The aim of the Finisher-Terminal is to record the current situation of the asphalt paving process. This is achieved through recording all relevant data from the asphalt delivery notes. This data provides details about the installation progress and the asphalt mix transports. Hence the supply, pavement and quantity of the asphalt will be analysed in real time. The comparison between the expected (STRAtakt) and current situation (Finisher-Terminal) allows the identification of quality deficiencies, schedule delays, and potential cost increases. Hintergrund STRAtakt ist ein webbasiertes Planungswerkzeug, das der automatischen Fahrplanerstellung für den Asphalteinbau dient. STRAtakt ermittelt jede einzelne Fuhre zeitgenau und sorgt dafür, dass alle Prozessbeteiligten (Asphaltpolier, Mischmeister und LKW-Fahrer) in den Taktkarten dargestellt werden. Die Anwendung von STRAtakt reduziert Standzeiten und steigert damit die Effizienz beim Asphalteinbau. Um diese vorangegangene STRAtakt-Planung (SOLL) mit dem realen Einbau auf der Baustelle vergleichen zu können (IST), wurde das Fertiger-Terminal entwickelt. Mit den aufbereiteten Lieferscheindaten erfolgt eine SOLL / IST-Gegenüberstellung. In weiterer Folge kann auf eventuelle Abweichungen sofort reagiert und gegengesteuert werden. Ziel Das Ziel des Fertiger-Terminals ist die automatisierte Erfassung der IST-Situation beim Asphalteinbau. Dafür werden alle relevanten Informationen der verschiedenen Lieferscheine digitalisiert und erfasst. Die Auswertungen der zeitlichen Anlieferungen, die Einbauleistung und die Menge des eingebauten Asphaltmischguts stehen anschließend am Fertiger-Terminal in Echtzeit zur Verfügung. Ergebnis Der Fertiger-Terminal wird über ein eingebautes Touch-Display bedient. Die Eingabe von Werten kann alternativ auch über die eingebaute Ausblick Im Zuge des kontinuierlichen Verbesserungsprozesses wird bereits an der nächsten Version des Fertiger-Terminals gearbeitet. In naher Zukunft werden die Daten des Lieferscheins an der Mischanlage auf einen RFID Tag am LKW geschrieben, und auf der Baustelle vom Terminal kontaktlos und vollautomatisch gelesen und verarbeitet. Es werden Sensoren zum Einsatz kommen, die sowohl die tatsächlich eingebaute Fläche ermitteln, als auch die Temperatur des Asphaltmischgutes und die Schichtdicke messen und protokollieren. Alle dafür notwendigen Sensoren werden am Fertiger fest installiert und über ein eigenes System miteinander vernetzt. Asphaltbox Ziel / Nutzen • Dokumentation und Auswertung des IST-Zustandes beim Asphalteinbau in Echtzeit • zeitnahe Korrekturmöglichkeiten • Erkennen von Optimierungspotenzial • detaillierte Aufzeichnung für Rechnungsprüfungen Mögliche Anwendung • Linien- oder Flächenbaustellen • Einbau von Asphaltmischgut • Einbau jeglicher Schüttgüter Förderung intern Projektlaufzeit seit Januar 2012 Unternehmenseinheit ZB TPA 04: LEAN Construction RR Projektleitung Mario Gasser, Christoph Schmidberger Bearbeitung Thomas Baierl, Christoph Schmidberger Patente, Publikationen • Deutsche Patentanmeldung DE 10 2012 005 186 – Schutzrecht angestrebt • Europäische Patentanmeldung EP 13 001 265 – Schutzrecht angestrebt AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 Fertiger-Terminal / Finisher-Terminal Baubetrieb / Construction Process Management Asphaltierung auf der A4 Brzesko – Wierzchosławice in Polen / Asphalting at the A4 Brzesko – Wierzchosławice in Poland Asphalteinbau / Asphalting wertiges Einbauergebnis erreicht. In 5 ½ Monaten wurden insgesamt 354.000 t Asphalt eingebaut – und die Stillstandskosten von den üblichen 15 % des Frachtkostenanteils auf 2 % reduziert. Dieser Projekterfolg soll in andere Projekte übertragen werden: Derzeit wird im nächsten Abschnitt der Autobahn A4 zwischen Krzyż und Dębica ebenfalls nach der LC-Asphalt-Methode gebaut. Das Tool STRAtakt und der tägliche SOLL- und IST-Vergleich gehören zum Baualltag. Dabei kommen die nun serienreifen FertigerTerminals der Fertiger-Terminals (s. Bericht S. 40 / 41) zur Anwendung, die die Bauleistung – Asphalteinbau und Taktung der Materialanlieferung – permanent in Echtzeit dokumentieren. Mit den Auswertungen der Dokumentation kann die exakte Planung des nächsten Einbautages angepasst werden. LEAN Construction Asphalt Methode in Polen erfolgreich etabliert LEAN Construction asphalt method successfully implemented in Poland LEAN Construction Asphalt is a method to head the asphalt placing process. Main targets are the continuous improvement of the added value and the continuous elimination of dissipation. Through LC Asphalt the strengths, weaknesses and weak spots will be visible during the asphalt placing. The development of the LEAN Construction Asphalt Method has been described in previous publications of this Journal. In the issue 2010 / 2011, the theoretical and conceptual background has been elaborated. A practical case study of a construction project in Germany has been presented in the subsequent issue 2011 / 2012. The success of the LEAN Construction Asphalt Method has resulted in a rapid expansion. Meanwhile, the method has also been implemented abroad, in Poland. It can be concluded that the LEAN Construction Asphalt Method is applicable in any country within Europe. Hintergrund In der Konzernbroschüre Forschung, Entwicklung, Innovation – Projekte 2010 / 2011, S. 92 / 93, wurden die theoretischen Grundlagen der LEAN Construction Asphalt Methode (LC-AsphaltMethode) erläutert. In der Ausgabe im Jahr 2012 – Projekte 2011 / 2012, S. 82 / 83, erschien dann die Präsentation eines Praxisbeispiels aus Deutschland. Der LEAN-Gedanke ist jedoch nicht nur auf den deutschsprachigen Raum begrenzt – so kann nun von der Anwendung der Methode im Verkehrswegebau in Polen berichtet werden: Zunächst war im Jahr 2012 das Autobahnprojekt A4 Brzesko – Wierzchosławice mit dem LEAN-Gedanken begleitet worden, derzeit kommt die LC-Asphalt-Methode auf dem Bauabschnitt A4 Krzyż – Dębica zur Anwendung. Das Projekt Der Abschnitt der Autobahn A4 Brzesko – Wierzchosławice ist rund 20 Kilometer lang, der Vertragswert war ca. 135 Millionen Euro. Die Herausforderung für den Fachbereich Bau Prozess Management lag darin, die LEAN Kultur in einem ersten Schritt dem polnischen Führungspersonal zu vermitteln. Alle am Asphalteinbau beteiligten Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter – Bauleitung, Mischanlagenleitung und die Transportorganisation – wurden zum Thema LEAN Construction Asphalt (LC Asphalt) geschult. Während der Baumaßnahme wurde das Baustellenteam in situ unterstützt. Die Akzeptanz auf der Baustelle stellte sich schnell ein: Die Taktung der Transporte und Einbauprozesse wurde – trotz anfänglicher Skepsis – akzeptiert und effektiv umgesetzt. Die LKW-Fahrer stellten fest, dass sowohl bei der Beladung des Mischguts an der Mischanlage als auch beim Abladen auf der Baustelle keine Wartezeiten entstehen und damit die Zahl der täglichen Fahrten zunimmt. Infolge der kontinuierlichen Materialanlieferung konnte im Bauablauf ein gleichmäßiger Arbeitsfluss entstehen, Stillstandskosten wurden minimiert und auch die oft vorkommende „Rudelbildung“ wurde weitgehend eingeschränkt. Insgesamt hat das Team eine höhere Tagesleistung erzielt und ein durchweg qualitativ hoch- Von September bis Ende Oktober 2013 wurden in den Tag-Schichten 81.000 t Asphalt eingebaut und die Stillstandskosten der LKW weiter auf 0,04 % gesenkt. Seit November erfolgt der Asphalteinbau im Mehrschichtbetrieb. Allein im Zeitraum März bis Ende Mai 2014 wurden auf dem Abschnitt der Autobahn A4 Krzyż-Dębica 106.000 t Asphaltmischgut eingebaut. Die Stillstandskosten des Transports wurden bedeutend reduziert und betrugen nur 0,19 % der gesamten Transportkosten. Eine konsequente Planung und Anwendung der LC Asphalt Methode gemeinsam mit technischen Verbesserungen an der Mischanlage in Tarnów führten auch zu einem sinkenden Energieverbrauch. Im Vergleich zu den Kalkulationsannahmen wurden bislang 250.000 EUR an Heizöl und Kohlenstaub eingespart. Nach Meinung der Mitarbeiter verläuft Dank der LC-Asphalt-Methode die Arbeit insgesamt wesentlich ruhiger und effektiver. Ergebnis und Ausblick Das Baustellenteam war zunächst in der Initiierungsphase skeptisch. Diese Skepsis legte sich dann während der Umsetzung, als die ersten Erfolge sichtbar wurden. Mittlerweile gehören die LEAN Construction Asphalt Methode und STRAtakt zum Alltag des Baustellenteams. Die Ergebnisse aus diesem Projekt geben einen Hinweis darauf, dass der LEAN Gedanke unabhängig vom länderspezifischen Kontext in Europa eingeführt werden kann. LC-Asphalteinbau in Polen Ziel / Nutzen • gleichmäßiger, kontinuierlicher Asphalteinbau • Erhöhung der Einbauleistung • genaue Übersicht und Kontrolle über Bauablauf während des Einbaus • einfache und sichere Verbrauchskontrolle • kontinuierliche Auslastung der Mischanlage • Reduzierung von Standzeiten • Sicherung der Einbauqualität • ruhiges Arbeiten und dadurch bessere Arbeitsatmosphäre • Verbesserung der Kommunikation aller Prozessbeteiligten • Implementierung des LEAN Gedankens im Konzern • Erkenntnisse hinsichtlich Universalität der LC-Asphalt-Methode Mögliche Anwendung • Baumaßnahmen im Verkehrswegebau Förderung intern Projektlaufzeit Oktober 2011 bis Juli 2013 Unternehmenseinheit ZB TPA 04: Bau Prozess Management; UB Polen 6Q: Südwest PH Projektleitung Pawel Lochnicki Bearbeitung Piotr Cofala, Wojciech Kropacz, Pawel Lochnicki, Maciej Spychalski AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 42 I 43 Baubetrieb / Construction Process Management 44 I 45 • Anwendung der RFID-Technologie auf einer Baustelle beim Einbau von Gipskartonständerwänden. Hierzu wird die RFID-Technologie mit den Daten eines Multi-Modells aus iTWo gekoppelt. Das zugrundeliegende 5D-Modell bildet die Grundlage für die bidirektionale Anbindung der zentralen (RFID)Datenbank. Stand der Arbeiten Der Videofilm zur Darstellung der unterschiedlichen Prozessabläufe und Einsatzmöglichkeiten der RFID-Technologie für die Baubranche ist fertiggestellt. Der Film wurde auf der Baustelle Meandris in Frankfurt gedreht und kann unter www.rfidimbau.de oder auf YouTube gesehen werden. Darüber hinaus wurde der Container zur Demonstration der bisherigen Forschungsergebnisse fertiggestellt und wird auf der Bautec 2014 in Berlin erstmals der Öffentlichkeit präsentiert. Ab Mai 2014 ging der Container auf eine bundesweite Roadshow, die im Züblin-Haus in Stuttgart beginnt. Ausblick Auf der Züblin-Baustelle Flugfeld in Böblingen wird die RFID-Technologie erstmals im laufenden Baustellenbetrieb getestet. Geplant ist am Beispiel der Gipskartonständerwände die folgende Szenarien abzubilden: Logistik, Baustellenprozesse, Anbindung an das 5D-Modell (Termin- und Kostenkontrolle) sowie gewerkübergreifende Prozessabläufe. RFID-Technologie im Bauwesen RFID-Technology in construction During the design and execution phase the qualitative and economic success of a construction project increasingly depends on the appropriate use of information and [1] . Hence one communication technologies reason why there are so many collaborative activities (e.g. meetings, phone calls, emails) on site is that the flow of information is interrupted or no central information databank exists. For this reason there is a demand to optimise the flow, to decrease the costs, and to increase the health and safety of the processes on the construction site. To meet such challenges in the automotive industry, radio-frequencyidentification (RFID)-technologies are applied successfully. The overall aim of this project is to try to benefit from the RFID-technology by transferring it from the automotive production plant to the construction site. To achieve this aim the project has been divided into three research series. In this final research series, the theoretical results which have been previously obtained by the involved universities will be combined with a potentiality analysis, where the RFID-technology will be presented to the public by the project partners. Hintergrund „Der qualitative und wirtschaftliche Erfolg eines Bauvorhabens hängt zunehmend davon ab, wie die Akteure aus der Planungs- und Ausführungsphase es verstehen, Informations- und Kommunikationstechnik zum Erfüllen Ihrer Arbeiten einzusetzen“ [1]. Häufig treten Kollaborationen zwischen den Beteiligten auf, da kein durchgängiger Handlesegerät mit RFID-Tag / Handheld reader and RFID-tag Informationsfluss vorliegt und eine zentrale Datenbankverwaltung fehlt. Die Automobilindustrie wendet die radio-frequency-identification (RFID)Technologie bereits erfolgreich an, um Prozessabläufe zu optimieren, Prozesskosten zu senken und die Produktsicherheit zu erhöhen. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, diese Technologie auch für die Baubranche zu nutzen. Hierfür hat die ARGE Bau Grundlagenforschungen betrieben, um herauszufinden in welchen Prozessabläufen die RFID-Technologie angewendet werden kann und wie die Lesbarkeit und Reichweite der RFID-Tags nach dem Einbau in Bauteilen sind. In der dritten und letzten Forschungsreihe werden die bisherigen Ergebnisse der beteiligten Universitäten zusammengeführt und die Potenziale der RFID-Technologie für die Baubranche der Öffentlichkeit vorgestellt. Dies geschieht mit der Unterstützung der Praxispartner. Ziele Die dritte Forschungsreihe hat folgende Zielsetzungen: • Zusammenführen der Applikationen, zur Demonstration der Datenflüsse • Veröffentlichungen und Öffentlichkeitsarbeiten zur Darstellung der potentiellen Anwendungsfelder der RFID-Technologie in der Baubranche. Hierfür wurde ein Videofilm erstellt und ein Demonstrationscontainer gebaut, um die Forschungsergebnisse visuell und erlebbar der Öffentlichkeit vorzustellen. • Erstellen von Standardisierungs-Regelwerken, welche unter anderem Kennzeichnung, Klassifizierung und Datenschutz beinhalten RFID im Bauwesen AUF EINEN BLICK Ziel / Nutzen • Optimierung von Prozessabläufen • Senken von Prozesskosten • Steigerung der Bauqualität • durchgängiger Informationsfluss über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes • zentrale Datenablage aller Prozessabläufe und eingebauten Materialien Mögliche Anwendung • Persönliche Sicherheitsausrüstung (PSA) – Kontrolle • Koppelung von Lieferscheinen beziehungsweise Mengen und kaufmännischen Abrechnungssystemen • Kontrolle des Plan-Solls (Termin, Kosten und Materialien) durch Vergleich von realen Informationen mit den Daten eines virtuellen Modells Förderung Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) und Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) Projektkoordination Bettina Luik Partner Bergische Universität Wuppertal, Technische Universität Dresden, Technische Universität Darmstadt, Hauptverband der Deutschen Bauindustrie e.V., Zentralverband des Deutschen Baugewerbes e.V., Ed. Züblin AG, Streif Baulogistik GmbH, ALHO Systembau GmbH, pco Personal Computer Organisation GmbH & Co. KG, Cichon + Stolberg Elektroanlagenbau GmbH (C+S), CWSM GmbH Software Solutions, RIB Software AG, Asta Development GmbH, innoTec GmbH, IDENTEC SOLUTIONS AG, 2G Konzept KG Projektlaufzeit Dezember 2012 – November 2014 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau, Baubetrieb; UB H+I Deutschland 2C: Stuttgart EP, Mitte ER Projektleitung Alexander Blickle, Bettina Luik, Brigitte Wichert Bearbeitung Sandra Damerau, Jörg Endrich, Tomislav Filipovic, Benjamin Hahn, Desiree Klein, Anja Küstner, Alexander Kuhn Patente, Publikationen [1] Helmus, M.: RFID und BIM – konsistente Datenerkennung im modellbasierten Planungs-, Arbeitsvorbereitungs- und Logistikprozessen. Jahresbericht 2013-2014 VDI-Bautechnik. 2013 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Demonstrationscontainer auf der Bautec in Berlin / Demonstration container at the Bautec trade fair in Berlin Baubetrieb / Construction Process Management Personaleinsatzplanung am Beispiel des Wiener Hauptbahnhofs Überblick Tätigkeitsfelder des Angestelltenpersonals / Overview employee scope of activities 46 I 47 Ergebnisse und Methodik Die strengen vertraglichen Auflagen des Bauvorhabens Hauptbahnhof Wien erschwerten die Projektkonditionen. Unter anderem musste eine kurze Hauptbauzeit mit laufendem Bahnbetrieb und permanenter Leistungserbringung Dritter berücksichtigt werden. Darüber hinaus waren 118 Pönal-Termine vertraglich festgelegt. Es gab von der Angebotsphase an kaum Spielraum für Leistungsabweichungen. Um diesen Anforderungen zu begegnen, wurde durch die ARGE HBF Wien (Anteil STRABAG 36 %) schon zu Beginn ein proaktiv agierendes und gut strukturiertes Projektteam eingesetzt. Bis dato wurden 85 % der Leistungen des Hauptauftrages termingerecht und zur vollsten Zufriedenheit aller Beteiligten abgewickelt. Zudem konnten Folgeaufträge aquiriert und somit die Gesamtabrechnungssumme um 35 % gesteigert werden. Bei Baubeginn setzte sich das Startteam aus 14 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern zusammen, die durch Expertinnen und Experten aus den Stundenlauf der Personengruppen Bereichen Controlling, Bauzeitplanung, Arbeitsvorbereitung, Construction Management und Abrechnung ergänzt wurden. Die Grundlage für den termingerechten Bauablauf waren ein gut strukturiertes Organigramm, ein gelebtes Verantwortungsbewusstsein und die disziplinierte Verwendung einer gemeinsamen Projektdatenbank. Um den Zeitaufwand für die einzelnen Teiltätigkeiten und Besprechungen festzustellen, wurde anhand der gelebten Verantwortungsmatrix das gesamte Angestelltenpersonal mit Hilfe von Fragebögen einmal für die Start- und einmal für die Regelphase interviewt. Die Verantwortungsmatrix gab 157 aktuelle Teiltätigkeiten vor, welche durch die Probanden im Fragebogen mit Zeitangaben belegt wurden. So entstand für jedes Teammitglied ein eigenes Tätigkeitsprofil. Ergänzt wurden diese Ergebnisse durch die Kontaktintensität der Kolleginnen und Kollegen untereinander und die Besprechungsstunden. Im Ergebnis kann gezeigt werden, wie hoch der Arbeitsaufwand für die einzelnen Tätigkeitsgruppen im Verhältnis zum gesamten Arbeitsaufwand ist: Trotz einer mustergültigen Einsatzplanung bleiben 12 % Sonstiges, also Unvorhersehbares. Dieser Anteil spiegelt die Flexibilität auf Unvorhersehbares zu reagieren und den administrierbaren Aufwand wider. Staff planning – example of Vienna Central Station 8000 Kaufmännische Abwicklung 12 % Abrechnung 11 % Sonstiges 12 % Ausführung 16 % Besprechungen 12 % Prozentualer Anteil der einzelnen Tätigkeitsgruppen an der gesamten Arbeitszeit / Percentage of the individual activity groups Planlauf 3 % Übergeordnete Organisation 4 % Arbeits‐ vorbereitung 10 % Controlling 13 % Vertrag 7 % importance in order to identify professional qualifications and the competencies of the staff. Hence the main objective of this study is to analyse workflows, indicate weak points and to improve the working conditions through this approach. Fazit und Ausblick Die unterschiedlichen Analysen lassen sich derzeit nur bedingt miteinander vergleichen, jedoch können die Ergebnisse und die dabei gewonnen Erkenntnisse helfen, die Selbstorganisation von Arbeitsaufgaben auf Baustellen zu optimieren. Zusätzlich können auch Hinweise betreffend einem möglichen Umstrukturierungs- oder Weiterbildungsbedarf abgeleitet werden. Als Säulen des Erfolges konnten definiert werden: das motivierte Startteam, die starke Projektleitung, der Einsatz von Expertinnen und Experten, das erfahrene Abrechnungsteam sowie eine hohe Motivation durch eine straffe Struktur. Weitere Untersuchungen sind bereits in Planung. 7000 6000 Stunden Construction projects usually face different types of uncertainties during project organisation and execution. Qualified human resources and a well-functioning team is required to be able to execute a project on time, with the appropriate quality, and the required safety standards. Therefore, effective human resource planning is highly essential. Various work parameters from a large construction project in Austria (Vienna Central Station) have been compiled, in order to improve the human resource planning on the site management level. The work profiles of the site management staff have been analysed within the framework of two independent research projects. Thus it was possible to quantify the amount of time needed for each task. The Diagrammtitel analysis of the work profiles is of great 5000 4000 3000 2000 Hintergrund Bauprojekte werden bei der Projektabwicklung und Organisation oftmals von unvorhersehbaren und nicht planbaren Einflüssen geprägt. Um ein Projekt und die damit verbundenen Aufgaben zeitgerecht, in bestmöglicher Qualität und unter Einhaltung erforderlicher Sicherheitsaspekte abwickeln zu können, wird ein aufeinander abgestimmter Mitarbeiterstamm benötigt. Um den Anforderungen einer Personaleinsatzplanung wirtschaftlich wie auch technisch gerecht zu werden, wurden bei einer derzeit laufenden Großbaustelle am Wiener Hauptbahnhof einzelne Parameter für die verschiedenen Bauphasen erhoben. Im Rahmen von zwei unabhängigen Forschungsvorhaben wurden Tätigkeitsprofile des Angestelltenpersonals analysiert, um das breitgefächerte Aufgabengebiet erstmals zu quantifizieren. Die Analyse der auszuführenden Tätigkeiten gilt als wichtige Voraussetzung für die Ermittlung von Anforderungen an die berufliche Qualifikation und Kompetenz von Beschäftigten. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen in weiteren Untersuchungen auf andere Projekte adaptiert und ergänzt werden. Ziel ist es, basierend auf den gesammelten Erfahrungswerten Kennzahlen für einen optimalen Ablauf ähnlicher Projekte zu erhalten. 1000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Bauzeit Kaufmannschaft 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 PEP im Projekt Abrechnung Projektleitung Innendienst Aussendienst Ergebnis Ziel / Nutzen • optimale Personaleinsatzplanung, besonders in der Startphase • Unterstützung durch Expertinnen und Experten, besonders in der Startphase • Erheben von Kennzahlen für die Personalsteuerung Mögliche Anwendung • bei allen Projekten mit mehr als fünf Angestellten • Einsatz einer Verantwortungsmatrix für unterschiedliche Projekte Förderung intern Projektlaufzeit seit Oktober 2012 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Baubetrieb, Zentrale Technik Wien Projektleitung Martin Hörhan Bearbeitung Stefan Brunner Patente, Publikationen • interner Bericht AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 Baubetrieb / Construction Process Management Grund-, Tief- und Tunnelbau / Geotechnical Engineering and Tunnelling Normalized displacement shadings for UR and RE soil element out of PIV / Normalisierte shading plots für ein UR und RE Bodenelement aus der PIV Analyse Prestressed Reinforced Soil (PRSi) – Experimental background Vorgespannte Bewehrte Erde – Experimenteller Hintergrund PIV monitored experimental testing device: steel box (L/W/ H=0,25 m) surrounded by a vertical hydraulic- and a horizontal pneumaticcylinder / PIV überwachtes experimentelles Testgerät: Stahlbox (L/B/H = 0,25 m) umschlossen von einem vertikalen Hydraulik- und einem horizontalen Pneumatik-Zylinder Das Konzept der Vorgespannten Bewehrten Erde (PRSi) hat die Verbesserung des Last-Verformungsverhaltens von Strukturen aus Bewehrter Erde zum Ziel. Bei diesem innovativen Bauverfahren werden granulare Böden mit Geogittern bewehrt; durch Verdichten der einzubringenden Bodenschichten erfährt das Geogitter eine Vorspannung. In diesem Forschungsvorhaben wurden aus experimentellen und numerischen Untersuchungen Erkenntnisse zum Tragverhalten der vorgespannten Bewehrten Erde gewonnen. Bei den experimentellen Untersuchungen handelte es sich um großmaßstäbliche Laborversuche. Mehr als 60 weggesteuerte, statische Last-Verformungsversuche wurden durchgeführt, um das Verhalten bewehrter Erdstrukturen zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigen eine beträchtliche Verbesserung des Last-Verformungsverhaltens der Bewehrten Erdkörper bei einer Vorspannung nach dem Konzept Prestressed Reinforced Soil (PRSi). Um das Konzept PRSi unter zyklischer Belastung zu validieren, wurden in Weimar, Deutschland mehr als 80 zyklische Last-Verformungsversuche gefahren. Ein bewehrtes Bodenelement wurde unter biaxialen, vertikalen und horizontalen Lastzuständen untersucht. Die makroskopischen Ergebnisse zeigen, dass sich Verformungen unter zyklischer Last reduzieren, wenn die Bewehrte Erde vorgespannt wird. Neben den Untersuchungen zum makroskopischen Last-Verformungsverhalten der bewehrten Erdkörper und Bodenelemente wurden mit Hilfe der Particle-Image-VelocimetryMethode (PIV-Methode) mesoskopische Ana- lysen durchgeführt, um einen Einblick in den Lastabtragungs- und Interaktionsmechanismus zwischen Geogitter und Boden zu erhalten. Zur Validierung der makro- und mesoskopischen Laborergebnisse wurden numerische Simulationen basierend auf der Finite-Elemente-Methode (FEM) und Diskrete-Elemente-Methode (DEM) berechnet. Dabei wurde eine geometrisch detaillierte DEM-Modellierung von Bodenkörner- und Geogitterstrukturen durchgeführt. Die Methode des Computer Aided Design (CAD) für clumps (diskrete Bodenpartikel) und Geogitterstrukturen gewährleistet eine detaillierte mesoskopische Modellierung der Boden-Geogitter-Interaktion. Die Ergebnisse der diskreten numerischen Berechnung validieren die experimentellen Normalized horizontal displacements versus time for the woven PET and the welded PP geogrid reinforcement load situation 1, load combination 3 / Normalisierte horizontale Verschiebung versus Zeit für gewebte PET und geschweißte PP GeogitterBewehrung während Last-Situation 1, Lastkombination 3 Erkenntnisse und verbessern das grundlegende Verständnis des mechanischen Verhaltens von Vorgespannter Bewehrter Erde. Praktische Bemessungs- und Einbauempfehlungen schließen das Konzept ab, das die Grundlage zum Einsatz des Bauverfahrens Vorgespannte Bewehrte Erde darstellt. Introduction Nowadays the usage of geosynthetics goes beyond geotechnical engineering. It is used for a variety of applications. The success of geogrids and many road construction projects throughout the world would not be the same without the use of geosynthetic reinforcement. One example for a successful geogrid reinforced soil structure is the B114 highway in Austria from Trieben to Sunk, which is characterised with a geological complex surrounding. Up to 35 m high and 70 degrees sloped geogrid reinforced embankments over a distance of 3.5 km were constructed to connect two existing highways in upper Styria. In comparison to conventional road construction methods, reinforced soil structures do not act stiff enough at times. This paper presents the conceptual background of an innovative system called “prestressed reinforced soil” (PRSi). It is developed at Graz University of Technology. PRSi aims to improve the load-displacement behaviour of the geogrid reinforced soil structure. Three different methods have been developed to be able to prestress the geogrid reinforcement in a bonded soil structure. These are shown below: • Prestressed reinforced soil by compaction: PRSc • Permanently prestressed reinforced soil: PRSp • Temporarily prestressed reinforced soil: PRSt PRSc in the overfilled granular soil layer can be achieved by using the stress distribution, which occurs between the soil and geogrid interface. Research, Development, Innovation 2013 / 14 Up to 35 m high, flexible geogrid reinforced embankment on Motorway B114 Hohentauern, Austria in complex geotechnical conditions/ Bis zu 35 m hohe, duktile mit Geogittern bewehrte Hangsicherungen für die Bundestraße B114 über Hohentauern, Österreich unter komplexen geotechnischen Randbedingungen 48 I 49 The concept of PRSp, in turn, is comparable to membrane structures. The more tension occurs in the geogrid, the higher are the deviation forces in the vertical direction and the bedding support provided by the reinforcement becomes larger. PRSt is for instance well applicable for geogrid reinforced structures with granular backfill materials. The reason for this is that through the temporary prestressing of the geogrid, the mesh of the geogrid expands. This consequently enables the granular soil particles to reach the longitudinal and transverse polymer elements of the geogrid during the compaction process. Experimental investigation methods Two sets of data have been collected through two different types of experimental tests (cyclic load and cyclic load displacement tests). The tests have been undertaken in Weimar (Germany). The aim is to validate the cyclic load displacement behaviour of PRSi. More than 80 cyclic load tests have been utilized to investigate three different types of impacts on prestressing the geogrid reinforcement. Three different kinds of geogrids, in turn, have been also investigated in cyclic interaction with a granular gravelly sand. The testing device is a steel box with the measurements: 0.25 x 0.25 x 0.25 meters. Inside the steel box the reinforced soil element has built up porosity controlled in two compaction layers (12.5 cm each). One layer consists of gravelly sand and the other layer of a polymer geogrid. Full bridge load cells and inductive displacement transducers have been installed on the vertical top wall and the horizontal side wall of the experimental device. This enables undertaking macroscopic experimental tests, such as vertical and horizontal loads and displacements. In addition, laser controlled displacement transducers are installed to Research, Development, Innovation 2013 / 14 Schematic sketch of load situation 1 vertical and horizontal stresses plotted over time for load combination 1, 2 and 3 / Schematische Darstellung der Lastsituation 1, vertikale und horizontale Spannungen abhängig von der Zeit für Lastkombination 1, 2 und 3 times t a) 50 I 51 Prestressed Reinforced Soil Research, Development, Innovation 2013 / 14 separately monitor and validate the measured displacements. 87 cyclic load displacement tests have been undertaken. The results are used to validate the concept of PRSi structures under cyclic loading conditions. A soil element simulating a reinforced soil structure is used to investigate the system’s behaviour under specific biaxial load and horizontal support conditions. The macroscopic research has shown that displacements can be reduced by installing a geogrid. The soil layer settlements have decreased through further prestressing of the geogrid (PRSt) and releasing the stress after compaction. The maximum impact in reducing the vertical and also horizontal displacements is reached by prestressing the geogrid permanently (PRSp). It has been found that the settlements occurring under cyclic loading could have been decreased by up to 20% of the displacements, when testing an unreinforced soil structure. The high displacements have been visualised above the reinforcement layer with the help of the particle image velocimetry (PIV) method. Hence the vertical and horizontal displacements occurring under cyclic loading decrease rapidly under the geogrid layer. The experimental investigation has further revealed that the reinforcement stiffness is of great importance, when related to the load displacement behaviour of the reinforced soil structures. The results show that stiffer welded Polypropylene (PP) geogrid provides more support to the PRSi than the woven Polyethylene terephthalate (PET) reinforcement - because of its higher tensile stiffness. A hypothesis derived by this investigation is that the better the geogrid soil interaction, the stiffer the overall load displacement behaviour will be. This has been revealed by comparing the PRSt experimental test results, which are produced by the gravel geogrid interaction, with those constituted by sand reinforcement interaction. According to that finding, PRSt should be applied in combination with coarse grained material such as the gravel from the Mur (river). vertical and horizontal stresses σ Horizontal displacement during load displacement test out of PIV a) reinforced (RE) b) prestressed reinforced soil as a result of compaction (PRSc) c) permanent prestressed reinforced soil (PRSp) d) temporary prestressed reinforced soil (PRSt) / Horizontale Verschiebung während des Last-Verformungstests aus PIV a) bewehrt (RE) b) vorgespannte Bewehrte Erde in Folge Verdichtung (PRSc) c) permanent vorgespannte Bewehrte Erde (PRSp) d) temporär vorgespannte Bewehrte Erde (PRSt) Grund-, Tief- und Tunnelbau / Geotechnical Engineering and Tunnelling Ziel / Nutzen • Optimierung der Baumethode Bewehrte Erde • Verbesserung des Last-Verformungsverhaltens von Dammbauwerken • Kostenoptimierung im Verkehrswege- und Dammbau • ökologisches Bauen im alpinen Raum • nachhaltiges Nutzen natürlicher Ressourcen Mögliche Anwendung • übersteile Dammbauwerke für Infrastruktur- oder Verkehrswegebauwerke • flexible und duktile Dammbauwerke in übersteilem Gelände • steifigkeitsoptimierte Erdwiderlager für integrale Brücken • Bodenverbesserung im Bereich von Gründungen für Ingenieurbauwerke Förderung intern Projektlaufzeit November 2012 bis Dezember 2013 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Zentrale Technik Wien, KI+TT-W Projektleitung / Bearbeitung Dr. Christian Lackner Publikationen / Quellen • Lackner, C.; Bergado D.T.; Semprich S.: Prestressed reinforced soil by geosynthetics – Concept and experimental investigations. Geotextiles and Geomembranes, Volume 37, Pages 109-123. ISSN 0266-1144. 2013 • Lackner, C.: Prestressed reinforced soil – Concept, investigations and recommendations. PhD thesis, Graz University of Technology, Gruppe Geotechnik Graz, No. 45. 2012 • Lackner, C.; Bergado, D.T.; Semprich S.: The mesoscopic soil geogrid interaction of reinforced soil utilizing DEM. Proceedings of the 5th Asian Regional Conference on Geosynthetics, Geosynthetics Asia 2012 • Lackner, C.; Bergado, D.T.; Semprich S.: Prestressed reinforced soil by geogrids - Theory, experimental and numerical investigations. Proceedings of the Geoamericas 2012 Conference. 2012 • Burgstaller, M.: Dynamische Laborversuche an geogitterbewehrter Erde. Master thesis, Graz University of Technology, Institute of Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2011 • Hippacher, W.; Lackner, C.; Köberl, J.; Steidl, A.: Neuerrichtung der B114 im Abschnitt Trieben-Sunk – Hangsicherungsmaßnahmen unter schwierigen geologischen Randbedingungen und Geländeverhältnissen. Beiträge zum 24. Christian Veder Kolloquium, Gruppe Geotechnik Graz, No. 23, Pages 165-180. 2009 • Alexiev, D.; Lackner, K.; Detert, O.; Brokemper, D.; Lackner, C.: Twenty eight meters high geogrid reinforced embankments as flexible solutions in problematic hillsides: Project Trieben-Sunk, Austria. Proceeding of the 9th International Conference on Geosynthetics, Pages 1681- 1684. 2010 • Lackner, C.: Numerical Simulation of Geosynthetic Reinforced Embankments. Proceedings of the 19th European Young Geotechnical Engineers Conference, Pages 207 – 215. 