Abschlussarbeiten Bachelor of Science in Bauingenieurwesen 2019 by Berner Fachhochschule AHB

Abschlussarbeiten Bachelor of Science in Bauingenieurwesen 2019

‣‣Bauingenieurwesen

Vorwort

Die Thesis bildet den Abschluss des Studiums Bachelor of Science in Bauingenieurwesen. Mit der erfolgreichen Bearbeitung weisen die Studierenden nach, selbstständig und wissenschaftlich reflektiert eine Aufgabe in ihrem Berufsfeld bearbeiten zu können. Die Bandbreite der bearbeiteten Themen 2019 ist gross und zeigt die fachliche Breite des Studiums auf. Ob Wasserbau, Siedlungswasserbau, Geotechnik, Verkehrswegebau, BIM oder die konstruktiven Fachgebiete mit Stahl- und Massivbau, die abverlangte Fachkompetenz ist umfangreich und anspruchsvoll. Die Praxisorientierung der Arbeiten steht dabei im Vordergrund. Viele Themen wurden von den Studierenden über bestehende oder künftige Arbeitgeber als Thesis aufgenommen und weisen so einen direkten Bezug zu real umgesetzten oder geplanten Bauvorhaben auf. Die erarbeiteten Lösungen der Studierenden sind beeindruckend. Der Studienabschluss bildet den ersten akademischen Grad und ermöglicht die weitgehend selbständige Bearbeitung von Projekten. Bereits mit dem Erwerb des Bachelor of Science in Bauingenieurwesen sind die Studienabgängerinnen und -abgänger deshalb gesuchte Fachleute in der Baupraxis. Doch in der beruflichen Tätigkeit werden vertiefte Fachkenntnisse gefragt sein, um die Karriereentwicklung zu fördern. Die konsekutive Masterausbildung oder andere Weiterbildungsangebote können die Weiterentwicklung der Absolventinnen und Absolventen voranbringen. Ich wünsche Ihnen eine spannende und aufschlussreiche Lektüre.

Dr. Markus Romani Studiengangleiter Bachelor Bauingenieurwesen

Inhalt

Baubetrieb

20 Geschäftshaus in Olten

6 Einsatz einer Kalkulations- und Administrations software im Bauunternehmen

21 Studie zur Überprüfung und Anpassung von Perrondächern

Nina Balschukat

7 BIM – Einsatz von multikriteriellen Optimierungen im digitalen Bauen Thiên-Phuoc Vo

Grundbau 8 Normenvergleich Geotechnik: Eurocode 7 – SIA 267 Martina Könitzer

9 Zufahrt Steinschlagschutzdamm Balmatten Rebecca-Victoria Messer

10 Steinschlagschutzdamm Balmatten Simon Schnydrig

11 Erneuerung Fahrbahn Lötschberg Scheiteltunnel: Logistikvariante Portalabschnitt Goppenstein Josias Wittwer

Siedlungswasserwirtschaft 12 Strassenentwässerung Bolligenstrasse Nord – Optimierung einer Strassenabwasserbehandlungsanlage Florian Kaufmann

13 Einführung Trennsystem Gemeinde Varen – Projektierung Teilgebiet Dorf- und Umfahrungsstrasse Marco Rufener

Tragwerke 14 Neubau Sinnebrücke Thun Adrian Brand

Hatim Lüthi

Philipp Tristan Nietlispach

22 Neubau Sinnebrücke Thun Simon Oesch

23 Neue Produktionshalle Jakob und Habegger in Trubschachen Pascal Rey

24 Neubau Hotel in Adelboden Terence Jasper Roth

25 Ersatzneubau Aarebrücke Wildegg Simon Schenk

26 Entwurf und Dimensionierung einer neuen Eisenbahnbrücke aus Stahl Matthias Schöpfer

27 Überprüfung der Erdbebensicherheit am Beispiel der Überführung Rüdlingerstrasse in Rafz Thomas Walti

Verkehrswegebau 28 Sanierung Talstrasse, Hirschthal AG Monika Brawand

29 Visuelle Zustandserhebung von Fahrbahnen auf kommunaler Ebene Marcel Gowland

30 Faserverstärkter Asphalt Nicolas Grossenbacher

31 Sanierung und Aufwertung «Kniematte» Langnau i. E: Planungsstudie Andreas Langenegger

32 Sanierung Burgdorfstrasse, Langnau im Emmental Dominik Schneider

15 Variantenstudium Fussgängerbrückenersatzbau über die Bahnstrecke

Wasserbau

16 Verlängerung Perrondach Herisau

33 Wasserkraftwerk an der Lützel

17 Statische Überprüfung einer Eisenbahnbrücke aus dem Jahr 1939

34 Auflandungsbekämpfung mittels Trichterbuhnen

Valentyna Bruni Etienne Cavin

Ines Dällenbach

18 Fussgängerverbindung über Bahntrassee in Niederbipp BE Michael Gorgo

19 Risikobasiertes Instandhaltungskonzept für die Brücken der SBB Sascha Hostettler

Samuel Eggenschwiler Isabel Egli

35 Temperatur-Monitoring am Gäbelbach Jan Graf

36 Hochwasserschutz Niederhünigen Markus Hunkeler

37 Potentieller Erfolg der geplanten Spreekanalrenaturierung Michael Städeli

Baubetrieb

Einsatz einer Kalkulations- und Administrationssoftware im Bauunternehmen 6

Betreuer: Dr. Reto Spöhel Experte: David Privitera

Ausgangslage

Das Leistungsangebot im Bauwesen ist ein breit gefächertes Spektrum an individuellen Bauwerken. Von der Kalkulation von Angeboten bis zur Admi nistration der Baustellen versprechen Programm hersteller ein effizientes und zeitsparendes Arbeiten mit Hilfe von Software-Lösungen. Nina Balschukat

Bei einer mittelständischen Bauunternehmung im Raum Bern wird derzeit die Bausoftware BauBit PRO in Kombination mit Microsoft Excel verwendet. Die Baufirma ist in vier Bereiche mit unterschiedlichen Baudisziplinen unterteilt.

Zielsetzung

Ziel der Arbeit ist es, den derzeitigen Prozessablauf in der Unternehmung im Angebots- und Ausführungs management zu analysieren. Darauf aufbauend soll untersucht werden, inwieweit die Bausoftware unterstützend wirken kann und die allgemeinen Möglich keiten an Verbesserungen des derzeitigen Prozess ablaufes sollen aufgezeigt werden.

Umsetzung / Ergebnisse

Bei der Untersuchung wird der Ist-Zustand einem vollständigen BauBit Pro-basierten Prozessablauf gegenübergestellt. Der Ist-Zustand des Angebotsmanagement konnte auf Grund einer qualitativen Befragung ermittelt werden. Im Ausführungsmanagement lässt sich dieser anhand einer durchgeführten Umfrage darstellen. Im Moment erfolgen die Teilprozesse in BauBit PRO sowie in Microsoft Excel. Der BauBit PRO basierte Ablauf ergibt sich für das Angebots- und Ausführungsmanagement aus einer einschlägigen Literaturrecherche. Aus dem Vergleich der zwei Abläufe lassen sich die folgenden Erkenntnisse gewinnen. Ein einheitlicher und koordinierter Prozessablauf ist nur für das Angebotsmanagement möglich, da jeder Bereich die gleichen Anforderungen hat. Im Gegensatz dazu ist das Ausführungsmanagement unterschiedlichen Prozessabläufen unterworfen. Zu viele unterschiedliche Bedürfnisse der einzelnen Bereiche müssten abgedeckt werden.

Links oben: Theoretischer Arbeitsablauf mit BauBit PRO. Rechts oben: Derzeitiger Arbeitsablauf mit BauBit PRO und Microsoft Excel. Rechts unten: Der Leistungserstellungsprozess eines Bauunternehmens.

Baubetrieb

BIM – Einsatz von multikriteriellen Optimierungen im digitalen Bauen 7

Betreuer: Fernando Ortiz Experten: Jörg Amport und Jürg Pfluger

Ausgangslage

Bauterminpläne werden heutzutage von Hand konzi piert und ihre Rationalisierung und Optimierung erfolgt in denkmässiger Art und kaum mit der Unterstützung von Computern. Die Erstellung des Terminplanes ist zeitaufwändig und das Optimum ist immer abhängig von den gewählten Bedingungen. Die Modellierung von Gebäuden in BIM existiert bereits und bietet neue Möglichkeiten, solche komplexen Aufgaben zu automatisieren und eine grössere Anzahl Varianten zu untersuchen.

Zielsetzung

Das Ziel dieses Projektes ist das Berechnen und Vi sualisieren eines optimalen Bauplans anhand von einem BIM-Modell. Dazu gehören die Problemerkennung der Automatisierung und das Verständnis der Prozesse mit BIM. Ein neu implementiertes Programm in Python wertet die Daten aus und erstellt den Terminplan. Ist die Automatisierung einmal vorhanden, können weitere Bedingungen wie Leistungen und Kosten eingeführt werden, bei der dann ein Optimum ausgegeben wird.

Umsetzung / Ergebnisse

Beim Projekt handelt es sich um einen Umbau eines Einfamilienhauses. Die Selbsterstellung des BIM- Modelles im Programm Lexocad erfolgte anhand von Architekturplänen. Dabei mussten zusätzlich nach der Erstellung des Modells noch die Vorgänger und die Attributierung der einzelnen Elemente (Betonart, Festigkeitsklasse, usw.) definiert werden, die mit der Dauer (Betonierzeit, Schalungszeit, Schalfristen, usw.) in Beziehung stehen. Mit den Daten aus dem Modell und den Leistungswerten sind somit die Inputs für die Implementation gegeben. Das Skript wurde mit der Programmiersprache Python geschrieben und stellt die Schnittstelle zwischen dem Modell, den Leistungs werten und der Ausgabe sowie dem Terminplan in Lexocad her. Die Ausgaben des Skriptes ist eine Liste mit den Bauelementen, deren Baustart- und Bauendzeit. Dies ermöglicht Änderungen am Modell und eine gleichzeitige Ausgabe der Bauzeit. Für die Verifizierung der Korrektheit des Bauablaufes wird immer noch ein Terminplan von Hand erstellt, jedoch können so schnell verschiedene Bedingungen getestet und direkt ausgegeben werden.

Oben: Prozess und Datenentwicklung. Links unten: Projektbasis, BIM-Modell erstellt mit der Software Lexocad. Rechts unten: Punktewolke, Optimale Zeitausgabe gegeben durch Bedingungen.

Thiên-Phuoc Vo

Grundbau

Normenvergleich Geotechnik: Eurocode 7 – SIA 267 8

Betreuerin: Dr. Sara Montani Experte: Dr. Stefan Wachter

Ausgangslage

Martina Könitzer

In der Arbeit wird die SIA267 (2013) mit dem neu überarbeiteten Eurocode 7 (Entwurf Mai 2019), kurz EC7, verglichen. Dabei handelt es sich um die Normen der Schweiz und Europas im Bereich Geotechnik. Der EC7 ist vorerst nur in Englisch verfasst, während die SIA267 in Deutsch und Französisch erhältlich ist. Die Arbeit wird auch von Arbeitsgruppen der Normenkommissionen SIA267/EC7 begrüsst, die an einem aktuellen ergänzenden Vergleich der Normen interessiert sind.

Zielsetzung

Für die grundlegenden Revisionsarbeiten am EC7 ist die Vereinbarkeit mit der SIA267 zu prüfen. Dies soll vor allem mit Berechnungsbeispielen erfolgen. Es soll je ein Beispiel für eine Flachfundation, eine Pfahlfundation, eine Stützmauer und eine rückver ankerte Spundwand analysiert werden. Zudem sind die Grundlagen der Normen, wie zum Beispiel die verschiedenen Nachweiskonzepte und Partialfaktoren, und deren Auswirkung auf das Sicherheitsniveau zu vergleichen.

