Bauingenieurwesen

• Prozessübergreifende Modelle von der Planung über die Ausführung zum Betrieb
• Themenkomplex Automatisierung und Integration
• Planungs- und Bauabwicklungsprozesse
• Visualisierung und Virtual Reality: BIM Livemodelle
• Lifecycle Management – Digitale Prozessmodellierung
• Parametrisches und modellorientiertes Arbeiten
• BIM in der Planung und Entwurf von geotechnischen und infrastruktur-spezifischen Bauwerken
• Workflows für strukturmechanische Modelle
• Geodätische Bestandsaufnahme und Monitoring
• Projektsteuerung und Facility-Management
• Interdisziplinäres Projekt
• Straßenerhaltung
• Wasser- und Siedlungswasserwirtschaft
• Bau- und Vertragsrecht
• Bauschäden und Baustoffe, Bauphysik, Brandschutz
• Konstruktiver Ingenieurbau
• Geotechnik, Rückbau und Altsanierung

Die strategische und technische Umsetzung eines digital vernetzten BIM-Prozesses funktioniert nur dann reibungslos, wenn der Ingenieur über entsprechende vertiefte Kenntnisse über modellbasierte Arbeitsweisen, Standardisierung und Schnittstellen verfügt.

Zentraler Punkt dabei ist, selbständig zu erkennen welche Prozesse sich modellbasiert vernetzen lassen und welcher Informations- und Interaktionsaustausch hierzu erforderlich ist, um eine wirtschaftliche, effiziente und praxisgerechte Arbeitsweise umsetzen zu können. Hierzu werden theoretische Ansätze, digitale Methoden und Werkzeuge aufgezeigt und diskutiert, mithilfe derer sich die geometrischen und semantischen Lebenszyklusinformationen eines Bauwerks modell- und prozessorientiert abbilden lassen. Eine praxisgerechte Anwendung der aufgezeigten Ansätze und digitalen Methoden wird anhand von verschiedenen BIM-Softwareprodukten präsentiert.

Die Grundlagen der Automatisierung von Konstruktionsprozessen liegen in der Identifizierung, Dokumentierung und Einstufung von Konstruktionsabläufen. Dadurch wird es erst möglich entsprechende sich wiederholende Vorgänge zu optimieren.

Die Verwendung eines entsprechenden Application Programming Interface (API) zählt hier zu den Kompetenzen die die Umsetzung der Automatisierung ermöglichen und stellen eine grundlegende Programmierkompetenz dar, welche im Rahmen dieses Themenkomplexes vermittelt werden soll.

Die Automatisierung und Integration von Planungs- und Bauabwicklungsprozessen stützen sich im Wesentlichen auf zwei Säulen.

Einerseits ist es wichtig die verschiedenen Prozesse zur Planung- und Bauabwicklung von Hoch-, Tief- und Ingenieurbauwerken als auch die verschiedenen digitaler Werkzeuge für Prozessabwicklung und -steuerung zu kennen.

Andererseits muss der Prozessablauf (Workflow) selbst definiert und begriffen werden. Hier gibt es eine Vielzahl an Strategien und Verfahren für die technische Umsetzung.

Letztlich kann über eine prozess- und praxisorientierte Sichtweise auf den Lebenszyklus eines Bauprojektes ein integrierter und automatisierter Prozessablauf sichergestellt werden und die Entwicklung und technische Umsetzung der ausgewählten Prozessstrategie ermöglicht werden.

Die Visualisierung von Bauteilen und Bauwerken stellt ein wichtiges Werkzeug in Planung, Ausführung und Wartung dar. Entsprechend der Anforderungen muss eine geeignete Methode aus verschiedenen Visualisierungstechniken gewählt werden.

Über die Vorstellung verschiedener digitaler Werkzeuge und den Grundlagen zur Definition des digitalen Datenaustauschprozesses erfolgt der Einstieg in die Thematik.

Mit einer soliden Basis kann in einem nächsten Schritt der Bereich der Virtual Reality als Tool in der Visualisierung betrachtet werden. Hier stehen die Vorbereitung der Modelldaten, die Datenkopplung und diverse Mock-up Strategien im Vordergrund.

Schließlich wird der Themenbereich Augmented Reality (AR) bzw. Mixed Reality (MR) behandelt. Um diese Technik sinnvoll zu nutzen steht wieder die Vorbereitung der Modelldaten als auch die Datenkopplung im Vordergrund. Zudem ist besonders beim Einsatz für Soll-Ist Vergleichsanalysen die Georeferenzierung als auch die Interpretation der Ergebnisse von Bedeutung.

