Straßenbau: Einen anderen Weg gehen

Von Mike Hayes28. Januar 2020

Sie mögen bei der Beschreibung des Bauwesens fehl am Platz klingen, aber die Cloud, Big Data und das Internet der Dinge sind mittlerweile erkennbare Elemente des Straßenbauprozesses, wie Mike Hayes berichtet

Das VERIFI-System fungiert als objektiver Qualitätskontrollmanager für alle Betonmischwagen

Der Begriff „Bautechnik“ wurde 2019 in der Branche vielleicht am häufigsten verwendet – das macht ihn aber nicht weniger relevant. In allen Sektoren hat sich die den Projektbeteiligten zur Verfügung stehende Technologie dramatisch verbessert.

Der Straßenbau bildet da keine Ausnahme, denn die Hochtechnologie führt Projekte in neue Richtungen, was das verwendete Material und die Art seiner Umsetzung betrifft; die in Betrieb befindliche Ausrüstung und die Erfahrung des Bedieners; die Geschwindigkeit, Effizienz und Nachhaltigkeit von Bau- und Sanierungsprozessen.

Am Beispiel von Transportbeton nutzt GCP Applied Technologies das Internet der Dinge (IoT), um die Qualitätskontrolle des Materials auf dem Weg vom Werk zur Baustelle zu unterstützen.

Das Transportbetonmanagementsystem VERIFI des Unternehmens verwendet auf LKWs montierte Sensoren, um die Eigenschaften des Betons zu bewerten und die Injektion von Wasser und/oder Zusatzmitteln in die Mischung einzuleiten, wenn das Setzmaß unter die festgelegten Werte sinkt.

Die von den Sensoren gesammelten Daten werden an die Cloud gesendet und ermöglichen eine Analyse über alle LKWs und im Zeitverlauf, die zu Verbesserungen bei Mix- und Transportprozessen und in der Folge zu Kosteneinsparungen führen kann.

Einer der leistungsstarken Doppelwellen-Chargenmischer von BHS-Sonthofen im Einsatz in der Schweiz

Beim Bau 4.0 schwebt zwar jeder mit dem Kopf in der Cloud, aber vor Ort ist die Qualität des Straßenbaumaterials entscheidend für den Erfolg eines Projekts. In der Schweiz beteiligte sich der Betonhersteller Kibag an einem großen Autobahnsanierungsprojekt zwischen den Dörfern Küssnacht und Brunnen.

Der Auftragnehmer wurde mit der Sanierung der Brücke auf der Strecke beauftragt und entschied sich für Ultrahochleistungsbeton (UHPC), der unter anderem eine deutlich höhere Festigkeit und eine Verkürzung der Bauzeit mit sich bringt. Allerdings erfordert das Material einen aufwändigeren Mischprozess.

Kibag nahm die Dienste von BHS-Sonthofen in Anspruch, die zwei Hochleistungs-Doppelwellen-Chargenmischer einbrachten, die das Herzstück der Mischanlage bildeten.

Das dreidimensionale Mischkonzept ist eines der Hauptmerkmale des Mixers. Die turbulente Überlappungszone der beiden Mischkreisläufe erzeugt einen intensiven Stoffaustausch sowie eine sehr hohe Relativbewegung, was eine Grundvoraussetzung für die Herstellung von UHPC ist.

Ludwig Bechteler von BHS zeigte, dass nicht jede Technologie neu sein muss: „Wir haben diese Mischtechnologie bereits 1888 entwickelt und sie im Laufe der Jahre immer weiter perfektioniert.“

Ursina Jenny, Qualitätssicherungsleiterin bei Kibag, sagt: „UHPC erfordert keine langen Trocknungszeiten und kann ohne zusätzliche Versiegelung verarbeitet werden. Dadurch hat sich die Bauzeit deutlich verkürzt.“

Für Kibag ist der Umbau der A4-Strecke auch ein wichtiges Test- und Referenzprojekt für diesen neuen Spezialbeton.

