Die zerstörungsfreie Untersuchung von Durchstanzbewehrung in Flachdecken

© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Beton- und Stahlbetonbau 109 (2014), Heft 4 257

DOI: 10.1002/best.201300086

FACH

THEM

A A

RTICLE

Johannes Hugenschmidt, Andreas Fischer, Lucio Schiavi FACHTHEMA

Die zerstörungsfreie Untersuchung vonDurchstanzbewehrung in Flachdecken

1 Einleitung

Am 27.11.2004 stürzte in Gretzenbach (Schweiz, KantonSolothurn) die Decke einer Tiefgarage infolge eines Bran-des ein.

Dabei wurden sieben Feuerwehrleute, die mit Lösch -arbeiten beschäftigt waren, von der herabstürzenden Ga-ragendecke erschlagen. Als Ursache wurde neben Bau-und Berechnungsfehlern ein reduzierter Tragwiderstandinfolge des Brandes und zu hoher Deckenlast als Folge zustarker Erdüberschüttung der Decke festgestellt. WieBild 1 zeigt, wurde die Decke von ihren Stützen regel-recht „durchstanzt“.

Dieser Beitrag beschreibt die im Rahmen eines von derschweizerischen Kommission für Technik und Innovation(KTI) geförderten Projekts durchgeführten Untersuchun-gen, mit denen abgeklärt wurde, inwieweit sich das Vor-handensein von Durchstanzbewehrung zerstörungsfreinachweisen lässt.

2 Stand der Bautechnik

Seit langer Zeit ist es im Bauwesen üblich, den Tragwider-stand von Betonelementen durch das Einbringen von ei-ner oder mehreren Lagen aus Stahl-Bewehrungsstäben zuvergrößern. Darüber hinaus haben Bauingenieure eineReihe von technischen Lösungen entwickelt, um das Pro-blem des Durchstanzens zu reduzieren, d. h. den Durch-stanzwiderstand einer Decke im Auflagebereich von Stüt-zen deutlich zu erhöhen. Einige dieser Lösungen, die Un-tersuchungsgegenstand waren, werden kurz vorgestellt.

Für Innenstützen kommen vielfach Stahlpilze, oft inKombination mit Bügelkörben, zur Anwendung (Bild 2,links). Bügelkörbe verbinden die normalen Bewehrungs-lagen miteinander und erhöhen so zusätzlich dieBelastungs fähigkeit einer Betondecke. Eine Dübelleistebesteht aus gerippten oder glatten Doppelkopfankern mitaufgestauchten Köpfen (Bild 2, rechts). Eine oder mehre-re aus Metall oder Kunststoff bestehende Montageleisten,die durch Heft-Schweißungen auf den Ankerköpfen be-festigt sind, verbinden die Einzelanker mit der Dübelleis-te. Es sind Leisten mit bis zu zehn Ankern möglich, dievorzugsweise nach dem Verlegen der Flächenbewehrung

Mittels Radaruntersuchungen werden Betondeckenbereiche einer Fläche von 2 × 0,9 m2 in Stützennähe in ausgewählten Ein-stellhallen zerstörungsfrei mit dem Ziel untersucht, typische Be-wehrungselemente zur Erhöhung des Durchstanzwiderstandszu erkennen. Im Untersuchungsergebnis zeigte sich, dass dieseElemente, wie z. B. Bewehrungsstäbe, Stahlpilze oder Dübelleis-ten, mit hoher Wahrscheinlichkeit identifiziert werden können.Die Messdaten liefern für die meisten untersuchten Element -typen spezifische, reproduzierbare Datenmuster. Mithilfe vonRadar untersuchungen ist es deshalb möglich, auf nicht doku-mentierte Bewehrungselemente im Bauwerk zu schließen. DieBau ingenieure können so den Durchstanzwiderstand von Flach -decken im Bereich ihrer Stützen besser beurteilen. Das eröffnetPrüfmöglichkeiten zur Durchstanzproblematik in Bezug auf dieEinhaltung technisch verbindlicher Normen sowie zur Unter -suchung von Bauschäden oder deren Prophylaxe.

