7. Meting paalfundering IFCO

Transcriptie

1 7. Meting paalfundering IFCO Datum: 13 juni 2008 Bedrijf; Bureau voor bouwpathologie, te Montfoort Esther Stapper Datum: 11 februari 2008

2 Inhoudsopgave 1.0. Inleiding De proef De meting De werkzaamheden per tijdstip Na de meting Wat is het verschil tussen een AxiLog en een VIBRA-sbr+ trillingsmeter? Wat voor trillingen veroorzaakt de heimethode? Heimethode Trillingen Bodemsoort Krachten en energie Krachten Energie Meetgegevens De Snelheid De versnelling Frequentie Uitwijking Barkan SBR richtlijnen Bijlage Bijlage 1. Vibra trillingsmeter 2. Vibro paalfundering 3. Sondering gegevens 2

3 1.0. Inleiding Als laatste praktische onderdeel van het onderzoek naar het effect van trillingen op gebouwen is een trillingsmeting gedaan in Assendelft. Op 4 verschillende afstanden van het heien van vibro-palen, in een nieuwe wijk te Assendelft, zijn trillingsmeters geplaatst. Deze metingen zijn in tegenstelling tot de metingen op de stations met een Vibra-sbr trillingsmeter gedaan in plaats van met een AxiLog trillingsmeter. Via IFCO funderingsexpertise ( hebben we deze meetapparatuur toe kunnen passen, de metingen kunnen verrichten en de meetgegevens kunnen verwerken. In het verslag dat u voor u heeft liggen ziet u de resultaten uit deze meting. We stellen de volgende vragen; 1. Wat is het verschil tussen een AxiLog en een Vibra-sbr+ trillingsmeter? 2. Wat voor trillingen veroorzaakt deze heimethode? 3. Door welke bodemsoort lopen de trillingen? En op welke afstand worden ze gemeten? 4. Waarom ontstaan de gemeten trillingen? 5. Welke conclusies kunnen er getrokken worden? Aan de hand van de SBR richtlijnen kan men vaststellen of schade kan worden verwacht ten gevolge van de optredende trillingen. Het voordeel van de Vibra trillingsmeter is dat de richtlijnen volgens de SBR in de meter zijn verwerkt. Esther Stapper 3

4 2.0. De proef Via IFCO funderingsexpertise is er een mogelijkheid verkregen om een trillingsmeting te doen in de buurt van heiwerkzaamheden. De metingen is uitgevoerd met de apparatuur van IFCO, de Vibra trillingsmeter, in een nieuwe woonwijk te Assendelft, Noord-Holland. (Fig. 2.1) De trillingsmeter is afgestemd op de SBR richtlijnen en kan daardoor snel aangeven of een trilling schade zou veroorzaken volgens de voorwaarden van de SBR richtlijnen De bouwplaats te Assendelft De meting Tijdens deze proef gaan we de trillingen meten ten gevolge van het heien van Vibro-palen door Vroom Funderingstechnieken. Het doel van de meting is het effect van de trillingen op verschillende afstanden te bepalen. Zodat we kunnen zien wat er met de trilling gebeurd op verschillende afstanden, de vertraging, frequentie afname, snelheidsafname etc. Daarom worden vier Vibra trillingsmeters op hetzelfde moment op vier uiteenlopende afstanden vanaf de heimachine geplaatst. De meters staan in een lijn achter elkaar, respectievelijk 10, 25, 50 en 80 meter. De laatste meter hebben we de eerste 18 minuten op 90meter geplaatst totdat deze te veel werd beïnvloed door een graafmachine, 5 meter van de meter vandaan. (Fig. 2.2) Om uur werd de laatste meter aangetikt door de graafmachine. (Fig. 2.3) Daarom hebben we de meter uit de lijn van vier gehaald en vanuit de heimachine gezien in een rechte lijn 30 meter naar rechts verplaatst. Vervolgen hebben we de meters een voor een aangezet. Op het moment dat de eerste stalen buis geheid werd stonden alle meters aan. Totaal hebben we het heien en het trekken van twee Vibro-palen gemeten. 4

