Ground penetrating radar survey of historic masonry arch bridges of Galicia (Spain)

Resumen   Abstract   Índice   Conclusiones


María Mercedes Solla Carracelas

2011-A
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Resumen

Los puentes históricos representan una parte integral del patrimonio arqueológico de una región. El interés por las construcciones del patrimonio cultural y, en particular, por los puentes históricos, es un hecho aceptado y sobradamente contrastado, plasmándose en las sociedades avanzadas en una preocupación y sensibilidad especial por su mantenimiento y conservación. Estas construcciones requieren una especial atención puesto que muchas de ellas han perdido su utilidad original y en la actualidad, se encuentran desempeñando una funcionalidad diferente para la que han sido diseñados. Normalmente se encuentran expuestos a especiales situaciones de tensión como pueden ser las fuertes cargas e intensas vibraciones derivadas del tránsito de vehículos, al margen de los errores constructivos que hayan podido cometerse y del propio paso del tiempo, produciendo un deterioro que demanda una constante atención. Por lo tanto, se requiere de medidas de evaluación y diagnóstico constantes encaminadas a su conservación y rehabilitación, utilizando métodos que no alteren el carácter histórico de estas estructuras. Así mismo, el análisis de estas construcciones no está exento de dificultades debido a su complejidad estructural y geometría irregular, del mismo modo que las actuaciones encaminadas a su conservación y rehabilitación. Una aproximación y solución parcial a este problema sa basa en el empleo de técnicas geomáticas no destructivas, cada vez más demandadas, pues permiten avanzar en la caracterización precisa de la construcción desde un punto de vista geométrico y estructural. Atendiendo a dicha demanda, en el presente trabajo se analiza la viabilidad y efectividad del empleo del geo-radar, como una técnica no destructiva, para la evaluación del estado de conservación de 36 puentes históricos, romanos o medievales, de la Comunidad Autónoma de Galicia (Noroeste de España) desde tres perspectivas: documental, estructural y arqueológica. Como resultado, se ha desarrollado un inventario en el cual se ha incluido la información más relevante adquirida para su caracterización y diagnosis, lo cual puede ser útil para los ingenieros en cuanto a decidir futuras tareas de mantenimiento o rehabilitación o incluso poder diseñar adecuadas normas de protección del patrimonio histórico-arqueológico.

La propuesta contemplaba la aplicación del radar de subsuelo, complementada con técnicas fotogrametricas de apoyo y, láser terrestre, con los que se obtiene el modelo tridimensional externo de los puentes, que es incorporado como dato geométrico real para la interpretación fina de los radargramas. Debido a la heterogeneidad que suele caracterizar a estas estructuras, el análisis e interpretación de datos GPR pueden llegar a ser muy complejos. Para estos casos, fueron requeridas simulaciones numéricas sofisticadas en cuanto a poder establecer una adecuada interpretación de los datos obtenidos. Mediante el empleo de estas simulaciones, ha sido posible el estudio de la naturaleza de algunas de las señales reflejadas dentro del puente. Para la realización de este análisis GPR numérico se ha aplicado el método de diferencias finitas en el dominio del tiempo (FDTD) y los modelos sintéticos fueron elaborados a partir de la geometría externa precisa obtenida mediante Fotogrametría o 3D Láser Escáner. Además, también se han desarrollado modelos de simulación a partir de las ortofotografías 2D obtenidas de los modelos 3D del puente a partir de la Fotogrametría y Láser Escáner. Esto ha permitido simular modelos sintéticos totalmente realísticos y a gran escala, ofreciendo una absoluta aproximación a los datos geo-radar reales. Con esto se persiguía la localización y documentación de elementos históricos y/o estructurales en el interior de los puentes (arcos ocultos, refuerzos, etc), la documentación y posicionamiento de fallos en el relleno (grietas, oquedades, etc), y la zonificación de las diversas partes del puente en función del material de relleno, de su homogeneidad y, en lo posible, de su densidad, guardando estos aspectos relación con las actuaciones de rehabilitación efectuadas en los puentes, no siempre suficientemente documentadas. Los resultados de la tesis obtenidos han permitido establecer sinergias para la creación o mejora de los procesos y servicios relacionados con la puesta en valor de los bienes patrimoniales mediante actividades de conservación, centrándose especialmente en aspectos de durabilidad y seguridad, y medioambientales, y, en particular, para evaluación, rehabilitación y mantenimiento de puentes históricos de mamposteria.