Umsetzung / Ergebnisse

Grundlage beider Normen ist die Formel Ed ≤ Rd, die besagt, dass der Widerstand grösser sein soll als die Einwirkungen. Während die SIA zur Bestimmung der Einwirkungen eine Formel nutzt, kann im EC aus einer Formel und zwei Gleichungssystemen mit je zwei Formeln frei ausgewählt werden. Die Partialfaktoren der Ein wirkungen des EC und der SIA sind unterschiedlich. Die Reduktionsbeiwerte sind beinahe identisch. Zur Ermittlung des Widerstandes wird in der SIA eine Vorgehensweise dargelegt. Im EC kann grundsätzlich zwischen zwei Konzepten gewählt werden. Das eine Konzept nennt sich RFA. Dabei wird der berechnete Widerstand mit einem globalen Partialfaktor reduziert. Das andere Konzept ist das MFA, was dem Konzept der SIA sehr nahekommt. Dabei werden die Materialien faktorisiert in die Widerstandsberechnung eingesetzt. Der Nachweis gemäss SIA ist eindeutig, da es nur eine Berechnungsmethode gibt. Im EC7 ist je nach Bauwerksart, Einwirkungen, Nachweis oder Testmethode definiert, welche Formeln und Partialfaktoren ver wendet werden dürfen. Es können mehrere Nachweisekonzepte zur Auswahl stehen. Für eine Vereinheitlichung werden noch einige Ergänzungen im Nationalen Anhang des EC7 nötig sein.

Oben: Nachweiskonzept des EC 7 für Flachfundationen, Rd (Formel; Partialfaktoren). Links unten: Skizze zu dem erarbeiteten Beispiel des Einzelfundamentes. Rechts unten: Vergleich der Nachweise vom Kippen des Einzelfundamentes.

Grundbau

Zufahrt Steinschlagschutzdamm Balmatten 9

Betreuer: Martin Stolz Experte: Fritz Lüthi

Ausgangslage

Das Gebiet der Balmatten in der Gemeinde St. Niklaus (VS) ist von steilen Felswänden geprägt, die darunterliegende Bauten durch Steinschlag gefährden. Nebst den bestehenden Steinschlagschutznetzen sind weitere Schutzmassnahmen wie ein Steinschlagschutzdamm in Planung. Um diesen zu erschliessen ist eine Zufahrt am Hang projektiert worden, die sowohl als temporäre Baupiste als auch zum Abführen des hinter dem Damm zu liegen kommenden Gesteinsmaterials dienen soll.

Zielsetzung

Da die Zufahrt einerseits in einem Hanganschnitt und andererseits über einen Damm führend projektiert worden ist, ist sowohl die berg- als auch die talseitige Sicherung anhand zweier massgebender Querschnitte zu gewährleisten. In Form eines Variantenstudiums ist für beide Querschnitte eine geeignete Stützkonstruk tion zu finden.

Umsetzung / Ergebnisse

Zur Beurteilung der untersuchten Stützkonstruktionen werden deren Eignung betrachtet und deren äussere Tragsicherheit mit den Larix Modulen «Standsicherheit» und «Stützmauer» geprüft. Abschliessend wird zum Vergleich der Varianten eine Kostenschätzung erstellt. Es wird festgestellt, dass sich zur Erstellung des Hanganschnitts entweder eine Böschung oder eine Gabione eignet, die allerdings im Bauzustand einer temporären Sicherung bedarf. Mit Vorbehalt wird entschieden, dass eine Böschung soweit wirtschaftlicher ist und weniger Arbeits- und Materialaufwand erzeugt. Jedoch sind weitere Abklärungen bezüglich der Rodungsund Aufforstungsarbeiten und des Landerwerbs durch zuführen. Zur Sicherung des Damms werden eine Winkelstützmauer und eine Konstruktion mit Geokunststoffen geprüft. Die Grundbruchsicherheit der Winkelstützmauer kann jedoch nur mit verlängertem Fuss nachgewiesen werden. Zudem ist im Bauzustand ein Aushub des bestehenden Terrains nötig. Da mit einem geokunststoffbewehrten Damm sowohl die äussere Tragsicherheit gewährleistet ist als auch temporäre Sicherungsmassnahmen während dem Bauzustand vermieden werden, wird diese Variante gewählt.

Oben: Massgebender Querschnitt des Damms und der Winkelstützmauer. Links unten: Situationsplan Steinschlagschutzdamm und Zufahrt mit massgebenden Schnitten (rot). Rechts unten: Geländemodell der Balmatten mit Steinschlagschutzdamm und Zufahrt.

Rebecca-Victoria Messer

Grundbau

Steinschlagschutzdamm Balmatten 10

Betreuer: Martin Stolz und Dr. Armin Rist Experte: Norbert Carlen

Ausgangslage

Aus den Felswänden oberhalb des Weilers Balmatten können sich Stein- und Blockschläge ereignen und Wohnhäuser sowie die Kantonsstrasse gefährden.

Zielsetzung

Die gefährdeten Objekte sollen mit geeigneten Schutzmassnahmen vor Stein- und Blockschlag geschützt werden. Simon Schnydrig

Umsetzung / Ergebnisse

Zum Schutz der gefährdeten Objekte wird ein Steinschlagschutzdamm erstellt. Die geotechnischen Nachweise für das Kippen, Gleiten und den Grundbruch des damminnenseitigen Blockwurfs wurden durchgeführt und weisen hohe Sicherheiten auf. Ebenfalls wurde die Standsicherheit untersucht. Die ermittelten Gleitkreise zeigen global hohe Sicherheiten. Für die 78 Prozent geneigten tal- und bergseitigen Böschungen lassen sich für die oberflächennahen Gleitkreise tiefe bis knapp ungenügende Sicherheiten berechnen. Auf den Einbau von Geogittern wird jedoch bewusst verzichtet. Denn die berechneten Gleitkreise in den Böschungen verlaufen nur knapp unter der Oberfläche. Auch wenn die Böschung oberflächlich kollabiert, entsteht keine zusätzliche Gefährdung. Den Einbau von Geogittern lediglich aufgrund der knapp ungenügenden Sicherheiten zu rechtfertigen, ist im vorliegenden Fall aus ökologischen und wirtschaftlichen Gründen nicht verhältnismässig. Nahe gelegene Steinschlagschutzdämme mit vergleichbaren Baugrundkennwerten unterstützen die Variantenwahl ohne Geogitter.

Oben: Querprofil Nr. 7 mit Auftrag (grün), Abtrag (braun) und Blockwurf (grau). Geplante Projekthöhe (P) und bestehende Terrainhöhe (T) in m. ü. M. Links unten: Perimeter Balmatte (Quelle: IBR Ingenieurbüro GmbH). Rechts unten: Projektierter Steinschlagschutzdamm Balmatte.

Grundbau

Erneuerung Fahrbahn Lötschberg Scheiteltunnel: Logistikvariante Portalabschnitt Goppenstein 11

Betreuer: Martin Stolz Experte: Roger Sigrist

Ausgangslage

Der Lötschberg Scheiteltunnel verbindet die Kantone Wallis und Bern. Die Schotterfahrbahn im zweispurigen Bahntunnel hat ihr Lebensende erreicht. Die BLS ersetzt diese mit einer festen Fahrbahn. Die Oberbauerneuerung erfolgt unter Zugbetrieb, zudem untersteht das Bauprogramm komplexen Randbedingungen. Die ARGE Marti LBST hat für dieses Projekt ein Logistiksystem mit hängenden Installationen an einer Einzelschiene ausgearbeitet.

Zielsetzung

Um mehr Flexibilität zu erhalten soll ein kurzer Bauabschnitt beim Südportal möglichst unabhängig umgebaut werden. Ziel dieser Arbeit ist es ein ausführungsreifes Logistikkonzept und ein exaktes Bauprogramm auszuarbeiten. In einem ersten Schritt werden verschiedene Varianten auf ihre Machbarkeit untersucht und miteinander verglichen. Für die beste Variante wird anschliessend das Logistikkonzept dargestellt und ein schichtgenaues Ausführungsprogramm geplant.

Umsetzung / Ergebnisse

In einer ersten Phase werden das Projekt und das Logistiksystem der ARGE Marti dargestellt. Bei der Analyse entsteht ein Verständnis für die komplexen Rahmenbedingungen des Sanierungsprojektes. Das Logistiksystem mit hängenden Installationen an einer Einzelschiene dient als Grundlage für eine Variante. Bei einer anderen Variante wird ein Portalkran für Längstransporte ein gesetzt und der Beton wird vom Portal aus gepumpt. Bei der 3. Variante wird die Logistik mit herkömmlichem Inventar ausgeführt. Diese Bestvariante zeichnet sich durch einen geringen Installationsaufwand, ein unabhängiges Bauprogramm und eine zuverlässige Logistik aus. Als grösste Herausforderung traten die Sicherheit des Zugverkehrs auf dem Nachbargleis und der Schutz der Mitarbeiter auf. Bei der Detailausarbeitung wurden die geforderten Logistikpläne und ein plausibles Weg-Zeit-Bau programm erstellt. Zusätzlich zur Aufgabenstellung wurden die Bahn- und Arbeitssicherheit unter die Lupe genommen und konkrete Massnahmen geplant.

Links: Lötschberg Scheiteltunnel – Arbeiten unter Betrieb und engsten Platzverhältnissen. Rechts: Schematisches Normalprofil Portalabschnitt Goppenstein, Umbau Gleis 200.

Josias Wittwer

Siedlungswasserwirtschaft

Strassenentwässerung Bolligenstrasse Nord – Optimierung einer Strassenabwasserbehandlungsanlage 12

Betreuer: Lorenz Guyer Experte: Hanspeter Meier

Ausgangslage

Florian Kaufmann

Die Bolligenstrasse Nord wird aufgrund von Kapazitätsengpässen ausgebaut. Die Strassenentwässerung wird erneuert und an die heutigen Anforderungen angepasst. Heute fliesst das gesamte Regenabwasser in den Lötschenbach und belastet diesen massiv mit Schwermetallen und Partikeln aus Reifen- und Brems abrieb. Eine natürliche Strassenabwasserbehandlungsanlage soll künftig mittels Sandfilter das Regenwasser reinigen bevor es in den Bach eingeleitet wird.

Zielsetzung

Die geplante SABA ist auf ihre Verhältnismässigkeit zu untersuchen und das gesamte Projekt der Strassen entwässerung soll kritisch analysiert werden. Die geplante Anlage ist mit anderen bereits bestehenden Anlagen zu vergleichen und es sollen konkrete Optimierungsvorschläge gemacht werden. Es ist zudem zu prüfen, ob alternative Lösungsansätze wie beispielsweise die dezentrale Versickerung über die Schulter zweckmässig sind.

Links oben: Die stark befahrene Bolligenstrasse (DTV 23 000). Rechts oben: Bolligenstrasse und rechts die geplante SABA. Unten: Retentionsfilterbecken Sandfilter mit Schilf bewachsen.

Umsetzung / Ergebnisse

Die Analyse ergibt, dass die geplante SABA nur knapp dem Anspruch der Verhältnismässigkeit genügt. Unbestritten ist die massive Verbesserung für den Lötschenbach, jedoch sind die finanziellen Kosten sehr hoch. Durch den Anschluss zusätzlicher Strassenfläche kann das Verhältnis zwischen Aufwand und Nutzen deutlich verbessert werden. Daher wurde die Umfahrungsstrasse, welche direkt an die Bolligenstrasse angrenzt, in das Projekt miteinbezogen. Der entwässerte Streckenabschnitt wurde somit von 1 km auf rund 2,5 km verlängert. Da sich die SABA beim aktuellen Standort nicht im tiefsten Punkt befindet, wurde eine Pumpstation notwendig, welche den Nutzen aufgrund der grauen Energie schmälert. Hydraulische Berechnungen mittels Software haben zudem ergeben, dass das Retentions filterbecken von 700 m3 auf 600 m3 verkleinert werden könnte. Dies würde den Flächenverbrauch um ca. 135 m2 reduzieren. Die Massnahmen tragen entscheidend zur Verhältnismässigkeit bei. Trotzdem wäre eine kostengünstige dezentrale Versickerung über die Schulter auf dem gesamten Abschnitt die beste Lösung gewesen, da der Untergrund über eine hohe Sickerleistung verfügt und ausreichend Platz vor handen ist.

