For many constructions works, the removal of bedrock is required as an initial part of the production. Removing bedrock is complicated, takes a lot of time and entails many risks due to the vibrations that occur during the detonation. The risk of damaging nearby properties is impending. In order to prevent damage caused by vibrations, high demands are made on the risk analysis. The risk analysis aims to investigate the surroundings and nearby properties and should give the blast contractor permissible vibration values. The vibrations that result from blasting are coupled to the cooperative charge, which can be controlled with drilling and charging plans. Therefore, the cost of blasting is largely due to the necessary drilling and preparations of the risk analysis. A complement to conventional rock blasting is hydraulic fracturing. Cracking bedrock is a time-consuming step that requires extensive drilling of holes, but since the method has a very low environmental impact and requires no preliminary work in the form of inspections and risk analysis, the method is considered occasionally suitable. At larger rock volumes it will usually be cheaper to blast than crack the rock. As soon as the geotechnical survey is carried out, the rock volume can be estimated. The model developed aims to estimate the cost of the two, and thus can be a tool that can be used for method selection already in the design state. / Som en inledande del av produktionen krävs, för många byggarbeten, losshållning av berg. Bergborttagning är ett komplicerat arbete som tar mycket tid och som medför många risker vilka till stor del utgörs av de vibrationer som uppstår vid detonationen och som riskerar skada närliggande fastigheter. För att förebygga skador som uppstår av vibrationer ställs höga krav på framställande av riskanalys. Riskanalysen syftar till att undersöka omgivningen och närliggande fastigheter och ska ge sprängentreprenören tillåtna vibrationsvärden. De vibrationer som uppstår vid sprängning är kopplade till den samverkande laddningen, vilken kan kontrolleras med borr- och laddplan. Kostnaden vid sprängning utgörs således till stor del av den nödvändiga borrningen och framtagande av riskanalysen. Ett komplement till konventionell sprängning är hydraulisk spräckning. Spräckning av berg är ett tidskrävande moment som kräver omfattande borrning av hål, men metoden har en väldigt låg omgivningspåverkan och kräver inga förarbeten i form av besiktningar och riskanalyser vilket gör den stundvis lämplig. Vid större bergvolymer kommer det som regel vara billigare att spränga än att spräcka berget. Så fort den geotekniska undersökningen är utförd kan bergvolymen uppskattas. Den framtagna modellen syftar till att uppskatta kostnaden för de båda och kan således vara ett verktyg som kan användas för metodval redan i projekteringsstadiet.

Ground vibrations due to pile driving are part of a complex process. Vibration is generated from the pile driver to the pile. As the pile interacts with the surrounding soil, vibrations are transferred at the pile-soil interface. The vibration propagates through the ground and interacts with structures, both above ground and underground. The vibration continues into the structure where it may disturb occupants and/or damage the structure. In this thesis the study of the vibration transfer process due to pile driving is limited to the vibration source and the wave propagation in the soil. Vibration transmission to adjacent buildings and structures is not studied. However, impact of vibrations on buildings is briefly discussed in the literature study. It is important to accurately predict the magnitude of ground vibrations that result from pile driving in urban areas, both over- and underestimated vibration levels lead to increased costs. A lot of research has been performed within this field of knowledge, but a reliable and acknowledged prediction model for vibrations induced by pile or sheet pile driving is still needed. The objective of the research project is to increase the knowledge and understanding in the field of ground vibrations due to impact and vibratory driving of piles and sheet piles. This research project also aims to develop a reliable prediction model that can be used by practising engineers to estimate vibration due to pile driving. This licentiate thesis presents the first part of the research project and aims to increase the knowledge and understanding of the subject and to form a basis for continued research work. The most important findings and conclusions from