Science
25.10.2016

Nachhaltige Brücken: Keine Belastung für die Zukunft

Bei Bau und Sanierung von Brücken gibt es einen schmalen Grat zwischen Ressourcenverschwendung und Vernachlässigung der statischen Anforderungen. Forscher der FH Campus Wien helfen, diesen zu finden.

Eine funktionierende Verkehrsinfrastruktur ist für Wirtschaft und Gesellschaft überlebensnotwendig. Bau und Instandhaltung sind allerdings extrem ressourcenintensiv. Bei der Erzeugung von Stahl und Zement für Brücken etwa sind hohe Temperaturen im Herstellungsprozess notwendig, was enorme Mengen an Energie erfordert. An der FH Campus Wien wird an Wegen gearbeitet, Brücken möglichst ressourcenschonend und trotzdem sicher zu bauen und zu erhalten. “Wir wollen etwas schaffen für diese, die nächste und die übernächste Generation, aber ohne Altlasten”, sagt Markus Vill von der FH Campus Wien im Gespräch mit der futurezone.

Um einer Brücke mit minimalem Materialeinsatz maximales Tragvermögen zu geben, sind komplexe Berechnungen, ausgeklügeltes Konstruieren sowie qualitativ hochwertiges Bauen notwendig. Diese Aspekte wurden in der Vergangenheit allerdings oft vernachlässigt “In den 60er- und 70er-Jahren wurde teilweise zu dürftig gebaut. Deshalb sind einige Bauwerke aus dieser Zeit heute stark sanierungsbedürftig. Wir wollen, dass solche Infrastrukturbauwerke 120 Jahre halten statt nur 40”, sagt Vill. Oft stellt sich heraus, dass es langfristig und über den Lebenszyklus betrachtet billiger ist, mehr Material zu verwenden, auch wenn das höhere Anfangskosten verursacht. Die längere Haltbarkeit wiegt das über die Lebensdauer auf. “Man muss auch berücksichtigen, dass das Abtragen einer Brücke nochmal 15 bis 20 Prozent der Bauinvestitionen kostet. Das Recycling ist auch nicht umsonst und hat zudem einen hohen Energieverbrauch”, sagt Vill.

Nachhaltigkeit

Durch eine solche Betrachtung des gesamten Lebenszyklus einer Brücke ergeben sich neue Anforderungen für die Konstruktion. Einfache Bauweise, das Weglassen von Teilen, die schnell kaputtgehen und die Berücksichtigung möglicher zukünftiger Verkehrsentwicklungen sind hier wichtige Faktoren. Das Design darf natürlich ebenfalls nicht vernachlässigt werden und kommt als zusätzliche Einschränkung bei der Konstruktion hinzu. “Auch soziale Nachhaltigkeit ist wichtig”, sagt Vill. Die verwendeten Materialien ändern sich ebenfalls. So wird zum Beispiel an Zusatzstoffen für Beton gearbeitet, die ansonsten nutzlose Nebenprodukte sind. So ließe sich die Ökobilanz verbessern. Allerdings fehlen hier noch Langzeitstudien zur Beurteilung der Dauerhaftigkeit über lange Zeiträume.

An der FH Campus Wien konzentriert sich die Forschung derzeit auf bestehende Brücken bzw. Ingenieurbauwerke und deren Renovierung. Um die Beurteilung der Bausubstanz zu erleichtern, entwickeln Forscher hier Algorithmen, die alle relevanten Faktoren - das können bis zu 100 sein - berücksichtigen. “Die Normen sind heute konservativer als in den 50er- oder 60er-Jahren. Viele alte Brücken erfüllen die heutigen Anforderungen zwar rechnerisch nicht mehr ganz, sind aber trotzdem sicher. Einsturzgefahr gibt es in Österreich eigentlich nirgendwo”, sagt Vill. Durch regelmäßige Sichtkontrollen wird der Zustand bestehender Brücken kontrolliert. Geben diese Anlass zu genauerer Nachschau, wird eine detaillierte Untersuchung angefordert. Deren Ergebnisse - etwa Materialeigenschaften und statistische Verkehrslastauswertungen - können dann in die Algorithmen und Rechenmodelle der FH Campus eingesetzt werden. Das Ergebnis soll als Entscheidungshilfe zum weiteren Verfahren mit der Brücke dienen.

Neue Brücken

“Die Zukunftsvision wäre eine Software im Zuge „Planen, Bauen, Erhalten 4.0“, in die für jede Brücke der Bauwerkszustand aus den Überprüfungen eingegeben wird und die dann eine Bewertung ausspuckt, die für die Erhaltungsträger als Entscheidungshilfe dient bzw. für den zielgerichteten Einsatz der Finanzmitteln sorgt. So weit sind wir noch nicht. Derzeit haben wir ein Berechnungsmodell für einen bestimmten Brückentyp entwickelt, der häufig in unseren Bestandsnetzen zu finden ist. Das ist ein mit Rechenwerten belegter Leitfaden ”, sagt Vill.

Das Ergebnis erlaubt eine zuverlässigere Einschätzung des Zustands sowie des Tragvermögens einer Brücke anhand von realistischen Werten. Auf dieser Basis kann dann entschieden werden, ob saniert, verstärkt werden muss oder gar ein Abriss ratsam ist. Das Risiko, dass eine Brücke einstürzt, soll unter 1:1.000.000 liegen. In Zukunft wird die FH Campus Wien ihr Know-how auch auf die nachhaltige Neukonstruktion von Brücken anwenden. “Da wird ein Projekt kommen”, sagt Vill.

Dieser Artikel ist im Rahmen einer Kooperation zwischen futurezone und FH Campus Wien entstanden.