NEWSLETTER2013/2FAKULTÄT FÜR BAU- UND UMWELTINGENIEURWISSENSCHAFTEN

SEHR GEEHRTE LESERIN, SEHR GEEHRTER LESER!

Das zurückliegende halbe Jahr war von zahlreichen für die Fakultät und die zukünf-tigen Entwicklungen sehr wichtigen Themen geprägt. Der Umzug der Fakultät in

das kernsanierte Gebäude IC, die zusätzlichen Studierenden infolge des doppelten Abiturjahr-gangs und die notwendigen Diskussionen um leistungsorientierte Fakultäts- und Lehrstuhlaus-stattungen sind wahrscheinlich die drei wesent-lichsten Themen, die uns jetzt und in Zukunft beschäftigen werden. Der Umzug ist, abgese-hen von noch ausstehenden Mängelbehebungen und einer überproportionalen Vorplanungsleis-tung durch uns alle dann letztendlich sehr gut gelungen. Allen Umzugsbeauftragten der Lehr-stühle und ganz besonders Frau Dr. Schulte und Herrn Dr. Hoppe danke ich für die Geduld und den Fleiß bei den oft nur schwer nachvollziehba-ren Planungsabläufen bis zum Umzug. Sicher-lich ist es mit dem Umzug insgesamt räumlich enger geworden, andererseits sind unsere neuen Räume aber gut ausgestattet und haben eine sehr helle und angenehme Atmosphäre (wenn nicht die automatischen Jalousien wären).

Eine weitere Herausforderung ist der doppelte Abiturjahrgang und die hierdurch gestiegenen Studierendenzahlen. Die Fakultät hat sich mit dem Rektorat auf eine Anzahl von 90 zusätzli-chen Studienplätzen geeinigt. Eine für die Fa-kultät wichtige und gute Entscheidung wie ich finde. Die Mehrbelastung von 90 Studierenden wird nicht nur im laufenden Wintersemester, sondern voraussichtlich auch im nächsten Win-tersemester 2014/15 auftreten. Aktuell wurde ei-ne Erstsemesteranzahl von 354 Studierenden re-gistriert. Vor 5 Jahren noch lag die Anfängerzahl bei rund einem Drittel der heutigen Zahlen. Die sich hierdurch abzeichnende steigende Beliebt-

EDITORIAL

heit unseres Studiengangs/Standortes sollte uns nicht zuletzt auch wegen der bevorstehenden Dis-kussionen um Leistungskennzahlen erfreuen. Für die Bewältigung der zusätzlichen Lehrleis-tungen hat die Landesregierung entsprechende Mittel zur Verfügung gestellt. Diese und sicher-lich auch die mit der anstehenden Reakkreditie-rung vorgenommenen Änderungen in der neuen Prüfungsordnung werden uns bei der Bewälti-gung dieser Aufgabe behilflich sein.

Die Landesregierung hat kürzlich einen Refe-rentenentwurf zum Hochschulzukunftsgesetz (HZG NRW) vorgelegt. Dieser dient zunächst der Anhörung der 14 Universitäten und 16 Fach-hochschulen des Landes. Eine für uns sehr ent-scheidende Neuerung wird die geplante stra-tegische Budgetierung sein. Gefordert werden hierzu messbare und überprüfbare strategische Entwicklungs- und Leistungsziele. Das Rektorat wird diese Forderungen an die Fakultäten wei-terreichen, sodass auch innerhalb der Fakultä-ten Entwicklungs- und Leistungsziele definiert und budgetiert werden müssen. Der erste Schritt hierzu hat mit der umfassenden Ermittlung von Leistungskenndaten im Vergleich zu anderen Bauingenieurfakultäten bereits begonnen. Un-sere derzeitigen Leistungsdaten sind meines Er-achtens gut, was eine wohlbedachte strategische Orientierung sicherlich erleichtern wird. Die Grundhaltung - „Wir machen erst einmal so wei-ter wie bisher und schauen was passiert“ - ist aber sicherlich keine geeignete Lösung. Wir werden in den nächsten Monaten unsere Stärken und Schwächen genau analysieren, um im nächsten Jahr eine nachhaltige Entwicklungsstrategie ein-leiten zu können. Ich hoffe hierzu auf ihre koope-rative Unterstützung und versichere Ihnen eine objektive und offene Diskussion, um allen Belan-gen unter Berücksichtigung der Entwicklungs-ziele möglichst gerecht zu werden.

MIT EINEM HERZLICHEN KOLLEGIALEN GRUSSDEKAN PROF. DR.-ING. MARTIN RADENBERG

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PROMOTIONEN DER FAKULTÄT IM SOMMERSEMESTER 2013

▪ Dr.-Ing. David Nijssen (Bild 1) Thema: Improving Spatiality in Decision Making for River Basin Ma-nagement

▪ Dr.-Ing. Ecevit Agu (Bild 2)

Thema: Modellierung der vertikalen menscheninduzierten Einwir-kungen und Einwirkungseffekte für hüpfende Personen auf der Grundlage eines stochastischen Modells

▪ Dr.-Ing. Xiangqin Liu (Bild 3)

Thema: System Identification of a Wind Energy Converter using Wavelet-based Damage Detection and Robust Model Updating Strategy

Bild 1

Bild 3

Bild 2

NEUER “ANKERPLATZ“: EINWEIHUNG DES IC-KOMPLEXES Knapp 50 Jahre nach dem Erstbezug macht die Campussanierung einen großen Schritt nach vorne: Die Fakultäten für Bau- und Umweltin-genieurwissenschaften und Maschinenbau, die 1965 die ersten Einrichtungen auf dem Campus der Ruhr-Universität waren, beziehen pünktlich zum Start des Wintersemesters den kernsanier-ten IC-Komplex. Zusätzlich wird das Material-forschungszentrum ICAMS (Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation), das bisher außerhalb des Campus untergebracht war, in das neue Gebäude umsiedeln. Die fei-erliche Einweihung, an der auch die Ministerin für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen teilnahm, fand am 7.10.2013 statt.

Nach zweijähriger Sanierung stehen den Fa-kultätsmitarbeitern und Studierenden 24.775 m² Nutzfläche zur Verfügung, die mit moderner Labor-, Medien- und Haustechnik ausgerüstet sind. Das Gebäudekonzept sieht eine vorwie-gend forschungsorientierte Nutzung in den nördlichen Flachbereichen vor, in denen sich große Laborbereiche und Versuchseinrichtun-gen befinden. Der südliche Flachbereich ist der Lehre vorbehalten: Hier liegen die Hörsä-le, Seminar- und Computerarbeitsräume. Her-vorzuheben ist die technische Ausrüstung des Gebäudekomplexes mit flächendeckender WLAN-Versorgung und modern ausgestatteten Computerarbeitsräumen. Der Kernbereich, das eigentliche IC-Gebäude, beherbergt über alle Etagen die Lehrstühle und Arbeitsgruppen der beiden Fakultäten und ICAMS.

NEUES AUS DEM DEKANAT

Auch dieses Mal hat die Fachschaft wieder Neu-igkeiten zu berichten.Bei unserem traditionellen Fußballturnier hatten wir dieses Jahr ausnahmsweise mal Glück mit dem Wetter und wir konnten bis zu Ende durch-spielen. Somit feierte das glückliche Team Tur-bo seinen Sieg mit allen Anwesenden. Wir hof-fen, dass die zahlreichen Besucher und Spieler von studentischer Seite, sowie alle wissenschaft-lichen Mitarbeiter viel Spaß hatten!

NEUES AUS DEN FACHSCHAFTEN UND STUDIENGÄNGENFACHSCHAFT BAUINGENIEURWESEN

Obwohl insgesamt ca. 10% weniger Nutzfläche zur Verfügung steht, beherrscht der positive Ein-druck eines hellen, freundlichen und funktiona-len Gebäudes die ersten Tage nach dem Umzug. ICAMS rückt durch den Bezug des IC-Komple-xes räumlich dicht an zwei Fakultäten, mit de-nen es sowohl in der Forschung als auch in der Lehre eng kooperiert. Die Chance, fachliche Be-ziehung und räumliche Nähe zu koppeln, wur-de nicht nur für die Lehrstühle genutzt: So tei-len sich die Fachschaften einen Gebäudetrakt, eine Verbundbibliothek wurde geschaffen und die Dekanate, Prüfungsämter und Studienbera-ter in einem weiteren Gebäudebereich konzen-triert. Nicht zuletzt die gemeinsame Nutzung

NEUES AUS DEM DEKANAT

eines zentralen Serverraums verspricht einen optimierten Ressourceneinsatz.

Mit hohem Einsatz arbeiten die Mitarbeiter der Fakultäten und Dezernate momentan noch dar-an, den Lehr- und Forschungsbetrieb vollständig wieder aufzunehmen: Vor dem Hintergrund des doppelten Abiturjahrgangs mit 350 Studienanfän-gern im Fach Bauingenieurwesen ist dies eine be-sondere Herausforderung. Selbstverständlich gibt es noch so manche „Baustelle“ im Gebäude. Aber vielleicht ist auch das eine Chance bei der gemein-samen Suche nach dem richtigen Seminarraum das erste persönliche Gespräch mit einem zu-künftigen Dozenten bzw. Studierenden zu führen!

Wie im letzten Jahr möchten wir auch unsere neuen Studenten herzlich begrüßen. Das stetig wachsende Interesse an unserem Studiengang er-füllt uns mit Stolz und Freude zugleich. Das dies-jährige Tutorenteam hat es sich mal wieder zur Aufgabe gemacht, den Studenten ein paar unver-gessliche Einführungstage zu bescheren und die Herausforderungen Doppeljahrgang und Umzug wurden, trotz ein paar Hindernissen, doch mit Bravour bestanden. Nachdem sich die Tutoren,

Foto: Marion NelleDezernat 8 - Hochschulkommunikation

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COMPUTATIONAL ENGINEERING - CompEng

NEUES AUS DEN FACHSCHAFTEN UND STUDIENGÄNGENFACHSCHAFT BAUINGENIEURWESEN

wird die Fachschaft auch wieder auf der Bau-fachschaftenkonferenz in Köln vertreten sein. Im Winter findet bei uns in der Fachschaft ein Kickerturnier statt, wo teamweise um den Sieg und den Erwerb des „Kicker-Cup“-Wanderpo-kals gespielt wird. Da durch den Umzug, jegli-che Möglichkeiten im IA eine Bauing-Party aus-zurichten außer Frage stehen, haben wir es dieses Jahr geschafft eine Location außerhalb der Uni zu finden. Somit veranstalten wir eine Bauing-Nikolaus Party, natürlich am 6. Dezember, im Ratskeller Bochum.

Alle Fachschaftler haben wie immer ein offenes Ohr für Alles und Jeden. So werden auch der stän-dige T-Shirt-Verkauf sowie die Buch- und Mate-rialausleihe von den Studenten gut angenom-men. In diesem Sinne wünscht die Fachschaft Bauingenieurwesen allen Studierenden, Mitar-beitern und Professoren der Fakultät ein erfolg-reiches Semester.

