Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Soil profile analysis by vibration theory and the natural frequency: Applied on a case project
Luleå University of Technology, Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering, Mining and Geotechnical Engineering.
2018 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

To explore soil conditions at sites of infrastructure projects a number of geotechnical soundings are performed at appropriate intervals. Results are, in the nature of their set up, limited to the specific points at which the sounding is performed. To safely assume the area between bore holes a new method is applied and tried at the case railroad project Stenkumla – Dunsjö. By applying vibration theory in conjunction with the studied soils’ geodynamic properties the natural frequency for the soil can be calculated. The properties of the natural frequency also makes it possible to detect in vibration measurements. The method studied in this master thesis is that of utilizing the natural frequency of the soil to try and establish a soil profile from vibration measurements.  An important step in the method is to transform the vibration with the Fast Fourier Transform algorithm. This allows the comparison and analysis of natural frequencies. The measurements were performed by using and attaching an accelerometer to a train.  Results are partly transformed measurement data in frequency graphs and partly natural frequency calculations according to the site investigations. These are compared in the analysis section to try to confirm the methods’ reliability and to see if the method can be used to refine geotechnical investigations.  The reliability of the method is tested by watching for the expected frequencies from the calculations in the measurement data.  The method show more consistency closer to the ground surface rather at greater depths. It is also more reliable for stark contrast layers, i.e. if the soil layers have much of the same properties then it is difficult to spot the differing natural frequencies, as they are too similar.  In trying to establish the soil profile between bore holes the method is inconclusive, partly due to the fact that the investigated area consists of relatively alike soil layers that make the result graphs difficult to get information from. However, the suggested soil profiles from the analysis of this part of the master thesis bear resemblances to bore holes close by, so the method can be usable in some regard. Quality of measurement results would probably be better by running the train faster than was done in this master thesis. The quality of the analysis would also benefit from performing specific soundings to establish the soils’ geodynamic properties rather than using recommended empirical formulas as were used here.  The primary possible application for this method is to use it as a prioritizing tool at an early stage in infrastructure projects. Running the vibration measurement and getting a preliminary picture of the soil conditions could act as a way of steering investigations resources to where greater shifts in the data occur. 

Abstract [sv]

I det förberedande skedet inför infrastrukturprojekt genomförs geotekniska undersökningar för att kartlägga jordförhållanden. Detta genomförs bland annat med ett antal olika borrhålsmetoder. Genom sin utförandeform levererar dessa resultat som, strikt uttryckt, är knutna till de specifika punkter där de utförs. I detta examensarbete provas en ny metod där jordprofilen mellan- och vid punkten för borrhål ska kartläggas. Metoden provas ut på järnvägsprojektet Stenkumla – Dunsjö.  Vibrationsteori och geodynamiska egenskaper hos jorden utnyttjas för att fastställa olika jordlagers egenfrekvens. Egenfrekvensens definition gör det möjligt att detektera denna i vibrationsmätningar. Metoden som provas i examensarbetet är att genom vibrationsmätningar fastställa jordprofilen baserat på jordlagrens egenfrekvens.  Ett viktigt steg i metodens process är att transformera resultatet från vibrationsmätningen med Fast Fourier Transformation, en algoritm för databehandling. Genom att applicera Fast Fourier Transformation kan en jämförelse mellan egenfrekvenser från olika källmaterial göras.  De primära vibrationsmätningarna genomfördes genom att fästa en accelerometer på ett tåg. Resultat består i transformerade grafer från vibrationsmätningar samt egenfrekvensberäkningar baserade på de geotekniska undersökningarna vid projekt Stenkumla – Dunsjö. På detta följer en jämförande analys där metodens tillförlitlighet och applicerbarhet runt geotekniska undersökningar diskuteras.  Tillförlitligheten testas genom att identifiera beräknade förväntade värden på egenfrekvensen i mätdatat från tåget. Metoden visar högre tillförlitlighet närmare markytan än djupare ner i jordprofilen. Metodens precision är mer utvecklad för jordprofiler där jordlagren är differentierade från varandra i dess egenskaper. Detta uppstår som en följd av att mer lika drag hos jordlagren får liknande egenfrekvens, vilket gör dem svårare att identifiera och särskilja i frekvensspektrat.  Metoden visade sig vara ofullständig i att fastställa en jordprofil mellan geotekniska borrprover. En anledning till detta är att det område som användes för vibrationsmätningar består av en jordprofil utan allt för varierande egenskaper, vilket gör att en tillräckligt tillförlitlig analys är omöjlig med den mängd data som fanns att tillgå. Den jordprofil som itererades fram i analysavsnittet har dock liknande uppbyggnad som de jordprofiler som fastställts av geotekniker i den geotekniska undersökningsrapporten, vilket ändå tyder på viss användningspotential. Kvalitén på vibrationsmätningen skulle förbättras av att öka farten, och så vibrationen, på tåget som mätaren var fäst på. En annan förbättringsmöjlighet är att få tillgång till uppmätta geodynamiska egenskaper hos jorden istället för de empiriska formler som användes i detta arbete.  Det primära användningsområdet för metoden är att använda den som ett prioriteringsverktyg i ett tidigt skede vid infrastrukturprojekt. Genom att genomföra en vibrationsmätning kan en preliminär bild av jordförhållandena erhållas. Detta kan sedan användas som ett sätt att styra geotekniska undersökningsresurser mer effektivt mot områden där stora avvikelser i vibrationsdatat identifierats.

Place, publisher, year, edition, pages
2018. , p. 86
Keywords [en]
Fourier Transformation, Accelerometer, Stenkumla Dunsjö, Railroad
Keywords [sv]
Stenkumla Dunsjö
National Category
Geotechnical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-67151OAI: oai:DiVA.org:ltu-67151DiVA, id: diva2:1170335
External cooperation
Skanska Infrastruktur Mälardalen
Educational program
Civil Engineering, master's level
Supervisors
Examiners
Available from: 2018-02-02 Created: 2018-01-03 Last updated: 2018-02-09Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(17955 kB)17 downloads
File information
File name FULLTEXT02.pdfFile size 17955 kBChecksum SHA-512
006b9be7366b829d31c5fb09098e7123368d95e2ebfa8c5da1dd785fd02162b3ec1a637087123863ef713205fd1186752ed575e2f89d542fa491075d8048da2f
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Björklind, Malin
By organisation
Mining and Geotechnical Engineering
Geotechnical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 29 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 101 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf