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Dieses erste Memorandum zur Lehre und Forschung an deutschsprachigen Hochschulen auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen gibt einen Überblick hinsichtlich der akademischen Ausbildung und zeigt mögliche Schwerpunkte vor allem in der Lehre auf. Diese Schwerpunkte berücksichtigen auch aktuelle Entwicklungen und Themen auf dem Gebiet der Forschung. Es werden Anregungen zur Entwicklung bzw. Weiterentwicklung der Lehr-Curricula im Hinblick auf eine umfassende und solide fachliche Ausbildung der Studierenden des Bauwesens und angrenzender Fachrichtungen gegeben. Inhaltlich und formal lehnt sich der Beitrag an dem Memorandum der Hochschullehrer im Fachgebiet „Werkstoffe im Bauwesen“ (Breit et al., 2012) an und beruht auf einer Initiative des Unterausschusses Ausbildung – Arbeitsgruppe Ausbildung in der Hochschule – des Fachausschusses ZfP im Bauwesen der Deutschen Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP). Die Hauptredaktion wurde übernommen von Prof. Christian U. Grosse (TU München) und Prof. Ralf W. Arndt (FH Erfurt).
Der Untersuchung von vorgespannten Brückenplatten bzw. Fahrbahnplatten kommt angesichts ihrer direkten Belastung durch Verkehr und der Gefahr durch Tausalzeintrag infolge von Schäden an der Abdichtung eine tragende Rolle bei der Planung von Instandsetzungsarbeiten zu. Da diese Bauteile direkt befahren werden, ist der Einsatz zerstörungsfreier Prüfverfahren (ZfPBau-Verfahren) sinnvoll, wobei deren Anwendung nur einen begrenzten Eingriff in den Verkehr verursachen sollte. In diesem Beitrag werden neben dem großflächigen Einsatz von Radar von der Brückenoberseite aus, d. h. durch den Fahrbahnbelag hindurch, Detailuntersuchungen von der Brückenunterseite mithilfe von Bauwerkscannern beschrieben. Diese Scanner verwenden sowohl Radar als auch Ultraschall mit ihren komplementären Verfahrenseigenschaften, wobei deren Möglichkeiten und Grenzen aufgezeigt werden. Abschließend wird eine Strategie zur Kombination von ZfPBau-Verfahren sowie deren gezielter großflächiger Einsatz in Abgrenzung zu kleinflächigen Detailuntersuchungen beschrieben.
This work was sponsored by the Federal Highway Administration in cooperation with the American Association of State Highway and Transportation Officials. It was conducted in the second Strategic Highway Research Program (SHRP 2), which is administered by the Transportation Research Board of the National Academies. The project was managed by Monica Starnes, Senior Program Officer for SHRP 2 Renewal.
The research reported herein was performed by the Center for Advanced Infrastructure and Transportation (CAIT) at Rutgers University (RU); the Center for Transportation Infrastructure Systems (CTIS) at The University of Texas at El Paso (UTEP); the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM), Germany; and Radar Systems International, Inc. (RSI). Rutgers University was the coordinator and contractor for this project. Dr. Nenad Gucunski, professor and chair of Civil and Environmental Engineering and director of CAIT’s Infrastructure Condition Monitoring Program at RU, was the principal investigator. The other authors of this report are Dr. Soheil Nazarian, professor of Civil Engineering and director of CTIS at UTEP; Dr. Deren Yuan, research associate at CTIS at UTEP; Dr. Herbert Wiggenhauser, head of Non-Destructive Testing (NDT) in Civil Engineering at BAM; Dr. Alexander Taffe, leader of Combination and Automation of NDT of Buildings at BAM; Dr. Parisa Shokouhi, Alexander von Humboldt Research Fellow, hosted by BAM; and Doria Kutrubes, president of RSI. Arezoo Imani and Touraj Tayebi, graduate research assistants at RU, helped conduct the validation testing, data analysis, and web manual content preparation. Hoda Azari, a graduate research assistant, and Dr. Manuel Celaya, a research engineer at UTEP, assisted in the validation study as well. Hooman Parvardeh, research assistant at RU, helped build the reference database and develop the framework for the web manual, while Erica Erlanger, a research staff member at RU, edited the manuscript. Their contributions are gratefully acknowledged.
