auteur ir. Niels Arendsen Hilti, ir. Maarten Swinkels SGS INTRON Wat is wel en niet mogelijk met systemen voor wapeningsdetectie? Meten aan wapening Wapening speelt een cruciale rol in de constructieve werking van een betonconstructie. Diameter, staaf- afstand en dekking van de wapening zijn bepalend voor de draagkracht van de beton constructie. De betondekking is bovendien van belang voor de verwachte levensduur en de brandwerendheid. Soms kan het nodig zijn deze informatie achteraf te achterhalen en kan de wapening worden gedetecteerd. Er zijn verschillende methoden waarmee dat mogelijk is. Welke zijn dat, wat zijn de beperkingen en hoe des kundig moet je zijn om ze te gebruiken? D e hoeveelheid en positie van wapening wordt bepaald in het ontwerp. Op basis van dit ontwerp moet de wapening worden gevlochten en in het werk aangebracht. Dat is meestal nog steeds mensenwerk, en waar wordt gewerkt, worden fouten gemaakt. Het is dus belangrijk om te weten waar de wapening in het beton werkelijk ligt, wanneer je zekerheid wilt krijgen over draagkracht, levensduur en brandwerendheid. Om die reden wordt vaak een opleverdocument ver- langd, waarin de gerealiseerde wape- ningseigenschappen zijn vastgelegd en waarmee kan worden aangetoond dat aan de minimale eisen is voldaan. Traditioneel controleerde de toezicht- 1 Toepassing van een dekkingsmeter foto: Hilti Meer in Betoniek Meer over de functie van en de eisen aan betondekking, wordt uitgebreid besproken in Betoniek Standaard 16/09 Geef Dekking! Dit num- mer is te raadplegen op www.betoniek.nl. Over de interpretatie en ijking van dekkingsme- tingen volgt binnenkort een artikel in Betoniek Vakblad. 16 VAKBLAD I 1 2015 p16_Artikel 4.indd 16 06-03-15 08:47 Meten aan wapening treffers vermijdenlocaliserenanalyse boren en zagen zonder wapeningtreffers wapening las aanbrengen controle van de wapening: patroon, dekking, diameter ankers plaatsen loop van pijpen en kabels volgenminimale dekking t.a.v. corrosie en brand veilig boren in elke ondergrond metal studs opsporen voor bevestiging documentatie, rapportage en archivering 2 Detectiebehoeften 17 VAKBLAD I 1 2015 p16_Artikel 4.indd 17 06-03-15 08:47 houder dit voordat de kist werd gesloten. Maar nu die vrijwel geheel van de bouw- plaats is verdwenen en de technische mogelijkheden aanwezig zijn, wordt steeds vaker een niet-destructieve con- trole achteraf geëist. Deze moet het liefst 100% zijn in plaats van een steekproef. Er zijn nog meer redenen waarom de wapening achteraf in kaart wordt gebracht: ? voor het achteraf bepalen van de duurzaamheid; ? voor controle van de aanwezige wapening in geval van een veran- derde belastingsituatie of verbou- wing, vooral als de tekeningen ontbreken; ? voor het vermijden van wapenings- treffers bij het boren van ankergaten of sparingen voor bijvoorbeeld leidingdoorvoeren; ? voor het lokaliseren van de wapening om er, bij uitbreiding van een bestaande constructie, achteraf stek- wapening in te boren (fig. 2); ? indien wenselijk is om andere objec- ten in het beton op te sporen zoals metalen leidingen, holle ruimten of elektrische leidingen. Detectietechnieken Er bestaan diverse methoden om niet- destructief wapening in beton te detec- teren. Deze worden hieronder kort besproken. Inductie Bij inductie, een techniek die bijvoor- beeld door een dekkingsmeter wordt gebruikt, wordt een magnetisch veld gegenereerd door een primaire elektri- sche spoel (fig. 3). Wanneer de spoel over een wapeningsstaaf beweegt, wordt door de ijzermassa van de