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One of the main problems in the assessment of the operability, stability and contamination potential of tailings facilities is the lack of data on subsurface materials, properties and structures. One key task in the use of geophysics is the selection of the proper methods for a given site/problem combination. Interpretation of the acquired and processed physical data (e.g. electrical resistivity distribution) into something useful for site assessment (e.g. contamination distribution) is another. In the TAILSAFE project (funded by the European Commission) we have worked with partners on the use of geophysics for tailings facilities inspection. DC and complex resistivity, ground penetrating radar, and spectral analysis of surface waves and multichannel analysis of surface waves have been used on dams and beaches. In most cases, our methods provided useful information on the subsurface structure, but the translation of geophysical values into geotechnical or other parameters is still challenging.
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.
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.
Collecting different geophysical data sets at the same object and site offers the opportunity to reduce uncertainties and ambiguities in data analysis and interpretation. To be effective, the different available data sets should be linked during the model-generation process, e.g. by cooperative inversion. In this study, we apply a recently developed zonal cooperative inversion approach based on fuzzy c-means cluster analysis to a non-destructive testing experiment. After briefly reviewing the fundamentals of the inversion strategy, we present a synthetic study investigating the potential of the method to detect air-filled voids in masonry by using ultrasonic and georadar traveltime data. Then, we present and discuss laboratory experiments including the results of cooperatively inverted ultrasonic and georadar traveltimes collected at a masonry test specimen. The geometry of the specimen is known and is thus an ideal test object for a first-time real application of the novel zonal cooperative inversion procedure. Compared to the results of separate inversions of ultrasonic and georadar traveltimes, the zonal cooperative inversion allows for an improved delineation of the size and position of the cavities. The P-wave and georadar velocities determined for the model regions corresponding to the cavities are also improved.
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.
Die Ermittlung der genauen Bewehrungslage ist von großem Interesse bei der Instandsetzung und Ertüchtigung von Stahlbetonbauwerken. Denn nur wenn die Lage der für die Standsicherheit wichtigen Bewehrung bekannt ist, können Kernbohrungen oder Sägearbeiten schadensfrei durchgeführt werden. Das Bodenradar als zerstörungsfreie Methode ist wegen des einfachen Verfahrens der Antenne entlang einer Messspur für eine solche Aufgabenstellung sehr gut geeignet. Die Anwendung kann aber eingeschränkt werden, wenn die gesuchte Bewehrung zu tief liegt oder durch eine davor liegende Bewehrung abgeschattet wird. Bei der Ortung mehrlagiger Bewehrung ist es wichtig, einen mehrstufigen und effizienten Messplan zu erstellen, der den Aufwand auf einem vertretbaren Maß beschränkt und die Möglichkeit bietet, beim Erreichen der Verfahrensgrenzen rechtzeitig die Untersuchung abzubrechen. Am Beispiel einer Stahlbetonbrücke, die nachträglich mit externen Spanngliedern versehen wurde, wird das Vorgehen beim Orten von mehrlagiger Bewehrung gezeigt.