Die Infrastruktur in Deutschland ist in keinem guten Zustand, der Sanierungsstau ist riesig. Um Totalsperrungen zu vermeiden und Prioritäten richtig setzen zu können, hat das Fraunhofer-Institut das Mess- und Monitoringsystem „Comobase“ entwickelt. Damit lassen sich Bauwerke günstig und dauerhaft überwachen.
Schallbasiertes System erkennt Risse und Brüche
Die Technologie basiert auf einem physikalischen Prinzip: Schäden wie Risse oder brechende Spannstähle setzen bei der Entstehung akustische Signale frei. Diese Schallemissionen werden von Sensoren erfasst, lokalisiert und ausgewertet. »Man kann sich das wie das Reißen einer gespannten Gitarrensaite vorstellen – jedes Schadensereignis erzeugt ein charakteristisches Geräusch, das wir mit unserer Technik detektieren und räumlich zuordnen können«, erläutert Dr. Kilian Tschöke, Wissenschaftler am Fraunhofer IKTS
Im Gegensatz zu klassischen Prüfverfahren, die nur punktuell eingesetzt werden, ermöglicht das System des Fraunhofer Institutes eine permanente Überwachung – vergleichbar mit einem Langzeit-Stethoskop für Bauwerke. Die Überwachung konzentriert sich besonders auf niedrige Frequenzbereiche, die massive Strukturen besser durchdringen können. Dafür werden akustische Sensoren an strategischen Punkten des Bauwerks befestigt.
Spannbeton „warnt“ vor Einsturz
Bei den häufig gebauten Spannbetonbrücken spielt das Reißverhalten des Spannstahls eine eine wichtige Rolle bei der Erkennung eines möglichen Versagens eines Spanngliedes. Vereinfacht kann man sich einen im Brückenkasten verbauten Spannstahl wie ein Drahtseil vorstellen. Viele einzelne Litzen formen das gesamte Element.
Kommt es nun durch Korrosion – das Hauptproblem bei den zumeist 50 bis 60 Jahre alten Brücken in der Bundesrepublik – zum Reißen der äußersten Litzen, wird deren Schallergebnis erkannt und aufgezeichnet. Da die Last auf den verbleibenden Litzen jedoch steigt, nimmt die Ereignishäufigkeit zu, bevor das Spannelement komplett versagt.
So können Tragwerksingenieure den Zustand besser im Blick behalten als mit anderen Messmethoden. Gleichzeitig ermöglicht das kostengünstige System den dauerhaften und massenhaften Einsatz an sanierungsbedürftigen Bauwerken. Für die Messtechnik, die die Signale aufnimmt, haben die Forschenden eine anwendungsspezifisch zugeschnittene Elektronik entwickelt. Das System basiert auf modularen Mess- und Interfacekarten zum Anschluss an die Sensorik. Ein Grundsystem verarbeitet 32 Kanäle parallel.
Die neue Lösung richtet sich vor allem an Ingenieurbüros, die im Auftrag von Kommunen und Infrastrukturbetreibern Gutachten erstellen. „Wir bieten Ingenieurbüros ein vollständiges, individualisiertes Paket, um infrastrukturelle Schäden zu erkennen, auszuwerten und das bauliche Risiko entsprechend zu bewerten”, so Tschöke.
Erfolgreiche Validierung im Praxiseinsatz
Das System wird bereits parallel zu bereits parallel zu etablierten Systemen an einer realen Brückenstruktur eingesetzt. Die Brücke „Budapester Straße Dresden„, eine von drei Schwesterbrücken der im September 2024 teilweise eingestürzten Carola-Brücke, wurde bereits mit dem System ausgestattet und wird nun laufend überwacht.
Alle drei Brücken wurden seinerzeit von derselben Baufirma mit Stahl derselben Herkunft errichtet. Von den drei Schwesterbrücken ist die Brücke Budapester Straße die älteste. Um Spanndrahtbrüche innerhalb der Brücke sofort zu erfassen und neugebildete Risse im Beton bereits vor deren Sichtbarkeit an der Oberfläche erkennen zu können, wurde die Brücke mit über 100 Sensoren ausgestattet, darunter Sensoren des Comobase-Systems des Fraunhofer-Instituts.
Die Ergebnisse sprechen laut den Forschern für sich: »Unsere Validierungen bestätigen, dass wir mit deutlich reduzierter Systemkomplexität die gleiche Aussagekraft erreichen können«, sagt Dr. Lars Schubert, Abteilungsleiter für Zustandsmonitoring und Prüfdienstleistung am Fraunhofer IKTS.
