بکارگیری روش رادار نفوذی به زمین جهت مطالعات ژئوتکنیکی بنای تاریخی سی و سه پل اصفهان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 1. استادیار مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اراک

2 دانشیار دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

در پژوهش حاضر از روش غیرمخرب رادار نفوذی به زمین (GPR) به­منظور شناسایی وضعیت مصالح بکاررفته و ناپیوستگی‌های ساختاری بنای تاریخی سی‌وسه‌پل اصفهان استفاده شده است. برای این منظور ابتدا با استفاده از یک الگوریتم تفاضل محدود دوبعدی بهبود یافته، پاسخ GPR مدل‌های مصنوعی متناظر با ساختارهای ژئوتکنیکی متداول همانند زمین لایه‌ای، استوانه افقی و منشور دوبعدی شبیه‌سازی شد. سپس با استفاده از یک سیستم GPR مجهز به آنتن‌های پوشش‌دار با فرکانس مرکزی 500 مگاهرتز، تعداد 46 پروفیل GPR شامل 36 پروفیل عرضی در راستای شرقی- غربی عمود بر امتداد پل، 7 پروفیل طولی در عرشه پل در راستای شمالی- جنوبی به ­موازات امتداد پل و 3 پروفیل عرضی از پایه‌های پل برداشت شد. پردازش و تفسیر نگاشت‌های راداری نشان می‌دهد که در مقاطع طولی و عرضی، اشیاء و مصالح مختلف عمدتاً شامل تیرآهن و میلگرد تقویتی، بلوک‌های سنگی، الوارهای چوبی و نیز ناپیوستگی و نشست، در جای‌جای پل قابل مشاهده است که اسلب‌های بتنی تقویت شده با تیرآهن و میلگرد، عمدتاً مربوط به مرمت‌های جدید پل بوده و بخش‌های تقویت شده با بلوک‌های سنگی و الوارهای چوبی، اکثراً قدیمی است که متحمل نشست و شکستگی‌های متعددی گردیده‌اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Geotechnical investigation of 33 pole bridge structure in Isfahan using Ground- Penetrating Radar method

نویسندگان [English]

  • Reza Ahmadi 1
  • Nader Fathianpoor 2
1 . دانشیار دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان
2 Associate Professor, Mining Engineering Department, Isfahan University of Technology
چکیده [English]

In present study, the Ground- Penetrating Radar (GPR) as a non-destructive method has been employed to investigate the foundation condition, type of materials and structural discontinuities of the well-known 33 pole bridge in Isfahan. To achieve this goal, the improved 2-D finite-difference algorithm is used to simulate the GPR responses of synthetic models resembling common geotechnical targets including layered earth (slab), horizontal cylinders and 2-D prisms. Through using a 500 MHz GPR system equipped with shielded antennas, 46 profiles comprising 36 transverse profiles in the east-west direction perpendicular to the main bridge axis, 7 longitudinal profiles in the north-south direction along the main bridge axis and 3 transverse profiles from the bases of the bridge were surveyed. Processing and interpretation of longitudinal and transverse radargrams revealed various in-homogeneities including reinforcing joists and rebars, blocks of stone and wooden timbers as well as ruptures and subsidences in several locations. Concrete slabs reinforced with joists and rebars, are mainly associated with recent repairs of the bridge while reinforced sections by stone blocks and wooden timbers are related to the ancient construction works which have suffered several fractures and subsidences.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ground- Penetrating Radar (GPR)
  • Numerical modeling
  • Geotechnical targets
  • 33 pole bridge in Isfahan
  • Discontinuity
  • GPR Profile

احمدی، ر.، فتحیان‌پور، ن.، نوروزی، غ.ح.، 1391. آشکارسازی خطوط انتقال آب و فاضلاب مدفون و شناسایی برخی مشخصات آنها با استفاده از شبیه‌سازی پاسخ داده‌های GPR. همایش ملی علوم مهندسی آب و فاضلاب، کرمان، دانشگاه تحصیلات تکمیلی کرمان.

