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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.