Improvement and application of ground penetrating radar non-destructive technique for the concrete brigde inspection

Abstract

In the last decades the number of bridges increased considerably due to the significant expansion of the roadway and railway networks. Nowadays some of those structures evidence a varied range of defects. To ensure the continuous safety and functionality of those bridges, condition and safety assessments, followed by adequate maintenance and rehabilitation actions, which requires gathering an extensive amount of data related with the bridge characteristics and condition, must be carried out frequently. In this context, Non-Destructive Testing (NDT) techniques are becoming increasingly popular and indispensable to collect reliable and valuable information without damaging the structure. In the particular case of concrete bridges, which is addressed in this thesis, the location of the tendon ducts and ordinary reinforcement is fundamental in rehabilitation design. In addition, the verification of the quality of work during the execution of the works and initial life is fundamental in order to prevent the occurrence of early deterioration, such as reinforcement corrosion. Ground penetrating radar (GPR) is one of the leading techniques that are specially prepared for these purposes. The thesis aims to give answers to the real problems raised by design offices and bridge owners concerning verification of the structural geometry of reinforced and prestressed concrete elements and verification of the structural integrity of concrete bridges. The innovations in non-destructive testing technology include application and combination of 2D and 3D radar investigations with new and cost-effective methods for regular and accurate acquisitions with software for 3D reconstruction for the verification of structural geometry and integrity of concrete bridges In addition, improvement, validation and application of radar tomography technique for the verification of structural geometry and integrity of concrete bridges is presented. The intention of the author is to focus the attention of civil engineering society that non-destructive testing is not only used as a tool itself, but can be an integral part of structural assessment process.

Nas últimas décadas o número de pontes aumentou consideravelmente devido à significativa expansão das redes rodoviárias e ferroviárias. Actualmente algumas dessas estruturas evidenciam diversas anomalias. Para assegurar a segurança e funcionalidade dessas pontes, é imprescindível avaliar periodicamente o estado de conservação e aplicar acções de conservação e reabilitação, o que requer a aquisição de um vasto conjunto de dados relacionados com as características e com o estado de conservação da ponte. Neste contexto, as técnicas de ensaio não destrutivas (NDT), têm-se tornado, gradualmente, mais populares e indispensáveis para conseguir dados fiáveis, sem ter de danificar a estrutura. No caso particular de pontes de betão, que são objecto desta tese, a localização das bainhas de pré-esforço e da armadura passiva é fundamental para o projecto de reabilitação. Adicionalmente, a aferição da qualidade do betão é fundamental para prevenir a deterioração precoce, como por exemplo a devida à corrosão das armaduras. O radar de prospecção geotécnica (GPR) é uma das técnicas especialmente vocacionadas para estes propósitos. Esta tese tem por objectivo dar uma resposta a alguns dos problemas reais sentidos pela administração, construtores e projectistas, relacionados com a verificação da geometria de alguns elementos estruturais de pontes de betão armado e pré-esforçado, bem como com a aferição da integridade dessas estruturas. O contributo desta investigação, inclui a aplicação desta técnica de ensaio não destrutiva e a combinação de análises 2D e 3D com novos, económicos e precisos métodos de reconstrução de imagem, para além de se centrar na melhoria, validação e aplicação da técnica de tomografia à resolução dos problemas em epígrafe. A principal intenção do autor com este trabalho foi tornar evidente que esta técnica de ensaio não destrutiva é mais do que uma mera ferramenta, mas que pode e deve ser uma parte integrante do processo de diagnóstico.