2008 b) c) d) Conclusion The system of PRSi has been experimentally, structurally and cyclically validated. This investigation concludes that through the use of the same materials, soil and reinforcement, and through prestressing the geogrid reinforcement with the explained concepts, the load displacement behaviour of reinforced soil structures can be increased in an appropriate manner. It is recommended that in-situ investigations should verify the experimental and numerical investigations and should point out the practical limitations of PRSi on the construction site. Long term observations on the behaviour of the constructed soil structures, strengthened by the concept of PRSi should be undertaken to guarantee the safety of the presented concept. AUF EINEN BLICK Vergleich unterschiedlicher Verfahren / Comparison of different methods Seismische Bemessung von Stützbauwerken Seismic design of retaining structures The normative Annex E of the Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance Part 5: Foundations, retaining structures and geotechnical aspects (EC8-5) provides formulas for a simplified analysis of retaining structures under seismic loading based on the MononobeOkabe method (M-O method). According to the internal experience of the Geotechnical Engineering Department of the Technical Head Office, the Annex E cannot be applied reasonably and it may lead to unrealistic results. In addition to the simplified procedure according to EC8-5 Annex E, several analytical solutions are also available in the literature. Moreover, more accurate analysis methods such as the response spectrum method and the nonlinear time history simulation are also allowed in EC8-5. This study, however, proposes a new non-linear time history simulation, which is based on benchmarks. The calibration and the boundary conditions of the dynamic Finite Element (FE) calculations are discussed and the results of the simulations are compared with analytical methods. Finally, the pros and cons of both approaches are discussed. Beispiel: vereinfachtes Verfahren nach EC8 zeigt unrealistische Ergebnisse / Example: simplified method in accordance to EC8 shows unrealistic results Hintergrund Im normativen Anhang E des Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben – Teil 5: Gründungen, Stützbauwerke und geotechnische Aspekte (EC8-5) – sind Berechnungsformeln für die vereinfachte Berechnung von Stützbauwerken unter Erdbebenbeanspruchung zusammengestellt. Dabei wird die Berechnung des dynamischen Erddruckanteils unter Verwendung des Grenzgleichgewichtszustands nach der Mononobe-Okabe-Methode (M-O-Methode) durchgeführt. Nach den internen Erfahrungen im Technischen Büro Tiefbau der Zentralen Technik ist der Anhang E nicht sinnvoll anwendbar und kann zu unrealistischen Ergebnissen führen. Neben dem vereinfachten Verfahren nach EC8-5, Anhang E sind mehrere analytische Lösungen aus der Literatur bekannt. Problematik Die Anwendungsbeschränkung des vereinfachten Verfahren nach EC8-5 lässt sich an einem Beispiel zeigen: Bei einer Geländeneigung von β = 10° und den horizontalen oder vertikalen Erdbebenbeiwerten nach EC8-5 kh = 0,192 und kv = 0,096 nimmt der Erddruckbeiwert KAE (statisch und dynamisch) zunächst mit dem Reibungswinkel des Bodens ϕ zu und erreicht einen maximalen Wert bei ϕ = 22°. Danach fällt der Erddruckbeiwert schlagartig ab und erreicht einen minimalen Wert bei ϕ = 41° bis er wieder anfängt zu steigen. Dieses Phänomen ist bodenmechanisch nicht erklärbar. Auch der Einfluss der Kohäsion auf den dynamischen Erddruck ist in EC8-5 nicht beschrieben. Es sind aber auch genauere Berechnungen nach EC8-5 zulässig. Dazu zählen u. a. das Antwortspektrenverfahren und die nichtlineare Zeitverlaufsberechnung. Dynamische Finite-ElementeBerechnungen (FE-Berechnungen) können als die vollständigsten verfügbaren Instrumente für die Vorhersage der seismischen Antwort eines geotechnischen Systems betrachtet werden, da sie detaillierte Angaben sowohl zum Zustand und zur Verteilung der Spannungen als auch zu den Verformungen im Boden geben können. Allerdings erfordern sie ein richtiges Bodenmodell und entsprechende Bodenparameter sowie eine angemessene Vorgabe der dynamischen Last in Form eines Zeitverlaufs. nichtlineare Zeitverlaufsberechnung / Non-linear time history analysis 52 I 53 FE-Modellierung der rückverankerten Stützwand / FE modelling of the retaining structure Ergebnis Zunächst war der allgemeine Kenntnisstand zu den vereinfachten Berechnungsverfahren von Stützbauwerken unter Erdbebenbeanspruchung darzustellen. Dabei wurden die Vor- und Nachteile der einzelnen Verfahren und deren Anwendungsgrenzen herausgearbeitet und zusammengefasst. Die unterschiedlichen analytischen Verfahren wurden anhand einer BenchmarkBetrachtung weitergehend untersucht und mit nichtlinearen Zeitverlaufsberechnungen (FE-Berechnungen) verglichen. Dabei wurden die Kalibrierung und die Randbedingungen der dynamischen FE-Berechnungen diskutiert. Weiterhin wurden die maßgeblichen Einflussparameter (Dämpfungseigenschaften, dynamische Steifigkeiten, Trägheitskräfte, Wassermassen etc.) bei der nichtlinearen Zeitverlaufsberechnung identifiziert und Berechnungsvorlagen erstellt. Seismische Bemessung von Stützbauwerken AUF EINEN BLICK Ziel / Nutzen • Erstellen von Berechnungsbeispielen oder Projektvorlagen • Abschätzung des Rechenaufwandes für komplexe dynamische FE-Berechnungen anstelle des Ansatzes von statisch äquivalenten Ersatzlasten • Identifizierung der maßgeblichen Einflussparameter (z. B. Dämpfungseigenschaften, dynamische Steifigkeiten, Trägheitskräfte, Wassermassen etc.) bei der nichtlinearen Zeitverlaufsberechnung Mögliche Anwendung • nationale und internationale Projekte in Erdbebengebieten Förderung intern Projektlaufzeit Januar 2013 bis Dezember 2013 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Tief- und Tunnelbau (TBT) Projektleitung/ Bearbeitung Dr. Gebreselassie Berhane, Dr. Jörg Schreiber Patente, Publikationen • Berhane, G., Schreiber, J.: Erdbebenbemessung von Stützbauwerken – Nichtlineare Zeitverlaufsberechnung am Beispiel eines praktischen Projektes. 9. Kolloquium „Bauen in Boden und Fels“, TAE, Tagungshandbuch 2014, Seite 383 – 389 • Laes, B.: Seismische Bemessung von Stützbauwerken. Bachelorarbeit, Hochschule Biberach (in Vorbereitung). 2014 • Mutlu, T.: Berechnungen von Stützbauwerken unter Erdbebenbeanspruchung. Masterarbeit, Hochschule für Technik, Stuttgart. 2013 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Grund-, Tief- und Tunnelbau / Geotechnical Engineering and Tunnelling Dynamische FE-Berechnung: Schiffsanprall gegen einen Einschwimmtunnel auf Pfahlgründungen (Söderströmstunnel, Stockholm) / Dynamic FE-analysis: Ship impact on a pile-founded immersion tunnel Ergebnisse Für den Anprall von Binnenschiffen zeigte sich, dass die Verwendung von Tabellenwerten sogar zu geringeren Ersatzkräften führen kann als die Verwendung der zum gleichen Zweck angegebenen Berechnungsformeln des EC1 (DIN EN 1991-1-7). In die Tabellenwerte sind bereits probalistische Betrachtungen eingearbeitet, die gegenüber einer rein physikalischen Berechnung auf Grundlage der Anprallgeschwindigkeit und der Masse des Schiffes zu einer deutlichen Abminderung der Lasten führen. Für den Anprall von Seeschiffen sind die Tabellenwerte hingegen nicht abgemindert. Verschärfend kommt hinzu, dass die Tabellenwerte für Seeschiffe im Eurocode unter der Annahme von ungewöhnlich hohen Schiffssteifigkeiten ermittelt wurden. Dadurch können die Anpralllasten bei gleicher Annahme zur Geschwindigkeit und Masse des Schiffes im internationalen Vergleich doppelt so hoch ausfallen. Dynamische Berechnung von Anpralllasten Anlass In den vergangenen Jahren wurden in der Zentralen Technik zunehmend Projekte bearbeitet, bei denen Anpralllasten – zumeist aus Schiffsstößen – maßgebend für die Bemessung von Bauwerken oder deren Gründung waren. Bei der Ermittlung der anzusetzenden Anpralllast fällt auf, dass der Eurocode 1 (EC1) gleich mehrere optionale Berechnungsvarianten sowie Lastentabellen beinhaltet, die jedoch zu stark von einander abweichenden Lastniveaus führen. Zudem ist es häufig nicht absehbar, ob eine zeitaufwendigere dynamische Analyse des Buganpralllast Fbow bzw. Fdyn,pl [MN] Anpralls zu wirtschaftlicheren Bemessungsergebnissen führt als die übliche Berechnung mit statischen Ersatzlasten. Der Vergleich zwischen dynamischen und statischen Berechnungen wird auch dadurch erschwert, dass keine praktisch anwendbaren normativen Vorgaben zur Umrechnung zwischen dynamischen Lasten und statisch äquivalenten Ersatzlasten bestehen. Ziel Im Rahmen dieses Projektes werden die erforderlichen Grundlagen geschaffen, um für Anprallsituationen kostengünstigere Entwürfe zu ermöglichen, als sie sich durch die allgemein übliche Anwendung von Tabellenwerten und vereinfachten Rechenansätzen ergeben. Umsetzung Zunächst wurden die unterschiedlichen Berechnungsformeln und Tabellenwerte des EC1 für außergewöhnliche Einwirkungen durch Parameterstudien untersucht und mit anderen international verwendeten Berechnungsverfahren verglichen. Weiter wurden Berechnungen durchgeführt, um u. a. den Einfluss von Kraft-Zeitverläufen für dynamische Analysen beurteilen zu können. Alle Berechnungen und die Ergebnisse aus der begleitenden Literaturrecherche wurden in einen Abschlussbericht zusammengefasst, der für die künftige Projektbearbeitung in der Zentralen Technik als Informationsgrundlage genutzt werden kann. Der Bericht wurde mit Projektbeispielen der letzten Jahre ergänzt, bei denen der Schiffsanprall für die Bemessung maßgebend war. Fazit Bei den im EC1 angegebenen Tabellenwerten und Formeln handelt es sich in der Regel nur um informative Angaben, die angewendet werden dürfen, aber nicht angewendet werden müssen. Für den Fall, dass Anpralllasten bemessungsrelevant werden, sollten die gewählten Ansätze besonders kritisch hinterfragt werden. 300 Dynamic analysis of impact loads In the past few years the Technical Head Office has increasingly worked more on projects, where high impact forces became relevant or decisive for the structural design. The impact forces are predominantly caused by ship collisions. Usually they are important for the building design or at least for the design of the building foundation. Several approaches to design and tables to determine the load of the impact forces are provided by the Eurocode 1 (EC1). Those, however, lead to different results. In addition, there is no evidence so far, which shows that the higher effort for such dynamic analyses will result in a more efficient design and consequently is more reasonable than the usual structural (static) calculations. Given this background, the aim of this project is to undertake computations which compare these two types of calculations with each other. The study concludes potentials for optimisation for the simulation of impact loads on buildings and their foundations. Es fällt auf, dass dem wesentlichen Eingangsparameter Schiffssteifigkeit im Eurocode eine geringe Bedeutung beigemessen wird. Auf Grundlage der bisherigen Ergebnisse sollten daher die Formeln und Angaben zur Abschätzung der Schiffsteifigkeiten des EC1 nicht verwendet werden. Research, Development, Innovation 2013 / 14 54 I 55 Grund-, Tief- und Tunnelbau / Geotechnical Engineering and Tunnelling Buganpralllast abhänig von der Schiffsmasse im Vergleich / Bow impact load depending on mass of ship 250 EN 1 200 EN 1991 150 EN 1991-1-7 Anh.C.4.4 Seeschiff v = 5 m/s 100 v = 4 m/s v = 3 m/s EN 1991-1-7 Anh.C.4.3 Binnenschiff 50 v = 5 m/s v = 4 m/s 0 v = 3 m/s 0 20 40 60 80 100 Schiffsmasse [103 t] AUF EINEN BLICK Schiffsanprall Ziel / Nutzen • Minimierung der anzusetzenden äquivalenten Ersatzlasten für statische Berechnungen • statische und dynamische FE-Berechnungen zur Simulation von Anprallvorgängen Mögliche Anwendung • optimierte, realistische Bemessung von Bauwerken und Gründungen für Anprall von Schiffen Förderung intern Projektlaufzeit Januar 2013 bis Dezember 2013 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Tief- und Tunnelbau (TBT) Projektleitung/ Bearbeitung Dr. Jörg Schreiber Patente, Publikationen detaillierter Abschlussbericht (intern) Söderströmstunnel, Stockholm Techniken hinsichtlich der Verwertbarkeit bei gegenwärtigen und zukünftigen Projekten. Das Kompetenz-Team Absenktunnel hat die Zielsetzung bekannte Details mit heutigem Know-how neu zu beleuchten und zu überarbeiten, um die Absenktunnel-Technik technologisch und wirtschaftlich voranzutreiben. Einfluss finden dabei Erfahrungen, die in den aktuellen Ausführungsprojekten gewonnen werden. © Hans Ekestang (3) Neues in der Absenktunnel-Technik Absenkvorgang eines Tunnelsegmentes / Sinking procedure of a tunnel segment News in the field of immersed tunnel engineering A commonly used technique for road and rail crossings of rivers, estuaries and sea channels or harbours is the immersed tunnel technique. Meanwhile the construction industry has become more and more attracted to this technique. In order to improve expertise and knowledge in this field, a competence team called immersed tunnels has been formed. The team includes specialists of Züblin Ground Engineering, Technical Head Office and BMTI. The specialists work together to improve technological and financial success of current and future projects. Within this competence team new technologies and solutions are investigated. Currently the main focus is on: bulkheads (design and logistics of assembly as well as removal), Gina-Dichtung zwischen temporary and permanent foundations (design, zwei Tunnelsegmenten / material and workability), ballast tanks (design, Gina-Gasket between two tunnel segments – PPP function Limerick Tunnel Scheme and cast-in items), and element - joints Limerick Tunnel – PPP Scheme 1 11 Gina Gasket Gina Gasket Gina Gasket Omega Seal Detail 1 Immersion Joints Omega Seal Omega Seal Detail Detail1 1 Immersion Joints (design of temporary parts as well as subsequent permanent connection). These fields of investigation are very important for sinking the tunnel segments. It is important to start with those as they are crucial for the success of the immersed tunnel project. In future, however, other innovations of the immersed tunnel technique will be investigated. Hintergrund Die Absenktunneltechnik ist ein vergleichsweise junges Bauverfahren. Die Tunnelelemente bestehen in der Regel aus Stahl und Stahlbeton, sie werden in einem Trockendock gefertigt. Die offenen Enden sind während des Schleppvorganges zum Einbauort mit Schotten verschlossen. Im Tunnelelement befinden sich Ballasttanks, mit deren kontrollierter Flutung das Bauteil vor Ort gezielt abgesenkt wird. Während des Absenkvorganges unterstützt ein Schwimmkran die Lagesicherung des neuen Röhrenstückes. Befindet sich dieses passgenau in der Soll-Lage erfolgt die Andichtung zum bereits eingebauten Tunnelsegment; der tempore Schott kann entfernt werden. Das Verfahren findet Anwendung für Straßenoder Bahntunnel im Bereich von Flüssen, Mündungsgebieten, Meeresengen oder Häfen. Insbesondere in stark frequentierten Wasserstraßen ist dieses Bauverfahren geeignet, da es nur zu einer kurzfristigen Störung des Schiffverkehres während des eigentlichen Absenkvorganges führt. Beispiele hierfür sind der Söderströmstunnel in Stockholm, der Marieholmstunnel in Göteborg 56 I 57 oder der Fehmarnbelt, die Verbindung zwischen Deutschland und Dänemark. Aufgabenstellung Seitdem in der Bautechnik Absenktunnel eingesetzt werden, ist das Verfahren nur wenig revidiert worden. Die Anwendbarkeit alternativer Lösungen soll nun vom Kompetenz-Team Absenktunnel geprüft werden, das sich aus einer Gruppe von Mitarbeitern der Züblin Spezialtiefbau GmbH und der Zentralbereiche Zentrale Technik und BMTI zusammensetzt. Das heterogen besetzte Team diskutiert kontinuierlich Vor- und Nachteile der verschiedenen Stand der Bearbeitung Derzeit sind folgende Bauteile im Fokus der Untersuchungen: • Schottwände – Design, Ein- und Ausbaulogistik • Fundamente – Design, Materialtechnik, Ausführbarkeit • Ballasttanks – Design, Funktionalität, Einbauteile • Element-Fugen – Ausbildung der temporären Bestandteile sowie des späteren permanenten Anschlusses Diese vier Elemente sind bestimmend für den Absenkvorgang und somit entscheidend für den technologischen und wirtschaftlichen Erfolg. Einfluss in die Betrachtungen finden heutzutage verfügbare technische Möglichkeiten und ihre praktische Anwendbarkeit für die Absenktechnik. Ausblick Die bisher detailliert betrachteten Bauteile sind ein Teil der Absenktunnel-Technologie. Im Zuge der weiteren Bearbeitung wird auch für andere Bauteile und Techniken nach innovativen Verbesserungen gesucht, um das Bauverfahren weiter zu etablieren und es wirtschaftlich und sicher einsetzen zu können. Absenktunnel-Technik Ziel / Nutzen • technologische und wirtschaftliche Optimierung der Absenktunnel-Technik • Reflektion und Neubetrachtung bisheriger Verfahren Mögliche Anwendung • zukünftige und laufende Absenktunnel-Projekte Förderung intern Projektlaufzeit seit November 2013 Unternehmenseinheit UB SWS 2L: Spezialtiefbau IG (Züblin Spezialtiefbau GmbH); ZB Zentrale Technik 30: Tief- und Tunnelbau; ZB BMTI 01: DE/BNL/DK Projektleitung Tilo Spahn Bearbeitung Nicole Jakobs, Tilo Spahn Patente, Publikationen in Bearbeitung AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 Grund-, Tief- und Tunnelbau / Geotechnical Engineering and Tunnelling Konstruktionen / Structural Engineering Ansicht Spiegellager / View bearing supported on flange Entwicklung einer Holzbalken-Beton-Verbund-Decke unter Verwendung einer Stahlbeton Fertigteilplatte Development of a high-performance hybrid floor system composed of timber and a prefabricated concrete slab The housing sector is becoming more attracted to the use of timber-concrete composite structures. Given this background, the group “Zueblin Wood Construction Systems” aimed to develop a wood-concrete-composite-beam ceiling to benefit out of both, the advantages of glulam beams and pre-fabricated concrete slabs. Through the establishment of a development group the structural calculations could be defined. Hence it can be concluded that the developed system can be used for office, industrial and residential construction projects. Additionally, it can also be used for car park facilities. The developed ceiling system is economically and structurally useful for floor spans from five up to 10 meters. It can be built as a single span beam system. Hintergrund Im Rahmen der Gruppe Züblin Holzbausysteme wurde eine Holzbalken-Beton-Verbund-Decke (HBBV-Decke) entwickelt, die die Vorteile von Brettschichtholzträgern (BSH-Trägern) mit jenen von Betonfertigteilplatten kombiniert. Die Verwendung von HBBV-Decken hat in den vergangen 20 Jahren in verschiedenen Ausführungen stetig zugenommen. Ein Novum in der Praxis ist bei diesem Produkt die Möglichkeit, den BSH-Träger und die Stahlbetonplatte als Fertigteil herzustellen und im Werk oder auf der Baustelle zusammenzufügen. Durch diese Entwicklung lassen sich die klassischen Vorteile des Stahlbeton-Fertigteilbaus – wie Reduzierung der Produktionskosten durch automatisierte Werksfertigung, Maßhaltigkeit der Bauteile und Deckenuntersicht / Bottom view ceilling 3D Isometrie Deckenelement – Untersicht / 3D Isometric drawing ceilling element Schubversuch TU München / Shear test TU Munich Verkürzung der Bauzeit – um die Aspekte einer reduzierten Baufeuchte und die Möglichkeit einer sauberen und exakten Fügung der Partner Holz und Beton ergänzen. In der Entwicklungsgruppe wurden die konstruktiven Randparameter für eine HBBV-Rippendecke festgelegt. Das System kann für Büro- und Gewerbebauten sowie Wohnbebauungen, insbesondere Mehrgeschossbauten eingesetzt werden. Auch eine Verwendung in der Nutzungsklasse 2, beispielsweise als Parkdeck, ist möglich. Das Deckensystem ist wirtschaftlich und statisch ab einer Deckenspannweite von 6 m bis ca. 12 m als Einfeld-Trägersystem sinnvoll einsetzbar. Konstruktion In der Regel besteht ein Deckenelement aus einer Stahlbeton-Fertigteilplatte (3,0 m x 7,2 m x 12 cm) und vier BSH-Balken mit einem Querschnitt von 24 cm x 28 cm. Das Betonfertigteil wird durch lokalen Verguss kraftschlüssig mit den darunterliegenden BSH-Balken verbunden, die in einer Doppellage angeordnet sind. Die Stahlbetonplatten der einzelnen Deckenelemente sind mittels Ortbeton in den Längs- und Querfugen kraftschlüssig gefügt. Eine Besonderheit des Deckensystems ist die indirekte Lagerung (Spiegellagerung) auf den lastabtragenden Bauteilen. Hierfür endet der BSH-Balken vor dem Auflager, die Lasteinleitung erfolgt über die Stahlbetonplatte. Da die Holzbalken nicht direkt auf der Unterkonstruktion liegen, wird die Bauhöhe reduziert; die Konstruktion ermöglicht eine größere Raumhöhe bei gleichbleibendem umbautem Raum. Für die Spiegellagerung wurde eine innovative Schraubverbindung mit lokalem Verguss entwickelt und optimiert. Derzeit wird eine Tabelle mit einer Übersicht zu den möglichen Spannweiten, Auflasten und Dimensionen der Decke erarbeitet. Research, Development, Innovation 2013 / 14 4-Punkt-Biegezugversuch TU München / 4-points-bending-tensile test TU Munich 58 I 59 Vorgehen Wegen der Besonderheit des Deckensystems, dass die Lagerung nicht über den BSH-Träger sondern über die Stahlbetonplatte (Spiegellagerung) erfolgt, wurden spezielle mechanische Bemessungsmodelle für den Auflagerbereich entwickelt, die in ersten Lastversuchen verifiziert wurden. Die Berechnung des Gesamtmodells erfolgte an einem Stabwerksmodell. Nach der statischen Berechnung wurden Prototypen des Deckensystems für drei Versuchsreihen (Traglast-, Brand- und Schallversuche) hergestellt. Im Fertigteilwerk Karlsruhe der Ed. Züblin AG wurden Betonfertigteile produziert und mit den BSH-Trägern der Stephan Holzbau GmbH verbunden. Traglastversuche Die Traglastversuche wurden im Labor der Technischen Universität München (TUM) durchgeführt. Diese gliederten sich in zwei Versuchsreihen: Für die erste Versuchsreihe wurden drei große Deckenelemente (b x l = 1,5 m x 7,2 m) produziert und deren Tragfähigkeit mittels VierPunkt-Biegezugprüfungen ermittelt. Die Testelemente wurden bis zum Bruchzustand belastet. Versagensart war in allen drei Fällen ein Abscheren des Vorholzes im Schubkervenbereich. Zusätzlich wurden die Verformungen des Gesamtsystems sowie die Relativverschiebungen der Holzbalken zur Stahlbetonplatte gemessen. Die erste Eigenfrequenz des Gesamtsystems wurde im Mittel zu f1 = 10,4 Hz bestimmt. Die theoretischen Berechnungen konnten durch die praktischen Versuchsergebnisse verifiziert werden. Alle drei durchgeführten Biegeversuche zeigten ein gleichmäßiges Verhalten hinsichtlich Trag- und Verformungsverhalten. In einer zweiten Versuchsreihe wurden 15 Prüfkörper mittels Abscherversuchen hinsichtlich Tragfähigkeit des Verbundmittels Schubkerve 60 I 61 Konstruktionen / Structural Engineering Research, Development, Innovation 2013 / 14 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Betonage Deckenelement FT Werk Karlsruhe / Construction ceilling element FT Werk Karlsruhe Brandversuch MFPA Leipzig / Fire test MFPA Leipzig getestet. Jeweils fünf Schubkörper waren mit einer, zwei und drei Schubkerven hergestellt worden. Die Versuche dienten der Ermittlung des für die Berechnung anzusetzenden Verschiebungsmoduls und der besseren Kenntnis über das Tragverhalten des Verbundmittels Schubkerve. Die Prüfkörper wurden bis zum Bruchversagen belastet, wobei bis auf eine Ausnahme die Versagensart ein Abscheren des Vorholzes im Schubkervenbereich war. Brandversuche Das Berechnungsmodell zur Feuerwiderstandsdauer des Systems wurde in Anlehnung an die Vorgaben für die Baustoffe Beton und Holz aus den jeweiligen Eurocodes simuliert. Eine normierte Vorgabe zur Berechnung für HolzBeton-Verbundsysteme dieser Art liegt derzeit Diagramm Schall / Acoustics diagramm nicht vor. Insbesondere die Spiegellagerung bedurfte einer intensiven theoretischen Betrachtung im Vorfeld, damit diese die geforderten Brandschutzanforderungen erfüllt. Um die theoretischen Berechnungsergebnisse zu verifizieren, wurde ein Deckenelement (b x l = 3,0 m x 4,5 m) auf einem Brettschichtholzunterzug mit einseitiger Spiegellagerung im Brandofen der MFPA Leipzig getestet. Die Prüfung erfolgte unter Lastbeanspruchung des Elementes. Die Doppelbalkenlage des Systems wirkt sich positiv auf den Brandschutz der Holzbalken und der Verbindungsmittel der Spiegellagerung aus, da annähernd nur ein zweiseitiger Abbrand des jeweiligen Holzquerschnitts angesetzt werden muss. Bei der Feuerwiderstandsprüfung erreichte das Deckenelement nach den Kriterien der DIN EN 1365-2 die Leistungsanforderung REI 120. Schallschutzversuche Aufgrund fehlender Ergebnisse von Luft- und Trittschallmessungen für gleichartige Decken und deren Aufbauten wurden verschiedene Hohlbodensysteme namhafter Hersteller untersucht. Je nach Ausgestaltung und Materialwahl wurde in Labormessungen der Mindestschallschutz nach DIN 4109 verfehlt oder lediglich knapp erreicht. Die Zielvorgabe war jedoch den erhöhten Schallschutz, den Auftraggeber oftmals fordern, planungssicher zu erreichen. Die Lösung dieser Aufgabe besteht aus optimierten Hohlbodenstützen, die den Fußbodenaufbau besser entkoppeln als klassische Stützen mit Unterlegmaterialien wie beispielsweise Kork oder Gummischrot. Großen Wert wurde auf eine ähnliche Federsteifigkeit im Vergleich zu den handelsüblichen Varianten gelegt. Damit wird sichergestellt, dass sich die optimierten Stützen bei vertikaler Belastung entsprechend gering ein- senken. Dies stellt ein wesentliches Merkmal für die Gebrauchstauglichkeit beispielsweise beim Einsatz von rissanfälligen Bodenbelägen dar. In einer abschließenden Referenzmessung wurde ein Trittschallpegel von Ln,w = 42 dB und ein Schalldämmmaß von Rw = 75 dB bestätigt. Der Gesamtaufbau zeigte über das gesamte Frequenzspektrum signifikant niedrigere Trittschallpegel als handelsübliche Systeme. Die optimierte Hohlbodenstütze wurde zum Patent angemeldet. Ergebnis Neben den Tragsicherheits-, Brandschutz- und Schalluntersuchungen wird ein besonderes Augenmerk auf die Entwicklung von konstruktiven Details gelegt. Um zukünftig eine kurze Planungszeit zu erreichen, soll auf einen Katalog mit standardisierten Knotenpunkten zurückgegriffen werden. Mit dem erfolgreichen Abschluss der Versuchsreihen steht nun mit dem Holzbalken-Beton-Verbund-Element ein Deckenbauteil zu Verfügung, das für den mehrgeschossigen Holzingenieurbau eingesetzt werden kann. Durch die Entwicklung konnten die Kompetenzen innerhalb des Konzerns im Bereich Stahlbeton-Fertigteilbau, Betontechnologie und Holzbau zusammengeführt und erweitert werden. Der Einsatz vorgefertigter Stahlbetonplatten in der Holzbalken-Beton-Verbundbauweise hat große Vorteile gegenüber einer HBBV-Lösung in Ortbetonbauweise. Erste Kundenanfragen zum Einsatz dieses Elements liegen vor und sollen zeitnah in die Praxis umgesetzt werden. HBBV-Deckensystem AUF EINEN BLICK Ziel / Nutzen • Entwicklung eines HBBV-Deckensystems aus Betonfertigteil und BSH-Träger • Nutzen der Vorteile von Stahlbetonfertigteilen Mögliche Anwendung • Deckensystem für Wohn-, Gewerbe- und Bürobauten sowie Decken im Bereich der Nutzungsklasse 2 Förderung intern Projektlaufzeit April 2013 bis Januar 2014 Unternehmenseinheit UB H+I Deutschland 2C: Werke / Werkleistungen ES (MERK Timber GmbH, Stephan Holzbau GmbH), Karlsruhe EQ (Ed. Züblin AG); ZB Zentrale Technik 30: Konstruktiver Ingenieurbau (TBK), Schlüsselfertigbau (SFB) Projektleitung Jürgen Scheffler Bearbeitung Andreas Amorth, Dr. Hubert Bachmann, Susanne Bendix-Böttcher, Franz Hölzl, Andreas Offele, Jürgen Scheffler Patente, Publikationen • Europäische Patentanmeldung EP 14156372.6 – Schutzrecht angestrebt Ausschnitt Bewehrungsplan / Detail reinforcement drawing Die Züblin-Erdbebenstütze – eine Lösung für duktile Stahlbetonstrukturen Züblin-Earthquake Column – a solution for ductile reinforced-concrete-structures Pos. Stück 1 2 Pos. 28 12 Stück 11 12 13 Lenton Pos. 26 14 10 Stück 21 28 Φ [mm] Φ [mm] Φ [mm] Einzellänge [m] 28 4,20 16 3,38 16 12 16 s [mm] 28 Material: Beton innen: C50/60 Beton außen: C30/C37 duktil Bewehrung innen: SAS 670/800 Bewehrung außen: S500B Stützenquerschnitt mit innerer und äußerer Zone / Cross section of column with inner and outer zone 75 100 100 Buildings in many regions face threats due to earthquakes. Especially renown and prestigious buildings require strong structural safety and high bearing reserves. To meet this demand, steel structure is most often used. Steel structures are very ductile and have a lower weight in comparison to reinforced concrete structures. Even if steel structures can be associated with many advantages, one major disadvantage is that they are more expensive than reinforced concrete structures. Given this background, the aim of the Zueblin Earthquake Column is to develop a ductile reinforced concrete column, which can cope with the specific loads of earthquakes. The developed reinforced concrete column consists of a steel precast framed structure and an in-situ casted concrete column with high-strength reinforcement. Due to the high load carrying capacity of the Zueblin Eartquake Coulmn it can be used for high buildings as well. Gesamtlänge Masse [m] [kg] 117,60 568,44 40,56 64,02 D [mm] 915 905 Einzellänge Gesamtlänge Masse [m] [m] [kg] 2,87 74,74 117,96 2,84 39,80 35,34 2,90 28,95 45,69 Gesamtmasse: 831,45 Hintergrund In vielen Regionen besteht eine große Erdbebengefährdung für Bauwerke. Insbesondere bei bedeutenden Gebäuden werden eine hohe Tragreserve und Tragsicherheit gefordert. Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden in der Regel Stahlstrukturen eingesetzt. Dieses Material ist sehr duktil und kann einfach mechanisch beschrieben werden. Ein weiterer Vorteil der Stahlstruktur ist ihr geringes Gewicht gegenüber einer Stahlbetonstruktur. Diesen Vorteilen steht ein bedeutender Nachteil entgegen: Stahl ist im Vergleich zu Stahlbeton teuer. Status quo für Hochhausstützen Gerade für vertikal hochbelastete Stützen werden eine extreme Duktilität und hohe Traglastreserven gefordert. Eine Stütze hat zunächst hohe Vertikallasten abzutragen und erfährt im Fall eines Erdbebenereignisses zusätzliche Biegebeanspruchungen, welche die Tragfähigkeit für Vertikallasten deutlich absenken. Bei Stahlbetonstützen muss mit einem Versagen der äußeren Querschnittsbereiche gerechnet werden. Dies führt dazu, dass Stützen sehr gedrungen ausgeführt werden müssen. Stahlstützen sind schlanker ausführbar, häufig sind jedoch Brandschutzanforderungen zu beachten, dann werden auch Stahlquerschnitte mit Beton ummantelt, was ebenso zu gedrungenen Querschnitten führt. Tragverhalten im Erdbebenfall Im Erdbebenfall müssen die Stütze und der angeschlossene Unterzug eine duktile Antwort auf die Einwirkung geben. Der Unterzug erfährt kaum Normalkräfte und kann daher mit einem plastischen Gelenk ausgebildet werden. Damit steht die Stütze im Vordergrund. Bei Stahlstützen ist ein Stahlunterzug üblich, um eine konstruktiv klare Verbindung herstellen zu können. Ein Stahlbetonunterzug wäre ebenso duktil, einfacher herzustellen und deutlich günstiger als ein Stahlunterzug. Stützenversagen im Versuch / Failure of column in experiment Problemlösung Ziel war es, eine duktile Stahlbetonstütze zu entwickeln, die den spezifischen Beanspruchungen im Erdbebenfall gerecht wird und die Ausführung der Unterzüge in Stahlbeton ermöglicht. Die Züblin-Erdbebenstütze besteht aus zwei unterschiedlichen Betonen mit speziellen Eigenschaften sowie einem hochfesten Betonstahl. Die Stütze besitzt einen hoch tragfähigen Kern, der möglichst schlank sein muss, um den Verdrehungen im Erdbebenfall zu widerstehen und einem äußeren Ring aus hochduktilem Stahlbeton. Durch die gezielt hohe Tragfähigkeit der schlanken Kernstütze kann die kritische Normalkraft sicher abgetragen werden. Der Beton des äußeren Rings kann Dehnungen in Längsrichtung von 5 % ertragen, das entspricht dem ca. 15-fachen eines normalen Betons. Dieser Beton verhindert im Erdbebenfall ein Abplatzen und damit die Zerstörung des Betonmantels; er wirkt als Stabilisierung der Innenstütze und des äußeren Bewehrungsringes, welcher die Biegebeanspruchung aufnimmt. Neben dem maßgebenden Erdbeben – bei dem die Struktur gerade noch stehen bleibt – gibt es eine Vielzahl kleiner und mittlerer Erdbeben, bei denen möglichst keine Schädigung eintreten sollte, um die Sanierungskosten so gering wie möglich zu halten. Üblicherweise muss der Brandschutzbeton von Stahlstützen nach kleineren Beben erneuert werden – dies ist ein zusätzlicher wirtschaftlicher Vorteil der Züblin-Erdbebenstütze. Ausblick Die Züblin-Erdbebenstütze wurde mit einer ausgeführten Verbundstütze eines Hochhauses verglichen. Die wirtschaftlichen Vorteile sind immens. Für die weitere Entwicklung ist die Anwendung in einem Projekt vorgesehen. Detaillierte experimentelle Versuche müssen durchgeführt werden, um die Funktionstauglichkeit unter Beweis zu stellen. Eine parallel zur bauherrenseitigen Lösung durchzuführende Untersuchung der neuen Erdbebenstütze kann die hohe Leistungsfähigkeit im direkten Vergleich zeigen. Züblin-Erdbebenstütze AUF EINEN BLICK Ziel / Nutzen • Entwicklung einer Erdbebenstütze als High-Tech-Bauelement • Kostenersparnis gegenüber Stahlstützen • Raumgewinn durch schlanke Strukturen • weniger Sanierungsaufwand nach kleinen oder mittleren Beben Mögliche Anwendung • Bauwerke in Gebieten mit hoher Erdbebengefährdung • Stützen im Hochbau, insbesondere für Hochhäuser • Stützen als Fertigteilelemente Förderung intern Projektlaufzeit seit Oktober 2012 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Konstruktiver Ingenieurbau (TBK) Projektleitung Dr. Hubert Bachmann Bearbeitung Adam Varga Patente, Publikationen • Bachmann, H.; Varga, A.: Züblin-Earthquake-Column – a new solution for a ductile RC-structure. Concrete Innovation Conference, Olso. 2014 - Best Paper Award • Varga, A.: Earthquake resistant RC-column for high rise buildings using high strength reinforcement. Master Thesis University of Aachen, Germany. 2013 • Bachmann, H.; Benz, M.: Technischer Bericht zur Erlangung einer ZIE für die Herstellung der Hochhausstützen mit hochfestem Betonstahl S670/800 beim Hochhaus Taunusturm in Frankfurt. Ed. Züblin AG, Stuttgart. 