Glasfasermonitoring: Risse im Mikrometerbereich erkennen

Oktober 26, 2026

Mit Glasfasermonitoring lassen sich rechnerische Rissbreiten im Mikrometerbereich auflösen, verteilt über hunderte Meter Bauwerk statt an einzelnen Messpunkten. Christoph Monsberger, Mitgründer von ACI Monitoring, erklärt im Interview, wie faseroptische Sensorsysteme funktionieren, wo sie im Brenner Basistunnel eingesetzt wurden und warum die Technologie nicht für jedes Projekt die richtige Wahl ist.

Was Glasfasermonitoring von klassischen Sensoren unterscheidet

Der entscheidende Unterschied zu punktuellen Sensoren: Bei faseroptischen Systemen muss die Lage einer zukünftigen Schädigung bei der Installation nicht bekannt sein. Die Glasfaser wirkt wie ein Nervensystem des Bauwerks und erfasst Dehnungen kontinuierlich entlang ihrer gesamten Länge, nicht nur an diskreten Punkten.

„Ich habe eine optische Glasfaser und die agiert als eine Art Nervensystem des Bauwerks. Das heißt, ein entstehender Schaden wird mit sehr hoher räumlicher Auflösung detektiert und kann danach numerisch quantifiziert werden.“ Christoph Monsberger, ACI Monitoring

Das ist besonders relevant für Bauwerke, deren rechnerische Lebensdauer erreicht ist oder die stärker ausgelastet werden als ursprünglich geplant. Eine Weiternutzung über die geplante Lebensdauer hinaus sollte laut Monsberger nur mit zuverlässigen Monitoringsystemen erfolgen, die die Betriebssicherheit gewährleisten.

Aufbau: Glasfaserkabel und Messgerät

Der Kern der Technologie ist eine optische Faser aus der Telekommunikation mit einem Außendurchmesser von 0,25 Millimetern, der eigentliche Trägerkern misst nur 9 Mikrometer, dünner als ein menschliches Haar. Für den Bauwerkseinsatz wird sie mit Schutzschichten versehen: Kunststoffummantelung, Edelstahlröhrchen (Fiber in Metal Tube) oder Bewehrungen aus Stahl beziehungsweise glasfaserverstärktem Kunststoff, je nach Anwendung.

Im Neubau wird das Kabel idealerweise direkt im Beton eingebettet, was einen perfekten Kraftschluss zwischen Bauwerk und Sensor herstellt. Bei Bestandsbauwerken lässt sich das Kabel auch nachträglich applizieren, etwa durch leichtes Einfräsen der Oberfläche um wenige Millimeter, oder für kurzfristige Anwendungen direkt aufkleben auf Beton, Stahl oder Kunststoff.

Kerndurchmesser der Glasfaser: 9 Mikrometer
Außendurchmesser mit Schutzschicht: 0,25 mm
Hohe räumliche Auflösung: ein Dehnungswert alle 2 mm, Reichweite bis 100 m
Große Reichweite: bis 25-50 km, Auflösung 0,2-0,5 m je Dehnungswert

Wie die Messung funktioniert

Ein Interrogator koppelt einen Lichtpuls in die Glasfaser ein. Da Glas nicht zu 100 Prozent rein ist, wird der Puls an verschiedenen Stellen entlang der Faser gestreut. Ein sehr kleiner Anteil dieser Rückstreuung gelangt zum Messgerät zurück und wird dort auf Dehnung, Temperatur oder Vibration ausgewertet.

Man unterscheidet drei Systeme: Distributed Strain and Temperature Sensing (kombinierte Dehnungs- und Temperaturmessung), Distributed Temperature Sensing (reine Temperaturmessung, unempfindlich gegenüber Dehnung) und Distributed Acoustic Sensing für Vibrationsmonitoring, etwa zur Leckageortung bei Pipelines. Für das klassische Bauwerksmonitoring ist die kombinierte Dehnungs- und Temperaturmessung das wichtigste System, da Temperaturkompensation für belastbare Dehnungswerte zwingend notwendig ist.

Ein zentraler praktischer Vorteil: Der Interrogator muss nicht am Messort selbst stehen. Er kann außerhalb eines Tunnels, unterhalb einer Brücke oder in einem gut zugänglichen Wartungsgebäude platziert werden, verbunden über Leitungen mit den eigentlichen Sensorabschnitten. Das schränkt den laufenden Betrieb des Bauwerks nicht ein.

Rissbreiten im Mikrometerbereich

In einem aktuellen Projekt an einer Bestandsbrücke hat ACI Monitoring ein Sensornetzwerk über rund 100 Meter installiert, explizit um neue Risse in der Tragwerkstruktur frühzeitig zu erkennen, noch bevor die nächste turnusmäßige visuelle Inspektion stattfindet. Bei Belastungsversuchen ließ sich das Öffnen und Schließen von Rissen direkt beobachten.

