IBDM

03-302 Warszawa
ul. Instytutowa 1
tel. +48 22 390 01 07
fax +48 22 814 50 28

select language:

Concrete Division
Zespół Konstrukcji TB-2 - impact-echo PDF Print
There are no translations available.

1.    Metoda impact-echo


1.1.    Podstawy fizyczne

Metoda impact-echo (I-E) została opracowano w drugiej połowie lat osiemdziesiątych XX wieku w National Institute of Standards and Technology i Cornell University, USA. Należy ona do impulsowych metod echa i opiera się na propagacji fal sprężystych w badanym ośrodku. Ich częstotliwość jest niska, zwykle 1÷60kHz. Z tego względu charakteryzują się małą podatnością na rozpraszanie na elementach mikrostruktury betonu, takich jak ziarna kruszywa, pory, mikropęknięcia itp. W przypadku padania fali sprężystej na granicę ośrodków różniących się impedancją akustyczną, przy nieprostopadłym padaniu fali następuje podział energii fali padającej, A: część energii przekazywana jest w postaci fali odbitej od granicy ośrodków, Aod, a część przenika przez granicę ośrodków i rozprzestrzenia się dalej w postaci fali załamanej. Podatność na odbicie fali na granicy dwóch ośrodków jest charakteryzowana współczynnikiem odbicia R (rys. 1 i tabl. 1).


Powierzchnia rozdziału    Współczynnik odbicia, R
Beton / powietrze    - 0,99
Beton / woda    - 0,71
Beton / grunt    - 0,63
Asfalt / beton    + 0,29
Beton / stal    + 0,67
Polimer/beton    + 0,39
PCC/beton    + 0,12

Przy prostopadłym padaniu fali na granicę ośrodków (kąt padania równy 0º) występuje fala odbita oraz fala, która przenika granicę ośrodków i rozchodzi się w drugim ośrodku. Gdy impedancja Z1 jest znacznie większa od impedancji Z2, energia fali odbitej jest większa od energii fali przechodzącej. W badaniach betonu tego rodzaju sytuacja ma miejsce, jeśli fala przenika granicę beton/powietrze (np. defekty w betonie czy zewnętrzna powierzchnia elementu betonowego). Towarzyszy temu zmiana fazy. Innym przykładem jest powierzchnia rozdziału: beton-stal zbrojeniowa. W tym przypadku impedancja akustyczna stali jest kilkukrotnie większa niż betonu, Powoduje to, że fala odbita ma energię równą energii padającej, natomiast fala przechodząca ma dwukrotnie większą amplitudę. Nie występuje przy tym zmiana fazy fali.

1.2.    Opis sprzętu i podstawowy zakres zastosowania

W metodzie I-E fale sprężyste generowane są w wyniku uderzania stalowej kulki o powierzchnię badanego elementu (rys.2a). Przemieszczenia cząstek powierzchni badanego elementu, spowodowane powrotem fal odbitych, rejestrowane są za pomocą piezoelektrycznego przetwornika drgań, umieszczonego w bliskim sąsiedztwie miejsca wzbudzenia (rys. 2b). Przetwornik ten rejestruje fale P i R. Wyniki pomiarów prezentowane są w postaci rozkładu amplitudy w dziedzinie czasu, tzw. waveform (rys. 2c), oraz po przekształceniu za pomocą szybkiej transformaty Fouriera jako widmo częstotliwości (rys. 2d).


Rys. 2. Schemat metody impact-echo: a) droga fali sprężystej podczas badania elementu zawierająca wadę, b) komputer do akwizycji i analizy danych, c) przykład zarejestrowanego sygnału w dziedzinie czasu oraz d) jego widmo częstotliwości po przekształceniu za pomocą FFT

Zastosowanie metody I-E w budownictwie jest szerokie. Za podstawowe można uznać następujące kierunki:

  • ocena grubości elementu konstrukcji betonowych przy dostępie z jednej strony;
  • wykrywanie wszelkiego rodzaju nieciągłości wewnątrz betonu, takich jak rozwarstwienia, pustki, tzw. efekty „plastra miodu”, oraz lokalizacja zbrojenia;
  • określanie głębokości rys powierzchniowych.

Dostępna na rynku aparatura pomiarowa standardowo zawiera komputerowe programy analizy wyników pomiarów w powyższym zakresie.

