8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen
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Integrating NDT Aproaches for the Assessment of a Concrete Beam Element Dedicated to Be Reused
(2026)
To facilitate the reuse of reinforced concrete structural modules extracted from existing buildings, a comprehensive assessment of individual components is required. It is well established that factors such as material aging, environmental exposure, and variable load histories can significantly affect the load-bearing capacity of structural modules, even when their nominal material properties are identical. Furthermore, the performance of individual elements is influenced by geometric characteristics, construction details, reinforcement layout, as well as the type, location, and quantity of embedded reinforcement. An accurate evaluation of the current physical condition of a structural element necessitates a combination of visual inspection and non-destructive testing (NDT) techniques. The scope of this study includes the characterization of steel and concrete materials, as well as the overall structural performance of reinforced concrete modules with respect to their expected remaining service life. The investigated reinforced concrete beam was extracted from a structure constructed in approximately 1970. A suite of NDT methods was employed to determine the in-situ material properties, including air permeability testing, surface hardness measurements, and internal structure mapping using ground-penetrating radar. Based on the experimental results, a numerical model of the beam was developed, enabling the estimation of the maximum internal resistance of the structural member prior to the onset of failure. Finally, general monitoring procedures and assessing the condition of reinforced concrete structures are proposed.
Im Rahmen eines FE-Projekts "Inspektion Fester Fahrbahnen" will die Deutsche Bahn AG zerstörungsfreie Meßverfahren zur Beurteilung des Zustandes Fester Fahrbahnen anwenden. Es wird Aufschluß über den inneren Zustand Fester Fahrbahnen, je nach Konstruktion an charakteristischen Schnittstellen benötigt.
Hierzu gehören die Erkundung von Schichtungen, inneren Grenzfflächen und Hohlräumen in fünf verschiedenen Festen Fahrbahnkonstruktionen. Falls erforderlich sind für die spätere Anwendung neue Meßverfahren zu entwickeln. Die Meßziele und Fragestellungen der Deutschen Bahn AG bei der Bauzustandsbeurteilung sind ebenso wie die zur Anwendung vorgesehenen Meßverfahren mit einer Abschätzung der Lösbarkeit von Einzelfragen unterteilt nach Bauarten in dem Datenblatt zu dieser Einzelmaßnahme Messungen an Festen Fahrbahnen mit dem Datum 11.11.1998 enthalten.
Die BAM nutzt diese baupraktischen Aufgabenstellungen im Rahmen des Vorhabens, um ZfPBau-Prüfverfahren zu erproben und/oder aus der richtigen Auswahl, Kombination und Anwendung der für die Prüfprobleme geeigneten zerstörungsfreien Prüfverfahren Erkenntnisse für deren Anwendungsoptimierung im Bauwesen zu erhalten. Zur Anwendung gelangen das Ultraschallecho-Verfahren, das Impactecho-Verfahren und das Impulsradar-Verfahren.
Description of investigated samples: In the laboratory, six prestressed concrete sleepers of type B70 were investigated. Sleeper 02 and 03 were factory-new and produced by the same manufacturer in the same charge in 2023. Sleepers 07 to 10 have been in service for several years in the German railway system in the region of Thuringia, Germany. During routine track renewal, the sleepers were dismantled and stacked on each other next to the track and last there for several years. For non-destructive testing, the sleepers were transported to BAM. All four sleepers show several severe cracks, especially around the sleeper heads.
Description of data collection: The surface acceleration due to different impact-echo actuations was measured. Measurements were performed in a 5 cm grid along the centre line of the sleeper top surface. Three different types of actuators were used. The spatial distance along the centre line between the accelerometer and the actuator was always 5 cm. The raw data are analogue time signals in Volt recorded by the accelerometer. The cracks were catalogued in the same 5 cm spacing for the top and all lateral surfaces. The data were collected in an Excel-file. The visual inspection of all sleepers was performed by the same person to maintain comparability between different sleepers.
This article presents non-destructive testing data from six prestressed reinforced concrete sleepers of type B70. The investigation methods employed were visual inspection and impact-echo. Impact Echo testing was performed with three different actuator types, including air-coupled impact-echo actuation. For data acquisition, the same accelerometer was used for all actuators. Two of the six sleepers were factory-new. The other four were in service for several years and show serious deterioration and crack patterns. The crack types and corresponding damage classes are documented in the crack catalogues.
This is the first time air-coupled impact-echo data have been published. The data consist of a crack catalogue based on visual inspection, time series of the accelerometer mounted on the top surface, and high-resolution photographs of the sleepers. This dataset is unique as it enables a direct comparison of different types of actuation on slender geometries made of concrete. Air-coupled and manual impact-hammer actuation was performed on all sleepers. Actuation using a commercial device with an electromechanically mounted impact-hammer was applied only to one intact and one damaged sleeper, as the resulting spectrograms are very similar to those obtained using manual impact-hammer actuation. The dataset enables the community to verify and reevaluate the data. This should give confidence in the new approach and motivate others to develop advanced data processing to increase prediction accuracy. Furthermore, the actuation needs just pressurised air, delivered through common air gun nozzles. Thus, other research groups and inspection companies might adopt this method and use our data or processing approach for fast and efficient comparison. This article accompanies the research article “Air-coupled impact-echo actuation applied on concrete sleepers for crack detection” published in the Journal of Nondestructive Evaluation (Springer Nature). There, the data are analysed in detail and the application of air-coupled impact-echo for the condition assessment of concrete sleepers is evaluated.