Non-destructive inspection of punching shear reinforcementin concrete flat slabsIn selected car parks, ground penetrating radar (GPR) surveyswere carried out on ceiling areas in the vicinity of piles. The ar-eas inspected were 0.9 m × 2.0 m each. The aim of the surveyswas the detection Punching shear reinforcement (PSR). It wasshown that several types of PSR can be detected reliably. Theacquired GPR data show distinctive reflection patterns for mosttypes of PSR. It is therefore possible to detect punching shearreinforcement in cases where appropriate documentation ofthe construction details is missing. Thus, GPR surveys can pro-vide information relevant for the engineer for assessing thesafety of buildings. This facilitates testing options related to thepunching problem. Objects can be tested for compliance withexisting standards, for the evaluation of structural damage orfor prevention.

Bild 1 Von den Stützen „durchstanzte“ Tiefgaragendecke in Gretzenbach(CH)A car park ceiling “punched” by piles (Gretzenbach, Switzerland)

258 Beton- und Stahlbetonbau 109 (2014), Heft 4

J. Hugenschmidt, A. Fischer, L. Schiavi: Die zerstörungsfreie Untersuchung von Durchstanzbewehrung in Flachdecken

von oben eingesetzt werden. Ein Vorteil einer Dübelleistebesteht im nahezu schlupffreien Verbund mit dem Beton,welcher durch den Formschluss der aufgestauchten Köp-fe gewährleistet wird. Hierdurch kann vor allem bei dün-neren Betonplatten die Querkraftbewehrung gut veran-kert werden. Weitere Details zu den Bewehrungselemen-ten bzgl. der Durchstanzproblematik können aus [1 bis 4]entnommen werden.

3 Zielstellung der Untersuchung

Mithilfe von Georadar-Messungen sind in ausgewähltenGebäuden Deckenbereiche in Stützennähe zerstörungs-frei zu untersuchen. Dabei ist zu ermitteln,

1. ob Bewehrungsstrukturen innerhalb der Decke er-kennbar sind,

2. ob die erkannten Strukturen den beschriebenen bau-technischen Lösungen zugeordnet werden könnenund

3. durch welche Maßnahmen die Qualität der Mess -daten in Bezug auf eine entsprechende Mustererken-nung optimiert werden kann.

Im Idealfall ist es wünschenswert, bei Kenntnis der ver-wendeten Struktur im Sinne von Abschn. 2 diese einemDatenmuster eindeutig zuzuordnen, sodass ein Rück-schluss möglich ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, dieArt der Bewehrung aus den Messdaten nachträglich zuermitteln und so in Bezug auf die Durchstanzbelastbar-keit der Decke qualitativ eine Aussage zu treffen. Das istvor allem für ältere Gebäude aus sicherheitstechnischenÜberlegungen von großer Bedeutung, wenn der verwen-dete Bewehrungstyp nicht oder nicht mehr bekannt ist,bzw. die Baupläne keine Angaben dazu enthalten.

4 Georadar

Unter dem Begriff Georadar versteht man ein ursprüng-lich aus der Geophysik stammendes Untersuchungsver-fahren. Während Georadar anfänglich ausschließlich zurUntersuchung geologischer Fragestellungen eingesetztwurde, wird es heute vermehrt als zerstörungsfreies Mess-verfahren zur Untersuchung von Bauwerken verwendet.Georadar arbeitet, wie auch das bekanntere Radar zur

Ortung von Flugkörpern (Radio Aircraft Detection andRanging), mit elektromagnetischen Wellen. AlternativeBezeichnungen sind Bodenradar, Ground Penetrating Radar (GPR) oder Elektromagnetisches Reflexionsverfah-ren (EMR).

Bild 3 veranschaulicht die Funktionsweise des Georadar-verfahrens wie in [5 bis 7] beschrieben. Von einer geeigne-ten Antenne werden elektromagnetische Wellen mög-lichst senkrecht zur Oberfläche des Messobjektes aus -gestrahlt, die an verschiedenen Grenzflächen und an vorhandenen Fremdkörpern im Messobjekt reflektiertwerden. Das von der Antenne empfangene reflektierteSignal wird auf einem Monitor dargestellt. Es kann zurweiteren Bearbeitung auf einem Datenträger abgespei-chert werden. Da polarisierte Wellen abgestrahlt werden,hat die Orientierung der Antenne einen Einfluss auf dasMessergebnis.

