NS 8141 Vibrasjoner og støt Ny rystelsesstandard i praksis -erfaringer fra utprøving av standarden

NS 8141 Vibrasjoner og støt Ny rystelsesstandard i praksis -erfaringer fra utprøving av standarden Nils Ramstad, Multiconsult AS Medforfatter: Christian Madshus, NGI

Den norske standarden for vibrasjoner fra sprengning NS 8141 er blitt revidert. Presentasjon av den nye utgaven Resultater/erfaringer Videre revisjonsarbeid Rystelse Vibrasjon 2

Revisjon av NS 8141. Hva vi har ønsket å oppnå med revisjonen: Få en mer komplett standard utvide omfang Få en standard som er enklere å bruke Få en standard med mer riktige grenseverdier Korrigere svakheter med dagens angivelse av grenseverdier Utnytte mulighetene i moderne måleteknikk Revisjonen som nå er gjennomført, og som fortsatt pågår, representerer et betydelig nyutviklingsarbeid 3

Revisjon av NS 8141Vibrasjoner og støt Veiledende grenseverdier for bygge- og anleggsvirksomhet, bergverk og trafikk - Standarden kommer ut i tre deler: Del 1: Virkning av vibrasjoner og lufttrykkstøt fra sprengning på byggverk, inkludert tunneler og bergrom Del 2: Virkning av vibrasjoner fra annen anleggsvirksomhet enn sprengning og fra trafikk på byggverk Del 3: Virkning av vibrasjoner fra sprengning, annen anleggsvirksomhet og trafikk på utløsning av skred og setninger 4

Hvordan arbeidet med revisjonen har foregått Data fra vibrasjonsmålinger kurveforløp Data for berg, type sprengning, salve / ladning, avstand, grunnforhold. Data om byggverk, fundamentering og skader Aktiv innsamling av data om hvordan mennesker plages av vibrasjoner fra sprengning (og annen anleggsvirksomhet) Avklaring av sammenheng mellom vibrasjoner, skred og setninger (FoU-prosjekt) Innsamling, kvalitetssikring, systematisering og analyse av alle data Vurdering, erfaring, magefølelse og sundt folkevett. 5

NS 8141-1:2012 Del 1: Vibrasjoner og støt Veiledende grenseverdier for bygge- og anleggsvirksomhet, bergverk og trafikk Virkning av vibrasjoner og lufttrykkstøt fra sprengning på byggverk, inkludert tunneler og bergrom Hva er nytt: Utvidet til å gjelde tunneler og bergrom i tillegg til bygninger Utvidet til gjelde lufttrykkstøt i tillegg til vibrasjoner Innfører et frekvensveid vibrasjonsmål Grenseverdiene blir kun avhengige av byggverkets egenskaper, avhenger ikke lenger av avstand, grunnforhold og fundamentering Justerer grenseverdier på visse områder til mer riktig størrelse: -Lang avstand, kort avstand fast berg, bløt grunn Klarere målemetoder, særlig for kort avstand Tar noe hensyn til mennesker i bygninger 6

Velocity (mm/s) Hastighet [mm/s] Velocity (mm/s) 20 15 Vibrasjonsmål: Toppverdi og frekvens er avgjørende for skaderisiko 20 Norra länken 301-028 Characteristic frequency = 52 Hz Instrument frequency = 46 Hz 10 5 10 0-5 0-10 -10-15 0 1 2 3 4 5 6 7 Norra länken 301-028 Time [s] 1 2 3 4 5 6 Time (s) Characteristic frequency = 52 Hz Instrument frequency = 46 Hz 15 Periode T (s) 10 5 Periode T [s] Frekvens: f=1/t [Hz] 0-5 -10 4.42 4.43 4.44 4.45 4.46 4.47 4.48 4.49 4.5 Time [s] Tid [s] 7