Los contenidos de cada capítulo de la tesis son los siguientes:

El capítulo 1 presenta la motivación tenida en cuenta para el desarrollo de este trabajo así como, los principales objetivos y ámbito de aplicación establecidos. La última parte de este capítulo está compuesta por un breve comentario para cada uno de los restantes capítulos. Aunque el geo-radar es uno de los métodos no destructivas más empleados en el diagnótico e inspección de puentes, la bibliografía especializada no ofrece muchos ejemplos de su empleo en puentes históricos de mampostería hasta el momento. El principal objetivo general de este trabajo era analizar la viabilidad y la eficacia de GPR (como método no destructivo), para la obtención de información interna de puentes históricos de arco desde tres puntos de vista: documental, estructurales y arqueológicos. Los resultados obtenidos permitirán un mejor conocimiento del estado de conservación en una serie representativa de puentes históricos de Galicia de épocas romana y medieval, la mayoría de los cuales han sido rehabilitados o parcialmente reconstruidos en los últimos años. En particular, este estudio intenta evaluar la viabilidad del GPR para: 1) localizar y medir elementos estructurales dentro de los puentes, como arcos ocultos o refuerzos interiores, 2) documentar y posicionar fallos estructurales como grietas o huecos, y 3) detectar las diferentes zonas de relleno con respecto a los materiales de construcción utilizados y su homogeneidad y/o densidad, cambios a menudo relacionados con actividades de rehabilitación o reconstrucción. El objetivo final era desarrollar sinergias para crear o mejorar los procesos y servicios relacionados con el valor de este patrimonio cultural por medio de actividades de conservación, especialmente encaminadas a aspectos de durabilidad y seguridad y, en particular, para la evaluación, rehabilitación y mantenimiento de los puentes históricos. Con este fin, se creó una base de datos incluyendo toda la información obtenida de los estudios GPR realizados.

El capítulo 2 está principalmente dividido en dos partes. La primera parte proporciona información sobre la historia de los puentes de arco de mampostería así como la evolución de los materiales empleados para su construcción a través del tiempo. En este sentido, los principales materiales empleados para la construcción de puentes son piedra – fundamentalmente granito y esquisto en Galicia–, madera, acero, hormigón armado, hormigón pre-tensado y hormigón post-tensado. Más recientemente, con la Revolución Industrial del siglo XIX, se comenzaron a construir puentes de hierro. Los puentes históricos están principalmente construidos con piedra. También se hace mención, en esta primera parte, a los principales daños que pueden afectar a estas construcciones. Éstos han sido divididos esencialmente en dos grupos: 1) daños debidos a la deterioración del material tales como humedad, erosión y otros causados por el viento y la polución y, 2) daños originados por efectos mecánicos en la estructura, incluyendo el incremento de cargas, tráfico, deformación térmica, terremotos o explosiones. La segunda parte presenta una introducción a los métodos no destructivos más comúnmente empleados en la evaluación de puentes de mampostería. Se requiere de métodos no destructivos y no invasivos para su análisis en orden a preservar el carácter histórico de estas estructuras. De este modo, se describen los principios básicos para los siguientes métodos: Impact-echo, métodos eléctricos, métodos sónicos y termografía. Asimismo, se hace hincapié en el método del GPR, incluyendo una breve reseña histórica y principales aplicaciones de la técnica junto con los fundamentos teóricos básicos y una revisión bibliográfica de su aplicación a puentes de arco de mampostería. Se presenta un breve resumen sobre su evolución y materiales constructivos así como a los daños típicos que se suelen observar en puentes históricos. Una parte significativa de este capítulo se centra en los métodos no destructivos más comúnmente empleados para la detección de estos problemas, con una atención excepcional al GPR. Las principales aplicaciones y los fundamentos básicos del GPR son brevemente expuestas y, finalmente, se presenta una breve revisión histórica en la aplicación del GPR al estudio de este tipo de construcciones.

