TEMA: Sveriges Äldsta Byggtidning
Geoteknik och grundläggning
Utmaningar och möjligheter Nr 1 • 2008 Januari 100:e årgången
Vi erbjuder för grundläggning och infrastruktur Stålpålar Stödväggar Broar Bullerskydd Skyddsräcken
Ruukki klarar också hela projektet för grund, stomme, vägg och tak
Tel +46 243 887 44 - Fax +46 243 842 10 www.ruukki.com
Glasroc Hydro ®
™
För byggande i alla väder
ad nter Pate
tek
gin nolo
t! yhe
Luftät men diffusionsöppen
Dokumenterat god mögelresistens
God formstabilitet vid skiftande temperaturer och fuktighet Gipsbaserad kompositskiva för fuktutsatta miljöer
50 5 10 50 15 45 20 40 35 30 25
Enkelt och snabbt montage
www.gyproc.se/glasroc Ad_ByggOTeknikv47_185x270.indd 1
2007-12-18 12:12:56
HALFEN-DEHA. Garanterat säkert. Turning Torso, Malmö
HBS-05 Armeringsskarv HBS-05 är en av våra lösningar som smidigt och tillförlitligt skarvar ihop armering vid etappgjutning. 90 ton HBS-05 har levererats till det 190 m höga huset Turning Torso i Malmö.
Photo: Jochen Helle /artur
HALFEN-DEHA står för säkra och genomtänkta lösningar inom betong, fasad och montageteknik. Med över 70 års erfarenhet av att koppla samman komponenter och material i byggindustrin är vi övertygade: Det finns inga andra alternativ än optimal kvalitet, högsta säkerhet och fullständigt nöjda kunder. Vägledning från start till mål med kostnadsfri teknisk rådgivning och support, för att hjälpa
dig att bygga rätt och i tid, är en självklarhet hos HALFEN-DEHA. Vi fortsätter att utveckla och vässa byggprocesser över hela världen. Målet är att skapa förutsättningar för ekonomisk och miljömässig vinst på bred front för alla – före, under och efter byggnation. Kontakta oss om du vill vara med och påverka.
HALFEN-DEHA:s produkter är säkerhet, kvalitet och skydd – för dig och ditt företag.
www.halfen-deha.se
I detta nummer
• • • • • • • • • • • • •
Byggnytt Produktnytt Utmaningar och möjligheter för en förbättrad geoteknik Bo Westerberg och Martin Holmén Sättningskänsliga jordar ställer höga krav på geoteknisk och hydrogeologisk kompetens och samverkan Jenny Persson et al Markhävning vid pålslagning i centrala Göteborg Lennart Svensson Analys och prognostisering av rörelser orsakade av djupa schakter Anders Kullingsjö Spontning i flaskfabriken Håkan Bredenberg et al Byggfrågan Utbildning en nyckelfaktor för förnyelse Gunilla Franzén et al Pålgrundläggning med hänsyn till korrosion Wilhelm Rankka Riskhantering vid sprängningsarbeten K Rainer Massarsch et al Europastandarder – en plattform för samverkan Magnus Karlsson et al Geoteknisk klassificering och odränerad skjuvhållfasthet Bo Westerberg TDR-teknik – skredövervakning med potential Björn Möller Markteknisk riskidentifiering Ulf Possfeldt et al Gamla synder leder till teknikutveckling för miljöundersökningar Lena Torin och Nils Rahm
8 10
12
21 25 31 41
43 44
50 52 61 65 71
78 83
OMSLAGSFOTO: STIG DAHLIN GRUNDLÄGGNINGSARBETEN VID TORSGATAN I STOCKHOLM
Chefredaktör och ansvarig utgivare: STIG DAHLIN Annonschef: ROLAND DAHLIN Prenumerationer: MARCUS DAHLIN Copyright©: Förlags AB Bygg & teknik Redaktion och annonsavdelning: Box 190 99, 104 32 Stockholm Besöksadress: Sveavägen 116, Stockholm Telefon: 08-612 17 50, Telefax: 08-612 54 81 Hemsida: www.byggteknikforlaget.se E-post: förnamn@byggteknikforlaget.se
