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Im Projekt RekoTi wurde ein Ressourcenplan für den kommunalen Tiefbau entwickelt, der Kommunen hilft, Ressourcenpotenziale bei Brücken, Kanalisation und Verkehrsflächen zu erkennen und zu nutzen. Dafür wurden Methoden zur Ermittlung des anthropogenen Materiallagers entwickelt und in der Beispielkommune Münster angewendet. Für Brücken erfolgte eine Einteilung in Typenvertreter mit Formeln zur Massenabschätzung, für Kanalisation und Verkehrsflächen wurden Konstruktionsdatenbanken erstellt, die Massenberechnungen auf Basis weniger Attribute ermöglichen. So können künftig kommunale Stoffströme bilanziert und ein Stoffstrommanagement aufgebaut werden. Neben Materialien wurden alternative Bauweisen und -verfahren untersucht. In Münster entstand eine Versuchsstrecke mit temperaturabgesenktem Asphalt und Asphaltgranulat, um Einsparpotenziale bei Primärrohstoffen und Energiebedarf aufzuzeigen. Die Ergebnisse bestätigten eine den Regelwerksanforderungen entsprechende Bauqualität. Zudem wurde geprüft, wie Straßenerhaltungsmanagementsysteme um ökologische Aspekte erweitert werden können, um nachhaltigere Entscheidungen zu ermöglichen. Für Brücken wurden Schnellbauweisen wie Bewehrte Erde oder Fertigteilkonstruktionen analysiert, bei der Kanalisation das Flüssigbodenverfahren bewertet. Dadurch konnten ressourcenschonende Alternativen mit Anwendbarkeitskriterien und Einsparpotenzialen identifiziert werden. Die digitale RekoTi-Toolbox, basierend auf QGIS, unterstützt Kommunen im Infrastrukturmanagement durch GIS-basierte Materialerfassung, Hotspot-Identifikation und Integration externer Datenquellen. Alle Projektergebnisse wurden in einem digitalen Wiki-Leitfaden veröffentlicht, sodass Kommunen die Erkenntnisse auf ihre Ausgangssituation übertragen können.
Der Verlag bleibt in Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutsadressen neutral.
1 Einleitung
Der Bausektor hat, im Hinblick auf eine effiziente und wirtschaftliche Ressourcennutzung, eine sehr große Bedeutung. In Deutschland werden große Mengen (572 Mio. Mg in 2022) mineralische Naturstoffe abgebaut und zur Herstellung von neuen Baustoffen verwendet (Statistisches Bundesamt (destatis) 2025). Ungefähr die Hälfte wird für den Erhalt und den Neubau der Infrastruktur verwendet – ca. 42 Mrd. € von 109 Mrd. € Umsatz des Baugewerbes stammen aus dem Tiefbau (Stand 2022; Statistisches Bundesamt (destatis) 2023). Gleichzeitig fallen in diesem Sektor ca. 140 Mio. Mg/a vorwiegend mineralische Abfälle an (Bundesverband Baustoffe – Steine und Erden e. V. 2024), was 35 % der Gesamtabfallmenge in Deutschland ausmacht (Stand 2022; Statistisches Bundesamt (destatis) 2024). Zwar werden ca. 90 % der Bau- und Abbruchabfälle verwertet, dabei handelt es sich jedoch meist um Maßnahmen im Straßen- und Landschaftsbau oder die Nutzung auf Deponien bzw. im Bergbau als Verfüllmaterial (Stand 2022; (Bundesverband Baustoffe – Steine und Erden e. V. 2024)). Um den hohen Ressourcenbedarf des Bausektors langfristig decken zu können, sind somit Maßnahmen zur Steigerung der Ressourceneffizienz z. B. durch Kreislaufführung von Materialien nötig.
Kommunen spielen dabei eine besondere Rolle, da sie die Eigentümerinnen großer Teile der deutschen Infrastrukturanlagen sind. Um diesen Handlungsoptionen zur Verfügung zu stellen, wurde das Projekt RekoTi (Ressourcenplan kommunaler Tiefbau) initiiert. Das Projekt umfasst folgende Ziele für die drei Infrastrukturanlagen Brücken, Kanalisation und Verkehrsflächen:
1.
Erfassung des anthropogenen Materiallagers:
Bestimmung der verbauten Materialmengen und -arten in bestehenden Infrastrukturanlagen.
Entwicklung von Berechnungsmethoden zur Abschätzung der anfallenden Materialmengen basierend auf vorhandenen Daten.
2.
Analyse und Optimierung von Bauverfahren inkl. Integration moderner Technologien und Managementansätze:
Untersuchung alternativer, ressourceneffizienter Bauweisen und Verfahren.
Pilotprojekte, wie z. B. die Erstellung einer Versuchsstrecke in Münster, um die Praxistauglichkeit neuer Bauverfahren zu testen.
Einsatz von Building Information Modeling (BIM) und Geoinformationssystemen (GIS) zur Verbesserung des Datenmanagements und der Entscheidungsprozesse.
Erweiterung bestehender Managementsysteme, z. B. Pavement-Management-Systeme, um ökologische Aspekte.
3.
Schaffung einer digitalen Toolbox und eines Leitfadens für ressourceneffizienten Tiefbau:
Entwicklung einer zentralen digitalen Plattform, die alle relevanten Daten und Werkzeuge zur Ressourcennutzung bündelt und eine Auswertung ermöglicht.
Erstellung eines digitalen Leitfadens, der die gewonnenen Erkenntnisse und Strategien am Beispiel der Stadt Münster dokumentiert und auf andere Kommunen übertragbar macht.
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Die Zusammenführung der Ergebnisse ergibt den Ressourcenplan für kommunalen Tiefbau, um ein Stoffstrommanagement und den gezielten Einsatz von Rohstoffen zu ermöglichen. Durch die Zusammenarbeit verschiedener Hochschulen und Unternehmen sowie die Anwendung innovativer Technologien und Managementstrategien, soll RekoTi einen systemischen Ansatz zur Verbesserung der Ressourceneffizienz im Tiefbau bieten und somit einen Beitrag zur nachhaltigen Entwicklung kommunaler Infrastrukturen leisten.