1.3.    Badania układów wielowarstwowych


Metoda impact-echo, stosowana jest nie tylko do oceny integralności betonu w konstrukcji, lecz także do oceny stanu układów wielowarstwowych. Do podstawowych zastosowań w tym zakresie należy:

  • szacowanie grubości warstw;
  • lokalizacja wad w poszczególnych warstwach układu;
  • ocena skuteczności napraw elementów betonowych, głównie metodą iniekcji.


Metoda I-E jest wykorzystywana do oceny skuteczności napraw. Jednym z najczęściej spotykanych i udokumentowanych zastosowań jest ocena skuteczności iniekcji kanałów kablowych. Zalety i wady

1.4.    Podstawowe obszary zastosowań metody impact-echo to:

  • wykrywanie defektów w płytach betonowych, np. rozwarstwień, wad, pęknięć, odspojeń,
  • pomiar grubości płyt betonowych,
  • kontrola jakościowa przyczepności między warstwami młodego betonu a betonem podłoża,
  • określanie głębokości pęknięć powierzchniowych, w tym wypełnionych wodą.


1.5.    Zalety metody to:

  • metoda w pełni nieniszcząca;
  • relatywnie duża szybkość działania przy niewielkim zakresie prac przygotowawczych;
  • możliwość prowadzenia badań przy dostępie z jednej strony.


1.6.    Wady to:

  • wykrywanie defektów o większych wymiarach;
  • dokładność zależna od użytej średnicy impaktora;
  • maksymalna głębokość detekcji wad poniżej 1m;
  • najlepsze wyniki przy badaniu elementów płytowych i obecności wad zawierających warstwę powietrza;
  • konieczność obecności eksperta do interpretacji wyników;
  • relatywnie wysoki koszt sprzętu.






 
Zespół Konstrukcji TB-2 -georadar PDF Print
There are no translations available.

1.    System Radarowy do lokalnych pomiarów
Radar (z angielskiego Ground Penetrating Radar – GPR) jest to technika nieniszcząca , która wykorzystuje do inspekcji fale elektromagnetyczne w zakresie 50 MHz – 3.0 GHz.
Fale elektromagnetyczne łatwo przenikają przez pustki powietrzne zaś w ośrodkach o silnej zawartości ferromagnetyków lub o zwiększonym stopniu zawilgocenia, dużym zasoleniu są w znacznym stopniu odbijane lub pochłaniane.
Im wyższa częstotliwość użytych fal, tym większa rozdzielczość ale mniejsza zdolność penetracji, szczególnie w ośrodkach o zwiększonej zawartości wody.

Opis sprzętu i zasada działania

Typowy sprzęt (patrz Rys.1) do badań konstrukcji składa się z następujących elementów:
- Anteny lub zestawu anten z wbudowanym nadajnikiem i odbiornikiem
- Odległościomierza w postaci kółek lub linki
- Jednostki kontrolnej
- Komputera

Rys.1 Radar – elementy składowe sprzętu

Generalnie mówiąc, anteny mogą być użyte w konfiguracji dla a) metody odbić b) metody transmisji (Rys.2). W metodzie odbić antena nadawcza i odbiorcza znajduje się po tej samej stronie badanej konstrukcji. W metodzie transmisji antena nadawcza i odbiorcza znajdują się na innych stronach badanej konstrukcji.
Antena nadawcza wysyła impulsy elektromagnetyczne w głąb konstrukcji. Fale elektromagnetyczne podczas przechodzenia przez różne ośrodki materiałowe podlegają prawom odbicia, załamania oraz pochłaniania.
Po odbiorze sygnału przez antenę odbiorczą sygnał jest rejestrowany i prezentowany jako 1 – wymiarowy wykres intensywności amplitudy od czasu. Po zarejestrowaniu większej ilości skanów 1-wymiarowych obraz wewnętrzny konstrukcji można przedstawić jako 2 – wymiarowy obraz najczęściej w odcieniach szarości.
Na takim obrazie są widoczne takie informacje jak przebieg warstw materiałowych, elementy obce (takie jak: pustki powietrzne, elementy stalowe, plastikowe, drewniane, itp.). Generalnie mówiąc, każda zmiana we właściwościach materiału jest „zauważana” przez fale elektromagnetyczne i rejestrowana dla celów dalszej analizy i interpretacji. Odpowiednia ilość obrazów dwu-wymiarowych może być przedstawiona jako obraz 3 wymiarowy w celu lepszej wizualizacji i interpretacji wyników.
W przypadku metody transmisji zapisywane obrazy są poddane szczegółowej analizie i na podstawie czasu przebiegu fal od nadajnika i odbiornika oraz znajomości położenia anten wyniki po obróbce w specjalnym oprogramowaniu są przedstawiane w postaci map prędkości rozchodzenia się fal wewnątrz ośrodka.  Ta metoda jest stosowana w szczególnych przypadkach gdy metoda odbić nie dostarcza wystarczających informacji dotyczących stanu wewnętrznego badanego obiektu bądź gruntu.


