Labor für Bauinformatik
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Bei der Eignungsprüfung für qualifizierte Bodenverbesserungen wird die benötigte Menge des Bindemittels mittels Anforderungen an die einaxiale Druckfestigkeit oder den CBR-Wert festgelegt. Gemäß dem Merkblatt über Bodenbehandlungen mit Bindemitteln (M BMB 2021) muss bei qualifizierten Bodenverbesserungen eine einaxiale Druckfestigkeit von mindestens 0,5 MPa bzw. ein CBR-Wert von mindestens 40 % nach 28Tagen erreicht werden.
Eine Überwachung der einaxialen Druckfestigkeit ist in situ der Praxis nur schwer möglich, da die hierzu notwendige Bohrkernentnahme mit erheblichem Aufwand verbunden ist und durch die niedrige Druckfestigkeit des Boden-Bindemittel-Gemisches das Risiko besteht, dass Bohrkerne beschädigt werden oder eine Entnahme nicht möglich ist. Es gibt daher keine festgeschriebene Überwachung der einaxialen Druckfestigkeit bei der qualifizierten Bodenverbesserung, in der Praxis erfolgt die Qualitätsüberwachung meist durch eine Dichtekontrolle.
Für Auftraggeber ist eine In-situ-Bestimmung der Festigkeit von besonderem Interesse, um eine zuverlässige Überwachung zu gewährleisten, gleichzeitig kann sie Auftragnehmern als Nachweis der erbrachten Qualität bei etwaigen Schäden und zur Absicherung in der Gewährleistungsphase dienen.
So ermöglicht die in situ ermittelte Festigkeit den Nachweis, dass die Qualität der qualifizierten Bodenverbesserung den bei der Eignungsprüfung festgelegten Anforderungen entspricht, selbst bei variierenden Herstellungsverfahren, wechselnder Geologie und unterschiedlichen Lagerungsbedingungen. Eine regelmäßige Überwachung der In-situ-Festigkeit ist wichtig, um eine konstant hohe Qualität zu sichern.
Eine alternative Methode zur Bestimmung der In-situ-Festigkeit stellt der dynamische CBR-Versuch nach TP Gestein-StB Teil 5.6 dar. Hierbei handelt es sich um einen Stempeleindringversuch, bei dem ein Stempel mit einem Durchmesser von 5 cm mithilfe einer stoßartigen Belastung durch das leichte Fallgewicht in den Boden gedrückt wird. Die hohen induzierten Spannungen von 3,60 MPa überschreiten dabei die Druckfestigkeit des Materials und führen zu einem Strukturbruch. Im Gegensatz zu statischen und dynamischen Lastplattendruckversuchen wird so die Festigkeit des Bodens abgebildet und nicht dessen Steifigkeit.
In umfassenden Versuchsreihen wurden im Labor Boden-Bindemittel-Gemische hergestellt und nach 28 d an jeweils drei Teilversuchen die einaxiale Druckfestigkeit und an jeweils sechs Teilversuchen der dynamische CBR-Wert ermittelt. Zusätzlich wurden auf Baustellen dynamische CBR-Werte in situ ermittelt und Bohrkerne entnommen, um die einaxiale Druckfestigkeit im Labor zu bestimmen.
Die Versuchsreihen ermöglichten es, eine Korrelation zwischen den beiden Kennwerten abzuleiten. Durch diese Korrelation kann nun anhand des in situ ermittelten dynamischen CBR-Wertes auf die einaxiale Druckfestigkeit geschlossen werden. Dies ermöglicht eine einfache Qualitätsüberwachung, die über die bloße Ermittlung der Dichte hinaus geht und mit minimalem Zeit- und Kostenaufwand verbunden ist.
Der „Earth Overshoot Day“ verdeutlicht, dass wir zu viele Ressourcen verbrauchen und es immer noch großen Handlungsbedarf gibt, um nicht weiterhin auf Kosten zukünftiger Generationen zu leben. Dabei spielt der Bausektor eine große Rolle, entstehen hier doch ein erheblicher Anteil der deponierten Abfälle (ca. 55 % in DE), der CO2-Emissionen (ca. 36 % in der EU) und des Energieverbrauchs (ca. 40 % in der EU). Ein „Weiter so“ wie bisher ist unter diesen Aspekten nicht zielführend. Es braucht daher innovative Ansätze für Baustoffe, Bauprodukte und Bauweisen.