Tryckeri: Grafiska Punkten AB, Växjö
ISSN 0281-658X Bygg & teknik 1/08
Bilaga medföljer
”
ledare
Tråkiga nyheter
I maj månad 2006 skrev vi här på ledande plats i Bygg & teknik i mycket positiva ordalag om NCC:s satsning på ett utvecklingsprojekt för industriellt byggda flerbostadshus, kallat NCC Komplett. Därför är det väldigt tråkigt att nås av beskedet att företaget nu beslutat avsluta projektet. 200 anställda i Hallstahammar och Solna berörs av förändringen. Projektet avbryts enligt företagsledningen på grund av att de förväntade kostnadssänkningarna med produktionsmetoden inte kommer att kunna uppnås. Det var i september 2002 som NCC startade arbetet med att hitta en helt ny tillverkningsprocess för byggande av flerbostadshus. I maj 2006 presenterades ett nytt, delvis patenterat, byggsystem under benämningen NCC Komplett. Systemet var i hög grad inspirerat av verkstadsindustrin. NCC:s koncernchef Olle Ehrlén menar att företagets satsning på industriellt bostadsbyggande i fabrik var viktig för NCC och för hela byggbranschen. Byggsystemet skulle sänka byggkostnaderna för flerbostadshus radikalt och det är just detta som idag bedöms av företagsledningen inte vara möjligt. Det har visat sig vara svårare, ta längre tid och kosta mer än vad företaget räknade med
”För att kunna möta morgondagens ökande krav krävs ett industrialiserat byggande” från början. Projektet har dock enligt uppgift gett företaget viktig kunskap som i sin tur förväntas ge framtida konkurrensfördelar. Sammantaget har NCC under fem år investerat och tagit kostnader Stig Dahlin på den svindlande summan av drygt en miljard kronor i projektet. chefredaktör Beslutet innebär att verksamheten i Hallstahammar successivt kommer att avvecklas fram till maj 2008, då de sista modulerna lämnar fabriken. Fram till sommaren 2008 kommer man att ha byggt totalt cirka 300 lägenheter i 16 bostadshus med byggsystemet. I Järfälla, Råcksta och på Brandholmen pågår produktion av bostadshus med byggsystemet, dessa kommer att slutföras. Det är dock alltjämt vår bestämda uppfattning att det är genom just tekniksprång liknande NCC Komplett som den svenska byggbranschen kommer att utvecklas. Vi har sagt det förr och vi upprepar det igen: Ett industrialiserat byggande är och kommer alltid att vara en förutsättning för att byggbranschen ska kunna möta morgondagens ökande krav från anställda på en god arbetsmiljö och kundernas berättigade krav på energieffektiva och individuellt anpassade byggnader av god kvalitet.
––––––––––––––––––––––––––– Nr 1 v 4 Nr 5 v 32 ––––––––––––––––––––––––––– Nr 2 v 10 Nr 6 v 37 ––––––––––––––––––––––––––– Nr 3 v 15 Nr 7 v 42 ––––––––––––––––––––––––––– Nr 4 v 21 Nr 8 v 47 –––––––––––––––––––––––––––
Eftertryck och kopiering av text och bild ej tillåtet utan redaktionens medgivande.
Nummer 1 • 2 008 Januari Årg ång 100 TS-kontrollerad fackpressupplaga 2006: 6 700 ex Medlem av
Helårsprenumeration, 2008: 368 kr + moms Bankgiro 734-5531 Lösnummerpris 55 kronor
5
.YlKENÂŹPĂ?ÂŹUNDERLAGET Nordens viktigaste byggmĂśten!
