DE2755644C3

DE2755644C3 - Verfahren zur Untersuchung einer Mauerkonstruktion auf Strukturabweichungen

Info

Publication number: DE2755644C3
Application number: DE19772755644
Authority: DE
Inventors: Heinz Herbert Otto Brielle Jahn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-12-17
Filing date: 1977-12-14
Publication date: 1982-10-14
Also published as: GB1591678A; NL175344C; DE2755644B2; DE2755644A1; NL175344B; NL7614029A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Untersuchen einer Mauerkonstruktion auf Strukturabweichungen, wie innere Risse, mit elektromagnetischen Wellen, die auf die Mauerkonstruktion gerichtet sind, deren Energie nach Durchgang durch die Mauerkonstruktion gemessen wird, und das Ausmaß der Dämpfung der Wellen ein Maß für die Strukturbeschaffenheit der Mauerkonstruktion ist.

Es ist bekannt, daß zumal bei Mauern historischer Gebäude die Steine und/oder der Mörtel derselben angegriffen sind oder daß innere Risse u. dgl. vorhanden sind, wodurch die Stabilität der Mauern ernstlich gefährdet wird. Dadurch, daß man rechtzeitig geeignete Materialien in die Mauern einspritzt, kann ein solches historisches Gebäude gerettet werden.

Gerade weil es sich hier oft um historisch wertvolle Mauerkonstruktionen handelt, ist es erwünscht, diese Konstruktionen nicht zerstörend auf eventuelle Beschädigungen zu untersuchen.

Es wurden verschiedene Methoden zum Untersuchen von Mauerkonstruktionen in nicht zerstörender Weise versucht. Eine bekannte Methode ist die, nach der die Mauer mittels Röntgenstrahlen untersucht wird. Diese Methode ist ziemlich teuer. Die betreffenden Meßgeräte sind nicht recht handlich und außerdem gefährlich für das Bedienungspersonal, wenn nicht umfassende Schutzmaßnahmen getroffen werden.

Zur Beseitigung des Nachteils der Röntgenuntersuchung wurden verschiedene Weisen der Schwingungsuntersuchung (z. B. sonor und ultrasonor) vorgeschlagen. Der betreffende Mauerteil wird dann einer bestimmten Schallintensität ausgesetzt Das Maß, in dem die Schallintensität von der Mauer gedämpft oder zurückgeworfen wird, wäre dann ein Maß für den Zustand der Mauer. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß die Daten, die man auf Grund dieser Schwingungsuntersuchung erhält, nicht ausreichen. Diese Methode wurde daher als unbrauchbar abgelehnt

Aus der DE-OS 26 05 448 ist ein Verfahren zur Untersuchung von Holz auf Äste bekannt, bei dem Hochfrequenzstrahlung auf das Holz gerichtet und die transmittierte bzw. reflektierte Energie gemessen wird. Die Sender und Empfänger für Hochfrequenzstrahlung erfordern einen beträchtlichen apparativen Aufwand. Da die von der Sendeantenne ausgehende Strahlung eine ausreichend breite Fläche des Holzes überstreicht wird die Lokalisierung eines bestimmten Untersuchungsbereichs innerhalb des Untersuchungsobjekts erschwert. Außerdem entstehen bei Transmissionsmessungen örtlich unterschiedliche Reflexionsverluste, die von der jeweiligen Oberflächenbeschaffenheit des Untersuchungsobjekts abhängen und so zu Fehlmessungen führen.