Es sollen also Kompetenzen erlangt werden mithilfe derer die digitale Wertschöpfungskette im Bereich der visuellen Darstellung optimal ausgenutzt werden kann. Als Ergebnis soll der Studierende in der Lage sein diese Techniken in der Praxis anwenden zu können.

Die Studierenden sollen einen Überblick über die Grundlagen zur prozess- und datenbankorientierten Verwaltung, Nutzung und Auswertung der Lebenszyklusdaten eines Bauwerks erhalten. Hierzu werden zum einen verschiedene digitale Methoden und Techniken vorgestellt, die eine zentrale und durchgängige Verwaltung der Bauwerksinformationen erlaubt. Zum anderen werden praktische Ansätze zur prozessorientierten Organisation von Daten vorgestellt und wie sich diese Informationen in Abhängigkeit der jeweiligen Aufgabenstellung zielgerichtet verteilen lassen. Außerdem werden Methoden präsentiert, die eine integrierte Nutzung der Datenbankdaten beispielsweise zur Optimierung des Planungs- und Bauausführungsprozesses oder zur Auswertung von Betriebsdaten zur Wartung des Bauwerks ermöglichen. Als Ergebnis sollen Studierende die Fähigkeit besitzen eine zentrale, vernetzte und transparente Verteilung der Bauwerkslebenszyklusdaten organisieren zu können.

Um eine hochbauspezifische Bauplanung abwickeln zu können müssen die Grundlagen der Workflow-basierten Arbeitsweise geschaffen und umgesetzt werden. Hierzu werden verschiedene Prozesse und miteinander interagierende Softwarekomponenten zur integrierten Umsetzung der Planungsaufgabe gezeigt. Über die Einbindung der Erfahrungen aus der Praxis und erprobten Techniken ist eine effektive und zielgerichtete modellbasierte Planungsabwicklung von Hochbauprojekten möglich.

In einem weiteren Schritt soll die Abbildung eines hochbauspezifischen BIM-Projektes mithilfe von modellorientierter Arbeitsweise erfolgen.

Schließlich sollen die Studierenden einen Überblick über die Grundlagen zu parametrischen und modellorientierten Arbeitsweisen im Bereich des Brückenbaus erhalten. Hierzu werden verschiedene Ansätze zur geometrischen Datenintegration von Basisdaten aus vorgelagerten Planungsprozessen, zur assoziativ-dynamischen Modellierung und zur Parametrisierung der Bauteile eines Brückenbauwerks aufgezeigt. Als Ergebnis soll der Studierende strategische, technische und prozessuale Fähigkeit besitzen, mithilfe deren eine effektive und zielgerichtete Generierung eines dynamisch-adaptiven Brückenmodells umsetzbar ist.

Bei Entwurf und Planung von geotechnischen und tiefbauspezifischen Bauprojekten sind verschiedene Ansätze und Methoden denkbar mithilfe welcher sich die entsprechenden Projekte umsetzen lassen. Im Rahmen des Moduls „BIM in der Planung und Entwurf von geotechnischen und Infrastrukturbauwerken“ soll hier ein Überblick geschaffen werden.

Dazu werden verschiedene integrierte und vernetzte Ansätze und digitale Werkzeuge aufgezeigt, die eine prozessübergreifende Planung des Infrastrukturbauwerks erlaubt. Als Ergebnis werden spezielle Fähigkeiten erlangt, mithilfe derer sich strategische, technische und prozessuale Konzepte entwickeln und praxisgerecht einsetzen lassen, sodass eine BIM orientierte Planung von Infrastrukturbauwerken möglich ist.

Bei der strategischen und technischen Umsetzung eines Prozesses zur bidirektionalen Kopplung zwischen einem Planungsmodell und einen Tragwerksmodell kommt eine Vielzahl von Technologien zur Anwendung.

Als Einstieg in diese Arbeitsweise werden verschiedenen Software-, Kopplungs- und Austauschstrategien gezeigt, die einen transparenten, konsistenten und durchgängigen Austausch von geometrischen und semantischen Informationen ermöglicht. Als Ergebnis soll die Fähigkeit erarbeitet werden, eigenständig digitale Werkzeuge zur Umsetzung des Kopplungsprozesses zu bedienen und zu entwickeln.

Vermessung und die daraus resultierenden 3D – Modelle und Visualisierungen bilden die Grundlage für sinnvolles Planen und geordnetes Bauen.

