1. Fachkongress Konstruktiver Ingenieurbau - Mai 2022 63 Zustandsentwicklung und Erhaltungsmanagement von Brücken im Zuge von Bundes- und Landesstraßen Bauwerksprüfungen, Planung von Instandsetzungs- und Ertüchtigungsmaßnahmen sowie von Ersatzneubauten Dipl.-Ing. (FH) Klaus Butzke Dipl.-Ing. Maik Schulz Ministerium für Verkehr Baden-Württemberg Zusammenfassung Die Landesregierung von Baden-Württemberg hat sich zum Ziel gesetzt, der Erhaltung von Brückenbauwerken eine hohe Priorität zuzuordnen. Die Erhaltung der Ingenieurbauwerke ist ein wichtiger Beitrag für ein leistungsfähiges Straßeninfrastrukturnetz und eine der zentralen Aufgaben der kommenden Jahre im Straßenbau. Als Erhaltungsmaßnahmen gelten Instandsetzungs- und Ertüchtigungsmaßnahmen sowie Ersatzneubauten. Aufgrund der topographischen Randbedingungen befinden sich in Baden-Württemberg rd. 4.000 Brücken im Zuge von Bundes- und rd. 3.300 Brücken im Zuge von Landesstraßen. Der Vortrag gibt einen Überblick über die Bauwerksprüfungen nach DIN 1076 zur Zustandserfassung und Bauwerksdatenpflege und -auswertung als Grundlage für die Erhaltungsplanung und stellt die gesetzlichen Grundlagen, deren Anwendung in der Praxis und Möglichkeiten und Grenzen der Datenbank SIB-BW dar. Zudem werden die Vorgaben für das Brückenerhaltungsmanagement erläutert und wie sich die Priorisierungen der Erhaltungsmaßnahmen hieraus ableiten lassen. 1. Brücken im Zuge von Bundes- und Landesstraßen 1.1 Richtlinien, Regelwerke und Vorgaben Die Brücken an Bundes- und Landesstraßen werden gemäß den Vorgaben der DIN 1076 „Ingenieurbauwerke im Zuge von Straßen und Wegen, Überwachung und Prüfung“ geprüft. Diese Bauwerksprüfungen sind nicht nur gesetzliche Pflicht, sondern ein wesentlicher Bestandteil des Erhaltungsmanagements der Straßenbauverwaltung des Landes. Dabei werden die Brücken im Abstand von 6 Jahren einer „Hauptprüfung“ unterzogen. Jeweils drei Jahre nach der Hauptprüfung erfolgt eine „Einfache Prüfung“. Zudem kontrollieren die zuständigen Straßenmeistereien im Zuge von jährlich durchzuführenden „Besichtigungen“ die Brücken. Hierbei erfolgen zweimal jährlich Beobachtungen im Hinblick auf augenscheinliche Schäden. Im Zuge der Brückenprüfungen werden die erfassten Schäden nach den Vorgaben der „Richtlinien zur einheitlichen Erfassung, Bewertung, Aufzeichnung und Auswertung von Ergebnissen der Bauwerksprüfung nach DIN 1076“ (RI-EBW-PRÜF) nach deren Einfluss auf Standsicherheit, Verkehrssicherheit sowie Dauerhaftigkeit beurteilt. Die Ergebnisse werden über eine Matrixberechnung zu einer Zustandsnote zwischen 1,0 und 4,0 zusammengefasst. Es werden hierbei sechs Zustandsnotenbereiche zugeordnet: Notenbereich Beschreibung 1,0 - 1,4 1,5 - 1,9 2,0 - 2,4 2,5 - 2,9 sehr guter Zustand guter Zustand befriedigender Zustand ausreichender Zustand 3,0 - 3,4 3,5 - 4,0 nicht ausreichender Zustand ungenügender Zustand Bauwerksbzw. Brückenprüfungen werden von besonders qualifizierten und erfahrenen Bauwerksprüfingenieuren der Straßenbauverwaltung oder von ausgewählten externen Ingenieurbüros vorgenommen. 