4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 243 Neugestaltung der österreichischen Substanzbewertung von Straßenoberbaukonstruktionen im Erhaltungsmanagement Dipl.-Ing. Dr. techn. Alfred Weninger-Vycudil FH Campus Wien, Department Bauen und Gestalten Jakob Quirgst, B. Sc. FH Campus Wien, Department Bauen und Gestalten Dipl.-Ing. Dr. techn. Thomas Sommerauer FH Campus Wien, Department Bauen und Gestalten Zusammenfassung Eine wesentliche Voraussetzung für eine effiziente und nachvollziehbare Erhaltungsplanung im Bereich des Straßenoberbaus spielt die Bewertung der strukturellen Beschaffenheit auf Netzebene. Diese Bewertung der Substanz liefert eine maßgebende Grundlage für Entscheidungen im strategischen Erhaltungsmanagement sowohl aus bautechnischer aber auch aus wirtschaftlicher und zunehmend ökologischer Sicht. Das Finden des optimalen Zeitpunkts, einer möglichst nachhaltigen technischen Lösung und einer Minimierung der Auswirkungen auf die Straßennutzer sind die übergeordneten Zielsetzungen und definieren auch die Randbedingungen für den Einsatz im Pavement Management System (PMS) auf den Autobahnen und Schnellstraßen in Österreich. 1. Einleitung 1.1 Substanzbewertung auf Netzebene Eine zentrale Rolle für die Auswahl des optimalen Zeitpunkts und der Intensität (Art) von baulichen Erhaltungsmaßnahmen spielt die Bewertung der strukturellen Beschaffenheit, der Substanz des Straßenoberbaus. Das Anfang der 2000er Jahre in Österreich entwickelte Verfahren zur Substanzbewertung auf Netzebene zeigte aufgrund von Änderungen in der Dimensionierung des Straßenoberbaus (Erhöhung Bemessungslebensdauer von 20 auf 30 Jahre für Asphaltbauweisen am Autobahnen- und Schnellstraßennetz im Jahr 2016) sowie in der Gestaltung des gebundenen Schichtpakets bei Asphaltbauweisen deutliche Schwächen auf, die häufig zu einer ungenauen und bedingt nachvollziehbaren Maßnahmenzuordnung führten (Art und Zeitpunkt) - sowohl aus technischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht. Auch die Verwendung des Substanzwerts für strategische Entscheidungen und Zielsetzungen auf Netzebene gestaltete sich im Rahmen der praktischen Anwendung im österreichischen Pavement Management System (PMS) zunehmend schwierig. 1.2 Schritte zur Aktualisierung der Substanzbewertung Im Rahmen des nationalen Forschungsprojekts BORIS (Bewertung von Oberflächenschäden und Rissen des Straßenoberbaus, Verkehrsinfrastrukturforschung VIF 2021) wurde diese Problematik thematisiert, ein detaillierter Vorschlag für die Überarbeitung bzw. Neugestaltung der Substanzbewertung der Asphalt- und Betonbauweise ausgearbeitet und der ASFINAG (Autobahnen- und Schnellstraßen-Finanzierungs-Aktiengesellschaft) sowie dem BMK (Bundesministerium für Klimaschutz) vorgestellt. Ein wesentliches Ziel bestand in der Verbesserung der Nachvollziehbarkeit der Bewertungsschritte und in der Zuordnung möglicher Erhaltungsmaßnahmen (Anwendungsgrenzen) im österreichischen PMS. Dabei wurde ein umfassender Vergleich zwischen dem alten und dem neuen Verfahren auf einem großen Teil des österreichischen Autobahnen- und Schnellstraßennetzes vorgenommen. 1.3 Herausforderung nachhaltige Bewirtschaftung Eine wesentliche Zielsetzung für die Beurteilung und Bewertung der Substanz eines Straßenoberbaus liegt in einer nachhaltigen Bewirtschaftung und somit in der Bestimmung des optimalen Eingreifzeitpunkts sowohl aus technischer als auch aus ökologischer und ökonomischer Sichtweise. Die aktuellen Entwicklungen und Herausforderungen im Kontext der Nachhaltigkeit von Bauwerken, insbesondere in der Lebenszyklusbetrachtung, stellen hier neue und erweiterte Vorgaben für den Straßenerhalter dar. Wenn auch das System Straße aktuell nicht als taxonomiefähig im Sinne der EU-Taxonomie klassifiziert werden kann, müssen sich zukunftsorientierte Infrastrukturbetreiber heute kritisch mit ihren Assets auseinandersetzen. An dieser Stelle ist eben nicht nur das grundsätzliche Bekenntnis zur qualitätsvollen Bewirtschaftung des Bestands von zentraler Bedeutung, sondern insbesondere der möglichst zielgerichtete und (ressourcen)effiziente Einsatz von Erhaltungsmaßnahmen. Um diese zu ermöglichen, bedarf es einer möglichst präzisen Festlegung von Zeitpunkt und Umfang von Interventionen - das wie- 244 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 Neugestaltung der österreichischen Substanzbewertung von Straßenoberbaukonstruktionen im Erhaltungsmanagement derum ist nur auf bauend auf möglichst exakte und zutreffende Prognosemodelle möglich. 