Symposium November 28, KMS, Brussel «Mooi Bedacht, Nuttig Toegepast»

Symposium

November 28, 2007 - KMS, Brussel

«Mooi Bedacht, Nuttig Toegepast»

Het modelleren van schade-accumulatie in historische metselwerkstructuren en Het gebruik van de akoestische emissie techniek voor de opvolging van schade in metselwerk

ir.-arch. Els Verstrynge prof dr. ir. Luc Schueremans prof dr. ir. Dionys Van Gemert

ir. Sven Ignoul ir.-arch. Marc Vanderauwera

Symposium



Probleemstelling – stabiliteit van metselwerk op lange termijn. • Inleiding •Kruipcurve en Modellering •Kruiptesten •De akoestische emissie techniek • Experimenteel onderzoek kruiptest en AE toepassing

Kerktoren van Kerksken, Haaltert (1990)

• Besluit Toren van Pavia, Italië (1989)

Symposium



Probleemstelling – stabiliteit van metselwerk op lange termijn. • Inleiding •Kruipcurve en Modellering •Kruiptesten •De akoestische emissie techniek • Experimenteel onderzoek kruiptest en AE toepassing • Besluit

Maagdentoren in Zichem (gedeeltelijke instorting: 1 juni 2006)

Symposium




Kerktoren van de Sint-Willibrorduskerk te Meldert (instorting: 07/07/2006)

Symposium




Kerktoren van de Sint-Willibrorduskerk te Meldert (juli 2006)

Symposium



Probleemstelling – stabiliteit van metselwerk op lange termijn. • Inleiding

-

•Kruipcurve en Modellering

Er is nood aan nieuwe modellen en technieken die de beoordeling van de structurele veiligheid op lange termijn toelaten.

-

Dit bij voorkeur in combinatie met (een aantal) Niet-Destructieve Technieken die toelaten correcte + voldoende kwantitatieve informatie te leveren over de schade (accumulatie) in de structuur.

•Kruiptesten •De akoestische emissie techniek • Experimenteel onderzoek kruiptest en AE

Onderzoek spitst zich daarom toe op: -

Theoretisch onderzoek: Inschatting van levensduur aan de hand van theoretische modellen gevoed door experimenteel bepaalde parameters

-

Experimenteel onderzoek naar het lange-termijn gedrag van metselwerk;

-

Niet Destructieve Technieken: toepassing van akoestische emissie techniek

toepassing • Besluit

Dit moet toelaten tijdig de gepaste preventieve maatregelen te nemen.

Symposium



Modellering: reologisch model • Inleiding

ε

• Elastische vervorming •Kruipcurve en Modellering •Kruiptesten •De akoestische emissie techniek • Experimenteel onderzoek kruiptest en AE toepassing • Besluit

• Fase I: Primaire kruip I

II

• Fase II: secundaire kruip

III

t

• Fase III: tertiaire kruip

Symposium



Modellering: rheologisch model • Inleiding

ε

• Ds: statische schadeparameter verhoging elastische vervorming

•Kruipcurve en Modellering •Kruiptesten •De akoestische emissie techniek

• Dv: viskeuze schadeparameter I

II

helling secundaire kruipfase

III

tertiaire kruipfase

t

• Experimenteel onderzoek kruiptest en AE

(1-DV)


(1-DS)

Symposium



Modellering: rheologisch model • Inleiding •Kruipcurve en Modellering •Kruiptesten •De akoestische emissie techniek

ε totaal (σ , t ) =

σ

E M (1 − DS )

+

1 ⎛ t ⎛ t ⎞⎞ σ 1 exp + − − H (σ − σ 0 )σ ⎟ ⎜ ⎜ ⎟ K M M ( ) ( ) τ τ 1 1 EK ⎝ E − D − D ⎝ ⎠⎠ S V

Elastisch

Primair

Secundair + tertiair

Iteratieve uitwerking – kleine tijdsincrementen Niet-lineair gedrag

• Experimenteel onderzoek kruiptest en AE

(1-DV)


(1-DS)

Symposium



• Inleiding

Bepaling modelparameters: 1. Monotone drukproef Bepaling van


-

het vervormingsgedrag op korte termijn

-

de druksterkte van het metselwerk

•Kruiptesten •De akoestische emissie techniek • Experimenteel onderzoek kruiptest en AE toepassing • Besluit

Horizontale en vertikale vervormingsopnemers (LVDT’s)


Symposium


Bepaling modelparameters: 2. Versnelde kruipproef

• Inleiding

Stapsgewijze spanningsverhoging (=korte termijn kruipproef)


Bepaling van

•Kruiptesten •De akoestische emissie techniek • Experimenteel onderzoek kruiptest en AE toepassing 120

• Besluit

% of the estimated strength

100

80

60

40

20 0

1

2

3

4

5

T im e ( d a y s )

6

7

8

9

-

het tijdsafhankelijk vervormingsgedrag

-

evolutie van de schade (DV, DS)

Symposium



• Inleiding

Bepaling modelparameters: 3. Lange termijn kruipproef Constant spanningsniveau

•Kruipcurve en Modellering •Kruiptesten •De akoestische emissie techniek

Tussenvorm: versnelde kruipproef met constante spanning gedurende enkele maanden Bepaling van