64 1. Fachkongress Konstruktiver Ingenieurbau - Mai 2022 Zustandsentwicklung und Erhaltungsmanagement von Brücken im Zuge von Bundes- und Landesstraßen Nachdem das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) im März 2020 die Einführung des Traglastindexes über ein „Allgemeines Rundschreiben Straßenbau“ bekannt gegeben hat, wurde die Einführung auf Landesebene vom Ministerium für Verkehr Baden- Württemberg (VM) im Mai 2020 veranlasst. Der Traglastindex stellt die Diskrepanz zwischen erforderlicher Brückentragfähigkeit (Ziellastniveau) und vorhandener Tragfähigkeit dar. Aber auch bauart- und materialbedingte Parameter tragen zur Wertung bei. Die Klassifizierung der Bauwerke erfolgt in fünf Bewertungsstufen von I bis V, wobei I die beste und V die schlechteste Bewertung darstellt. Nachdem das BMVI im Januar 2021 die Einführung der „Richtlinien für die strategische Planung von Erhaltungsmaßnahmen an Ingenieurbauwerken (RPE-ING)“ über ein „Allgemeines Rundschreiben Straßenbau“ bekannt gegeben hat, hat das VM die RPE-ING in Baden-Württemberg im Februar 2021 eingeführt. Diese Richtlinie beschreibt und definiert die Erhaltungsziele. Für Ingenieurbauwerke im Zuge von Bundes- und Landesstraßen soll die Summe der Zustandsnotenbereiche 3,0 bis 4,0, bezogen auf die Brückenfläche, unter 10 % des Gesamtbestandes liegen, wobei für den Zustandsnotenbereich 3,5 bis 4,0 ein Wert von unter 1,0 % anzustreben ist. Die „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Funktionsbauverträge von Ingenieurbauten (ZTV-Funktion-ING)“ gelten für die Anforderungen für Planung, Bau und Erhaltung von Ingenieurbauten gemäß DIN 1076. Die ZTV-Funktion-ING definiert qualitative Funktionsanforderungen für die Erhaltungszeiträume. Die wichtigste Vorgabe ist, dass die Zustandsnote nach RI-EBW-PRÜF grundsätzlich nie schlechter als 2,9 sein soll. Bei Überschreitung ist eine Erhaltungsmaßnahme einzuleiten. Ist ein „befriedigender Bauwerkszustand“ gemäß RI-EBW-PRÜF nicht mehr gegeben, also eine Zustandsnote > 2,5 erreicht, sind den Zustand verbessernde Maßnahmen zu planen und so rechtzeitig durchzuführen, dass die Zustandsnote < 2,9 jederzeit eingehalten werden kann. 1.2 Erhaltungsziele Grundsätzlich ist ein Bauwerkszustand sicherzustellen, der die an die Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit gestellten Anforderungen mit ausreichender Zuverlässigkeit erfüllt. Zur Sicherstellung ist ein qualifiziertes Erhaltungsmanagement erforderlich. Die qualitativen Vorgaben für die Erhaltungsziele ergeben sich aus der ZTV-Funktion-ING und aus der RPE- ING. Als weiteres Instrument steht der Traglastindex zur Verfügung. Im Ergebnis der Zuordnung zu einer Indexstufe kann die Notwendigkeit weiterer Maßnahmen abgeschätzt werden. Bei Brückenbauwerken, die mit einem Traglastindex von V belegt sind, ist davon auszugehen, dass eine Instandsetzung kombiniert mit einer Ertüchtigung entweder technisch nicht möglich und/ oder nicht wirtschaftlich ist, so dass mittelfristig ein Ersatzneubau anzustreben ist. 2. Zustandsnoten 2.1 Darstellung des Status Quo Landesweit werden