Niet-destructieve onderzoeksmethoden (NDO) maken het mogelijk informatie te verkrijgen over de dekking, het aantal en de diameter van de aanwezige wapeningsstaven in bestaande betonconstructies. De vraag is alleen: wat is de betrouwbaarheid van de met deze NDO-technieken verkregen informatie? Onderzoek aan de TU Eindhoven geeft meer inzicht hierover.
18
Hoe betrouwbaar
is NDO?
1
Onderzoek naar betrouwbaarheid van niet-
destructief onderzoek bij meten betondekking,
aantal en diameter van wapeningsstaven
Informatie over de wapening is cruciaal bij het beoordelen van
de (rest)capaciteit van bestaande betonconstructies. Deze infor -
matie, onder andere over de positie en de diameter, is te herlei -
den uit wapeningstekeningen. Echter, tekeningen van oude
constructies zijn vaak niet meer beschikbaar. Bovendien kan de
betrouwbaarheid ervan worden betwist, want bij een onzorg -
vuldige uitvoering of doordat de uitvoerende partij zijn eigen
draai geeft aan de bouwtekeningen, ontstaat er een verschil
tussen de tekeningen en de feitelijke situatie. Indien er onvol -
doende 'betrouwbare' informatie over de wapening beschikbaar
Niet-destructieve onderzoeksmethoden (NDO) maken het mogelijk
informatie te verkrijgen over de dekking, het aantal en de diameter
van de aanwezige wapeningsstaven in bestaande betonconstructies.
De vraag is alleen: wat is de betrouwbaarheid van de met deze NDO-
technieken verkregen informatie? Onderzoek aan de TU Eindhoven
geeft meer inzicht hierover.
Hoe betrouwbaar is NDO? 6 2017
19
is of wanneer aan de betrouwbaarheid van de
tekeningen wordt getwijfeld, moet bij de herbeoordeling van
bestaande betonconstructies aanvullend onderzoek worden
uitgevoerd. Hierbij kan worden gebruikgemaakt van destruc -
tieve en niet-destructieve onderzoekstechnieken. Destructief
onderzoek is vaak niet gewenst, omdat het arbeidsintensief is
en het herstel van de onderzoeklocaties de esthetische kwaliteit
van de constructie beïnvloedt (foto 1). Daarom wordt meestal
de voorkeur gegeven aan niet-destructief onderzoek (NDO).
De betrouwbaarheid van de resultaten van NDO-technieken is
voor de constructeur van groot belang om de (rest)capaciteit
van bestaande betonconstructies met voldoende zekerheid te
kunnen beoordelen. Daarom is onderzoek verricht naar de
betrouwbaarheid van deze resultaten ten aanzien van de
betondekking, het aantal en de diameter van de wapening.
Niet-destructieve onderzoekstechnieken
Er zijn twee NDO-technieken gangbaar voor het verkrijgen van
informatie over de wapening in bestaande betonconstructies,
namelijk onderzoek met een dekkingsmeter en met een radar.
Deze twee technieken worden in de praktijk regelmatig in
combinatie toegepast.
Dekkingsmeter
De dekkingsmeter, ook wel wapeningsdetector, is gebaseerd op
elektromagnetisme. Het apparaat bevat spoelen die een elektro -
magnetisch veld creëren. De aanwezigheid van stalen wapening
in beton leidt tot een verstoring van het gecreëerde elektromag -
netische veld. Het apparaat vertaalt de verstoring tot data met
informatie over de dekking, het aantal en de diameter van de
wapeningsstaven.
Grondpenetrerende radar
De grondpenetrerende radar, kortweg radar, stuurt elektromag -
netische energiepulsen door het beton. Deze pulsen worden
weerkaatst door de aanwezigheid van reflecterende materialen
in het beton en vervolgens weer opgevangen door de radar. Met
behulp van deze techniek maakt de radar het mogelijk informatie
te verkrijgen over de dikte van het betonnen element, het aantal
en de ligging van de wapeningsstaven, de dekking en de onge -
wenste holtes in het beton. De diameter van wapeningsstaven
kan met de radar niet worden bepaald.
Analyseren meetresultaten
Het uitvoeren van metingen met de dekkingsmeter en de radar
vereist weinig specifieke deskundigheid. De gebruiksaanwijzingen
van de meest gangbare dekkingsmeters en radars beschrijven
hoe de metingen met deze apparaten moeten worden uitge -
voerd. In tegenstelling tot het uitvoeren van de metingen vergt
het analyseren van de meetresultaten wél deskundigheid en
ervaring.
