ονήσεις, ονησιογράφοι και ονηµετρικός έλεγχος

ονήσεις, ονησιογράφοι και ονηµετρικός έλεγχος

ονήσεις από ανατινάξεις Oι δονήσεις που δηµιουργούνται από τις ανατινάξεις µεταφέρονται στο έδαφος υπό τη µορφή σεισµικών κυµάτων. Tο µέτωπο του κύµατος µεταδίδεται ακτινικά από το σηµείο της ανατίναξης.

ονήσεις από ανατινάξεις Tα διαφορετικά σεισµικά κύµατα που παράγονται ταξινοµούνται σε δύο κύριες κατηγορίες: τα κύµατα σώµατος (body waves) και τα κύµατα επιφάνειας (surface waves).

Κύµατα σώµατος Κύρια ή Επιµήκη Κύµατα ή Κύµατα Συµπίεσης (P- κύµατα). Ταξιδεύουν στη βραχόµαζα προκαλώντας συµπιέσεις και εκτονώσεις κατά τη διεύθυνση µετάδοσης του κύµατος. Έχουν τη µεγαλύτερη ταχύτητα και µεταβάλλουν τον όγκο αλλά όχι το σχήµα του µέσου µέσα από το οποίο διαδίδονται. ιατµητικά ή Εγκάρσια Κύµατα (S-κύµατα κύµατα). Προκαλούνούν µετατόπιση των σωµατιδίων σε κάθετη διεύθυνση σε σχέση µε τη διεύθυνση διάδοσης. Μεταβάλουν το σχήµα αλλά όχι τον όγκο των υλικών που διατρέχουν και η ταχύτητά τους βρίσκεται µεταξύ των επιµηκών κυµάτων και των κυµάτων επιφάνειας.

Κύµατα σώµατος

Κύµατα σώµατος

Κύµατα επιφάνειας Τα κύµατα επιφάνειας περιλαµβάνουν τους ακόλουθους τύπους κυµάτων: (α) Raylegh-R R κύµατα, (β) Love-Q Q (από το γερµανικό quervellen) ) κύµατα (γ) Channel και Stonelly κύµατα, τα οποία όµως είναι µικρότερης σηµασίας. Tα Raylegh κύµατα προκαλούν ελλειπτικής τροχιάς κίνηση στα σωµατίδια, η φορά των οποίων είναι αντίστροφη από αυτή της µετατόπισης. Tα Love κύµατα είναι ταχύτερα από τα Raylegh κύµατα, και προκαλούν κίνηση σωµατιδίων κάθετα στη διεύθυνση της κίνησης.

Κύµατα επιφάνειας και σώµατος

Παράµετροι των κυµάτων Oι βασικές παράµετροι που ενδιαφέρουν είναι: -H µέγιστη µετατόπιση (A) ενός σωµατιδίου από την αρχική του θέση -H ταχύτητα (v) µε την οποία µετακινείται το σωµατίδιο -H επιτάχυνση (a) του σωµατιδίου και -H συχνότητα (f) σε κύκλους ανά sec, η οποία είναι αντίστροφη της περιόδου T.

Παράµετροι των κυµάτων H µετατόπιση y ενός σωµατιδίου σε κάθε χρονική στιγµή υπολογίζεται από τη σχέση: y = A * sin(ωt) όπου ω (γωνιακή συχνότητα) = 2 * π * f = 2π *(1/T) Oι σχέσεις µεταξύ της µετατόπισης, της ταχύτητας και της επιτάχυνσης ενός σωµατιδίου δίνονται από τους ακόλουθους τύπους: y = A * sin(ωt) v = dy/dt = A * ω * cos(ωt) a = dv/dt = -A * ω 2 *sin(ωt) Για τις µέγιστες τιµές των ανωτέρω παραµέτρων, οι σχέσεις γίνονται ως ακολούθως: v max = A * ω = A * 2 * π *f a max = A * ω 2 = A * 4 * π 2 *f 2 = v max *2 *π *f

