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Monitoringsystem Sensoren im Beton schützen Brücken und Infrastruktur

Von Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter 2 min Lesedauer

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ISH Ingenieursozietät GmbH
Keysight Technologies Deutschland GmbH
RECOM Power GmbH

Um die Lebenszeit von Brückenbauwerken kontinuierlich zu überwachen, haben Forscher das Monitoringsystem ConScope entwickelt. Die Technik reagiert äußerst sensibel auf kleinste Veränderungen im Beton.

Visualisierung der Daten: Durch ein Sensornetzwerk können Spannungsänderungen in der Brücke visualisiert werden. (Bild: BAM)
Visualisierung der Daten: Durch ein Sensornetzwerk können Spannungsänderungen in der Brücke visualisiert werden.
(Bild: BAM)

In Deutschland gibt es laut dem Bundesministerium für Verkehr etwa 39.500 bis 40.300 Straßenbrücken im Bundesfernstraßennetz, also auf Autobahnen und Bundesstraßen. Darüber hinaus schätzt man, dass die Deutsche Bahn etwa 25.000 Eisenbahnbrücken betreibt. Hinzu kommen unzählige kommunale Brücken, was den gesamten Brückenbestand in Deutschland noch weiter anhebt.

Von diesen Brücken gelten etwa 16.000 im Bundesfernstraßennetz laut unabhängigen Untersuchungen als „baufällig“ oder stark sanierungsbedürftig. Das Verkehrsministerium führt in seinem Sanierungsprogramm von 2022 jedoch nur 4.000 besonders dringend sanierungsbedürftige Teilbauwerke auf – eine Zahl, die von Kritikern als zu gering bewertet wird.

Erkenntnisse aus der Erdbebenforschung

Coda-Wellen-Interferometrie zur Überwachung von Brücken mit eingebauten Ultraschallwandlern. Die Messungen erfolgten an einer Brücke in Ulm.(Bild: Epple, N., Niederleithinger, E., & Fontoura Barroso, D. (2022))
Coda-Wellen-Interferometrie zur Überwachung von Brücken mit eingebauten Ultraschallwandlern. Die Messungen erfolgten an einer Brücke in Ulm.
(Bild: Epple, N., Niederleithinger, E., & Fontoura Barroso, D. (2022))

Um solche Herausforderungen besser zu bewältigen, ermöglicht passende Messtechnik eine präzise Überwachung der Brücken. Insbesondere in Erdbebenregionen lassen sich wertvolle Erkenntnisse sammeln. Eine Ausgründung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) hat mit „ConScope“ ein Monitoringsystem entwickelt, das auf Erkenntnissen aus der Erdbebenforschung basiert und darauf abzielt, Brücken zukunftssicher zu machen.

Was ConScope besonders auszeichnet, ist die Anwendung der Coda von Ultraschallwellen. Diese Wellen sind das Ergebnis mehrfach gestreuter oder reflektierter Ultraschallimpulse, die durch das umgebende Material beeinflusst werden. Die Coda ist extrem empfindlich gegenüber kleinsten strukturellen Veränderungen und ermöglicht so die frühzeitige Erkennung von Rissen und anderen Schäden. Eine kontinuierliche Überwachung erhöht die Sicherheit und Lebensdauer der Brücken signifikant.

Vorausschaude Wartung mit Echtzeit-Daten

ConScope bietet eine verlässliche und kosteneffiziente Möglichkeit für eine vorausschauende Wartung. Echtzeit-Datenanalysen entdecken rechtzeitig kritische Strukturschwächen, wodurch kostspielige Notfallreparaturen vermieden werden können. Dies unterstützt Ingenieurbüros bei detaillierten Zustandsbewertungen und optimierten Sanierungsplanungen.

Das Ziel des ConScope-Projekts ist die Entwicklung eines marktreifen Monitoringsystems für Betonbauwerke. Es umfasst Ultraschallsensoren, die in den Beton eingebettet werden, um Ultraschallsignale zu senden und zu empfangen. Die Codawellenanalyse ermöglicht es, selbst kleinste Veränderungen im Beton frühzeitig zu erkennen und dadurch ein effektives prädiktives Erhaltungsmanagement zu realisieren. (heh)

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