Betonstrukturen besser überwachen 23.11.2024, 15:00 Uhr

Ultraschall für Brücken erhöht Sicherheit bei Stahlbeton

Die Zustandsüberwachung von Betonstrukturen ist oft aufwendig. Neue Sensoren und computergestützte Rechenmodelle sollen nun bei der Lokalisierung von Schadenstellen helfen.

PantherMedia B51839217

Die Überwachung hoch belasteter Bauwerke wird immer wichtiger. Integrierte Sensoren, die direkt beim Bau oder nachträglich über Bohrungen integriert werden, sollen die Prüfung künftig vereinfachen und genauere Analysen der Schäden liefern.

Foto: PantherMedia / wastesoul

Wie wichtig es ist, den Zustand unter starker Belastung stehender Bauwerke zu überwachen, zeigte zuletzt der plötzliche Einsturz der Dresdner Carolabrücke. Bislang sind Materialprüfungen in diesem Bereich aber sehr aufwendig – also entsprechend zeit-, arbeits- und kostenintensiv. Die Brücken werden dazu beispielsweise händisch mit Hämmern auf Hohlstellen abgeklopft. Nicht selten müssen sie dafür gesperrt werden. Und: Trotz regelmäßiger Prüfungen kann schweres Materialversagen, wie beim Einsturz der Carolabrücke, nicht ausgeschlossen werden.

Ein neues hochempfindliches Verfahren zur Zustandsüberwachung von Betonstrukturen könnte das aber ändern. Entwickelt haben es Forschende der Technischen Universität München (TUM), der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), der Ruhr-Universität Bochum (RUB) und der Hochschule Bochum (BO).

Die Forschungsgruppe nutzt dazu ein Verfahren, an dem schon lange geforscht wird: die Ultraschallprüfung. Nach den Erkenntnissen der Forschenden könnten mithilfe der sogenannten ultraschallbasierten, hochsensiblen Coda-Wellen-Interferometrie (CWI) künftig Bauwerke nicht nur punktuell geprüft, sondern kontinuierlich und umfassend überwacht werden. Dadurch ließen sich kritische Veränderungen an Bauten frühzeitig erkennen und Maßnahmen rechtzeitig ergreifen, um Sperrungen oder Evakuierungen zu verhindern.

Die Ultraschallsensoren werden bereits seit 2021 an einer Brücke getestet

Im Projekt namens CoDA (Concrete Damage Assessment by Coda Waves) testet die Gruppe die Anwendung der CWI für die Überwachung von Stahlbetonbauwerken nun in einem Langzeittest an zwei Bauwerken. Bereits seit 2021 messen die Forschenden dazu den Zustand der 96 m langen Gänstorbrücke zwischen Ulm und Neu-Ulm mit Ultraschallsensoren. Zudem begannen 2022 Messungen an der Münchner U-Bahnstation Scheidplatz. Dort messen die Sensoren die Belastung der Decke des Bauwerks durch den oberirdischen Straßenbahnverkehr. Im Rahmen der International Conference on Bridges in Danube Basin (ICBDB) an der TUM am 21. November 2024 wurden Ergebnisse dazu vorgestellt und publiziert.

