Zustandsüberwachung von Ingenieurkonstruktionen

In zunehmenden Maße beobachten wir im Bauwesen eine Umlagerung weg von Neubau- hin zu Erneuerungs- und Erhaltungsinvestitionen. Ingenieurbauwerke werden in Planung und Ausführung für spezielle Anforderungen und eine begrenzte Nutzungsdauer ausgelegt. Für die Zuwachsraten in der Bauerneuerung zeichnen vor allem die Alterung des bestehenden Bauwerksbestandes, umwelt- und nutzungsbedingte Schäden, unzureichende Bauwerksunterhaltung, wandelnde Ansprüche an den Standard sowie geänderte Nutzungsanforderungen verantwortlich. Im Hinblick auf die angenommenen Lebensdauern (Hochbau 50 Jahre, Brückenbau 100 Jahre, Tunnels 200 Jahre) ergeben sich für das vorhandene Bauwerksinventar zukünftig enorme Unterhaltungs- und Sanierungskosten. Neben den strategischen Kosten durch die Nutzungseinschränkung während der Erhaltungsarbeiten belaufen sich beispielsweise die Instandsetzungskosten im Brückenbau jährlich auf etwa 0,8% bis 2,5% bezogen auf die Neubaukosten. Neben den wirtschaftlichen Rahmenvorgaben bedingen aber auch ökologische und gesellschaftliche Überlegungen eine Verlängerung der Lebensdauer bestehender Bauwerke. Ähnliche Überlegungen gelten für den Bereich der Baudenkmalpflege und der Erhaltung historisch bedeutender Bausubstanz. Neben der Untersuchung von Schadensmechanismen und der Ausarbeitung von Instandsetzungsmöglichkeiten liegt ein besonderer Schwerpunkt in der Bauwerksüberwachung und den entsprechenden Technologien zur Zustandserfassung. Eine Sichtprüfung mag eine erste, vornehmlich qualitative, und in Abhängigkeit von der Erfahrung des Prüfingenieurs unter Umständen auch subjektive Zustandsbewertung ergeben. Sehr viel genauere und objektivere Schlüsse können aus quantitativ erfassten Größen gezogen werden. In vielen Fällen wird es nur mit Mitteln einer geeigneten Bauwerksüberwachung (Monitoring) möglich sein, den Istzustand und die verbleibende Nutzungsdauer hinreichend genau zu bestimmen, um Reinvestitionen und Erhaltungsmaßnahmen besser planen und umsetzen zu können. Im Sinne einer präventiven Bauwerksüberwachung können aufgrund der Beobachtungen Schädigungsprozesse als zeitabhängige Vorgänge identifiziert, beschrieben und bewertet werden. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen sowohl als Entscheidungsgrundlage für eine allfällige Maßnahmenplanung als auch der Aktualisierung und Feinabstimmung der numerischen und mechanischen System- und Werkstoffannahmen bei adaptiven stochastischen Modellen zur Schadensvorhersage. Mit Bezugnahme auf einen Grenzzustand kann, unter Annahme von streuenden Basisvariablen und Zeitabhängigkeit, die Versagenswahrscheinlichkeit oder der Sicherheitsindex errechnet werden . Durch Extrapolation über einen bestimmten Zeitraum können die Abschätzung der Lebenserwartung, die Abnahme der Widerstandswerte oder das Ansteigen der Schädigungspotentiale hochgerechnet werden. Im Endzustand sollten die angestrebten Mindestwerte für die Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit nicht unterschritten werden. Vor diesem Hintergrund sollen in diesem Beitrag die Erfahrungen mit einigen realisierten Anwendungen diskutiert werden.