Siedlungswasserwirtschaft

Einführung Trennsystem Gemeinde Varen – Projektierung Teilgebiet Dorf- und Umfahrungsstrasse 13

Betreuer: Lorenz Guyer Experte: Paul Amstutz

Ausgangslage

Die Gemeinde Varen wird derzeit zu etwa 60 Prozent im Mischsystem und 40 Prozent im Trennsystem entwässert. Wie bereits im Generellen Entwässerungsplan (GEP) festgestellt, gelangen viele Leitungen an ihre Kapazitätsgrenze oder erfüllen die gewässerschutztechnischen Anforderungen nicht mehr. Aufgrund des GEP und der Auswertung der Kanalfernsehauf nahmen 2018 plant die Gemeinde die Einführung des Trennsystems weiter voranzutreiben.

Zielsetzung

Es soll aufgezeigt werden, ob die Einführung des Trennsystems gemäss den geltenden VSA-Richtlinien Sinn macht. Weiter soll mit einer Listenrechnung das bestehende Entwässerungssystem hydraulisch überprüft werden, als Basis für die nachfolgende Dimensionierung der neuen Leitungen gemäss der Norm SIA 190. Ein wichtiger Bestandteil der Arbeit ist, dass die Massnahmen aus dem GEP, die Auswertung der Kanalfernsehaufnahmen 2018 und die hydraulischen Berechnungen koordiniert und dementsprechend umgesetzt werden.

Umsetzung / Ergebnisse

Damit die Projektierung erfolgen kann, sind die Grundlagedaten der verschiedenen Werkleitungen und die Erhebung eines digitalen Geländemodelles (DTM) nötig. Das DTM wird benötigt, damit die bestehenden Werkleitungen in ein 3D-Modell überführt werden können. Aufgrund der engen Platzverhältnisse kann mit Hilfe des Modells die Projektierung vereinfacht werden. Im 3D-Modell können die Leitungsquerungen relativ einfach auf deren Machbarkeit überprüft werden. Die Leitungsprojektierung stellt dabei einen iterativen Prozess dar, da die Hydraulik und die bauliche Machbarkeit laufend aufeinander abgestimmt werden müssen. Angaben zum bestehenden Kanalisationsnetz sind primär aus dem GEP ersichtlich. Unklarheiten und fehlende Angaben (z. B. Ein- und Auslaufhöhen bei Schächten) werden auf Platz geklärt und protokolliert. Die wichtigsten Erkenntnisse für den Ausbau des Trennsystems sind: – die bestehende Mischabwasserleitung funktioniert neu primär als Regenabwasserleitung – Fremdwasserquellen wie Brunnenwasser dürfen nicht mehr der ARA zugeführt werden – Die Regenabwasserleitung muss vom bestehenden Regenüberlaufbecken entkoppelt werden.

Links oben: Projektperimeter (rot) des Bauprojektes. Links unten: Projektierte Abwasserleitungen (Blau = Regenabwasser und Violett = Mischabwasser). Rechts: 3D-Visualisierung der projektierten Leitungen (rot) im 3D-Modell.

Marco Rufener

Tragwerke

Neubau Sinnebrücke Thun 14

Betreuer: Martin Dietrich Experte: Fabian Graber

Ausgangslage

Adrian Brand

Die im Jahre 1971 erbaute Sinnebrücke ist eine der vier Hauptbrücken in der Innenstadt von Thun. Das neue Strassenkonzept in Thun sieht vor, dass der Strassenzug vom Maulbeerkreisel zum Lauitor, welcher über die Sinnebrücke führt, für die Verkehrslasten gemäss SIA-Lastmodell ausgelegt und für Fussgänger attrak tiver gestaltet wird. Da die alte Brücke wegen fehlender Abdichtungen erhebliche Schäden aufweist, wird geprüft, ob die Brücke ertüchtigt oder ersetzt werden soll.

Zielsetzung

Das Ziel der Thesis ist es, eine Neubauvariante der Brücke auf Stufe Vorprojekt zu erarbeiten. Der von der Brücke erreichbare und unter der Brücke durchführende Uferweg (Bild links) soll dabei besser integriert werden. Der Neubau darf das Freibord nicht beeinträchtigen und ist zwingend ohne Abstützung in der Aare auszuführen. Da die Brücke von der Ober- und Unterseite sichtbar ist, benötigt es ein ausführliches Variantenstudium, um eine städtebaulich angemes sene Lösung zu finden.

Links: Ist-Zustand Uferweg (Aarequai). Rechts oben: Trägerrostmodell der Brücke für die Statikberechnungen. Rechts unten: 3D-Modell.

Umsetzung / Ergebnisse

In einer ersten Phase wurde eine grosse Variation an Neubaukonzepten erdacht und skizziert. Dabei gab es keine Einschränkungen an die Wahl des Tragwerks oder der dazu verwendeten Materialien. Die Dimensionen der Brücke waren wegen der Platzverhältnisse vor Ort jedoch etwas eingeschränkt. Nach der Auswertung des Variantenstudiums wurde in einer zweiten Phase eine Bestvariante für die Weiterverarbeitung ausgewählt. Bei der vorliegenden Thesis fiel die Wahl auf eine Stahlbetonbrücke, bei welcher der Überbau als vorgespannter Plattenbalken ausgeführt wird (Bild rechts unten). Die Brückenplatte ist mit Trägern variabler Höhe verstärkt und gegen die Auflager hin verjüngten Stützen abgestützt, sodass in der Unterführung des Uferwegs mehr Licht entsteht. Damit der Uferweg auch von der Brücke aus erreichbar ist, werden die Treppen in die Aussenstützen integriert. Um die entstehenden Kräfte bei den Stützen aufzuteilen, wirkt die Brückenplatte über dem Uferweg praktisch als Kragarm. In einer dritten Phase wurde die Brücke nach den Kriterien der Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit vorbemessen, sowie Pläne, ein 3D-Modell, und ein technischer Bericht erstellt.

Tragwerke

Variantenstudium Fussgängerbrückenersatzbau über die Bahnstrecke 15

Betreuer: Dr. Robert Wagner Experte: Christian Traub

Ausgangslage

Die schweizerische Südostbahn baut den Bahnhof Steinerberg behindertengerecht um. Die bestehenden Perrons werden umgebaut und verlängert. Dadurch wird das Lichtraumprofil verbreitet. Die bestehende Brücke über die Bahnlinie muss deswegen ersetzt werden. Es handelt sich um eine Fussgängerbrücke, die den Zugang vom Schulhaus bis nach Chilenmattli ermöglicht.

Zielsetzung

Das Ziel der Arbeit ist eine neue Fussgängerbrücke zu erarbeiten. Die Brücke soll den heutigen Normen entsprechen, ins Bild passen und vor allem wirtschaftlich sein. In einer ersten Phase sollen verschiedene Entwürfe bearbeitet und verglichen werden. Die beste Variante soll auf der Stufe Vorprojekt bemessen werden. Auch massgebende Details sind zu entwerfen und zu dimensionieren. Anschliessend soll eine Kostenschätzung gemacht werden.

Oben: 3D-Modell. Links unten: Erster Entwurf. Rechts unten: Brückenquerschnitt.

Umsetzung / Ergebnisse

Im Variantenstudium werden nur Stahlkonstruktionen berücksichtigt. Aus wirtschaftlichen Gründen sind Seil- und Bogenbrücke bereits in der Vorrunde aus geschieden. Es werden vier Varianten vorbemessen und verglichen: die Balkenbrücke, die Trogbrücke aus Blechträgern, die aus Stahlblech geschweisste Hohlkasten-Trogbrücke und die Fachwerkbrücke. Als beste Variante wird die Trogbrücke aus Blech trägern gewählt. Um die Tragsicherheit der Brücke zu gewährleisten muss ein biegesteifer Anschluss zwischen Hauptund Querträgern vorhanden sein. Entstehende Kräfte und Biegemomente an Knoten werden daher durch Schweissnähte aufgenommen. Schwingungen, Durchbiegung und Erbebensicherheit entsprechen den SIA-Normen. Die Fahrbahn wird in Holz ausgeführt. Als Holzart wird acetyliertes Holz vorgeschlagen. Der Einbau der Brücke soll ohne grosse Störungen des Bahnverkehrs erfolgen. Um der Dauerhaftigkeit (Kor rosionsschutz) Rechnung zu tragen, wurde entschieden keine Schweissarbeiten vor Ort auszuführen. Die Brücke wird in einer Halle zusammengebaut und als Fertigelement an den Bestimmungsort transportiert. Die Brücke soll in der Nacht mittels eines Krans montiert werden.

Valentyna Bruni

Tragwerke

Verlängerung Perrondach Herisau 16

Betreuer: Dr. Robert Wagner Experte: Christian Traub

Ausgangslage

Etienne Cavin

Das Bahnhofareal Herisau wird im Projekt «Arealentwicklung Bahnhof Herisau» umgestaltet. Das Mittelperron der Südostbahn (SOB) ist zurzeit nur über drei Treppen und einem Lift zugänglich. Im Rahmen der Umgestaltung und der Umsetzung des Behindertengleichstellungsgesetzes wird als Zugang zum Mittelperron eine Rampe erstellt. Dazu wird das bestehende Perrondach teilweise rückgebaut. Nach Fertigstellung der Rampe soll eine neues Perrondach nach aktuellen Normen erstellt werden.

Zielsetzung

Ziel der Arbeit ist es auf Stufe Vorprojekt eine stimmige Lösung für das neue Perrondach zu erarbeiten. Drei verschiedene Lösungsansätze werden in einem Variantenstudium untersucht. Diese drei Varianten werden einander gegenübergestellt und daraus eine Variante zur Weiterbearbeitung ausgewählt. Das Tragwerk der ausgewählten Variante ist zu entwerfen und zu dimensionieren. Die notwendigen Nachweise sind durch zuführen und massgebende Details auszuarbeiten.

Umsetzung / Ergebnisse

Drei erarbeitete Varianten für das Tragwerk des neuen, 70 m langen Perrondaches mit Ausführung im Stahlbau werden aufgrund verschiedener Kriterien einander gegenübergestellt. Durch die zwei massgebenden Kriterien der Kosten und der Verträglichkeit mit dem bestehenden Perrondach ergibt sich eine Standardtragwerkausführung als Bestvariante. Beim Entwurf wird auf einen minimalen Impakt auf den Verkehr auf dem Perron sowie der bestehenden Ästhetik geachtet. Das Profil des Perrondaches wird gegenüber dem bestehenden Dach angepasst um nicht mit dem Lichtraumprofil EBV 2 der Bahn auf den anliegenden Gleisen in Konflikt zu geraten. Durch geeignete Anschlüsse kann das 70 m lange Perrondach als ein zusammenhängendes System betrachtet werden und Spannungen aus Temperaturdehnungen können minimiert werden. Das Tragwerk bietet zudem eine hohe Flexibilität zur Wahl des Abdeckungssystems, verschiedener Ver kleidungen und zur Anordnung von Anlagen für Betrieb, Beleuchtung und Information der Reisenden. Das Tragwerk ist somit eine angemessene Lösung für die gestellte Aufgabe.

Links: Isometrie der Tragwerke der drei Varianten, Bestvariante im Bildteil unten. Rechts oben: Querschnitt des Tragwerks im Bereich der Rampe: Zweigelenkrahmen mit biegesteifen Ecken. Rechts unten: Laschenstoss zwischen den Längsträgersegmenten zum Erzielen einer Durchlaufwirkung.