this study are: The main factors influencing vibrations due to pile and sheet pile driving are; (1) the vibrations transferred from the pile to the soil, (2) the geotechnical conditions at the site and (3) the distance from the source. The vibrations transmitted from the pile to the soil depend on the vibrations transferred to the pile from the hammer, the pile-soil interaction and the wave propagation and attenuation in the plastic/elasto-plastic zone closest to the pile. There is today no prediction model that fulfils the criteria of the “perfect” prediction model; reliable but yet easy to apply. Future research should study the transfer of vibrations at the pile-soil interface, including the generation of a plastic/elasto-plastic zone in the area closest to the pile and how that affects the transfer of vibrations from the pile to the soil. / Markvibrationer på grund av pålning är del av en komplex process. Vibrationer genereras från pålmaskinen till pålen. När pålen kommer i kontakt med den omgivande jorden överförs vibrationer mellan påle och jord. Vibrationerna fortplantar sig som vågor genom marken och träffar byggnader och andra konstruktioner, både ovan och under jord. Vibrationerna fortsätter in i byggnaden där de kan orsaka störningar eller skador. I denna avhandling begränsas studien av vibrationsöverföringsprocessen till vibrationskällan och vågutbredningen i jord. Vibrationsöverföringen till intilliggande byggnader eller konstruktioner har inte studerats. Påverkan av vibrationer på byggnader diskuteras dock kort i litteraturstudien. Det är viktigt att på ett tillförlitligt sätt kunna förutsäga markvibrationerna på grund av pålning i stadsmiljö, både över- och underskattade vibrationsnivåer leder till ökade kostnader. Forskning har tidigare utförts inom detta område, men en tillförlitlig och allmänt accepterad prognosmodell för vibrationer på grund av pålning eller spontning saknas fortfarande. Syftet med forskningsprojektet är att öka kunskapen och förståelsen för markvibrationer som uppkommer vid installation genom slagning eller vibrering av pålar och spont. Forskningsprojektet syftar också till att utveckla en tillförlitlig prognosmodell som kan användas av yrkesverksamma ingenjörer för att uppskatta vibrationsnivåer orsakade av pålning. Denna licentiatavhandling presenterar den första delen av forskningsprojektet och syftar till att öka kunskapen och förståelsen inom ämnesområdet samt att skapa en plattform för det fortsatta forskningsarbetet. De viktigaste resultaten och slutsatserna från denna studie är: De huvudsakliga faktorer som påverkar vibrationer orsakade av pålning är; (1) de vibrationer som överförs från källan till jorden, (2) de geotekniska förhållandena på platsen och (3) avståndet från vibrationskällan (pålen). Vibrationerna som överförs från pålen till jorden beror på de vibrationer som överförs från pålmaskinen till pålen, påle-jord interaktionen samt vågutbredning och dämpning i den plastiska/elasto-plastiska zonen som bildas närmast pålen. Det finns idag ingen prognosmodell som uppfyller kriterierna för den ”perfekta” prognosmodellen; tillförlitlig men ändå lätt att tillämpa. Framtida forskning bör undersöka överföringen av vibrationer mellan påle och jord, innefattande uppkomsten av en plastisk/elasto-plastisk zon närmast pålen och hur det påverkar vibrationsöverföringen från påle till jord. / <p>QC 20130314</p>

In many construction works in urban areas vibratory driving is the most widely used technique toinstall sheet piles. But due to vibration-sensitive equipment and structures the amount of inducedground vibration need to be minimized. Hence, it is important to select appropriate vibratorparameters that will minimize the level of induced ground vibration.The main objective of this thesis is to study the effect of the vibratory parameter eccentricmoment (vibrator displacement amplitude) on the induced ground vibration during sheet piledriving. To achieve the objective, a literature review and a full-scale field test has beenconducted. The literature review was conducted to provide guidance for the evaluation of thefield test results.The field study was performed in Uppsala in June 2018, where a series of six sheet pile drivingtests were conducted, the first three sheet piles were driven with lower vibrator displacementamplitude and the next three with higher vibrator displacement amplitude, but the same drivingfrequency was used for all six sheet piles. Five tri-axial accelerometers were used to measure thevibration amplitude on vibrator, sheet