die Vorgaben der RPE-ING für den Zustandsnotenbereich 3,0 bis 4,0 ein mit einem Wert von 9,9 % im Zuge von Bundesstraßen knapp eingehalten und im Zuge von Landesstraßen mit einem Wert von 10,7 % leicht verfehlt. Auch für den Zustandsnotenbereich 3,5 und schlechter wird die Vorgabe der RPE-ING unter 1,0 % zu bleiben für den Bereich der Bundesstraßen mit 0,9 % knapp eingehalten und im Zuge von Landesstraßen mit einem Wert von 1,1 % kaum verfehlt. An der höherwertigen Vorgabe der ZTV-Funktion-ING, die Zustandsnote < 2,9 jederzeit einzuhalten, scheitern in Baden-Württemberg 209 Brückenbauwerke mit einer Gesamtfläche von 200.138 m² im Zuge von Bundesstraßen und 209 Brückenbauwerke mit einer Gesamtfläche von 73.761 m² im Zuge von Landesstraßen. 2.2 Zustandsentwicklung der Brücken Die auf Grundlage der Brückenfläche gemittelte Zustandsnote aller Bundesstraßenbrücken in Baden-Württemberg hat sich von 2,3 im Jahr 2010 auf 2,4 im Jahr 2020 leicht verschlechtert. 1. Fachkongress Konstruktiver Ingenieurbau - Mai 2022 65 Zustandsentwicklung und Erhaltungsmanagement von Brücken im Zuge von Bundes- und Landesstraßen Der Anteil der Bundesstraßenbrücken mit ungenügendem Bauwerkszustand (Zustandsnote 3,5 und schlechter) ist dabei seit 2010 von 0,4 % auf 0,9 % angestiegen. Die auf Grundlage der Brückenfläche gemittelte Zustandsnote aller Landesstraßenbrücken in Baden-Württemberg hat sich von 2,3 im Jahr 2010 auf 2,4 im Jahr 2020 leicht verschlechtert. Der Anteil der Landesstraßenbrücken mit ungenügendem Bauwerkszustand (Zustandsnote 3,5 und schlechter) ist dabei seit 2010 von 0,7 % auf 1,1 % angestiegen. 3. Tragfähigkeit 3.1 Zunahme des Schwerverkehrs Gerade die älteren Brücken haben nicht nur aufgrund ihrer älteren Bausubstanz häufiger einen Instandsetzungsbedarf, sondern sind auch aufgrund ihrer oft eingeschränkten Tragfähigkeit nicht für die Überfahrt von schweren LKW geeignet. Diese eingeschränkte Tragfähigkeit hat historische Gründe, da früher nicht nur weniger, sondern auch leichtere LKW auf den Straßen unterwegs waren. So sind z. B. in der DIN 1072 - Straßen- und Wegbrücken (Lastannahmen), Ausgabe 1967, 3 Regelklassen, nämlich Brückenklasse (BK) 60 (Autobahnen bis Landstraßen und Stadtstraßen), BK 30 (Kreisstraßen, Hauptwirtschaftswege) und BK 12 (Wirtschaftswege für leichten Verkehr) vorhanden. Dies bedeutet, dass im nachgeordneten Netz Bauwerke existieren, die lediglich für die Belastung von 12 Tonnen bzw. 30 Tonnen schweren Fahrzeugen bemessen sind. Die weitere Zunahme des Verkehrs führte 1985 zu einer weiteren Anpassung der DIN 1072. Parallel zum LKW mit 60 Tonnen auf der Hauptspur wurde ein weiterer LKW mit 30 Tonnen auf gleicher Höhe und dicht neben der Hauptspur berücksichtigt. Fortan wurden die Brücken des übergeordneten Straßennetzes für die Brückenklasse 60/ 30 bemessen. Im Jahr 2003 wurde die DIN 1072 durch die DIN-Fachberichte, für Lastannahmen für Straßen- und Eisenbahnbrücken, abgelöst. Die LKW wurden durch fiktive Fahrzeuge ersetzt und die Flächenlasten wurden nochmals deutlich erhöht. Da viele Brücken im Bestand aus den 