Das Forschungsprojekt „SanTuB“ im Building Innovation Cluster der oberösterreichischen Standortagentur Business Upper Austria arbeitet an einem System, das mit smarten Sensoren und KI den Zustand von Brücken misst.
Die Sensoren an der Traunbrücke in Linz-Ebelsberg haben beim jüngsten Hochwasser ganze Arbeit geleistet. Ein Sondergutachten mit ersten Resultaten der KI-Prognose erfasste die Auswirkungen des Hochwassers auf die Brückenpfeiler. Beruhigendes Ergebnis: Die Brücke ist sicher.
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Mitte Juli hat das Projektteam verschiedenste Sensoren an den Pfeilern der Traunbrücke, die Linz-Kleinmünchen mit Ebelsberg verbindet, angebracht, die verschiedene Parameter erfassen.
Die Daten werden ausgewertet, ein Software-Paket mit Unterstützung von KI-Methoden soll Prognosen über den Zustand einer Brücke oder eines Straßentunnels und den Sanierungszeitpunkt liefern sowie die Kosten berechnen. Aufgrund der starken Regenfälle und des Hochwassers am vergangenen Wochenende erlangte das Forschungsprojekt ungeahnte Aktualität.
Sensormessungen während Hochwasser
Ein Piezometer erfasste vom 12. bis 16. September die Veränderungen des Pegels der Traun. Am Samstag, 14. September überschritt der Wasserstand mit 420 Zentimeter die Alarmstufe 1, am nächsten Tag erreichte der Pegel mit 615 Zentimetern seinen vorläufigen Höchststand. Die im Juli angebrachten Sensoren erfassten die Auswirkungen des Hochwassers auf die Pfeiler 2 und 3 an den Ufern des Flussbettes der Traun.
Sie zeichnen die Lagerverschiebungen auf, sogenannte Inklinometer erfassen die Neigung der Pfeiler. Bei Pfeiler 2 wurde im Messzeitraum weder eine Veränderung der Neigung noch eine Verschiebung der Lager festgestellt.
Bei Pfeiler 3 war ein kurzfristiger Anstieg der Neigung erkennbar, und zwar in dem Moment, als die Lufttemperatur unter acht Grad Celsius fiel. „Ob der Temperaturabfall wirklich der Haupt- und einzige Grund für die kurzfristigen Schwankungen der Neigung ist, werden wir bei weiteren Messungen und nach Absinken des Wasserspiegels sehen“, erklärt Davorin Kolić.
Er ist Geschäftsführer von Neuron Consult, Ingenieurkonsulent für Bauingenieurwesen und Prokjektleiter bei „SanTuB“. Verlässliche Aussagen bzw. Vorhersagen können allerdings erst getroffen werden, wenn Messdaten mindestens drei bis sechs Monate lang erfasst und ausgewertet werden. Trotzdem hat das Software-Paket aufgrund der aktuellen Probenresultate mithilfe der KI-Prognosen erste Warnungen ausgegeben.
Beobachtung weiterhin empfehlenswert
„Aufgrund der bisherigen Beobachtungen ist es offensichtlich, dass es wichtig wäre, das Verhalten der Brückenpfeiler und -lager weiter zu beobachten“, betont Kolić. „Vor allem, wenn das Hochwasser zurückgeht und die Lufttemperatur weiter auf unter acht Grad Celsius sinkt.“
Besonderes Augenmerk sollte laut dem Experten auf Bewegungen von Pfeiler 3 gelegt werden, da dieser offensichtlich deutlich empfindlicher auf Änderungen der Randbedingungen und Umgebungsbedingungen der Brücke reagiert.
Ein großer Unsicherheitsfaktor seien das Gewicht des Straßenbahnverkehrs und die Belastung durch den Straßenverkehr auf der Brücke. „Diese Belastungen wirken asymmetrisch auf den Brückenpfeiler, daher sind die Auswirkungen derzeit noch unbekannt“, erklärt Kolić. „Jedenfalls haben die bisherigen Messungen, Analysen und Prognosen gezeigt, dass die Traunbrücke in Ebelsberg ein sehr sicheres Objekt mit sicheren Verkehrsbedingungen ist.“
Das ist beruhigend, denn in Böheimkirchen in Niederösterreich haben wir am Wochenende gesehen, welche Auswirkungen die Wassermassen haben können. Dort ist am Wochenende eine 1968 gebaute Brücke durch das Hochwasser eingestürzt.
Ziel: Prognosemodell
Um Modelle zur Vorhersage des Verhaltens der Brückenpfeiler und -lager auch in anderen Fällen zu errechnen, braucht es Daten aus den Sensormessungen über einen Zeitraum von mindestens drei bis sechs Monaten. Das ist im Projekt „SanTuB“ auch so geplant. Bei Analyse, Interpretation und Prognosen der Messdaten kommen Machine Learning und KI-gestützte Software zum Einsatz.
Erste Probeläufe haben an diesem Beispiel gezeigt, dass die Resultate schon jetzt anwendbar sind und dass Ingenieurkenntnisse und Ingenieurerfahrung erfolgreich digitalisiert sind. Das Software-Paket ist zwar immer noch in Entwicklung, hat aber Prognosen geliefert, die für die Kenntnis des Sicherheitszustands der Brücke sowie des nachhaltigen Potenzials des Straßennetzes der Stadt und Region äußerst wichtig sind.
Das Projekt „SanTuB“ im Building Innovation Cluster der oberösterreichischen Standortagentur Business Upper Austria startete am 1. September 2023 und läuft noch bis 31. August 2025. Die Abkürzung „SanTuB“ steht für Sanierungskosten von Straßentunnels und Straßenbrücken.