Strukturüberwachung im Kampf gegen Küstenerosion

Angespülte Abfallstoffe und Küstenerosion – die gesamte Mittelmeerküste steht vor zwei gravierenden Problemen. Durch die Entwicklung eines intelligenten Recycling-Kreislaufs und die Nutzung der gewonnenen Stoffe zum Schutz der Küste, verwandelt das Projekt Eco-Smart Breakwater das bestehende Problem in eine neue Chance. HBK übernimmt eine wesentliche Rolle in dieser Entwicklung: die Messung und Überwachung wesentlicher struktureller Gegebenheiten.

Das ECO-SMART BREAKWATER Projekt

Verwendung von Abfallstoffen für den Schutz der marinen Umwelt. Was widersprüchlich klingt, wurde mit dem Projekt ECO-SMART BREAKWATER Projekt zu einem erfolgreichen ökologischen, ökonomischen und technologischen Ansatz. 

Der "ökologische" Aspekt dieses Projektes basiert auf einem Recyclingprozess. Zuschlagstoff aus Bau- und Abbrucharbeiten und aus den Resten von Neptungras gewonnene Fasern werden in Elemente für ein Wellenbrechersystem umgewandelt. So ist das Ökosystem, aus dem die Elemente hervorgehen, auch das System, das daraus Nutzen zieht - der marine Lebensraum.

Den "intelligenten" Teil der Lösung macht die Instrumentierung mit optischen Sensoren von HBK aus, die die Überwachung von marinen Umwelt- und baulichen Parametern gewährleisten. Diese Signale werden in Echtzeit von einem entfernt aufgestellten Endgerät erfasst und verarbeitet.

Warum Strukturüberwachung? Für die Überwachung und Steuerung von und den Umgang mit Risiken für die strukturelle Integrität in Echtzeit. Die Informationen über den Spannungszustand der Wellenbrecherelemente sind von grundlegender Bedeutung, da Zugspannungen innerhalb dieser Elemente - unter extremen Bedingungen - dazu führen können, dass sie brechen. Die Folge könnte eine Beeinträchtigung der Stabilität des gesamten Wellenbrechersystems sein.

Das Problem

Die Küste der Region Apulien steht vor dem Problem angespülter Abfallstoffe und der Küstenerosion.

Die Lösung

Durch Recycling von angespülten Abfallstoffen und Verwendung der daraus hergestellten Würfel als Wellenbrecherelemente wird die apulische Küste vor Küstenerosion geschützt. Optische Sensoren von HBK messen und überwachen Umgebungsbedingungen und liefern wichtige Informationen über den Spannungszustand der verwendeten Elemente.

Das Ergebnis

Mit dieser Lösung verwandelt das Projekt Eco-Smart Breakwater das Problem der angespülten Abfallstoffe in eine neue Möglichkeit, die Küste vor fortschreitender Küstenerosion zu schützen. Optische Sensoren und ein Strukturüberwachungssystem von HBK sind Teil der Lösung, da sie durch die gebotenen umfassenden Funktionen die Kosten auf ein Minimum reduzieren.

Abdeckung aller Überwachungsanforderungen: Optische Sensoren von HBK

Für jede Art von Überwachungsparameter (mechanisch, hydrodynamisch und biologisch) wurden ein oder mehrere Vorschläge für den zu verwendenden Sensortyp betrachtet, um die Lösung zu ermitteln, die den erforderlichen Parameterbereich abdeckt und zugleich die Gesamtkosten minimiert. 

Die vielseitigste, leistungsstärkste und kostengünstigste Lösung besteht aus optischen Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (FS-Serie) von HBK, die in Verbindung mit einem Interrogator FS22 BraggMETER als Datenerfassungssystem verwendet werden.

Die verwendeten Sensoren sind Dehnungssensoren (FS62), Temperatursensoren (FS63) und Beschleunigungssensoren (FS65). Die Wahl fiel auf optische Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (FBG), da sie sowohl zur Überwachung von strukturellen (Dehnung und Schwingung) als auch von Umwelt-Parametern (Temperatur) verwendet werden können. In einer Kettenkonfiguration werden mehrere Sensoren miteinander verbunden, die Kette wird dann an den optischen Interrogator angeschlossen.