DAAD-RUB PREIS FÜR FRAU SIMA FARAZI An der Ruhr-Universität Bochum wird seit 1997 regelmäßig ein DAAD-Preis für ausländische Studierende verliehen. Mit dem Preis würdigt der Deutsche Akademische Austauschdienst (DAAD) neben hervorragenden Studienleistun-gen ausländischer Studierender auch das sozia-le und gesellschaftliche Engagement. Preisträ-gerin ist in diesem Jahr die CompEng-Studentin Frau MSc. Sima Farazi aus dem Iran, die auf Vor-schlag von Prof. Dr.-Ing. Holger Steeb und Dipl.-Ing. Jörg Sahlmen, eine starke Konkurrenz hin-ter sich lassen konnte.

Frau Farazi absolvierte bereits ihr Bachelor-Stu-dium in ihrem Heimatland Iran an der Univer-sität in Isfahan als eine der Besten. Im Win-

tersemester 2011 hat sie das Master-Studium ‘Computational Engineering’ an der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften aufgenommen und im Oktober 2013 als Jahr-gangsbeste mit einem Notendurchschnitt von 0,9 (mit Auszeichnung) abgeschlossen. Damit ist sie auch gleichzeitig die beste weibliche Ab-solventin des seit 13 Jahren bestehenden Stu-diengangs.

Ihre Masterarbeit mit dem Titel „Application of Smooth Particle Hydrodynamics to a Newtonian Fluid Flow“ hat Frau Farazi unter der Betreuung von Prof. Steeb (LS Kontinuumsmechanik) und Prof. Hartmaier (ICAMS) durchgeführt. Auch hier hat sie gezeigt, dass die ausgezeichneten numerischen Ergebnisse ihrer Arbeit sich deut-

die Fachschaft und Professoren vorgestellt hatten und fast alle Fragen der Erstsemester fürs erste beantwortet waren, ging es zu einem doch eher kuscheligen Sektempfang wo sich nochmal alle untereinander austauschen konnten. Eine Schnit-zeljagd über den Campus und eine Stadtrallye gaben unseren Neulingen die Möglichkeit, die Universität und auch die Umgebung kennenzu-lernen. Des Weiteren ist auch die Erstiefahrt nach Weeze schon in Planung. Hier wird den Studie-renden eine weitere Gelegenheit geboten, über ein ganzes Wochenende Kontakte zu den Kom-militoninnen und Kommilitonen zu knüpfen.

In diesem Semester werden uns wieder zahlrei-che Herausforderungen erwarten. So steht schon in der 2. Semesterwoche die Schülerinnenpro-jektwoche an, bei der wir natürlich wieder ger-ne tatkräftig unterstützen. Des Weiteren stehen beispielsweise der Tag der offenen Tür und der Girl‘s-Day auf der Aufgabenliste. Ende Oktober

NEUES AUS DEN FACHSCHAFTEN UND STUDIENGÄNGENCOMPUTATIONAL ENGINEERING - CompEng

lich gegenüber denen anderer Absolventen her-vorheben. Daher wurde auch die Masterarbeit übereinstimmend von beiden Betreuern mit sehr gut (1,0) benotet. In Anbetracht ihres er-folgreichen Studienabschlusses wurden Frau Farazi gleich mehrere Stellen als wissenschaft-

Bild 3: Visiting the Holocaust Memorial

liche Mitarbeiterin angeboten. Ihre Entschei-dung fiel auf die RWTH Aachen, wo sie vor-aussichtlich ab Dezember 2013 am Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen von Prof. Dr.-Ing. Stefan Pischinger mit dem Ziel der Pro-motion tätig sein wird.

Bild 1: Von rechts nach links: Prof. Holger Steeb (Prodekan), M.Sc. Gelareh Fattahi-Möws (CompEng Koordinatorin), M.Sc. Sima Farazi (DAAD-RUB Preisgewinnerin), Prof. Klaus Hackl (CompEng Studiendekan), Dipl.-Ing. Jörg Sahlmen (CompEng Koordinator)

WIKINGER BEI DER 14. DEUTSCHEN BETONKANU-REGATTA IN NÜRNBERGWie auch schon in den vergangenen Jahren woll-te der Lehrstuhl für Baustofftechnik der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften der Ruhr-Universität Bochum mit einer Gruppe betonbegeisterter Studierender an der diesjähri-gen 14. Deutschen Betonkanuregatta in Nürn-berg vertreten sein. Auf die Ausschreibung des Lehrstuhls meldeten sich 14 motivierte Studie-rende der Fachrichtung Bauingenieurwesen, so-wohl aus dem Bachelor- als auch aus dem Master-studiengang. Unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Rolf Breitenbücher und der Bewertung durch die beiden wissenschaftlichen Mitarbeiter Joose

Penttilä und Sebastian Kunz, konnte die Planung im November 2012 beginnen. Aufgrund der Grö-ße des Betonkanu-Teams wurde beschlossen zwei Kanus zu bauen, wobei Wert darauf gelegt wur-de, dass sich diese in einigen Konstruktionsde-tails unterscheiden.

Ziel beim Bau war es, zwei selbst konstruierte Kanus mit einzigartiger Form und Konzeption herzustellen, die sehr dünnwandig und gleich-zeitig hochgradig stabil sind. Augenmerk wur-de dabei neben der maßgeschneiderten Beton-zusammensetzung und Bewehrung, vor allem auf eine optimale Formgebung, die den Regula-rien der Ausschreibung entspricht, gelegt. Un-

NEUES AUS DEN LEHRSTÜHLEN UND ARBEITSGRUPPEN BAUSTOFFTECHNIK

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ser Gedanke für das Konzept war es, den ange-strebten Beruf als „BauING‘s“ mit einem allseits bekannten Seefahrtsthema in Einklang zu brin-gen. Sehr schnell kamen wir auf das Thema Wi-kINGer. So wurden zwei Kanus in der Optik ei-nes Wikingerschiffes mit den Namen Ragnarök und Loki konstruiert (siehe Bild 1 & 2). Die Form eines doppelsymmetrischen Kanadiers mit spit-zen Enden und bauchigem Rumpf bot sich hier-für am besten an (siehe Bild 3). Dadurch wurden auch gleichzeitig die anderen von uns gewünsch-ten Eigenschaften, wie die hohe Sicherheit für uns unerfahrene Kanuten und die erforderliche Schnelligkeit und Wendigkeit erzielt.

Das Thema „WikINGer“ brachte uns auch auf die Idee, die Kanus aus Beton mit Holzoptik zu verse-hen. Dazu wurde durch eine entsprechende Silikon-Schalhaut der Firma Reckli eine Holzmaserung an den Außenseiten realisiert. Wie in Bild 4 zu erken-nen, wurden außerdem geeignete Pigmente einge-setzt, um eine authentische Holzoptik zu erzielen.

Durch zusätzliche Designdetails aus extrudier-tem Polystyrol mit Betonüberzug, wie z.B. Verzie-rungen an Bug und Heck, die Bojen in Form ei-nes Wikingerhelmes und Thors Hammer, sowie Wikingerschilde entlang der Reeling (siehe Bild 1), wird das Konzept zusätzlich unterstrichen.

Nachdem bei den ersten Teilnahmen des Lehr-stuhls für Baustofftechnik im Jahr 2009 eine Negativschalung aus einem Styroporblock mit Folienbeschichtung und im Jahr 2011 eine Nega-tivschalung aus Biegesperrholz mit Epoxidharz-beschichtung eingesetzt wurden, haben wir uns dieses Jahr für eine Positivschalung aus Biege-sperrholz entschieden. Besonderen Wert wurde auf die Wiederverwendung der Schalung für das 2. Kanu gelegt. Hierfür wurde eine vierteilige ausei-nandernehmbare und wieder zusammensteckbare Konstruktion geschaffen. Die Schalhaut in Form der Holzstrukturmatrizen konnte ideal mit Silikon auf die Biegesperrholzplatten aufgeklebt werden.

NEUES AUS DEN LEHRSTÜHLEN UND ARBEITSGRUPPENBAUSTOFFTECHNIK

An den Beton wurden hohe Anforderungen ge-stellt. Unter anderem muss er hohen Belastungen bei geringer Bauteildicke und geringem Gewicht standhalten, ein dichtes Gefüge mit geringem Luftporengehalt, gegen das Eindringen von Was-ser aufweisen, gut verarbeitbar sein sowie ein gu-tes und fehlstellenfreies Aufbringen auf die Schal-haut ermöglichen. Anhand zahlreicher Frisch- und Festbetonprüfungen, u.a. Ausbreitmaß, Biegezug- Druckfestigkeitsprüfungen, wurde die im Folgen-den tabellarisch aufgeführte Betonrezeptur für den Bau der beiden Kanus entwickelt.

Bild 1: Loki auf dem Dutzendteich

Bild 2: Ragnarök auf dem Weg zum ersten Rennen

Betonzusammensetzung Einheit

Weißzement CEM I 42,5R [kg/m³] 1000

Metakaolin [kg/m³] 72,0Gesteinskörnung (Blähglas) [kg/m³] 230,7

Pigmente [kg/m³] 32,0Wasser [kg/m³] 280Fließmittel [kg/m³] 25,0Kunststoffdispersion [kg/m³] 32,0Thixotropiermittel [kg/m³] 0,20w/z-Wert [-] 0,30

Frischbetonrohdichte [kg/dm³] 1,590

Die Betonrezeptur beider Kanus unterschied sich lediglich in der Zusammensetzung der Pigmente (dunkelbraun bzw. hellbraun). Zum Einsatz kam ein Weißzement für die optimale Wirkung der Pig-mente und eine entsprechend gute Farbwirkung. Um das Eigengewicht der Kanus möglichst gering zu halten, wurde Blähglas als Gesteinskörnung ein-gesetzt. Das Metakaolin sorgte für ein dichtes Ge-füge mit erhöhter Druck- und Biegezugfestigkeit. Eine Reduktion der Wasserdurchlässigkeit wurde mittels der Zugabe von einer Kunstoffdispersion erreicht. Durch das Thixotropiermittel verringerte sich die Zähigkeit des Frischbetons unter Scherbe-lastung (z.B. Rühren und Verstreichen) temporär.Beide Kanus wurden jeweils mit Glasfasergewe-be bewehrt, um eine ideale Aufnahme der auftre-tenden Kräfte bei möglichst geringem Gewicht zu realisieren. Ragnarök wurde durch ein unausge-rüstetes Glasfaserroving mit einer Maschenweite von 20x20 mm bewehrt. Bei Loki kam ein in Harz getränktes Glasfasergewebe mit einer Maschen-weite von 10x10 mm zu Einsatz.

