Die Effekte der Erschtterungen generiert durch mechanische Gewinnungsmethoden

Die Effekte der Erschütterungen generiert durch mechanische Gewinnungsmethoden DI Mark Ganster Herbstveranstaltung 2016| 14. 09. 2016 Zápatí Swiss | v. XY DDMMRRRR Seite 1

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Einleitung Seite 4

Einleitung • Die Energie von mechanischen Gewinnungsmaschinen wird ähnlich wie bei Sprengarbeiten in den Untergrund eingeleitet und pflanzt sich radial in Form von Spannungswellen fort • Es gibt 4 Mechanismen um die Energie zu transferieren (Dowding 1997; Oriard 2002) : – – Impuls: Sprengen, Reißen, Dynamische Kompaktion, Rammen, Rotation: TBM´s, Teilschnittmaschinen Rollen: LKW - Verkehr, Eisenbahn, Haultrucks Schwingen: Vibrationsrammen, Kompressoren, Seite

Einleitung • Es gibt 3 grundsätzliche Arten von Erschütterungen generiert durch mechanische Aktivität: 1. Kontinuierliche Erschütterung – low rate: niedriger Energieeintrag über längere Perioden: Vibrationsrammen, Rütteldruckverdichter… 2. Kontinuierliche Erschütterung- high rate: hoher Energieeintrag über längere Perioden: Hydraulikhammer, TBM… 3. Transiente Erschütterung: hoher Energieeintrag über kurze Perioden: Schlagrammen, Sprengen… Seite 6

Umwelttechnische Aspekte Emission Transmission Immission Erschütterungsquelle: Effekte Sprengung Knäppern Fräsen Reißen Andere: Verdichten, Rammen Kontrolliert durch Energieeintrag Gebäudeschäden Menschliche Wahrnehmung Andere Abhängig von Schwinggeschwindigkeit Frequenz Dauer Seite Entfernung Abhängig von Distanz Medium: - Untergrund -Luft -Wasser

Definitionen • Erschütterungen sind im technischen Sinne alle Arten von mechanischen Schwingungen in festen Körpern Dynamische Belastung von Bauwerken Seite 8

Rissbildung Risse werden durch Längen- und differentielle Winkeländerungen verursacht hervorgerufenen Spannungen überschreiten den für den Baustoff gegebenen Festigkeitsgrenzwert: Ø Temperaturänderungen Ø Feuchtigkeitsänderungen Ø Lastabhängige Verformungen Ø Aufgezwungene Bewegungen durch angrenzende Bauteile Ø Setzungen und Grundwasserspiegelschwankungen Ø Um- und Zubauten Ø Erschütterungen Seite 9

Rissbildung Ø Oberflächenrisse erfassen nur einen unbedeutenden Anteil des Bauteilquerschnittes Beeinträchtigen Ästhetik des Bauwerks Ø Durchgehende Risse in massiven Bauteilen können die Gebrauchstauglichkeit beeinträchtigen und Folgeschäden hervorrufen Seite 10

Rissbildung Durch Erschütterungen verursachte Schäden stellen gekreuzte Diagonalrisse dar. Seite 11

Normen und Richtwerte ÖNORM S 9020: 2015 -12 Zápatí Swiss | v. XY DDMMRRRR Seite 12

Normen und Richtwerte DIN 4150 - 3 Seite 13

Normen und Richtwerte Seite 14

Fallbeispiele Bohren & Sprengen: § § Tunnelsprengung 3, 36 kg Lademenge je Zzst. Entfernung: 20 m Vi = 13 mm/s Seite 15

Fallbeispiele Diese Wellenform schreit nach Resonanz bzw. schlechter Geophonkopplung Seite

Fallbeispiele § § § Untertage - Sprengung mit elektronischen Zündern Distanz: 20 m Lademenge/Zzst. : 28, 80 kg (=8 x 3. 60 kg) VR = 11. 13 mm/s @ 2250 ms VR = 0. 64 mm/s @ 1000 ms Seite 17

Fallbeispiele Road Header: Quelle: Comparison of vibration levels from drill & blast work and mechanical excavation of tunnels with road header, vienna conference Proceedings 2007, P. Moser et al Seite 18

