PRŮZKUM KABELOVÝCH KANÁLKŮ ZA POUŽITÍ GEORADARU Ing. Jiří Hruška Kolej Consult & Servis Ing. Martin Vilč DOPRAVOPROJEKT Ostrava, spol. s r.o. Cable canals investigation with the use of the georadar Georadar testing of bridge beams is a non-destructive method, which gives the possibility to obtain information on changes in physical properties of concrete of the beam and of cable canals inside. From it, detection of damaged or degraded parts is possible, as well as estimation of the character of the damage. Geometry of canals and other inner parts of the construction can be given too. 1. ÚVOD Stále zvyšující se počet oprav mostů postavených v 60-tých až 80-tých letech, které byly ve velké většině provedeny za použití tyčových předpjatých prefabrikátů, popř. segmentových spínaných prvků, si vyžádal inovaci průzkumných prací. Tyto mostní objekty vykazují podobné problémy, tj. nedokonale zainjektované kabelové kanálky, špatně zapravené kotevní oblasti, které v kombinaci s častými poruchami hydroizolace mají ničivý dopad na stav předpínací výztuže. Klasické diagnostiky jsou schopny zjistit kvalitu betonu, polohu betonářské i předpínací výztuže. Návrh využití vysokofrekvenčního georadaru pro průzkum kabelových kanálků a předpínací výztuže je inovací dnes již klasické metody průzkumu podloží v novém prostředí homogenní betonové konstrukce. Cílem průzkumné metody je zjištění stavu kabelového kanálku, tj. v jakém stavu je předpínací výztuž, zda je kanálek zainjektovaný a zda se v něm nachází vlhkost popř. voda. Metoda může být využita i k zjištění polohy, průměru a počtu předpínací výztuže. Obr. 1 : Porušený kabelový kanálek v nosníku I-62, most ev.č. 67-009 v Karviné 1
2. PRINCIP GEORADARU Měření se uskutečňuje na jednom nebo více profilech, po nichž se pohybuje přijímač a vysílač signálu (obr. 2). Jejich vzdálenost a krok měření závisí na povaze řešeného úkolu (očekávaná hloubka hledaných těles, jejich rozměr atd.). Používaným signálem jsou elektromagnetické vlny s frekvencí desítek megahertzů až jednotek gigahertzů; charakter signálu je pulsní. Vysílaný signál přijatý po odrazu od objektů a nehomogenit ve zkoumaném materiálu je aparaturou dále zpracováván a postupně se vykreslí celý georadarový záznam. Již v této fázi bývá někdy možno lokalizovat hledané objekty, častěji je však nutné další zpracování dat. Výsledné záznamy poskytují obraz o rozložení nehomogenit v řezu a o jejich vzájemných vztazích. Sledovaným objektem je obecně cokoliv, co způsobí odraz radarového signálu. Jsou to jednak rozhraní, tj. styčné plochy materiálů rozdílného složení, vrstevní plochy apod., jednak lokální objekty, což v mostní konstrukci jsou materiálové vrstvy a bloky, místa, kde je zvýšená pórovitost, vlhkost a jiné porušení, prvky výztuže včetně jejich poruch atd. Hloubkový dosah měření je dán složením materiálu, konkrétně koeficientem útlumu elektromagnetických vln, a lze jej ovlivnit výběrem frekvence, neboť vlny o nižší frekvenci pronikají hlouběji. Obecně je hloubkový dosah metry až desítky metrů pro nízké frekvence a jen decimetry až první metry pro nejvyšší frekvence. Naopak rozlišovací schopnost roste s růstem frekvence signálu. Pro nízké frekvence se měří v metrech, pro nejvyšší pak to již jsou milimetry. Pro mostní konstrukci z toho vyplývá možnost použití nejvyšších frekvencí, poněvadž menší dosah zde není na závadu a rozhodující je vysoká rozlišovací schopnost. Obr. 2 : Schéma georadarového měření 3. METODIKA PRŮZKUMU