2012 Research, Development, Innovation 2013 / 14 62 I 63 Konstruktionen / Structural Engineering Zonenbewehrung in der Schalung der Versuchskörper / Area-reinforcement in formwork Zonenbewehrung mit Aussparung: Designlastniveau / Area-reinforcement with block-out: design load Praktische Umsetzung am Projekt Nach theoretischer Forschung und einzelnen praktischen Erfahrungen mit zonenbewehrten Kernwänden im Hochhausbau war es das Ziel, erstmals bei einer Wohnbebauung (Bauvorhaben Vereinsstraße, Frankfurt) die tragenden Innenwände, die Außenwände, die aussteifenden Wände sowie die Kernwände (Treppenhausund Aufzugskernwände) ab dem Erdgeschoss weitestgehend in zonenbewehrtem Beton auszuführen. Sämtliche wandartige Träger wurden in Stahlbeton ausgeführt. Zonenbewehrte Wände Zone-reinforced walls One major element for the structural design of residential construction projects are the reinforced walls. The standards usually define the amount of reinforcement which needs to be placed in reinforced walls, i.e. which zones of the wall require more reinforcement and which zones of the wall require less. The standards also define wall zones which do not need any reinforcement. The aim of this research project is to benefit from these stipulations through developing a systematic approach for using reinforcement only at particular zones in the wall. The idea is to reinforce only those zones of the wall which are more prone to cracking. Following such a methodology could lead to more economic walls. At this stage of this research the experimental studies show that there is no disadvantage of zone-reinforced walls. Hintergrund Im Hochbau, insbesondere im Wohnungsbau, werden vielfach Betonwände eingesetzt. Als Außenwand dienen sie zur Aufnahme des Erddruckes oder der Windlasten, im Innenbereich als tragende Wand zur Weiterleitung der Deckenlasten. Ebenso werden in aller Regel aussteifende Wände und Schachtwände im Kernbereich als Betonwände ausgeführt. Vielfach sind die Belastungen so gering, dass keine tragende Betonstahlbewehrung erforderlich ist. Üblicherweise wird dann eine Mindestbewehrung nach den geltenden Vorschriften eingelegt. Die Normen lassen aber auch die Bemessung derartiger Wände als unbewehrte Vorgaben und zonenbewehrte Prüfkörper untersucht. Es zeigte sich, dass die Mindestbewehrung gegenüber der Zonenbewehrung keine traglaststeigernde Wirkung hat. Hinsichtlich des Rissbildes konnte festgestellt werden, dass unter den anzusetzenden Gebrauchslasten keine Risse auftraten. Erst bei weiterer Laststeigerung konnten Risse im Bereich von Aussparungen und Öffnungen beobachtet werden. Diese lassen sich auf die Umlenkung der Vertikalkräfte (Querzugspannungen) zurückführen, sie treten erwartungsgemäß auf. Da die Zonenbewehrung in eben diesen Bereichen angeordnet ist, zeigt sich auch hier kein Vorteil einer durchgängig mit Mindestbewehrung versehenen Wand. Betonwände zu. Für unbewehrte Kellerwände gibt es derzeit eine spezielle Zulassung, die eine gegenüber den Vorschriften günstigere Bemessung erlaubt. Allerdings müssen neben den statischen Bemessungskriterien auch konstruktive Randbedingungen bei der praktischen Ausführung als unbewehrte Wand berücksichtigt werden. So sind Rissbildungen im Gebrauchslastfall beispielsweise an Türaussparungen – auch bei nachträglichen Änderungen – zu beachten. Hierfür wird eine sogenannte Zonenbewehrung vorgesehen, welche die konstruktiven Eigenschaften der Wände verbessern soll, um die Gebrauchsfähigkeit zu gewährleisten. Bereits in der Konzernbroschüre Forschung, Entwicklung, Innovation – Projekte 2009, S. 46 / 47 war dieses Thema publiziert worden. Experimentelle Untersuchungen Die Versuche wurden in zwei Stufen durchgeführt: Zunächst wurden Versuchskörper, deren Struktur und Belastungsgrößen den Verhältnissen einer aussteifenden Kernwand eines Hochhauses entsprachen, mit großer Horizontallast bei gleichzeitig minimaler oder maximaler vertikaler Auflast beaufschlagt. Das Rissbild infolge mehrfacher horizontaler Designlast zeigte kein Schubversagen, vielmehr waren die Risse eindeutig der vertikalen Beanspruchung zuzuordnen. Daher konzentrierte sich die zweite Versuchsserie auf die Rissbildung, Tragfähigkeit und die Versagensart. In den Versuchen wurden vergleichsweise Prüfkörper mit Mindestbewehrung nach normativen Bewertung Bei der Bewehrungsverlegung konnten Zeit und infolgedessen auch Kosten eingespart werden. Ein weiterer positiver Aspekt ist die Einsparung von Bewehrungsstahl, die sich ebenfalls auf die Baukosten niederschlägt. Allerdings zeigten sich auch Nachteile bei der Herstellung der zonenbewehrten Wände: die Verlegung von beispielsweise Leerrohren war schwierig, da deren Fixierung in der Regel an der Bewehrung erfolgt. Auch für nachträgliche Wandschwächungen besteht weniger Flexibilität, da die Anordnung der Bewehrungszonen stark von der Wandgeometrie abhängt. Ausblick Das wirtschaftliche Potenzial zur Einsparung bei nur lokal angeordneter Bewehrung macht sich vor allem bei größeren Einheiten beispielsweise in Wohnungsbau-Siedlungen bemerkbar. Dies sollte daher zukünftig die primäre Anwendung von zonenbewehrten Wänden darstellen. Neben der Kostenersparnis trägt diese Bauweise auch zur Nachhaltigkeit des Bausektors bei. Zonenbewehrte Wände AUF EINEN BLICK Ziel / Nutzen • Einsparung an Betonstahl Mögliche Anwendung • Kernwände im Hochhausbau • Wände großer Wohnbebauung Förderung intern Projektkoordination Dr. Hubert Bachmann Projektlaufzeit seit November 2009 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Konstruktiver Ingenieurbau (TBK); UB H+I Deutschland 2C: Mitte ER (Ed. Züblin AG) Projektleitung Dr. Hubert Bachmann Bearbeitung Christian Ehrhardt, Peter Weber Patente, Publikationen • Bachmann, H.; Weber, P.: Technischer Bericht zur Erlangung einer Zustimmung im Einzelfall für die Herstellung der Betonwände als zo-nenbewehrte Wände - Wohnbebauung Vereinsstr. Frankfurt. Ed. Züblin AG. Stuttgart 2012 • Erhardt, C.: Zonenbewehrte Wände im Hochhausbau - Experimentelle Untersuchungen. Diplomarbeit Universität Kaiserslautern. 2010. Research, Development, Innovation 2013 / 14 64 I 65 Konstruktionen / Structural Engineering Beispiel einer Doppelfassade eines Bürogebäudes / Two layered building surface construction Innerhalb der Projektarbeit wurden über 140 Varianten simuliert. Die Wetterdatensätze wurden in stündlich gemittelte Werte zu Strahlungsintensität (global, direkt), Strahlungswinkel, Temperatur, Feuchte, Windrichtung und Windgeschwindigkeit aufgeschlüsselt. Die untersuchten Einflussparameter konnten in mathematische Zusammenhänge gebracht werden. Durch die Eingabe von geometrischen und materialbedingten Randbedingungen einer Fassade können nun innerhalb kurzer Zeit Aussagen zu den konvektiven Vorgängen im Doppelfassadenzwischenraum und deren Auswirkungen gemacht werden. Darstellung von Isotachen und Strömungslinien / Velocity profile and flow line picture dienste berechnet werden. Diese CFD-Simulationen sind sehr kosten- und zeitaufwendig. Für die Simulation eines Referenzjahres an einem 3D-Modell ist auch mit leistungsfähigen Servern derzeit noch ein Berechnungsaufwand von ca. einem Jahr erforderlich. Energetische Bemessung von Doppelfassaden: CFD-Tool Gebäudehülle Energy design of double facades: CFD-Tool building envelope Energy transportation within two layered building façades happens mainly through thermal radiation or convection whereas thermal conduction can be neglected. The energy transportation through thermal distribution can quite easily be calculated with the characteristic values of the glass. The convection part in turn is difficult to estimate without having measurement results or numerical flow distribution simulations. A common tool for determining the convection part of the energy transportation is computational fluid dynamics (CFD) simulations. CFD-simulations, however, are very costly and time intensive. Given this background, the aim of this project is to develop a simplified procedure to predict the air change or energy transportation between two layered building façade constructions. In the future, the developed process will be of use for a wide variety of projects, also in different climate zones. Hintergrund Während einschalige Fassaden bei veränderten Wettersituationen thermisch relativ einfach analysiert werden können, weisen Doppelfassaden ein komplexeres Verhalten auf. Die thermische Wirkung und die Strömungsrichtung im Doppelfassadenzwischenraum und im Innenraum verändern sich abhängig von Fassadengestaltung, Fassadenstellung und Wettersituation. Konstruktiv besteht eine Doppelfassade aus einer Außen- und einer Innenverglasung mit einem zwischen beiden Verglasungen angeordnetem Sonnenschutz. Die zusätzliche Außenverglasung verändert die gesamte Wirkungsweise im Vergleich zu einer einschaligen Fassade, weil eine höhere Variabilität bei der Einstellung von Sonnenschutz, Außen- und Innenfenstern gegeben ist. Der Fassadenzwischenraum zwischen beiden Verglasungen bildet eine thermische Pufferzone. Dies beeinflusst das Innenklima entscheidend. Der Energietransport im Doppelfassadenzwischenraum erfolgt vorwiegend über Wärmestrahlung und -konvektion; der Anteil der Wärmeleitung ist zu vernachlässigen. Während der Energietransport durch Wärmestrahlung relativ einfach über Kennwerte der Verglasung berechnet werden kann, ist der konvektive Anteil ohne Kenntnisse von Messergebenissen oder numerischen Strömungssimulationen schwierig abzuschätzen. Die Konvektion im Doppelfassadenzwischenraum hängt maßgeblich von verschiedenen Parametern der Geometrie (Abstand der äußeren zur inneren Verglasung, Höhe, Größe der Ein- und Auslassöffnung mit daraus entstehenden Düseneffekten), dem Klima (Windrichtung und -geschwindigkeit, Strahlungsintensität, Temperatur, Dichteunterschiede, etc.) sowie den Materialeigenschaften (Absorption, Transmission und Reflektion, Oberflächenbeschaffenheit, Wärmeleitfähigkeit, Wärmespeicherkapazität, Dichte, etc.) ab. Mithilfe von numerischen Simulationen aus der Strömungsmechanik (engl: computational fluid dynamics (CFD)) können 3D-Modelle unter Berücksichtigung der vorgenannten geometrischen, klimatischen und materialspezifischen Parameter instationär mit Klimadaten aus Testreferenz-Jahren der Wetter- 66 I 67 Ausblick Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung des Tools und durch die Umsetzung der gewonnenen Erkenntnisse aus der numerischen Simulation kann ein instationärer Luftwechsel unabhängig von aufwendigen CFD-Simulationen durch stationäre Berechnung ersetzt werden. Anwendung findet das Verfahren zukünftig für sämtliche Projekte, auch für Klimazonen in anderen Breitengraden sind Doppelfassaden mittels der stationären Berechnungsmethode abbildbar. Ziel Ziel des Vorhabens ist ein vereinfachtes Verfahren zu entwickeln, das dem Anwender eine praxisgerechte Abschätzung des Luftwechsels in doppelschaligen Fassadensystemen ermöglicht. Mit einer numerischen Simulation (CFD-Simulation) wurden die Auswirkungen der wesentlichen Einflussgrößen getrennt von einander betrachtet. Es wurden mathematische Zusammenhänge erstellt, welche zukünftig das Berechnen von Luftwechselzahlen im Doppelfassadenzwischenraum ermöglichen: Die Ergebnisse stehen im Vergleich zur numerischen Simulation des Gesamtsystems zeitnah zur Verfügung und sind deshalb für die praktische Anwendung nutzbar. CFD-Tool Gebäudehülle Ziel / Nutzen • vereinfachte Berechnung von Luftwechselraten in Doppelfassadenzwischenräumen Mögliche Anwendung • Gebäude mit Doppelfassadensystemen, in allen Klimazonen Förderung intern Projektlaufzeit Januar 2013 – Dezember 2013 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau (FAS-S) Projektleitung Martin Baar Bearbeitung Martin Baar, Dr. Esther Dongmo AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 Gebäude und Bauphysik / Buildings and Buildings Physics Fassade des Bürogebäudes Z3 am Standort Stuttgart / Facade of the office buildung Z3 at the headquarter in Stuttgart mittelte pauschale Dämmmaß weicht vom tatsächlichen Schalldämmwert nach dem Einbau häufig ab. Planungsunsicherheit und Rechtsstreitigkeiten sind die Folge. Die europäisch harmonisierte DIN EN 12354: Bauakustik – Berechnung der akustischen Eigenschaften von Gebäuden aus den Bauteileigenschaften zeigt andere Ansätze. Mit der Neuauflage der DIN 4109 werden voraussichtlich die rechnerischen Nachweise an DIN EN 12354 angepasst. Ziel Ziel ist es, den Planern ein geeignetes Werkzeug an die Hand zu geben, mit dem sich frühzeitig das Flankenschalldämmmaß von Leichtbaufassaden abschätzen lässt. Es werden verschiedene Ansätze untersucht und letztendlich eine einheitliche Vorgehensweise definiert. Vorgehen und Ergebnisse Insgesamt wurden drei Ansätze zur Bewertung der Schalllängsleitung von Leichtbaufassaden untersucht. Da die überarbeitete DIN 4109 an die DIN EN 12354 angepasst werden soll, wurde diese hinsichtlich zweier unterschiedlicher Vorgehensweisen untersucht. Die Abhängigkeit von labortechnischen Prüfungen zur Erfüllung der Norm führt zu hohen Kosten und großem Aufwand. Alternativ wird der Aufbau eines Bauteilkataloges vorgeschlagen. Durch das Dokumentieren unterschiedlicher Fassadenkonstruktionen mit Optimierungsmöglichkeiten durch Prüfberichte aus Schalllaboren können die akustischen Eigenschaften einer Konstruktion abgeschätzt werden. Eine von Messwerten völlig unabhängige Bewertungsmöglichkeit ist eine akustische Simulation. Die Möglichkeiten und Probleme dieses Verfahrens werden betrachtet. Diese Methode wird sich voraussichtlich als die sinnvollste erweisen, da der Planer während dem Entwicklungsprozess die Details anpassen kann, Bestimmung und Bewertung der Schalllängsleitungskenngrößen von Fassadenelementen Determination and evaluation of longitudinal sound transfer through building surface constructions This project aims for a tool to estimate the longitudinal sound transfer through light building facade constructions. There are three components which have been compared. First there is the German standard DIN4109 (11-1989) which gives an estimation of the longitudinal sound transfer. However the practical experience shows a significantly digress to the estimation of DIN 4109 (11-1989). Alternatively there is the European standard DIN EN 12354 which uses other approaches and leads to different results than the DIN 4109 (11-1989). The third option is an acoustic simulation which turns out to be the most favorable cost and time efficient solution. Hintergrund Die Berücksichtigung des Flankenschalldämmmaßes einer Leichtbaufassade als Einflussgröße für das Schalldämmmaß eines Trennbauteils ist nach DIN 4109 (11-1989) nur unzureichend und pauschal bewertet. Das nach dieser Norm er- Vorgehensweise zur Bewertung des Flankenschalldämm-Maß RFf / Proceeding for evaluation of edge sound reduction index RFf 68 I 69 wodurch Kosten und Zeit gegenüber einer händischen Abschätzung eingespart werden. Ausblick Um Fassadenkonstruktionen in Abhängigkeit der Norm-Flankenpegeldifferenz Dn,f,w zu katalogisieren, müssen deren Prüfzeugnisse gesammelt und dokumentiert werden. Durch den entstehenden Bauteilkatalog kann eine Bewertung der Längsleitung von Fassadenelementen erfolgen. Die DIN 4109 sieht eine solche Tabelle in ihrer Neufassung vor, deren Art und Umfang ist noch nicht bekannt. Die Schallsimulation ist momentan die effektivste Methode für die Bewertung des Flankenschalldämmmaßes. Dadurch könnte oftmals vollständig auf Labormessungen verzichtet werden. Damit das Flankenschalldämmmaß über eine Simulation sicher ermittelt werden kann, sind Verifizierungen notwendig. Diese belegen, dass zwischen dem simulierten und dem eingebauten Flankenschalldämmmaß ausreichende Übereinstimmung besteht. Schalllängsleitung an Fassaden AUF EINEN BLICK Ziel / Nutzen • Instrument zum Abschätzen des Flankenschalldämmmaßes für Leichtbaufassaden • Aufzeigen der Vor- und Nachteile verschiedener Bewertungsmethoden Mögliche Anwendung • Wohn- und Nichtwohngebäude mit hohen Verglasungsanteilen Förderung intern Projektlaufzeit Februar 2013 bis August 2013 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau (FAS-S) Projektleitung Martin Baar, Daniela Greiner Bearbeitung Martin Baar, Jasmin Eppli, Daniela Greiner Patente, Publikationen • Eppli, J.: Bewertung / Bestimmung der Schalllängsleitungskenngrößen von Fassadenelementen. Hochschule für Technik, Stuttgart. 2013 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Gebäude und Bauphysik / Buildings and Buildings Physics flusst. Ein Überdruck durch die Lufteinbringung war für die Nutzer nicht spürbar und auch die Luftfeuchte wurde nicht beanstandet. Allerdings wurde der laufende Kompressor verhältnismäßig laut wahrgenommen, da dieser unmittelbar neben den belüfteten Räumen angeordnet war. Gesondert zu bemerken ist, dass es sich bei dem eingesetzten Kompressor um ein zu 100 % ölfreies Gerät handelte und bei der Installation besonders auf die Einhaltung der Hygienevorschriften geachtet wurde. Die Zuluft konnte so geruchsneutral in die Räume eingebracht werden. Die Herstellerangaben der Schallwerte für Auslässe und Geräte waren in situ nach nachprüfbar. 70 I 71 Fazit Nach der Entwicklung eines funktionsfähigen Luftauslasses wurde diese Komponente als Teil eines Gesamtsystems getestet. Der weitgehend störungsfreie Betrieb beim Feldversuch sowie die positive Beurteilung durch die Nutzer der belüfteten Räume bestätigen, dass das Hochdrucklüftungssystem bei verschiedenen Bauobjekten eingesetzt werden kann. Messwerte aus Laborversuchen der ersten Entwicklungsphase konnten beim Feldversuch im Rahmen üblicher Abweichungen und Einschränkungen nachvollzogen werden. Bauleitung 90 m³/h Poliere 90 m³/h 45 m³/h Testbetrieb des Hochdrucklüftungssystems – HDLS Archiv 90 m³/h Test run of the high-pressure ventilation system 45 m³/h Vizepolier Teeküche 90 m³/h Three years after the HDLS-project was initiated, a test run of a working system was realized. At a container office facility in Vienna the developed air outlets were installed, combined with a screw compressor to supply the required amount of air. Both system performance and user feedback were in line with the expectations. An overview of the system including monitoring and results is presented in this report. Hintergrund Im März 2010 wurde das Projekt HDLS – Hochdrucklüftungssystem – als Forschungs- und Entwicklungsprojekt von der Zentrale Technik (TGA Wien) begonnen. Der grundlegende Gedanke war, den Platzbedarf für Lüftungsanlagen zu reduzieren. Das Lüftungssystem in bauliche Konzepte integrieren zu können stellt dabei die Motivation des Projekts für ein Bauunternehmen dar. Potenziale wie die Platzersparnis durch dieses System lassen das Unternehmen auf Dauer als Ganzes von einem Erfolg des Projekts profitieren. Als erstes Ziel wurde die Entwicklung eines passenden Luftauslasses definiert. Die Firma Hidria (SLO) konnte dafür als Partner gewonnen werden. Nachdem das Design auf Basis umfangreicher numerischer Simulationen und Laborversuche festgelegt war, galt es erste Prototypen herzustellen. Für Luftvolumenströme von 45 m³/h, 90 m³/h und 180 m³/h wurden Luftauslässe produziert. Durch die Ausnutzung des JouleThompson-Effektes kann eine Abkühlung von bis zu 1,9 K bei der Einbringung in den Raum erzielt werden kann. Darüber war bereits in der Konzernbroschüre Forschung, Entwicklung, Innovation – Projekte 2010 / 11, S. 36 / 37 berichtet worden. Projektablauf Als nächster Schritt zum Markteintritt mit dem Hochdrucklüftungssystem wurde der Aufbau einer Testanlage realisiert. Zu den Kriterien für eine marktreife Lüftungsanlage zählen dabei unter anderem: • Zugfreiheit in den Räumen • Einhaltung der Akustik-Richtlinien für Lüftungsanlagen • Möglichkeit, erforderliche Luftmengen durch die Anlage bereitstellen zu können • Wohlbefinden der Nutzer während des Betriebs sicherstellen Für die Realisierung der Testanlage wurde das konzerneigene Containerbüro auf der Baustelle des RZ Space in Wien ausgewählt. Während des Testbetriebs wurden die Raumparameter Lufttemperatur und Luftfeuchte, Druck, Volumenstrom und Temperatur im System sowie die verbrauchte Energie der Geräte überwacht. Dazu wurden ein portables HygroThermometer sowie fixe Messeinrichtungen genutzt und sämtliche Daten manuell oder über einen Datenlogger aufgezeichnet. Durch die Befragung der Nutzer wurde festgestellt, dass diese das Design der Auslässe ansprechend empfanden, während der Kühleffekt durch die Lüftungsanlage kaum bemerkt wurde. Es konnten keine unangenehmen Verwirbelungen oder Zugerscheinungen festgestellt werden und die Luftqualität wurde nicht negativ beein- Sanitärcontainer Dusche WC-Herren WC-Damen Baubüro AG Grundriss des Containerbüros / Layout of the container office facility Besprechungsraum 90 m³/h 180 m³/h 90 m³/h 180 m³/h Hochdrucklüftungssystem AUF EINEN BLICK Ziel / Nutzen • Verifizierung von Herstellerangaben und Laborversuchen • Monitoring des Betriebs einer kompletten HDLS-Anlage unter realen Bedingungen • Entwicklung von innovativen Lüftungslösungen Mögliche Anwendung • Belüftung von Gebäuden mit unzureichend Platz für ein konventionelles System • Neubau (Möglichkeit der Reduzierung von Geschosshöhen) Förderung intern Projektlaufzeit Juni 2013 bis November 2013 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: TGA Wien Projektleitung Miklos Nikolics Bearbeitung Rudolf Oesterreicher Patente, Publikationen • Europäische Patentanmeldung: EP 2 565 548 - Schutzrecht angestrebt • weitere Patentanmeldungen in den USA und den Vereinigten Arabischen Emiraten – Schutzrechte angestrebt • erteiltes Patent RU 2012127272 in Russland Research, Development, Innovation 2013 / 14 Gebäude und Bauphysik / Buildings and Buildings Physics Kompaktasphalt mit Forschungskomponenten / Compact asphalt with research components Aufnahme 1 Mischgutabgabe Transport Übergabe Transport im Fertiger Querverteilung 2 Lademodul 3 Mess- und Informationssystem Baustofflogistik 4 Mess- und Informationssystem Mischguttemperatur 5 Kommunikation Mischgutaufnahme 6 PAST Demonstratoren Übersicht / PAST overview of demonstrators The high standards of road quality, environmental safety as well as the desire for stabilised processes require innovative solutions along the road construction process chain – from the production of the materials until the compaction on site. Despite the constant improvement of materials, weaknesses which reduce the durability of the pavement process continue to arise in increasing frequency. This research will eliminate the weaknesses of asphalt pavement on traffic ways within the whole construction process through the usage of new approaches in automation, information technology and mechanical engineering. The overall approach of this is named “PAST” (Prozesssicherer Automatisierter Straßenbau). It is concluded that the adoption of PAST will lead to improvements of roadway features, such as noise reduction, road safety and durability. Status Quo Im Heft Forschung, Entwicklung, Innovation – Projekte 2009, S. 64 / 65 wurde das Forschungsvorhaben Prozesssicherer automatisierter Straßenbau – PAST zur Identifizierung und Beseitigung qualitätsmindernder Faktoren beim Bau von Asphaltbelägen vorgestellt. Durch den Einsatz von innovativen Ansätzen aus der Automatisierungs-, Informations- und Maschinentechnik über die gesamte Bauprozesskette konnten wesentliche Funktionseigenschaften entscheidend beeinflusst werden. Die Verbesserungen betreffen unter anderem Dauerhaftigkeit, Eben- heit, Griffigkeit, Helligkeit und Lärmabsorption. Im Rahmen von PAST wurden 15 Demonstratoren entwickelt, gebaut und innerhalb der Projektlaufzeit von 08/2008 bis 07/2012 auf insgesamt sechs Untersuchungsstrecken in der Praxis getestet. Aus diesen 15 Prototypen erfolgte die serienreife Entwicklung der folgenden fünf Maßnahmen: • Schwenkeinrichtung an Asphaltmischanlagen zur entmischungsreduzierenden Befüllung der Transportfahrzeuge •Thermomulde zur Erhaltung der Mischguttemperatur während des Transportes •Fertiger-Anfahrautomatik zur Reduzierung von Unebenheiten • Passives Andocksystem zur Reduzierung der Unebenheiten beim Übergabevorgang zwischen Transportfahrzeug und Straßenfertiger • Oberflächenscanner zur Temperaturüberwachung und Dokumentation Darüber hinaus konnten durch den Einsatz einer isolierten Mulde beim Mischguttransport Qualitätsverbesserungen erreicht und dokumentiert werden. Basierend auf den Ergebnissen von PAST hat das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) die „Einsatzankündigung von Maßnahmen zur Steigerung der Asphalteinbauqualität“ veröffentlicht. Demnach werden stufenweise neue Einsatzkriterien für den Transport von Asphaltmischgut mit thermoisolierten Fahrzeugen als Anforderung in die Vertragsbedingungen für Neubau- und Erhaltungsmaßnahmen an Bundesfernstraßen aufgenommen. 10 Verdichtungsarbeit Belagsdicken-Messung 11+12 Einstellung u. -Regelung Andockeinrichtung 7 Mischgutförderer/-verteiler Prozessregeleinrichtung 13 Anfahrautomatik 8 Thermobunker 14 Ablageautomat 9 Kommunikation 15 Fertiger-Walze Thermoförderer/-verteiler Ausblick Nach der Entwicklung der Demonstratoren wurde das Ziel der konzernweiten Implementierung verfolgt. Dazu wurde eine enge Zusammenarbeit zwischen der F. Kirchhoff GmbH, der TPA GmbH, der BMTI GmbH und STRABAG AG initiiert. Im Rahmen dieser Initiative wurde beschlossen, einige Baumaschinen umzurüsten und diese als Prototypen für eine zukünftige Standardisierung im Dauereinsatz zu erproben. Anlässlich einer aktuellen Bestellung eines Straßenfertigers konnten umfangreiche Umbaumaßnahmen zeitnah ausgeführt werden. Um die im Forschungsvorhaben gemachten Erfahrungen zu nutzen und weitere Optimierungen im Asphaltstraßenbau zu erreichen, wurde zwischenzeitlich ein weiteres Forschungsvorhaben akquiriert und im Januar 2014 begonnen: Entwicklung innovativer Verfahren zur Optimierung Process reliable automated road construction – PAST: Status quo and outlook Walzen Prozesssicherer automatisierter Straßenbau – PAST: Status quo und Ausblick Einbau der Oberflächengestaltung von Verkehrsflächen in Asphaltbauweise (OBAS). OBAS beschäftigt sich mit der frühzeitigen Einbindung und dem hohem Verbund der Abstreusplitte mit dem Asphalt und soll die komplette Funktionalität der Straßenoberfläche unmittelbar nach dem Einbau gewährleisten. PAST: Status quo und Ausblick AUF EINEN BLICK Ziel / Nutzen • flächendeckende Qualitätserhöhung durch Prozesssicherheit und Standardisierung im Asphaltstraßenbau • Entlastung des Einbaupersonals • Reduzierung der Mehr- und Mindermengen • Reduzierung der Abzüge durch Mängelbeseitigung Mögliche Anwendung • im gesamten Asphaltstraßenbau • Nutzung der Entwicklungen in anderen Geschäftsbereichen des Konzerns Förderung 25 % Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie 75 % intern Projektlaufzeit seit August 2008 Unternehmenseinheit ZB TPA 04; ZB BMTI 01; UB VWB Deutschland 6H: (Hermann Kirchner Bauunternehmung GmbH, STRABAG AG) Bearbeitung Martin Muschalla Research, Development, Innovation 2013 / 14 72 I 73 Verkehrswegebau / Transport Infrastructure 74 I 75 Verkehrswegebau / Transport Infrastructure Research, Development, Innovation 2013 / 14 Abdichtungssystem STRABATAN S / Sealing system STRABATAN S Abdichtungssystem STRABATAN C / Sealing system STRABATAN C Abdichtungssysteme der STRABAG und ihre Anwendungsmöglichkeiten Sealing systems of STRABAG and their application possibilities Because of different types of infrastructure buildings (eg concrete and steel bridges) there are different demands on sealing systems. For concrete buildings, the sealing usually is a system according to ZTV-ING Teil 7, Abschnitt 1, whereas for steel bridges due to the larger vibrations flexible sealing systems (according to ZTV-ING Teil 7, Abschnitt 4) are to be elected. Therefore, it is necessary for STRABAG to use the correct sealing system for the different building types (steel, concrete). Hintergrund Aufgrund unterschiedlicher Bauarten von Ingenieurbauwerken (z. B. Beton- oder Stahlbrücken) entstehen unterschiedliche Anforderungen an die Abdichtungssysteme. Bei Betonbauwerken wird für die Abdichtung in der Regel ein System gemäß ZTV-ING Teil 7, Abschnitt 1 verwendet, wohingegen für Stahlbrücken aufgrund der unterschiedlichen Bauart Abdichtungssysteme nach ZTV-ING Teil 7, Abschnitt 4 zu wählen sind. Für den STRABAG Konzern ist es notwendig, für die verschiedenen Bauwerkstypen das geeignete Abdichtungssystem mit hoher Qualität und wirtschaftlicher Effizienz einsetzen zu können. Deshalb wurden in den vergangenen Jahren Abdichtungssysteme weiterentwickelt, die die Qualitätsanforderungen auch in Zukunft erfüllen. Nachfolgend sind die STRABAG-Abdichtungssysteme mit den jeweiligen Anwendungsgebieten zusammengefasst: • STRABATAN C für Betonbauwerke (Brücken und Parkhäuser) • STRABATAN S für Stahlbrücken • STRABATAN STATIFLEX® als schnelles Abdichtungssystem STRABATAN C Das System STRABATAN C besteht aus einem Reaktionsharz (STRABATAN AET PRO) und einer Bitumenschweißbahn (STRABIT). Es entspricht den Anforderungen der TL BEL-B Teil 1 für Fahrbahnbeläge auf Betonbrücken und ist somit für die Bauweise nach ZTV-ING Teil 7, Abschnitt 1 zugelassen. In den vergangenen zwei Jahren fanden vergleichende Untersuchungen statt, um sicherzustellen, dass das System STRABATAN C qualitativ mindestens gleichwertig mit den Abdichtungssystemen anderer Hersteller ist. Die Verarbeitbarkeit sowie die damit einhergehenden Materialverbräuche (beispielsweise Gas bei der Verlegung) konnten dabei gegenüber anderen Produkten verbessert werden. Die Untersuchungen ergaben, dass das eingesetzte System des STRABAG Konzerns im Vergleich mit Produkten anderer Hersteller sowohl hinsichtlich der fertigen Abdichtung als auch beim Einbauvorgang viele Vorteile hat. STRABATAN S Das Abdichtungssystem des STRABAG Konzerns für Stahlbrücken ist ein Bitumen-Dichtungssystem und besteht aus der Grundierung PRIMEX und der Haftschicht ISOTEX. Es entspricht der Bauart 2 nach ZTV-ING Teil 7, Abschnitt 4 und erfüllt die Anforderungen der TL BEL-ST. Gemeinsam mit einem neuen Hersteller wurde ein System entwickelt, das den Ansprüchen an Qualität und Effizienz entspricht. Die Untersuchungen sind soweit abgeschlossen. Für das Bitumen-Dichtungssystem wird im Jahr 2014 die neu zu erstellende Grundprüfung erfolgen. Anschließend wird das System unter dem Namen STRABATAN S bei der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) gelistet. einzubauen, denn das Granulat schmilzt beim Einbau der aufzubringenden Asphaltschicht (Mischguttemperatur > 160°C) und sorgt so für einen sehr guten Schichtenverbund. Darüber hinaus wurde in Zusammenarbeit mit der BASt an der Erarbeitung eines Regelwerks (Empfehlungen über Hohlraumreiches Asphalttraggerüst mit nachträglicher Verfüllung; E HANV) mitgewirkt. STRABATAN STATIFLEX® STRABATAN STATIFLEX® steht für ein mit flexibilisiertem Epoxidharz verfülltes Asphalttraggerüst. Der entscheidende Vorteil dieser Bauweise gegenüber den mehrlagigen Abdichtungssystemen besteht in der kurzen Ausführungszeit. In der Vergangenheit erfolgte der Einbau der darüber liegenden Asphaltschicht „heiß auf frisch“, um einen ausreichenden Schichtenverbund zu gewährleisten. Durch das Abstreuen der noch nicht ausgehärteten Dichtungsschicht mit einem Heißschmelzklebergranulat konnte das System – wie in der Konzernbroschüre Forschung, Entwicklung, Innovation – Projekte 2012 / 13, S. 36 / 37 berichtet – weiter optimiert werden. Damit ist es nicht zwingend erforderlich die folgende Asphaltschicht „heiß auf frisch“ Ausblick Neben der erforderlichen Grundprüfung sollen im Jahr 2014 auch ausgewählte Baumaßnahmen mit dem System STRABATAN S labortechnisch begleitet werden. Durch die Erarbeitung des Regelwerkes (E HANV) im Zusammenhang mit STRABATAN STATIFLEX® wird eine Vereinfachung der Ausschreibung erreicht. Zudem ist dies ein Schritt auf dem Weg zur Regelbauweise. Für alle genannten Abdichtungssysteme gilt, dass sie auch in den kommenden Jahren ständig weiterentwickelt werden müssen, um den Marktanforderungen zu genügen und den konzerneinheitlichen hohen Qualitätsstandard zu gewährleisten. Bauwerksabdichtung STRABATAN AUF EINEN BLICK Ziel / Nutzen • Nutzung eigener Produkte im Konzern und damit einheitlich hoher Qualitätsstandard • ständige Weiterentwicklung der Produkte Mögliche Anwendung • Abdichtung von Ingenieurbauwerken Förderung intern Projektlaufzeit seit April 2008 Unternehmenseinheit ZB TPA 04: DE Nord/International/RU; UB VWB Deutschland 6H, Köln/Düsseldorf DE (STRABAG AG, Sonderbau) Projektleitung Thomas Sikinger Bearbeitung Sebastian Lorenz DAsphalt® In situ Validierung der innovativen Asphalttragschicht – DAsphalt® 22 TS In situ validation of the innovative asphalt base course – DAsphalt® 22 TS During the cost calculation phase of the project A 31 Gescher the asphalt or material parameters of the innovative asphalt DAsphalt® 22 TS were determined through specimens. The asphalt specimens were produced under appropriate conditions in the laboratory. On site influences of the production or casting of the asphalt, however, could not be considered for the specimen produced in the laboratory. Therefore drill core samples have been taken at three sections of the construction project and were compared with the specimen produced in the laboratory. The results reveal that even if the determined material parameters of each section significantly differ, the tests for the quality of asphalt mix and paved asphalt layer meet all the requirements. The lifetime of asphalt pavement is calculated through the design software PaDesTo. The calculations show sufficient values for the load cycles, but with many variations. In order to quickly identify the lifetime of the asphalt pavement after the bitumen delivery, it is recommended to determine the bitumen quality through the extended chemical and rheological test methods. Hintergrund Die analytische Bemessung nach den Richtlinien für die rechnerische Dimensionierung des Oberbaus (RDO Asphalt 09) ergab, dass durch die Verwendung von DAsphalt® 22 TS die Schichtdicke um bis zu 10 cm im Vergleich zu einer Bauweise nach den Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen (RStO 12) reduziert werden kann – in der Kon- zernbroschüre Forschung, Entwicklung, Innovation – Projekte 2012 / 13 S. 78 / 79 war bereits darüber berichtet worden. Dabei wurden die Materialparameter gemäß Arbeitsanleitung zur Bestimmung des Steifigkeits- und Ermüdungsverhaltens von Asphalten mit dem SpaltzugSchwellversuch als Eingangsgröße in die Dimensionierung (AL Sp-Asphalt 09) verwendet, welche bei optimalen Randbedingungen am im Labor hergestellten Asphaltprüfkörper ermittelt wurden. Die Einflüsse der Schwankungen bei der Asphaltmischgutherstellung und dem Einbau vor Ort können allerdings bei einem Laborprüfkörper nicht berücksichtigt werden. Das Ziel dieser Studie ist es, die Auswirkungen dieser Schwankungen auf die Materialparameter zu ermitteln. Hierfür werden die Bohrkerne, auf deren Prüfung die analytischen Dimensionierungen basieren, mit den Bohrkernen in situ am Projekt Autobahn A31 Gescher verglichen. Es wird ermittelt, ob sich die Werte aus den Labor-Randbedingungen mit jenen aus der Praxis validieren lassen. Stand der Arbeiten Um die Auswirkungen der Schwankungen der Baustoffzusammensetzungen und der Einbauqualität auf die Materialparameter gering zu halten, wurden bei der werkseigenen Produktionskontrolle (WPK) die Spannbreite der Eigenschaften des verwendeten Asphaltgranulates und der Gesteinskörnungen sowie des Bitumens gegenüber den einschlägigen Regelwerken des Straßenbaus signifikant eingeengt. Die Untersuchungen für entsprechendes Ausgangsmaterial Vergleich der berechneten Lastwechselzahl in 10-t Achse [Mio.] / Comparison of calculated load cycle in 10-t ESAL [Mio.] erfolgten dennoch nach konventionellen Prüfungen gemäß den Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen aus Asphalt (ZTV Asphalt StB 07/13), die die nationale Umsetzung der DIN EN 13108, Teil 21 darstellen. Darüber hinaus wurde aufgrund der besonderen Bauweise und der langen Unterhaltungszeit eine detaillierte Überwachung des Einbauprozesses verwirklicht: Mischguttemperatur, Schichtdicke und Verdichtungsgrad des eingebauten Asphaltmischgutes wurden ständig geprüft. Es wurde an drei Bauabschnitten der Baumaßnahme eine ausreichende Anzahl an Bohrkernen entnommen und im Labor untersucht. Die Ergebnisse der werkseigenen Produktionskontrolle der Asphaltmischanlage und der Bohrkernuntersuchungen befinden sich im zulässigen Toleranzbereich. Die verwendeten Bitumen in den entsprechenden Schichten erfüllen ebenfalls die konventionellen Anforderungen. Weiter wurden die Steifigkeit bei verschiedenen Temperaturen zwischen -20 °C und +50 °C und die Ermüdungsfestigkeit an den Bohrkernen Berechnete Lastwechselzahl in 10-t Achse Berechnete Lastwechselzahl in 10-t Achse [Mio.] [Mio.] Einbau des DAsphalts 22 T S, Baumaßnahme Funktionsbauvertrag A 31 Gescher / Paving of DAsphalt 22 T S, Building and maintenance project A 31 Gescher 150 126 125 93 100 75 50 50 50 Angebot Mischgut 16.11.12 50 ermittelt. Die ermittelten Materialparameter der jeweiligen Bauabschnitte zeigen trotz des sorgfältigen Einbauprozesses signifikante Unterschiede sowohl bei der Steifigkeit als auch bei der Ermüdungsfestigkeit. Mit den tatsächlichen Materialparametern wurde mithilfe der Dimensionierungssoftware PaDeSto die Lebensdauer für die eingebaute Schichtdicke berechnet. Diese liegt für die einzelnen Bauabschnitte zwischen 50 Millionen und 126 Millionen 10-t Achslasten − damit sind die Anforderungen für die Baumaßnahme erfüllt, die bei 50 Millionen 10-t Achslasten liegen. Ausblick Die während der Kalkulation berechnete Lebensdauer für das Asphalttragschichtmischgut DAsphalt® 22 TS konnte mit Materialparametern der Bohrkerne bestätigt werden. Dass ermittelte Unterschiede in den Materialeigenschaften des Asphaltes abhängig vom Einbauort festgestellt wurden zeigt, dass weitere Untersuchungen notwendig sind: Es wird empfohlen, anhand von erweiterten chemischen und physikalischen Bitumenprüfungen in Kombination mit Asphaltuntersuchungen die Auswirkungen der Bitumen aus unterschiedlichen Lieferphasen auf die Lebensdauer zu betrachten. Zukünftig sollte mittels adäquaten Bitumenuntersuchung die Qualität des Bitumens unmittelbar nach der Anlieferung an der Asphaltmischanlage festgestellt werden können. 