Tragwerke

Statische Überprüfung einer Eisenbahnbrücke aus dem Jahr 1939 17

Betreuer: Dr. Robert Wagner Experte: Stephan Zürcher

Ausgangslage

Die zu begutachtende, genietete Eisenbahnbrücke, welche im Rahmen der Thesis untersucht wird, ist im Jahr 1939 in Wollerau errichtet worden und besitzt eine Spannweite von 9,66 m. Die Brücke ist als Einfeldträger ausgebildet und besteht aus zwei Längsträger mit dem Profil HEA 1000. Zwischen den Längsträgern liegt ein horizontaler Windverband und im Abstand von ca. 3 m ist ein Querverband angeordnet. Wind- wie auch Querverband bestehen aus LNPProfilen.

Zielsetzung

Zunehmende Nutzlasten können die Weiterverwendung genieteter Bahnbrücken, die oftmals hohe kulturelle Objekte verkörpern, in Frage stellen. Ziel der Arbeit ist es nun, den Überbau der Eisenbahnbrücke in Wollerau anhand der Normenreihe SIA 269 (Erhaltung von Tragwerken) statisch zu überprüfen. Falls die Brücke den Nachweisen der Tragsicherheit sowie der Ermüdung nicht standhält, sind Erhaltungsmassnahmen durchzuführen, welche das Erscheinungsbild so wenig wie möglich beeinträchtigen sollen.

Umsetzung / Ergebnisse

In einem ersten Schritt wurde die Konstruktion in 2DEinzelsysteme aufgeteilt, um so die Schnittkräfte der einzelnen Träger anhand von computergestützten Methoden zu ermitteln. Schnell kristallisierte sich heraus, dass die Streben des Windverbandes aufgrund der einwirkenden horizontalen Schlingerkraft durch exzentrisches Knicken versagen. Aus den Handrechnungen ging hervor, dass sich in den nächsten Jahren Risse im Nettoquerschnitt der Längsträger aufgrund von Ermüdung ausbilden werden. Anhand dieser Feststellungen wurde ein Verstärkungskonzept erarbeitet. Dazu müssen die Streben des Windverbands durch neue LNP-Profile ersetzt werden und mit hochfesten Schrauben an die bestehenden Bleche und Träger befestigt werden. Um der Rissbildung der Längsträger entgegenzuwirken, sind über ihre gesamte Länge Verstärkungslaschen anzubringen. Dadurch können hohe Spannungen aufgrund der vergrösserten Oberfläche reduziert werden. Dank diesen Massnahmen ist es möglich die Brücke nicht nur vor dem Ersatz zu bewahren, sondern die Nutzungsdauer um min. 50 Jahre infolge der aufgezeigten Instandsetzungsmassnahmen und der gleichzeitigen Erneuerung des Korrosionsschutzes zu verlängern.

Oben: Tragkonstruktion des Überbaus. Links unten: Ansicht der bestehenden Eisenbahnbrücke in Wollerau. Rechts unten: Detail – Erhaltungsmassnahme der Strebe des Windverbands durch ein neues L-Profil (blau).

Ines Dällenbach

Tragwerke

Fussgängerverbindung über Bahntrassee in Niederbipp BE 18

Betreuer: Dr. Stephan Fricker Experte: Jean-Pascal Ammann

Ausgangslage

Michael Gorgo

Die vorgesehene Überbauung im Baugebiet Hofacker in Niederbipp BE soll gemäss der Erschliessungs planung besser an den Dorfkern angebunden werden. Die behindertengerechte Verbindung kann über oder unter der Bahnlinie erstellt werden. Eine Überquerung wird bevorzugt. Die Aare Seeland mobil AG (ASm) plant gleichzeitig den Ausbau ihrer Meterspurlinie von Niederbipp nach Langenthal. Dies erschwert die Planung einer definitiven Linienführung der geplanten Fussgängerverbindung.

Zielsetzung

Die Variantenstudie soll der Gemeinde Niederbipp dazu dienen, mit dem Ausbauvorhaben eine mögliche Lösung zu haben. In die Studie fliessen gleichermassen Linienführung und Tragwerksplanung ein. Massgebend sind die durch Bundesgesetz geforderten Standards an behindertengerechtes Bauen. Der definitive Entwurf soll zukunftsorientiert und dem Neuausbau des ASm Trassee gegenüber offen sein. Ziel ist die Abgabe einer Gesamtkonzeptplanung im Vorprojektstadium.

Links oben: Querprofil der Aluminiumbrücke im Stromschutzbereich. Rechts oben: Vorprojekt der 2. Etappe, horizontale Linienführung. Unten: Abwicklung des Gesamtprojekts nach Ausbau der 2. Etappe.

Umsetzung / Ergebnisse

In einem ersten Variantenvergleich wurde im Sinne eines Projektwettbewerbs die sinnvollste Linienführung definiert. Eine Unterführung oder ein gemeinsamer Ausbau mit der ASm wurden in der Vorabklärung ausgeschieden. Übriggeblieben ist der Bau einer oder mehrerer Brücken und Rampen. Bei der Erarbeitung der vertikalen Linienführung mussten Kompromisse eingegangen werden, da mit einem 6 Prozent Gefälle erhebliche Baukosten anfallen würden. Durch Studie der massgebenden Normen von Bund und VSS konnte eine platzsparende Lösung gefunden werden. Die Kosten, welche theoretisch wegfallen würden, sollen in die Brücken- und Rampenbauten einfliessen. Mit verschiedenen Methoden wurden Ideen und Entwürfe generiert. Aus dem eigenen Entwurfsstudium ergab sich die Idee von Trogbrücken gelagert auf Dämmen. Die Trogbrücke wurde aus Fichtenfurnierholz, Cortenstahl und Aluminium im gleichen Bauprinzip dimen sioniert. Die abschliessende Arbeit ist eine leichte, dauerhafte Brücke aus Aluminium. Die Sitzgelegenheiten auf der südlichen Seite laden ein zur Sicht auf den Jura.

Tragwerke

Risikobasiertes Instandhaltungskonzept für die Brücken der SBB 19

Betreuer: Dr. Dirk Proske Experte: Herbert Friedl

Ausgangslage

Die Züge der SBB fahren auf über 3000 km Betriebsstrecke und überqueren dabei knapp 5000 Brücken. Diese Kunstbauten müssen instandgehalten werden, um eine ausreichende Sicherheit und Gebrauchstauglichkeit zu gewährleisten sowie um den wirtschaftlichen und kulturellen Wert zu erhalten. Das kostet eine Menge Geld, es gilt daher möglichst optimal zu priorisieren. Zurzeit findet eine zustandsbasierte Instandhaltung Anwendung, dabei werden die Bau werke mit einer Zustandsnote bewertet.

Zielsetzung

In einem ersten Schritt wird der aktuelle Stand von Wissenschaft und Technik im Bereich der Instand haltung für zustandsbasierte und risikobasierte Konzepte aufgezeigt. In einem weiteren Schritt wird ein Entwurf eines risikobasierten Instandhaltungskonzeptes für die Kunstbauten der SBB erarbeitet. Dies soll objektspezifische Eigenschaften, wie Bauart, statisches System oder Verkehrsbelastung berücksichtigen um eine individuelle Risikobewertung zu ermöglichen.

Lorraineviadukt der SBB in Bern.

Umsetzung / Ergebnisse

Der Entwurf des risikobasierten Instandsetzungs konzept basiert auf einer konsequenten Anwendung der Risikobewertung. Wobei sich die Risikobewertung aus der individuellen Einsturzhäufigkeit und den Schadensfolgekosten zusammensetzt. Die individuelle Einsturzhäufigkeit stammt aus der operativen Versagenswahrscheinlichkeit, welche mit empirischen Daten kalibriert wird. Das Konzept erfüllt die Kriterien für eine risikobasiertes Konzept trotzdem, da die individuelle Einsturzhäufigkeit ein äquivalentes Ersatzmass der Versagenswahrscheinlichkeit ist und dies wird in der Literatur als Risikoparameter nullter Art bezeichnet. Bei der Bestimmung der Risikobewertung wird zum ersten Mal ein Korrekturfaktor, welcher die Trag lasterhöhung aus den experimentellen Tragfähigkeitsprüfungen berücksichtigt, angewendet. Die Anwendung des Korrekturfaktors sowie die Berück sichtigung der restlichen Parameter erfolgt für die Berechnung der Risikobewertung über den Bestand und die anschliessende Priorisierung mittels eines programmierten Excelfiles.

Sascha Hostettler

Tragwerke

Geschäftshaus in Olten 20

Betreuer: Dr. Stephan Fricker Experte: Daniel Bommer

Ausgangslage

Im Zentrum von Olten soll ein neuer Gebäudekomplex entstehen. Dieser besteht aus zwei Geschäftshäusern, die auf einer gemeinsam genutzten Einstellhalle stehen. Das für die Bachelor-Thesis relevante Geschäftshaus bietet Platz für Büroeinheiten, Gewerbeflächen sowie einer Klinik, welche über vier Geschosse reicht. Der Stahlbetonskelettbau kragt ab dem 3. Obergeschoss auf der gesamten Gebäudelänge aus. Hatim Lüthi

Zielsetzung

In der ersten Phase soll ein Variantenstudium durchgeführt werden, um die günstigste Deckenkonstruktion zu ermitteln. In einer zweiten Phase wird das Gebäude von der obersten Decke bis hin zur Fundation vordimensioniert. Anschliessend werden die für das Gebäude relevanten Punkte genauer untersucht. Dazu gehören unter anderem die Auskragung ab dem 3. Ober geschoss und eine Abfangung im 1. Untergeschoss.

Umsetzung / Ergebnisse

In einer ersten Phase werden die Anforderungen definiert und in der Nutzungsvereinbarung festgehalten. Ausgehend davon werden drei unterschiedliche Ortbetondecken in einem Variantenstudium miteinander verglichen. Dabei werden eine Flachdecke, eine Flachdecke mit Stahlpilz und eine Pilzflachdecke untersucht. Es zeigt sich, dass die Variante Flachdecke für das Projekt ideal ist. Die resultierenden Lasten aus den oberen Geschossen, welche auf die Auskragung wirken, werden mit Wandscheiben in die unteren Stützen geleitet. Die daraus entstehenden horizontalen Kräfte müssen über die Decke in die Kernwände geleitet werden. Aufgrund der Zufahrtsrampe zur Einstellhalle im ersten Untergeschoss müssen vereinzelt Stütz lasten aus dem Gebäude abgefangen werden. Um eine genügend hohe Raumhöhe zu gewährleisten, wird der Unterzug möglichst schlank dimensioniert. Für die Bemessung der Erdbebenkräfte wird aus dem Gebäudemodell ein Stabmodell generiert. Die daraus erhaltenen Schnittkräfte dienen zur Dimensionierung der Randzonen in den beiden Kernen.

Links oben: Finite-Elemente Gebäudemodell des Geschäftshauses in Olten. Rechts oben: Horizontallasten infolge Auskragung (Rot = Druckkräfte, Blau = Zugkräfte). Unten: Stabwerkmodell einer Deckenplatte der horizontalen Lastabtragung infolge der Auskragung.

Tragwerke

Studie zur Überprüfung und Anpassung von Perrondächern 21

Betreuer: Dr. Robert Wagner Experte: Stephan Zürcher

Ausgangslage

Die Schweizerische Südostbahn AG plant langfristig mit einem Ausbau ihrer Transportkapazität im Personenverkehr. Dafür sollen die heute einstöckigen Züge durch doppelstöckige ergänzt werden. Was einfach klingt, bringt viel Aufwand mit sich: Auf dem Streckennetz muss die gesamte Infrastruktur überprüft werden. Es muss überall zu jedem Zeitpunkt gewährleistet sein, dass die grösseren Züge genügend Platz haben.

Zielsetzung

Im Auftrag der Südostbahn wird eine Studie erstellt, welche prüft, ob die Perrondächer von sechs ver schiedenen Bahnhöfen angepasst werden müssen. Es handelt sich dabei um die Bahnhöfe Wattwil, Degersheim, Herisau, St. Gallen Haggen, Wittenbach und Häggenschwil-Winden. Sind Massnahmen er forderlich, werden sogleich Lösungen dazu aufgezeigt. Abschliessend erfolgt die statische Überprüfung eines Daches. Das Ziel ist ein möglichst wirtschaft liches und standardisiertes Konzept.

