BB 84.07
laboratorium voor grondmechanica delft
delft soil mechanics iaboratory
"ACOUSTIC EMISSION " GEDRAG
VAN
VERSCHILLENDE GRONDSOORTEN
Korte samenvatting
"Acoustic Emission"
project
door
Dr.ir. H. van der Kogel, ir. A. Penning,
Prof. R.M. Koerner, Ph.D., ing. F.M. Schenkeveld.
CO-254282
SE-680254
Korte samenvatting
Dit rapport vat de resultaten samen van de meetrapporten "Acoustic
Emission" (A.E.) gedrag van verschillende grondsoorten door ing.
F.M. Schenkeveld, LGM en "Acoustic emission laboratory testing of
sand, clay and peat soils" door Prof. R.M. Koerner, Drexel
University, U.S.A. Het onderzoek werd verricht in opdracht van het
Centrum voor Onderzoek Waterkeringen (COW), in samenwerking met het
Laboratorium voor Grondmechanica (LGM). Projectleider voor het COW
was ir. A. Penning.
Het doel van het onderzoek is de evaluatie van de "acoustic emission".
methode met betrekking tot stabiliteitsproblemen bij Nederlandse
dijken. Tijdens het vooronderzoek is kontakt gelegd met Prof. R.M.
Koerner (R.M.K.), Drexel University, U.S.A. Om een goede basis te
geven aan het onderzoek werd met Prof. Koerner een gezamenlijk
project uitgevoerd.
"Acoustic Emissions" zijn spanningsgolven die gegenereerd worden
in een materiaal onder spanning tijdens deformatie. Soms zijn deze
spanningsgolven hoorbaar (kraken van hout), maar vaak niet vanwege
de lage amplitude en hoge frequentie. Een piezoelectrische sensor
wordt gebruikt om de "acoustic emissions" te detecteren. De opnemer
produceert een electrisch signaal evenredig met de amplitude van de
waargenomen trilling. Het signaal wordt dan versterkt, gefilterd en
geteld of op een andere wijze gekwantificeerd. Achtergrondruis en
andere ongewenste verstoringen worden gefilterd of apart
gekwantifi-ceerd en afgetrokken van de resultaten. De tellingen of andere
be-werkte resultaten van de emissies worden dan gecorreleerd met het
materiaal gedrag om empirisch de veiligheid van de onderzochte
situ-atie te bepalen. Indien er geen acoustic emissions zijn is het
mate-riaal in het algemeen in rust en stabiel. Evenwel als er emissies
worden waargenomen is het materiaal in beweging, hetgeen uiteindelijk
kan leiden tot bezwijken. De komponenten van het huidige "acoustic
emission" systeem bestaan uit:
een stalen staaf (om het signaal vanuit de grond naar een geschikt
2
-hydrofoon of een andere opnemer die een mechanische trilling in
een electrisch signaal omzet), een voorversterker (om het signaal
te versterken indien een lange kabel wordt gebruikt), filters
(om ongewenste gedeelten van het signaal te elimineren), een
ver-sterker (om het signaal verder te versterken voor
signaalbewer-king) en een signaalbewerkingssysteem. Het signaalbewerkingssysteem
is over het algemeen een teller die telt als een bepaalde
drempel-waarde wordt overschreden.
Gedurende het vooronderzoek werden een aantal doelstellingen
gefor-muleerd, ondermeer:
. de vergelijking van AE gedrag van klei en veen met dat van het
meer bekende gedrag van zand.
. de vergelijking van het spanning/AE gedrag en het spanning-rek
gedrag.
. het ontwerp van een veldexperiment en de aankoop van een
AE-meet-systeem.
. het vergelijken van de AE response van twee meetsystemen
(LGM en R M K ) .
Deze elementen zijn onderzocht en de resultaten zijn vastgelegd in
bovengenoemde rapporten.
We kunnen de volgende onderzoeksfasen onderscheiden:
. triaxiaalproeven op zand, klei en veen op het LGM en
parallel-proeven op de Drexel University.
. plaatdrukproeven op zand.
3
-Samenvatting van de resultaten van de triaxiaal proeven.
. achtergrondruis werd na enige startproblemen met succes geëlimi-neerd.
. klei en veen genereerdenAE signalen, maar het totaal aantal
"counts" was in het algemeen lager dan bij zand.
