Schwer zu tragen: Brücken ertüchtigen oder ersetzen

Die PTV hat eine Methodik entwickelt, mit der sich Ertüchtigungs- und/oder Erneuerungsmaßnahmen an Brücken optimieren lassen (Foto: iStock).

Das wachsende Verkehrsaufkommen, auch im Schwerlastbereich, macht Straßen und Brücken zu schaffen. Besonders den etwa 39.500 Brücken im Bundesfernstraßennetz. Die meisten von ihnen wurden zwischen 1965 und 1985 gebaut, und so manche hat ihre Leistungsgrenze erreicht. Was tun? Die älteren Brücken müssen ertüchtigt werden, indem zum Beispiel ihre Tragfähigkeit erhöht wird, oder sogar ersetzt werden. Aber wie und in welcher Reihenfolge? Die PTV hat im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen und in Kooperation mit der KHP Planungsgesellschaft mbH Leipzig eine Methodik für eine optimierte Planung von Ertüchtigungen und/oder den Ersatz wichtiger Brücken der Bundesfernstraßen entwickelt und arbeitet nun gemeinsam mit der Ingenieurbüro Bornmann und Jauck GmbH an dessen Weiterentwicklung. Annette Kindl und Andreas Stadler, Senior Project Manager bei der PTV Group, die das Projekt bearbeiten, erklären das Vorgehen.

Compass: Viele Brücken des Bundesfernstraßennetzes sind über 40 Jahre alt und sind daher hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit nicht auf die heutigen und insbesondere die künftig zu erwartenden Verkehrsmengen, insbesondere den Anstieg im Straßengüterverkehr, ausgelegt. Wie lässt sich die Zukunft der Brücken auf Jahre hinaus gewährleisten?

Annette Kindl: Wenn für eine Straßenbrücke nachgewiesen wurde, dass ihre Tragfähigkeit absehbar nicht mehr ausreicht, müssen Handlungsoptionen abgeleitet werden. Ziel des Forschungs- und Entwicklungsvorhabens ist es, ein prototypisches Verfahren zu entwickeln, mit dem sich Ertüchtigungs- und/oder Erneuerungsmaßnahmen an Brücken optimieren lassen. Dieses Verfahren soll zugleich die gesamtwirtschaftlichen Auswirkungen minimieren, die sich ergeben, wenn Brücken nicht verfügbar oder nur beschränkt nutzbar sind. Der Fokus liegt dabei auf besonders kritischen Netzelementen wie etwa Rheinquerungen.

Im ersten Projekt haben wir eine Methodik für ein mehrstufiges Vorgehen erarbeitet: Es beinhaltet Ansätze zur Vorselektion von Bauwerken, eine Methodik zur Analyse von Ertüchtigungsoptionen am Einzelbauwerk und eine Methodik zur Aufstellung optimierter Ertüchtigungsprogramme in einem Teilnetz. Alle Ansätze berücksichtigen sowohl bauliche als auch verkehrliche Aspekte.

Compass: Wie entscheidet man, welche Brücken am dringendsten ertüchtigt werden müssen?

Annette Kindl: Das von uns entwickelte Vorselektionsverfahren bietet Baulastträgern grundsätzlich die Möglichkeit, frühzeitig besonders kritische Bauwerke zu identifizieren und in ein Verfahren zur Maßnahmenplanung auf Teilnetzebene einzubeziehen. Es werden zum Beispiel die Folgen eines Komplettausfalls des Bauwerks bewertet und auch, wie viele andere ebenfalls unter Tragfähigkeitsaspekten kritische Bauwerke dann durch entsprechende Verkehrsverlagerungen stärker belastet würden.

„Ziel ist die Entwicklung eines Software-Prototyps, mit dem optimierte Ertüchtigungsprogramme berechnet werden können“, sagt Andreas Stadler, PTV Senior Project Manager.

Compass: Welche Ertüchtigungsoptionen gibt es für Brücken und wie findet man die passende?

Andreas Stadler: Die Bandbreite reicht hier von der Verstärkung einzelner Bauteile bis hin zum Ersatzneubau. Im Projekt haben wir Standardertüchtigungs- und erneuerungsoptionen erarbeitet und mit Standardwerten – zum Beispiel hinsichtlich der Bauzeit und der Baustellenführung – belegt. So lassen sich schon in einem frühen Planungsstadium mit relativ wenig Aufwand zumindest erste Folgen einer Maßnahmedurchführung abschätzen.

