eJournals Brückenkolloquium 4/1

Brückenkolloquium
2510-7895
expert verlag Tübingen
Die 1,46 km lange Moorbrücke überführt die Bundesautobahn A 27 über ein Moorgebiet östlich von Bremerhaven. Die Besonderheit der Konstruktion besteht in der direkt befahrenen Fahrbahnplatte, die aus einer Kiesbetontrag- und Splittbetonverschleißschicht besteht, die frisch in frisch herzustellen war. Es zeigte sich, dass der Verbund zwischen diesen beiden Betonschichten vielfach nicht mehr gegeben ist. Die Brücke ist als nicht zukunftsfähig eingestuft, muss aber bis zu ihrem Ersatz in zehn bis 20 Jahren erhalten werden. Ein Gesamtschadensbild wurde hierzu mit Hilfe der zerstörungsfreien Prüfmethode Impakt-Echo aufgenommen. Der entwickelte Impakt-Echo Scanner erlaubt eine schnelle und zuverlässige Schadensdetektion der Stahlbetonfahrbahnplatten. Bei drei Untersuchungen wurde insgesamt eine Fläche von 17 600 m2 gemessen. Die Richtungsfahrbahn Süd (RF Walsrode) zeigte starke Delaminationsschäden und wurde, basierend auf den Ergebnissen, auf 1,46 km Länge in den Jahren 2018 und 2019 instand gesetzt. Hierzu wurde die obere Splittbetonverschleißschicht mit einem Höchstdruckwasserstrahl abgetragen und neu aufgebaut. Das Ergebnis wurde abschließend mit der zweiten Messreihe überprüft und zeigt einen guten Verbund von neuer und Bestandsbetonschicht. Die lokalisierten Fehlstellen wurden automatisch klassifiziert und in einen CAD-Plan eingetragen. Die gewonnenen Informationen helfen eine Schädigung für jede Fahrbahn und Brückenabschnitt auszuweisen. Eine mögliche Instandsetzung kann besser geplant oder vermieden werden.
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Zerstörungsfreie Zustandserfassung der Moorbrücke BAB A27

2020
Johannes F. Scherr
Jörg Alex
Christian U. Große
Frank Kühn
4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 575 Zerstörungsfreie Zustandserfassung der Moorbrücke BAB A27 Johannes F. Scherr (Autor, Referent) Technische Universität München, München, Deutschland Jörg Alex (Co-Autor, Co-Referent) INROS LACKNER SE, Hamburg, Deutschland Christian U. Große (Co-Autor) Technische Universität München, München, Deutschland Frank Kühn (Co-Autor) Niedersächsische Landesbehörde für Straßenbau und Verkehr, Hannover, Deutschland Zusammenfassung: Die 1,46 km lange Moorbrücke überführt die Bundesautobahn A 27 über ein Moorgebiet östlich von Bremerhaven. Die Besonderheit der Konstruktion besteht in der direkt befahrenen Fahrbahnplatte, die aus einer Kiesbetontrag- und Splittbetonverschleißschicht besteht, die frisch in frisch herzustellen war. Es zeigte sich, dass der Verbund zwischen diesen beiden Betonschichten vielfach nicht mehr gegeben ist. Die Brücke ist als nicht zukunftsfähig eingestuft, muss aber bis zu ihrem Ersatz in zehn bis 20 Jahren erhalten werden. Ein Gesamtschadensbild wurde hierzu mit Hilfe der zerstörungsfreien Prüfmethode Impakt-Echo aufgenommen. Der entwickelte Impakt-Echo Scanner erlaubt eine schnelle und zuverlässige Schadensdetektion der Stahlbetonfahrbahnplatten. Bei drei Untersuchungen wurde insgesamt eine Fläche von 17 600 m 2 gemessen. Die Richtungsfahrbahn Süd (RF Walsrode) zeigte starke Delaminationsschäden und wurde, basierend auf den Ergebnissen, auf 1,46 km Länge in den Jahren 2018 und 2019 instand gesetzt. Hierzu wurde die obere Splittbetonverschleißschicht mit einem Höchstdruckwasserstrahl abgetragen und neu aufgebaut. Das Ergebnis wurde abschließend mit der zweiten Messreihe überprüft und zeigt einen guten Verbund von neuer und Bestandsbetonschicht. Die lokalisierten Fehlstellen wurden automatisch klassifiziert und in einen CAD-Plan eingetragen. Die gewonnenen Informationen helfen eine Schädigung für jede Fahrbahn und Brückenabschnitt auszuweisen. Eine mögliche Instandsetzung kann besser geplant oder vermieden werden. 