25 0 Bohrkernherstellung im Labor TPA Köln Bohrkerne BA 3 Bohrkerne BA 4 Bohrkerne BA 5 (Einbau 10.2012) 10.20112) (Einbau 06.2013) (Einbau 09.2013) AUF EINEN BLICK DAsphalt® 22 T S Ziel / Nutzen • innovatives Asphaltmischgut mit erhöhter Lebensdauer • Ermittlung der Beeinflussung von Herstell- und Einbauqualität Mögliche Anwendung • Öffentlich-Private-Partnerschaft Projekte (PPP-Projekte) •Funktionsbauvertrag Förderung intern Projektkoordination Dr. Norbert Simmleit Partner UB VWB Deutschland 6H: Nordwest DC (STRABAG AG), Baustoffe DI (Deutsche Asphalt GmbH) Projektlaufzeit Juli 2012 bis Dezember 2013 Unternehmenseinheit ZB TPA 04: DE Nord / International / RU Projektleitung Dr. Pahirangan Sivapatham Bearbeitung Hülya Sacihan, Erol Yelkesen Research, Development, Innovation 2013 / 14 76 I 77 Verkehrswegebau / Transport Infrastructure keit innerhalb des zu sanierenden Porous Asphalt. Dies geschieht einerseits durch Verjüngung des gealterten Bindemittels im oberen Bereich der PA-Deckschicht und anderseits durch das Ergänzen von neuem Bindemittel zur Mastix und damit einer Wiederherstellung der Haftungsbrücken zwischen den Steinen. Insgesamt wird die Haftung zwischen dem Altasphalt und der neu aufgebrachten Schicht verbessert. Sanierte Fahrbahn / Renovated pavement Instandhaltung lässt sich verbessern – ZOEAB+ For a better maintenance – ZOEAB+ Wear and tear through the daily traffic as well as the environmental impacts on aged porous asphalt (PA) result in fewer mastic on the first 15 mm of the top layer. Consequently aged PA needs to be usually refurbished after eight to ten years. To increase this lifetime an improved maintenance technique has been developed, which is called ZOEAB+ (Very Open Emulsion Asphalt Concrete Plus). ZOEAB+ aims to upgrade the mastic through renewing the adhesion between the aggregates. The results of the Rotating Surface Abrasion (RSA) Tests and the Nano-CT Scans showed that the ribbing has been eliminated or slowed-down, the texture characteristics have been improved, and the noise reduction has been regenerated. Furthermore during the maintenance it produces low CO2 emissions. Hence it is concluded that ZOEAB+ proves to be a maintenance technique which leads to late refurbishment time periods of PA. Bohrkern vor der Sanierung / Core before maintenance Bohrkern nach der Sanierung mit ZOEAB+ / Core after maintenance with ZOEAB+ Hintergrund Gealterter Offenporiger Asphalt (engl: Porous Asphalt, PA) verfügt infolge von Verschleiß und Alterung des Bitumens durch Verkehr und Klimaeinwirkung über wenig Mastix in der obersten Schicht in bis zu 15 mm Tiefe. Es kommt zu Steinverlust. In der Regel muss PA nach acht bis zehn Jahren ersetzt werden. Mit dem Sanierungsverfahren ZOEAB+ wird geschädigter PA mit einem geeigneten Dünnschicht-Kaltasphalt mit spezieller Zusammensetzung behandelt, wobei zuvor eine modifizierte Klebeemulsion (Kleber mit Verjüngungsmittel) auf dem zu sanierenden PA aufgebracht wird. Diese Bitumenemulsion („+“-Schicht) wird aufgesprüht, der Dünnschicht-Kaltasphalt (Produktname: ZOEAB) wird direkt im Anschluss aufgebracht. Die zusätzliche Klebeemulsion sorgt für eine bessere Haftung des DünnschichtKaltasphaltes und für mehr strukturelle Festig- Untersuchungen und Ergebnisse Zur Beurteilung des Verfahrens wurden verschiedene Untersuchungen durchgeführt. Es zeigte sich in Rotating Surface Abrasion Tests (RSAT), dass der Steinverlust deutlich verbessert werden konnte: Nach der Sanierung kam es lediglich in der neuen Kaltasphaltschicht zu geringfügigem Steinverlust, das Steinskelett im ursprünglichen PA wurde nicht weiter reduziert. Aus dem unbehandelten PA lösten sich Steine einer Größe von 8 mm bis 11,2 mm (ca. 80 g Verlust). Deckschichten, die mit ZOEAB+ behandelt sind, verlieren Stücke mit einer Größe von 1 mm bis 3 mm (ca. 10 g bis 15 g Verlust unter gleichen Prüfbedingungen). Dies bedeutet für den Verkehr weniger Behinderung, die Gefahr etwa auf Windschutzscheibenbruch reduziert sich deutlich. Analysen der Bohrkerne zeigten auch, dass es zu einer wesentlich stärkeren Bindung im PA kommt, nachdem ZOEAB+ aufgebracht wurde. Bei unbehandeltem PA entsteht beim Herstellen der Bohrkerne in der Regel eine Schädigung am Rand des Kernes, Bohrkerne mit ZOEAB+ -Behandlung weisen einen wesentlich stabileren Bohrkernrand auf. Die Ergebnisse des Nano-CT-Scans bestätigten diese Aussagen. Im mit ZOEAB+ behandelten PA sind die Strukturen über eine Schichtdicke von zirka 10 mm wieder hergestellt oder verbessert. Die strukturelle Festigkeit des gealterten PA wurde aufgewertet. Dagegen zeigten Proben der unbehandelten PA-Deckschicht, dass im oberen Bereich des PA schlechte und brüchige Verbindungen zwischen den Steinen bestehen. Schlussfolgerung Der Mehrwert des neuen Systems ZOEAB+ gegenüber der herkömmlichen Sanierung mit ZOEAB zeigt sich hauptsächlich in den Resultaten der RSA-Tests und dem Nano-CT-Scan und deren Interpretation. Mit diesen Informationen zur Verbesserung der strukturellen Festigkeit des alten PA kann davon ausgegangen werden, dass durch die Sanierung mit ZOEAB+ eine verlängerte Lebensdauer erreicht wird. Außerdem ergeben sich auch positive Effekte auf die Lärmemission, die Sicherheit und den Komfort der sanierten Asphaltdecke. Instandsetzung mit ZOEAB+ AUF EINEN BLICK Ziel / Nutzen • Aufhebung oder Reduktion von Steinverlust • Verbesserung der Textur • Wiederherstellung von lärmreduzierender Wirkung • Verlängerung der Lebensdauer des Offenporigen Asphalts Mögliche Anwendung • Sanierung von Straßendecken mit PA Förderung intern Projektkoordination Koen Brouns, Ton Kneepkens Partner Rijkswaterstaat Nederland; Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk onderzoek (TNO); SGS Intron; Technische Universität, Delft Projektlaufzeit Juni 2012 bis August 2013 Unternehmenseinheit ZB TPA 04: DE Nord / International / RU; UB Baustoffe 6V: Emulsionen RE (Coldmix BV) Projektleitung / Bearbeitung Ton Kneepkens Research, Development, Innovation 2013 / 14 78 I 79 Verkehrswegebau / Transport Infrastructure 0 0 000 0 0 0 0 0 Drohne HT-8-2000, Height-Tech GmbH, Bielefeld / UAV HT-8-2000, Height-Tech GmbH, Bielefeld Einsatz von Flugrobotern im Vermessungswesen Application of unmanned aerial vehicles (UAV) for surveying works The applications of UAVs are familiar for their military use as reconnaissance or combat drones. Also known is the commercial application for observations, explorations and documentations in hard-to-reach areas. Even for personal use it is on the rise. Utilizing the drone as a surveying device for field data collection is a rather new and unique approach. Hintergrund Der Einsatz von autonom fliegenden Drohnen (Flugrobotern) ist bekannt geworden durch ihre militärische Verwendung als Aufklärungs- oder Kampfdrohnen in Krisengebieten. Über die kommerziellen Einsatzmöglichkeiten wie Beobachtung, Erkundung und Dokumentation (Fotografie, Video) von schwer zugänglichen Objekten wurde ebenfalls in den Medien berichtet. Auch im privat-wirtschaftlichen Bereich besteht zunehmend Interesse für ihre Anwendung. Im Forschungsprojekt sollte eine unbemannte Drohne als Vermessungsinstrument zur Bestandsdatenerfassung eingesetzt werden. Dieser Test-Einsatz ist Neuland – aus diesem Grund wurde das Projekt von der Fachhochschule Köln, Institut für Baubetrieb, begleitet und wissenschaftlich betreut. Aufgabenstellung Es wurde untersucht, inwiefern für eine Drohne in der Bauindustrie Einsatzmöglichkeiten bestehen. Als mögliche Anwendungsgebiete bieten sich großflächige und schwer zugängliche Objekte an, die nicht mit höchster Genauigkeit erfasst werden müssen. Damit liegt der Fokus auf der Bestandsdatenerfassung von größeren Geländeflächen (Baugebiete, Erschließungen, Gewinnungsflächen, Deponien etc.) sowie auf Linienbaustellen (Umgehungsstraßen, Autobahnabschnitte, Kanal- und Eisenbahntrassen etc.). Der Testflug wurde auf dem Betriebsgelände der MAV Mineralstoff-Aufbereitung und -Verwertung Lünen GmbH, einem Entsorgungs- und Recyclingunternehmen, an dem der STRABAG Konzern zu 50 % beteiligt ist, durchgeführt. Messungsgebiet und Zielsetzung Auf dem Betriebsgelände der MAV Lünen lagern auf rd. 56.000 m² in ca. 25 Boxen und auf etwa 20 Halden alle Arten von mineralischen Abfällen sowie Abfälle aus der Metallherstellung und aus Verbrennungsanlagen. Diese werden aufbereitet oder getrennt und der Wiederverwertung zugeführt. Aus betriebswirtschaftlichen Gründen und um den gesetzlichen Bestimmungen zu genügen, muss eine ständige Dokumentation der ein- und ausgehenden Stoffe erstellt werden. Neben anderen Maßnahmen wurde bisher hierzu einmal jährlich ein externes Vermessungsbüro beauftragt mittels GPS-Messungen den Bestand zu erfassen. Es ergab sich nun die Möglichkeit, diese Bestandsdatenerfassung in Kooperation der Direktionen Verwertung FE und Köln / Düsseldorf DE (Vermessung und Abrechnung Köln) alternativ mit einer Drohnenbefliegung durchzuführen. Auf Grundlage dieser Befliegung sollte dann die getrennte Mengenberechnung aller Boxen und Materiallagerungen erfolgen und der MAV Lünen zur Verfügung gestellt werden. Aufbau der Drohne (Flugroboter) Die Drohne ist ein unbemanntes autonomes Fluggerät, welches per Fernsteuerung (oder auch selbststeuernd) ein vorher definiertes Gebiet systematisch überfliegt und – wie in diesem Fall – digitale Bilder erstellt und abspeichert. Für die genaue Positionierung oder Koordinierung des Flugroboters sind eine Vielzahl von Komponenten an Bord: GPS-Empfänger, Digitalkamera, Funkgerät, Neigungs- und Beschleunigungssensoren, Datenspeicher etc. Eine mobile Bodenstation ermöglicht die Steuerung und Überwachung der Drohne. Eingesetzt wurde das Modell HT-8-2000 der Firma Height-Tech GmbH, Bielefeld mit folgenden technischen Daten: • Leergewicht 2,4 kg • max. Nutzlast 2,0 kg • Drohnen-Durchmesser 95 cm • maximale Geschwindigkeit 70 km/h • maximale Flughöhe bis 3.900 m über NN • Messungs-Flughöhe 30 – 100 m über Grund • Flugzeit bis zu 17 Minunten • Sensorik: GPS-Empfänger, Luftdruck, Gyroskop, Kompass, Beschleunigung, Temperatur, Wärmebild (optional), Nahinfrarot (optional) • Steuerung: hochpräzise Joysticks mit 7‘‘ Live-View-Monitor Der Flugroboter wurde von der Firma Herzog Vermessungstechnik GmbH, Düsseldorf zur Verfügung gestellt und geflogen. Für den kommerziellen Betrieb und den Aufstieg von Drohnen ist vorab eine behördliche Erlaubnis erforderlich. Messungsanordnung Damit eine Fläche in ihrer Gesamtheit erfasst werden kann, müssen sogenannte Passpunkte (engl.: Ground Control Point (GCP)) erstellt Lageplan / Site map 80 I 81 werden. Passpunkte werden benötigt, um eine rechnerische Beziehung zwischen Bild- und Vermessungskoordinaten herzustellen. Dies sind markante, am Film der Kamera gut erkennbare Punkte, die im Gelände eingemessen werden. Es ist von Vorteil, wenn die Passpunkte georeferenziert werden, d. h. sie werden in Bezug zu einem übergeordneten Koordinatensystem (z. B. Gauß-Krüger, ETRS89) gebracht. Bei diesem Projekt wurden für eine Gesamtfläche von ca. 56.000 m² 14 Passpunkte gleichmäßig über die Fläche verteilt installiert, mit Bolzen permanent vermarkt, farblich gekennzeichnet und nach Lage und Höhe mittels GPS zentimetergenau genau bestimmt. Befliegung Zunächst wurde anhand des Übersichtsplanes eine Wegpunktliste erstellt. Ein Wegpunkt (engl.: waypoint (WP)) ist eine elektronische Marke, die eine eindeutige Positionsangabe auf der Erde speichert. Wegpunkte definieren die optimale Flugroute und die Kameraauslösepunkte. Nach dieser Wegepunktliste erfolgte die Befliegung. Research, Development, Innovation 2013 / 14 Draufsicht auf das Gelände / Over view Werkzeuge und Software / Tools and Software 0 0 000 0 0 0 0 0 In unmittelbarer Nähe des Betriebsgeländes waren mehrere Krane und Leitungsmasten vorhanden, aus diesem Grund flog die Drohne nicht 100 % autonom. Für den Operateur war es wichtig, eine zentrale, übersichtliche Stelle zu wählen, um den Flug der Drohne ständig im Blick zu haben und jederzeit per Fernbedienung in die Flugroute eingreifen zu können. Die optimale Flughöhe bei diesem Einsatz betrug ca. 60 m über Grund. Beim Erreichen der einzelnen Wegpunkte wurde die Kamera automatisch ausgelöst und dadurch nach und nach ein Bildmosaik über das gesamte Betriebsgelände erstellt. Die Einsatzdauer vor Ort betrug ca. 1 Stunde. Auswertung Die gesammelten Bilddaten wurden zuerst in einer speziellen Software zu einem Einzelbild zusammengestellt. Anschließend fand anhand der Passpunkte eine Georeferenzierung statt, d. h. alle Bilddaten wurden nach Lage und Höhe in ein Koordinatensystem transformiert und können somit bei eventuellen Folgemessungen in einen einheitlichen Bezug gebracht werden. In einem weiteren Schritt wurde ein digitales Geländemodell (DGM) erstellt. Aus diesem heraus konnten mithilfe eines CAD-Programms alle benötigten Mengen der einzelnen Boxen und Materialhalden berechnet werden. Als finales Ergebnis wurde an die MAV Lünen eine komplette Mengenzusammenstellung übergeben. Ausblick Der Test-Einsatz des Flugroboters in dem relativ schwer zugänglichen Betriebsgelände der MAV Lünen sowie das erzielte Messungsergebnis Drohne beim Einsatz / UVA in work kann als Erfolg bezeichnet werden, da hier keine sehr hohen Genauigkeitsanforderungen (ca. +/- 10 cm) bestanden. Zur Verbesserung der Messungsgenauigkeit müssen noch weitere Tests geflogen werden. Dieses fortschrittliche Vermessungssystem steht am Anfang seiner Entwicklung: Sein Potenzial muss dahingehend genutzt werden, dass weitere Anwendungsbereiche in der Bauindustrie möglich werden. Werkzeuge und Software / Tools and Software 82 I 83 Flugroboter Ziel / Nutzen • Bestandsdatenerfassung von schwer zugänglichen und großen Objekten • keine Störung des Baubetriebs • Überwachung und Dokumentation von Bauprojekten (bspw. Baufortschritt) Mögliche Anwendung • Baugebiete, Erschließungen, Gewinnungsflächen, Deponien • Straßen, Autobahnabschnitte, Kanal- und Eisenbahntrassen etc. Förderung intern Partner Fachhochschule Köln, Institut für Baubetrieb, Vermessung und Bauinformatik; ISS Vermessungs-GmbH, Köln Projektlaufzeit Juni 2013 bis Oktober 2013 Unternehmenseinheit UB VWB Deutschland 6H: Vermessung und Abrechnung Köln (STRABAG AG), Verwertung FE Projektleitung Lothar Radtke Bearbeitung Julia Lier, Lothar Radtke AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 Research, Development, Innovation 2013 / 14 0 0 000 0 0 0 0 0 Easy-OBU: A simple approach to cover satellite malfunctions Streckenvergleich (Referenz: grün, GPS-Strecke: rot, NCF Strecke: blau) / Track comparision (reference: green, GPS-track: rot, NCF-track: blue) Easy-OBU is a European Research Project co-funded in the 7th framework of the European Commission and managed by the European GNSS Agency (GSA). The main objective of Easy-OBU is to introduce and demonstrate an inexpensive, portable on-board unit (OBU) with open interfaces which allows retrospective robust positioning of vehicles for those instances where signals from navigation satellites are not available (e.g. in tunnels). Hintergrund Easy-OBU ist ein Europäisches Forschungsprojekt aus dem 7. Rahmenprogramm der Europäischen Kommission und wird von der Europä- ischen Global Navigation Satellite System (GNSS) Agentur (GSA) betreut. Das primäre Ziel dieses Projektes ist die Einführung eines neuen Konzepts zur einfachen Überbrückung von Signalausfällen bei der Positionierung von Fahrzeugen. Die Besonderheit von Easy-OBU besteht in der einfachen Installation und Nutzung dieses Systems in beliebigen Fahrzeugen. Alle Komponenten sind in der Box enthalten, die von innen an die Fahrzeugscheibe appliziert wird. Nur die Stromversorgung ist anzuschließen und der Einbau ist fertig. Der erfolgreiche Einsatz von satellitenbasierten Positionierungssystemen in Fahrzeugen hängt stets von einem guten Signalempfang ab. Wenn die Sicht auf die GNSS Satelliten verloren geht (zum Beispiel im Tunnel), hat der Benutzer entweder die Möglichkeit zu warten bis die Signale wieder empfangbar sind, oder er verwendet zusätzliche Informationen von hochwertigen Sensoren, was aber für viele professionelle Anwendungen aus ökonomischen Gründen nicht akzeptabel ist. Systembeschreibung Sofern die Positionierung in Echtzeit erfolgen muss, bietet nur der zweite Weg eine befriedigende Genauigkeit. Ist für die Anwendung allerdings ein Zeitverzug von wenigen Minuten tolerierbar, so bietet der Easy-OBU-Ansatz eine interessante Alternative, indem die gefahrene Strecke während einem retrospektiven Verfah- Vorteile Mit diesem Verfahren werden zwei wesentliche Verbesserungen im Vergleich zu herkömmlichen Systemen erreicht: • Für Zeitintervalle mit Signalausfall kann das retrospektive Verfahren die gefahrene Strecke rekonstruieren und somit die Verfügbarkeit verbessern. • Die vorhandene Sensor-Redundanz kann zur Detektion von Positionsfehlern genutzt werden und diese kompensieren, was die Genauigkeit erhöht. Anwendungen Folgende Anwendungsfelder benötigen die Positionsdaten nicht in Echtzeit und profitieren von dem vorgestellten Projektergebnissen: • Routen-Kontrolle für Spezialtransporte (zum Beispiel Gefahrgut) • Nachweisführung für besondere Dienstleistungen (zum Beispiel Winterdienst) • Car-sharing (pay per use) • Elektronische Maut Systeme • Nachweis der Transportleistung im öffentlichen Nahverkehr Fazit Die Laufzeit des Projektes Easy-OBU endete im Juni 2014. Durch die Verwendung der Innovation können deutliche Verbesserungen in der Performance von Positionierungssystemen erzielt werden. Die gewonnenen Erfahrungen werden helfen, die Wettbewerbsfähigkeit in zukünftigen Projekten zu erhöhen. Easy-OBU Ziel / Nutzen • Einfache Überbrückung von Signalausfällen bei der Positionierung von Fahrzeugen Mögliche Anwendung • LKW-Maut • Car-Sharing • Routenkontrolle Förderung 7. EU Forschungsrahmenprogramm Projektkoordination Dr. Hannes Stratil Partner Austria Tech GmbH; pwp-Systems GmbH; ITS&S oft the Czech Republic & Slovakia; Technische Universität Prag, Fakultät Transportwissenschaften Projektlaufzeit Juli 2012 – Juni 2014 Unternehmenseinheit UB Dienstleistungen 4S: Direktion ITS (EFKON AG) Projektleitung / Bearbeitung Dr. Hannes Stratil Patente, Publikationen • www.easy-obu.eu AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 ren (das heißt rückblickend) rekonstruiert wird. Dieses Verfahren benötigt weder kostspielige Sensoren noch eine Datenschnittstelle zum Fahrzeug, sondern nutzt einfache Trägheitssensoren, wie sie in Spielekonsolen oder Smartphones eingesetzt werden. Somit bietet Easy-OBU eine komplette Sensor-Redundanz und integriert diese in einer handlichen Box. Die Box im Fahrzeug sammelt alle Positionsund Sensor-Daten und sendet diese an einen zentralen Server. Dort wird mit einem noncausalfiltering (NCF)-Algorithmus die gefahrene Route während der Signalausfälle rekonstruiert. Die Berechnung des NCF-Algorithmus auf dem Server erlaubt die Implementierung von komplexen und ressourcenintensiven Rechenprozeduren, ohne dabei die Hardware der OBU zu belasten. Dieser Ansatz ermöglicht ein kostengünstiges Design der Fahrzeug-Box mit hohen Stückzahlen. Das Sammeln der Daten in der Box und die Übertragung auf einen zentralen Server erfolgt automatisch und unsichtbar für den Fahrer. Der NCF-Algorithmus bearbeitet permanent die gesammelten Daten und stellt die verbesserten Positionsdaten dem Nutzer zur Verfügung. Easy-OBU: Ein einfacher Ansatz um Satelliten-Signalausfälle zu überbrücken 84 I 85 Werkzeuge und Software / Tools and Software 0 0 000 0 0 0 0 0 Züblin Data-Logger / Züblin data-Logger Smart construction site – Erste Anwendungen Smart construction site – First applications The Internet of Things (IoT) is an enormously innovative and groundbreaking territory of research that may revolutionize the entire construction process. This article sketches possible impacts the Internet of Things might have for the construction industry illustrated by some specific practical examples. Seitdem mehr Maschinen als Menschen via Internet miteinander kommunizieren, spricht man vom Internet der Dinge. Diese (weltweite) Kommunikation sowie zunehmende Innovationen im IT-Bereich verändern sämtliche industrie- und damit produktionsbezogenen Prozesse – zusammengefasst unter dem Begriff Industrie 4.0. Dass diese Entwicklungen sich auch auf das Bauen und damit auf die Bauwirtschaft auswirken werden, ist klar – doch in welcher Weise? Worin liegen Potenziale und Chancen? Worauf gilt es sich einzustellen? Erste Ansätze wurden in der Konzernbroschüre Forschung, Entwicklung, Innovation – Projekte 2012 / 13, S. 92 / 93, vorgestellt. Es wurden der Einsatz von Sensoren, die für die Herstellung und den Betrieb von Gebäuden relevant sind (Temperatur, Feuchte, Beleuchtungsstärke, CO2-Gehalt, Raumluftqualität, Präsenz, Bewegung, Beschleunigung, Lage, Farbqualität etc.) und Hardwareplattformen des entstehenden Internet der Dinge anhand von Beispielapplikationen untersucht. Basierend auf den erarbeiteten Grundlagen werden im Unternehmensbereich H+I Deutschland 2C, Direktion Stuttgart EP, und der Zentralen Technik praxistaugliche Applikationen aufgesetzt. Potenzial Zwei Aspekte bergen besonderes Potenzial: Einerseits ist die Hardware für Sensoren und Mikrocontroller klein (Scheckkartengröße) und wird eher noch kleiner, leistungsfähiger und kostengünstiger. Sie kann daher bei Bedarf leicht in eigene kommerzielle Produkte integriert werden. Anderseits erlaubt die Anbindung an Webplattformen – wie z. B. xively.com – neue, bisher so nicht mögliche Anwendungen. Für die Programmierung stehen mächtige Entwicklungswerkzeuge teilweise kostenfrei im Internet zur Verfügung. Aktuelle Anwendungen Die Direktion Stuttgart und die Zentrale Technik arbeiten seit Ende 2012 gemeinsam an Anwendungen von internetfähigen Mini-Computern, um Messpunkte über Sensoren zu erfassen und deren Werte in die Cloud zu übertragen. Die Sensordaten umfassen Temperatur, Luftfeuchtigkeit, eintretendes Wasser, Luftqualität, Staub und Gase. Die erfassten Werte werden auf einer für Sensordaten spezialisierten Cloud-Plattform mitgeloggt. Ist ein kritischer Wert erreicht, wird z. B. der Bauleiter von dieser Plattform aus über E-Mail oder einen Tweet über Twitter benachrichtigt. Somit ist ein frühzeitiges Reagieren beispielsweise zur Vermeidung eines drohenden Bauschadens möglich. Mit der ersten funktionstüchtigen Anwendung – dem Züblin Data Logger – können während der Bau- und der Betriebsphase sämtliche Arten von Sensordaten verarbeitet und auf einer Cloud Plattform gespeichert werden. Die Modularität der Hard- und Software erlaubt einen flexiblen Einsatz für fast jede Messaufgabe. Eine auf Unix basierende Weiterentwicklung mit kompakteren Abmessungen ist derzeit in einem Besprechungsraum installiert. Über die URL https://xively.com/feeds/1714019541 werden die Behaglichkeitsparameter Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit für den thermischen Benutzerkomfort erfasst und als Diagramm dargestellt. Die Messdaten sind in einer Datenbank dokumentiert und können über verschiedene Softwareanwendungen abgefragt werden. Für weitere Visualisierungen (z. B geografische Lage von Sensoren und Messdaten) und Auswertungen wurden eigens Tools programmiert oder am Markt identifiziert. Ein weiterer Prototyp wurde mit dem Projekt Z-Box (s. Bericht auf S. 112 – 115) realisiert. Die verwendete Sensorik aus dem Automobilbereich sendet den Nutzern lokale Sensordaten und weitere Informationen, wie zur Verfügbarkeit der E-Bikes, zur Luftqualität sowie zusätzliche Wetterdaten am jeweiligen Aufstellungsort. Ausblick Die Applikationen können dazu beitragen den Baustellenprozess und den Betrieb von Gebäuden zu optimieren. So soll in den nächsten Monaten ein Flachdach-Monitoring mit einem externen Partner realisiert werden. Mit diesem Ansatz lassen sich Schäden frühzeitig erkennen und damit teure Folgekosten vermeiden. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass die verwendeten Sensoren einfach zu installieren sind (standardisierte Stecker und Anschlüsse) und über längere Zeiträume hinweg fehlerfrei arbeiten. Auch die Erweiterbarkeit solcher Systeme (bspw. mit Schneelastsensoren) ist von Bedeutung. Letztendlich gilt es hier die Funktion im Baustellenund Gebäudebetrieb dauerhaft sicherzustellen. Dazu bedarf es geeigneter Standards für die hardware- und softwareseitige Anbindung und den Datenaustausch. Damit kann die Funktion der Sensornetzwerke auch bei notwendigem Austausch von Komponenten dauerhaft gewährleistet werden. Smart Construction Ziel / Nutzen • Qualitätssicherung beim Bau und Betrieb von Gebäuden • Verfolgen baurelevanter Marktentwicklungen Mögliche Anwendung Baustelle: • Baudokumentation, Gefahrgutüberwachung, • Schadensprävention (bspw. Messung von Hydratationswärme beim Betonieren) • Exakte Vermessung von Bauwerken (Gebäudehöhe, Tunnelbau) • Kalibrieren von Messgeräten Betrieb: • Schadensprävention (bspw. Flachdachmonitoring) • Messung der Raumqualität (bspw. Temperatur, Luftfeuchte) • Kontrolle der Gebäudefunktion (bspw. Feuchtesensoren in Dämmstoffen) Förderung intern Projektlaufzeit seit Oktober 2012 Unternehmenseinheit UB H+I Deutschland 2C, Stuttgart EP (Ed. Züblin AG); ZB Zentrale Technik 30, Schlüsselfertigbau Bearbeitung Dr. Rainer Bareiß, Klaus Günter, Peter Huff Patente, Publikationen • Auf IT gebaut – Bauberufe mit Zukunft. 2014 (Premiumförderer: Ed. Züblin AG) • weitere Publikationen siehe auch Projekt Z-Box AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 Anwendungsbeispiel Sensorik (IoT) aus dem Automotivebereich: Z-Box in Ludwigsburg / Application example of sensory (IoT) from automotive industry: Z-Box in Ludwigsburg 86 I 87 Werkzeuge und Software / Tools and Software 0 0 000 0 0 0 0 g scope bu i n ldi gro neig sc od o ur h hb o p e o Collaborative Holistic Design Laboratory and Methodology for Energy Efficient Embedded Buildings un d scope eeBuilding-Konzept / eeBuilding-Concept chischen Leistungsindikatoren (Key Performance Indicator = KPI) wird den komplexen Entwurfs- und Kollaborationsprozess unterstützen. Wissensbasierte Detaillierungsvorlagen werden bereits in der frühen Entwurfsphase ermöglichen Energie-Simulationen durchzuführen. Hierbei spielt die Interoperabilität zwischen dem Building Information Model und der neuartigen System-Ontologie sowie der nahtlosen Integration des gesamten Entwurfsprozesses, mit dezentral arbeitenden Experten, eine entscheidende Rolle. Durch die vollständige Integration der Simulationsanwendungen in die virtuelle Entwurfsplattform erweitert sich diese zu einem virtuellen Designlabor aller am Entwurfsprozess beteiligten Akteure. Somit ist es möglich, in einem ganzheitlichem Planungsumfeld Simulati- Rising energy costs, climate change, and increasing urbanization are only a few of the sustainability challenges the building industry is facing today. Design methodologies and processes must adapt to these global trends. The eeEmbedded research project focuses on the realisation of energy efficient buildings and their optimal energetic embedment in the neighbourhood of surrounding buildings and urban energy systems. In eeEmbedded, a holistic design methodology, an energy system information model, and an integrated information management framework will be developed. Furthermore, an open BIM-based design and simulation platform, organized as a collaborative, holistic, virtual design lab, would enable multidisciplinary stakeholders to conduct energy analyses and transparently forecast the return on investment in terms of economic and ecological key performance indicators over the project lifecycle. In sum, eeEmbedded will harmonize the methodology and technology to realise energy efficient buildings that are optimally embedding in the urban energy systems. Hintergrund Das Bauwesen muss sich neuen Herausforderungen aufgrund veränderter globaler und technologischer Trends stellen. Einige Gründe hierfür sind die steigenden Energiepreise, Erhaltung der natürlichen Umwelt, das Bewusstsein für die Beachtung des Klimawandels sowie die Entstehung von dicht besiedelten urbanen Regionen durch Zuwanderung in große Städte und damit einhergehend spärlich besiedelter ländlicher Regionen. Daraus resultiert die Notwendigkeit der Anpassung der Entwurfs- und Planungsmethoden an den gegenwärtigen Wandel in einem gemeinsamen und ganzheitlichen Planungslabor. Fachanwendungen im heutigen Planungsumfeld werden nur vereinzelt mit einander verknüpft. Building Information Models (BIM) werden noch nicht in allen Bereichen des Planungsprozesses verwendet. Derzeit ist eine ganzheitliche Betrachtung und Einbeziehung aller Prozessbeteiligten mit hohem Aufwand verbunden. An diesem Punkt setzt das Forschungsprojekt eeEmbedded an, um die gegenwärtigen Anforderungen an Gebäuden aufzugreifen und mit modernen Werkzeugen eine integrative Plattform für die Planung zu schaffen. Ziel eeEmbedded hat das Ziel eine offene BIMbasierte Planungs- und Simulationsplattform zu entwickeln, die sowohl kollaborativ als auch ganzheitlich ist. Darüber hinaus wird eine zusammenhängende Design-Methodik, ein Informationsmodell für ein Energiesystem und ein integriertes Informations-Management-Framework für den Entwurf von energieeffizienten Gebäuden und deren optimaler energetischen Einbettung in die Nachbarschaftsbeziehung der umliegenden Gebäude und Energiesysteme entwickelt. Eine neue Entwurfskontrolle und ein neues Monitoring-System auf Basis von hierar- (*) (*) BIM ESIM Model domain Model domain support (*) BACS In ter ope Model domain rability & Onto log y Computacional tools ee e I based design m et h lgy A collaborative holistic design laboratory for energy-efficient embedded buildings − eeEmbedded support KP MBI o od eCatalogues Knowledge templates Modellers, Viewers Ein kollaboratives ganzheitliches Planungslabor für energieeffiziente und in die Umgebung integrierte Bauwerke − eeEmbedded 88 I 89 Werkzeuge und Software / Tools and Software Cloud ( * ) BIM: Building Information Model ESIM: Energy System Information Model BACS: Building Automation and Control System onen der Energieeffizienz, des CO2-Ausstoßes, der Energiesysteme und den Auswirkungen auf den Klimawandel frühzeitig zu untersuchen. Ein weiteres Anwendungsfeld erstreckt sich auf die Simulation der Nachhaltigkeits-Performance für den Bauprozess, der Bewirtschaftung des Gebäudes und des Betriebs der Anlage. Ausblick Über einen Testzeitraum von 12 Monaten wird das entwickelte eeEmbedded-System anhand realer Projekte, wie zum Beispiel Wohn-, Bürooder Krankenhausgebäude, validiert. Die Entwicklungsarbeit stützt sich auf zwei Geschäftsmodelle. Hierbei stehen im Fokus die Eigentümer, der Geräte- sowie Systemkomponentenanbieter sowie die Bau- und Planungsunternehmen. Ziel ist es, ISO- und Industriestandard-Datenstrukturen und Spezifikationen wie beispielsweise Industry Foundation Classes (IFC) zu verwenden, um offene Schnittstellen zu weiteren Fachanwendungen zu schaffen. Ein neues ontologie-basiertes Link-Modell liefert die Verbindung zwischen den physikalischen und mathematischen Multimodellen der eeBuilding-Domäne, welche die Interoperabilität der erforderlichen Daten und Dienste gewährleistet. Hier greift das Projekt eeEmbedded Entwicklungen aus den Forschungsvorhaben Mefisto (siehe Konzernbroschüre Forschung, Entwicklung, Innovation – Projekte 2012 / 2013, S. 82 − 85) und Hesmos auf und entwickelt diese für die Anforderungen von eeEmbedded weiter. eeEmbedded AUF EINEN BLICK Ziel / Nutzen • ganzheitliche und nachbarschaftliche Bewertung des Energieverbrauchs • Nachhaltigkeit des Bau- und Bewirtschaftungsprozesses Mögliche Anwendung • 5D-basierte Energie- und Nachhaltigkeitssimulation in der Entwurfs- und Angebotsphase Förderung 7. Förderrahmenprogramm der Europäischen Kommission Projektkoordination Alexander Blickle, Mario Rabitsch Partner Technische Universität Dresden (CIB, IET); Fraunhofer Gesellschaft e.V.; Institute for integrated Circuits; Nemetschek Allplan Slvoensko S.R.O.; Data Design System ASA; RIB Information Technologies AG; Jotne EPM Technology AS; Granlund Oy; Sofistik Hellas AE, iabi – Institute for Applied Building Informatics; Fr. Sauter AG; OBERMEYER Planen + Beraten GmbH; Centro de Estudios de Materiales y control de Obra S.A. - CEMOSA; Koninklijke BAM Groep NV Projektlaufzeit Oktober 2013 – September 2017 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Zentrale Technik Wien, Baubetrieb (5D-Planung) Projektleitung Lynn Hiel Bearbeitung Martin Biesinger, Alexander Blickle, Robert Hecker, Lynn Hiel, Konstantinos Kessoudis, Jan Lodewijks, Hrvoje Petrovic, Matthias Rätzke, Frank Schley, Franz Zängerer Patente, Publikationen •http://www.eeembedded.eu/ Research, Development, Innovation 2013 / 14 district sc ope 0 0 0 000 0 0 0 0 0 Intelligente und autonome Umgebungen, Maschinen und Prozesse zur Realisierung von cleveren Straßenbauprojekten – SmartSite Ausblick Um die Ziele zu erreichen, müssen die existierenden 5D-Modelle strukturell erweitert und um die Dimension Qualität angereichert werden. Ferner sind Methoden der Integration qualitätsrelevanter Daten in die Maschinensteuerung neu zu entwickeln. Die Bauprozesssteuerung wird unmittelbar mit Daten direkt von der Baustelle versorgt. Die Überwachung der Prozessausführung sowie die Visualisierung erfolgen Intelligent and autonomous environments, machinery and processes to realise smart road construction projects – SmartSite Dynamism and complexity characterise the value creation network of road construction in its environment, product and production process. Deficiencies in the area of paving, especially for the top layer production, are always associated with money and time losses, as the built product needs to be deconstructed and then rebuilt. The reason for the deficiencies can be basically related to two factors. Namely, on the one hand the clash of a wide variety of legally and economically autonomous actors. On the other hand there is still a low level of automation due to inflexible, centralised reporting systems. To this point there are still no systems which enable an automated investigation, logistic linkage and a user related processing of existing data as well as the timely return of the data into the production process. SmartSite connects autonomous and interactive very successful value creating networks with each other, which are from the areas of construction environment, machinery, networks and processes. Those value creating networks will be interrelated with each other in order to facilitate new innovative approaches for road construction. Hintergrund Dynamik und Komplexität zeichnen die Wertschöpfungsnetzwerke im Straßenbau in den Bereichen Umwelt, Produkt, und Produktionsprozess aus. Demgegenüber steht eine nur äußerst geringe Fehlertoleranz bezüglich der