Detta bör du veta om markvibrationer Carl Wersäll, KTH/GRV 11 mars 2015 Markvibrationskommittén Kommitté inom Svenska Geotekniska Föreningen (SGF) Arbetar för att sprida kunskap om markvibrationer Anordnar Markvibrationsdagen - Nu nordisk markvibrationsdag tillsammans med nordiska kommittéer - Första i Oslo 2012 - Andra i Ålborg 2014 - Tredje i Stockholm 2016 Anordnar kurser Ger ut SGF informationsskrift Markvibrationer www.sgf.net 2 Svenska Geotekniska Föreningen 1
Innehåll Vibrationskällor Inledande exempel Grundläggande begrepp Frekvensanalys Vågutbredning Resonans Vibrationsmätning Seismiska försök Åtgärder mot markvibrationer 3 Vibrationskällor Mänskliga aktiviteter: - Pålslagning -Packning - Sprängning - Trafik - Industri - Konserter/sportevenemang Naturliga vibrationer: -Jordskalv Vibrationskälla Vibrationsmätningar Vågutbredning 4 Svenska Geotekniska Föreningen 2
SGF Dagen innan GD - minikurser 2015-03-11 http://sv.wikipedia.org/wiki/gamla_ullevi Norconsult 5 6 Svenska Geotekniska Föreningen 3
SGF Dagen innan GD - minikurser 2015-03-11 7 8 Svenska Geotekniska Föreningen 4
Vad är vibrationer? En vibration är en fram och återgående svängningsrörelse kring ett jämviktsläge Fart (c) c f * Frekvensen anges ibland som f (svängningar/s, Hz) och ibland som vinkelfrekvens ω i (radianer/s). 9 Partikelrörelse Partikelrörelsen kan beskrivas med: - Förskjutning - Svängningshastighet - Acceleration Animation courtesy of Dr. Dan Russell, Grad. Prog. Acoustics, Penn State 10 Svenska Geotekniska Föreningen 5
Alla signaler kan beskrivas i tidsdomän och frekvensdomän. Omvandling kan ske mellan domänerna genom Fouriertransform eller FFT http://sv.wikipedia.org/wiki/jean-baptiste_joseph_fourier 11 Vågtyper Utbredningsriktning Partikelrörelse P-våg S-våg Rayleigh-våg (ytvåg, R-våg) Animation courtesy of Dr. Dan Russell, Grad. Prog. Acoustics, Penn State 12 Svenska Geotekniska Föreningen 6
Vågutbredning Nils Rydén 13 Vågutbredning Ytvåg (R-våg) S-våg P-våg Nils Rydén 14 Svenska Geotekniska Föreningen 7
Vågutbredning Nils Rydén 15 Vågfarter c P M c S G Vågfart varierar med spänning, töjningsnivå etc. 16 Svenska Geotekniska Föreningen 8
Våglängd och geometri har stor betydelse 17 Några exempel c f * Spontvibrering i lera: - f=30 Hz, c S =150 m/s, c P =300 m/s - S =5 m, P =10 m Sprängning i berg: - f=300 Hz, c S =2500 m/s, c P =5000 m/s - S =8 m, P =17 m Våglängder för markvibrationer skapade av mänskliga aktiviteter, typiskt 1-50 m Partikelförskjutning normalt 0.001-1 mm 18 Svenska Geotekniska Föreningen 9
Resonans Vibrationsförstärkning Dämpning Frekvens 19 Resonans Höga vibrationer om resonansfrekvenser exciteras och dessutom samverkar f r =6 Hz f r =11 Hz Vibrationskälla c 1 fr=(c1/4h)*(2n-1); n=1,2,. c 2 c 1 <c 2 20 Svenska Geotekniska Föreningen 10
Vibrationsmätning Vibrationer kan mätas med: - Accelerometer (acceleration) -Geofon (svängningshastighet) - Seismometer (svängningshastighet) 21 Mätriktning 22 Svenska Geotekniska Föreningen 11
Seismiska försök Dynamiska fältförsök för att bestämma: -Jordlagerföljd - Statiska jordegenskaper - Dynamiska jordegenskaper Billiga jämfört med konventionella geotekniska undersökningar (borrning, sondering, provtagning) Ofta osäkert behöver kombineras med konventionella undersökningar Depth (m) 0-5 -10-15 -20-25 -30-35 -40-45 0 0.05 0.1 Time (s) 0.15 23 0.2 Åtgärder mot markvibrationer Källan, utbredningsvägen eller mottagaren? Vid källan: - Förändra styvhet, massa osv. Längs utbredningsvägen: - Öppna diken - Veka skärmar: cellplast, luftkuddar etc. - Styva skärmar: betong, KC-pelare, jetpelare etc. Vid mottagaren (t.ex. byggnad): - Planlösning, innerväggar - Grundläggning OBS! Beror på vibrationsfrekvensen/våglängden 24 Svenska Geotekniska Föreningen 12
25 Svenska Geotekniska Föreningen 13