2. Ausgangssituation 2.1 Allgemeines Die Substanzbewertung des Straßenoberbaus spielt eine zentrale Rolle in der Erhaltungsplanung, da vor allem die Intensität einer Erhaltungsmaßnahme wesentlich von der strukturellen Beschaffenheit des Bestands abhängig ist. Das aktuelle Verfahren zur Berechnung des „Substanzwerts“ auf Netzebene stellt dabei nur die erste Stufe im Bewertungsprozess dar, der bis hin zu einer detaillierten Festlegung von Erhaltungsmaßnahmen auf Projektebene unterschiedliche Phasen der Planung durchläuft. Die Berechnung des Substanzwerts in der ersten generellen Bewertungsphase erfolgt aus den Daten der messtechnischen bzw. visuellen Zustandserfassung auf Netzebene, die flächendeckend zur Verfügung stehen. Wie im Handbuch Pavement Management in Österreich [1] im Detail beschrieben, ist die Bewertung des Straßenzustands jener Teil der systematischen Erhaltungsplanung, der die erfassten oder erhobenen Daten und Informationen sowie die daraus errechneten Kennzahlen und Kennwerte mit (strategischen) Erhaltungszielen verknüpft. Dazu ist es erforderlich, bestimmte, auf die Eigenschaften des Straßenoberbaus bezogene Grenzwerte und Standards festzulegen, die letztendlich diese Erhaltungsziele repräsentieren. 2.2 Aktuelle Substanzbewertung nach Handbuch Pavement Management in Österreich Das aktuelle Bewertungsverfahren stützt sich in seiner Struktur auf eine Wertsynthese zur Berechnung von Einzelzustandswerten, Teilwerten und einem Gesamtwert, wobei ein entsprechender Bezug auf strategische Erhaltungsziele im Bereich Fahrsicherheit, Fahrkomfort und struktureller Zustand des Straßenoberbaus gegeben ist. Das Verfahren wird durch folgende 3 Einzelschritte definiert [1]: 1. Normierung (Transformation): Die in der Regel dimensionsbehafteten Zustandsgrößen aus der netzweiten Zustandserfassung werden in eine dimensionslose Kennzahl - den Zustandswert - transformiert. Diese Transformation erfolgt durch die Anwendung von auf die Einzelmerkmale bezogenen Normierungsfunktionen. Dabei werden die Einzelmerkmale Griffigkeit, Quer- und Längsebenheit, Risse und Oberflächenschäden (= sonstige strukturellen Schäden) berücksichtigt. 2. Teilwertermittlung: Die einzelnen Zustandswerte werden in Abhängigkeit von ihrer Bedeutung und ihren Eigenschaften über Gewichtungs- und Verknüpfungsvorschriften (gewichtetes Maximalkriterium) zu Teilwerten zusammengefasst. 3. Gesamtwertermittlung: Die Teilwerte werden in Abhängigkeit von ihrer Bedeutung und ihren Eigenschaften über Gewichtungs- und Verknüpfungsvorschriften zum Gesamtwert zusammengefasst. Neben den Zustandsmerkmalen sind auch bestimmte Oberbauinformationen, vor allem als Grundlage für die Bewertung der strukturellen Beschaffenheit, in die Bewertung einzubeziehen. Neben der Bauweise bzw. den eingesetzten Baumaterialien spielt vor allem das Alter der Schichten sowie das Verhältnis zwischen vorhandener (geschätzter) Tragfähigkeit (zulässige Normlastwechsel) und aktueller Verkehrsbelastung (vorhandene Normlastwechsel), welche über den Verkehrsbelastungskoeffizienten VBI definiert ist, eine wesentliche Rolle. Unter Bezugnahme auf die strategischen Erhaltungsziele „Sicherheit und Komfort“ sowie “Substanz“ werden aus den Einzelzustandsmerkmalen und den Oberbauinformationen zwei maßgebende strategische Teilwerte definiert [1]: • Gebrauchswert: Teilwert zur Beschreibung der Fahrsicherheit und des Fahrkomforts • Substanzwert: Teilwert zur Beschreibung der strukturellen Beschaffenheit der Oberbaukonstruktion Die Berechnung des Gesamtwerts, als Zusammenführung von Gebrauchs- und Substanzwert, soll sowohl die auf den Straßennutzer bezogenen Erhaltungsziele (Fahrkomfort und Fahrsicherheit), als auch jene Vorgaben, die zusätzlich aus der Sicht des Straßenbetreibers anzustreben sind (Erhaltung der Substanz), gleichermaßen berücksichtigen und stellt den 3. Schritt in der Bewertung dar [1]. 