Rys. 2 Ogólna metodologia dla badań polowych z wykorzystaniem radaru (górny obraz) oraz wyniki pomiaru prezentowane jako wykres 1 –wymiarowy (A-Scan) oraz jako obraz dwu – wymiarowy (B-Scan) z przykładami pokazania przebiegu warstw oraz obecnością obcych elementów konstrukcyjnych (dolny obraz).

Możliwe zastosowania


W zależności od użytej konfiguracji sprzętowej radar może być użyty w wielu zastosowaniach (patrz Tabela 1).  W ogóle zastosowania tej techniki obejmują inspekcje nieniszczące konstrukcji żelbetowych i murowych, inspekcje gruntów w celu poszukiwania urządzeń infrastruktury podziemnej, badania grubości warstw asfaltowych na drogach oraz pomiary grubości pokładów kolejowych. Bardzo szerokie są zastosowania tej metody w geotechnice.





IBDiM dysponuje systemem amerykańskiej firmy GSSI wraz z niezbędnymi antenami (270MHz, 400MHz, 900MHz, 1600MHz, 2600MHz), dodatkowym oprzyrządowaniem i oprogramowaniem i systemem GPS. Dodatkowo jest dostępny Profometr firmy Proceq w celu wykrywania zbrojenia powierzchniowego. System Proceq jest uzupełnieniem systemu radarowego, używanego głównie do pomiarów na większych głębokościach wewnątrz konstrukcji. Sprzęt będzie stosowany do pomiarów lokalnych w celach takich jak:

1. Inspekcje mostów i tuneli żelbetowych
- lokalizacja prętów zbrojeniowych, osłonek na sprężenie
- lokalizacja pustek powietrznych lub obszarów ze źle zawibrowanym betonem
- lokalizacja delaminacji
- lokalizacja obszarów silnie zawilgoconych wewnątrz konstrukcji
2.  Inspekcje mostów i tuneli murowych
- określanie rodzaju materiału użytego do konstrukcji
- wykrywanie warstw materiałowych wewnątrz konstrukcji oraz pomiary grubości tych  warstw.
- pomiary grubości łuków kamiennych.
- wykrywanie obszarów silnie zawilgoconych wewnątrz konstrukcji
- monitorowanie iniekcji cementowych oraz sprawdzanie jakości wykonanego wzmocnienia
- wykrywanie elementów obcych wewnątrz konstrukcji (takich jak: pręty zbrojeniowe, belki drewniane, itp.)
- lokalizacja pustek powietrznych wewnątrz konstrukcji

3. Lokalne wykrywanie niezinwentaryzowanych urządzeń infrastruktury podziemnej

Zalety i wady
Zalety
- Szybkość działania
- Metoda w pełni nieniszcząca
- wymagany jest dostęp tylko z jednej strony testowanej konstrukcji
- Dokładność (w zależności od wybranej konfiguracji sprzętowej oraz wymagań)
- Duża penetracja (przy malej rozdzielczości)
- Możliwość zastosowania do inspekcji praktycznie każdego materiału (za wyjątkiem materiałów z dużą zawartością ferromagnetyków)
- Możliwość interpretacji wyników w biurze

Wady
-  Wymagane długotrwałe szkolenie personelu (szczególnie w zakresie interpretacji danych)
-  Poważnie utrudnione inspekcje podczas opadów deszczu lub na wilgotnej powierzchni
- Poważnie utrudnione inspekcje przy gęstej siatce zbrojeniowej w konstrukcjach żelbetowych
- utrudnione inspekcje przy nieregularnej powierzchni