Analyseren metingen dekking
Het analyseren van metingen van de dekking is eenduidig. In
figuur 3 is als voorbeeld een meetresultaat te zien van een
dekkingsmeting. De hoogte van de blauwe staven geeft de
gemeten dekking weer in millimeters: een hogere blauwe staaf
in de dekkingsmeting betekent een lagere gemeten betondekking.
De gangbare dekkingsmeters zijn in staat de betondekking te
meten tot een diepte van 80 mm. De dekkingsmeter meet de
betondekking boven elke gepasseerde wapeningsstaaf. Aantal
blauwe staven in een dekkingsmeting is dus gelijk aan het
aantal wapeningsstaven dat het apparaat heeft gedetecteerd.
ir. Ibrahim Selek
Van Rossum Raadgevende Ingenieurs
prof.ir. Simon Wijte
TU Eindhoven, Adviesbureau ir. J.G. Hageman
ir. Maarten Swinkels
SGS Intron
1 Destructief en niet-destructief onderzoek van betonnen proefstukken2 NDO-meting aan een betonnen wand
Afstudeeronderzoek
Ibrahim Selek is met zijn onderzoek 'Reliability of non-destructive
testing methods for detecting steel rebar in existing concrete
structures' afgestudeerd aan de TU Eindhoven, voor de master -
opleiding Structural Design aan de faculteit Bouwkunde. In zijn
afstudeercommissie hadden prof.ir. Simon Wijte, prof.dr.ir. Theo
Salet en ir. Maarten Swinkels zitting. Een link naar zijn master
thesis
is beschikbaar op www.cementonline.nl .
2
Hoe betrouwbaar is NDO? 6 2017
20
3 Meetresultaat dekkingsmeting4 Meetresultaten wapeningsmeting van (a) dekkingsmeting en (b) radarmeting
Wanneer een wapeningsdetector over een betonnen element
wordt gerold en een wapeningsstaaf passeert, meet elke spoel
afzonderlijk een verstoring waaruit een diameter wordt afgeleid.
Opmerkelijk is dat deze spoelen niet altijd dezelfde waarde
geven voor de diameter van dezelfde wapeningsstaaf. Een
gemiddelde meting bevat circa tachtig verschillende data
(meetresultaten) van de gemeten diameters. Dit maakt het
ingewikkeld een conclusie te kunnen trekken.
Het zal duidelijk zijn dat het analyseren van de gemeten diameter
meer deskundigheid vereist dan het analyseren van de gemeten
dekking en het aantal wapeningsstaven. Om een conclusie te
kunnen trekken uit de gemeten diameters moeten eerst de
verstoringen uit de meetresultaten worden gehaald, en daarna
dient er gekeken te worden naar het gemiddelde en de standaard -
deviatie van de verkregen gegevens. Het gemiddelde van de
data geeft informatie over de gemeten diameter en de standaard -
deviatie over de nauwkeurigheid van de meting.
Onderzoek nauwkeurigheid NDO
Om meer te kunnen zeggen over de nauwkeurigheid van NDO
is een onderzoek uitgevoerd aan de TU Eindhoven. Hierbij zijn
tien betonnen proefstukken (elementen) geanalyseerd, te
weten: wanden, vloeren en galerijplaten. Dit onderzoek is
uitgevoerd in samenwerking met drie bedrijven. NDO-experts
van die bedrijven hebben de metingen uitgevoerd en geanaly -
seerd. Opgemerkt wordt dat deze experts tijdens het meten en
analyseren geen kennis hadden van de feitelijk aanwezige
waarden.
Bij elk proefstuk is met behulp van NDO-technieken de beton -
dekking, het aantal en de diameter van de wapeningsstaven
gemeten. Bij een aantal proefstukken zijn zowel de dekkings -
meter als de radar gebruikt. De metingen met de radar hebben
alleen betrekking op de dekking en het aantal. De resultaten
van deze metingen zijn vergeleken met feitelijke waarden van
de proefstukken. Deze feitelijke waarden zijn bij een deel van
de proefstukken bepaald vóór het storten van het beton en bij
een deel van de proefstukken is na de NDO-meting destructief
onderzoek verricht. Op deze wijze kon met voldoende zeker -
heid een conclusie worden getrokken over de betrouwbaarheid
van NDO-meetresultaten.