60er und 70er Jahren stammen und somit häufig lediglich der Brückenklasse 30 oder geringer zugeordnet werden können, sind sie aufgrund ihrer statischen Dimensionierung auch ohne die ohnehin meistens vorhandenen substanziellen Alterungserscheinungen und Schäden nicht für das Befahren mit schweren LKW geeignet. Die Zunahme der sogenannten „Durchschnittlichen täglichen Verkehrsstärke des Schwerverkehrs (DTVsv)“ und die Erhöhung des zulässigen Gesamtgewichts der einzelnen LKW führt zu einer deutlich stärkeren Dauerbeanspruchung der Brücken, als wofür sie konzipiert wurden. Durch die Tragfähigkeitsdefizite beschleunigt sich der Alterungsprozess, der sich wiederum negativ auf die Zustandsentwicklung auswirkt. Wie bereits anfänglich beschrieben, stellt der Traglastindex die Diskrepanz zwischen erforderlicher Brückentragfähigkeit (Ziellastniveau) und vorhandener Tragfähigkeit dar, die sich ohne Nachrechnung des Brückenbauwerks aus der zum Zeitpunkt des Baus gültigen und angewendeten Norm ergibt. Die Nachrechnung eines Bestandsbauwerks für die erforderliche Brückenklasse zeigt hingegen die konstruktions- und zustandsbedingten Defizite auf. 3.2 Anzahl der Brücken mit dem schlechtesten Traglastindex von V Die Anzahl der Brücken im Zuge von Bundes- und Landesstraßen mit einem Traglastindex V wurden mit einer statistischen Auswertung aus dem Programm SIB-BW bezogen auf das jeweilige Regierungspräsidium vorgenommen. 66 1. Fachkongress Konstruktiver Ingenieurbau - Mai 2022 Zustandsentwicklung und Erhaltungsmanagement von Brücken im Zuge von Bundes- und Landesstraßen Bei den Brücken im Zuge von Bundesstraßen sind in den Regierungsbezirken Freiburg, Karlsruhe und Stuttgart jeweils zwischen 50 und 60 Bauwerke mit einem Traglastindex von V vorhanden. Im Regierungsbezirk Tübingen sind 30 Bauwerke mit dem schlechtesten Traglastindex von V vorliegend. Im Zuge von Landesstraßen hat das RP Stuttgart mit 51 Brücken die meisten Landesstraßenbrücken und das RP Tübingen mit 19 die wenigsten mit einem Traglastindex von V. Dieser Umstand ist natürlich auch den unterschiedlichen Verkehrsbelastungen in den Regierungsbezirken und somit unterschiedlicher Ziellastniveaus geschuldet. Die Summe der vier Regierungsbezirke führt somit landesweit zu aktuell 197 Brücken im Zuge von Bundes- und 145 Brücken im Zuge von Landesstraßen mit dem schlechtesten Traglastindex von V. 4. Brücken mit erheblichem Handlungsbedarf 4.1 Schnittmenge Zustandsnote und Tragfähigkeit Bei der Schnittmenge der Brücken, die den schlechtesten Traglastindex von V und gleichzeitig eine Zustandsnote von 3,0 und schlechter aufweisen, besteht dringender Handlungsbedarf. Landesweit existieren 45 Brücken mit einer zugehörigen Gesamtfläche von 71.966 m² im Zuge von Bundesstraßen und eine Anzahl von 34 Brücken mit einer Gesamtfläche von 25.632 m² im Zuge von Landesstraßen für die ein erheblicher Handlungsbedarf besteht. Bei diesen 79 Brückenbauwerken ist davon auszugehen, dass mittelfristig ein Ersatzneubau anzustreben ist. 4.2 Qualifiziertes Erhaltungsmanagement Die Zustandsnoten nach den RI-EBW-PRÜF