zu fertigenden Qualität. Mängel im Bereich der Straßenfertigung, insbesondere bei der Deckschichtfertigung, sind stets mit hohen finanziellen und zeitlichen Aufwänden verbunden, da das bereits gefertigte Produkt rückgebaut und von neuem wieder gefertigt werden muss. So entstehen bei großen Infrastrukturprojekten Schäden durch die Beseitigung vermeidbarer Mängel in Höhe von bis zu 5 % der Bausumme. Pro Jahr fallen 2,2 Milliarden Euro zusätzliche Instandsetzungsaufwände durch mangelnde Qualität im Straßenbau an [1]. Ursächlich für das Auftreten der Mängel sind das Zusammentreffen einer Vielzahl rechtlich und wirtschaftlich selbständiger Akteure und ein heute noch sehr geringer Automatisierungsgrad mit inflexiblen, zentralen Steuerungs- und Reportingsystemen. Es fehlen eine automatisierte Erhebung, logistische Verknüpfung und anwenderbezogene Aufbereitung prinzipiell vorhandener Daten sowie deren rechtzeitige Rückgabe in den Fertigungsprozess. Bisherige Erkenntnisse aus Forschungs- und Entwicklungsarbeiten weisen darauf hin, dass durch eine Erhöhung des Automatisierungs- und Autonomiegrades hin zu einer wertschöpfungsübergreifend koordinierten und robotergestützten Fertigung und Logistik mit Verfahren der Built-In-Quality erhebliche Beiträge zur Verbesserung der Qualität und der ökonomischen sowie ökologischen Effizienz der Straßenfertigung erzielt werden können. Ziel SmartSite führt interdependente, interagierende und bereits einzeln jeweils sehr erfolgreiche Wertschöpfungsketten aus den Bereichen Baumaschinen, Baustellenumgebung und Baustellennetze sowie Bauprozessüberwachung zusammen. Diese werden vernetzt, um wichtige zukünftige Innovationsschritte auf dem Sektor des Straßenbaus einzuleiten beziehungsweise zu befördern. SmartSite erhebt und dokumentiert dazu die auswertbaren Daten für Umwelt, Baumaschine und Bauprozesssteuerung entlang der gesamten Wertschöpfungskette Straßenbau – von der Mischanlage über die Transportlogistik bis hin zum teilautomatisierten Fertiger und den voll-automatisierten Walzenzügen. Die SmartSite-Plattform führt dabei die Maschinensteuerung mit den 5D-Planungsdaten, den Baugeräte-IST-Daten, mit der über Netzwerke angebundenen digitalen, modellbasierten Bauprozesssteuerung zusammen. Ziel ist eine dynamische, bidirektionale und IP-basierte Ende-zuEnde-Kommunikation zwischen Maschinen und Bauprozesssteuerung. über Geräte wie SmartPhones und SmartTablets – den zukünftigen Arbeitsgeräten der Maschinisten und Bauleiter. SmartSite entwickelt den Autonomie-Gedanken wesentlich weiter. Hierfür werden neuartige, flexible und offene Plattform-Lösungen für intelligente autonome Baumaschinen (Service Roboter), intelligente autonome Baustellenumgebungen und Netze (Smart Networks) sowie intelligente, wertschöpfungsübergreifende Bauprozesssteuerung und -überwachung auf Basis dezentraler SmartX-Technologien entwickelt. Dies erfolgt unter anderem durch die Erweiterung und Übertragung von Konzepten des Internets der Dinge und Dienste auf Tiefbaustellen. SmartSite bezieht in die Datenlieferkette vorgelagerte, baustellenexterne Anlagen (Asphaltmischwerke), die Baustellenumgebung (Smart Dust) sowie externe Daten (unter anderem Stauinformationen) mit ein. Dadurch wird eine weit in die Zukunft orientierte Bauprozesssteuerung möglich. Unter Einbezug serviceorientierter sowie cloud-basierter Architekturen und dem Einbezug mobiler Smart-Technologien wird ein ortsunabhängiger Zugriff auf steuerungsrelevante Daten für Mensch und Maschine möglich (Rückkopplung der Daten in die Maschinensteuerung). Dies setzt intelligente Authentifizierung und Autorisierungsverfahren voraus. AUF EINEN BLICK SmartSite Ziel / Nutzen • Optimierung der Logistikkette unter Einbindung aller Akteure • Qualitätssteigerung Mögliche Anwendung • 5D-basierte Bauprozesssteuerung Förderung Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Projektkoordination Alexander Blickle Partner Drees & Sommer Infra Consult und Entwicklungsmanagement GmbH, Universität Hohenheim Forschungszentraum FZID, Ammann Verdichtung GmbH, Topcon Deutschland GmbH, ceapoint aec technologies GmbH Projektlaufzeit November 2013 – Oktober 2016 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Konstruktiver Ingenieurbau, Baubetrieb (BAV, 5D-Planung) Projektleitung Alexander Blickle Bearbeitung Martin Biesinger, Desirèe Klein, Jan Lodewijks, Dr. Frank Schley Patente, Publikationen • http://www.smartsite-project.de Quellen [1] Porsche Consulting. (2010). Von höherer Effizienz im Tiefbau profitieren Auftrageber und Auftragnehmer. Präsentation: Innovativ - Lean Management im Baugewerbe. Frankfurt. Research, Development, Innovation 2013 / 14 Asphaltmischanlage / Asphalt mixing plant 90 I 91 Werkzeuge und Software / Tools and Software 0 0 000 0 0 0 0 0 Pfahls oder des Herausziehwiderstandes eines Ankers. Modell mit benachbarter Bestandsbebauung (oben) / Model soldier pile wall with neighbouring construction Modellbasierte und durchgängige Projektbearbeitung im Spezialtiefbau Einbindung von Ankerverpresskörpern, hier: ungünstige Lage des Verpresskörpers in unterschiedlichen Schichten / Bonding of anchor body: disadvantageous position in different soil layers Explosionsdarstellung eines Bodenschichtenmodells / Exploded view of a soil layer model Objektorientierte 3D-Modellierung im Tiefbau Bei der Planung von Aufgaben des allgemeinen Hochbaus oder der Infrastruktur mit Hilfe von digitalen Informationsmodellen kommt der Planung des Tiefbauanteils eine besondere Rolle zu. Die Besonderheit liegt in der Interaktion der Bauelemente des Hochbaus (z. B. Keller oder Bodenplatte) und des Spezialtiefbaus (z. B. Gründungspfähle) mit dem anstehenden Baugrund. Für eine modellbasierte Umsetzung des Tiefbaus reicht es also nicht Bauteile oder Bauwerke darzustellen, sondern es ist auch erforderlich, die Beziehungen zum Baugrund zu berücksichtigen und im 3D-Modell abzubilden. Werden Bodenmodelle im Tiefbau erstellt, sind derzeit Infrastrukturaufsätze notwendig, da sich der anstehende Baugrund mit gebräuchlicher Modelliersoftware nur sehr aufwendig abbilden lässt. Einbindung in die tragende Schicht Für die Ermittlung des Erdaushubs wird ein Bauwerksmodell herangezogen. Mithilfe einfacher 3D-CAD-Methoden wird die Baugrube erzeugt und der Bodenaushub – auch schichtweise – ermittelt. Die modellbasierte Trennung des Aushubes in Schichten findet nicht nur für die Erdmassenermittlung Anwendung. Bewährt hat sich diese Arbeitsweise auch bei Verbau- und Gründungsoptimierungen, beispielsweise zur Kontrolle einer geforderten Mindesteinbindetiefe in eine bestimmte Schicht für eine dichte Baugrube, zur Beurteilung der Tragfähigkeit eines Model-based and holistic project work in ground engineering In the construction industry, the model-based working method is still regarded as a new working method, whereas in mechanical engineering it has already led to fundamental changes. In addition to the visual benefits, an integrated connection of the "object-oriented 3D model" to working processes like planning, design and execution provides economic advantages. These potentials have been recognized and established abroad, while in Germany only moderate progress is taking place. However, the use of digital object oriented data-models for the building industry in Germany is becoming more popular - especially in building construction projects. The particularity about ground engineering is not only the presentation of the building structure (foundation elements, special foundations etc.) - but also the consideration of the surrounding grounds. The purpose of this article is to provide an overview of the state of development in this specialized discipline of civil engineering. Einbindung in die Auffüllung Fazit Modellbasierte, durchgängige Projektbearbeitungen sind die Zukunft im Bauwesen. Sie gestatten eine effiziente, wirtschaftliche und weniger fehleranfällige Bearbeitung von Bauprojekten auf der Grundlage eines gemeinsamen Projektmodells für alle Planungs-, Bau- und Lebensphasen und für alle daran Beteiligten. Auch im Bereich des allgemeinen Tiefbaus, insbesondere im Zusammenhang mit einer durchgängigen Arbeitsweise für ein gesamtes Projekt vom Hochbau bis zur Gründung, findet die modellbasierte Bearbeitung nach dem Prinzip des Building Information Modelling (BIM) zunehmend Anwendung. Die vorhandenen Softwarelösungen hierfür sind allerdings noch nicht optimal. Für den Tiefbau gibt es derzeit noch kein geeignetes Softwareprodukt, mit dem es möglich ist, Bauwerks- und Bodenmodell mit Hilfe parametrischer 3D-Steuerung effizient zu erzeugen und in der weiteren Ablaufkette weiter zu verarbeiten. Boden und Bauwerk stehen in Beziehung zu- und Abhängigkeit voneinander und müssen miteinander verbunden sein. Es gilt genau diese Beziehungen und Interaktionen in der Zukunft optimal abzubilden und den Softwareeinsatz in diese Richtung voranzutreiben. BIM im Spezialtiefbau AUF EINEN BLICK Das Bauwerksmodell Ein Bauwerksmodell – Gebäude oder Verbau – wird mithilfe von Bauteilelementen erzeugt, welche im Rahmen eines allgemeinen Bauteilkatalogs vormodelliert und mit variablen Parametern versehen wurden. Die zunächst allgemeinen Parameter der einzelnen Bauteilelemente werden durch die jeweils aktuellen Projektwerte wie Informationen zu Geometrie, Material, Kosten, Bauablauf etc. ersetzt. Somit können diese Modelle neben reinen Visualisierungszwecken auch für Bauablaufdarstellungen, Massenermittlungen, Koordination und Qualitätsprüfungen genutzt werden. Ziel / Nutzen • standardisierte, automatisierte Auswertung der intelligenten und parametrischen 3D-Geometrien • zeitsparende Änderungen mithilfe von 3D-Methoden und parametrischer Eingabe • frühzeitige Fehlererkennung durch Visualisierung Mögliche Anwendung • Ermittlung schichtenbezogener Aushubmengen und durchgängige Anbindung dieser an weitere Prozesse (beispielsweise Kalkulation und Leistungsverzeichnis-Erstellung) • Optimierung der Massenbilanz durch direkte Kontrolle / Beeinflussung von Auf- und Abtragsmengen • Verbau- und Gründungsoptimierung (z. B. Erreichen der tragfähigen oder dichten Schicht) • automatische Planableitung • Ermittlung weiterer Mengen (Verbau, Massivbau, etc.) Förderung intern Projektlaufzeit seit März 2013 Digitales Bodenschichtenmodell (BSM) Ein wirklichkeitsnahes Abbild des anstehenden Bodens kann je nach Qualität der Datengrundlage aus dem Baugrundgutachten oder vom Vermesser in relativ kurzer Zeit erstellt werden. Hierbei wird nicht nur die Geländeoberfläche berücksichtigt, sondern auch die vorhandenen Schichtgrenzen. Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Tief- und Tunnelbau (TBT) Bearbeitung Bettina Bastian, Dunja Sahrak Patente, Publikationen • Bastian, B.; Sahrak, D.: Modellbasierte und durchgängige Projektbearbeitung von morgen im Tiefbau. Tagungshandbuch 9. Kolloquium Bauen in Boden und Fels. TAE Esslingen. 2014 oder BauPortal 4/2014 • Sahrak, D.: Ein Lösungsvorschlag für die modellorientierte Angebotsbearbeitung im Tiefbau. Bachelorthesis Hochschule für Technik, Wirtschaft, Gestaltung (HTWG) Konstanz. 2013 Research, Development, Innovation 2013 / 14 92 I 93 Werkzeuge und Software / Tools and Software 0 0 000 0 0 0 0 0 Trassendefinition • Trasse in XYEbene definieren • Höhe der Schienenoberkante (SOK) definieren • Soll Abstand definieren Pfosten setzen 2D • Interaktive Tabelleneingabe • Lösen von Konflikten • Eingabeassistenten DGM erstellen • DGM erstellen/generieren • DGM positionieren Bearbeitungsphasen und Modulüberblick / States of development and model over view gearbeitet werden – so kann beispielsweise die Planerstellung mit AutoCad erfolgen. Es existiert ein Daten-Export nach Excel, der unter anderem die Stützenpositionen in Gauß-Krüger-Koordinaten sowie den Gleisabstand und die Station millimetergenau beschreibt. Eine erste Version zur Planung der Trassierung, des Entwurfes im Grundriss und der Wandhöhenentwicklung wird Anfang des Jahres 2014 für Tests zur Verfügung stehen. 3D-Planungstool für Lärmschutzwände – Phase 2 3D-design tool for noise barriers – Phase 2 In 2011 the STRABAG Group began to think about a broad and modern tool to increase the quality of planning, in order to improve the effectiveness and efficiency of noise barrier design activities. Further details on the conceptual background of this project can be found in the corporate journal Research, Development, Innovation – Projects 2012 / 13, p. 96 / 97. The aim of this project is to enable a correct evaluation of the route planning by its alignment and gradient parameters. In the framework of this paper, the issue of traffic line geometry concerns and design control by the end user have been addressed. It has been found that the tool is valuable for supporting the design phase. It will assist the project management team through estimating relevant masses. The tasks will be undertaken in a more effective and efficient manner through the use of 3D presentations and visualisations for all project phases, which results consequently in customer or end user satisfaction. The 5D-group of the Technical Head Office started the software development process last year. It is planned to release a beta version in 2014. Hintergrund Um die Planung von Lärmschutzwänden (LSW) im STRABAG Konzern effizienter zu gestalten, wurden Ende des Jahres 2011 erste Ideen für eine Software entwickelt, mit der die Planungszeit minimiert und gleichzeitig die Planungsqualität verbessert wird. Über den Gedanken, der hinter diesem Werkzeug steht, wurde bereits in der Konzernbroschüre Forschung, Entwick- Trassen- und Gradientendefinition Es können die meisten üblichen Trassierungselemente des Verkehrswesens bearbeitet und im Tool implementiert werden. Bei der Programmierung waren vielfältige mathematisch-geometrische Fragestellungen zu lösen. So ist es beispielsweise nicht möglich eine Klothoide einer Gleisachse mathematisch exakt parallel zu einer Trassenachse zu beschreiben, was für die Festlegung der späteren Wand im Parallelverlauf eines Gleises notwendig ist. Zwei möglichst parallel angenäherte Klothoiden enden in der Regel mit verschiedenen Tangentenrichtungen. Diese müssen in nachfolgenden Trassierungsparametern wieder lung, Innovation – Projekte 2012 / 13, S. 96 / 97 berichtet. Im Planungstool sollen Entwurf, statisch-dynamische Berechnung und Massenermittlung mit einer interaktiven Eingabe und einer Visualisierung kombiniert werden. Die Hauptaufgabe besteht darin, die Bezugsachsen von Verkehrswegen in Form von Trassierungsund Gradientenparametern mathematisch exakt nachzubilden. Das Tool wird vom Entwurf bis zur späteren Ausführungsplanung von LärmschutzwandProjekten hilfreiche Unterstützung bieten. Für operative Einheiten kann bereits in der Angebotsphase eine Entwurfsplanung erstellt werden, die sowohl in der Massenermittlung als auch in der Visualisierung und Präsentation dem Bauherrn gegenüber genutzt werden kann. Im vergangenen Jahr wurde konkret mit der Umsetzung begonnen. Die 5D-Gruppe der Zentralen Technik setzte erste Teile der Konzeption um. Stand der Umsetzung - Software Es wurde ein modularer Aufbau des Tools festgelegt. Dieser soll ermöglichen, dass fertiggestellte Module eingesetzt werden können, während an der Erweiterung des Tools parallel gearbeitet wird. Das Planungstool ist ein Werkzeug für das Erstellen eines LärmschutzwandModells entlang einer Verkehrstrasse in Revit Architecture. Die Modellierung erfolgt objektorientiert nach dem Prinzip des Building Information Modelling (BIM). Für Toolinhalte, die derzeit noch nicht abschließend implementiert sind, kann mit anderen Produkten oder Hilfsmitteln Tabellarische Eingabemaske / Schedular form Wandabwicklung • Wandabwicklungsansicht • Pfosten, Gründung, Wand-Design parametrisch • Nutzung GOK & SOK • 2D-Zeichnung als optisches Feedback 3D-Modell Erstellung • Pfosten • Wand • Sockel • Fundament Elemente erstellen ausgeglichen werden, um die Abstandsabweichungen über größere Abschnitte nicht aufzusummieren. Das hat zur Folge, dass Bahngleise in Kurven und Übergangsbögen nicht mit konstantem Abstand – also parallel – verlaufen. Diese Besonderheit ist Bestandteil der üblichen Gleisgeometrie an Bahnstrecken und wird bei der Gleis- und Bauwerksabsteckung entsprechend umgesetzt. Da mit dem Planungstool Aufgaben des Vermessers, d. h. Koordinatenberechnungen, übernommen werden und nach den ermittelten Koordinaten das Objekt abgesteckt wird, ist es zwingend erforderlich für die geometrische Planung von Lärmschutzwänden Verläufe der Bezugsachsen exakt zu kennen und zu beschreiben. Ungenauigkeiten in der Absteckung können fatale Folgen nach sich ziehen, insbesondere wenn sicherheitsrelevante oder vertraglich zugesicherte Abstände nicht eingehalten werden. Die Eingabe erfolgt tabellarisch, um die Anwendung einfach und übersichtlich zu gestalten. Bei der Eingabe erfolgt eine Visualisierung der Trasse, um durch Kontrolle das Fehlerpotenzial zu minimieren. Research, Development, Innovation 2013 / 14 Visualisierung / Visualisation 94 I 95 Werkzeuge und Software / Tools and Software 0 0 000 0 0 0 0 0 Festlegung der Lärmschutzwand / Specification of noise barrier Digitales Geländemodell (DGM) / Digital terrain model (DTM) Digitales Geländemodell (DGM) Neben der Schienenoberkante, an der sich die Soll-Höhe einer LSW orientiert, ist die Umgebung der Trasse für die Planung von großer Bedeutung. Der Geländeverlauf muss durch die Höhe der Lärmschutzwand und durch Erdarbeiten ausgeglichen werden. In der CAD-Software wird das Gelände durch eine große Anzahl von Punkten definiert. Bei Bestandsstrecken werden diese Punkte häufig von einem Vermesser geliefert. Bei Neubaustrecken wird an einigen Stationspunkten ein Querschnitt mit der Geländehöhe angegeben. Das Tool ermöglicht die Erzeugung eines digita- Wandentwicklung / Development of barrier 5,00 5,00 5,00 Stütze-Nr. 1 2 3 4 5 OK Schiene 923,903 924,304 924,706 925,099 925,493 3,00 4,855 5,00 OK Sockel 924,196 924,196 924,876 925,376 925,376 OK Wand 927,206 927,206 928,386 928,386 928,386 OK Stütze 927,256 927,256 928,436 928,436 928,436 Höhe Sockel 0,9 0,9 1,6 0,9 0,9 OK Rammrohr (Pfahl) 923,103 923,204 923,256 923,689 924,083 OK Estrich 922,403 922,504 922,556 922,989 923,383 Stützen-Einsp. 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 ges. Stützenlänge 4,853 4,752 5,88 5,447 5,053 Höhe Wandelemente 3 3 3,5 3 3 Gleis 5,00 5,00 2,485 5,00 2,485 Festlegung der Lärmschutzwand durch Pfosten- oder Gründungsachsen Die Eingabe des Wandverlaufes erfolgt ebenfalls interaktiv in tabellarischer Form mit den Parametern Pfostenabstände, Gleisabstände und Station. Durch einfaches Verschieben von eingefrorenen Achspaketen wird die Nutzerfreundlichkeit optimiert. Als Ergebnisse werden stets die wichtigen Trassenbezüge sowie GaussKrüger-Koordinaten und zugehörige Höhen für die Achspunkte der projektierten Wand direkt ausgegeben. 96 I 97 Werkzeuge und Software / Tools and Software Research, Development, Innovation 2013 / 14 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Trasse 3D-Modellerstellung / 3D modelling len Geländemodells entlang der Trassendefinition, wenn einige Querschnitte gezeichnet werden. Die Querschnitte werden auf mathematisch logische Weise zum 3D-Modell verbunden. Damit können notwendige Erdbewegungsarbeiten abgeschätzt oder Daten mit dem Vermesser abglichen werden. Wandentwicklung Mit der Bearbeitung einiger Parameter wird ein parametrisches Design der Wandelemente, der Pfosten, der Pfähle und des Sockels möglich und durch eine visuelle Kontrolle in Echtzeit unterstützt. Durch Auswählen eines Eintrags in der Tabelle erscheint die betreffende Wand (mit Pfosten, Sockel und Pfahl) in der Anzeige, Änderungen werden unmittelbar in die Zeichnung übernommen werden. Zusätzlich kann eine Tabelle erstellt werden. Stütze-Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 OK Schiene 46,11 46,114 46,118 46,122 46,126 48,129 46,132 46,135 46,138 46,14 46,142 OK Sockel 46,1 46,104 46,108 46,112 46,116 46,119 46,122 46,125 46,128 46,13 46,132 OK Wand 48,61 48,614 48,618 48,622 48,626 48,629 48,632 48,635 48,638 48,64 48,642 OK Stütze 48,66 48,664 48,668 48,672 48,676 48,679 48,682 48,685 48,688 48,89 48,692 Höhe Sockel 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 OK Rammrohr (Pfahl) 45,11 45,114 45,118 45,122 45,126 45,129 45,132 45,135 45,138 45,14 45,142 OK Estrich 44,41 44,414 44,418 44,422 44,426 44,429 44,432 44,435 44,438 44,44 44,442 Stützen-Einsp. 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 ges. Stützenlänge 4,25 4,25 4,25 4,25 4,25 4,25 4,25 4,25 4,25 4,25 4,25 Höhe Wandelemente 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 Die Weiterentwicklung bereits vorhandener Module – beispielsweise das Hinterlegen unterschiedlicher Wandtypen im Modul Wandentwicklung oder die Detaillierung der Elemente – sind ebenso im Fokus wie Optionen zur Erstellung von Werkstattplänen für Stahlpfosten, Lärmschutzwand-Elemente, Gründungen, usw. Es kann eine umfassende 5D-Planung mit diesem Tool erfolgen, die Visualisierung von 3D-Modellerstellung Das Planungstool kann aus allen Eingaben ein 3D-Modell erstellen, das mit Visualisierungssoftware gerendert werden kann und mit iTWO-5D kompatibel ist. In diesem Bearbeitungsschritt muss der Nutzer lediglich die Typen für Pfosten und Pfähle auswählen. Ziele Im nächsten Entwicklungsschritt ist die Implementierung von speziellen Klothoidenformen wie Bloss-Kurve und Ei-Klothoid vorgesehen. Parallel dazu sollen die ersten Programmteile auf Funktionalität und Anwenderfreundlichkeit getestet werden. Die Planungs- und Berechnungsergebnisse sowie die erzeugten Pläne müssen hinsichtlich Richtigkeit und Aussagekraft geprüft werden. Insbesondere die Planausgabe soll verbessert werden. Anschließend erfolgt die Durchführung eines Testprojektes mit dem Planungstool. Sinnvollerweise sollte eine zurückliegende Ausführungsplanung mit den neuen Methoden bearbeitet werden, um einen direkten Vergleich der Ergebnisse zu erhalten. Im nächsten Schritt kann dann ein reales Projekt geplant werden. Ausblick Zukünftig gilt es die Verbreitung des Planungstools im Konzern voranzutreiben. In diesem Zusammenhang werden Schulungen angeboten und die Nutzerfreundlichkeit kontinuierlich verbessert. Arbeitsabläufen, Ablaufsteuerung, Materialdisposition und Performanceüberwachung liefert. Die statische Berechnung erfolgt innerhalb des Planungstools, ebenso wie Massenermittlung und Kalkulation über eine Schnittstelle zu iTWO erbracht werden können. Das Planungstool kann auch zur Arbeitskalkulation, Abrechnung oder Leistungsmeldung verwendet werden. Lärmschutztool Ziel / Nutzen in der Planung: •Qualitätssteigerung •Beschleunigung • Vermeiden von Abhängigkeiten von anderen Planern (z.B. Vermesser) in der Angebotsphase und Ausführung: • fotorealistische Visualisierungen in 3D • Massenermittlung, Kalkulation mit Schnittstelle zu iTWO • visuelle Darstellung von Bauabläufen • Ablaufsteuerung, Materialdisposition, Performanceüberwachung • Arbeitskalkulation, Abrechnung, Leistungsmeldung Mögliche Anwendung Schallschutzbauwerke an Verkehrswegen Förderung intern Projektlaufzeit seit Oktober 2011 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Konstruktiver Ingenieurbau (TBK), Baubetrieb (5D-Planung) Projektleitung Timo Schwenzer, Gregor Warneke Bearbeitung Matthias Rätzke, Dr. Frank Schley AUF EINEN BLICK 0 0 000 0 0 0 0 0 Hinblick auf die automatisierten Teilprozesse im Gesamtablauf. LV-Erstellung, Kostenund Mengenermittlung (mittels iTWO) / Issue of BoQ, cost estimation and quantity determination (by iTwo) der Definition und der inhaltlichen Beschreibung der Bauleistungen beziehungsweise der Bauteile. Dies erfolgt anhand von bauteilorientierten und parametrischen Eigenschaften. Die entsprechenden Parameter werden dabei durch den Hersteller beziehungsweise Systemgeber anhand eines Bauteilkonfigurators zur Verfügung gestellt. Diese können durch den Generalunternehmer zur Konfiguration mit abschließender Ausgabe eines dreidimensionalen Bauteils samt parametrischer Beschreibung genutzt werden. Durch Übernahme dieser dreidimensionalen Bauteile in das jeweilige Gebäudemodell (in Autodesk Revit) und die anschließende Verknüpfung innerhalb des Enterprise-ResourcePlanning-Systemes (ERP-System; hier: RIB iTwo) wird eine konsistente sowie durchgängige Leistungsbeschreibung gewährleistet. Durch die vollständig digitalisierten Anfrageunterlagen entstehen Möglichkeiten der absoluten inhaltlichen Kongruenz für die anschließenden Prozesse der Angebotsanfrage an die Nachunternehmer. Darüber hinaus besteht das Potenzial zur wesentlichen Beschleunigung, vor allem im Optimisation procurement process – Concept development via a model based working approach Construction processes are facing increasing levels of complexity including a multitude of participants directly involved in a project. The result is an excessive amount of interfaces during the execution phase of a construction project. Consequently the need for smooth communication channels becomes increasingly important. Hence the aim of this project is to establish such smooth communication channels during the initial procurement phase. To facilitate this, the procurement processes of the department Façade Technology at the Technical Head Office, the division Procurement, and a sun protection producer have been analysed and optimised. These findings have been used to develop a concept for establishing a universal information flow by integrating BIM-iTWO-Strabis into a holistic unit. Although the concept still needs additional elements, it is to be implemented in the frame of a case study in the near future. Hintergrund Die zunehmende Komplexität der Bauprozesse und die damit verbundene Vielzahl der am Bau Beteiligten resultieren in einer hohen Anzahl an Schnittstellen bei der Ausführung eines Projektes. Es wird mehr denn je eine reibungslose Kommunikation benötigt. Jeglicher Informationsverlust oder auch eine inhaltliche Änderung können zu einer Abweichung vom geschuldeten Leistungs-Soll führen. Daher steht ein vollstän- diger Austausch von Informationen in direktem Zusammenhang mit dem späteren wirtschaftlichen Erfolg des Projektes. Ziel Das Ziel dieses Vorhabens ist es, die Beschaffungsprozesse zwischen dem Bereich Fassadentechnik der Zentralen Technik, der Direktion Beschaffung und einem Sonnenschutzhersteller zu analysieren und zu optimieren. Die Kommunikation der einzelnen Partner soll mittels eines durchgängigen Informationsflusses effizienter werden. Mit der Einführung des Facheinkäuferkonzeptes folgt die Entwicklung der Datenintegration durch BIM-iTWO-Strabis. Im ersten Schritt wird die modellbasierte durchgängige Angebotsbearbeitung implementiert. Darauf aufbauend wird im zweiten Schritt die modellbasierte Vergabe und Werkplanung entwickelt und validiert. Stand der Arbeiten Es wurde eine grundlegende Betrachtung und Analyse der internen und externen Prozesse im Zuge der Angebotskalkulation von Fassadengewerken ausgeführt. Darauf basierend wurde ein Konzept zur Umsetzung einer bauteilorientierten Anfrage- und Kalkulationsmethodik entwickelt. Das Konzept hat den Fokus auf dem außenliegenden Sonnenschutz. Ein wesentlicher Unterschied zu klassischen Beschaffungs- und Anfragemethoden liegt in Ausblick Die Verständigung und Festlegung auf einen Standardkatalog zu bauteilspezifischen Parametern sowie die technische Umsetzung der Schnittstellen hinsichtlich des Datenaustausches sind Grundlagen für das Konzept. Darüber hinaus muss auch eine Integration in existierende betriebsinterne Systeme erfolgen. Nach dem diese wesentlichen Punkte umgesetzt worden sind, kann eine Erprobung des Konzeptes beispielsweise im Rahmen eines Pilotszenarios erfolgen. Beschaffungsprozessoptimierung Ziel / Nutzen • Analyse und Optimierung von Beschaffungsprozessen • einheitlicher und gegebenenfalls automatisierter Datenaustausch • Effizienzsteigerung im Bereich Kalkulation und Beschaffung Mögliche Anwendung • Kalkulation und Beschaffung von Nachunternehmerleistungen im Bereich des Sonnenschutzes Förderung intern Projektkoordination Jürgen Bezler Partner Warema Renkhoff GmbH Projektlaufzeit seit Dezember 2012 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Projektleitung/ Bearbeitung Björn Blocher Patente, Publikationen • Blocher, B.: Die modellorientierte Ausschreibung und Vergabe in der Fassadentechnik. Master Thesis Fachhochschule Rosenheim in Kooperation mit ift Rosenheim. 2012 AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 Technische Planung und Bewertung im BIM (Revit) / Technical planning and validation in BIM (Revit) Beschaffungsprozessoptimierung – Konzeptentwicklung mittels modellorientierter Arbeitsweisen 98 I 99 Werkzeuge und Software / Tools and Software 0 0 000 0 0 0 0 0 Informationssystem zum Strukturmonitoring und Erhaltungsmanagement von Brücken − IB-ISEB Die Brücke wurde durch die Bundesanstalt für Straßenwesen vorgeschlagen, um die Installationen und Testversuche von neuen Sensoren und der Monitoring-Software durchzuführen / The bridge was proposed by the Federal Highway Research Institute to carry out the installation and testing of new sensors and the monitoring software An information management system for structural monitoring and maintenance of bridges The proposed research project aims to develop an intelligent web based information system to monitor the structure of heavily stressed bridges. To facilitate this, a new controlling system will be developed. The new controlling system will automatically collect measured data from construction facilities and will send the collected information to a web platform. The integration of relevant tools into the web platform enables doing appropriate analyses and online forecasts. In future, the developed system shall permanently provide data regarding the current situation of construction facilities. Hence the developed system will be an important tool to proactively identify risks with little effort in regard to maintaining and monitoring the structure of bridge constructions. Hintergrund Im Rahmen vom Förderschwerpunkt Intelligente Brücken – Sensornetzwerke und Informationsverarbeitung in Echtzeit der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) wurde ein Forschungsprojekt beantragt, welches ein Informationssystem zur Erhaltung und kontinuierlichen Überwachung der Baustruktur von Brücken (Akronym ISEB) entwickeln wird. Das Projekt wird von einem breit aufgestellten Konsortium mit universitären sowie Industrie-Partnern bearbeitet. Das Konsortium besteht aus der ITC Engineering GmbH & Co. KG (Bruchsal) als Federführer, der VMT GmbH (Bruchsal), der Northrop Grummann LITEF GmbH (Freiburg), dem IMTEK-Institut der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg und dem Rechenzentrum der Universität Stuttgart. Ziel Ziel des Projektes ist die Realisierung eines Entwicklungsmusters für ein intelligentes Informationssystem zum Strukturmonitoring hoch beanspruchter Brückenbauwerke. Dabei wird ein Netzwerk gebildet aus unterschiedlichsten Sensoren zur Aufnahme vielfältiger Überwachungsdaten. Dieses wird an ein webbasiertes Informationssystem gekoppelt, welches die Überwachungsdaten aufnimmt, systematisiert und über verschiedene Applikationsmodule visualisiert. Dabei sollen diverse Einwirkungen aufgenommen werden, beispielsweise Schadstoffe (Chloride), Feuchtigkeit, Temperatur, Verformungen, Dehnungen, Risse, Vibrationen aufgenommen werden. Es kommen auch Ingenieurmodelle zum Einsatz, die eine Datenanalyse, Rückrechnung und Prognose ermöglichen. Dadurch entsteht ein interaktiver Analyseprozess. Neuheitsgrad ISEB wird eine Reihe von Neuheiten hervorbringen: • Im Bereich der energieautarken Funksensorknoten-Technologie werden leistungsfähige und extrem energiesparende Knoten entwickelt, die mehrere unterschiedliche Messgrößen erfassen können. • Durch den Einsatz eines am IMTEK-Institut erforschten Aufweckempfängers werden be- 100 I 101 sonders energieeffiziente Netzwerktopologien entwickelt, die keine Synchronisation benötigen. • Es werden neuartige, miniaturisierte und sehr effiziente Energy-Harvester zum Einsatz an Brücken entwickelt, die mehrere unterschiedliche Lademechanismen vereinigen. • Es werden neuartige, integrierte Sensorknoten für Globale Navigationssatellitensysteme (GNSS) realisiert, die per Funk kommunizieren und verschiedene Stromsparmodi vereinigen. • Es wird ein Überwachungssystem entwickelt und implementiert, um Daten aus neuartiger Sensorik auszulesen und zu verarbeiten. Research, Development, Innovation 2013 / 14 Die Neckartalbrücke Weitingen / The Neckar Viaduct Weitingen Werkzeuge und Software / Tools and Software Ausblick Das Gesamtsystem umfasst folgende Komponenten: • energieeffiziente elektronische Systeme • Aufbau und Verbindungstechnik (AVT) • hochsensitive Sensorik • Gehäuse, welches die Robustheit für den Einsatz im Freien an Brücken aufweist Dieses Gesamtsystem wird mit Software zu einer integrierten Überwachungsplattform gekoppelt. Die Software liest Daten aus neuartiger und innovativer Sensorik aus und bereitet sie auf, sodass Ingenieurmodelle verwendet werden können. Warnmechanismen und Grenzwerte werden implementiert. Die Neckartalbrücke in Weitingen wurde von der BASt vorgeschlagen, um die notwendigen Installationen, neue Sensoren sowie das zu entwickelnde Gesamtsystem zu testen. AUF EINEN BLICK IB-ISEB Ziel / Nutzen • intelligentes Informationssystem zum Strukturmonitoring hoch beanspruchter Brückenbauwerke Mögliche Anwendung • Monitoring von Brückenbauwerken (am Beispiel der Neckartalbrücke Weitingen) Förderung Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) Projektkoordination ITC Engineering GmbH & Co. KG, Stuttgart Partner ITC Engineering GmbH & Co. KG (federführend); VMT GmbH, Bruchsal; Northrop Grummann LITEF GmbH Freiburg; IMTEK-Institut der Albert-Ludwigs-Universität, Freiburg; Rechenzentrum der Universität Stuttgart Projektlaufzeit seit Juli 2012 Unternehmenseinheit ITC Engineering GmbH & Co. KG Projektleitung / Bearbeitung Robert Schuppenhauer 0 0 000 0 0 0 0 0 Monitoring des realen Grades der Ermüdungsschädigung in Betonstrukturen – MOSES Monitoring the actual degree of fatigue of concrete structures – MOSES Hintergrund und Ziel Nach gegenwärtiger ingenieurtechnischer Herangehensweise erfolgt die Bewertung und Einschätzung der Restlebenszeit eines Betonbauteils unter Ermüdungsbeanspruchung mit zyklischer und variierender Belastung (mehrstufiges Lastkollektiv) auf Basis von Wöhlerkurven in Kombination mit Lastzyklen-Zählern (Rainflow-Methode) und Schadens-Akkumulations-Hypothesen (Palmgren-Miner-Regel). Die Genauigkeit der Lebenszeitabschätzung hängt somit davon ab, dass die in der Realität vorhandenen Lastsequenzen mit denen übereinstimmen, die bei der Erschaffung der Wöhlerkurven angenommen und im Labor durchgespielt wur- den. Im Allgemeinen stimmt bei Betrachtung von Betonstrukturen – in denen aufgrund der Querschnittsgeometrie Lastumlagerungen möglich sind – die reale Bruchlastspielzahl und somit auch der daraus ermittelte Schädigungsgrad nicht mit den nach Norm ermittelten Werten überein. Zusätzlich ist anzumerken, dass auch trotz langer Forschungsgeschichte auf dem Gebiet der Ermüdung zementöser Baustoffe es nach wie vor zahlreiche offene Fragestellungen zu deren Verhalten unter Ermüdungsbeanspruchung gibt. Dies begründet sich zum größten Teil aus dem sehr komplexen Materialverhalten von Beton, welches im Wesentlichen aus seiner stark heterogenen Gefügestruktur resultiert. Eine Verbesserung in der Vorhersage von Ermüdungsentwicklungen (Evolution) kann nur dann erfolgen, wenn ein besseres und detaillierteres