Om de betrouwbaarheid van NDO-technieken te beoordelen,
is bij de metingen rekening gehouden met de randvoorwaarden
van de fabrikant van de gebruikte meetapparatuur. De proef -
stukken hadden allemaal een grotere dekking dan 10 mm en de
hart-op-hart-afstand van de wapeningsstaven was groter dan
36 mm. Daarnaast is aandacht geschonken aan het start- en
eindpunt van de metingen. Deze punten zijn dusdanig gekozen
dat ze niet boven een wapeningsstaaf lagen. Wanneer een
Analyseren metingen aantal en diameter
Met de dekkingsmeter kan ook de diameter van de aanwezige
wapeningsstaven in het beton worden gemeten. Figuur 4a laat
een meetresultaat zien van een wapeningsmeting. Het aflezen
van het aantal gemeten wapeningsstaven uit figuur 4b spreek
voor zich. Hoe de resultaten van de gemeten staafdiameters
moeten worden geanalyseerd, is echter de grote vraag. Momen -
teel ontbreekt er een eenduidige richtlijn voor het analyseren
van de gemeten wapeningsdiameter, wat leidt tot subjectiviteit.
In de praktijk blijkt dat verschillende inspectiebedrijven hun
eigen methode hebben ontwikkeld voor het analyseren van de
gemeten wapeningsdiameter. In sommige gevallen is het zelfs
zo dat binnen één bedrijf iedere adviseur zijn eigen methode
heeft. Hierdoor kan het analyseren van een meting door twee
verschillende adviseurs leiden tot twee verschillende conclusies.
Dat het analyseren van de wapeningsdiameter multi-interpre -
tabel is, heeft te maken met de techniek waarmee de metingen
worden uitgevoerd: elektromagnetisme. De huidige wapenings -
detectors bestaan uit meerdere spoelen. Deze spoelen creëren
gezamenlijk één elektromagnetisch veld dat wordt verstoord
door de aanwezigheid van wapeningsstaven in het beton.
gemeten afstand [mm]
gemeten dekking [mm]
3
4a 4b
300 mm 600 mm 1200 mm 900 mm
0 mm
50 mm
Hoe betrouwbaar is NDO? 6 2017
21
µ + 3.0 5
1.2 6
µ - 0 .2 6
1.1 0 µ
+ 3.3 0
3.8 6
µ + 1.2 0
1.9 3 µ
+ 7.0 8
2.1 9
µ + 3.5 8
1.5 8
µ - 2 .0 1
3.6 9
µ - 0 .3 8
2.1 5
µ - 0 .7 0
4.0 7 µ
- 1 .1 0
2.3 3 µ
+2.2 6
2.8 1
µ - 1 .1 0
2.3 3 µ
+0.7 9
2.4 2
µ + 1.1 4
1.5 1
µ-1 .3 6
2.5 9 µ
+ 0.5 7
1.9 9
µ +0.8 6
4.0 4
µ + 1.0 7
2.1 6
5 Normaalverdeling diametermeting6 Resultaten dekkingsmeting proefstukken
als voorbeeld de normaalverdeling van een diametermeting met
een gemiddelde van 11,5 mm. Hieruit wordt het aannemelijk
dat de gemeten wapeningsstaaf een diameter heeft van 12 mm.
Alle dekkings- en diametermetingen van de proefstukken zijn
op deze wijze onderzocht.
Nauwkeurigheid dekking
Met de meest gangbare dekkingsmeters op de markt kunnen de
metingen op twee verschillende manieren worden uitgevoerd.
Omdat de staafdiameter invloed heeft op de metingen van de
dekking, kan voorafgaand aan de meting de 'verwachte' diameter
van de aanwezige stalen wapening worden ingevoerd. De
gebruiker kan er ook voor kiezen de meting te starten met een
onbekende staafdiameter. De dekkingsmetingen zijn in het
onderzoek zowel geanalyseerd met een bekende als met een
onbekende wapeningsdiameter. Op deze wijze kon de invloed
van een bekende diameter op de nauwkeurigheid van de
dekkingsmeting worden beschouwd. De kleinste dekking van
de proefstukken was 30 mm en de grootste dekking was 60 mm.
De dekkingsmetingen van de proefstukken zijn op dezelfde
wijze geanalyseerd als het voorbeeld in figuur 5.