2.    System Radarowy do lokalizacji delaminacji w mostach żelbetowych


Aby uzupełnić potencjał tej techniki do inspekcji dużych mostów lub tuneli jest dostępny radarowy skaner terenowy norweskiej firmy 3d-radar (Rys.3) o parametrach odpowiednich do inspekcji obiektów mostowych w celu szybkiej lokalizacji delaminacji lub w celu lokalizacji niezinwentaryzowanej infrastruktury podziemnej. System składa się ze skanera terenowego i jednostki centralnej. System jest niezbędny podczas inspekcji dużych obszarów w celu uzyskania w czasie rzeczywistym 3-wymiarowego obrazu wewnętrznego testowanej konstrukcji. Podobne rozwiązanie zostało zastosowane z sukcesem w Stanach Zjednoczonych w postaci systemu Hermes służącemu lokalizacji delaminacji w mostach żelbetowych.


Rys.3 Radar – antena i jednostka centralna jednostki wielokanałowej (skanera terenowego)

3. Do obu zestawów sprzętu dostępny jest samochód VW Transporter będący jednocześnie mobilnym laboratorium badawczym z zainstalowanymi na stałe jednostkami centralnymi oraz komputerami obsługującymi anteny służące do pomiarów lokalnych oraz skaner służący do pomiarów globalnych.

4. Jako uzupełnienie sprzętu radarowego jest dostępne wyposażenie dodatkowe ułatwiające dostęp oraz czyszczenie testowanych powierzchni na mostach.


 
Zespół Konstrukcji TB-2 PDF Print
There are no translations available.

Siedziba:
Instytut Badawczy Dróg i Mostów. Zakład Betonu. Zespół Konstrukcji TB-2
03-302 Warszawa; ul. Instytutowa 1
tel. (22) 614 57 58; (22) 814 53 79

Kierownik
prof. IBDiM dr inż. Juliusz Cieśla
tel. (22) 390 03 00
e-mail: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it


Zakres Działalności:

  • Zespół prowadzi badania w zakresie zagadnień bezpieczeństwa różnego typu konstrukcji betonowych, w tym konstrukcji żelbetowych i z betonu sprężonego.
  • Wszystkie aspekty techniczne dotyczące budowy, modernizacji oraz utrzymania kolejowych i drogowych obiektów budowlanych.
  • Ekspertyzy konstrukcji betonowych i kamiennych z zastosowaniem różnych metod badań nieniszczących w tym najnowszych, takich jak georadar, impact-echo i innych.
  • Lokalizacja obiektów infrastruktury podziemnej przy zastosowaniu georadaru.

 

Możliwości laboratoryjno-badawcze:

 
Zespól Technologii Betonu-Skład Osobowy PDF Print
There are no translations available.

Kierownik Zespołu

mgr inż. Danuta Bebłacz 
tel. (22) 811 14 40 wew. 137
e-mail: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it

 

 
Concrete Division - Staff PDF Print
Concrete Division
 
Staff

Head of Division    
Danuta Bebłacz, M.Sc.Eng.
phone (+48 22) 811 14 40 ext. 137
e-mail: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it
 
Staff  
Przemysław Kamiński, M.Sc.Eng.
phone (+48 22) 811 14 40 ext. 119
e-mail: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it
 
Marzena Klimkiewicz, M.Sc.Eng.
phone (+48 22) 811 14 40 ext. 120
e-mail: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it
 
Technicians
   
Adam Ćwiliński
phone (+48 22) 811 14 40 ext. 132
e-mail: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it
 
Mariusz Oziemski
phone (+48 22) 811 14 40 ext. 132
 
Adam Nyc
phone (+48 22) 811 14 40 ext. 132

Tomasz Siemieniuk
phone (+48 22) 811 14 40 ext. 132
 
Rafał Wirtek
phone (+48 22) 811 14 40 ext. 118
 
Mateusz Wójcik
phone (+48 22) 811 14 40 ext. 118

Secretariat: 
Barbara Łaszkiewicz-Herde
phone (+48 22) 811 14 40 ext. 117
fax      (+48 22) 811 14 40
 
More Articles...
<< Start < Prev 1 2 Next > End >>

Page 1 of 2