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Geophysikalische Untersuchungen zur Zustandsbewertung einer historischen Mauerwerksbrücke in Polen
(2007)
Impulsradarmessungen in Reflexionsanordnung werden seit längerem mit Erfolg zur
zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen eingesetzt. Ziel ist die strukturelle
Untersuchungen wie z.B. der Verifizierung von Bauplänen durch Ortung von
Bewehrungslagen und Spannkanälen und die Dickenbestimmungen [1]. Eine
Vielzahl bisheriger Untersuchungen hat jedoch gezeigt, dass zur Lösung dieser
Fragestellungen bei größeren Bauteildicken, dichterer Bewehrung und diffuseren
Reflexionsobjekten häufig die reflektierte Signalenergie nicht ausreicht.
Transmissionsverfahren und die Auswertung mit entsprechenden tomographischen
Inversionsalgorithmen weisen hierbei ein Potential auf, das im folgenden Beitrag
systematisch auf die Anwendung zur Strukturanalyse hin untersucht wird. Die
begonnenen Untersuchungen dazu konzentrierten sich vor allem auf die Evaluierung
des Radarverfahren für die Transmissionsmessungen an Betonbauteilen. Bei der
systematischen Vorgehensweise wurde an Probekörpern gemessen und numerische
Simulationen gerechnet.
In einem ersten Schritt kamen laufzeittomographische Verfahren zum Einsatz. Neben
räumlichen Strukturmerkmalen werden somit Materialeigenschaften wie die
Verteilung des Betrages der Ausbreitungsgeschwindigkeiten der eingesetzten
elektromagnetischen Wellen im Bauteil ermittelt. Die Arbeiten an der BAM dazu sind
unter Mitwirkung einer Vielzahl von KollegInnen in verschiedenen Projekten
eingebunden, so vor allem in dem EU-Vorhaben Sustainable Bridges
(www.sustainablebridges.net) und in der DFG-Forschergruppe FOR384
(www.for384.uni-stuttgart.de).
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).
Non-destructive tests (NDT) are an essential tool used in special inspections to gather detailed information about the condition of a bridge. The inspection of bridge decks is a critical task, and, currently, can be successfully carried out using a wide range of NDT techniques. Nevertheless, some of these techniques are excessively expensive and time consuming. One of these techniques, the ground penetrating radar (GPR), has been used for some decades in the non-destructive inspection and diagnosis of concrete bridges. GPR is useful to find general information about the true position of reinforcement and tendon ducts, and check the quality of the construction and materials. A significant number of reinforced and prestressed concrete bridges are deteriorating at a rapid rate and need to be repaired and strengthened. During these rehabilitation processes, designers are often faced with a lack of original design plans and unawareness of the real position of reinforcement and tendon ducts. In this paper, three case studies of the use of GPR techniques for the inspection of concrete bridges are presented and analysed. The main aim of this research is to show the strong need and usefulness of these techniques, which can provide non-visible information about structural geometry and integrity required for strengthening and rehabilitation purposes.
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.
Complex resistivity (CR) behavior of building material - first results of field scale measurements
(2008)
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.
The influence of moisture on the reliability of detection of larger voids in brickwork masonry was investigated using three non-destructive techniques: radar, ultrasonic and complex resistivity (CR). Radar and ultrasonic travel time tomography, as well as CR tomography, were performed over a specific cross section of a specimen containing a large void at a known position to determine the influence of different levels of moisture content in the brickwork on the wave velocities and the CR magnitude. We defined a numerical estimator to quantitatively determine the void detection efficiency from the images obtained when exposing the specimen to moisture. The results showed radar to be the most reliable technique for void detection in both dry and wet masonry, while CR performed much better in detecting larger air voids in wet masonry.
Complex special inspection of an old masonry arch bridge according to the Guideline on Inspection and Condition Assessment of Railway Bridges and numerical analysis of the structure are presented. The guideline summarises recommendations for the step-by-step investigation of railway bridges applying enhanced methods developed during the EU-funded project Sustainable Bridges. For the investigation of the arch barrel, the ballast parameters and the inner structure of the backfill behind the arch barrel a number of various advanced non-destructive and minor-destructive testing methods were applied. Deformation of the structure during load tests was measured using three independent measuring systems: laser vibrometer, LVDT and microwave radar. Results of calculations performed with 2D and 3D models based on FEM are compared with the field load tests. Sensitivity of the ultimate load of the structure to investigated parameters is studied in FE model. Some general conclusions according to methods of testing and modelling of masonry arch bridges are presented and discussed.