Analytische Chemie
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Organisationseinheit der BAM
Eingeladener Vortrag
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Presentation on recent progress in ultrasinic testing and monitoring of concrete for massive structures. First, a new instrument (LAUS) for ultrasonic echo testing of thicknesses up to 5 m is shown. A new method to provide better images of the concrete interior, Reverse Mitem Migration (RTM)is presented. Second, the use of embedded ultrasonic transducers and data processing methods borrowed from seismology to detect subtle changes in concrete are documented.
Im Rahmen der Lebensdauerverlängerung oder der Umnutzung von Bauwerken (z. B. Brücken, Bürogebäude oder Maste) müssen diese zum Teil neu bewertet werden. Dafür ist eine Nachrechnung für statische und dynamische Lastfälle erforderlich. Dies betrifft zum einen die Struktur selbst, die gegebenenfalls verstärkt werden muss. Aber auch die Gründung (oft Pfähle verschiedenster Typen) muss neu beurteilt werden. Nach mehreren Jahrzehnten sind jedoch für einige Bauwerke keine zuverlässigen Bestandsunterlagen verfügbar.
Eine vollständige Freilegung der Pfähle verbietet sich aus Kostengründen sowie Verlust an Widerstand gegen Zug. Lediglich der Pfahlanschluss kann visuell begutachtet werden, um Pfahlzahl, -typ und Durchmesser zu bestimmen. Für die Bestimmung der Pfahllänge müssen zerstörungsfreie Verfahren eingesetzt werden. In einer Machbarkeitsstudie wurden von den Autoren teils im Blindversuch drei Verfahren evaluiert: die klassische Pfahlintegritätsprüfung nach der Hammerschlagmethode, eine mehrkanalige Variante hierzu und das Parallel-Seismik-Verfahren. Die ersten beiden Methoden lieferten an den untersuchten Pfählen nur in Einzelfällen verwertbare Ergebnisse. Die Parallel-Seismik-Methode lieferte auch im Blindversuch an Fundamenten, bei denen die Pfahllänge dem Eigentümer bekannt war, Ergebnisse mit einer Abweichung von max. 0,5 m. Diese Toleranz lässt sich bei der Standfestigkeitsbeurteilung berücksichtigen. Die Mehrkosten des Verfahrens (anders als bei den anderen Verfahren wird ein verrohrtes Bohrloch im Boden nahe dem Pfahl benötigt) halten sich in Grenzen, wenn man es in die geotechnische Untersuchung integriert. Daher wurde es inzwischen auch in der Praxis eingesetzt. Auch liegen die Gesamtkosten für die Untersuchung deutlich unter denen für eventuell notwendigen Ersatz – oder Verstärkungsmaßnahmen, die notwendig werden, wenn keine Daten zur Pfahllänge verfügbar sind.
Der Vortrag erläutert die Ergebnisse der Machbarkeitsstudie, zeigt erste Praxisfälle und weist auf Möglichkeiten hin, das Parallel-Seismik Verfahren in Zukunft noch genauer und effizienter einzusetzen.
Im Rahmen der Lebensdauerverlängerung oder der Umnutzung von Bauwerken (z. B. Brücken, Bürogebäude oder Maste) müssen diese zum Teil neu bewertet werden. Dafür ist eine Nachrechnung für statische und dynamische Lastfälle erforderlich. Dies betrifft zum einen die Struktur selbst, die gegebenenfalls verstärkt werden muss. Aber auch die Gründung (oft Pfähle verschiedenster Typen) muss neu beurteilt werden. Nach mehreren Jahrzehnten sind jedoch für einige Bauwerke keine zuverlässigen Bestandsunterlagen verfügbar.
