Hohlräume und Fehlstellen
Bereiche ohne Material oder mit einer Füllung, die sich vom umgebenden Beton unterscheidet.
Technischer Leitfaden · Methodik
Ultraschalltomografie von Beton
Durch die Antwort von Ultraschallwellen in das Innere eines Bauwerks blicken.
Die Ultraschalltomografie analysiert die innere Struktur von Beton anhand der Reflexion elastischer Wellenimpulse und erzeugt B-scan-Schnittbilder sowie durch rasterförmige Datenerfassung dreidimensionale Darstellungen.
Was ist Ultraschalltomografie?
Die Ultraschalltomografie ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren auf Grundlage des Impuls-Echo-Prinzips: Das Bauteil wird mit kurzen elastischen Wellenimpulsen angeregt, und die vom Material reflektierte Antwort wird analysiert.
Reflexion entsteht dort, wo die Welle auf eine Änderung der Eigenschaften des Mediums trifft. Die Intensität der Antwort hängt vom akustischen Impedanzkontrast ab: Je größer der Unterschied zwischen dem Beton und dem angetroffenen Element, desto ausgeprägter ist die aufgezeichnete Reflexion.
Impulsaussendung
Kurze elastische Wellenimpulse werden erzeugt und breiten sich im Betonbauteil aus.
Reflexion
Der Impuls wird an Grenzflächen reflektiert, die die Kontinuität des Materials unterbrechen.
Akustischer Impedanzkontrast
Die Stärke der Reflexion hängt vom akustischen Impedanzkontrast zwischen dem Beton und dem angetroffenen Element oder der Diskontinuität ab.
Signalerfassung
Das reflektierte Signal wird mit den zugehörigen Laufzeiten und Amplituden erfasst und aufgezeichnet.
Verarbeitung der Antwort
Die erfassten Daten werden verarbeitet, um die Antwort des untersuchten Volumens darzustellen.
So funktioniert die Datenerfassung
Der Informationsweg vom ausgesendeten Impuls bis zur dreidimensionalen Darstellung folgt einer bei der Untersuchungsplanung festgelegten Abfolge.
01
Ultraschallimpuls
Aussendung elastischer Wellen in das Material.
02
Reflexion
Antwort an akustischen Kontrasten.
03
Datenerfassung
Aufzeichnung des reflektierten Signals.
04
B-scan
Schnitt durch das untersuchte Volumen.
05
Rasterförmige Datenerfassung
Wiederholung auf einem festgelegten Raster.
06
3D-Rekonstruktion
Dreidimensionale Zusammenführung der Daten.
Bei dem in den Novatest-Untersuchungskampagnen dokumentierten System arbeitet eine Anordnung aus 12 Sensoren abwechselnd als Sender und Empfänger und erzeugt an jeder Position zahlreiche Schallwegkombinationen. Dieses Merkmal betrifft das konkret eingesetzte System und darf nicht als gemeinsame Eigenschaft aller Tomografiesysteme verstanden werden.
Was sichtbar gemacht werden kann
Die gewinnbaren Informationen hängen vom akustischen Kontrast zwischen den vorhandenen Elementen und dem Beton sowie von den Aufnahmebedingungen ab. Die Erkennbarkeit einer Anomalie kann daher nicht im Voraus vorausgesetzt werden.
Risse
Trennflächen, die eine erfassbare Reflexion erzeugen können.
Diskontinuitäten
Innere Veränderungen der Materialanordnung oder -dichte.
Innere Ablösungen
Trennungen zwischen Schichten oder zwischen Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften.
Metallische Elemente
Bewehrung, Einbauteile und andere eingebettete Elemente mit hohem akustischem Kontrast.
Anomalien der inneren Anordnung
Abweichungen von der erwarteten oder dokumentierten Geometrie des Bauteils.
Vom B-scan zur 3D-Darstellung
Eine einzelne Aufnahme liefert einen Schnitt durch das untersuchte Volumen, den sogenannten B-scan. Durch wiederholte Aufnahmen auf einem festgelegten Raster lassen sich die Daten zu einer dreidimensionalen Darstellung des analysierten Bauteilbereichs zusammensetzen.
Einzelaufnahme
B-scan-Schnittbild: Die aufgezeichneten Reflexionen werden in Abhängigkeit von Position und Tiefe dargestellt und zeigen die Antwort des untersuchten Volumens.
Rasterförmige Datenerfassung
Dreidimensionale Rekonstruktion durch Zusammenführung aufeinanderfolgender Rasteraufnahmen zur Darstellung der inneren Anordnung des analysierten Bereichs.
Wann GPR der Tomografie vorausgeht
In bestimmten dokumentierten Untersuchungskampagnen wurde Georadar zunächst eingesetzt, um die innere Geometrie des Bauteils zu rekonstruieren, Bewehrung und eingebettete Elemente zu lokalisieren und die anschließende tomografische Datenerfassung auf tatsächlich relevante Bereiche auszurichten.
Die beiden Verfahren liefern unterschiedliche Arten von Informationen: Ihre Kombination ist ein dokumentiertes Beispiel einer Untersuchungsstrategie, kein vorgeschriebenes Verfahren und keine in jedem Kontext anwendbare Abfolge.
GPR
Lage und Geometrie
Ultraschalltomografie
Vertiefte Untersuchung innerer Merkmale
Datenkorrelation
Integrierte Interpretation der erfassten Informationen
Anwendungen an vorgespannten Bauwerken
Bei Bauteilen mit Spannkabeln oder Spannlitzen kann die Ultraschalltomografie zur Analyse der inneren Anordnung beitragen, sofern die Untersuchung unter Berücksichtigung der Bauteileigenschaften geplant wird.