Umsetzung / Ergebnisse

Der Wirtschaftlichkeit wegen wird anfangs ein intensives Normenstudium betrieben. Damit können sämtliche Möglichkeiten für die Studie ausgeschöpft werden. Im Auftrag wurde definiert, dass das alte Lichtraumprofil EBV 1 durch das grössere EBV 2 ersetzt wird. Die Normen erlauben es, für die tatsächlich vorhandene Gleisgeometrie einen Sonderwert des Lichtraumprofils zu bilden. Bei günstigen Verhältnissen wird dieser kleiner als das Regelprofil. Die Sonderwerte werden für sämtliche Situationen gebildet und haben einen positiven Effekt. Am Ende resultierte, dass es lediglich bei drei der total acht Perrondächer Anpassungen braucht. Ohne die genauen Betrachtungen wären bei nahezu allen Dächern Massnahmen erforderlich gewesen. Mithilfe von eigenen Vermessungsarbeiten wurden die Resultate präzisiert. Bei der anschlie ssenden Massnahmenplanung wurden alle Möglichkei ten hinterfragt und geprüft. Als letztes wurde das Perrondach in Wittenbach statisch überprüft. Dabei wurde aufgezeigt, dass das Tragwerk der verbliebenen Nutzungsdauer von 40 Jahren standhält. Mit den gewonnenen Erkenntnissen kann sich die Süd ostbahn auf die künftig anfallenden Arbeiten einstellen.

Links oben: Planausschnitt der Lichtraumprofilüberprüfung in Wattwil. Links unten: Vermessungsarbeiten mit dem Tachymeter unter laufendem Betrieb in Degersheim. Rechts: Resultat der Berechnung eines Sonderwerts.

Philipp Tristan Nietlispach

Tragwerke

Neubau Sinnebrücke Thun 22

Betreuer: Martin Dietrich Experte: Fabian Graber

Ausgangslage

Simon Oesch

Im Zuge der Erneuerung des Verkehrsraums in der Innenstadt Thun werden die Oberflächen der beiden Brücken auf der Verkehrsachse Maulbeerplatz – Lauitor umgestaltet. Neu soll zudem der Schwer verkehr ohne Einschränkungen die Brücke passieren können. Durch die erhöhte Auflast und Verkehrslast ist die Tragsicherheit der Sinnebrücke nicht mehr gewährleistet, weshalb eine Neubauvariante für die 24 m lange und 12 m breite Brücke ausgearbeitet wird.

Zielsetzung

Die Sinnebrücke befindet sich im Herzen der Stadt Thun und stellt eine wichtige Verkehrsverbindung über die Aare vom Maulbeerplatz zum Lauitor dar. Die Anforderungen an eine städtebauliche Neubaulösung sind demnach besonders hoch und die Wahl eines intelligenten Bauvorgangs unabdinglich. Unter der Sinnebrücke befindet sich der bei der Bevölkerung beliebte und rege genutzte Aarequai. Die attraktive Integration dieses Uferweges in die neue Sinnbrücke ist deshalb von hoher Bedeutung.

Oben: 3-D Finite-Elemente-Modell neue Sinnebrücke Thun. Links unten: Visualisierung neue Sinnebrücke Thun. Rechts unten: Bestehende Sinnebrücke Thun.

Umsetzung / Ergebnisse

Unter Berücksichtigung der anspruchsvollen Anforderungen und der begrenzten Platzverhältnisse wurde ein ausführliches Variantenstudium durchgeführt. Dabei setzte sich eine Neubaulösung mit aussenliegenden Stahlbögen und einer Fahrbahnplatte im Verbundbau durch. Die Last aus der Mitte der Brücke wird über Querträger auf die Bögen geleitet und von den statisch optimierten Stahlbögen in den Baugrund geführt. In den Randbereichen der Brücke leiten Längsträger die Lasten auf die Brückenwiderlager. Durch das anspruchsvolle Tragsystem und die wechselnden Haupt tragrichtungen der Brückenplatte wird die Neubauvariante den hohen Anforderungen gerecht. Der hohe Vorfabrikationsgrad der Brücke ermöglicht eine rasche Freigabe für den Verkehr auf dieser wichtigen Achse. Mit der Öffnung des Aarequais unter der Brücke und der attraktiv gestalteten Brückenuntersicht wird der Uferweg aufgewertet. Dank der Einbindung der Fussgängeraufstiege in die Stahlbögen bietet die neue Sinnebrücke auch in der Ansicht eine gestalterisch ansprechende Lösung. Die anspruchsvolle Bemessung auf Stufe Vorprojekt rundet die Bachelorthesis ab und verdeutlicht die Machbarkeit der entworfenen Brücke.

Tragwerke

Neue Produktionshalle Jakob und Habegger in Trubschachen 23

Betreuer: Martin Dietrich Experte: Fabian Graber

Ausgangslage

Seit 2016 gehört die Firma Habegger AG zur Firma Jakob AG. Um gemeinsame Synergien optimal zu nutzen, wird der Produktionsstandort der Habegger AG nach Trubschachen zum Hauptsitz der Jakob AG verlegt. Für den Erweiterungsbau muss eine alte Lagerhalle ab gebrochen werden, so dass die neue Produktionshalle direkt an den bestehenden Bau a ngeschlossen werden kann. Vom geplanten Bauvorhaben sind bereits Vorprojektpläne durch die Architekten RolliMarchini aus Bern erstellt worden.

Zielsetzung

Im Zuge der Thesis sollen zuerst in einer Nutzungsvereinbarung die auftretenden Kräfte und Anforderungen erfasst werden. Diese dienen anschliessend zusammen mit den Architektenplänen als Grundlage für das Entwerfen eines möglichst wirtschaftlichen Tragwerkskonzeptes. Ebenfalls muss das Fundationskonzept Rücksicht auf die Nähe zum angrenzenden Gebäude und zur Bahn nehmen.

Links: Visualisierung der Produktionshalle durch RolliMarchini. Rechts: Visualisierung des Tragwerks.

Umsetzung / Ergebnisse

Im ersten Schritt wird die Nutzungsvereinbarung erstellt, in der auch die Lastenpläne ersichtlich sind. Anschliessend erfolgt die Tragwerkswahl mit einer groben Vordimensionierung. Dabei ist insbesondere festzulegen, ob der Neubau wie die bestehende Halle der Jakob AG mit einer Beton-Elementbauweise oder als Verbundbau erstellt werden soll. Die Wahl fällt dabei auf die Verbundbauweise. Die Massivbauvariante wäre mit Vorspannung ebenfalls möglich gewesen. Das gewählte Tragwerkssystem wird anschliessend auf Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit mit allen massgebenden Lastfällen überprüft. Die Verbundträger bestehen aus einem HEA500-Profil mit einer 18 cm Betondecke. Die Stützen sind durchlaufend aus einem HEA300-Profil und fungieren mit den Trägern zusammen als Rahmen. Die Aussteifung wird dabei komplett mit den Rahmen gewährleistet. Die Halle verfügt über kein Untergeschoss, es wird jedoch für ein zukünftiges Einstellhallenprojekt bereits eine Unterfangung und eine Vertiefung des Treppenhauses eingeplant.

Pascal Rey

Tragwerke

Neubau Hotel in Adelboden 24

Betreuer: Dr. Stephan Fricker Experte: Daniel Bommer

Ausgangslage

Terence Jasper Roth

Im Zentrum von Adelboden wird ein in die Jahre gekommenes Hotel durch einen Neubau ersetzt. In den vier Obergeschossen entstehen neu 28 moderne Ferienlofts. Der Erschliessungskern wird aus Stahlbeton, die Lofts und Fassaden werden in einer Holzbaubauweise ausgeführt. Im Erdgeschoss sind ein Restaurantbetrieb und ein Verkaufsladen geplant. Die beiden Untergeschosse erstrecken sich bis zur Dorfstrasse und beinhalten je eine Einstellhalle mit insgesamt 44 Parkplätzen.

Zielsetzung

Anhand der Baueingabepläne des Architekten soll das Bauprojekt dimensioniert werden und Konfliktpunkte in der Ausführungsplanung und der Realisierung verhindert werden. Die Schwerpunkte liegen auf der Bemessung der Einstellhalle sowie der Bemessung des Erschliessungskerns auf Erdbebensicherheit.

Umsetzung / Ergebnisse

Grundlage für jedes Bauprojekt stellen die Nutzungsvereinbarung und die Projektbasis dar. Diese Dokumente werden erstellt und während der Arbeit laufend angepasst und ergänzt. Die Einwirkungen der Holzbaukonstruktion wurden verifiziert und in die Berechnung miteinbezogen. Die Schnittstellen zwischen Holzbau und Stahlbetonkonstruktion werden für den weiteren Projektverlauf geplant. Es wird eine Tragwerksanalyse durchgeführt, um die massgebenden Stellen im Tragwerk zu finden. Diese werden schrittweise gelöst und erläutert. So werden beispielsweise Durchstanzmassnahmen in den kri tischen Bereichen definiert, Deckenstärken optimiert und die Fundamentabmessungen anhand der resul tierenden Schnittgrössen festgelegt. In einem weiteren Schritt werden die Erdbebenwände bestimmt und die massgebenden Querschnitte bemessen. Da sich nur wenige Stahlbetonwände als Erdbebenwände eignen, stellte diese Aufgabe eine besondere Herausforderung dar.

Links oben: Decke über 1.Untergeschoss, Durchstanzbewehrung Einstellhalle. Links unten: Visualisierung des Hotels am Dorfplatz in Adelboden. Rechts: Ausschnitt Grundriss Erdgeschoss, die Anordnung der Erdbebenwände rot markiert.

Tragwerke

Ersatzneubau Aarebrücke Wildegg 25

Betreuer: Dr. Stephan Fricker Experte: Jean-Pascal Ammann

Ausgangslage

Die im Jahr 1870 erbaute Aarebrücke in Wildegg AG weist erhebliche Schäden und Mängel auf und genügt den heutigen Anforderungen nicht mehr. Da die Brücke nicht mehr nachhaltig instandsetzbar ist, beabsichtigt der Kanton Aargau die Planung eines Ersatzbaus. Infolge dessen führt der Kanton einen Studienauftrag durch, um verschiedene Projektvorschläge zu erlangen. Die Grundlagen aus diesem Studienauftrag werden als Basis für die Bearbeitung der Bachelorthesis genutzt.

Zielsetzung

Für den Neubau soll ein kreatives Brückentragwerk entworfen werden. Dieses soll den gestellten Anforderungen gerecht werden und sich achtsam in die Umgebung einfügen. Hierzu werden in einem ersten Schritt verschiedene Brücken entworfen und in einem Variantenstudium bewertet. Anschliessend wird eine Variante auf der Stufe Vorprojekt, konstruiert, berechnet und dimensioniert.

27.00

Umsetzung / Ergebnisse

Basierend auf den Eindrücken einer Ortbegehung wurden fünf verschiedene Varianten entworfen und ver glichen. Zwei Stahl-Beton-Verbundbrücken, zwei Stahlbetonbrücken und eine Schrägkabelbrücke wurden anhand der Kriterien: Gestaltung, Kosten, Unterhalt und Bauvorgang bewertet. Die Variante Schrägkabelbrücke wird weiterbearbeitet. Um den Verkehrsfluss während der Bauzeit zu gewährleisten, wird die bestehende Brücke auf provisorisch erstellte Pfeiler verschoben. Die Fahrbahnplatte der neuen Brücke ist sehr schlank und öffnet die Uferbereiche der Aare. Die Fahrbahnplatte wird mit den Pylonen monolithisch verbunden und bei den Widerlagern verschieblich gelagert. Um die Zugkräfte aus den Halteseilen in das Widerlager ableiten zu können, werden Zugpendel eingesetzt. Die Stahlkästen der Seilverankerungen sind aus unterhaltsarmen Cortenstahl und sind seitlich an den Pylonen als Band sichtbar. Für Entwurf und Bemessung wurden die Besonderheiten der Berechnung von Schrägkabelbrücken mit einem intensiven Literaturstudium erarbeitet. Anschliessend konnte ein dreidimensionales Finite-Elemente-Modell erstellt werden. Anhand der resultierenden Schnittkräfte werden die massgebenden Bauteile bemessen.