Am Donnerstag, den 20. Juni 2013 fuhr das gesamte Team zu der Regatta nach Nürnberg, um pünktlich am Freitagmorgen die Kanus der Jury zu präsen-tieren. Am folgenden Samstag fand der sportliche Wettkampf statt. Das Mädels-Team fuhr in den Vor-läufen mit Loki eine hervorragende Qualifikation

Bild 3: Kanuabmessungen

Bild 4: Holzmaserung des Betons

und schaffte es sensationell bis in das kleine Fina-le (Halbfinale). Die männliche Besatzung von Rag-narök kämpfte sich, trotz eines im Vergleich zur Konkurrenz deutlich schwereren Kanus mit einem Kampfgewicht von 170 kg, bis ins Viertelfinale. Oh-ne Ausfälle, kentern und Leckagen überstanden so-wohl die Wikinger als auch die Kanus die gesamte Regatta. Neben zahlreichen neuen Bekanntschaf-ten und vielen Kontakten zu anderen Universitäten wurde das Wochenende durch einen dritten Platz von insgesamt 117 Kanu-Teams im Gestaltungs-Wettbewerb zum vollen Erfolg. Mit dem gewon-nenen Preisgeld wurde anschließend gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Baustofftechnik sowie der gesamten Belegschaft der Konstruktionsteilprü-fung, die uns beim Bau mit Rat und Tat zur Seite standen, ein kleines Grillfest gefeiert.

BAUSTOFFTECHNIK

Bild 5: Die WikINGer

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NEUES AUS DEN LEHRSTÜHLEN UND ARBEITSGRUPPENBAUSTOFFTECHNIK

LÄRMARME BETONDECKE MIT OFFENPORIGER OBERFLÄCHE (COPS)Die zur Schallemission beitragenden Fahrgeräu-sche der Fahrzeuge setzen sich aus den Antriebs-geräuschen und dem Schall, der durch den auf der Fahrbahnoberfläche abrollenden Reifen her-vorgerufen wird (Reifen-Fahrbahn-Geräusch), zusammen. Dabei ist die dominierende Schall-quelle ab einer Geschwindigkeit von 40 km/h bei PKW und ab 60 km/h bei LKW das Reifen-Fahrbahn-Geräusch, welches durch die Kompo-nenten Schallanregung, Schallabstrahlung und Schallausbreitung charakterisiert ist. Zur Redu-zierung derartiger Emissionen sind Veränderun-gen in der Fahrbahntextur notwendig. Stand der Technik im Betonstraßenbau ist die Waschbeton-bauweise (- 2dB(A)). Ein neues Konzept ist – im Gegensatz zu den Oberflächenbehandlungen während des Erhärtungsvorgangs – die grund-legende Änderung der Betonzusammensetzung, sodass im Oberflächenbereich der Deckschicht ein Hohlraumsystem entsteht, durch dessen kommunizierende Makroporen eine hohe Schall-absorption ≥ - 4 db(A) ermöglicht wird.

Um die Gesamtschallemission des Verkehrs zu verringern, soll der zu entwickelnde Beton pri-mär zu einer Reduzierung der Schallanregung und -abstrahlung führen und darüber hinaus die Schallausbreitung vermindern. Durch ein klei-nes Größtkorn im Beton werden die durch me-chanische Anregung der Profilklötze und Lauf-flächen der Reifen entstehenden Kontaktkräfte auf Makrotexturebene zwischen Reifen und Fahr-bahn minimiert. Hierdurch kann die Schallan-regung vermindert werden. Da allerdings eine geringe Makrorauigkeit, insbesondere im Fre-quenzbereich über 1000 Hz, durch aerodyna-mische Vorgänge zu einem Schallpegelanstieg führen kann, stellt insbesondere die Wahl der Gesteinskörnung, sowohl das Größtkorn als auch die Gesamtsieblinie, eine Optimierungsaufgabe dar. Eine weitere maßgebende Komponente des Reifen-Fahrbahn-Geräusches ist das „Airpum-

ping“. Hierbei kommt es im Bereich der Reifen-aufstandsfläche über abgeschlossenen Hohlräu-men zu Luftverdrängungs- und -ansaugeffekten, die wiederum zu Schallanregungen und somit zu einer Schallabstrahlung im höherfrequenten Be-reich führen. Die Intensität der Geräusche wird dabei mit zunehmender Geschwindigkeit ver-stärkt. Durch eine ebene, aber offenporige Ober-fläche (konkave Oberflächengestalt bzw. „Plateau mit Schluchten“) lassen sich diese Airpumping-Geräusche erheblich verringern. Wichtig ist hier-bei die dreidimensionale Textur der Fahrbahn- oberfläche und somit die vertikale und horizon-tale Vernetzung der Hohlräume untereinander. Weitere positive Auswirkungen des Hohlraum-netzes auf die Verringerung der Fahrgeräusche entstehen durch die mit dem höheren Hohlraum-gehalt einhergehende höhere Schallabsorption der Fahrbahnoberfläche. Diese erhöhte Absorp-tionsfähigkeit führt außerdem zu einer Minimie-rung des Horneffektes.

Im Rahmen der Forschungsarbeit des Lehrstuhls für Baustofftechnik im Teilvorhaben VI.IV „Lärm-arme Betondecke mit offenporiger Oberfläche (COPS)“ im Verbundprojekt „Leiser Straßenver-kehr 3“ liegt der Schwerpunkt auf der Entwicklung geeigneter Betonzusammensetzungen, welche neben einer akustisch wirksamen Oberflächen-gestalt auch die Anforderungen an die Dauerhaf-tigkeit erfüllen. Vor diesem Hintergrund bein-haltet das Untersuchungsprogramm bzgl. einer entsprechenden Betonzusammensetzung die ge-zielte Auswahl der Betonausgangsstoffe und de-ren Volumenanteile sowie hinsichtlich des end-gültigen Straßenaufbaus auch Untersuchungen bzgl. der Deckschichtstärke und der verwendeten Verdichtungs- bzw. Einbautechnik. Zur Beurtei-lung der Einbaubarkeit und Eignung entwickel-ter Fahrbahndeckenbetone unter praxisgerechten Randbedingungen erfolgt die Herstellung dieser in abgestimmten Zeitintervallen auf ausgewählten Teststrecken (Abb. 1). Dabei wird in regelmäßigen Zeitabschnitten das optische Erscheinungsbild der

Bild 1: links: Einbau der COPS-Deckschicht mittels Gleitschalungsfertiger, rechts: fertig hergestellte Fahrbahndecke

Bild 2: links: Funktionsprinzip des Oberflächenscanners, rechts: digitalisierte Oberfläche

BAUSTOFFTECHNIK

Fahrbahndecke in Abhängigkeit der Verkehrsbe-lastung (Achslasten und Frequenz) sowie den at-mosphärischen Einflüssen begutachtet.

Für eine Auswertung der akustischen Wirksam-keit unterschiedlichster offenporiger Oberflächen mit Hilfe numerischer Verfahren sind detail-lierte dreidimensionale Kenntnisse der Oberflä-chentextur als Eingangsgrößen für die späteren Berechnungen von entscheidender Bedeutung. Vor diesem Hintergrund wurde ein Oberf lä-chen-Scan-Verfahren entwickelt, das in der Lage ist, Proben mit einer maximalen Größe von 2,0 x 2,0 m² zu vermessen. Als Trägersystem wurde eine entsprechend große Portalfräse eingesetzt, mit der X- und Y-Werte mit einer Genauigkeit von 0,1 mm angesteuert werden können. Die Z-Werte, die die eigentliche Textur beschreiben, werden mit Hilfe eines Messlasers (Genauigkeit 2 μm) berührungslos erfasst. In untenstehender Abbildung 2 ist eine Übersicht des verwendeten Messaufbaus sowie eine derart digitalisierte of-fenporige Betonoberfläche dargestellt, bei wel-cher aufgrund der hohen Datendichte lediglich ein Ausschnitt von 20 x 20 cm² (400.000 Mess-

werte) ausgewählt wurde.

Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass neben einer geeigneten Betonzusammenset-zung – transportstabil, angepasste Fließfä-higkeit der flüssigen Phase im Beton - die Art und Dauer sowie die eingesetzte Energie der Verdichtung maßgebenden Einfluss auf die Ausbildung eines Fahrbahndeckenbetons mit akustisch wirksamer Oberflächengestalt be-sitzt. Weiterführende Untersuchungen sehen eine optimierte und praxisgerechte Abstim-mung der Einbautechnik und der Betonzu-sammensetzung vor.

MASSIVBAU

MASSSTABSABHÄNGIGES DURCHSTANZVER-HALTEN VON DICKEN STAHLBETONPLATTEN –ENTWICKLUNG EXPERIMENTELLER SYMMET-RIEWIDERLAGERLässt sich anhand von Versuchen an symmet-risch halbierten Stahlbetonbalken oder gevier-

telten Platten auf die Traglast und das Tragver-halten der korrespondierenden ganzen Bauteile schließen? Im Rahmen der ersten Förderperiode des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Forschungsprojektes „Maß-stabsabhängiges Durchstanzverhalten von dicken

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NEUES AUS DEN LEHRSTÜHLEN UND ARBEITSGRUPPENMASSIVBAU

Stahlbetonplatten“ gilt es, diese Fra-ge experimentell zu beantworten.

Hintergrund ist das bisherige De-fizit an Durchstanzversuchen mit großen Plattendicken und die damit verbundene Fragestellung nach der Sicherheit dicker Stahlbetonplatten. Aufgrund sehr großer Prüflasten sowie enormer Abmessungen und Eigengewichte der Versuchskörper beträgt die Plattendicke der meis-

Bild 1: Schematischer Aufbau der Rückspannkonstruktion

Kontaktflächen der Ankerplatten mit gefetteten PTFE-Folien beklebt, um eine ungehinderte Ver-schiebung und Verformung des Versuchskörpers entlang der Lager zu ermöglichen (Bild 1).

Anhand von Versuchen an Stahlbetonbalken (Bild 2) wurden zunächst unterschiedliche Rück-spannsysteme entwickelt und erprobt. In Bild 3 sind die Last-Verformungsverläufe der symme-trisch reduzierten Versuchskörper sowie des korrespondierenden Referenzbalkens gegen-übergestellt. Es zeigt sich eine sehr gute Überein-stimmung sowohl bezüglich der Prüflasten als auch bezüglich der Mittendurchbiegungen bis zum Fließbeginn der Biegezugbewehrung. Der Bereich oberhalb der Fließgrenze der Bewehrung ist für die Untersuchungen weniger relevant, da für die späteren Durchstanzversuche das Flie-ßen der Biegezugbewehrung auszuschließen ist.

Die Umsetzung der Symmetrielagerung für ers-te Durchstanzversuche an Plattenvierteln ist in Bild 4 abgebildet. Zur ersten Verifikation des Versuchskonzeptes wurden zunächst zwei klei-nere Module des späteren Versuchsstands reali-siert, an denen schlanke Platten mit Radien von ca. 120 cm und Plattendicken von ca. 30 cm ge-testet werden (Bild 4).

Im Gegensatz zu den Versuchen an Halbbalken sind beim Durchstanzen alle drei Raumebenen durch die beiden orthogonalen Flächenlager mit-

ten bisher durchgeführten Durchstanzversu-che deutlich weniger als 40 cm.Inspiriert durch das Vorgehen bei numerischen Analysen soll im Rahmen des Forschungsprojektes die Rotations-symmetrie des Durchstanzversagens ausgenutzt werden: Durch den Ersatz der Vollplatten durch Plattenviertel lassen sich Prüflasten und Eigen-gewichte der Versuchskörper derart reduzieren, dass unter gleichen Randbedingungen der ver-suchstechnischen Infrastruktur Durchstanzver-suche an schlanken Platten mit bis zu 80 cm Di-cke durchgeführt werden können. Voraussetzung dafür ist die Entwicklung einer experimentellen Symmetriewiderlagerung.

