SnowMonitor als Beispiel für die Flachdach-Überwachung

Bauwerksmonitoringsysteme zur Überwachung der Tragkonstruktion im Hoch- und Ingenieurbau dienen der Erhöhung der Nutzungssicherheit sowie der Reduzierung der Kosten für die Schneeräumung.
(Schneeräumung vom Dach und Reparatur der Dachhaut nach der Schneeräumung).

Bauwerksmonitoringsysteme zur Überwachung der Tragkonstruktion im Hoch- und Ingenieurbau dienen der Erhöhung der Nutzungssicherheit sowie der Reduzierung der Kosten für Schneeräumung
(Schneeräumung vom Dach und Reparatur der Dachhaut nach der Schneeräumung).
Seit 2006 gibt es in Deutschland eine neue Richtlinie für die regelmäßige Überprüfung der Standsicherheit von Baulichen Anlagen.
Die Automatisierung der Messungen ermöglicht das gleichzeitige Erfassen einer Vielzahl von Informationen hinsichtlich der Belastungen sowie der Reaktionen des Tragwerks auf die Belastungen.
Auf dieser Basis erfolgt die Beurteilung der Sicherheitsfaktoren, die die Beanspruchung des Tragwerks kennzeichnen. Zu den wesentlichen Größen, die gemessen werden, gehören: die Belastung (z.B. Schneebelastung), die Dehnungen (die Spannungen) oder die Verformungen (die Durchbiegung).
Die Messungen werden an repräsentativen Stellen bzw. Bereichen des Tragwerks durchgeführt.
Eine direkte Messung der Schneelast gehört zu den einfachsten Überwachungsmethoden.
Sie ist aber nur dann glaubwürdig, wenn das Gewicht des Schnees erfasst wird. Das Gewicht hängt aber von den klimatischen Bedingungen sowie den Lagerungsbedingungen des Schnees wie z. B.: der Dachform, der Höhe über dem Boden, der Temperatur auf der Dachoberfläche, der Nachbarbebauung usw. ab. Es gibt zwar automatisierte Methoden, die das Schneegewicht messen, aber am häufigsten wird das Schneegewicht per Hand ermittelt. Dies erfordert eine Reihe von Messungen und ist in der Regel ineffizient.
Diese Probleme gibt es nicht bei automatisierten Systemen, die andere Messwerte ermitteln und durchgehend Informationen über die Reaktion des Tragwerks auf die aktuelle Belastung liefern.
Für den Nutzer ist es wichtig, die Information über die Standsicherheit des Tragwerks zu erhalten.
Die Höhe der Belastung ist nicht die einzige Größe, die darüber entscheidet.
Die Schneebelastung gehört zu vielen Belastungen, die auf ein Tragwerk einwirken und stellt nicht selten nur ein Bruchteil der Gesamtbelastung dar. Der Zuwachs an Durchbiegung, der mit dem Schneelast zusammenhängt, bewegt sich in der Regel in Millimeterbereich. Dies erfordert eine genaue Messung. Die Messung von Verschiebungen gibt die Information über die Durchbiegung z.B. von einem Dachträger. Das reicht aber nicht aus, zusätzlich müssen auch die Verschiebungen aller Auflager ermittelt werden.
Die Annahme, dass die Verschiebungen bei allen Auflager gleich sind und dadurch die Anzahl der Messpunkte reduziert werden, kann zu Fehlern führen. Die Verschiebungen werden meistens
mit den geodätischen Messverfahren ermittelt (Bautachymeter, Entfernungsmesser) oder anhand von Nivelliergeräten, die aber im Vergleich zu den erwarteten Verschiebungsgrößen nicht ausreichend genau sind. Die Entfernungsmesser und Bautachymeter erfordern feste Bezugspunkte wie z.B. bei den Entfernungsmesser den Fußboden (im Hochbau). Das bringt Schwierigkeiten bei der Umgestaltung der Räume. Zusätzlich müssen die optischen Elemente immer wieder gesäubert werden. Der Zugang zu den Sensoren darf nicht eingeschränkt werden, besonders dann, wenn sie mit Batterien betrieben werden. Eine genaue Messung kann anhand von induktiven Sensoren durchgeführt werden. Diese Lösung ist aber in großen Objekten schwer durchführbar und erfordert, um die konstante Messung zu gewährleisten, eine durchgehende Stromversorgung.
Bei der Messung der Dehnungen wird eine viel größere Genauigkeit erreicht. Die Messungen können zwar anhand von Tensometer durchgeführt werden, die aber eine kurze Lebensdauer aufweisen und genauso wie die induktive Sensoren, eine dauerhafte Stromversorgung benötigen. Bei der Verwendung von Schwingsaiten-Extensometer und optischen Glasfasersensoren gibt es diese Nachteile nicht. Die ältesten Schwingsaiten-Sensoren arbeiten bereits seit 30 Jahren. Sie werden an zwei Punkten befestigt und messen die Dehnungen anhand der Schwingfrequenz einer sich im Inneren des Sensors befindlichen Saite.