Vibrasjoner med lav frekvens er mest skadelige for bygninger: Vibrasjoner med lav frekvens er. mer skadelig for bygninger enn vibrasjoner med høy frekvens Grenseverdien er satt på.. målepunkt på fundament Vibrasjoner med lav frekvens forsterkes mer av bygningen... enn de med høy frekvens Ideen er å innføre et nytt mål... der vibrasjoner på samme nivå. er like skadelige uavhengig av...frekvensen 8

Hva bestemmer frekvensen i vibrasjonenene: Avstand Avstand Berg Fundament Fundament Løsmasse Kort avstand Fast berg Direkte fundamentering Hardganger etc. Gir høy frekvens Lang avstand Bløt grunn Myk fundamentering Gir lav frekvens 9

Nytt målebegrep: -Frekvensveid vibrasjonsmål Med frekvensveid vibrasjonsmål, gis vibrasjoner med lav frekvens økt vekt og vibrasjoner med høy frekvens gis redusert vekt Oppnås med et frekvensveiefilter i målekjeden 10

Hvordan frekvensveiefilteret virker: Vibrasjonerer med lav frekvens: Bløt grunn Lang avstand Mykt fundament 2.5 2.0 Filter: Uveid svingehastighet: 1.5 1.0 Frekvensveid svingehastighet: 0.5 0.0 Frekvens Lav Høy 0 50 100 150 200 250 300 Vibrasjoner med høy frekvens: Fast berg Kort avstand Direkte på berg 11

Målekjede med frekvensveiefilter: Målekjede Sensorer Instrument Filter inn i instrument eller i sensor Dataserver m/ filterprogram Mobiltelefon SMS 12

Bestemme grenseverdi etter ny standard: Grenseverdi Toppverdi av frekvensveid svingehastighet: Kun avhengig av byggverkets egenskaper: v v F F F F f 0 b m t v v 0 : Basisverdi = 25 mm/s - NY! F b : Byggverksfaktor / type - Som tidligere F m : Byggematerialfaktor F t : Byggetilstandsfaktor - Som tidligere - NY! frekvensveid svingehastighet F v : Skiller permanent fra midlertidig virksomhet NY! Glem: Avstand, Grunnforhold og Fundamentering 13

Bestemme grenseverdi etter ny standard: Tabeller og forklaring i standarden som tidligere: + Mer forklaring og eksempler i veilederen Byggverksfaktor F b Type byggverk Tunge konstruksjoner, for eksempel broer, kaier og forsvarsanlegg Byggfaktor F b 1,7 Industri- og kontorbygg 1,2 Vanlige boliger 1,0 Spesielt følsomme bygninger, for eksempel bygninger med høye hvelv eller konstruksjoner med store spennvidder, ømtålige bygningsmaterialer, historiske bygninger og ruiner 0,7 14

Bestemme grenseverdi etter ny standard: Tabeller og forklaring i standarden som tidligere: + Mer forklaring og eksempler i veilederen Byggematerialfaktor F m Hovedmateriale Faktor F m Armert betong, stål, tre 1,2 Uarmert betong, tegl, betonghullstein, murverk, lettklinkerbetong og lignende 1,0 Trykkherdet lettbetong og lignende 0,8 15

Bestemme grenseverdi etter ny standard: Tabeller og forklaring i standarden som tidligere: + Mer forklaring og eksempler i veilederen Byggtilstandsfaktor F t Byggverkets tilstand Byggtilstandsfaktor F t Normalt 1,0 Ømtålig 0,8 16

Bestemme grenseverdi etter ny standard: Tabeller og forklaring i standarden som tidligere: + Mer forklaring og eksempler i veilederen Varighetsfaktor F v Type sprengningsarbeid Varighetsfaktor F v Kortvarig (mindre enn 12 mnd) 1,0 Permanent virksomhet (steinbrudd, gruveindustri og lignende) 0,7 17

Bestemme grenseverdi etter ny standard: Behøver ikke holde styr på avstand fra stuff til bygning eller på grunnforhold. Behøver ikke vite noe om fundamentering. Må bare kartlegge bygningenes egenskaper. Vibrasjonssignalet er allerede preget av disse påvirkningene Frekvensveiingen kompenserer for effekten 18