In den Versuchshallen der Gemeinschaftsein-richtung Konstruktionsteilprüfung wurde der erste Prototyp dieses experimentellen Widerla-gers realisiert. Im Spannboden der Versuchshal-le rückverspannte Stahlmodule bilden das bie-gesteife Rückgrat des Lagers zur Aufnahme der Biegemomente (Bild 2). Absolut ebene Oberflä-chen aus Edelstahl sowie gefettete PTFE-Folien auf Versuchskörperseite ermöglichen nahezu rei-bungsfreie (µ << 1 %) Verschiebungen der Pro-bekörper entlang der Lager. Die Eintragung der Biegemomente in das Widerlager erfolgt auf der Druckseite über direkten Kontakt. Auf der Zug-seite wird die Biegezugbewehrung über auf der Rückseite des Stahlrahmes verankerte Gewin-destangen rückverspannt (Bild 1). Analog zur vorderen Gleitfläche des Rahmens sind auch die

Bild 3: Gegenüberstellung der Last-Verformungskurven von Versuchen an Halb- und Vollbalken

Bild 4: Versuchsstand für Durchstanzversuche an Plattenvierteln

Bild 5: Bewehrungsführung (links) und Gleitblechanord-nung (rechts) der Viertelsplatte

Bild 6: Rissbildung an der Oberseite sowie an den Säge-schnittflächen des Plattenviertels

Bild 2: Versuchsdurchführung am Halbbalken (links), rück-seitige Verankerung (rechts)

MASSIVBAU

einander gekoppelt. Die daraus resultieren-den Anforderungen an die Präzision bei Her-stellung und Montage werden unter anderem durch mit CNC-Technologie gefräste Oberflä-chen sowie separat hergestellte Stahlschalun-gen erfüllt.

Der Probekörper wird als Viertelsegment ei-ner kreisrunden Vollplatte hergestellt (Bild 5). Die Viertelsplatte schließt entlang der Symme-trielagerung mit Gleitblechen aus Stahl ab, in die vor der Betonage die Bewehrungsstäbe ein-geschraubt werden. Kopfbolzendübel sichern den Verbund zwischen Gleitblech und Beton. Über zwei übereinander angeordnete Gewin-destangen wird der Versuchskörper mit dem Widerlager verspannt. Die sich hauptsächlich aus den Dehnsteifigkeiten der Rückspannkon-struktion (PTFE-Folien, Gewindestangen) erge-benden horizontalen Verformungen senkrecht zur Gleitfläche werden durch die aufgebrachten Rückspannkräfte vorweggenommen. Gleichzei-tig ermöglicht die lamellenartige Anordnung der durch vertikale Fugen getrennten Gleitbleche ei-ne horizontale Verformung des Versuchskörpers entlang des Widerlagers.

Entlang des äußeren freien Rands der Platte wer-den die Versuchslasten über ein System aus Ein-feldträgern eingeleitet. Im Eckbereich lagert der Versuchskörper auf einem Stützenstumpf aus Stahl auf, von dem sich im Versuchsverlauf die für Durchstanzen typische Bruchfigur des Ver-sagenskegels bzw. hier infolge der Symmetrie ei-nes Kegelsegmentes ausbildet.

Induktive Wegaufnehmer dokumentieren die Verschiebungen und Verformungen des Ver-suchskörpers sowie der Verankerungselemente und des Widerlagers. Anhand der auf Biegezug-bewehrung und Rückspannankern applizierten Dehnungsmessstreifen lassen sich sowohl die Biegebeanspruchung der Platte, als auch mögli-che Veränderungen der Rückspannkräfte über-

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NEUES AUS DEN LEHRSTÜHLEN UND ARBEITSGRUPPENMASSIVBAU

TUNNELBAU, LEITUNGSBAU UND BAUBETRIEB

prüfen. Das im Versuch beobachtete spröde Bruchverhalten deutlich vor einem Fließen der Biegezugbewehrung sowie das charakteristische Rissbild belegen das eindeutige Durchstanzver-sagen des Versuchskörpers (Bild 6).

Unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit ist zu er-wähnen, dass sich die aufwändig hergestellten Gleitblechkonstruktionen nach erfolgter Ver-suchsdurchführung mit relativ einfachen Mit-teln aus dem Probekörper herauslösen und ohne Vorschädigungen für weitere Probekörper wie-derverwenden lassen.

Nach der erfolgreichen Verifikation des Ver-suchskonzeptes soll nun die Erweiterung des Versuchsstands für dicke Platten erfolgen. Zu diesem Zweck werden die Stahlmodule in mas-sive Widerlager aus Stahlbeton integriert (Bild 7). Der komplette Versuchsstand wird sich letztend-lich aus sechs Widerlagermodulen zusammen-setzen, die Durchstanzversuche an Viertelsplat-ten mit Radien von ca. 3,0 m und Plattendicken von ca. 80 cm ermöglichen.

Bild 7: Anordnung der sechs Widerlagermodule im Versuchsstand für dicke Platten

ENTWICKLUNG EINER INNOVATIVEN TRENNME-THODE FÜR GEBRAUCHTE, MIT BODENPARTI-KELN AUFGELADENE BENTONITSUSPENSIONEN ZUR ÖKONOMISCH VORTEILHAFTEN, RESSOUR-CENSCHONENDEN UND UMWELTGERECHTEN ENTSORGUNG- PHASE I, GEFÖRDERT DURCH DIE BUNDESSTIFTUNG UMWELT (DBU)

Im Tunnelbau werden große Mengen an Ben-tonitsuspensionen als Stütz- und Fördermittel eingesetzt. Die gebrauchten Bentonitsuspen-sionen bestehen aus der Bentonitsuspension selbst sowie aus einer Aufladung mit Boden-partikeln. Nach ihrer Anwendung werden die Bentonitsuspensionen durch eine Separations-

TUNNELBAU, LEITUNGSBAU UND BAUBETRIEB

Bild 1: Endprodukte der Elektrokoagulation von Ben-tonitsuspension

anlage geführt, wo der abgebaute Boden von der Suspension getrennt wird. Abschließend werden sie wieder dem Suspensionskreislauf zugeführt. Nach mehreren Anwendungen verlieren die Suspensionen ihre besonderen Eigenschaften und können nicht mehr ver-wendet werden. Die Suspensionen müssen entsorgt werden. Aus ökologischer und öko-nomischer Sicht stellt die Entsorgung großer Mengen von Bentonitsuspension ein schwer wiegendes Problem dar, da die wertvollen Res-sourcen Bentonit und Wasser nicht getrennt werden, sondern vollständig verloren gehen.

Im Jahr 2012 wurde mit Unterstützung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) ein Forschungsprojekt am Lehrstuhl für Tunnel-bau, Leitungsbau und Baubetrieb gemeinsam mit Herrenknecht AG begonnen. Zielsetzung des Projektes ist die Entwicklung einer neu-en Trennmethode für gebrauchte, mit Boden-partikeln aufgeladene Bentonitsuspensionen. Hierbei soll eine Trennung von Wasser und Bentonit ermöglicht werden.

Grundlage des Trennverfahrens von Bentonit-suspensionen ist die Elektrokoagulation, die auf dem Prinzip der Elektrolyse basiert. Bei diesem Prozess wird durch die Einleitung von elektrischem Strom eine Reaktion im Medi-um erzwungen. Eine Gleichspannungsquelle sorgt für die elektrische Energie und treibt die Reaktionen voran. Hierbei laufen sogenann-te Redox-Reaktionen ab: das Wasser wird re-duziert und die Metallanode oxidiert. Mit der Oxidation der Anode geht ihre Auf lösung zu Metallionen einher. Diese reagieren mit den Bentonitteilchen, die sich stabil im wässeri-gen Medium in Suspension befinden. Das ver-ursacht die Destabilisierung der Suspension mit der Folge, dass die Bentonitpartikel zu-sammenballen. Diese Flocken können durch Sedimentation oder Filtration abgeschieden und entfernen werden.

Im Rahmen des Projektes wird ein intensives Laborprogramm durchgeführt, wobei die rele-vanten Parameter für die Anwendung der Elek-trokoagulation bestimmt werden und die Ef-fektivität des Trennverfahrens untersucht wird. Dazu gehören Parameter des Aufbaus der Elek-trokoagulationszelle (z. B. Elektrodenmaterial und Anzahl an Elektroden) sowie der Betriebs-art der Elektrokoagulationszelle (Strömungszu-stand und –system).

Die Auswertung der Versuchsergebnisse zeigt, dass die Elektrokoagulation ein geeignetes Trenn-verfahren für Bentonitsuspension ist. Das Bild 1 stellt die Endprodukte der Elektrokoagulation vor. Durch diese elektrochemische Methode wird der Bentonit getrennt, indem die Teilchen sich an der Anodenoberfläche anlagern und die Flocken in Suspension bleiben. Beim Prozess wird optisch reines Wasser frei.

Durch den Einsatz der Elektrokoagulation zur Trennung von Bentonitsuspensionen besteht die Möglichkeit, die aktuelle Separationstechnik wei-terzuentwickeln. Die Elektrokoagulation kann die Separation von gebrauchten Bentonitsuspensio-nen in Hinblick auf die Energie- und Zeitaufwän-de von Bauvorhaben im Spezialtiefbau verbessern. Diese Verbesserung kann einen positiven Beitrag zur Kostenreduzierung und Entlastung der Um-welt leisten.

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NEUES AUS DEN LEHRSTÜHLEN UND ARBEITSGRUPPENINFORMATIK IM BAUWESEN

DYNAMISCHE PRODUKTIONSPLANUNG IN DER SCHIFFBAULICHEN FERTIGUNGUm auf dem Weltmarkt bestehen zu können, müssen sowohl Produktivität als auch Planungs-sicherheit auf den deutschen Werften weiter ge-steigert werden. Besonders die Planungssicher-heit gewinnt zunehmend an Bedeutung, weil die sichere Einhaltung von Lieferterminen einen nicht zu unterschätzenden Wettbewerbsvorteil gegenüber der Konkurrenz darstellt. Gleichzei-tig verändern sich die Rahmenbedingungen für eine sichere Produktionsplanung, weil in den von den deutschen Werften bedienten Märkten die Seriengröße weiter abnimmt. Die Werften müs-sen somit Ihre Fähigkeit, bereits die Prototypen im Zeitrahmen und unter wettbewerbsfähigen Kosten abliefern zu können, weiter entwickeln.Ein wesentlicher Punkt ist in diesem Zusam-menhang eine weitergehende Digitalisierung der Produktionsplanung im Schiffbau, was die

1: Ziele des Forschungsvorhabens HEPP

rechtzeitige Datenverfügbarkeit und Datenver-lässlichkeit voraussetzt. Besonders bei der Uni-katproduktion stehen verlässliche Daten in aus-reichender Detaillierung allerdings erst sehr spät zur Verfügung und sind daher für Planungszwe-cke häufig nicht zu verwenden. An dieser Stelle ist es notwendig, das Vorgehen bei der Planung mit Methoden und Werkzeugen so zu unterstüt-zen, dass zu einem früheren Zeitpunkt eine de-tailliertere Planung sowie aufwandsarme Plan-anpassungen möglich sind.