5 Fig Graafmachine op 5 meter Fig Aantikken van de trillingsmeter De X-richting loopt parallel aan de heimachine, de Y-richting staat haaks op de heimachine. (Fig. 2.4) De Z-richting is verticaal. Fig De X- en Y-richting parallel en haaks op de heimachine De werkzaamheden per tijdstip De eerste stalen Vibro-paal liep vertraging op omdat de heimachine niet werkte, ondertussen staan de trillingsmeters al even aan. Tijdens het wachten kwam de graafmachine in de buurt van de trillingsmeter op 90 meter. Deze veroorzaakte erg sterke trillingen en tikte vervolgens de meter aan. Tussen en is de trillingsmeter verplaatst. Op het moment dat de heimachine gerepareerd was kon er geheid worden. Dus om uur werd de heimachine klaar gezet om de eerste paal te heien. Om uur zijn ze begonnen met het heien van deze paal. Met deze handeling waren ze om uur klaar. Om uur werd de paal vanuit een kubel gevuld met beton. Toen de stalen buis in de grond zat en gevuld was met beton liepen de werkzaamheden weer vertraging op. De heimachine liet het nogmaals afweten waardoor de stalen paal kon niet uit de grond getrokken kon worden. Om hebben ze op de heipaal geslagen om hem los te krijgen, zonder resultaat. Om probeerden ze het nogmaals met resultaat. Er was veel kracht nodig om de stalen buis los te slaan, aangezien het beton al meer dan een half uur de tijd heeft gehad te verharden. Om werd de heistelling verreden om de volgende paal te 5

6 heien. De stelling werd in een lijn haaks op de lijn van de meters 2meter naar rechts verplaatst. Klaar voor de tweede heipaal. Dezelfde stalen buis, met een doorsnede van 335 mm, werd klaar gemaakt om geheid te worden. Om begonnen ze met het heien van de tweede paal. Om zat de stalen buis erin. Om uur werd de stalen buis gevuld met beton. Na enige vertraging werd de stalen buis om uur uit de bodem getrokken. Halverwege werd de paal verder gevuld met beton, want op de plek waar het staal van de buis heeft gezeten zakt het beton naartoe, hierdoor zakt de totale beton hoeveelheid. Om werd het laatste kleine deel van de paal eruit getrokken. Chronologisch gebeuren op de volgende tijdstippen de volgende werkzaamheden: Tijd Werkzaamheden De heimachine wordt klaar gezet voor de eerste paal De stalen buis voor de eerste Vibro-paal wordt geheid De trillingsmeter op 90 meter afstand wordt verplaatst naar een afstand van 80 meter uit de lijn van meters De stalen buis zit in de grond De stalen buis wordt gevuld met beton Er wordt een paar keer op de stalen buis geslagen om hem los te krijgen uit de bodem, zonder succes Er wordt nogmaals op de stalen buis geslagen om hem los te krijgen, ditmaal met succes De heistelling werd verreden voor de tweede paal De buis voor de tweede paal wordt geheid De stalen buis zit in de grond De buis wordt gevuld met beton De buis wordt uit de bodem getrokken Het laatste kleine deel wordt uit de bodem getrokken na het navullen van de buis Na de meting Na afloop van de meting is de meetapparatuur uitgezet en opgeruimd. Terug op kantoor hebben we de gegevens op de computer gezet en met elkaar vergeleken. Vervolgens is er een licentie tot en met 1 augustus verkregen op het besturingsprogramma van Vibra en een korte uitleg over het programma gegeven. 6

7 Vkar in mm/s 3.0. Wat is het verschil tussen een AxiLog en een VIBRA-sbr+ trillingsmeter? Voor de trillingsmetingen op de 5 stations is de AxiLog trillingsmeter toegepast. (zie 5. metingen totaal) Voor de trillingsmeting in de nieuwe woonwijk in Assendelft is het meetapparaat Vibra-sbr+ toegepast. (zie Bijlage 1) Dit meetapparaat is ontwikkelt door Profound en over gekocht door IFCO. De grootste voordelen van de Vibra trillingsmeter ten opzichte van de AxiLog trillingsmeter; - De Vibra-meter verwerkt volgens de SBR-richtlijnen van Deel A (trillingen op gebouwen) en Deel B (hinder voor personen in gebouwen) direct in de gegevens. De karakteristieke waarde van de grenswaarde voor de 3 categorieën, bij type trillingen en het type meting, worden direct als een lijn in de grafiek met meetgegevens gezet. (Fig. 3.1 en 3.2) - De dominante en de op een na dominante frequentie (tabblad 3 SBR berekening) wordt door Vibra bepaald, conform Methode 1. (zie 9.4. SBR) - De versnelling/vertraging van de trilling door de grond wordt geregistreerd. - De verplaatsing/uitwijking van de sensor (=de amplitude van de trilling) wordt geregistreerd - Er kan ingezoomd worden op een tijdsinterval. (Fig. 3.3) Karakteristieke waarde van de grenswaarde op begane grond niveau als functie van de dominante frequentie Categorie 1 Categorie 2 Categorie Dominante frequentie in Hz Fig Grafiek voor de 3 categorieën van de dominante frequentie tegen de trillingssnelheid. Men kan uit de Axilog trillingmeter evenveel informatie halen als uit de Vibra trillingsmeter. Bij een AxiLog meter dient men de gegevens zelf uit te werken. De enige beperking aan een AxiLog meter, is dat men uit de meetgegevens niet de dominante frequentie kan bepalen. Bij een Vibra trillingsmeter wordt de dominante frequentie aangegeven. Met de Vibra+ kan men de gegevens direct na het stoppen van de meting opsturen naar het adres van de persoon die de gegevens nodig heeft. 7