Die Methode, die bisher die besten Resultate bei der Untersuchung des Zustandes einer Mauerkonstruktion ergibt ist abgesehen von der aufwendigen und gefährlichen Röntgentechnik, die zerstörende Methode. Eine zerstörende Methode ist jedoch sehr teuer, weil gemäß dieser Methode die Mauer an den zweifelhaften Stellen aufgehackt werden muß. Es hat sich nachher oft gezeigt, daß eine Anzahl dieser zweifelhaften Stellen doch gute Teile waren, wodurch unnötig wertvolle Mauerteile verloren gegangen sind.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem auf nicht zerstörende Basis der Zustand der Mauerkonstruktion sehr genau bestimmt werden kann und sich die Messung zur Bestimmung des Zustandes der Mauer in äußerst einfacher Weise durchführen läßt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Es ist bekannt, daß, wenn eine Sende- und eine Empfangsantenne direkt miteinander in Kontakt gebracht werden — d. h. ein Kurzschluß entsteht — eine maximale Energie-Übertragung stattfindet. Werden diese beiden Antennen über einen Widerstand miteinander verbunden, so wie die Energie-Übertragung von der Sendeantenne auf die Empfangsantenne kleiner werden, je mehr der Widerstand zunimmt. Dadurch, daß die beiden Antennen, entweder direkt oder über einen Widerstand miteinander verbunden sind, wird keine Energie auf den umgebenden Raum übertragen.

Diese Eigenschaft wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzt. Dadurch, daß gemäß der Erfindung die beiden Antennen miteinander fluchten und auch ihre Spitzen an der zu messenden Mauer anliegen, wird diese

Mauer, wenn sie vollkommen massiv ist, unter normalen Bedingungen als Kurzschluß fungieren. Unter normalen Bedingungen wird verstanden, daß die Mauer z. B. trocken ist, und daß keine Metallstrukturen oder andere reflektierende oder feldstörende Einflüsse vorhanden sind. Es ist klar, daß in einem solchen Fall der Feldstärkemesser eine Signalstärke zeigt, die praktisch der Signalstärke des Senders entspricht, d. h, daß alle Sende-Energie über die Mauer auf den Feldstärkemesser übertragen wird, weil keine Energie in die Umgebung ausgestrahlt wird. Wann sich in der Mauer in der Bahn zwischen der Sendeantenne und der Feldstärkemesserantenne ein Riß oder eine andere Unterbrechung befindet, wird ein Teil der Sende-Energie in den Riß ausgestrahlt, wodurch die Feldstärkemesserantenne eine geringere Menge Energie empfängt Die Menge empfangener Energie ist daher ein Maß für die Größe des Risses oder des Hohlraumes in der Mader.

Weil gemäß der Erfindung die elektromagnetischen Wellen im Radiofrequenzbereich liegen, wird die durch die Mauer gehende Energie praktisch in einer mit den beiden Antennen fluchtenden Bahn liegen. In dieser Weise kann daher die Stelle eines Risses, einer Lufthöhlung, poröser Steine oder porösen Mörtels äußerst genau bestimmt werden. In diesem Zusammenhang wird bemerkt, daß die Messung gemäß der Erfindung für Mauern historischer Gebäude besonders geeignet ist, weil solche Mauern im allgemeinen ohne Spalt und also massiv ausgebildet sind.

Weil es möglich ist, eine Störung sehr exakt ?:u bestimmen, kann man an Hand einer genügenden Anzahl dicht aneinander liegender Meßpunkte den Zustand des gemessenen Mauerteils verhältnismäßig genau bestimmen.

Damit man diese Meßdaten leicht interpretieren und sie gegebenenfalls auf den gemessenen Mauerteil projizieren kann, ist es von Vorteil, das erfindungsgemäße Verfahren derart auszuführen, daß auf dem zu untersuchenden Teil der Mauerkonstruktion sowohl auf dessen einer Seite wie auf dessen anderer Seite ein identisches Gitternetzwerk zweier Sätze paralleler Linien angeordnet wird, deren Abstand gleich groß und senkrecht zueinander gewählt wird, und die beiden Gitternetzwerke in den Gitterpunkten aufeinander ausgerichtet sind, und daß ferner jeweils zwischen zwei entsprechenden Gitterpunkten der beiden Gitternetzwerke die Dämpfung in der Mauerkonstruktion gemessen wird.