Stellenangebote im Bereich Bauwesen

Bauwesen Jobs
Indorama Ventures Polymers Germany GmbH-Firmenlogo
Sicherheitsingenieur (m/w/d) für Anlagen- und Prozesssicherheit Indorama Ventures Polymers Germany GmbH
Gersthofen Zum Job 
Schluchseewerk AG-Firmenlogo
Projektleiter Bautechnik (m/w/d) Schluchseewerk AG
Laufenburg Zum Job 
Rabensteiner GmbH-Firmenlogo
PROJEKTLEITER:IN BAU (m/w/d) Rabensteiner GmbH
Esslingen am Neckar Zum Job 
AbbVie Deutschland GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Ingenieur als Projektleiter für Investitionsprojekte (all genders) AbbVie Deutschland GmbH & Co. KG
Ludwigshafen am Rhein Zum Job 
Stadt Freiburg-Firmenlogo
Bauoberleitung (a) Projektleitung Brückenbau Stadt Freiburg
Freiburg Zum Job 
Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung-Firmenlogo
Genehmigungsmanager (m/w/d) Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung
Stuttgart-Vaihingen Zum Job 
Stadtwerke Südholstein GmbH-Firmenlogo
Ingenieur der Elektro- oder Energietechnik als Leiter Planung und Netzbetrieb Strom (m/w/d) Stadtwerke Südholstein GmbH
Pinneberg Zum Job 
Notarkasse Anstalt des öffentlichen Rechts-Firmenlogo
Werkstudent (m/w/d) der Fachrichtung Architektur / Bauingenieurwesen Notarkasse Anstalt des öffentlichen Rechts
München Zum Job 
Stuttgart Netze GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Planung Straßenbeleuchtung (w/m/d) Stuttgart Netze GmbH
Stuttgart Zum Job 
Stuttgart Netze GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Baukoordination und Qualitätssicherung (w/m/d) Stuttgart Netze GmbH
Stuttgart Zum Job 
Stuttgart Netze GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Projektierung Netze Strom / Gas (w/m/d) Stuttgart Netze GmbH
Stuttgart Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Teamleitung (w/m/d) BIM-Management Die Autobahn GmbH des Bundes
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Fachingenieur (w/m/d) konstruktiver Ingenieurbau im Schwerpunkt Brücken Die Autobahn GmbH des Bundes
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur (w/m/d) Ausschreibung und Vergabe Die Autobahn GmbH des Bundes
Stuttgart Zum Job 
VGH Versicherungen-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) der Versorgungstechnik VGH Versicherungen
Hannover Zum Job 
HVB Ingenieurgesellschaft mbH-Firmenlogo
Bauingenieur / Planungsingenieur BIM (m/w/d) Bereich Infrastruktur, Straßen- und Verkehrsbau HVB Ingenieurgesellschaft mbH
Wandlitz Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Projektingenieur / Architekt (w/m/d) Hochbau Die Autobahn GmbH des Bundes
Nürnberg Zum Job 
Geiger Gruppe-Firmenlogo
Bauleiter (m/w/d) Kanalsanierung Geiger Gruppe
Limburg an der Lahn Zum Job 
Stadtwerke Aalen GmbH-Firmenlogo
Planer*in / Bauleiter*in Stadtwerke Aalen GmbH
Albtal-Verkehrs-Gesellschaft mbH-Firmenlogo
Projektleiter*in Elektrotechnik (m/w/d), Elektroingenieur*in oder Techniker*in (m/w/d) Albtal-Verkehrs-Gesellschaft mbH
Karlsruhe Zum Job 

Mathematisch-Physische Modelle bewerten die Sensorsignale

Der Technische Aufbau wird darin wie folgt beschrieben: Röhrenförmige Sensoren mit einer Länge von 75 mm und einem maximalen Durchmesser von 20 mm werden in Bohrlöchern oder unmittelbar bei Herstellung dauerhaft im Bauwerk angebracht. Sie liefern kontinuierlich Daten über die momentane Belastung und über alterungsbedingte Veränderungen des Materials.

Allerdings sagen die Signale der Ultraschallsensoren zunächst nichts über den Grad der Schädigung und die genaue Position etwaiger Schäden aus. Dazu müssen sie zunächst übersetzt und interpretiert werden. Hier kommen komplexe mathematisch-physikalische Modellierungen und Simulationen ins Spiel, die die Forschungsgruppe entwickelt hat. In Kombination mit maschinellem Lernen werden damit die Ultraschalldaten so interpretiert, dass sie die Änderungen der physikalischen Materialeigenschaften, wie Steifigkeit, auf verschiedenen Skalen übersetzen können. Damit kann nicht nur der Grad, sondern auch der Ort der Schädigung abgeleitet werden. Weil die Daten der Sensoren an einen Server übertragen werden, ist eine Bauwerksüberwachung aus der Ferne möglich. Das heißt, dass damit zukünftig viele Bauwerke von einer Zentrale aus beobachtet werden können.

„Die Ergebnisse unserer jahrelangen Versuche unter Realbedingungen sind eindeutig: Uns ist es gelungen das CWI-Messverfahren derart zu verfeinern, dass wir zukünftig mit unseren Sensoren und den komplexen Auswertungsmodellen selbst große Bauten mit minimalen Eingriffen in die Struktur überwachen könnten, sagt der Sprecher des CoDA-Projekts, Christoph Gehlen, Professor für Werkstoffe und Werkstoffprüfung im Bauwesen an der TUM. Ausschlaggebend hierfür sei der vom Team gewählte systematische, ganzheitliche Ansatz, der eine Vielzahl unterschiedlicher Faktoren, etwa externe Einflüsse wie Temperatur und Feuchtigkeit, für die Auswertung der Signale berücksichtige.

Lesen Sie auch: Die Krankenakte eine Brücke

Ein Beitrag von:

  • Martin Ciupek

    Redakteur VDI nachrichten
    Fachthemen: Maschinen- und Anlagenbau, Produktion, Automation, Antriebstechnik, Landtechnik

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.