ονησιογράφοι ύο τύποι: Σεισµογράφοι ταχύτητας Σεισµογράφοι επιτάχυνσης

ονησιογράφοι ύο τύποι: Οι ονησιογράφοι έχουν τη δυνατότητα καταγραφής των ακόλουθων στοιχείων σε τρεις συνιστώσες : - ταχύτητα δόνησης - επιτάχυνση - συχνότητα και -µετατόπιση και Oι δονησιογράφοι συνεργάζονται µε ηλεκτρονικούς υπολογιστές για περαιτέρω επεξεργασία των δεδοµένων (ανάλυση Fourier, έλεγχος σύµφωνα µε διεθνή κριτήρια, κατασκευή διαγράµµατος Scaled Distance, κ.λπ.).

ονηµετρικός έλεγχος Γενικά Βασικά βήµατα: Γνώση της γεωλογίας της περιοχής Έλεγχος όλων των κατασκευών πριν τη διενέργεια των ανατινάξεων. Λήψη φωτογραφιών video. ηµιουργία αρχείου δεδοµένων µε τα χαρακτηριστικά της ανατίναξης και τη θέση των δονησιογράφων. Επανέλεγχος των κατασκευών µετά από κάθε ανατίναξη.

ονηµετρικοί έλεγχοι ανατινάξεων Στόχοι δονηµετρικού ελέγχου: α. Να εξεταστούν οι προκαλούµενες δονήσεις (εδάφους και πίεσης αέρα) σε σχέση µε τα κριτήρια κτιριακών βλαβών και ανθρώπινης όχλησης. β. Nα βρεθεί ο νόµος διάδοσης της δόνησης και έτσι να υπολογιστεί η µέγιστη επιτρεπόµενη ποσότητα εκρηκτικής ύλης ανά χρόνο επιβράδυνσης για δεδοµένη απόσταση και προκαθορισµένη ταχύτητα.

Κριτήρια κτιριακών βλαβών α. Mε βάση τη µέγιστη ταχύτητα σωµατιδίου-ppv (mm/s) Langefors et al. (1958) Kαθόλου ζηµιά <50 Mικρά σπασίµατα 100 Σπασίµατα 150 Σοβαρές ζηµιές 225 Nicholls et al. (1971) Aσφαλής ζώνη <50 Eπικίνδυνη ζώνη 100

Κριτήρια κτιριακών βλαβών β. Mε βάση τη µέγιστη ταχύτητα σωµατιδίου (mm/s) και τη συχνότητα (Hz) DIN 4150 (1984) Tύπος κατασκευής 10 Hz 10-50 Hz 50-100 Hz Βιοµηχανικά κτίρια 20 20-40 40-50 Κατοικίες 5 5-15 15-25 Ευαίσθητες κατασκευές 3 3-8 8-10

Κριτήρια κτιριακών βλαβών β. Mε βάση τη µέγιστη ταχύτητα σωµατιδίου (mm/s) και τη συχνότητα (Hz) DIN 4150 (1984)

Κριτήρια κτιριακών βλαβών β. Mε βάση τη µέγιστη ταχύτητα σωµατιδίου (mm/s) και τη συχνότητα (Hz) USBM RI-8507 (1982) Tύπος κατασκευής Aσφαλή κτίρια Σύγχρονες κατοικίες Παλιές κατοικίες PPV (mm/s) 50.00 18.75 12.50 Συχνότητα (Hz) 20-400 <40 <10

Κριτήρια κτιριακών βλαβών β. Mε βάση τη µέγιστη ταχύτητα σωµατιδίου (mm/s) και τη συχνότητα (Hz) USBM RI-8507 (1982)

Πίεση αέρα (Air blast) Αιτίες, που προκαλούν το φαινόµενο είναι: - η διαφυγή των αερίων από τις ρωγµές που δηµιουργούνται στο πέτρωµα - η διαφυγή αερίων από το διάτρηµαόταν φεύγει η επιγόµωση -η δόνηση του εδάφους από την ανατίναξη - η έκρηξη της ακαριαίας θρυαλλίδας - η µετατόπιση του µετώπου της βαθµίδας κατά την ανατίναξη και - η σύγκρουση των τεµαχίων του πετρώµατος.

