PL226846B1 - Podstawa dopomiaru przyspieszen drgan powierzchniowych propagowanych wosrodku gruntowym - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest podstawa pierścieniowa do realizacji terenowych pomiarów przyspieszeń drgań powierzchniowych propagowanych w ośrodku gruntowym w trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach pomiarowych z możliwością rektyfikacji górnej części głowicy podstawy zarówno w płaszczyźnie pionowej jak i poziomej.

Znane rozwiązania wykorzystywane do realizacji pomiarów drgań powierzchniowych propagowanych w ośrodku gruntowym i rejestrowanych w wybranym punkcie wzdłuż przyjętego profilu pomiarowego polegają na pomiarze przemieszczeń, prędkości lub przyspieszeń drgań przy wykorzystaniu:

a) jedno- lub trójosiowych czujników bezwzględnych przyspieszeń, prędkości lub przemieszczeń drgań ustawianych bezpośrednio na gruncie;

b) masywnych podstaw w postaci stalowych okrągłych płyt lub gotowych elementów z kompozytów cementowych (np. płyty chodnikowe - tzw. trylinka) ustawianych bezpośrednio na wcześniej wyrównanym fragmencie podłoża gruntowego lub częściowo, czy też całkowicie w nim zagłębionych, do których górnych powierzchni mocowane są jedno- lub trójosiowe czujniki pomiarowe;

c) wbijanych w grunt pojedynczych prętów o przekroju kołowym, sześciokątnym lub innym, do których górnej wystającej z ośrodka gruntowego części mocowane są czujniki pomiarowe;

d) masywnych podstaw połączonych w sposób sztywny z jednym lub kilkoma prętami (zwykle o przekroju kołowym) zagłębianymi w gruncie, do których górnej powierzchni przykręcane są czujniki;

e) podstaw pomiarowych w formie stalowych krzyżaków z czterema prętami zagłębianymi w gruncie i aluminiową głowicą, do której przykręcane są czujniki pomiarowe;

f) oraz przy wykorzystaniu geofonów lub jedno- i trójosiowych bezwzględnych czujników przemieszczeń, prędkości lub przyspieszeń drgań zakopywanych w gruncie na odpowiedniej głębokości.

W przypadku realizacji pomiarów drgań powierzchniowych sposobami a) i b) nie jest zapewnione odpowiednie „związanie” zastosowanego układu pomiarowego z ośrodkiem gruntowym. Czujniki ustawione na gruncie - nawet jeśli są wystarczająco masywne lub przykręcane do masywnych podstaw bezpośrednio ustawianych na gruncie nie umożliwiają rejestracji wiarygodnych przebiegów drgań w funkcji czasu. Rozkłady częstotliwościowe jak i amplitudy zarejestrowanych w ten sposób przebiegów czasowych przemieszczeń, prędkości lub przyspieszeń drgań muszą być zniekształcone w związku z możliwością przemieszczania się zastosowanego układu pomiarowego względem podłoża - zarówno w płaszczyźnie pionowej jak i poziomej. Ponadto duża masa skupiona w punkcie pomiarowym, w którym realizowane są pomiary drgań niewątpliwie będzie zaburzała swobodną propagację drgań propagowanych w ośrodku gruntowym.

Znacznie lepszym pod tym względem rozwiązaniem są sposoby d) i e). Wbijane, lub w inny sposób zagłębiane w gruncie pręty kotwiące, dzięki siłom tarcia występującym pomiędzy powierzchniami bocznymi kotew a gruntem, zapewniają zdecydowanie pewniejsze i bardziej stabilne „związanie” podstaw pomiarowych (z przykręcanymi do nich czujnikami pomiarowymi) z ośrodkiem gruntowym, którego drgania powierzchniowe mają być rejestrowane - zwłaszcza drgania w kierunku pionowym. Jednocześnie minimalizowana jest możliwość wystąpienia drgań podstaw pomiarowych z przykręconymi do nich czujnikami w płaszczyźnie poziomej względem powierzchni gruntu. Tym samym w tego typu rozwiązaniach mamy do czynienia z rejestracją drgań o parametrach znacznie bardziej zbliżonych do rzeczywistych drgań ośrodka gruntowego - zwłaszcza w przypadku zastosowania większej liczby prętów kotwiących. W związku z tendencją do drgań charakterystycznych dla elementów wspornikowych oraz znacznym prawdopodobieństwem rozluźnienia ośrodka gruntowego w strefie przypowierzchniowej w bezpośrednim sąsiedztwie wbijanych lub w inny sposób zagłębianych w gruncie podstaw pomiarowych w postaci pojedynczych prętów (sposób „c”) jest mało prawdopodobne uzyskanie wiarygodnych przebiegów czasowych przemieszczeń, prędkości lub przyspieszeń drgań powierzchniowych rejestrowanych za pośrednictwem tego typu podstaw - szczególnie jeśli chodzi o drgania powierzchniowe ośrodka gruntowego w płaszczyźnie poziomej.