• Experimenteel onderzoek kruiptest en AE toepassing • Besluit

-

het lange-termijn vervormingsgedrag

-

evolutie van de schade

-

verificatie van het kruipmodel

Symposium



• Inleiding •Kruipcurve en Modellering •Kruiptesten •De akoestische emissie techniek • Experimenteel onderzoek kruiptest en AE toepassing • Besluit

Bepaling modelparameters: 3. Lange termijn kruipproef Elastische vervorming

Primaire kruipfase Secundaire kruipfase

Symposium



Akoestische Emissie Techniek (AE) • Inleiding

• “luisteren” naar ontstaan van scheuren • Opmeten van hoog-frequente energie-golven


• Mogelijkheid tot ‘online-monitoren’ van de accumulatie van schade in metselwerk.


Apparatuur van Vallen Systeme (Type Vallen system AMS3)

Symposium



• Inleiding

Korte termijn kruipproef in combinatie met AE detectie


1

•Kruiptesten •De akoestische emissie techniek 1 2 0

• Experimenteel onderzoek

3

kruiptest en AE toepassing

2

% of the estimated strength

1 0 0

8 0

6 0

4 0

2 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

T im e ( d a y s )

• Besluit 1.

Verticale LVDT

2.

Horizontale LVDT

3.

AE sensor

Versnelde kruipproef: krachtsgestuurd σ0 = 20% van fc, Δσ = 5-10% van fc Teflon sheet (1mm) om wrijving te verminderen AE meting: Vallen System AMS3 2 AE sensoren (range 250-700 kHz) Threshold: 38 dB

Symposium



• Inleiding

Lange termijn kruipproef in combinatie met AE detectie

•Kruipcurve en Modellering •Kruiptesten •De akoestische emissie techniek • Experimenteel onderzoek kruiptest en AE toepassing • Besluit

Kolom 30 (drukverhoging 85Æ 87%fc), zeer weinig events.

Symposium



• Inleiding



Kolom 28 (drukverhoging 60Æ 65%fc).

Symposium



• Inleiding



Kolom 9 (drukverhoging 85Æ 90%fc), blijvende schadetoename, voorbode van breuk van het proefstuk een tiental uren na de drukverhoging.

Symposium



• Inleiding



Kolom 9 (drukverhoging 85Æ 90%), blijvende schadetoename, voorbode van breuk van het proefstuk een tiental uren na de drukverhoging.

Symposium



Toepassing op ijzerzandsteen • Inleiding

IJzerzandsteen: -Maagdentoren Zichem


-Kerktoren Sint-Willibrordus Meldert -Kerktoren Sint-Eustachius Zichem:

Scheurpatroon in pijler na wegname loszittend pleisterwerk:

Symposium




Periodieke AE metingen: geen kritisch niveau op het moment van de metingen, maar waakzaamheid geboden!


Periodieke metingen (3u per meting)


AE sensor 1

AE sensor 2

Symposium




Versnelde kruipproef •Kruipcurve en Modellering

+ AE meting

•Kruiptesten

Spanning constant gedurende ΔT = 3 uren

•De akoestische emissie techniek • Experimenteel onderzoek kruiptest en AE toepassing • Besluit

Proefstuk verkregen door kernboring

Symposium



Toepassing op ijzerzandsteen • Inleiding •Kruipcurve en Modellering •Kruiptesten •De akoestische emissie techniek • Experimenteel onderzoek kruiptest en AE toepassing

Aan het begin van de laatste belastingsstap: geen grote scheuren zichtbaar

Aan het einde van de laatste belastingsstap: duidelijk scheuren zichtbaar

• Besluit 3 uur op constant spanningsniveau

Symposium



Toepassing op ijzerzandsteen • Inleiding •Kruipcurve en Modellering •Kruiptesten •De akoestische emissie techniek • Experimenteel onderzoek kruiptest en AE toepassing • Besluit

AE meting: 1. Sterke toename bij drukverhoging 2. Daling van de helling van de cumulatieve curve 3. Na twee uur terug versnelde toename van schade

3 2

1

Symposium



• Inleiding •Kruipcurve en Modellering •Kruiptesten

Besluit: Noodzaak aan fundamenteel onderzoek naar lange-termijn gedrag van historisch metselwerk, waarbij een combinatie van modellering en niet-destructieve technieken, zoals de akoestische emissie techniek, een veelbelovende invalshoek is.

•De akoestische emissie techniek

Ruimere toepassingsmogelijkheden AE als NDT materialen, andere belastingen of schade-oorzaken):

• Experimenteel onderzoek

-Monitoring schade-accumulatie (bruggen, tunnels);

kruiptest en AE toepassing • Besluit

gewapend

-Monitoring van schade-accumulatie opslagplaatsen (in Boomse klei bv.)

beton in

(andere

structuren

ondergrondse

-Monitoring van schade-accumulatie tijdens vermoeiingsproeven van materialen (composieten, koolstofvezels ea).

Symposium November 28, KMS, Brussel «Mooi Bedacht, Nuttig Toegepast»

Recommend Documents