The research team also gratefully acknowledges contributions of the participants from industry and academia in the validation testing. The participants include NDT Corporation; Germann Instruments; Olson Engineering; Dr. Ralf Arndt, National Research Council associate at FHWA Turner–Fairbank Highway Research Center; Ingegneria Dei Sistemi S.p.A. (IDS), Italy; 3D-RADAR, Norway; Dr. John Popovics, University of Illinois at Urbana-Champaign; Dr. Jinying Zhu, The University of Texas at Austin; Rutgers University—Center for Advanced Infrastructure and Transportation; and The University of Texas at El Paso—Center for Transportation Infrastructure Systems. The contributions of these participants were critical for the evaluation and grading of the performance of NDT technologies.
Nuclear Power Plants have been in operation for ca. 50 years. Based on this experience, non-destructive testing tasks specific to thick and highly reinforced nuclear containment structures have materialized. The performance based Service life extension of existing NPPs also needs a measurement based decision to support continuing the service of the concrete part of the installations.
By nature, concrete is a very durable material and any natural Deterioration processes may take a long time to become critical to the structure. The experience of more than 50 years of service limits the testing tasks to a few ones which are not yet solved.
Research in NDT of concrete structures is performed by many research institutions all over the world with different technical and systematic approaches. Results are mainly obtained on laboratory specimens, sometimes additional field studies are reported. This research takes place independently without coordination and as a result, the outcomes mostly lack full comparability.
Software for data analysis has become indispensable and very powerful. This part of testing needs more attention when it comes to evaluate test results. Validation of NDE solutions is becoming a critical part in concrete structure testing.
Validation is by definition the proof that a customer´s requirements in the test are being met by the testing solution. This includes equipment, personnel qualification and data analysis. In the following tables, the research recommendation Validation is used in the sense, that proof of the performance of existing solutions needs to be adressed. In general, a validation methodology for NDE solutions for concrete testing in itself needs to be researched and established.
Comparability of research also needs an accepted and easily accessible reference. From experience, it is almost impossible to manufacture exact copies of test specimens at different locations. Round Robin tests are therefore needed to evaluate the performance of a test.
Data evaluation is generally done using dedicated software, sometimes Hardware dependant and not interchangeable between systems. Software is ever more increasingly becoming more powerful and sophisticated. An in-depth evaluation needs to address the comparability and validation of Software used for data analysis and evaluation. The vision of a unified software pool for NDE investigations would undoubtedly support research tremendously.
Quantitative NDE is mostly recommended to assess the condition of a structure. However, qualitative data can be very useful, especially for processes which change the material properties or deteriorate the structure (e.g. corrosion of reinforcement). The need for reliable baseline data is a key factor for such monitoring tasks.
Infrastructure is subject to continuous ageing. This has given life cycle management of infrastructure an increasing role. Reliable inspection and monitoring tools are therefore an increasing demand. A combination of different non-destructive test methods is often necessary to receive reliable results for material characterization,
flaw detection and the determination of component specific geometry parameters.
Regarding concrete structures thickness measurements are combined with flaw detection and additional information about reinforcement and tendon ducts is required.
Therefore, a multi-sensor measurement approach is necessary with a high degree of automation. Otherwise a time consuming succession of manual measurements has to be performed which would prevent practical applications. A modular control and data acquisition approach is described and the application of two different automated measurement devices is shown. The BetoScan system consists of a self-navigating
mobile robot. The system is especially designed for the investigation of reinforced concrete floors exposed to de-icing salts. The data acquisition of the OSSCAR system a multi-sensor scanner is similar to the robot approach. These different applications are based on a similar kernel allowing the modular use of different contact and noncontact sensors. The described general concept of multi-sensor data acquisition and data analysis presented here is not limited to the field of civil engineering applications.
Die GUM-Prozedur zur Ermittlung der Messunsicherheit hat sich im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen (ZfPBau) als geeignet erwiesen, ZfPBau-Verfahren bei der Validierung von Prüfaufgaben zu charakterisieren. Darüber hinaus können die Modellgleichungen und die quantifizierten Eingangsgrößen Eingang in Berechnungen auf der Basis der Zuverlässigkeitstheorie finden. Damit ist es möglich, die Auswirkung der berücksichtigten Einflussgrößen auf die Zuverlässigkeit einer Prüfaussage zu quantifizieren.
The delamination of concrete slabs is the separation along a plane roughly parallel to, and generally near, the surface. Corrosion-induced delamination is a common problem in old concrete bridge decks. If undetected, delaminations could expand, reach the surface, and result in spalling. Early detection of delamination is necessary for planning timely repairs that prevent costly deck replacement projects. Most bridge owners rely on routine visual and traditional surveys of bridge deck conditions. These surveys are highly subjective and can locate only large shallow delaminated zones. Several nondestructive testing (NDT) techniques have recently been employed for bridge deck evaluation to obtain more objective and comprehensive assessment. The reliability of applicable methods needs to be established before a greater role for NDT in routine inspections can be encouraged. This paper presents a validation study aimed at evaluating the effectiveness of three NDT techniques, namely impact echo, ultrasound (US) echo, and US linear array, in detection of delamination. This study is unique because the subject test specimens were deteriorated bridge deck segments preserved from the demolition of a prestressed box girder bridge. The results of the tests conducted on one of the specimens are presented and discussed here: impact echo provided satisfactory overall assessment, but the individual results were often difficult to interpret; US echo detected deep delaminations but not shallow ones; and US linear array located the extent of deep delaminations and provided indications of shallow ones.