Hvor ligger grenseverdiene i ny standard i forhold til gammel: På visse områder har det vært ønsket å få justert grenseverdiene. Frekvensveiingen er laget slik at den implisitt skal rette opp : På fast berg og kort avstand: Begrense høyeste tillate grenseverdi - mennesker På lang avstand: Redusere grenseverdiene på berg. Ta hensyn til lav frekvens på lang avstand På bløt grunn: - Øke grenseverdien. Tidligere standard gav alt for lave grenseverdier og for stor forskjell mellom berg og løsmasser Tallverdiene for de nye grenseverdiene kan virke uvante en tid 19

Eksempel 1 Bolig på fast berg, kort avstand Svingehastighet [mm/s] Svingehastighet [mm/s] GAMMEL STANDARRD NS8141:2001 Basis vibrasjonsverdi uveid toppverdi v0 = 20.0 [mm/s] Grunnforholdsfaktor Fast berg, granitt Fg = 3.5 Byggverksfaktor: Fb = 1.00 Byggklasse Vanlig bolig 1.00 Material Lettklinker LECA 1.00 Fundament Direkte 1.00 Avstandsfaktor Berg 15 Fd = 1.00 Kildefaktor Sprengning Fk = 1.00 GRENSEVERDI Uveid toppverdi v = 70.0 [mm/s] 50 25 0-25 Måledata Uveid Toppverdi = 49 [mm/s] 98% av grenseverdi Burde vært ca. Begrenset for mennesker 50.0 [mm/s] NY STANDARRD prns8141-1:2011 Basis vibrasjon f.veid toppverdi v0 = 25.0 [mm/s] 50 25-50 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Tid [s] Måledata Frekvensveid Bygg type Vanlig bolig Fb = 1.0 Bygg material Lettklinker LECA Fm = 1.0 Bygg tilstand Normal Ft = 1.0 0-25 Toppverdi = 24 [mm/s] 96% av grenseverdi Virksomhet Midlertidig Fv = 1.0 GRENSEVERDI F.veid toppverdi vf = 25.0 [mm/s] -50 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Tid [s] Tilsynelatende 20 grenseverdi 49.2 [mm/s]

Svingehastighet [mm/s] 25 mm/s Svingehastighet [mm/s] 20 mm/s Eksempel 2 Bolig på løs silt, middels avstand GAMMEL STANDARRD NS8141:2001 Basis vibrasjonsverdi uveid toppverdi v0 = 20.0 [mm/s] Grunnforholdsfaktor Leire, vannrik silt Fg = 0.80 Byggverksfaktor: Fb = 0.70 Byggklasse Vanlig bolig 1.00 Material Lettklinker LECA 1.00 Fundament Bankett 0.70 Avstandsfaktor Leire 50 Fd = 0.64 Kildefaktor Sprengning Fk = 1.00 GRENSEVERDI Uveid toppverdi v = 7.19 [mm/s] Burde vært ca. For streng på løs grunn 20.0 [mm/s] 8 4 0-4 - 8 Måledata Uveid Toppverdi = 5.3 [mm/s] 27% av grenseverdi 0 0.04 0.08 0.12 0.16 Tid [s] NY STANDARRD prns8141-1:2011 Basis vibrasjon f.veid toppverdi v0 = 25.0 [mm/s] Måledata 8 4 Frekvensveid Bygg type Vanlig bolig Fb = 1.0 Bygg material Lettklinker LECA Fm = 1.0 Bygg tilstand Normal Ft = 1.0 0-4 Toppverdi = 7.8 [mm/s] 31% av grenseverdi Virksomhet Midlertidig Fv = 1.0 GRENSEVERDI F.veid toppverdi vf = 25.0 [mm/s] - 8 0 0.04 0.08 0.12 0.16 Tid [s] Tilsynelatende grenseverdi 21 17.7 [mm/s]