KABELOVÝCH KANÁLKŮ Měření se uskutečňuje na vybraných místech nosníků mostní konstrukce. Proměřovat lze spodní, horní i boční plochy nosníků (pokud jsou přístupné). Profily jsou obvykle vedené rovnoběžně s kabely, je nicméně možné i měření v příčném směru. Délku profilů je možné volit podle potřeby, krok měření po profilech je obvykle 2 cm. Výhodou při měření je znalost polohy kabelových kanálků, kdy na dané konstrukci se stabilizují trasy, a provede se měření na vytipovaných kritických místech. Je možné i plošné měření, které se využívá zejména při realizacích pro určení míst, kde je nutné provést reinjektáž kabelových kanálků. Průzkum je z časového hlediska velmi efektivní, za jeden pracovní den je možno proměřit cca 15 profilů po 2 až 3 m. Tento rozsah je většinou dostatečný pro mosty středních velikostí. Již v této fázi je nutná úzká spolupráce projektanta a pracovníka provádějícího diagnostiku, pro zajištění dostatečné vypovídajícího závěru měření a následné aplikaci v projektu. 2
4. PŘÍKLADY VÝSLEDKŮ 4.1. Most ev. č. 67 009 v Karviné Most se skládá z pěti prostých polí, které jsou v příčném řezu sestaveny z 12 nosníků. Jedná se o nosníky z předpjatého betonu typu I-62, délky 30 m, šířky 1,15 m a výšky 1,25 m. Každý nosník obsahuje 17 předpínacích kabelů z ocelových lan (z 11 drátů o průměru 4,5mm), která jsou uložena v kovové ochranné trubce průměru 43 mm a s tloušťkou stěny 0,3mm. Kanálky jsou zainjektovány cementovou maltou. V nosníku se dále nachází betonářská výztuž o průměru 8mm. Měření se uskutečnilo uvnitř mostní konstrukce na vybraných nosnících, především na viditelně poškozených místech. Proměřovaly se spodní příruby a stojiny nosníků. Přiložený příklad ukazuje zřetelný rozdíl v charakteru georadarového záznamu mezi nepoškozeným a poškozeným kabelovým kanálkem (obr. 3). Nepoškozený kanálek (vlevo) vykazuje oba reflexy (od přední i od zadní strany) v podstatě rovnoběžné, s časovým odstupem odpovídajícím průměru kanálku. V případě poškozeného kanálku (vpravo) jsou oba reflexy nepravidelné a jejich vzájemný rozestup se mění; to je způsobeno změnou vlastností stěn i výplně kanálku následkem poškození. Většina druhů poškození (zvýšená vlhkost, zasolení, koroze) způsobuje zpomalení georadarového signálu a oba reflexy se vzdálí; pouze v případě vzduchové bubliny dojde ke zrychlení signálu a oba reflexy se sblíží a mohou i splynout. V uvedeném případě se jednalo o výraznou korozi stěn kanálku i kabelu, s degradací výplně i okolního betonu nosníku. Obr. 3 : Srovnání georadarového záznamu s neporušeným a s poškozeným kabelovým kanálkem 4.2. Most ev. č. 35 182 ve Valašském Meziříčí Jedná se o estakádu o 14 polích, která je provedena z předpjatých dvoutrámových segmentů typu AS-T. Předpínací kabely z ocelových lan jsou uložena v kovové ochranné trubce, kanálky jsou zainjektovány cementovou zálivkou. Segmenty dále obsahují 3
betonářskou výztuž. Měření se uskutečnilo zespodu mostní konstrukce na vybraných nosnících v místech viditelně vlhkých nebo poškozených míst. Proměřovaly se spodní plochy a podélné trámy nosníků. Příklad na obr. 4 ukazuje georadarový záznam detekující soustavu kabelových kanálků v koncové části nosníku. Zde mají kanálky parabolický průběh a nejsou rovnoběžné s linií měření, což způsobuje zdánlivý posun kanálků v záznamu. To je zřetelně vidět ve střední části záznamu, kde se zleva čtveřice kanálků postupně od měřené linie vzdaluje a posléze se dostává již mimo kužel signálu; mezitím