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Complex resistivity (CR) behavior of building material - first results of field scale measurements
(2008)
Ground Penetration Radar (GPR) as a non-destructive (NDT)-method can be applied to obtain detailed information about the inner structure and condition of bridges without damaging the structure.
In this paper the capabilities and limitations of the application of the fast inspection technique GPR will be demonstrated.
In addition to GPR investigations, geoelectrical measurements, coring and petrophysical investigations have been carried out.
The investigated railway bridge in Olesnica is a typical European masonry arch bridge (age, construction and span length).
It shows typical damage to the masonry arches such as increasing salt concentration, destruction, material losses and longitudinal cracks.
Radar measurements were carried out with two main objectives: (1) Identification of basic geometric dimensions of the bridge and identification of construction details; (2) Evaluation of the condition of the masonry, such as mechanical damage (e.g. cracks) or variation of the moisture content.
Radar antennas of different frequencies (having different penetration depths) have been used to estimate the thickness of the walls.
Because of the high attenuation in the inner masonry structure the measurements have not produced satisfying results, but the radar measurements have been successfully applied to investigate the moisture distribution in the masonry.
These results have been verified by coring and through geoelectrical measurements.
Cracks were studied at two testing areas at one wing wall of the bridge using an automatic 2D radar scanning system.
The radar data were processed using advanced data processing tools like FT-SAFT reconstruction and data fusion.
The processing sequence allowed the creation of high-resolution depth sections (C-Scans).
Moisture ingress is one of the major deteriorating factors for building materials. Today, the only approved way to assess such damage is the gravimetric Darr method, which is essentially destructive. Substantial progress has been made using the geophysical complex-resistivity method, which can be applied non-destructively and provides spatial information along two-dimensional sections, rather than punctual along one borehole. Considerable advantages of complex resistivity are its sensitivity to textural properties, as well as the pore-fluid chemistry of wet, porous media. In a comprehensive laboratory study, and later in field scale experiments, it could be shown that complex resistivity may even be able to distinguish between salt content and saturation degree in a single measurement. A comparison with complementary nondestructive testing techniques points to the benefit and further research to be explored in multimethodical approaches.
Der Bedarf an Kernbohrungen in Stahlbetonbauwerken ist in den letzten Jahren durch die steigende Anzahl von Instandsetzungen und Ertüchtigungen unterschiedlicher Stahlbetonbauten stark gewachsen. Für die Durchführung einer Kernbohrung ist die Kenntnis der genauen Lage der vorgespannten Bewehrung notwendig, um diese für die Statik wichtigen Elemente nicht zu beschädigen. Das methodische Vorgehen für die schadensfreie Durchführung von Kernbohrungen wird am Beispiel einer ca. 1 m dicken Hohlkastenseitenwand der Karl-Carstens Brücke in Bremen gezeigt. Nach der Darstellung der Ausgangslage und der Aufgabenstellung werden die Schritte beschrieben, die zu einer erfolgreichen Durchführung der Aufgaben erforderlich waren. Hierbei steht die planmäßige Anwendung der zerstörungsfreien Untersuchungsmethode Impulsradar im Vordergrund. Das Vorgehen gliedert sich in vier Schritte:
- Zunächst wurde eine Voruntersuchung durchgeführt, um festzustellen, ob sich die vorgespannte Bewehrung in den erwarteten Tiefen von bis zu 50 cm und unter den vorhandenen Bedingungen der Hohlkastenseitenwände mit dem Impulsradar detektieren lässt.
- Nach der erfolgreichen Voruntersuchung wurden im zweiten Schritt die Bereiche der geplanten Kernbohrungen großflächig mit dem Impulsradar untersucht.
- Anschließend konnte anhand der Messdaten die Lage der Bewehrung ermittelt und in einen Plan eingezeichnet werden, der im Maßstab 1:1 ausgedruckt wurde. Dieser Plan wurde positionsrichtig auf die Oberfläche der Hohlkastenwand geklebt.
- Im letzten Schritt wurden dann gezielte Test- und Suchbohrungen durchgeführt, denen die eigentlichen Kernbohrungen folgten.
Mit der im Plan dargestellte Bewehrungslage war die Voraussetzung für schadensfreies Bohren gegeben. So konnten die Kernbohrungen durchgeführt werden, ohne die vorgespannte Bewehrung zu beschädigen.
Die drei Beispiele zerstörungsfreier Prüfungen an Spannbetonbrücken zeigen unterschiedliche Problemstellungen und deren Lösung mit unterschiedlichen Ansätzen.
Allen drei Beispielen gemeinsam ist die Verwendung kommerzieller Geräte. Diese werden von verschiedenen Anbietern bereitgestellt. Eine weitere Gemeinsamkeit ist, dass die Grundgeräte durch zusätzliche Maßnahmen ergänzt. Erst dann ist der gewünschte Untersuchungserfolg sicher gestellt.
Im ersten Beispiel wurde die vom Auftraggeber geforderte Präzision dadurch erreicht, dass systematische Voruntersuchungen stattfanden. Die Übertragung der Lokalisierung direkt auf die Betonoberfläche stellte sicher, dass keinen Informationsverluste an die nachfolgenden Aufgaben auftraten.
Das zweite Beispiel zeigt den Nutzen von Automatisierung und Kombination von Verfahren. Damit können dem Auftraggeber die notwendigen Angaben über Einbauteile mit großer Detaitreue und leicht verständlicher Visualisierung aufbereitet werden. Der abschließende Bericht zeigt, wie vorhandene Auswertungen sinnvoll durch noch in der Forschung befindliche Ansätze bereichert werden.
Insgesamt ist die zerstörungsfreie Prüfung in der Lage, an Brücken preisrelevante Fragestellungen zu lösen. Voraussetzung hierfür ist eine sorgfältig geplante Vorgehensweise und ein sicheres Verständnis der Grundlage der eingesetzten Geräte und Auswertungsschritte.
Moisture ingress is one of major damaging factors for masonry buildings. As the complex resistivity (CR) is sensitive to textural properties as well as to the pore fluid chemistry of wet porous media, its non-destructive application can provide helpful information for conservators. In a comprehensive laboratory study it has been shown that CR might even be able to distinguish between salt content and saturation degree in only one measurement. The combined use of electrical and electromagnetic measurement techniques in two field-scale flooding experiments has shown some unexpected differences. Possible reasons are discussed and it is shown that bringing together the information of both methods leads to a clearer picture.