Alles over geotechnische inclinometers

Bewegingen, vervormingen en zettingen van grondconstructies kunnen nauwkeurig worden gemonitord met geo-inclinometers. Geotechniek is het vakgebied dat zich bezighoudt met het gedrag van grond en de interactie ervan met bouwkundige structuren. Wil je meer weten over hoe deze meetinstrumenten werken en op welke manieren ze worden toegepast?

Wat zijn geotechnische inclinometers?

Geotechnische inclinometers zijn uiterst precieze meetinstrumenten die worden ingezet om bodembewegingen en vervormingen in gebouwen en geostructuren te detecteren. Ze spelen een cruciale rol bij het vroegtijdig signaleren van potentiële risico's, zoals aardverschuivingen, funderingsfalen of verzakkingen. In veiligheidsmonitoring helpen ze gevaarlijke verschuivingen te identificeren die gebouwen of mensen in gevaar kunnen brengen. Daarnaast worden deze sensoren gebruikt ter ondersteuning van bouwplannen en de validatie van grondstabiliteitsmodellen. Ook voor langdurige monitoring zijn ze uitermate geschikt, bijvoorbeeld om bodemgedrag te observeren na afronding van bouwprojecten, zoals in de mijnbouw of bij stuwdammen.

Hoe werken geotechnische tiltmeters?

Geotechnische hellings- of inclinometers worden voornamelijk gebruikt om grondbewegingen, aardverschuivingen en structurele verplaatsingen te monitoren. Ze moeten vaak nauwkeurige metingen uitvoeren onder veeleisende omstandigheden, zoals in boorgaten, onstabiele bodems of onder water. Deze vereisten leiden tot specifieke kenmerken die hen onderscheiden van algemene inclinometers. Twee soorten inclinometers zijn bijzonder geschikt voor geotechnische toepassingen namelijk: 

• inclinometers op basis van elektrolyten 
• MEMS inclinometers.

Het gebruik van inclinometers

Metingen met geotechnische inclinometers kunnen op twee manieren worden uitgevoerd, afhankelijk van de toepassing. De sensoren kunnen direct worden bevestigd op de structuur die gemonitord moet worden, zoals muren, vloeren, dammen of andere oppervlakken. Dit biedt een eenvoudige en efficiënte installatie en is vooral geschikt voor kortetermijnmonitoring of situaties waarin nauwkeurige bewegingen van een specifiek oppervlak moeten worden vastgelegd.

Wanneer grond- of structurele bewegingen op grotere diepte gemeten moeten worden, is een boorgat noodzakelijk. Bodembewegingen, aardverschuivingen en verzakkingen beperken zich vaak niet tot het oppervlak, maar kunnen zich ook in diepere lagen voordoen. Door een boorgat te gebruiken, kan een meetbuis op de gewenste diepte worden geplaatst. De inclinometer bestaat in dit geval uit een sonde die langs een speciaal beklede meetbuisgeleider in het boorgat wordt bewogen. Dit type meting is bijzonder geschikt voor langetermijnmonitoring, omdat de sondes beter beschermd zijn tegen externe invloeden en zo langdurig betrouwbare data kunnen leveren.

Verschillende categorieën van hellingsensoren

De sensoren meten de hellingshoek van het oppervlak waarop ze zijn gemonteerd, doorgaans in één of meerdere assen. Veranderingen in deze hellingshoek over tijd kunnen wijzen op beweging, vervorming of zetting van een constructie. Onze geotechnische inclinometers zijn onder te verdelen in vier categorieën: standaardinclinometers, precisie-inclinometers, ultraprecisie-inclinometers en miniatuurinclinometers.

Tot de standaardinclinometers behoren MEMS-gebaseerde sensoren en transducers met een niet-lineariteit variërend van 0,05% tot 2,5% FRO, beschikbaar in een- of tweeassige uitvoeringen. Deze sensoren hebben doorgaans een groter meetbereik, terwijl precisie- en ultraprecisie-inclinometers juist zijn ontworpen voor kleinere hoekafwijkingen om een hogere nauwkeurigheid te waarborgen. Een belangrijk voordeel van standaardinclinometers is hun brede inzetbaarheid bij uiteenlopende temperaturen. Ze vormen een efficiënte oplossing voor toepassingen zoals het nivelleren en positioneren van platforms, structurele bewaking, monitoring van gebouwen en zelfs het positioneren van industriële machines.