Validierung: Genaue Eignungsprüfung der Sensoren

Für jede Art von Überwachungsparameter (mechanisch, hydrodynamisch und biologisch) wurden ein oder mehrere Vorschläge für den zu verwendenden Sensortyp betrachtet, um die Lösung zu ermitteln, die den erforderlichen Parameterbereich abdeckt und zugleich die Gesamtkosten minimiert. 

Die vielseitigste, leistungsstärkste und kostengünstigste Lösung besteht aus optischen Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (FS-Serie) von HBK, die in Verbindung mit einem Interrogator FS22 BraggMETER als Datenerfassungssystem verwendet werden.

Die verwendeten Sensoren sind Dehnungssensoren (FS62), Temperatursensoren (FS63) und Beschleunigungssensoren (FS65). Die Wahl fiel auf optische Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (FBG), da sie sowohl zur Überwachung von strukturellen (Dehnung und Schwingung) als auch von Umwelt-Parametern (Temperatur) verwendet werden können. In einer Kettenkonfiguration werden mehrere Sensoren miteinander verbunden, die Kette wird dann an den optischen Interrogator angeschlossen.

Sensorpositionierung: Erfassung von Daten im Innen- und Außenbereich

Die optischen Sensoren werden in zwei Ketten konfiguriert und installiert.

Abb.1 zeigt die innere Kette:

Zur Unterscheidung eines Temperatursignals von einem Dehnungssignal sind 4 Dehnungssensoren und 2 Temperatursensoren in einer einzigen, bei der Herstellung des ECOSMART – BREAKWATER-Elements in den Beton eingebetteten Kette angeschlossen.

Abb.2 zeigt die äußere Kette:

2 Beschleunigungssensoren und 1 Temperatursensor sind in einer an der Außenseite des ECOSMART – BREAKWATER-Elements verankerten Kette angeschlossen.

 

 

 

Ergänzt wird das System durch eine Reihe von Geräten und Software, die die von den Sensoren gelieferten erfassen, lokal speichern und an die Remote-Systeme übertragen.

SensorTypeQuantityPosition
DehnungFBG      4In Block eingebettet
TemperaturFBG      2In Block eingebettet
TemperaturFBG      1An der Außenseite des Blocks
Beschleunigungssensor FBG      2An der Außenseite des Blocks

Überwachung des Wellenbrecherelements in der marinen Umgebung

Im laufenden Projekt wurden die ECOSMART – BREAKWATER-Elemente nach Prüfung und Validierung in den Hafen von Otranto transportiert und dort im Wellenbrecher installiert. Dieser Standort wurde gewählt, weil die kubische und parallelwandige Geometrie der zur Konstruktion des Wellenbrechers verwendeten künstlichen Elemente die Aufnahme des neuen Elements erleichterte.

Der Pilotversuch entlang des Wellenbrechers liefert weitere Informationen über die optimale Zusammensetzung des Elements, die vor der Markteinführung patentiert werden soll. Darüber hinaus wird es möglich, die Qualität der Sensordaten auch unter rauen Bedingungen drahtlos zu überprüfen.

Über CETMA

Das 1994 gegründete CETMA (Centro di Ricerche Europeo di Tecnologie, Design e Materiali - Europäisches Forschungszentrum für Technologie, Formgestaltung und Werkstoffe) ist eine Forschungs- und Technologieorganisation mit Sitz in Brindisi, Italien. Es betätigt sich seit über 20 Jahren in der angewandten Forschung, experimentellen Entwicklung und dem Technologietransfer im Bereich moderner Werkstoffe (Verbundwerkstoffe, Polymere, bio-basiert und recycelt), ICT (Entwicklung von auf Engineering, Fertigung und Dienstleistungen spezialisierter Software) und Produktentwicklung. Es ist eine gemeinnützige Organisation und investiert alle Gewinne in Forschung, Ausbildung und Technologietransfer.

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