Crosshole Sonic Logging

Crosshole Sonic Logging (CSL) maakt gebruik van een ultrasone geluidsbron en ontvanger om de looptijd en demping van het signaal tussen zender en ontvanger te bepalen. Doordat de geluidssnelheid in een medium wordt bepaald door de dichtheid en de stijfheid, zullen afwijkingen die gevuld zijn met bentoniet of grond goed te onderscheiden zijn van beton.

Bij toepassing in diepwanden worden PVC buizen aan de wapeningskorf bevestigd als voorbereiding op het meten. Na beton storten en uitharden van de panelen aan weerszijden van een te controleren voeg, kunnen via de PVC buizen de geluidsbron en ontvanger gelijktijdig verticaal langs de voeg worden bewogen. Hierdoor wordt de zone van de voeg over de gehele hoogte gedetailleerd afgetast.

In het laboratorium van TU Delft is het effect op de looptijd en demping voor verschillende vulmaterialen bepaald. De toename is de looptijd (DAT: Delay in Arrival Time) is lineair met de afmetingen van de anomalie. De afmeting van de anomalie heeft een minder eenduidig effect op de demping, zodat primair gebruik wordt gemaakt van de toename van de looptijd voor interpretatie van de meetsignalen.

Aanbevolen meetopzet

De meetbuizen die aan de wapeningskorf worden bevestigd zijn bij voorkeur van PVC. Dit materiaal is makkelijk op de bouwplaats te hanteren (licht) en kan met tie-wraps aan de buitenzijde van de buitenste hoofdwapening worden bevestigd. PVC levert een beduidend beter meetsignaal op dan bij stalen buizen. Door de hoge dichtheid van staal ten opzichte van water en beton zijn de reflectie-coëfficiënten op de overgangen water-staal en staal-beton zeer hoog zodat een groot deel van het signaal nooit de meetbuis met de geluidsbron verlaat. Na passage door de voeg, waar altijd veel signaal verloren gaat, moet het signaal bij de ontvangende meetbuis wederom twee maal een hoog reflectie-verlies incasseren. Bij PVC liggen de reflectie coëfficiënten veel lager zodat er bij toepassen van PVC meetbuizen een veel sterker signaal door de voeg wordt verzonden. Er blijft dan logischerwijs altijd een beter interpreteerbaar signaal over.

De robuustheid van PVC is in de praktijk van diverse projecten niet gunstiger gebleken dan bij stalen buizen (uitval statistiek vergelijkbaar of beter). De beste overlevingskansen worden verkregen bij bevestiging van de PVC-buizen aan de buitenzijde van de wapeningskorf, net voordat de wapening in de sleuf wordt afgehangen, bijvoorbeeld wanneer de korf op het werk gelost is en ligt te wachten op inspectie van de wapeningsconfiguratie. Bevestiging aan de buitenzijde van de korf lijkt kwetsbaar, maar dit blijkt door zorgvuldig werken goed te compenseren te zijn. Ook als de korf uit meerdere bij de sleuf te koppelen secties bestaat, kunnen de PVC buizen makkelijk worden doorgekoppeld met lijmmoffen en PVC-lijm. Het is dan vaak het handigste om de tie-wraps van de bovenste korf pas bij het afhangen in de sleuf strak aan te halen.

De aanbevolen positionering van de meetbuizen is schematisch weergegeven in Figuur 47. In deze figuur is tevens een interpretatie weergegeven van de gemeten afwijking in de CSL metingen (zie Figuur 48) die bij project Spoorzone Delft was aangetroffen.

Er is vanwege het verwachte doorgaande karakter van de afwijking preventief een reparatie met jetgrout aan de buitenzijde van de getroffen voeg uitgevoerd.

Na ontgraving van de bouwput bleek in de bewuste voeg op de aangegeven diepte inderdaad een zone met slechte betonkwaliteit aanwezig te zijn (Figuur 49).

Probeer de positie van de meetbuizen binnen de doorsnede constant te houden. Bij de interpretatie is het namelijk een uitgangspunt dat de positie vast ligt. Het zou te veel documentatie vergen om een variabele meetbuispositie volledig 3D vast te leggen.

