ing.W.A. Segers, Nebest bv, Groot AmmersVeel betonconstructies zijn met betrekking tot stabiliteit volledig afhankelijk van voor-spanning. Teneinde blijvend vertrouwen te kunnen hebben in deze constructies, zal er eeninspectiemethode voorhanden moeten zijn, die de integriteit van een voorspansysteemkan vaststellen, in de voorbereiding op het werk Katerveer II bij Zwolle werd een meetme-thode ontwikkeld op basis van ref lectometrie, globaal beschreven in Cementl993, nr. 9.Naar aanleiding van dit artikel volgt nu een gedetailleerde beschrijving van die meetme-thode.REFLECTOMETRISCHEIMPULS-MEETTECHNIEK(RIMT)NON-DESTRUCTIEVE INSPECTIE OP BASIS VAN REFLECTOMETRIEIn 1991 en 1992 is een uitgebreid renovatie-project uitgevoerd aan de brug over de IJsselbij Zwolle, hetzogenaamde Katerveer-II-pro-ject. Het vermoeden dat er schade (corro-sie) aan de voorspanelementen zou zijn ont-staan, veroorzaakt door onder meer in hetgeheel geen of onvoldoende vulling van devoorspankanalen, was ??n van de redenendat deze renovatie veel eerder dan geplandplaatsvond.Krantekoppen van landelijke dagbladen de-den voorkomen alsof er van een panieksi-tuatie sprake was. Het probleem doet zichoverigens niet alleen voor bij de brug over deIJssel bij Zwolle.Gedurende de voorbereiding van het Kater-veer-ll-project is naarstig gezocht naar mo-gelijkheden om op non-destructieve wijze teontdekken of (en zo ja waar) zich holle ruim-ten in de voorspankanalen zouden bevin-den. In de uitvoering zijn uiteindelijk op gese-lecteerde locaties duizenden gaten ge-boord. Door middel van endoscopie kon ver-volgens de aanwezigheid van holle ruimtenIn de voorspankanalen worden vastgesteld.Deze destructieve, tijdrovende en omslachti-ge methode heeft zijn beperkingen, maarmoest worden geaccepteerd vanwege hetontbreken van een goed alternatief.Inde speurtocht naar een oplossing was ookde ontwikkellngsafdeling van Nebest actief.In de voorbereidende fase van dit werk werdeen ontwikkeling ontdekt van de meetme-thode, die op nagenoeg non-destructievewijze aard, locatie en grootte van onvolko-menheden aan voorspanelementen vast-legt: de 'Reflectometrische Impuls-Meet-Technlek', kortweg RIMT genoemd.In de besteksfase van Katerveer II heeft Ne-best een aantal proefmetingen verricht,waarvan de resultaten werden getoetst aande werkelijke situatie zoals die visueel werdvastgesteld aan de hand van het destructie-ve onderzoek.Dit onderzoek is gedaan door de bouwcom-binatie Katerveer 2 (Van Hattum en Blanke-voort/Gebr. Haverkort), die in opdracht vanRijkswaterstaat het renovatieproject uitvoer-de. De diagnose, gesteld aan de hand van deInterpretaties van de meetgegevens, bleekzeer goed over?ente komen met de resulta-ten van het door de bouwdirectie uitgevoer-de onderzoek van aanboren en injecteren.Redenen genoeg om de methode eens na-der te gaan beschouwen.AchtergrondenDe techniek is gebaseerd op de voeding vaneen serie hoogfrequente laagspanningsim-pulsen in het uiteinde van een voorspanka-bel of staaf. De toegepaste elektrische im-pulsen hebben een extreem korte stijgtijd(blokgolfkarakteristiek), waarop specifiekewetmatigheden van hoogfrequente wissel-stromen van toepassing zijn. Het voorspan-element werkt als een elektrische geleider,die door een isolator met hoge weerstandomgeven is.27Er is sprake van een analogie tussen hetelektrotechnisch systeem van een lange ge-leider in een omgeving met hoge weerstanden het mechanische systeem van een voor-spanelement in beton. De ingestuurde serieimpulsen ondervindt in de geleider een im-pedantie (totaalweerstand), die bestaat uiteen inductief gedeelte, een capacitief ge-deelte en de normale Ohmse weerstand.Op plaatsen waar de impedantie afwijkt vande karakteristieke standaardwaarde, wordtde ingestuurde impuls gedeeltelijk gereflec-teerd. In deze, door impedantievariaties ver-oorzaakte, reflectiesignalen zijn de invloe-den van de afzonderlijke deelweerstandente herkennen en te registreren. Analyse vande reflectiesignalen uit proefmetingen toontaan, dat de Ohmse en de inductieve deel-weerstanden door de fysische eigenschap-pen van de geleider (geleidingsvermogen,soortelijke weerstand, doorsnede, specifiekoppervlak, lengte en dergelijke) worden be-paald.De capacitieve deelweerstand daarentegenwordt be?nvloed door de isolatie-eigen-schappen (dielektrische eigenschappen)metde directe omgeving. Hierdooris hetmo-gelijk aan de hand van de reflectiesignalenvastte stellen of een onvolkomenheid op degeleider (het voorspanelement zelf) of aande isolerende omgeving (de grout- of beton-omhulling) aanwezig is. Uit de interpretatievan het reflectiesignaal volgt zo duseen con-clusie ten aanzien van de aard van de ano-malie.Aangezien de snelheid van de impuls in hetmateriaal bekend is, en eventueel gecontro-leerd kan worden aan de hand van een be-kende