spiegeln ein Gesamtergebnis aus Standsicherheit, Verkehrssicherheit und Dauerhaftigkeit wieder und lassen keinen direkten Rückschluss auf die notwendigen Investitionen für Instandsetzungen zu. Für die tatsächlichen Priorisierungen der wichtigsten Erhaltungsmaßnahmen, kann die Datenbank SIB-BW somit lediglich als Hilfsmittel für die „Vorsortierung“ verwendet werden. Für die Festlegung von konkreten Planungs- und Bauprogrammen, ist es unentbehrlich, dass die Brückenbauwerke und die ermittelten Schäden individuell betrachtet werden. Hierzu gehören z.B. eine sogenannte objektbezogene Schadensanalyse (OSA) und eine Nachrechnung des Brückenbauwerks. Erst dann kann auch unter Berücksichtigung 1. Fachkongress Konstruktiver Ingenieurbau - Mai 2022 67 Zustandsentwicklung und Erhaltungsmanagement von Brücken im Zuge von Bundes- und Landesstraßen von wirtschaftlichen Aspekten entschieden werden, ob eine Instandsetzung/ Ertüchtigung technisch möglich und wirtschaftlich durchführbar ist oder nur ein Ersatzneubau in Betracht kommt. Da Ersatzneubauten in den meisten Fällen einen deutlich größeren zeitlichen Vorlauf für die Planung und Erlangung des Baurechts benötigen als Instandsetzungen/ Ertüchtigungen, gilt dies im Erhaltungsmanagement zu berücksichtigen. Diese Bauprogramme werden von den Regierungspräsidien erstellt und mit dem VM abgestimmt. 5. Investitionen des Bundes und des Landes BW Um der fortschreitenden Verschlechterung der Brückensubstanz entgegen zu wirken, wurden in den letzten Jahren die Investitionsmittel für Brücken im Zuge von Bundes- und Landesstraßen kontinuierlich erhöht. Aktuell lässt das VM ein Gutachten erstellen, in dem unter anderem untersucht und berechnet wird, welche Höhe an Investitionsmitteln erforderlich ist, um dauerhaft die qualitativen Vorgaben der ZTV-Funktion-ING zu erfüllen. Es zeichnet sich jetzt schon ab, dass die aktuell zur Verfügung stehenden Investitionsmittel für die Landesstraßenbrücken noch einmal deutlich erhöht werden müssen, um eine weitere Verschlechterung der Bausubstanz zu verhindern und weitere Erhöhungen erforderlich werden, um das aktuelle Zustandsniveau anzuheben. 6. Baurechtliche Voraussetzungen Bei der Planung umfangreicher Erhaltungsmaßnahmen an Brücken insbesondere bei Ersatzneubauten sind neben den rein objektbezogenen Planungen auch die Belange des Umwelt- und Naturschutzes, des Wasserhaushalts, des Immissionsschutzes (Lärm) sowie die Rechter Dritter (Grunderwerb oder vorübergehende Inanspruchnahme von Flächen zur Durchführung der Baumaßnahmen) zu erheben und entsprechend rechtlich zu würdigen. Dies führt oftmals dazu, dass im Vorfeld solcher Erhaltungsmaßnahmen ein Baurechtsverfahren durchzuführen ist, welches einen Zeitrahmen von drei bis fünf Jahren in Anspruch nehmen kann. Im neuen Straßengesetz für Baden-Württemberg sind auch Regelungen enthalten, welche zukünftig die Verfahren für Ersatzneubauten verschlanken sollen. Die Baumaßnahmen sollen demnach leichter als Unterhaltungsmaßnahmen eingeordnet und somit ohne erneutes Genehmigungsverfahren durchgeführt werden können.