Fühlende Häuser – Sensoren in Bauwerken können vor Erdrutschen warnen

Von Susanne Donner. «Unsere Forschung ist auf traurige Weise aktuell», sagt Physikerin Katerina Krebber von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin: «Ich denke an das Unglück von Nachterstedt.» In dem kleinen Städtchen südwestlich von Magdeburg riss am 18. Juli ein Erdrutsch ein Wohnhaus und eine Haushälfte in den Concordia-See. Drei Menschen starben. Die übrigen sieben Häuser an der Uferböschung des Sees sind einsturzgefährdet. Experten mutmaßen, ob die frühere Braunkohleförderung und die künstliche Flutung des Sees den Untergrund instabil werden ließ. «Solche schlimmen Ereignisse kündigen sich vorher im Erdreich an», sagt Krebber. Schon seit Jahren tüftelt eine Forschergruppe unter ihrer Leitung an einem «Erdrutschfühler».

Ihr jüngster Sensor bewies in Feldtests millimetergenaue Feinfühligkeit: «Wir können winzige Erdbewegungen messen, wie sie Wochen oder Monate vorher auftreten. Das bedeutet: Wir können solche Katastrophen nicht verhindern, aber wir können sie voraussagen», sagt Krebber. Die Bevölkerung könnte rechtzeitig evakuiert werden.

In der vergangenen Woche stellten zwei von Krebbers Mitarbeitern den intelligenten Fühler auf einer internationalen Konferenz in Zürich vor. Mehr als 180 Forscher aus etwa 30 Ländern diskutierten, wie man beispielsweise Brücken auf den Pfeiler fühlen oder Haarrisse in Hochhäusern erkennen kann. Die Raumfahrt habe mit ihrer Messtechnik Pionierarbeit geleistet und die Entwicklung dehne sich nun auch auf andere Bereiche aus, erklärt Tagungsleiter Urs Meier: «Im Brücken- und im Hochbau, auch bei der Überwachung des Zustands historischer Bauten spielen preiswerte Sensoren heute eine dramatisch wichtige Rolle.»

International führend ist Krebbers Gruppe, die als erstes Forscherteam weltweit auf eine neuartige Gattung von Sensoren setzte: Lichtleitende Fasern aus Glas oder Kunststoff. Immer mehr Kollegen folgten diesem Trend und damit den Vorteilen der Lichtleiter, erkennt Konferenzteilnehmer Roman Wendner von der Universität für Bodenkultur in Wien an.

Die Fasern werden über einige Meter bis viele Kilometer in Beton, Mauerwerk oder Erdreich eingelassen. Sie formen quasi das Nervensystem der Bauten, das jeden noch so kleinen Ruck und feinen Riss spürt. Eine einzige Faser verleiht bis zu zehn Kilometer langen Dämmen oder Deichen Gefühl. In Abständen von weniger als einem Meter wird ihr Zustand registriert.

Dazu wird ein Lichtsignal durch den Glas- oder Kunststoffnerv geschickt. Nur ein Teil des Strahls passiert ungehindert, ein anderer wird gestreut. Aus dem gestreuten Anteil kann auf verschiedene Umgebungsbedingungen geschlossen werden: In Brücken und Hochhäusern werden auf diese Weise Verformungen wie etwa Risse detektiert. In Beton reizen rostende Stahlträger die künstlichen Nerven. Selbst durchweichende Deiche meldet der Sensor. Immer häufiger durchziehen solche lichtleitenden Fasern Bahndämme, stecken in der Wand von Tunnels und Pipelines, lassen Lichtpulse durch Hochhäuser und historische Gebäude zucken und verwandeln Brücken und Berghänge in sensible Zonen.

Im laufenden EU-Projekt POLYTECT – für «polyfunktionale technische Textilien gegen Naturkatastrophen» wurden die Kunststoff-Lichtleiter in Textilien eingewebt. Robuste Stoffbahnen werden als Geomatten schon heute zur Stabilisierung von Bauwerken verwendet. «Wir machen diese intelligent», beschreibt Krebber das Ziel des Projekts. In Feldtests haben die Forscher die fühlenden Geomatten jetzt erprobt. Seit mehr als einem Jahr trotzen diese den Erschütterungen vorbeifahrender Züge in einem Bahndamm nahe Chemnitz. Im Erdreich einer offenen Kohlegrube im polnischen Belchatow überdeckt das Gewebe einen Riss. Die Nerven im Textil ließen die Forscher regelrecht dabei zusehen, wie der Spalt immer weiter auseinander klaffte. Zwei Millimeter pro Tag wuchs die Kluft, wie die Berliner Ingenieure auf der Züricher Konferenz berichteten. In zwei Jahren, so hofft Krebber, werden die intelligenten Matten kommerziell verfügbar sein.

Künftig sollen die Verantwortlichen von riskanten Großprojekten das Befinden ihrer Bauwerke auf dem Bildschirm verfolgen, wenn es nach Krebber geht. Für sie ist klar: Sobald ein Objekt in einen kritischen Zustand gerät, muss der Verantwortliche aktiv werden. «Dann muss das Gebiet beispielsweise evakuiert werden.» Generell stellen sich die Forscher auf einen steigenden Bedarf für die Bauwerksüberwachung ein. Die Gebäude werden immer älter. Zugleich nehmen Beanspruchungen bedingt durch den Klimawandel zu. «Die Unglücksereignisse häufen sich», beobachtet Krebber: «Wir haben eine Technik, die uns schützen kann, überall dort, wo Erdrutsche passieren können. Das ist nicht erst eine Aufgabe für die nächsten fünfzig Jahre, sondern von morgen.» (gi24/na/ddp, Foto: © catfriend, pixelio.de)

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