se však do dosahu měření dostává čtveřice jiných kanálků, která pak již v pravé části záznamu sleduje linii měření. Z toho je zřejmé, že v případě pokrytí prostoru soustavou linií je možné sledovat geometrii kanálků uvnitř nosníku. Dále lze v záznamu sledovat změny vlastností výplně kanálků a tím lokalizovat poškozená místa (jako změny průběhu reflexů v rámci každé dvojice od příslušného kanálku) a také změny vlastností betonu nosníku (jako nepravidelnosti a posuny v poloze kanálků jako celku a prostřednictvím celkovým změn charakteru signálu). Obr. 4 : Příklad detekce systému kabelových kanálků v nosníku 4.3. Most ev. č. 130 010 v Koberovicích Jedná se o třípolový nadjezd nad dálnicí D1, je vytvořen z předpjatých komorových segmentů. Předpínací kabely jsou z ocelových lan, která jsou uložena v kovové ochranné trubce. Kanálky jsou zainjektovány cementovou zálivkou. Nosníky dále obsahují betonářskou výztuž. Měření se uskutečnilo na vybraných místech nosníků mostní konstrukce. Proměřovaly se spodní a boční plochy nosníků, v omezené míře též horní plocha (z vozovky). Příklad na obr. 5 ukazuje záznam pořízený podél okraje nosníku tvaru I, kde je zachycen jak kabelový kanálek ve spodní části, na níž probíhalo měření, tak i v horní části; ukazuje to možnost získání informací i z míst pro měření bezprostředně nepřístupných (prozářením části konstrukce). Opět jsou zde vidět změny vlastností výplně kanálků, kromě nich se velmi zřetelně projevily prvky výztuže uvnitř nosníku, a také spáry mezi lamelami. Místa označená jako anomální pak ukazují na změny vlastností betonu nosníku. 4
Obr. 5 : Příklad detekce kabelových kanálků a anomálních míst v nosníku včetně přímo nepřístupné části 5. APLIKACE VÝSLEDKŮ PRŮZKUMŮ Při zohlednění závěrů průzkumu v projektové dokumentaci je nutné si uvědomit, že se jedná o metodu nepřímou, která může být ovlivněna řadou faktorů. Dále je důležité si uvědomit, pro jaký účel a v jakém rozsahu byl průzkum zpracován, aby jeho výsledky nebyly přeceňovány popř. podceňovány. U mostu ev.č. 67-009 v Karviné byly ve statickém výpočtu zohledněny nosníky, kde byly lokalizovány poruchy procentuelním oslabením porušených kabelů popř. vyloučením zcela degradovaných kabelů. Oprava mostu byla provedena za použití spřažené desky, která napomohla k roznosu zatížení na okolní nosníky Průzkum mostu ev.č. 35-182 byl zadán v rámci zpracování investičního záměru, kde bylo nutné specifikovat náklady na rekonstrukci mostu. Případné zesílení nosné konstrukce u estakády by mělo významný vliv na cenu rekonstrukce. Závěrem průzkumu je skutečnost, že v kabelových kanálcích se nachází zvýšená vlhkost zapříčiněná poruchami hydroizolace mostovky, ale zatím nedochází ke korozi kabelů. V případě mostu ev.č. 130-010 v Koberovicích byl průzkum zadán v rámci zpracování projektové dokumentace jeho opravy. Průzkum měl upřesnit počet a stav předpínací výztuže u mostu, který má abnormální průhyb ve středním poli (až 150mm). Po zjištění dobrého stavu kanálků byla ještě provedena zatěžovací zkouška mostu, která potvrdila závěry statického přepočtu při plném využití kabelů. Tyto podklady byly v souladu s ústními informacemi o vzniku průhybu již při výstavbě mostu. 6. ZÁVĚR Využití vysokofrekvenčního georadaru pro průzkum kabelových kanálků je dynamicky se rozvíjející diagnostickou metodou, která napomáhá projektantovi vytvořit si přesnější obraz posuzované konstrukce. To napomáhá k efektivnímu vynaložení prostředků na jeho opravu. 5