MONITORING CRACK ORIGIN AND EVOLUTION AT CONCRETE ELEMENTS USING PHOTOGRAMMETRY

Controlling and monitoring of crack origin and evolution of concrete elements is an important task in research of building materials. The efficiency of the reinforcement to the bearing capacity depends among other on the limited crack evolution. Regarding the research of crack evolution at the surface of the element, photogrammetry is approved, because it allows an expanded investigation of larger objects with high precision. With the presented experiments different structural elements of prestressed, reinforced and textile concrete are investigated. These are tension, shear beams and plate elements. For the photogrammetric measurements the surface is prepared by a grid of targets. Up to three digital cameras (Kodak DCS Pro 14n) are used as a multi exposure assembly or as a static one-camera-system. Cracks are causing local changes to the displacements between the targets. Repeating the measurement in time intervals the crack evolution can be observed. The digital images are evaluated by the photogrammetric software PHIDIAS; it yields a precision of the target coordinates up to 3μm. For analysing deformation, a software is developed to detect crack structures. Hereby the measurement data and the parameters of material are probabilistically regarded in the existence probability of a crack. The values are improved by intensification methods and then single cracks are automatically traced. Detail information like crack width and crack edge displacement are also calculated. In addition a FiniteElementModule is developed, which simulates the test. Thus the results of photogrammetric measurements can be compared with the numeric tension calculation and iteratively improved. The described measurement and analysis system is developed at the Geodetic Institute of RWTH Aachen, University (Germany). The tests are realised at the Institute of Structural Concrete, the Institute of Building Material Research and Institute of Textile Technique, all RWTH Aachen. The work is part of the research activities referring to the “Sonderforschungsbereich 532 Textilbeton” (Collaborative Research Centre financed by the DFG (German research association) for textile concrete) . KURZFASSUNG: Die Kontrolle und Beobachtung der Rissentstehung und Rissentwicklung von Betonbauteilen ist eine wichtige Aufgabe in der Bauforschung. Die Wirksamkeit der Bewehrung im Hinblick auf die Tragfähigkeit der Bauteile hängt unter anderem von der begrenzten Rissbildung ab. Bei der Untersuchung des Rissbildungsverhaltens an der Bauteiloberfläche hat sich die Photogrammetrie bewährt, da sie als einziges Verfahren die hochgenaue, flächenhafte Untersuchung eines größeren Objektbereiches ermöglicht. In den hier vorgestellten Versuchen wurden unterschiedliche Bauteile aus Spann-, Stahloder Textilbeton untersucht. Es handelt sich um Zugoder Biegeträger sowie um Scheibenkörper. Für die photogrammetrischen Messungen wird die Oberfläche der Versuchskörper mit rasterförmig angeordneten Messmarken präpariert. Die Aufnahmen werden mit bis zu drei Digitalkameras (Kodak DCS Pro 14n) als Mehrbildverband oder als statisches Einkamerasystem erstellt. Risse bewirken lokale Änderungen in den Abständen zwischen den Messmarken. Durch die Wiederholung der Aufnahmen in zeitlichen Abständen kann auf diese Art die Rissbildung verfolgt werden. Die Aufnahmen werden photogrammetrisch mit der Software PHIDIAS ausgewertet, wobei die Koordinaten der Messmarken mit einer Genauigkeit von bis zu 3 μm ermittelt werden. Für die Deformationsanalyse wird eine eigene Software zur Ermittlung der Rissstrukturen entwickelt. Hierbei werden die Messdaten und die Parameter des Materials probabilistisch in der Existenzwahrscheinlichkeit eines Risses berücksichtigt. Die Messwerte werden mittels Verstärkungsmethoden verbessert, um danach einzelne Risse automatisch verfolgen zu können. Detailinformationen wie Rissbreiten und Rissuferverschiebungen werden zusätzlich in der Berechnung ermittelt. Außerdem wird an einem Finite-Elemente-Modul gearbeitet, das die Versuche parallel simuliert. Auf diese Weise kann das aus der photogrammetrischen Messung gewonnene Ergebnis mit den numerischen Spannungsberechnungen verglichen und iterativ verbessert werden. Die Entwicklung des hier beschriebenen Messund Analysesystems findet am Geodätischen Institut der RWTH Aachen (Deutschland) statt. Die Versuche werden am Institut für Massivbau (IMB), Institut für Bauforschung (IBAC) und Institut für Textiltechnik (ITA), alle RWTH Aachen, durchgeführt. Die Arbeiten sind Bestandteil der Forschungsaktivitäten im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 532 „Textilbeton“.