Niestety w każdym z wyżej wymienionych sposobów w dalszym ciągu mamy do czynienia z zaburzeniami drgań ośrodka gruntowego w związku z punktowym przyłożeniem znacznej masy skupionej, która może mieć istotny wpływ na rejestrowane parametry drgań. Ponadto żaden z powyżej

PL 226 846 B1 prezentowanych sposobów pomiaru drgań powierzchniowych ośrodka gruntowego nie umożliwia korekty położenia czujników pomiarowych względem przejętego układu osi (w kierunkach równoległym i prostopadłym do przyjętego profilu pomiarowego) w przypadku przechylenia lub nieznacznego obrotu podstawy pomiarowej do czego zazwyczaj dochodzi w trakcie wbijania prętów kotwiących w grunt.

Również ostatni sposób pomiaru drgań powierzchniowych propagowanych w ośrodku gruntowym f), wolny od wad sposobów a) i b), nie jest optymalnym rozwiązaniem. Zakopywanie czujników w gruncie (w zależności od głębokości, na jakiej czujniki są umieszczane) może sprawić, iż uzyskiwane w trakcie pomiarów terenowych przebiegi czasowe przyspieszeń, prędkości lub przemieszczeń drgań będą charakteryzowały się amplitudami i rozkładami częstotliwościowymi znacznie odbiegającymi od drgań powierzchniowych rzeczywiście występujących w danym punkcie pomiarowym

- jako, że drgania powierzchniowe propagują się w ośrodku gruntowym w głównej mierze w postaci fal Rayleigh'a (tzw. R-fal) - płaskich fal harmonicznych rozchodzących się w półprzestrzeni sprężystej równolegle do powierzchni i zanikających asymptotycznie do zera wraz z głębokością. Ponadto nie ma gwarancji, że czujniki w trakcie zakopywania nie przyjmą innego położenia niż założono (np. nie ulegną nieznacznemu obrotowi względem przyjętego profilu pomiarowego). Nie bez znaczenia jest także to, że konieczne jest wykonanie punktowego wykopu pod czujnik lub układ czujników pomiarowych, który narusza zwartą bryłę gruntu i pomimo późniejszego zagęszczenia gruntu może istotnie wpływać na rejestrowane parametry drgań (np. powodować zwiększone tłumienie drgań w rozluźnionym lub niewłaściwie zagęszczonym ośrodku gruntowym).

Istotą wynalazku jest zastosowanie układu dwóch współpracujących ze sobą lekkich i jednocześnie odpowiednio sztywnych pierścieni wykonanych z aluminium z możliwością precyzyjnej korekty położenia (rektyfikacji) górnego pierścienia względem pierścienia dolnego - zarówno w płaszczyźnie poziomej jak i pionowej oraz przegubowe, częściowo wibroizolowane połączenie pierścienia dolnego z dospawanymi trzema „uszami” z podłożem za pomocą trzech niezależnych prętów kotwiących , które w zależności od warunków gruntowych, mogą być zagłębiane (wciskane, wbijane lub wkręcane) w grunt. Długość prętów kotwiących w zależności od potrzeb może być dobierana indywidualnie.