Die Beispielkommune für das Projekt RekoTi ist die Stadt Münster. Eine Kommune mit 300.000 Einwohnerinnen und Einwohnern, 302 km2 Fläche (siebtgrößte Stadt Deutschlands), 121 km Straßennetz, 945 km Radwegenetz, 1750 km Kanalnetz und 259 Brücken. Die Ergebnisse des Projekts wurden übertragbar auf andere Kommunen erarbeitet, da neben spezifischen Zielen der Stadt Münster (z. B. Klimaneutralität bis 2030) allgemeine kommunale Anforderungen (z. B. Regularien zu öffentlichen Ausschreibungen) berücksichtigt wurden.
Die nachfolgenden Kapitel fassen die angewandte Vorgehensweise sowie die erarbeiteten Ergebnisse zusammen.
2 Erfassung des anthropogenen Materiallagers
Die Nutzung von Rohstoffen durch den Menschen hat in den letzten Jahren stetig zugenommen. Die Entnahme und Verarbeitung natürlicher Ressourcen führt zu einer Verlagerung dieser Rohstoffe in die vom Menschen geschaffene Umwelt, die sogenannte Anthroposphäre. Bei langlebigen Konsumgütern entsteht so ein anthropogenes Materiallager, das über die Jahre stetig wächst und perspektivisch als ökologisch und ökonomisch bedeutende Rohstoffquelle genutzt werden kann. Für eine effektive Nutzung sind jedoch detaillierte Kenntnisse über Lage, Menge, Qualität und Freisetzung der Materialien erforderlich. Diese liegen aktuell jedoch nicht vor, sodass zur Nutzung des anthropogenen Materiallagers zunächst die Materialarten und -mengen des Bestands ermittelt werden müssen. Hierzu können zwei grundlegende Methoden unterschieden werden, die auf der hierarchischen Clusteranalyse basieren:
1.
Beim Top-Down-Ansatz werden makroökonomische Daten wie umweltökonomische Gesamtrechnungen und Produktionsstatistiken zur Schätzung des anthropogenen Materiallagers verwendet. So könnte z. B. die gesamte Stahlherstellung unter Berücksichtigung von Im- und Export nach Branchen verteilt werden und eine Ableitung erfolgen, welche Mengen sich aktuell in der umbauten Umwelt befinden müssten. Diese Daten sind in Deutschland u. a. über das Statistische Bundesamt verfügbar und werden auch für Analysen und Prognosen in verschiedenen anderen Bereichen herangezogen. Der Top-Down-Ansatz ermöglicht somit einen schnellen Überblick über große Gebiete und zeigt systemische Zusammenhänge auf. Aufgrund fehlender spezifischer Informationen, können jedoch nur bedingt Aussagen über einzelne Regionen oder Objekte vorgenommen werden.
2.
Beim Bottom-up-Ansatz werden dagegen objektbezogene Betrachtungen durchgeführt und auf den Gesamtbestand hochgerechnet. Beispielsweise werden einzelne Verkehrsflächen und deren Materialzusammensetzung erfasst und daraus das Materiallager abgebildet. Wenn die Anzahl oder die spezifische Materialzusammensetzung der Objekte nicht bekannt sind, ist eine Näherung über synthetische Typenvertreter möglich, die den Gesamtbestand repräsentieren. Der Bottom-up-Ansatz ermöglicht somit eine regionale Betrachtung des anthropogenen Materiallagers. Bei der Analyse von Einzelobjekten können spezifische Daten mit unterschiedlicher Genauigkeit berücksichtigt werden, die zusammen das Materiallager des betrachteten Gebiets bilden.
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In RekoTi wurde der Bottom-up-Ansatz gewählt und exemplarisch auf ein Untersuchungsgebiet von rund zwei Quadratkilometern in Münster-Nienberge angewendet. Zur Berechnung wurden ausschließlich kommunale Daten verwendet. Die Vorgehensweise für die drei Infrastrukturanlagen Brücken, Kanalisation und Verkehrsflächen wurde in Abhängigkeit von den zur Verfügung stehenden Daten gewählt.
2.1 Materiallager der Verkehrsflächen
Für Verkehrsflächen wurde ein Konstruktionskatalog mit Straßenaufbauten nach Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen (RStO) aufgebaut, der für Münster um spezifische Aufbauten erweitert wurde. So kann die Methode in deutschen Kommunen direkt verwendet und an lokale Spezifika angepasst werden. Die Aufbauten des Konstruktionskatalogs wurden mit Geoinformationsdaten verschnitten, um die Materialmenge zu ermitteln. Die Geodaten weisen jedoch Ungenauigkeiten auf und müssen somit detaillierter betrachtet werden. Da z. B. Straßen einzeln und zeitlich verzögert erfasst wurden, wurden einige Flächen (z. B. Kreuzungen) mehrfach erfasst. Im gewählten Untersuchungsgebiet Münster-Nienberge ergaben die verfügbaren Daten z. B. eine Flächenüberschätzung von 22 % und mussten durch einen Korrekturfaktor ausgeglichen werden. Außerdem konnten nicht alle Verkehrsflächen bei der Massenabschätzung berücksichtigt werden. Wie Abb. 1 zeigt, konnten 58 % der kommunalen Verkehrsflächen mit dem Konstruktionskatalog verknüpft und somit bilanziert werden. Bei einem Viertel der Datensätze war keine Zuordnung zu einem Aufbau möglich, da die erste Normung in Form der RSTO Forschungsgesellschaft für das Straßenwesen (1975) erschien erschien (Forschungsgesellschaft für das Straßenwesen 1975) und und diese Verkehrsflächen älter sind. Für den Zeitraum vor 1975 gibt es somit keinen standardisierten Straßenaufbau. Bei weiteren 16 % war das Jahr mit „0“ angegeben, wodurch es ebenfalls zu keiner Zuordnung kam. Die ermittelte Gesamtmasse für die Verkehrsfläche im Untersuchungsgebiet Münster Nienberge beträgt rund 68.000 Mg, wobei die Tragschicht 69 % ausmacht, wie Abb. 2 zeigt.