En el capítulo 3 se describe la metodología de trabajo propuesta en este trabajo para evaluación de puentes históricos. Los criterios de selección asumidos para la elección de los puentes inventariados son mencionados en este capítulo. De este modo, los puentes incluidos serán construcciones de arco de piedra –granito o esquisto–, anteriores al siglo XVIII y preferiblemente deben presentar alguno riesgo de desaparición así como la necesidad de alguna intervención de conservación. En el primer subcapítulo se presentan las metodologías establecidas para el estudio GPR y topográfico así como los métodos empleados para obtener la geometría externa de la estructura. La metodología GPR diseñada propone la toma de dos perfiles longitudinales paralelos a lo largo de la estructura con las antenas de 250 y 500 MHz. Aunque el GPS parecía ser el método más efectivo en la obtención de datos (x,y,z) para la posterior corrección topográfica de los datos radar, el estudio topográfico mediante estación total ha revelado ser un método rápido y simple para la obtención de información adecuada junto con las marcas de campo registradas durante la toma de datos y las medidas geométricas realizadas en campo. El segundo subcapítulo describe la secuencia de filtrado comúnmente aplicada a los datos GPR así como el proceso seguido para la determinación de velocidades y las oportunas correcciones topográficas y de inclinación de la antena asumidas. En este sentido, la estimación del valor de velocidad se llevó a cabo por ajuste hiperbólico a la reflexión generada en la interfaz granito-aire o relleno-granito correspondiente al arco. Habitualmente, esta reflexión se encuentra deformada y no presenta una forma hiperbólica exacta. En estos casos, la velocidad fue determinada ajustando la rama hiperbólica a cada media parte de la reflexión en la clave del arco. Adicionalmente, el tercer subcapítulo presenta algunas pautas para el modelado numérico empleado como paso previo a la interpretación de datos GPR junto con una breve revisión de los principales pasos a seguir para la elaboración de modelos sintéticos para el programa de simulación empleado en este trabajo. La simulación FDTD mostró ser una herramienta adicional de interés en la consecución de una interpretación avanzada de los datos radar. Finalmente, en el cuarto subcapítulo, se mencionan e ilustran algunas dificultades identificadas en dicha interpretación.

Tras una profunda revisión y selección de los puentes históricos más representativos de la Comunidad Autónoma de Galicia (Noroeste de España), un total de 36 puentes fueron evaluados con GPR, manteniendo una representación equilibrada para las cuatro provincias gallegas. En el capítulo 4 se muestran los resultados obtenidos.  Este capítulo está dividido en dos partes. Una primera parte incluye un inventario en el que se recoge un breve resumen de los datos adquiridos para cada uno de estos puentes. El principal propósito es desarrollar un catálogo para la caracterización y diagnóstico de estas estructuras en el que se proporcione información de utilidad para ingenieros civiles. De esta forma se podría hacer un diagnóstico sobre su estado de conservación y decidir intervenciones de conservación y rehabilitación. Dicho inventario se basa en criterios históricos y de conservación como fuente de información para la protección legal del patrimonio histórico-artístico. El inventario elaborado incluye un total de 36 puentes de arco de mampostería con suficiente entidad monumental, valor artístico e interés estructural. Para cada uno de ellos, se presenta la siguiente información: una descripción general del puente incluyendo su localización, estructura externa y las posibles restauraciones efectuadas a lo largo de su historia. También se describe la metodología adoptada para el estudio GPR, incluyendo los parámetros seleccionados para la evaluación y la secuencia de filtrado empleada. Por último, se muestran los resultados obtenidos junto con la interpretación de los principales reflectores detectados. 