Precision inclinometers

Onze precisie-inclinometers bieden een resolutie van 0,0001° of beter, waardoor zelfs de kleinste hoekveranderingen nauwkeurig kunnen worden gedetecteerd. Deze sensoren, gebaseerd op elektrolytische technologie, zijn bij uitstek geschikt voor structurele monitoring, het nauwkeurig nivelleren van platforms en diverse industriële meet- en regeltoepassingen. Een belangrijk voordeel is hun uitzonderlijk lage drift over lange perioden, wat zorgt voor stabiele en betrouwbare metingen, zelfs bij langdurig gebruik.

Hoge- en ultraprecisie-inclinometers 

Hoge- en ultraprecisie-inclinometers hebben doorgaans een beperkte bandbreedte en langere reactietijden, omdat ze specifiek zijn ontworpen om uiterst langzame veranderingen in hellingshoek te meten. Dankzij hun hoge gevoeligheid kunnen ze de kleinste hoekveranderingen detecteren, terwijl ze tegelijkertijd uitzonderlijk robuust blijven. Om maximale nauwkeurigheid te waarborgen, worden deze sensoren vaak gekalibreerd voor een beperkter temperatuurbereik. Ze zijn ideaal voor gebruik in veeleisende omgevingen en complexe toepassingen, zoals vulkaanbewaking, precisiemetrologie, olie- en gasexploratie, brugmonitoring en geavanceerde robotica.

Miniatuur hellingsmeters

Onze miniatuur inclinometers zijn speciaal ontworpen voor toepassingen waar de ruimte beperkt is. Ze bieden compacte afmetingen in combinatie met hoge prestaties en zijn ook gebaseerd op elektrolyten. Typische toepassingen voor deze compacte sensoren zijn röntgenspiegels, telescoopbevestigingen, windtunnelmodellen en medische apparatuur. Met een geschikte versterker kunnen deze inclinatiesensoren werken op een afstand (kabellengte vanaf de versterker) tot 100 meter.

Installatie van de sensoren

De meeste inclinometersensoren worden rechtstreeks op het te bewaken oppervlak gemonteerd. Afhankelijk van de aard van het oppervlak kan dit door middel van schroeven, lijmen of magnetische bevestiging. Voor het monitoren van grotere oppervlakken worden de sensoren vaak in een rij geïnstalleerd en mechanisch met elkaar verbonden om continue gegevens langs een lijn te registreren.

Verbinding en gegevensoverdracht

De sensoren zijn meestal via kabels of draadloze verbindingen verbonden met een centrale gegevensverzamelingseenheid. De gemeten gegevens worden in realtime of met vaste intervallen doorgestuurd naar een monitoringsysteem. Continue monitoring maakt het mogelijk om zelfs de kleinste verplaatsingen of vervormingen te detecteren en te analyseren. Vergelijkende metingen in de loop van de tijd helpen om bewegingspatronen te identificeren en potentiële gevaren te beoordelen.

Uitdagingen en beperkingen

Bij het gebruik van geo-inclinometers moet aan een aantal eisen worden voldaan om een optimaal meetresultaat te verkrijgen. Omdat ze een zekere gevoeligheid hebben voor temperatuurveranderingen, kunnen extreme temperaturen het meetresultaat beïnvloeden. Ze zijn vooral geschikt voor het meten van helling over kortere afstanden, omdat de nauwkeurigheid van de meting afneemt over langere afstanden. Dit laatste is ook afhankelijk van de bodemgesteldheid. In zeer losse of sterk samengedrukte bodems is de installatie moeilijker en kan het meetresultaat onnauwkeurig zijn. Sterke trillingen, bijvoorbeeld van machines, kunnen de meting ook beïnvloeden. Geo-inclinometers zijn ook slechts beperkt geschikt voor snelle veranderingen of dynamische bewegingen van de grond, zoals snelle verzakkingen of aardbevingen. De reactiesnelheid van de sensoren kan hier beperkt zijn.