Auch für BHS war das Projekt ein großer Erfolg und Bechteler sagte: „Unsere Hochleistungsmischer werden mittlerweile in unzähligen Großprojekten auf der ganzen Welt eingesetzt, etwa bei Infrastrukturprojekten, aber auch beim Bau von Staudämmen und Wolkenkratzern.“

UHPC hat das Potenzial, die Bauzeit zu verkürzen, was den Vorteil hat, dass es weniger schädlich für die Umwelt ist. Der Einsatz von Technologie und neuen Materialien zur Reduzierung von Emissionen und zur Förderung der Nachhaltigkeit wird in diesem Sektor immer wichtiger.

Plastikmüll eindämmen

Im Gegensatz zu Beton entsteht beim Schneiden von Durakerb-Elementen kein schädlicher Quarzfeinstaub

Im Vereinigten Königreich, wo sich die Regierung das ehrgeizige Ziel gesetzt hat, bis 2050 keinen CO2-Ausstoß zu verursachen, produziert Econpro Durakerb, ein nachhaltiges Sortiment an Bordsteinen, Bordsteinkanten und Oberflächenentwässerungen.

Jede Durakerb-Einheit besteht zu 88 % aus recyceltem Polymer – im Grunde das Äquivalent von 182 Plastikflaschen. In den letzten 11 Jahren hat das Unternehmen nach eigenen Angaben aktiv verhindert, dass Plastik im Wert von 72 Millionen Plastikflaschen auf der Mülldeponie landet.

Zu den weiteren Vorteilen für die Umwelt gehört laut Econpro eine Reduzierung der CO2-Emissionen um 73 % pro Vollladung – das entspricht bisher der Entfernung von 1.000 Sattelschleppern von der Straße.

Ein anderer Ausdruck, der in jüngster Zeit regelmäßig verwendet wird, ist der inkrementelle Gewinn. Nur wenige Geräte könnten dies deutlicher demonstrieren als der TinyPreMarker – ein Straßenbauroboter, der in zwei Stunden das leisten kann, was ein Ingenieur in anderthalb Tagen schaffen würde.

Wie der Name schon sagt, übernimmt der kleine Roboter Vormarkierungsarbeiten bei großen Straßenbauprojekten. Mithilfe der integrierten GNSS-Technologie des Roboters (dem Standard-Satellitennavigationssystem für autonome Geräte) und einem Steuertablett werden Markierungen präzise festgelegt.

Neben der gesteigerten Produktivität des Markierungsroboters führt der Hersteller TinyMobileRobots eine geringere Spielraum für menschliches Versagen und eine erhöhte Sicherheit bei der Arbeit an, da Bediener die Ausrüstung aus sicherer Entfernung steuern können.

Das Versagen des Betons auf Europas Autobahnen ist oft offensichtlich und kann schmerzhaft oder sogar tödlich sein.

Materialprüfungen sind ein wesentlicher Bestandteil großer Straßenbauprojekte, zunächst zur Klassifizierung der Bodentypen (einschließlich Partikelgröße, Masse und Feuchtigkeitsgehalt) und dann zur Beurteilung der Qualität des Straßenmaterials, sei es Beton, Asphalt oder ein anderes Straßenbaumaterial.

Kerntechnologie

Laut Controls Group verbessern ihre neuesten Geräte die Effizienz und Genauigkeit der Materialprüfung

Die Controls Group steht an der Spitze der Entwicklung von Prüfgeräten und verfügt über Fachwissen in allen Formaten.

Wykeham Farrance, Teil der Soil Mechanics Division des Unternehmens, verfügt über eine Reihe von Ringscherprüfsystemen, darunter die vollautomatischen Maschinen Torshear EmS und Shearmatic Ems, die die Elastizität/Steifigkeit von Bodenproben testen.

Ein weiteres Kerngeschäft des Unternehmens sind Betondruckprüfungen. Kürzlich hat das Unternehmen neue Geräte auf den Markt gebracht, darunter Automax Pro – für automatische Standard-Versagensprüfungen.

Die Controls Group gibt an, dass ihre hochmodernen Verbindungstechnologien es Laboren – sowohl vor Ort als auch aus der Ferne – ermöglichen, ihre Testdaten online zu verwalten, ohne dass das Risiko von Übertragungsfehlern besteht.

Bis zu einem gewissen Grad wird der Einsatz von Spitzentechnologie vor Straßenbelagsarbeiten zunichte gemacht, wenn die danach eingesetzte Ausrüstung nicht denselben Standards entspricht.