La segunda parte del capítulo está compuesta por una selección de cuatro casos de estudio representativos de los resultados más interesantes que se han observado desde un punto de vista arqueológico-estructural: puentes de San Antón, Traba, Bibei y Lugo. En esta sección, los resultados son analizados con más detalle y comparados con modelos sintéticos con el fin de poder realizar una interpretación más exhaustiva. De este modo, la interpretación realizada para cada uno de ellos ha revelado información de importancia desde el punto de vista histórico, arqueológico y estructural. 

Por último, las conclusiones generales del trabajo en su conjunto se resumen en el Capítulo 5 junto con algunas sugerencias y propuestas para futuras investigaciones en este tema.

 El propósito principal de esta tesis era analizar la viabilidad y efectividad del GPR, como un método no destructivo, para obtener información del estado interno de puentes históricos desde tres   puntos de vista: histórico, estructural y arqueológico. Se han seleccionado un total de 36 puentes a lo largo del territorio de Galicia de acuerdo a los criterios de selección establecidos. Como conclusión general, los resultados presentados han confirmado la efectividad del GPR en la evaluación de puentes de arco de mampostería, revelando detalles constructivos, modificaciones y fallos estructurales acontecidos a lo largo del tiempo. 

Los resultados han mostrado como un simple pero cuidadoso procesado de la señal permite extraer información significante relativa a la estructura interna del puente, lo cual hará más fácil la interpretación de los datos GPR. Para obtener buenos resultados, además de la experiencia de la persona encargada de interpretar los datos en el conocimiento de la técnica, es importante conocer algunos de los detalles constructivos más relevantes en puentes de arco de mampostería. Así, la interpretación de los datos por historiadores, arqueólogos e ingenieros especializados en esta materia puede ser de gran utilidad. Asimismo, la literatura existente sobre este tópico puede proporcionar información de interés a la hora de corroborar la interpretación realizada. 

Los resultados han mostrado información relevante desde un punto de vista histórico, arqueológico y estructural. Ha sido posible detectar y mapear restos de intervenciones de restauración a través del tiempo. De este modo, se han detectado tareas de reconstrucción de arcos en los puentes Lubiáns y Bibei así como, tareas de restauración de la calzada de algunos de los puentes seleccionados, como es el caso de los puentes de Monforte, Cabalar, Bibei y Areas. Después de la restauración, estos puentes serían rellenados con materiales de relleno diferentes a los empleados para la estructura original. Además, como en el caso del puente de Lugo, ha sido posible diferenciar distintos materiales de construcción en la fábrica. Algunas veces, también se ha podido detectar la existencia de diferente relleno sobre las bóvedas así como inhomogeneidades dentro del propio material. Estos efectos pueden ser fácilmente reconocibles debido a la asimetría del patrón de geometría de la reflexión a ambos lados de la clave del arco y las deformaciones causadas por fluctuaciones de baja frecuencia respectivamente producidos. Indirectamente, este hecho puede informar acerca de posibles tareas de reconstrucción y restauración llevadas a cabo. Asimismo, ha sido posible identificar información de interés desde un punto de vista arqueológico tales como la presencia de arcos ocultos (puentes de San Antón, Monforte y Carmen de Abajo) o antiguos perfiles de la estructura (puentes de Lugo, Madalena y Traba). Esta información puede ser de utilidad para historiadores e ingenieros civiles a la hora de verificar información histórica existente y tomar medidas de preservación y restauración de puentes históricos. También ha sido posible conseguir información estructural como elementos estructurales de refuerzo (puente de San Antón), el espesor de dovelas (puentes de Freixo y Bibei) e información acerca de la naturaleza de la cimentación (puentes de Cernadela, Areas y San Clodio). Incluso se ha detectado una posible cavidad en uno de los pilares del puente de Traba. Otra información estructural de relevancia conseguida fue la presencia de materiales modernos frecuentemente empleados en la construcción de la calzada para refuerzo tales como hormigón armado (puentes de Carracedo y Loña) y suelo-cemento (puentes de A Cigarrosa y Ourense) en el interior del puente. Toda esta información puede ser adecuada para ingenieros civiles a la hora de diseñar medidas de refuerzo de la estructura. Incluso ha sido esencial determinar con cierta exactitud la velocidad de la señal puesto que, este valor puede indicar la presencia de humedad dentro del puente como es el caso de los puentes de Traba, Bibei y San Antón. Igualmente, este contenido de humedad puede estar relacionado con la existencia de grietas y huecos en la fábrica, lo cual es un aspecto importante en términos de durabilidad y estabilidad. 