Fallbeispiele § § § Betrieb Hydromeissl 6 m neben Bogenstaumauer Hydromeißl 1, 6 to Einsatzgewicht Schlagzahl: Bereich 1: 360 – 480 Schläge pro Min. , Bereich 2: 720 – 960 Schläge pro Min. Energie: 3, 5 – 4, 75 k. Nm VR = 82 mm/s Seite 19

Effekte von Erschütterungen § § Veränderung der Erschütterungen beim Übergang vom Boden auf das Fundament durch Elastizität des Baugrundes, Gebäudemasse durch Ausmittelungseffekte in Abh. der Grundrissabmessungen Bei der Weiterleitung der Erschütterungen vom Fundament über die Gebäudewände auf Decken Verstärkung Größten Erschütterungen im Resonanzbereich von Gebäudedecken Der max. Übertragungswert kann mit VD = 1/(2 x. D 1) abgeschätzt werden, wobei für Gebäude mit Stahlbetondecken 0, 02 < D 1 < 0, 05 gilt Messobjekt (MP) VR [mm/s] Vi[mm/s] Frequenz [Hz] MP 1: Betonfundament Keller 0. 28 0. 254 7. 7 MP 1: Erdgeschoß 0. 97 0. 762 39. 3 MP 1: Obergeschoß 2. 63 2. 604 46. 5 Seite 20

Effekte von Erschütterungen Prognoseverfahren für die Bodenschwinggeschwindigkeiten infolge Tiefbauarbeiten basieren allgemein auf der folgenden Gleichung: wobei K………. . Bodenkonstante (Proportionalitätsfaktor, dimensionslos) E………. . Energie des Hydraulikhammers in k. Nm r……… Entfernung Energiequelle zu Fundament in m Für Schlagrammung mittels Hydraulikhämmer wird gemäß Eurocode 3 Teil 5 (ENV 1993 -5) K=15. 8 bei weichem bzw. lockerem Untergrund bzw. K=31. 6 bei sehr steifem bzw. dichtem Untergrund empfohlen. Whyley & Sarsby (1992) empfehlen den gleichen Ansatz, nach ihren Angaben liegt der K-Wert allerdings je nach Baugrundsteifigkeit zwischen 7. 9 und 47. 4. Seite 21

Effekte von Erschütterungen Lediglich Wieck (2003) führt in seiner Modellierung einen K-Wert von K=11. 07 an. Zusätzlich gibt er einen Übertragungsfaktor vom Fels ins Gebäude an, welcher in nachstehender Formel enthalten ist: Somit führt nach der Berechnungsmethode laut Wieck, ein Übertragungsfaktor vom Fels ins Gebäude und zusätzlich ein niedrigerer K-Wert als bei allen anderen, üblichen Modellrechnungen, zu den niedrigsten gerechneten Erschütterungsimmissionen auf das Gebäude Seite 22

Effekte von Erschütterungen in Abhängigkeit der Entfernung 160 Schwinggeschwindigkeit in den Gebäudedecken [mm/s] 150 140 130 120 110 100 K=31. 6, D 1=0. 02 K=15. 8, D 1=0. 02 K=31. 6, D 1=0. 05 K=15. 8, D 1=0. 05 K=11. 07, D 1=0. 02 K=11. 07, D 1=0. 05 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 Abstand Erschütterungsquelle zum Fundament [m] 25 30 Seite 23

Effekte durch Dauererschütterung § § Gekreuzte Diagonalrisse im EG Bereich Schubrisse und Diagonalrisse in OG Bereich Seite 24

Zusammenfassung § Der Einsatz von Road Header und TBM´s ist in Bezug auf Erschütterungen als unkritisch für Gebäude anzusehen § Sekundärschalleffekte und der Betrieb im Nahbereich (< 20 m) könnte zu Nachtbetriebsverboten führen (Wirkung auf Menschen in Gebäuden, Bewertung nach ISO 2631 -1, 2631 -2, DIN 4150) § Einsatz von Hydromeissel im Nahbereich von Gebäuden Dauererschütterung Resonanzerscheinung § Sprengen unter Berücksichtigung der max. L/ZZST ist bis ans Gebäudefundament möglich impulsförmiges Ereignis § Einsatz von elektronischen Zündern in Verbindung mit Superpositionswellenmodell gewährleistet eine signifikante Erschütterungsreduktion in Gewinnungsbetrieben Seite 25

Waihi Goldbergbau in NZ Seite 26

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