Infrastrukturdagene 2014

Transkript

1 Infrastrukturdagene 2014 Bruk av georadar og andre nye kartleggingsmetoder Rolf Sandven Senior rådgiver, faglig leder grunnundersøkelser Multiconsult

2 Innhold Hensikt med grunnundersøkelser Gjennomføring av grunnundersøkelser Typer grunnundersøkelser Georadar (GPR Ground Penetrating Radar) Utstyr og måleprinsipp Anvendelser Muligheter og begrensninger Eksempler på anvendelse Andre aktuelle undersøkelser Resistivitetsmålinger Elektromagnetiske målinger (EM) Laser-scanning metoder

3 Hensikt med grunnundersøkelsen Bestemme grunnforhold i aktuelt område Lagdeling Dybde til faste lag eller berg Jordartsbestemmelse Prøvetaking av interessante lag Klassifisering og identifisering av opptatte prøver Bestemmelse av jordens ingeniørmessige egenskaper Bestemmelse av spesielle egenskaper (kvikkleire) Påvisning av objekter i grunnen Rør, ledninger Elektriske kabler Nedgravde objekter (oljefat, eksplosiver)

4 Grunnundersøkelsen kan omfatte: Geofysiske målinger Seismikk (grunne og dype målinger) Georadar (GPR) Resistivitetsmålinger (elektrisk motstand) Elektromagnetiske målinger Geotekniske boringer Sonderinger Prøvetaking In situ målinger Laboratorieundersøkelser Rutineundersøkelser Spesialforsøk for bestemmelse av stivhet og skjærfasthet

5 Valg av undersøkelsesmetode - hva avgjør? Geotekniske problemstillinger for det aktuelle prosjekt Lokale forhold Topografi Geologi/hydrogeologi Foreliggende informasjon om forholdene Planlagt virksomhet i området Type og plassering av byggverk Valg av fundamenteringsmetode Detektering av infrastruktur i grunnen Praktiske forhold Tilgjengelighet Praktiske utstyrsbegrensninger Tradisjon og erfaring

6 Geofysiske målinger - fordeler Målinger/undersøkelser gjennomføres uten fysiske inngrep eller penetrasjon av borutstyr Målingene gir kontinuerlig informasjon om grunnforholdene Metodene kan benyttes for å avgrense nødvendig område for videre geotekniske undersøkelser Egner seg godt for tidligfase undersøkelser over større arealer eller langs traséer/korridorer i terrenget Tidsbesparende og relativt billige undersøkelser

7 Geofysiske målinger - ulemper Krever spesialutstyr og i de fleste tilfeller spesialkompetanse for tolkning av måleresultatene Foreløpig få utførende aktører i markedet Enkelte metoder har begrenset rekkevidde ofte et valg mellom ønsket penetrasjonsdybde og tilfredsstillende oppløsning Metodene krever generelt sammenligning med geotekniske måledata for verifikasjon av jordlagenes beliggenhet og egenskaper

8 Georadar muligheter Kartlegging av lagdeling og hulrom i jord ned til ca. 10 cm tykkelse Identifisering av nedgravde objekter (rør og ledninger) Kan også identifisere ikke-metalliske objekter (glassfibertanker, plastrør, optiske kabler) Identifisering av grunnvannsspeil og undergrunns vannreservoar Tykkelse på snø- og islag Arkeologiske undersøkelser Ikke-destruktiv testing og kontroll av betong- og asfalt

9 Georadar - begrensninger Kan ikke brukes på medier med høy ledningsevne Lite anvendelig i leire eller områder med innhold av salt/saltvann Oppnåelig penetrasjonsdybde avhengig av jordmaterialenes egenskaper Krav til oppløsning av måleresultater kan medføre begrensninger i penetrasjonsdybde Materiale Sand/grus Morene Silt Ferskvann Torv Leire Polaris Steinsalt, tørr Berg Max. penetrasjonsdybde (m) (!) >4000 >