2.3 Ergebnisse der Analyse des aktuellen Verfahrens Unter Bezugnahme auf die durchgeführten Diskussionen im Rahmen des VIF-Forschungsprojekts BORIS [3] konnten die nachfolgenden Verbesserungsbereiche identifiziert werden. Dies liegt auch darin, dass das aktuelle Verfahren seinen Ursprung im Jahr 2000 (siehe Weninger-Vycudil A., 2001 [4]) sowie in der RVS 03.08.63 aus dem Jahr 1998 hat und nur ausgewählte Veränderungen bzw. Adaptionen aus Anlassfällen (z. B. Änderungen in der RVS 03.08.63 [5] im Jahr 2016) vorgenommen wurden [3]: • Die Unterteilung des Asphaltschichtpakets bei flexiblen Oberbaukonstruktion in Deckschicht, Binderschicht und gebundene Asphalttragschicht wird bei der Bildung der Zwischenergebnisse derzeit nicht berücksichtigt. Der Teilsubstanzwert „Tragfähigkeit“ repräsentiert das gesamte gebundene Schichtpaket und ist ein semi-empirischer Wert, der zwar über den Kalibrierfaktor Risse einen Einfluss aus den Oberflächenzustand beinhaltet jedoch auf einer aus der Dimensionierung abgeleiteten mittleren Ermüdungsfunktion des gesamten Schichtpakets basiert (siehe hierzu [1]). Zum Beispiel kann die Notwendigkeit einer Sanierung im Bereich der Binderschicht nicht klar aufgezeigt bzw. dargestellt werden. • Immer mehr Oberbauabschnitte in Asphaltbauweise besitzen gebundene Tragschichten, die ein sehr hohes Alter und eine hohe Dicke aufweisen und somit den Teilsubstanzwert „Tragfähigkeit“ maßgebend bestimmen. 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 245 Neugestaltung der österreichischen Substanzbewertung von Straßenoberbaukonstruktionen im Erhaltungsmanagement • Die Dickengewichtung beim Substanzwert (gesamt) führt bei der Asphaltbauweise dazu, dass Deckschichtmaßnahmen nur eine sehr geringe Wirkung im Substanzwert zeigen, obwohl davon ausgegangen werden muss, dass bei einer Entscheidung für eine Deckschichtmaßnahme die darunter liegenden (alten) Binder- und gebundenen Tragschichten noch eine längere technische Nutzungsdauer aufweisen. • Der Kalibrierfaktor Risse wird beim Teilsubstanzwert Tragfähigkeit bei Asphaltbefestigungen für die Berücksichtigung der Risssituation (an der Oberfläche) herangezogen und bezieht sich dabei auf das gesamte gebundene Schichtpaket. Darüber hinaus hat der Kalibrierfaktor einen sehr sensitiven Einfluss und wird im Rahmen der Anwendung der neuen Rissprognosemodelle im PMS (seit 2019) nicht mehr verwendet, sodass er nur für diesen Teilsubstanzwert berechnet wird. • Die Teilsubstanzwerte sind Hilfsgrößen, die für die Auswahl von Erhaltungsmaßnahmen herangezogen werden. Sie sind für die Festlegung von strategischen Zielsetzungen im Bereich der Substanz nicht geeignet, da sie nur Teilaspekte der strukturellen Bewertung berücksichtigen und kein nachvollziehbares Gesamtbild der strukturellen Beschaffenheit liefern. 2.4 Definition des Verbesserungspotentials und der aktuellen Vorgaben und Rahmenbedingungen Als Grundlage für die Überarbeitung des Bewertungsverfahren wurden als Ergebnis der Diskussion folgende maßgebende Vorgaben und Rahmenbedingungen abgeleitet [2]: • Die Entwicklungen und Vorgaben in den Planungshandbüchern der ASFINAG [8] sowie der aktuellen Vorgaben aus der RVS 03.08.63 [5] sind in das Verfahren einzuarbeiten. • Die Überarbeitung des Substanzwerts als repräsentative Größe für die strukturelle Beurteilung von Asphaltoberbaukonstruktionen im Hinblick auf die Verwendung dieses Teilwerts als strategische Kennzahl ist von zentraler Bedeutung. Es soll nur mehr einen einzigen Substanzwert geben, der auch für strategische Ziele heranziehbar ist und eine klare und nachvollziehbare Aussage über die strukturelle Situation von Straßenoberbaukonstruktionen zulässt. Die Bezeichnung von Teilsubstanzwerten ist zu vermeiden. • Die verbesserten Teilwerte sollen in ihrem zeitlichen Verlauf (für Standardauf bauten) eine Übereinstimmung mit den standardisierten, auf Erfahrungen basierenden Lebenszyklen von Oberbaukonstruktionen im Netz der ASFINAG aufweisen. Dies bedeutet auch eine Überprüfung der theoretischen Ermüdungsfunktionen sowie eine Berücksichtigung der höheren technischen Nutzungsdauern aufgrund der im Lebenszyklus zu erwartenden Erhaltungsmaßnahmen (vor allem im Bereich der Deck- und Binderschicht). Dabei ist es notwendig, die im aktuellen Verfahren häufig nach RVS 03.08.63 [5] verwendete Bemessungslebensdauer für Neubauten (30 Jahre für Asphalt- und Betonbefestigungen), welche einen theoretischen Zeitrahmen bis zum Erreichen der Grenzermüdung (50 % des Ausgangswerts bei Asphaltbefestigungen) definiert