8 3.2. De frequentie uitgezet tegen de trillingsnelheid met de lijnen van de categorieën. Fig Inzoomen op een tijdsinterval van 2 seconden 8

9 4.0. Wat voor trillingen veroorzaakt de heimethode? 4.1. Heimethode In Assendelft worden voor de palenfundering Vibro-palen toegepast. (Zie bijlage 2) Dit is een stalen buis geplaatst op een stalen voetplaat, dit wordt als een geheel de grond in geslagen. De buis wordt gevuld met beton (B25 of B35 betonkwaliteit) en wapening (FeB 500 HWL kwaliteit). Vervolgens wordt de stalen buis uit de bodem getrokken, tot halverwege om bijgevuld te worden. Het beton zakt naar de plek waar de buis heeft gezeten. Voor alle palen wordt dezelfde stalen buis gebruikt. (Fig. 4.1) Fig Vibro-paal 1. Stalen heibuis, voorzien van voetplaat, op werkniveau. 2. Inheien heibuis tot het gewenste niveau met relevant heiblok. 3. Controle of de buis droog en vrij van verontreiniging is: op hoogte afhangen van wapening voorzien van afstandhouders. 4. Vullen met betonmortel. 5. heibuis heiend getrokken. 6. eventueel afwerken HBF Vibro-paal op werkniveau. De heipalen worden tot 21meter diep geslagen en hebben een diameter van 335 mm Trillingen Een heimachine veroorzaakt met name in het begin een Rayleigh golven. (zie 2. Trillingen 9.2. Oppervlaktegolven) Wanneer de paal diep in de grond zit veroorzaken de werkzaamheden druk en schuifgolven. (Zie 2. Trillingen 9.1. Ruimtegolven) Deze bevinden zich dieper in de aarde. Van de energie die vrij komt bij heiwerkzaamheden, zal 67% over het aardoppervlak gaan, 26% als schuifgolf de aarde in verdwijnen en 7% als drukgolf in de aarde verdwijnen. Totaal zijn de werkzaamheden van twee palen gemeten. Deze zijn in de bodem geslagen, gevuld met beton en er weer uit getrokken. De eerste paal had pech, en kon er pas na enige tijd uit getrokken worden, dit is terug te zien in de meting. 9

10 Fig Trilling diepte bij een Rayleigh golf en druk- en schuifgolven De diepte (R) van de trillingen zijn te berekenen aan de hand van de volgende formules (Fig. 4.2) Rayleigh golf: V = C r * 1 / R^0,5 R = 1/(V^2) / C r Druk- en schuifgolven: V = C p * 1 / R R = (1 / V) / C p De constante factor is de uitwijking van de trillingen en te bepalen aan de hand van de volgende tabel; Fig Uitwijking factor C Bij het trekken van de eerste paal wil dit het volgende zeggen over de meetgegevens; Meter Maximale trillingsnelheid (V) Trillingsdiepte Rayleigh golf R = C r * (1/V)^2 Trillingsdiepte druk- en schuifgolven 1 (10m) 6,40 mm/s 0,024 m 0,16 m 2 (25m) 2,60 mm/s 0,15 m 0,38 m 3 (50m) 1,45 mm/s 0,48 m 0,69 m 4 (80m) 1,20 mm/s 0,69 m 0,83 m Des te trager de trilling des te dieper hij komt. De trilling gaat zich, in een halve cirkel onder het maaiveld, over een steeds groter oppervlak verspreiden. Hierdoor dempt hij uit, maar komt hij steeds dieper. De druk- en schuifgolven zijn diepte golven en de Zoals uit de Rayleigh golven zijn oppervlakte golven. Zoals in de meetgegevens wordt bevestigd komen de druk en schuifgolven dieper dan de Rayleigh golven. 10