Podstawa pierścieniowa do pomiaru przyspieszeń drgań powierzchniowych propagowanych w ośrodku gruntowym w prezentowanej w niniejszym opracowaniu formie cechuje się wyjątkową prostotą budowy pomimo, iż zapewnia możliwość rektyfikacji pierścienia górnego (wyposażonego w libellę okrągłą z widocznym koincydencyjnym systemem odczytu), do którego przykręcane są czujniki przyspieszeń (ewentualnie przemieszczeń lub prędkości drgań), tak, aby wszystkie trzy czujniki zamontowane na górnym pierścieniu umożliwiały pomiar drgań w kierunkach zgodnych z kierunkami założonymi dla przyjętego profilu pomiarowego (pionowym oraz równoległym i prostopadłym do przyjętego profilu pomiarowego). Zwykle w tego typu pomiarach dochodzi do mniej lub bardziej istotnych kilkustopniowych odchyłek kierunków pomiarowych, których przy tradycyjnych podstawach po ich zamontowaniu na gruncie nie da się skorygować, lub możliwość korekty kierunków jest nieznaczna.

Zastosowanie stopów metali lekkich i pierścieniowej konstrukcji podstawy pomiarowej trójpunktowo kotwionej w gruncie - w miejsce tradycyjnie stosowanych masywnych prefabrykowanych elementów z kompozytów cementowych lub płyt stalowych, czy też sześcianów z metali lekkich „mocowanych” do gruntu za pomocą prętów zagłębianych w gruncie, znacząco minimalizuje masę układu pomiarowego złożonego z podstaw mocujących czujniki do gruntu i czujników pomiarowych, co ma istotny wpływ na wiarygodność rejestrowanych drgań w przyjętym punkcie pomiarowym przy zapewnieniu odpowiedniego stopnia „związania” podstaw pomiarowych z ośrodkiem gruntowym.

Konstrukcja, poprzez przegubowe, częściowo wibroizolowane połączenie podstawy pomiarowej z prętami kotwiącymi wbijanymi lub wkręcanymi w grunt (realizowane za pomocą masy bitumicznej

- np. Bitexu - pokrywającej powierzchnie wewnętrzne uchwytów kotwiących pierścienia dolnego) jest w znacznie mniejszym stopniu podatna na drgania samych prętów kotwiących, które mają tendencję do przenoszenia drgań charakterystycznych dla elementów wspornikowych (szczególnie w płaszczyźnie poziomej).

Z punktu widzenia przyszłego użytkownika zaproponowane rozwiązanie umożliwia także znacznie szybsze realizowanie pomiarów propagacji drgań powierzchniowych w ośrodku gruntowym, gdyż górny pierścień z przykręconymi do niego czujnikami pomiarowymi i okablowaniem podłączonym do rejestratora drgań może być w każdej chwili odkręcony od dolnej części podstawy, przeniesiony i przykręcony do innego wcześniej przygotowanego punktu pomiarowego z „zamocowanym” na gruncie dolnym pierścieniem podstawy do pomiaru drgań powierzchniowych - bez konieczności powtarzania pracochłonnego i długotrwałego etapu dezaktywacji aparatury pomiarowej, rozłączania okablowania,

PL 226 846 B1 demontażu czujników pomiarowych i ich ponownego montażu wraz z okablowaniem w kolejnym punkcie pomiarowym, ponownego podłączenia okablowania do rejestratora drgań, przeprowadzenia pomiarów testowych itp. - co znacząco skraca czas realizacji tego typu pomiarów przy ograniczonej liczbie kosztownych czujników pomiarowych. Konstrukcja podstawy do pomiaru drgań powierzchniowych propagowanych w ośrodku gruntowym umożliwia także znaczne ograniczenie czasu, jaki jest niezbędny do rozpoczęcia pomiarów właściwych. W większości stosowanych rozwiązań, ze względu na bardzo duże prawdopodobieństwo uszkodzenia czujników pomiarowych, montuje się je do podstaw pomiarowych dopiero po zakotwieniu podstaw w ośrodku gruntowym (np. po wbiciu w grunt prętów kotwiących podstawy). W proponowanym rozwiązaniu czujniki pomiarowe wraz z okablowaniem mogą być montowane do części górnej podstawy, podłączane do aparatury rejestrującej i testowane po uruchomieniu oprogramowania, w trakcie lub nawet przed przystąpieniem do prac przyg otowawczych związanych z wytyczaniem profilu pomiarowego, wyznaczaniem punktów pomiarowych i kotwieniem w ośrodku gruntowym dolnych części podstaw pomiarowych.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest na rysunkach, gdzie fig. 1, przedstawia schemat budowy podstawy pierścieniowej do pomiaru przyspieszeń drgań powierzchniowych propagowanych w ośrodku gruntowym z możliwością rektyfikacji i obrotu głowicy w płaszczyźnie poziomej, fig. 2 - rektyfikację głowicy w pionie oraz dostosowanie jej położenia w płaszczyźnie poziomej.

