PROSJEKT Kollektivtiltak Høgskoleringen PROSJEKTNUMMER 21685001 PROSJEKTLEDER Helge Johansen OPPRETTET AV Maj Gøril Bæverfjord KONTROLLERT AV Gudmund Eiksund DATO Rystelser i nanoteknisk laboratorium og tiltak Bakgrunn NTNU har et nanoteknisk laboratorium i 1. etasje i Verkstedteknisk laboratorium. NTNU krever at de planlagte tiltakene ikke skal forverre situasjonen i dette nanolaboratoriet med tanke på rystelser. Framlagte målinger fra 2013, fra FEI Company, som målte rystelser i Verkstedteknisk laboratorium ved installasjon av nanolaboratoriet, viser at lokalene i Verkstedteknisk laboratorium bare marginalt oppfyller leverandørens anbefalinger til rystelsesnivå. Det er målt gulvvibrasjon i x, y og z-retning. De framlagte rapportene er noe mangelfulle med tanke på hva slags måleutstyr som er brukt og hvordan målingene er utført. For målingene utført i 1. etasje i Verkstedteknisk laboratorium er anbefalingene oppfylt, men ikke for 2. etasje. Vibrasjonene overskrider anbefalingene i både x, y og z-retning 1. For vibrasjoner i planet er kritisk frekvens i området 3-5 Hz, for vibrasjoner vertikalt er kritiske frekvenser i området målt til 10-12 Hz. Forutsetninger Konkurransegrunnlaget beskriver at «Det tillates ikke at tiltak etter planen medfører økning i rystelser i Nanolaben i bebyggelse i Richard Birkelands veg 2b. Før utbygging skal påbegynne skal det i samråd med NTNU utarbeides geoteknisk prosjekteringsgrunnlag med tilhørende rapport. Det skal også utarbeides en tiltaksplan som angir hvordan nivået av rystelser skal beregnes og måles. Videre skal det angis avbøtende tiltak i anleggsperioden og etter anlegget er tatt i bruk. Det skal også angis en tidsplan for når registrering og eventuelle tiltak skal være gjennomført og hvem som skal være ansvarlig for gjennomføringen.». Tiltakene som er planlagt flytter biltrafikken, inkl. busstrafikken, noe nærmere Verkstedteknisk laboratorium enn ved dagens situasjon. Eksisterende inngangsparti fjernes og det etableres nytt. Den eksisterende bussholdeplassen i Richard Birkelands veg fjernes. Grunnforholdene i området er beskrevet i flere geotekniske rapporter, se oversikt i 21685001 RIG R01. 1 Z-retning er vertikalt. X- og y-retning er i planet, men rapportene er ikke entydige på hvilke retninger -14 Sweco Professor Brochs gate 2 NO-7030 Trondheim, Telefon +47 73 83 35 00 www.sweco.no Sweco Norge AS Org.nr: 967032271 Hovedkontor: Oslo Maj Gøril Bæverfjord Gruppeleder Geoteknikk PhD Region Trondheim Mobil +47 915 94 332 MajGoril.Baeverfjord@sweco.no 1 (6)
Sør for krysset ved Sem Sælands og videre langs Rickard Birkelands veg beskrives grunnforholdene som et sandlag øverst med 1-3 m mektighet ned til leirelaget under og med varierende dybde til fjell. Det er påvist kvikkleire ved krysset mellom Høgskoleringen-Richard Birkelands veg og på nordsiden av Richard Birkelands veg. Det er ikke påvist kvikkleire under Verkstedteknisk laboratorium og i vegtraseen forbi Verkstedteknisk laboratorium. Dybde til berg/fast lag varierer fra 25 meter i vest forbi Verkstedteknisk laboratorium til om lag 10 meter i øst (nærmere Strindvegen). Verkstedteknisk laboratorium er pelefundamentert. Det samme er Materialteknisk laboratorium på andre siden av Richard Birkelands veg. Tiltak som reduserer rystelsene fra trafikk i området kan gjennomføres, men strukturelle rystelser i bygget er det mer krevende å gjennomføre effektive tiltak for. Det foreligger målinger av rystelsene i 1. og 2. etasje i Verkstedteknisk laboratorium. Disse målingene indikerer at en stor del av rystelsene er trafikkeffekter fra Richard Birkelands veg. Det er per i dag ikke gjennomført målinger som gjør det det mulig å absolutt identifisere hvilke vibrasjonskilder som gir vibrasjoner i hvilket frekvensområde. Tiltak Et måleprogram for å måle rystelser før tiltak, som nullreferanse for rystelsesnivået etter