Πίεση αέρα (Air blast) Πίεση αέρα (db) 180 >170 170 150 140 136 120 Πιθανά αποτελέσµατα Σηµαντικές ζηµιές σε απλές κατασκευές Σπασίµατα σε σοβάδες Aρκετάπαράθυραθασπάσουν Mερικάπαράθυραθασπάσουν Ίσως σπάσουν µεγάλα παράθυρα Όριο που προτείνεται από το USBM Παράπονα

ονήσεις και ανθρώπινη όχληση Βασικό ερώτηµα: Ποια είναι η µέγιστη επιτρεπόµενη ταχύτητα δόνησης (PPV) σε µια συγκεκριµένη περιοχή?

Κριτήρια πρόληψης ανθρώπινης όχλησης α. Goldman (1948)

Κριτήρια πρόληψης ανθρώπινης όχλησης β. Steffens (1974) DIN 4150 K = (0,005 * A * f 2 )/(100 + f 2 ) 1/2 = (0,8 * v * f)/(100 + f 2 ) 1/2 = = (0,125 * a)/(100 + f 2 ) 1/2 όπου, A = µετατόπιση (µm) f = Συχνότητα (Hz) v = ταχύτητα (mm/s) a = επιτάχυνση (mm/s 2 )

Κριτήρια πρόληψης ανθρώπινης όχλησης β. Steffens (1974) DIN 4150 Tιµή Συντελεστή K <0,1 0,1 0,25 0,63 1,6 4 10 Eπίπεδο όχλησης Όχι αντιληπτή δόνηση Σχεδόν αντιληπτή Eλάχιστα αντιληπτή Aντιληπτή Eύκολα αντιληπτή Έντονα αισθητή Πολύ έντονα αισθητή

Κριτήρια πρόληψης ανθρώπινης όχλησης γ. ISO 2631-1:1997 Eίδος κτιρίου Eιδικές περιοχές (νοσοκοµεία, εργαστήρια ακριβείας, κ.λπ.) Kατοικίες Hµέρα Nύχτα Ηµέρα Συνεχείς ή διακοπτόµενες ανατινάξεις 1 1 2-4 Παροδικές ανατινάξεις, µε πολλά συµβάντα ανά µέρα 1 1 30-90 Νύχτα 1.4 1.4-20 Γραφεία Ηµέρα 4 60-128 Νύχτα 4 60-128 Καταστήµατα Ηµέρα 8 90-128 Νύχτα 8 90-128

Κριτήρια πρόληψης ανθρώπινης όχλησης γ. ISO 2631-1:1997

Επιτρεπτό Όριο Όχλησης: Παράγοντες επίδρασης Φυσικοί παράγοντες Παράµετροι της ανατίναξης Ανθρωπογενείς παράγοντες

Φυσικοί παράγοντες Γεωλογία: Ρήγµατα, τεκτονικές επαφές κ.ά. γεωλογικά φαινόµενα µπορούν να ενισχύσουν ή να αποσβέσουν τα σεισµικά κύµατα Σεισµικότητα: Κάτοικοι περιοχών υψηλής σεισµικότητας είναι πολύ πιο ευαίσθητοι στις δονήσεις.

Φυσικοί παράγοντες Άλλα γεωλογικά φαινόµενα: Ζηµιές που προκαλούνται από κατολισθήσεις, υπόγεια νερά, κ.ά. φαινόµενα, αποδίδονται στις ανατινάξεις. Τοπογραφία: Το τοπογραφικό ανάγλυφο παίζει σηµαντικό ρόλο γιατί αποκρύπτει ή φανερώνει τη δραστηριότητα και τις επιπτώσεις της.