Abb. 1
Übersicht der Verknüpfungen der Ist-Daten des Anwendungsgebiets Münster-Nienberge mit dem Konstruktionskatalog (n = 1538)
Es handelt sich hierbei um eine Massenabschätzung, da Proben durch Schürfungen und Bohrungen in der Praxis zeigen, dass u. a. Straßenaufbauten älterer Verkehrsflächen nur selten genau den Vorgaben der RStO entsprechen. Zudem kommt es zu Schwankungen innerhalb eines Bauabschnitts, was durch variierende Bodenverhältnisse, Ungenauigkeiten beim Einbau und topografische Begebenheiten, die den Höhenverlauf der Straße beeinflussen, verursacht werden kann. Da diese Fehler sowohl in größeren als auch geringeren Schichtdicken resultieren, werden sie teils innerhalb einer Straße wieder ausgeglichen. Ein konkretes Beispiel wird im RekoTi-Wiki1 dargestellt. Die ermittelten Ergebnisse können somit als Massenabschätzung für den Stadtteil Münster-Nienberge genutzt werden, sind aber keine Basis für z. B. Baumaßnahmen an einzelnen Straßenabschnitten.
2.2 Materiallager der Kanalisation
Analog zur Vorgehensweise bei den Verkehrsflächen wurde für die Kanalisation ein Konstruktionskatalog erstellt. Dieser basiert auf Normen und Herstellerangaben und enthält über 400 verschiedene Haltungen sowie Schachtaufbauten inkl. ihrer materialspezifischen Massen. Dieser Konstruktionskatalog wurde mit den Geodaten der Stadt Münster verschnitten. Das Untersuchungsgebiet in Nienberge hat eine Fläche von rund zwei Quadratkilometern, eine Rohrlänge von 40 km und 961 Schächte. Bei der Berechnung der Haltung konnten 38,6 km (97 %) berücksichtigt werden. Für 3 % (1,3 km) konnte kein passender Datensatz im Konstruktionskatalog zugeordnet werden.
Die Gesamtmasse für die Haltungen in Münster Nienberge wurde auf rund 150.000 Mg berechnet. Abb. 3 zeigt die Massenverteilung auf die einzelnen Bestandteile.
Abb. 3
Massenanteile der unterschiedlichen Haltungs-Bereiche am Beispiel Münster Nienberge
Die Gesamtmasse der Schächte in Münster Nienberge beträgt rund 10.000 Mg, wobei 5 % (52 Schächte) nicht berücksichtigt wurden. Diese Schächte waren nicht vollständig dokumentiert (fehlende Basisattribute) oder bestanden aus Sonderbauteilen, sie nicht in der Konstruktionsdatenbank hinterlegt sind. In Abb. 4 ist die Massenverteilung auf die unterschiedlichen Bereiche dargestellt.
Abb. 4
Anteilige Massenverteilung innerhalb der unterschiedlichen Funktionseinheiten der Schächte am Beispiel Münster-Nienberge
Etwa 90 % der Kanalisation in Münster Nienberge liegen unter Verkehrsflächen. Dieser Faktor muss bei der getrennten Berechnung der Massen von Verkehrsflächen und Kanalisation berücksichtigt werden, um eine Doppelung der Massen in diesem Bereich zu vermeiden. Um dies zu berücksichtigen, kann auf der Betrachtungsebene ein Korrekturfaktor bzw. -wert für die Hauptverfüllung ermittelt werden. Dieser ergibt sich aus der Dicke der Verkehrsflächen, multipliziert mit der Breite des Grabens (der jeweiligen Haltung) und dem Anteil der Haltungen unter einer Verkehrsfläche im Betrachtungsgebiet. Dieser korrigierte Wert liefert auf der Netzebene, d. h., wenn ein größerer Bereich mit mehreren Objekten betrachtet wird, einen plausiblen Schätzwert. Auf Objektebene, d. h. bei Betrachtung eines einzelnen Objekts, kann dieser Mittelwert von den tatsächlichen Gegebenheiten stark abweichen.
2.3 Materiallager der Brücken
Verkehrswege und Abwasserkanäle sind sich wiederholende Bauwerkstypen, sodass zur Berechnung des Materiallagers Bauwerksdatenbanken genutzt werden können. Brücken sind jedoch individuelle Bauwerke, die sich nicht wiederholen. Für eine genaue Berechnung wäre somit eine zeitaufwendige Erfassung des gesamten Bestands einer Kommune nötig. Um diesen Aufwand zu reduzieren und dennoch ausreichend genaue Ergebnisse zu erhalten, wurden in RekoTi Formeln zur Abschätzung des anthropogenen Materiallagers entwickelt.
Prinzipiell lassen sich Brücken in der Regel in Überbau und Unterbau (zu dem auch die Gründung gehört) gliedern. Für diese drei Brückenteile wurden separate Formeln entwickelt, die eine Berechnung der verbauten Massen mit wenigen Angaben ermöglichen. Als Grundlage wurde der Brückenbestand in Münster verwendet und es wurden 69 repräsentative Brücken ausgewählt. Hierbei wurden charakteristische Kriterien wie Nutzungsart, Bauwerksart, Hauptbaustoff oder Lage im Stadtgebiet (Sektor) berücksichtigt. Für diese 69 Bauwerke wurden die Massen anhand von Bauplänen und eigenen Vermessungen genau berechnet. Anschließend wurden die untersuchten Brücken den in Tab. 1 dargestellten Typenvertretern zugeordnet.
Tab. 1
Übersicht der betrachteten Typenvertreter
Überbau
Unterbau
Gründung
Vollplatte
Kastenwiderlager
Brunnengründung
Plattenbalken
Spundwandkopfbalken
Flachgründung
Holzbrücke
Wellstahlbrücke (umgebender Boden)
Sohlplatte bei Rahmen
Stahlbrücke
+ (wenn vorhanden)
Streifenfundament Straßenbrücke
Wellstahlrohr
Pfeiler – Stützen – Stützenreihen
Einzelfundamente Geh- und Radwegbrücke
+
–
Einzelfundamente Mehrfeldbrücke
Absturzsicherung
–
–
Brüstung – Beton
–
–
Brüstung – Stein
–
–
Rohrgeländer – Stahl
–
–
Holmgeländer – Stahl
–
–
Füllstabgeländer – Stahl
–
–
Füllstabgeländer – Aluminium
–
–
Füllstabgeländer – Holz (Heimisch)
–
–
Füllstabgeländer – Holz (Tropisch)
–
–
Für jeden Typenvertreter wurden entsprechende Kennwerte und Konstanten zur Abschätzung der Massen abgeleitet. Mithilfe dieser Werte und der Attribute nach Anweisung Straßeninformationsbank für Ingenieurbauten (ASB-ING), die in Kommunen üblicherweise für Brücken vorliegen, ist eine Massenabschätzung möglich. Gl. 1 zeigt beispielhaft die ermittelte Formel für einen Unterbau in Form eines Kastenwiderlagers.