Eine Messwertreihe an einem definierten Ort x über einbestimmtes Zeitintervall t, wie in Bild 4 illustriert, wirdals Einzelspurmessung oder Scan bezeichnet. Eine derüblichen grafischen Darstellungen einer Zeitreihe ist dieCodierung der Signalamplitude in Farben oder Graustu-fen. In der Praxis werden oft Serien von Einzelspurmes-sungen entlang gerader Linien durchgeführt und in der x-t-Richtung dargestellt. Das so bezeichnete Radargrammoder Radarprofil charakterisiert einerseits das untersuch-te Messobjekt, stellt andererseits aber keinen Schnittdurch das Objekt dar. Dafür gibt es verschiedene Ursa-chen. Bild 5 zeigt schematisch die physikalische Situation

Bild 2 Bewehrungselemente zur Erhöhung des Durchstanzwiderstands (Mit freundlicher Genehmigung der Aschwanden AG)Punching shear reinforcement

Bild 3 Funktionsprinzip des GeoradarsGround penetrating radar (GPR) principles

Bild 4 Schema Einzelspurmessung (links) und Radargramm (rechts)Schematic sketches of single point measurement (left) and radargram(right)

Beton- und Stahlbetonbau 109 (2014), Heft 4 259

J. Hugenschmidt, A. Fischer, L. Schiavi: Non-destructive inspection of punching shear reinforcement in concrete flat slabs

FACH

THEM

A A

RTICLE

(links) und das Radarprofil (rechts) eines Messobjektes,das aus zwei Schichten (S1, S2) besteht, in denen sich dieAusbreitungsgeschwindigkeiten des Radarsignals starkvoneinander unterscheiden (v2 >> v1). Die Antenne wirdentlang einer Geraden über das Messobjekt bewegt. DieSignalreflexion am punktförmig angenommenen Störkör-per verursacht im Radargramm eine Hyperbel, weil dieEmpfangsantenne nicht nur an Position 2 (senkrechtüber dem Körper), sondern auch an den Positionen 1 und3 ein am Störkörper reflektiertes Signal empfängt. Wegendes längeren Weges im Vergleich zu Position 2 vergehtauch mehr Zeit und das an den Positionen 1 und 3 reflek-tierte Signal wird später als an Position 2 registriert. DieSchichtgrenzen S1 und S2 sind im Radarprofil als hori-zontale Reflexionen zu sehen. Wegen der höheren Signal-ausbreitungsgeschwindigkeit v2 wird für die Passage vonS2 weniger Zeit benötigt und die Schichtgrenze S2 er-scheint im Radargramm als nach oben verschoben. Überund unter dem Messobjekt liegende Strukturen sowie diematerialabhängige Signaldämpfung haben ebenfalls Ein-fluss auf das Radarprofil. Durch eine geeignete Datenbe-arbeitung können die genannten Effekte zum großen Teilreproduzierbar korrigiert werden.

Die Georadar-Messung entlang vieler (zur x-Achse paral-leler) Linien ermöglicht eine flächenmäßige Aufzeich-nung der Radardaten. Dadurch werden neben zwei- auchdreidimensionale Darstellungen der Messergebnisse mög-lich. Die 3D-Darstellung der flächig erhobenen Datenwird als Datenkubus bezeichnet, was Bild 6 illustriert. Eszeigt ebenso einen Schnitt durch den Datenkubus in derx-y-Ebene für eine konstante Zeit t. Dieser Schnitt heißtZeitscheibe. Eine Zeitscheibe repräsentiert die hinsicht-lich ihrer Radardaten ermittelte Struktur des Messobjek-tes in einer bestimmten Tiefe unter ihrer Oberfläche. Zeit-scheiben gestatten einen Blick ins Innere, ohne das Mess-objekt zerstören zu müssen. Die Messergebnisse dieserUntersuchung werden als Zeitscheiben dargestellt. Ausge-hend vom Datenkubus sind je nach verwendeter Soft-ware auch Schnitte in beliebigen Ebenen, z. B. in der x-t-Ebene oder y-t-Ebene, möglich.

Die Literatur bietet zahlreiche Beschreibungen von An-wendungen des Georadars und anderer zerstörungsfreier

Verfahren auf Beton [8 bis 13]. Eine umfassende Beschrei-bung des Georadar-Verfahrens und seiner Anwendung imBauwesen findet sich in einem Merkblatt der DeutschenGesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung [14].