Typische toepassingsgebieden voor geotechnische hellingsmeters

• Muurbewaking: Steunmuren of gevels van gebouwen controleren op vervormingen.
• Bodembewaking: Meting van verzakkingen of verzakkingen in vloerplaten of verkeersgebieden.
• Dammen en bruggen: Bewaking van vervormingen van kritieke structuren zonder invasieve maatregelen zoals boren.
• Bewaking van uitgravingen en funderingen: Bewaking van bewegingen in diepe uitgravingen.
• Hellingen en dammen: Detectie van aardverschuivingen of verplaatsingen in dammen.
• Tunnels en ondergronds bouwen: Verzekeren van de stabiliteit van ondergrondse constructies.
• Bescherming tegen aardbevingen: Het monitoren van grondreacties op seismische activiteit.
• Mijnbouw: Controle van de stabiliteit van afvalbergen en mijnwanden.
• Nivellering van platforms / radar- en antennepositiecontrole
• Industriële metingen en besturing

Een geschikte geo-inclinometer selecteren

De keuze van een geschikte geotechnische inclinometer hangt af van verschillende factoren, waaronder de vereiste meetnauwkeurigheid, het toepassingsgebied, de installatiemethode, gegevensregistratie en -overdracht en de prijs.

Ten eerste spelen de meetnauwkeurigheid en resolutie een doorslaggevende rol. Terwijl een nauwkeurigheid van ±0,1° voldoende is voor ruwe monitoring, is een nauwkeurigheid van ±0,001° vereist voor zeer nauwkeurige metingen, bijvoorbeeld bij het monitoren van dammen of tunnels. Even belangrijk is de keuze van de inclinometer zelf. Op MEMS gebaseerde inclinometers zijn compact en kosteneffectief, maar hebben een lagere stabiliteit op lange termijn en een hogere temperatuurgevoeligheid, terwijl op elektrolyt gebaseerde inclinometers een hoge gevoeligheid en herhaalbaarheid hebben. Ze zijn echter slechts beperkt geschikt voor sterke trillingen.

Het toepassingsgebied en de omgevingsomstandigheden bepalen ook de vereisten voor het apparaat. Terwijl bij het monitoren van gebouwen speciale aandacht moet worden besteed aan stabiliteit en nauwkeurigheid op lange termijn, zijn robuuste, weerbestendige sensoren nodig voor het monitoren van aardverschuivingen of taluds. In tunnels of mijnbouw moeten de apparaten bestand zijn tegen trillingen en seismische metingen vereisen hoge bemonsteringsfrequenties en een hoge gevoeligheid voor snelle bewegingen.

Een ander belangrijk aspect is de installatiemethode. Inclinometers kunnen in boorgaten worden geïnstalleerd om diepere bodembewegingen te meten of direct aan het oppervlak van constructies worden bevestigd om veranderingen in helling te detecteren. Draadloze systemen zijn vooral voordelig voor moeilijk toegankelijke gebieden. Gegevensregistratie en -transmissie moeten ook overwogen worden. Afhankelijk van de toepassing kan real-time gegevenstransmissie via LoRa, GSM of WLAN nodig zijn, vooral voor systemen voor vroegtijdige waarschuwing. Als alternatief kunnen loggergebaseerde systemen worden gebruikt die meetwaarden ter plaatse opslaan en periodiek worden uitgelezen. Er moet ook worden gecontroleerd of de inclinometer kan worden geïntegreerd in bestaande geotechnische monitoringsystemen.

Naast de technische eisen speelt ook het budget een doorslaggevende rol. Mechanische inclinometers zijn de meest kosteneffectieve oplossing met prijzen tussen €100 en €1.000, terwijl MEMS-systemen tussen €200 en €5.000 kosten, afhankelijk van hun nauwkeurigheid. Optische systemen bieden de hoogste nauwkeurigheid, maar zijn ook de duurste optie met prijzen die variëren van € 5000 tot meer dan € 50.000. Tot slot moet rekening worden gehouden met onderhoud en stabiliteit op de lange termijn. Terwijl sommige systemen regelmatig gekalibreerd moeten worden, bieden andere een hoge weerstand tegen drift en omgevingsinvloeden.

Geotechnische hellingsmeters voor klimaatgerelateerde toepassingen

Geotechnische hellingsmeters spelen een belangrijke rol bij het aangaan van de uitdagingen die de klimaatverandering met zich meebrengt. Ze helpen bij het monitoren en beheren van de impact op natuurlijke en bebouwde omgevingen door bewegingen en vervormingen te meten in verschillende structuren.

Hellingmeters ondersteunen ook de uitbreiding van hernieuwbare energie door grondbewegingen te monitoren op de locaties van windturbines, zonnevelden of geothermische installaties. Dit zorgt ervoor dat deze installaties stabiel en efficiënt blijven, zelfs wanneer de bodemomstandigheden veranderen. In bergachtige gebieden met een verhoogd risico op aardverschuivingen als gevolg van vaker voorkomende zware regenval, herkennen ze verschuivingen in hellingen die kunnen duiden op dreigende aardverschuivingen.