In Baden-Württemberg, im Südwesten Deutschlands, versucht das Verkehrsministerium, dieses Problem mit QSBW 4.0 (Qualität im Straßenbau Baden-Württemberg 4.0) zu beseitigen.

Einfach ausgedrückt handelt es sich um einen unterbrechungsfreien und digital gesteuerten Bauprozess, der eine hervorragende Einbauqualität auf der gesamten Fahrbahn gewährleisten und die Lebensdauer der Asphaltschichten erhöhen soll.

Für eine erfolgreiche Ausschreibung eines Straßenbauprojekts fordert die neue Richtlinie von Auftragnehmern, dass sie dynamische Logistik- und Maschinensteuerung, Qualitätskontrolle und -management, mobile Vernetzung, Anzeigemöglichkeiten auf Smartphones, Tablets oder Computern sowie die Dokumentation aller Daten nutzen Zugangsberechtigung für Kunden.

Augen auf die Straße gerichtet

Der Paving Plus Fertiger von Vögele verfügt über ein vollständig integriertes, softwarebasiertes System zur Prozessoptimierung

Der Fertiger WITOS Paving Plus von Vögele ist laut Hersteller eine QSBW-fähige Lösung – mit einem vollständig integrierten, softwarebasierten System zur Prozessoptimierung und Dokumentation.

Der Fertiger verfügt über fünf aufeinander abgestimmte Module für verschiedene Prozessbeteiligte – vom Asphaltmischwerk über den LKW-Fahrer bis zum Bauleiter.

Um eine optimale Asphalttemperatur sicherzustellen, kann die Temperaturmesslösung RoadScan von Vögele in das System integriert werden. Darüber hinaus kann mit RoadScan eine hochpräzise Infrarotkamera eingesetzt werden, um den gesamten vorgegebenen Bereich hinter der Bohle des Fertigers auf einer Breite von 10 m zu scannen.

Vögele ist Teil der Wirtgen Group, ebenso wie Wirtgen, das ebenfalls auf die Infrastruktur der WITOS-Telematiklösung setzt.

Wirtgen beschreibt seinen Connected Milling-Ansatz, der wie Vögele von einem direkten Informationsfluss zwischen Maschine, Bediener, Servicewerkstatt und Dispositionsabteilung profitiert.

Der gesamte Fräsprozess wird digital abgebildet und in Echtzeit simuliert, basierend auf einer umfassenden Analyse aller Parameter.

Die Großfräsen von Wirtgen nutzen Laserscanning zur Vermessung von Fräsprofilen im Querschnitt

Laut Wirtgen kann die Maschine dynamisch auf sich ändernde Bedingungen reagieren, was die Arbeit des Bedieners erleichtert, die Maschinenleistung verbessert und den Diesel-, Wasser- und Werkzeugverbrauch sowie CO2- und Lärmemissionen reduziert.

Wirtgen-Maschinen verfügen außerdem über den Performance Tracker, der mithilfe eines Laserscanners zusammen mit GPS und Sensoren das zu fräsende Querschnittsprofil misst und anschließend das Fräsvolumen und die Leistung bewertet.

Eine „Ein-Maschinen-Lösung“

Der 5700-D Power Curber ist bereit für die Verbindung mit Technologie von Topcon, Leica und Trimble

Anfang 2020 wird das in den USA ansässige Unternehmen Power Curbers seine neue Bordsteinmaschine, die 5700-D, auf den Markt bringen.

Die kompakte Maschine, die eine „Ein-Maschinen-Lösung“ für Beton-Gleitschalungsanwendungen, einschließlich Bordsteine, Absperrungen und Tunnel, verspricht, ist auf einfache Bedienung ausgelegt.

Zu den Hauptmerkmalen des neuen Modells gehören ein „All-Up“-Jog-Schalter, der alle Raupenpfosten gleichzeitig anhebt oder absenkt, eine verbesserte Querneigungskontrolle und eine verbesserte Vibrationskontrolle.

Gleichzeitig ist der 5700-D bereit, mit einigen der führenden Technologien des Marktes zu kommunizieren, darunter Software von Topcon, Leica und Trimble.

Während wir sehen, wie der Straßenbau mit seiner neuen Technologie voranschreitet, erleben wir auch Veränderungen in der Art und Weise, wie Baumaschinen eingesetzt werden.