5 Messung5.1 Vorbemerkungen

Das Ziel der Untersuchung, typische Bewehrungselemen-te zur Erhöhung des Durchstanzwiderstands in einer Betondecke nachzuweisen, bestimmt sowohl das Mess-verfahren als auch die eingesetzten Messmittel. Beim ver-wendeten Reflexionsverfahren, bei dem das reflektierteRadarsignal ausgewertet wird, sind Sende- und Emp-fangsantenne auf der gleichen Bezugsebene – der Beton-deckenoberfläche – angeordnet. Beide Antennen befin-den sich in einem Gehäuse mit geringem Abstand von -einander. Die Detektionsreichweite des Radarsignalshängt neben dessen Materialeigenschaften, wie der elek-trischen Leitfähigkeit, der Signalabsorption und -streu-ung, auch von der Wellenfrequenz ab. Dabei gilt grund-sätzlich, dass Radarwellen mit geringerer Frequenz tieferin das Messobjekt eindringen können als Wellen mit hö-herer Frequenz. Die Detektionsreichweite von unbewehr-tem Beton liegt zwischen ein und vier Metern, die von be-wehrtem Beton bei maximal einem Meter [14]. Radarwel-len können nicht in Metall eindringen, es erfolgt eine Totalreflexion. Die verwendete Antennenfrequenz wurdeso ausgewählt, dass die Detektionsreichweite mindestensder Dicke der Betondecke von 0,3 m bis 0,5 m entsprach,damit die relevanten Bewehrungselemente auch nachge-wiesen werden konnten. Als Messobjekte wurden Ein-

Bild 5 Störkörper (links) und Schichtgrenzen (rechts) im RadarprofilSingle anomaly and layer boundaries in reality (left) and in radargram (right)

Bild 6 Schematische Darstellung Datenkubus (links) und Zeitscheibe (rechts)Schematic sketches of data cube (left) and time slice (right)



stellhallen im Raum Zürich (Schweiz) ausgewählt, bei de-nen die Lage der Bewehrungselemente bekannt war. Dieserlaubte einen 1:1-Vergleich zwischen bekannter Durch-stanzbewehrung und Georadar-Ergebnis.

5.2 Messanordnung

Bild 7 gibt einen Einblick in die praktische Messdurch-führung in einer Tiefgarage. Bild 8 illustriert das Schemader Radarmessung an der Decke in der Nähe einer Stütze. Zur Antennenführung entlang gerader, parallelerLinien wurde ein auf Papier gedrucktes Raster der Größe90 × 200 cm2 symmetrisch zur Stütze an die Decke ge-klebt. Sein Linienabstand beträgt 5 cm. Der Koordinaten-ursprung befindet sich im Punkt P(0,0). Das Raster wurdemit minimalem Abstand neben der Stütze befestigt (ca.5 cm), sodass die Antenne gerade noch auf der erstenRasterlinie an der Stütze vorbeigeführt werden konnte.Aus Gründen der leichteren Messkabelführung verläuftdie erste Messlinie vom Punkt P(0,200) zum Punkt P(0,0)entgegen der Richtung der Y-Achse. Die rechte Kante derrechteckigen Antenne wird entlang einer Rasterlinie ge-führt. Alle Y-Spuren haben die fixen AnfangskoordinatenP(x,200), die X-Spuren haben die fixen EndkoordinatenP(90,y). Die Messspuren liegen parallel zu den Rasterlini-en im Abstand von 5 cm. Bei den meisten Arten vonDurchstanzbewehrung erwies sich die Auswertung derparallel zur Y-Achse aufgezeichneten Daten als ausrei-chend. Lediglich im Falle der Bügelkörbe wurden beideRichtungen (und damit zwei verschiedene Polarisatio-nen) ausgewertet.

5.3 Messtechnik

Für die Radarmessung wurde ein Mess-System GSSISIR20 verwendet. Dieses Gerät steuert die Messung underlaubt eine Darstellung und Speicherung der aufgezeich-neten Daten. Eine Datenverarbeitung in Echtzeit wäreebenfalls möglich, wurde aber nicht verwendet. Die Anten-ne, welche das Radarsignal sendet und die reflektiertenSignale empfängt, ist mit einem Messrad versehen, welcheseine definierte Anzahl von Messungen pro Länge ermög-licht. Je nach Anforderung sind Antennen mit verschiede-nen Frequenzen verfügbar. Für die aktuelle Untersuchungwurde eine Antenne mit einer mittleren Frequenz von 1,5GHz verwendet (GSSI Modell 5100). Der Frequenzbe-reich dieser Antenne ist bezüglich der möglichen Messtiefeund des Auflösungsvermögens für die hier beschriebeneAnwendung gut geeignet. Die Dimensionen von 0,17 m× 0,1 m × 0,05 m und das Gewicht von ca. 600 g gewähr-leisten außerdem die erforderliche Handlichkeit.