Παράµετροι της ανατίναξης Σχεδιασµός και προγραµµατισµός ανατίναξης: Σωστός σχεδιασµός και ενηµέρωση των κατοίκων για την ώρα της ανατίναξης µειώνουν την όχληση. Συστηµατικός δονηµετρικός έλεγχος: Μειώνει την ανησυχία των κατοίκων και επιτρέπει υψηλότερα όρια όχλησης. Περιοδικότητα ανατινάξεων: Συχνές, έστω και µικρές, ανατινάξεις είναι πιο ενοχλητικές από ισχυρότερες αλλά σε µεγαλύτερα χρονικά διαστήµατα. Πίεση αέρα (Air blast): Προκαλεί όχληση και όχι ζηµιές αλλά εντείνει τις αντιδράσεις και εκλαµβάνεται, αρκετές φορές, λανθασµένα ως δόνηση εδάφους (λόγω τριγµών των τζαµιών, κ.λπ.).

Ανθρωπογενείς παράγοντες Χαρακτηριστικά πληθυσµού: Η ηλικία, το φύλο, η επαγγελµατική εµπειρία, κ.λπ. επιδρούν στην επιτρεπόµενη όχληση. Χαρακτηριστικά κατασκευών: Ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των κατασκευών µπορεί να προκαλέσουν προβλήµατα Επιπτώσεις του έργου: Ανταποδοτικά οφέλη από το έργο επιτρέπουν υψηλότερα επίπεδα PPV.

Ανθρωπογενείς παράγοντες Υφιστάµενο επίπεδο όχλησης: Άλλες δραστηριότητες (π.χ. κυκλοφορία βαρέων οχηµάτων) προκαλούν όχληση που αποδίδεται σε δονήσεις ανατινάξεων. Ιδιαιτερότητες της περιοχής: Χρήσεις γης ιδιαίτερου χαρακτήρα (π.χ.παραδοσιακοί οικισµοί, µνηµεία, κ.λπ.) αυξάνουν την ευαισθησία των κατοίκων ηµόσιες σχέσεις: Οι καλές σχέσεις της εταιρείας µε την τοπική κοινότητα επιτρέπουν υψηλότερα όρια όχλησης.

Συµπεράσµατα Σε κατοικηµένες περιοχές τα όρια πρέπει να καθορίζονται από την ανθρώπινη όχληση και όχι από την ασφάλεια των κατασκευών Είναι εξαιρετικά δύσκολο να καθοριστεί ένα ενιαίο όριο ανθρώπινης όχλησης Πολλοί παράγοντες που επιδρούν στην ανθρώπινη όχληση δεν µπορούν να εκτιµηθούν αντικειµενικά. Όταν υπάρχουν προβλήµατα είναι επιβεβληµένη µια συστηµατική µελέτη που θα εξετάσει όλους τους ελεγχόµενους και µη παράγοντες για να καθορίσει το αποδεκτό όριο για τη συγκεκριµένη περιοχή.

Συµπεράσµατα Κατάλληλα όρια όχλησης σε συνδυασµό µε συστηµατικό δονηµετρικό έλεγχο και σωστή ενηµέρωση των κατοίκων ελαττώνουν τις διαµαρτυρίες και προστατεύουν το έργο από αντιδράσεις, που σε ορισµένες περιπτώσεις µπορούν να προκαλέσουν ακόµη και τη διακοπή των εργασιών.