Das Analyseverfahren für mögliche Ertüchtigungsoptionen erlaubt zunächst einmal, die baulichen Effekte im Hinblick auf die erreichbare Restnutzungsdauer des Bauwerks zu beurteilen. Darüber hinaus ist immer zu bedenken, dass alle Ertüchtigungsoptionen mit Verkehrseinschränkungen, vor allem natürlich durch Baustellen, verbunden sind. Deshalb werden gleichberechtigt auch die gesamtwirtschaftlichen bzw. verkehrlichen Wirkungen berücksichtigt, etwa die Veränderung von Reisezeiten, Emissionen und Unfällen.

Compass: Wie entscheidet man, wann die Brücken in einem Teilnetz am besten ertüchtigt werden?

Andreas Stadler: Das Verfahren zur Reihung von Handlungsoptionen am Einzelbauwerk dient in erster Linie dazu, die Betrachtung von Bauwerken in einem Teilnetz vorzubereiten. Ausgehend davon haben wir an Ansätzen gearbeitet, um Ertüchtigungsprogramme für Teilnetze aufzustellen. Dabei soll für das gewählte Teilnetz ein möglichst hoher gesamtwirtschaftlicher Nutzen generiert werden, d. h. die negativen Auswirkungen von Verkehrseinschränkungen für die Verkehrsteilnehmer sollen möglichst gering gehalten werden.

Compass: Wurde die Methodik überprüft?

Andreas Stadler: Ja, und zwar am Beispiel von Rheinquerungen in Nordrhein-Westfalen zwischen Bonn und Duisburg. Die Anwendung beinhaltete das Verfahren zur Vorselektion von Bauwerken, die Bewertung und Reihung der Handlungsoptionen auf Objektebene und die Berechnung eines optimierten Ertüchtigungsprogramms. Um die Wirkungen von tragfähigkeits- und baustellenbedingten Verkehrseinschränkungen zu ermitteln, haben wir die Verkehrsplanungssoftware PTV Visum eingesetzt und das deutschlandweite Straßennetz- und Verkehrsdatenmodell PTV Validate als Datenbasis verwendet. Mit dem Verkehrsmodell lassen sich die Auswirkungen sowohl für die direkt von der Sperrung betroffenen Verkehrsteilnehmer – also diejenigen, bei denen das Bauwerk unmittelbar auf der geplanten Route liegt – als auch für die indirekt betroffenen Verkehrsteilnehmer erfassen.

„Der Fokus liegt dabei auf besonders kritischen Netzelementen wie etwa Rheinquerungen“, so Annette Kindl, PTV Senior Project Manager.

Compass: Was waren die besonderen Herausforderungen im Rahmen des Projekts?

Annette Kindl: Als eine besondere Herausforderung erwies sich, die Auswirkungen der gleichzeitigen Durchführung von Maßnahmen an mehreren Bauwerken zu bewerten. Aber gerade dieser Punkt rückte im Laufe des Projekts in den Fokus. Das liegt an der derzeit guten Finanzausstattung der Länder, die dies in Teilnetzen ermöglichen wird. Was die Verkehrsmodellierung betrifft, hat dies zur Folge, dass alle verkehrlichen Wechselwirkungen bei gleichzeitigen Verkehrseinschränkungen an unterschiedlichen Brücken im Verkehrsmodell angemessen berücksichtigt werden müssen. Für das Optimierungsverfahren für Teilnetze bedeutet dies, dass die Methodik für einen sehr großen Lösungsraum geeignet sein muss. Im Rahmen des ersten Projekts ist es gelungen, ein prototypisches Verfahren für Teilnetze mit vergleichsweise wenigen Bauwerken und wenigen gleichzeitigen Maßnahmen zu entwickeln und beispielhaft anzuwenden.

Im Folgeprojekt, das im Dezember 2017 gestartet ist, müssen die Verfahren nun im Hinblick auf die Anwendung für größere Teilnetze weiterentwickelt werden. Ziel des Projekts ist dann schließlich die Entwicklung eines Software-Prototyps, mit dem optimierte Ertüchtigungsprogramme berechnet werden können.