5.4 Datenverarbeitung

Mithilfe der Software REFLEXW wurden die Messdatenbearbeitet. Die Bearbeitung umfasst neben einem Fre-quenzfilter und einer Nullpunktkorrektur auch die soge-

nannte Migration, von der es verschiedene Arten, wiez. B. die STOLT- oder die KIRCHHOFF-Migration, gibt. Da-bei handelt es sich um spezielle mathematische Verfah-ren, die es ermöglichen, z. B. hyperbelförmige Reflexions-muster in Punkte zu transformieren. Dadurch werdenz. B. Bewehrungsstäbe im Radarprofil als punktförmigeObjekte dargestellt, wie Bild 9 anschaulich illustriert. DiePfeilspitze zeigt auf die Lage eines Bewehrungsstabes inder Darstellung der originalen und der durch Migrationbearbeiteten Messdaten.

Die Software kann Daten aus Radar-, seismischen undUltraschallmessungen in vielen Dateiformaten verarbei-ten und erlaubt die Darstellung von Messdaten, die ausverschiedenen Radarprofilen mit unterschiedlichen Mess-

Bild 7 Radarmessung an einer Betondecke in StützennäheGPR data acquisition on a concrete ceiling in the vicinity of a pile

Bild 8 Geometrie der Radarmessung mit Koordinatenursprung P(0,0)Geometry of data acquisition



FACH

THEM

A A

RTICLE

richtungen zusammengeführt wurden bei sonst gleichenOrtskoordinaten. Details zur Datenverarbeitung könnendem User Manual [15] von REFLEXW entnommen wer-den. Eine gute Übersicht über die Grundlagen der Daten-verarbeitung findet sich in [16]. Die Verarbeitung vonGeoradar-Daten weist große Parallelen zur seismischenDatenverarbeitung auf. Eine umfassende Beschreibungfindet sich in [17].

6 Ergebnisse6.1 Allgemeines

Aus dem auf Basis paralleler Messlinien berechneten Da-tenkubus werden geeignete Zeitscheiben ausgewählt, wel-che die Bewehrungsstruktur des Messobjektes repräsen-tativ darstellen. Ihre Details werden dann in einer 2D-An-sicht mit Graustufendarstellung angezeigt. Die hellenBildbereiche entsprechen einer starken Signalreflexionan Bewehrungsstäben oder anderen Metallteilen inner-halb der Betondecke. Die Zeit t ist die Laufzeit des Radar-signals und z die Tiefe der abgebildeten Struktur unterder Betondeckenoberfläche. Die untersuchten Stützentragen Arbeitsbezeichnungen, wie z. B. S1.

6.2 Stahlpilze

Die linke Abbildung in Bild 10 zeigt den Bauplan des ver-messenen Deckenbereichs in Stützennähe im Maßstab1:20, während in der rechten Abbildung das Ergebnis derRadarmessung der links farbig dargestellten Messflächezu sehen ist. Dabei wurden parallele Linien in Y-Richtunggemessen. Wie der Vergleich der beiden Abbildungenzeigt, können Stahlpilze aus der Zeitscheibendarstellungder Messdaten eindeutig identifiziert werden. Dabei kor-reliert die Lage des Stahlpilzes sehr gut mit dem Bauplan.Das Datenmuster des Stahlpilzes unterscheidet sich deut-lich von dem der Bewehrungsstäbe. An diesem Beispiellässt sich auch gut die Wirkung der Polarisation verdeutli-chen. Die schlaffe Bewehrung wird aufgrund der Polarisa-tion im Wesentlichen nur in einer Richtung abgebildet.Der Stahlpilz wird wegen des größeren Querschnitts inbeiden Richtungen abgebildet.

6.3 Dübelleisten

Auch Dübelleisten sind nach Bild 11 klar als solche zu er-kennen. Ihre Lage entspricht weitgehend dem Bauplan.

