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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.
Positioning accuracy of an automatic scanning system for GPR measurements on concrete structures
(2012)
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.
Air voids in concrete like honeycombs are one of the major concerns regarding quality assurance for the construction of infrastructure buildings like bridges or tunnels. This paper shows that voids in reinforced concrete walls or slabs can be detected by two standard ground coupled GPR antennas in transmission mode using a two-side zero-offset profiling configuration like in borehole radar applications. For the detection of voids only the amplitudes of the direct wave in transmission mode are evaluated. Even when the depth of the void can not be detected in this configuration, the major advantage of the zero-offset profiling in transmission mode is a lower interference with the surrounding reinforcement compared to a regular one-side reflection profiling. The capability of the two-side zero-offset profiling is demonstrated on a test specimen with a set of polystyrene balls of two different sizes representing voids like honeycombs in concrete. GPR measurements are realized by an automated scanning system in order to allow for a synchronous movement of the antennas. In transmission mode voids can be detected at greater depths compared to reflection mode, since the travel path of the direct wave is half as long. Another characteristic of the transmission mode is that the direct wave through the air voids is faster and arrives earlier than the direct wave in the surrounding concrete. Hence it can be separated from the strong reflection of the reinforcement. Finally the measurements in transmission mode are less sensitive to the antenna frequency and polarization than in reflection mode.
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.