Im Rahmen des Verbundvorhabens HEPP (Hocheffiziente Produktionsplanung für Proto-typenkompetenz) entwickelt der Lehrstuhl für Informatik im Bauwesen zusammen mit zwei deutschen Werften (Flensburger Schiffbauge-sellschaft und Meyer Werft) und weiteren For-schungspartnern (TU Hamburg-Harburg, Cen-ter of Maritime Technologies e.V. und SimPlan

INFORMATIK IM BAUWESEN

Bild 1: Mehrere Anwender am Samsung SUR40 Mul-titouch-Table

AG) neuartige Methoden zur Aufbereitung, Prü-fung und Verbesserung von Planungsgrundla-gen in der schiffbaulichen Fertigung. Das For-schungsvorhaben wird seit Oktober 2013 durch das Bundeswirtschaftsministerium innerhalb des Forschungsprogramms „Maritime Technolo-gien der nächsten Generation“ für drei Jahre im Umfang von 440.000 EURO gefördert.

Der Lehrstuhl für Informatik im Bauwesen der Ruhr-Universität Bochum entwickelt auf Grund seiner langjähren Erfahrungen neue Konzep-te zur interaktiven Aufbereitung von Planungs-daten für die simulationsgestützte Produktions-planung von Unikatprozessen. Auf Basis einer interaktiven Produktionsplanung sollen aktuel-le bzw. geänderte Planungsdaten effizienter und sicherer in Unikatprozesse und schiffbauliche Randbedingungen überführt werden können. Diese Prozesse und Randbedingungen werden anschließend mit Hilfe von geeigneten Simula-tionsmodelle bewertet, um Aussagen bzgl. der vorhandenen Datenqualität und Auswirkungen

von Planungsänderungen bzw. Planungsdetaillie-rungen schneller und robuster geben zu können.Neben diesem grundlegenden Ziel werden durch die RUB insbesondere formale Konzepte aus der Informatik zur Modellierung von hierarchi-schen, verknüpften und unscharfen Planungs-daten, Klassifizierung von Inkonsistenzen sowie Verknüpfungs- und Generierungssprachen ent-wickelt. Die RUB entwickelt mit den Partnern verschiedene Vorgehensweisen zur Erweiterung von Simulationskonzepten, um eine effiziente Be-wertung von aktuellen Planungsdaten zu ermög-lichen. Die Kompetenzen der RUB liegen sicher-lich in den informatorischen Konzepten. Daher unterstützt die RUB die Partner in der Spezifika-tion von Datenstrukturen, Algorithmen zur Prü-fung von Planungsdaten und den Aufbau von fle-xiblen, erweiterbaren Demonstratoren. Die RUB gewährleistet auch die Verallgemeinerung der ent-wickelten Ergebnisse und die Übertragbarkeit auf andere Branchen, insbesondere dem Bauwesen, welches selber durch Unikatprodukte und Uni-katprozesse maßgeblich geprägt ist.

INTERAKTIVE KOLLABORATIONSKONZEPTE FÜR VIRTUAL UND REMOTE LABSExperimente im Laborbereich erfordern einen wiederholt hohen Aufwand zur Vor- und Nach-bereitung, was zur Belegung von Personal und Kosten im laufenden Betrieb führt. Virtual und Remote Labs bieten zwei alternative Herange-hensweisen zur direkten Nutzung vor Ort, ins-besondere im Bezug auf studentische Arbeits-gruppen. Während bei Virtual Labs Simulationen mit realitätsnahen Modellen durchgeführt wer-den, bieten Remote Labs entfernten Zugriff auf die Laborhardware.

Im Rahmen des Projektes „Exzellentes Lehren und Lernen in den Ingenieurwissenschaften“ (ELLI) fand eine Kooperation des Lehrstuhls für Informatik im Bauwesen mit dem Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik

der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwis-senschaften statt. Thomas Hilfert entwickelte Konzepte für die Anwendungsfälle Virtual und Remote Lab unter Nutzung der Microsoft Pixel-sense Technologie. Spezielle Komponenten der Entwicklungsumgebung und Schnittstellen er-möglichen eine optimale und intuitive Kollabo-

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NEUES AUS DEN LEHRSTÜHLEN UND ARBEITSGRUPPENINFORMATIK IM BAUWESEN

Bild 2: Screenshot des Interfaces für Belebtschlamm-Kläranlagen

ration zwischen den einzelnen Teil-nehmern auf der Grundlage von Multitouch-Eingaben. Als Szenario für ein Virtual Lab wurde auf Ba-sis der Anwendung „SIMBA class-room“ zur Simulation von Belebt-schlamm-Kläranlagen ein eigenes Interface entwickelt. Studenten ist es so möglich, gemeinsam Mo-delle vor Laborversuchen zu er-proben und sinnvolle Werte für reale Experimente zu sammeln. Für die Umsetzung des Remote Lab Konzeptes wurde der Einsatz von National Instruments Lab-VIEW erprobt, welches über eine

Netzwerkschnittstelle eine zeit- und ortsunabhängige entfernte Steuerung von Sensoren und Aktoren ermöglicht. Die Virtual Lab Software kann am Lehrstuhl für Informatik im Bauwe-sen auf dem Samsung SUR40 Tisch von Besuchern ausprobiert werden.

NEUES DFG-FORSCHUNGSPROJEKT ZUR VER-TEILTEN ZUSTANDSERFASSUNG KOMMUNALER STRASSENIn den vergangenen Jahren hat sich der Straßen-zustand der kommunalen Infrastruktur rapide verschlechtert. Um ein effizientes Erhaltungs-management betreiben zu können, ist eine flä-chendeckende und wirtschaftliche Straßenzu-standserfassung und -bewertung unabdingbar. Der Einsatz existierender Messfahrzeuge ist hier aufgrund deren Abmessungen, der umfangrei-chen Netzlänge kommunaler Straßen und der daraus resultierenden enormen Datenmenge nicht zweckmäßig.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft geneh-migte im Oktober 2013 ein neues Forschungs-vorhaben zur verteilten Erfassung und Bewer-tung visueller Substanzmerkmale kommunaler Straßen. Grundlegende Idee dabei ist es, die Auf-gabe der planmäßigen Überwachung des Stra-ßenzustands sukzessive von den Baulastträgern (Kommunen) auf die Nutzer (z.B. PKWs, ÖPNV,

Behördenfahrzeuge, Taxis), die täglich auf der Straße fahren, zu übertragen. Gegenstand des Forschungsprojekts ist die Entwicklung neuarti-ger adaptiver Methoden zur verteilten Zustands-erfassung und Online-Bewertung kommunaler Straßeninfrastruktur auf Basis eines mobilen Netzwerks aus Fahrzeugen (Clients), ausgestat-tet mit Rückfahrkamera, GPS und Internetzu-gang (Bild. 1). Die durch das Fahrzeugnetzwerk erfassten Videodaten werden kontinuierlich in ei-nem zweistufigen Prozess verarbeitet. Zunächst wird eine verteilte Grobanalyse ausgeführt, bei der jedes Client-Fahrzeug vom Typ A in Echtzeit Straßenabschnitte mit potentiellen Oberflächen-schäden identifiziert und verortet. Online zusam-mengeführt bildet dies die Basis für eine verteil-te Feinanalyse zur Erkennung und Klassifikation konkreter Substanzmerkmale (Risse, Flickstel-len, Ausbrüche/ Schlaglöcher, offene Arbeitsnäh-te oder Bindemittelanreichung) (Client Typ B). Das Ergebnis dieses Prozesses sind klassifizier-te Schadensbereiche eines Merkmals in Einzel-bildern, welche die Grundlage für das darauffol-

INFORMATIK IM BAUWESEN

STATIK UND DYNAMIK

Bild 1: Konzept der verteilten Erfassung und Bewertung visueller Substanzmerkmale kommunaler Straßen

Bild 1: Prof. Dietrich Hartmann

gende Messen von Zustandsgrößen bilden. Die Zustandsgrößen von Einzelmerkmalen werden anschlie-ßend auf statistisch abgesicherte Art und Weise online synchronisiert, um einen umfassenden Straßen-zustand zu bestimmen. Sowohl die Grob- als auch die Feinanalyse fin-den parallel und verteilt statt, sodass neuartige Konzepte zur Online-Be-wertung notwendig sind, um eine sinnvolle Zusammenführung der Daten zu gewährleisten. Im Rah-men dieser Zusammenführung ist zum einen zu untersuchen, wie ungenaue Positionsdaten synchronisiert werden können, und zum anderen, wie statistisch abgesicherte Rückschlüsse über die Zuverlässigkeit von Klassifikationser-gebnissen auf Basis wiederholter Messungen gemacht werden können.

PROF. HARTMANN ZUM VIZEPRÄSIDENTEN DER NRW AKADEMIE DER WISSENSCHAFTEN UND DER KÜNSTE GEWÄHLT

an der Ruhr-Universität Bochum lange Zeit täti-gen Amtsvorgänger, Prof. Dr.-Ing. habil. Helmut Ermert aus der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, ab.

Die Nordrhein-Westfälische Akademie der Wis-senschaften und der Künste ist ein Zusammen-schluss führender Forscher des Landes Nord-rhein-Westfalens. Zu ihren Hauptaufgaben gehört die interdisziplinäre Pflege des wissen-schaftlichen Gedankenaustausches; die Akade-mie ist zudem eng mit wissenschaftlichen und künstlerischen Einrichtungen sowie mit namhaf-ten Wissenschaftlern des In- und Auslands ver-knüpft. Hierdurch ist es möglich, komplexe na-turwissenschaftliche, technische, ökonomische, aber auch ethische Probleme und Fragestellun-gen mit Aktualitätsbezug aufzugreifen, zu ana-lysieren, zu diskutieren und Entscheidungen in Politik und Gesellschaft maßgeblich mit vorzube-reiten. Die Akademie konzipiert und betreut tra-ditionell auch langfristige Forschungsvorhaben des Landes NRW: Zum Teil haben sich diese in

seldorf. Als Vizepräsident ist er auch zugleich neuer Sekretar der Klasse für Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften der Akademie. In das Sekretarsamt wurde er im letzten November von den ordentlichen Mitgliedern der Klasse für Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften für drei Jahre gewählt. Damit löst er den ebenfalls

Seit Januar dieses Jah-res ist Prof. em. Dr.-Ing. habil. Dr.-Ing. E.h. Dietrich Hart-mann, bis 2009 Inha-ber des Lehrstuhls für Ingenieurinformatik im Bauwesen, Vize-präsident der Nord-rhein-Westfälischen Akademie der Wis-senschaften und der Künste (AWK) in Düs-

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NEUES AUS DEN LEHRSTÜHLEN UND ARBEITSGRUPPENSTATIK UND DYNAMIK

der Folge zu selbständigen Großforschungsein-richtungen entwickelt, darunter sind zum Bei-spiel das Forschungszentrum Jülich oder das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Seit einigen Jahren hat sich die Akademie der nachhaltigen Förderung exzellenter junger Wissenschaftler in NRW verschrieben; so wurde mit finanzieller Unterstützung der Stiftung Mer-cator das Junge Kolleg gegründet, in das – über den Auswahlausschuss der Akademie – bis zu maximal 30 herausragende junge Wissenschaft-lerinnen und Wissenschaftler aller Fachrichtun-gen für jeweils vier Jahre berufen werden können. Erwähnenswert ist des Weiteren, dass mehrere Fakultäten der Ruhr-Universität Bochum einen nicht unerheblichen Teil der gesamten Anzahl der ordentlichen Akademiemitglieder stellen. Unsere eigene Fakultät für Bau- und Umwelt-ingenieurwissenschaften, war dabei seit Beste-hen der Akademie – und ist es auch heute noch

– überproportional stark im Bereich der Ingeni-eurwissenschaften vertreten: Nach den beiden mittlerweile verstorbenen Mitgliedern Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Karl-Heinz Roik (Lehrstuhl für Stahlbau) und Prof. Dr.-Ing. Hans Ludwig Jess-berger (Lehrstuhl für Grundbau und Bodenme-chanik) wurde Prof. Dietrich Hartmann 1995 als ordentliches Mitglied in die Akademie berufen, seit 2010 ist auch Prof. Dr. techn. Günther Me-schke (Lehrstuhl für Statik und Dynamik) or-dentliches Mitglied der Akademie.

