KIT INNOVATION HUB Prävention im Bauwesen - www.kit.edu
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KIT INNOVATION HUB Prävention im Bauwesen www.kit.edu KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft
ES KOMMT NICHT
DARAUF AN,
DIE ZUKUNFT VORWORT
VORHERZUSAGEN,
SONDERN DAR-
Infrastruktur – ein Begriff, der seit einigen Jahren Innovativ zu sein und die Ergebnisse zeitnah in die
immer häufiger in der Öffentlichkeit diskutiert wird. Wirtschaft zu transferieren muss daher unsere zukünf-
Meist geht es in den verschiedenen Medien und nicht tige gemeinsame Aufgabe sein, um zu verhindern, dass
zuletzt in den politischen Auseinandersetzungen um wir den nachfolgenden Generationen eine weitere,
AUF VORBEREITET
den Zustand unserer Verkehrsinfrastruktur. Infrastruk- nur schwer abzulösende Hypothek hinterlassen.
tur ist aber viel mehr als bröckelnde Brücken oder
holprige Fahrbahnbeläge. Wer möchte schon auf die Mit dem von der Helmholtz-Gemeinschaft und dem
Wasserver- und Abwasserentsorgung, auf Strom, Gas KIT geförderten KIT Innovation HUB – Prävention im
ZU SEIN.
und Fernwärme oder auf öffentliche Einrichtungen Bauwesen – wird dazu ein wichtiger Beitrag geleistet.
wie Schulen, Kindergärten, Schwimmbäder, Museen Unser Ziel ist es, die Leistungsfähigkeit und Dauerhaf-
oder Altenheime verzichten? tigkeit von Bauwerken aus den verschiedenen Infra-
Diese unvollständige Aufzählung macht deutlich, strukturbereichen zu verbessern und damit die Kos-
unsere Infrastruktur ist vielfältig und unverzichtbar, ten der Gesellschaft und nachfolgender Generationen
bedauerlicherweise ist sie aber in einem besorgniser- zu senken und die Umwelt zu schützen.
regenden Zustand. Der stetig steigende Investitions- Die Zusammenarbeit mit Kommunen, Unternehmen
stau in unseren Städten und Gemeinden beträgt der- und Universitäten auf vier Kontinenten zeigt, dass die
zeit ca. 158 Mrd. Euro und es ist nicht erkennbar, wie Notwendigkeit nachhaltigen Handelns beim Erhalt
dieser Trend gebrochen werden soll. und der Entwicklung kritischer Infrastruktur eine glo-
Eines ist aber sicher, mit einem „Weiter so“ kann es bale Aufgabe ist, die eine wachsende Priorität bei den
nicht gehen, da die Vergangenheit unmissverständ- Entscheidern aus der Wirtschaft, Verwaltung, Politik
lich gezeigt hat, dass die bisherigen Konzepte nicht und Gesellschaft hat.
ausreichen. Diesem nationalen und internationalen Diskurs füh-
len wir uns auch zukünftig verpflichtet und werden
Aber nicht nur für unser tägliches Wohlbefinden sind wichtige Impulse dazu beitragen.
die genannten Versorgungseinrichtungen unabding-
bar. Vielmehr sind die nationale und internationale
Wettbewerbsfähigkeit unserer Wirtschaft und die
nachhaltige Entwicklung unserer Gesellschaft von einer
leistungsfähigen und dauerhaften Infrastruktur ab-
hängig. Der ebenfalls verwendete Begriff „kritische
Infrastruktur“ stellt dies klar heraus. Deren Sicherstel-
lung bzw. Schaffung setzt aber ein Umdenken in der Prof. Dr. Andreas Gerdes
öffentlichen und politischen Debatte voraus! Wissenschaftlicher Leiter
KIT Innovation HUB – Prävention Im Bauwesen
Denn ohne eine Innovationsoffensive im Bauwesen,
wie sie in anderen Wirtschaftszweigen bereits eine
Selbstverständlichkeit ist, werden wir die heutigen
und vor allem die zukünftigen Herausforderungen,
die sich durch Megatrends wie Klimawandel, Ressour-
cenverknappung, Urbanisierung oder Digitalisierung
Perikles (um 500 - 429 v. Chr.) bereits manifestieren, nicht meistern können.
3
WIR BRINGEN MENSCHEN ZUSAMMEN.
Der KIT Innovation HUB ist mehr als ein klassisches Die Grundvoraussetzung für Kooperationen ist dabei,
Forschungsinstitut. Für die beteiligten Akteur:innen dass sich verschiedene Menschen als Vertreter von
der Wertschöpfungskette Bau bietet der KIT Innova- Unternehmen, Forschungseinrichtungen, Politik und
tion HUB einen hohen Praxisbezug bei gleichzeitiger Verwaltung auf Augenhöhe begegnen. Workshops,
optimaler Anbindung an die Forschung und die Mög- Schulungen, Tagungen und andere Veranstaltungs-
lichkeit, sich in einem bisher noch unzureichend ent- formate haben daher einen großen Stellenwert im
wickelten Forschungsumfeld von hoher gesellschaftli- KIT Innovation HUB.
cher Relevanz zu etablieren. Darüber hinaus entwickeln und nutzen wir neue Kom-
TECHNISCHE
Für Unternehmen können neue Märkte erschlossen munikationsformate wie Wissensplattformen, Blogs
und herausragende Wettbewerbsvorteile, erzielt wer- und E-Learning-Angebote, um durch einen transdis-
den. Branchentypische Innovationshemmnisse wer- ziplinären Austausch neue Formen der Zusammenar-
den durch frühe, intensive Kooperationen über die beit zu etablieren.
INFRASTRUKTUR
tradierten Schnittstellen der Wertschöpfungskette
hinweg überwunden.
ETWAS NEUES SCHAFFEN.
Der langfristige Erhalt und der zukunftsorientierte Damit innovative Technologien, Dienstleistungen
Ausbau der technischen Infrastruktur (z. B. Wasser-, und Produkte in der Praxis erfolgreich sind, braucht
Strom-, Gas- und Fernwärmeleitungen, Straßen und es mehr als hervorragende Forschung und sehr gute
Schienen, Brücken und Tunnel) sind für Wirtschaft Entwicklungsarbeit. Bahnbrechende Innovationen er-
und Gesellschaft von zentraler Bedeutung. Durch die fordern eine integrative Betrachtung der gesamten
zunehmenden Ausfälle der technischen Infrastruktur Wertschöpfungskette, Kooperationen komplementä-
sowie die politischen und öffentlichen Debatten wird rer Akteur:innen sowie Methodenkenntnisse von ho-
immer klarer ersichtlich, dass hier großer Handlungs- her wissenschaftlicher Kompetenz.
bedarf besteht. Neben technischen Lösungen sind Vernetzung, Bil-
WIR VERNETZEN
dung und Kommunikation essentiell, um die richtigen
VORBEUGEN STATT HEILEN. Fragen zu stellen, Lösungen zu entwickeln und ge-
meinsam die Zukunft zu gestalten.
Das Bauwesen benötigt eine hohe Innovationskraft
WISSENSCHAFT,
und disruptive Innovationen, um diesen Herausforde-
rungen zu begegnen. Der am Institut für Funktionelle
Grenzflächen des KIT entwickelte und vom KIT Inno-
vation HUB fortgeführte Ansatz der „Prävention“ ist
INDUSTRIE &
für eine zukunftsfähige technische Infrastruktur un-
verzichtbar. Unter Prävention verstehen wir: Durch
die Kombination ausgewählter technischer Maßnah-
men und Dienstleistungen, ausgeführt entlang des
GESELLSCHAFT.
Lebenszyklus eines Bauwerks, wird das Risiko für ein
frühzeitiges Werkstoff- und Bauwerksversagen dras-
tisch reduziert.
