IBDM

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

select language:

ekonomika

Zespół Konstrukcji TB-2 -georadar PDF Drukuj

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.