La simulación FDTD elaborada en este trabajo ha proporcionado importante información adicional para una interpretación avanzada de los datos radar. Dicha propuesta contempla el uso de la geometría precisa obtenida mediante métodos fotogramétricos o de láser escáner en el diseño de modelos apropiados. 

 

 
Abstract

Historical bridges represent an integral part of the traditional architectonic heritage of a region. These ancient structures require special attention because many of them have lost their original utility and now have different functionalities, often supporting special tension conditions such as strong loads and intense vibrations. Therefore, a constant diagnosis of their structure is required to provide information on their preservation and restoration using methods that will not change the historical character of the structure. 

This thesis presents the results of the application of GPR as a non-destructive technique for evaluating the state of conservation of 36 Roman or medieval bridges selected from around the whole Galician territory (NW Spain). A field methodology was proposed in this work to analyze the viability and effectiveness of GPR for obtaining internal information on ancient masonry arch bridges from three points of view: historical, structural and archaeological. As a result, an inventory was developed including the most relevant information obtained for their characterization and diagnosis. This information can be useful for engineers in planning maintenance or rehabilitation tasks as well as in designing legal regulations for heritage protection. 

Owing to the heterogeneity of these structures, the analysis and interpretation of GPR data can be complex. In such circumstances, a sophisticated numerical modelling was employed to facilitate GPR data interpretation. The GPR numerical modelling allowed the study of the attributes of reflected signals from various targets within the bridge structure. The GPR numerical analysis was undertaken using the finite-difference time-domain (FDTD) method and the synthetic models were created from the accurate external geometry of the bridges provided by photogrammetric and 3D laser scanning methods.

 

The contents of this work are organized as follows:

Chapter 1 provides the motivation taken into account for this dissertation together with the main purposes and scope established, concluded by brief comments on each chapter.

Chapter 2 provides some general background information on masonry arch bridges. A brief summary of their evolution and construction materials is given as well as details on the typical damages that historical bridges suffer. A significant part of this chapter focuses on the most common NDT methods employed for the detection of these problems with particular attention to GPR. The main applications and the basic fundamentals of GPR are outlined, and, finally, a brief historical review of GPR applications to masonry arch bridges is presented.

In Chapter 3, the survey methodology proposed in this work for assessing historical bridges is described. The GPR and the topographic surveys as well as the methods used to obtain the external geometries of the structures are briefly explained. Some guidelines for GPR signal processing are also presented. Finally, some guidelines for FDTD modelling are provided. In addition, the theory of FDTD numerical modelling is outlined with a particular emphasis on the GprMax software.

Chapter 4 presents the GPR results obtained for the 36 selected historical bridges. This chapter is divided in two parts. The first one includes an inventory with a brief summary concerning the GPR results acquired for all of them. The second part consists of a selection of four case studies representative of the most interesting results acquired where the results are analyzed in more detail and compared with synthetic models. The extracted results revealed noteworthy information from historical, archaeological and structural points of view.

Finally, the general conclusions of the thesis are summarized in Chapter 5, including some recommendations for future works.