ferdigstilt byggefase og for kalibrering av FEM-modell for vurdering av effekt av tiltak, tilrådes. Se tiltaksplan. Tiltak i byggefase Tiltak som kan garantere at rystelsesnivået i nanolaboratoriet ikke forverres i byggefasen anses ikke som realistisk å oppnå, selv med beskrivelse av skånsomt utført anleggsarbeid. Et relevant tiltak som kan gjennomføres, er å legge anleggsperiodene utenom starten av mars midten av juni som er perioden hvor NTNUs masterstudenter har studier pågående i laboratoriet. Dette vil redusere omfanget av negativ påvirkning på driften i nanolaboratoriet. Byggetid er fremdeles under diskusjon. Kortest mulig byggetid forbi Verkstedteknisk laboratorium er ikke forenelig med mest mulig skånsom bygging forbi Verkstedteknisk laboratorium. Hensyn til driften ved laboratoriet er en av faktorene som er med i dialogen rundt byggetid. Tiltak i permanentfase Trafikkerte arealer må bygges og opprettholdes mest mulig jevne. Dette er et tiltak som gjennomføres som en del av prosjekteringen av g/s-sykkelveg og kollektivtiltak i Høgskoleringen. Det vil blant annet si at masseutskifting til frostfri dybde anbefales i trafikkerte arealer utenfor Verkstedteknisk laboratorium for å unngå frostskader på overbygning og asfaltdekke. Fartsdumper må unngås på strekningen forbi Verkstedteknisk laboratorium. Andre fartsreduserende tiltak som gjør kjøreoverflaten ujevn kan heller ikke gjennomføres. Alle kummer og andre VA-installasjoner i overflaten flyttes ut fra trafikkerte arealer. 2 (6)
Det antas at tiltak som beskrevet ovenfor vil oppheve den negative effekten av at trafikken flyttes noe nærmere Verkstedteknisk laboratorium enn ved dagens situasjon. Det kritiske ved denne løsningen er at effekten av jevnt dekke vil avta over tid, etter hvert som asfaltdekket slites eller skades ved byggearbeider. KS-stabilisering av leirmassene i Richard Birkelands veg kan vurderes for å unngå dette, siden en økt stivhet av massene under vegbanen vil redusere muligheten rystelsene fra trafikken har til å spre seg inn i byggene. Det er flere aspekter som må vurderes i denne sammenhengen. KS-stabilisering vil bidra til redusert spredning av rystelser gjennom en reduksjon av den vertikale nedbøyingen av vegbanen når tung trafikk passerer. Ideelt sett burde det KS-stabiliseres til berg/fast grunn, men i vest er fast grunn på hele 25 meters dyp, og det må gjennom modellering vurderes om tilstrekkelig effekt kan oppnås ved å KS-stabilisere til ca 10 meters dyp. Dersom KS-stabilisering gjennomføres, anbefales denne avsluttet i noe avstand fra byggene for å redusere overføring av strukturvibrasjoner, men dette må endelig vurderes gjennom beregninger. Dekningsgraden må også vurderes gjennom beregninger. Et viktig aspekt ved evaluering av bruk av KS-stabilisering er at ribbene over tid vil kunne framstå som ujevnheter i asfaltdekket, og slik igjen kan øke rystelsesnivået. Leirmassene i Richard Birkelands veg framstår som egnet for KS-stabilisering, men dette må verifiseres med laboratorieforsøk. KS-stabilisering vil være svært kostnadsdrivende. Det vil også være krevende med hensyn på stenging av Richard Birkelands veg/høgskoleringen i anleggsperioden (inkl. herdingstid). KSstabilisering kan derfor ikke tilrådes uten at beregninger 1) viser at jevnt dekke ikke veier opp effekten av at trafikken flyttes nærmere Verkstedteknisk lab og 2) en klar bedring i rystelsesnivået. Et annet vibrasjonsreduserende tiltak kan være rørspunt til fast grunn langs Verkstedteknisk laboratorium mellom bygget og kjørebanen. Det er usikkert om dette vil være stivt nok, men dette kan vurderes gjennom beregninger. Rørspunt er et rimeligere og anleggsteknisk lettere gjennomførtbart tiltak enn KS-stabilisering. Ovenstående tiltak er tiltak som gjennomføres i det ytre miljø. Et annet tiltak er konstruktive tiltak i bygget slik som å oppdatere dempesystemet til nanolaboratoriet. Det presenteres i det videre to alternative tiltaksplaner, et for tiltak i ytre miljø og et også med konstruktive tiltak i bygget. Tiltaksplan ALTERNATIV 1 1) Målinger som identifiserer vibrasjonsnivået i laboratoriet (vibrasjon i x,y, og x- retning, lydtrykk og EMI) og hvilke kilder som gir vibrasjoner i hvilket frekvensområde. Akseleratormeter plasseres i nanolaben og det måles over en 24 timers periode kombinert med logging av observasjoner i Richard Birkelands veg i 3 (6)