Bild 2: Klassensitzung in der Nordrhein- Westfälischen Akademie der Wissenschaften und der Künste

KONTINUUMSMECHANIK

RÖNTGENTOMOGRAPHIEMETHODEN – FASZINIE-RENDE MÖGLICHKEITEN FÜR MIKROSKALENBA-SIERTE MODELLIERUNGAktuelle Entwicklungen in hochauf lösenden Röntgentomographieverfahren („X-ray μCT“) bieten die technische Grundlage für mikrosko-pische Untersuchungen komplexer hydro-me-chanischer Vorgänge im Porenraum poröser Materialien. Dazu gehören zum Beispiel Erdbe-benwellen in feuchtem Gestein oder die Wasser-verteilung und -ausbreitung in wirtschaftlich ge-nutzten Böden. Verschiedene technische Entwicklungen bilden dabei die Voraussetzung für diese Charakterisie-rungsmethoden: Unter anderem können heutzu-tage Desktop-μCTs durch die rasante Hardware-Entwicklung (z.B. in der Röntgenquellen- und Detektortechnologie) kostengünstiger und mit besserer Qualität hergestellt werden und finden

daher auch mehr und mehr Platz in universitä-ren Forschungseinrichtungen. Moderne μCTs bieten dabei faszinierende Möglichkeiten für wissenschaftliche Grundlagenuntersuchungen. Als Vollschutzgeräte finden Sie ohne zusätzli-che Röntgenschutzeinrichtungen Platz in einem klassischen Laborraum. Maximale Auflösungen von bis zu 1 μm/Voxel erlauben die Analyse von kleinskaligen Mikrostrukturen, z.B. statistische Analysen von Porenraum- und Porenengstellen-verteilungen und hydraulisch unzugängliche Po-ren in Sandsteinen mit typischen Porengrößen von 5-50 μm. Darüber hinaus bieten modernste Synchrotron-basierte Mikrotomographieverfah-ren an verschiedenen Großforschungseinrich-tungen, wie z. B. an der Advanced Photon Source (APS), Argonne National Labs, USA oder an der Swiss Light Source (SLS), Paul Scherrer Institut, Villigen, Schweiz, die Möglichkeit zeitauflösen-

Bild 1: Computertomographie eines offenporigen Alu-miniumschaums (95% Porosität) (rechts: ein-zelne Pore)

Bild 3: Darstellung des Porenraums einer Asphaltprobe (links), Hochauflösende Synchrotron-Aufnahme eines residualen Sättigungszustands einer Sand-steinprobe (rechts)

KONTINUUMSMECHANIK

eine herausragende Datenqualität mit den ge-ringsten Artefakten.Basierend auf Daten, die in Desktop- und Synchrotrontomographieverfahren aufgenommen wurden, werden am Lehrstuhl für Mechanik-Kontinuumsmechanik verschie-dene experimentelle Untersuchungen vorge-nommen. Auf Basis von hochauflösenden μCT Scans (<1 μm/Voxel) werden Wellensimulatio-nen im Zeitbereich u. a. die (visko-)elastischen Eigenschaften von fluidgefüllten, porösen Medi-en untersucht. Analysiert und segmentiert man die Tomographiedaten, bieten sie die Möglich-keit für weitere numerische Mikrostrukturana-lysen. Insbesondere können damit morpholo-gische Eigenschaften heterogener Porenräume ausgewertet werden. Dies erlaubt eine detaillier-te Quantifizierung wie z.B. von Durchlässigkeit oder Tortuosität – wichtige Größe in makrosko-pischen Mehrphasenmodellen wie der Poroelas-tizität. Im Rahmen verschiedener Experimen-te mit röntgentransparenten Triaxialzellen am APS (Kooperation: Florian Fusseis, University of Edinburgh und Xianghui Xiao, Argonne Labs) und an der SLS (Kooperation: Marcel Frehner, ETH Zurich und Beatriz Quintal, Université de Lausanne) wurde das zeitaufgelöste Strömungs-verhalten auf der Porenraumskala von Speicher-gesteinen untersucht. Insbesondere instabile Infiltrationsmechanismen in nicht-mischbaren Mehrphasenfluidsystemen und die Verteilung residualer Liquidcluster konnten dabei qualitativ und quantitativ bestimmt werden. Letztere Ergeb-nisse dienen als Grundlage für weitere theoreti-sche Modelle zur mehrskaligen Beschreibung des effektiven Dämpfungsverhaltens von porö-sen Gesteinen. In naher Zukunft soll auch am Lehrstuhl für Mechanik-Kontinuumsmechanik ein eigener μCT Scanner aufgebaut werden. Im Unterschied zu kommerziell erhältlichen Mi-krotomographen sollen mit einem Scanner in „offener“ Bauweise auch komplexere hydro-me-chanische Experimente mit 3-dim bildgebenden Verfahren kombiniert werden können um damit letztendlich einen tieferen Einblick in das phy-

de 3-dim Tomographien mit Scanraten von bis zu 1Hz aufzunehmen. Damit lassen sich dyna-mische Prozesse auf der Skala des Porenraums zerstörungsfrei und mit hoher räumlicher Auf-lösung studieren. Konstruktionsbedingt (paral-lele und monochromatische Röntgenquelle) bie-ten Synchrotron-Mikrotomographieverfahren

Bild 2: Numerische Wellenausbreitungsanalyse eines fluidgesättigten Aluminiumschaums (links),

3D-Darstellung der Zuschlagsstoffe in einer As-phaltprobe (rechts)

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NEUES AUS DEN LEHRSTÜHLEN UND ARBEITSGRUPPENKONTINUUMSMECHANIK

VERKEHRSWESEN - PLANUNG UND MANAGEMENT

sikalische Verhalten von porösen Materialien zu erhalten. Im Rahmen eines kürzlich bewilligten Verbundforschungsprojekts (S(H)ynergie), das gemeinsam mit den Kollegen J. Renner, W. Frie-derich, Th. Müller (Geowissenschaften RUB) und G. Meschke (Statik und Dynamik) eingeworben wurde und in dem i. G. 12 Doktoranden auf dem

Gebiet der Geothermie grundlegend arbeiten werden, sollen u.a. diese μCT-basierten Verfahren zur Charakterisierung der frequenzabhängigen mechanischen Eigenschaften von intakten und geschädigten (d.h. mit Mikrorissen versehenen), fluidgesättigten Sandsteinen eingesetzt werden.

MEHR ZUVERLÄSSIGKEIT FÜR DIE BUNDESVER-KEHRSWEGEPLANUNGBei der volkswirtschaftlichen Bewertung von In-vestitionen in die Verkehrsinfrastruktur stellen Reisezeitgewinne in der Regel die wichtigste Nut-zenkomponente dar. Traditionell erfolgt die Nut-zenermittlung anhand der für den Planfall prog-nostizierten Veränderung der mittleren Reisezeit. Aus Sicht der Verkehrsteilnehmer ist jedoch auch die Zuverlässigkeit der Reisezeit ein wich-tiges Qualitätskriterium. Die Zuverlässigkeit be-schreibt die Übereinstimmung des tatsächlichen Verkehrsgeschehens mit den Erwartungen der Verkehrsteilnehmer. Unzuverlässigkeit im Stra-ßenverkehr entsteht insbesondere durch Störun-gen, die für den Verkehrsteilnehmer nicht vorher-sehbar sind, wie z. B. Staus infolge von Unfällen. Das Risiko solcher unerwarteter Verzögerungen führt dazu, dass die Verkehrsteilnehmer einen Zeitpuffer einplanen müssen, wenn sie ihr Ziel mit hoher Wahrscheinlichkeit pünktlich errei-chen wollen. Bei termingebundenen Fahrtanläs-sen, z. B. Berufspendlern im Schichtdienst oder Just-in-time-Transporten im Güterverkehr, stellt dieser Zeitpuffer auch dann einen Zeitverlust dar, wenn während der Fahrt gar keine Störung ein-getreten ist. In der Summe aller Fahrten können diese Zeitverluste durch verfrühtes Eintreffen am Zielort sogar höher sein als die Zeitverluste auf-grund tatsächlich eingetretener Störungen. Vor diesem Hintergrund soll die Zuverlässigkeit als zusätzliche Bewertungskenngröße in die Metho-

dik für die Erstellung des Bundesverkehrswege-plans 2015 aufgenommen werden. Im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadt-entwicklung wird am Lehrstuhl für Verkehrswe-sen – Planung und Management (Prof. Geiste-feldt) das Verfahren für die Quantifizierung der Zuverlässigkeit für den Verkehrsträger Straße er-arbeitet. Die Zuverlässigkeit wird dabei als Stan-dardabweichung der routenbezogenen Reisezeit beschrieben. Grundlage der Untersuchung bil-den automatisch erfasste Reisezeitdaten von Auto-bahnen sowie makroskopische Simulationen des Verkehrsablaufs. Im Ergebnis wird ein Modellzu-sammenhang zwischen dem Auslastungsgrad der Verkehrsanlage und der Standardabweichung der Reisezeit bereitgestellt, der in die Bewertungsver-fahren der Bundesverkehrswegeplanung Eingang finden soll. Durch die Berücksichtigung der Zu-verlässigkeit bei der Investitionsbewertung wird vor allem der hohe Nutzen von Maßnahmen zur Beseitigung von Engpässen im bestehenden Netz realistischer bewertet.

