Untersuchung der Dauerhaftigkeit und Aufspueren von Schaeden mit Hilfe der Nanotechnologie und auf MEMS basierten Geraeten im Bruecken- und Hochbau

Kritische Systeme der gebauten Infrastruktur wie etwa Bruecken, Hochhaeuser, Daemme, Kernkraftwerke und Rohrleitungen stellen eine bedeutende Investition dar. Eine gesunde Oekonomie der Vereinigten Staaten und die Lebensweise ihrer Buerger haengen von der Zuverlaessigkeit und Sicherheit der Elemente der Infrastruktur ab. Es ist eine Herausforderung fuer die Ingenieure, die Zuverlaessigkeit und Sicherheit dieser grossen Tragwerke angesichts terroristischer Bedrohung, Naturkatastrophen und der Langzeitschaedigung zu gewaehrleisten. Gleichzeitig muessen die Vorgaben fuer das rechtzeitige Eingreifen im Notfall erfuellt sein. Diese unterschiedlichen Bedrohungen koennen einen bedeutenden negativen Einfluss auf die bebaute Umwelt haben. Eine permanente Zustandsueberwachung der gebauten Infrastruktur verspricht ein geeigneter Weg zu sein, um die notwendigen Informationen fuer eine nahezu zeitgleiche Erfassung der Zuverlaessigkeit und der Sicherheit der Tragwerke zu beschaffen. Diese Information kann dazu benutzt werden, die Unversehrtheit eines Tragwerkes zu bestimmen, um das Bergen und Instandsetzen nach einem Erdbeben oder nach einem terroristischen Anschlag entsprechend planen zu koennen. Mit diesem Wissen koennen die Truemmer rasch und sicher abgetragen werden und entsprechend beschaedigte Bauteile koennen voruebergehend gestuetzt werden. Diese Informationen koennen aber auch dazu dienen, den Beginn einer Schaedigung durch lang andauernde schaedigende Prozesse in Tragwerken zu erkennen. Allerdings gibt es noch wesentliche Hindernisse, eine Tragwerksueberwachung gestuetzt auf eingebettete Sensoren durchzufuehren. Dazu zaehlt das Fehlen zuverlaessiger, leicht einbaubarer, preisguenstiger und unter strengen Umweltbedingungen widerstandsfaehiger Sensoren, die in ausgedehnte Tragwerke der Infrastruktur eng und flaechendeckend eingebaut werden koennten. Die Nanotechnologie und Systeme, die auf MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) basieren, wurden in den letzten Jahren weiter entwickelt und sie stellen heute eine innovative Loesung fuer das uebliche Aufspueren von Schaedigungen dar. Diese moderne Technologie fuehrt zu drahtlosen, kostenguenstigen, dauerhaften und kleinen Datenerfassungssystemen mit hoher Dichte. In diesem Beitrag wird ueber laufende Forschungsprojekte zur Anwendung der Nanotechnologie und MEMS zur Zustandsueberwachung und zur Ueberwachung der Dauerhaftigkeit an der Alabama A & M Universitaet (AAMU), Zentrum fuer Transport, Infrastruktur, Zuverlaessigkeit und Sicherheit, berichtet. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: Critical civil infrastructure systems such as bridges, high rises, dams, nuclear power plants and pipelines present a major investment and the health of the United States' economy and the lifestyle of its citizens both depend on their safety and security. The challenge for engineers is to maintain the safety and security of these large structures in the face of terrorism threats, natural disasters and long-term deterioration, as well as to meet the demands of emergency response times. With the significant negative impact that these threats can have on the structural environment, health monitoring of civil infrastructure holds promise as a way to provide information for near real-time condition assessment of the structure's safety and security. This information can be used to assess the integrity of the structure for post-earthquake and terrorist attacks rescue and recovery, and to safely and rapidly remove the debris and to temporary shore specific structural elements. This information can also be used for identification of incipient damage in structures experiencing long-term deterioration. However, one of the major obstacles preventing sensor-based monitoring is the lack of reliable, easy-to-install, cost-effective and harsh environment resistant sensors that can be densely embedded into large-scale civil infrastructure systems. Nanotechnology and MEMS-based systems which have matured in recent years represent an innovative solution to current damage detection systems, leading to wireless, inexpensive, durable, compact, and high-density information collection. In this paper, ongoing research activities at Alabama A&M University (AAMU), Center for Transportation Infrastructure Safety and Security on the application of nanotechnology and MEMS to Civil Infrastructure for health and durability monitoring will presented. (A)