. spanning-rek en acoustic emission-rek diagrammen zijn
gelijk-soortig voor het geteste zand. Dit zou een aanwijzing kunnen zijn
dat voor korrelige materialen "acoustic emission" activiteit en
plastische rek door eenzelfde mechanisme gegenereerd worden.
. naarmate het bezwijkoppervlak wordt genaderd neemt de "acoustic
emission" activiteit bij zand toe.
. in het frequentiedomein van 1 kHz - 50 kHz kunnen we een veelheid
van pieken onderscheiden.
Er was activiteit over de gehele range.
. testapparatuur van dezelfde serie vertoonde verschil in 'response,
zowel in "total counts" als in frequentie response. De grootste
afwijkingen worden veroorzaakt door de verwisselbare filters.
. "total counts" tot aan bezwijken blijkt een slecht gedefinieerd
begrip en is sterk afhankelijk van de wijze van nadering van het
bezwijken.
Samenvatting van de resultaten van de plaatdrukproeven op zand.
. kracht- verplaatsing en kracht- acoustic emission diagrammen
vertonen overeenkomst.
4
-dit betekent dat de AE-activiteit sterk toenam op het moment
dat de maximum kracht bij de vorige belastingcyclus werd
over-schreden.
Samenvatting van de resultaten van 'net bezwijken van een
sleuf-wand van zandgrond nabij Europoort.
. stoorinvloeden werden net succes geëlimineerd door
drempel-waarden, versterkingsfactoren en opnemerkeuze.
. het ontstaan van scheuren en het bezwijken waren duidelijk
waarneembaar in de vorm van een toename in de "count-rate".
Visuele waarnemingen van deze verschijnselen liepen achter
bij de "acoustic eiaission" registraties.
. door plaatsing van een aantal staven werd een indruk
ver-kregen van het dempingsgedrag. Bij de gegeven instelling
werd op 2,3m van de kuilwand slechts geringe activiteit
ge-meten.
. twee meetsystemen van hetzelfde type vertoonden verschil in
response, hetgeen consistent is met de bevindingen in het
laboratorium.
Het bovenstaande vormt een samenvatting van het "acoustic
emission" werk in het oorspronkelijke contract. Op dit moment
is een aantal staven geplaatst in een tweetal dijkvakken. De
metingen in deze dijkvakken hebben informatie gegeven over
plaatsingsprocedures, achtergrondruis en activiteitsniveaus in
een realistisch probleemgebied.
Hoewel het onderzoek een antwoord heeft gegeven op een aantal
oorspronkelijk gestelde vragen, zijn er ook in de loop van het
onderzoek nieuwe gezichtspunten gegenereerd.
Het heeft de aandacht gevestigd op het belang van éénduidige
definities voor het "acoustic emission" niveau en de response
Samenvattend kunnen we stellen dat klei en veen in de
triaxiaal-cellen AE signalen genereerden, maar het totaal aantal "counts"
beduidend lager lag dan bij zand. Om deze reden is op dit moment
de AE methode voor granulaire media meer kansrijk.
Het aantal toepassingen van de AE-techniek in de geotechniek is
op dit moment groeiende, onder meer voor de volgende toepassingen:
. gebruik van AE voor "source location" van:
- grondwaterstroming
- groutfront
. gebruik van de AE-methode gedurende conuspenetratie voor nadere
karakterisering van de grond (b.v. korreldiametar).
. toepassing van de AE-methode om de "preconsolidation" spanning
te bepalen.
De "acoustic emission" meetmethode vornt een nieuw element ir. de
stabiliteitsbepaling van dijklichanen. Gezien de' beperktheid van
de traditionele meetmethoden kan dit nieuwe element in
probleem-gevallen van cruciaal belang worden.
In verband met het TAW-onderzoek kan -wcrdan gedacht aan de verdere
ontwikkeling van onderstaande toepassingsmogelijkheden.
- grondwater- - brondetectie t.b.y. veldonderzoek aan
zandmeevoe-stroming rende wellen.
- opsporen van grota lekken in afdichtende lagen.
- groutfront - detectie van het groutfront bij het grouten van
door zandmeevoerande wellen ontstane gangenstelsels
onder dikke afsiuiter.de lagen.
- opsporen van grote lekken in afdichtingen' van
water-voerende lagen.
- karakteriseren