Die Leistungsfähigkeit von Bauwerken ist für Bundesfernstraßen-Nutzer zentral. Veränderungen durch Lasten, Umwelteinflüsse oder Alterung müssen früh erkannt werden. Moderne Ultraschalltransducer und Codawelleninterferometrie ermöglichen die Erfassung von Betriebsbedingungen und kleinsten Materialveränderungen mit hoher Genauigkeit. Ein Transducernetzwerk und spezielle Software lokalisieren diese Veränderungen auch in großen Bauwerken. Zur Prüfung der Einsatzreife des Verfahrens wurde an der Gänstorbrücke (Ulm/Neu-Ulm) vor dem Rückbau ein Spanndrahtbruch provoziert. Die Brücke wurde im Rahme von Forschungsprojekten bereits Ende 2020 instrumentiert. Die Ergebnisse zeigten, dass ein Netzwerk aus aktiven Ultraschall-Transducern den Spanndrahtbruch nicht nur detektieren, sondern auch lokalisieren konnte. Zudem ergaben sich Hinweise auf den räumlichen Bereich, in dem sich das getrennt Spannglied wieder verankerte. Ein Be- und Entlastungsversuch zeigte, dass sich das Tragverhalten der Brücke durch Trennung eines einzelnen Spannglieds nicht signifikant veränderte.
Die Leistungsfähigkeit von Bauwerken ist für Bundesfernstraßen-Nutzer zentral. Veränderungen durch Lasten, Umwelteinflüsse oder Alterung müssen früh erkannt werden. Moderne Ultraschalltransducer und Codawelleninterferometrie ermöglichen die Erfassung von Betriebsbedingungen und kleinsten Materialveränderungen mit hoher Genauigkeit. Ein Transducernetzwerk und spezielle Software lokalisieren diese Veränderungen auch in großen Bauwerken. Zur Prüfung der Einsatzreife des Verfahrens wurde an der Gänstorbrücke (Ulm/Neu-Ulm) vor dem Rückbau ein Spanndrahtbruch provoziert. Die Brücke wurde im Rahme von Forschungsprojekten bereits Ende 2020 instrumentiert. Die Ergebnisse zeigten, dass ein Netzwerk aus aktiven Ultraschall-Transducern den Spanndrahtbruch nicht nur detektieren, sondern auch lokalisieren konnte. Zudem ergaben sich Hinweise auf den räumlichen Bereich, in dem sich das getrennt Spannglied wieder verankerte. Ein Be- und Entlastungsversuch zeigte, dass sich das Tragverhalten der Brücke durch Trennung eines einzelnen Spannglieds nicht signifikant veränderte.
Die erfolgreiche Inbetriebnahme der akustischen Kamera und die ersten Messergebnisse werden gezeigt. Dabei kommen verschiedene Verfahren zur Auswertung der Daten zum Einsatz. Als hoch energetische Anregung kommen Hochdruck-Wasserstrahlen zum Einsatz. Die erhöhte Anregungsamplitude in Kombination mit geringerem Signalrauschen ermöglicht eine komplett berührungslose Messung.
The load capacity of deteriorated and damaged sleepers is significantly reduced. This endangers a reliable and safe rail service. Thus, condition assessment based on automated crack detection is a reasonable countermeasure. BAM is conducting several research projects in Department 8. These include sleepers instrumented with optical fibres, X-ray CT analysis of AKR and corrsion, and field studies based on ultrasound and impact-echo.
Geotechnical substructures and foundations require substantial amounts of primary resources and contribute significantly to the embodied carbon of buildings, yet circular economy approaches have so far received comparatively little attention in geotechnical engineering. This contribution presents a framework for circular foundation engineering based on five R-strategies: Rethink, Reduce, Reuse, Retrofit, and Recycle. The strategies are applied across material, system, and process levels and include material-efficient foundation design, low- and non-cementitious binders, reuse and non-destructive assessment of existing foundations, data-driven monitoring and life-cycle assessment, and the use of recycled materials in geotechnical applications. Particular emphasis is placed on linking innovative materials, structural concepts, digital methods, and construction and dismantling processes. The proposed framework highlights key research needs for reducing resource consumption and emissions while enabling the long-term reuse and recycling of geotechnical structures and materials.
Geotechnical substructures and foundations require substantial amounts of primary resources and contribute significantly to the embodied carbon of buildings, yet circular economy approaches have so far received comparatively little attention in geotechnical engineering. This contribution presents a framework for circular foundation engineering based on five R-strategies: Rethink, Reduce, Reuse, Retrofit, and Recycle. The strategies are applied across material, system, and process levels and include material-efficient foundation design, low- and non-cementitious binders, reuse and non-destructive assessment of existing foundations, data-driven monitoring and life-cycle assessment, and the use of recycled materials in geotechnical applications. Particular emphasis is placed on linking innovative materials, structural concepts, digital methods, and construction and dismantling processes. The proposed framework highlights key research needs for reducing resource consumption and emissions while enabling the long-term reuse and recycling of geotechnical structures and materials. 10C2CC_2026_TUB_Abstract_Rackwi…