Gl. 1 Formel zur Massenabschätzung eines Kastenwiderlagers
Neben den verbauten Materialmengen wurden in RekoTi auch die jährlich anfallenden Stoffströme aus Kanal- und Verkehrswegebauvorhaben der Stadt Münster für die Jahre 2019 und 2020 bilanziert. Ziel war auch hier die Schaffung einer Datengrundlage für ein Stoffstrommanagement. Durch die Kombination von Stoffströmen und dem anthropogenen Materiallager kann z. B. sowohl die aktuelle Menge anfallender Stoffströme sowie deren voraussichtliche Entwicklung abgeschätzt werden.
Für die Analyse wurden digital verfügbare Informationen mit Schlussrechnungen, Ausschreibungen und Mengenberechnungen zusammengeführt. Hierbei kam es teilweise zu widersprüchlichen Angaben in den verschiedenen ausgewerteten Dokumenten. In solchen Fällen wurde versucht, den realen Wert mittels Plänen und Luftbildern abzuschätzen oder es wurde ein Mittelwert gebildet.
Ausgewertet wurden 60 der 65 Baumaßnahmen (Auswertungsquote 92,31 %) des Amts für Mobilität und Tiefbau Münster (AMT) sowie die in den Jahren 2019 und 2020 durchgeführten Kleinstmaßnahmen zur Kanalsanierung (z. B. Reparatur von Rohrbrüchen, Anschluss von Wohnhäusern), die über Rahmenverträge abgewickelt und nicht einzeln ausgeschrieben werden.
Abb. 5 und 6 zeigen die nach Materialgruppen aufgeteilten Gesamtmassen der Jahre 2019 und 2020. Die mineralischen Baustoffe machen in beiden Jahren den größten Anteil aus. Die Gesamtmasse ist im Jahr 2020 trotz einer geringen Maßnahmenanzahl deutlich größer als im Jahr 2019, da im Jahr 2020 größere Maßnahmen mit mehr Materialbedarf durchgeführt wurden. In Summe stammt der größte Anteil der Materialien aus den Großmaßnahmen. Die Kleinstmaßnahmen (z. B. kurzfristige Kanalsanierungen, Hausanschlüsse usw.) machen nur ca. 5 % aus.
Abb. 5
Aufteilung der Materialströme in den Jahren 2019 und 2020
Abb. 5 und 6 zeigen zudem, um welche Art von Stoffstrom es sich handelt. Bei allen Materialarten bildet der Einbau von Materialien den größten Anteil. Es folgt (außer bei den Kunststoffen) der Ausbau des Materials inkl. der anschließenden Entsorgung. Lediglich bei den Kunststoffen im Jahr 2019 wird ein Großteil ausgebaut und erneut eingebaut, d. h. wiederverwendet. Ursächlich ist die Sanierung eines Sportplatzes und die Wiederverwendung des Kunststoffbelags der Laufbahn. Die Werte für den Einbau stammen größtenteils aus dem Neubau von Kanalisation.
In Summe wird deutlich, dass durch Erschließungs- und Neubaumaßnahmen mehr Material eingebaut als ausgebaut wurde. Im Jahr 2019 wurde fast der gleiche Anteil mineralischer Materialien entsorgt wie eingebaut.
Auf Basis der ermittelten Daten konnte das AMT erstmalig die Größenordnung der anfallenden Stoffströme eines Jahres abschätzen.
3 Alternative Maßnahmen und Entscheidungsfindung
Im Projekt RekoTi wurden verschiedene Maßnahmen erprobt, die Kommunen bei der Steigerung der Ressourceneffizienz unterstützen können. Dazu zählten neue Managementansätze, Untersuchungen zu Bauverfahren und -weisen sowie Maßnahmen im Bereich Informationsmanagement. Ziel war eine Potenzialanalyse dieser Ansätze zur Steigerung der Ressourceneffizienz sowie die Entwicklung praxistauglicher Umsetzungsstrategien. Zusätzlich wurde eine Beispielsammlung2 angelegt, die Verfahren und reale Praxisbeispiele zur Umsetzung von Ressourceneffizienz im Tiefbau enthält.
3.1 Maßnahmenerprobung an Verkehrsflächen
Im Bereich der Verkehrsflächen wurde eine ca. 950 m lange Versuchsstrecke in Münster (Kanalstraße, siehe Abb. 7) gebaut. Ziel war die Erprobung des gleichzeitigen Einsatzes von Temperaturabsenkung und Zugabe von Asphaltgranulat in der Deckschicht eines Splittmastixasphalts. Die Baumaßnahme wurde von der Firma Hermann Dallmann Straßen- und Tiefbau GmbH & Co. KG aus Bramsche umgesetzt. Die Forschungsgruppe Verkehrswesen der FH Münster übernahm die wissenschaftliche Begleitung des Projekts.
Die Versuchsstrecke unterteilt sich in sechs Versuchsfelder, bei denen der Anteil von Asphaltgranulat sowie die Temperaturabsenkung variiert, siehe Abb. 7. Das ursprünglich angestrebte Ziel, das beim Ausbau der Asphaltdeckschicht anfallende Material als Asphaltgranulat wiederzuverwenden, scheiterte an materialtechnischen Problemen (u. a. haftkritisches Gestein). Stattdessen kam sortenreines Granulat aus offenporigem Asphalt zum Einsatz.
3.1.1 Herstellung des Asphaltmischguts
Bei der Produktion des temperaturabgesenkten Splittmastixasphalts im Asphaltmischwerk Legden (Basalt AG) wurden folgende Besonderheiten festgestellt:
Es ist eine konstante Temperaturüberwachung erforderlich (geringere Einbautemperatur als bei konventionellem Asphalt).