wape- ning het magnetische veld vervormd. Dat leidt tot een inductieve stroom in een secundaire spoel. Aan de eigen- schappen van dit signaal kunnen gege- vens over positie, dekking en diameter worden ontleend. De bepaling van positie en dekking heeft een relatief hoge betrouwbaarheid en de techniek is ongevoelig voor de samenstelling of het vochtgehalte van de ondergrond. De scandiepte reikt tot ca. 180 mm. Er kan een redelijke schatting van de diameter van de wapening worden gedaan. Een beperking is wel dat deze techniek alleen werkt op ferro-metalen objecten. Voor een goede identificatie van individuele staven is een verhou- ding dekking:staafafstand van 1:2 noodzakelijk (fig. 4). Wapening in een dieper gelegen laag kan aan het zicht worden onttrokken wanneer deze parallel aan de bovenliggende laag loopt (fig. 5). Radar Er kan een radargolf de ondergrond worden ingestuurd. Deze radargolf reflecteert op objecten die een andere permittiviteit (weerstand voor elektro- magnetische straling) hebben dan het beton, zoals staal of lucht. De reflecties worden door het apparaat weer opge- vangen. De tijd die verstrijkt tussen uit- zenden van een puls en ontvangen van de reflectie, bepaalt de afstand van het object tot het betonoppervlak. Deze techniek is geschikt voor lokaliseren van objecten en bepalen van de relatieve diepte. De loopsnelheid van de radar- golf is bijvoorbeeld afhankelijk van de vochtigheid van de ondergrond en de dichtheid van het beton. Dit maakt de dekkingsmeting minder betrouwbaar. Radartechniek is niet geschikt voor het vaststellen van de diameter van wape- ning. De detectiemogelijkheden nemen af met de diepte en de hoeveelheid bovenliggende wapening. Voordeel is wel dat met radar bijna alle in het beton ingesloten objecten zichtbaar zijn te maken en in beperkte mate is te identificeren wat de aard van het gelo- kaliseerde object is. Ook dieper gelegen lagen kunnen zichtbaar zijn en er zijn minder strenge eisen aan de staafaf- stand. Verder is de grotere scandiepte (tot 300 á 400 mm) een pluspunt. Nog grotere diepten zijn ook mogelijk; dit gaat echter ten koste van de nauwkeurigheid. Ioniserende straling Door een soort röntgenfoto te maken van een betondeel, kan een tweedimen- sionale projectie van het inwendige wor- den gemaakt. Aan deze techniek kleven veel nadelen: het is kostbaar, tijdrovend, vergt maatregelen voor de veiligheid van omstanders en geeft geen diepte-indica- tie. Bovendien moet het betonelement aan twee zijden bereikbaar zijn. Daar staat tegenover dat de projectie wel een zeer betrouwbaar beeld geeft van de situatie en dat alle objecten in het beton zichtbaar worden. Deze methode wordt in de staalindustrie veel toegepast maar nauwelijks voor betonconstructies. Andere NDO-methoden Er zijn diverse andere niet-destructieve onderzoeksmethoden (NDO) die op 3 Bij inductie wordt een magnetisch veld gegenereerd door een primaire elektrische spoel 18 VAKBLAD I 1 2015 p16_Artikel 4.indd 18 06-03-15 08:47 betonconstructies worden toegepast, maar die ongeschikt of minder geschikt zijn om iets over de wapening en de dekking te zeggen. Dit zijn onder meer: ? potentiaalmeter: de kans op corrosie; ? ultrasoon meter: betonkwaliteit, scheurdiepte en delaminaties; ? pulse echo ultrasoon meter: ligging voorspankabels en andere objecten; ? terugslaghamer: betonkwaliteit; ? impact-echo: delaminaties en holten; ? thermografie: holten. De apparatuur De twee eerder genoemde technieken ? inductie en radar ? bieden de beste resultaten en zijn bovendien