4 5KOMPETENZEN
FORESIGHT ENTWICKLUNG UND AUS- UND KOMMUNIKATION
TRANSFER WEITERBILDUNG
Neues sehen – In Foresight Innovation Communities Neues schaffen – Innovationen setzen zielgerichte- Neues Lernen – Wissenstransfer ist die Voraussetzung Neues kommunizieren – Der KIT Innovation HUB
analysieren alle Akteur:innen der Wertschöpfungsket- te Entwicklungsprojekte voraus. Dafür arbeiten wir für erfolgreiche Innovationen. vermittelt zum Thema Infrastruktur Wissen und In-
te Bau gemeinsam, welche neuen Herausforderungen gleichermaßen mit führenden Forschungsteams und Der KIT Innovation HUB bietet Ausbildungsangebote formationen über aktuelle Trends, Fortschritte in
sich aus zukunftsrelevanten globalen Entwicklungen Industrieunternehmen zusammen. Im Zentrum der für Studierende, den wissenschaftlichen Nachwuchs Wissenschaft und Technik, aber auch über neue ge-
wie Klimawandel oder Ressourcenverknappung für Projekte steht dabei das zu entwickelnde Produkt, die und Auszubildende an. Darüber hinaus entwickeln wir sellschaftliche Entwicklungen.
den Erhalt und den Ausbau der Infrastruktur ergeben. innovative Technologie oder die neuartige Serviceleis- Weiterbildungsformate wie Workshops und E-Learning- Hierzu nutzen wir Kommunikationsformate aus der
Daraus lassen sich Chancen ableiten, die mit Hilfe in- tung. Einheiten für Planer:innen, Bauunternehmer:innen, öf- Wissenschaftskommunikation wie Wissensplattfor-
dividuell erstellter technischer, ökologischer, sozialer Transferprojekte flankieren die Entwicklungen und fentliche Verwaltung und Vertreter:innen der Politik men, Videoportale mit fachlichen Lehr- und Lern-
und wirtschaftlicher Anforderungsprofile als neue verhelfen zu einer schnellen und erfolgreichen Markt- sowie den an juristischen Entscheidungen Beteiligten. videos, Blogs sowie Print- und Onlinemedien.
Ideen in Entwicklungs- und Transferprojekte einflie- einführung. Öffentliche Bauherr:innen werden bei der
ßen. Einführung von Präventionsstrategien unterstützt.
6 7Innovationen sind Zukunftschancen. Wir begleiten Dabei berücksichtigen wir den ganzen Lebenszyklus,
Innovationsprozesse von der Idee bis zur Marktein- d. h. von der Rohstoffauswahl über die Planung und
führung. So entwickeln wir mit unseren Partner:innen Ausführung bis zur Nutzung und zum Recycling am
Präventionsmaßnahmen und überführend diese in Ende der Lebensdauer des Bauwerks. In Pilotprojekten
Produkte, Technologien und Dienstleistungen. stellen wir den innovativen Charakter der Entwick-
lungen für die Praxis heraus und verhelfen unseren
Partner:innen so zu einer schnellen und erfolgreichen
Markteinführung.
UNSERE KOMPETENZEN:
• Naturwissenschaftliche Verfahren zur Charakterisierung von Roh- und Werkstoffen
• Nachhaltige Werkstoffe mit hoher Performance und Dauerhaftigkeit
FORESIGHT
• Wissensbasierte Konzepte zur Qualitätssicherung bei der Bauausführung
• Multifunktionelle Systeme zum Oberflächenschutz
• Monitoring-Konzepte für die Früherkennung von Schäden
Das frühzeitige Erkennen von Zukunftstrends ermög- Foresight Innovation Communities (FINCOMs) ar-
licht Chancen für die Vermarktung neuer Produkte beiten in speziell auf die Bedarfe ihrer Mitglie-
für die Bauwelt von morgen. der zugeschnittenen Workshops gemeinsam an
Globale Entwicklungen wie Klimawandel, Ressour- Zukunftsszenarien und Lösungen zu aktuellen und
cenverknappung, Urbanisierung, Globalisierung oder zukünftigen Herausforderungen. Dazu laden wir alle
Digitalisierung werden zukünftig Wissenschaft, Wirt- Akteur:innen der Wertschöpfungskette Bau ein, d. h.
schaft und Gesellschaft noch stärker umwälzen als aus der Rohstoff- und Baustoffindustrie über Pla-
bereits heute. Auch im Bauwesen werden sich die nungs- und Bauunternehmen bis zu kommunalen
Bedingungen für Planung und Bau sowie Erhalt eines Entscheidungsträger:innen und Bürger:innen als die
Bauwerks stark verändern. Infrastruktur Nutzenden.
Zur Unterstützung der FINCOM recherchieren wir Hin-
tergrundinformationen zu Technologien, Materialien
und Märkten und erstellen auf dieser Basis Trendstu-
dien als Entscheidungshilfe und zur Strategieentwick-
lung.
UNSERE KOMPETENZEN:
•
•
Detaillierte Marktkenntnisse über die gesamte Wertschöpfungskette
Zukunftsforschung (Technologien, Märkte, Branchen)
ENTWICKLUNG
UND TRANSFER
• Megatrends und die damit einhergehenden zu erwartenden Veränderungen für das Bauwesen
(Trend-Impact-Analysen)
• Trendstudien zur Entscheidungsunterstützung und Strategieentwicklung
8 9Wir unterstützen Ingenieur:innen, Wissenschaftler:innen Dazu haben wir verschiedene Formate entwickelt,
und Handwerker:innen in der Ausbildung, aber auch die sich an die öffentliche Verwaltung und politische
bereits in der Praxis stehende Fachkräfte durch spezielle Amtsträger:innen, an Architektur- und Ingenieur-
Bildungsangebote. Im Bereich Aus- und Weiterbildung büros, an Auszubildende und Studierende sowie an
bieten wir ein lebendiges, interdisziplinäres Umfeld, in Handwerker:innen und Wissenschaftler:innen richten.
dem Theorie und Praxis miteinander verknüpft werden. Workshops zum Thema Baurecht und Schadensgut-
Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf den The- achten sind ebenfalls Teil unseres Programms. Neben
menbereichen Schadensermittlung und -analyse, Prä- virtuellen Angeboten, bieten wir Präsenzveranstal-
vention im Bauwesen, innovative Werkstoffe und deren tungen und In-House-Schulungen an.
Anwendung sowie Innovationsprozesse im Bauwesen.
Informationen zu aktuellen Angeboten veröffent-
lichen wir auf unserer Homepage:
https://www.hub-bau.kit.edu
UNSERE KOMPETENZEN:
• Weiterbildungsveranstaltungen
• Workshops
KOMMUNIKATION
• In-House-Schulungen
• Interaktive Videoschulungen
• Lernvideos zum Selbststudium
Expertenwissen und Forschungsergebnisse müssen Dies umfasst auch die Beratung und Informations-
verständlich und nachvollziehbar kommuniziert wer- vermittlung für Kommunen, Ämtern und politischen
den. Entscheidungsträger:innen.
Von der Informations- und Datenaufbereitung bis zur
Entwicklung geeigneter Formate für klassische Print-
medien, Online-Angebote oder Wissensplattformen –
wir vermitteln Informationen aus Forschung und Ent-
wicklung verständlich und zielgruppengerecht.
UNSERE KOMPETENZEN:
AUS- UND •
•
Wissenschaftlicher Dialog mit Vertreter:innen aus Politik, Verwaltung und Gesellschaft
Workshops und Informationsveranstaltungen vor Ort
WEITERBILDUNG
• Wissenschafts- und Technikkommunikation
• Medienarbeit, Öffentlichkeitsarbeit
10 11WIR MACHEN
TECHNISCHE
INFRASTRUKTUR INFORMATION
NACHHALTIGER. Gerade die Erfahrungen der jüngeren Vergangen-
heit zeigen, wie wichtig Sicherung, Verarbeitung und
DURCH
Bereitstellung von Informationen in einer digital be-
stimmten Welt für wirtschaftliches und nachhaltiges
Handeln sind. Bei der rasanten Entwicklung im Be-
PRÄVENTION. reich der Digitalisierung bedeutet dies aber auch, dass
die Infrastruktur mit der gleichen Geschwindigkeit
entwickelt werden muss. Das gilt nicht nur für große
WASSER Unternehmen, sondern auch für die Lebensumstände
Wasser ist die Grundlage allen Lebens, daher ist der eines jeden Einzelnen.