to timer, noe som anses relevant for å identifisere hvilke frekvenser som kommer fra passerende trafikk, og hvilken som kommer fra passerende trafikk over ujevnheter. Det anbefales at det denne forbindelse kjøres enkelte kjøretøyer i ny trase forbi Verkstedteknisk lab, for å identifisere eventuelle endringer i vibrasjoner i forhold til dagens trase. Måleprogram anbefales gjennomført av NGI. 2) Det etableres en FEM-modell basert på kunnskap om grunnforholdene i Richards Birkelands veg (godt kartlagt) under Verkstedteknisk laboratorium og Materialteknisk laboratorium (noe kartlagt gjennom grunnundersøkelser ved bygging, supplert med ekstrapolering av grunnforhold kartlagt i Richard Birkelands veg) og modeller av Verkstedteknisk og Materialteknisk laboratorier (inkl. fundamenter) som kalibreres mot vibrasjonene målt gjennom gjennomføring av pkt. 1. 3) Modellen i pkt 2) benyttes til å estimere effekten av jevn kjørebane og masseutskifting til frostfri dybde på rystelsene i nanolaben. 4) Modellen i pkt 2) benyttes til å estimere effekten av kalksementstabilisering på rystelsene i nanolaben. 5) På bakgrunn av målingene i pkt 1 og beregningene i pkt 4 og 5, samt estimater for kostandene for pkt. 4, vurderes det hvorvidt tiltakene referert til i pkt 3 er tilstrekkelig eller hvorvidt pkt 5 må gjennomføres for at rystelsesnivået i nanolaben ikke skal forverres. ALTERNATIV 2 1) Målinger som identifiserer vibrasjonsnivået i laboratoriet (vibrasjon i x,y, og x- retning, lydtrykk og EMI) og hvilke kilder som gir vibrasjoner i hvilket frekvensområde. Akseleratormeter plasseres i nanolaben og det måles over en 24 timers periode kombinert med logging av observasjoner i Richard Birkelands veg i to timer, noe som anses relevant for å identifisere hvilke frekvenser som kommer fra passerende trafikk, og hvilken som kommer fra passerende trafikk over ujevnheter. Det anbefales at det denne forbindelse kjøres enkelte kjøretøyer i ny trase forbi Verkstedteknisk lab, for å identifisere eventuelle endringer i vibrasjoner i forhold til dagens trase. Måleprogram anbefales gjennomført av NGI. 2) Fysiske tiltak gjennomføres i form av gjennomføring av jevn kjørebane (se tiltak i permanentfase). 3) Dempesystemet for nanolaboratoriet byttes ut. Nanolaboratoriet og dempesystemet kan sees i Figur 1, 2 og 3. Det originale dempesystemet er fra åttitallet, og er modent for utskiftning. Et riktig kalibrert, moderne dempesystem vil kunne holde vibrasjonsnivået på et kontrollerbart og akseptabelt nivå. 4 (6)
Tilråding Sweco tilråder tiltaksplanen i alternativ 2. NTNU signaliserer klart at det også er denne løsningen NTNU ønsker. Løsningen er klart det rimeligste alternativet, og er også den løsningen som anses gi det beste tekniske resultatet, både med tanke på effekt og varighet av effekten. Tidsplan for gjennomføring av alternativ 2 er vist under. Tidsplan for gjennomføring: Frist Ansvarlig Kommentar Valg av alternativ 15.11.2016 TK/NTNU Måleprogram 31.12.2016 Sweco/NTNU Valg av dempesystem 01.12.2016-31.01.2017 NTNU Valg av dempesystem tilpasset målte kritiske rystelser Installasjon av dempesystem, kalibrering 01.06.2017- NTNU/TK Tilrådes gjennomført i byggefasen hvor vanlig drift i laboratoriet vanskelig kan gjennomføres. Figur 1 Nærbilde dempesystem 5 (6)
Figur 2 Fra nanolaboratoriet Figur 3 Dempesystemet til nanolaboratoriet 6 (6)