81.00 135.00

Links oben: Visualisierung des 3D Finite-Elemente-Modells. Rechts oben: Querschnitt Fahrbahnplatte im Feld, Kabelverankerungen zwischen Fahrbahn und Rad- / Gehweg. Unten: Längsschnitt, Seilverankerung aus Cortenstahl am Pylon seitlich sichtbar.

27.00

Simon Schenk

Tragwerke

Entwurf und Dimensionierung einer neuen Eisenbahnbrücke aus Stahl 26

Betreuer: Dr. Robert Wagner Experte: Stephan Zürcher

Ausgangslage

Matthias Schöpfer

Die Schweizerische Südostbahn AG (SOB) weist auf ihrem Streckennetz unzählige Ingenieurbauwerke wie Stützmauern, Unterführungen und Brücken auf. Die Bauwerke müssen unterhalten und nach Erreichen der Lebensdauer neu geplant und gebaut werden. An den Widerlagern der im Jahre 1939 erstellten Strassenunterführung in Wollerau (SZ) wurden irre parable Schäden entdeckt, wodurch ein Ersatzneubau der Eisenbahnbrücke erforderlich ist.

Zielsetzung

In einer ersten Phase sollen verschiedene Entwürfe aufgezeigt und bewertet werden. Es sind ausschliesslich Brückenquerschnitte in Stahl- und Verbundbauweise zu untersuchen. Anschliessend ist eine Variante auszuarbeiten und eine Kostenermittlung durchzuführen. Die Pläne sind auf Stufe Vorprojekt zu erarbeiten, zudem wird ein technischer Bericht, eine Nutzungsverein barung und eine Projektbasis erstellt.

Umsetzung / Ergebnisse

In der ersten Phase werden vier mögliche Brückenvarianten ausgearbeitet und auf die Einwirkungen gemäss SIA-Normen vorbemessen. Als wirtschaftlichste Variante stellt sich die Dickblech-Trogbrücke mit schräggestellten Stegen heraus. Besonders positiv ist der geringe Fertigungs- und Unterhaltsaufwand der Brückenvariante. Die Dickblech-Trogbrücke wird mit einem Finite Elemente Programm bemessen und die Resultate mittels Handrechnungen plausibilisiert. Das Tragverhalten des 100 mm dicken Fahrbahnbleches wird dabei genau analysiert. Die Eisenbahnbrücke ist auf Tragsicherheit, Gebrauchstauglichkeit, aussergewöhnliche Ereignisse und Ermüdung bemessen. Es werden Korrosionsschutz- und Entwässerungsmassnahmen aufgezeigt sowie die Widerlagermauer als überschnittene Bohrpfahlwand berechnet. Zudem werden eine Nutzungsvereinbarung und eine Projektbasis erstellt. Die Stahlbrücke ist auf Stufe Vorprojekt gezeichnet. Abschliessend werden die Erstellungskosten der Stahlbrücke und der überschnittenen Bohrpfahlwand ermittelt.

Oben: Visualisierung der Dickblech-Trogbrücke im Finite-Elemente-Programm. Links unten: Querschnitt der Dickblech-Trogbrücke inkl. der Gleisanlage. Rechts unten: Längsschnitt der Brücke durch die Strassenunterführung.

Tragwerke

Überprüfung der Erdbebensicherheit am Beispiel der Überführung Rüdlingerstrasse in Rafz 27

Betreuerin: Dr. Kerstin Lang Experte: Dr. Stephan Fricker

Ausgangslage

Bei der Überführung der Rüdlingerstrasse handelt es sich um eine Brücke bei Rafz, die im Jahre 1963 gebaut und 2002 instandgesetzt wurde. Bei dieser Instandsetzung wurde das Verhalten der Brücke im Erdbeben fall nicht überprüft. Dies ist aber bei dieser Brücke unverzichtbar, da sie sich auf einer Rettungsroute des Kantons Zürich befindet und somit ein wichtiges Infrastrukturobjekt zur Aufrechterhaltung der Rettungswege nach einem Erdbeben darstellt.

Zielsetzung

In einer ersten Phase soll die Tragsicherheit der Brücke unter den heutigen Strassenverkehrslasten geprüft werden. Dabei soll eine Nutzung des Gehweges für den Strassenverkehr im Falle eines Strassenausbaus in Betracht gezogen werden. In der zweiten Phase wird die Brücke auf ihre Sicherheit im Falle eines Erdbebens überprüft. Ergeben die Überprüfungen ein Tragsicherheitsdefizit, soll im Rahmen der Verhältnismässigkeit gemäss der Norm SIA 269/8 Massnahmen aufgezeigt werden.

Umsetzung / Ergebnisse

Im ersten Punkt der Überprüfung konnte die Tragsicherheit der Brückenplatte unter den heutigen Strassenverkehrslasten nachgewiesen werden. Da der Gehweg jedoch nicht auf eine Nutzlast aus dem Strassenverkehr ausgelegt wurde, ist er verhältnismässig schwach bewehrt, was ein Befahren des Gehweges nur unter Einschränkungen zulässt. Sollte die Strasse in Zukunft einmal ausgebaut werden, müsste der Gehweg für sicheres Befahren verstärkt werden. Für die Überprüfung der Brücke auf Erdbebensicherheit wird zu Beginn mit einem einfachen Finite-ElementeModell gearbeitet, welches im Verlauf der Arbeit weiter verfeinert wird. Somit kann mit verschiedenen Berechnungsverfahren nachgewiesen werden, dass die Brücke in Längsrichtung dem Bemessungsbeben, welches ca. alle 1200 Jahre erwartet wird, standhalten kann. In Querrichtung wurden jedoch bei der Instandsetzung Brückenlager eingebaut, welche nicht mit dem Oberbau verankert sind. Die verbauten Lager werden bereits bei einem Erdbeben das ca. alle 200 Jahre eintritt, zerstört. Da die Lager den nach der Norm SIA 269/8 vorgegebenen Mindesterfüllungsfaktor nicht erfüllen, wird dem Bauherrn geraten, die Lager zu verstärken oder auszuwechseln.

Oben: Verfeinertes Modell aus dem Finite-Elemente-Programm zur Überprüfung der Erdbebensicherheit. Links unten: Das zu überprüfende Objekt, die Überführung der Rüdlingerstrasse in Rafz. Rechts unten: Eines der nicht verankerten Brückenlager, die zu ersetzen oder zu verstärken wären.

Thomas Walti

Verkehrswegebau

Sanierung Talstrasse, Hirschthal AG 28

Betreuerin: Marion Doerfel Expertin: Dr. Franziska Baumgartner

Ausgangslage

Monika Brawand

Die Talstrasse in Hirschthal ist eine untergeordnete Erschliessungsstrasse. Belag, Kanalisation und Werkleitungen sind sanierungsbedürftig. Die Strasse weist zudem Sicherheitsdefizite auf. Entlang der Talstrasse besteht für den Fussverkehr einzig auf einem kurzen Abschnitt ein einseitiger FussgängerLängsstreifen. Die Schulweg-Querung stellt ins besondere für velofahrende Schulkinder eine Gefahr dar.

Zielsetzung

Im Rahmen der Thesis soll unter Berücksichtigung ökologischer, wirtschaftlicher, technischer und gestalterischer Aspekte ein Sanierungskonzept für die Talstrasse erstellt werden. Die übergeordneten Vorgaben für die Entwicklung der Kernzone von Hirschthal sind dabei zu berücksichtigen. Die Entwässerung der Strasse und der privaten Vorplätze muss sichergestellt werden. Die Interessen und Anregungen der Anwohner sollen in die Gestaltungsplanung einfliessen. Die Kostenvorgaben der Gemeinde sind einzuhalten.

Links: Umgestaltung der Talstrasse – vorher – nachher. Rechts oben: Belags- und Kanalisationsschaden. Rechts unten: Blick zum Knoten Talstrasse / Scherbisweg.

Umsetzung / Ergebnisse

Die im Bereich des Knotens Hauptstrasse / Talstrasse bereits teilweise vorhandene Gestaltung mit Pflastersteinen von Trottoiren wird für den ersten Abschnitt bis zur Hofmattenstrasse aufgenommen. Mit einer Kombination von Pflastersteinen, Wasserrinne und Bepflanzung wird eine Strasse geplant, die den dörflichen Charakter der Gemeinde wiederspiegelt. Mit Verkehrsberuhigungsmassnahmen, einem einseitigen Trottoir und minimal neuer Linienführung wird die Sicherheit auch für den Fussverkehr verbessert. Für den zweiten Abschnitt wird dem Wunsch der Anwohner nach Parkierungsmöglichkeiten entlang der Strasse nach gekommen. Die Entwässerungsplanung berücksichtigt die Höhenlage der bestehenden Vorplätze. Zum Teil mussten Kompromisse zwischen Ökologie und Kosten eingegangen werden. Entstanden ist ein sinnvolles Konzept, welches alle Anforderungen bestmöglich berücksichtigt und ein gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis aufweist.

Verkehrswegebau

Visuelle Zustandserhebung von Fahrbahnen auf kommunaler Ebene 29

Betreuer: Dr. Nicolas Bueche Experte: Sascha Brand

Ausgangslage

Der Gesamtwert aller Strassen macht einen wesentlichen Anteil des Gesamtinventars einer Gemeinde aus. Deshalb ist der Werterhalt dieser Infrastruktur wichtig. Der Prozess des Erhaltungsmanagements beginnt mit einer visuellen Erhebung der Strassen. Die Erhebung des Zustands erfolgt mit einem Schadenkatalog der 22 Schadenmerkmale umfasst. Dieser wird seit über 30 Jahren auf allen Strassentypen verwendet, obwohl einige dieser Merkmale in Gemeinden unbedeutend sind.

Zielsetzung

Angelehnt an die Norm VSS 40 925b «Erhaltungs management der Fahrbahnen (EMF); Anleitung zur visuellen Zustandserhebung und Indexbewertung mit dem Schadenkatalog» wird in dieser Thesis für kommunale Bedürfnisse ein Schadenkatalog erarbeitet. Durch eine Fokussierung auf massgebende Merkmale und deren Entstehung wird angestrebt, dass die visu elle Erhebung effizienter wird, ohne jedoch an Genauigkeit zu verlieren.

Umsetzung / Ergebnisse

Durch Auswertungen von Befunden, Studium von Forschungsberichten und ausländischen Normen sowie durch Untersuchung der Ursachen und Auswirkungen der einzelnen Schadenmerkmale wird untersucht, welche Merkmale für kommunale Bedürfnisse unbedeutend sind. Als Basis des Vergleichs wird in der Gemeinde Schwarzenburg BE, ein Netz von 10 km zuerst «klassisch» mit dem Schadenkatalog der VSS 40 925b und anschliessend mit dem angepassten Katalog visuell erhoben. Nebst der Erarbeitung des Katalogs wurde die Methode der Zustandserfassung angepasst. Die Strecke wurde mit einem E-Bike und einem Mobiltelefon tabellarisch aufgenommen. Der angepasste Schadenkatalog umfasst neu nur noch 14 Schadenmerkmale, anstatt wie bis anhin 22. Die Resultate wurden mit den normierten Zustands indizes der Oberflächenschäden I0, Einzelindizes IAi und den nicht normierten Quotienten des Zustandswert zu Neuwert verglichen. Die Aufnahme mit dem neuen Katalog braucht im Vergleich zur klassischen Aufnahme nur 57 Prozent der Zeit. Trotz dieser Effizienzsteigerung ist die Aufnahme nicht weniger genau. Die Oberflächenschäden waren im Durchschnitt nur um den Faktor 0,34 ungenau. Diese Abweichung ist gemäss Erfahrung befriedigend.