Schutz dieser Ressource unser aller Verpflichtung. Digitale Infrastruktur besteht nicht nur aus Bits und
Das gilt insbesondere im Zeitalter des Klimawandels, Bytes, sondern auch aus der gebauten Umwelt, wel-
Illustration von Justine Hartwig
der auch in unseren mitteleuropäischen Breiten die che diese kritische Infrastruktur vor äußeren Einwir-
Versorgungssicherheit bereits beeinflusst. kungen schützt und erhält. Traditionelle Bauweisen
Für die sichere Bereitstellung von Trinkwasser ist die erfüllen die Anforderungen, die sich aus dieser Auf-
Funktionsfähigkeit von Bauwerken zur Wasseraufbe- gabe ableiten aber nur teilweise. Wir analysieren den
reitung und -versorgung essentiell. Anlagen für Ab- Zustand dieser Bauwerke und entwickeln Konzepte,
wasserreinigung schützen die Umwelt und erhalten Technologien und Bauweisen, welche sicherstellen,
unsere natürlichen Ressourcen. Für diese Aufgaben dass die Leistungsfähigkeit und Dauerhaftigkeit die-
entwickeln wir Lebenszyklusmanagementkonzepte, ser Bauwerke ausreichend hoch sind – eine wichtige
um Ausfallrisiken frühzeitig zu erkennen und wirt- Voraussetzung, um die Verfügbarkeit der digitalen
schaftlich zu beseitigen. Infrastruktur langfristig zu sichern.
INFRASTRUKTUR MOBILITÄT KOMMUNALE INFRASTRUKTUR INDUSTRIELLE INFRASTRUKTUR
Ist divers und unverzichtbar. Trotz der Vielfältigkeit Die Verkehrsinfrastruktur ist Rückgrat für Wirtschaft Die Bereitstellung einer leistungsfähigen Infrastruk- Globalisierung, Internet der Dinge und Wertstoff-
der technischen Infrastruktur und ihrer Bauwerke und Gesellschaft, ihr nachhaltiger Ausbau und lang- tur, die sich durch ihre Vielfältigkeit, vor allem aber kreisläufe erfordern Produktionsstätten, die sich
haben diese eins gemein, nämlich die für deren Her- fristiger Erhalt ist Ziel der Entwicklung verkehrsträ- durch ihre dauerhaft zuverlässige Verfügbarkeit aus- durch hohe Flexibilität und Schnelligkeit auszeich-
stellung verwendeten Werkstoffe. Im Vordergrund gerübergreifender, innovativer Lösungen für Straße, zeichnet, ist eine der wichtigsten kommunalen Aufga- nen. Das gilt aber nicht nur für die eigentlichen Pro-
stehen dabei zementgebundene Werkstoffe wie Mör- Schiene, Luft- und Wasserverkehrswege. ben. So hängt die Lebensqualität von jedem Mitglied duktionsanlagen, Transportsysteme oder Recycling-
tel oder Betone. Aber auch Polymere wie Polyethylen Durch eigens dafür entwickelte Präventionsmaßnahmen einer Gemeinde direkt vom Zustand der Infrastruktur anlagen, sondern auch für Gebäude, in denen diese
oder metallische Werkstoffe wie Stahl finden sich in erkennen wir frühzeitig Risiken, schützen die Verkehrs- ab, denn wer möchte schon auf Bildungs- und Kinder- technische Infrastruktur aufgestellt wird. Klassische
allen Bereichen der Infrastruktur. Bemerkenswert ist, infrastruktur vor bauwerksschädigenden Umweltein- betreuungseinrichtungen, Sportstätten oder Gebäu- Bauwerke können diese Anforderungen nicht immer
dass sich der Ausfall einer Infrastruktur in der über- wirkungen und reduzieren Risiken für ein frühzeitiges de sozialer Einrichtungen verzichten. erfüllen, weshalb zunehmend als Alternative modu-
wiegenden Zahl der Fälle auf ein Werkstoffversagen Versagen bereits ausgeführter Instandsetzungsmaßnah- Der wachsende Investitionsstau in den Kommunen lare Baukonzepte gewählt werden. Sie sind flexibel,
zurückführen lässt, wenn auch die Ursachen nicht im- men. schränkt den Spielraum beim Ausbau, aber auch beim nachhaltig und recyclingfähig, erfordern je nach Nut-
mer gleich sind. Erhalt und der Modernisierung der Infrastruktur im- zung unterschiedliche Werkstoffkonzepte.
Hier setzt das Konzept des KIT Innovation HUB an. ENERGIE mer mehr ein. Daher entwickeln wir neue Konzepte Wir entwickeln diese individualisierten Werkstoffkon-
Ausgehend von der Grundlagenforschung, über die Mit der Energiewende verändert sich auch die dazu- und Techniken, mit denen die instandsetzungsfreien zepte, welche sich durch hohe Flexibilität, Nachhaltig-
Angewandte Forschung und den Technologietrans- gehörige Infrastruktur. Für Anlagen zur Erzeugung Nutzungsdauer von Neu- und Bestandsbauten deut- keit und Recyclingfähigkeit auszeichnen, dabei aber
fer analysieren wir die Stärken und Schwächen ein- von Wind- und Solarenergie oder für die Nutzung der lich verlängert werden kann. auch ein hohes Leistungspotenzial und Dauerhaftig-
gesetzter Werkstoffe und suchen nach Wegen, diese Wasserkraft müssen ungeplante Ausfallzeiten vermie- Dies reduziert einerseits die Unterhaltskosten und keit sicherstellen. Der Wertstoffkreislauf wird so nicht
in den verschiedenen Anwendungen dauerhafter und den werden. Daraus leiten sich direkt neue Heraus- schafft damit andererseits auch Raum für Neuinvesti- nur geschlossen, sondern die Produktionsgebäude er-
dadurch nachhaltiger zu machen. forderungen in den Bereichen Werkstoffe, Bauweisen tionen. Da dieses Vorgehen den Energie- und Ressour- füllen auch technische und wirtschaftliche Anforde-
und Unterhaltskonzepte ab. cenbedarf deutlich reduziert, trägt er darüber hinaus rungen für eine modulare Produktion.
Dafür entwickeln wir nachhaltige Lösungen und zur Nachhaltigkeit der Gemeinde bei.
transferieren diese gemeinsam in die Praxis.
12 13Nutzungsbedingt ist unsere Infrastruktur verschiedenen Darüber hinaus sind diese Maßnahmen zum Teil Die Gründe für dieses unbefriedigende Ergebnis sind In diesem Kontext kann das Ziel nachhaltigen Bau-
Umwelteinwirkungen ausgesetzt, welche die instand- enorm material-, emissions- und energieintensiv, u. a. in Instandsetzungsplanungen ohne Zustandsana- ens nicht generell durch einen einfachen Wechsel der
setzungsfreie Nutzungsdauer maßgeblich beeinflussen so dass die Umweltauswirkungen einer Instandset- lyse, kostenorientierter Werkstoffauswahl oder unzu- Baustoffe oder Bauweisen erreicht werden, wenn sich
können. Des Weiteren können Fehler bei der Werkstoff- zung bis zum Dreifachen höher sein können, vergli- reichender Qualitätskontrolle während der Ausfüh- dieser allein in der Ökobilanz für die Baustoffherstel-
auswahl, unzureichende Bewertung von Beanspruchun- chen mit den Belastungen der ursprünglichen Bau- rung zu suchen. Mit einem verhältnismäßig geringen lung oder Bauwerkserstellung begründet.
gen, Ausführungsmängel und fehlende Qualitätskon- werkserstellung. Aufwand von ca. 1 - 3 % der geplanten Bausumme als Vielmehr ist die Betrachtung des gesamten Lebenszyk-
trolle die reale gegenüber der geplanten Lebensdauer Eigene Studien haben aber gezeigt, dass bei ca. 80 % zusätzliche Anfangsinvestition lässt sich dies vermei- lus unserer Infrastruktur für die Erreichung der gesetz-
von Infrastrukturbauwerken deutlich verkürzen. der instandgesetzten Bauwerke bereits nach 8 bis 10 den. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass sowohl bei ten Nachhaltigkeitsziele entscheidend, wobei die Ver-
Dies führt unabhängig von den Ursachen zu unge- Jahren erneut Bauschäden eintreten. Somit sind In- Neu- als auch bei Bestandsbauwerken die überwie- meidung von Bauwerksschäden „spielentscheidend“
planten und aufwendigen Instandsetzungen, die ne- standsetzungen nicht immer eine abschließende Lö- gende Zahl dieser Instandsetzungen vermeidbar sind, ist.