11 5.0. Bodemsoort Voor het onderzoek naar de trillingen door de bodem is de grondopbouw van groot belang. De trillingen passen zich aan, aan de eigenschap van de bodem. Des te steviger en droger de bodem des te langzamer de trillingen zich voort zullen planten. De bodem in Assendelft is over het algemeen opgebouwd uit slap en vochtig materiaal waardoor de palen tot een diepte van 21 meter geslagen dienen te worden. Via Vroom Funderingstechnieken hebben zijn de sondering gegevens van de locatie van de heiwerkzaamheden ontvangen. (zie bijlage 3) Aan de hand van het wrijvingsgetal in % kan de bodemopbouw bepaald worden. Grondsoort Wrijving Zand, matig grof 0,4 % Zand fijn matig 0,6 % Zand, fijn 0,8 % Zand, siltig 1,1 % Zand, kleiig 1,4 % Zandige klei of leem 1,8 % Silt of löss 2,2 % Klei, siltig 2,5 % Klei 3,3 % Humeus 5,0 % Veen 8,1 % MV 3 meter -3 MV -5,5 MV Van 0 tot 3 meter beneden maaiveld bestaat de grond uit zand. Vervolgens voor 2,5meter uit veen. Dit is een erg slap materiaal en die de trillingen hard voortplant. Daarna bestaat de bodem van 5,5 tot 17 meter bedenden maaiveld uit zand en klei. Vanaf 17 tot 19,25meter uit klei en tot 20,5meter uit veen. Onder de 20,5 meter bestaat de bodem met name uit zand. Zand is een draagkrachtig materiaal, dus vanaf 21 meter beneden maaiveld wordt als draagkrachtige laag gerekend. De heipaal wordt tot deze diepte in de grond geslagen. Kort samengevat zijn er 3 zandlagen een van 0 tot 3 meter beneden maaiveld, de volgende van 5,5 tot 17 meter beneden maaiveld en de laatste en draagkrachtige laag vanaf 20,5 beneden maaiveld. (Fig. 5.1.) Ter plaatsen van deze zandlagen zal extra hard geheid worden om er doorheen te komen. Pas bij de onderste draagkrachtige laag kan gestopt worden met heien. 11,5 meter -17 MV -21 MV 11

12 6.0. Krachten en energie Conform Vroom Funderingstechnieken zijn de volgende cijfers aan de orde: Paal lengte = 21 meter Paal diameter = 334 mm Gewicht heiblok = kilo Valafstand heiblok = 1 meter 6.1. Krachten Ten gevolge van het blok ontstaat een actiekracht. F = m * g F = 2000 * 10 (= 9,81 m/s² valversnelling) F = N F = 20 kn Het blok met een gewicht van 2 kn valt met een kracht van 20 kn op de heipaal, door de versnelling. Verschillende factoren veroorzaken van onderaf een reactie kracht, anders zou de paal bij de eerste slag direct in de bodem zakken en verdwijnen Energie De potentiële energie die uit het vallende blok ontstaat kan berekend worden met de volgende formule; E pot = m * g * h E pot = 2000 * 10 * 1 E pot = kj Wanneer men de paal door een zandlaag wil slaan zal men de valhoogte van het blok moeten verhogen. Hierdoor ontstaat een hogere hoeveelheid energie op de paalkop waardoor er meer energie aan de paalpunt over blijft om de bodem weg te drukken. E pot = m * g * h H = 2 meter E pot = 2000 * 10 * 2 E pot = kj De 90% van de potentiële energie is gelijk aan de kinetische energie E pot = E kin m * g * h = ½ x m x v² 10% van de potentiële energie verdwijnt tijdens het vallen van het blok. Hierdoor blijft de volgende hoeveelheid aan kinetische energie over; (20000 (20000 * 0,1)) = kj Er zijn een aantal factoren die zorgen dat een deel van de energie verdwijnt. Deze factoren zorgen voor een reactiekracht. Er gaat energie verloren aan de volgende onderdelen; 1. De val van het heiblok op de paal (10%) 2. Slag op de paalkop 3. De wrijving van de paal in de bodem 4. De verplaatsing van de paal in de bodem 5. Het contact tussen de paal en de bodem Tijdens het contact tussen de paal en de bodem is een hoeveelheid aan energie aan de bovenstaande factoren verloren. Hierdoor is ook de bewegingssnelheid afgenomen. Dit wil zeggen dat de bodem in een kleinere snelheid beweegt dan het blok dat op de paal valt. Bewegingssnelheid van het heiblok op de paalkop = ½ * 2000 * v² 18 = v² 12