Der automatische SnowMonitor der Firma Neostrain ist ein gutes Beispiel für die Anwendung von Schwingsaiten-Extensometer und er dient der Bestimmung der Sicherheitsstufe eines Gebäudes unter Schneebelastung. Das System besteht aus Sensoren, die die Dehnungen und zusätzlich die Temperatur messen. Sie werden mit entsprechender Schnittstelle (Umwandler) verbunden, die die Signale der Sensoren in die Sprache des Computers umwandelt. Alle Elemente werden entsprechend verkabelt, dadurch wird die Stromversorgung sowie die Übertragung der Signale an den Umwandler und den Computer gewährleistet. Dank dieser Technologie wird die Übertragung der Signale nicht gestört und die Messungen können mit beliebiger Häufigkeit und unabhängig von der Lebensdauer der Stromquelle durchgeführt werden. Auch Messungen in den Sommermonaten sind möglich. Das System wird mit einer Notstromversorgung ausgestattet wobei fehlende Stromversorgung nicht zu einem Datenverlust führen würde.
Die Dehnungssensoren werden zu Messpunkten und Überwachungszonen gruppiert. Die Überwachungszonen stellen die repräsentativen Bereiche auf dem Dach dar wie z.B. die Stellen der Schneeansammlung. Eine sorgfältige Planung der Lage der Sensoren, ermöglicht die Bestimmung der Belastungen (wie z.B. Schneelasten und Wasserlasten) bei gleichzeitiger Eliminierung der Einflüsse von Temperatur und Wind, was z.B. bei Systemen die auf der Messung von Verschiebungen basieren, nicht möglich ist.
Ein wichtiges Merkmal des Systems ist die Art der Kalibrierung, die in 2 Etappen erfolgt:
1. Nach der Fertigstellung anhand der statischen Berechnungen bzw. der Probebelastungen.
2. Im Winter unter Schneebelastung.
Diese Methode gewährleistet einerseits ein hohes Vertrauen an das richtige Funktionieren des Systems, andererseits ermöglicht es die Festlegung der Warnstufen, die den Anwender über die Sicherheit des Tragwerks unter Schneebelastung informieren.
Standardmäßig gibt es 3 Warnstufen: die erste Stufe informiert über die Notwendigkeit der Vorbereitung zur Schneeräumung, die zweite Stufe meldet die Notwendigkeit der Schneeräumung,
die dritte Stufe fordert auf, das Gebäude zu evakuieren. Alle Informationen werden auf der Festplatte des Computers gespeichert und können auch von den berechtigten Personen über das Internet abgerufen werden.
Zusammenfassend ist es festzustellen, dass der automatische SnowMonitor zu den fortschrittlichsten Schneelast-Überwachungs-Systemen gehört.