pile and ground.Important findings of the field study confirmed that, driving sheet piles with higher eccentricmoment will induce lower ground vibration and higher sheet pile penetration speed incomparison to driving with lower eccentric moment. Limitations and possible future researchworks are pointed out. / I många byggnadsarbeten i tätorter är vibrerade drivning den mest använda tekniken för attinstallera sponter. Men på grund av vibrationskänslig utrustning och konstruktioner måstemängden inducerad markvibration minimeras. Därför är det viktigt att välja lämpligavibratorparametrar som minimerar graden av inducerad markvibration.Huvudsyftet med detta examensarbete är att studera effekten av vibrationsparameternsexcentriskamoment (vibratorförskjutningsamplituden) på den inducerade markvibrationen underspontdrivning. För att uppnå målet har en litteraturöversikt och en fullskalig fältundersökning utförts. Litteraturstudien genomfördes för att ge underlag för utvärderingen av fältundersökningenresultanten.Fältstudien utfördes i Uppsala i juni 2018, där en serie av sex spontdrivnings test utfördes, deförsta tre sponten kördes med lägre vibrator-förskjutningsamplitud och de närmaste tre medhögre vibrator-förskjutningsamplitud, men samma körfrekvens användes för alla sex sponter.Fem treaxiala accelerometrar användes för att mäta vibrationsamplituden på vibratorn, spontenoch jorden.Slutsatserna från fältstudien bekräftade att körsponter med högre excentriskt moment kommer attinducera lägre vibrationer och högre penetrationshastighet för sponten i jämförelse med körningmed lägre excentriskt moment. Begränsningar och möjliga framtida forskningsarbeten påpekas.

Sprängningar utförs ofta vid tunneldrivningar och som en följd av detta uppstår markvibrationer. Dessa vibrationer beror av flera faktorer och kan upplevas som störande för omgivningen och ge upphov till skador på närliggande byggnader. Markvibrationernas storlek begränsas enligt Svensk Standard, som har riktlinjer för maximalt tillåten svängningshastighet vid sprängningsarbeten i närheten av byggnader. För att prognostisera vibrationer vid sprängningsarbeten kan skallagssamband tillämpas. Det finns olika skallagssamband men vad de har gemensamt är att de uppskattar maximal svängningshastighet som funktion av en skalfaktor innehållande avstånd från sprängsalva till mätpunkt och samverkande laddningsmängd. I ett första steg har vibrationsmätvärden analyserats och sammanställts med avseende på berggrund och närliggande bergtunnel. Utifrån borrhålens dimensionering och sprängämnets densitet kan den samverkande laddningsmängden för varje salva beräknas och sammanställas med svängningshastigheten för en viss mätpunkt. Med utgångspunkt från dessa värden har empiriska konstanter tagits fram genom regressionsanalys och således har prognossamband för uppkomna markvibrationer vid byggnader grundlagda på olika berggrunder och närliggande bergtunnel bestämts. Med dessa prognossamband givna har ett beräkningsark och en standardrapport tagits fram som tillsammans utgör en grund för kommande undermarksprojekt. / Blasting is often performed during tunnel projects and as a result, ground vibrations will occur. These vibrations depend upon several factors and can be experienced as disturbing for the surrounding area and may cause damage to buildings nearby. The guidelines published by the Swedish Institute for Standards determine the permitted magnitude of such ground vibrations, by imposing a maximum oscillation speed for any blasting works that take place in proximity of buildings. To predict vibrations during blast work, scaled factor relations can be applied. There are different kinds of scaled factor relations, but what they have in common is that they estimate the maximum oscillation speed as a function of distance between the round and measuring point, and charge per delay. As a first step, the measured vibration value has been analysed and drawn up with respect to rock foundation and tunnel nearby. Based on the dimensions of the drillhole and the density of the explosive, the charge per delay can be calculated and compiled whit the oscillation speed at a specific measuring point. Based on these values, empirical constants have been produced through regression analysis, and therefore predictions for ground vibrations at buildings on different types of rock foundations and nearby tunnel can be determined. Given these predictions, a calculation sheet and a standard report have been produced which together form a basis for future underground projects.