13 v = 4,24 m/s v = 4243 mm/s De bewegingssnelheid van de bodem plant zich voort onder de paal door de bodem in de vorm van een trilling en komt in een bepaalde snelheid bij de trillingsmeters aan. 13

14 7.0. Meetgegevens Blauw = X (parallel aan de heistelling) Rood = Y (haaks op de heistelling) Groen = Z (verticale richting) De kleuren van de X- en Y-richting zijn anders dan bij het programma AxiLog De Snelheid De snelheid van de bodem (X- Y- en Z-richting) gemeten bij de trillingsmeter op een afstand van 10meter, bij het heien van de paal. De eerste paar slagen in de eerste minuut; Des te verder we van de meter af komen des te minder snel de trillingsnelheid af meent (Fig. 7.1.) Volgens deze kromme zal de uitwijking van de trillingen nooit gelijk zijn aan 0. Fig Afname van de trillingssnelheid over de afstand Dit effect laten we zien voor het trekken van de eerste paal (Fig. 7.2) De snelheid van de trilling neemt af des te verder we van de heimachine af staan. De snelheid neemt af, maar steeds langzamer. De eerste grafiek is de trillingsmeter op 10 meter vanaf de heimachine, Vervolgens op 25, 50 en 80 meter. Een verklaring voor het feit dat de snelheid steeds langzamer af neemt is niet duidelijk. Maar het kan zijn dat de bodem de trilling exponentieel af laat nemen. Hiervoor is in de wetenschap nog te weinig bekend over de bodem eigenschappen. 14

15 Fig Trekken van de eerste paal, de snelheid van de trilling neemt af. Des te verder men van het heien van de paal af staat des te kleiner, in verhouding, de trillingen in de Z-richting worden en des te groter de trillingen in de horizontale richtingen. Dit is te verklaren aan de hand van Fig Bij de eerste trillingsmeter (op 10 meter) ontstaat de situatie van het eerste plaatje. De trilling komt in bijna horizontale richting aan, dus ontstaat een trilling in verticale richting. Dit plaatje komt ook voor bij de verder weg gelegen trillingsmeters, op het moment dat de paal dieper in de grond zit. Daarom zien we aan het einde van de geregistreerde meetgegevens van meter 1 en 2 trillingen in de Z-richting. (Fig. 7.4) Meter 3 en 4 geven constant een maximale trillingssnelheid in de horizontale richtingen aan omdat deze situatie constant voor deze meters geldt. In verhouding ziet men hetzelfde plaatje aangezien de paaldiepte groter word en de afstand tot de paal. In plaatje twee komen de trillingen diagonaal aan en zullen er trillingen in beide richtingen ontstaan. In elke grafiek is dit halverwege de meting. Bij het laatste plaatje ontstaan met name trillingen in de horizontale richtingen, omdat de trilling uit de verticale richting komt. Deze situatie komt voor wanneer de paal bijna geheel in de grond zit, bij de eerste trillingsmeter (op 10 meter) Aan het einde van de grafiek zijn de trillingen in de horizontale richtingen dominant. Dit komt niet voor bij de verder weg gelegen meters, aangezien hier de trilling volgens plaatje 1 bij de meter aankomen. 0 3 m -MV 5,5-17m -MV 20,5m Fig Van horizontale naar bijna verticale voortplanting van de trilling. 15

