MONITORING CRACK ORIGIN AND EVOLUTION AT CONCRETE ELEMENTS 
USING PHOTOGRAMMETRY 
W. Benning?, J. Lange*, R. Schwermann”, C. Effkemann“, S. Görtz” 
* Geodetic Institute, RWTH Aachen, Templergraben 55, 52062 Aachen, Germany, lange@gia.rwth-aachen.de 
° Zerna, Köpper & Partner, Industriestraße 27, 44892 Bochum, Germany 
TS COMM V: Metrology and Industrial Applications 
KEY WORDS: Change Detection, Tracing, High resolution, Expert System, Automation, Engineering 
ABSTRACT: 
Controlling and monitoring of crack origin and evolution of concrete elements is an important task in research of building materials. 
The efficiency of the reinforcement to the bearing capacity depends among other on the limited crack evolution. Regarding the 
research of crack evolution at the surface of the element, photogrammetry is approved, because it allows an expanded investigation 
of larger objects with high precision. 
With the presented experiments different structural elements of prestressed, reinforced and textile concrete are investigated. These 
are tension, shear beams and plate elements. For the photogrammetric measurements the surface is prepared by a grid of targets. Up 
to three digital cameras (Kodak DCS Pro 14n) are used as a multi exposure assembly or as a static one-camera-system. Cracks are 
causing local changes to the displacements between the targets. Repeating the measurement in time intervals the crack evolution can 
be observed. The digital images are evaluated by the photogrammetric software PHIDIAS; it yields a precision of the target 
coordinates up to 3pm. 
For analysing deformation, a software is developed to detect crack structures. Hereby the measurement data and the parameters of 
material are probabilistically regarded in the existence probability of a crack. The values are improved by intensification methods 
and then single cracks are automatically traced. Detail information like crack width and crack edge displacement are also calculated. 
In addition a Finite- Element- Module is developed, which simulates the test. Thus the results of photogrammetric measurements can 
be compared with the numeric tension calculation and iteratively improved. 
The described measurement and analysis system is developed at the Geodetic Institute of RWTH Aachen, University (Germany). 
The tests are realised at the Institute of Structural Concrete, the Institute of Building Material Research and Institute of Textile 
Technique, all RWTH Aachen. The work is part of the research activities referring to the “Sonderforschungsbereich 532 - 
Textilbeton™ (Collaborative Research Centre financed by the DFG (German research association) for textile concrete) . 
KURZFASSUNG: 
Die Kontrolle und Beobachtung der Rissentstehung und Rissentwicklung von Betonbauteilen ist eine wichtige Aufgabe in der 
Bauforschung. Die Wirksamkeit der Bewehrung im Hinblick auf die Tragfühigkeit der Bauteile hängt unter anderem von der 
begrenzten Rissbildung ab. Bei der Untersuchung des Rissbildungsverhaltens an der Bauteiloberflüche hat sich die Photogrammetrie 
bewährt, da sie als einziges Verfahren die hochgenaue, flüchenhafte Untersuchung eines grófferen Objektbereiches ermóglicht. 
In den hier vorgestellten Versuchen wurden unterschiedliche Bauteile aus Spann-, Stahl- oder Textilbeton untersucht. Es handelt 
sich um Zug- oder Biegeträger sowie um Scheibenkórper. Für die photogrammetrischen Messungen wird die Oberflüche der 
Versuchskórper mit rasterfórmig angeordneten Messmarken prüpariert. Die Aufnahmen werden mit bis zu drei Digitalkameras 
(Kodak DCS Pro 14n) als Mehrbildverband oder als statisches Einkamerasystem erstellt. Risse bewirken lokale Ánderungen in den 
Abständen zwischen den Messmarken. Durch die Wiederholung der Aufnahmen in zeitlichen Abständen kann auf diese Art die 
Rissbildung verfolgt werden. Die Aufnahmen werden photogrammetrisch mit der Software PHIDIAS ausgewertet, wobei die 
Koordinaten der Messmarken mit einer Genauigkeit von bis zu 3 um ermittelt werden. 
Für die Deformationsanalyse wird eine eigene Software zur Ermittlung der Rissstrukturen entwickelt. Hierbei werden die Messdaten 
und die Parameter des Materials probabilistisch in der Existenzwahrscheinlichkeit eines Risses berücksichtigt. Die Messwerte 
werden mittels Verstärkungsmethoden verbessert, um danach einzelne Risse automatisch verfolgen zu können. Detailinformationen 
wie Rissbreiten und Rissuferverschiebungen werden zusätzlich in der Berechnung ermittelt. 
Außerdem wird an einem Finite-Elemente-Modul gearbeitet, das die Versuche parallel simuliert. Auf diese Weise kann das aus der 
photogrammetrischen Messung gewonnene Ergebnis mit den numerischen Spannungsberechnungen verglichen und iterativ 
verbessert werden. 
Die Entwicklung des hier beschriebenen Mess- und Analysesystems findet am Geodátischen Institut der RWTH Aachen 
(Deutschland) statt. Die Versuche werden am Institut für Massivbau (IMB), Institut für Bauforschung (IBAC) und Institut für 
Textiltechnik (ITA), alle RWTH Aachen, durchgeführt. Die Arbeiten sind Bestandteil der Forschungsaktivitüten im Rahmen des 
Sonderforschungsbereiches 532 ,,Textilbeton“. 
  
  
   
  
   
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
    
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