Måling etter den nye standarden: Hovedregel som før: Vertikal måling på fundament Tillegg: Måling også horisontalt og vertikalt (treaksielt) på avstand mindre enn10 m Krav om måling hele sprengningsperioden Egne regler for måling i tunneler og bergrom og for måling av lufttrykkstøt. Kommer tilbake til det. 22

Hvorfor horisontal måling? 23

Hvorfor horisontal måling? 24

Hvorfor horisontal måling? 25

Hvorfor horisontal måling? Utskrift fra måleren på bygningen. Vertikal svingehastighet etter NS 8141, utgave 2001 Målepunkt Tid Verdi med enhet Mp.2 - Nr.11A-hvitt hus 09.01.2013 12:51:27 13,46 mm/s Mp.2 - Nr.11A-hvitt hus 09.01.2013 10:30:17 10,98 mm/s Mp.2 - Nr.11A-hvitt hus 07.01.2013 15:07:13 36,38 mm/s Mp.2 - Nr.11A-hvitt hus 07.01.2013 10:35:04 39,18 mm/s Mp.2 - Nr.11A-hvitt hus 04.01.2013 12:26:08 31,58 mm/s Mp.2 - Nr.11A-hvitt hus 04.01.2013 10:06:06 21,28 mm/s Mp.2 - Nr.11A-hvitt hus 04.01.2013 08:28:22 11,23 mm/s Mp.2 - Nr.11A-hvitt hus 03.01.2013 16:13:32 14,86 mm/s Mp.2 - Nr.11A-hvitt hus 20.12.2012 15:32:57 11,64 mm/s Mp.2 - Nr.11A-hvitt hus 20.12.2012 11:44:54 14,99 mm/s 26

Måling med instrumentering som ikke gjør frekvensveiing: Tillegg B: 2,5 2,0 v 1,15 M f v f, målt f målt målt Multiplikasjonsfator, Mf v 1, 30 M f v f, estimert f estimert målt 1,5 1,0 0,5 0,0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Målt eller estimert dominerende frekvens, f målt eller f estimert (Hz) Frekvens må anslås ut fra avstand, grunnforhold etc. Veileder gir grunnlag Instrument måler kun toppverdi Frekvens målt med instrumentet 27

Måling med instrumentering som ikke gjør frekvensveiing: Måler som angir frekvens Multiplikasjonsfator, Mf 2,5 2,0 1,5 1,0 v målt = 50 mm/s f målt = 60 Hz M f = 1,1 v f, målt = 1,15 x M f (f målt ) x v målt = 1.15 x 1,1 x 50 mm/s = 63,3 mm/s 0,5 0,0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Målt eller estimert dominerende frekvens, f målt eller f estimert (Hz) 28

Måling med instrumentering som ikke gjør frekvensveiing: Måler som ikke angir frekvens Multiplikasjonsfator, Mf 2,5 2,0 1,5 1,0 v målt = 50 mm/s f estimert = 60 Hz M f = 1,1 v f, estimert = 1,30 x M f (f estimert ) x v målt = 1.30 x 1,1 x 50 mm/s = 71,5 mm/s 0,5 0,0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Målt eller estimert dominerende frekvens, f målt eller f estimert (Hz) 29

Lufttrykkstøt: Grenseverdi satt som refleksjonstrykk mot fasade: p 0 = 500 Pa -Sensor (mikrofon) plassert helt inntil veggen som vender mot sprengningsstedet og minimum 1,5 m over bakkenivå Kan også måle fri-felt trykk: Grense p 0 = 250 Pa -Sensor (mikrofon) plassert minst 10 m foran veggflaten som vender mot sprengningsstedet, minst 10 m fra flater som kan forstyrre lufttrykkstøtet og minimum 1,5 m over bakkenivå 30

Tunneler og bergrom: Grenseverdi gitt som toppverdi av frekvensveid svingehastighet Grenseverdi fastsettes ut fra bergkvalitet og sikring: Q-verdi Angir målepunkter - krever treaksiell måling Angir trafikktiltak i nabotunnel med tiltaksgrenser 31