16 7.2. De versnelling We vergelijken de gemiddelde snelheid van de trilling door de eerste laag bij het heien van de tweede paal. (Fig. 7.4.) De trillingrichting is in de Z-richting, omdat het heiblok ook in deze richting beweegt. Trillingsmeter op 10 meter: 3,75 mm/s om uur Trillingsmeter op 25 meter: 1,37 mm/s om uur Trillingsmeter op 50 meter: 0,62 mm/s om uur Trillingsmeter op 80 meter: 0,46 mm/s om uur 10 meter 25 meter 50 meter 80 meter Fig Snelheid van de trillingen bij het heien van de tweede paal De afname van de snelheid (vertraging) tussen de afstanden: meter afname van 2,38 mm/s in 2 sec geeft een vertraging van 1,19 mm/s² meter afname van 0,75 mm/s in 1 sec geeft een vertraging van 0,75 mm/s² meter afname van 0,14 mm/s in 1 sec geeft een vertraging van 0,14 mm/s² Des te verder men van de heimachine af staat des te langzamer de trillingen vertraagd worden. Dit heeft met de snelheidafname te maken, waardoor de bodem invloed zal hebben op deze vertraging Frequentie Naarmate de heipaal dieper in de grond komt en de trillingsmeter verder van de heimachine staat neemt de frequentie af. Als voorbeeld het trekken van de laatste paal. (Fig. 7.5) Op een afstand van 10 meter van de heimachine ontstaan in het begin van het trekken van de paal trillingssterkte in de Z-richting, deze hebben een sterkte van 14 Hz. Wanneer de paal bijna uit de grond is beweegt de frequentie in de horizontale richtingen, rond de 13 Hz. Op een afstand van 25 meter van de heimachine ontstaan in het begin van het trekken van de paal trillingen in de Z- en Y-richting rond de 14 Hz. Aan het einde van het trekken worden de frequenties in de X-richting groter, rond de 11 Hz. Op een afstand van 50 meter van de heimachine ontstaan in het begin van het trekken van de paal kleine frequenties, rond de 5 Hz. Wanneer de paal bijna uit de grond is wordt de frequentie in alle richtingen groter tot een gemiddelde stekte van 13 Hz. 16

17 Op een afstand van 80 meter van de heimachine ontstaan in het begin van het trekken van de paal kleine frequenties, rond de 5 Hz. Aan het einde van het trekken worden de frequenties in de X- en Y0richting groter, rond de 13 Hz. 10 meter 25 meter 50 meter 80 meter Fig Frequentie bij het trekken van de tweede paal. De trillingensterkte in de X-richting, wordt in alle grafieken op het moment dat de paal bijna uit de grond is groter. De trillingensterkte in de Y-richting, heeft een paar pieken in het begin van het trekken van de paal. Maar wanneer de paal bijna uit de grond is neemt hij op alle afstanden toe. Op een afstand van 25 meter is de trillingssterkte tijdens het trekken van de paal ongeveer gelijk. De trillingensterkte in de Z-richting neemt alleen op een afstand van 50 meter toe. Bij de andere grafieken blijft hij tijdens de hele handeling ongeveer even groot. Verklaringen; Globaal neemt de trillingssterkte toe na mate de paal verder uit de bodem wordt getrokken De bodem wordt bij het laatste stukje paal vacuüm getrokken en veroorzaakt een extra harde trilling wanneer de buis uit de bodem wordt getrokken. Verder ontstaan de trillingen op het moment dat de paal bijna uit de grond is het dichtste bij de trillingsmeters, de diagonale afstand van de paalpunt tot de meters wordt kleiner. De trillingssterkte neemt af wanneer er verder van de trillingsbron af wordt gemeten. Hierin is de bodem een belangrijke factor. De bodem dempt de trillingssnelheid, maar ook de trillingssterkte uit op een grote afstand. De veenlaag onder het zand zorgt ervoor dat de trilling toch nog een grote afstand af legt. Als voorbeeld een pan melk met een vel erop. Wanneer men het vel aan het trillen brengt zal de melk ervoor zorgen dat de trilling lange tijd voort wordt geplant. In dit verhaal is het zand het vel op de melk en het veel de melk. Door het vochtige veen zal een trilling over een grotere afstand voort worden geplant. 17

18 7.4. Uitwijking De grafiek van het trekken van de tweede paal (Fig. 7.6.) vertelt dat des te verder men van de meter af staat des te kleiner de uitwijking is van de trillingen die door de bodem lopen. Vooral de trillingen is de Z-richting nemen snel af. De gemiddelde afname van de uitwijking van de trillingen in alle richtingen; 10 meter, gemiddelde uitwijking van 0,03 mm 25 meter, gemiddelde uitwijking van 0,019 mm 50 meter, gemiddelde uitwijking van 0,016 mm 80 meter, gemiddelde uitwijking van 0,014 mm De uitwijking neemt, net als de snelheid en frequentie van de trillingen, steeds langzamer af. Dit wordt theoretisch voor de snelheid berekend in de formule van Barkan, zie 7.5. Barkan. Dit effect kan te maken hebben met het demping factor van de bodem. Over de eigenschappen van de bodem en trillingen is nog weinig bekend. Maar er kan het volgende over gezegd worden; De trillingsmeters staan op de zandlaag. Onder de zandlaag ligt veen. Veen kan de trillingen over een grote afstand voort laten planten. De zandlaag gaat met de veen laag mee trillen. De eerste meters vanaf de trillingbron zal de trilling snel afnemen door het exponentiële effect van de bodem op de trilling. Over dit effect is nog niet veel bekend. Over een grote afstand zal de lijn van de exponentiële afname steeds verder een uitwijking van 0mm naderen. Volgens de grafiek haalt deze nooit de 0-lijn, dus zal de trilling nooit geheel uitdempen. Hier zit een kern van waarheid in omdat de meter altijd een ruis zal blijven meten. De uitwijking bij het trekken van de tweede paal 10 meter 25 meter 50 meter 80 meter Fig De uitwijking van de trillingmeters op de 4 afstanden vanaf de trillingsbron Barkan De invloed van de bodem op trillingen bij kleine veranderingen in de bodem zijn theoretische lastig te bepalen. Dit is bewezen bij de ontwikkeling van het Programma Vibra Preduction. Ooit is men begonnen aan het programma Vibra Preduction, deze ontwikkeling is overgenomen door Profound (valt onder IFCO) Het programma rekent de ingegeven bodemsoort mee. Hiermee kan men, inclusief de opbouw van de bodem, een voorspelling doen over de gevolgen van de trillingen. Aangezien de gegevens uit de praktijk, van IFCO, van de afgelopen 14 jaar meer zeggen dan het theoretische programma, is met de ontwikkeling van dit programma is gestopt. 18