ben teuren, technisch komplexen Maßnahmen auch sung, sondern oft der Beginn einer sich beschleunigen- wodurch sich der hohe technische und finanzielle Die dafür notwendigen Maßnahmen fassen wir unter
mit erheblichen Umweltbelastungen verbunden sind. den Instandsetzungsspirale. Aufwand innerhalb der Nutzungsphase drastisch re- dem Begriff „Prävention“ zusammen und haben Pro-
Das veranschaulicht beispielhaft der Lebenszyklus einer duzieren lässt und sich die erheblichen Umweltbelas- dukte, Technologien und Dienstleistungen entwickelt,
Brücke als Teil der Verkehrsinfrastruktur: geplant für tungen minimieren. die wir lebenszyklusbegleitend zum Einsatz bringen.
eine instandsetzungsfreie Nutzungsdauer von 80 -120 Daraus folgt aber auch, dass ohne die Verlängerung
Jahren wird wegen der oben genannten Ursachen der instandsetzungsfreien Nutzungsdauer von der
bei der überwiegenden Zahl dieser Bauwerke bereits tatsächlichen Lebensdauer von 20 - 30 Jahren auf die
nach 20 - 30 Jahren eine substantielle Instandsetzung geplante Lebensdauer von 80 - 120 Jahren eine nach-
notwendig, die oft unter Verkehr erfolgt. Diese er- haltige Infrastruktur weder erstellt noch betrieben
schwerenden Bedingungen lassen die Kosten für sol- werden kann. Anders ausgedrückt bedeutet das für
che Maßnahmen bis zum Dreifachen der ursprüngli- unsere Infrastruktur: „Dauerhaft Bauen heißt nach-
chen Baukosten ansteigen. haltig Bauen“.
Rohstoffe
Recycling Produkte
DAUERHAFT Instandsetzung Lebenszyklus Planung
BAUEN HEISST
NACHHALTIG Wartung &
Instandsetzung
Ausführung
BAUEN Nutzung
14 15keholder
Sta
rastructure Working G fer
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Inf m ro s nit
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FUTURE TECHNOLOGY KNOWLEDGE
SCENARIOS SHARING
PRÄVENTION
Für viele ist es immer wieder faszinierend vor Bauwer- Die Mitarbeiter:innen des KIT Innovation HUB be- • Der Abgleich zwischen objektspezifischen Anfor- • Aufbereitung, Recycling oder auch Entsorgung von
ken aus der Antike zu stehen und darüber nachzuden- schäftigen sich zum Teil seit mehr als 20 Jahren mit derungsprofil und Leistungsprofil der in Frage Baustoffen ist zentraler Bestandteil des Wertstoff-
ken, wie diese Zeiträume von mehr als 2000 Jahren der Entwicklung von Produkten, Technologien oder kommenden Werkstoffe erlaubt deren wirtschaft- und Werkstoffkreislaufes, was aber detaillierte
überstanden haben. Neben bekannten Bauwerken, auch Dienstleistungen, die sich mit dem Begriff „Prä- liche Auswahl. Kenntnisse über deren Zusammensetzung voraus-
wie der Circus Maximus in Rom oder das Parthenon in vention“ beschreiben lassen, und gehören zu den • Eine applikationsbegleitende Überwachung der Bau- setzt. Auch die zu erwartenden Eigenschaften von
Athen, gibt es auch eine Vielzahl antiker Infrastruk- Pionier:innen auf diesem Gebiet. maßnahmen mit einer objektangepassten Quali- Recyclingmaterialien müssen bekannt sein, um früh-
turbauwerke, die bis heute in Gebrauch sind. Zister- tätskontrolle reduziert das Risiko für Fehlapplika- zeitiges Materialversagen in den jeweiligen Anwen-
nen auf der Insel Pantelleria (Italien) oder die Proser- Im Vordergrund steht dabei, dass sich durch die An- tionen und deren Folgen. dungen zu vermeiden.
pina-Talsperre in der Nähe von Merida (Spanien) sind wendung dieser „Tools“ die instandsetzungsfreie • Oberflächenschutzmaßnahmen können bei einer
nur zwei Beispiele. Nutzungsdauer von Infrastruktur so verlängern lässt, späteren Umnutzung oder veränderten Umwelt- Mit diesen Maßnahmen kann das bereits formulierte
Dies faszinierende Dauerhaftigkeit und gleicherma- dass die geplante Lebensdauer tatsächlich auch er- bedingungen langfristig das Auftreten von Schä- Ziel: „Dauerhaft Bauen heißt nachhaltig Bauen“ auch
ßen beeindruckende Nachhaltigkeit dieser Bauwerke reicht wird. den vermeiden. tatsächlich mit vertretbarem Aufwand erreicht wer-
sind in der Werkstoffauswahl, in den Bauweisen und Praktisch greifen präventive Maßnahmen an den un- • Unvermeidbare Instandsetzungen werden mit Hil- den.
im Unterhalt begründet. Verdeutlicht man sich darü- terschiedlichsten Punkten des Lebenszyklus eines Bau- fe von Zustandsanalysen auf ihren notwendigen Das Team des KIT Innovation HUB greift dazu nicht
ber hinaus, dass sich der Begriff „Prävention“ vom la- werks an: Umfang begrenzt, das Kosten- und Umweltma- nur auf moderne natur- oder ingenieurwissenschaft-
teinischen praevenire („zuvorkommen“, „verhüten“) nagement so optimiert. liche Verfahren und Techniken zurück, sondern be-
ableitet, so erkennt man schnell das „Geheimrezept“ • Durch gezielte Auswahl der Rohstoffe oder Bau- • Während der Nutzungsphase durchgeführte Bau- rücksichtigt sowohl bei Bauwerken als auch bei der
der Römer. stoffen kann das Risiko für das spätere Auftreten werksanalysen tragen dazu bei, für das Bauwerk Auswahl der Maßnahmen wirtschaftliche, politische
werkstoffaggressiver Reaktionen und Prozesse bestehende Risiken frühzeitig zu erkennen und und soziale Randbedingungen.
Seit der Antike hat sich aber einiges geändert. Wäh- deutlich minimiert werden. zu beseitigen.
rend der Begriff „Prävention“ in anderen Bereichen • Die Identifikation und Bewertung nutzungsspe-
des täglichen Lebens bereits fester Bestandteil des zifischer Beanspruchungen hilft Planer:innen be-
wirtschaftlichen, aber auch des persönlichen Han- reits bei der Auswahl geeigneter Werkstoffe und
delns ist, verwendet man ihn in dieser Form erst seit Schutzmaßnahmen.
wenigen Jahren im Bauwesen.
16 17DAS INSTITUT FÜR FUNKTIONELLE GRENZFLÄCHEN
(IFG) AM KARLSRUHER INSTITUT FÜR TECHNOLOGIE
FORSCHUNGS- MIKRO-
EBENE
Mit seinen ca. 120 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern
befasst sich das Institut für Funktionelle Grenzflächen,
Verhalten und die Interaktion von pro- und eukaryoti-
schen Zellen in natürlichen und technisch- modifizier-
ANSATZ:
ANGEWANDTE WISSENS-
geleitet von Prof. Dr. Christof Wöll, mit dem Studium ten Umgebungen untersucht, um gezielt Manipulati- FORSCHUNG TRANSFER
molekularer Interaktionen an fest/gasförmig und onsstrategien zu initialisieren.