und somit auch keine strukturellen Verbesserungen nach der Errichtung vorsieht, durch die technische Nutzungsdauer zu ersetzen und somit nicht nur die Ermüdung sondern auch die Alterung in Abhängigkeit von der Lage der Schicht und dem strukturellen Zustand (von der Oberfläche) zu berücksichtigen. • Die Zuordnung und folglich die Auswahl von (strukturellen) Erhaltungsmaßnahmen hat präziser zu erfolgen. Außerdem sind die möglichen Ursachen nachvollziehbar darzustellen. Speziell bei flexiblen und semi-flexiblen Oberbaukonstruktionen ist eine Aussage im Hinblick auf die technische Nutzungsdauer der maßgebenden Schichten (Deck-, Binder- und gebundene Tragschicht) für die Auswahl der Erhaltungsmaßnahme wesentlich und soll zur Erhöhung der Aussagegenauigkeit führen. 3. Vorschlag neue Substanzbewertung 3.1 Substanzbewertung Asphaltbauweise Die korrekte technische Beurteilung des gebundenen Schichtpakets mit den einzelnen Schichten, deren Lage im Oberbau sowie den verwendeten Materialien spielen eine wesentliche Rolle. Aus den vorhandenen, auf einzelne Schichten bezogene Oberbaudaten lässt sich relativ einfach ableiten bzw. herausfiltern, welche Schicht welche Funktion im gebundenen Straßenoberbau übernimmt und welche Anforderungen sie erfüllen muss. Somit kann der gebundene Oberbau in verschiedene „strukturelle“ Bewertungsbereiche gegliedert werden: • Deckschichtbereich • Binderschichtbereich • Gebundene Tragschicht(en) Auch direkt darunter situierte gebundene (historische) Schichten müssen dabei berücksichtigt werden, wobei die Altersdifferenz zur Binderschicht im neuen Verfahren von wesentlicher Bedeutung ist. Unter Bezugnahme auf die praktischen Erfahrungen bei der Überbauung von Bestandstragschichten wird davon ausgegangen, dass ältere gebundene Tragschichten dann maßgebend für die Substanzbewertung sind, wenn die Zeitdifferenz zwischen der (neuen) Binderschicht und der Bestandstragschicht innerhalb der Bemessungsperiode von 30 Jahren liegt und somit auch ein entsprechendes Tragfähigkeitspotential noch vorhanden ist [3]. Gemäß den PMS-Daten der ASFINAG beträgt die technische Nutzungsdauer von gebundenen Tragschichten heute im Mittel mehr als 40-Jahre, wenn entsprechende Zwischensanierungen durchgeführt werden. Um die technische Nutzungsdauer der drei Schichtbereiche zu analysieren, werden folgende Eigenschaften berücksichtigt [3]: • Oberflächenzustand, der einerseits über die strukturellen Zustandsmerkmale Risse und Oberflächenschäden, andererseits vor allem im Bereich der Deck- 246 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 Neugestaltung der österreichischen Substanzbewertung von Straßenoberbaukonstruktionen im Erhaltungsmanagement schicht auch über die Verformungen in Quer- und Längsrichtung (ausgedrückt durch die Zustandsmerkmale Spurrinnen und Längsebenheit) modelliert wird. • Alter der Schichten des gebundenen Oberbaus zur Beschreibung der irreversiblen Alterung der Materialien, speziell des Bitumens bzw. der Mastix infolge klimatischer Einwirkungen (Temperatur, Oxidation, Sonneneinstrahlung, Feuchtigkeit, etc.) • Materialermüdung bzw. -schädigung als Ergebnis von dynamischen und quasistatischen Verkehrslasten (mit saisonalen Schwankungen der Untergrundtragfähigkeit sowie der Temperatur), speziell an der Unterseite der gebunden Tragschichten. Im Zusammenhang mit der Bewertung der gesamten Lebensdauer einer Straßenoberbaukonstruktion müssen auch jene Zeiträume betrachtet werden, wo irreversible strukturelle Schäden (z. B. Mikrorisse zwischen Mastix und Gestein, Risse an der Unterseite des gebundenen Schichtpakets) bereits vorhanden sind. Es handelt sich daher aus der Sicht der Autoren um eine „irreversible (innere) Schädigung“, die in der Regel eine progressive Entwicklung über die Zeit bzw. Beanspruchung aufweist. Mit zunehmender Tiefe des gebundenen Oberbaus lassen sich aus dem Oberflächenbild nur mehr bedingt Aussagen über die strukturelle Beschaffenheit dieser Schichten herleiten, vor allem dann, wenn der Oberbau bereits ein- oder mehrmals instandgesetzt wurde. Umgekehrt sind bei der Bewertung der Ermüdung bzw. der (inneren) Schädigung vor allem die unteren gebundenen Tragschichten und nicht die Deckschicht(en) von zentraler Bedeutung. Die nachfolgende Tab. 1 definiert die maßgebenden zu bewertenden