In diesem Fall wurde eine bzgl. der Stütze radiale Anord-nung verwendet. Im Messergebnis werden nur die Köpfeder Doppelkopfanker, die sich relativ nah an der Decken-oberfläche befinden, abgebildet, weil es sich vermutlichum Kunststoffleisten handelt. Derartige punktförmigeObjekte können nur dann abgebildet werden, wenn derAbstand zwischen den Messlinien (in diesem Fall 5 cm)klein genug ist. Wenn es sich um Metall-Dübelleisten han-delt, sind diese im Radarbild als durchgehende Linien zusehen, wie Bild 12 einer anderen Stütze veranschaulicht.

6.4 Bügelkörbe

Die Detektion von Bügelkörben wurde, insbesondere we-gen ihrer weitgehend senkrecht zur Messoberfläche ori-entierten Stäbe, im Vorfeld als schwierig eingeschätzt.Aus diesen Gründen wurden Messlinien in zwei verschie-denen Richtungen durchgeführt. Die Antenne wurde da-bei sowohl parallel zur X-Achse als auch parallel zur Y-

Bild 9 Originale (links) und bearbeitete Messdaten (rechts) eines RadarprofilsRaw (left) and processed data (right)

Bild 10 Bauplan (links) und Zeitscheibe mit t = 0,70 ns, Tiefe ca. 4,21 cm(rechts) Sketches of punching shear reinforcement (left) and correspondingtime slice, t = 0.70 ns, depth approximately 4.21 cm (right)

Bild 11 Bauplan (links) und Zeitscheibe mit t = 0,46 ns, Tiefe ca. 2,34 cm(rechts)Sketch of punching shear reinforcement and (left) corresponding timeslice t = 0.46 ns, depth approximately 2.34 cm (right)

Bild 12 Radial zur Stütze angeordnete Metall-Dübelleisten, ZeitscheibeTime slice showing Punching shear reinforcement placed radially frompile



Achse geführt (Bild 8). Durch die beiden Antennenorien-tierungen und damit Polarisationen des Radarsignalskönnen in verschiedenen Richtungen verlaufende Beweh-rungsstäbe in gleicher Qualität abgebildet werden. Die inverschiedenen Richtungen erhaltenen Daten wurdenwährend der Datenverarbeitung kombiniert. Dennochkonnten Bügelkörbe nicht eindeutig identifiziert werden.Ein Vergleich des Bauplanausschnitts in Bild 14 mit denerhaltenen kombinierten (beide Richtungen enthalten-den) Zeitscheiben auf den Messflächen S9 und S10 zeigtzwar im Bereich der Bügelkörbe verstärkte und zusätz -liche Reflexionen, eine eindeutige Übereinstimmung istjedoch nicht zu beobachten. Obwohl beide MessflächenS9 und S10 laut Bauplan die rechten bzw. unteren Bügel-

korbbegrenzungen deutlich überdecken, sind die Korb-grenzen in den Untersuchungsergebnissen nicht zu beob-achten. Dies gilt auch, wenn Zeitscheiben aus verschiede-nen Tiefen betrachtet werden (hier nicht dargestellt). Mansieht nur ein dichteres und unregelmäßigeres Gitter vonStäben als bei normalen Bewehrungslagen. Ein eindeuti-ger Rückschluss aus den Radarmessungen auf verwende-te Bügelkörbe in der Betondecke ist deshalb zurzeit nichtmöglich.

6.5 Messparameter

Um den Einfluss des Abstands der einzelnen Radarprofileauf das Messergebnis zu bestimmen, wurde auf einem an-deren Messfeld der Abstand der parallelen Messlinien va-riiert. Dabei wurden die Radarprofile im Abstand von2 cm, 5 cm und 10 cm aufgenommen. In Bild 16 ist nebenden normalen Bewehrungslagen symmetrisch zur Bild-mitte ein heller Bereich mit starker Signalreflexion zu er-kennen, der vermutlich eine Metallplatte repräsentiert,die zwischen Stütze und Decke montiert wurde. Auffälligist die deutlich schlechtere Bildqualität verglichen mit

Bild 13 Bauplanausschnitt mit Bügelkörben für die Messflächen S9 und S10Plan of data acquisition areas S9 and S10