Die Kenntnis der exakten geometrischen Lage, Größe und Topologie von Objekten des Bestandes von Liegenschaften ist nicht nur Voraussetzung für eine effiziente Planung, Durchführung und Dokumentation von Bau-, Umbau- oder Sanierungsmaßnahmen , sondern darüber hinaus auch eine wichtige Grundlage für die optimierte Verwaltung und Bewirtschaftung der Liegenschaften während der Nutzungsphase.

Die Absteckung von Verkehrswegen und Bauwerken, die Überwachung und Prüfung der Bauausführung nach Lage und Höhe während der Bauphase und nach der Fertigstellung, sind besonders beim Bauen im Bestand elementare Aufgaben der Ingenieurvermessung.

Im Rahmen des Masterstudienganges „Digitales Bauen” werden daher unter anderem folgende Themenkreise bearbeitet:

• 3D – Objekterfassung und moderne Messtechnik
• Bestandsdokumentation
• Geoinformationssysteme und Geodatenmanagement
• Baukontrollmessungen
• Bauwerksüberwachungsmessungen
• Projektmanagement in der Ingenieurvermessung
• Mess- und Monitoringsysteme

Lehrfächer:

• Geodätische Bestandsaufnahme und Monitoring
• Messverfahren für die Zustandsbewertung bautechnischer Strukturen

Der Studienschwerpunkt „Digitales Bauen” befasst sich mit diesem Themenkomplex in folgenden Lehrfächern:

• Projektmanagement im Bestandsbau
• Facility-Management

Im 2. Studienabschnitt ist parallel zum Vorlesungsbetrieb in Gruppenarbeit ein Projekt als Ingenieuraufgabe praxisnah und praxisorientiert zu bearbeiten. Die Gruppen der Studierenden bilden hierfür „Projektteams” und wählen aus einer Liste von aktuell aus der Praxis angebotenen Bauaufgaben mit konkreten Aufgabenstellungen ein Projekt zur Bearbeitung aus.

Die von der Gruppe zu erbringenden Leistungen sind grundsätzlich fächerübergreifend. Es werden also Planungsleistungen wie z.B. in der Tragwerksplanung oder des Baubetriebes ebenso gefordert, wie fachspezifische Kenntnisse. Es wird erwartet, dass das in den Vorlesungen erlangte Wissen gewinnbringend eingesetzt wird. EDV-unterstütztes Bearbeiten wird vorausgesetzt.

Die Bearbeitung des Projektes erfolgt selbstständig und eigenverantwortlich mit Betreuung durch einen Dozenten. Für die Informationsbeschaffung, die Organisation und die inhaltliche Aufarbeitung ist (mit Unterstützung durch den Dozenten) das Projektteam verantwortlich.

Das Ergebnis ist vor einem Gremium, bestehend aus den betreuenden Dozenten und den Mitgliedern der Fakultät, zu präsentieren und zu verteidigen.

Neben dem fachlichen Ergebnis werden auch die Qualität der Organisation innerhalb der Gruppe und die Güte der Präsentation mit gewertet.

Themenkomplex Verkehrswesen
Lehrinhalte:

• Management der Straßenerhaltung
• Methoden der Zustandserfassung
• Beurteilung der Straßenschäden bei Beton- und Asphaltdecken
• Ursachen der Straßenschäden wie Risse, Kantenabbrüche, Verwerfungen, Ausmagerungen, Spurrillenbildungen, Verformungen, Abfall der Tragfähigkeit usw.
• Nachweis der noch vorhandenen Tragfähigkeit mit Hilfe von Einsenkungsmessungen
• Künftige Beanspruchung des Straßenoberbaus
• Technische und wirtschaftliche Betrachtungen bei Tief- und Hocheinbaumaßnahmen
• Sanierungen mit Dünnschichtbelägen im Heiß- und Kalteinbau sowie der Einbau von SAMI-Schichten
• Grenzen bei der Verwendung von Recyclingbaustoffen
• Ausschreibung von Straßenbauarbeiten unter Verkehr mit Verkehrsführungen bei 1- und 2-bahnigen Straßen

Lehrfächer:

• Management der Straßenerhaltung
• Ausgewählte Kapitel der Baustoffe in der Erhaltung