Vibratory driven sheet piles are a cost-effective retaining wall structure, and in coming decades the continued use of this method will be crucial for minimising costs within the construction sector. However, vibratory driven sheet piles are a source of ground vibrations, which may harm structures or induce disturbance. Most urban construction projects face strict limits on permissible vibration level. Being able to reliably predict the expected vibration level prior to construction is therefore highly important. Reliable prediction demands a profound knowledge of the vibration transfer process, from source to point of interest. This thesis focuses on clarifying the vibration transfer process and will serve as a platform for the future development of a reliable prediction model. The vibration transfer process is divided into two main parts: vibration source and vibrations in soil. The different parts in the vibration transfer process are studied and investigated with the help of a literature review, field tests and numerical modelling. Within the scope of this thesis, three field tests have been conducted and a new instrumentation system has been developed. The new instrumentation system enables recording of both sheet pile vibrations and ground vibrations at depth during the entire driving. The field tests aimed to study the vibration transfer from sheet pile to soil and the vibration transfer within a sheet pile wall, as well as the wave pattern in soil. To study sheet pile behaviour during driving a numerical model was developed, which is also meant to serve as a basis for further studies. The main scientific contribution of this thesis is the identification of the sheet pile behaviour during driving. For practical application, the main contribution is the development of an increased knowledge of the vibration transfer process from source to soil, together with the new instrumentation system and the development of the numerical model. / Vibrodriven spont är en kostnadseffektiv stödkonstruktion och i framtiden kommer den fortsatta användningen av denna metod att vara nödvändig för att minimera kostnader för byggprojekt. Vibrodriven spont är dock en källa till markvibrationer, som kan skada byggnader eller orsaka störningar. De flesta byggprojekt måste förhålla sig till strikta krav gällande vibrationsnivåer. Möjligheten att på ett tillförlitligt sätt förutsäga vibrationsnivåerna innan bygget startar är därför av största vikt. Tillförlitlig prognos av vibrationsnivåer i samband med vibrodrivning av spont kräver god kännedom om vibrationsöverföringsprocessen, från källan till det potentiella skadeobjektet. Denna avhandling fokuserar på att förtydliga vibrationsöverföringsprocessen och fungera som en plattform för framtida utveckling av en tillförlitlig prognosmodell. Vibrationsöverföringsprocessen delas in i två huvuddelar; vibrationskällan och vibrationer i jord. De olika delarna av vibrationsöverföringsprocessen studeras och undersöks med hjälp av litteraturstudie, fältförsök och numerisk modellering. Inom ramarna för denna avhandling har tre fältförsök utförts och ett nytt instrumenteringssystem har utvecklats. Det nya instrumenteringssystemet möjliggör mätning av både spontvibrationer och vibrationer på djup i jorden, under hela neddrivningsfasen. Fältförsöken syftade till att studera vibrationsöverföringen mellan spont och jord, vibrationsöverföringen inom en spontvägg samt vågmönstret i jorden under drivning. För att studera spontens beteende under neddrivning utvecklades en numerisk modell, som också kan fungera som en bas för framtida studier. Avhandlingens huvudsakliga vetenskapliga bidrag är identifieringen av spontens beteende under neddrivning. För praktisk tillämpning är det huvudsakliga bidraget förklaringen av vibrationsöverföringsprocessen från källa till jord, det nya instrumenteringssystemet samt utvecklingen av den numeriska modellen.