Allt du behÜver se. Alla du vill träffa. (OSOSSlNNSÚVER GEOSPECIALISTERSOMARBETARMED BYGGNADERSOCHANLËGGNINGARSGRUNDLËGGNING 6IKAN HJËLPATILLMEDALLTFR�NGEOTEKNISKAUNDERSÚKNINGAR  GEOPROJEKTERINGOCHUTREDNINGARAVMARKRÚRELSERFR�N SM�SËTTNINGARTILLSTORASKRED )DAGlNNSVIP� ORTERI 3VERIGEOCHHARETTEGETLABORATORIUM 37%#/'EOLAB
Senaste nytt inom Bygg & VVS: •
Allt inom byggmaterial
ĂĽ en kus p
o Effektivare byggprocess Med f tveckling ru a b hüll • Byggmaskiner vare ffekti h oc e s roces • Handelverktyg byggp • Färg, müleri och ytskikt • Personlig utrustning • Inneklimat • Energieffektivisering • Green Matter – se framtidens byggmaterial • Seminarier • och mycket annat •
WWW SWECO SE VBB 37%#/ 6"" ING�R I 37%#/ KONCERNEN  .ORDENS LEDANDE KONSULTFÚRETAG INOMTEKNIK MILJڏOCHARKITEKTURMEDÚVER  MEDARBETARE 
Berg, jord och grundvatten I 150 ĂĽr har Sveriges geologiska undersĂśkning, SGU, undersĂśkt, dokumenterat och informerat om jord, berg och grundvatten i Sverige.
Läs mer om hur vi kan hjälpa till pü www.sgu.se, och hur vi har fÜrsett samhället med geologisk information sedan 1858. Du nür oss ocksü pü tel. 018-17 90 00.
w
w
Hä m ta
di n
w. fribilj An no ett ge rd (vä ko b rde d: y 2 05 gg 00: 48 .s -) p e ü:
1–4 april 2008 Stockholmsmässan
Vi är den myndighet som ger dig information om berggrund, bergkvalitet, jordlager, skyddsvärda grusfÜrekomster och grundvattentillgüngar.
6
2008
™
SGU 150 ĂĽr Bygg & teknik 1/08
Byggkunnig säljare Preconal Fasad är specialiserade på objekt innehållande, fasader, glastak, aluminiumfönster, aluminiumdörrar och brandpartier. Företaget är idag omkring 100 anställda med egna produktionsanläggningar i Falkenberg, Landeryd och Karlstad. Huvudkontoret är förlagt till Falkenberg och säljkontor finns även i Karlstad, Arboga och Malmö. Läs gärna mer på www.preconal.se
Bygg & teknik 1/08
Ditt primära mål är att uppnå en ökad försäljning och att utveckla affärsmöjligheter. Du bygger upp och förstärker befintliga relationer samt bearbetar nya kunder så som byggentreprenörer, glasmästerier, kommuner, statliga verk, fastighetsägare med flera. För att vara framgångsrik i ditt arbete krävs det att du är van att läsa ritningar, beskrivningar och att du kan föra en teknisk dialog. Placeringsort: Arboga Ansök och läs mer på manpower.se (annonsnr. 376782). För mer information kontakta Lena Ahlin, 070-377 12 38. Urval sker löpande därför är du välkommen med ansökan snarast dock senast 080128. Manpower är ett auktoriserat bemanningsföretag.
7
SP och CBI bildar nytt betonginstitut
Vid årsskiftet bildades Sveriges starkaste resurs för betongforskning. Stiftelsen CBI och SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut avser att föra över all sin verksamhet inom cement, betong, ballast och natursten till det nya gemensamt ägda bolaget CBI Betonginstitutet AB. SP kommer att äga 60 procent och stiftelsen 40 procent i det nya bolaget. – Våra verksamheter inom området kompletterar varandra väl. Det nya institutet med dess kompetens och laboratorieresurser blir internationellt konkurrenskraftig och kommer att ha stor betydelse för svensk byggindustri. Vi stärker också påtagligt SP-koncernens närvaro på Campus KTH, säger SP:s koncernchef Maria Khorsand. Sammanslagningen av de båda institutens verksamheter sker som ett led i den omstrukturering av industriforskningsinstituten som pågått de senaste åren. CBI Betonginstitutet AB kommer att ha cirka 60 medarbetare i Stockholm, Borås och Lund. – Nu får vi ännu bättre förutsättningar för samverkan med våra tekniska högskolor och för att medverka i det internationella forskningssamarbetet, säger CBIs ordförande Ingvar Börtemark, som är mycket positiv till sammanslagningen. CBIs nuvarande institutschef Johan Silfwerbrand kommer att bli bolagets v d. Peter Utgenannt, idag ansvarig för SP:s betongverksamhet, blir vice v d.