In den letzten Jahren wurde der Verkauf von Baggerladern durch eine Kombination aus Spezialmaschinen, darunter Kompaktlader, Kompaktbagger und Kompaktlader, unter Druck gesetzt.

Zurück auf der Autobahn

Der 3CX Highways Master von JCB kann ohne Handwerkzeuge Querschnitte innerhalb einer Fahrbahn durchführen

Der Gegenangriff ist jedoch im Gange, angeführt von dem Unternehmen, dessen Name ein Synonym für den Baggerlader ist. Das neueste Modell von JCB ist der 3CX Compact Highways Mater – speziell für die Instandhaltung von Autobahnen konzipiert.

Die Maschine ist mit einem Kompaktlader-Schnellwechsler an den Frontladerarmen und einem Anbaugeräte-Integrationssystem ausgestattet, das den Anschluss einer Reihe spezieller Anbaugeräte ermöglicht.

Das SMART-System des Laders ermöglicht die automatische Umschaltung der Elektronik und ermöglicht so die Zusammenarbeit mit Betriebssystemen von Drittanbietern.

Der Highways Master verfügt über eine verbesserte Hydraulikleistung: Seine Frontlader-Zusatzleitungen liefern 120 Liter/Minute Hydraulikleistung, verglichen mit 70 Liter/Minute beim Standard-3CX. Dies gibt dem Lader die Möglichkeit, größere 600-mm-Straßenfräsenanbaugeräte zu transportieren, sodass er bei größeren Asphalterneuerungsarbeiten eingesetzt werden kann.

Optional ist am Heckausleger des Highways Master auch ein hydraulischer Schnellwechsler erhältlich, der einen 300-mm-Heckhobelanbau ermöglicht.

Eine Seitenverschiebungsfunktion ist ebenfalls Standard und ermöglicht dem Bediener das Fräsen quadratischer Flächen, ohne die Maschine neu positionieren zu müssen.

Betrieb im sicheren Bereich

Highways England berichtet, dass es im Vereinigten Königreich jede Woche fast 300 Vorfälle gibt, die die Sicherheit der Straßenarbeiter beeinträchtigen könnten.

VPS Highway Solutions hat ein System entwickelt, das Erkennungsanalysen und ein Bi-Spektrum-Kamerasystem (Wärmebild und hochauflösendes Kamerasystem) nutzt, das auf einem autarken Smart Tower montiert ist, um Arbeiter vor der Gefahr eines sich nähernden Fahrzeugs zu warnen.

Das Alarmsystem umfasst neben dem auf dem Turm montierten Basissystem auch einzelne Rufpunkte, die über ein Funknetzwerk miteinander verbunden sind. Bei einem Einbruch werden Schallgeber, Blitzlichter und andere Alarmsysteme ausgelöst und alle Vorfälle werden in Echtzeit aufgezeichnet.

Die patentierten Technologien innerhalb des VPS-Systems bieten Benutzern die Möglichkeit, medizinische Alarme in das Echolot einzubetten, wobei Text- und E-Mail-Alarme mit Bildern an das Personal vor Ort gesendet werden.

Topcons intelligentere Straßen

Viele Straßen in Europa werden so sehr vernachlässigt, dass sie sich am Ende ihres Lebenszyklus befinden und eine vollständige Neugestaltung erfordern, um die öffentliche Sicherheit zu gewährleisten.

Solch umfangreiche Bauarbeiten sind mit hohen Kosten und langfristigen Unterbrechungen des Reiseverkehrs verbunden. Dies könnte jedoch durch die Einführung agilerer Einbauprozesse vermieden werden.

Eine Kombination aus regelmäßigen Inspektionen und erforderlichenfalls Erneuerungen des Belags – und dem Einsatz schneller, genauer Scan- und Einbaumethoden – kann den Lebenszyklus einer Straße kosteneffektiv verlängern.

Sjoerd Stoove, Spezialist für 3D-Pflasterarbeiten bei Topcon Positioning Group, sagt, dass die SmoothRide-Lösung des Unternehmens „einen vernetzten und effizienten Arbeitsablauf in jeder Phase des Prozesses bietet – von der Inspektion und Konstruktion bis hin zum Fräsen und Pflastern.“

Das anfängliche 3D-Scannen, das von an einem Auto befestigten Geräten durchgeführt wird, liefert ein genaues Abbild der Realität und kann schnell durchgeführt werden, sodass Straßensperrungen vermieden werden.