„… VON
fest/flüssig Grenzflächen. Einen wichtigen Aspekt Im Bereich Biosysteme werden zum einen gezielt
der strategischen Ausrichtung des Instituts stellt der die Interaktionen von Biomaterialien mit hämato
Technologietransfer dar. Dabei werden die bei der poetischen Stammzellen untersucht, zum anderen
NANO
Untersuchung von Grundlagenprozessen auf der auf Basis mikrothermogeformter Polymere neuartige MAKRO-
NANO-
EBENE
Nano-Ebene gewonnenen Erkenntnisse konsequent 3D-Zellkultursysteme für den Einsatz als artifizielle EBENE
auf die Makro-Ebene technischer Systeme übertragen. (hämatopoetische) Stammzellnischen entwickelt. GRUNDLAGEN-
Wir sind der Überzeugung, dass für schnelle und
nachhaltige Innovationen die Vernetzung von Grund-
lagenforschung (Nano-Ebene), Angewandter Fors
Mikrothermogeformte Polymerfolien, so genannte
Mikrokavitäten-Arrays, sind auch die Basis MRT-kom-
patibler Mikrobioreaktoren, die als funktionelle MRT-
ZU MACRO …“ FORSCHUNG
Wissenschaft
Industrie
chung (Mikro-Ebene) und kommerzieller Verwer- Phantome eingesetzt werden.
tung von Forschungsergebnissen (Makro-Ebene) ein
Schlüsselfaktor ist. Die Aktivitäten des Instituts sind Neue Polymere und Biomaterialien: Biologische
im Helmholtz-Programm Materials Systems Enginee- Grenzflächen mit kontrollierten Eigenschaften
ring angesiedelt. Biologische Systeme zeigen eine spezifische Ant
Die vielfältigen Forschungsarbeiten werden von den wortreaktion an Grenzflächen, die von einer Viel In Bezug auf die Aktivitäten des KIT Innovation HUB Biologie mineralischer Grenzflächen
wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbei- zahl verschiedener Faktoren (z. B. chemische Zusam wird die laufende Forschung zu mineralischen Grenz- Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen mi-
tern in thematisch spezialisierten Abteilungen des mensetzung, geometrische und topologische flächen mit ihren Schwerpunkten nachfolgend aus- neralischen Grenzflächen und biofilmbildenden Mik-
Insti
tuts durchgeführt. Diese werden nachfolgend Eigenschaften usw.) abhängt. Um eine gezielte Steu- führlicher dargestellt. roorganismen, v.a. Bakterien, Pilze und Algen mittels
kurz vorgestellt. erung dieser Reaktionen zu erreichen, ist die Erzeu- Verfahren der Mikro- und Molekularbio¬logie, Adap-
gung von Materialien, bei denen all diese Eigenschaf- Mineralische Grenzflächen: Grundlagen der Ko- tion von Untersuchungsmethoden und Strategien zur
Chemie oxidischer und organischer Grenzflächen: ten auf der Mikro- und Nanometerskala eingestellt operation zwischen Wissenschaft und Industrie Vermeidung werkstoffschädigender Prozesse sowie
Den Eigenschaften von organischen und anorga- werden können, von höchster Wichtigkeit. Die Abtei- Die Abteilung Mineralische Grenzflächen befasst sich die Nutzung von Mikroorganismen zur Oberflächen-
nischen Oberflächen auf der Spur lung Neue Polymere und Biomaterialien beschäftigt mit dem Ablauf und dem besseren Verständnis der funktionalisierung.
Oberflächen spielen im täglichen Leben eine zentrale sich mit der zielgerichteten Darstellung solcher Mate- komplexen Prozesse, die an mineralischen Werkstof-
Rolle. Für Sensoren, Katalysatoren, Membranen und rialien durch chemische und physikalische Methoden fen aus verschiedenen Industriebereichen, wie z.B. Modellierung mineralischer Grenzflächen
auch die Wechselwirkung von biologischen Systemen und widmet sich dem Studium dieser Substrate auf dem Maschinenbau, der Elektrotechnik, der Chemie Untersuchung chemisch-physikalischer Prozesse, die
(Zellen, Bakterien) mit organischen und anorganischen biologischen Systemen. oder dem Bauwesen stattfinden. Dies eröffnet tech- während einer Funktionalisierung von Grenzflächen
Materialien spielen die Eigenschaften von Oberflächen nologische Perspektiven, um das Spektrum der tech- realer Werkstoffe ablaufen, wobei neben analyti-
eine entscheidende Rolle. Diese Oberflächen zeichnen Mikrobiologie – Molekularbiologie nischen Eigenschaften durch eine gezielte Funktiona- schen Methoden auch computerchemische Verfah-
sich durch eine hohe Komplexität aus, was die Die Abteilung Mikrobiologie / Molekularbiologie be- lisierung zu erweitern oder die Widerstandsfähigkeit ren eingesetzt werden. Ergänzt werden diese Studi-
Funktionalisierung und Charakterisierung zu einer fasst sich mit bakteriellen Biofilmen und Bakterien- und somit die Lebensdauer dieser Werkstoffe zu ver- en durch die Charakterisierung und Simulation des
großen wissenschaftlichen und technischen He- populationen auf abiotischen und biotischen Mate- längern. Beide Anstrengungen leisten wichtige Bei- durch Alterungsprozesse initiierten Werkstoffabbaus.
raus-forderung macht. Ein wichtiger Ansatz, um rialien / Oberflächen. Ein Schwerpunkt bildet eine träge zur Nachhaltigkeit dieser Werkstoffklasse. Das Ziel ist es, bestehende Technologien zur Oberflä-
Eigenschaften von Oberflächen besser verstehen zu gezielte Generierung von innovativen mikrostruk- chenfunktionalisierung zu optimieren bzw. neue zu
können, basiert auf der Entwicklung gut definierter turierten und biologisierten Oberflächen zur Ma- Chemie mineralischer Grenzflächen entwickeln.
Modellsysteme, an denen physikalisch-chemische Ei- nipulation von Biofilmen. Auch natürliche Bak- Untersuchung der chemischen Eigenschaften minera-
genschaften, chemische Aktivität und physikalische teriengemeinschaften (Mikrobiome) werden mit lischer Werkstoffe im Allgemeinen, mit besonderem Modellsubstrate für mineralische Grenzflächen
Eigenschaften mit technischen Analysemethoden er- hochauflösenden Populationsanalysen und Transkrip- Fokus auf die topochemischen Eigenschaften silika- Entwicklung von Modellsubstraten, die das komplexe
forscht und genau bestimmt werden können. tomanalysen untersucht. Hierbei werden gezielt tischer Grenzflächenmittels Verfahren der Hochleis- chemisch-physikalische Verhalten realer Werkstoffe
die Evolution und Verbreitung von Antibiotika tungsanalytik. Formulierung neuer Werkstoffmodelle analytisch eindeutig charakterisieren. Durchführung
Bioprozesstechnik und Biosysteme: Grenzflä- resistenzgenen und fakultativ pathogenen Bakterien und Entwicklung neuartiger Technologien zur Ober- von experimentellen Untersuchungen an natürlichen
chen als Schauplatz von Sorptionsvorgängen, in der anthropogen beeinflussten Umwelt mit mole- flächenfunktionalisierung. oder künstlich hergestellten Substraten und Analy-
biochemischen Reaktionen und biologischen In- kularbiologischen Methoden charakterisiert. Der Ein- se der Ergebnisse durch Einsatz computergesteuerter
teraktionen fluss anthropogener Wirkstoffe und Pharmaka auf Physik mineralischer Grenzflächen Methoden. Diese Modellsubstrate sind Basis für die
Die Arbeiten der Abteilung Bioprozesstechnik und Bio- das Mikrobiom und damit auf den Wirtsorganismus Ermittlung experimenteller Daten und Modellierung gezielte Entwicklung von Verfahren zur Oberflächen-
systeme umfassen die Entwicklung, die Modellierung ist ein weiterer wissenschaftlicher Schwerpunkt der chemisch-physikalischer Grundlagen, die für physika- funktionalisierung.
und den Einsatz neuartiger Apparate und Verfahren Abteilung. Daraus resultieren Bewertungskonzepte lisch dominierte Interaktionen mit der Umwelt bedeu-
zur optimierten Nutzung technischer Grenzflächen in zu bakteriellen Risikopotentialen in Medizin, Technik tend sind. Resultate dienen u.a. als Basis für Werkstoff-
den Bereichen Biotechnologie, Bioverfahrenstechnik und Umwelt, die in eine entsprechende Regulierung modelle zur numerischen Simulation des reaktiven
sowie allgemeiner Prozesstechnik. Dazu wird u.a. das münden sollen. Transports in porösen, mineralischen Werkstoffen.
