Heft 31 - Strukturanalyse von Asphaltbefestigungen unter Verwendung des Georadarmessverfahrens

Jahr: 2020
Autor: Manuel Hülsbömer

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Nutzbarkeit des Georadars für Strukturuntersuchungen an Asphaltbefestigungen. Dabei stehen die grundlegende Detektion des Mehrschichtmodells der Asphaltschichten, die Erkennbarkeit und Visualisierung lokaler und flächiger Strukturen und Strukturparameter, wie Substanzschädigungen, sowie die Untersuchung zweckmäßiger messtechnischer Einstellungen im Vordergrund. Durch die fortwährende technische Weiterentwicklung des Messverfahrens stellen sich hierbei die Fragen hinsichtlich der aktuellen Einsatzmöglichkeiten und Einsatzgrenzen sowie der Verfahrensgenauigkeit.
Bei dem Georadarmessverfahren handelt es sich um ein zerstörungsfreies Prüfverfahren, welches die Asphaltbefestigung quasi-kontinuierlich entlang von Messlinien mittels periodischer Abstrahlung elektromagnetischer Impulse abtastet. Gegenüber der konventionellen zerstörenden Beprobung und Entnahme von Bohrkernen, welche ausschließlich punktuelle Aufbaudaten liefert, ist diese Vorgehensweise durch die höhere Datendichte prinzipiell zu favorisieren.
Die Arbeit umfasste ein Messprogramm, welches auf einer Versuchsstrecke aus insgesamt sechs Probefeldern und zwei standardisierten Asphaltbauweisen basierte. Darüber hinaus war eine Vielzahl ausgewählter Substanzschädigungen, wie Risse und Hohlräume, sowie weiterer lokaler und flächiger Strukturen, wie Ronden zur Schichtdickenmessung, oder künstliche Schichtablösungen, in der Versuchsstrecke integriert. Im Hinblick auf die Eruierung zweckmäßiger messtechnischer Einstellungen wurde ferner ein Variantenvergleich mit vier Scanraten und fünf Messfrequenzen, zur Einschätzung unterschiedlicher Datendichten und des vertikalen Auflösungsvermögens, durchgeführt.
In Bezug auf die grundsätzliche Detektion der Struktur der Asphaltbefestigung waren die Mehrschichtmodelle der Asphaltbauweisen mit Ausnahme der Asphaltdeckschicht anhand der Georadar-Daten interpretierbar. Es konnte gezeigt werden, dass verfahrenstechnische Abweichungen vorliegen, welche bei der Verwendung unkalibrierter Georadar-Daten, ohne die direkte Ansprache und ergänzende Beprobung der Asphaltbefestigung, marginal größer gegenüber kalibrierten Georadar-Daten waren. Die Asphaltdeckschicht war aufgrund des eingeschränkten vertikalen Auflösungsvermögens hingegen nicht auflösbar und ausschließ-lich mit Hilfe der zusätzlich entnommenen Bohrkerne zu analysieren. Gleichermaßen wurden mit Ausnahme der sehr klein ausgeprägten Hohlräume mit Nenndurchmessern < 1,9 cm sämtliche in den Messlinien des Georadars befindlichen lokalen und flächigen Strukturen erkannt und visualisiert. Dabei stellten sich Scanraten ≥ 20 Scans/m und eine Messfrequenz von 2.000 MHz als zweckmäßig heraus. Keine eindeutigen Aussagen waren hingegen hin-sichtlich der Abgrenzung flächenhafter Schichtablösungen und in Bezug auf die Abschätzung des Hohlraumge-haltes als volumetrischer Parameter des Asphaltes anhand der Georadar-Daten möglich. Dennoch liefert das Georadarmessverfahren auch hierfür eine Verbesserung bei der Verortung der Bohrkernentnahmestellen.


Abstract

The present work deals with the usability of the Ground Penetrating Radar (GPR) for structural investigations on asphalt pavements. The main objectives of the work are the basic de-tection of the multi-layer model of asphalt layers, the recognition and visualisation of local and planar structures and structural parameters, such as structural damages, as well as the investigation of appropriate metrological settings. Due to the continuous technical development of the GPR, questions raised regarding the current application possibilities and limits as well as the method accuracy.
The GPR is a non-destructive test method which scans the asphalt pavement quasi-continuously along measuring lines by means of periodic radiation of electromagnetic pulses. Compared to the conventional destructive sampling and removal of drill cores, which only provides punctual construction data, this procedure is to be favoured in principle due to the higher data density.
The work comprised a measurement program based on a test track with a total of six test fields and two standardized asphalt constructions. In addition, a large number of selected structural damages, such as cracks and cavities, as well as other local and planar structures, such as circular blanks for layer thickness measurement or artificial layer detachment, were integrated into the test track. With regard to the determination of appropriate metrological settings, a variant comparison with four scan rates and five measurement frequencies was also carried out to estimate different data densities and vertical resolution.
With regard to the basic detection of the structure of the asphalt pavement, the multilayer models of the asphalt construction, with the exception of the asphalt wearing course, could be interpreted by using GPR data. It was shown that procedural deviations were present which were marginally greater than calibrated GPR data when uncalibrated GPR data were used, without direct response and additional sampling of the asphalt pavement. Due to the limited vertical resolution, however, the asphalt wearing course was not dissolvable and could only be analysed with the aid of additionally drill cores. Similarly, with the exception of the very small cavities with nominal diameters < 1.9 cm, all local and planar structures located in the meas-uring lines of the GPR were detected and visualized. Scan rates ≥ 20 scans/m and a measur-ing frequency of 2,000 MHz proved to be useful. However, no clear statements were possible with regard to the delimitation of the surface layer detachments and to the estimation of the air void content of the asphalt by using GPR data. Nevertheless, the GPR also provides an improvement in the location of the drill core sampling points.