Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Anwendung der Ultraschalltomografie auf die Untersuchung von Baudenkmalen. Die Zielstellung bestand im Nachweis von Inhomogenit\u00e4ten und Entfestigungsbereichen im Stein sowie in der Detektion von Einlagerungen. Dabei sollte erstmals eine Kombination von seismischer P-und S-Wellentomografie zur Anwendung kommen, die Koppelbedingungen der Geber und Empf\u00e4nger am Bauwerk gel\u00f6st und dynamische Elastizit\u00e4tsmoduln in Form tomografischer Schnitte aus den Me\u00dfergebnissen entwickelt werden. Im Mittelpunkt stand dabei die Konzipierung einer Ergebnisdarstellung, welche die Festigkeitsverh\u00e4ltnisse im Stein \u00fcber die Wellengeschwindigkeiten und der Elastizit\u00e4tsmoduln in m\u00f6glichst anschaulicher Weise dem Denkmalspfleger vermittelt. Das Verfahren sollte an verschiedenen denkmalgesch\u00fctzten Baudenkmalen eingesetzt werden, welche der Sanierung bed\u00fcrfen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAm Beginn der Arbeiten erfolgten Messungen an Gesteinsbl\u00f6cken aus Marmor und an Sandstein, die vorrangig der Bestimmung von Koppelmitteln der Geber und Aufnehmer sowohl f\u00fcr die P-und auch der S-Welle dienten. Daneben lie\u00dfen sich das Aufl\u00f6sungsverm\u00f6gens des tomografischen Verfahrens an bekannten Hohlr\u00e4umen im Stein bewerten und Festlegungen \u00fcber den Punktabstand der Geber-und Empf\u00e4ngerpositionen f\u00fcr praktische Messungen am Baudenkmal treffen. Insbesondere wurden die Auswirkung von eindringendem Niederschlagswasser in Sandsteine auf die gemessenen P-und S-Wellengeschwindigkeiten und die entsprechenden Auswirkungen auf die elastischen Moduln untersucht. Breiten Raum im Vorhaben nahm die aufwendige Bearbeitung der Me\u00dfergebnisse ein, aus denen zur bequemen Ergebnisbewertung durch den Nichtgeophysiker ausschlie\u00dflich tomografische Schnitte entwickelt wurden. Au\u00dferdem erfolgte die Bewertung des spektralen Inhalts von gemessenen Registrierungen, die den vollen akustischen Wellenzug enthalten. Wichtige Voruntersuchungen dienten au\u00dferdem der Signalverbesserung der aufgenommenen akustischen Impulse durch Stapelung bei schlechter Amplitudenwiedergabe und der Ergebnisskontrolle nach dem seismischen Gegeschu\u00dfprinzip. F\u00fcr die Anwendung des Verfahrens erfolgten praktische Untersuchungen am Wendelstein in Torgau, des Mariendoms in Zwickau, der Nikolaikirche in Freiberg und an einer Sandsteinamphore aus der Fasanerie Moritzburg. Die entsprechenden Ergebnisse wurden tomografisch analysiert und in leicht lesbarer Form dargestellt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Voruntersuchungen an Gesteinsbl\u00f6cken an Marmor f\u00fchrten zum Nachweis von strukturellen Inhomogenit\u00e4ten und zur Aufl\u00f6sbarkeit vor Fremdeinschl\u00fcssen im Stein. Sollen diese von der Tomografie erkannt werden, so darf ihr Durchmesser nicht kleiner als die Wellenl\u00e4nge der emitierten Ultraschallimpulse sein. Damit liegt auch der kleinste noch sinnvollste Rasterquerschnitt fest, der sich aus der \u00dcberdeckung der Strahlenwege und damit aus den Abst\u00e4nden der Geber und Empf\u00e4nger an der Oberfl\u00e4che des Bauwerkes ableitet. Dies trifft gleicherma\u00dfen auch f\u00fcr die rechnerische Bearbeitung der Ergebnisse zur Ableitung der entsprechenden tomografischen Schnitte des Steins zu. Die Bearbeitung selbst erfolgte mit einem SIRT-Algorithmus, welcher sowohl gerade als auch gekr\u00fcmmte Strahlenwege ber\u00fccksichtigt. \u00dcberwiegend k\u00f6nnen mit geraden Strahlenwegen die auftretenden Fragestellungen des Denkmalpflegers gel\u00f6st werden. Damit gelingt eine wesentliche Reduzierung der erforderlichen Rechenzeiten gegen\u00fcber dem Ansatz mit gekr\u00fcmmten Strahlen. Bei kleinen Laufwegen der Wellen im Bereiche der Ecken von Baudenkmalen werden hohe Anforderungen an die exakte Positionierung der Geber und Empf\u00e4nger gestellt und ggf. Korrekturen n\u00f6tig.