Die Versorgung der Bevölkerung mit qualitativ hochwertigem Trinkwasser und die gesicherte Entsorgung der anfallenden Abwässer scheint in Deutschland gelöst zu sein, wenn man ausschließlich den Ver- und Entsorgungsgrad betrachtet. Dabei wird übersehen, dass der Großteil der öffentlichen Wasserversorgungsanlagen in den 60er Jahren und sehr viele Abwasserbehandlungsanlagen und –kanäle bis in die 70er Jahre gebaut wurden. Die Erfahrung zeigt, dass ein erheblicher Sanierungsbedarf besteht. Allein in Bayern besteht nach Aussagen des Bayerischen Landesamtes für Umwelt ein kurz- bis mittelfristig abzuarbeitender Sanierungsbedarf bei 17.000 Kilometern Kanälen mit einem Kostenvolumen von sieben Milliarden Euro. Hinzu kämen noch alterungsbedingte Sanierungsnotwendigkeiten in Höhe von jährlich 500 Millionen Euro. Für die Sanierung von Kläranlagen und Anlagen der Wasserversorgung sind zudem Kosten in Höhe von mehreren Milliarden Euro mittelfristig erforderlich.

Im Bereich des Wasserbaus bestehen die Zukunftsaufgaben insbesondere in der durch die europäische Wasserrahmenrichtlinie geforderten ressortübergreifenden Sicherstellung eines ökologischen Gewässermanagements für alle Gewässer. Dies kann nur gelingen unter Nutzung und Bündelung der vorhandenen geografischen Informationssysteme. Ferner stellen die durch den Klimawandel veränderten Abflussverhältnisse insbesondere die Gesichtspunkte des Hochwasserschutzes in Frage. Der Einsatz neuer mehrdimensionaler Berechnungsmethoden bildet die Voraussetzung für einen situationsgerechten und zukunftsweisenden Hochwasserschutz.

Im Rahmen des Masterstudienganges „Digitales Bauen” werden daher in diesem Themenkomplex folgende Themenkreise bearbeitet:

• Leistungsoptimierung von Kanalnetzen
• Sanierungsmethoden schadhafter Abwasserkanäle im öffentlichen und privaten Bereich
• Funktionsoptimierung und Sanierung von Abwasserbehandlungsanlagen
• Sanierung von Wasserversorgungsleitungen und Bauwerken der Wasserversorgung
• Methoden und Umsetzung ökologischer Gewässermanagementaufgaben
• Objektbezogener Hochwasserschutz
• Sanierung von Wehren, Wasserkraftwerken und Talsperren

Lehrfächer:

• Wasserbau – Erhaltung und Ertüchtigung
• Siedlungswasserwirtschaft – Erhaltung und Ertüchtigung

Kenntnisse im Bau- und Vertragsrecht sind seit jeher unabdingbar für alle am Bau Beteiligten. Konnte man sich früher jedoch weitestgehend auf das BGB und die VOB beschränken, so ist das heutzutage bei Weitem nicht mehr ausreichend. Neue Vertragsformen, wie „GMP” (Garantierter Maximalpreis als bekanntestes Target-Modell) oder „PPP” (Public Private Partnership) erfordern, ebenso wie neu entstandene Aufgabenfelder und Berufsbilder im Bauingenieurwesen, vertiefte Kenntnisse.

Insgesamt hat sich zwischenzeitlich die Bauabwicklung von Objektbetreuung hin zur Projektbetreuung weiterentwickelt. Die Zuständigkeiten und Aufgabenverteilungen in der Projektvorbereitung, der Projektbegleitung und der Projektüberwachung haben sich geändert. Zu den „klassischen” Berufsgruppen - dem Planer, Bauüberwacher und Bauleiter - haben sich im Laufe der Jahre weitere spezialisierte Berufe gebildet: der Projektentwickler, der Projektmanager, der Consultant mit Untergruppen wie der Consultant Manager „at agency” oder der Consultant Manager „at risk”. Neue Berufsbildbeschreibungen - wie die Empfehlungen des AHO - ergänzen und ersetzen teilweise die HOAI.

Baurechtlich entstehen damit völlig neue Fallbeispiele, welche im Rahmen des BGB, insbesondere des Werkvertragsrechtes, aber auch des Dienstvertragsrechtes diskutiert werden müssen.

Dabei hat sich auch das Spektrum der Bauaufgaben deutlich erweitert. Die Forderungen an Bauunternehmen, ein Bauwerk während seines gesamten Lebenszyklus, von der Projektentwicklung bis zum eventuellen Rückbau zu betreuen und teilweise sogar zu betreiben, können mit herkömmlichen Vertragsmodellen nicht mehr abgebildet werden.