Bild 15 Zeitscheibe für Fläche S10: Zeit t = 1,25 ns, Tiefe ca. 6,25 cmTime slice from area S10, time = 1.25 ns, depth approximately 6.25 cm

Bild 14 Zeitscheibe für Fläche S9: Zeit t = 1,27 ns, Tiefe ca. 6,35 cmTime slice from area S9, time = 1.27 ns, depth approximately 6.35 cm

Bild 16 Zeitscheibe: Messlinienabstand 2 cm, Zeit t = 0,87 ns, Tiefe ca. 4,35 cmTime slice: line distance 2 cm, time = 0.87 ns, depth approximately4.35 cmt



FACH

THEM

A A

RTICLE

Bild 14 oder Bild 15. Besonders die seitliche Verzerrung(in Y-Richtung) der senkrecht dazu (in X-Richtung) lie-genden Bewehrungselemente erschwert das Erkennendieser Strukturen.

Die Bildzusammensetzung aus den Messdaten vieler Ra-darprofile wird in höherem Maß von der Wahl des An-fangspunktes bestimmt als mit weniger Messlinien. Dieexakte Positionierung des Startpunktes der Messung istbei einer großen Linienanzahl bzw. geringem Linienab-stand extrem wichtig und wirkt sich stark auf das Ergeb-nis aus. Leider ist die genaue Positionierung in Abhängig-keit von der Deckenhöhe der Einstellhalle und der An-tennengeometrie technisch nicht immer möglich. NachBild 16 führt die mit vielen parallelen Messlinien ver-knüpfte höhere Messdatendichte nicht automatisch zurvielleicht erwarteten besseren Erkennbarkeit der Beweh-rungsstrukturen in den Messergebnissen. Die damit ver-bundene längere Messzeit ist also den Aufwand nichtwert. Die besten Resultate wurden mit einem Messlinien-abstand von 5 cm erzielt.

7 Schlussfolgerungen

Aus den Ergebnissen der Untersuchungen können folgen-de Schlussfolgerungen abgeleitet werden:

1. Die Bewehrungselemente Stahlpilze, Dübelleistenund Bewehrungsstäbe sind mithilfe von Georadar-Messungen eindeutig identifizierbar. Die Existenz vonBügelkörben kann mit der beschriebenen Messanord-nung zum heutigen Zeitpunkt nicht eindeutig nachge-wiesen werden.

2. Mit Ausnahme von Bügelkörben genügt dabei für alleanderen Elemente die Messung von Radarprofilen ineiner geeignet ausgewählten Richtung an einer Stüt-zenseite. Bügelkörbe sollten in zwei senkrecht zuei-

nander stehenden Richtungen auf mindestens zweiSeiten einer Stütze vermessen werden, um die maxi-mal mögliche Information in beiden Polarisationsrich-tungen zu erhalten. Ihre Identifizierung bleibt momen-tan dennoch schwierig.

3. Senkrecht zur Bewegungsrichtung der Antenne liegen-de Strukturen werden am schärfsten abgebildet.

4. Die höchste Bildqualität wird durch die Kombinationzweier 3D-Datensätze, basierend auf parallelen Radar-profilen aus zueinander senkrechten Richtungen, zueinem neuen 3D-Satz erreicht. Wegen des beträcht -lichen Zeitaufwands sollte das Verfahren sparsam ein-gesetzt werden.

5. Eine geeignete Datenverarbeitung ist für den Erfolgausschlaggebend. Die Migration erlaubt die Rückrech-nung von Hyperbeln in Punkte.

6. Mit der verwendeten Antenne ist ein Abstand von 5 cmzwischen den parallelen Messlinien optimal für dasVerhältnis von Messaufwand und Ergebnisqualität.

7. Je kleiner der Messlinienabstand, desto mehr wirkensich Positionierungsfehler des Startpunkts der Mess -linie negativ auf die Ergebnisqualität aus. Deshalb istdie parallaxenfreie Startpositionierung einer Messlinieanzustreben.

Dank

Die in diesem Fachaufsatz präsentierten Ergebnisse wur-den während eines durch die schweizerische Kommissionfür Technik und Innovation (KTI) geförderten Projekts(KTI Nr. 1506.1 INNO-12-IW) gewonnen. Unser Dankfür die Unterstützung bei der Auswahl der Untersu-chungsobjekte gilt dem Ingenieurbüro Schiavi + PartnerAG, besonders Herrn LIMACHER. Besten Dank auch anProf. FELIX WENK und ROBERT KOPPITZ, Hochschule fürTechnik Rapperswil, für ihre wertvollen Kommentarezum Manuskript.

