Brückenmonitoring mit automatisiertem Schlauchwaagen-Messsystem

Im Auftrag der Niedersächsischen Landesbehörde für Straßenbau und Verkehr (NLStBV), Geschäftsbereich Lüneburg, wurde Anfang des Jahres durch die ALLSAT ein kontinuierlich arbeitendes, automatisiertes Monitoringsystem mittels Präzisions-Schlauchwaage geplant und installiert, das nun voraussichtlich bis Ende 2024 betrieben wird.

Das zu überwachende Bauwerk

Beim Überwachungsobjekt handelt es sich um ein Brückenbauwerk aus Spannbetonfertigteilen mit Wehranlage. Die Brücke wurde 1971 im Zuge der Errichtung der Wehranlage gebaut. Das Bauwerk überführt eine Bundesstraße über einen Fluss in Niedersachsen. Zur Herstellung der Brücke wurde Spannstahl verwendet, welcher nach heutigem Kenntnisstand korrosionsgefährdet ist. Eine langfristige Standsicherheit des Bauwerks ist somit nicht mehr gewährleistet. Daher ist geplant, das aktuelle Bauwerk abzubrechen und zukünftig durch ein neues zu ersetzen. Bis dahin wird das alte Bauwerk durch das Monitoringsystem überwacht und kontrolliert.

Messung mittels Präzisions-Schlauchwaage

Für die Überwachung wurde am Bauwerk ein aus vier Mess-Sensoren bestehendes elektronisches Präzisions-Schlauchwaagen-Messsystem mit automatischer Datenerfassung und Online-Bereitstellung über ein Web-Interface installiert. (s. Abb. 2).

Die Positionen der einzelnen Sensoren am Bauwerk sind in der Abbildung 3 dargestellt. Zum Einsatz kommen hydrostatische Sensoren der Firma Position-Control, welche an den Stellen (S1 – S4) installiert sind. Der Sensor S1 ist am Widerlager der Brücke angebracht und dient als Referenz. Die Sensoren S2 – S4 sind jeweils mittig an der Unterseite eines Fertigteileträgers montiert, sodass dort die vertikale Durchbiegung in Feldmitte gemessen werden kann. Des Weiteren wird an den Messstellen T1 und T2 die Temperatur des Bauwerkes gemessen. Hierzu sind Messfühler mit einer Tiefe von etwa 6 cm in den Beton eingebohrt worden. Hieraus ergibt sich als Option, dass die geotechnischen Messwerte mit den meteorologischen Daten korreliert bzw. korrigiert werden können. Die notwendige Technik für den Betrieb der Schlauchwaage und den Datenaustausch sind zum Schutz vor äußeren Einflüssen in einem Kasten am Widerlager untergebracht.

Erste Ergebnisse

Die kontinuierliche Erfassung der vertikalen Verschiebungen an den Sensoren läuft seit März 2023. Gemessen wird mit einem Intervall von 15 Sekunden, wobei ältere Daten über eine Stunde gemittelt im Datenlogger vorgehalten werden. Abbildung 4 zeigt die vertikalen Verschiebungen der Schlauchwaagen-Sensoren 2, 3 und 4 für den Monat Mai. Abbildung 5 zeigt die Bauwerkstemperatur für den gleichen Zeitraum, gemessen mit den eingebohrten Sensoren.

Werden die vertikalen Verschiebungen und die Temperaturen übereinandergelegt, wird ersichtlich, dass eine starke Korrelation zwischen der Temperatur und der vertikalen Verschiebung vorliegt. Diese Bewegung ist die Summe aus der Temperaturabhängigkeit des Messsystems und der temperaturbedingten Bewegung des Bauwerkes. Das genaue Verhältnis lässt sich dabei nur schwer berechnen. Durch eine Temperaturkorrektur an der Schlauchwaage lässt sich die Amplitude der täglichen Periode um ca. 30 % reduzieren. Die auftretenden Bewegungen liegen aktuell deutlich unter den Grenzwerten für das Bauwerk, sodass kein Grund zur Sorge bestehen muss. Für den Fall einer Störung am Messsystem oder der wiederholten Grenzwertüberschreitung gibt es einen von ALLSAT ausgearbeiteten Maßnahmenplan, der die Zuständigkeit der Mitarbeiter und die entsprechenden Handlungen genau beschreibt. Somit ist der kontinuierliche Betrieb des Systems und damit die Sicherheit des Bauwerks gewährleistet. Denn Sicherheit ist messbar!

Die ALLSAT bedankt sich für die unkomplizierte Zusammenarbeit mit den Kollegen der NLStBV aus dem Geschäftsbereich Lüneburg sowie den zentralen Geschäftsbereichen in Hannover und freut sich auf weitere gemeinsame Monitoringprojekte.