Nadat de wapening is afgehangen in de diepwandsleuf moeten de PVC meetbuizen met water worden gevuld en met deksels worden afgestopt zodat de kans op indringing door bentoniet wordt verkleind. Dit water heeft ook zijn nut in de fase waarin het beton uithardt: het water in de meetbuizen verkleint dan de temperatuurspanningen tussen beton en PVC zodat de kans op onthechten zeer klein wordt. Maak kleine gaatjes in de doppen zodat de luchtdruk kan nivelleren, anders worden de doppen tijdens het storten/uitharden van het beton van de buizen afgedrukt. Meetbuizen op de uiterste hoeken van de wapeningskorven zodat rondom elke voeg 4 meetbuizen voor handen zijn (2 aan beide zijden van de voeg) blijken een goed compromis tussen meetresolutie, omvang van de meettijd en beperking van betonstroming te zijn. Proeven met extra meetbuizen in het hart van het paneel (6 meetbuizen in totaal) boden niet significant meer informatie in de meting terwijl wel de belemmering van de betonstroming in het hart van het paneel (waar meestal een waterslot aanwezig is) toeneemt.

Het meetsignaal zal bij passeren van de voeg een groot deel van de energie verliezen. Niet alle auto-gain algoritmes gaan daar even goed mee om. Het is daarom noodzakelijk om bij een eerste gebruik van het meetapparaat vast te stellen of de auto-gain functie bruikbaar is. Als dat niet zo blijkt te zijn, bepaal dan aan de hand van enkele testmetingen de optimale versterkingsfactoren voor de verschillende scans. Over het algemeen zal voor de scans die loodrecht de voeg oversteken een dubbele versterkingsfactor nodig zijn ten opzichte van een meting parallel aan de voeg. De diagonale voegpassages zullen eerder baat hebben bij een versterkingsfactor van ongeveer 3 ten opzichte van de parallelle meting.

De benodigde versterkingsfactoren zijn afhankelijk van de betonkwaliteit, de soort bentoniet en de vorm van de voeg en vorm, positie en aantal rubber voegslab(ben). Om binnen een project de voegen onderling zinnig te kunnen vergelijken, is consequent toepassen van de versterkingsfactoren belangrijk.

De meeste CSL meetapparaten hanteren de bovenzijde van de meetbuizen als referentieniveau. In het geval van diepwanden is dat niet altijd handig omdat vaak de bovenzijde van de diepwand wordt gesloopt. De CSL metingen moeten idealiter voor de sloop van de kop van de wand plaatsvinden omdat het lastig is de meetbuizen tijdens de sloop te behouden. Om nadien de metingen nog te kunnen duiden is een absolute referentie (NAP hoogte) noodzakelijk. Voer daarom altijd een hoogtemeting van de bovenzijde van de meetbuizen uit op dezelfde dag als de CSL metingen.

Interpretatie mogelijkheden

Voor een eerste analyse van de CSL resultaten wordt naar de FAT (First Arrival Time) logs gekeken. Als voor alle logs de FAT constant is over de hoogte, kan die voeg worden goedgekeurd. Als afwijkingen worden waargenomen, moet door middel van combineren van de verschillende logs rondom dezelfde voeg, de omvang en positie van de afwijking worden gereconstrueerd, zoals aangegeven in het onderstaande voorbeeld.

Op basis van de CSL resultaten zoals weergegeven in Figuur 50 is een interpretatie van omvang en positie ten opzichte van de voeg gemaakt.

Aangezien de rechte oversteek 34 geen afwijking laat zien net als de diagonale oversteek 24 en de rechte oversteek 12 een duidelijke afwijking vertoont die nog licht zichtbaar is in diagonale oversteek 13, is gekomen tot de afbakening zoals geschetst in Figuur 51.

Als ook de log evenwijdig aan de voeg is aangetast (zoals in Figuur 48), moet ook de set logs van de andere voeg van hetzelfde paneel worden bekeken. Er kan namelijk sprake zijn van een zandhorizon als gevolg van een stortonderbreking. Deze moet dan in de voeg aan de ander zijde van hetzelfde paneel ook te zien zijn op ongeveer dezelfde diepte. In zo’n geval moet rekening worden gehouden met de mogelijkheid van een horizon van slecht beton over de gehele doorsnede van het paneel.

Om de afmetingen van de afwijking in te schatten, kunnen Figuur 52 en Figuur 53 worden gebruikt. Over het algemeen is het veilig om de afmetingen te bepalen op basis van DAT uitgaande van bentoniet als vulling. Dit levert de grootste anomalie afmetingen op. Door de geïnterpreteerde anomalie afmetingen per scan rond dezelfde voeg te combineren en te bezien ten opzichte van de lokale bodemopbouw, kan worden afgewogen wat het risico voor die voeg is en of preventief repareren noodzakelijk is.