Om de betrouwbaarheid te beoordelen, is de gemeten dekking
vertaald naar het verschil tussen het gemeten gemiddelde ( µ)
van de dekking en de werkelijke dekking. Figuur 6 geeft een
overzicht van de meetresultaten van de dekkingsmeting van de
tien proefstukken met verschillende dekkingen. Voor proefstuk I
kan dus worden gezegd dat het verschil tussen de gemeten
meting direct boven een wapeningsstaaf wordt gestart, begint
het elektromagnetisch veld met een verstoring. Dit leidt tot
verstoorde metingen met onbetrouwbare resultaten.
Bij het analyseren van de nauwkeurigheid van de meetresultaten
is voor elke meting een normaalverdeling geplot. Het gemid -
delde ( µ) van de normaalverdeling geeft de gemeten waarde
weer en de standaarddeviatie ( ?) is een maat voor de spreiding
van de meetresultaten. Een kleine standaarddeviatie kan
worden geassocieerd met een lage spreiding van de meetresul -
taten en dus met een hogere nauwkeurigheid. Figuur 5 toont
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0
probabiliteit [-]
diameter [mm]
0 2 4 6 8 10 \
12 14 16 18 20 22 24
5
6
Hoe betrouwbaar is NDO? 6 2017
22
µ+1.4 8
2 .2 9
µ+1.0 7
1 .8 8 µ
+0.5 0
2 .5 5
µ +2.8 0
1 .1 7
µ+1.3 9
1 .6 2 µ
+1.4 0
1 .5 1
µ-1 .1 5
3 .0 5 µ
-1 .1 7
2 .9 2 µ
+1.2 9
1 .2 1
µ-2 .1 6
2 .1 0 µ
-2 .4 2
3 .6 7 µ
+0.7 0
2 .2 7
µ-2 .4 7
2 .2 0 µ
-1 .0 7
1 .0 1
µ-3 .2 8
2 .1 7 µ
-0 .1 6
3 .2 0
µ-6 .7 3
3 .3 5 µ
-
1 .3 0
0 .9 6
stukken waren zowel in horizontale als verticale richting gewa -
pend met geribde stalen wapeningsstaven. Ook bij het analyseren
van deze metingen is gekeken naar het verschil tussen de
gemeten gemiddelde staafdiameter en de werkelijke staafdia -
meter. Figuur 7 toont aan dat de standaarddeviatie en dus de
spreiding van de meetresultaten hoog is. Dit duidt op een hoge
onbetrouwbaarheid van de meetresultaten. Opgemerkt moet
worden dat een verschil van 2 mm weinig lijkt, maar de staaf -
diameter heeft een kwadratische invloed op de momentcapaciteit
van een betonconstructie. Als een Ø10-staaf wordt beschouwd
als een Ø12-staaf wordt de momentcapaciteit met 44% overschat!
gemiddelde dekking en de werkelijke dekking, bij een
onbekende staafdiameter, 3, 5 mm is. Bij een bekende staaf-
diameter is te zien dat het verschil van 3,05 mm afneemt tot
0,26 mm. De dekkingsmeting wordt dus nauwkeuriger bij
een bekende staafdiameter. De gevonden afwijkingen bij de
dekkingsmetingen, bij onbekende diameters circa 3 mm en bij
bekende diameters circa 1 mm, zijn acceptabele afwijkingen
en zullen geen significante invloed hebben op de bepaalde
momentcapaciteit.
Nauwkeurigheid aantal wapeningsstaven
De wapening van de beschouwde betonnen elementen bestond
uit verschillende staafdiameters, namelijk: 6, 8, 10, 12, 20 en
25 mm. De diepte van de wapeningsstaven varieerde daarbij
tussen 30 en 60 mm. De meest gangbare dekkingsmeters
maken het mogelijk stalen wapeningsstaven te detecteren
tot een diepte van 80 mm. Voor het bepalen van de nauwkeu -
righeid van het gemeten aantal wapeningsstaven is geen
uitgebreide statistische analyse nodig. De hoeveelheid gemeten
staven was voor alle proefstukken voor 100% gelijk aan de
werkelijke hoeveelheid wapeningsstaven. De huidige NDO-
technieken hebben dus een hoge nauwkeurigheid bij het
detecteren van de aanwezigheid van stalen wapeningsstaven
in bestaande betonconstructies.
Nauwkeurigheid diameter wapeningsstaven
Figuur 7 geeft een overzicht van de resultaten van de metingen
aan de staafdiameters van de tien proefstukken. Alle proef -
7
8
Hoe betrouwbaar is NDO? 6 2017
23
7 Resultaten diametermeting proefstukken8 Wapeningsmeting in 'lucht'9 Destructief onderzoek
bepaling van de momentcapaciteit van bestaande betoncon -
structies. Het combineren van NDO-technieken met gedeelte -
lijk destructief onderzoek kan een oplossing zijn voor deze
onvoldoende betrouwbaarheid. Gedeeltelijk destructief onder -
zoek kan namelijk als verificatie van NDO worden gebruikt,
waardoor de onbetrouwbaarheid hiervan reduceert.
