Leitfaden → 2 Lager und Stoffströme → 2.1 Anthropogenes Materiallager → 2.1.2 Brücken
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Um das anthropogene Materiallager der kommunalen Brücken in der Beispielkommune Münster möglichst genau abzuschätzen und dabei die Übertragbarkeit auf andere Kommunen zu gewährleisten, sind an verschiedenen Stellen Idealisierungen vorzunehmen. Sowohl die Komplexität als auch die Individualität von Brückenbauwerken erfordern Vereinfachungen und Verallgemeinerungen. Das Ziel ist eine Abschätzungsmöglichkeit der verbauten Massen, die auf möglichst einfachen, aber ausreichend genauen Formeln basiert, sodass die auf eine aufwendige und detaillierte Analyse ihres Bestandes verzichten können. Im Folgenden wird das Vorgehen beschrieben, welches im Rahmen des RekoTi-Projektes angewandt wird. Dabei wird zunächst ein Überblick über die generelle Methodik geliefert, bevor die Umsetzungsschritte im Einzelnen erläutert werden.
Methodik
Wie im Kapitel Ausgangslage unter Herausforderungen bereits beschrieben, sind Informationen zu den in Brückenbauwerken verbauten Massen vielfach nicht direkt aus den Daten ablesbar. Aus diesem Grund werden einzelne Objekte detailliert betrachtet und die jeweiligen individuellen Massen mit der größtmöglichen Genauigkeit manuell berechnet. Zunächst wird daher die zu untersuchende Stichprobe von Bauwerken ausgewählt, die die Vielfältigkeit der Brücken innerhalb der Kommune Münster widerspiegelt. Für die entsprechenden Objekte stehen sämtliche gespeicherte Daten aus der Datenbank des AMT, sowie zusätzlich eventuell vorhandene, eingescannte Pläne, Skizzen, statische Berechnungen oder alte Brückenbücher zur Verfügung. Im Einzelfall sind auch geometrische Messungen von Bauteilen vor Ort an Bestandsbrücken zweckmäßig.
Grundlegender Bestandteil dieser Arbeit und wichtigste Festlegung ist eine Untergliederung der Brücken in die drei Hauptbauteile Überbau, Unterbau und Gründung. So unterschiedlich die Bauwerke in Tragwerk, Nutzung oder Baustoff auch sind, lassen sie sich doch meistens problemlos in die drei Bereiche unterteilen. Vereinfachend beschränkt sich die Massenberechnung lediglich auf die Hauptbaustoffe dieser Hauptbauteile. Damit finden beispielsweise Lagerkonstruktionen, Abdichtungen, Fahrbahnübergänge, Leitungen oder Brückenausstattungen aufgrund ihres vergleichsweise geringen Massenanteils keine Berücksichtigung. Dagegen werden Kappen und Absturzsicherungen mit eingerechnet. Wie alle berechneten Massen werden sie einem Hauptbauteil zugeordnet, in diesem Fall dem Überbau. Als hauptsächlich vorkommende Baustoffe ergeben sich Beton, Betonstahl, Stahl, Aluminium, Holz und Bodenmaterial.
Exkurs: Alternativ zu der manuellen Massenberechnung werden für einzelne Brücken digitale Methoden getestet.
Die Berechnung der Massen der verbauten Materialien in den ausgewählten Brücken Münsters ist jedoch nur der erste Teil des in RekoTi durchgeführten Vorgehens. Durch die Bildung von Typenvertretern für den Überbau, den Unterbau und die Gründung gelingt es, einen kleinschrittigen und modularen Ansatz zu ermöglichen. So kann jedes der drei Hauptbauteile eines Bauwerks einem der Typenvertreter zugeordnet werden und somit seperat betrachtet werden. Beispielhaft kann das Material, welches in den Absturzsicherungen einer Brücke verbaut ist, exklusiv abgeschätzt werden, was für den häufig vorkommenden Fall eines Geländeraustausches hilfreich ist. Zuletzt werden die in RekoTi genauer untersuchten Brücken nach dem gewählten System den Typenvertretern zugeordnet und damit kleinere Stichproben gebildet. Für diese werden dann mathematische Zusammenhänge zwischen den zuvor ermittelten Massen und den vorliegenden Attributen nach ASB-ING unter Verwendung von Kennwerten und Schätzwerten gebildet. Mit diesen Formeln gelingt die Übertragbarkeit und weitere Kommunen können bei einer mit der Stadt Münster vergleichbaren Ausgangslage auf einfache Weise das anthropogene Materiallager ihrer Brücken abschätzen.