احمدی، ر.، فتحیان‌پور، ن.، نوروزی، غ.ح.، 1391. کاربردهای ژئوتکنیکی روش رادار نفوذی به زمین (GPR) در شناسایی پارامترهای فیزیکی و هندسی ناهمگنی‌های زیرسطحی. اولین کنفرانس مهندسی الکترومغناطیس ایران، تهران، دانشگاه علم و صنعت ایران.

احمدی، ر.، فتحیان‌پور، ن.، نوروزی، غ.ح.، 1393. شناسایی نقاط ضعف پی‌سنگ صحن بنای فرهنگی- تاریخی مسجد امام اصفهان با استفاده از روش رادار نفوذی زمین. اولین همایش ملی رادار نفوذی به زمین، کرمان، دانشگاه شهید باهنر کرمان.

احمدی، ر.، فتحیان‌پور، ن.، نوروزی، غ.ح.، 1393. کاربردهای ژئوتکنیکی رادار نفوذی به زمین در شناسایی ناهمگنی‌های زیرسطحی مسیر حفر تونل انتقال تاسیسات برقی اصفهان. اولین همایش ملی رادار نفوذی به زمین، کرمان، دانشگاه شهید باهنر کرمان.

احمدی، ر.، 1393. تهیه الگوریتمی هوشمند جهت شناسایی مشخصات فیزیکی و هندسی اهداف ژئوتکنیکی با استفاده از پاسخ امواج GPR، رساله دکترای تخصصی، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه تهران، تهران.

Ahmadi, R., Fathianpour, N., Norouzi, G.H., 2015. Detecting physical and geometrical parameters of some common geotechnical targets through their effects on GPR responses. Arabian Journal of Geosciences, 8: 4843-4854.

Annan, A.P., 2001. Ground-penetrating radar workshop notes. Sensors and Software Inc. Mississauga, ON, Canada.

Annan, A.P., Cosway, S.W., De Souza, T., 2002. Applications of GPR to Map Concrete to Delineate Embedded Structural Elements & Defects. Ninth International Conference on Ground Penetrating Radar, Koppenjan, S.K., Lee, H. (eds.), Proceeding of SPIE, Vo. 4758, 359-364.

Benedetto, A., Benedetto, F., 2001. About the possibility to automate the GPR signal processing for road pavement monitoring. Proc. SIIV Conference, Verona, Italy.

Benedetto, A., Benedetto, F., 2002. GPR Experimental Evaluation of Subgrade Soil Characteristics for Rehabilitation of Roads. Ninth International Conference on Ground Penetrating Radar, Koppenjan, S.K., Lee, H. (eds.), Proceeding of SPIE, Vo. 4758, 708-714.

Bungey, J.H., Millard, S.G., Shaw, M.R., 1991. The use of sub-surface radar for structural assessment of insitu concrete. A.C.I., SP128/31, Vol. 2, 497-514.

Clemena, G.G., 1991. Short pulse radar methods. Chapter 11 in Handbook on Non-Destructive Testing of Concrete, Malhotra, V.M. and Carino, N.J. (eds.), CRC Press, Boston, 253-274.

Davis, J.L., Rossiter, J.R., Mesher, D.E., Dawley, C.B., 1994. Quantitative measurement of pavement structures using radar. Proceedings of fifth International Conferences on GPR, Kitchener, Ontario, Canada.

Geraads, S., Charachon, B., Loeffler, O., Omnes, G., 2002. Applying a wavenumber notch filter to remove interferences caused by railway sleepers from a GPR section. Ninth International Conference on Ground Penetrating Radar, Koppenjan, S.K., Lee, H. (eds.), Proceedings of SPIE, Vol. 4758, 715-718.

Giannopoulos, A., 2005. Modelling ground penetrating radar by GprMax. Construction and Building Materials, 19:775-762.

