H. van KotenO.J.H.M. PluimgraaffFugro BV,lngenieursbureau voorgeotechniek, LeidschendamUitvoering van een controlemeting aan eenin de grond gevormde paalCementXXXVI (1984)nr. 12Nieuweontwikkellng voorcontrolemetingen aanbetonpalenBerekening van de paalvorm uit een echometingInleidingTijdens de bouw van de Doelen te Rotterdam (1962) ontstond nadat het heiwerk voltooidwas een grondverschuiving. Op de vraag 'zijn de betonnen palen nog bruikbaar?' werdgetracht een antwoord te vinden door met een hamer op depaalkop te slaan en de beweging(snelheid) van de kop te meten in de hoop een echo van een scheur of het paaleinde tevinden. Die eerste test is inmiddels uitgegroeid tot een in binnen- en buitenland vaak toege-paste meting om informatie over de kwaliteit van een paal te verkrijgen.Met behulp van deze zgn. hamertje?tik methode is uit het meetsignaal kwalitatieve informatiezoals paalbreuk of scheuren, discontinu?teiten en de plaats daarvan af te leiden. Het ontbre-ken van een objectieve analyse van het meetsignaal was tot nu toe een groot nadeel vandeze methode. Fugro BV heeft daarom een apparaat ontwikkeld om deze analoge metingensnel uit te kunnen voeren [1] en heeft dat gecombineerd met computerverwerking van hetmeetsignaal, waardoor het mogelijk is de paalvorm te bepalen.Tot nu toe werden alleen schattingen van vormafwijkingen gemaakt met rekenmethodenvoor sprongsgewijze veranderingen van de paaldoorsnede (impedantie). Dat is bruikbaarvoor scheuren of voor de afmetingen van een verzwaarde voet. De doorsnede-variaties vanin de grond gemaakte palen verlopen echter meer gelijkmatig. Bovendien kan de weerstandvan de grond zowel in sprongen alsook gelijkmatig verlopen.In de hier beschreven nieuwe methode wordt de invloed op het meetsignaal van de mantel-wrijving door de grond zoveel mogelijk ge?limineerd, zodat een signaal verkregen wordt datalleen reflecties van vormveranderingen bevat. Vervolgens wordt uit de grootte van dereflec-tie de toe- of afname van de doorsnede berekend, waarbij wordt verondersteld dat de over-gang van de ene doorsnede naarde ander gelijkmatig (kegelvormig) verloopt. Uit de voorbeel-den zal blijken dat de methode een voorspelbare en acceptabele nauwkeurigheid heeft. Deontwikkeling van micro-computers heeft het mogelijk gemaakt om de analyse van het meet-signaal in het veld uit te voeren (zie foto).807INGEVOERDE PULStijd ___INGEVOERDE PULStijd ---A1- ._.REFLEKTIEA1-?REFLEKTIEA2-?_?A2~? ILengte._ v.d. pulstijd---2A1 - Doorsnede paalkopA2 - Verstomde doorsnede- Reflektie verhouding3 t------r------~_+-REFLEKTIE POSITIEFVERDUNNINGootA2A1-1REFLEKTIE NEGATIEFVE:RDIKKING-22A1 - Doorsnede paalkopA2 - Verstoorde doorsnede- Reflektie verhoudingo2 2 t---------cr--~---_+~o-1REFLEKTIE NEGATIEF REFLEKTIE POSITIEFVERDIKKING VERDUNNING-2 r ___1 (links)Abrupte doorsnedeverandering,reflectieverhouding2 (rechts)Geleidelijke doorsnedeverandering,reflectieverhoudingReflecties op een plotselinge verandering van paaldoorsnede; palen zondergrondweerstandDe bewegingssnelheid van de paalkop is evenredig met de spanning; daarom toont diesnelheid zich na een klap met een hamer als een korte puls. Na de klap is de snelheidtheoretisch nul. Bij palen zondergrondweerstand loopt deze puls tot de paalpunt en wordtdaar gereflecteerd. Door het reflecteren verandert de kracht van teken maar de snelheidniet. Als de paal ergens een plotselinge doorsnedevermindering heeft, beweegt de paal daarmeer dan in het overige paaldeel. In het signaal gemeten aan de paalkop, zal zich dan behalvede reflectie van de punt, een extra snelheidspuls manifesteren. Deze heeft dezelfde vormals de puls ten gevolge van de hamerslag.Bij een plotselinge doorsnedevergroting verandert de extra puls van teken. De intensiteitvan deze pulsen is een maat voor de grootte van de doorsnedeveranderingen (fig. 1). Hetbeeld wordt minder duidelijk als de paaldoorsnede opnieuw verandert voordat de puls hetpaaldeel tussen de variaties heeft afgelegd.Reflecties op een overgang tussen een cilinder en een afgeknotte kegelEen geleidelijke overgang van een grote naar een kleine doorsnede geeft, evenals bij desprong, een extra snelheidspuls te zien. Deze puls is anders van vorm (fig. 2). De groottevan de reflectie is afhankelijk van de tophoek van de kegel. De berekening van deze reflectieis ingewikkeld en wordt hier niet verder gegeven. (zie daarvoor lil. 2)De intensiteit van de reflectie voor sterke variaties in de doorsnede, dus voor een grotetophoek van de kegel, kunnen met vergelijkingen voor staven niet worden berekend. In datgeval is de overgang te plotseling en moet de eerder genoemde impedantie theorie wordengebruikt. In figuur 2 is de topwaarde van de reflectie gegeven als functie van de tophoekvan de kegel. In de rekenmethode wordt een mathematische functie gebruiktdie de theore-tische reflectie-kromme benadert.Variaties in de betonkwaliteitVerschillen in betonkwaliteit kunnen sprongen in de paalstijfheid veroorzaken; deze kwestieCement XXXVI (1984) nr. 12 808is in diverse publikaties besproken [1, 3, 4]. Daarbij gaat het om plotselinge veranderingenvan de waarde van AVEQ, waarin:A de doorsnede is van de paal, E de elasticiteitsmodulus van het beton en Q de dichtheidvan het beton.De nauwkeurigheid van de rekenmethoden wordt begrensd door de mate van homogeniteitvan het materiaal van de paal, omdat het niet mogelijk is om A en VEQ numeriek te scheiden.Variaties in AVEQworden berekend en opgevat als veranderingen van A. De berekening vanA kan niet nauwkeuriger zijn dan die van de waarde AVEQ [5]. De waarde van VEQ kan tenopzichte van de gemiddelde waarde voor de paal vari?ren tot maximaal 10% (fig. 3). In eenprefab-paal kunnen de variaties kleiner zijn. Voorts kan nog worden opgemerkt dat eenreductie in sterkte wordt aangegeven als een reductie in diameter.I /J l/E. = 20 000 va. ___L/' E. - 18000 vtl."- ,//~V . ~~.... .....~. .~~/ -.. .. >??....., . ... ~z..r~~y.!.0