Verwendung faseroptischer Sensoren beim Wiederaufbau einer durch ein Erdbeben zerstörten Kirche

L‘Aquila ist eine historische Stadt in Mittelitalien, die über ein reiches kulturelles Erbe verfügt: Bauwerke und Kirchen des Barock sowie der Renaissance säumen die Straßen des historischen Stadtkerns. Ungefähr 70.000 Einwohner nennen L‘Aquila ihr Zuhause. Ihre Berühmtheit verdankt die Stadt jedoch nicht ihrer Architektur oder der Landschaft des sie umgebenden Appenins, sondern einer Katastrophe.

Im Jahre 2009 erschütterte ein Erdbeben die Region und zerstörte unzählige Bauwerke wie auch Wohngebäude und historische Sehenswürdigkeiten. Die Kirche Santa Maria del Suffragio aus dem 18. Jahrhundert wurde zum Symbol dieses Erdbebens. Der dramatische Einsturz ihrer Kuppel wurde in den Nachrichtensendungen übertragen – und brannte sich in das Gedächtnis vieler Menschen ein.

Church of Santa Maria del Suffragio 2010 by Ra Boe / Wikipedia
Die Kirche Santa Maria del Suffragio in 2010. Photo: Ra Boe / Wikipedia // Lizenz: CC by-sa 3.0*
 

Wiederaufbau und Verstärkung

Abbildung 1 - Schematische Darstellung des Gebäudes
Abbildung 2 - Grundriss

Seitdem sind sieben Jahre vergangen. Santa Maria del Suffragio war eines der ersten charakteristischen Gebäude, das partiell wiederhergestellt wurde. Durch die Verwendung provisorischer Stützkonstruktionen konnte die Kirche schon ein Jahr nach der Tragödie für die Öffentlichkeit zum Teil wieder zugänglich gemacht werden. Mit dem vollständigen Wiederaufbau der Kirche wurde 2013 begonnen – und die Arbeiten dauern noch an. Das Erdbeben führte nicht nur zum Einsturz der Kuppel, sondern verursachte auch Schäden in der Bausubstanz des gesamten Gebäudes.

Die Bausubstanz wird nicht nur rekonstruiert, sondern zur Gewährleistung der künftigen Stabilität und Sicherheit dieses bedeutenden Wahrzeichens auch mit einer erdbebensicheren Verstärkung versehen. Um das Verhalten der Bausubstanz kontinuierlich zu überwachen und zu kontrollieren, werden die Verstärkungen durch die italienischen Unternehmen I.A.T. Ingegneria A&T und Earth System geprüft, die sich auf Messungen zur Umwelt-, Bauwerks- und geotechnischen Überwachung spezialisiert haben. Durch optische Messtechnik von HBM FiberSensing wird die Dehnungs- und Temperaturüberwachung in den für die Verstärkung eingesetzten vorgespannten Zugankern unterstützt (siehe Einbauzeichnung in den Abbildungen 1 und 2).

Gleichzeitiges Messen von Dehnung und Temperatur

Auf Faser-Bragg-Gittern (FBG) basierende Sensoren wurden zur gleichzeitigen Dehnungs- und Temperaturmessung auf Dywidag-Zuganker des Typs 32WR aufgeklebt (Abbildung 3). Jeder Ankerkopf umfasst eine aus zwei freiliegenden FBG-Sensoren bestehende Anordnung – eine für die Dehnung und eine weitere zur Temperaturkompensation. Bei korrekter Kalibrierung liefern die Temperaturkompensationssensoren absolute Temperaturwerte. Zur Arbeitserleichterung vor Ort wurden die Sensoren so ausgelegt, dass sie bei HBM FiberSensing vorinstalliert und dann zum Einbauort transportiert wurden.

Durch den Einsatz von optischen Verzweigern wird die in situ-Installation des Systems vereinfacht und das Leistungsvermögen des opto-elektrischen Interrogators optimiert. Da die zuvor genannten Anordnungen der FBG-Sensoren endständig sind (d. h., dass sie nur an einer Seite angeschlossen sind), werden optische Verzweiger verwendet, um die Signale mehrerer FBG-Anordnungen in einem optischen Kanal zu bündeln. Die im vorliegenden Fall eingesetzten Verzweiger ermöglichen das 1x4- oder das 1x8-Multiplexverfahren (siehe Beispiel in Abbildung 4).

Abbildung 3
Abbildung 4

Anbringung und Verpackung der Sensoren

Datenfernzugriff (Remote Data Access)

Abbildung 5
Industrial BraggMeter

Mit dem opto-elektrischen Interrogator des Typs BraggMETER werden die verschiedenen faseroptischen Kanäle mit einer Rate von einer Messung (Sample) pro Sekunde (S/s) simultan erfasst. Das hier verwendete 19“-Gerät für die Rack-Montage verfügt über acht faseroptische Kanäle. Opto-elektrische Interrogatoren des Typs Industrieller BraggMETER FS22 können über ein Ethernet-Kabel an einen beliebigen Standard-PC angeschlossen werden und sind mit Hilfe der Software BraggMONITOR von HBM FiberSensing (Abbildung 5) sowie über SCPI-Befehle oder via catman® steuerbar.

Die Tatsache, dass der statische Interrogator sogar als autarkes Gerät betrieben werden kann und Daten intern gespeichert werden können, war bei der Anwendung im vorliegenden Fall von Vorteil: Der opto-elektrische Interrogator wurde an einen 3G-Router angeschlossen, so dass vor Ort kein Computer benötigt wurde. So kann bequem vom Büro aus mit dem Laptop des Technikers aus der Ferne auf die Daten zugegriffen werden.

 

 


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*Photo: Ra Boe / Wikipedia // Licence: CC by-sa 3.0