1. Einleitung In den Jahren 1969 / 1970 wurde im Zuge des Neubaus der BAB 27 von Walsrode nach Cuxhaven unmittelbar nördlich der Anschlussstelle Bremerhaven-Mitte und nördlich der Brücke über die Geeste (BW 1008) von km 127,365 bis km 128,827 die Moorbrücke (BW 1007) errichtet. Die verkehrliche Bedeutung liegt in der Anbindung der Stadt Cuxhaven an das Netz der BAB und der Verbindungfunktion zwischen den Anschlussstellen Bremerhaven-Mitte und Bremerhaven-Überseehäfen begründet. Der DTV / SV (2016) beträgt 41776 Kfz / 4231 Kfz. Die Brücke überführt die BAB 27 über ein tiefgründiges Moorgebiet östlich von Bremerhaven. Die Moorbrücke hat eine Länge von etwa 1460 m und eine Gesamtbreite von 28,65 m. Die Überbauten der jeweiligen Richtungsfahrbahnen sind mit einer 5 cm breiten Fuge getrennt. In Längsrichtung ist das Bauwerk in insgesamt 14 Felder unterteilt, 13×104,47 m und 1×91,87 m. Am südöstlichen Ende des Bauwerkes ist es für die Beschleunigungsspur der Anschlussstelle Bremerhaven Mitte in Fahrtrichtung Cuxhaven verbreitert. Die Brücke ist auf ausbetonierten Stahlpfählen Hoesch Profil UP 103 mit Fußverbreiterung tief gegründet. Die Köpfe der Pfähle binden in etwa 80 cm hohe und 50 cm breite Querträger ein. Monolithisch verbunden sind diese Querträger wiederum mit der 40 cm dicken Überbauplatte. Ein Fahrbahnbelag im heutigen Sinne ist nicht vorhanden. Laut Bestandsplänen sollte 33 cm Konstruktionsbeton (B300, Kiesbeton) und darüber frisch in frisch 7 cm „Verschleißschicht“ (B400, Splittbeton) mit Edelsplittgemisch als Zuschlag eingebaut werden. Aus den Bestandsunterlagen und der Beprobung geht hervor, dass diese „Verschleißschicht“ Bestandteil der tragenden 576 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Zerstörungsfreie Zustandserfassung der Moorbrücke BAB A27 Konstruktion ist. Die obere Bewehrungslage liegt innerhalb der „Verschleißschicht“. Die Betonfahrbahn ist direkt befahren, es ist kein Fahrbahnbelag mit Fahrbahnabdichtung vorhanden. Die Bauweise der Brücke entspricht den Vorgaben der DIN 1075 „Massive Brücken Berechnungsgrundlagen“, Abschnitt 4.2 „Unmittelbar befahrene Stahlbeton-Fahrbahnplatten“ und stellt zum Planungs- und Bauzeitpunkt eine normativ geregelte Bauweise dar. Der Übergang der Felder ist jeweils mit einem Fahrbahnübergang (Fingerprofi l) ausgebildet. Das endende Teilbauwerk ist jeweils mittels verschieblicher Stahllager auf dem Querträger des Nachbarfeldes aufgelagert. Die Brücke ist als „nicht zukunftsfähig“ eingestuft und soll daher in den kommenden zehn bis 20 Jahren ersetzt werden. Bis dahin muss die Nutzbarkeit und damit die Tragfähigkeit und Verkehrssicherheit der Brücke gewährleistet sein. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit die Schädigungen durch zerstörungsfreie Prüftechniken (ZfP) auf effi ziente und zuverlässige Weise zu erfassen, zu bewerten und zu dokumentieren. Die Straßenbehörde testete in der Vergangenheit mehrere ZfP-Techniken, darunter Ultraschall, manuelles Impakt- Echo und Infrarot-Thermografi e. Ultraschall- und manuelle Impakt-Echountersuchungen zeigten an einer Brückenprobefl äche mit bekannter Schädigung gute Ergebnisse. Die Infrarot-Thermografi e Untersuchung, die unter laufendem Verkehrs erfolgte, lieferte hingegen große Abweichungen zum realen Schadensbild. Die positiv getesteten Methoden Ultraschall und manuelles Impakt-Echo lagen nicht als automatisierte Verfahren vor und kamen hinsichtlich des Zeitaufwandes und der erforderlichen Fahrbahnsperrungen nicht für eine gesamte Fahrbahnbeprobung in Betracht. Abb. 1: Zeichnung des Brückenquerschnitts. Beide Richtungsfahrbahnen sind auf separaten Überbauten montiert. 