Oben: Prozentuale Aufteilung der Befunde der Schadenmerkmale. Links unten: Netzrisse: Typisches Schadenmerkmal auf kommunalen Strassen. Rechts unten: Auswertung der zwei Aufnahmen.

Marcel Gowland

Verkehrswegebau

Faserverstärkter Asphalt 30

Betreuer: Dr. Nicolas Bueche Experte: Nathanael Beyli

Ausgangslage

Das Verkehrsaufkommen auf den Schweizer Strassen nimmt stetig zu. Diese zusätzliche Belastung wirkt sich negativ auf die Lebensdauer der Asphaltbeläge aus. Fasern, die dem Mischgut beigemischt werden, beugen Rissen und Spurrinnen vor und erhöhen somit die Langlebigkeit des Belags. Die Verbesserung der Eigenschaften durch die Beimischung von Armid- und Polyolefinfasern ist noch nicht genügend erforscht. Nicolas Grossenbacher

Zielsetzung

Die Unterschiede für das Mischgut mit und ohne Faser sind anhand von Laborprüfungen zu erforschen. Die erhaltenen sind Ergebnisse detailliert aufzuarbeiten und statistisch auszuwerten. Die mechanischen Prüfungen sind mit visuellen Untersuchungen zu ergänzen, welche Aufschluss über die Verteilung und Anordnung der Fasern im Mischgut geben. Aus den Erkenntnissen sind weitere Forschungsansätze zu definieren.

Umsetzung / Ergebnisse

Im ersten Schritt werden die bestehenden inter nationalen Forschungsergebnisse analysiert. Im Labor werden jeweils zwei Prüfkörper mit beziehungsweise ohne Fasern durchgeführt. Die Ergebnisse werden verglichen und statistisch aufbereitet. Es zeigt sich, dass viele Unterschiede nur klein oder nicht nur auf die Fasern zurückzuführen sind. Dabei stechen die Unterschiede des Kornverlusts heraus. Prüfkörper mit Fasern weisen einen geringeren Kornverlust als Prüfkörper ohne Fasern und gleichem Bindemittelgehalt auf. Ein kleinerer Kornverlust bedeutet einen höheren Abriebwiderstand und somit eine längere Lebensdauer des Belags. Bei der visuellen Untersuchung wurden die Fasern bei der Siebung der zurückgewonnen Gesteinskörnung ersichtlich. Unter dem Mikroskop sieht man die Fasern erst ab einer 12,5-fachen Vergrösserung. Mit den zur Verfügung stehenden Mittel konnte keine Aussage zur Verteilung der Fasern im Mischgut gemacht werden. Weitere Erkenntnisse zum Verhalten des faserverstärkten Asphaltbelags würde eine Langzeitbeobachtung eines Testabschnitts mit Verkehrsbelastung liefern.

Links oben: Faserzusatz mit zwei verschiedenen Fasertypen. Links unten: Indirekte Prüfung der Zugfestigkeit mit einem Marshall-Prüfkörper. Rechts: Bruchfläche in 12,5-facher Vergrösserung unter einem Mikroskop.

Verkehrswegebau

Sanierung und Aufwertung «Kniematte» Langnau i. E: Planungsstudie 31

Betreuerin: Marion Doerfel Experte: Guido Rindsfüser

Ausgangslage

Die «Kniematte» ist ein öffentlicher Parkplatz in der Gemeinde Langnau im Emmental inmitten der Ortschaft und direkt neben der neuen Dreifach-Sporthalle gelegen. Der Platz dient seit Jahrzehnten auch als Standort für den Zirkus Knie, wenn er in Langnau gastierte. Daher der Name «Kniematte». Die Gemeinde plant die Sanierung und den Umbau der «Kniematte». Sanierungsbedarf besteht beispielsweise hinsichtlich der Entwässerung. Dereinst soll der Parkplatz zudem bewirtschaftet werden.

Zielsetzung

Ziel der Thesis ist die Erarbeitung eines Sanierungskonzepts für die «Kniematte». Dazu sollen verschiedene Möglichkeiten zur Bodenmaterialisierung untersucht und ein zweckmässiges Entwässerungskonzept vorgeschlagen werden. Im Zuge der Sanierung sind Betrieb und Gestaltung des Parkplatzes zu optimieren, dies auf Basis einer eingehenden Analyse der heutigen Situation und der Erhebung der künftigen Anforderungen (u. a. einer multifunktionalen Nutzung). Das umliegende Strassennetz ist in den Bearbeitungsperimeter einzubeziehen.

Umsetzung / Ergebnisse

Die durchgeführte Analyse zeigt Handlungsbedarf hinsichtlich Ausnutzung der Parkierungsfläche, Zu- und Wegfahrt, Behindertentauglichkeit, Beleuchtung, Gestaltung, Entwässerung, Unterhalt und Winterdienst sowie der Lage der Bushaltestelle und Schulwegsicherheit. Das Nutzungskonzept zeigt auf, welche Möglichkeiten die multifunktionale Fläche bietet. Ein umfassendes Variantenstudium zu sowohl verkehrlichen wie gestalterischen Aspekten als auch zur Dimensionierung des Oberbaus inklusive Bodenmaterialisierung zeigt verschiedene Lösungsansätze mit ihren Vor- und Nachteilen. Hinsichtlich Bodenmaterialisierung erweist sich beispielsweise die Verwendung eines Schwerlast- Ökosteins als beste Variante, um allen Anforderungen gerecht zu werden. Zur Verbesserung der Verkehrssicherheit bei gleichzei tiger Aufwertung des Strassenraums wurden ver schiedene Massnahmen im Umfeld des Parkplatzes vorgeschlagen: Anpassung des Geschwindigkeits regimes (Erweiterung der Tempo-30-Zone), Umgestaltung des Knotens Oberfeldstrasse / Napfstrasse / Alleestrasse und Verlegung und behindertengerechte Gestaltung der Bushaltestelle.

Links oben: Bestvariante Parkplatz «Kniematte». Links unten: Ist-Situation Parkplatz «Kniematte». Rechts: So könnte der Parkplatz Kniematte in Langnau i.E. in Zukunft aussehen.

Andreas Langenegger

Verkehrswegebau

Sanierung Burgdorfstrasse, Langnau im Emmental 32

Betreuerin: Marion Doerfel Experte: Guido Rindsfüser

Ausgangslage

Umsetzung / Ergebnisse

Diese Kantonsstrasse weist einen hohen DTV auf. Sie wird im Sachplan Veloverkehr als Kantonale Radroute aufgeführt und wird an mehreren Stellen täglich von Schülern gequert. Auf dem gesamten Streckenabschnitt bestehen verschiedene sicherheitsrelevante Schwachstellen.

Auf den Knoten Zürchermatte / Burgdorfstrasse und Oberstrasse / Burgdorfstrasse werden Varianten ausgearbeitet. Um die Sicherheit des Veloverkehrs längs zu verbessern, werden verschiedene Quer schnitte studiert und verglichen. Am wirkungsvollsten lässt sich die Sicherheit der querenden Schulkinder mit einer Fussgängerbrücke am Knoten Zürchermatte / Burgdorfstrasse erhöhen.

Langnau liegt im Zentrum des oberen Emmentals und bietet familienfreundlichen Lebensraum. Fährt man von Burgdorf nach Langnau gelangt man von Westen über die Burgdorfstrasse in den Ortskern.

Dominik Schneider

Zielsetzung

Die Burgdorfstrasse soll für alle Verkehrsteilnehmenden, insbesondere für die Schulkinder und Velofahrenden, sicherer gestaltet werden. Im Zuge der Sanierung sind die Integration der Strasse in das Ortsbild und die Gewährleistung ihrer Leistungsfähigkeit zu berücksichtigen. Diese Ziele sind mit möglichst innovativen Lösungsansätzen zu erreichen, welche in einem Betriebs- und Gestaltungskonzept darzustellen sind.

Basierend auf einer umfassenden Analyse der IstSituation wird der Handlungsbedarf aufgezeigt.

Am Knoten Oberstrasse / Burgdorfstrasse kann durch den geplanten Rückbau der Liegenschaft 377 die Linienführung der Burgdorfstrasse angepasst und so der Fussgängerstreifen sicherer gestaltet werden. Das wiederum erlaubt die Führung des Schulwegs über die Oberstrasse. Als besondere Herausforderung erwies sich die Querschnittsgestaltung. Dabei musste die Sicherheit des Veloverkehrs mit dem Landbedarf in Einklang gebracht werden, um eine zweckmässige Kammerung und Verzahnung zu erzielen. Die Neugestaltung der beiden Knoten, die Anordnung eines Radstreifens und die Gestaltung des gesamten Strassenraumes erhöhen nicht nur die Sicherheit, sondern werten das Ortsbild entlang der Burgdorf strasse auf.

Links: Planung Querschnitte Hüselmatte und Berufsschule. Rechts oben: Knoten Burgdorfstrasse / Oberstrasse. Rechts unten: Bestehende Situation Knoten Burgdorfstrasse / Oberstrasse.

Wasserbau

Wasserkraftwerk an der Lützel 33

Betreuerin: Dr. Jolanda Jenzer Althaus Experte: Dr. Carl Robert Kriewitz

Ausgangslage

Neben einem Industriegebäude in Kleinlützel (S0) wurde bis in die 80ger Jahre durch Wasser aus der Lützel Energie gewonnen. Diverse Anlageteile prägen heute noch den Verlauf des Fliessgewässers. Unter anderem ist durch ein Streichwehr die Fisch gängigkeit nicht mehr gewährleistet. Um die Längsvernetzung für Fische wiederherzustellen, muss die Situation nun saniert werden.

Zielsetzung

Im Rahmen der Bachelorarbeit soll ein wirtschaftliches, ausführbares und fischgängiges Wasserkraftwerk erarbeitet werden. In einem ersten Schritt wird ein Variantenstudium erstellt, welches unter Einbezug der alten Anlageteile zu einem optimalen Standort der neuen Anlage führt. Der Entwurf einer neuen, fischgängigen Kraftwerksanlage bildet das Kernstück dieses Projekts. Die Kosten und die Ausführungsmöglichkeiten werden für verschiedene Anlagenarten geprüft und verglichen.

Umsetzung / Ergebnisse

Durch ein Variantenstudium konnte anhand von verschiedenen Aspekten wie dem verfügbaren Energiepotential oder umweltrelevanten Einflüssen ein geeigneter Standort festgelegt werden. Auf der Basis der berechneten Ausbauwassermenge wurden verschiedene Turbinentypen untersucht und dimensioniert. Als geeignetste Variante erwies sich die Wasserkraftschnecke. Konventionelle Wasserkraftschnecken ermöglichen einen schonenden Fischabstieg. Durch diese Wahl boten sich neben einem Fischpass, zwei neue eher unbekannte Systeme an, welche den Fischaufstieg auch für grössere und schwimmschwache Fische ermöglichen. Durch Richtofferten konnten die Aufstiegssysteme verglichen werden. Anhand der Dauerkurve und der gewählten Turbine, konnte die jährliche Stromproduktion ermittelt werden. Da auf kostenorientierte Einspeisevergütungen verzichtet werden muss, erwies sich die Kraftwerksanlage als nicht rentabel. Aus ökologischer Sicht würde sich das Projekt jedoch lohnen. Die Lützel wäre somit grösstenteils wieder fischgängig.

Oben: Querschnitt der Wasserkraftschnecke. Links unten: Ansicht auf die Wasserkraftschnecke mit dem dazugehörigen Fischaufstieg. Rechts unten: Überblick der Kraftwerksanlage.