zonder vergunning en met beperkte instructie toepasbaar. Deze technieken hebben zich de laatste jaren sterk ontwikkeld door de toepassing van geavanceerde software en 3D-technieken. Dit zijn dan ook de meest toegepaste technieken. Inductieve wapeningsdetectoren zijn verkrijgbaar van heel simpele die al voor een paar tientjes te koop zijn, tot geavanceerdere systemen die zeer nauwkeurig het beton en de wapening in kaart brengen, compleet met com- putersoftware om de resultaten te analyseren en mogelijkheden om een 3D-beeld te maken. Laatstgenoemde high end-systemen (bijvoorbeeld Hilti, Proceq) gaan voor een paar duizend euro over de toonbank. Ook radarsystemen zijn in veel verschil- lende vormen en maten beschikbaar. Van compacte handzame scanners voor het lokaliseren van wapening, holle ruimten en metalstuds, tot uitgebreide systemen die met meerdere antennes of verwisselbare antennes zijn uitge- voerd. Deze systemen worden, net als de uitgebreide inductiesystemen, gele- verd met computersoftware voor ana- lyse en rapportage van de metingen en de mogelijkheden om een 3D-beeld te maken (bijvoorbeeld JRC, GSSI, Hilti). De output van de radarsystemen is een beeld dat bestaat uit allemaal parabo- len ? de top van elke parabool duidt de positie aan van een object ? maar er bestaan ook systemen die deze weer- gave vertalen naar eenvoudig te inter- 5 Wapening in een dieper gelegen laag kan aan het zicht worden ont- trokken wanneer deze parallel aan de boven- liggende laag loopt preteren 2D- of 3D-representatie van de gemeten objecten. De high end- radarapparatuur vergt een investering die een veelvoud is van de inductieve apparatuur. Welk apparaat heb ik nodig? Alvorens tot aanschaf van een detectie- apparaat over te gaan, dient u vooraf goed bij uzelf te rade te gaan welke apparatuur de gewenste functionaliteit levert. Hierbij gaat het om nauwkeurig- heid, dieptebereik, de wens om de dia- meter van de wapening achteraf te bepalen, het meten van meerdere lagen wapening en/of het lokaliseren van andere objecten dan wapening. De beschikbare technieken hebben een beperkte overlapping qua meetresul- taat. De gebruiksaanwijzingen geven duidelijk weer binnen welke randvoor- waarden de apparatuur inzetbaar is. Deze moet dan ook echt worden gele- zen. Daarnaast dient u te overwegen of u in staat bent de verkregen informatie te interpreteren en te controleren. Wie vooral is geïnteresseerd in contro- leren van gerealiseerde dekking, kan het best een simpele dekkingsmeter nemen. Tenslotte meet u alleen wape- ning in de bovenste laag (dus geringe diepte) en is de nauwkeurigheid hoog (typisch ca. 1 à 2 mm wanneer aan de verhouding dekking:staafafstand van 1:2 wordt voldaan). Indien er gaten moeten worden geboord door een 4 Voor een goede identificatie van individuele staven is een verhouding dekking:staafafstand van 1:2 noodzakelijk 19 VAKBLAD I 1 2015 p16_Artikel 4.indd 19 06-03-15 08:47 400 mm dik vloer veld met voorspan- wapening, kan beter worden gekozen voor een radarsysteem om zeker te zijn dat bij het boren de voorspanstrengen niet worden geraakt. Ook al is met de huidige technieken veel mogelijk, er blijven situaties bestaan waarin de beperkingen van beide technieken een goede meting uitsluiten. De jongste ontwikkelingen maken het mogelijk om het beste van radar en dekkingsmeter te combineren. Hierdoor kunnen we met computer- software de meetnauwkeurigheid van de radar ijken aan de uitkomsten van de Ferroscan (waardoor de radar de nauwkeurigheid van de dekkingsmeter