Verder heeft de aanwezigheid van beton grote invloed op de
nauwkeurigheid van de metingen. De bevindingen bij het
meten van wapeningsstaven 'zonder beton' geven een handvat
voor voortzetting van dit onderzoek. ?
? GERAADPLEEGDE BRONNEN
1 Selek, I., Reliability of non-destructive testing methods for detecting
steel rebar in existing concrete structures. TU Eindhoven, 2015.
Invloed beton op nauwkeurigheid
De oorzaak van de grote spreiding van de diametermetingen
kan worden gevonden in factoren die het elektromagnetisch
veld verstoren. Bekend is dat er verstoring optreedt door de
stalen wapeningsstaven, maar de invloed van het beton op het
elektromagnetisch veld is door de fabrikanten verwaarloosd.
Op foto 8 is een proefopstelling te zien waarbij de diameter van
wapeningsstaven zonder betonomhulling kan worden gemeten.
De dekking bestaat uit lucht en een houten plaat van 20 mm
dik. De dekkingsmeter wordt dan op de houten plaat geplaatst.
Als de diameter van de wapeningsstaven in deze opstelling
wordt gemeten, blijkt dat de spreiding van de resultaten van de
diametermeting significant afneemt. De spreiding bij de staven
in de eerste laag is zelfs 0 mm. Geconcludeerd kan worden dat
het beton, en mogelijk het vocht in het beton, zorgt voor een
grote spreiding in de meetresultaten.
Meerwaarde gedeeltelijk destructief onderzoek
Zoals aangegeven blijkt dat de nauwkeurigheid van de metingen
aan de staafdiameter niet hoog is. Om de betrouwbaarheid en
dus de nauwkeurigheid van deze metingen te vergroten, kan
ervoor worden gekozen niet-destructief onderzoek te combineren
met deels destructief onderzoek. Het destructieve onderzoek
hoeft maar heel beperkt en op de juiste locatie te worden uitge -
voerd om de benodigde informatie over de betonconstructie
te verkrijgen. Een voorbeeld hiervan is te zien in foto 9, met
een gat van circa 40 × 40 mm 2. Het destructief onderzoek is
uitgevoerd bij de kruising van twee wapeningsstaven. Ondanks
het zeer beperkte formaat van het gat is het toch mogelijk
informatie te verkrijgen over de betondekking en de diameter
van de horizontale en verticale wapeningsstaven. De gegevens
uit het destructief onderzoek kunnen worden gebruikt voor het
verifiëren en kalibreren van de niet-destructieve metingen om
zo de nauwkeurigheid van niet-destructief onderzoek te
vergroten.
Conclusies
Niet-destructieve onderzoekstechnieken maken het mogelijk
informatie te verkrijgen over de betondekking, het aantal en de
diameter van wapeningsstaven in bestaande betonconstructies.
Uit het uitgevoerde onderzoek blijkt dat dekkingsmetingen een
grote nauwkeurigheid hebben. Een afwijking van +/- 3 mm zal
geen constructeur afschrikken. Tot een diepte van circa 60 mm
is het aantal wapeningsstaven zelfs met 100% zekerheid te
detecteren.
Daarentegen blijken de resultaten van de metingen aan de
diameter minder betrouwbaar te zijn. De grote spreiding van
de meetresultaten toont aan dat de huidige NDO-technieken
minder geschikt zijn voor het meten van de diameter voor de
Meer lezen over NDO
Wilt u meer weten over niet-
destructief onderzoek? In Betoniek
verschenen eerder de artikelen 'Meten aan wape -
ning' en 'Sterk in het werk'. Beide artikelen zijn nu
ook beschikbaar voor leden van Cement . U vindt
ze op www.cementonline.nl .
9
Hoe betrouwbaar is NDO? 6 2017
Reacties
henri - VvE 25 april 2018 18:44
Niet-destructieve onderzoeksmethoden (NDO) maken het mogelijk informatie te verkrijgen over de dekking, het aantal en de diameter van de aanwezige wapeningsstaven in bestaande betonconstructies. Door welk betrouwbaar bedrijf kan ik dit laten doen in vlaardingen