Es entsteht ein erhöhter Reinigungsaufwand durch Asphaltgranulat, der ggf. durch Reinigungsprozesse in der Paralleltrommel reduzierbar ist.
Es sind längere Mischzeiten notwendig.
Die Anlieferungskoordination ist wegen kurzer Versuchsfelder und wechselnder Mischgüter aufwendiger.
3.1.2 Einbau des Asphaltmischguts
Der Einbau erfolgte unter guten Bedingungen (5–20 °C, kontinuierliche Anlieferung) mit Unterstützung des Baustellenpersonals der Firma Dallmann. Beim konventionellen Asphalt lagen die Bohlen-Temperaturen im zulässigen Bereich (Ø 164,2 °C), ebenso beim temperaturabgesenkten Asphalt (TA, Ø 140,7 °C), womit die gewünschte Absenkung um 20 K erreicht wurde.
Der Einsatz von TA-Asphalt erforderte grundsätzlich eine Anpassung der Verdichtungsleistung von Fertiger und Walzen. Aufgrund des hohen Anteils an zähem Asphaltgranulat aus offenporigem Asphalt war der Verdichtungsaufwand beim TA-Asphalt erhöht; teilweise mussten drei statt zwei Walzen eingesetzt werden. Ein Granulatanteil bis 20 M.-% beeinträchtigte den Einbau kaum, bei 50 M.-% war der Aufwand deutlich höher. Eine differenzierte Bewertung des Verdichtungsverhaltens in Abhängigkeit vom Granulatanteil im TA-Asphalt war nicht möglich.
3.1.3 Bestimmung der Raumdichte mit der Isotopensonde
Die ermittelten Verdichtungsgrade lagen meist über dem Anforderungswert von ≥ 98 % (Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen (ZTV) aus Asphalt-StB 07/13), an einzelnen Stellen der Versuchsfelder VF2 und VF3 jedoch darunter. Alle Hohlraumgehalte blieben unter dem zulässigen Grenzwert von 5,0 Vol.-%. Die ergänzend per PID-Verfahren erhobenen Emissionsdaten stimmen mit Ergebnissen anderer Projekte überein, zeigen jedoch Einflüsse durch baustellenspezifische Bedingungen (z. B. Wind, Trennmittel, Zigarettenrauch). Offene Fragen dazu werden in Folgeprojekten bearbeitet.
3.1.4 Monitoring
Im Sommer 2023 wurde im Rahmen des ersten Monitorings der Zustand der Versuchsstrecke nach einjähriger Nutzung durch den Verkehr erfasst. Die detaillierten Ergebnisse werden im RekoTi Wiki dokumentiert. Die wesentlichen Ergebnisse lauten kurz zusammengefasst:
1.
Die Griffigkeitsuntersuchungen ergaben keine Unterschiede zwischen den Versuchsfeldern.
2.
Bei den Untersuchungen der Querebenheit der Fahrbahn wurden keine Unebenheiten festgestellt.
3.
In den Versuchsfeldern VF1, VF2 und VF4 bis VF6 gab es keine Schäden an der Asphaltdeckschicht, während in VF3 mechanische Beschädigungen, Kornausbrüche und Materialfehler beobachtet wurden.
4.
Das erneute Monitoring (Bundesverband Baustoffe – Steine und Erden e. V. 2024) zeigte zusätzliche Kornausbrüche in VF3, während die anderen Versuchsfelder weiterhin schadensfrei blieben.
5.
Die Makrotexturtiefen lagen für alle Versuchsfelder im Normbereich, und es wurden keine Unterschiede aufgrund der Asphaltspezifikation festgestellt.
6.
Die Äquisteifigkeitstemperaturen in VF1 bis VF3 lagen innerhalb der Anforderungen, während VF4 bis VF6 nicht geprüft wurden, da diese nur temperaturabgesenkte Asphalte betreffen.
7.
Der Einaxiale Druck-Schwellversuch zeigte, dass VF1, VF2, VF5 und VF6 hohe Widerstände gegen bleibende Verformungen hatten, während VF3 und VF4 aufgrund hoher Dehnungen frühzeitig beendet wurden, was vermutlich am 50 M.-% Asphaltgranulat lag.
8.
Im Spaltzug-Schwellversuch waren die Steifigkeitsmodule aller Versuchsfelder vergleichbar, unabhängig von Granulatanteilen oder Herstellungsverfahren.
9.
Der Abkühl- und Einaxial-Zugversuch ergab, dass die Kälteeigenschaften aller Mischgüter den Anforderungen entsprachen und ausreichenden Widerstand gegen kälteinduzierte Rissbildung aufwiesen.
Insgesamt bewerteten die erweiterten Kontroll- und Performanceprüfungen die Asphalte der Kanalstraße als zufriedenstellend.
Neben dem Bau der Versuchsstrecke wurde in RekoTi ein bestehendes Straßenerhaltungsmanagement-System um ressourceneffiziente Zielsetzungen erweitert. In einer prototypischen Anwendung wurden 1314 Erhaltungsabschnitte in Münster analysiert. Es wurde die Anwendung verschiedener Maßnahmen simuliert. Dabei erwiesen sich Deckschicht-Rückverformungen, der Einsatz von Dünnschichtbelag und der Hocheinbau der Deckschicht als besonders materialsparend, während unter monetären Gesichtspunkten andere Maßnahmen bevorzugt wurden. Die Ergebnisse verdeutlichten einen Zielkonflikt: Ressourcenschonung geht mit höheren Kosten und schnellerem Substanzverlust einher, während monetär effiziente Strategien mehr Material verbrauchen, aber den Zustand länger erhalten. Im Anschluss an RekoTi sollten die Simulationen somit um die Berücksichtigung weiterer Umweltfaktoren erweitert werden und mittels einer Gewichtung eine Zusammenführung erreicht werden. Diese Erweiterung soll eine fundierte Entscheidungsgrundlage schaffen, die wirtschaftliche Effizienz und ökologische Auswirkungen gleichermaßen berücksichtigt.