Bild 1: Stau als Symptom der Unzuverlässigkeit des Verkehrsablaufs auf Autobahnen

Bild 1: Leiter und Mitarbeiter des Projektes

HYDROLOGIE, WASSERWIRTSCHAFT UND UMWELTTECHNIK

LEHRSTUHL FÜR HYDROLOGIE, WASSERWIRT-SCHAFT UND UMWELTTECHNIK IST AM SFB 823 DER TU DORTMUND BETEILIGT Seit einigen Jahren diskutiert der Lehrstuhl für Hydrologie, Wasserwirtschaft und Umwelttech-nik mit den Mathematikern der Ruhr-Universi-tät und den Statistikern der TU Dortmund neue Ansätze der Extremwertstatistik. Im Ergebnis dieser Kontakte entstand vor über einem Jahr die Idee, die Kooperation mit dem Lehrstuhl für Sta-tistik der TU Dortmund zu vertiefen. Eine Mög-lichkeit hierzu bot die am 1.7.2013 beginnende zweite Förderphase des Sonderforschungsberei-ches 823 „Statistik nichtlinearer dynamischer Prozesse“. Unter dem neuen Teilprojekt „Robus-te Analyse hydrologischer Zeitreihen mit Anwen-dungen für die hochwasserstatistische Regionali-sierung“, die im Projektbereich „Technometrie“ angesiedelt wurde, werden neue Ideen und Lö-sungsansätze zur Verbesserung der Hochwas-serstatistik entwickelt. Der SFB 823 modelliert, prognostiziert und steuert nichtlineare dynamische Prozesse in Wirtschaft und Technik und hat vielfältige For-schungsgebiete wie Finanzmärkte, aber auch die Untersuchung von Rissbildung oder die Opti-mierung von Hörgeräten. All dies geschieht un-ter Zuhilfenahme mathematischer Modelle der Statistik. Dabei entstehen fach- und projektüber-greifende Lösungen, da vielfach in unterschied-lichen Anwendungen ähnliche Probleme auftre-

ten. Es sollen also nicht nur neue theoretische Ansätze gefunden werden, sondern zugleich de-ren Anwendung praktiziert werden. Daher setzt sich der SFB aus Mathematikern, Statistikern, Ingenieuren und Wirtschaftswissenschaftlern der Universitäten Bochum und Dortmund sowie weiteren Einrichtungen zusammen.

Das Teilprojekt zur robusten Analyse von hy-drologischen Zeitreihen unter der gemeinsa-men Leitung von Prof. Dr. Roland Fried (TU Dortmund) und Prof. Dr. Andreas Schumann von der Ruhr-Universität untersucht hydrolo-gische Zeitreihen auf Informationen über die Wahrscheinlichkeiten von Extrema wichtiger Hochwasserkennwerte, wie Hochwasserscheitel und – fülle oder zum zeitlichen Zusammentref-fen von Hochwasserwellen, wie dies z.B. 2013 an Elbe und Saale zu beobachten war. Das Ziel besteht darin, bessere Bemessungsansätze für langlebige Bauwerke an Fließgewässern zu fin-den und das Hochwasserrisiko zu vermindern. Hierbei sind die konventionellen statistischen Modelle oftmals nicht ausreichend, da sie Stö-rungen, verursacht durch klimatische Verän-derungen oder auch anthropogene Eingriffe, nicht hinreichend berücksichtigen können. Zu-dem sind die beobachteten Zeitreihen, die in der Hydrologie zur Verfügung stehen, zumeist nur sehr kurz, so dass wichtige Informationen zur Statistik extrem großer Ereignisse meist nicht zur Verfügung stehen. Um mit diesen Proble-men besser umgehen zu können, sollen robus-te Schätzverfahren entwickelt werden, die unter einer angenommenen Langzeitabhängigkeit der Daten (ein großes Hochwasser kommt selten al-lein) zuverlässig auch hohe Quantile ermitteln. Diese Schätzer bilden wiederum die Grundlage für die Entwicklung geeigneter Zeitreihenmo-delle um auch multivariate Verteilungen, z.B. unter Zuhilfenahme von Copulas, zu model-lieren. Zudem soll ein Schwerpunkt auf neuen Regionalisierungsansätzen liegen, um so Hoch-wasserwahrscheinlichkeiten für unbeobachtete

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NEUES AUS DEN LEHRSTÜHLEN UND ARBEITSGRUPPENHYDROLOGIE, WASSERWIRTSCHAFT UND UMWELTTECHNIK

Fließgewässer zu ermitteln. Es wird also nach anwendungsbezogenen Lösungen gesucht und dabei die Möglichkeiten der interdisziplinären Zusammenarbeit im SFB rege genutzt. In den nächsten drei Jahren will der Lehrstuhl für Hy-

drologie, Wasserwirtschaft und Umwelttechnik auf der Grundlage der Arbeit im SFB 823 sei-ner besonderen Rolle in der praxisorientierten Hochwasserforschung in Deutschland weiter gerecht werden.

LEHRSTUHL FÜR HYDROLOGIE, WASSERWIRT-SCHAFT UND UMWELTTECHNIK FÜHRT DFG- RUNDGESPRÄCH ZU FRAGEN DER HOCHWASSER-ENTSTEHUNG DURCHSeit 1993 die Altstadt von Köln überflutet wurde, traten in Deutschland gehäuft extreme Hochwas-ser auf. Was können wir aus diesen großen Hoch-wasserereignissen lernen? Es wurde deutlich, dass viel fragmentarisches Wissen über die regiona-len Hochwasserverhältnisse vorhanden ist, eine Gesamtschau, z.B. zu den Unterschieden in der Entstehung und dem Verlauf von Hochwasser-ereignissen in den verschiedenen Flussgebieten Deutschlands, jedoch fehlt. Dies gilt im besonde-ren Maße auch für die Bewertung anthropogener Einwirkungen auf die Hochwasserentstehung und den Hochwasserablauf. Oftmals werden einzelne Phänomene über ihren eigentlichen Wirkungs-bereich hinaus übertragen und verallgemeinert, obwohl die naturräumlichen Randbedingungen, die bei einer derartigen Bewertung unbedingt be-achtet werden sollten, sich deutlich voneinander unterscheiden. Am 1. und 2. Oktober fand an der Ruhr-Univer-sität Bochum ein DFG-Rundgespräch zu Fragen der Hochwasserentstehung statt. Ein DFG-Rund-gespräch ist eine, auf Antrag des Ausrichters von der DFG geförderte wissenschaftliche Veranstal-tung, in der eingeladene Experten Probleme des jeweiligen Fachgebietes diskutieren. Er dient meist der inhaltlichen Koordination eines neu zu bean-tragenden DFG- Schwerpunktprogramms.

Unter der Prämisse, dass Hochwasser das Ergeb-nis der zufallsbehafteten Überlagerung meteorolo-gischer Ursachen mit hydrologischen Zuständen

ist, wurde in Bochum diskutiert, wie das Hochwas-serregime von den Niederschlagsverhältnissen be-dingt und den Eigenschaften der Einzugsgebiete (Boden, Geologie, Orographie, Topographie, An-fangsfeuchte, Landnutzung, Gewässernetz) beein-flusst wird. Hierzu trafen sich Hydrologen mit Me-teorologen und Wasserbauexperten. Da die DFG die Zahl der Teilnehmer an derartigen Veranstal-tungen beschränkt, konnten nur etwa 25 Wissen-schaftlerinnen und Wissenschaftler eingeladen werden. Internationale Gäste waren die Professo-ren Blöschl (Österreich), Szolgay (Slowakei) und Weingartner (Schweiz).

Die Diskussionsthemen reichten im Bereich der Meteorologie von der Niederschlagsklimatologie über die räumliche Variabilität der Niederschlags-entstehung bis hin zu neuen Klassifizierungsan-sätzen von atmosphärischen Zirkulationsmustern. Bei den spezifischen hydrologischen Fragestel-lungen wurden die Probleme der hochwassersta-tistischen Regionalisierung und der statistischen Zeitreihenanalyse ebenso wie die Möglichkeiten und Grenzen der deterministischen Modellierung der Hochwasserentstehung oder der Berücksichti-gung wasserbaulicher Eingriffe thematisiert. Die Diskussion zeigte, dass stets zwischen sehr un-terschiedlichen Zeit-, Raum- und Ereignisskalen differenziert werden muss, wenn allgemeingül-tige, räumlich übertragbare Aussagen gefordert werden. Die einzelnen Einflussfaktoren nehmen in Abhängigkeit von den Anfangs- und Randbe-dingungen auf den verschiedenen Skalen einen unterschiedlich starken Einfluss auf die Hoch-wasserverhältnisse. Die Zusammenarbeit zwi-schen Meteorologie und Hydrologie wird dabei in Hinblick auf die Komplexität der Hochwasse-

HYDROLOGIE, WASSERWIRTSCHAFT UND UMWELTTECHNIK

SIEDLUNGSWASSERWIRTSCHAFT UND UMWELTTECHNIK

rentstehung bei Extremereignissen weiter an Be-deutung gewinnen.

Im Ergebnis der Diskussion wurde beschlossen, einen Antrag bei der DFG auf Einrichtung eines Schwerpunktprogramms zum Thema „Hoch-wassergenese“ zu stellen. Als mögliche The-menschwerpunkte wurden, neben der vertieften Analyse extremer Hochwasser, Untersuchun-gen zur räumlichen Variabilität der Hochwas-

serentstehung, zur Langfristdynamik der Ver-änderung der Hochwasserverhältnisse und zur Prognostizierbarkeit von raum-zeitlichen Verän-derungen der Hochwassergenese herausgear-beitet. Die Untersuchungen sollen sich auf die Meso- und Makroskale, d.h. auf Einzugs- bzw. Flussgebiete in den Größenordnungen von 100 und 100.000 km2 beziehen. Die Koordination des Antrages liegt in den Händen von Prof. An-dreas Schumann.

Bild 1: Die Schlossmühle Rochlitz vor dem Hochwasser 2013 mit neuer Hochwasserschutzwand und am 3. Juni 2013

Fotos: Jörg Richter, Rochlitz

DFG-PROJEKT: ANALYSE UND MODELLIERUNG DER BIOMETHANISIERUNG VON PFLANZLICHER BIOMASSEBiogas wird in Deutschland in ca. 7.400 Fermen-teranlagen (Stand 2012) im Wesentlichen durch den anaeroben, d.h. unter Ausschluss von Sau-erstoff, mikrobiellen Abbau von landwirtschaft-lichem Wirtschaftsdünger oder pflanzlicher Bio-masse erzeugt. Mit einer Leistung von insgesamt 3.000 MW lässt sich über 3 Prozent des deut-schen Stromverbrauchs auf diese Weise bereit-stellen. Auf Grund des hohen potentiellen Gas-ertrages haben Anlagenbetreiber in den letzten Jahren verstärkt auf den Einsatz von pflanzlicher Biomasse als Gärsubstrat gesetzt. Die bisher ge-wonnenen Betriebserfahrungen zeigen jedoch, dass der praktisch erzielbare Biogasertrag deut-

lich unterhalb des theoretisch möglichen liegt, wenn pflanzliche Biomasse als Monosubstrat verwendet wird. Ein wesentlicher Grund hier-für liegt in der noch unzureichenden Kenntnis über die grundlegenden mikrobiellen Stoffwech-selvorgänge beim anaeroben Abbau lignocellulo-sehaltiger Biomasse.