Cyber Plaza blir det nya torget i Kista
Det är mycket på gång i Kista. Gallerian byggs ut, nya bostäder kommer till och en ny spårvägslinje ska dras fram genom stadsdelen. Det idag ganska anonyma Torsnästorget ska också omvandlas. Cyber Plaza heter arkitektkontoret Sweco FFNS:s förslag på nytt torg som staden nu valt att arbeta vidare med. Med förslaget Cyber Plaza har staden valt landskapsarkitekter för ett nytt torg i Kista. Ur-
valet skedde efter att flera arkitektkontor fått arbeta fram sin vision för torget. Det vinnande förslaget kännetecknas av fem mycket stora, fritt formade kar i stål med planteringar som representerar växtsamhällen från olika världsdelar. Det mångkulturella Kista kommer på så vis att reflekteras i torgets utformning. – Vi har arbetat utifrån ledord som internationell och samtida. I vårt förslag är torget uppbyggt som en serie terrasserade podier. Karen möblerar torget som ett slags mega-möbler. Podierna skapar olika platser på torget, platser som kan fungera som exempelvis scen, kafé eller helt enkelt inbjudande soliga hörnor, säger Thorbjörn Andersson, uppdragsansvarig för projektet. Från Nordamerika har man hämtat en skog av tulpanträd, från Sibirien en dunge av lärkträd och en körsbärslund får representera Ostasien. Ett annat av karen innehåller en svensk näckrostjärn. Torget får också en spektakulär ljussättning med diskusformade lampor i olika färger som hänger fritt, likt konfetti som singlar runt i luften. Till julhandeln 2009 ska torget stå färdigt. Medarbetare i förslaget har varit Jimmy Norrman, Lisa Hellberg, Johan Israelsson och PeGe Hillinge. För ljussättningen svarar Niklas Ödmann.
Renoverar 1 000 hyresrätter
NCC fortsätter arbetet med stambyte och ytskiktsrenovering åt kommunägda Väsbyhem. Nu påbörjas etapp tre med renovering av 96 hyresrättslägenheter. Ordern är enligt uppgift värd 64 miljoner kronor och är en del av ett femårigt partneringavtal som omfattar renovering av cirka 1 000 lägenheter. Det sammanlagda ordervärdet för avtalet med Väsbyhem uppges vara cirka 500 miljoner kronor. Renoveringen gäller hyresrätter i områdena Runby och Apoteksskogen i Upplands Väsby. – Husen är byggda på 1960-talet och är i behov av renovering. Vi byter VA-stammar, el och ytskikt i lägenheterna. Badrum och ventilationssystem rustas upp och trapphusen målas om. Dessutom ska samtliga lägenheter förses med säkerhetsdörrar. På vissa fastigheter kan
även fasad- och balkongrenovering bli aktuellt, säger NCC:s affärschef Lars-Erik Einerman. Samtliga lägenheter får helkaklade badrum med golvvärme. I vissa kommer även köksinredningen att bytas ut. Projektet sträcker sig över en femårsperiod och kommer att omfatta mellan 200 och 300 lägenheter per år. Under de första tre åren kommer arbetena att koncentreras kring Runby, för att därefter fortsätta till Apoteksskogen. – Med detta avtal har vi på Väsbyhem tagit tag i det berg av underhållsarbete som Sverige har framför sig. NCC och avtalsformen partnering är en idealisk kombination i denna typ av projekt, säger Väsbyhems vd Ulf Dohnhammar. Partnering är en strukturerad samarbetsform där byggherren, konsulterna och entreprenörerna gemensamt löser en bygguppgift. Metoden baseras på ett öppet och förtroendefullt samarbete där allas yrkeskunskaper kompletterar varandra genom projektets alla skeden.
Svenska konsultföretag tar för sig
Konsolideringen i den internationella konsultoch arkitektvärlden var kraftig under 2006 och under 2007 har företagsköpen i västvärlden nått alltime high-volymer. De största svenska teknik- och industrikonsultföretagen växer också kraftigt och hänger väl med på den internationella rankingen. Bland Europas 300 största arkitekt- och konsultföretag räknat efter medelantal anställda 2006/07 fanns 21 (20) svenska. Sweco placerar sig som nr 17 (17) följd av Teleca nr 26 (23), ÅF nr 28 (29), Semcon nr 43 (39) och Caran nr 79 (74). Bland Europas största arkitektföretag, där konsolideringen också accelererar, hittar vi White och Sweco FFNS på platserna 11 (5) respektive 12 (7). Detta vittnar om den internationellt sett relativt stora svenska konsult- och arkitektbranschen. Även om vi enbart ser till de börsnoterade internationella konsultföretagen visar de svenska upp konkurrenskraftiga nyckeltal.