1.1 Schadensursachen und weitere Untersuchungen Zur Verifi zierung der Impakt-Echo-Messungen der TU München vom Mai 2017 erfolgte eine Bohrkernentnahme und eine Untersuchung durch die MPA Bremen. Durch die Bohrkerne konnten sowohl die detektierten Delaminationen und auch die als ungeschädigt ausgegebenen Bereiche stichpunktartig bestätigt werden. Weitere Aufgaben bestanden in der Ermittlung der Schadensursache der Delaminationen, sowie der Erweiterung der bestehenden Datengrundlage zu den mechanischen Eigenschaften des Bestandsbetons; • Ermittlung des E-Moduls des Bestandsbetons • Ermittlung der erreichten Verbundfestigkeit in den Probeinstandsetzungsfl ächen • Ermittlung der Verbundfestigkeit im Bestand zwischen Kiesbeton und Splittbeton im delaminationsungeschädigten Bereich • Verifi zierung der Messergebnisse der Impakt-Echo- Messungen vom Mai 2017 im Bereich bisher unbekannter Delaminationsstellen • Ermittlung der Ursachen für den unterschiedlichen Schadensumfang der einzelnen Teilbauwerke Die wichtigsten Ergebnisse der Untersuchungen: • Die Betondruckfestigkeit wurde an einem Befund mit C35/ 45 ermittelt. • Der Chloridgehalt in Höhe der oberen Bewehrungslage liegt über dem Wert 0,5 M.-% Chlorid • Bauteilöffnungen auf Grundlage einer Potentialfeldmessung ergaben jedoch nur sehr vereinzelt beginnende Chloridkorrosion an der Betonstahlbewehrung. • Karbonatisierungstiefen i.M. ca. 3-4 mm, maximaler Einzelwert 12 mm (bei planmäßiger Betondeckung 4 cm) 1.2 Zerstörungsfreie Zustandserfassungen an der Moorbrücke Das Abklopfen von Betonoberfl ächen ist eine bewährte und zuverlässige Methode. Im Rahmen der Hauptprüfun- 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 577 Zerstörungsfreie Zustandserfassung der Moorbrücke BAB A27 gen nach DIN 1076 kommt dieses Verfahren standardmäßig zum Einsatz. Die zertifizierten Bauwerksprüfer sind aufgrund der Erfahrungen in der Lage Hohlstellen durch Abklopfen zu identifizieren. Ultraschall: Das Prinzip einer Ultraschallprüfung besteht in der Messung von Reflexionen akustischer Wellen in Bauteilen. Die ausgesendeten elastischen Wellen werden an Schichtgrenzen unterschiedlicher akustischer Impedanz reflektiert, wobei die reflektierte Energie mit steigendem Impedanzunterschied zunimmt. An einer Grenzfläche von Beton zu Luft besteht nahezu Totalreflexion wobei Luftschichtdicken im Submillimeterbereich genügen, so wie sie bei Delaminationen zu erwarten sind, um die Reflexion zu ermöglichen. Damit ist vom Messprinzip her das Verfahren geeignet, allerdings müssen die Prüfköpfe meist mit dem Bauteil gekoppelt werden, woraus sich ein erheblicher zeitlicher Aufwand ergibt [1] Infrarot-Thermografie: Unterschieden wird die passive und aktive Infrarot-Thermografie. Für die aktive Thermografie wird die Probeoberfläche beheizt, um einen Temperaturgradienten zu erzeugen. Die passive Infrarot-Thermografie hingegen nutzt die natürliche Wärmestrahlung der Probefläche. Aus diesem grundlegenden Unterschied ergeben sich auch die Maßgeblichen Vor- und Nachteile der Methoden. Die aktive Infrarot-Thermografie benötigt eine Sperrung der Fahrbahn, das Aufheizen der Oberfläche benötigt Zeit und Energie. Durch die aktive Erwärmung sind Unterschiede aufgrund des veränderten Wärmeflusses, beispielsweise infolge eines