3.2 Maßnahmensimulation für Brücken
Als mögliche Maßnahmen zur Steigerung der Ressourceneffizienz von Brückenbauwerken wurden in RekoTi vor allem Schnellbauweisen für Widerlager-Konstruktionen untersucht. Studien zeigen, dass Verkehrsbeeinträchtigungen durch Baustellen eine größere Umweltbelastung verursachen als der Brückenbau selbst, sodass zur Steigerung der Ressourceneffizienz vor allem die Bauzeit reduziert werden muss. Weitere Möglichkeiten die Ressourceneffizienz eines Brückenbauwerks zu steigern sind in Tab. 2 aufgelistet. Reale Praxisbeispiele sind im RekoTi Wiki3 zu finden. Bei der Übertragung solcher Beispiele müssen Bauwerksart, Spannweite und Nutzungsart sowie Lage des Bauwerks im Verkehrsnetz und Verkehrsbeanspruchung, die Umgebungsbedingungen (Bodenverhältnisse, Grundwasser, Nachbarbebauung und Verkehrswege) und der Bauwerkszustand und Schadensausmaß berücksichtigt werden.
Tab. 2
Möglichkeiten der Ressourceneffizienzsteigerung bei Brücken
Ansatz
Umsetzungsmöglichkeit
Optimierung beim Materialeinsatz
Bauteildimensionierung
Betonrezeptur
Recyclingmaterial in der Brückenerhaltung
Steigerung der Dauerhaftigkeit
Modulare Bauweisen
Optimierung von Holzkonstruktionen
Strategische Ansätze
Umnutzung
Verkehrsreduzierung
Bei der Untersuchung von Schnellbauweisen wurden Bewehrte-Erde-Konstruktionen und die Fertigteilbauweise untersucht.
Bewehrte Erde ersetzt massive Betonkonstruktionen in Brückenwiderlagern durch geschichtete Erdkörper, die mit Kunststoffgittern (KBE) oder Stahlbändern (Stahlbewehrte Erde) durchzogen sind, um Horizontalkräfte aufzunehmen. Diese Konstruktion reduziert den Einsatz von Stahlbeton und Baumaschinen, spart dadurch Rohstoffe, Energie und CO2-Emissionen und ermöglicht eine schnelle Bauzeit mit minimalen Verkehrseinschränkungen. Zudem sind die Materialien vollständig rückbaubar und wiederverwendbar, was die Ressourceneffizienz weiter erhöht.
Die Fertigteilbauweise, wie sie bei der „Expressbrücke Echterhoff“ umgesetzt wird, basiert auf vorgefertigten Stahlbetonbauteilen, die auf der Baustelle montagefertig geliefert und durch Ortbeton ergänzt werden, wodurch die Bauzeit und verkehrliche Einschränkungen erheblich reduziert werden. Die Vorfertigung im Werk gewährleistet eine hohe Qualität der Betonbauteile, was die Dauerhaftigkeit der Konstruktion erhöht und langfristig Ressourcen schont. Zudem trägt die schnelle Bauweise durch kürzere Verkehrsbeeinträchtigungen direkt zur Reduzierung von CO2-Emissionen bei.
Im Rahmen des Projekts wurde eine kommunale Geh- und Radwegbrücke in Münster als theoretischer Ersatzneubau in drei alternativen Bauweisen (zwei Bewehrte-Erde-Konstruktionen und eine Fertigteilkonstruktion) geplant, um die Ressourceneffizienz und Anwendbarkeit zu untersuchen. Die Brücke wurde aufgrund ihrer Funktion als Überführung einer viel befahrenen Straße ausgewählt, da bei einem Ersatzneubau die Reduktion der Bauzeit eine zentrale Rolle spielt.
Die entworfenen Konstruktionen wurden hinsichtlich ihres Materialeinsatzes bewertet, wobei Bewehrte-Erde-Konstruktionen aufgrund ihres geringeren Stahl- und Betonanteils ressourceneffizienter abschnitten, während Fertigteil- und Spundwandkonstruktionen durch ihren höheren Materialaufwand weniger günstig waren. Die Wahl der optimalen Erhaltungsmaßnahme hängt von den Randbedingungen ab, wie beispielsweise Grundwasserstand oder bestehende Synergien, wodurch pauschale Empfehlungen nicht möglich sind. Die Nutzung der vorhandenen Spundwände als Teil des Bauwerks erwies sich als besonders effizient, da diese ohnehin Teil einer größeren Bebauung sind.
3.3 Maßnahmenanalyse für Kanalisation
In RekoTi wurden verschiedene Verfahren zum Bau und Erhalt der Kanalisation hinsichtlich ihres Beitrags zur Ressourceneffizienzsteigerung untersucht. Tab. 3 listet die Ergebnisse auf.
Tab. 3
Möglichkeiten der Ressourceneffizienzsteigerung der Kanalisation
Ansatz
Ressourceneffizienz-Potenzial
Ergebnis/Bewertung
Reparaturverfahren
Beheben Schäden lokal und punktuell, was Materialverbrauch und Abfall begrenzt
Begrenzter Einfluss, aufgrund des kleinen Anteils am Gesamtressourceneinsatz
Maßnahmen zur Behebung örtlich begrenzter Schäden (z. B. Kurzliner, Innenmanschetten, Injektionsverfahren, Roboterverfahren)
Renovierungsverfahren
Ermöglichen grabenlose Sanierung, wodurch Erdarbeiten und Verkehrsbeeinträchtigungen reduziert werden
Ressourcen- und energieeffizient durch verminderte Neumaterialbeschaffung und kurze Projektzeiten, jedoch potenzieller Anstieg des Kunststoffanteils
Verfahren zur Verbesserung der Funktionsfähigkeit von Kanälen, z. B. Schlauchlining (Inliner-Verfahren) zur grabenlosen Auskleidung von Kanalabschnitten
Erneuerungsverfahren
Offene Bauweise erfordert hohen Energie- und Materialeinsatz für Erdarbeiten, neue Rohre und Straßenwiederherstellung
Geschlossenes Berstverfahren reduziert Bodenbewegungen und fördert Ressourcenschonung, erfordert jedoch spezifische Materialien und verdrängungsfähigen Boden
Vollständige Ersetzung beschädigter Kanäle in offener Bauweise oder geschlossener Bauweise (z. B. Berstverfahren)
Flüssigboden-Verfahren
Ermöglicht Wiederverwendung des Bodenaushubs vor Ort, verringert die Notwendigkeit für neues Verfüllmaterial und vermeidet Deponieabfall
Senkt CO2-Emissionen durch reduzierte Transporte und gewährleistet nachhaltige Baustoffnutzung
Ressourcenschonende Wiederverwendung von Bodenaushub mit Additiven als selbstverdichtendes Verfüllmaterial vor Ort
Der Vergleich zeigt, dass grabenlose Sanierungsverfahren wie Schlauchlining die ressourceneffizienteste Variante darstellen, da sie den Materialverbrauch, Abfallmengen und den Zeitaufwand im Vergleich zu anderen Verfahren deutlich reduzieren. Offene Bauweisen erfordern hingegen den höchsten Ressourceneinsatz aufgrund umfangreicher Erdarbeiten und der Wiederherstellung von Straßen, während das geschlossene Berstverfahren weniger Ressourcen beansprucht und flexibel bei stark beschädigten Rohren eingesetzt werden kann. Insgesamt wurde deutlich, dass die Wahl des ressourceneffizientesten Verfahrens von den örtlichen Gegebenheiten abhängt und je nach Schwerpunkt der Kommune individuell entschieden werden muss.
