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Im Rahmen von Ertüchtigungsmaßnahmen an Spannbetonbrücken werden häufig Kernbohrungen durchgeführt, die die vorhandenen Spannbewehrungen nicht beschädigen dürfen. Die Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) kann einen wesentlichen Beitrag leisten, das Risiko einer Beschädigung zu minimieren und somit eine bessere Planungssicherheit für die Ertüchtigungsmaßnahmen zu schaffen. Typische ZfP-Verfahren für das Auffinden von vorgespannter Bewehrung sind das Radar- und das Ultraschallverfahren. Am Beispiel der Ertüchtigung einer Brücke in Bremen wird die Vorgehensweise beschrieben, und es werden die Grenzen der Verfahren aufgezeigt.
Building stones are porous media and they can deteriorate through moisture ingress and secondary damage such as crystallization of soluble salts. Not only is this due to the increasing number of flood events in the past years but also structural damages of houses from activity such as leakage or rising moisture (groundwater) are the main causes. The potential benefit of several nondestructive testing methods to assess water damage in building stone has been studied in a field-scale experiment. Three testing walls made of fired clay brick, sandstone, and spongilite were flooded and their drying behavior monitored using infrared thermography, complex resistivity, ground penetrating radar, and ultrasonics. The results were compared to the average moisture content determined by gravimetric weighing of the specimens. Qualitatively, the results of the different nondestructive testing methods matched well. But in terms of quantitative data, some scatter was observed and the results should be viewed with care. Collecting time-consuming calibration data would help to overcome this problem, but especially when dealing with historic building structures, this is not always possible in practice.
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.
Anhand eines erfolgreichen Messeinsatzes an einer Spannbetonbrücke, deren Querspannglieder zuverlässig lokalisiert und nachfolgend instandgesetzt werden sollen, wird die Vorgehensweise der Radarmessung mit zwei verschiedenen Polarisationsrichtungen der Antenne zur Unterscheidung von unterschiedlichen Arten der Bewehrungen ausführlich erklärt. Das Radarverfahren eignet sich sehr gut für die zerstörungsfreie Ortung von Bewehrung in Stahlbetonbauwerken. Insbesondere lässt sich mit dem Verfahren vorgespannte Bewehrung bis in einer Tiefe von ca. 30 cm und bei einem normalen Bewehrungsgrad (Maschenweite >10 cm) der schlaffen Bewehrung zuverlässig auffinden. Seit einigen Jahren wird das Radarverfahren erfolgreich im Vorfeld einer schadensfreien Kernbohrung im Rahmen von Ertüchtigungsmaßnahmen von Stahlbetonbrücken mit externen Spanngliedern angewendet. Aufgrund der Lage und dem Verlauf der vorgespannten Bewehrung in Hohlkastenseitenwänden und Plattenbalken kann eine vorgespannte Bewehrung von schlaffer Bewehrung in diesen Bauwerken sehr gut unterschieden werden. Diese Unterscheidungsmerkmale lassen sich aber bei Querspanngliedern in einer Fahrbahnplatte nur selten anwenden, da häufig die Überdeckung und der Abstand der schlaffen Bewehrung und der Querspannglieder ähnlich sind. In diesem Beitrag wird beschrieben, wie der gezielte Einsatz verschiedener Polarisationsrichtungen der Antenne zu einer zuverlässigen Unterscheidung von schlaffer Bewehrung und Spanngliedern beiträgt und damit zu einer verbesserten bildgebenden Darstellung der inneren Konstruktion der Fahrbahnplatte führt.
This paper studies the spatial and temporal spectral absorption of reflector signals of a 1.5 GHz ground penetrating radar (GPR) during a drying process of a brickwall from initial wet to later dry state. The non-stationary GPR signals were processed with short time-Fourier transform (STFT) and wavelet transform (WT) in a novel spatial-timefrequency (STF) domain. Spatial distribution of peak frequency at the direct wave (DW) across the antenna and a backwall reflection was studied to characterize the mechanism of spectral absorption of GPR wave. Results from WT were shown to be more preferred to those from STFT because the WT offers multiple resolutions to cope with both low and high frequency components in GPR wavelets but STFT does not. In addition to the traditional GPR signal interpretation in time-domain and our previous works on time–frequency domain, the analysis method operated in the STF domain provides another possibility of material characterization by GPR in large and field scale.
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.
Time slices of very dense GPR measurements carried out at concrete with a real point distance of less than 10 mm in x and y direction show weak reflection patterns besides the strong reflections of reinforcements. A repetition of these measurements with the same local geometrical precision at the same specimen shows the same reflection pattem. We suppose that the heterogeneity of concrete given by aggregates (e.g. gravel, broken granite) causes local weak Scattering of the GPR waves and leads to reflection patterns in the GPR data. These reflection patterns can be explained by a Superposition of multiple scatterings of single aggregates. So far these reflection patterns have been not recognized in Standard time slices due to the large spacing (> 5 cm) between single profiles and because of the interpolation between the profiles.
We investigate the characteristics of the volume scattering effects, caused by aggregates, at concrete blocks with two different grading curves. In a more general investigation we study the volume scattering of aggregates by using wooden boxes filled with only typical aggregates and an included defined reflector (metal plate). The thickness of the aggregate layer above the metal plate was varied between 20 cm and 40 cm. With a very dense measuring grid at the surface we are able to calculate the effective volume scattering and to analyze the distribution of the reflection amplitude of the included metal plate for different aggregate set-ups. Results of this study confirm that the weak reflection patterns in concrete can be explained by aggregate scattering and have a direct correlation to the penetration depth of GPR in concrete.