Eigenschaften in den einzelnen Bewertungsbereichen für das neue Bewertungsverfahren nach [2]. Tab. 1: Maßgebende Oberbaueigenschaften in Abhängigkeit von des Bewertungsbereichs [2] Bewertungsbereich Oberflächenzustand Alterung Ermüdung (innere) Schädigung Deckschichtbereich ● ● Binderschichtbereich ○ (Risse) ● ● Gebundene Tragschicht(en) ● ● Für jeden Bewertungsbereich kann somit ein repräsentativer Zustandswert ermittelt werden: • Zustandswert Deckschicht ZW DE auf der Grundlage des Oberflächenbilds sowie unter Berücksichtigung des Alters der Deckschicht • Zustandswert Binderschicht ZW BI auf der Grundlage des Alters, der Ermüdung bzw. (innerer) Schädigung und des Zustands (Risse) der Oberfläche • Zustandswert für geb. Asphalttragschicht ZW GAT auf der Grundlage des Alters und der Ermüdung bzw. (innerer) Schädigung Die Modellierung der Ermüdung bzw. (inneren) Schädigung erfolgt unter Heranziehung der im aktuellen PMS der ASFINAG verwendeten Ermüdungsfunktion nach Handbuch PMS 2009 [1] und einer entsprechenden Adaptierung an die mittleren technischen Nettonutzungsdauern (ohne dazwischenliegende Erhaltungsmaßnahmen) der Binderschichten (26 Jahre) und der gebundenen Tragschichten (32 Jahre). Das Ergebnis sind die in der nachfolgenden Abbildung dargestellten Funktionen in Abhängigkeit vom Verkehrsbelastungskoeffizienten VBI (= Quotient aus der Anzahl der zulässigen Bemessungsnormlastwechsel des Oberbaus und der Anzahl der vorhandenen bzw. der prognostizierten Bemessungslastwechsel innerhalb der Bemessungsperiode). Abb. 1: Funktion Zustandswert Tragfähigkeit Binderschicht nach [3] Abb. 2: Funktion Zustandswert Tragfähigkeit gebundene Tragschicht nach [3] Aus der Betrachtung der drei zuvor beschriebenen Bewertungsbereiche kann in einem letzten Schritt der Substanzwert für den Asphaltoberbau ermittelt werden. In Abänderung zur aktuellen Berechnung, wo eine Dickengewichtung zur Anwendung gelangt, wird die Verwendung eines arithmetischen Mittelwerts vorgeschlagen, der jedem Bewertungsbereich eine identische Bedeutung im Schichtpaket des gebundenen Oberbaus zuordnet. Da jeder Bereich einen entsprechenden maßgebenden Teilaspekt der Tragfähigkeit der Oberbaukonstruktion beschreibt und die entsprechenden Anforderungen zu erfüllen hat, würde eine Gewichtung über die Dicke zu einer Überbewertung der gebundenen Tragschichten führen, was wiederum zu den zuvor diskutierten Unschärfen führt. 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 247 Neugestaltung der österreichischen Substanzbewertung von Straßenoberbaukonstruktionen im Erhaltungsmanagement SI As ....................... Substanzwert Asphaltoberbau ZW DE,As ............... Zustandswert Deckschicht ZW BI .................... Zustandswert der Binderschicht ZW GAT .................. Zustandswert für gebundene Asphalttragschichten Als Ergebnis der zuvor beschriebenen Änderungsvorschläge ist in der nachfolgenden Abbildung 3 das überarbeitete Bewertungsverfahren (Wertsynthese) schematisch dargestellt. Abb. 3: Bildung von Teilwerten und des Gesamtwerts für Asphaltbefestigungen nach BORIS [3] 3.2 Substanzbewertung Betonbauweise Im Vergleich zu flexiblen bzw. semi-flexiblen Oberbaukonstruktionen, wo der gebundene Oberbau aus mehreren (verklebten) Schichten besteht, kann bei der Betonbauweise davon ausgegangen werden, dass es sich um eine monolithische Konstruktion (zumindest innerhalb einer Betonplatte) handelt. Im Gegensatz zum aktuellen Bewertungsverfahren, wo die beiden Einzelmerkmale Risse und Oberflächenschäden die maßgebenden Einflussgrößen aus der Zustandserfassung sind, müssen im Rahmen der gegenständlichen Überarbeitung zusätzliche Einzelmerkmale berücksichtigt werden, sodass eine Erweiterung der Wertsynthese erforderlich wurde. Da die Bewertung des Alters der Betondecke mit Bezug zur theoretischen technischen Nutzungsdauer von Betondecken auch bei den starren Oberbaukonstruktionen eine wesentliche Einflussgröße zur Modellierung einer theoretischen Ermüdung bzw. (inneren) Schädigung darstellt, ist eine Verknüpfung in den überarbeiteten Substanzwert für Betondecken ebenfalls erforderlich [3]. Unter Bezugnahme auf die nach wie vor gültigen Anforderungen an das Bewertungsverfahren, die vorgeschlagenen Erweiterungen im Bereich der Einzelzustandsmerkmale und dem Umstand, dass die