Der Chloridgehalt, ab dem bei der Bewehrung im Beton mit Korrosion gerechnet werden muss, wird als kritischer Chloridgehalt bezeichnet. Die Höhe dieses kritischen Chloridgehaltes bestimmt in hohem Maße den Instandsetzungsumfang und damit die Instandsetzungskosten. Zahlreiche Labor- und Bauwerksuntersuchungen belegen, dass dieser kritische Chloridgehalt von einer Vielzahl von Parametern abhängt und deswegen kein fester Wert sein kann. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, über Betrachtung von Korrosions- bzw. Depassivierungswahrscheinlichkeiten einen unteren kritischen Chloridgehalt zu bestimmen, bei dem bei gegebenen Randbedingungen nur mit einer geringen Wahrscheinlichkeit (z. B. 5%-Fraktilwert) Korrosion von Stahl in Beton zu erwarten ist. Die Auswertung von zahlreichen Untersuchungen zeigt, dass der Ansatz eines kritischen Chloridgehaltes von 0, 5 M.-% bezogen auf den Zementgehalt bei Einhaltung bestimmter Randbedingungen mit einer hinreichend geringen Korrosionswahrscheinlichkeit korreliert und somit auch in Übereinstimmung mit der Richtlinie 'Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen' des DAfStb als unterer kritischer Chloridgehalt unter Praxisbedingungen anzusetzen ist.
Bereits seit vielen Jahren stehen Anwendern der zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen (ZfPBau) zuverlässige Geräte zur Untersuchung von Betonbauteilen zur Verfügung. Viele dieser Geräte zeichnen eine Messgröße in Bezug zum Messort auf und sind je nach Ausstattung in der Lage, die Ergebnisse in einem Koordinatensystem darzustellen. Doch erst die Kombination verschiedener ZfPBau-Verfahren an einer Messfläche erlaubt den maximalen Informationsgewinn über die innere Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen. In dem Beitrag wird ein Bauwerkscanner zur automatisierten und kombinierten Datenaufnahme beschrieben, der erstmals die Kombination von Radar, Ultraschall und Wirbelstrom mit Datenausgabe in einem einheitlichen Koordinatensystem ermöglicht. Dieser Scanner ist im Gegensatz zu früheren Systemen technikerbasiert und erlaubt im Bedarfsfall eine spätere detaillierte Auswertung durch ZfP-Spezialisten. Die Ergebnisse werden bildgebend in frei wählbaren Schnitten dargestellt, was bereits kurze Zeit nach der Messung auf der Baustelle möglich ist. Am Beispiel eines Brückenträgers wird gezeigt, wie der tatsächliche Spanngliedverlauf aus Messdaten ermittelt wird und dem angenommenen Verlauf gemäß Bestandsplan gegenübergestellt wird. Damit kann künftig eine Überprüfung von Bestandsplänen durchgeführt werden. Darüber hinaus könnten nicht vorhandene Bestandspläne rekonstruiert werden. Des Weiteren wird am gleichen Brückenträger gezeigt, wie sich ein echter Verpressfehler und im Unterschied dazu ein Luftspalt in einem Hüllrohr in Messdaten abbilden. An dem Beispiel wird deutlich, wie Ultraschallergebnisse in Kombination mit Phasenauswertung zur Formulierung von Verdachtsstellen für Verpressfehler eingesetzt werden können und welche Maßnahmen zur Verifizierung getroffen werden müssen.
In der BAM wurde als Gemeinschaftsvorhaben der Fachgruppe „Zerstörungsfreie Schadensdiagnose und Umweltmessverfahren“ ein rechnergesteuerter Messabtaster für Bauwerksteile (Baustellenscanner) entwickelt. Es handelt sich um ein auf Schienen verfahrbares modulares System mit einem multifunktionalen Messkopf für mehrere zerstörungsfreie Prüfverfahren. Mit dem Baustellenscanner können Objekte wie Brücken oder Fundamentplatten schneller und genauer als bisher bei gleichzeitig reduziertem Personalaufwand untersucht werden.