„Bauen im Bestand” bedeutet aber auch, dass neben den „bekannten” haftungsrechtlichen Fragestellungen zur Herstellung eines technisch mangelfreien Werkes auch auf die betrieblichen Belange (Stichwort: Umbau bei laufendem Verkauf oder laufender Produktion) Rücksicht genommen werden muss. Der Unternehmer übernimmt mit der Unterzeichnung von Bauverträgen Verantwortungen, welche die Betriebsstörung und nicht die Bauablaufstörung betreffen. Unternehmer müssen auch hier werkvertraglich vorbereitet sein.

Mit zunehmender Komplexität wird es auch immer schwieriger die teilweise völlig unterschiedlichen Interessen der beteiligten Parteien aufeinander abzustimmen. Der „Bauvertrag als Kriegserklärung” beschreibt, sicherlich ziemlich überspitzt, die derzeitige Situation zwischen vielen Bauherren und den Bauunternehmen. Nachdem mittlerweile mehr als ein Drittel der Zivilprozesse Bauprozesse sind und horrende Summen für Anwälte und Sachverständige aufgewendet werden müssen, ganz zu schweigen von den Prozessfolgekosten innerhalb der Unternehmen und des immensen Zeitaufwands, steigt der Bedarf an alternativen Konfliktlösungsmethoden. Verhandlungsgeschick und Kenntnis von Konflikt lösenden Methoden, wie zum Beispiel der Mediation, zählen nicht umsonst zu den am meisten gefragten sozialen Kompetenzen.

Der Studienschwerpunkt befasst sich mit diesem Themenkomplex in folgenden Lehrfächern:

• Rechtliche Bewertung im Bestand
• Verhandlung in Konfliktsituationen
• Denkmal und Ingenieurtechnik

Durch zunehmendes Alter, gepaart mit mangelndem Unterhalt und Sparmaßnahmen kommt es zu einem immer größeren Investitionsstau bei unserer Bausubstanz. Im Master­studiengang werden die Grundlagen für die Beurteilung, Erfassung, Bewertung und Behebung von Bauschäden vermittelt.
Dazu müssen baustoffkundliches, bauchemisches, bauphysikalisches, baubetriebliches, denkmalpflegerisches und statisches Wissen an ausgewählten Baustoffen vertieft und die technologischen Schritte zur Herstellung spezieller Instandsetzungsmaterialien kennen gelernt werden. Der Schwerpunkt liegt dabei für die Baustoffe bei der Betontechnologie, bei Holz, Mauerwerk und Putz, bei Naturstein, Glas, Rohrmaterialien und den Kunststoffen. Dauerhaftigkeitsaspekte und

Instandsetzungs­technologien stehen dabei im Zentrum der Betrachtungen.
Die Beurteilung der Bauwerke erfordert ein systematisches Vorgehen und vertiefte Kenntnisse zu zerstörenden und zerstörungsfreien Prüfmethoden sowie der Interpretation der dabei erhaltenen Daten.
Die Erhaltung unserer Bauten ist oft mit dem „Kampf” gegen Durchfeuchtung verbunden. Abdichtung, Injektion und Schutz sind daher wichtige Aspekte unserer Lehrinhalte.
Ein Großteil unserer Infrastruktur besteht aus Betontragwerken. Angriffsmechanismen auf Stahl- und Spannbetonkonstruktionen müssen vertieft verstanden werden, die Bestands­aufnahme, die Methoden und Verfahren der Instandsetzung und Unter­grundvorbehandlung sowie die wichtigsten Instandsetzungsmaterialien und Verstärkungs­maßnahmen werden vermittelt. Eine Vertiefung der Bemessung und konstruktive Durchbildung der Verstärkungsmaßnahmen ist ebenso vorgesehen. Ein Teil unserer Bausubstanz besteht aus erhaltungswürdigen Holzkonstruktionen. Holzschutz, Austausch­maßnahmen und Instand­setzungsstrategien müssen daher beherrscht werden. Außen­mauern werden in der Regel durch Putze vor der Witterung geschützt. Die richtige Ausführung und Instandsetzung der Gebäudehülle ist daher für den Bauherrn von großer Wichtigkeit.
Bei Instandsetzungen geht es nicht immer ohne Abbruch und Rückbau ab. Diese Maß­nahmen und die Entsorgung der Restmassen sind eine wirtschaftlich und technisch zu lösende Fragestellung.

Darüber hinaus wachsen die Ansprüche der Gebäudenutzer hinsichtlich des Raumklimas und des Nutzungskomforts.