4 Die RekoTi-Toolbox
Die im Projekt RekoTi entwickelte Toolbox ist eine digitale Plattform zur Unterstützung ressourceneffizienter und nachhaltiger Infrastrukturmaßnahmen. Sie verknüpft, verarbeitet und visualisiert Geodaten aus den Bereichen Verkehrsflächen, Brücken und Kanalisation auf GIS-Basis (QGIS). Die prototypische Version basiert auf einem Mockup-Design und bietet Funktionen wie Massenberechnungen, Maßnahmenintegration und ressourcenbezogene Datenanalysen zur datenbasierten Entscheidungsunterstützung.
Die Toolbox ist modular aufgebaut und ermöglicht eine intuitive Bedienung über eine angepasste Benutzeroberfläche mit Dropdown-Menüs, Layer-Steuerung und spezifischen Funktionsfeldern. Nutzende können Daten validieren, analoge oder digitale Berechnungen durchführen und Ergebnisse direkt exportieren oder in weiterführenden Systemen verwenden. Ein Assistenten-Feature sowie ein Wiki-Button unterstützen bei der Bedienung. Die Architektur der Toolbox basiert auf einer Kombination von Python, PyQT und PyQGIS, wodurch Desktop-Anwendungen effizient bereitgestellt werden können. Neben den vorhandenen GIS-Funktionalitäten wurde die Toolbox um zahlreiche spezifische Tools ergänzt, um die Bedürfnisse der definierten Use Cases im Kontext der Ressourcennutzung zu erfüllen.
Zu den besonderen Merkmalen der RekoTi-Toolbox gehört die Möglichkeit, bestehende und neu berechnete Datenpunkte über die integrierte Visualisierungskomponente anschaulich darzustellen. Dies schließt unter anderem Karten- und Diagrammvisualisierungen ein. Die Massenberechnung zählt zu den Kernfunktionen, mit der die Quantität baulicher Ressourcen wie Beton, Asphalt oder Erdmaterial ermittelt werden kann. In Kombination mit Visualisierungen ermöglicht dies belastbare Entscheidungen, etwa zur Optimierung von Stoffströmen oder zur Reduktion wiederholter Straßenaufbrüche. Die Toolbox bietet perspektivisch die Möglichkeit zur Echtzeit-Datenverarbeitung und API-Integration4, um zukünftige Anforderungen wie Echtzeit-Sensordaten oder die Integration externer Systeme zu unterstützen. Abb. 8 zeigt einen Screenshot der Toolbox.
Zusammengefasst stellt die RekoTi-Toolbox ein zentralisiertes, digitales Managementsystem für kommunale Infrastrukturdaten dar. Es werden Daten zusammengeführt und gegenübergestellt, die nachhaltige Entscheidungsfindung durch optimierte Ressourcenstrategien gefördert und eine einheitliche Plattform geschaffen, auf der Bauämter, Planende usw. effizient zusammenarbeiten können. Durch die Integration von GIS- und BIM-Daten und deren nahtlose Verknüpfung zwischen Netz- und Objektebene ist die Toolbox ein zentraler Baustein für zukunftsweisende digitale Lösungen im Bereich kommunaler Infrastrukturprojekte.
Die zudem im Rahmen von RekoTi entwickelten Modellierungsleitfäden für Verkehrsflächen, Kanalisation und Brücken ermöglichen die Erstellung von 3D- bzw. BIM-Modellen auf Basis von 2D-.shp-Bestandsdaten, die durch verbesserte Visualisierung, Interoperabilität und Informationsaustausch Planungsprozesse unterstützen. Trotz einzelner Datenlücken und der Abhängigkeit vom Umfang der vorhandenen Bestandsdaten bietet die Integration von künstlicher Intelligenz (KI) Potenzial zur Optimierung und Automatisierung der Modellierungsprozesse.
Im RekoTi-Projekt wurden digitale Konzepte und Dienste entwickelt, um die Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit kommunaler Infrastrukturprojekte zu optimieren. Dies umfasste den Einsatz fortschrittlicher Technologien wie BIM, GIS, KI, IoT-Sensoren und datengetriebenen Analysen zur Planung, Überwachung und Optimierung von Bauprozessen. Mithilfe der RekoTi-Toolbox wurden Ansätze zur Identifikation und Analyse des anthropogenen Materiallagers sowie zur Optimierung von Stoffströmen entwickelt, wobei ein verlustfreier Datenaustausch zwischen Objektebene (BIM) und Netzebene (GIS) für den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks zentral war.