lengte van het gemeten element, kanook de plaats worden berekend waar de sig-naaldeviatieeen reflectie veroorzaakt. Daar-mee wordt de locatie van de anomalie vast-gelegd.Bovendien wordt het reflectiesignaal verge-leken met een ideale lijn, berekend voor eenhypothetisch identiek element zonder man-kementen, zodat uit het verschil een graadvan ernst wordt bepaald.Uit een nauwkeurige analyse van de (geauto-matiseerd) verwerkte reflectiesignalen volgtdus informatie betreffende aard, locatie enernst van anomalie?n aan een voorspanele-ment.ToepassingVoorde praktische toepassing van de reflec-tometrlsche impuls-meettechniek is eenelektrisch contact nodig met een begin vanhet voorspanelement. Na een vooronder-zoek naar aantal en typen voorspanningendie zijn toegepast, worden aan de hand vantekeningen en 'as-built'-informatie de posi-ties van de ankers bepaald. Naar het ankertoe volstaat een boorgat met een diametervan circa 10 mm waarin een kunststof plug isgeplaatst. Door de plug wordt een schroef ofdraadeind gedraaid, totdat deze een vlak envast elektrisch contact maakt met het staalvan het anker (foto 1).De apparatuur (foto 2) die in het veld ge-bruikt wordt voor de uitvoeringvan de metingbestaat uit:? elektrische pulsgenerator met een varia-bele frequentie en een constante amplitu-de;? digitale oscilloscoop, waarop zowel het in-gangssignaal als het geretourneerde re-flectiesignaal uitleesbaar ?s;? computer voor de opslagen de verwerkingvan de signalen.De verbinding tussen de apparatuur en demeetpuntaansluiting bestaat uit een gekali-breerde (coaxiale) meetkabel, die via een(ook weer gekalibreerde) klemtang op deaansluiting is geklemd. De emissie van deimpulsen en de ontvangst van de reflectiesgebeurt door dezelfde kabel.De resultaten van de metingen {flg. 3) wor-den grafisch weergegeven. Op een grafiek,waarvan de lengte correspondeert met delengte van het gemeten element, wordt deplaats aangegeven waar de onvolkomen-heid is geconstateerd. De hoogteschaalgeeft de graad van ernst aan van de anoma-lie. Voor beide mogelijkheden van de aardvan de aantasting (corrosie/vulling) wordteen aparte grafiek getekend.28PraktijkvoorbeeldMet de reflectometrische impuls-meettech-niek heeft Nebest inmiddels in verschillendebetonconstructies een aantal voorspanele-menten onderzocht. Daarbij zijn enkele op-merkelijke resultaten behaald, waarvan hier-na ter illustratie een korte beschrijving volgt.In figuur 4 is een schematisch overzicht ge-geven van een voorspansysteem in eenbrugconstructie. RIMT-metingen toondenaan dat een groot aantal elementen van hetcontinu?teitssysteem overeenkomstige cor-rosieschade vertoonden zonder noemens-waardige tekortkomingen in de vullings-graad van het voorspankanaal. De schadebeperkte zich steeds tot de eerste en de laat-ste meters van de gemeten elementen.Alvorens de resultaten te rapporteren werdeen destructief verificatieonderzoek uitge-voerd, waarbij werd vastgesteld dat de extre-me waarden in de grafische weergave voorcorrosie een ernstige corrosieve aantastingvan het voorspanelement betekenden. Deconstructieve functionaliteit van het voor-spanelement is daarbij plaatselijk volledigverloren.Een nader onderzoek onthulde chloride-geini-tieerde corrosie. De oorzaak daarvan moestworden gezocht in een toegang via het ankervan (in water opgeloste) dooizouten. Dezetoegangen zijn gevonden in de sparingen in hetconstructieve dek waarin de voorspanankerszich bevinden (foto 5). De omstandighedendie uiteindelijk hebben geleid tot corrosie-schade elders op het element, zijn:? onvoldoende voorbehandeling van dewanden van de sparingen alvorens dezete 'repareren'. Hiervan is onvoldoendehechting het gevolg;? het na het spannen niet kort genoeg afslij-pen van de einden van de strengen. Daar-door blijven deze met onvoldoende dek-king onder het wegdekoppervlak achter;? de (overigens niette voorkomen) aanwe-zigheid van kleine kanalen tussen de cen-trale streng van een voorspankabel en dedaaromheen gedraaide strengen, zoalsdatbijdeconfiguratievanvoorspankabelsvan het type Freyssinet gebruikelijk is. De-ze kanalen zijn voor groutinjectie van bui-tenaf niet toegankelijk door de onderlingeraakvlakken van de strengen om de cen-trale streng.OntwikkelingAls meetmethode ten behoeve van de in-spectie voor het vastleggen van de onder-houdsstatus van een voorgespannen con-structie, maar zeker ook als monitoring- enkwaliteitscontrolesysteem, geeft RIMT infor-matie zoals die tot op heden met geen enke-le alternatieve inspectiemethode beschik-baar kwam. Nebest heeft een onderzoek op-gestart naar de wetenschappelijke achter-gronden van de methode, alsmede naar eenaantal praktische aspecten die de uitvoeringmoeten vereenvoudigen. Toepassing vanradartechnieken bij het opsporen van de lo-caties van de ankers is hiervan een voor-beeld.29