 


 
Índice

Abstract

 

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Acknowledgements

 

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List of Symbols

 

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List of Abbreviations

 

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CHAPTER I. INTRODUCTION

 

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1

         1.1.- Motivation of this thesis

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1

        1.2.- Scope of the research

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3

        1.3.- Outline of this thesis

 

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4

CHAPTER II. MASONRY ARCH BRIDGES

 

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5

2.1.- Historical evolution of masonry arch bridges

 

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5

        2.2.- Damages to masonry arch bridges

 

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8

2.3.- NDT methods for assessing masonry arch bridges

 

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10

                    2.3.1.- The impact-echo system

 

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12

                    2.3.2.- Conductivity measurements

 

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13

                    2.3.3.- Sonic methods

 

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14

                    2.3.4.- Infrared thermography

 

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15

        2.4.- GPR for masonry arch bridges evaluation

 

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16

                    2.4.1.- Historical notes and applications of GPR

 

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17

                    2.4.2.- GPR fundamentals

 

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                                2.4.2.1.- Basic principles

 

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18

                                2.4.2.2.- Data acquisition modes

                                   

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20

                                2.4.2.3.- Maxwell’s equations

 

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21

                                2.4.2.4.- Electromagnetic properties of media

 

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22

                    2.4.3.- GPR on masonry arch bridges

 

 

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CHAPTER III. SURVEY METHODOLOGY

 

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        3.0.- Selection criteria 

 

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        3.1.- Field work

 

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30

                    3.1.1.- GPR survey

 

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30

                                3.1.1.1.- Equipment

 

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30

                                3.1.1.2.- Assessment methodology

 

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32

                    3.1.2.- Topographic measurements

 

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34

                    3.1.3.- External geometry measurements

 

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34

                                3.1.3.1.- Basic measurements with tape measure

 

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34

                                3.1.3.2.- Accurate measure from the photogrammetry                                         or laser scanning

 

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35

        3.2.- GPR data processing

 

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36

                    3.2.1.- 1D Filters

 

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37

                                3.2.1.1.- Time zero

 

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37

                                3.2.1.2.- Dewow

 

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37

                                3.2.1.3.- Band-pass

 

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38

                    3.2.2.- Gain

 

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39

                    3.2.3.- 2D Filters

 

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40

                                3.2.3.1.- Spatial filtering (Subtracting average)

 

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40

                    3.2.4.- Velocity determination

 

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40

 

 

 

 

 

 

        3.3.- FDTD Modelling

 

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                    3.3.1.- Basic theory

 

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                    3.3.2.- GprMax

 

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                                3.3.2.1.- General input file structure

 

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        3.4.- GPR data interpretation

 

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                    3.4.1.- Data interpretation pitfalls 

 

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                                3.4.1.1.- Ringing noise

 

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                                3.4.1.2.- X Marks the spot

 

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                                3.4.1.3.- Airwave events

 

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                                3.4.1.4.- Signal attenuation

 

 

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CHAPTER IV. RESULTS 

 

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        4.1.- Inventory

 

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                    4.1.1.- Coruña 

 

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                    4.1.2.- Lugo

 

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                    4.1.3.- Ourense

 

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                    4.1.4.- Pontevedra

 

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        4.2.- Selected case studies

 

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                    4.2.1.- San Antón bridge

 

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                    4.2.2.- Traba bridge

 

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                    4.2.3.- Bibei bridge

 

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                    4.2.4.- Lugo bridge

 

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CHAPTER V. GENERAL CONCLUSIONS

 

 

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References

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Appendix

 


 
Conclusiones

The main purpose of this thesis was to evaluate the viability and effectiveness of GPR as an NDT method for obtaining internal information in historical bridges from three points of view: historical, structural and archaeological. A total of 36 historical bridges were chosen throughout the whole Galician territory according to the selection criteria described in Chapter 3. As a general conclusion, the results presented confirmed that GPR is an effective NDT method for masonry arch bridge inspection, revealing construction details, modifications and problems which have arisen over time. 

Additionally, this work attempted to develop an extended methodology to assess masonry arch bridges using GPR. The 250 and 500 MHz antennas were selected to reach the bridge foundations and to obtain information concerning the shallower filling material. These frequencies were selected as an optimum compromise between penetration and resolution. For each antenna, two longitudinal parallel profiles were acquired in opposite directions. Usually, historical bridges present a narrow pathway. Thus, the use of two profiles was assumed to be the most suitable. Sometimes, due to the heterogeneity in materials within the structure it was useful to have two profiles to corroborate the lateral continuity of the reflections detected and verify the subsequent data interpretation. Moreover, the field markers gathered over the keystones of the arches together with the geometric measurements acquired proved useful in performing a preliminary identification of the main reflections, such as those from the arch-air and air-water interfaces. 