18 19KIT INNOVATION
HUB IST PARTNER
DES NEUEN
EUROPÄISCHEN
BAUHAUS
DER KIT INNOVATION HUB IST PARTNER
DES NEUEN EUROPÄISCHEN BAUHAUS
Der KIT Innovation HUB ist seit Mai 2021 Partner des Dazu stehen wir mit Bürgerinnen und Bürgern im in-
Neuen Europäischen Bauhaus (NEB). Die EU-Initiative tensiven Dialog, um sie aktiv in die Projekte zu inte-
Neues Europäisches Bauhaus hilft dabei, die Ziele des grieren und durch dieses partizipative Vorgehen den
Europäischen Green Deals zu erreichen und Europa Transformationsprozess unserer Gesellschaft und Eu-
bis 2050 klimaneutral zu gestalten. ropas gemeinsam zu gestalten.
Das Neue Europäische Bauhaus ist eine kreative, inter- Des Weiteren möchten wir Pilotprojekte initiieren,
disziplinäre und ehrgeizige Initiative, ein Treffpunkt, die wir mit unseren Partnern im Neuen Europäischen
der nachhaltige Lebensarten fördert, die sich an der Bauhaus (NEB) umsetzen.
Kreuzung zwischen Bauen, Kunst, Kultur, sozialer In-
klusion und Technologie befinden. Dazu gehört ein lokales „NEB Lab“ mit Sitz in Karls-
Die offiziellen Partner sind Netzwerke, Verbände und ruhe und andere Projekte, die wir bald auf unserer
Organisationen, die sich als Förderer und Schlüssel- Webseite vorstellen werden.
figuren des Neuen Europäischen Bauhaus verstehen
und agieren. www.europa.eu/new-european-bauhaus
„Ich möchte, dass NextGenerationEU eine europäi-
sche Renovierungswelle auslöst und unsere Union zu Wir als KIT Innovation HUB sehen uns, wie auch die
einem Vorreiter in der Kreislaufwirtschaft macht. Das anderen Partner des Neuen Europäischen Bauhaus,
ist jedoch nicht nur ein ökologisches oder wirtschaftli- als Ideensammler, die durch die disziplinübergreifen-
ches Projekt: Es muss auch ein neues Kulturprojekt für de Zusammenarbeit von Fachleuten aus Natur-, In-
Europa werden.“ genieur- und Sozialwissenschaften neue Werkstoffe,
Bauweisen und Konzepte zum Wissenstransfer entwi-
Ursula von der Leyen ckeln.
20 21KULTUR- UND Restauration Arp-Säule
(Basel)
PROJEKTE DENKMALSCHUTZ Pantelleria
Technologietransfer Antike Neuzeit
(Italien)
Das Laufenmühle-Viadukt
denkmalgerechte Instandsetzung
einer Eisenbahnbrücke
(Stadt Welzheim)
Expertennetzwerk:
Entwicklung eines Konzepts für ein VERFAHREN, DAAD
Programme des projektbezogenen INTERDISZIPLI-
verkehrsträgerübergreifendes, indikatorgestütztes
Lebenszyklusmanagementsystem MATERIALIEN Personenaustauschs (PPP)
NÄRE AUS- UND
UND PROZESSE WEITERBILDUNG
für Bauwerke der Verkehrsinfrastruktur „Strecke dich, Brücke“
Aus- und Weiterbildung für
kommunale Verwaltungen
NACHHALTIGE Ertüchtigung des Hochwasserschutzes
Modellgemeinde Malsch FORSCHUNGS- BMBF Verbundvorhaben
Transform - das transformative Institut.
GEMEINDE Umbau und Sanierung Hans-Thomas-Schule
Modellgemeinde Malsch
PROJEKTE Integration von Wissenschaft und Gesellschaft
BMBF Verbundvorhaben
Partizipative Transfer Communities (PART-COM)
kommunale Innovationssysteme als neue
Dimension des Wissens und Technologietransfers
22 23Wir finden Lösungen, mit
denen wir die gebaute Infra-
struktur resilient gegen-
über einer sich verändern-
den Umwelt gestalten
und so ihre Funktionsfähig-
keit über die geplante
Nutzungsdauer sicherstellen.
Dafür haben wir den Begriff
„Prävention im Bauwesen“
geprägt.
VERFAHREN,
MATERIALIEN
UND PROZESSE
24 25EXPERTENNETZWERK: Partner:innen VERFAHREN, MATERIALIEN UND PROZESSE
ENTWICKLUNG EINES KONZEPTS FÜR EIN VER- Auftraggeber Expertennetzwerk:
KEHRSTRÄGERÜBERGREIFENDES INDIKATORGE- Bast (Bundesanstalt für Straßenwesen),
BAW (Bundesanstalt für Wasserbau)
STÜTZTES LEBENSZYKLUSMANAGEMENT-SYSTEM EBA (Eisenbahnbundesamt)
FÜR BAUWERKE DER VERKEHRSINFRASTRUKTUR
Laufzeit: 01.01.2017 -30.05.2019 Kooperationspartner:
Institut für Technologie und Management
im Baubetrieb des
Karlsruher Instituts für Technologie (KIT)
Prof. Dr.-Ing. Kunibert Lennerts
Projektbeschreibung /Ausgangssituation:
• Steigende Anforderungen an die Leistungsfähig- • Identifikation relevanter Indikatoren und Kenn-
keit und Verlässlichkeit der Verkehrsinfrastruktu- größen auf Objekt- und Netzebene
ren in Deutschland • Als Arbeitsgrundlage dienen die Informations-
• Auf Grund unterschiedlichster Einflüsse erreicht quellen der Baulastträger (Schiene, Straße, Was-
eine Vielzahl der Infrastrukturbauwerke nicht serstraße). Die Vorgehensweise der Baulastträger
ihre geplante Lebensdauer (Straßenbau-Verwaltungen der Länder, WSV, DB
• Viele Infrastrukturbauwerke werden in den nächs- Netz AG) zur Erfassung der Daten soll nicht ver-
ten Jahren aufgrund der zunehmenden Nutzung ändert werden
und ihres fortschreitenden Lebensalters das Ende
ihrer technischen Lebensdauer erreichen
• Gegenwärtig werden Entscheidungen über die Maßnahmen:
Maßnahmen während der Nutzungsdauer auf • Begriffsdefinition, Grundlagen des Lebenszyklus-
Grundlage vorliegender objektbezogener Infor- managements
Mehr mationen getroffen • Analyse vorhandener Managementsysteme
CHECK ACT netz- • Die Informationsbeschaffung gestaltet sich auf- • Erarbeiten der für ein verkehrsträgerübergrei-
bezogen grund der heterogenen Qualität der Bestandsdo- fendes Lebenszyklusmanagement maßgeblichen
Informationsgestaltung und Was müssen wir anders kumentation schwierig und langwierig Kenngrößen und deren Verknüpfung
Bewertung (Objekt + Netz) machen? (Netz) • Ein fortgeschrittenes, intelligentes Lebenszyklus- • Auswahl der Kenngrößen und Beschreibung des
management (LZM) kann diesen Prozess substan- Mehrwerts zur Beurteilung von Bauwerkszustän-
• Bauwerksüberwachung auf • Positionsbestimmung tiell unterstützen den gegenüber bisherigen Verfahren
Objektebene • Ursachenanalyse • Definition der Schnittstelle zwischen Netz- und
• Zustandsanalysen • Ursachenbewertung Objektebene
• Prognosenmodelle • Strategieformulierung Herausforderung: • Validierung des Konzept an Hand von Pilotprojekten
• Objektspezifische Lebenszy- • Priorisierung • Die aktuelle Art der Erfassung und der Verarbei-
klusszenarien tung von Zustandsdaten erlaubt keine Schlüsse
auf zukünftige Zustandsentwicklungen Benefit des Vorgehens für die Beteiligten:
• Entwicklung eines modularen indikatorgestütz- • Modulares Lebenszyklusmanagementkonzept für
ten Lebenszyklusmanagements als Grundlage für eine breite Anwendung
schnelle, zielgerichtete und nachvollziehbare Ent- • Verknüpfung von Netz- und Objektebene mittels
scheidungen SWOT-Analyse
• Erarbeitung der unterschiedlichen Belange für die • Gewichtung von Bauwerken und Maßnahmen
DO PLAN Verkehrsträger Schiene, Straße und Wasserstraße mittels der Pareto-Regel
• Systematische Erfassung aller relevanten Infor- • Das Konzept ist auf Bestandsbauwerke anwendbar
Umsetzung der geplanten Maß- Welche Maßnahmen mationen in Form von Kenngrößen, sowie deren • Möglichkeit der schrittweisen Einführung des
nahmen (Objekt) im Planungszeitraum zeitnahe und umfassende Auswertung Konzepts
(Netz + Objekt) • Die Kenngrößen und deren Kombinationen sollen • Indikatorgestützte Schadensrisikoabschätzung
• Einheitliches Konzept zur sämtliche baulichen, ökonomischen, sozio-kultu-
Überführung in LZM • Strategieumsetzung rellen und ökologischen Belange und Anforde-
• Fokus auf Steuerung des • Synergieeffekte heben rungen berücksichtigen
Bauwerkzustands • Koordination mit Sta- • Entwicklung von zwei aufeinander aufbauenden
Mehr keholdern Konzepten (Objekt- und Netzebene)
objekt-
bezogen 26 27Wir erarbeiten in engem
Dialog mit Gemeinden und
Kommunen Konzepte für
eine nachhaltige kommunale
Infrastruktur und begleiten
sie bei Bauprojekten über
deren gesamten Lebenszyk-
lus, von der Erstellung über
die Nutzung und Instandset-
zung bis hin zum Rückbau.