Samuel Eggenschwiler

Wasserbau

Auflandungsbekämpfung mittels Trichterbuhnen 34

Betreuerin: Dr. Jolanda Jenzer Althaus Experte: Andreas Widmer

Ausgangslage

Isabel Egli

Auflandungen in Fliessgewässern führen aufgrund der höheren Gewässersohle zu einer reduzierten Durchflusskapazität und folglich immer wieder zu Überschwemmungen. Um dies zu verhindern, werden heute Feststoffablagerungen regelmässig ausgebaggert. Dadurch entstehen ökologische und wirtschaft liche Schäden. Eine Massnahme um in Zukunft solche Probleme nachhaltiger zu lösen, könnte der Einbau von Trichterbuhnen zur Mobilisierung der Sohle sein.

Zielsetzung

Am Stadtbach in Bümpliz soll mithilfe einer Versuchsreihe ein möglicher Einsatz von Trichterbuhnen hinsichtlich Remobilisierung abgesetzter Feststoffe geprüft werden. Die Versuche lassen Aussagen über Wirkungslänge und Intensität verschiedener Buhnenformen auf die Strömung zu. Die Strömung in Kombination mit der Langzeitbeobachtung der Sohle geben Rückschluss auf die geeignete Überströmungshöhe und optimale Buhnenform bezüglich Remobilisierung von Auflandungen.

Umsetzung / Ergebnisse

Der Einbau verschiedener Buhnenformen und die anschliessende Messung und Visualisierung der Fliessgeschwindigkeiten an der Oberfläche und der Sohle liefern Ergebnisse zur unterschiedlichen Wirkungsweise und Intensität der jeweiligen Formen auf die Strömung. Ein Buhnentyp wurde daraufhin auf einem Streckenabschnitt von 80 Metern drei Mal verbaut. Messungen der Sohlenhöhe und der Fliess geschwindigkeit nach zwei, beziehungsweise nach drei Wochen, ermöglichen Rückschlüsse auf die langfristige Wirkung der Buhne. Daraus geht hervor, dass die Trichterbuhnen einen positiven Effekt auf die Auflandungsbekämpfung ausweisen können. Zur Reduktion von Ablagerungen wäre ungefähr alle zehn Meter eine Buhne nötig. Die Fliessgeschwindigkeitsmessungen zeigen, dass die Wirkungsweise der Trichterbuhne von der Sohlenform abhängt und sich folglich mit der Zeit verändert. Die Wirkungslänge nimmt mit zunehmender Einsandung der Buhne zu, während die erzielten maximalen Fliessgeschwindigkeiten abnehmen. Als optimale Buhnenform zum Verhindern von Auflandungen im Stadtbach erweist sich eine hohe Buhne mit einem anfänglichen Überströmungsfaktor von 0,5 und einer geringen Schenkellänge.

Links oben: Veränderung Sohle unterhalb Buhne – vorher (rot), nach zwei Wochen (gelb), nach drei Wochen (braun). Links unten: Eingebaute Trichterbuhne im Bereich der Teststrecke im Stadtbach in Bern-Bümpliz. Rechts: Draufsicht – Fliessrichtung von links nach rechts, Distanzangabe in m, eingebaute Buhne bei 0 m.

Wasserbau

Temperatur-Monitoring am Gäbelbach 35

Betreuerin: Dr. Jolanda Jenzer Althaus Experte: Olivier Hartmann

Ausgangslage

Die Temperatur beeinflusst die physikalischen und biochemischen Prozesse im Wasser. Damit ist sie zentral für die Lebensbedingungen der aquatischen Organismen. In den vergangenen 25 Jahren ist die Durchschnittstemperatur in den Schweizer Fliessgewässern um etwa 1°C gestiegen. Besonders in den Hitzesommern 2003 und 2018 führte dies zu erhöhten Mortalitäten bei Bachforellen. Daher hat sich ihr Lebensraum bereits in 100 bis 200 m höhere Lagen verschoben.

Zielsetzung

Mittels Temperatur-Monitoring wurde das Temperatur regime des Gäbelbachs analysiert. Es wurden die Wassertemperaturen in besonnten Abschnitten mit revitalisierten, beschatteten Flussbereichen verglichen. Zudem wurde der Einfluss von Biberdämmen, Zuflüssen, Lufttemperatur und Niederschlag untersucht. Die Arbeit dient einerseits als Anleitung für zukünftige Temperatur-Monitoring Projekte. Anderseits liefern die Daten Erkenntnisse, die in zukünftige Revitalisierungsprojekte einfliessen können.

Umsetzung / Ergebnisse

Die Umsetzung des Temperatur-Monitorings erfolgte in drei Phasen. In der ersten Phase wurden geeignete Daten-Logger organisiert und mögliche Befestigungsmethoden ausprobiert. Danach erfolgte die Standort planung der Daten-Logger aufgrund der konkreten Fragestellungen. In der zweiten Phase wurden 14 DatenLogger mit der Software HOBOware® programmiert und mit einem Schlegel und Bewehrungsstahl im Bach befestigt. Ein Daten-Logger misst die Lufttemperatur. Während vier Wochen erfolgte alle zehn Minuten eine Temperaturmessung. In der dritten Phase wurden die Daten ausgewertet und analysiert. Als eine der deutlichsten Feststellungen zeigten sich bei den verschiedenen Abschnitten unterschiedliche Tagestemperaturdifferenzen. Weiter wurde festgestellt, dass der Wassertemperaturverlauf mit der Lufttemperatur korreliert. Auch die Niederschläge zeigten einen grossen Einfluss auf die Wassertemperaturen. Die ausgeführten Schritte wurden genau dokumentiert, damit sie als Anleitung für weitere Projekte dienen können. Alle Ergebnisse wurden anhand von zahlreichen Diagrammen dargestellt und erläutert.

Oben: Zusammenhang zwischen der Lufttemperatur und der Wassertemperatur am Standort A5. Links unten: Standorte aller Daten-Logger im Gäbelbach mit den Streckenabgaben. Rechts unten: Temperaturverlauf über den ganzen Bach vom Standort A1 in Fliessrichtung bis zum Standort D2.

Jan Graf

Wasserbau

Hochwasserschutz Niederhünigen 36

Betreuerin: Dr. Jolanda Jenzer Althaus Experte: Tobias Weiss

Ausgangslage

In Niederhünigen gab es von 1927 bis 1988 vier grosse Hochwasser. In den letzten 30 Jahren ist die Zahl der grossen Hochwasser signifikant angestiegen. Bei starken Regenereignissen ist die Abflusskapazität des Hünigenbachs zu gering und es kommt zu Überschwemmungen. Markus Hunkeler

Nach dem letzten Hochwasser vom 26. Mai 2018 hat sich die Gemeinde Niederhünigen entschieden, eine Machbarkeitsstudie für ein Hochwasserrück haltebecken zu beauftragen.

Zielsetzung

Die Abflusskapazität des Hünigenbachs ist heute nicht ausreichend. Anhand eines Variantenstudiums am Hünigenbach sollen Massnahmenkonzepte zum Schutz des Dorfes Niederhünigen miteinander verglichen werden. Anschliessend soll die Bestvariante definiert sowie die Dimensionierung eines Hochwasserrückhaltebeckens vorgenommen werden. Die anfallenden Kosten für den Hochwasserschutz des Hünigenbachs werden mit einer Genauigkeit von (+ / –) 30 Prozent bestimmt.

Umsetzung / Ergebnisse

Zu Beginn erfolgten Aufnahmen und Vermessungen vor Ort. Anhand der Aufnahmen wurden die Abflusskapa zitäten der jeweiligen Gerinneabschnitte des Hünigenbachs abgeschätzt, um die Engstellen zu identifizieren. Daraus folgte ein Variantenstudium, in welchem der Hochwasserschutz, Natur und Landschaft, sozio-ökonomische Aspekte sowie die Kosten bewertet und miteinander verglichen wurden. Als beste Variante hat sich eine kontrollierte Überflutung von Fruchtfolgeflächen in Kombination mit einem Hochwasserrückhaltebecken im Bereich Graben erwiesen. Das Hochwasserrückhaltebecken wird auf ein starkes Regenereignis von 2,5 h dimensioniert. Der Damm, welcher auf ein Bemessungshochwasser mit einem Meter Freibord dimensioniert wurde, hat eine Höhe von 9,55 m. Der Auslauf des Hochwasserrückhaltebeckens wird mit einem fest eingestellten Schieber auf max. 2,9 m3/s gedrosselt. Als Feststoffrückhalt wird ein Schrägrechen mit Oberkante auf der Dammkrone erstellt Die Unterhaltsarbeiten für den Geschiebesammler, den Damm und das Hochwasserrückhaltebecken werden durch eine neue Zufahrt ausgehend vom Schwendlenweg sichergestellt. Die Kosten für den Hochwasserschutz betragen CHF 1 630 000.– (+ / –30 Prozent).

Links oben: Bachabschnitt im trapezförmigen Gerinne flussabwärts des geplanten Hochwasserrückhaltebeckens. Rechts oben: Zu- und Abfluss Beziehung bei einem HQ1000 Rückhalt. Unten: Dammquerschnitt beim Betriebsauslass mit einem Geschieberechen mit Reichweite bis auf die Dammkrone.

Wasserbau

Potentieller Erfolg der geplanten Spreekanalrenaturierung 37

Betreuer: Dr. Michael Seidel Expertinnen: Dr. Jolanda Jenzer Althaus und Nicole Schiltknecht

Ausgangslage

Viele Fliessgewässer sind durch anthropogene Einflüsse in einem schlechten ökologischen Zustand und bedürfen einer ökologischen Aufwertung. Zahlreiche, umgesetzte, und durch die europäische Wasserrahmen richtlinie vorgeschriebene, Renaturierungsmassnahmen zeigten nur einen geringen Erfolg.

Zielsetzung

Vor diesem Hintergrund soll untersucht werden, was die geplante Renaturierungsmassnahme im Spreekanal, ein Seitenkanal der Spree in Berlin-Mitte, zur ökologischen Aufwertung der stark anthropogen überprägten Stadtspree beitragen kann. Dazu sollen alle ökologischen Belastungen der Stadtspree recherchiert und nach Priorität zu deren Reduktion in drei Ebenen gegliedert werden.

Umsetzung / Ergebnisse

Auf den prioritären Belastungsebenen weist die Stadtspree erhebliche wasserqualitative und grossräumige strukturelle Belastungen, wie Kanalisierung und Aufstauung, auf. Die geplante Spreekanalrenaturierung verbessert die, auf sekundärer Belastungsebene liegende, lokale Habitatstruktur. Ihr potentieller Erfolg ist aufgrund der überlagernden Belastungen höherer Ebenen gering. Michael Städeli

Während die Wasserqualität ein bemerkenswertes Verbesserungspotential aufweist, sind infolge urbaner Zwänge nur geringe grossräumige Strukturverbesserungen möglich. Als Trittsteinbiotop trägt die Spreekanalrenaturierung aufgrund des geringen Wiederbesiedlungspotentials, der langsamen Strömung im Spreekanal und der fehlenden Förderung von rheophilen Arten vermutlich nur einen unbedeutenden Beitrag zur ökologischen Aufwertung der Stadtspree bei. Es wird empfohlen, besser geeignete Standorte für ein Trittsteinbiotop in der Stadtspree zu untersuchen. Statt die Spreekanalrenaturierung komplett zu ver werfen, sollen Synergien mit anderen Öffentlichkeitsaufgaben, wie die Nutzung von öffentlichem Raum, die Schaffung von konsumzwangfreien Begegnungszonen und die Förderung von gewässerökologischem Bewusstsein, untersucht werden.

Links oben: Ökologische Belastungen der Stadtspree. Links unten: Spreekanal, Blickrichtung flussabwärts. Rechts: Geplante Renaturierungsmassnahme im Spreekanal.

Impressum Juli 2019 Herausgeberin: Berner Fachhochschule, Fachbereich Bauingenieurwesen Fotos: Berner Fachhochschule und Benjamin Maibach, Student BSc Bauingenieurwesen Grafik: Etage Est GmbH, Bern Druck: Ediprim AG, Biel/Bienne Auflage: 350 Exemplare Kontakt: infobau@bfh.ch

Berner Fachhochschule

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