Several problems were revealed related to GPR field data acquisition. Due to the usual rough stone pathways of the ancient bridges, a previous calibration of the survey wheel was necessary to obtain suitable radar-trace locations. Moreover, GPR data acquisition could take additional time owing to the fact that some of these structures support intensive road traffic. Sometimes, the great heights of the bridges presented a problem for data acquisition, necessitating the employment of higher peak power or lower frequency antennas. Thus, the unshielded 200 MHz antenna or shielded/unshielded 100 MHz antenna could be used to reach the bridge foundations. For this work, the best alternative was the unshielded 200 MHz antenna, which was sufficient to perform the structural diagnostics in these cases without a loss of resolution. Additionally, topographic correction revealed its importance for improving the accuracy of imaging subsurface features in pointed bridges. However, the antenna-tilt correction was not highly relevant given the slight variations in elevation of these structures; this correction is more recommended for abrupt topographies. Although GPS seemed to be the best option to collect the (x,y,z) data due to its centimeter accuracy and real-time positioning, it showed considerable limitations in achieving high accuracy in data processing, such as those related to the GPS antenna position and stability during GPR-GPS data collection. The GPS stability can be an issue during data acquisition due to the typical rough stone pathway of the historical bridges. In addition, historical bridges are often situated in wooden areas which impede good coverage for continuous RTK precision, reducing GPS data accuracy. In contrast, topographic surveys by means of a total station coupled with field markers and expeditious measurements proved to be a fast and simple method to provide suitable information. 

The results showed how just a simple but careful data processing allowed for the extraction of significant information concerning the internal structure of the bridge, which made the GPR data interpretation easier. Besides the experience of the interpreter and their knowledge of the techniques required to obtain good results, it is important to understand the construction details of masonry arch bridges. In this way, interpretation of these data by historians, archaeologists and engineers specialized in this topic can be very useful. Additionally, the existing literature on the matter can provide relevant information to corroborate the interpretations made.

Several difficulties arose in signal velocity determination related to the presence of different fillings on either side over an arch or inhomogeneities in a single material as well as those caused by the usual internal staircase shape of ring stones and by ring separation. As a consequence, irregularities in the reflection patterns obtained from the arch-air interfaces were observed. To solve these difficulties, the velocity was estimated by adapting a hyperbolic shape for each half of the reflection, resulting in two different signal velocities. Moreover, the segmental and gothic geometries assumed to exist in ancient times also provided irregular shapes; in such cases, the velocity was determined by the same procedure. It could be worthwhile to perform a survey in the common-mid-point acquisition mode (CMP) to estimate the velocity value, especially in the transverse direction to the bridge. However, this survey can be avoided owing to the typical pointed profile of ancient bridges as well as the difficult analysis produced by the complex inhomogeneity within the structure and the ignorance relating to the different building materials involved. In addition, some modern materials used for restoration such as reinforced concrete and soil-cement can be an important cause of signal attenuation and loss of target resolution, resulting in a difficult data interpretation. Examples of signal attenuation by reinforced concrete were encountered in the Carracedo and Loña bridges, whereas for soil-cement this effect was easily distinguished in the San Alberte and Ourense bridges.