Dynamic penetration tests are frequently used as geotechnical site investigation methods. In Sweden, the main reason to choose a dynamic penetration method is to investigatedepth to bedrock, strength and deformation properties of soil, compaction, or pilingdepth. The advantage of dynamic penetration methods is that they have a betterpenetration ability than static methods and it is therefore easier to penetrate hardmaterial or rock.The most common dynamic penetration method in Sweden is soil-rock sounding. Duringsoil-rock sounding, a metal rod is drilled into the ground and measurements are taken ofdepth, drilling resistance, sinking speed, feeding force, hammer pressure, and rotationalspeed and pressure. The method is conducted in different classes with varying accuracies.Soil-rock sounding is mainly used to determine depth to bedrock, but as the drilling rodpenetrates the whole soil layer profile, there may be opportunities to gain moreknowledge about the penetrated material using the same process.The scope of this licentiate research project was to investigate whether vibrationmeasurements on the ground surface performed simultaneously with soil-rock soundingcan yield additional information about the soil layer profile and the thin layers within amaterial. Measurements were conducted in various building and infrastructure projectsin eastern Sweden between Norrköping and Stockholm/Solna and the results wereanalyzed. It was investigated whether there is a relationship between the vibration resultsand soil properties as determined by other geotechnical investigation methods in thesame area.The results show that soil-rock sounding with simultaneous vibration measurementsconstitutes a promising extension of the conventional soil-rock sounding method whichcan provide additional information about the soil layer profiles at the investigation site.Furthermore, indications can be made about overall soil layer profiles. However, thevibration signals must be adjusted due to distance attenuation before results fromdifferent depths, boreholes and sites are comparable. The different penetrated materials and their properties are correlated to the frequencycontent of the vibration signal. In this way, more information about the penetratedmaterial can be gained from the vibration measurements. The results show thatheterogeneities in the penetrated soil layer can clearly be seen in the vibration results andpatterns in these heterogeneities identified. Furthermore, the results indicate that thevibration signals can help to distinguish silt from sand/gravelly soil and boulder from rock,and the ground water table can be seen in the frequency spectrogram for granular soils. / Dynamiska sonderingsmetoder är vanliga geotekniska undersökningsmetoder. Den främsta anledningen till att välja dynamiska sonderingsmetoder i Sverige är när djup till berggrund, hållfasthets- och deformationsegenskaper av olika jordar, packning eller påldjup ska undersökas. Fördelen med dynamiska sonderingsmetoder är den bättre genomträngningsförmågan jämfört med statiska metoder. På så sätt är det enklare att sondera genom hårt jordmaterial eller berg. Den mest vanliga dynamiska sonderingsmetoden i Sverige är jord-berg-sondering. Vid jord-berg-sondering används en borrstång för att sondera marken och parametrar som djup, borrmotstånd, sjunkningshastighet, matningskraft, hammartryck liksom rotationshastighet och -tryck registreras. Metoden genomförs i olika klasser med olika noggrannheter. Jord-berg-sondering används huvudsakligen för att bestämma djup till berggrund men med tanke på att metoden genomtränger hela jordlagerprofilen vid undersökningsplatsen finns det en stor möjlighet att erhålla mer information om det genomträngda materialet i samband med jord-berg-sondering. Målet med detta forskningsprojekt var att undersöka om man kan erhålla ytterligare information om jordlagerföljden och förekomsten av tunna lager inom ett material när vibrationsmätningar på marken genomförs samtidigt som jord-berg-sondering. Mätningar genomfördes i ett flertal byggnads- och infrastrukturprojekt mellan Norrköping och Stockholm/Solna i östra Sverige och resultaten analyserades. Korrelationen mellan resultaten av vibrationsmätningarna och jordegenskaperna som utvärderades genom andra geotekniska undersökningsmetoder vid samma försöksplats. Resultaten visar att jord-berg-sondering med parallella vibrationsmätningar utgör ett lovande tillägg till den konventionella metoden där man kan erhålla ytterligare information om jordlagerprofilen vid undersökningsplatsen. Vibrationssignalerna måste dock justeras på grund av avståndsdämpning innan resultaten från olika djup, olika borrhål och olika undersökningsplatser kan jämföras mot varandra. De olika genomträngda materialen och deras egenskaper korreleras mot frekvensinnehållet av vibrationssignalen. På det sättet kan ytterligare information om det genomträngda materialet erhållas från vibrationsmätningarna. Resultaten visar att heterogeniteter av det genomträngda jordlagret ses tydligt i vibrationsresultaten och att olika mönster kan identifieras. Utöver det indikerar resultaten att vibrationssignalerna kan hjälpa till att skilja mellan silt och sandiga/grusiga jordar och mellan block och berg. Grundvattennivån kan identifieras i frekvensspektrogrammen för friktionsjordar. / <p>QC 20220329</p>