Betondecke als ein einziges Konstruktionselement (sofern nicht mit Asphalt überbaut) den Substanzwert definiert, können für die Bautypen BE1 und BE2 nach RVS 03.08.63 [5] folgende strukturellen Einflussgrößen bzw. -bereiche definiert werden [3]: • Strukturelle Zustandsmerkmale Risse, Oberflächenschäden, Restschadensfläche, Reparaturstellen Beton und Asphalt aus der Erfassung und Bewertung der Betondeckenoberfläche • Alter der Betondecke und Verkehrsbelastungskoeffizient als Eingangsgrößen zur Abschätzung einer theoretischen Tragfähigkeit bzw. (inneren) Schädigung im Verhältnis zu einer Idealentwicklung (bezogen auf die mittlere technischen Nutzungsdauer). Für die Beurteilung der theoretischen Tragfähigkeit bzw. (inneren) Schädigung mit den beiden Einflussgrößen Alter der Betondecke sowie dem Verkehrsbelastungskoeffizienten VBI wird in Anlehnung an die aktuelle Berechnungsmethodik wieder auf eine Exponentialfunktion zurückgegriffen [3]. Als Minimalwert liefern die Stan- 248 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 Neugestaltung der österreichischen Substanzbewertung von Straßenoberbaukonstruktionen im Erhaltungsmanagement dardlebenszyklen Straßenoberbau der ASFINAG einen Wert von 28 Jahren, als Maximalwert das Forschungsprojekt TAniA [6] einen Wert von 39 Jahren. Daraus ergibt sich die nachfolgende Abbildung 4 für den Zustandswert theoretische Tragfähigkeit Betondecke. Abb. 4: Funktion Zustandswert Tragfähigkeit gebundene Tragschicht nach [3] Für die Verknüpfung der Einzelzustandswerte in den Substanzwert wird auf das nach COST 354 [7] empfohlene erweiterte Maximalkriterium zurückgegriffen, welches bereits im aktuellen Verfahren nach [2] zur Anwendung gelangt. Da die Anzahl der zu berücksichtigenden Einzelzustandswerte deutlich größer geworden ist (insgesamt 6), wird für alle gewichteten Zustandswerte, die kleiner sind als der maximal gewichtete Zustandswert, das arithmetische Mittel der restlichen Einflussgrößen mit 20 % (gem. Empfehlung COST 354 [7]) gewichtet hinzuaddiert [3]. SI Be .............. Substanzwert der Betondecke ZW n,Be ......... Zustandswert des Einzelmerkmals n W n ................ Gewicht des Zustandswerts des Einzelmerkmals n I n .................. Gewichteter Zustandswert des Einzelmerkmals n In der nachfolgenden Abbildung 5 ist das neue Bewertungsverfahren für die Betondeckenbefestigung schematisch dargestellt. Abb. 5: Bildung von Teilwerten und des Gesamtwerts für Betonbefestigungen nach BORIS [3] 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 249 Neugestaltung der österreichischen Substanzbewertung von Straßenoberbaukonstruktionen im Erhaltungsmanagement 4. Erste Vergleichsrechnungen 4.1 Auswahl der Daten und Bewertungsabschnitte Um eine erste Abschätzung der möglichen Auswirkungen durch die Veränderungen im Bewertungsverfahren vornehmen zu können, wurden sämtliche Oberbauabschnitte (PMS-Abschnitte) des ASFINAG-Netzes einer statistischen Analyse und einem Vergleich zwischen dem aktuellen und dem neuen Verfahren unterzogen. Dies dient dabei als Grundlage für weiterführende Verbesserungsvorschläge sowie als Ausgangslage für eine mögliche Implementierung in die PMS-Standardprozesse. Da zum Zeitpunkt der Analyse noch keine Daten aus der erweiterten Zustandserfassung nach BORIS flächendeckend zur Verfügung stehen, wurde auf die Zustandsdaten der ZEB 2021 zurückgegriffen. 4.2 Ergebnisse der Vergleichsrechnungen Die Vergleichsrechnung für den neuen Substanzwert Asphalt wurde in zwei Schritten durchgeführt. Zuerst wurde die Substanzbewertung in die drei Bewertungsbereiche Deckschicht, Binderschicht und gebundene Tragschicht unterteilt und die Ergebnisse mit dem aktuellen Verfahren verglichen. Nachdem die Berechnung des erweiterten Substanzwerts keine zusätzlichen Zustandsinformationen benötigt, wurde hierfür die Daten-grundlage auf das Gesamtnetz in Asphaltbauweise ausgedehnt. Wie in der nachfolgenden Abbildung 6 ersichtlich, ergeben sich bei der Bewertung der Deckschicht nur geringe Änderungen bzw. Verschiebungen, die das Resultat einer marginalen Änderung der Materialzuordnung zu den Alterungsfunktionen sind. Abb. 6: Vergleich Verteilung Substanzwert Decke (SI_ Decke_AS_aktuell) nach aktueller Bewertungsmethodik und Zustandswert Decke (ZW_Decke_AS_BORIS) nach Adaptierung in BORIS [3] Deutlich