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ZEBRA sorgt für sichere Brücken

Im Rahmen des Forschungsprojekts ZEBRA sollen Radarsensoren und Algorithmen kleinste Schäden an Bauwerken frühzeitig aufspüren und so für weniger (Bau-) Staus sorgen.

Angesichts des Einsturzes der Autobahnbrücke in Genua im August vergangenen Jahres, werden auch in Deutschland Zustand und verbleibende Lebensdauer von Brücken immer wieder öffentlich diskutiert. hForscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) entwickeln jetzt ein neuartiges Konzept zur Zustandsbestimmung von Brücken, um kleinste Veränderungen im Brückenbauwerk frühzeitig aufzuspüren.

Der stark zunehmende Auto- und Lastwagenverkehr belastet die oft in die Jahre gekommenen Bauwerke in einem Ausmaß, das nicht abzusehen war, als sie errichtet wurden. Da Schäden an der Bausubstanz im frühen Stadium auch mit sehr großem Aufwand kaum zu erkennen sind, bleibt der tatsächliche innere Zustand einer Brücke oftmals lange unbestimmt. Sanierungsmaßnahmen werden häufig erst verspätet und unter Zeitdruck ergriffen. Um dem Problem abzuhelfen, arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des KIT an einer Methode, den wahren Zustand von Brücken rechtzeitig zu ermitteln, ohne in die Bausubstanz eingreifen zu müssen.

Mit ZEBRA Staus vermeiden

Die Aufgabe ist gewaltig: Im Bundesfernstraßennetz nehmen knapp 40.000 Brücken eine Gesamtlänge von etwa 2100 Kilometern ein. Sie überqueren Straßen, Bahntrassen, Gewässer oder Täler und sind ein unersetzbarer Teil der kritischen Verkehrsinfrastruktur. Werden sie beschädigt, so sind Staus, Umwege und damit Belastungen für Umwelt und Wirtschaft die unmittelbare Folge. Eine einfache Methode, ihre Verfassung zu ermitteln, könnte somit sehr viel Geld sparen. Dr. Sina Keller vom Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung des KIT will das Problem im Projekt ZEBBRA mit Radarsensorik in Kombination mit intelligenten Algorithmen angehen.

„Wenn Fahrzeuge auf eine Brücke fahren, versetzen sie diese in Schwingung. Diese Bewegungen zeichnen wir mit hochpräzisen Radargeräten auf“, erklärt die Mathematikerin. Speziell entwickelte Computer-Algorithmen analysieren die Radarsignale, die das Schwingungsverhalten der Brücke wiedergeben. Diese werden unter anderem in Kooperation mit Forscherinnen und Forschern des Instituts für Automation und angewandte Informatik des KIT erarbeitet.

Punktgenaue Schadensüberwachung

„Gibt es dabei Abweichungen von der Norm der Schwingungen der jeweiligen Brücke, ist das ein Hinweis auf Schäden an der Bausubstanz“, so Keller. Mit der Methode lassen sich Veränderungen sehr genau lokalisieren, sodass sich auch Schäden in einzelnen Brückensegmenten wie Pfeilern oder Fahrbahnabschnitten aufspüren lassen.

Neben der neuen Methode wollen die Forscherinnen und Forscher auch leicht zu transportierendes Instrumentarium einsetzen. So können alle Messungen mobil vor Ort im laufenden Betrieb und ohne Verkehrsbehinderungen ablaufen. Es müssen auch keine Sensoren fest installiert werden. Das Prüfverfahren, so die Forscher, werde sich durch geringe Kosten und eine leichte Bedienbarkeit auszeichnen sowie Verkehrs- und Baubehörden die Möglichkeit geben, Sanierungsmaßnahmen längerfristiger und gezielter zu planen.

Das Projekt ZEBBRA läuft bis 2021 und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit insgesamt 1,5 Millionen Euro gefördert. Weitere Partner des Projekts sind die ci-Tec GmbH, Karlsruhe, und das Büro für Strukturmechanik, Coburg.

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