Verständnis über die Schädigungsprozesse und die Ermüdungsmechanismen im Werkstoff selbst erreicht wird. Ultraschall- und Körperschallsensoren ermöglichen die genaue Betrachtung der Veränderungen von Materialeigenschaften, wie zum Beispiel dem E-Modul, ohne dass Last aufgebracht wird oder die Größe der Belastung bekannt sein muss. Auch Lastzyklen-Zählungen müssen somit nicht mehr vorgenommen werden. Allein durch die Messung mittels adäquater Sensorik werden die Veränderungen im Werkstoff Beton sichtbar gemacht. Ein Ziel der Forschungen an der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) ist die Entwicklung eines Monitoringsystems aus Ultraschall- und 1 Phase 1 0.9 Peak-Geschwindigkeit According to current codes and regulations (e.g. CEB-FIP-Model Code 2010) the verification concept for fatigue and the determination of the actual degree of deterioration of concrete structures is based on counted load cycles and the linear Palmgren-Miner summation. The results gained in this manner will never depict reality because of the not considered heavily non-linear behaviour of concrete. One way to improve the results is the application of monitoring sensors, which are able to image the changes in the inner part of the concrete matrix independently from applied loads. In this paper a monitoring concept will be proposed which can achieve these objectives. The laboratory tests and an assessment of the measured results will be presented. Peak Geschwindigkeit Streuung Polynom 6. Grades 0.8 0.7 0.6 Phase 2 0.5 0.4 35 % 0.3 Bruch 0.2 Phase 3 0.1 0 0 0.1 0.2 Ultraschallmessung, Peak-Geschwindigkeit über die Lebenszeit des Prüfkörpers hinweg / Ultrasonic measurement, peak velocity over the specimen´s lifetime 0.3 0.4 0.5 Zeit 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Das verwendete Monitoring System bestand aus Ultraschall- und Körperschallsensoren sowie Dehnungsmessstreifen. Anstatt der Dehnungsmessstreifen können in realen Strukturen auch faseroptische Sensoren verwendet werden. Der Prüfkörper war mit entsprechenden Sensoren bestückt und wurde im Laufe der Versuche dynamisch bis zum Bruch belastet. Messergebnisse der einzelnen Sensoren Die Ultraschall-Laufzeitmessung lieferte bei allen Versuchen gut interpretierbare Ergebnisse. Die Peak-Geschwindigkeit des Ultraschallsignals ist über die Lebenszeit des Prüfkörpers hinweg US dargestellt. Deutlich sind der S-förmige Verlauf und die drei Phasen der Betonermüdung zu erkennen. Die erste Phase, die etwa 10 bis 20 % der Lebenszeit des Prüfkörpers andauert, ist geprägt vom plötzlichen Geschwindigkeitsabfall des Ultraschall-Signals (US-Signal) bei der Erstbelastung. Zurückzuführen ist dies auf den nichtlinearen Zuwachs an Rissen, die ein Hindernis für das US-Signal darstellen und es dämpfen und verlangsamen. Dies geschieht nur in dieser kurzen Anfangsphase. Gefolgt wird dieser Lebensabschnitt des Prüfkörpers von einer Phase 2, in der eine kontinuierliche, fast lineare Abnahme der Signal-Geschwindigkeit zu verzeichnen ist. Der Grund hierfür ist die fortschreitende Schädigung. Phase 3 beginnt nach ca. 80 % der Lebenszeit. Durch die nun folgende überproportionale Zunahme der Verformung und damit auch der Risse und Mikrorisse in der Betonmatrix erfolgt eine überproportionale Dämpfung des Signals. Diese Phase wird beendet durch das plötzliche Versagen der Struktur oder des Prüfkörpers. Mit der gemessenen Ultraschall-Laufzeit (Geschwindigkeit) kann direkt auf den dynamischen E-Modul und somit auf den Schädigungsgrad geschlossen werden. Die Ultraschallmessungen wurden unter zyklischer Belastung durchgeführt. Die variierende Geschwindigkeit des US-Signals bei gleichem Schädigungsgrad hängt vom Messzeitpunkt innerhalb des Belastungszyklus ab: Abhängig von der momentanen Last sind die Risse mehr oder weniger geöffnet. Diese Rissatmung wird durch die sich verändernde US-Geschwindigkeit abgebildet. Bei einer Belastung von Smax = 70 % der Bruchlast (= Oberspannung) werden die oberen Grenzwerte auf der beschreibenden Linie der maximalen Geschwindigkeit erreicht. Im Belastungszustand der Unterspannung wird die minimale Geschwindigkeit erreicht. Diese Beobachtung deckt sich mit den Werten der Dehnungsmessstreifen. Die vertikalen Dehnungen des Prüfkörpers infolge der Vertikalbelastung sind größer als die horizontalen Dehnungen. Somit bewirkt die Vertikalbelastung eher ein Zusammendrücken in vertikaler Richtung als ein Öffnen der vertikalen Risse in horizontaler Richtung. Research, Development, Innovation 2013 / 14 Prüfkörper mit Monitoringsystem / Specimen with monitoring system DMS Laborversuche und Ergebnisse Die vorgestellten Versuche und Auswertungen fanden an zylindrischen Prüfkörpern aus einem hochfesten Beton C80/95 (GK 16) statt, der für den Einsatz in Offshore-Bauwerken vorgesehen ist und speziell dafür vom Zentralbereich TPA, Bereich Betontechnologie International in Stuttgart, entwickelt wurde. Bauwerke auf hoher See sind hohen Lastwechselzahlen – resultierend aus den Wind- und Wellenbelastungen – ausgesetzt; Ermüdung spielt eine sehr große Rolle. Die Ober- und Unterspannung in den Tests betrugen 70 % und 5 % der Bruchfestigkeit des Prüfkörpers. Während der zyklischen Ermüdungsversuche herrschte somit Druckschwellbeanspruchung. Offshore-Strukturen aus Beton sind in der Regel so vorgespannt, dass sich die Spannungen innerhalb der Struktur auch bei zyklischer Belastung durch Wellen und Wind im Druckschwellbereich befinden – dem wurde in den Versuchen Rechnung getragen. AE Körperschallsensortechniken, mit dem die im Laufe der Lebensdauer von Strukturen auftretenden Schädigungen detektiert und bewertet werden können. Es wird sozusagen die Lebenslinie der Struktur sichtbar gemacht und deren zeitlichen Verlauf verfolgt. Darüber war bereits in der Konzernbroschüre Forschung, Entwicklung, Innovation – Projekte 2011 / 12, S. 100 / 101 berichtet worden. Prüfkörper unter dynamischer Beanspruchung / Specimen with dynamic load 102 I 103 Werkzeuge und Software / Tools and Software 0 0 000 0 0 0 0 0 Frequenzspektrum des Körperschall-Rohsignals bei unterschiedlichen Lebensstadien des Prüfkörpers / Frequency spectra of the AE-Raw signals for different states in the specimen`s lifetime Verlauf der Körperschall Hit-Rate und Energie über die Lebenszeit des Prüfkörpers hinweg / AE-Hit-Rate and Energy over the specimen`s lifetime Amplitude nach 10 % Lebenszeit Hit-Rate 1000 Körperschallmessungen sind aufgrund ihrer erst im späten Schädigungsstadium vorhandenen Aussagekraft nicht geeignet, um als alleiniges Mittel zur Schädigungsgradbestimmung herangezogen zu werden. Eine Kombination mit Ultraschallmessungen ist empfehlenswert. Nur so kann sichergestellt werden, dass der Schädigungsgrad zu jedem Zeitpunkt messbar ist. Bei den Untersuchungen hat sich gezeigt, dass die Messergebnisse des Körperschalls am aussagekräftigsten mit der Hit-Rate (Hits pro Zeiteinheit) oder mit dem sich verändernden Frequenzspektrum des Körperschallrohsignals wiedergegeben werden können. Die Hit-Rate wird über die Lebenszeit des Prüfkörpers hinweg aufgetragen. Die Systematik des Verlaufs ist bei allen Versuchen zu erkennen. Nach Einsetzen der zyklischen Druckschwellbeanspruchung erfolgt eine deutliche Erststeigerung der Acoustic-Emission-Hits (AEHits). Diese Phase dauert bis zu ca. 10 % der Lebenszeit an. Danach erfolgt ein leichter Anstieg der Hit-Rate bis hin zu 80 % der Lebenszeit. Dieser minimale Anstieg, der nahezu einem Amplitude nach 60 % Lebenszeit Amplitude kurz nach dem Prüfkörperversagen Polynom 5. Grades 800 600 400 200 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Zeit 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0.4 0.5 Zeit 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1 Polynom 5. Grades 0.8 Energie Amplitude nach 95 % Lebenszeit 0.6 0.4 0.2 0 0 0.1 0.2 0.3 Plateau entspricht, macht eine Lebenszeitabschätzung äußerst schwierig. Erst nach Erreichen von 80 % der Lebenszeit erfolgt ein signifikanter Anstieg der Körperschallaktivität, der dann mit dem Bruch oder Versagen des Prüfkörpers endet. Bei Betrachtung der Energie des Körperschallsignals ist ab dem Anfangsstadium bis ca. 80 % ein ähnlicher Verlauf zu erkennen. Danach unterscheidet sich die Aufzeichnung von der der Hit-Rate: Vor dem plötzlichen Versagen des Prüfkörpers war eine Abschwächung der Energie zu sehen. Diese Abschwächung tritt ein, sobald die Hit-Rate merklich ansteigt und dauerte ungefähr bis 98 % der Lebenszeit an, dann erfolgte auch hier ein sprunghafter Anstieg. Die Mess-Software zeigt unter anderem die Veränderung der Amplitude des Körperschallrohsignals mit zunehmender Lebenszeit. Auch die Darstellung des Frequenzspektrums des Rohsignals in verschiedenen Stadien der Lebenszeit macht die Veränderungen im Schädigungsgrad deutlich sichtbar. Aber auch hier tritt eine signifikante Änderung mit Rückschluss auf die noch zu erwartende Lebenszeit erst sehr spät ein. Eine Früherkennung – wie sie bei Structural Health Monitoring gewünscht ist – ist mit diesem Mittel nicht möglich. Eine Motivation des Forschungsprojektes ist es, den E-Modul als Indiz für den Schädigungsgrad einer Betonstruktur mit Hilfe eines einflussfreien Messverfahrens unabhängig vom Belastungswert feststellen zu können. Im Gegensatz zu Ultraschallmessungen ist dies mit Dehnungsmessstreifen nicht möglich. Um aus den gemessenen Dehnungen Rückschlüsse auf den tatsächlich vorhandenen E-Modul ziehen zu können, muss die anregende Kraft bekannt sein. Ist dies – wie in der Realität häufig – nicht der Fall, kann die auftretende Verformung entweder von einer höheren angreifenden Last oder von der fortschreitenden Schädigung des Betons und somit dem Absinken des E-Moduls verursacht werden. Durch zyklische Belastungen ermüdet Beton. Der Verformungsverlauf in Abhängigkeit von der Lebenszeit – auch zyklische Kriechkurve genannt – zeigt, dass der bleibende Verformungszuwachs, der Schädigungsgrad, bei der Ermüdung in drei charakteristischen Phasen abläuft: Phase 1 erstreckt sich vom Anfang der zyklischen Belastung bis zu 20 % der gesamten Lebenszeit. Es ist eine nichtlineare Zunahme der Dehnungen in Form eines parabolischen Verlaufs zu erkennen. Phase 2 beginnt zwischen 10 % und 20 % der verstrichenen Lebenszeit mit dem Übergang in einen konstanten, geringen und fast linearen Verformungszuwachs. Der Wechsel zur Phase 3 zeichnet sich ab, wenn ungefähr 80 % der Lebenszeit verstrichen ist. Die Gesamtverformungen nehmen rapide und überproportional zu und enden mit dem Versagen des Betons. 104 I 105 Werkzeuge und Software / Tools and Software Diese Phasen sind bei den hier präsentierten Versuchen mit konstanter Oberspannung von 70 % der Bruchlast und konstanter Unterspannung von 5 % der Bruchlast gut zu beobachten. Doch wie angemerkt ist eine Lebenszeitabschätzung oder die Einschätzung des Schädigungsgrades mit Dehnungsmessstreifen oder faseroptischen Sensoren ohne die Kenntnis des angreifenden Lastwertes nicht möglich. Abschließende Bemerkungen und Potenzial Mit Rückblick auf die gesamten Ermüdungsversuche an Prüfkörpern und Bauteilen (vorgespannte Monoblockschwellen) ist die Bedeutung des Zusammenspiels der unterschiedlichen Sensortypen deutlich geworden. Ultraschall bietet bisher die aussagekräftigsten Messwerte von Beginn eines jeden Tests an. Nach ca. 80 % der Lebenszeit zeigen auch die Körperschallsensoren deutliche Veränderungen in den Mess- werten. Daraus kann geschlossen werden, dass die erforderliche Lastspielzahl bis zum Bruch nahezu erreicht ist. Durch die Kombination der Sensoren, die unterschiedlich intensiv und zu verschiedenen Lebenszeiten des Prüfkörpers den Schädigungsgrad wiedergeben, wird sichergestellt, dass der Schädigungsgrad von Beginn der Tests bis zum Bruch des Probekörpers messbar und somit auch einschätzbar ist. Festzuhalten ist, dass eine Nullmessung im ungeschädigten Zustand des Bauteils erforderlich ist, um die Messwerte nach einer verstrichenen Lebenszeit in Relation setzen zu können. Bei Bewertungen von Bestandsbauwerken stellt sich dies als äußerst schwierig dar. Um das Monitoring-System weiterzuentwickeln und zu kalibrieren, sollten die Einflüsse verschiedener Betonsorten und Festigkeitsklassen in Zukunft getestet werden. AUF EINEN BLICK MOSES Ziel / Nutzen • Lebenszeit- und Zustandsbewertung einer Betonstruktur Mögliche Anwendung • alle Beton- und Stahlbetonbauwerke Förderung intern; Stadt Wien (ZIT) Projektkoordination Dr. Christian Dehlinger Partner Universität für Bodenkultur Wien, RED Bernard (Wien) Projektlaufzeit März 2011 bis Mai 2014 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Konstruktiver Ingenieurbau (TBK) Projektleitung / Bearbeitung Dr. Susanne Urban Patente, Publikationen • Urban, S.; Strauss, A.; Schütz, R.; Bergmeister, K.; Dehlinger, C.: Dynamically loaded Concrete Structures. Structural Concrete Volume 14. 2014 • Urban, S.; Wagner, R.; Strauss, A.; Dallinger, S.; Reiterer, M.; Dehlinger, C.; Bergmeister, K.: Monitoring des realen Grades der Ermüdungsschädigung in Betonstrukturen. Beton- und Stahlbetonbau 7/2014 • Urban, S.; Wagner, R.; Strauss, A.; Reiterer, M.; Dehlinger, C.; Bergmeister, K.: Monitoringbasierte Lebenszeitabschätzung von Betonstrukturen – Forschungsprojekt MOSES. Beton- und Stahlbetonbau 9/2013 • Schütz, R.: Numerische Schädigungssimulation eines ermüdungsbeanspruchten Schwerkraftfundamentes für Offshore-Windenergieanlagen. Diplomarbeit Universität für Bodenkultur Wien. 2013 • Urban, S.; Strauss, A.; Wagner, R., Reiterer, M.; Dehlinger, C.: Experimentelle Untersuchung von ermüdungsbeanspruchten Betonstrukturen zur Feststellung des realen Schädigungsgrades. Planung der Ermüdungsversuche am STRABAG-Testfundament in Cuxhaven. Beton- und Stahlbetonbau 7/ 2012 • Putz, R.: Leistungsindikatoren für die Lebensdauerbewertung von Konstruktionselementen im Eisenbahnbau, Diplomarbeit Universität für Bodenkultur Wien. 2012 • Urban, S.; Strauss, A.; Macho, W.; Bergmeister, K.; Dehlinger, C.; Reiterer, M.: Zyklisch belastete Betonstrukturen, Bautechnik 11/2012 • Schabus, V.: Stochastische und dynamische Eigenschaften von Beton. Diplomarbeit Universität für Bodenkultur Wien. 2011 • Strauss, A.; Urban, S.; Schabus, V.; Reiterer, M.; Mayer, H.: Experimentelle Überprüfung der Ermüdungsnachweise für Stahlbeton gemäß CEB-FIP Model Code. In Proceedings: Konferenz des Vereins der Österreichischen Zementindustrie (VÖZ), Konferenzbeitrag. 2011 • Nominierung von MOSES für den Science2Business Award 2012 • Houska-Preis 2012 (MOSES unter den Besten 10) • Preis der Wirtschaftskammer der Stadt Wien. 2012 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Research, Development, Innovation 2013 / 14 0 0 000 0 0 0 0 0 Produkte mit Ökosiegel und Ökozertifikaten / Products with an ecolab and eco-certificate Hintergrund und Zielsetzung Die Zertifizierung von Gebäuden nach den Kriterien der Nachhaltigkeit gehört mittlerweile zumindest in den 1a-Lagen deutscher Großstädte zum Standard. Unabhängig vom angestrebten Gütesiegel, zum Beispiel Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB), Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen (BNB), Leadership in Energy and Environmental Design (LEED) oder Building Research Establishment Environmental Assessment Methodology (BREEAM), gehört die Verwendung von nachhaltigen Baustoffen und die Schonung der Umwelt maßgeblich zu einem ausgewogenen Nachhaltigkeitskonzept. In allen Zertifizierungssystemen werden direkte oder indirekte Anforderungen an an die Qualität der Baumaterialien gestellt, die sich allerdings erheblich hinsichtlich der betroffenen Produktgruppen und der Vorgaben unterscheiden. Zudem variieren die Bestimmungen selbst innerhalb eines Systems, abhängig von der Wahl der Qualitätsstufe und korrespondierender Bewertung. Fehlinformationen seitens der Hersteller und Anwender bezüglich der Eignung eines Produkts nehmen besonders im Bereich der Kleber und Beschichtungen zu. Die Unsicherheit in den Projektteams, die die Vorgaben auf der Baustelle umsetzen müssen, wächst. Um diesen Faktoren vorzubeugen wurde eine Datensammlung für Produkte mit Umweltrisiken entwickelt, der sich sich an dem jeweiligen Gütesiegel orientiert. Das Ziel dieses Produktkataloges ist die Bereitstellung von zuverlässigen Informationen über die wichtigsten Baustoffe und deren Eignung für das jeweilige Green Building (DGNB, BNB oder LEED). Stand der Arbeiten und Ergebnisse Seit 2011 wird kontinuierlich an einer firmeninternen Datensammlung gearbeitet, in der die Fabrikate von besonders kritischen und häufig verwendeten Produktgruppen wie Kunstschaumdämmstoffe, Beschichtungen, Dichtmassen und Bitumenprodukte erfasst und bezogen auf die unterschiedlichen Zertifizierungssysteme der DGNB bewertet werden. Die Auswahl geeigneter Fabrikate und die Nachweisführung werden durch eine zentrale Datensammlung beschleunigt und vereinfacht. Wiederholte Herstelleranfragen werden vermieden. Zudem wird sichergestellt, dass keine ungeeigneten Fabrikate zum Einsatz kommen, die zu einer Gefährdung des Zertifizierungsziels führen. Mit Einführung des Kernsystems wurden die Materialvorgaben der DGNB überarbeitet und neue Produktgruppen in den Anforderungskatalog aufgenommen. Die Produktdatensammlung wurde für zahlreiche Kategorien aktualisiert und um eine Bewertung hinsichtlich der Eignung im DGNB-System 2012 erweitert. Aufgrund der stärker werdenden Nachfrage wurde mit einer Sammlung der LEED-Nachweise für die Produktgruppen der Beschichtungsstoffe und Kleber begonnen. Für den Nachweis der Einhaltung der Vorgaben bei LEED-Zertifizierungen ist die Nachweisführung nicht mit den „DGNB-üblichen“ Dokumenten durchführbar. Da die Anforderungen auf amerikanischen Normen basieren, ist im Regelfall für jedes verwendete Produkt eine Herstellererklärung erforderlich, in denen die Einhaltung der Vorgaben zugesichert wird. Ausblick Da in vielen Produktgruppen bewertungsrelevante Produkteigenschaften wie Lösemittelgehalt und Giscode durch Wechsel der Rezepturen einem ständigen Änderungsprozess unterliegen, müssen die erfassten Daten kontinuierlich auf ihre Aktualität überprüft, die Bewertungen gegebenenfalls bearbeitet und erweitert werden. Die LEED-Nachweis-Datensammlung wird 2014 weiter aufgebaut und mittels Übersichtsblättern den ausführenden Direktionen zur Verfügung gestellt. Stärker berücksichtigt werden soll ebenfalls das Bewertungssystem für Bundesbauten, das für ausgewählte Baustoffe zusätzliche Nachweise fordert. Unabhängig von Zertifizierungssystemen kommt es zunehmend vor, dass Auftraggeber erhöhte Anforderungen an die Materialeigenschaften stellen. Ein Recherche- und Beratungsbedarf besteht hier insbesondere für Substances of very high concern (SVHC-Stoffe), wie das umstrittene Flammschutzmittel Hexabromcyclododecan (HBCD) und verschiedene Weichmacher, die sich in zahlreichen gängigen Bauprodukten finden lassen. Produktkatalog Umweltrisiken DGNB / LEED / BNB Product catalogue environmental risks DGNB / LEED / BNB In the meanwhile sustainability aspects play a key role to contractors. An important aspect for contractors is the reasonable selection of healthy and non-hazardous building materials, which do not contain solvents and other harmful ingredients. Given this background, the developed Product Catalogue Environmental Risks supports this selection process by providing clear documentation of product characteristics in regard to German Sustainable Building Council (DGNB), Rating System for Sustainable Construction (BNB) or Leadership in Energy and Environmental Design (LEED) requirements. Subsequently the Product Catalogue delivers reliable information about the important building materials and their suitability for different Green Building Systems. 106 I 107 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Ökosiegel und andere Zertifikate sind keine Garantie für „konforme“ Produkte, aber grundsätzlich zu bevorzugen / Ecolabels and other certificates are no guarantee for “compliant” products, but are more commonly preferred Werkzeuge und Software / Tools and Software Produktkatalog Umweltrisiken Ziel / Nutzen • Vergleich und Bewertung von Baustoffen hinsichtlich Anforderungen unterschiedlicher Green-Building-Systeme (DGNB, BNB, LEED oder BREEAM) Mögliche Anwendung • Ausschreibung / Vergabe von Nachunternehmerleistungen bei Green Building Projekten Förderung intern Projektlaufzeit seit Juni 2011 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau (SFB, TNB) Projektleitung Christiane Osterhoff Bearbeitung Lisa Bareither, Gabriela Guillén-Pérez, Christiane Osterhoff AUF EINEN BLICK 0 0 000 0 0 0 0 0 Web-basierter Arbeitsraum / Web-based workspace ausgerichtet, deren Einsatz ist abhängig von den Anforderungen eines Projektes. Mit ihrem Knowhow in der Planung der Planung unterstützt die Zentrale Technik bei der Auswahl und der Anwendung des elektronischen Planungssystems. Stand der Arbeiten Die neuen Rahmenverträge wurden so gegliedert, dass beide Softwareprodukte vergleichbare Preisstrukturen für vergleichbare Anwendungsgebiete aufweisen. So ist zum Beispiel bei think project! nun auch die Bestellung des Planmanagements ohne weitere Zusatzfunktionen möglich. Diese können bei Bedarf im Projektverlauf hinzu gebucht werden. Für Standardanwender (Poweruser) im Konzern werden regelmäßig Workshops in Zusammenarbeit mit beiden Software-Anbietern organisiert. Hier bietet sich die Gelegenheit Neuerungen zu präsentieren, Erfahrungen zu diskutieren und Anregungen für die weitere Entwicklung und Optimierung der Softwareprodukte zu sammeln. Diese Kommunikation zwischen Powerusern und Produktentwicklern führte in think project! zur Implementierung eines Standard-Musterprojektes, das bei neuen Projekten den Einstieg Planung der Planung: web-basiertes Planmanagement Web-based design management software In 2013, new frame contracts have been signed with the two software providers think project! GmbH and McLaren Software in order to continue the use and further development of web-based collaboration and document management solutions. Exploring special functions of the already proven software solutions in collaboration with their providers supports the handling of increasingly complex construction projects. Hintergrund Eine effiziente Verwaltung der Planungsunterlagen zur Einhaltung von Ausführungsterminen und Sicherstellung der Planungsqualität ist eine unabdingbare Voraussetzung für eine erfolgreiche Projektabwicklung; insbesondere bei Großprojekten ist dies relevant. Deshalb hat der Konzern Rahmenvereinbarungen mit zwei Planungsplattform-Anbietern abgeschlossen. Die mögliche Nutzung reicht von der reinen Planverteilung über das Steuern von Prüfläufen und Planmanagement im Projekt / Planmanagement in project Freigabeprozessen bis hin zu speziellen Modulen wie beispielsweise einer Brandschutzakte oder dem Mängelmanagement. Ziel Mit steigender Komplexität der Projekte nehmen auch die Anforderungen an die verwaltende Software zu. Anfang 2013 wurden deshalb neue Rahmenverträge abgeschlossen. Eine vorausgehende Marktanalyse ergab, dass effiziente Funktionen des Planmanagements (wie beispielsweise die automatische Dateinamen-Auslesung und die Index-Verwaltung) nur bei den bereits langfristig im Konzern genutzten Software-Produkten FusionLive und think project! vorhanden sind. Den zahlreichen Nutzern jener Systeme soll ein Arbeiten im gewohnten Umfeld weiterhin ermöglicht werden. Deshalb wurden mit beiden Software-Anbietern – McLaren (FusionLive) und think project! – Kooperationen ausgehandelt. Beide Planungsplattformen sind unterschiedlich in die Planungssteuerung erheblich erleichtert. In FusionLive wurde die Setup-Datei verbessert: Die Optionen der Module Inbox und Inbox-Contributer ermöglichen eine schnellere und detailliertere Erfassung der Projektanforderungen und tragen dazu bei, die Projekträume individuell umzusetzen. Für die Anwendung in internationalen Projekten stehen inzwischen fast 20 Sprachversionen zur Verfügung. Um den unterschiedlichen Arbeitsweisen in den Projektländern gerecht zu werden, bieten beide Programme zahlreiche Möglichkeiten – wie beispielsweise die alternative Verwendung von Dateinamen-Auslesung oder das manuelle Attribuieren der Dokumente. Ausblick Die Zusammenarbeit von Anwendern und Software-Anbietern wird auch zukünftig Verbesserungen hinsichtlich der Nutzerfreundlichkeit ergeben. Poweruser können so auch Einfluss auf die Ergänzung spezieller Funktionen nehmen, die sich aus ihren Projektanwendungen ergeben. Eine der aktuellen Herausforderungen ist die Integration des Building Information Modellings (BIM), das sich in der Entwurfs- und Ausführungsplanung mehr und mehr durchsetzt. Planmanagement mit System Ziel / Nutzen • kontinuierliche Weiterentwicklung und Update der Software • internetbasierte Projektplattform zum Planmanagement Mögliche Anwendung • Plancontrolling und Planversand als Unterstützung der Planungskoordination und Projektleitung Förderung intern Projektkoordination Anne Scherer Partner think project! GmbH; McLaren Software Projektlaufzeit seit Juni 2007 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Konstruktiver Ingenieurbau Bearbeitung Ansprechpartner für die Anwenderunterstützung: STRANET, Konzern\ Zentrale Technik\Publikationen\ Arbeitsmittel, Foren, Normen\Pläne und Archivieren AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 108 I 109 Werkzeuge und Software / Tools and Software Umfeld 0 0 000 0 0 0 0 0 Kunden, Partner, Lieferanten, Nachunternehmer 110 I 111 Werkzeuge und Software / Tools and Software abgeschlossene Projekte Kalkulation, Angebot Akquise Daten Wissen Planung, Arbeitsvorbereitung Ausführung Gewährleistung, Betrieb Abnahme nutzen Projekt 1 Informationen Projekt 2 Geschäftsprozesse in der Wertschöpfungskette Bau: Bausteine eines integrierten Wissensmanagements / Business processes in the construction value chain: components of an integrated knowledge management bewahren Unterstützungsprozesse Infrastruktur bereitstellen erwerben entwickeln Beschaffen Kommunizieren Vertragliches Finden und verbinden – scout und connect Zur schnelleren Lösung von Aufgaben wurden eine Suchfunktion sowie eine neue Art der Kommunikation im Konzern eingeführt: Als Werkzeuge für eine wirksame Zusammenarbeit wurden die Suchmaschine scout und die Kommunikationsplattform connect entwickelt. Die Suchmaschine scout durchforstet zahlreiche Datenbanken des Konzerns. Informationen aus dem STRANET, dem internen Telefonbuch, Leonardo (der Wissensdatenbank der Zentralen Technik) und ZEBRA Deutschland (elektronisches Briefpapier und Vorlagen) sind bereits im Visier von scout. In Zukunft sollen auch die Informationen aus connect durchsucht und schnell gefunden werden. Die Kommunikationsplattform connect ist ein neues Werkzeug bei STRABAG, das den zeitgerechten Umgang mit großen Mengen von Daten und Informationen unterstützt. Spezifisches Fachwissen, große Erfahrungsschätze und Kontakte sind selbstverständlich im Unternehmen vorhanden, allerdings personen- und damit ortsgebunden – und deshalb oft nicht ausreichend schnell für andere Projekte einzusetzen. Dabei funktioniert die Plattform wie ein Gehirn: je mehr es genutzt wird, desto besser funktioniert es, desto eher bilden sich Verknüpfungen (Synapsen). Ziel von connect ist es, Suchende und Wissende rasch und wirksam zusammenzubringen, um projektrelevante Informationen auszutauschen. Die Kommunikationsplattform connect bietet eine attraktive Lösung, STRABAG LEAN Personal einarbeiten Co-Qualify identifizieren Bauen mit unser aller Wissen – Erfolgsfaktor Zusammenarbeit Building using all our knowledge – Collaboration as a success factor Employees, particularly in large organisations, are facing more and more the challenge of coping with the rising flood of information and finding solutions to their specific questions in due time. Knowledge management has the goal of increasing the productivity of the organisation by optimising employees' self-organisation and networking. To achieve this, the use of social media, if used appropriately, has much potential. The special feature of web 2.0 technologies is that the user is actively involved and not just a consumer in the creation of the content. The in-house developed tools scout and connect shall simplify and improve the communication and collaboration within STRABAG Group. scout is STRABAG’s central search engine which plows through an increasing number of databases of the Group. connect quickly links up people searching for a particular content fostering the easy exchange of data and information, and thus enhancing our knowledge. Beispiel für eine erfolgreiche Suche nach praktikabler Lösung über connect / Example of a sucessful search for practicable solution in connect Wann funktioniert Zusammenarbeit? Eine neuer Auftrag, ein neues Projekt: das Team wird mit Expertinnen und Experten aus verschiedenen Bereichen zusammengesetzt und beginnt zu arbeiten. Die Zusammenarbeit wird dann besonders wirksam und produktiv, wenn die Teammitglieder nicht nur einander mit ihrem Wissen unterstützen und voneinander lernen können, sondern wenn der Zugang zu weiteren, bis dato unbekannten und für die Lösung relevanten Wissensträgerinnen und -trägern einfach und schnell ist, unabhängig von Hierarchie- und Organisationsgrenzen. daraus ableitbaren Wissens wettbewerbsfähig zu gestalten. Kommunikation findet zunehmend digital über (soziale) Netzwerke im World Wide Web statt. Das Internet wird als Medium zur Kommunikation – sozusagen als virtueller Marktplatz – genutzt, weil notwendige Informationen schnell zu finden sind, um Lösungen zu entwickeln oder Entscheidungen zu treffen. Auf dem Weg zur lösungsorientierten Wissensgemeinschaft Komplexe Aufgaben können zunehmend nur mit interdisziplinärem Wissen gelöst werden. Als Generalunternehmerin besteht die zentrale Lösungskompetenz der STRABAG im Integrieren unterschiedlicher Gewerke – Schnittstellen zu meistern, darin besteht gerade das Knowhow im Konzern. Doch der immer schnellere Informationsfluss – v. a. dem Innovationstempo der Informationstechnologien geschuldet – beschleunigt den Entwicklungsfortschritt und damit auch die Anforderungen. Wissensmanagement hat zum Ziel, die Organisation der für Bauprojekte erforderlichen Daten, Informationen und des die richtigen Ansprechpersonen leicht aufzufinden und rasch mit Ihnen in Kontakt zu treten. Das Besondere daran: connect ist interaktiv und lebendig und unterscheidet sich damit vom bloßen Informationsmedium wie beispielsweise Wikipedia. Des Weiteren bietet es den Vorteil der synchronen Wissensverbreitung, anders als zum Beispiel bei an Personen gerichteten Anfragen. Rolle der Unternehmenskultur Als Voraussetzung, dass Kompetenz und Erfahrung weitergeben werden, ist eine entsprechende Unternehmenskultur notwendig; eine Kultur, in der Wissen selbstverständlich geteilt wird, Meinungen angehört werden und über die üblichen Hierarchieebenen hinaus direkt kommuniziert werden kann. Ausblick Den allgemeinen Nutzen von Wissensmanagement-Werkzeugen monetär zu quantifizieren ist schwierig, im Vergleich zu den dafür getätigten Investitionen. Die Ermittlung des Mehrwerts kann sich nur auf einzelne Maßnahmen oder Prozessschritte beziehen, wie z. B. schnellere Bearbeitungen von Angeboten oder Präqualifikationen, gerade bei großen, mehrere Standorte und Konzernorganisationen einbindende Projekte. Ein zeitgemäßes Wissensmanagement vermindert Redundanzen und möglicherweise auch Einarbeitungszeiten und Schulungsaufwand für neue Mitarbeiter. Als nächstes wollen wir feststellen, inwieweit connect und scout zu diesen Zielen beitragen. Factsheet connect (Stand Mai 2014): • bisher veröffentlichte Gemeinschaften: 179 • offene Gemeinschaften: 85 • Benutzer von connect pro Tag: Ø 200 • verwendete Hashtags: 1.400 • meistkommentierte Diskussion: neues Bild für die Strategie („Kill the Tausendfüßler“) – 28 Antworten, 27 gefällt mir Wissensmanagement Ziel / Nutzen • rasche und unkomplizierte Kommunikation über alle Hierarchieebenen • standort- und spartenübergreifender Informationsaustausch • Zugang zu kollektivem Wissen Kompetenzsteigerung • Förderung des gemeinsamen interaktiven Wertschöpfungsprozesses • schneller Zugang zu best practice und Erfolgen Mögliche Anwendung • Knowhow-Austausch in allen Bereichen Förderung intern Mentor Dr. Thomas Birtel Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Entwicklung & Innovation Projektleitung Marc Pühringer Bearbeitung Elisabeth Deinhofer, Karin Wögerer AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 Kernprozess 1.500 mm 1.350 mm 1.500 mm 1.350 mm Technik 112 I 113 Energie, Umwelt und Nachhaltigkeit / Energy, Environment and Sustainability Technik Leitungskanal Leitungskanal Unterkonstruktion Unterkonstruktion Research, Development, Innovation 2013 / 14 1.185 mm 714 mm 1.185 mm 1.500 mm 1.500 mm 1.350 mm 1.350 mm Fahrradaufhängung Anbringung - Links nach Herstellerangaben - Rechts in die Rundung angepasst 714 mm 1.500 mm e-Bike Station - V2 Fahrradaufhängung Anbringung - Links nach Herstellerangaben - Rechts in die Rundung angepasst 1.350 mm 1.500 mm e-Bike Station - V2 1.350 mm Aufstellung des fertigen Piloten in Ludwigsburg gegenüber dem Rathaus / Demonstration of the completed pilot in Ludwigsburg across from the town hall Technik Leitungskanal Unterkonstruktion Technik Leitungskanal Z-Box – eMobile timber charging station Within the framework of the Energy Transition, the importance of sustainable mobility concepts is constantly increasing. Electric bicycles (pedelecs) revolutionised the cycling industry since their first introduction five years ago. A growing trend towards car sharing, carpooling or electric vehicles – not only for private use – can be observed especially in high density urban areas. With only few exceptions, cities currently do not provide an infrastructure for charging and storing pedelecs. Therefore, the so-called Z-box project focuses on a mobile and modular timber architecture, providing a sustainable charging and rental station for pedelecs. A streamlined and completely computer model driven process enabled an efficient design to manufacturing process. Even the charging of an electric Smart, BMW i3 and Tesla P85 automobile has been validated successfully by integrating two wall chargers to the exterior of the Z-Box. Erster Entwurf der Außenform durch 5D / Initial design of the outer form by 5D Hintergrund In den wachsenden Metropolen Europas nimmt die Verkehrsdichte und damit die Schall- und die Schadstoffemission stetig zu. Die steigende Anzahl an Menschen mit ihren individuellen Bedürfnissen erfordert Lösungen für eine nachhaltige Stadtentwicklung zum Erhalt der Lebensqualität. Vor dem Hintergrund der Verknappung fossiler Brennstoffe ist ein wichtiger Beitrag für umweltverträgliche Städte die Elektrifizierung der Mobilität. Für den individuellen Verkehr bieten Elektrofahrzeuge (PKW, Pedelecs, Segways) großes Potenzial für die nachhaltige Stadtentwicklung; vor allem wenn diese aus erneuerbaren Energien gespeist werden. Die Bereitschaft der Menschen elektrisch zu fahren hängt davon, wie einfach und schnell sie ihre Fahrzeuge aufladen können. Bereits jetzt schon weisen Fahrräder mit Hilfsmotor sehr hohe Verkaufszahlen auf. Seit Erfindung der Mountainbikes, Anfang der 80er Jahre, hatte die Fahrradindustrie keine so hohen Zuwächse mehr zu verzeichnen. Ein weiterer erkennbarer Trend in der Stadt ist die Abkehr vom eigenen Auto. Sharing-Modelle erfreuen sich einer zunehmenden Beliebtheit, nicht nur bei Automobilen, sondern auch bei Fahrrädern. Das Problem hierbei: In unseren Städten gibt es aber bis auf wenige Modellkommunen keine Infrastruktur für das