Pierścieniowa podstawa do pomiaru przyspieszeń drgań powierzchniowych propagowanych w ośrodku gruntowym z możliwością rektyfikacji i obrotu głowicy w płaszczyźnie poziomej jest zbudowana z:

- odpowiednio wyprofilowanego i wykonanego z aluminium pierścienia górnego (tzw. głowicy) 1 o średnicy zewnętrznej 170 mm i grubości ścianek wynoszącej 10 mm, z usztywnieniem poprzecznym w formie płaskownika 2 szerokości 20 mm i grubości 10 mm, z trzema podłużno-owalnymi otworami przelotowymi 3 rozmieszczonymi co 120° o długości 30 mm i szerokości 5,5 mm, przez które przechodzą śruby 4 z głowicą cylindryczną i stożkową główką M5/25 mm sztywno spinające górną i dolną część podstawy, z trzema gwintowanymi otworami przelotowymi 5 rozmieszczonymi co 120° i pokrętłami radełkowanymi 6 z gwintem zewnętrznym (śrubami do rektyfikacji podstawy w płaszczyźnie poziomej M5/25) oraz dwoma gwintowanymi otworami φ = %” 7 do mocowania czujników pomiarowych w płaszczyźnie poziomej w splanowanych powierzchniach ścianek bocznych pierścienia w odstępie co 90° i jednym gwintowanym otworem φ = %” 7 wykonanym centralnie w kierunku pionowym w części górnej płaskownika 2 usztywniającego poprzecznie pierścień;

- odpowiednio wyprofilowanego pierścienia dolnego 8 wykonanego z aluminium o identycznej jak pierścień górny średnicy i grubości ścianek z dospawanymi na zewnątrz w rozstawie co 120°, częściowo wibroizolowanymi od wewnątrz (np. za pomocą Bitexu), uchwytami 9 (tzw. „uszami”) do kotwienia pierścienia w ośrodku gruntowym (za pośrednictwem wbijanych lub wkręcanych w grunt kotew) i trzech gwintowanych otworów 10 o średnicy gwintu M5 do wzajemnego połączenia ze sobą obu pierścieni za pomocą śrub 4;

- libelli okrągłej z koincydencyjnym systemem odczytu 11 naklejonej na górnej powierzchni płaskownika 2;

- zestawu wymiennych, wbijanych w grunt trzech prętów stalowych 12 (np. średnicy φ = 10 mm i długości 300 mm - w części dolnej wyprofilowanych stożkowo, w części górnej zakończonych elementami w kształcie ściętych stożków o średnicy nieznacznie większej niż średnica wewnętrzna uchwytów kotwiących) lub śrub kotwiących z gwintem częściowym lub pełnym zagłębianych w ośrodku gruntowym za pomocą wkrętarek akumulatorowych i narzędzi ręcznych.

Montaż i zasada działania pierścieniowej podstawy do pomiaru przyspieszeń drgań powierzchniowych propagowanych w ośrodku gruntowym z możliwością rektyfikacji i obrotu głowicy w płaszczyźnie poziomej

W wyznaczonych miejscach (tzw. punktach pomiarowych) przyjętego profilu pomiarowego, na wstępnie wyrównanym podłożu gruntowym rozmieścić pierścienie dolne (8) podstaw pomiarowych, a następnie wcisnąć je równomiernie w grunt, tak aby górna powierzchnia pierścieni wyst awała kilka milimetrów ponad poziom otaczającego terenu. Za pomocą trzech niezależnie wbijanych