Hohlraumes unter der Oberfläche, nach Abschalten der Wärmequelle erkennbar. Die hier getestete passive Infrarot-Thermografie kann jedoch nur die witterungsbedingten Temperaturunterschiede über einen Tag und Nachtzyklus für eine Auswertung nutzen. Erschwerend hinzu kommen die Einflüsse der fahrende Fahrzeuge, die ebenfalls Wärmequellen darstellen, insbesondere die warmen Abgase erschweren die Auswertung und führen zu einer Beeinflussung der Ergebnisse [1]. Impakt-Echo: Die Impakt-Echo (IE)-Methode wurde in den 1980er Jahren vom National Institute of Standards and Technology und der Cornell University als zerstörungsfreie Prüftechnik für plattenförmige Betonstrukturen entwickelt [2]. Seitdem hat sich IE in zahlreichen Situationen als anwendbar erwiesen, einschließlich der Fehlstellenlokalisierung, der Dickenmessung von Platten und der Materialcharakterisierung [3-6]. Es handelt sich um ein Verfahren mit elastischen Wellen, welches die transiente Schwingungsantwort einer plattenartigen Struktur auf einen mechanischen Stoß untersucht [7]. Die zugrundeliegende Lamb-Wellen-Theorie definiert eine lateral unendliche ausgedehnte Platte durch drei unabhängige Parameter: Scherwellengeschwindigkeit, Poissonzahl und Dicke [8]. Ein transienter Stoß erzeugt eine Resonanz, die eine gekoppelte Längs- und Querbewegung aufweist, die in symmetrische (S) und antisymmetrische (A) Moden unterteilt ist. Der Punkt der Nullgruppengeschwindigkeit (ZGV) der symmetrischen (S1) Lamb-Moden-Dispersionskurve erster Ordnung entspricht der so genannten IE-Frequenz [9]. Bei bekannter P-Wellengeschwindigkeit kann die IE-Frequenz empirisch mit der Plattendicke in Beziehung gesetzt werden, mit wobei h die Plattendicke und β ein Korrekturfaktor ist, der von der Poissonzahl des Materials abhängt (0,945 bis 0,957 für Beton [9]); bezeichnet die P-Wellengeschwindigkeit und die Dickenresonanz. Die Formel kann invers verwendet werden, um die IE-Frequenz bei bekannter Plattendicke und P-Wellengeschwindigkeit zu berechnen. Die Berechnung der Plattendicke wird aufgrund falscher Annahmen der Poissonzahl oft unterschätzt [10]. Für die vorliegende Fallstudie werden solche Abweichungen als vernachlässigbar angesehen, da der Fokus auf der Fehlstellensuche und nicht der Plattendickenbestimmung liegt. Die Schwingungsantwort der Platte wird im Frequenzspektrum analysiert, wobei ein Maximum bei der IE-Frequenz in einer ungestörten Platte sichtbar ist [11]. In einer delaminierten Platte dominieren, abhängig von der Tiefe des Defekts, niederfrequente flexurale Biegeschwingungen das Frequenzspektrum, die die Schwingung des delaminierten Teils repräsentieren und weisen auf Schädigungen hin [7, 11]. Die gemessene Frequenz bezieht sich auf die Tiefe des Defekts, wobei niederfrequente Biegeschwingungen auf flache Defekte hinweisen, während höhere Frequenzen als die IE-Frequenz auf tief liegende Defekte hinweisen [12]. Ein Prüfer kann normalerweise den Unterschied zwischen einer intakten und einer delaminierten Platte hören, wenn sowohl die IE-Frequenz als auch die Frequenz der flexuralen Biegeschwingungen in der menschlichen Hörfläche liegen. Um das Problem dieses subjektiven Eindrucks zu beheben, können oberflächengebundene Beschleunigungssensoren und Mikrofone eingesetzt werden, um das Signal aufzuzeichnen. Für kleine Untersuchungen mag dies ausreichend sein, für große Brückenplatten sind jedoch eine automatische Impulsanregung und eine berührungslose Signalaufzeichnung erforderlich. 