Eine vollständige Freilegung der Pfähle verbietet sich aus Kostengründen sowie Verlust an Widerstand gegen Zug. Lediglich der Pfahlanschluss kann visuell begutachtet werden, um Pfahlzahl, -typ und Durchmesser zu bestimmen. Für die Bestimmung der Pfahllänge müssen zerstörungsfreie Verfahren eingesetzt werden. In einer Machbarkeitsstudie wurden von den Autoren teils im Blindversuch drei Verfahren evaluiert: die klassische Pfahlintegritätsprüfung nach der Hammerschlagmethode, eine mehrkanalige Variante hierzu und das Parallel-Seismik-Verfahren. Die ersten beiden Methoden lieferten an den untersuchten Pfählen nur in Einzelfällen verwertbare Ergebnisse. Die Parallel-Seismik-Methode lieferte auch im Blindversuch an Fundamenten, bei denen die Pfahllänge dem Eigentümer bekannt war, Ergebnisse mit einer Abweichung von max. 0,5 m. Diese Toleranz lässt sich bei der Standfestigkeitsbeurteilung berücksichtigen. Die Mehrkosten des Verfahrens (anders als bei den anderen Verfahren wird ein verrohrtes Bohrloch im Boden nahe dem Pfahl benötigt) halten sich in Grenzen, wenn man es in die geotechnische Untersuchung integriert. Daher wurde es inzwischen auch in der Praxis eingesetzt. Auch liegen die Gesamtkosten für die Untersuchung deutlich unter denen für eventuell notwendigen Ersatz – oder Verstärkungsmaßnahmen, die notwendig werden, wenn keine Daten zur Pfahllänge verfügbar sind.
Der Vortrag erläutert die Ergebnisse der Machbarkeitsstudie, zeigt erste Praxisfälle und weist auf Möglichkeiten hin, das Parallel-Seismik Verfahren in Zukunft noch genauer und effizienter einzusetzen.
Numerous case histories show evidence that geophysical methods are valuable tools for levee inspection and monitoring. National and international standards and recommendations recommend the use of geophysics for a variety of tasks. However, in some cases reported have been flaws missed or false indications given. Due to the larger variety in type, size and construction of levees and the even larger variety of potential tasks and targets the success of geophysical surveys still pretty much depends on the available budget and the experience and capabilities of the clients and contractors involved. It is strongly recommended that all relevant parties agree on the detailed objectives of the survey, required accuracy and reliability of the results and any follow up measures. For the most common tasks more research and practical work using techniques as POD (probability of detection), which are well established in other fields of non-destructive testing, would be of benefit.
Concrete is known to be a very useful, flexible and durable construction material. However, due to excess load, fatigue, chemical processes, freeze-thaw or reinforcement corrosion concrete may suffer from degradation. If detected too late, repair is difficult and expensive.
The propagation of ultrasonic waves is influenced by changes in the properties and structure of the material, including, but not limited to, stress, temperature, moisture content and microcracking. Ultrasonic velocieties thus may serve as indicators for structural health. Traditional ultrasonic methods as transmission time of flight measurements are used since decades, but are not sensible enough to show subtle changes. Coda Wave Interferometry (CWI), originally developed in seismology to detect stress changes in the earth's crust uses the information in the late part of ultrasonic signals originating from multiple reflections and scattering. Since a few years it is used by several researchers for lab experiments on concrete.
Meanwhile specialized sensors to be embedded in concrete have been developed. We have conducted several lab and a few field experiments, which will be reported here. The capabilities and limitations of CWI are summarized.
Innovative seismic and resistivity tools for determining the diameter of jet grouting columns
(2016)
Jet grouting is used for soil improvement, foundation support and groundwater low control all over the world. It is well accepted and subject of standardization in many countries. However, some issues with the method remain. As the grout columns are produced in the subsurface without visual control in an often inhomogeneous soil, the prediction of the column’s diameter is still a challenge. All methods applied so far have their limitations.
The approach presented in this study is twofold. At Colorado School of Mines a resistivity probe has been developed, which is pushed into the fresh grout directly after production. ERT sections are measured and inverted. Given some background information is available, the diameter of the columns can be evaluated.
At BAM the focus has been on post-production investigations using seismic borehole methods. After hardening of the concrete seismic waves are sent through the column downhole (sensors placed in a casing in the column’s axis, source on top) and crosshole (source and sensor in boreholes on opposite sides of the column). We have developed a scheme to evaluate the diameter of the column based on travel time measurements without calibration. As this method is eventually more time and cost intensive we assume its application mainly for test columns. These are casted and dug out for visual inspection to determine appropriate grouting parameters. Our method would replace the often very cost intensive visual inspection.
Both approaches have been tested at three test columns produced at BAM’s test site at Horstwalde, Germany and on an actual constructions site. Both methods have been in good agreement with the diameters predicted by the jet grouting contractors, which were confirmed in one case by mechanical measurements.