Infrastruktur | Brückenbau : NINA: Neue Monitoringmethoden verlängern die Lebensdauer von Spannbetonbrücken

Brücken altern – und das in einem zunehmend anspruchsvollen Umfeld. Einerseits sollen bestehende Bauwerke deutlich länger sicher genutzt werden können, andererseits gewinnen ökologische Fragen im Infrastrukturbereich stark an Bedeutung. 

Im Forschungsprojekt NINA („Nachhaltigkeitsoptimierte Infrastruktur“)
erarbeitet das AIT Austrian Institute of Technology gemeinsam mit Partnern neue Verfahren zur Zustandsbewertung, Lebensdauerprognose und Ökobilanzierung von Spannbetonbrücken. Ziel ist es, den Erhalt und Betrieb bestehender Brückenbauwerke sicherer, präziser und nachhaltiger zu gestalten.

Der Brückenbau steht vor einem Paradigmenwechsel: Der Einsatz von Recyclingbetonen und klinkerreduzierten Zementen verspricht deutliche CO₂-Einsparungen, doch deren Langzeitverhalten ist noch nicht ausreichend erforscht. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an Zuverlässigkeit und Dauerhaftigkeit bestehender Bauwerke.

Das Projekt NINA adressiert beide Aspekte mit einem interdisziplinären Ansatz, der neue Messmethoden, Zuverlässigkeitsmodelle und ökologische Bewertungen zu einem konsistenten Gesamtsystem verbindet.

Im Mittelpunkt steht die Weiterentwicklung der Schallemissionsanalyse, mit der sich Drahtbrüche in Spannbetonkonstruktionen frühzeitig erkennen lassen. Ergänzend werden faseroptische Messsysteme wie Distributed Acoustic Sensing (DAS) und Distributed Strain Sensing (DSS) kombiniert, um eine flächendeckende, kontinuierliche Überwachung zu ermöglichen.

Darüber hinaus entstehen neue Bewertungskriterien, etwa das Konzept „Riss-vor-Bruch“ oder ein Drahtbruchlückenbreitenmodell, das die Schädigungsprozesse im Bauwerk realistischer abbildet. Damit werden Diagnose und Prognose enger miteinander verknüpft – eine wichtige Voraussetzung für präventive Instandhaltung.

Neben den Messdaten selbst entwickeln die Partner neue Modelle zur Zuverlässigkeitsbewertung und Restlebensdauerprognose. Dabei fließen ortsbezogene Verkehrs- und Temperaturmodelle ein, die historische Daten ebenso berücksichtigen wie künftige Klima- und Verkehrsentwicklungen.

Das Ziel ist eine quantifizierbare Restlebensdauer auf Basis kombinierter Monitoring-Daten und Lastmodelle. Bestehende Sicherheitskonzepte werden erweitert, um Ermüdungsverhalten und Querkrafttragreserven präziser abzubilden – ein zentraler Beitrag für die Weiterentwicklung technischer Regelwerke.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der ökologischen Bewertung von Instandhaltungs- und Erneuerungsmaßnahmen. Untersucht wird das Global Warming Potential (GWP) verschiedener Konstruktions- und Sanierungsvarianten.

Dabei werden auch der Einsatz von Recyclingbeton und klinkerreduzierten Zementen im Neubau und in der Verstärkung bestehender Brücken analysiert. Neu ist, dass die ökologischen Effekte inklusive verkehrsbedingter Folgeemissionen in die Gesamtbewertung einfließen.

Das Ergebnis sind übertragbare Bewertungsgrundlagen und Richtlinienbausteine, die künftig eine evidenzbasierte Entscheidungsfindung für Infrastrukturbetreiber ermöglichen.

Das AIT verantwortet im Projekt zentrale Entwicklungsarbeiten in den Bereichen Lastmodellierung und Ökobilanzierung.

• Verkehrsmodelle: Auf Basis real gemessener Achslasten werden ortsabhängige Belastungsmodelle entwickelt, die deutlich präzisere Prognosen erlauben als bisherige Standardmethoden.
• Temperaturmodelle: Mithilfe von Virtual-Sensing-Techniken können lokale Temperaturverläufe berechnet werden, ohne zusätzliche Sensorik im Bauwerk. Besondere Beachtung finden abrupte Temperaturstürze – wie sie etwa beim Einsturz der Carolabrücke eine Rolle spielten.
• Ökobilanzierung: Neben direkten Emissionen der eingesetzten Materialien berücksichtigt das AIT auch indirekte Effekte durch Verkehrsbeeinflussung – ein Aspekt, der in bisherigen Ökobilanzen meist fehlt, für die Gesamtbewertung aber entscheidend ist.

„Wir bringen neuartige Messverfahren, Bewertungsmodelle und Nachhaltigkeit zusammen: Mit faseroptischem Monitoring und Schallemission erkennen wir Spanndrahtbrüche frühzeitig, mit ortsspezifischen Verkehrs- und Temperaturlasten bewerten wir präziser – und mit der Ökobilanz zeigen wir, wie sich Sicherheit und Klimaschutz gemeinsam stärken lassen“, erklärt Marian Ralbovsky, Forscher am AIT und Projektleiter von NINA.