1.3 Bestehende Impakt-Echo Messgeräte In den vergangenen Jahren wurden zahlreiche Impact- Echo-Scanner vorgestellt, die eine schnelle Beurteilung des Zustandes einer Brückenfahrbahn ermöglichen. Alle beruhen auf einem mechanischen Impakt auf die Betonoberfläche, während die Empfänger entweder luftgekoppelte Mikrofone oder an der Oberfläche befestigte Beschleunigungssensoren sind. Gucunski hat eine bewegliche Roboterplattform entwickelt, die vier zerstörungsfreie Bewertungstechniken umfasst: Impakt-Echo, Georadar, elektrische Widerstandstomographie und Ul- 578 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Zerstörungsfreie Zustandserfassung der Moorbrücke BAB A27 traschall-Oberflächenwellen sowie optische Kameras. Das Gerät vermisst bis zu 1000 m 2 Straßenoberfläche pro Stunde [13]. Mazzeo entwickelte ein Impakt-Echo Messgerät welches die sogenannte chain drag method nutzt. Hierbei werden Stahlketten um Räder gewickelt die hinter einem Anhänger gezogen werden. Die Drehung der Räder und der punktförmige Kontakt der Ketten auf der Fahrbahnoberfläche erzeugt die akustischen Wellen im Beton. Mit einer Geschwindigkeit von 10 km/ h bis 55 km/ h, gehört es zu den schnellsten verfügbaren Geräten [14]. Das Impakt-Echo Messgerät nach Guthrie verwendet einen Stahlhammer zusammen mit einem luftgekoppelten Mikrofon in einer scannenden Fahrweise, ähnlich dem an unserem Lehrstuhl entwickelten System [15]. Zhu zeigt, wie luftgekoppelte Sensoren eine mechanische Kopplung überflüssig machen, und Ham beschreibt weiter die Eignung von Micro-Electro-Mechanical-Systems (MEMS) -Mikrofonen für den Einsatz an Betonbauteilen [12, 16]. Andere Geräte wurden von Tinkey [17], Zhang [18] oder Sun [19] konstruiert. 2. Impakt Echo Scanner Der entwickelte Impakt-Echo Scanner besteht aus drei Impaktor- und Empfängereinheiten, einer Signalverarbeitungseinheit, einem RTK-GPS (Real Time Kinematic Global Positioning System) und einem beweglichen Wagen, auf dem die Einheiten montiert sind [20]. Die Impaktoren- und Empfängereinheiten sind jeweils mit drei Impaktoren und einem Mikrofonarray mit 30 cm Durchmesser (0,07 m 2 ) ausgestattet, das 35 MEMS-Mikrofone umfasst. Die Impaktoren sind als Stahlkugel-Hubmagnete mit einem internen Schocksensor konstruiert, der die Signalaufzeichnung initialisiert. Das mehrfache Prellen des Impaktors auf der Betonoberfläche wird durch das Anheben der Stahlspitzen kurz nach dem Aufprall verhindert. Die Schlaghäufigkeit der Impaktoren ist an die Geschwindigkeit des Gerätes gekoppelt, wobei die maximale Geschwindigkeit bei 600 m/ h liegt. Die von der Betonoberfläche abgestrahlte IE-Mode wird von denen im Mikrofonarray verbauten Mikrofonen aufgezeichnet, wobei die Form des Arrays (Abb. 2) die größte Empfindlichkeit für die senkrecht zur Betonoberfläche abgestrahlte Welle gewährleistet und den seitlichen Verkehrslärm dämpft [21]. Die Aufnahmezeit des Mikrofonarrays beträgt 12,5 ms nach jedem Impakt. Der Abstand von der Impaktposition zum äußeren Rand des Mikrofonarrays beträgt 3,5 cm. Zur Reduzierung der Umgebungsgeräusche wurde zur zusätzlichen Schalldämmung ein Schaumstoffring um das Array angebracht. Abb. 2: Blick auf die Unterseite einer Impaktor- und Empfängereinheit. Sichtbar sind die drei Hubmagnetenhämmer sowie das Mikrofonarray. Ein an einem Rad des Wagens angebrachtes Messrad misst die gemessene Wegstrecke. Durch den modularen Aufbau des Scanners mit bis zu drei Impaktor- und Empfängereinheiten kommt es zwischen den einzelnen Modulen zwangsweise zu einem Abstand von 60 cm. Der Scanner erlaubt eine Messfläche von 0,9 m 2 pro geschobenen Meter und 540 m 2 pro Stunde. Um die gesamte Breite abzudecken, muss der Scanner nach jeder Messfahrt um 30 cm versetzt werden. Da die Dickenfrequenz nur im Bereich der Aufprallposition angeregt wird, nimmt jede Impaktor- und Empfängereinheiten nur ihr eigenes Signal auf und nicht das Signal der Einheit nebenan. Als Größe einer detektierten Delamination wird die Fläche des Mikrofonarrays mit 0,07 m 2 , angenommen. Abbildung 3 zeigt eine Frontalansicht des Scanners während der Messung. 