Mein Zukunft Bau

Entwicklung eines Verfahrens zur zeitaufgelösten 3D-Kartierung von Verformungen und Schäden an Bauwerken und Bauteilen

Projektnummer

F20-09-1-147; 10.08.18.7-10.33

 

Laufzeit / Status

01.2011 - 06.2013 / abgeschlossen

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Projektdetails

Beteiligte

Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung -IFF-, Magdeburg (Bearbeiter)

Institut für Diagnostik und Konservierung an Denkmalen in Sachsen und Sachsen-Anhalt -IDK-, Halle (Bearbeiter)

 

BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Fachgruppe 8.4, AG Thermografie Verfahren, Berlin (Bearbeiter)

Dr. Christiane Maierhofer (Bearbeiter)

Cluster

Nachhaltiges Bauen, Bauqualität

Projektbeschreibung

Die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Bauwerken und Bauteilen kann nur dann gewährleistet werden, wenn durch regelmäßige Inspektionen Schäden und Veränderungen am Gebäude rechtzeitig erfasst werden. In vielen Bereichen gibt es dazu noch keine systematische und einheitliche Vorgehensweise. Da das nachhaltige Bauen im Bestand für die deutsche Bauwirtschaft zunehmend an Bedeutung gewinnt, sind innovative Verfahren für effiziente, objektive und zerstörungsfreie Schadensklassifizierungen, -kartierungen und -monitoring dringend erforderlich.

Ausgangsbasis für dieses Forschungsvorhaben war das ebenfalls in der Forschungsinitiative Zukunft Bau geförderte Projekt mit dem Titel "Zuverlässige Quantifizierung und Bewertung von Schädigungsprozessen an Bauteiloberflächen und -grenzflächen mit Hilfe optischer und thermografischer zerstörungsfreier Prüfverfahren". Ziel des nachfolgenden Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines Verfahrens zur effizienten und wiederholbaren 3D·Schadenkartierung an Bauteiloberflächen, das ein Visualisieren, Monitoring und Bewerten der zeitlichen Entwicklung von Schäden und Formänderungen ermöglicht. Für die 3D-Risskartierung wurde ein einfaches Tastwerkzeug entwickelt, das manuell entlang des Risses geführt wird und dessen Position und Orientierung im Raum über ein Trackingsystem erfasst wird. Das übliche Einsatzgebiet dieses Systems ist die Aufnahme von menschlichen Bewegungen für MotionCapturing-Anwendungen. Für die 3D-Risskartierung werden jedoch wesentlich höhere Messgenauigkeiten im Submillimeterbereich benötigt, welche mit dem System ebenfalls erreicht werden. Für die Erfassung und Darstellung der mittelalterlichen Putzritzungen am Magdeburger Dom wurde ein Stereo-Photogrammmetrieverfahren optimiert, bei. dem auf der Basis von zwei Digitalfotos Oberflächentopologien mit hoher Ortsauflösung extrahiert werden können. Dieses Verfahren ermöglichte erstmals eine anschauliche Darstellung der Putzritzungen, die mit Fotos nie erreicht werden konnte. Weiterhin wurde die aktive Thermografie eingesetzt, bei der entweder durch Sonneneinstrahlung oder durch künstliche Wärmequellen instationäre Wärmetransportvorgänge durch Messung der Temperaturverteilung auf der Oberfläche sichtbar gemacht werden können. Hohlstellen und Putzablösungen lassen sich so als wärmere Bereiche erkennen, aber auch senkrechte und schräg zur Oberfläche verlaufende Risse können visualisiert werden. Bei schrägen Rissen sind Informationen zum Risswinkel und eventuell auch zur Risstiefe möglich. Aber nicht nur Risse, sondern auch verdeckte Fehlstellen könne mit der aktiven Thermografie geortet werden. Darüber hinaus lassen sich bei Ausnutzung von instationärer Erwärmung oder Abkühlung von Fassaden durch die Sonne, durch Schattenwurf oder auch durch die Luft (Temperaturänderung über den Tag) große Fassaden schnell und effizient untersuchen. Um die neuen Verfahren zur hochaufgelösten 3D-Kartierung zu erproben, wurden diese zusammen und in Kombination mit weiteren Verfahren an zwei Fallstudien eingesetzt: zur Riss- und Schadenkartierung an der Giebichensteinbrücke in Halle und zur Visualisierung der Putzritzungen sowie ebenfalls zur Schadenkartierung an der entsprechenden Fassade der Putzritzungen im Magdeburger Dom. Im Projekt wurden vier Merkblätter zu den weiterentwickelten Verfahren sowie zur Risstiefenbestimmung mit Ultraschall erarbeitet. Eine Übersicht und Klassifizierung verschiedener Methoden zur Vermessung von Rissen wurde in einem Katalog zusammengefasst. Die Dokumente sind als Anhänge im Forschungsbericht enthalten.

Schlagwörter

Bauschaden; Schadenerhebung; Erfassung; Kartierung; Klassifizierung; Inspektion; Messverfahren; 3D-Verfahren; Sensor; Thermografie; Bauteil; Oberfläche; Verformung; Rissbildung; Fotogrammetrie; Bauen im Bestand;

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