BREAS - Blast Response Assessment of Structures

Die Bundeswehr ist gegenwärtig in mehreren Auslandseinsätzen von globaler Bedeutung im Einsatz. Das erfordert die Unterbringung von Personal und der zugehörigen Infrastruktur am jeweiligen Einsatzort. Die Bevorratung von Munition im Einsatz erzeugt eine Gefährdung innerhalb der Unterkunftsinfrastruktur, welche es zu bewerten gilt. Das gleiche Gefahrenpotenzial birgt auch die Munitionslagerung im Grundbetrieb der Bundeswehr. Im Fall einer Umsetzung von Munition sind Personen oder Objekte erheblich gefährdet.

Das Fraunhofer EMI ist mit seiner Expertise und der Entwicklung von Softwarelösungen Teil eines Gremiums zur Bewertung der Sicherheit von Munitionslagerung. Neben dem EMI als wissenschaftlichem Partner sind Einrichtungen der Bundeswehr aus diesem Themenfeld, wie beispielsweise die Wehrtechnische Dienststelle für Schutz- und Sondertechnik (WTD 52), das Bundesamt für Infrastruktur, Umweltschutz und Dienstleistung, das Kommando für territoriale Aufgaben und das Logistikkommando der Bundeswehr, in diesem Gremium aktiv. Aufgrund der langjährigen und erfolgreichen Zusammenarbeit sind die Ergebnisse der EMI-Studien und die resultierenden Tools mittlerweile im Bundeswehrleitfaden zum Risikomanagement bei der Bevorratung von Munition integriert. 

In Abhängigkeit von Truppenstärke und vorliegenden Vorschriften kann der Bedarf und die fachgerechte Lagerung mit der EMI-Software ASASP (Ammunition Storage and Site Planning Tool) bewertet werden. Im Abgleich mit den tatsächlichen räumlichen Gegebenheiten wird geprüft, ob Schutzabstände eingehalten werden können.

Bei Unterschreitung von Schutzabständen ermöglicht das EMI-Tool ESQRA-GE (Explosives Safety Quantitative Risk Assessment Germany) die Bewertung möglicher Risiken zur Entscheidungsunterstützung. Es werden Gefährdungen durch Splitter, Trümmer und Druckstoß und deren Auswirkungen auf Personen, Fahrzeuge und Gebäude abgeschätzt. Speziell die zu erwartenden Schäden an Gebäuden werden nur mit vereinfachten Modellen phänomenologisch betrachtet.

Daher wurde nach einer Möglichkeit gesucht, das Bauteilverhalten unter Druckstoßbelastung praxisgerecht und dennoch genau berechnen zu können. Ergebnis dieses Forschungsprojekts ist das Softwaretool BREAS (Blast Response Assessment of Structures), welches das Portfolio der Bundeswehr an Softwaretools im Rahmen der munitionstechnischen Sicherheit komplettiert.

BREAS - Die Expertensoftware

BREAS ist eine am Fraunhofer EMI entwickelte Expertensoftware zur detaillierten Schadensbewertung von baulichen Strukturen unter Einwirkung von Detonationsereignissen. Anders als die meisten Finite-Elemente-Methoden bietet das Tool BREAS eine schnelle und einfache Bewertung des Bauteilverhaltens unter hochdynamischer Belastung. Gebäude können frei gewählt und auf einer grafischen Oberfläche angeordnet werden. Es wird nicht nur die reine Tragfähigkeit analysiert, sondern auch eine Schadensbewertung der Infrastruktur mittels Farbskala vorgenommen. Die Bemessungsgrundlage bildet ein Ingenieurmodell bei flächiger Lastannahme. Hierbei wird die kritische Bauteilauslenkung bei Detonationsbelastung berechnet und visualisiert.

Detaillierte Schadensanalyse und -bewertung

Einzelne Gebäude, aber auch insbesondere Gebäudegruppen, können genauer untersucht werden. Der Benutzer wird dabei durch eine dreidimensionale grafische Oberfläche bei Erstellung und Anordnung unterstützt. Für eine effiziente Schadensanalyse werden sowohl Gebäude als auch Container in ihre Elemente zerlegt und einzeln bewertet. Für die Containertypen sind diese Größen fest vorgegeben, die Gebäude können frei konfiguriert werden. Somit können auch längere Fassadenseiten genauer untersucht werden.

Neben für Feldlager typischen Elementen, wie Containern und Gebäuden, werden auch Schutzmaßnahmen durch Traversen und Erdwälle oder strukturelle Verstärkungsmaßnahmen berücksichtigt. Aufbau und Art der Traversen oder Erdwälle orientieren sich an den gängigen Größen aus dem Leitfaden für die sichere Lagerung von Munition. Die Berechnung von Minderungsfaktoren der Detonationseinwirkung bildet die Grundlage, um die Schutzwirkung von Traversen oder Erdwällen zu berücksichtigen. Darüber hinaus ermöglicht die Verknüpfung mit Kostenfaktoren die Bewertung der Effizienz verschiedener Schutzmaßnahmen.

Die Abschätzung des Gefährdungspotenzials erfolgt über zwei verschiedene Methoden: Mithilfe von semiempirischen Ansätzen kann über Gefahrstoffmenge und Abstand die Belastung am Bauteil oder Gebäude berechnet werden. 

Eine Schnittstelle zur Software APOLLO Blastsimulator ermöglicht über ein Finite-Volume-Verfahren die Berücksichtigung von Fokussierungs- und Abschattungseffekten, wie sie bei komplexer Ausbreitung im bebauten Gebiet auftreten können.

Neben der Bewertung potenzieller Schäden bei der Bevorratung von Munition kann die Software BREAS auch im Bereich der Kampfmittelräumung eingesetzt werden, um mögliche Gefährdungen abzuschätzen und Entscheidungsunterstützung für Räumdienste zu liefern.