Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon SVTI Schweizerischer Verein für technische Inspektionen Nuklearinspektorat ZfP-Labor WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Bildquellen WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon In diesem Vortrag… • ZfP-Anwendungsgebiet Bauwesen (Beton) • Ultraschall, Impact-Echo o – Grundlagen und Anwendungen – Stand von Wissenschaft und Technik Automatisierung Bildgebung – Stärken und Schwächen WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Impact-Echo WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Manuell/Automatisiert WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Anwendungsgebiete • Dickenmessung • Ortung von Delaminationen • Ortung von Hohlstellen bzw. Inhomogenitäten (z.B. Kiesnester) • Spannkanalortung und -untersuchung bei Spannbetonbauwerken (Vorspannung mit nachträglichem Verbund) WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Dickenmessungen (1) Zeitsignal Fast Fourier Transform (FFT) Frequenzspektrum d = v/2f = 4040(m/s) / (2*6.71 kHz) = 0.300 m Kenntnis der Schallgeschwindigkeit • Kalibrierung • Schätzung (ca. 4000 m/s) WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Dickenmessungen + Bildgebung B-Scan (Impact-Echogramm) Rückwand (Dickenanzeige) sichtbar als durchgehende Linie WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Prüfung von Tunnelinnenschalen Prüfaufgabe: Detektion von Minderdicken Geregelt in Deutschland durch RI-ZFP-TU Methoden: Ultraschall und Impact-Echo Hoher Bewehrungsgrad Tunnelinnenschale WTA-Seminar 10.09.2015 Defekt (Minderdicke) Fotos: Bilfinger und Berger Impact-Echo Messung Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon 3D Dickenplots WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Ortung von Delaminationen (1) Bilder: Germann Instruments WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Ortung von Delaminationen (2) WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Ortung von Delaminationen (3) WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Spannkanaluntersuchungen (1) unverfüllt verfüllt Bild: Germann Instruments WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Spannkanaluntersuchungen (3) Unverfülltes Hüllrohr: indirekter Nachweis durch Rückwandverschiebung Vollständig verpresster Spannkanal: Nachweis durch direkte Reflexion Vorsicht: nur selten so klar anzutreffen! WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Hüllrohruntersuchungen Bilder: Germann Instruments Anzeige unverpresster Zustand WTA-Seminar 10.09.2015 Verifizierung Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Kiesnestortung (Testkörper) Teskörper mit Kiesnest Ortung mit Impact-Echo WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Kiesnestortung WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Messung elastischer Parameter Bestimmung von: • Longitudinalwellengeschwindigkeit cL • Rayleighwellengeschwindigkeit cR CH2 CH1 WTA-Seminar 10.09.2015 Impact Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Messung von Materialparametern ImpactEcho cL Poisson´s Ratio cR Raw Density Modulus of Elasticity Shear Modulus WTA-Seminar 10.09.2015 cL = 1−υ ⋅ ρ (1 + υ )(1 − 2υ ) E 0.87 + 1.12υ cR = 1+υ E 1 ρ 2(1 + υ ) 1 − 2ν 2 − 2ν cR = cL 1.13 − 0.16ν Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Impact-Echo Software • Macht den Stand von Wissenschaft und Technik für Anwender zugänglich • Bildgebend WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Zusammenfassung Impact-Echo • Impact-Echo: Relativ weit verbreitetes Verfahren für Beton-ZfP • Geeignet für breite, flächige Bauteile • Praxis komplex! • Bildgebende Anwendung • Dickenmessung, Delamination, Hohlstellen, Spannkanäle • Bestimmung von Materialeigenschaften durch Auswertung unterschiedlicher Wellenarten WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Ultraschall WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Ultraschall Puls-Echo • Trockene Ankopplung •12 Senderelemente • 0° Transversalwelle •12 Empfängerelemente • 55 kHz Mittenfrequenz WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Ultraschall Puls-Echo Bilder: Proceq SA WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Dickenmessungen mit Ultraschall Testblock mit Dickenbereichen 100-550 mm Messungen mit Scannersystem Film WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Dickenmessungen mit Ultraschall • B-, C-, D-Scan Bildgebung • SAFT-Signalverarbeitung • 3D Visualisierung • Statistische Auswertung WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Reflektorortung mit Ultraschall WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Reflektorortung mit Ultraschall B-Scan WTA-Seminar 10.09.2015 SAFT B-Scan Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Sampling Phased Array System “MIRA” WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon MIRA-System: Sampling Phased Array Device: A1040 MIRA from ACSYS, Moscow WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Ortung von Verpressfehlern in Spannkanälen B-Scans Hüllrohr Rückwand Verpresst Unverpresst • Sekundenschnelle Messung • Derzeit wahrscheinlich bestes System zur Detektion von Verpressfehlern in metallischen Hüllrohren WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Bestimmung elastischer Materialparameter Messung: Longitudinalwelle cL = Transversalwelle: ν= WTA-Seminar 10.09.2015 1 −ν ∗ ρ (1 + ν )(1 − 2ν ) E 1 cS − 2 cL c 1 − S cL 2 2 , E 1 ∗ ρ 2(1 + ν ) cS = ` Berechnung: 3 / 4c L2 − c S2 , E = 4ρ cL − 1 cS Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen , E G= 2(1 + υ ) Dr.-Ing. Daniel Algernon Zusammenfassung Ultraschall • Dickenmessung, Delamination, Hohlstellen, Spannkanäle • Dank Entwicklung spezieller Prüfköpfe sehr leistungsfähiges Verfahren • Trockene Ankopplung • Messung auch hinter metallischen Grenzschichten (im Hüllrohinneren oder bei dichter oberflächennaher Bewehrung) möglich • Messung auf Abdichtungen, Estrich, etc. nicht möglich • Eindringtiefe ca. 800 mm • Leistungssteigerung insbesondere durch Einsatz von SAFT und Sampling Phased Array • Bestimmung von Materialeigenschaften durch Kombination von Wellenarten WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Automatisierung • Automatisierte Untersuchung von Bauwerken • Impact-Echo, Ultraschall, Radar und andere Verfahren WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon Vielen Dank [email protected] +41-44-877-6259 WTA-Seminar 10.09.2015 Ultraschall und Impact-Echo Moderne akustische Verfahren zur Prüfung von Betonbauteilen Dr.-Ing. Daniel Algernon
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