Laden und sichere Verwahren von Pedelecs. Ziel Die neu entwickelte modulare Lade- und Verleihstation Z-Box verbindet diese beiden Trends: Erste Skizzen der Architektur / First sketches of the architecture 1.185 mm 714 mm 1.185 mm 714 mm 1.500 mm 1.500 mm Z-Box – eMobile Ladestation aus Holz 1.350 mm 5D-Design-toproduction: Optimierung der Innenraumgestaltung, parametrischer Entwurf als Basis für die Produktion, Einzelbauteile / 5D-design to-production: optimisation of the interior design as the basis for the production of prefabricated components 1.350 mm Unterkonstruktion Elektromobilität in der Stadt wird attraktiv. Pedelecs können einfach ausgeliehen, abgegeben und aufgeladen werden. Drei Ziele wurden mit dem Projekt verfolgt: 1. Entwicklung und Bau eines Prototypen 2. umfassender Test und Erweiterung von Building Information Modelling (BIM) hinsichtlich „Design to Production“ 3. erstmalige Einsatz von Automatisierungstechnik (unter anderem Sensorik für Luftqualitätsmessung mit Temperatur, Feuchte, Feinstaub, CO2, Lagesensoren, Zugangskontrolle, Bedienung eines prototypischen Verleihsystems mittels einer App) aus dem Automobilbereich im Betrieb von Gebäuden den Anschluss an verschiedene Bezahl- und Verleihsysteme vorbereitet und lässt sich für nahezu alle Kundenwünsche konfigurieren. Pedelecs können entweder über ein Touchdisplay in der Box oder über eine App ausgeliehen werden. Die Z-Box wird so zum Netzwerkknoten einer neuen Mobilität. In die Dachfolie sind flexible Photovoltaikzellen für die Eigenstromerzeugung integriert, welche die Stromversorgung unterstützen. Das Design der Z-Box verbindet die Zukunftsthemen Elektromobilität und Holzbau. Ihre außergewöhnliche Form, die an die Plus- und Minuspole einer Batteriezelle erinnert sowie ihre Holzlamellenstruktur verdeutlichen dies. Konzept Komplett aus dem nachwachsenden Rohstoff Holz und modular konzipiert, ist die Ladestation variabel und kann leicht zwischen verschiedenen Standorten versetzt werden. Die Z-Box kann dauerhaft oder vorübergehend aufgestellt werden. Das äußere Erscheinungsbild kann individuell gestaltet werden. Die Bauweise ermöglicht weitere Nutzungsarten, wie z. B. Warteräume, Lounges oder Cafés. Die verwendete Sensorik, die in der Automobilbranche eingeführt ist, soll zukünftig Nutzer über die Cloud per GPS informieren: zum Beispiel die Verfügbarkeit der Pedelecs und lokale Witterungsbedingungen sind abrufbar. Die technische Lösung ist für Vom Design zum Produkt Die Architekturplanung erfolgte zunächst in 2D. Basis für die Produktion war ein komplettes 3D-Modell mit Holzkonstruktion, Schiebetür, Verglasung, LED-Beleuchtung, Dachkonstruktion, Zugangsrampe und Fahrradständern. Das 3D-Modell wurde direkt für die Fertigung (Abbund mit Portalbearbeitungsmaschine und Roboter) verwendet. Kabelwege wurden eingefräst, ebenso die Nuten für die LED-Beleuchtung, welche verschiedene Lichtfarben ermöglicht. Mit dem 3D-Modell konnte die Nutzung der Fahrradständer für die Raumoptimierung kinematisch simuliert werden. Der Prototyp wurde mittels eines 3D-Laser Scanners vermessen und mit dem Produktionsmodell abgeglichen. Die Innenraumkonditionen Energie, Umwelt und Nachhaltigkeit / Energy, Environment and Sustainability Produktion im Werk in Aichach: Lamellen, Endmontage Elektrotechnik / Production in Aichach: wooden ribs, final electrical installation 114 I 115 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Aufstellung in Ossiach / Exhibited in Ossiach wurden mit einer thermischen Gebäudesimulation ermittelt. Der Prototyp wurde anlässlich des 10. Deutschen Corporate Social Responsibility - Forums in Ludwigsburg auf der Verkehrsinsel zwischen B27 und Wilhelmstrasse erstmals der Öffentlichkeit für vier Wochen gezeigt. Anfang Juni wurde die Z-Box während der Ossiach Energy Talks 2014 ausgestellt. Seit dem 10. Juni 2014 steht sie am Züblin-Standort Stuttgart und konnte von den Gästen des Parlamentarischen Abends am 25. Juni 2014 besichtigt werden. Das Laden von Elektroautos wurde über zwei nachträglich installierte Wall-ChargerEinheiten ebenfalls möglich und erfolgreich mit einem Elektro-Smart, einem BMW i3 und einem Tesla P85 getestet. Ausblick Aus Gesprächen mit potenziellen Kunden, Nutzern und dem Projektteam werden Anregungen aller Art in einer sogenannten „Better-List“ (mittlerweile mehr als 160 Verbesserungspunkte) gesammelt und in Regelterminen bewertet und in die Weiterentwicklung der Z-Box eingebracht. Im Hinblick auf die Entwicklung eines Serienproduktes ist dabei insbesondere die Schwachstrom- und Automatisierungstechnik im Fokus. Angedacht ist beispielsweise die Vorfertigung ganzer Kabelbäume und modularer Schaltschrankeinheiten, die nach der Herstellung nur noch über verpolungssichere Stecker verbunden werden. Das Projekt dient so neben einer avisierten kommerziellen Nutzung – Gespräche mit mehreren Kommunen laufen – weiterhin als Multiplikator und Pilotprojekt für BIM und bietet mit der Sensorik den Einstieg in das Internet der Dinge. Display mit Benutzeroberfläche / Display with user interface Laden eines ElektroSmarts / Charging an Electro-Smart AUF EINEN BLICK Z-Box Schaltschrank / Electrical control cabinet Aufstellung mit dem Kran in Ludwigsburg / Installation by crane in Ludwigsburg Ladeboxen für Elektroautos an der Außenseite / Exterior recharging stations for electrical vehicles Pedelecs Aufbewahrung: Wandhalterung / E-bikes storage: wall mounted bracket Ziel / Nutzen • Entwicklung einer mobilen, modularen Lade- und Verleihstation in Holzbauweise für elektrisch betriebene Fahrzeuge Mögliche Anwendung • Städte / Kommunen, Business to Business (B2B) Partner, Mobilitätsbetreiber • Unternehmen mit Mitarbeitermodellen zur Elektromobilität • Ladestation für E-Roller und E-Autos (optional möglich) Förderung intern Projektlaufzeit seit Juni 2013 Unternehmenseinheit UB H+I Deutschland 2C: Werke/Werkleistungen ES; ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau (TGA, ARC), Baubetrieb (5D-Planung) Projektleitung Dr. Rainer Bareiß, Florian Dobner, Joachim Müller Bearbeitung Andreas Amorth, Dr. Rainer Bareiß, Christian Baun, Tobias Bichler, Florian Dobner, Jörg Endrich, Tomislav Filipovic, Nicolas Früh, Klaus Günter, Robert Hecker, Joachim Müller, John Myers, Mark Schepurek, Markus Schlotz, Daniel Wählisch, Brigitte Wichert Patente, Publikationen • • • • Deutsche Patentanmeldung DE 10 2014 006 418 – Schutzrecht angestrebt Ausstellung bei den „Ossiach Energy Talks 2014“ Ausstellung am Parlamentarischen Abend am 25.6.2014 im Züblin-Haus Bareiß, R.; Pralle, N.: Bauen im Zeitalter des Internets (der Dinge). Relevante Trends bei Gebäuden, Städten, Mobilität und zukünftige Erfolgsfaktoren. Bauingenieur, Springer/VDI-Verlag, Jahresausgabe 2014/15 (akzeptiert zur Publikation) Energie, Umwelt und Nachhaltigkeit / Energy, Environment and Sustainability Gebäudeanimation am Hafen / Building model at the harbour Das BRYGHUS-Projekt: Umsetzung bauherrenspezifischer Nachhaltigkeitsziele auf der Baustelle in Kopenhagen Denmark is deemed Europe’s leader in a green and sustainable lifestyle. The capital city of Denmark, Copenhagen, proves this leadership through striving to become the world’s first CO2-neutral city by the year 2025. Given this background, the significance placed by the client on sustainability objectives for the BRYGHUS project is very high. Even though the objectives have already been defined in 2005, the expectations set by the client are higher than the requirements of currently available certification systems. In order to be awarded with the contract, the general contractor had to provide an approach to the client that will warrant the achievement of the sustainability objectives during the execution phase. The aim of this study is to present this approach with its main features and to reflect the different sustainability aspects, which are relevant for the general contractor. Hintergrund Dänemark gilt als europäischer Spitzenreiter für Nachhaltigkeit. Die Hauptstadt Kopenhagen plant bis zum Jahr 2025 weltweit die erste CO2-neutrale Stadt zu werden. Intention der dänischen Nachhaltigkeitsstrategie ist „eine Gesellschaft im Gleichgewicht zu erhalten, national und international“ [1]. Zu einer der Kernthesen hat die dänische Regierung einen Katalog mit Nachhaltigkeitsindikatoren vorgelegt, der seit Mai 2002 in der öffentlichen Diskussion steht. Es wurde erkannt, dass nachhaltige Entwicklung nur durch Teilnahme der Lokalbehörden und der Bürger möglich wird. Aus diesem Selbstverständnis heraus legen die Auftraggeber des BRYGHUS-Projekts großen Wert auf das Festlegen und Einhalten von Nachhaltigkeitszielen. Obwohl die projektspezifischen Nachhaltigkeitsziele von den Auftraggebern bereits in der Entwurfsplanung im Jahr 2005 entwickelt und definiert wurden, sind die Anforderungen dieser Ziele immer noch höher als die der derzeit bekannten Zertifizierungssysteme. Daraus ergeben sich neue Herausforderungen für den Generalunternehmer: Nachhaltigkeitsanforderungen, die über die Gebäudezertifizierungen wie DGNB, LEED und BREEAM hinausgehen, müssen für eine erfolgreiche Zusammenarbeit erfüllt werden. Um den Auftrag zu erhalten, musste der Generalunternehmer bereits in der Angebotsphase ein Konzept erarbeiteten, das die Einhaltung der Nachhaltigkeitsziele des BRYGHUS-Projekts während der Ausführung sicherstellt. Das Ziel dieses Beitrages ist die Präsentation dieses Konzeptes mit dessen Hauptmerkmalen und Nachhaltigkeitsaspekten, sodass für zukünftig folgende Aufträge im Konzern eine Grundlage geschaffen wird. Projekt BRYGHUS Das BRYGHUS-Projekt ist ein sechsgeschossiges Multifunktionalgebäude auf einem ehemali- Prozessablaufplan für Transportenergie und die Angebotsphase / Process flow plan for transportation energy and the tendering phase transport management Nachhaltigkeitsziele des Bauherrn Folgende projektspezifische Nachhaltigkeitsziele sind zu erfüllen: • Einhaltung maximaler Grenzwerte von gebundenen CO2-Emissionen in Materialien und Produkten • Materialtransport: Identifikation der Transportenergien und der damit verbundenen CO2- Emissionen (95 % aller Materialgewichte im Gebäude) • Energieeffizienz auf der Baustelle: optimierter Ressourcenverbrauch und Reduktion der damit verbundenen CO2- Emissionen • Auswahl umweltfreundlicher Materialien / Produkte Die Ziele sollen mithilfe von Nachhaltigkeitskennwerten und Alternativvorschlägen unter Berücksichtigung ökonomischer und ökologischer Gesichtspunkte erreicht werden. Die Nachweisführung ist in monatlichen Berichten festzuhalten. Project phases Research, Development, Innovation 2013 / 14 gen Brauereigelände am Kopenhagener Hafen. Auftraggeberin ist die dänische Projektentwicklungsgesellschaft Realdania Byg A/S. Nach den Plänen von Architekt Rem Koolhaas aus den Niederlanden entstehen im BRYGHUS der neue Sitz des dänischen Architektur Centers (DAC), Wohnungen, Büros, Geschäfte, Gastronomie sowie öffentliche Freizeitflächen. Die Fertigstellung ist für Herbst 2017 geplant. Zählerstand mit kabelloser Verbindung zum Internetportal / Meter reader with a wireless connection to the internet portal BRYGHUS Copenhagen: The implementation of client-specific sustainability objectives at a construction site 116 I 117 Das Nachhaltigkeitskonzept Das Konzept wurde in der Angebotsphase erarbeitet und beschreibt: • die Identifizierung der Risiken und Chancen zur Erreichung der Nachhaltigkeitsziele vorgesehene Tools zur Minderung und Handhabung der Risiken während den Projektphasen: Planung, Vergabe und Ausführung • Prozessablaufpläne und -schritte, unter Einbindung aller Projektbeteiligten Die entsprechenden Fachkompetenzen zu den oben aufgeführten Punkten waren nachzuweisen. Status: 2013-01-08/Luik Project participants SUBCONTRACTOR (Concrete, Steel, Facade ...) * ZÜBLIN Team ZÜBLIN Team (sustainability specialist) CLIENT Team * 95 % proportion by weight ∑ of all materials in building Handover: detailled design, materials lists and quantities per review and optimize of materials quantities (e.g. structure, steelwork, facade) Design adjust and optimize means of transport, routes, logistics Concept: stategy, objectives, action plan (monitoring, evaluation, tools) review / approve / reject Logistics concept: planned means of transport, routes, intervals Contract award review and value complete tender / logistics review and evaluate ecological effects review / comment / decide certificate logistics e.g. delivery note, logbook request and forward review, evaluate, comment Execution monthly report review / approve / reject End of project documention of all certificate logistics Final evaluation, report, documention Research, Development, Innovation 2013 / 14 Energie, Umwelt und Nachhaltigkeit / Energy, Environment and Sustainability 118 I 119 System boundary boundary -System example trade: trade: facade facade ** example fabrication fabrication Alu-frame Alu-frame fabrication fabrication glas glas pre-fabrication pre-fabrication facade-system facade-system fabrication fabrication panel II panel fabrication fabrication panel II II panel BRYGHUS BRYGHUS Project Project Copenhagen Copenhagen changing of of conveyance conveyance changing schematic diagram diagram ** schematic System boundary boundary -System example trade: trade: structur structur (conrete (conrete in in situ) situ) ** example mining mining course course fabrication fabrication concrete in in situ situ concrete fabrication fabrication cement cement mining mining sand sand schematic diagram diagram ** schematic Systemgrenze: Transport Abwicklung und Erfassung Transportenergien / System boundary: Transport handling and Recording of transport energy Temporäre Landgewinnung / Temporary land reclamation BRYGHUS BRYGHUS Project Project Copenhagen Copenhagen distributor distributor Umsetzungsstrategie / Ausführung Mit dem Bauherrn wurde folgende Umsetzungsstrategie für die Gewerke Betonbau, Stahlbau, Fassade und Autoparksysteme abgestimmt: • gebundene CO2-Emissionen in Materialien / Produkten: quantitative Erfassung und Berechnung der CO2-Emissionen aller wesentlichen Materialien während der Bauphase. Diese sind Beton, Stahl, Alurahmen und Glas. • Transportenergien: sämtliche Transportwege und die daraus resultierenden Energieverbräuche im Einflussgebiet der Subunternehmer. Dies schließt neben dem eigenen Materialtransport auch die Transportwege des Lieferanten der Vorkette ein. • Energieverbräuche auf der Baustelle: Monitoring, Auswertung und Optimierung sämtli- cher Energieverbräuche im Verantwortungsbereich von Züblin sowie die Erfassung der Dieselverbräuche aller Baustellenmaschinen von Subunternehmern • Vermeidung ungewollter Materialien: Dokumentation der Materialdeklarationen und Bewertung von Alternativprodukten Report: Transport Transport Handling, Handling, Energy Energy Efficiency Efficiency on on site site or or CO CO22-Emissions -Emissions of of materials/products materials/products Report: Zeitlicher Ablaufplan und Einbindung in bestehende Umsetzungsprozesse Ziel ist es, bei allen Gewerken sämtliche Nachweisführungen und Dokumentationen vor Ausführungsbeginn abzuschließen. Um das zu erreichen, wird sofort nach Vertragsabschluss mit der Deklaration der Materialien und Produkten begonnen. Nach dieser Phase sollen sämtliche Reviews in Nachhaltigkeit, Technik und Quality Assurance beziehungsweise Quality Control abgeschlossen sein. Alternativ-Materialien muss der Nachunternehmer bereits während der Angebotsphase anmelden. Im nächsten Schritt werden die Kriterien Transportenergien (Material) und gebundene CO2-Emissionen in Materialien und Produkten vom Nachunternehmer bearbeitet. Vor Beginn der Ausführung werden die Nachunternehmer dazu aufgefordert, eine Liste der dieselbetriebenen Baustellenmaschinen mit Umweltkenndaten vorzulegen. In dieser Phase erfolgt der letzte Aufruf, ob neue Materialien / Produkte zu deklarieren sind, da zwischen Vergabe und Ausführung weit über ein Jahr liegen kann. Vor Ausführungsbeginn sind sämtliche Hauptaufgaben für den Nachunternehmer abgeschlossen. Züblin wird stichprobenartig Qualitätskontrollen durchführen. Änderungen zu den Materialien, Produkten und Transportkonzepten sind vom Subunternehmer an die Ed. Züblin AG oder den Kunden direkt mitzuteilen. Subcontractor Subcontractor 2 2 Werkzeuge Für alle vier Strategiepunkte liegen bereits von der Zentralen Technik praktische Erfahrungen aus Zertifizierungssystemen und Forschungsvorhaben vor. Damit kann zum großen Teil auf bereits bestehende Tools zurückgegriffen werden, die projekt- und länderspezifisch angepasst, ergänzt und erweitert werden. Berichtswesen In jedem Quartal sind Berichte für den Kunden zu erstellen, die die Auswertungsergebnisse und Optimierungsmaßnahmen der Energieverbräuche und CO2-Emissionen und den Stand der Dokumentation zusammenfassen. Die Quartalsberichte erstellt die Ed. Züblin AG wie folgt: • Die Mess- und Berechnungsdaten der Energieverbräuche und CO2-Emissionen werden in der Projektplattform think project! dokumentiert und anschließend von Züblin analysiert, ausgewertet, optimiert und in einem Bericht an den Auftraggeber zur Durchsicht und Freigabe weitergereicht. subcontractor subcontractor ZAS ZAS Client Client review/evaluate review/evaluate documents documents review review // comment comment ThinkProject ThinkProject Subcontractor Subcontractor 1 1 ThinkProject ThinkProject report report quarter quarter ThinkProject ThinkProject ThinkProject ThinkProject Subcontractor Subcontractor 3 3 ThinkProject ThinkProject Subcontractor 4 4 Subcontractor Report: Choice Choice of of environmentally environmentally friendly friendly materials/products materials/products Report: subcontractor subcontractor ZAS ZAS material declaration declaration material Subcontractor 1 1 Subcontractor Subcontractor 2 2 Subcontractor Subcontractor 3 3 Subcontractor Client Client review // (comments) (comments) review ThinkProject ThinkProject • Die Materialdeklarationen werden ausschließlich in think project! dokumentiert, bewertet und sofort an den Auftraggeber zur Freigabe weitergeleitet. Der aktuelle Bearbeitungsstand wird quartalsweise über einen generierten Report in think project! eingefroren. Fazit Das Projekt BRYGHUS hat gezeigt, dass der Konzern gut aufgestellt ist, um auf bauherrenspezifische hohe Nachhaltigkeitsanforderungen reagieren zu können. Dieses Projekt ist ein Beispiel für die erfolgreiche Integration von praktischer Erfahrung und dem Wissen aus abgeschlossenen Forschungen. Die Erkenntnisse nach Abschluss der Fertigstellung dieses Projektes werden zur kontinuierlichen Weiterentwicklung im Bereich der Nachhaltigkeit und erneuerbaren Technologien führen. review // approve approve // reject reject review ThinkProject ThinkProject ThinkProject ThinkProject report report quarter quarter ThinkProject ThinkProject ThinkProject ThinkProject ThinkProject ThinkProject Subcontractor 4 4 Subcontractor ThinkProject ThinkProject ThinkProject ThinkProject Berichtswesen / Reporting AUF EINEN BLICK BRYGHUS-Projekt Ziel / Nutzen • in Angebots- und in Ausführungsphase aufzeigen, dass auf projekt- und bauherrenspezifische Anforderungen (zum Beispiel im Bereich Nachhaltigkeit) reagiert werden kann • Anwendung von Tools und Erfahrungen aus anderen Ausführungs- und Forschungsprojekten Mögliche Anwendung • Einsatz eines Umweltmanagementsystems auf Baustellen, z. B. nach der EMAS III Verordnung Förderung intern Projektlaufzeit März 2013 bis Oktober 2017 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau, SF (TNB); UB H+I Deutschland/BNL 2F: Nord DO (Ed. Züblin AG) Projektleitung Bettina Luik Bearbeitung Jan Mangelsen, Christiane Osterhoff, Bettina Luik Quellen • [1] Lexikon der Nachhaltigkeit. (09. 01. 2014). Nachhaltigkeit. Abgerufen am 27. 03. 2014 von www.nachhaltigkeit.info: http://www.nachhaltigkeit.info/artikel/nachhaltigkeitsstrategie_2002_886.htm Research, Development, Innovation 2013 / 14 Transport Handling Transport Handling Eigene Energiegewinnung Solar Wasser Wind Klärgas Biomasse Erdwärme Böblingen Ludwigsburg Photovoltaik- und Solarthermieanlagen (Betrieb) 26 17 20 17 19 31 Dachflächen die Dritten zur Verfügung stehen 18 20 33 22 22 37 Wasserkraftwerke (Betrieb) 0 0 3 0 0 4 Wasserkraftwerke (in eigenem Besitz) 1 7 20 18 16 13 Windkraftanlagen 1 1 3 1 4 0 Klärgasverstromung in der eigenen Kläranlage 4 8 6 19 2 11 Klärgasverstromung in Gruppen-, Verbands- oder Gemeinschaftsklärwerken 0 13 24 7 23 16 Biogasanlagen 10 12 22 17 16 17 Heizzentralen mit Holzprodukten 13 18 7 44 15 21 Erdwärme 2 0 8 1 3 2 Nutzung von erneuerbaren Energien in den untersuchten Landkreisen / Usage of renewable energies in the analysed districts Energiewirtschaft in der Region Stuttgart Energy economy of the Stuttgart region The industry expects extraordinary changes for the German energy production market. In future, the focus will be on the development of local renewable sources. In addition to the main and already widely known renewable sources for energy production, i.e. water, wind or solar, there are, meanwhile many other sources, for instance biogas, wood, geothermal and sewage, Böblingen 5.362 30.365 158 0 80.339 Ludwigsburg 13.780 102.162 84.249 Stromerzeugung 2013 in MWh/a aus erneuerbaren Quellen in den Landkreisen Böblingen und Ludwigsburg / Production of electricity in 2013 in MWh/a out of renewable sources in the districts Boblingen and Ludwigsburg (Quelle: EnergyMap, StaLaBW) 4.065 133.331 Solar Wind Wasser Biomasse Klärgas which are locally available and show high potential. This study developed a database which provides information about the current situation and the prospective strategic planning for energy production of the local authorities. Hence new markets within the energy production sector have been identified and are presented within the framework of this paper. Hintergrund Die Energiewirtschaft ist im Umbruch. Deutschland hat sich ehrgeizige Ziele gesteckt, den Anteil fossiler Energieträger wie Kohle, Öl und Gas, aber insbesondere auch den der Kernenergie deutlich zu reduzieren. Bis zum Jahr 2050 sollen 80 % des Energieverbrauchs durch erneuerbare Energien gedeckt werden. Gleichzeitig wird bis dahin eine Verminderung des Primärenergieverbrauchs um 50 % im Vergleich zum Jahr 2008 angestrebt. Ziel dieser Studie ist es, die Rahmenbedingungen, die Potenziale und die lokalen praktischen Ansätze zur Umsetzung dieser langfristigen Vorgaben am Beispiel der Region Stuttgart zu untersuchen. Auf dieser Basis können Rückschlüsse auf mögliche Entwicklungsfelder für den STRABAG Konzern gezogen werden. Methodik Wesentlicher Bestandteil war die systematische Erfassung der Situation in der Region Stuttgart im Jahr 2013. Die Erhebungen wurden durch Recherchen der öffentlich zugänglichen Quellen über das Internet und durch Befragungen der Verwaltungen einzelner Landkreise und Gemeinden durchgeführt. Landkreise Landeshauptstadt Stuttgart Ergebnis Ein Ergebnis der Studie war, dass sich die Ausgangssituationen im Untersuchungsgebiet stark unterscheiden. Die Zukunftspläne wurden zudem regional sehr unterschiedlich formuliert. Gründe dafür sind die ungleichen Randbedingungen zur potenziellen Nutzung von erneuerbaren Quellen, aber auch der politische Wille, die vorhandenen Quellen gezielt zu nutzen und die Nutzung strategisch weiter zu entwickeln. Im Trend liegen neben der vielfach genutzten Solarenergie die Verwendung von Holz und Holzprodukten zur Wärmeenergieerzeugung sowie die Klär- und Biogasnutzung. Langfristig auf Nachhaltigkeit angelegte Projekte setzen auf eine Kombination der vorhandenen natürlichen Ressourcen zur gleichzeitigen Produktion von Strom und Wärme in Verbindung mit einem Nahwärmeversorgungsnetz. Zurückhaltung herrscht in den Gemeinden in vielen Fällen bei der lokalen Nutzung von Erdwärme aufgrund der in der Region aufgetretenen Schadensfälle durch unsachgemäß ausgeführte Tiefbohrungen. Auch die Windkraftanlagen werden zumeist deswegen kritisch gesehen, weil sie das natürliche Landschaftsbild verändern. RemsGöppingen Murr-Kreis Esslingen Ausblick Die Speicherung von Energie ist eines der größten ungelösten Probleme. Derzeit werden Schwankungen der Stromproduktion durch regenerative Energiequellen über das Stromnetz – das auch aus Kernenergie und fossilen Brennstoffen gespeist wird – ausgeglichen. Regionale Selbstversorgungen werden aus diesem Grund nur untergeordnet möglich sein. Wärmespeicherung bleibt meist auf den Tagesrhythmus beschränkt. Saisonspeicher finden sich aber bereits vereinzelt. Zukunftstrends ergeben sich, neben verstärkter Windkraftnutzung, vor allem auf dem Gebiet der Kopplung von Strom- und Wärmerzeugung in Verbindung mit Nahwärmenetzen. Auch die Bio- und Klärgasnutzung wird aufgrund der vielfach vorhandenen Quellen weiter zunehmen. Die Recherchen haben deutlich gemacht, dass eine aktive Teilnahme gerade der lokalen Verwaltungen für das Erreichen der angestrebten Ziele und eine klare Strategie und Zielsetzung notwendig sind. Energiewirtschaft in Stuttgart AUF EINEN BLICK Ziel / Nutzen • Potenziale und Trends bei der Umstellung auf erneuerbare Quellen identifizeren Mögliche Anwendung • Erschließung zukünftiger Märkte auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien Förderung intern Projektlaufzeit Januar 2013 bis Dezember 2013 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Tief- und Tunnelbau (TEE) Projektleitung Dr. Holger Wahrmund Bearbeitung Alessandro Costantini Patente, Publikationen • Costantini, Alessandro: Energiewirtschaft in der Region Stuttgart. Bachelorarbeit. Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin. 2013 Research, Development, Innovation 2013 / 14 120 I 121 Energie, Umwelt und Nachhaltigkeit / Energy, Environment and Sustainability Offizielle Begrüßung von John Myers (Gilbane, 2. v. l.) durch den Züblin-Vorstand Klaus Pöllath (1. v. l.), mit Karin Haasis-Straube (HRD) und Konstantinos Kessoudis (ZT, Mentor von John Myers; ganz rechts) / Welcoming John Myers (Gilbane, 2nd on the left) by Züblin-board member Klaus Pöllath (left), with Karin Haasis-Straube (HRD) and Konstantinos Kessoudis (ZT, John Myers´ mentor, on the right) Wissenstransfer zwischen Gilbane und Züblin punkt Healthcare- und Federal-Projekte), Projektsteuerung, Projektentwicklung und Umzugslogistikdienstleistungen. Die beiden am Austauschprogramm beteiligten Züblin-Organisationseinheiten sind die Zentrale Technik (5D-Planung) sowie die Direktion Stuttgart. Stand der Arbeiten Der Empfang des ersten amerikanischen Bauingenieurs im Januar 2013 markierte den Start des Austauschprogramms. Der Mitarbeiter aus den Vereinigten Staaten wurde unter anderem auf dem Großprojekt „MILANEO“ der Direktion Stuttgart eingesetzt und hat dort die Organisation und Abwicklung einer Großbaustelle im Züblin teamconcept kennengelernt. Inzwischen war auch schon der zweite Mitarbeiter aus den Vereinigten Staaten seit Januar 2014 bei der deutschen 5D-Gruppe. Der erste deutsche Teilnehmer am Austauschprogramm war im Frühjahr 2013 ein Mitarbeiter aus der 5D-Planung der Zentrale Technik. Aufgrund der gleichen (Software-) Werkzeuge und 122 I 123 der gleichen Herangehensweise an BIM konnte dieser bereits ab dem dritten Tag im 5D-Team in den USA produktiv mitarbeiten. In Boston, Miami, Phoenix, Athens und Denver hat er bei der Mitarbeit an realen Projekten sowie bei der Teilnahme an Konferenzen und Tagungen wertvolle Erfahrungen gesammelt. Im Anschluss waren auch zwei Mitarbeiter aus der Direktion Stuttgart jeweils für mehrere Wochen bei Gilbane in den USA. Ausblick Auf beiden Seiten findet ein wöchentlicher Austausch via Online-Konferenzen mit den Betreuern statt, es erfolgen aber auch Berichte in regelmäßigen Blogbeiträgen im Stranet sowie in einer Videozusammenfassung. Der Austausch zwischen Züblin und Gilbane bietet den Beteiligten einen einmaligen Einblick in die Arbeitskultur und Vorgehensweise des JointVenture-Partners. Dies wird in der zukünftigen Zusammenarbeit ganz sicher von großem Nutzen sein. Knowledge transfer between Gilbane and Zueblin A joint venture for the new United States Military Hospital project in Ramstein has been established between Gilbane Building Company from the United States of America (U.S.) and the Ed. Zueblin AG from Germany. In order to increase the competitiveness of the bid, a novel approach for enhancing the collaborative aspects has been initiated. In August 2012 the management board members of both companies signed an agreement for a personal exchange program between the employees of both companies. This provided the opportunity to get to know the partner’s company culture, key capabilities and workflow. The aim of this program is to improve the collaboration and eliminate possible discrepancies in the early stages of the project, so that there will be a smooth work flow during the tendering and of course after the possible contract award. Since January 2013 three German and two American civil engineers have participated in this exchange program and have collectively gained insight and experience in each other’s organisation and country. The main benefits of this program will be evident when the project tendering phase starts in 2015. Joe Claussen (Gilbane, Mitte) mit Jens Staiger (links) und Simon Jagenow (rechts), beide Direktion Stuttgart / Joe Claussen (Gilbane, centre) with Jens Staiger (left) and Simon Jagenow (right), both from the Stuttgart branch Hintergrund In Vorbereitung auf den Wettbewerb um den Neubau eines amerikanischen Militärkrankenhauses in Ramstein startete die deutsche Ed. Züblin AG eine einzigartige Kooperation mit der amerikanischen Bauunternehmung Gilbane Building Company. Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus beiden Unternehmen erhalten im Rahmen eines Personalaustauschprogramms die Gelegenheit, die Organisation und Arbeitsweise beim Kooperationspartner und im Gastland kennenzulernen, um bei vorgesehenen Angebotsbearbeitungen und im Auftragsfall bei der Projektabwicklung besser zusammenarbeiten zu können. Der Aufenthalt beim Partnerunternehmen ist vorerst auf drei Monate angelegt, Verlängerungen sind jedoch möglich. Bisher haben je drei deutsche und zwei amerikanische Kollegen am Austauschprogramm teilgenommen. Gilbane ist ein in fünfter Generation geführtes Familienunternehmen im Baubereich aus den USA mit über 60 Niederlassungen. Das Unternehmen wurde 1873 in Providence, Rhode Island, USA gegründet. Die rund 2.500 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter erwirtschaften pro Jahr einen Umsatz von rund drei Milliarden U.S. Dollar. Die Geschäftsbereiche des Unternehmens umfassen Managementleistungen in den Bereichen Schlüsselfertigbau (mit dem Schwer- Empfang von Nikolas Früh (Züblin, Mitte) bei Jeff Schramm, Senior Vice President, Gilbane (links) und Thomas F. Gilbane Jr., CEO Gilbane (rechts) / Welcoming Nikolas Früh (Züblin, centre) by Jeff Schramm, Senior Vice President, Gilbane (left) and Thomas F. Gilbane Jr., CEO Gilbane (right) Züblin - Gilbane Mitarbeiteraustausch Ziel / Nutzen • Kennenlernen der jeweils anderen Organisation, Arbeitsweise und Art der Projektumsetzung • Entwicklung eines interkulturellen Verständnisses und Verbesserung der Sprachkenntnisse Mögliche Anwendung • Großprojekte US-amerikanischer Bauherren (beispielsweise US-Militärhospital in Ramstein) mit deutsch-amerikanischer Zusammenarbeit Förderung intern Schirmherr Klaus Pöllath Partner Gilbane Inc., Providence, Rhode Island, USA Projektlaufzeit seit Oktober 2012 Unternehmenseinheit ZB Zentrale Technik 30: Baubetrieb (5D-Planung); UB H+I Deutschland 2C: Stuttgart EP (Ed. Züblin AG) Projektleitung Peter Steinhagen, Karin Haasis-Straube Bearbeitung bei Züblin: Nikolas Früh, Simon Jagenow, Konstantinos Kessoudis, Roland Wiehl, Sven Winkler bei Gilbane: Joe Claussen, John Myers, Jeff Schramm Patente, Publikationen • Informationsblog im STRANET (Züblin Gilbane Employee Exchange - Blog) • teams – Artikel, Ausgabe 2014-1 AUF EINEN BLICK Research, Development, Innovation 2013 / 14 Organisation und Netzwerke / Organisation and Networks FuE+I Projekte 2013 Verzeichnis / Index 124 I 125 Medienresistenter Asphalt für Industrieflächen, WHG Flächen und JGS-Anlagen Media-resistant asphalt for industrial surfaces WHG surfaces and JGS systems RD+I Projects in 2013 Lärmreduzierung durch Gummigranulat und optimierter Oberflächentextur von Gussasphaltdeckschichten Noise reduction by using rubber granules and an optimised surface texture of mastic asphalt layers Leistungs-Asphalt Performance Asphalt Einfluss von Haftmitteln auf die Nutzungsdauer verschiedener Asphaltbefestigungen Influence of adhesives on the life-cycle of various asphalt pavements Bitumenqualität am Markt durch neue Methoden erfassen New methods to measure bitumen quality on the market Untersuchung der Verwendung rechnerischer Ansätze und einfacher Feldversuche zur Ermittlung der Wasserdurchlässigkeiten bei ungebunden Tragschichten Investigating the usability of computational approaches and simple field tests to determine the water permeability in unbound support layers Baustofftechnologie / Construction Material Technologies Beton für elektrostatisch ableitfähige Bodenplatten Concrete for electrostatic conductible floor slabs Einsatz von Rückgewinnungsfüller aus der Gesteinskörnungs- und Asphaltproduktion im Erdbau Using recoverd filler from the rock grit and asphalt production in earthworks Sonderbau Special construction Bestimmung der reaktiven Oberfläche von Gesteinskörnungen bezüglich Alkali-Aggregat-Reaktionen Determining the responsive surfaces of composites in regard to alkali-aggregate reactions Faserbewerter Beton Fiber-reinforced concrete Wirksamkeit und Reaktivität von Hüttensand als Betonzusatzstoff Effectiveness and reactivity of blast furnace slag as concrete additive Waschbeton CZ – Anpassung der Technologie an die nationalen Rechtsverhältnisse Exposed Aggregate Concrete CZ – adjusting the technology in accordance with national legal standards Einfluss von Sand auf die Druckfestigkeit in hydraulisch gebundenen Tragschichten Influence of sand on the compressive strength of hydraulically bound sub-bases Verbesserung der Einsatzmöglichkeiten konzerneigener Lagerstätten im Betonstraßenbau durch Optimierung der Betonzusammensetzung hinsichtlich AKR Improving the usability of in-house deposits für concrete road works optimizing the concrete composition with respect to AKR Beurteilung der Frostbeständigkeit von Gesteinskörnungen – Einfluss bituminöser Bindung Assessing the frost resistance of aggregates – the impact of bituminous binders Frostsicherheit von Recyclingmaterial – Evaluierung von Schnellversuchen Frost susceptibility of recycling material – evaluation of rapid tests Griffigkeitsprognose für Asphaltmischgut – Einfluss der Textur Prognosis of skid resistance for asphalt Entwicklung eines robusten Polypropylen-Faserbetons für Tunnelbauprojekte Development of a robust polypropylene fibre concrete for tunnel construction projects Konzept zur Qualitätssicherung beim Einbau von Faserbetonen am Bauvorhaben Bühltunnel Quality-assurance-concept for casting fibre concrete at the Bühltunnel project Pumpbarkeit hochfester Betone Pumpability of high performance concretes Hochstandfeste Asphaltdeckschicht DAsphalt D HS High stable asphalt wearing course mix DAsphalt® D HS ® Maximale Zugabemenge von Asphaltgranulat im Asphaltmischgut – Maximalrecycling Maximum added amount of asphalt granulat in asphalt mixtures – Maximalrecycling TPA – GmA/GmB Produktoptimierung und Markteinführung TPA – GmA/GmB product optimisation and launch Anwendung von Asphaltgranulat in Asphaltmischungen hergestellt aus normalen Asphalt sowie