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 579 Zerstörungsfreie Zustandserfassung der Moorbrücke BAB A27 Abb. 3: Frontalansicht des Fahrbahnscanners im Aufbau mit drei Impaktor- und Empfängereinheiten, der Signalverarbeitungseinheit, montiertem Laptop und RTK-GPS Antenne. 3. Datenverarbeitung Nach jedem Aufprall wird die abgestrahlte Druckwelle an jedem der 35 MEMS-Mikrofone aufgezeichnet. Um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen, werden die 35 Signale gestapelt. Eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) wird durchgeführt, um die dominanten Peaks im Spektrum zu analysieren. Ein Bandpassfilter filtert das niederfrequente Umgebungsrauschen heraus und ermöglicht somit eine klarere Auswertung der IE-Frequenz und der Frequenzen der Biegeschwingungen. Die Daten werden als Distanz-Frequenz-Plots dargestellt, die die IE- Frequenz und die Frequenzen der Biegeschwingungen zeigen. Jedes aufgezeichnete Signal wird mit einer GPS- Marke und einem Wegpunkt versehen, um eine genaue Positionierung zu ermöglichen. Eine automatische Delaminierungserkennung ist in der Auswertung so implementiert, dass eine Delamination angezeigt wird, wenn die IE-Frequenz nicht auftritt und eine tieferfrequente Biegeschwingung an der gleichen Stelle sichtbar ist. 4. Messreihen und Resultate Auf der Moorbrücke wurden drei Messkampagnen im Mai 2017, April 2019 und Oktober 2019 durchgeführt, bei denen insgesamt ca. 17 600 m 2 Fahrbahnfläche der Moorbrücke untersucht wurden. Zu allen Terminen waren die zu messenden Fahrstreifen wegen laufender Bauarbeiten gesperrt. Der Verkehr wurde auf dem angrenzenden Fahrstreifen geführt. Der zweiteilige Überbau hat zwei Fahrstreifen und einen Standstreifen pro Richtungsfahrbahn. Die Fahrbahnplatte, mit einer Dicke von 40 cm, ist zu den Querträgern leicht auf 45 cm Dicke gevoutet. Die Querträger haben eine Breite von 50 cm und einen Abstand von 6,30 m. Der Überbau besteht aus 33 cm bewehrtem Kiesbeton und einer 7 cm dicken Verschleißschicht aus Splittbeton die auch die oberste Bewehrungslage enthält. Die Bohrkernauswertungen zeigten, dass die Dicke der Verschleißschicht schwankt und bis zu 12 cm betragen kann. Die Brückenkonstruktion wird somit als 40 cm dicke Platte mit unendlicher seitlicher Ausdehnung betrachtet. Ein Straßenbelag mit Dichtung als weitere oder gar elastische Grenzschicht existiert nicht. Die Bohrkernauswertungen zeigten weiter, dass bereits mit der Herstellung der Verschleißschicht eine Trennschicht auf der Kiesbetontragschicht bestand und damit keine frisch in frisch Herstellung vorlag. Die IE-Frequenz der Brücke wird bei 4900 Hz-5100 Hz gemessen, und mit einer bekannten Plattendicke von 40 cm kann die P-Wellengeschwindigkeit mit der obigen Formel auf 4083 m/ s bis 4250 m/ s berechnet werden. Im Bereich der Voute und besonders der Querträger ist eine andere Frequenz zu erwarten. Der Scanner wurde mit einer Geschwindigkeit von 500 - 600 m/ h geschoben, wobei die neun Hubmagneten etwa 300 Impakte pro Quadratmeter erzeugten. Die Daten wurden auf einem montierten Laptop gespeichert und teilweise während der Messungen verarbeitet. 