Fibre-optic Sensors Embedded in Geotechnical Textiles and Concrete Piles for Structural Health Monitoring

摘要

Fibre-optic sensors are more and more used in geotechnical and civil engineering. There are a big number of applications with the purpose of improvement or proof of the structural integrity. This paper presents two examples where different fibre sensor types are exploited for safety-relevant task in geotechnique. Technical textiles with embedded distributed fibre-optic sensors based on Brillouin scattering in silica optical fibres and OTDR (optical time-domain reflectometry) in polymer optical fibres are presented. Such "smart" technical textiles can be used for reinforcement of geotechnical structures and masonry walls, and the embedded fibre-optic sensors can provide information about the condition of the structures as well as detect the presence of any damage and destructions in real time. Highly sensitive fibre-optic geo-phones based on Fabry-Perot sensors embedded in large concrete pile can be used for precise measurement of deformation and wave distribution during static and dynamic pile test. Such sensors make the evaluation of the pile's integrity and load-bearing capacity easier.%Faseroptische Sensoren werden zunehmend im Bauwesen und in der Geotechnik eingesetzt. Es gibt zahlreiche Anwendungsbeispiele, bei denen die Sensoren eine verbesserte Bewertung bzw. den Nachweis der Integrität des Bauwerks oder wichtiger Bauwerkskomponenten ermöglichen. In diesem Beitrag werden zwei Anwendungsbereiche vorgestellt, wo unterschiedliche Fasersensor-Typen für sicherheitsrelevante Monitoring-Aufgaben genutzt werden: Langzeitüberwachung mit Hilfe intelligenter Geotextilien sowie Betonpfahl-Prüfung mit Hilfe eingebetteter Schallaufnehmer. Technische Textilien mit eingearbeiteten optischen Sensorfasern aus Glas- oder Polymer-Werkstoffen werden für Stabilisierungszwecke in der Geotechnik oder auch zur Verstärkung von Mauerwerk eingesetzt. Unter Verwendung der Brillouin- oder OTDR-Messtechnik werden über große Entfernungen Informationen über den Bauwerkszustand gewonnen oder auch Schädigungen angezeigt. Demgegenüber ermöglichen hochempfindliche in Gründungsstrukturen aus Beton eingebettete faseroptische Geophone, basierend auf Interferometer-Technik, eine präzise Information über deren Integrität und Tragverhalten. Die Nutzung dieser Technik bei der dynamischen Pfahlprüfung großer Gründungspfähle aus Beton wird im Beitrag erläutert. Durch eingebettete Sensoren können umfassendere Aussagen über deren Integrität und Tragverhalten gewonnen werden.