KIT-Projekt: Brückenschäden automatisiert melden

Der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) zufolge erhöhen immer mehr marode Brücken und dadurch resultierende Straßensperrungen den Verkehrsdruck in Deutschland. Zudem verbrauchen laut DBU erforderliche Brückensprengungen, -abrisse und -neubauten enorme Ressourcen und verursachen zusätzliche Treibhausgase sowie hohe Kosten.

Wenn bereits beim ersten Auftreten kleinerer Schäden eine Meldung bei der zuständigen Straßenverwaltung eingehen würde, könnte allerdings zeitnah lokal geprüft und umweltschonend saniert werden, so die Stiftung.

Dies soll nun ein von der DBU gefördertes Projekt des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) anhand von Schwingungsmessungen untersuchen. Die Frage: Wie kann eine automatisierte Echtzeitüberwachung erfolgen?

Brückensanierung

Die DBU bezieht sich auf Zahlen des Bundesverkehrsministeriums. Demzufolge existieren im Bundesfernstraßennetz fast 40.000 Brücken, davon seien 86 Prozent aus Stahl- und Spannbeton. Doch viele Brücken aus den 1960er- und 1970er-Jahren seien ursprünglich auf deutlich geringere Verkehrsbelastungen ausgelegt.

Zudem habe der Schwerlastverkehr laut Bundesanstalt für Straßen- und Verkehrswesen enorm zugenommen und für eine vorzeitige Materialalterung gesorgt. Folglich müssten von den 40.000 Brücken gemäß dem Programm für Brückenmodernisierung allein 4.000 im Kernnetz stark belasteter Autobahnen dringend saniert werden.

So hätten beispielsweise wegen erheblicher Schäden die Rahmedetalbrücke bei Lüdenscheid und die Ringbahnbrücke in Berlin gesperrt werden müssen. Dort seien ressourcenintensive Ersatzbauten unausweichlich.

"Wir brauchen im Brückenbau Methoden, um eine jetzt schon drohende Welle an Generalüberholungen abzumildern", erklärt DBU-Generalsekretär Alexander Bonde.

Frühzeitige Reparatur

Der dafür benötigte Beton treibe den Ausstoß des klimaschädlichen Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) und den Ressourcenverbrauch in die Höhe – die globale Zementproduktion trage mit etwa sechs bis acht Prozent zu den weltweiten CO2-Emissionen bei.

"Wenn Schäden frühzeitiger repariert werden, entlastet das Verkehr, Umwelt und Gesundheit", so Bonde.

Brückenprüfungen

Dafür sei eine dauerhafte und automatisierte Schadenserkennung Voraussetzung. Die DIN 1076 schreibe regelmäßige Brückenprüfungen in Deutschland vor: Alle sechs Jahre müsse bei Brücken eine personal- und zeitintensive Hauptprüfung, drei Jahre später eine einfache Prüfung erfolgen.

"Erfahrene Ingenieure untersuchen die Bauwerke, von denen viele von innen begehbar sind, und vermerken Auffälligkeiten und Schäden", sagt Prof. Dr.-Ing. Alexander Stark vom Institut für Massivbau und Baustofftechnologie (IMB) beim KIT.

Nach Angaben des Projektleiters werden dabei die Betonbauteile abgeklopft, um beispielsweise Hohlräume zu erkennen. Allerdings seien nicht alle Schäden auf diese Weise feststellbar. Zum Beispiel überdeckt der Asphalt im Bereich von Mittelstützen Schäden am Brückenüberbau, eine visuelle Inspektion könne nicht ohne Weiteres erfolgen.

Im Falle eines Verdachts finden deshalb neben der visuellen Regelkontrolle Sonderprüfungen für Brücken statt: Zum Einsatz kommen etwa Drucksensoren, Drohnenkameras, Ultraschallmessungen oder Computersimulationen und -modelle.

"Diese Kontrollen bilden meist nur einen Teil der Brücke als Momentaufnahme ab oder erfordern lange Berechnungszeiten, sodass ein Überprüfen nach dieser Methode nur wirklich sinnvoll für wenige Bauwerke von herausragender Bedeutung ist", sagt Stark.

Schwingungen messen

Daher seien dringend praxisnahe automatisierte Echtzeitüberwachungsmethoden für Brücken nötig, die effektiv den Ort und die Größe eines Schadens melden können. Eine solche dauerhafte Überwachungsmethode soll nun Projekt des KIT mittels Schwingungsmessungen erforscht werden.

"Jedes Tragwerk hat ein charakteristisches Schwingungsverhalten, das durch Masse und Steifigkeit beeinflusst wird. Entstehen nennenswerte Risse im Beton, verändert sich die Steifigkeit und damit auch das Schwingungsverhalten", so Stark.