Pilotprojekt: Monitoringsystem überwacht die Stennertbrücke

(v.l.) Matthias Hegerding (Fachbereichsleiter Bau, Wirtschaftsbetrieb Hagen), Ludolf Krontal (Geschäftsführer des federführenden Ingenieurbüros Marx Krontal), Dr. Gregor Schacht (zuständiger Ingenieur, Marx Krontal) und Torbjörn Dahlhaus (Sachbearbeiter in der Fachgruppe Brücken- und Ingenieurbauwerke, Wirtschaftsbetrieb Hagen) stellen das Monitoringsystem vor, das in den kommenden Wochen an der Stennertbrücke installiert wird. (Foto: Clara Berwe/Stadt Hagen)

Hagen. Wer krank ist, wird abgehorcht. Das gilt auch, wenn der Patient eine Brücke ist. Bei der Errichtung der Stennertbrücke in Hagen-Hohenlimburg 1959 wurden Spannstähle verwendet, die aus heutiger Sicht Defizite aufweisen und – äußerlich unbemerkt – reißen können.

Daher wird an der Stennertbrücke in den kommenden Wochen ein Monitoringsystem installiert, das aus verschiedenen Sensoren besteht und den Zustand des Bauwerks rund um die Uhr überwacht.

Die Stennertbrücke wurde als eine der ersten Spannbetonbrücken in Deutschland gebaut. Zum Zeitpunkt ihrer Errichtung lagen zu der jungen Bauweise noch nicht viele Erfahrungen vor. Deshalb genügt die Brücke aus heutiger Sicht – verglichen mit der aktuellen Normsituation – vielen Anforderungen nicht. So wurde festgestellt, dass bestimmte der damals hergestellten Spannstähle unter gewissen Voraussetzungen zu Versprödung und dadurch zu Rissbildung neigen.

Hierbei handelt es sich um einen chemischen Prozess, der als Spannungsrisskorrosion bezeichnet wird. Treten in den einzelnen Drähten Risse auf, sinkt die verbleibende Tragfähigkeit des betreffenden Querschnitts, wodurch sich die Standsicherheit der Brücke verringert.

Das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung hat eine Handlungsanweisung im Fall von Spannungsrisskorrosion erstellt. Im Rahmen der Handlungsanweisung wurden alle gefährdeten Brücken in Hagen rechnerisch überprüft, um herauszufinden, ob sich ein Spannstahlausfall durch Rissbildung im Beton ankündigt oder nicht (Riss-vor-Bruch-Kriterium). Bilden sich keine Risse im Beton, kündigt sich nicht von außen an, ob sich im Inneren der Brücke eine Schädigung der Spannglieder entwickelt, bis das Bauwerk versagt und einstürzt. Ein gutes Erscheinungsbild der Brücke sagt in diesem Fall nichts über die tatsächlich vorhandene Standsicherheit aus.

Monitoringsystem arbeitet mit Schallsensoren

Im Fall der Stennertbrücke schafft deshalb bald das umfangreiche Monitoringsystem Abhilfe. Teil des Systems ist die Verwendung von Schallemissionssensoren.

Diese sind in der Lage, Schallereignisse zu detektieren und örtlich einzugrenzen. Im Falle eines Spanngliedbruchs entsteht ein „Knall“, der durch die Sensoren eindeutig ermittelt werden kann. Durch die kontinuierliche Signalerfassung und Auswertung sind zuverlässige Aussagen zur Aktivität und zur Ortung von Schädigungsprozessen innerhalb des Bauwerks möglich.

Messverfahren in Deutschland einmalig

Die sogenannte Schallemissionsanalyse wurde zum jetzigen Zeitpunkt in Deutschland noch nicht im Sinne einer Dauermessung von Bestandsbrücken eingesetzt.

Es handelt sich daher um ein Pilotprojekt. Die Technologie ist jedoch ein anerkanntes und erprobtes Messverfahren, welches zum Beispiel seit vielen Jahrzehnten in Nordamerika zur Erkennung von Drahtbrüchen zum Beispiel an Hänge- und Schrägseilbrücken verwendet wird. Auch in der Schweiz wurde bereits ein Brückenbauwerk hinsichtlich der Gefährdung durch Spannungsrisskorrosion erfolgreich überwacht.

Zusätzlich zu den Schallemissionssensoren kommt zur weiteren Informationsgewinnung und Absicherung häufig angewandte und bewährte Sensortechnik zum Einsatz: Neigungssensoren stellen Überbauverformungen infolge von Biegerissbildung fest. Die Dehnungssensoren liefern Informationen über den Fahrzeugverkehr – zum Beispiel Größe und Häufigkeit schwerer LKW-Überfahrten. Die Temperatursensoren erfassen die Umgebungs- und Bauwerkstemperaturen.

Insgesamt werden rund 120 Sensoren flächendeckend an dem Bauwerk installiert. In Kombination mit den weiterhin durchgeführten Prüfungen entsteht so ein ganzheitliches Konzept, um zuverlässige Informationen zu gewinnen und den tatsächlichen Zustand sowie die Standsicherheit der Stennertbrücke zu bewerten.

Brückensperrung für Testfahrten

Die Marx Krontal GmbH hat im Auftrag des Wirtschaftsbetriebs Hagen (WBH) die Ausführungsplanung des Monitoringsystems weitestgehend abgeschlossen. Die Installation erfolgt im April 2018.

Zum jetzigen Zeitpunkt werden vier Wochen zur Installation des Systems veranschlagt. Nach Inbetriebnahme muss das Gesamtsystem kalibriert werden. Ein wesentlicher Teil der Kalibrierung und Einrichtung des Systems ist unter anderem die Durchführung von Testüberfahrten. Hierfür muss das Bauwerk an einem Samstag für den Verkehr gesperrt werden. Der genaue Termin wird rechtzeitig bekanntgegeben.