Mithilfe des Scans können Bauunternehmer auch ermitteln, welche Teile der Straße in welcher Tiefe erneuert werden müssen, sodass sie einen Entwurf erstellen können, der weder Material noch Zeit verschwendet.

Fräsen und Fertiger, die mit Maschinensteuerungstechnik wie RD-MC ausgestattet sind, führen den geplanten Belagserneuerungsvorgang dann präziser, gleichmäßiger, schneller und sicherer durch als manuell.

Diese Maßnahmen können zu regelmäßigeren Wartungsarbeiten führen und so den Lebenszyklus der Infrastrukturanlagen verlängern.

Stoove sagt, die Akzeptanzrate sei langsam und glaubt, dass dies etwas ist, das unverzüglich angegangen werden muss.

„Als Branche“, sagt er, „war es für uns noch nie so wichtig, Straßeneigentümer und europäische Regierungen darüber aufzuklären, wie optimierte Einbauabläufe die Sicherheit und Qualität verbessern, Geld sparen und die Gesellschaft als Ganzes unterstützen können.“

Flugzeugleistung

Caterpillar hat Aktualisierungen seiner Kaltfräsen der PM300-Serie angekündigt. Aufgrund ihrer kompakten Abmessungen und Wendigkeit sind die Maschinen für kleinere Baustellen geeignet und sowohl mit Rad- als auch mit Raupenfahrwerk erhältlich.

Cat hat die Motoren der gesamten PM300-Baureihe verbessert und ist jetzt mit einem eigenen C9.3-Motor mit einer Leistung von 249 kW erhältlich. Sie erfüllen außerdem die Abgasnormen der EU-Stufe V.

Zu den weiteren Verbesserungen gehören eine bessere Sicht, ein verschiebbarer Fahrerstand, eine optionale Kamera und ein Zusatzstromanschluss für zusätzliche Beleuchtung.

Die Schiebestation ragt etwa 215 mm über den Rahmen hinaus und bietet dem Bediener freie Sicht, wenn er einer Kante folgt.

Die neuen Hobelmaschinen sind mit Cat-System-K-Fräsrotoren erhältlich, die optional mit Cat-Diamantbohrern ausgestattet werden können, die nach Angaben des Unternehmens schärfer, effizienter und bis zu 80-mal länger halten können als herkömmliche Hartmetallbohrer.

Überbrückung der Autobahnlücke

Ohne Lehrgerüste und Schalungen gerät das anspruchsvollste Straßenbauprojekt ins Stocken, wenn ein Brückenbau erforderlich ist.

In Nordmazedonien wurde Peri hinzugezogen, um beim Bau einer 381 m langen Brücke mit separaten Fahrbahnplatten zu helfen.

Zu den kniffligen Elementen des Projekts gehörte die Arbeit mit der komplexen Überbaugeometrie einer 165 m langen Spannweite mit unterschiedlichen Brückenquerschnitten, Überbauhöhen sowie Längs- und Querneigungen. Und das alles in anspruchsvollem Gelände.

Peri entwarf eine projektspezifische freitragende Konstruktionslösung auf der Grundlage seines Variokit Engineering Construction Kit sowie der parallelen Verwendung von vier ausbalancierten freitragenden Schlitten zur Beschleunigung der Ausführungszeiten.

Das Variokit besteht aus einer Kombination von Trag- und Kernkomponenten, die flexibel an unterschiedlichste Brückenquerschnitte und -geometrien angepasst werden können.

Um die Dinge einfach und rational zu halten, hat das Unternehmen auf eine Just-in-Time-Liefermethode für Schalungen und Gerüste gesetzt.

Auch die Peri-Ingenieure blieben vor Ort, um das Bauteam zu unterstützen und die Arbeitsabläufe zu optimieren.

Nach Angaben des Unternehmens konnte die Bauzeit der Brücke erheblich verkürzt werden, da das Bauteam Abschnitte mit einer Länge von bis zu 5,75 m betonieren, sich auf eine hohe Tragfähigkeit verlassen und integrierte Hydraulik nutzen konnte.