Aeneas Paul und Noah Sträter (rechts) befassen sich damit, wie man rechtzeitig bemerken kann, ob eine Brücke im Inneren beschädigt ist.
Bauingenieurwesen
Gläserne Brücken
Viele Brücken in Deutschland sind in einem kritischen Alter. Würde man Schäden rechtzeitig erkennen, könnte man die Nutzungsdauer sicher optimieren und Neubauten rechtzeitig planen, bevor die Brücke gesperrt werden muss.
Äußerlich unversehrt, stürzte die Carolabrücke in Dresden 2024 plötzlich ein. Wie konnte das passieren? „Wenn man genauer hinschaut, bricht keine Brücke ohne Vorwarnung ein“, sagt Dr. Mark Alexander Ahrens vom Lehrstuhl Massivbau der Ruhr-Universität Bochum. „Es gibt vorher immer Symptome.“ Man muss sie nur rechtzeitig bemerken. Dafür haben die Forschenden Methoden entwickelt: Ultraschallmessungen helfen, kleinste Veränderungen zu detektieren. Glasfasersensoren erfassen Dehnungen an der Oberfläche, die man mit bloßem Auge nicht wahrnehmen kann. Darüber berichtet Rubin, das Wissenschaftsmagazin der Ruhr-Universität, in seiner aktuellen Ausgabe mit dem Schwerpunkt „Brücken“.
Beton als Schwamm
Der Großteil der Fernstraßenbrücken in Deutschland sind Spannbetonbrücken, die über in Rohre eingelassene Stahllitzen unter Vorspannung stehen. Vom Moment ihrer Fertigstellung an hat man keinen Einblick mehr in das, was sich darin tut. Idealerweise sollte sich auch nichts tun: Geschützt vor Luft und Wasser sollten die Litzen unbeeinträchtigt bleiben. „Allerdings betrachten wir Beton nicht als einen Stein, sondern mehr als einen Schwamm“, erläutert Mark Alexander Ahrens. „Er atmet sein Leben lang, reagiert auf die Witterung und durchläuft normale Alterungsprozesse.“ Darüber hinaus können durch ungünstige Umstände beim Bau Luft und Wasser an den Litzen zurückbleiben. Sie führen zur Spannungsrisskorrosion, die letztlich die Carolabrücke zum Einsturz brachte.
Was kann man angesichts der bekannten Risiken tun, um rechtzeitig zu bemerken, wenn eine Brücke schwächelt? Die Forschenden im Massivbau haben dazu zwei Methoden entwickelt. Noah Sträter setzt auf Ultraschall. „Wir versehen die Brücke mit einem Netz aus Ultraschallsendern und -empfängern, etwa alle fünf Meter einen“, erklärt er. Die Ultraschallwellen durchlaufen die Brücke und ergeben ein charakteristisches Muster. Wiederholt man die Messung später und vergleicht die Muster, kann man daran ablesen, ob und an welcher Stelle sich im Inneren des Bauwerks etwas verändert hat. Denn Änderungen im Beton beeinflussen die Ausbreitung der Ultraschallwellen.
Glasfaser detektiert Dehnung
Eine andere Methode hat Aeneas Paul entwickelt: Sein Ansatz basiert auf faseroptischen Sensoren aus Glasfaser, die über Längen von bis zu 50 Metern aufgeklebt werden und über die gesamte Länge der Brücke verteilt werden können – auch wenn sie kilometerlang ist. Die Glasfaser ist hochsensitiv für Dehnungen.
Ausführlicher Artikel im Wissenschaftsmagazin Rubin