The results revealed notable information from historical, archaeological and civil-structural view points. It was possible to detect and map the remains of restoration tasks performed on the bridges. In this way, reconstruction of the arches was observed in the Lubians and Bibei bridges as well as restoration tasks concerning the pathways of some bridges, as in the cases of the Monforte and Areas bridges. After restoration, these bridges were filled using backfilling materials different from the original ones. Moreover, as in the case of the Lugo bridge, different building materials were identified in the stonework. Sometimes, the existence of a different filling material and inhomogeneities in a single material over the arches were also found. These events were easily recognized by the asymmetric pattern across the two sides of the keystone and the deformations produced by low frequency fluctuations, respectively. Indirectly, this can also inform the surveyor about reconstruction or restoration tasks performed in the past. Additionally, it was possible to identify other interesting aspects from an archaeological point of view, such as the presence of possible hidden arches (as in the San Antón, Monforte and Carmen de Abajo bridges) or a different historical shape of the structure (as in the Lugo, Madalena and Traba bridges). This information may be useful for historians and civil engineers to corroborate the available historical information and to take steps for the preservation and restoration of historical bridges. Also, structural information was obtained such as structural elements for reinforcement (San Antón bridge), the ring stone thickness (Freixo and Bibei bridges) and information about the nature of the foundations (Cernadela, Areas and San Clodio bridges). A probable cavity was even detected in one pier of the Traba bridge. Other relevant structural information obtained included the presence of modern materials frequently used in pathway construction for reinforcement in the subsurface of the bridge, such as reinforced concrete (Carracedo and Loña bridges), and soil-cement (A Cigarrosa and Ourense bridges). All this information can be useful for civil engineers in developing strengthening measures. In addition, an accurate signal velocity determination was essential because this value can indicate the presence of moisture in the structure, as in the cases of the Bibei, Traba and San Antón bridges. This moisture content can be related to the existence of cracks and voids within the bridge, which is an important aspect in terms of durability and stability. 

The identification of cracks and hollows within the structure by GPR was not possible. This could be a consequence of the confluence of many reflections from the inhomogeneous filling material over and between the arches. Additionally, the river-bed level was not easily distinguishable for any bridge. For this case, the confluence of reflections was more complex because, in this location, there are unwanted reflections from the foundations and the filling between arches, as well as multiples from the arch-air and air-water interfaces and the typical corner reflections generated in these kinds of arches. Moreover, the identification of the ring stone thickness poses a difficult task due to this inhomogeneity. A GPR survey around the internal surface of the arch vault may be an effective way to solve this problem.

Improvements in the understanding and use of this technique applied to masonry structures as well as for GPR data interpretation are required in the near future due to a growing demand in the use of NDT methods in civil engineering. Thus, the FDTD models created in this work provide important additional information for the advanced interpretation of radar data. The proposal contemplates the use of accurate external bridge geometry obtained from photogrammetric or 3D laser scanning methods to design suitable models. An inconvenience in FDTD modelling was encountered when large-scale and realistic models were simulated because excessive computer memory was required. Therefore, further research on synthetic modelling is demanded to yield a better correlation between real GPR data and synthetic results as well as a significant reduction in computational time. 

The 500 MHz antenna did not provide information about the existence of cracks or hollows in the structures due to the significant filling heterogeneity within them. Therefore, a further, deeper study of historical bridges using higher frequency antennas is required to define these kinds of structural faults. A 3D survey could possibly be utilized to detect the presence of cracks and hollows. However, the data acquisition of a 3D mesh can be avoided for the usual rough stone pathways of historical bridges. 

The results acquired sometimes revealed interesting structural information. In these cases, further studies are proposed to perform a deeper GPR survey or even a 3D survey to obtain detailed information. It may also be important to verify the continuity of some reflectors as well as their dimensions. Moreover, we would suggest a GPR survey on the spandrel walls of the bridge to obtain additional information such as the thickness of the granite ashlars. Additionally, GPR tomography methodologies placing the antennas on opposite spandrel walls of the bridge are proposed as complementary diagnostic tools to perform an internal evaluation of the filling compaction and moisture content within the structure. It may be interesting to test a combination of GPR with other NDT methods such as infrared thermography, sonic or conductivity, as each NDT method provides different information regarding the physical properties of the masonry structure. Thus, this complementary testing could be useful in detecting and monitoring the presence of cracks or voids in the structure as well as changes in internal moisture content together with inhomogeneity identification and layering within the bridge. 

Finally, an extension of the inventory developed here is proposed by attaching more historical bridges in the Galician territory or even presenting additional GPR results obtained with higher and lower frequency antennas.