580 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Zerstörungsfreie Zustandserfassung der Moorbrücke BAB A27 Abb. 4: Distanz-Frequenz-Plot eines Teilfeldes mit intakter Plattenstruktur. Die IE-Frequenz ist bei 5 kHz zu sehen, mit Unterbrechungen alle 6,3 m aufgrund von Querträgern. Das durchgehende Frequenzband zwischen den Traversen zeigt eine intakte Platte ohne Delaminationen an. Die roten Pfeile zeigen die Lage der Querträger. Im Mai 2017 wurden ca. 2200 m 2 der beiden südlichen Richtungsfahrbahnen gemessen, wobei 689 Delaminationen gefunden wurden. Zur Verifizierung der Impakt- Echo Messungen erfolgten begleitende Bohrkernentnahmen. Die Verteilung der Delaminationen ist nahezu regelmäßig über alle Teilbauwerke und betrifft Stütz- und Feldbereiche. Wegen dieser flächigen Verteilung der Delaminationen beschloss die zuständige Straßenbehörde, die Hauptspur der RF Walsrode auf kompletter Länge instand zu setzen. Bei der Instandsetzung wurden die obersten 10-15 cm des Bestandsbeton mit einem Höchstdruckwasserstrahl (HDW)- Roboter abgetragen, die Verbundfläche gereinigt, 70 000 Verbundanker gesetzt, geschädigte Bewehrung ergänzt und eine planmäßige Bewehrung verlegt und die so vorbereiteten Bereiche betoniert. Abbildung 4 zeigt einen 45 m langen Distanz- Frequenz-Plot einer Messung auf einem Teilfeld. An der Position der tragenden Querträger ist die Plattenstruktur unterbrochen, was die Bildung von Lambwellen verhindert, so dass keine IE-Frequenz sichtbar ist. In der zweiten Messkampagne im April 2019 war es unter anderem die Aufgabe, die Qualität der Instandsetzung des Hauptfahrstreifens der RF Walsrode zu beurteilen. Darüber hinaus wurden ausgewählte Teilbereiche der RF Cuxhaven (Nord) untersucht, um Delaminationen zu detektieren. Die Verbindung von neu aufgebrachtem- und Bestandsbeton wird als Erfolg angesehen, wenn die instand gesetzte Richtungsfahrbahn die gleiche IE-Frequenz wie vor der Reparatur aufweist. Ein unzureichender Verbund würde sich als tieffrequente, flexurale Biegeschwingung im Signal zeigen. Auf der instand gesetzten Hauptfahrbahn in Richtung Süden wurde eine Fläche von 2600 m 2 untersucht, wobei nur wenige Verdachtsstellen gefunden wurden. Eine Bohrkernentnahme an diesen Stellen zeigte keine Delaminationen, sondern nur leichte Anomalien im neuen Betongefüge. Auf Grundlage dieser Ergebnisse kam die Straßenbehörde zu dem Schluss, dass die Instandsetzung der Fahrbahn erfolgreich war. Im Jahr 2019 wurde die Überholspur der RF Walsrode instand gesetzt, so dass nun beide Fahrstreifen in südlicher Richtung eine neue Betonoberfläche aufweisen. Mit einer dritten Messkampagne im Oktober 2019 wurden 2600 m 2 der zuvor instand gesetzten Überholspur in südlicher Richtung und 10 200 m 2 der Richtungsfahrbahn in nördlicher Richtung untersucht. Die instand gesetzte Überholspur in südlicher Richtung zeigte noch wenige verbliebene Verdachtsstellen gegenüber dem Hauptfahrstreifen und bestätigen damit eine erfolgreiche Instandsetzung. Die Hauptspur der RF Cuxhaven weist 51 Delaminationen auf und die Überholspur 80 Delaminationen. Im letzten Schritt der Datenauswertung wurden alle Delaminationen in eine CAD-Datei der Brücke importiert, um eine Gesamtschadensbewertung zu ermöglichen. Die meisten Delaminationen wurden auf den beiden Fahrspuren Richtung Süden gefunden vor der Instandsetzung. Die nicht instand gesetzten Fahrspuren in Richtung Norden weisen deutlich weniger Delaminationen auf als die Fahrspuren Richtung Süden vor der Instandsetzung. Der Scanner wurde insgesamt über eine Strecke von 20 km geschoben, was etwa 50 Arbeitsstunden, verteilt auf 8 Tage, erforderte. Abbildung 5 zeigt einen Distanz- Frequenz-Plot eines Brückenteilfeldes mit detektierten Delaminationen. Das IE-Frequenzband ist an mehreren Stellen unterbrochen, und Biegeschwingungen werden durch hohe Amplituden bei niedrigen Frequenzen angezeigt. 