Grenseverdier for tunneler og bergrom Beskrivelse av tilstand av tunnel/bergrom v f,tunnel mm/s a, b Bergkvalitet, c Q-verdi Dårlig berg, kun spredt bolting eller ingen forsterkning 10 Q < 4 Dårlig berg, uarmert sprøytebetong, tykkelse < 70 mm 15 Q <4 sammen med bolter Dårlig berg, armert sprøytebetong sammen med 25 Q <4 bolter Godt berg, kun spredt bolting eller ingen forsterkning 15 Q > 4 Godt berg, uarmert sprøytebetong, tykkelse < 70 mm, 20 Q > 4 sammen med bolter Godt berg, armert sprøytebetong sammen med bolter eller fullt utstøpt tunnel 35 Q > 4 a Dersom det ikke er mulig å anslå en verdi for Q, skal Q < 4 benyttes. b Dersom tunnelen/bergrommet ikke er i bruk, kan det vurderes å heve de angitte grenseverdiene med en faktor på 1,25. c Q-metoden er for eksempel beskrevet i referanse [13]. 32

Ikrafttredelse Standarden kom ut i februar 2012 og er gyldig fra d.d. Veiledningen vil foreligge i løpet av sommeren 2013. Den vil være et nyttig verktøy for praktisk bruk av standarden og ikke minst for ladningsberegninger. Vibrasjonsmålere med innebygget frekvensveiefilter er tilgjengelige fra instrumentleverandørene Eksisterende målere som kan oppgraderes med frekvensveiefilter, må sendes til produsenten for oppgradering. 33

Erfaringer med standarden så langt Måleutstyr - Målere tilpasset ny standard er tilgjengelige fra både Pentec (AVA) og Sigicom (Infra) - Målerene kan måle både etter gammel og ny utgave av standarden 34

Erfaringer med standarden så langt Grenseverdier/måleverdier Sprengning i dagen - For bygninger som er fundamentert på løsmasser (lave frekvenser), synes standarden å fungere som ønsket - For bygninger som er fundamentert på tynt avrettingslag over berg eller direkte på berg (høy frekvens), kan det se ut til at måleverdiene blir høyere enn ønsket 35

Erfaringer med standarden så langt Tunneler og bergrom - Grenseverdiene for tunneler og bergrom i god stand bør heves 36

Erfaringer med standarden så langt Innføring av horisontalmåling på avstander under 10 m Målinger viser at horisontal svingehastighet kan være vesentlig høyere enn vertikal svingehastighet. På 7-8 m avstand har vi målt 15 mm/s vertikalt og 50 mm/s horisontalt. Forskjellene varierer en del fra salve til salve. 37

Videre arbeid med revisjonen Innsamling og vurdering av måledata pågår Eventuelle korreksjoner vil bli foretatt og tatt inn i standarden Del 2 av standarden er ferdig og har vært ute til høring. Kommer ut til sommeren Det arbeides med en veileder til bruk av NS8141. Er nesten ferdig. Kommer ut til sommeren 38

Beregning av ladning med nye grenseverdier - Veilederen vil gi svar Eksempel på eksisterende grunnlag basert på toppverdi av uveid svingehastighet Arbeid pågår med nytt beregningsgrunnlag basert på toppverdi av frekvensveid svingehastighet Veilederen Avstand - R Fundament Berg / Grunn Ladning - Q Frekvensveid svingehastighet Q v K Q v R 2 R K 2 Uveid svingehastighet 39

Veileder til standarden Beregning av ladning med nye grenseverdier Det blir nye beregningsformler for enhetsladninger tilpasset frekvensveide grenseverdier. Det blir nye bergkonstanter. Veilederen vil inneholde tabeller for å forenkle beregningene. Det planlegges å få laget en applikasjon med beregningsverktøy for enhetsladninger som kan lastes inn i mobiltelefonen. 40

41 Takk for oppmerksomheten!