Die vorherige Beurteilung von Geometrie und Dicke des Bauteils, die Prüfung der vorhandenen Betondeckung und die Wahl der Beobachtungsrichtung beeinflussen die Qualität der gewinnbaren Informationen entscheidend.
- Vorherige Beurteilung von Geometrie und Dicke des Bauteils
- Prüfung einer für das Untersuchungsziel ausreichenden Betondeckung
- Mögliche Abschattung durch stark reflektierende oberflächennahe Elemente
- Begründete Wahl der Beobachtungsrichtung
- Vorherige Validierung an bekannten Strukturbereichen, soweit möglich
Grenzen und Anwendungsbedingungen
Technischer Hinweis
- Geometrie des untersuchten Bauteils
- Dicke des zu analysierenden Bereichs
- Qualität und Homogenität des Betons
- Zustand der Kontaktfläche
- Vorhandene Beschichtungen oder Oberflächenbeläge
- Stark reflektierende Elemente
- Signalabschwächung mit zunehmender Tiefe
- Abschattung durch oberflächennahe Elemente
- Erforderliche Vorversuche, sofern notwendig
Die Ultraschalltomografie ist ein diagnostisches Werkzeug: Die Ergebnisqualität hängt von der sachgerechten Untersuchungsplanung und der Dateninterpretation ab.
Anwendungsbeispiel: Viadukt Via Mario de Bernardi
Im Jahr 2019 führte Novatest eine diagnostische Untersuchungskampagne am Viadukt Via Mario de Bernardi nahe dem Flughafen Fiumicino durch, um Informationen über die innere Anordnung der bestehenden Bauteile zu gewinnen.
Bei der Kampagne wurden Ultraschalltomografie, GPR und digitale Radiografie eingesetzt. Diese Seite konzentriert sich auf den Beitrag der Tomografie und ihren methodischen Zusammenhang mit Georadaruntersuchungen.
GPR lieferte vorläufige Informationen zur inneren Anordnung, während die Tomografie durch Ultraschallaufnahmen eine vertiefte Untersuchung der Bauteilantwort ermöglichte.
Entdecken Sie das vollständige Fallbeispiel zu Untersuchungen an Brücken und Viadukten:
Messtechnik
Die beschriebenen Untersuchungskampagnen wurden mit dem Tomografiesystem A1040 MIRA durchgeführt. Die Messtechnik bleibt jedoch ein nachgeordnetes Element: Die Ergebnisqualität hängt von der Untersuchungsplanung und der fachlichen Interpretation der erfassten Daten ab.
Wann sollte Ultraschalltomografie gewählt werden?
Ultraschalltomografie kommt in Betracht, wenn Folgendes erforderlich ist:
- Bereits festgestellte innere Anomalien näher untersuchen
- Betonbauteile analysieren
- Diskontinuitäten unbekannter Art untersuchen
- Schnittinformationen oder dreidimensionale Informationen gewinnen
- Mit anderen Methoden bereits lokalisierte Bereiche näher untersuchen
Die Methode muss entsprechend dem diagnostischen Ziel, dem Bauwerk und den Einsatzbedingungen gewählt werden.
Häufig gestellte Fragen
- Was ist die Ultraschalltomografie von Beton?
- Sie ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren, das die innere Struktur von Beton anhand der Reflexion elastischer Wellenimpulse analysiert. Die erfassten Reflexionen werden zu B-scan-Schnittbildern und bei rasterförmiger Datenerfassung zu dreidimensionalen Darstellungen des untersuchten Bauteils verarbeitet.
- Was bedeutet Impuls-Echo-Verfahren?
- Beim Impuls-Echo-Verfahren werden kurze elastische Wellenimpulse ausgesendet und deren Reflexionen erfasst. Reflexionen entstehen an Grenzflächen, deren akustische Impedanz sich vom umgebenden Material unterscheidet, etwa an Diskontinuitäten, Hohlräumen oder Elementen mit anderen Eigenschaften.
- Was kann die Ultraschalltomografie sichtbar machen?
- Je nach akustischem Kontrast und Aufnahmebedingungen kann die Ultraschalltomografie Hohlräume und Fehlstellen, Risse, Diskontinuitäten, innere Ablösungen, metallische Elemente und Anomalien der inneren Anordnung sichtbar machen. Eine auswertbare Antwort ist im Voraus niemals garantiert: Sie hängt von Geometrie, Material und sachgerechter Untersuchungsplanung ab.
- Was ist der Unterschied zwischen einem B-scan und einer 3D-Rekonstruktion?
- Eine einzelne Aufnahme liefert einen vertikalen Schnitt durch das untersuchte Volumen, den sogenannten B-scan. Durch wiederholte Aufnahmen auf einem vordefinierten Raster lassen sich die Daten zu einer dreidimensionalen Darstellung des analysierten Bauteilbereichs zusammensetzen.
- Ist die Ultraschalltomografie bei vorgespannten Bauteilen anwendbar?
- Sie kann zur Analyse von Bauteilen mit Spannkabeln oder Spannlitzen eingesetzt werden, wenn zuvor Geometrie und Dicke des Bauteils, die vorhandene Betondeckung, die geeignetste Beobachtungsrichtung und mögliche Abschattung durch stark reflektierende Elemente beurteilt werden. In vielen Fällen ist eine vorherige Validierung an einem bekannten Strukturbereich sinnvoll.
Müssen Sie prüfen, was sich im Inneren eines Bauteils befindet?
Die Wahl der Methode hängt vom Untersuchungsziel, der Bauteilgeometrie und den Einsatzbedingungen ab.