Dazu bedarf es Kenntnisse über die klimatischen und akustischen Vorgänge in einem Bauwerk. Um in Bestandsgebäuden mit ihren überwiegend heterogenen Zusammensetzungen und nicht genormten Bauprodukten ein nach dem heutigem Standard gewohnte Nutzungsbedingungen zu schaffen, ist das alleinige Wissen über „fertige” Lösungen von Bauausführungen nicht mehr ausreichend, ja gefährlich. Gleiches gilt für den Brandschutz.

Den Studierenden werden der Wärme- und Feuchtetransport dargestellt und die Relation zur EnEV und der DIN 18599 wird hergestellt. Anhand des Erlernens von Analysetechniken und Diagnosemethoden werden die Fähigkeiten erworben, die Bausubstanz zu dokumentieren, zu beurteilen und zu bewerten. Es soll die Fähigkeit angeeignet werden, klimatische Modelle auf ein zu untersuchendes Gebäude zu übertragen und anhand der physikalischen Gesetze individuelle technische Lösungen zu entwickeln. Auf besondere Baustoffe wie Bruchsteinmauerwerk und Lehm wird im Rahmen dieser Vorlesung und im Rahmen der Vorlesung Denkmalgeschützte Gebäude extra eingegangen.

Außerdem werden die physikalischen Gesetzmäßigkeiten zu Körper- und Luftschall erläutert. Insbesondere werden die DIN EN 12354 und die DIN 4109 zur rechnerischen Ermittlung der Bauteil- und Bauwerkskenngrößen durchgenommen. Ein weiteres wichtiges Kapitel sind die Anforderungen an die Raumakustik bei unterschiedlicher Nutzung. Der zentralen Bedeutung der DIN 18041 in der Praxis des Innenausbaus wird in der Vorlesung Rechnung getragen. Die Inhalte betreffen die Diagnose von Schallwegen, die dazu erforderlichen Messtechniken, die Messung der Lautheit, Kapselungen, Lärmdämmungs- und Lärmdämpfungsmöglichkeiten.

In Bestandsgebäuden sind klassifizierte Ausführungen zum Brandschutz weitgehend nicht mehr möglich, ohne enorme bauliche Anstrengungen zu unternehmen. Welche Methoden führen nun zur Gewährleistung des Schutzzieles zum Erfolg? Wie ist überhaupt die Gewährleistung des Schutzzieles in einem Bestandsgebäude zu definieren? Was heißt überhaupt „genehmigungsfähige Abweichung”? Wie lassen sich Abweichungen von der LBO rechtfertigen und kompensieren? Um dies beantworten zu können, ist es erforderlich, mehr über das Brandverhalten der Baustoffe und Bauprodukte zu erfahren und sich Kenntnisse über die gängigen Wärmemodelle des Ingenieurwesens im Brandschutz zu verschaffen. Die Rechenmodelle der EUROCODE 1 und 3 sind Teil des Vorlesungsstoffes.

Die Vermittlung des Stoffes erfolgt im seminaristischen Unterricht mit hoher Beteiligung der Studenten, in Laborübungen und Exkursionen.

Lehrfächer:

• Bauphysik: Messungen und Diagnosen
• Brandschutz im Neu- und Bestandsbau
• Denkmal und Ingenieurtechnik
• Technologie der Baustoffe
• Erhaltung und Ertüchtigung von Betonbauten
• Ausgewählte Kapitel der Baustoffe in der Erhaltung
• Erweiterte betontechnologische Ausbildung (E-Schein) Lehrgang nach den Richtlinien des DBV (Deutscher Beton- und Bautechnikverein e. V.) in Kooperation mit der Bayerischen Bauakademie
• Rückbau und Altlastsanierung
• Messverfahren für die Zustandsbewertung bautechnischer Strukturen

Eine zuverlässige Bestimmung und Beurteilung der Sicherheit und des Trag- und Verformungsverhaltens von Konstruktionen im Bestand kann nicht mehr nur durch Anwendung der Normen für neue Bauwerke und durch einfache elastisch-elastisch definierte Berechnungsmethoden durchgeführt werden. Berechnungen auf elastisch-plastischer oder plastisch-plastischer Rechenbasis sowie auch zuverlässig-theoretische Untersuchungen sind notwendig. Dazu kommt, dass bereits eingetretene Verformungen und Belastungen bei einer Beurteilung des Tragwerkes berücksichtigt werden müssen.

Für eine zuverlässige Darstellung des Tragverhaltens benötigt der Tragwerksplaner eine genaue Betrachtung der Materialgesetze und zeitabhängigen Einflüsse, er muss Kenntnisse über die richtige Modellierung besitzen, er muss sich neben den Standardberechnungen der Elastizitäts- und Stabilitätstheorie auch tiefere Kenntnisse in den Plastizitätstheorien 1. und 2. Ordnung aneignen. Hierbei ist eine computergestützte Vorgehensweise unabdingbar.