Wie oben schon angegeben wurde, sind die Gitterpunkte beider Gitternetzwerke in bezug aufeinander ausgerichtet, wodurch die Achsen der Antennen senkrecht zu der Mauerkonstruktion zu stehen kommen. Die Messung wird dadurch sehr vereinfacht.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß ein idealer Mauerzustand, zumal bei Mauern historischer Gebäude, im allgemeinen nicht vorkommt. Meistens haben diese Mauern einen bestimmten Feuchtigkeitsgrad. Weiter ist die Art des Mauerwerks und die Art des verbindenden Mörtels nicht immer ideal. Auch spielt die Mauerdicke noch eine Rolle. Die gemessenen Werte haben daher keinen absoluten, sondern einen relativen Wert. Ein absoluter guter Referenzwert ist meistens nicht vorhanden. Durch gegenseitiges Vergleichen der gemessenen Werte einer bestimmten Mauerfläche erhält man doch ein richtiges Bild der »Massivität« der Konstruktion. Gegebenenfalls können die höchsten und niedrigsten Werte des gemessenen Mauerteils durch Kernbohrungen kontrolliert werden, um die gemessenen Werte mit der Situation des Mauerwerks in Zusammenhang zu bringen. Danach können die zwischenliegenden Werte linear interpoliert werden.

Die Erfindung wird im nachstehenden an Hand eines Ausführungsbeispiels und unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt einer Mauer, wobei auf verschiedenen Seiten derselben ein Sender und ein Feldstärkemesser angeordnet sind,

F i g. 2 eine Ansicht eines Teiles einer Mauer, wobei auf dem zu messenden Teil der Mauer ein Gitternetzwerk angeordnet ist,

F i g. 3 das Gitternetzwerk nach F i g. 2, wobei in dem Netzwerk Gruppen einer verschiedenen Anzahl Linien angebracht sind, wobei die Anzahl Linien ein Maß für den gemessenen Wert ist

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, wird zum Durchmessen einer Mauer auf einer Seite der zu messenden Mauer 1 ein mit einer stabförmigen Antenne 3 versehener Sender 2 angeordnet. Die Sendeantenne 3 wird dabei derart angebracht, daß ihre Spitze 4 an der Mauerfläche 5 ruht. Damit das Meßverfahren möglichst einfach durchgeführt werden kann, steht die Achse der Sendeantenne 3 im wesentlichen senkrecht zu der Mauer. Auf der anderen Seite der zu messenden Mauer 1 wird ein mit einer stabförmigen Antenne 7 versehener Feldstärkemesser 6 derart aufgestellt, daß die Spitze 8 der Feldstärkemesserantenne an der Mauerfläche 5a ruht, und daß die Achse dieser Antenne senkrecht zu der Mauerfläche steht und gleichfalls mit der Achse der Sendeantenne 3 in Flucht liegt

Weil die beiden Antennen 3 und 7 mit ihren betreffenden Spitzen 4 und 8 an den Mauerflächen 5 und 5a ruhen, .dient der zwischen den Spitzen 4 und 8 liegende Teil der Mauer als »Weiterverbindungsorgan« für die beiden Antennen. Durch dieses »Weiterverbindungsorgan« wird die Energie der Sendeantenne über ihre Spitze ganz von der Mauer aufgenommen, wodurch also keine Eergie in die umgebende Luft ausgestrahlt wird. Die durch die Mauer gehende Sende-Energie wird zum Teil von der Feldstärkemesserantenne 7 empfangen. Die Größe des empfangenen Teiles ist von verschiedenen Faktoren abhängig. An erster Stelle ist die Mauerdicke wichtig. Je dicker die Mauer, um so größer die Dämpfung der Sende-Energie. Weiter ist die Durchlässigkeit des Sendevermögens in der Mauer z. B. abhängig von dem Feuchtigkeitsgrad der Mauer, von der Art des Mauersteins, von der Art des verbindenden Mörtels, der Anwesenheit offener Räume in der Mauer, der Anwesenheit von Metallstrukturen und anderen reflektierenden oder feldstörenden Einflüssen, der Höhe des Meßpunktes über der Erde.