Gobel, C., Hellmann, R., Petzhold, H., 1994. Georadar model and in-situ investigations for inspection of railways tracks. Proceedings of Ground Penetrating Radar Conference, Kitchener, Canada, June 12-16.

Heiler, M., McNiel, S., Garret, J., 1995. Ground Penetration Radar for Highway and Bridge Deck Condition Assessment and Inventory, SPIE, Vol. 2456/195.

Huston, D., Pelczarski, N., Esser, B., 2000. Damage detection in roadways with Ground Penetrating Radar. Proc. Eighth International Conference on GPR, Gold Coasts, Australia.

Irving, J., Knight, R., 2006. Numerical modelling of ground penetrating radar in 2-D using MATLAB. Computers & Geosciences, 3: 1247–1258.

Jack, R., Jackson, P., 1999. Imaging attributes of railway track formation and ballast using ground probing radar. NDT&E International 32: 457-462.

Jol, H.M., 2009. Ground-Penetrating Radar theory and applications. First edition, Elsevier Science, 543p.

Karlovsek, J., Scheuermann, A., Williams, D.J., 2012. Investigation of voids and cavities in bored tunnels using GPR. 14th International Conference on Ground Penetrating Radar (GPR), proceedings. Shanghai, China., 496-501.

Lai, W.L., Tsang, W.F., 2006. Characterization of pore systems of air/water-cured concrete using ground penetrating radar (GPR) through continuous water injection. Construction and Building Materials, 22: 250–256.

Loken, M., 2005. Current State of the Art and Practice of Using GPR for Minnesota Roadway Applications. Minnesota Local Road Research Board Office of Research Services.

Lorenzo, H., Hernandez, M.C., Cuellar, V., 2000. In Situ Radar Remote Sensing Applied to the Detection of Degradation in a concrete floor. Eight International Conference on Ground Penetrating Radar, Noon, D.A., Stickley, G.F., Longstaff, D. (eds.), SPIE, Vol. 4084.

Lorenzo, H., Rial, F.I., Novo, A.N., 2010. Evaluation of the Roman masonry arch bridge of Lugo (Spain). NDT&E International, 44 (1): 8-12.

Manacorda, G., Morandi, D., Sarri, A., 2002. A customized GPR system for railroad tracks verification. Ninth International Conference on Ground Penetrating Radar, Koppenjan, S.K.,Lee, H. (eds.), Proceedings of SPIE, Vol. 4758, 719-722.

Ranalli, D., Scozzafava, M., Tallini, M., 2004. Ground penetrating radar investigations for the restoration of historic buildings: the case study of the Collemaggio Basilica (L’Aquila, Italy), Journal of Cultural Heritage, 5: 91–99.

Saarenketo, T., Scuillion, T., 2000. Road evaluation with ground penetrating radar. Journal of Applied Geophysics, 43: 119-138.

Sadiku, M.N.O., 2001. Numerical techniques in electromagnetics, second edition, Boca Raton London New York Washington, D.C. CRC press.

Solla, M., Lorenzo, H., Novo, A., Riveiro B., 2011. Evaluation of ancient structures by GPR (ground penetrating radar): The arch bridges of Galicia (Spain). Scientific Research and Essays. 6(8): 1877-1884.

Solla, M., Lorenzo, H., Rial, F.I., Novo, A., 2012. Ground-penetrating radar for the structural evaluation of masonry bridges: Results and interpretational tools. Construction and Building Materials. 29: 458-465.

WWW.Malags.com

Xingxin, X., Qiaosong, Z., Dong, L., Jin, W., Xiangan, W., Jinyin, S., 2010. GPR detection of several common subsurface voids inside dikes and dams. Engineering Geology, 111: 31–42.

Zhang, C., Song, M., Wang, L., 2012. Application of GPR in Hole Survey of the Subway Project in Beijing, China. Energy Procedia, 16: 702 – 706.