Projekt 12942 – Avslutat Pilotprojekt: Vibrationsdämpande metamaterial (markfilter) för reduktion av markvibrationer vid sprängning i bergtäkter

Projektet har studerat möjligheterna att dämpa markvibrationer från sprängningar med hjälp av luftfyllda hål i berg. Principen är att förändringen i materialparametrar mellan berget och luften i hålen skapar reflektion av vibrationerna. Teoretisk och praktisk litteratur visar på möjligheten att skapa destruktiv interferens mellan de olika reflexerna som kan styras till att dämpa markvibrationerna.

Detta projekt har utfört praktiska fältförsök i full skala för att utreda om tekniken är möjlig att använda kring bergtäkter. De utförda provningarna i verkliga miljöer visar på att det finns möjligheter att dämpa markvibrationer genom att skapa ett metamaterial som består av borrade hål i berg. Störst effekt får man om man kan skapa tillräckligt stora hål jämfört med vibrationens våglängd. Genom att välja rätt geometri, det vill säga håldiameter och borrplan, kan man välja vilka frekvenser där vibrationen ska reduceras. I de praktiska försöken som genomförts i detta projekt har det visats att man kan simulera stora hål genom att borra mindre hål tätt samman inom en cirkel. Detta är ett mycket viktigt resultat då de relevanta våglängder i bergtäktsammanhang är långa, vilket kräver stora håldiametrar.

De simulerade stora hålen i Glimmingen visade på en potentiell dämpning av vertikala vibrationshastigheter med omkring 50 % i frekvensbanden 100-125 Hz. Detta är stora sänkningar som bör undersökas vidare om de kan realiseras praktiskt vid befintlig bergtäkt. Vid bostäder som ligger nära bergtäkter är det vanligt att vibrationshastigheterna har högst värden vid cirka 30 – 40 Hz, vilket medför att de simulerade hålen skall vara 2 – 3 gånger större än de som borrades i Glimmingen. Detta medför grupperingar av borrhål inom cirklar som är omkring 3 m i diameter. Vidare visade de praktiska försöken att effektiviteten av ett sådant filter måste utvärderas med mätningar i samma punkter före och efter ett filter har konstruerats. Annars finns risk att man attribuerar vågdämpnings- och eventuella vågförstärkningseffekter som sker i berget till filtret. Kort sagt, filtrets effektivitet utvärderas felaktigt. Innan metoden med markfilter av borrhål kan användas som ett praktiskt hjälpmedel att minska markvibrationer kring bergtäkter måste ett designverktyg skapas som kan hantera alla platsspecifika variabler.

Slutredovisningen utgörs av rapporten ”Vibrationsdämpande markfilter för reduktion av markvibrationer vid sprängning i bergtäkter”, Pontus Thorsson, Akustikverkstan AB, Monica Soldinger Almefelt, Swerock AB, och Patrik Höstmad, Chalmers (44 sidor med en bilaga).