NACHHALTIGE
GEMEINDE
28 29UMBAU UND SANIERUNG NACHHALTIGE GEMEINDE
DER HANS-THOMA-GEMEINSCHAFTSSCHULE
(GEMEINDE MALSCH)
Laufzeit: 2019-2021
Projektbeschreibung /Ausgangssituation:
• Umsetzung des Raumkonzepts von Ganztages- • Bewertung des Bauwerkszustands als Grundlage
grundschule und Gemeinschaftsschule sowie drin- für die Sanierungsplanung
gend notwendiger Sanierungs- und Brandschutz- • Analyse und Bewertung der eingesetzten Werk-
maßnahmen stoffe in Hinblick auf Dauerhaftigkeit und Um-
weltverträglichkeit
Herausforderung: • Einsatz zerstörungsfreier Prüfverfahren und Me-
• Bewertung des Bauwerkszustands als Grundlage thoden der Hochleistungsanalytik
für die Sanierungsplanung
• Analyse und Bewertung der eingesetzten Werk- Benefit des Vorgehens für die Beteiligten:
stoffe in Hinblick auf Dauerhaftigkeit und Um- • Vermeidung von Baumängeln
weltverträglichkeit • Verlängerung der instandsetzungsfreien Nut-
zungsdauer durch die Auswahl geeigneter Mate-
Maßnahmen: rialien und Qualitätssicherung
• Beratung der Gemeinde Malsch als Bauherrin: z.B. • Kenntnisse über die Eigenschaften der Bausub-
bei der Materialauswahl und Qualitätskontrolle stanz und Werkstoffeigenschaften als Basis für
Präventionskonzepte
ERWEITERUNG
DES HOCHWASSERSCHUTZES
(GEMEINDE MALSCH)
Laufzeit: 2018-2020
Projektbeschreibung /Ausgangssituation Maßnahmen
• Verbesserung des Hochwasserschutzes durch den • Beratung der Gemeinde Malsch als Bauherrin: z.B.
Ausbau der Verdohlung bei der Materialauswahl und Qualitätskontrolle
• Durchführung der Qualitätskontrolle unter Einsatz
Herausforderung zerstörungsfreier Prüfmethoden
• Sicherstellung der Betonqualität und der Fugen-
dichtigkeit Benefit des Vorgehens für die Beteiligten
• Sicherstellung der Werkstoffqualität
• Vermeidung von Verarbeitungsmängeln
• Vermeidung von Instandsetzungskosten aufgrund
frühzeitig auftretender Bauschäden
30 31Wir finden Lösungen, wie
denkmalgeschützte Infrastruk-
tur als Teil der Infrastruktur
integriert und unter denk-
malschützerischen Aspekten
erhalten werden kann, um sie
als Kulturdenkmäler der Inge-
nieurskunst für kommende
Generationen zu erhalten.
Wir nutzen innovative Ansät-
ze und Verfahren, um massive
Eingriffe in Kunst- und Kultur-
denkmäler zu vermeiden und
die Werke in ihrer Form zu er-
halten oder ihnen neue Funkti-
onen zu geben.
Wir nutzen Erkenntnisse aus
der Vergangenheit, um moder-
ne Baustoffe besser und nach-
haltiger zu machen.
KULTUR UND
DENKMALSCHUTZ
32 33DAS LAUFENMÜHLE VIADUKT Partner:innen KULTUR- UND
(GEMEINDE WELZHEIM) IGP Ingenieurbüro Bauwerksdiagnostik Schadensgutachten, DENKMALSCHUTZ
Laufzeit: 01.09.2016-31.12.2018 Dr. Gabriele Patitz
Ingenieurbüro H. Rothenhöfer – Hermann Rothenhöfer (Dipl.-Ing.)
IONYS AG – Tobias Bürkle
Projektbeschreibung /Ausgangssituation Maßnahmen
• Das Laufenmühle-Viadukt… • Modul 1 – Literaturrecherche: Recherche und Eva-
• … ist das Größte im Ensemble aus drei Via- luation ähnlicher Bauwerke aus der gleichen Epo-
dukten der Wieslauftalbahn (Laufenmühle- che und bereits bekannter Instandsetzungs- und
Viadukt, Strümpfelbach-Viadukt und Igels- Präventionsmaßnahmen. Analyse der objektab-
bach-Viadukt) hängigen Vorgehensweise (Case Studies) in Bezug
• … ist eines der ersten Bauwerke aus „Eisen- auf ihre Anwendbarkeit auf das Laufenmühle-
beton“ in Deutschland und repräsentiert Viadukt
damit ein herausragendes Beispiel für die
Entwicklung der technischen Infrastruktur in • Modul 2 – Inverse statische Analyse: Zum Nachweis
Deutschland der Standsicherheit wurden für einzelne Bauteile
• … wurde 1909 erbaut, die Bauzeit betrug 5 unterschiedliche Belastungsszenarien aufgestellt.