Auswahl der Stichprobe
Mit ihren rund 260 Brücken weist die Stadt Münster eine erhebliche Anzahl an Bauwerken auf, die für eine detaillierte Analyse verwendet werden können. Diese Menge an zu analysierenden Informationen ist jedoch im Hinblick auf die personelle Kapazität und das Ziel des RekoTi-Projektes zu groß. Es ist daher zweckmäßig, dass lediglich ein Teil der Münsteraner Brücken betrachtet wird.
Die Auswahl der finalen Stichprobe, die für die beschriebenen Untersuchungen verwendet wird, verläuft in zwei Stufen und beruht auf den erhobenen Bestandsinformationen vom 17.08.2021. Zunächst wird eine feste Anzahl von 30 Brücken ausgewählt, die als „Repräsentative Auswahl“ bezeichnet wird. Diese ist derart gebildet, als dass sie den Münsteraner Gesamtbestand hinsichtlich der Verteilung charakteristischer Kriterien wie Nutzungsart, Bauwerksart, Hauptbaustoff oder Lage im Stadtgebiet (Sektor) in kleinem Maßstab darstellt. Diese Teilmenge bildet daher das reale Vorkommen der verschiedenen Brückentypen in der Stadt Münster ab. Da allerdings unter Berücksichtigung dieser repräsentativen Auswahl Brücken eines selteneren Typs nicht oder nur mit einzelnen Bauwerken vertreten sind, wird die Stichprobe im Jahr 2022 gezielt ergänzt. Durch Hinzuziehen von weiteren 39 Objekten, die nur aufgrund ihrer Art ausgewählt werden, ergibt sich eine Brückenauswahl, die einerseits einen handhabbaren Umfang hat, andererseits alle betrachteten Bauwerksarten in ausreichendem Maße abdeckt.
Von den gewählten Brückenbauwerken werden alle der Stadt Münster zum jeweiligen Erhebungszeitpunkt vorliegenden, digitalisierten Unterlagen erhoben und ausgewertet.
Einteilung in Typenvertreter
Um die Vielfalt der Ausführungsarten der Hauptbauteile abzubilden und gleichzeitig eine Begrenzung auf Standardfälle zu gewährleisten, werden jeweils verschiedene Typenvertreter für den Überbau, den Unterbau und die Gründung gebildet. Eine eindeutige Zuordnung der drei Bereiche eines Bauwerks kann über die logische Verknüpfung mit adäquaten Attributen aus der Datenbank erfolgen. Durch die Zugehörigkeit zu drei verschiedenen Typenvertretern kann bei der Massenabschätzung einer Brücke später schematisch und additiv vorgegangen werden. Der Großteil der Münsteraner Brücken wird über die verschiedenen Typenvertreter abgedeckt.
| Überbau | Unterbau | Gründung |
|---|---|---|
| Vollplatte
+ |
Kastenwiderlager
Wellstahlbrücke (umgebender Boden) + (wenn vorhanden) |
Brunnengründung |
Bildung von Formeln und Kennwerten
Im letzten Schritt werden die ermittelten Werte für die verbauten Massen in Kombination mit den der Stadt Münster bekannten, digital gespeicherten Attributen nach ASB-ING für eine allgemeine Massenabschätzung verwendet. Dazu werden jeweils alle ausgewerteten Bauwerke, die dem gleichen Typenvertreter zugeordnet werden, miteinander verglichen und Zusammenhänge zwischen Massen und entscheidenden numerischen Attributen (z. B. Gesamtlänge) gebildet. Es ergeben sich mathematische Formeln, die Kennwerte und Schätzwerte enthalten. Die Kennwerte sind aus den Münsteraner Stichproben der Typenvertreter empirisch ermittelte physikalische Größen. Schätzwerte sind weitere physikalische Größen, die für die Massen eine Rolle spielen (z. B. Dichte) und für die Annahmen getroffen werden. Mit Hilfe der so ermittelten Formeln als Ergebnis dieser Analyse, lässt sich unter Verwendung der den Kommunen bereits bekannten Attribute, das anthropogene Materiallager der kommunalen Brücken abschätzen.
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Autor*innen: Frank Heimbecher, Henning Klöckner, Lukas Tammen
Stand: September 2024
