Gestaltung, Validierung und Optimierung von Messprogrammen für geotechnische Aufgabenstellungen

Beim Entwurf von baubegleitenden Messprogrammen steht die Frage "Wo messe ich welche Größen wie häufig und mit welcher notwendigen Präzision?" im Mittelpunkt. Messprogramme sind kein Selbstzweck zur Anhäufung beliebig detaillierter und umfangreicher Daten, sondern dienen u.a. der quantitativen Beantwortung von Fragen nach der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit. Daraus leitet sich unmittelbar ein wesentlicher Abstimmungsbedarf zwischen den Verantwortlichen für die Gestaltung des Messprogramms und für die Durchführung der notwendigen Nachweise, und das im Vorfeld der eigentlichen Berechnungen, ab.

Oben gestellte Frage kann erfolgreich mit den Methoden der angewandten Mathematik beantwortet werden. Zu quantifizieren ist dazu letztendlich die Sensitivität der Systemantwort (z. B. von Deformationen, Spannungen oder hydraulischen Potentialen) bezüglich häufig zunächst unbekannter Systemparameter, wie z. B. von Anfangs- und Randbedingungen, Geometrien oder Materialkennwerten.

Eine umfassende messtechnische Instrumentierung ist heutzutage integraler Bestandteil der Mehrzahl aller "bedeutungsvollen" geotechnischen Projekte. Nicht zuletzt aufgrund immer anspruchsvollerer Vorhaben erweitert sich das Nutzungsgebiet der so gewonnenen Messdaten zunehmend von einer reinen Überwachung und Beweissicherung zu einem wichtigen Indikator für die Entscheidungsfindung im Rahmen der operativen Ausführung (im Sinne der "Beobachtungsmethode"). Um diese Nutzungsbereiche zu eröffnen, müssen die von Projekt zu Projekt unterschiedlich zu betrachtenden relevanten Aspekte der Systemantwort des jeweiligen Vorhabens in ausreichender Qualität und Umfang wiedergegeben werden. So ist grundsätzlich ein Messprogramm anzustreben, welches möglichst kosteneffizient ausreichende Daten zur Verfügung stellt.

Da die Planung und Definition eines solchen Messprogramms i. d. R. bereits vor Beginn der eigentlichen Bauarbeiten abgeschlossen sein muss, ist dieser Arbeitsschritt als nicht-trivial anzusehen. Als Lösungsweg bietet sich eine numerische Modellierung des Projektes an, wobei sowohl die geplanten Arbeitsschritte als auch verschiedene messtechnische Instrumentierungen an diesem Modell numerisch untersucht werden können. In diesem Beitrag wird eine Strategie für die Analyse von Messprogrammen in Kombination mit einem objektiven Bewertungskriterium vorgeschlagen.