ονηµετρικός έλεγχος - ιάγραµµα SD Βασικά βήµατα: Εκτέλεση δοκιµαστικών ανατινάξεων, τουλάχιστον 8-10, µε χαρακτηριστικά αντίστοιχα των παραγωγικών ανατινάξεων. Συλλογή δεδοµένων (άνω των 30 µετρήσεων) από τις ανατινάξεις αυτές, σε διάφορα σηµεία της περιβάλλουσας περιοχής. ηµιουργία αρχείου δεδοµένων µε την ταχύτητα της δόνησης, την απόσταση του δονησιογράφου από την ανατίναξη και το φορτίο της ανατίναξης που πυροδοτείται ανά χρόνο επιβράδυνσης. Στατιστική επεξεργασία των δεδοµένων. Κατασκευή του διαγράµµατος Scaled Distance

Πρόβλεψη δονήσεων εδάφους Tο U.S.B.M. προτείνει το ακόλουθο µοντέλο πρόβλεψης: V (mm/s) = a * (D/W 1/2 ) b όπου a, b είναι σταθερές που εξαρτώνται από τις συνθήκες της περιοχής W = φορτίο ανατίναξης, το οποίο πυροδοτείται ανά χρόνο επιβράδυνσης D = απόσταση από το σηµείο ανατίναξης V = ηταχύτητατηςδόνησης Ο όρος D/W 1/2 καλείται ανηγµένη απόσταση (scaled distance)

ιάγραµµα Scaled Distance

Κατασκευή διαγράµµατος SD O γενικός νόµος που ισχύει είναι της µορφής: y = a * x b όπου y = ταχύτητα σωµατιδίου (v) x = ανηγµένη απόσταση (SD) a, b = σταθερές που υπολογίζονται από το γράφηµα

Κατασκευή διαγράµµατος SD Σε ένα log-log γράφηµα, από τα δεδοµένα µπορεί να κατασκευαστεί µια ευθεία γραµµή, µε τηµέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων, µετασχηµατίζοντας την προηγούµενη σχέση: logy = loga + b * logx Ησυγκεκριµένη ευθεία προσδιορίζει ότι κάθε νέο σηµείο έχει την ίδια πιθανότητα (50%), να βρίσκεται πάνω ή κάτω από αυτή. Yπολογίζοντας την τυπική απόκλιση των τιµών, µπορούµε να χαράξουµε µια δεύτερη γραµµή παράλληλη στην πρώτη, κάτω από την οποία βρίσκεται το 95% των σηµείων, ώστε να τη χρησιµοποιούµε ως συντελεστή ασφαλείας στην επιλογή της µέγιστης επιτρεπόµενης ποσότητας της εκρηκτικής ύλης.

Κατασκευή διαγράµµατος SD b= C xy /C xx loga = logy - b * logx (χρησιµοποιώντας µέσες τιµές logy και x) R 2 = C 2 xy /C xx C yy n C xy = ( x 1 i x)( y i y) x = 1 n n i= 1 x i C xx = n 1 ( x i x) 2 y = 1 n n i= 1 y i C yy = n 1 ( y i y) 2

Κατασκευή διαστήµατος εµπιστοσύνης y t n-2,a/2 s y x 1 ( xo x) + n C xx 2 < y < y + t n-2,a/2 s y x 1 ( xo x) + n C xx 2 s 2 y x = n 1 2 C yy C C 2 xy xx t n-2,a/2 = υπολογίζεται από πίνακες της κατανοµής t για το αντίστοιχο διάστηµα εµπιστοσύνης και τους βαθµούς ελευθερίας

Εργαστηριακή Άσκηση Χρησιµοποιώντας τα δεδοµένα που παρέχονται, ζητείται: α. να κατασκευασθεί το διάγραµµα Scaled Distance β. να υπολογισθεί η µέγιστη ποσότητα της εκρηκτικής ύλης ανά χρόνο επιβράδυνσης, σε συνάρτηση µε την απόσταση από τις κατασκευές. - για ταχύτητα 5 mm/s ώστε να µην υπάρχουν επιπτώσεις στις κατασκευές - για ταχύτητα 1,2 mm/s ώστε να αποφεύγεται η ανθρώπινη όχληση Παραδοτέα Κάθε οµάδα θα παραδώσει µία συνοπτική έκθεση στην οποία θα συµπεριλαµβάνονται: το διάγραµµα Scaled Distance και οι δύο Πίνακες.