mit Polygum Asphalt Application of asphalt granulate in asphalt mixes produced using normal asphalt type as well as using polygum asphalt – functional research Eigenschaften von hochfestem Asphaltbeton (HSMAC) mit verschiedenen Bindemitteln und modifizierenden Zusatzstoffen Functional properties of high stiffness modulus asphalt concrete (HSMAC) with various binders and modifing additives Bestimmung der Haftung zwischen Aggregat und Bitumen nach PN-EN 12697-11:2012 Determination of adhesion between aggregate and bitumen according to PN-EN 12697-11:2012 Vergleich verschiedener Methoden zur Abschätzung der Steinstaubqualität (SE, MB, IP) als Entscheidungsgrundlage für Zuschlagstoffe für Asphaltmischungen und Sauberkeitsschichten Comparison of different methods used for estimation of stone dust quality (SE, MB, IP) as factors deciding about application of aggregate for asphalt mixes and subbases Auswirkungen der Modifizierung der Betonzusammensetzung auf die Parameter Biege-, Spaltzug- und Druckfestigkeit von Asphaltdecken und deren Beziehung zueinander Relationship between flexural, tensile splitting strength and compressive strength of pavements concrete and the impact of modifing the concrete composition on these parameters Mechanistische Planung von Mischbauweisen im Asphaltbau mit STRABAPHALT Mechanistical design of pavement composite pavements with STRABAPHALT Zulassung Weichgel in Berlin Approval soft gel Projekte der TPA-BTI: / TPA projects: 1. Qualitätsprüfung und Lenkung / Quality check and guidance 1.1 Betontechnologie International / Concrete engineering international 1.2 Qualitätssicherung Sichtbeton / Quality insurance face concrete 1.3 Leitfaden Betoneigenüberwachung / Guidline international control of concrete 1.4 Sonderthemen / Kleinprojekte/ Special issues / small projects 1.5 Qualitätssteuerung Transportbeton / Quality control in the production of ready-mix concrete 1.6 Qualitätssicherung bei massigen Bodenplatten / Quality insurance in massive base-plates 2. Betontechnologie allgemein / General concrete technology 2.1 Zementgebundene Sonderbaustoffe / Cementious special building materials 2.2 Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) / Alkali silica reaction (ASR) 2.3 Sandprüfungen / Sand testings 2.4 Nachhaltigkeit im Betonbau / Sustainibility in concrete constructions 2.5 Betone mit hohem Chlorideindringwiderstand / Concrete with high resistance for chloride 3. Sonderbaustoffe für den Tief- und Tunnelbau / Special materials earthworks, foundation engineering and tunnelling 3.1 Spritzbetonoptimierung / Optimisation of shotcrete 3.2 Stabile Betone für den Spezialtiefbau / Robust concrete for ground engineering works 4. Beton für Weiße Wanne / Massenbeton / Waterproof concrete basement structure / mass concrete 4.1 Wirksamkeit Zusatzstoffe / Efficiency of additives 4.2 DCA-Messungen / DCA measures 5. Numerische Verfahren / Numerical methods for concrete technology 5.1 Erarbeitung interner Anwendungsregeln für Cobet / Working out of application rules for Cobet-Software 5.2 FEM-Simulation instationärer Temperatur- und Spannungsfelder / FEM-simulations of unsteady temperatures and stress fields 5.3 Probabilistische Lebensdauerberechnungen / Service Life Design 6. Zerstörungsfreie Prüfmethoden / Non-destructive test procedures 6.1 Monitoring des Werkstoffverhaltens / Monitoring of material performance 7. Bauwerkserhaltung / Construction maintenance 7.1 Zementgebundene Baustoffe in der Bauwerkserhaltung / Cement based construction materials for repair or rehabilitation works 7.2 Elektrochemische Verfahren in der Bauwerkserhaltung / Electrochemical methods for repair or rehabilitation works Betontechnologie International – diverse Themen / Concrete technology – miscellaneous issues Vergleich von mit in Polen erhältlichen Bindemittel verbesserter Bodenparameter Comparison of soil parameters improved by binders available in Poland Analyse der Leistungsparameters von MA-Deckschichten auf orthotropen Platten von Brückenbauwerken Analysis of performance paramenters of MA wearing course on orthotropic plate bridge structures Potenzial von Flugasche als Füllstoff für Asphaltmischungen Potential of fly ash application as a filler for asphalt mixes Baubetrieb / Construction Process Management Einsatz eines alternativen Bindemittel-Stabilisators für heiße Asphaltmischungen Use of an alternative binder stabilizer for hot asphalt mixes Fertiger-Terminal: Automatisierte Erfassung der IST-Situation beim Asphalteinbau Finisher-Terminal: Automated recording of the during situation in asphalt paving Modifizierte Bindemittel für Kleinmaßnahmen (PmB 10/40-65 und SmB) Modified binders for small projects LEAN Construction Asphalt Methode in Polen erfolgreich etabliert LEAN Construction Asphalt Method successfully implemented in Poland Research, Development, Innovation 2013 / 14 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Verzeichnis / Index RFID-Technologie im Bauwesen RFID-Technology in construction Hybriddecke Leno Leno hybrid ceiling Personaleinsatzplanung am Beispiel des Wiener Hauptbahnhofs Staff planning – example of Vienna Central Station Leno-Brandschutzwand Leno fire protection wall RFID Fertiger-Terminal RFID Finisher-Terminal Leno-Schallschutzwand Leno noise reduction wall STP Telematik Portal STP Telematics Portal Pilotprojekt Zuffenhausen und Weitere Pilot project Zuffenhausen and others UHPC: Fassadenelemente UHPC: Facade elements Grund-, Tief- und Tunnelbau / Geotechnical Engineering and Tunnelling Prestressed reinforced soil (PRSi) – experimental background Vorgespannte bewehrte Erde – Experimenteller Hintergrund Seismische Bemessung von Stützbauwerken Seismic design of retaining structures Dynamische Berechnung von Anpralllasten Dynamic analysis of impact loads Neues in der Absenktunnel-Technik News in the field of immersed tunnel engineering Untersuchungen zum Tragverhalten von Pfählen unter zyklisch axialen Einwirkungen Investigations on the geotechnical behaviour of piles under cyclic axial loading Pfahlgründungen in Erdbebengebieten und Geothermie Pile foundations in seismic zones and geothermal energy Gebäude und Bauphysik / Buildings and Buildings Physics Energetische Bemessung von Doppelfassaden: CFD-Tool Gebäudehülle Energy design of double facades: CFD-Tool building envelope Bestimmung und Bewertung der Schalllängsleitungskenngrößen von Fassadenelementen Determination and evaluation of longitudinal sound transfer through building surface constructions Testbetrieb des Hochdrucklüftungssystems – HDLS Test run of the high-pressure ventilation system Auswertung eines Demonstrationsgebäudes hinsichtlich Energieeffizienz und Nutzerkomfort – REG II Evaluation of an demonstration building regarding energy effiziency and user comfort – REG II Integration von größenvariabler Photovoltaik in Gebäudehüllen – Construct PV Customised photovoltaic modules for building envelopes – Construct PV Entwicklung Bohrsonde Development of a drilling probe Entwicklung Polyamid Development of polyamide Niederdruckinjektion Low-pressure grouting Bodenmechanische Beurteilung von Niederdruckinjektionen im Lockergestein Evaluation methods for grouts in soils TU Projekt Niederdruckinjektion TU Project low-pressure grouting Biosealing Biosealing Abdichtungsmaßnahme von Dämmen – Biosealing Altenwörth Sealing of damns – Biosealing Erkundungstechnologie für Offshore-Schwerkraftfundamente – CPT Soil investigation technologies for offshore gravity base foundations – CPT Validierung eines bodenmechanischen Modells für zyklisch beanspruchte Flachgründungen – Valino Validation of soil-mechanical model for cyclically loaded gravity base foundations – Valino VALINO 2013 VALINO 2013 Verkehrswegebau / Transport Infrastructure Prozesssicherer automatisierter Straßenbau – PAST: Status quo und Ausblick Process reliable automated road construction – PAST: Status quo and outlook Abdichtungssysteme der STRABAG und ihre Anwendungsmöglichkeiten Sealing systems of STRABAG and their application possibilities In situ Validierung der innovativen Asphalttragschicht – DAsphalt® 22 TS In situ validation of the innovative asphalt base course – DAsphalt® 22 TS Instandhaltung lässt sich verbessern – ZOEAB+ For a better maintenance – ZOEAB+ Überwachung der von STRABAG hergestellten Asphaltdecken auf Autobahnen Monitoring of motorways pavement structures constructed by STRABAG Deckenschlüsse im Straßenbahngleisbau – Qualitätssicherung Damaged road surfaces in tramway track construction – quality check 0 0 000 0 0 0 0 0 Konstruktionen / Structural Engineering Entwicklung einer Holzbalken-Beton-Verbund-Decke unter Verwendung einer Stahlbeton Fertigteilplatte Development of a high-performance hybrid floor system composed of timber and a prefabricated concrete slab Die Züblin-Erdbebenstütze – eine Lösung für duktile Stahlbetonstrukturen Züblin-Earthquake Column – a solution for ductile reinforced-concrete-structures Zonenbewehrte Wände Zone-reinforced walls Entwicklung Züblin Holzbausysteme Development of Züblin Timber Construction Systems Verkieselung Silicification Werkzeuge und Software / Tools and Software Einsatz von Flugrobotern im Vermessungswesen Application of unmanned aerial vehicles (UAV) for surveying works Easy-OBU: Ein einfacher Ansatz um Satelliten-Signalausfälle zu überbrücken Easy-OBU: A simple approach to cover satellite malfunctions Smart Construction Site – erste Anwendung Smart Construction Site – first application Ein kollaboratives ganzheitliches Planungslabor für energieeffiziente und in die Umgebung integrierte Bauwerke − eeEmbedded A collaborative holistic design laboratory for energy-efficient embedded Buildings − eeEmbedded Intelligente und autonome Umgebungen, Maschinen, und Prozesse zur Realisierung von cleveren Straßenbauprojekten – SmartSite Intelligent and autonomous environments, machinery and processes to realise smart road construction projects – SmartSite Modellbasierte und durchgängige Projektbearbeitung im Spezialtiefbau Model-based and holistic project work in ground engineering 126 I 127 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Verzeichnis / Index 3D-Planungstool für Lärmschutzwände - Phase 2 3D-design tool for noise barriers – Phase 2 Gas-Gas-Wärmetauscher Gas gas heat exchanger – GGHX Beschaffungsprozessoptimierung – Konzeptentwicklung mittels modellorientierter Arbeitsweisen Optimising procurement process – Concept development via a model based working approach Highdust Grid High-dust grid Informationssystem zum Strukturmonitoring und Erhaltungsmanagement von Brücken – IB-ISEB An information management system for structural monitoring and maintenance of bridges Green Energy Storage Green Energy Storage Monitoring des realen Grades der Ermüdungsschädigung in Betonstrukturen – MOSES Monitoring the actual degree of fatigue of concrete structures – MOSES Produktkatalog Umweltrisiken DGNB / LEED / BNB Product catalogue environmental risks DGNB / LEED / BNB Planung der Planung: web-basiertes Planmanagement Web-based design management software Bauen mit unser aller Wissen – Erfolgsfaktor Zusammenarbeit Building using all our knowledge – Collaboration as a success factor Autonomes Risiko- und Informationssystem zur Strukturanalyse und Überwachung sicherheitsrelevanter Bauwerke – AURIS Automated risk and information system for structural analysis and monitoring of security relevant buildings – AURIS Automatisierte Informationsgewinnung und Schutz kritischer Infrastruktur im Katastrophenfall – AISIS Automated generation of information and protection of critical infrastructures in the event of disaster – AISIS 5D-Mengen in der Architektur BIM-based BoQ in architecture RIB iTWO RIB iTWO Autonome Steuerung in der Baustellenlogistik – AUTOBAULOG Autonomous control systems for construction site logistics Datenbankbasiertes Mängel-Management-Modul – M3 Database for failure and damage management – M3 Bauen mit RFID Building using RFID Energie, Umwelt und Nachhaltigkeit / Energy, Environment and Sustainability Z-Box – eMobile Ladestation aus Holz Z-Box – eMobile timber charging station Das BRYGHUS-Projekt: Umsetzung bauherrenspezifischer Nachhaltigkeitsziele auf der Baustelle in Kopenhagen BRYGHUS Copenhagen: The implementation of client-specific sustainability objectives at a construction site Energiewirtschaft in der Region Stuttgart Energy economy of the Stuttgart region Konzernweite Öko- und CO2-Bilanzierung Corporate life-cycle-analysis and CO2-footprinting Ökobilanz OWEA Life-cycle assessment of offshore-wind-foundation RIB iTWO Öko RIB iTWO Eco Dezentrale Wasserkonzepte Decentralised water concepts Innovatives Turmkonzept für WEA Innovative tower concept for wind energy facilities Masten für Windkraft Masts for wind power ADELE Adiabated compressed air energy storage for electrical supply – ADELE Verbundprojekt Engineeringvorhaben für die Errichtung der ersten Demonstrationsanlage zur adiabaten Druckluftspeichertechnik: Teilvorhaben Wärmespeicher – ADELE-ING Related project engineering project for the installation of the first demonstration site of the adiabatic compressed air energy storage: sub-project thermal energy storage – ADELE-Engr. Numerischer Wellenkanal zur Auslegung und Optimierung von Meeresströmungskraftwerken Numerical wave channel for the design and optimisation of tidal power plants Beton-Hochtemperaturspeicher für Kraftwerke mit solarer Direktverdampfung – ITES High-temperature concrete storage module for parabolic solar power plants – ITES Energietübbing Energy Segment Lining Organisation und Netzwerke / Organisation and Networks Wissenstransfer zwischen Gilbane und Züblin Knowledge transfer between Gilbane and Zueblin Anforderungen aus der Stadtentwicklung an die Baubranche – Morgenstadt Requirements for the construction industry from urban development – The city of tomorrow ENCORD Mitgliedschaft ENCORD membership Netzwerk Europäische Bauforschung EU-Bauforschung European network for Research and Development in construction 128 I 129 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Research, Development, Innovation 2013 / 14 130 I 131 Verzeichnis / Index Hochschul-Abschlussarbeiten 2013 / 14 University / College Theses 2013 / 2014 Baustofftechnologie / Construction Material Technologies Autor / Autorin Hochschule Begleitende Unternehmenseinheit Ermittlung und Vergleich rheologischer Bitumenkennwerte vor und nach der Bindemittelalterung mit dem dynamischen Scherrheometer Julia Holler Universität Siegen – Bauingenieurwesen ZB TPA 04: DE Nord / International / RU Influence of the concrete additives on the temporal evolution of the chloride migration coefficient in the Project: STEP LS 01 & LS 02 in Abu Dhabi (U.A.E) Souhaila Salwa Zayani Untersuchung von Trennrissen in WU-Bauteilen unter Zwang Bestimmung der Kornform und Korngrößenverteilung nach unterschiedlichen Methoden Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft – Baumanagement und Baubetrieb ZB TPA 04: DE Süd / CH Vida Jovic Hochschule für angewandte Wissenschaften München – Bauingenieurwesen ZB TPA 04: DE Süd / CH Markus Dietachmayr Montanuniversität Leoben – Department mineral resources and petroleum engineering UB Baustoffe 6V: Stein / Kies AT / HU / HR / Balkan RS Baubetrieb / Construction Process Management Autor / Autorin Hochschule Begleitende Unternehmenseinheit Vermeidung von Schäden bei der Planung und Ausführung von Parkhäusern Valerie Vogel Technische Universität München – Ingenieurfakultät Bau Geo Umwelt UB H+I Deutschland / BNL 2F: Bayern / Systembau DN Untersuchung von Bauablaufstörungen bei dem Bauvorhaben „Seniorenwohnzentrum Stumpfwiese“ in Unterhaching Christoph Oetjengerdes Jade Hochschule Wilhelmshaven / Oldenburg / Elsfleth – Management und Engineering im Bauwesen UB H+I Deutschland / BNL 2F: Bayern / Systembau DN Entwicklung eines Konzeptes zur effektiven Ermittlung der Kundenzufriedenheit Mathias Müller Hochschule für Technik, Wirtschaft und Gestaltung Konstanz – Bauingenieurwesen UB H+I Deutschland 2C: Stuttgart EP Potenzialanalyse im C-Teile-Management eines Baumaschinen-Reparaturbetriebes Jonas Polster Fachhochschule Salzburg – Sozial- und Wirtschaftswissenschaften ZB BMTI 01: Stabsbereich Unternehmensentwicklung Entwicklung eines Verfahrens zur Nachkalkulation von Kleinstprojekten bei Rahmenverträgen im petrochemischen Rohrleitungsbau Aykut Jahn Hochschule Osnabrück – Baubetriebswirtschaft UB VWB Deutschland 6H: Nordwest DC Ausgestaltung des EU-Rechts in Deutschland und den Niederlanden in Bezug auf die Vergabe von Bauleistungen Dennis Evers Jade Hochschule Wilhelmshaven / Oldenburg / Elsfleth – Management und Engineering im Bauwesen UB VWB Deutschland 6H: Nordwest DC Modernisierung der Vorfertigung im Anlagenbau der Firma STRABAG AG Osterwald Lars Knue Jade Hochschule Wilhelmshaven / Oldenburg / Elsfleth – Maschinenbau mit Fachrichtung Produktionstechnik UB VWB Deutschland 6H: Nordwest DC Marktstrategische Analyse einer Bauunternehmung im Bereich Straßen- und Tiefbau Anna Sander Fachhochschule Münster – Bauingenieurwesen, Vertiefung Baubetrieb UB VWB Deutschland 6H: Nordwest DC Auswirkungen der Stoffpreisgleitklausel auf die Vergütung bei längerfristigen Straßenbaumaßnahmen Fawad Tuhki Hochschule OstwestfalenLippe – Bauingenieurwesen UB VWB Deutschland 6H: Nordwest DC Havariemanagement von Fernwärme-Leitungen am Beispiel der Fernwärme-Sanierung am Skandinavienkai 15, 18147 Rostock Danilo Tetzlaff Hochschule Wismar – Bauingenieurwesen UB VWB Deutschland 6H: Berlin Brandenburg / Mecklenburg-Vorpommern DB LEAN-Methodik Asphalteinbau Autobahnkreuz Rostock A19 / A20 Stefan Simon Hochschule Wismar – Bauingenieurwesen UB VWB Deutschland 6H: Berlin Brandenburg / Mecklenburg-Vorpommern DB Technische Nachkalkulation von Kanalbauarbeiten am Beispiel des Bauvorhabens Klinken Wiebke Berning Hochschule Wismar – Bauingenieurwesen UB VWB Deutschland 6H: Berlin Brandenburg / Mecklenburg-Vorpommern DB Autor / Autorin Hochschule Begleitende Unternehmenseinheit Die baubegleitende Dokumentation eines gestörten Bauablaufes vor dem Hintergrund der aktuellen Rechtssprechung am Beispiel einer Hochbaubaustelle Susanne Baumann Georg-Simon-OhmHochschule Nürnberg – Bauingenieurwesen UB H+I Deutschland / BNL 2F: Bayern / Systembau DN Probleme und Möglichkeiten bei der Nachkalkulation am Beispiel eines Bauvorhabens im Straßenbau Dennes Müller Hochschule Wismar – Bauingenieurwesen UB VWB Deutschland 6H: Berlin Brandenburg / Mecklenburg-Vorpommern DB Wirtschaftlicher Vergleich von Beleuchtungsanlagen in Schulen, auch unter Berücksichtigung der Betriebskomponente von PPP-Projekten Felix Wenzel Hochschule Biberach – Architektur und Gebäudeklimatik UB H+I Deutschland / BNL 2F: Bayern / Systembau DN Leitfaden für die STRABAG AG zur Vorbereitung und Ausführung von Straßen- und Tiefbauleistungen am Beispiel der „OD Grevesmühlen, Umverlegung der L02“ Felix Böhm Hochschule Wismar – Bauingenieurwesen UB VWB Deutschland 6H: Berlin Brandenburg / Mecklenburg-Vorpommern DB Analyse eines Baupartnerschaftsmodells am Beispiel „STRABAG teamconcept“ Andreas Herzog Fachhochschule Joanneum Graz – Baumanagement und Ingenieurbau ZB Zentrale Technik: Schlüsselfertigbau Einsatz des Bauarbeitsschlüssels als Instrument für ein zeitnahes Baustellencontrolling im Straßen- und Tiefbau Tobias Bernhardt Technische Universität UB VWB Deutschland 6H: Dresden – Bauingenieurwesen Sachsen DG Markus Fußer Technische Universität Bergakademie Freiberg – Wirtschaftswissenschaften UB H+I Deutschland 2C: Stuttgart EP Risikoaggregation bei der Ed. Züblin AG – Konzeption und Entwicklung eines Lastenheftes zur Implementierung eines Risikobewertungssystems für die Bauausführung von Hochbauprojekten Matthias Badura LEAN Construction in Deutschland am Beispiel eines schlüsselfertigen Verwaltungsgebäudes Fachhochschule Münster – Technische Betriebswirtschaft Kundenbindung im Bauunternehmen am Beispiel der Ed. Züblin AG, Direktion Bayern / Systembau Matthias Florchinger Hochschule Biberach – Bauingenieurwesen und Projektmanagement UB H+I Deutschland / BNL 2F: Bayern / Systembau DN Planung, Mengenermittlung, Kalkulation, Bauablaufplanung und Controlling mit der 5D-BIM Technologie gemäß ÖNORM A2063 Hrvoje Petrovic ZB Zentrale Technik 30: Hochschule für Technik, Baubetrieb Wirtschaft und Kultur Leipzig – Bauingenieurwesen Der trockene Innenausbau Carolin Friedrich Hochschule für Technik Stuttgart – Bauingenieurwesen, Bauphysik und Wirtschaft UB H+I Deutschland 2C: Stuttgart EP Building Information Modelling / Vereinfachte Preisund Mengenermittlung durch computergesteuerte Programme am Beispiel von Natursteinfassaden Farsad Tawakol Universität Duisburg / Essen – Bauingenieurwesen ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Bewertung und Vergleich von Stahlfaser- und Walzbetonbodenplatten im Industriebodenbau Armin Goss Georg-Simon-OhmHochschule Nürnberg – Bauingenieurwesen UB H+I Deutschland / BNL 2F: Bayern / Systembau DN Möglichkeiten und Grenzen einer CAD-gestützten Massenermittlung in der TGA-Kalkulation und deren Verknüpfung zu einer datenbankbasierten Ausschreibungssoftware Michael Schweizer Hochschule Esslingen – Gebäude-Energie und Umwelttechnik ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Die Auswirkungen von Bauablaufstörungen auf die Logistik und die finanziellen Folgen am Bauvorhaben ABS Oldenburg Wilhelmshaven Fridolin Schmidt Duale Hochschule BadenWürttemberg Mosbach – Technik Bauwesen UB H+I Deutschland / BNL 2F: Bayern / Systembau DN LEAN-Management im Schlüsselfertigbau mit Schwerpunkt Gebäudetechnik Christof Krueger Hochschule für angewandte Wissenschaften München – Bauingenieurwesen ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Studie zur Ermittlung der Prüfkosten in der Ausführungsphase durch die Anwendung des Prüfverfahrens „Zeitaufnahme“ Vanessa Johnson Hochschule für angewandte Wissenschaften München – Bauingenieurwesen UB H+I Deutschland / BNL 2F: Bayern / Systembau DN Die modellorientierte Ausschreibung und Vergabe in der Fassadentechnik Björn Blocher Fachhochschule Rosenheim ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau in Kooperation mit ift Rosenheim – Gebäudetechnik ZB Zentrale Technik 30: Baubetrieb Research, Development, Innovation 2013 / 14 Research, Development, Innovation 2013 / 14 132 I 133 Verzeichnis / Index Grund-, Tief- und Tunnelbau / Geotechnical Engineering and Tunnelling Autor / Autorin Hochschule Begleitende Unternehmenseinheit Berechnungen von Stützbauwerken unter Erdbebenbeanspruchung Mutlu Tuba Hochschule für Technik Stuttgart – Bauingenieurwesen, Bauphysik und Wirtschaft ZB Zentrale Technik 30: Tief- und Tunnelbau Bemessung von Baugrubenaussteifungen im Stahlbau nach EC 3 am Beispiel des Bauvorhabens Upper Eastside Berlin Philipp Nichterwitz Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin – Ingenieurwissenschaften II ZB Zentrale Technik 30: Tief- und Tunnelbau Berücksichtigung des Lastfalls Brand bei der Bemessung von Tunnelbauwerken Aymar Mambo Hochschule für Technik Stuttgart – Bauingenieurwesen, Bauphysik und Wirtschaft ZB Zentrale Technik 30: Tief- und Tunnelbau Gründungskonzepte und deren geotechnische Nachweise für eine Strömungsleitwand Richard Seyrich Hochschule für Technik Stuttgart – Bauingenieurwesen, Bauphysik und Wirtschaft ZB Zentrale Technik 30: Tief- und Tunnelbau Verkehrswegebau / Transport Infrastructure Entwicklung eines bahnspezifischen Modells zur Kurz-, Mittel- und Langfristplanung der Gesamtkapazität 0 0 000 0 0 0 0 Autor / Autorin Hochschule Begleitende Unternehmenseinheit René Schneider Duale Hochschule BadenWürttemberg Mosbach – Technik Bauwesen UB VWB SOE / Bahnbau 6B: Bahnbau DE IL 0 Werkzeuge und Software / Tools and Software Autor / Autorin Hochschule Begleitende Unternehmenseinheit Einsatz von Flugrobotern im Vermessungswesen am Beispiel der MAV Lünen GmbH mit dem Schwerpunkt der Mengenberechnung und Genauigkeitsanalyse Julia Lier Fachhochschule Köln – Bauingenieurwesen und Umwelttechnik UB VWB Deutschland 6H: Großprojekte Nordwest DJ designPH – Anwendung und Bewertung der 3D-Dateneingabe für PHPP 8 Julian Schlachter Hochschule Biberach – Bauingenieurwesen und Projektmanagement ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Konstruktionen / Structural Engineering Autor / Autorin Hochschule Begleitende Unternehmenseinheit Entwurf einer Behelfsbrücke aus ultrahochfestem Beton (UHFB) Arnaud Pavis d'Escurac Technische Universität Dresden – Bauingenieurwesen ZB Zentrale Technik 30: Konstruktiver Ingenieurbau Erdbebensichere Stahlbetonstütze mit hochfestem Betonstahl im Hochhausbau Adam Varga ZB Zentrale Technik 30: Rheinisch-Westfälische Konstruktiver Ingenieurbau Technische Hochschule Aachen – Bauingenieurwesen Optimierung einer Stahlhalle für die Produktion von Tunnelelementen Tim Ritscher Technische Universität Hamburg-Harburg – Bauwesen ZB Zentrale Technik 30: Konstruktiver Ingenieurbau Energie, Umwelt und Nachhaltigkeit / Energy, Environment and Sustainability Autor / Autorin Hochschule Begleitende Unternehmenseinheit Implementierung von Nachhaltigkeitsaspekten in die Unternehmensstruktur von Bauunternehmen unter besonderer Berücksichtigung von Möglichkeiten, Praktikabilität und Nutzenstiftung Mona Tilleke Hochschule OstwestfalenLippe, Detmold – Bauingenieurwesen UB VWB Deutschland 6H: Nordwest DC Vergleich der Bestandszertifizierungssysteme DGNB, LEED, breeam Gabriela Guillen-Perez Hochschule für Technik, Wirtschaft und Gestaltung Konstanz – Bauingenieurwesen ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Energiewirtschaft in der Region Stuttgart Alessandro Costantini Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin – Ingenieurwissenschaften II ZB Zentrale Technik 30: Tief- und Tunnelbau André Ihlenfeld Hochschule Esslingen – Gebäude-Energie und Umwelttechnik ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Autor / Autorin Hochschule Begleitende Unternehmenseinheit Implementierung eines Blockheizkraftwerkes in ein bestehendes Energieverbundnetz mittels Analyse und Abgleich der Verbrauchs- und Erzeugungsstrukturen in Kombination mit weiteren Anlagentechnologien Bewertung beziehungsweise Bestimmung der Schalllängsleitungskenngrößen von Fassadenelementen Jasmin Eppil Hochschule für Technik Stuttgart – Bauingenieurwesen, Bauphysik und Wirtschaft ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Durchführung einer geordneten Inbetriebnahme-Phase am Beispiel eines Niedrigstenergiegebäudes Danny Bark Hochschule Esslingen – Gebäude-Energie und Umwelttechnik ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Jonas Buck Hochschule Biberach – Bauingenieurwesen und Projektmanagement ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Passivhausstandard – Anforderungen an die Kalkulation der TGA in einem Generalunternehmen Simon Pflaum Baubetrieblicher Vergleich einer P/R- und einer Elementfassade anhand eines aktuellen Projekts Hochschule Esslingen – Gebäude-Energie und Umwelttechnik ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Lufttechnische Messungen der Deckenelemente mit integriertem Induktionsteil (Lüften / Heizen / Kühlen) Christoff Glatthaar Fachhochschule Köln – Bauingenieurwesen und Umwelttechnik ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Gebäude live! – Implementierung eines live Monitoringsund Energieverrechnungsystems in ein EnOB Demonstrator-Gebäude Stefan Rimsberger Hochschule Esslingen – Gebäude-Energie und Umwelttechnik ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Nikolas Kalok Hochschule Esslingen – Gebäude-Energie und Umwelttechnik ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Statische und dynamische Berechnungsverfahren zur Auslegung von hybriden und adiabten Kühlsystemen Janek Böhm Planprüfung in der TGA, Erstellung eines anwendungsorientierten Leitfadens zur umfänglichen und inhaltlichen Planprüfung Hochschule Augsburg – Architektur und Bauwesen ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Korrekte Positionierung und automatische Abfrage von Energiezählern in der TGA Simon Mack Technische Fachschule Tochtermann Stuttgart ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Druckbelüftungsanlagen für Sicherheitstreppenräume Thomas Lersch Hochschule Trier – Fachbereich BLV ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Inbetriebnahme-Konzept Kältetechnik / Rückkühltechnik Sebastian Schmieg Hochschule Esslingen – Gebäude-Energie und Umwelttechnik ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Dezentrale Warmwasserbereitung – Anwendung und Bewertung von Frischwasserstationen Robin Machauer Hochschule Esslingen – Gebäude-Energie und Umwelttechnik ZB Zentrale Technik 30: Schlüsselfertigbau Gebäude und Bauphysik / Buildings and Buildings Physics Research, Development, Innovation 2013 / 14 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Ansprechpartner Forschung, Entwicklung und Innovation − FuE+I STRABAG Offshore Wind Contact Persons Research, Development and Innovation – RD+I Entwicklung & Innovation Patente TPA - Gesellschaft zur Optimierung von technischen Prozessen, Arbeitssicherheit und Qualität Dr. Peter Krammer [email protected] Dr. Norbert Pralle [email protected] • [email protected] Dr. Rainer Bareiß [email protected] • [email protected] Dr. Stefan Brosig [email protected] Alexandra Staab [email protected] 5D-Planung Konstantinos Kessoudis [email protected] Alexander Blickle [email protected] Energiemanagement Michael Glöckler [email protected] Erneuerbare Energien Dr. Holger Wahrmund [email protected] Nachhaltiges Bauen Ulrich Schweig [email protected] Konstruktiver Ingenieurbau Dr. Hubert Bachmann [email protected] Konstruktiver Ingenieurbau - Wien Eugen Bindek [email protected] Ökobilanzierung Bettina Luik [email protected] Schlüsselfertiges Bauen - Wien Dieter Wilken [email protected] Fassade Robert Hecker [email protected] Technische Gebäudeausrüstung Holger Sack [email protected] Technische Gebäudeausrüstung - Wien Klaus Unger [email protected] Tiefbau und Geotechnik Siegfried Nagelsdiek [email protected] Tiefbau und Geotechnik - Wien Jens Hoffmann [email protected] Tunnelbau Christoph Niklasch [email protected] Optimierung Logistik / STRASco Dr. Gerhard Höfinger [email protected] Innovationsmanagement Dr. Norbert Simmleit (Leitung) [email protected] Asphalttechnologie Dr. Pahirangan Sivapatham [email protected] Betontechnologie Dr. Marcus Walz [email protected] Prozessautomatisierter Straßenbau Martin Muschalla [email protected] Abdichtungstechnologien Sonderbau Thomas Sikinger [email protected] Qualitätssicherung Österreich Maximilian Weixlbaum [email protected] Qualitätssicherung Polen Dr. Igor Ruttmar [email protected] Bau Prozess Management - LEAN Logistics und LEAN Construction Dr. Michael Ott [email protected] Energiemanagement-System - IQM Walter Theisen [email protected] Maschinentechnische Entwicklung Michael Hennrich [email protected] Bau Prozess Management - Total Productive Maintenance Alfons Trautner [email protected] BMTI Baumaschinentechnik International Spezialtiefbau IQM-Koordination Alexander Rostert [email protected] Spezialtiefbau Kompetenzteam G - Innovation Wolfgang Hornich [email protected] Holzbau Bernhard Specht [email protected] Andreas Offele [email protected] European Network of Construction Companies for Research & Development (ENCORD) Timo Mayer [email protected] Human Resources Development Dr. Günter Senoner [email protected] Softwareentwicklung Matthias Steinbach [email protected] Kostenrechnung Uwe Wedam [email protected] Thomas Geßler [email protected] Engineering - R & D Dr. Hannes Stratil [email protected] Council Members Dr. Rainer Bareiß [email protected] Dr. Norbert Pralle [email protected] BRVZ - Bau-, Rechenund Verwaltungszentrum SE-Vorstand 134 I 135 Verzeichnis / Index Research, Development, Innovation 2013 / 14 Research, Development, Innovation 2013 / 14 Forschung, Entwicklung & Innovation bei STRABAG Research, development & innovation at STRABAG Federführend bei der Planung und Durchführung von Forschungs- und Entwicklungsprojekten innerhalb der STRABAG Gruppe sind die Zentralbereiche Zentrale Technik (ZT) und die Gesellschaft zur Optimierung von Technischen Prozessen, Arbeitssicherheit und Qualität (TPA), die dem Vorstandsvorsitzenden unterstehen. Mit 750 hoch qualifizierten Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern an 21 Standorten erbringt die ZT Leistungen für den Tief- und den Tunnelbau, den konstruktiven Ingenieurbau und den Schlüsselfertigbau entlang des gesamten Bauprozesses: Von der frühen Akquisitionsphase über die Angebotsbearbeitung und die Ausführungsplanung bis hin zur Fachbauleitung bietet die ZT innovative Lösungen u. a. zu Baustofftechnologie, Baubetrieb und -physik sowie Software-Lösungen an. Die TPA ist das Kompetenzzentrum der STRABAG Gruppe für Qualitätsmanagement und baustofftechnische Forschung und Entwicklung. Zu den Hauptaufgaben zählen die Sicherstellung der Qualität der Baustoffe, Bauwerke und Dienstleistungen und der Sicherheit der Prozesse sowie die Entwicklung und Prüfung von Standards für die Be- und Verarbeitung von Baustoffen und -materialien. Zusätzlich kommt mit dem LEAN Management die Kompetenz für die effiziente Planung von Liefer- und Produktionsketten hinzu. Die TPA beschäftigt rund 900 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter an 130 Standorten in mehr als 20 Ländern und ist damit eine der größten privaten Laborgesellschaften Europas. Impressum Konzeption, Redaktion Zentrale Technik, Entwicklung & Innovation Ennis Daniel, Dr. Selim Tugra Demir, Maria Petrou, Verena von Pommer Esche, Dr. Norbert Pralle, Mascha Reineck, Alexandra Staab Druck Druckerei Mack GmbH, Siemensstraße 15, 71101 Schönaich Gestaltung, Graphik Zentrale Technik, 5D-Planung Jörg Endrich Auflage 2.500 Diese Konzernbroschüre ist auf umweltfreundlichem Bilderdruckpapier BVS gedruckt, das nach den Regeln des Forest Stewardship Council (FSC) zertifiziert ist. At STRABAG the ZT (Central Technical Division) and TPA (Optimising Technical Processes, Health & Safety, and Quality) are in charge of planning and conducting research and development projects. Both report directly to the CEO. 750 highly qualified employees at 21 locations provide services in the areas of tunnelling, civil and structural engineering, and turnkey construction along the entire construction process: from the early acquisition stage and bid processing to execution planning and site management. ZT develops innovative solutions with regard to construction materials technology, construction management, building physics, and software solutions. TPA is the competence centre for quality management and materials related research and development. Its main tasks include ensuring the quality of the construction materials, structures and services as well as the safety of the processes, and developing and reviewing standards for the handling and processing of construction materials. LEAN management is a pillar for the efficient planning of supply and production chains. TPA has 900 employees at 130 locations in more than 20 countries, making it one of Europe’s largest private laboratory companies. BMTI Baumaschinentechnik International GmbH STRABAG AG, Siegburger Str. 241 50679 Köln, Deutschland www.strabag.com BRVZ Bau-, Rechen- und Verwaltungszentrum GmbH STRABAG AG, Siegburger Str. 241 50679 Köln, Deutschland www.strabag.com TPA GmbH Gesellschaft zur Optimierung von Technischen Prozessen, Arbeitssicherheit und Qualität STRABAG AG, Polgarstraße 30 1220 Wien, Österreich www.strabag.com Zentrale Technik Ed. Züblin AG, Albstadtweg 3 70567 Stuttgart, Deutschland www.zentrale-technik.com