19 Om globaal de overdracht van een trilling door de bodem te berekenen wordt gebruik gemaakt van de Barkan vergelijking; V(r) = V(r 0 ) * [r 0 /r]^n * e^(- α (r-r 0 )) Waarin; V(r) Amplitude trillingssnelheid op een afstand r van de bron [m] V(r 0 ) Amplitude trillingssnelheid op referentie afstand tot de bron [m] r Afstand van bron tot ontvanger r 0 Referentie afstand tot de bron n Parameter voor beschrijving geometrische uitbereiding [-] α parameter voor beschrijving van de materiaaldemping [1/m] Deze vergelijking kan worden gebruikt aan de hand van de metingen die in het veld zijn uitgevoerd. Voor de referentieafstand wordt zelf een keuze gemaakt. Daarom zullen de metingen in het open veld worden gedaan. De overige waarden worden bepaald door een zo goed mogelijke fit te verkrijgen van de Barkan vergelijking met de resultaten van de meting. Ter indicatie wordt over het algemeen de volgende waarden voor de parameters α en n aangehouden; Van Mediaan Tot α 0,0 0,03 0,1 n 0,0 0,5 1,0 In deze formule word uitgegaan van een referentie afstand, waarmee de snelheid van de trilling op elke afstand van de trillingsbron gemeten kan worden. Voorbeeld Voor een trillingsnelheid op 25meter, 50meter en 80 meter met een referentie aftstand van 10meter. Bij het heien van de tweede paal. Er word gebruik gemaakt van de mediaan parameters, omdat de waarde van de parameters in de bodem in Assendelft onbekend is. Gegeven: Trillingsmeter op 10 meter: 3,75 mm/s om uur Trillingsmeter op 25 meter: 1,37 mm/s om uur Trillingsmeter op 50 meter: 0,62 mm/s om uur Trillingsmeter op 80 meter: 0,46 mm/s om uur V(r) = V(r 0 ) * [r 0 /r]^n * e^(- α (r-r 0 )) V(r 0 ) r r 0 3,75 mm/s = 25 meter/50meter/80 meter = 10 meter n = mediaan 0,5 α = mediaan 0,03 Antwoord: V(25) = 1,51 mm/s V(50) = 0,51 mm/s V(80) = 0,16 mm/s 19

20 Deze getallen komen niet overeen met de gemeten waarde. Dit kan de volgende reden hebben; - De mediaan waarde van de parameters kloppen niet voor een veen gebied. - Andere factoren in de bodem hebben effect gehad op de trillingen. - Het bodemmateriaal tussen de referentie afstand van 10 meter en de andere afstanden is anders dan tussen de trillingsbron en de referentieafstand. Hierdoor kunnen de parameters alleen globaal kloppen. De vereenvoudigde formule is: V = A 0 * (1/R) Met: A = vanaf 1meter van de trillingsbron R = afstand tot de trillingsmeter in meter Hiermee wordt de exponentiële snelheidafname in de bodem bewezen, aan de hand van de meten uiwijking van de bodem. Met de formule in de volgende grafiek wordt net als in de formule van Barkan de snelheid en de afname van de snelheid van de trilling berekend op verschillende afstanden. In de eerste formule wordt gebruik gemaakt van de parameters die een relatie leggen met de bodem. In de tweede formule worden deze parameters niet meegerekend, waardoor de formule minder nauwkeurig is. Niet in elke bodem opbouw komt dezelfde demping van de trilling voor. 20