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 581 Zerstörungsfreie Zustandserfassung der Moorbrücke BAB A27 Abb. 5: Distanz-Frequenz Plot eines Teilfeldes mit Delaminationen. Die IE-Frequenz ist bei 5 kHz sichtbar, mit Unterbrechungen alle 6,30 m aufgrund von Querträgern. Das unterbrochene Frequenzband bei 65-66 m, 78 m und 83-84 m mit höheren Amplituden bei niedrigen Frequenzen weist auf eine delaminierte Plattenstruktur hin. Die roten Pfeile zeigen die Lage der Querträge, die blauen Pfeile die Lage der Delaminationsstellen. 5. Diskussion Größe und Tiefe der Delaminationen sind bei Impact- Echo-Messungen schwer zu quantifizieren. Im vorliegenden Fall werden in den Daten nur Biegeschwingungsfrequenzen gefunden, die niedriger als die IE-Frequenz sind was auf flache Defekte hindeutet. Es wird angenommen, dass die Größe der Delamination gleich der Größe des Mikrofonarrays ist, weil durch Stapelung der einzelnen 35 Signale, das Signal über die Größe des Arrays gemittelt wird. Es ist daher möglich, die Größe von Defekten, die kleiner als die Array-Größe sind, zu überschätzen. Ein dichtes Messraster kann eine Unterschätzung der Defektgröße vermeiden. In dieser Feldstudie lag der Fokus auf einer Gesamtschadensübersicht, weniger an der genauen Lage der einzelnen Delaminationen. Die Auflösung der Größe einer einzelnen Delamination wird somit als ausreichend angesehen. Mit einer Abtastfähigkeit von 540 m 2 / h ist das Gerät wesentlich schneller als eine manuelle Sondierung, jedoch zu langsam für den Einsatz im fließenden Verkehr. 6. Schlussfolgerung Das primäre Ziel dieser Studie, die großflächige Schadensbeurteilung durch Erkennung von Delaminationen an der Moorbrücke, wurde schnell und zuverlässig durchgeführt. Gezogene Bohrkerne bestätigten die gefundenen Delaminationen durch die Impakt-Echo-Messungen. Das sekundäre Ziel, die Beurteilung der Verbindung von frischem und Bestandsbeton und somit der Nachweis der erfolgreichen Instandsetzung wurde erfolgreich durch die Messung der gleichen IE-Frequenz vor und nach der Reparatur verifiziert. Alle Messungen fanden bei laufendem Verkehr in der Umgebung statt, wobei der Lärm erfolgreich durch die Konstruktion der Empfänger-Arrays unterdrückt werden konnte. Die gemessenen Richtungsfahrbahnen zeigen signifikante Unterschiede in der Schädigung, was die Annahme einer Schädigung durch eine fehlerhafte frisch in frisch Betonage auf den Fahrbahnen in Richtung Süden unterstützt. Auf der Grundlage der Impakt-Echo-Messungen wurden die Entscheidungen zur Reparatur der RF Süd getroffen, was die große Bereitschaft zeigt, den Messdaten zu vertrauen. Da die Messungen der RF Nord wesentlich geringere Delaminationen aufweisen, kann hier der Instandsetzungsaufwand verringert werden. Danksagung Die Autoren sind dankbar für die wertvollen Beiträge von Sebastian Münchmeyer (Elektroingenieur am Institut), der bei der Durchführung der Messungen geholfen hat. Die ursprüngliche Entwicklung des Fahrbahnscanners wurde von der Bundesanstalt für das Straßenwesen (BASt) in Bergisch Gladbach und im Auftrag des Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur unter FE-Nr. 08.0238/ 2015/ CRB gefördert. Literatur [1] Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein E.V. 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