differenzierter ist das Bild im Bereich der Binder und der gebundenen Tragschichten (siehe Abbildung-7). Die Aufteilung der Bewertung in Binder- und Tragschicht ermöglicht eine wesentlich genauere Zuordnung der Schädigung zu dem jeweiligen Schichtbereich und in weiterer Folge auch eine treffsichere Maßnahmenzuordnung im PMS. Abb. 7: Vergleich Verteilung Substanzwert Tragfähigkeit (SI_Trag_As_aktuell) nach aktueller Bewertungsmethodik und Zustandswert Binder (ZW_BI_AS_BORIS) sowie Zustandswert gebundene Tragschichten (ZW_ GAT_AS_BORIS) nach Adaptierung in BORIS [3] Wie in Abbildung 7 ersichtlich, ergibt sich der Gesamtzustand der Tragfähigkeit vor allem durch einen größeren Anteil von 25,1 % in der Klasse „schlecht“ (4) und „sehr schlecht“ (5) in der gebundenen Asphalttragschicht. Die Binderschicht weist mit einem Gesamtanteil von 13 % in den Klassen „schlecht“ (4) und „sehr schlecht“ (5) einen besseren Zustand auf. Im aktuell angewandten Verfahren kann nur ein Gesamtanteil von 17,7 % in der Klasse „schlecht“ (4) und „sehr schlecht“ (5) ausgewiesen werden. Die genauen Bereiche (Ursachen) lassen sich dabei nicht quantifizieren [3]. Ein deutlicher Unterschied in der Bewertung ist bei der Bildung des Substanzwerts „Gesamt“ über das gesamte vorhandene Schichtpaket festzustellen (siehe Abbildung-8). Abb. 8: Vergleich Verteilung Substanzwert Gesamt (SI_AS_aktuell) nach aktueller Bewertungsmethodik und Substanzwert Gesamt (SI_AS_BORIS) nach Adaptierung in BORIS [3] 250 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 Neugestaltung der österreichischen Substanzbewertung von Straßenoberbaukonstruktionen im Erhaltungsmanagement Wie in Abbildung 8 dargestellt, weist das aktuelle Verfahren in der Klasse „sehr gut“ (1) mit 46,3 % einen höheren Anteil als die dreischichtige Bewertung mit nur 38,8-% in der Klasse „sehr gut“ (1) auf. Noch deutlicher ist die Verschiebung in der Klasse „sehr schlecht“ (5). Das aktuelle Verfahren ergibt einen Anteil von 15,5 % hingegen führt die getrennte Beurteilung der Binder- und Tragschicht zu einer weiteren Spreizung der Bewertung und es kommen nur noch 1,5 % des Netzes in der Klasse „sehr schlecht“ (5) zu liegen. Jedoch ergeben sich höhere Anteile in der Klasse „mittel“ (3) und „schlecht“ (4) [3]. 4.3 Erkenntnisse aus der Erstanwendung Der überarbeitete Substanzwert für Asphaltauf bauten konnte auf Grundlage der vorhandenen Daten für das gesamte Netz der ASFINAG gerechnet werden und bildet den unterschiedlichen Zustand der drei Bereiche Deckschicht, Binderschicht und gebundene Tragschicht(en) gut ab. Auf bauend auf der erhöhten Granularität bei der Substanzbewertung lassen sich in einem weiteren Schritt die strukturellen Erhaltungsmaßnahmen wesentlich besser den jeweiligen Abschnitten zuordnen (über Mängelklassenmatrix, Beispiel siehe Abbildung 8, und Auswahlprozesse, Beispiel siehe Abbildung 9) sodass diese zielgerichteter angewendet werden können und auch die weiterführende Planung auf Projektebene vereinfachen. Abb. 9: Vorschlag Mängelklassenmatrix Asphaltbauweise nach BORIS [3] Für Betondecken ist die Bildung des neuen Substanzwert nur mit Kenntnis der erweiterten Zustandsgrößen möglich und kann daher derzeit noch nicht flächendeckend angewendet werden. Vergleichsanalysen in analoger Weise wie bei den Asphaltbefestigungen sind in Planung. Abb. 10: Beispiel Maßnahmenzuordnung Mängelklasse D (Asphaltbauweise, erweiterte Einzelmerkmalsbewertung nach BORIS) [3] 5. Schlussfolgerung und Empfehlungen für die praktische Umsetzung Die durchgeführten Untersuchungen, Analysen und Vergleichsrechnungen im Rahmen des Forschungsprojekts BORIS zeigen doch eine deutliche Notwendigkeit zur Verbesserung der Zustandserfassung und Bewertung von Rissen und Oberflächenschäden bzw. sonstigen strukturellen Schäden, speziell vor dem Hintergrund der Notwendigkeit einer Verbesserung der Zuordnung von Erhaltungsmaßnahmen auf Netzebene, auf. Die Neuinterpretation der Substanzbewertung aufgrund der analysierten Problembereiche, der durchgeführten technischen Diskussionen und der daraus abgeleiteten neuen Anforderungen führten zu folgendem Ergebnis [3]: • Die Vorgaben aus dem Planungshandbuch der ASFI- NAG [8] sowie der aktuellen Vorgaben aus der RVS 03.08.63 [5] sind im neuen Verfahren implementiert. • Es gibt nur mehr einen einzigen