benadert). Bovendien kan, door verge- lijking van beide beelden, onderscheid worden gemaakt tussen wapening en andere objecten. Op dit moment zijn hiervoor twee separate systemen ver- eist en dat vergt een flinke investering en een behoorlijke kennis van zaken. De verschillende apparaten van de ver- schillende leveranciers ontlopen elkaar niet veel qua mogelijkheden. Wel is er vaak veel verschil in het gebruiksgemak van apparatuur en software. Verantwoordelijkheid De uitspraken die worden gedaan aan de hand van metingen van de boven - staande apparatuur, kunnen grote con -sequenties hebben voor veiligheid en duurzaamheid. Hoewel de apparatuur met beperkte instructie bruikbaar is, dienen de resultaten altijd kritisch te worden beoordeeld. De randvoorwaar - den waarbinnen de apparatuur goede resultaten geeft, zijn in de handleidin - gen duidelijk weergegeven. Veelal wordt de apparatuur echter buiten die voor - waarden gebruikt en geeft deze toch ogenschijnlijk duidelijke antwoorden. De meeste apparatuur waarschuwt daar niet voor, al gaan de nieuwste apparaten wel deze kant op. Destructief ijken van de meting is in deze gevallen noodzakelijk: meerdere lagen wapening, te kleine dek- king: staafafstand-verhouding, nabijheid van andere magnetische materialen, metingen starten op de verkeerde loca- tie of metingen in een schuine stand ten opzichte van de wapening. Voor de interpretatie is het noodzakelijk dat u goed doorhebt hoe een construc- tie er zou moeten uitzien, wat u in het beton zou kunnen verwachten en dat u voldoende inzicht in de apparatuur en het meetprincipe heeft. In een latere uitgave van Betoniek Vakblad wordt die- per ingegaan op de interpretatie van wapeningsdetectie. Ruimte voor verbetering Zoals uit bovenstaande blijkt, bestaat het ideale apparaat nog niet dat voor alle situaties de beste oplossing biedt. Al is dit met de combinatie van radar en Ferroscan wel een stuk dichterbij gekomen. Het bepalen van de diame - ter van de wapening komt in de prak - tijk meestal neer op een ruwe schat - ting, aangezien de uitkomst niet zelden een grote spreiding vertoont doordat de data van de scan vaak veel onzuiver-heden bevat. Op een bijeenkomst over NDO, geor - ganiseerd door de Betonvereniging in voorjaar 2013, presenteerde TNO een radartechniek, waarbij door inter - ferentie van twee radargolven met verschillende frequentie een verbluf - fende nauwkeurigheid kon worden verkregen voor diepte en diameter - bepaling. Het zou zelfs mogelijk zijn te detecteren of de wapening is aan - getast door corrosie. Deze techniek bestaat nu nog alleen in een ontwik - kelfase. Het zou fantastisch zijn als deze beschikbaar komt voor de markt. Voor de nabije toekomst zijn lichtere, handzame en volledig draadloze systemen te ver wachten die via wifi communiceren met een tablet of telefoon en die daarnaast waar - schuwen of geen resultaat geven bij metingen buiten de randvoor - waarden. Maar gelukkig kunnen we met de huidige stand der techniek al een heleboel. 6 Opsporen van voorspankabels met behulp van een betonradar foto: Hilti Lees de gebruiks aanwijzing! De nieuwe generatie detectoren geeft mooie plaatjes en snelle resultaten. Realiseer u dat deze onjuist kunnen zijn indien niet aan de randvoorwaarden wordt voldaan. De voorwaarden voor een betrouwbare meting staan om- schreven in de gebruiksaanwijzing. Lees deze dus vooraf aandachtig om de beperkingen te kennen en ijk de meting als u niet aan de voorwaarden voldoet. 20 VAKBLAD I 1 2015 p16_Artikel 4.indd 20 06-03-15 08:47