Intelligentes Brückenmonitoring erkennt Schäden frühzeitig und unterstützt die Erhaltung der Infrastruktur

Brücken zählen zu den wichtigsten Bestandteilen der Verkehrsinfrastruktur. Sie gewährleisten die Mobilität von Menschen und den Transport von Gütern. Gleichzeitig stehen viele Bauwerke in Deutschland vor erheblichen Herausforderungen. Alterungsprozesse, steigende Verkehrsbelastungen und Umwelteinflüsse führen dazu, dass immer mehr Brücken saniert oder instand gesetzt werden müssen. 

Moderne Monitoringverfahren können dabei helfen, den Zustand von Bauwerken kontinuierlich zu überwachen und Schäden bereits in einem frühen Stadium zu erkennen.

Zustand der Brücken erfordert neue Überwachungsmethoden

Regelmäßige Bauwerksprüfungen sind ein unverzichtbarer Bestandteil der Verkehrssicherheit. Sie liefern jedoch immer nur eine Momentaufnahme des Bauwerkszustands. Schäden können sich zwischen den Prüfterminen entwickeln und unter Umständen erst spät entdeckt werden. Gleichzeitig steigen Aufwand und Kosten für Inspektionen, insbesondere bei großen Ingenieurbauwerken.

Vor diesem Hintergrund gewinnt das kontinuierliche Bauwerksmonitoring zunehmend an Bedeutung. Sensorbasierte Systeme ermöglichen eine permanente Überwachung und liefern Ingenieurbüros sowie Infrastrukturbetreibern zusätzliche Informationen für die Bewertung des Bauwerkszustands. Auf dieser Grundlage können Instandhaltungsmaßnahmen gezielter geplant und Ressourcen effizienter eingesetzt werden.

Schallemissionssensorik macht Schäden hörbar

Ein Forschungsansatz des Fraunhofer Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS setzt auf die sogenannte Schallemissionssensorik. Dabei werden akustische Signale erfasst, die beim Entstehen oder Fortschreiten von Schäden innerhalb eines Bauteils auftreten.

Entstehen beispielsweise Risse oder kommt es zu Materialversagen an Spannstählen, entstehen charakteristische Schallwellen. Diese werden von Sensoren aufgenommen und ausgewertet. Durch die Analyse mehrerer Messpunkte lässt sich der Ort des Schadens bestimmen und seine Entwicklung über einen längeren Zeitraum verfolgen.

Im Gegensatz zu einer rein visuellen Inspektion entsteht dadurch ein kontinuierliches Bild des Bauwerkszustands. Veränderungen können frühzeitig erkannt werden, bevor sie zu größeren Schäden oder Einschränkungen der Tragfähigkeit führen.

Maßgeschneiderte Monitoringtechnik reduziert Aufwand und Kosten

Das vom Fraunhofer IKTS entwickelte Monitoring System konzentriert sich auf die für Brücken relevanten Frequenzbereiche und verzichtet bewusst auf den Funktionsumfang universeller Messsysteme. Dadurch kann die Messtechnik gezielt an die Anforderungen des jeweiligen Bauwerks angepasst werden.

Die Sensoren werden an besonders beanspruchten oder konstruktiv kritischen Bereichen installiert. Eine modulare Elektronik verarbeitet die Messdaten parallel und kann bei Bedarf erweitert werden. Dieser Aufbau ermöglicht eine wirtschaftliche Lösung für unterschiedliche Brückentypen und Anwendungsfälle.

Für Planungsbüros und Prüfingenieurinnen und Prüfingenieure bietet ein solches System die Möglichkeit, belastbare Messdaten über längere Zeiträume zu erhalten und Veränderungen objektiv zu dokumentieren.

Unterstützung für Ingenieurbüros und Infrastrukturbetreiber

Kontinuierlich erfasste Bauwerksdaten können die Arbeit von Ingenieurbüros erheblich unterstützen. Sie liefern zusätzliche Informationen für Bauwerksbewertungen, Gutachten und Instandhaltungskonzepte. Gleichzeitig lassen sich Risiken besser einschätzen und notwendige Maßnahmen priorisieren.

Insbesondere bei alternden Brückenbauwerken kann ein Monitoring dazu beitragen, den optimalen Zeitpunkt für Sanierungsmaßnahmen zu bestimmen. Dies ermöglicht einen wirtschaftlicheren Einsatz verfügbarer Haushaltsmittel und kann dazu beitragen, ungeplante Sperrungen oder kurzfristige Einschränkungen des Verkehrs zu vermeiden.

Das Monitoring ersetzt dabei nicht die gesetzlich vorgeschriebenen Bauwerksprüfungen, sondern ergänzt diese durch kontinuierliche Messdaten und schafft eine fundierte Entscheidungsgrundlage für den Betrieb und die Erhaltung von Ingenieurbauwerken.

Praxistests bestätigen die Leistungsfähigkeit

Das System wird derzeit an realen Brücken gemeinsam mit etablierten Monitoringverfahren erprobt. Ziel ist es, die Aussagekraft der Messdaten unter realen Bedingungen zu überprüfen und die Praxistauglichkeit nachzuweisen.

Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass auch mit einer gezielt auf den Anwendungsfall abgestimmten Sensorik eine zuverlässige Schadensdetektion möglich ist. Damit eröffnet sich eine wirtschaftliche Alternative zu komplexen Standardlösungen, ohne auf eine belastbare Zustandsbewertung verzichten zu müssen.

Digitalisierung verändert die Bauwerksüberwachung

Digitale Monitoringverfahren entwickeln sich zunehmend zu einem wichtigen Bestandteil des Infrastrukturmanagements. Neben der Schallemissionssensorik kommen weitere Technologien wie Glasfasersensoren oder faseroptische Messsysteme zum Einsatz. Sie liefern kontinuierlich Daten über Verformungen, Belastungen oder Materialveränderungen und erweitern die Möglichkeiten der Zustandsüberwachung.