10 Georadar - måleprinsipp Elektromagnetiske bølger sendes ut fra en frekvensmodulert senderantenne på overflaten Bølgene reflekteres i overgangen mellom medier/objekter i grunnen med ulike di-elektriske (isolerende) egenskaper Reflekterte bølger sendes tilbake til en mottakerantenne på overflaten Resten av bølgeenergien forplantes videre nedover i grunnen

11 Georadar - måleprinsipp Frekvensen på signalene kan endres for å få bedre resultater - Lav frekvens benyttes til kartlegging av store objekter på store dyp - Høy frekvens benyttes til kartlegging av små objekter på grunne dyp Antenner med høy frekvens benyttes til testing og kontroll av faste materialer (asfalt, betong) Antenner med lav frekvens benyttes ved grunnforholdsbestemmelser - Gir dypere nedtrengning - Aktuelt i tidlig-fase for påvisning av eventuelle objekter i grunnen Frekvens Objekt størrelse (m) Rekkevidde (m) Ref.: MALÅ Ground Penetrating Radar Technology explained

12 Di-elektriske materialer Di-elektriske materialer er isolerende med lav konduktivitet Di-elektriske materialer reflekterer og forplanter elektromagnetiske bølger ved at de polariseres av et elektrisk felt Di-elektriske egenskaper for et materiale angis ved relativ permittivitet (ε r ) Permittivitetens størrelse angir hvor lett et stoff kan overføre et elektrisk felt Materiale Luft Destillert vann Ferskvann Saltvann Tørr sand Mettet sand Kalkstein Silt Leire Granitt Tørr salt Is Rel. permittivitet (e)

13 Georadar - måleutstyr

14 Eksempel på radargram: Påvisning av jernbanesviller i grunnen Uten sviller Ett lag sviller To lag sviller

15 Eksempel på radargram: Utvasking av masse hulrom i grunnen

16 Eksempel på radargram: Påvisning av objekter i grunnen Rør i grunnen Resultater kan også presenteres i 3D-modeller sammen med annen informasjon Ref.

17 Eksempel på radargram: Påvisning av objekter i grunnen Dype rørledninger Grunne rørledninger Vannansamling Mer informasjon: link

18 Andre nyere undersøkelsesmetoder Elektriske motstandsmålinger - resistivitet Laser-scanning for 3D-modellering Andre typer elektromagnetiske målinger

19 Prinsipp - resistivitetsmålinger Benytter variasjoner i jordlagenes spesifikke resistivitet (elektrisk motstand) Elektrisk spenning (V) påføres jorden mellom to elektroder, strømstyrke (I) måles mellom to eller flere nabo-elektroder Ulike typer elektrodekonfigurasjoner finnes EDB-basert prosessering av måledata Modellering av lagdeling og valgt spesifikk resistivitet i lagene Prosessering til match med målt resultat oppnås Både overflate- (2D) og borhullsmålinger (1D) mulig Wenner elektrodekonfigurasjon I V a a a

20 Eksempel på linjeopplegg med tverr- og lengdeprofiler Ordinær måling og tolkning av resultater forstyrres av objekter i grunnen. Kan dette utnyttes ved grunne anvendelser? Eksempel på resultater fra måleseksjon i kvikkleireterreng Kvikkleire

21 Elektromagnetiske målinger (EM) En strømførende kabel (AC) i grunnen vil være omgitt av et lokalt og konsentrisk sirkulært felt av elektromagnetisk stråling. Ved å føre en sensor over området der kabelen ligger vil endringer i det elektromagnetiske feltet kunne registreres og benyttes til å lokalisere den strømførende kabelen.

22 Laser-scanning metoder i kombinasjon med 3D-modellering Bilbåren laserscanning kan benyttes til dokumentasjon av overflatenær informasjon, eks. veg, bane, terreng og volumberegninger. Terrestrisk laserscanning for 3Dmodellering, BIM-applikasjoner, terrengmodeller, oppmåling av infrastruktur for veg og bane, industrianlegg, trafostasjoner, kraftledninger etc. Kan også kombineres med 3Dmodellering av undergrunnsmålinger (georadar-data)

23 MASW-målinger (grunn seismikk) i Fredrikstad Takk for oppmerksomheten!