PL 226 846 B1 lub wkręcanych w grunt prętów stalowych (tzw. kotew gruntowych) (12) o długości 300 mm (w zależności od lokalnych warunków gruntowych występujących wzdłuż przyjętego profilu pomiarowego można zastosować także nieznacznie dłuższe lub krótsze pręty) zapewnić odpowiednio sztywne i stabilne powiązanie pierścienia (8) z gruntem. Pręty kotwiące (12) należy wbijać w grunt za pomocą niewielkiego młota o wadze do 2 kg. Wbijanie prętów należy prowadzić bardzo ostrożnie. W końcowej fazie (kilka ostatnich milimetrów) wszystkie trzy pręty dobić do uchwytów pierścienia dolnego (8) jednocześnie (za pomocą dodatkowego elementu - np. odpowiednio sztywnego stalowego płaskownika). Sprawdzić czy podstawa (8) została solidnie zakotwiona w gruncie, którego drgania mają być rejestrowane. Po zakotwieniu pierścienia dolnego w ośrodku gruntowym oczyścić powierzchnię górną pierścienia (8), a następnie z gwintowanych otworów (10) usunąć zabezpieczające silikonowe zatyczki zabezpieczające otwory przed zanieczyszczeniami. Do pierścienia górnego (głowicy) (1) przykręcić czujniki pomiarowe. Do czujników podpiąć okablowanie, a następnie podłączyć je do układu pomi arowego i przeprowadzić pomiary testowe. Głowicę (1) wraz z czujnikami umieścić na pierścieniu dolnym (8) - uprzednio zakotwionym w ośrodku gruntowym. Skorygować ustawienie głowicy w płas zczyźnie poziomej, tak, aby kierunki pomiarowe dwóch czujników były zorientowane wzdłuż i w poprzek przyjętego profilu pomiarowego. Przez podłużno-owalne otwory (3) w pierścieniu górnym wprowadzić trzy śruby M5/25 (4) i wstępnie, bez dociskania wkręcić je za pomocą narzędzi ręcznych lub wkrętarki akumulatorowej w gwintowane otwory (10) w pierścieniu dolnym. Następnie za pomocą libelli okrągłej z koincydencyjnym systemem odczytu (11) naklejonej na górnej powierzchni elementu usztywniającego (2) pierścień górny sprawdzić, czy głowica jest zorientowana w płaszczyźnie poziomej. Jeśli nie - dokonać rektyfikacji głowicy za pomocą trzech śrub rektyfikacyjnych M5/25 (6) wystających z górnej powierzchni głowicy. Po przeprowadzeniu rektyfikacji dokręcić śruby mocujące głowicę do pierścienia dolnego (4). Przystąpić do realizacji pomiarów przyspieszeń drgań powierzchniowych propagowanych w ośrodku gruntowym (lub ewentualnie pomiarów przemieszczeń lub prędkości drgań - w przypadku wykorzystania tego typu czujników). W razie potrzeby możliwe jest odkręcenie śrub łączących pierścienie (4) i przeniesienie głowicy (1) wraz z zamontowanymi do niej czujnikami w inne miejsce pomiarowe bez konieczności rozłączania okablowania i wstrzymywania pracy systemu pomiarowego.

Claims (2)

1. Podstawa do pomiaru przyspieszeń drgań powierzchniowych propagowanych w ośrodku gruntowym, znamienna tym, że jest zbudowana z: częściowo wciskanego w grunt pierścienia dolnego (8) z trzema pionowymi gwintowanymi otworami dolnymi i trzema połączonymi trwale z pierścieniem dolnym (8)” uchwytami zewnętrznymi (9) z otworami przelotowymi w kształcie ściętego stożka służącymi do wibroizolowanego i jednocześnie przegubowego kotwienia podstawy pomiarowej w ośrodku gruntowym oraz przykręcanego do jego górnej powierzchni za pomocą śrub pierścienia górnego (1) z poprzecznym usztywnieniem w formie płaskownika (2), z trzema pionowymi gwintowanymi otworami górnymi w rozstawie co 120° - do rektyfikacji głowicy za pomocą śrub i owalno-podłużnymi otworami przelotowymi (3) rozmieszczonymi co 120°- do korekty położenia głowicy w płaszczyźnie poziomej za pomocą śrub, do którego bocznych splanowanych powierzchni oraz powierzchni górnej płaskownika usztywniającego (2) w gwintowane otwory boczne i centralny górny otwór wkręcane są czujniki pomiarowe umożliwiające rejestrację przyspieszeń drgań powierzchniowych propagowanych w ośrodku gruntowym.

2. Podstawa do pomiaru przyspieszeń drgań według zastrz. 1, znamienna tym, że jest przegubowe kotwienie podstawy pomiarowej jest realizowane za pomocą dedykowanych, wbijanych w grunt prętów kotwiących - w części dolnej zakończonych stożkowo, w części górnej zakończonych elementami w kształcie ściętych stożków o średnicy większej niż średnica wewnętrzna uchwytów kotwiących.