21 8.0. SBR richtlijnen Het voordeel van de Vribra trillingsmeter is dat het programma direct laat zien of de trillingen schade aan gebouwen veroorzaken in de 3 bouw categorieën, bij de type trillingen en de soorten trillingsmetingen. Deze factoren zijn in de SBR richtlijnen terug te vinden bij het berekenen van de karakteristieke trillingsnelheid en de karakteristieke grenswaarde van de trillingsmeting. Bij het heien gaat het om continue trillingen bij een beperkte trillingsmeting. Er ontstaan namelijk constante trillingen ten gevolge van het heiblok dat continu op de paal valt wanneer de paal in de bodem wordt geheid en uit de bodem word getrokken. En er zijn meerdere meters geplaatst, waardoor de meting onder een beperkte meting valt. Onderstaand wordt de kans op schade besproken in de verschillende trilling richtingen, bij de gebouw 3 categorieën. Uit 3. Constructies is gebleken dat met name lage frequenties (<100 Hz) schade veroorzaken. De SBR richtlijnen bewerken daarom alleen de trillingen met een frequentie < 100 Hz. 10 meter vanaf de heimachine Categorie 3 er ontstaat schade ten gevolge van trillingen de in X-richting. Deze hebben een frequentie van tussen de 85 en 95 Hz. De heftigste schade zal ontstaan bij de frequenties van tot 30 Hz. Dit zijn lage frequenties die de aanvaardbare grenswaarde verkleinen. De schade ontstaat door de grote uiteenlopende snelheden van de trillingen. Deze hebben invloed op de karakteristieke rekenwaarde in de berekening van de SBR. Hierdoor wordt de σ groter, met als gevolg dat Vstat groter wordt. Door de beperkte meting komt 40% van de statistische rekenwaarde bij Vstat. Kort samengevat; door de pieken in de trillingsnelheid ontstaat een grotere kans op schade. Hierdoor komende aanvaardbare grenswaarde en de karakteristieke rekenwaarde dichter bij elkaar te liggen. Categorie 2 ondergaat schade door een lage frequentie (<25 Hz) in alle richtingen, hierdoor wordt de aanvaardbare grenswaarde kleiner. Ook hier liggen de trillingsnelheden ver uit elkaar, waardoor de rekenwaarde groter wordt 21

22 Categorie 1 is de meest stevige gebouw categorie. Deze zal schade ondervinden ten gevolge van een lage frequentie in de Z-richting met een grote snelheid. Door de hoge snelheid neemt de μ (gemiddelde snelheid) toe, waardoor de statistische snelheid groter wordt. Hierdoor zal de rekenwaarde groter worden. Door de kleine frequentie neemt de aanvaardbare grenswaarde af. Waardoor de rekenwaarde en de grenswaarde dichter bij elkaar komen. Voor de onderstaande grafieken dient men de volgende vergelijking in het achterhoofd te houden; Vd < Vr dan geen schade Met: Vd = de rekenwaarde van de snelheid Vr = de aanvaardbare grenswaarde van de trillingssnelheid In elk van de onderstaand grafieken hebben de volgende factoren invloed op de schade; 1. De kleine frequentie zorgt voor een kleine aanvaardbare grenswaarde in de theoretische som vanuit de SBR richtlijnen. Des te kleiner de frequentie des te kleiner de aanvaardbare grenswaarde (Vr). Des te groter de frequentie des te groter de aanvaardbaren grenswaarde van de trillingssnelheid. 2. De grote verschillen in de trillingssnelheid veroorzaken een kleine n (de hoeveelheid snelheden groter dan de helft van de maximale trillingssnelheid) Hierdoor neemt Vstat toe, wanneer de veiligheidsfactor van 1,4 (beperkte trillingsmeting) eroverheen is berekend komt men op een grote rekenwaarde van de trillingssnelheid uit. De kans dat hij dicht bij de aanvaardbare grenswaarde zit is hierdoor groter. 3. De snelheid van de trillingen. Des te groter de snelheid van de trillingen des te groter de rekenwaarde van de trillingsnelheid (Vd). Hierdoor is de kans dat deze rekenwaarde dichter bij de grenswaarde ligt groter. 25 meter 22

23 50 meter 80 meter 23

24 Bijlage 24

25 1. Vibra trillingsmeter 25

26 2. Vibro paalfundering 26

27 3. Sondering gegevens 27