Im Beitrag wird aufgezeigt, wie durch innovative Ansätze der Bausektor nachhaltiger gestaltet werden kann. Dies erfolgt anhand zweier Beispiele, bei der eine Dichtwand und eine Rohrgrabenverfüllung betrachtet werden. Zunächst wird am Beispiel der Dichtwand der CO2-Fußabdruck einer klassischen Dichtwand, hergestellt als Spundwand, verglichen mit dem Verfahren der Fräsmischinjektion. Da der Baugrund selbst als Baustoff genutzt wird und kein Bohrgut anfällt, wird hierdurch im Sinne des Kreislaufwirtschaftsgesetzes „Abfall“ vermieden. Gleichzeitig entfallen hierdurch eine Vielzahl an Materialtransporten.
Am Beispiel der (Rohr-)Grabenverfüllung wird aufgezeigt, wie sich unterschiedliche Innovationsgrade auf die Nachhaltigkeit eines Bauverfahrens auswirken. Hierfür wird als Ausgangssituation die Bettung und Verfüllung eines Rohrgrabens mittels Sand betrachtet. Als Alternative hierzu werden zeitweise fließfähige selbstverdichtende Verfüllbaustoffe (ZFSV) betrachtet. ZFSV werden aus einer Grundkomponente (Boden, Baustoffe, Recycling-Stoffe) hergestellt, welche mit Wasser, Bindemittel und ggf. Zusätzen versetzt werden. Durch die Erhöhung des Wassergehalts erhalten die ZFSV ihre fließfähigen selbstverdichtenden Eigenschaften. Anschließend wird das Wasser durch das Bindemittel und die ggf. verwendeten Zusätze teilweise gebunden, so dass i.d.R. bereits wenige Stunden nach der ZFSV-Verfüllung die Begehbarkeit und nach einem Tag die Überbaubarkeit gewährleistet ist. Das Bindemittel wird dabei je nach Anwendungszweck dosiert. Zur Verwendung als Bettungsmaterial von Leitungen wird i.d.R. eine zeitabhängige, maximale Druckfestigkeit des ZFSV definiert und damit auch die Menge des Bindemittels begrenzt. Meist wird ein hydraulisch abbindendes Material (z.B. Zement) verwendet. Weitere allgemeine Angaben zum Thema ZFSV finden sich z.B. in Neidhart, Spirkl (2022), Bont (2022), Ramler (2022), Wagner (2022), Wiesinger (2022).
Die Herstellung von ZFSV kann in einem Werk (Mixed in Plant) oder vor Ort (Mixed on Site) geschehen. Als Ausgangsmaterial kann Sand, Recyclingmaterial oder, wenn die Eignung nachgewiesen wird, auch das Aushubmaterial vor Ort verwendet werden. Das Potenzial einer nachhaltigen Bauweise durch eine ZFSV-Bettung wird im Beitrag in 4 verschiedenen Szenarien anhand eines realen Bauprojekts in Kelheim betrachtet:
1. Verwendung von Sand-basiertem ZFSV anstelle Sand-Bettung
2. Verwendung von Recyclingmaterial-basiertem ZFSV
3. Verwendung des anstehenden Aushubmaterials zur ZFSV-Herstellung
4. Optimierung des Grabenquerschnitts und Bauablaufs
Grundsätzlich wurde bereits nachgewiesen, dass die Verwendung von ZFSV als Bettungsmaterial zu einem beschleunigten Bauablauf führen kann, und die Kosten je nach Randbedingung vergleichbar zur Sand-Bettung sind. Mit den dargestellten Szenarien, deren Einfluss auf die Nachhaltigkeit der Baustelle von 1. bis 4. zunimmt, zeigt sich auch in diesem Bereich das Potenzial von ZFSV. Je nach Ausgangsmaterial und Ort der ZFSV-Herstellung kann Material (Sand) und Transporte eingespart, die zu deponierende Menge reduziert und die Ökobilanzierung im Gesamten verbessert werden.