Im Masterstudiengang erlernen Sie diese Fähigkeiten. Sie lernen die Funktionsweisen wichtiger Algorithmen aus der Strukturmechanik verstehen und bekommen einen Einblick in das Konvergenzverhalten von numerischen Näherungsverfahren. Dabei werden geeignete iterative Verfahren nicht nur theoretisch hergeleitet, sondern direkt in ein funktionstüchtiges Programm umgesetzt. Als „Programmierumgebung“ dient Visual Basic for Applications auf Basis von Excel. Themen sind auch die Kinematische Element Methode (Geotechnik) und die nichtlineare Optimierung sowie iterative Lösungsverfahren.

Im weiteren wird gezeigt, wie durch Verfeinerungen in der Modellierung, genaueren Beachtung der Materialgesetze und zeitabhängiger Einflüsse eine über den Standard eines üblichen statischen Nachweises hinausgehende Genauigkeit in der Berechnung erzielt werden kann. Dies ist v.a. für Nachweise an bereits bestehenden oder hochausgenützten Tragwerken von Bedeutung. Inhalte sind stichpunktartig genannt: Modellierung mit Faltwerkselementen, Berücksichtigung des nichtlinearen Materialverhaltens, Simulation von Tragwerksteilen über Kopplungen, Schnittgrössenumlagerung und Ausnutzen von Systemreserven.

Vertieft werden diese Rechenmodelle durch Vorlesungen in der Traglastberechnung (Grenzlastermittlung unter geometrischer Nichtlinearität, Grundlagen der Plastizitätstheorie, Fließgelenktheorie, Fließzonentheorie) und Vorlesungen in der Schalenstatik (Membranzustand, Biegetheorie, Zusammengesetzte Schalentragwerke). DIN 18800 und EUROCODE finden Anwendung.

Ein weiteres wichtiges Kapitel des Masterstudienganges sind Schwingungsverhalten und Schwingungsanregung im Bauwerk oder Untergrund. Die Studierenden sollen mit den im Bauwesen vorkommenden dynamischen Problemstellungen vertraut gemacht werden, Berechnungsverfahren für schwingende Systeme sowie deren Anwendung zur Einschätzung dieser Problemstellungen kennen lernen. Dabei sollen einerseits bautechnische Möglichkeiten zur Vermeidung von Schäden infolge dynamischer Einwirkungen und andererseits Sanierungslösungen derartiger Schäden im Hinblick auf den Erhalt bestehender Bauwerke aufgezeigt werden.

Die praktische Anwendung der Schwingungsproblematik erfolgt im Erdbebeningenieurwesen.

Die Thematik wird abgerundet durch Vorlesungen mit Inhalten über die Grundlagen der Zuverlässigkeitstheorie, über die Ursachen eines Tragwerksversagens und über die Verarbeitung von Informationen aus materiellen Untersuchungen an Bauwerken. Aus wirtschaftlichen, denkmalpflegerischen und nutzungstechnischen Gründen werden zunehmend Bauwerke erhalten, umgebaut oder in veränderter Form genutzt. Dabei werden die Tragreserven dieser Bauwerke beurteilt und Fragen wie

• Wie groß ist das Risiko in der weiteren Nutzung des Bauwerks?
• Was für ein Risiko ist akzeptabel?
• Durch welche Maßnahmen kann es erreicht werden?

gestellt. Solche Fragen können durch Anwendung von sicherheitstheoretischen Betrachtungen beantwortet werden. Neue Bauwerksdaten werden analysiert, Strukturmodelle werden entwickelt und Unsicherheiten der Baustoffe und der Lasten werden berücksichtigt. Neue Erkenntnisse aus der Normenentwicklung, der Umweltveränderung und der Baustofftechnologie fließen dabei ein. Die Methoden werden in einer Reihe von praktischen Fällen angewandt.