Damit die Sende-Energie in einem möglichst kleinen Gebiet durch die Mauer nach der Feldstärkemesserantenne 7 »durchgelassen« wird, liegt das Trägerwellensignal des Senders im Radiofrequenzbereich.

Der Feldstärkemesser 6, der die »durchgelassene« Menge Sende-Energie messen soll, ist dabei sehr genau auf das Frequenzband des Senders abgestimmt.

Aus Fig. la geht hervor, daß die der Mauer abgegebene Sende-Energie, wenn die Mauer vollkommen massiv ist und weiter keine störenden Einflüsse vorhanden sind, in Richtung der Feldstärkemesserantenne 7 konstant abnimmt. Die dann gemessene Menge Energie ist also von der Dicke der Mauer abhängig. Damit ungeachtet der Dicke der Mauer eine genügende Menge Energie übrigbleibt, soll die Ausgangsleistung

des Senders derart regelbar sein, daß der Feldstärkemesser mindestens halb belastet werden kann. Durch die Anwendung einer ein- und ausschiebbaren Feldstärkemesserantenne hat man noch eine zusätzliche Möglichkeit erhalten, den Meßbereich des Feldstärkemessers auf den mittleren Wert einzustellen, für den Fall, daß für eine bestimmte Mauerdicke die von dem Sender gelieferte Leistung zu groß oder zu klein ist.

Aus Fig. 1 geht hervor, daß eine massive Mauer, in der keine Störung vorhanden ist, sich besonders dazu eignet, als Referenzwert für Messungen, die anderswo in der Mauer durchgeführt werden sollen, zu dienen, wobei dann wohl berücksichtigt werden soll, daß die Mauerdicke überall gleich sein soll.

Wenn in der Mauer ein Riß vorhanden ist, wie z. B. der Riß 10 in F i g. Ib, wird ein Teil des Energiebündels 9, wenn dieses sich durch den Riß fortpflanzt, in den Riß ausgestrahlt werden. Es ist klar, daß das verbleibende Energiebündel 9a, abhängig von der Größe des Risses, kleiner geworden ist

Um ein richtiges Bild zu erhalten über die Weise, wie die Störungen, z. B. Risse, sich in der Mauer erstrecken, wird sowohl auf der Innenseite wie auf der Außenseite des zu messenden Mauerteils ein Gitternetzwerk angeordnet. Beide Gitter sollen identisch und in bezug aufeinander ausgerichtet sein. In Fig.2 wird ein Beispiel eines solchen Gitters wiedergegeben. Für Referenzzwecke wird das Gitter mit Markierungen versehen; in der Figur sind diese mit Ziffern und Zahlen wiedergegeben worden. Dabei ist es klar, daß zur

ίο Vermeidung eventuell, ^ehler beim Messen die Gitter derart markiert werden, daß diese Markierungen in bezug auf den Längsschnitt der Mauer spiegelsymmetrisch sind (d.h., es liegen gleiche Markierungen einander gegenüber). Mit diesen Gittern kann einem bestimmten Meßmuster gefolgt werden; z.B. einer Reihe nach der anderen, wobei die Spitzen 4 und 8 der Antennen 3 und 7 immer in der Mitte zweier einander gegenüberliegender Flächen angeordnet werden. Wenn alle Flächen in dieser Weise gemessen worden sind, erhält man z. B. folgendes Resultat:

BCD

1
2
3
4
5
6

Die in der Tabelle eingetragenen Werte sind die Feldstärkewerte und haben nur eine relative Bedeutung. Die Werte hängen mit der Meßkapazität des angewendeten Messers zusammen und sind weiterhin von dem Zustand der Mauer abhängig. Diese Werte erhalten mehr Bedeutung, wenn in dem Fach mit dem höchsten und niedrigsten Wert eine Kernbohrung durchgeführt wird. Die zu dieser Kernbohrung gehörenden Meßwerte werden dann mit der Situation des Mauerwerkes der Kernbohrung in Zusammenhang gebracht. Sodann können die zwischenliegenden Werte interpoliert werden.