Cyber Plaza, det nya torget i Kista.
8
Bygg & teknik 1/08
byggnytt Nordens största konsultföretag är dock finska Pöyrö Group på plats nr 11 (11) och danska Ramböll Group som nr 12 (13). Europalistan toppas som föregående år av franska Altran, engelska WS Atkins och holländska Arcadis. Glädjande nog har kvinnorna återvänt till branschen och andelen kvinnor ökar åter – också bland ledande befattningshavare. Detta framgår av den årliga Branschöversikten, som bransch- och arbetsgivarorganisationen Svensk Teknik och Design publicerade i slutet av december månad.
Byggnadspris till Birger Jarls torn
FOTO: NINA BROBERG
Statens fastighetsverks, SFV:s, ombyggnad av Birger Jarls torn på Riddarholmen i Stockholm får Stockholms läns hembygdsförbunds byggnadspris. SFV gav Bach arkitekter i uppdrag att anpassa fastigheten med hänsyn tagen till tornets betydande byggnadshistoriska värden. I huset sitter idag SFV:s hyresgäst Justitiekanslern. Stockholms läns hembygdsförbunds byggnadspris delas ut varje år och årets prismotivering lyder: ”Birger Jarls torn är en värdefull kulturbyggnad i hjärtat av den miljö som utgör ursprunget till dagens Stockholm. Som sådan utgör den en utmaning när det gäller anpassning till modern användning. Den anpassning till kontor som gjorts är föredömlig, med stor hänsyn till byggnadens kvalitet och ursprungliga funktion. Val av material och rumsindelning tillåter besökaren förstå byggnadens funktion som ett runt försvarstorn. Exteriört har en nödvändig handikappentré infogats på ett utmärkt sätt och de gamla kanonportarna framhävts medan tornet i övrigt är orört”. Trots namnet är inte tornet medeltida utan det är en del av Gustav Vasas försvarsverk från 1520-talet. Ursprungligen fanns två försvarstorn på Riddarholmen och det andra ingår nu i ett av hörntornen på Wrangelska palatBygg & teknik 1/08
set. Under 1600-talet donerade kronan tomtmark på Riddarholmen till adelsmän och tornet kom i privat ägo. I mitten på 1700-talet fick tornet ett fjärde våningsplan, försågs med ny takhuv, ett förgyllt klot och de gamla skottgluggarna förstorades till fönster. Troligen är Carl Hårleman arkitekt både för ombyggnaden och de omgivande husen. Under 1800-talet övertog Stockholms stad tornet och epoken med arkiv inleddes. 1949 återgick byggnaden till svenska staten och det gjordes en genomgående ombyggnad under ledning av arkitekten Cyrillus Johansson. Verksamheten blev fortsatt arkiv för Kammarkollegium.
ning och ett tydligt miljötänk utöver det vanliga. Gemensam posthantering, bil- och cykelpooler och tillgång till en egen energikonsult för rådgivning är några av de synergieffekter som kommer Kungsbrohusets hyresgäster till del. Kungsbrohuset ska vara en förebild på den moderna fastighetsmarkanden, säger Per Berggren, v d på Jernhusen.
Nu rivs Stockholms fulaste hus
Veidekke Skåne AB har fått uppdraget att i nära samarbete med Diligentia omvandla kv Fasanen i Malmö. Kv Fasanen är centralt belägen i Malmö med gångavstånd till centrum och kommunikationer. Byggnaden, som i dag inrymmer kontor, ska byggas om till hotell i sex våningar med cirka 240 rum om 20 till 45 kvadrtmeter. Det är StayAt Hotel Apartments som etablerar sitt hittills största hotell i staden och som själva står för den moderna inredningen. Originalfasaden i rött tegel bibehålls. Veidekke och Diligentia kommer att genomföra projektet som en samverkansentreprenad med omgående start. Arbetet beräknas vara färdigställt i början av 2009. – Uppdraget ligger i linje med Veidekke Skånes ökade fokus på projektutveckling och kommersiell marknad. Det är en stor glädje att vi fått förtroendet att genomföra detta projekt tillsammans med Diligentia, säger Gregory Apostolakis, v d Veidekke Skåne AB.