• Numerische Methoden und ausgewählte Kapitel der Mathematik
• Safety of new and existing structures
• Praxis der Bau- und Bodendynamik
• Tragwerksanalyse
• Sonderbauweisen im Bestandsbau
• Brückenbau – Erhaltung und Ertüchtigung
• Erdbebensicherheit von Bauwerken
• Denkmal und Ingenieurtechnik
• Stahlverbundbau
• Konstruieren im Stahlbetonbau

Der Masterstudiengang setzt fundiertes geotechnisches Grundlagenwissen sowie solide Kennt­nisse einzelner Bauverfahren und deren Grenzen der Anwendbarkeit voraus, ohne dabei wirtschaftliche Aspekte aus dem Blick zu verlieren.
Die Kinematische Element Methode (KEM) ist ein computerorientiertes, numerisch aufbereitetes Bruchkörperverfahren zur Untersuchung von Festkörperkontinua im Bruchzustand. Diese Methode lässt sich in der Geotechnik für Erddruckberechnungen, Grundbruchnachweise auf alle Standsicherheitsfragen (innere und äußere Sicherheit) anwenden. In der neuen Normung (EC 7 und auch deren landesspezifischen Anwendungsdokumenten sowie der neuen DIN-Normen (z.B. DIN 4085, 4084)) hat dieses Verfahren bereits Einzug gefunden und wird als „state of the art” Methode für alle nicht Standardfälle propagiert.

Beispielhafte Anwendung der KEM zur Untersuchung von Sanierungsmöglichkeiten eines gefährdeten Dammbauwerkes unter Berücksichtigung der Strömungsverhältnisse

Typische behandelte Aufgabenstellungen sind:

• Gründungen älterer Bauwerke genügen oftmals heutigen Anforderungen nicht, oder drohen bei Umbaumaßnahmen überbeansprucht zu werden. Häufig haben zusätzliche Einflüsse die Gründungen geschwächt oder gar zerstört. Hier sind gezielte und wohl durchdachte Ertüchtigungsmaßnahmen erforderlich, die die vorhandene Bausubstanz schonen.
• Stützbauwerke, wie z. B. Stützmauern, wurden meist nach empirischen Gesichtpunkten errichtet, was nach einigen Jahren Teileinstürze oder komplettes Versagen nach sich zieht.  Hier werden temporäre Sicherungsmaßnahmen und mit der Substanz verträgliche Ertüchtigungsmaßnahmen erforderlich, ohne z. B. die Mauerfront aus Natursteinen zu beeinflussen.
• Erdbauwerke müssen zunehmend verbreitert und/oder verstärkt werden, häufig unter Aufrechterhaltung des Verkehrs während der gesamten Baumaßnahmen. Dabei sind oftmals bis 150 Jahre alte Erdbauwerke zu ertüchtigen, die als unverdichtete Schüttung aus Schollen und Haufwerk hergestellt wurden. Auch Deiche und Dämme müssen mit wachsender Hochwassergefahr erhöht, verstärkt und gedichtet werden.
• Baugruben neben Gebäuden oder Infrastrukturanlagen müssen ausreichend verfor­mungsarm ausgebildet werden, um Schäden zu vermeiden. Insbesondere Unterfan­gungen bergen dabei ein großes Schadenspotential in sich.

Es werden zielgerichtet Erkundung, Erfassung und Bewertung der Grund- und Erdbauwerke vermittelt, so dass die Einschätzung, Berechnung, Auswahl und Kontrolle eines geeigneten Bauverfahrens möglich wird, aber auch die verbleibenden Risiken bewusst werden.

Dazu muss zunächst bodenmechanisches Wissen vertieft und dessen abgesicherte Umset­zung in z. B. moderne numerische Berechnungsverfahren vermittelt werden, da konven­tionelle Berechnungen bei diesen geotechnischen Aufgabenstellungen oftmals gänzlich ungeeignet sind.

Der Schwerpunkt liegt jedoch auf dem abgesicherten Einsatz der Verfahren des Spezial­tief­baus und des modernen Erdbaus unter Berücksichtigung der speziellen Randbedingungen der jeweiligen Baumaßnahme.

Voraussetzung für die Beurteilung sind ein systematisches Vorgehen und vertiefte Kenntnisse bei der Erkundung des Baugrunds und der Bausubstanz sowie der Interpretation der dabei erhaltenen Daten.

Vorgesehen ist weiterhin die Vermittlung von unverzichtbaren baubegleitenden Mess- und Monitoringverfahren zur Vermeidung von Schäden.

Die Vermittlung des Stoffes erfolgt im seminaristischen Unterricht mit hoher Beteiligung der Studenten sowie in Labor- und Feldübungen, aber auch auf Exkursionen. Einzelne Vorlesungen, u. a. über spezielle Bauverfahren, werden von externen Lehrbeauftragten aus Firmen gehalten.

Lehrfächer:

• Bodenmechanik
• Praxis der Bau- und Bodendynamik
• Ertüchtigung von Gründungen und Bauwerken
• Rückbau und Altlastsanierung