Substanzwert, der auch für strategische Ziele heranziehbar ist und eine klare und nachvollziehbare Aussage über die strukturelle Situation von Straßenoberbaukonstruktionen zulässt. • Die Berechnungen wurden im Hinblick auf eine bessere Nachvollziehbarkeit (auch der Nomenklatur) überarbeitet. Dies betrifft auch die Zuordnung von Erhaltungsmaßnahmen zu den beiden Teilwerten (Gebrauchswert und Substanzwert) bzw. weiteren Bewertungsgrößen (Mängelklassenmatrix und Auswahlprozesse). • Die verbesserten Teilwerte weisen in ihrem zeitlichen Verlauf (für Standardauf bauten) eine Übereinstimmung mit den standardisierten, auf Erfahrungen ba- 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 251 Neugestaltung der österreichischen Substanzbewertung von Straßenoberbaukonstruktionen im Erhaltungsmanagement sierenden Lebenszyklen von Oberbaukonstruktionen im Netz der ASFINAG auf. • Die Zuordnung und folglich die Auswahl von (strukturellen) Erhaltungsmaßnahmen kann präziser erfolgen und auch die möglichen Ursachen können nachvollziehbar dargestellt werden. Das neue Bewertungsverfahren zur Berechnung der Teilwerte, speziell des Substanzwerts, kann umgehend in das PMS der ASFINAG übernommen werden. Dies gilt auch für die neuen Prozesse zur Verbesserung der Zuordnung und Nachvollziehbarkeit der Anwendungsgrenzen der Erhaltungsmaßnahmen. Voraussetzung für eine praktische Umsetzung ist jedoch eine umfassende Vergleichsrechnung und Analyse auf dem Gesamtnetz. Nur durch umfassende Vergleichsrechnungen ist es möglich, die Auswirkungen aus strategischer Sicht abzuschätzen und ggf. auch strategische Erhaltungsziele im Nachgang entsprechend anzupassen. Die Neugestaltung des Substanzwerts (sowohl bei Asphalt als auch bei Beton) trägt den Änderungen in der Dimensionierungsrichtlinie RVS 03.08.63 [5] sowie den Erfahrungen mit den technischen Nutzungsdauern von unterschiedlichen Oberbauschichten Rechnung. Auch die Verwendung einer größeren Anzahl von (verwirrenden) Teilsubstanzwerten kann mit einer Implementierung des neuen Verfahren nach BO- RIS beseitigt werden, da nur mehr ein einziger Substanzwert (Gesamt) als Ergebnis der Teilwertbildung berechnet wird. Das Verfahren erfüllt deutlich besser die Anforderungen an eine präzisere, effizientere und auch zielorientiertere Maßnahmenzuordnung im Rahmen der Verbesserung der strukturellen Beschaffenheit von Straßenoberbaukonstruktionen. Damit ist es auch möglich, die Wirkungen der Maßnahmen sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus ökologischer Sicht besser zu beurteilen und die erforderlichen Ressourcen optimal einzusetzen. Literatur [1] Weninger-Vycudil A., Simanek P., Rohringer T. und Haberl J. (2009): Handbuch Pavement Management in Österreich (im Auftrag von BMVIT und ASFi- NAG). Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie, Schriftenreihe Straßenforschung, Heft 584, Wien, 2009. [2] Weninger-Vycudil A., Brozek B. und Simanek P. (2023): Handbuch Pavement Management in Österreich 2023. Handbuch im Auftrag der ASFi- NAG, Wien, 2023 (unveröffentlicht). [3] Spielhofer R., Weninger-Vycudil A., Brozek B., Litzka J., Hahn M. (2024): BORIS - Bewertung von Oberflächenschäden und Rissen des Straßenoberbaus. Mobilität der Zukunft, MdZ - 2021 Verkehrsinfrastruktur, Forschungsprojekt im Auftrag des BMK und der ASFINAG, Wien, 2024. [4] Weninger-Vycudil A. (2001): Entwicklung von Systemelementen für ein österreichisches PMS. Dissertation, ausgeführt am Institut für Straßenbau und Straßenerhaltung, TU Wien, 2001. [5] RVS 03.08.63: Oberbaudimensionierung. Österreichischen Forschungsgesellschaft Straße - Schiene - Verkehr, Wien, 2016/ 2021. [6] Weninger-Vycudil A., Brozek B., Kessel T., Pasderski J., Sietas J., Chylik B., Schranz C., Prammer D., Vorwagner A., Curchellas P., and Bühlmann R. (2021): TAniA - Technische Anlagenbewertung im Asset-Management, D-A-CH Verkehrsinfrastrukturforschung 2018, Endbericht, Wien, 2021. [7] Litzka J., Leben B., Torre F. L., Weninger-Vycudil A., Antunes M., Kokot D., Mladenović G., Brittain S., Viner H. (2008). The Way Forward for Pavement Performance Indicators Across Europe. COST Action 354: Performance Indicators for Road Pavements. Vienna - Brussels, 2008. [8] Lohmann-Pichler R. (2020): Planungshandbuch Straße - Bau. Technische Richtlinie der ASFINAG, Wien, 2020.