Ziel des von der DFG finanzierten Vorhabens ist die Erarbeitung von Grundlagenerkenntnissen, die es erlauben, den Prozess der Methanogenese pflanzlicher Biomasse genauer zu identifizieren und mathematisch zu modellieren. Die gängige Lehrbuchmeinung geht heute davon aus, dass Me-than zu etwa 70% über die Spaltung von Essigsäure und zu etwa 30% über die Synthese von Wasser-stoff und Kohlendioxid erzeugt wird. Die zentrale

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Hypothese des Forschungsvorhabens hingegen lautet, dass die syntrophe Acetatoxidation eine si-gnifikante Bedeutung für den anaeroben Abbau-prozess pflanzlicher Biomasse besitzt. Demnach er-folgt die Methanerzeugung in weit größerem Maße über die hydrogenotrophe Methanogenese als all-gemein angenommen. In diesem Falle müsste für nachwachsende Rohstoffe die grundsätzlich wis-senschaftlich etablierte mathematische Beschrei-bung der Fermentation im Anaerobic Digestion Model No. 1 (ADM1) korrigiert werden.

Der Schwerpunkt der beantragten Untersuchun-gen liegt im Vorhaben auf der anaeroben mikro-biologischen Umsetzung der Essigsäure bei der Vergärung pflanzlicher Biomasse. Ein weiterge-hendes Verständnis und die verbesserte mathe-matische Beschreibung der Methanogenese soll erreicht werden durch (I) den labortechnischen Betrieb einer geeigneten Modellfermentation zur gezielten Untersuchung zentraler Abbauwege (siehe Bild 1), (II) die Identifizierung und Quan-tifizierung prozessbestimmender Mikroorganis-men (siehe Bild 2) und (III) die Quantifizierung der C-Umsatzraten mittels Isotopenanalyse. Auf dem Versuchsgelände Ölbachtal wird hierzu ei-ne Versuchsanlage betrieben, die als zweistufiges System konzipiert ist, d.h. es findet eine räum-liche Trennung der Prozessschritte Hydrolyse/Acidogenese und Acetogenese/Methanogenese statt. Die erste Stufe der Anlage besteht aus drei parallel geschalteten Leach-Bed-Systemen. Inner-halb der zweiten Stufe wird die Methanogenese in zwei verschiedenen Systemen parallel unter-sucht: ein Aufstrom-Festbettreaktor zur Ansie-delung acetoklastischer Methanbildner und ein Rührkesselreaktor zur Ansiedlung hydrogeno-tropher Methanbildner. Die in den praktischen Versuchseinstellungen gewonnenen Daten und Erkenntnisse sollen für die mathematische Mo-dellierung der Biomethanisierung von pflanz-licher Biomasse genutzt werden. Als Modellba-sis wird das ADM1 verwendet. Üblicherweise erfolgt eine Modellanpassung an experimen-

NEUES AUS DEN LEHRSTÜHLEN UND ARBEITSGRUPPENSIEDLUNGSWASSERWIRTSCHAFT UND UMWELTTECHNIK

Bild 1: Automatisierte Modellfermentation auf dem Versuchsgelände Ölbachtal.

Bild 2: Aufnahme einer Fokusebene eines dreidimensio-nalen Biofilms aus einem Festbettreaktor zur Bi-ogasproduktion. Die Aufnahme wurde mit einem konfokalen Laserscanning Mikroskop erstellt. Messbalken unten links entspricht ca. 10 µm.

10 µm

tellen Daten, die Konzentrationsverläufe che-mischer Parameter widerspiegeln. In diesem Vorhaben sollen darüber hinaus jedoch auch Daten über Änderungen von stabilen Kohlen-stoffisotopensignaturen und der mikrobiellen Biozönose berücksichtigt werden.

Das Projekt wird zusammen mit dem Lehrstuhl für Sediment- und Isotopengeologie (RUB) so-wie mit dem Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB), Abteilung Biover-fahrenstechnik bearbeitet. Der Förderzeitraum erstreckt sich über insgesamt drei Jahre.

SIEDLUNGSWASSERWIRTSCHAFT UND UMWELTTECHNIK

UMWELTTECHNIK + ÖKOLOGIE IM BAUWESEN

FORSCHUNGSVORHABEN ZUR ÖKOEFFIZIENZ VON KANALSANIERUNGSTECHNIKENU+Ö bearbeitet Forschungsvorhaben im In- und Ausland (Förderung durch das Land NRW, BMBF Bundesministerium für Bildung und Forschung, Umweltbundesamt usw.). Themen sind Auswir-kung des Klimawandels, Bergbau und Umwelt, Integriertes Wasserressourcenmanagement, Ökobilanzierung usw.

Hier wird das Teilvorhaben „Ökoeffizienzbe-wertung von Kanalsanierungstechniken“ im Forschungsvorhaben „Kanalabdichtungen – Auswirkungen auf die Reinigungsleistung der Kläranlagen und der Einfluss auf den örtlichen Wasserhaushalt“ (Förderung: Umweltbundes-amt, Laufzeit 2011 bis 2013) vorgestellt.

Das Forschungsvorhaben wird gemeinsam vom IKT Institut für Unterirdische Infrastruktur in Gelsenkirchen (PD Dr. Bosseler), vom Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der Universität der Bundeswehr in München (Prof. Dr. Günthert), vom Institut für Wasserwesen und Ressourcenschutz der Universität der Bundeswehr in München (Prof. Dr. Disse), vom Ingenieurbüro Pirker+Pfeiffer in Münsingen (Dipl.-Ing. Kohler), vom Lehrstuhl für Umwelttechnik+Ökologie im Bauwesen RUB (Prof. Dr. Stolpe, Dipl.-Chem.-Ing. Borgmann) und in Zusammenarbeit mit Praxis-partnern durchgeführt.

Ökoeffizienzbewertungen stellen einen neuar-tigen Ansatz zur gesamtheitlichen Bewertung

von Umweltauswirkungen dar. Ein solcher An-satz wurde für Verfahren zur Kanalabdichtung entwickelt. Hierzu zählen die Ökobilanzierung der verwendeten Baumaterialien zur Kanalab-dichtung, die Bewertung der Umweltauswir-kungen im Nahbereich einer Baumaßnahme zur Kanalabdichtung und die Betrachtung des Pro-duktsystemnutzens:

▪ Für die Ökobilanzierung der verwendeten Bauma-terialien werden die Energieverbräuche und die stofflichen Emissionen über den Lebensweg der verwendeten Bau- und Betriebsstoffe in Form ei-ner Wirkbilanz der entstehenden Emissionen er-mittelt und ausgewertet.

▪ Zur Ermittlung der Umweltauswirkungen im Nah-bereich von Baumaßnahmen zur Kanalabdich-tung werden die möglichen Auswirkungen auf die Schutzgüter gemäß dem Gesetz über die Um-weltverträglichkeitsprüfung (UVPG) abgeschätzt und bewertet.

▪ Zur Ermittlung des Produktsystemnutzens für An-spruchsgruppen wie z.B. Anschlussnehmer eines Kanals werden die direkten Kosten, die Nutzungs-dauer und die Verwertungsfähigkeit des abgedich-teten Kanals ermittelt und bewertet.

Die Ökoeffizienzbewertung fasst die Ergebnisse der Ökobilanzierung, der Umweltauswirkungen im Nahbereich und des Produktsystemnutzen zu-sammen. Die Ökoeffizienz ist umso grösser, je mehr Vorteile ein Verfahren zu Kanalabdichtung

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im Vergleich mit anderen Verfahren aufweist.Die entwickelte Systematik zur Ökoeffizienzbe-wertung wurde in Anlehnung an die DIN EN ISO 14045: 2012 auf Grundlage öffentlich verfügba-rer Datenbanken für ausgewählte, marktrelevante Verfahren zur Kanalabdichtung im Trenn- und Mischsystem erstellt:

▪ grabenlose Kanalabdichtung mit Injektionsver-fahren, Schlauch- und Kruzlinern

▪ offene Kanalabdichtung mit Steinzeug- und Betonrohren, Außenmanschette und Stutzen

NEUES AUS DEN LEHRSTÜHLEN UND ARBEITSGRUPPENUMWELTTECHNIK + ÖKOLOGIE IM BAUWESEN

Grabenlose Kanalabdichtungen weisen eine grös-sere Ökoeffizienz als offene Kanalabdichtungen auf. Sie ergeben gegenüber offenen Kanalabdich-tungen geringere Emissionen auf ihrem Lebens-weg sowie geringere Umweltauswirkungen im Nahbereich der Baumaßnahmen bei gleichzeitig nicht unterschiedlichem Produktsystemnutzen.

Es wurden Empfehlungen zur Anwendung der Ökoeffizienzbewertung bei der Kanalabdich-tung erarbeitet. Die Veröffentlichung erfolgt im Jahr 2014.

Bild 1: Fallbeispiel: Straße mit undichtem Schmutzwasserkanal

LISTE DER PROFESSUREN DER FAKULTÄT ▪ Baustofftechnik

Univ. Prof. Dr.-Ing. R. Breitenbücher ▪ Verkehrswesen - Planung und Management

Univ. Prof. Dr.-Ing. J. Geistefeldt ▪ Mechanik - Materialtheorie

Univ. Prof. Dr. rer. nat. K. Hackl ▪ Windingenieurwesen und Strömungsmechanik

Univ. Prof. Dr.-Ing. R. Höffer ▪ Stahl-, Holz- und Leichtbau

Univ. Prof. Dr.-Ing. R. Kindmann ▪ Informatik im Bauwesen

Univ. Prof. Dr.-Ing. M. König ▪ Massivbau

Univ. Prof. Dr.-Ing. P. Mark ▪ Statik und Dynamik

Univ. Prof. Dr. techn. G. Meschke ▪ Mechanik adaptiver Systeme

Univ. Prof. Dr.-Ing. T. Nestorović ▪ Verkehrswegebau

Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Radenberg ▪ Grundbau, Boden- und Felsmechanik

Univ. Prof. Dr.-Ing. T. Schanz ▪ Hydrologie, Wasserwirtschaft und Umwelttechnik

Univ. Prof. Dr. rer. nat. A. Schumann ▪ Mechanik – Kontinuumsmechanik

Univ. Prof. Dr.-Ing. H. Steeb ▪ Umwelttechnik und Ökologie im Bauwesen

Univ. Prof. Dr. rer. nat. H. Stolpe ▪ Tunnelbau, Leitungsbau und Baubetrieb

Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Thewes ▪ Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik

Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Wichern

TERMINE ▪ Akademische Jahresfeier 2013

Fr., 29. November 2013 ab 16:30 im Saal 2a/b des Veranstaltungszentrums der RUB

KONTAKTE UND NÄHERE INFORMATIONENNähere Informationen zu Forschung und Lehre sind unter der Fakultätshomepage http://www.rub.de/fbi zu finden. Die Leiter der Lehrstühle und Arbeitsgruppen stehen gerne für weitere Auskünfte zur Verfügung.

IMPRESSUM – FÜR DEN INHALT VERANTWORTLICHProf. Dr.-Ing. M. Radenberg, Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften,Ruhr Universität Bochum, 44780 Bochum