\nIm Vergleich zu bisherigen Ultraschalluntersuchungen an Bauwerken erm\u00f6glichen tomografische und spektrale Bearbeitungen einen entscheideneden Informationsgewinn f\u00fcr den Denkmalspfleger. Allerdings mu\u00df dazu ein zus\u00e4tzlicher technischer und rechnerischer Aufwand betrieben werden. Im F\u00f6rdervorhaben ist die dazu erforderliche Me\u00df- und Bearbeitungstechnik niedergelegt.
\nDie praktischen Messungen konzentrierten sich vorwiegend auf Teile von Bauwerken, f\u00fcr die seitens des S\u00e4chsischen Amtes f\u00fcr Denkmalspflege, Dresden Handlungsbedarf hinsichtlich k\u00fcnftiger Sanierungsma\u00dfnahmen besteht. Die Auswahl der Objekte sowie die Messungen erfolgten daher in gegenseitiger Abstimmung.
\nAm Wendelstein in Torgau konnten in den zentralen Bereichen der untersuchten Pfeiler aus Cottaer Sandstein Bereiche mit verminderten Geschwindigkeiten ausgegliedert werden. Vergleichende Laboruntersuchungen erkl\u00e4ren dieses Verhalten mit einer h\u00f6heren Durchfeuchtung durch Niederschlagseinwirkung. Die Annahme von begleitenden Entfestigungen ist hier sehr wahrscheinlich und l\u00e4\u00dft sich in den Tomogrammen deutlich verfolgen.
\nIm Mariendom in Zwickau wurde eine tragende S\u00e4ule aus Rotliegendsandstein untersucht. Die akustische Tomografie zeigt im S\u00e4uleninneren geringe Schallgeschwindigkeiten, die demonstrieren, da\u00df keine Kompaktbauweise vorliegt, sondern der Kernbereich des Pfeilers mit Bauschutt aufgef\u00fcllt wurde, was eine Kernbohrung best\u00e4tigt.
\nIn der Fasanerie von Moritzburg gelangte eine Vase aus Cottaer Sandstein zur Untersuchung. Die entwickelten Tomogramme der P-und S-Welle zeigen die unterschiedliche Struktur im Inneren sehr deutlich. Die relativ niedrigen Geschwindigkeiten im Fu\u00dfbereich deuten auf h\u00f6here Durchfeuchtung hin, w\u00e4hrend die Geschwindigkeitsmaxima im oberen Vasenbereich einen eisernen Zapfen abbilden, welcher zur Stabilit\u00e4t der Skulptur beim Bau eingebracht wurde.
\nIn der Nikolaikirche in Freiberg erfolgten Messungen an einem verputzten, tragenden Pfeiler des Hauptschiffes. Die Messungen f\u00fchrten zum Nachweis geringer Schallgeschwindigkeiten und hoher Absorptionswerte. Durch die Anlage der Messungen in mehreren Ebenen quer zur Pfeilerachse und l\u00e4ngs des Pfeilers konnte im Sockelbereich eine Bruchsteinmauerung und im oberen Abschnitt Ziegelbauweise erkannt werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Vortr\u00e4ge:
\n– FKPE Arbeitsgruppe Bohrlochgeophysik und Petrophysik; 28.04.1995 und 17.10.1996 in Hannover
\n– Arbeitsseminar Petrophysik und Umwelt; 20.09.1995 in Bucha bei Leipzig
\n– 56. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft; 20.03.1996 in Freiberg
\nPublikation:
\n– Geoakustische Untersuchungen an Bauwerken. Mitteilungen der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft (im Druck)
\nBericht:
\n– Ergebnisse akustischer Durchschallungsmessungen an einem Pfeiler der Nikolaikirche in Freiberg (f\u00fcr die Stadt Freiberg)<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Projekte erfolgte die Entwicklung einer Me\u00df-und Auswertemethodik f\u00fcr tomografische Ultraschalluntersuchungen von Baudenkmalen. Praktische Messungen an ausgew\u00e4hlten Objekten lassen erkennen, da\u00df mit dem Verfahren der Nachweis von Inhomogenit\u00e4ten im Stein und das Erkennen festigkeitseinschr\u00e4nkender Bereich im Stein m\u00f6glich ist.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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