„Und dort können wir definitiv signifikante rechnerische Rissbreiten im Mikrometerbereich mit der Technologie auflösen.“ Christoph Monsberger, ACI Monitoring

Über den Jahresverlauf zeigte sich außerdem die thermische Rissatmung, Öffnungen im Bereich mehrerer Mikrometer bis in den Hundertstel-Millimeter-Bereich, baupraktisch nicht relevant, aber mit einer Amplitude von etwa dem 50-fachen des Messrauschens klar auflösbar. Bemerkenswert: Bei dieser Brücke betrug die thermisch bedingte Dehnung über ein Jahr rund das Zehnfache dessen, was der kontrollierte Belastungsversuch an Verformung erzeugte. Wer Grenzwerte definiert, muss diesen natürlichen Jahresgang kennen, sonst drohen Fehlalarme, die ein Monitoringsystem am Ende unglaubwürdig machen.

Der Brenner Basistunnel als Referenzprojekt

Im Brenner Basistunnel hat ACI Monitoring nach eigenen Angaben eines der weltweit größten faseroptischen Monitoringprojekte für Dehnungsmessung realisiert: knapp 40 Kilometer Sensorkabel und 60 Kilometer Verbindungsleitungen, verteilt über rund 25 Prozent der gesamten Tunnellänge. Die Sensorik wurde bereits im Fertigungswerk in die Tunnelsegmente eingebaut, die beim Vortrieb mit der Tunnelbohrmaschine zu durchlaufenden Ringen verbunden werden.

Das Messgerät selbst steht dabei mehrere hundert Meter bis zu einem Kilometer von der eigentlichen Messstelle entfernt und wird über Verbindungsleitungen angeschlossen, in Bereichen mit besonders hoher Gebirgsüberdeckung und schwierigen geologischen Bedingungen.

Typische Fehler und die Rolle des Zeitpunkts

Die größte Fehlerquelle liegt laut Monsberger nicht in der Sensortechnik selbst, sondern in der organisatorischen Trennung von Bauteam und Erhaltungsmanagement. Wird Monitoring erst nach Projektabschluss eingeplant, gehen wichtige Informationen verloren. Seine klare Empfehlung: Monitoring so früh wie möglich in die Planungsphase einbeziehen, nicht erst wenn das Bauwerk fertiggestellt ist.

Im Tunnelbau kommt ein weiterer Punkt dazu: Vortriebsunterbrechungen sind extrem kostspielig, daher muss die Sensorinstallation so in den Bauablauf integriert werden, dass sie den eigentlichen Baufortschritt möglichst wenig beeinflusst. Ein konkretes Negativbeispiel aus der Praxis: Bei einem Ankerkopfmonitoring wurden die Grenzwerte zunächst falsch definiert, es kam zu so vielen Fehlalarmen, dass das System am Ende abgeschaltet wurde, obwohl erhebliche öffentliche Mittel investiert worden waren.

Wann sich Glasfasermonitoring wirklich lohnt

Monsberger warnt davor, Glasfasermonitoring pauschal als Lösung für jedes Projekt zu verkaufen. Der Sensor muss zum Objekt passen, manchmal reicht ein konventioneller Sensor für wenige hundert Euro völlig aus. Faseroptische Systeme spielen ihre Stärke dann aus, wenn die Lage künftiger Schäden unbekannt ist, etwa bei Rissbildung an Brücken ohne bekannte Schwachstellen, oder bei Ankeranlagen, wo der Kraftverlauf entlang der gesamten Ankerlänge und nicht nur am Ankerkopf interessiert.

Für andere Probleme, etwa Hangrutschungen oder Setzungen an Brückenpfeilern, können GNSS-Methoden, klassische Geodäsie oder Schlauchwaagensysteme die kostengünstigere und ausreichende Lösung sein. Die Entscheidung erfordert laut Monsberger immer das Zusammenspiel von Sensorik-Expertise und Fachwissen aus Statik, Geotechnik oder Bodenmechanik.

Wie genau ist Glasfasermonitoring bei der Rissdetektion?

In einem dokumentierten Brückenprojekt konnten rechnerische Rissbreiten im Mikrometerbereich aufgelöst werden, mit einer Amplitude von etwa dem 50-fachen des Messrauschens. Die tatsächlich sinnvolle Ortsauflösung hängt von der Reichweite ab: Bei kurzen Strecken bis 100 Meter sind Werte alle 2 Millimeter möglich, bei 25 Kilometern Reichweite liegt die Auflösung bei etwa 0,5 Metern.

Muss Glasfasermonitoring schon beim Neubau eingeplant werden?

Nicht zwingend, aber dringend empfohlen. Nur wenn Monitoring in der Planungsphase berücksichtigt wird, lässt sich die Sensorik optimal in Bauablauf und Statik integrieren. Bei Bestandsbauwerken wird Monitoring meist situationsbezogen eingesetzt, wenn ein konkreter Schadensfall oder ein Schadensrisiko vorliegt.

Ist Glasfasermonitoring für jedes Bauwerk die richtige Wahl?

Nein. Der Sensor muss zum jeweiligen Schadensmechanismus passen. Für Probleme ohne bekannte Schadstelle, etwa neue Risse an Brücken oder Ankeranlagen, bietet Glasfaser Vorteile gegenüber Punktsensoren. Bei anderen Fragestellungen wie Hangrutschungen oder Setzungen können klassische geodätische Methoden ausreichend und kostengünstiger sein.