Um eine visuelle Übersicht über den Zustand des gemessenen Mauerteiis zu erhalten, werden die Meßwerte in z. B. fünf Gruppen eingeordnet:

Gruppe 1: 0-5
Gruppe 2: 5-10
Gruppe 3: 10-20
Gruppe 4: 20-30
Gruppe 5: > - 30

Die Gruppe i entspricht dem schlechtesten Zustand der Mauer, während die Gruppe 5 den besten Zustand der Mauer wiedergibt

40	38	38	4	4
42	40	3	1	2
29	20	25	4	3
27	23	4	3	3
4	6	8	6	3
4	4	6	9	4

Um aus den so erhaltenen Gruppen von Meßwerten eine graphische Darstellung herzustellen, werden die Gruppen in eine Anzahl horizontaler Linien umgesetzt:

Gruppe 1: keine Linien pro Meßpunkt
Gruppe 2: zwei Linien pro Meßpunkt
Gruppe 3: vier Linien pro Meßpunkt
Gruppe 4: sechs Linien pro Meßpunkt
Gruppe 5: zehn Linien pro Meßpunkt

In F i g. 3 ist ersichtlich, wie die Meßwerte der Tabelle in Gruppen von Linien umgesetzt worden sind.

Das in F i g. 3 erhaltene Meßresultat kann mit einem dazu geeigneten Gerät auf das Gitternetzwerk nach Fig.2 projiziert werden, um an Ort und Stelle die Situation des gemessenen Mauerteils zu übersehen.

Es ist klar, daß das ganze Meßverfahren nicht nur von Hand, sondern auch automatisiert durchgeführt werden kann. So können z. B. die gemessenen Feldstärkewerte einer graphischen Vorrichtung zugeführt werden, welche die Meßwerte der Tabelle in die erwünschte Linienkonfiguration nach Fig.3 umsetzt Weiter können der Sender und der Feldstärkemesser mit elektrisch gesteuerten Hebeorganen längs den Meßpunkten verschoben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Untersuchen einer Mauerkonstruktion auf Strukturabweichungen, wie innere Risse, mit elektromagnetischen Wellen, die auf die Mauerkonstruktion gerichtet sind, deren Energie nach Durchgang durch die Mauerkonstruktion gemessen wird, und das Ausmaß der Dämpfung der Wellen ein Maß für die Strukturbeschaffenheit der Mauerkonstruktion ist, dadurch gekennzeichnet, daß als elektromagnetische Wellen RF-(Radio-Frequenz-)Wellen verwendet werden, die über eine stabförmige Antenne ausgesendet werden, daß die Spitze der Sendeantenne mit der Mauerkonstruktion in Kontakt gebracht wird, daß auf der gegenüberliegenden Seite der Mauerkonstruktion als Empfänger ein mit einer Stabantenne versehener Feldstärkemesser mit seiner Antennenspitze ebenfalls in Kontakt mit der Mauerkonstruktion angeordnet wird, und daß die Achsen der Sende- und Empfangsantenne im wesentlichen zueinander fluchtend ausgerichtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den einander gegenüberliegenden Seiten der zu untersuchenden Mauerkonstruktion je ein identisches Gitternetzwerk zweier Sätze paralle-. ler Linien angeordnet wird, deren Abstand gleich groß und senkrecht zueinander gewählt wird, und die beiden Gitternetzwerke in den Gitterpunkten zueinander ausgerichtet sind, und daß ferner jeweils zwischen zwei entsprechenden Gitterpunkten der beiden Gitternetzwerke die Dämpfung in der Mauerkonstruktion gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der beiden Antennen im wesentlichen senkrecht zur Mauerkonstruktion ausgerichtet werden.

4. Verfahren nach einem d<;r Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Veränderung der Länge der Empfangsantenne der Meßbereich des Feldstärkemessers auf einen mittleren Wert einstellbar ist.