The aim of this work is to improve the integration between the geotechnical and infrastructural designing, modeling and analyzing processes. Up to now these three planning stages are executed isolated and without the required data exchange between each other. This separation leads to time-consuming and expensive manual re-input of geometric and semantic data. Currently, roads are designed using the traditional approach which is based on various 2D drawings. The current design process focuses on the roadway itself, additional geotechnical conditions such as the slope angle of the dam or the position of a retaining wall are not considered. To solve these problems, a new parametric and 3D-model based approach has been developed in the research project ForBAU — The virtual construction site. This new approach is based on the traditional 2D infrastructure planning process, but includes a new parameterized 3D modeling concept. Different open data formats such as LandXML and GroundXML allow data integration with both, a parametric Computer Aided Design (CAD) system and a geotechnical engineering software. An automatic update function ensures data flow without loss of information. Usage of this new approach will accelerate the infrastructure design and provide a parametric 3D-model approach to close the gap between the geotechnical and the infrastructure planning process. This paper provides detailed information about this new integration concept and gives an overview on the various implementation steps.
Using product data management systems for civil engineering projects - Potentials and obstacles
(2009)
GroundXML: An addition of aligmnent and subsoil specific cross-sectional data to the LandXML scheme
(2009)
Das Bauwesen erfährt zurzeit eine zunehmende Digitalisierung von Planungs- und Bauprozessen. Ein Begriff, der dabei zwingend fallen muss, ist Building Information Modeling (BIM). Es handelt sich dabei um eine kooperative Arbeitsmethode mit dem Ziel einer höheren Planungs-, Kosten- und Terminsicherheit. Wesentlicher Bestandteil von BIM ist das digitale Modell des Bauwerks, das über dessen gesamten Lebenszyklus von der Planung über die Ausführung bis zum Unterhalt und Rückbau mit Informationen ergänzt wird. Der gewünschte Effekt ist dabei eine größere Informationsdichte, auf welche die Projektbeteiligten über die Projektphasen hinweg zugreifen und somit einem Informationsverlust
vorbeugen können.
Deutschland weist im Industrieländer-Vergleich eine außergewöhnliche wirtschaftliche Performance auf und zählt in diversen Wirtschaftssektoren als Vorreiter. Betrachtet man allerdings die digitale Wettbewerbsfähigkeit, so lässt sich feststellen, dass
deutsche Unternehmen nur wenig in digitale Technologien investieren und im OECD-Vergleich einen der letzten Plätze belegen (vgl. Deloitte, 2017, S. 30). Speziell der Bausektor weist hierbei großen Nachholbedarf auf, wie beispielsweise eine Studie von von Both aufzeigt. Von Both (2013) definiert die Implementierung der neuen Arbeitsmethodik für das digitale Bauen, das sog. Building Information Modeling (BIM), in sieben Phasen. Während Großbritannien in der fünften Phase „der Versuchsphase“ ist und sich Korea sogar bereits in der letzten Phase „der Integrationsphase“ befindet, akzeptiert Deutschland erst die neue Arbeitsmethodik (Phase 3) und beginnt die Notwendigkeit zu realisieren (Phase 4).
Die Verfügbarkeit von Modelldaten die reich an geometrischen als auch semantischen Informationen sind, ist eine der Grundvoraussetzungen das enorme Potenzial der Digitalisierung gewinnbringend im Planen, Bauen und Betreiben von Bauwerken auszuschöpfen. Mittlerweile liegen auch im Bauwesen vom Laserscanning bis hin zu Protokollen von Maschinendaten vielschichtige und objektspezifische Daten vor, die sich hinsichtlich des Building Information Modelling effizient einsetzen lassen. Im Rahmen der hier vorgestellten Arbeit wird ein Ansatz beschrieben, wie über ein entsprechendes Application Programming Interface aus einem objektorientierten BIM-Modell eine relationale Datenbank für Volumen- und Strukturmodelle abgeleitet werden kann. Ziel ist es, über die relationale Datenbank geometrisch-topologische Daten für unterschiedliche Autoren-Software bereitzustellen. Die Arbeit soll die Vorzüge einer redundanzfreien Vorhaltung geometrisch-topologischer und semantischer Bauteilinformationen in einer relationalen Datenbank zeigen.