Wichtige Schwerpunkte lagen auf der Integration von BIM-LCA-Ansätzen zur Ökobilanzierung, der Entwicklung von Vorhersagemodellen für Stoffströme sowie der Abstimmung von Infrastrukturmaßnahmen (z. B. kanalübergreifende Ressourcenabfragen für die Synchronisation von Kanal- und Straßenbauarbeiten). Zudem wurden Methoden zur semantischen Verknüpfung und Abfrage von Daten mit Linked Data und SPARQL etabliert, wodurch Synergien zwischen verschiedenen Infrastrukturbereichen nutzbar gemacht wurden. Erste prototypische Anwendungen ermöglichten automatisierte Nachhaltigkeitsbewertungen, präzisere Maßnahmenplanung, eine verbesserte Datenintegration und die Visualisierung von Umweltauswirkungen.
5 Fazit und Ausblick
Im Projekt RekoTi wurden die Ressourceneffizienzpotenziale des kommunalen Tiefbaus untersucht. Ein zentrales Ergebnis ist die Erfassung des anthropogenen Materiallagers für Verkehrswege, Brücken und Kanalisation. Zudem wurden Verfahren zum Bau und Management dieser Infrastrukturen simuliert, analysiert und in Form einer Versuchsstrecke umgesetzt. Das Projekt liefert somit theoretische und praktische Erkenntnisse zur Steigerung der Ressourceneffizienz. Alle Ergebnisse wurden in einem digitalen Leitfaden dokumentiert, der als Wiki umgesetzt wurde. Dieses bietet sowohl einen grundlegenden Überblick über das Projekt als auch vertiefende Informationen zu einzelnen Verfahren. Die wichtigsten Erkenntnisse wurden in fünf Handlungsempfehlungen (Verkehrsflächen, Brücken, Kanalisation, Stoffstrommanagement, Informationsmanagement) zusammengefasst. Sie liefern praxisnahe Empfehlungen und ermöglichen einen schnellen Einstieg in Handlungsoptionen zur Steigerung der Ressourceneffizienz im Tiefbau. Abb. 9 zeigt beispielhaft die erarbeitete Handlungsempfehlung für Verkehrsflächen. Alle Handlungsempfehlungen sind im RekoTi-Wiki abrufbar. Einen zusammenfassenden Einblick in die Fragestellungen des Projektes RekoTi gibt das im Projekt erstellte Video5.
Abb. 9
Handlungsempfehlung für mehr Ressourceneffizienz von Verkehrsflächen
Damit die Implementierung der Forschungsergebnisse in verwaltungsinterne Abläufe und die Anwendung in der Arbeitspraxis durch das AMT der Stadt Münster erfolgen kann, ist es zwingend nötig, personelle sowie monetäre Ressourcen zur Verfügung zu stellen. Aus dem Forschungsprojekt lassen sich nicht nur alternative Bauweisen für den kommunalen Tiefbau, sondern u. a. auch eine ressourceneffizientere Ausschreibung ableiten. Auch im Hinblick auf die am 1. August 2023 in Kraft getretene Ersatzbaustoffverordnung müssen amtsinterne Änderungen und Anpassungen vorgenommen werden (Bundesregierung (D) 2023). Für eine erfolgreiche Umsetzung der Ersatzbaustoffverordnung wird ein stadtweites Grundwasserkataster durch die Stadtwerke Münster, das AMT und die untere Wasserbehörde des Amts für Grünflächen, Umwelt und Nachhaltigkeit aufgebaut. Diese Themen tragen maßgeblich zu einem nachhaltigeren kommunalen Tiefbau bei, sodass sie zu zentralen Aufgaben innerhalb des Amts für Mobilität und Tiefbau werden. Ein weiteres Thema ist außerdem die Entwicklung eines kommunalen Bodenmanagements in Zusammenarbeit mit den Stadtwerken Münster und den Abfallwirtschaftsbetrieben Münster (AWM). Hierzu findet bereits ein regelmäßiger Austausch statt. Aktuell befinden sich die Akteure, gemeinsam mit einem externen Ingenieurbüro, in der Erarbeitung eines technischen Konzepts. Für die spätere Umsetzung kann/soll die im Rahmen von RekoTi entwickelte Toolbox (Berücksichtigung des anthropogenen Materiallagers und der Bewegung von Bodenmassen sowie dem Einbinden und die Weiterentwicklung von BIM-Modellen) herangezogen werden6. Im kommunalen Bodenmanagement finden ebenfalls Themen wie Flüssigboden ihren Platz. Perspektivisch soll aus dem Bodenmanagement ein Ressourcenmanagement erwachsen, das aktuell im Nachfolgeprojekt „Kommunales Zirkuläres Ökosystem im Bauwesen – KomZi7“ erarbeitet wird. Damit die Koordinierung zwischen den einzelnen Abteilungen und Ämtern sowie externen Akteuren konfliktfrei abläuft, bedarf es einer zentralen Ansprechperson. Es sind bereits Workshops und andere Formate amtsübergreifend in der gesamten Stadtverwaltung vorgesehen. Die langfristige und vollständige Umsetzung der Ergebnisse von RekoTi wird seitens des AMT als Daueraufgabe betrachtet.
Interessenkonflikt
F. Struck, S. Flamme, L. Tammen, N. Fischert, T. Schönauer, C. Stretz und A. Wachsmann geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.
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Prozess, bei dem zwei oder mehr Anwendungen durch ihre „Application Programming Interfaces“ (Programmierschnittstellen) verbunden werden, um Daten auszutauschen und Prozesse zu automatisieren.
Bundesregierung (D) (2023): Verordnung über Anforderungen an den Einbau von mineralischen Ersatzbaustoffen in technische Bauwerke. ErsatzbaustoffV, vom 13.07.2023. Fundstelle: BGBl. 2023 I Nr. 186. Online verfügbar unter https://www.gesetze-im-internet.de/ersatzbaustoffv/ErsatzbaustoffV.pdf, zuletzt geprüft am 02.11.2025.
Bundesverband Baustoffe – Steine und Erden e. V. (Hg.) (2024): Kreislaufwirtschaft Bau Mineralische Bauabfälle Monitoring 2022. Bericht zum Aufkommen und zum Verbleib mineralischer Bauabfälle im Jahr 2022. Berlin. Online verfügbar unter https://www.kreislaufwirtschaft-bau.de/Download/Bericht-14.pdf, zuletzt geprüft am 26.10.2025.
Forschungsgesellschaft für das Straßenwesen (1975): Richtlinien für den Straßenoberbau. RSTO 75; nicht öffentlich verfügbar.