Monate Durch eine inverse statische Analyse konnten die
• … besteht bei einer Gesamtlänge von ca. 180 besonders beanspruchten Teile identifiziert und
m aus 8 Bögen unterschiedlicher Konstrukti- für diese Bereiche die lokal geltenden Mindest-
on und Stützweite anforderungen an die mechanischen Werkstoffei-
• … steht seit 1992 unter Denkmalschutz genschaften berechnet werden
• … wurde vor der Wiederinbetriebnahme als
Museumsbahn im Jahr 2009 lokal instandge- • Modul 3 – Erweiterte Zustandsanalyse: Aufstellen • Modul 6 – Qualitätskontrolle: Einsatz geeigneter • Gezielte Zustandsanalysen liefern notwendige In-
setzt eines qualifizierten Untersuchungsprogramms ba- Verfahren aus der Zustandsanalyse formationen, um die Ausführung der Maßnahme
• Feststellung verschiedener Schäden, die zu Zwei- sierend auf den Modulen 1 und 2. Schritt 1: Erfas- auf das notwendige Mindestmaß zu reduzieren
feln an der Standsicherheit des Bauwerks führten. sung visuell erkennbarer Schäden und Dokumen- • Modul 7 – Aufstellung eines Unterhalts- und Prä- • Sicherstellung der Instandsetzungsziele durch
Dazu gehörten u. a.: tation durch eine Schadenskartierung. Schritt 2: ventionskonzepts: regelmäßige Bauwerksüber- stringente Qualitätskontrolle
● lokal auftretende flächige Abplatzungen im Durchführung einer erweiterten Zustandsanalyse prüfungen mit Hilfe zerstörungsfreier Prüfmetho- • Bereitstellung von Unterhalts- und Präventions-
oberflächennahen Bereich mit zerstörungsfreien Prüfmethoden und geziel- den und Tiefenhydrophobierung. konzepten zum langfristigen Erhalt historischer
● wasserführende Risse in der Konstruktion ter Bohrkernentnahme als Basis für eine Korrela- Bauwerke
● Hohlstellen beim Überdeckungsbeton tion der ermittelten Daten Ergebnisse: • Senkung der Kosten von ursprünglich angesetz-
● freiliegende und korrodierende Eisenbeweh- Vorteile und Benefits des innovativen Ansatzes ten ca. 3.2 Mio € auf unter 2.2 Mio €
rungen, begründet in einer geringen Beton- • Modul 4 – Planung der Instandsetzungsmaßnah- • Vergleichende Betrachtungen zur Instandsetzung
überdeckung me: Durch die fundierte Datenbasis konnten die von Bauwerken der gleichen Epoche liefern Hin-
● fortschreitende Carbonatisierung beim ursprünglich geplanten massiven Eingriffe in die weise zur Performance von alternativen Instand-
Überdeckungsbetons Bausubstanz vermieden werden. Ersatz durch al- setzungsverfahren
● Kalkaussinterungen, die auf einen Wasser- ternatives Konzept, das nur minimalinvasive Ein- • Inverse statische Analyse zur Identifikation kriti-
transport durch das Bauwerk hinweisen griffe beinhaltete. (Injektion von Rissen mit spezi- scher Konstruktionsdetails („hot spots“), deren
● defekte Fugen, die den Eintritt von Wasser ellen Instandsetzungsmörtel) Instandsetzung objekt- und nutzungsspezifisch
ins Bauwerk erlauben geplant werden kann
● Verfärbungen aufgrund von Biofilmbildung • Modul 5 – Ausführung der Instandsetzungsmaß-
und Bewuchs mit Pflanzen nahme: Durchführung von Versuchsapplikationen
● Instandsetzungsmaßnahmen waren unvermeidbar, vor der Instandsetzungsmaßnahme, um Eignung
um einerseits das Laufenmühle-Viadukt als des Injektionsmörtels und Einstellungen der Injek-
Denkmal zu erhalten, andererseits um den Betrieb tionsanlage zu prüfen. Anpassung des Verfahrens
der Museumsbahn zu gewährleisten und großflächige Durchführung
34 35KULTUR- UND DENKMALSCHUTZ
Herausforderung
• Ursachenanalyse in Bezug auf die hohe Dauerhaf- • Die Untersuchung antiker Zisternen ergab eine
tigkeit antiker Beschichtungen Vielzahl von Putzen mit unterschiedlichen Erhal-
• Identifikation der Werkstoffzusammensetzung und tungszuständen. So wirken einige Verputze fast
des Schichtaufbaus und der Verfahren zur Herstel- wie neu und sind vollkommen intakt. Dank die-
lung dieser antiken Beschichtungen ses hervorragenden Zustands werden auch viele
• Beantwortung der Frage, warum im Vergleich antike Zisternen bis heute unverändert zur Was-
zu modernen Beschichtungen, die häufig bereits serspeicherung genutzt. Hingegen ist bei ande-
nach wenigen Monaten Schäden aufweisen, die ren Zisternen die ursprünglich glatte Oberfläche
antiken Beschichtungen so dauerhaft sind bzw. die gesamte Putzschicht völlig zerstört. Die-
• Identifikation der dauerhaftigkeitsbeeinflussenden ser Unterschied in der Dauerhaftigkeit zeigt, dass
Faktoren für die Optimierung moderner Werkstoffe es auch in der Antike bereits Unterschiede in der
Bauqualität gab
Vorgehensweise und verwendete Methoden • Der Unterschied der antiken Zisternenauskleidun-
• Die örtlichen Gegebenheiten auf jeder Ausgra- gen und moderner zementgebundener Beschich-
bungsstätte wurden zunächst alle erfasst (Zister- tungen besteht in erster Linie im Schichtaufbau.
nengeometrie, Wassersystem usw.) Bei den antiken Verputzen wird zunächst eine
• Werkstofftechnologische Untersuchungen vor hochporöse Schicht aufgetragen, die bis zu meh-
Ort (Haftzug-Festigkeit, Rückprallwert mittels reren Zentimetern stark ist. Darauf folgt eine nur
Schmidt-Hammer) und die Beprobung der Zister- 1 - 2 mm dicke Schicht, die vergleichsweise dicht
nenverputze ist. Die Porosität für diese zweite Schicht beträgt
• Visuelle Typisierung der Zisternenputze (Erhal- nur ein Drittel des Wertes, den wir für die erste
tungszustand, Zuschlagsart, Applikationsart, farb- Schicht finden. Vereinfacht formuliert nimmt bei
liche Beschreibung der Zuschläge und Bindemittel den antiken Beschichtungssystemen die Porosi-
PANTELLERIA Partner:innen usw.) tät von innen nach außen ab. Im Gegensatz dazu
TECHNOLOGIETRANSFER ANTIKE – NEUZEIT Universität Tübingen, Philosophische Fakultät • Chemischen und mineralogischen Untersuchun- wird eine moderne Beschichtung auf Zementba-
NACHHALTIGE UND DAUERHAFTE Institut für Klassische Archäologie gen mittels Hochleistungsanalytik (Röntgendif- sis meistens einlagig ausgeführt. Herstellungsbe-
BESCHICHTUNGSSYSTEME Prof. Dr. Thomas Schäfer und Dr. des. Frerich Schön fraktometrie, Thermogravimetrie und Rasterelek- dingt nimmt hier die Porosität von innen nach
Laufzeit: 2009-2011 tronenmikroskopie außen zu. Dieser scheinbar simple Unterschied
• Baustofftechnologischen Charakterisierung der im Porositätsgefälle führt zu einer beschleunig-
Mörtelqualität (Haftzugfestigkeit, Porosität, Po- ten Auslaugung und damit zum Werkstoffabbau
rengrößenverteilung und Wasseraufnahmekoef- bei den modernen Beschichtungssystemen. Im
Projektbeschreibung / Ausgangssituation fizient Gegensatz dazu wird bei den antiken Zisternen-
• Gegenstand archäologischer Grabungen durch • Einige Zisternen wurden aber auch untereinander verputzen dieser Auslaugungsprozess stark verzö-
das Institut für klassische Archäologe der Univer- mit Kanälen verbunden und bildeten somit einen Erkenntnisse für die Beteiligten gert
sität Tübingen (Prof. Dr. Thomas Schäfer) Teil einer Versorgungskette • Standardmäßige Bestimmung von Parametern bei • Diese Ergebnisse dienen der Beantwortung rele-
• Untersuchungsfokus auf Kleinspeicheranlagen im • Bereits in der Antike wurden Wasserspeicher mit modernen Beschichtungsmaterialien für Trink- vanter archäologischer Fragestellungen, wie z. B.
häuslichen Kontext (dezentrale Wasserversorgung). Mörtelbeschichtungen ausgekleidet wasserbehälter ermittelt, erlaubt direkten Ver- der regionalen und zeitlichen Verbreitung von
Grundsätzlich erfolgte das Auffangen des Regen- • Auch nach ca. 2000 Jahre sind die antiken Speicher gleich moderner und antiker Beschichtungen Bautechnologien
wassers über Dächer, Plätze, Straßen und ange- noch teilweise in Benutzung und gut erhalten • Besseres Verständnis des Werkstoffverhaltens mo- • Durch den Vergleich der Werkstoffeigenschaften
legte Freiflächen • Durch Vergleich der antiken und modernen Be- derner Beschichtungssysteme durch den Erkennt- antiker Zisternenputze mit dem Verhalten mo-
• Aus hygienischen Gründen wurde das Wasser schichtungsmaterialien soll ein Wissens- und Tech- nisgewinn über antike Zisternenputze derner zementgebundener Werkstoffe konnten
vorzugsweise in unterirdisch angelegte Zisternen nologietransfer von der Antike in die Moderne er- • Erkenntnis, dass neben der Mörtelzusammenset- weitere technische Faktoren identifiziert werden,
geleitet und gespeichert. Diese hatten meist ein folgen zung vor allem der Schichtaufbau für die Dauer- welche das Langzeitverhalten und die Dauerhaf-
Fassungsvermögen von weniger als 100 m³ • Insbesondere die werkstofftechnologischen Para- haftigkeit entscheidend ist tigkeit moderner Werkstoffe des Bauwesens be-
meter wie beispielsweise Porosität, Porengrößen- einflussen
verteilung, Wasseraufnahmekoeffizient und Haft- • Diese Erkenntnisse initiieren neue Impulse für die
zugfestigkeit sollen verglichen werden moderne Werkstoffentwicklung
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