Literatur

[1] SIA Dokumentation D 0226: Tragsicherheit von Einstell -hallen. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein,Zürich, 2008.

[2] F.J. Aschwanden AG CH-3250 Lyss: DURA-Durchstanz -bewehrung, Produktdokumentation. Web: www.aschwan-den.com, 2012.

[3] Halfen Bewehrungstechnik D-40764 Langenfeld: HalfenHDB Dübelleisten, Produktdokumentation Technik. Web:www.halfen.de, 2012.

[4] LINDORF, A.: Durchstanzbemessung von Doppelkopfankernnach Europäischen Technischen Zulassungen. Beton- undStahlbetonbau 108 (2013), Heft 10, S. 691–700.

[5] DANIELS, D.: Ground Penetrating Radar. Inspec/IEE, 2004.[6] HUGENSCHMIDT, J.: Geophysics and non-destructive testing

for transport infrastructure with special emphasis onground penetrating radar. PhD thesis, ETH Zürich, 2010.

[7] HUGENSCHMIDT, J.: Introduction to Ground PenetratingRadar (GPR). In: Non-destructive evaluation of reinforcedconcrete structures, Volume 2: Non-destructive testingmethods, Woodhead Publishing Limited, 2010, S. 317–332.

[8] TAFFE, A.; FEISTKORN, S.: Methoden zur Gütebewertungvon ZfPBau-Verfahren. Beton- und Stahlbetonbau 108(2013), Heft 4, S. 237–251.

[9] TAFFE, A.; FEISTKORN, S.; DIERSCH, N.: Erzielbare Detek -tionstiefen metallischer Reflektoren mit dem Impulsradar-verfahren an Beton. Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012),Heft 7, S. 442–450.

[10] FEISTKORN, S.: Gütebewertung qualitativer Prüfaufgaben inder zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen am Beispiel desImpulsradarverfahrens. Beton- und Stahlbetonbau 107(2012), Heft 5, S. 365–368.

[11] KIND, TH.; WÖSTMANN, J.: Kombinierte Radar- und Ultra-schalluntersuchungen zum schadfreien Kernbohren im Zu-ge einer Verstärkung. Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012),Heft 4, S. 255–261.

[12] KIND, T.; FEISTKORN, S.; TRELA, C.; WÖSTMANN, J.: Impuls-radar für schadensfreie Kernbohrungen an Spannbeton -brücken. Beton- und Stahlbetonbau 104 (2009), Heft 12, S.876–881.

[13] HUGENSCHMIDT, J.; KALOGEROPOULOS, A.; SOLDOVIERI, F.;PRISCO, G.: Processing Strategies for high-resolution GPRConcrete Inspections. NDT & E International, 2010, Vol-ume 43, ISSUE 4, S. 334–342.

[14] Deutsche Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung e.V.:Merkblatt über das Radarverfahren zur zerstörungsfreienPrüfung im Bauwesen. Merkblatt B 10, 2008. Physikalischeund technische Grundlagen.

[15] SANDMEIER, K. J., D-76227 Karlsruhe: User Manual RE-FLEXW Version 6.0. Web: www.sandmeier-geo.de, 2011.

[16] SANDMEIER, K. J.: Non-destructive testing of concrete withelectromagnetic and acoustic waves: data analysis. In:Non-destructive evaluation of reinforced concrete struc-tures, Volume 2: Non-destructive testing methods, Wood-head Publishing Limited, 2010, S. 125–143.

[17] YILMAZ, Ö.: Seismic Data Processing. Society of Explora -tion Geophysics, Tulsa, USA, 1994.

Autoren

Bauingenieur Lucio SchiaviL. Schiavi + Partner AGFeldstrasse 728180 Bülach, [email protected]

Diplomphysiker Andreas FischerHochschule für Technik RapperswilOberseestrasse 108640 Rapperswil, [email protected]

Dr. Johannes Hugenschmidt MBAHochschule für Technik RapperswilOberseestrasse 108640 Rapperswil, [email protected]



Documents

Die zerstörungsfreie Untersuchung von Durchstanzbewehrung in Flachdecken