Den 7 december påbörjades rivningen av fastigheten Klarabergsviadukten 78, ibland kallat Stockholms fulaste hus. I den nya stadsdelen Västra City, ett område längs med spåren från Riddarfjärden upp mot Barnhusbron i Stockholm, påbörjar Jernhusen under 2008 byggandet av det miljösmarta Kungsbrohuset. Byggnaden kommer att ingå i City Business District och ha ett absolut toppläge nära till alla kommunikationer och mötesplatser. Kungsbrohuset är en profilfastighet med tydliga visioner, att skapa ett miljöcertifierat hus med smarta, miljövänliga och innovativa lösningar. Målsättningen är att halvera energiförbrukningen jämfört med motsvarande byggnader. Huset miljöcertifieras enligt tre olika system; Green Building, P-märkning samt ett nytt svenskt system under framtagande av Boverket och KTH/CTH. Totalt kommer Kungsbrohuset som planeras stå klart 2010 att omfatta närmare 40 000 kvadratmeter med plats för kontor, hotell och butiker. – Vi riktar oss till de hyresgäster som värdesätter att vara mitt i Stockholm men ändå nära världen. Läget är kanske Sveriges bästa sett ur kommunikationssynpunkt. Vi vänder oss också till de hyresgäster som tillsammans med Jernhusen vill arbeta för hållbar energianvänd-
Ombyggnadsuppdrag för nytt hotell i centrala Malmö
Endast 368 kronor plus moms kostar en helårsprenumeration på Bygg & teknik för 2008!
Kungsbrohuset, den miljösmarta byggnaden i Västra City i Stockholm.
9
Snygga och säkra
Swedoor har tagit fram en serie säkerhetsdörrar där den skyddande stålplåten täcks av ett ytlager trä. Det ger möjlighet att variera utseendet så att dörren enligt uppgift passar in i både moderna och äldre miljöer. En dörr ska passa in i sin omgivning. Därför har många dragit sig för att sätta in en säkerhetsdörr i stålplåt, trots att den ger ett effektivt skydd mot inbrott och brand. Den nya säkerhetsdörren har en yta av trä, vilket gör att den skyddande plåten inte syns. Den går att beställa i flera olika träslag eller målad. Den kan också beställas med dekorpålimningar eller med fräst spårmönster som gör den lätt att anpassa till den omgivande miljön. I äldre hus kan dörrarna projektanpassas för att likna originaldörrarna. Den solida dörren med inkapslad stålplåt är försedd med hakregellås som standard. För att öka säkerheten ytterligare är dörrkanterna formgivna för att överlappa och exakt passa in i karmen och gångjärnen är bakkantssäkrade. Säkerhetsdörren finns i fyra olika skyddsklasser och med flera olika tillval som till exempel extralås och dörrkik.
Fasadsystem med tvåstegstätning
Byggmaterialleverantören Sto i Linköping har tagit fram ett komplett fuktskyddande och vattenavvisande system som enligt uppgift kan användas för alla typer av byggnader, oavsett fasadbeläggning. Detta innebär ökad säkerhet mot fukt i traditionella lättbyggnadssystem. Klimatförändringar, där vi får uppleva allt intensivare och längre perioder av regn, gör att nya krav ställs på våra fasader. För att möta dessa krav har företaget utökat sina systemlösningar, så att även bakomliggande vägg skyddas mot fuktläckage vid till exempel plåtanslutningar, fönster och balkonger. – Vi ser att det finns ett stort behov av fuktsäkra system på den svenska marknaden, säger Patrick Toorell, v d på Sto Scandinavia. Vi har dragit nytta av erfarenheten hos våra kollegor i USA. Där kräver byggstandarden att
10
denna typ av skydd finns, och StoGuard har sålts i flera år med mycket gott resultat. Det som vi erbjuder den svenska marknaden nu är ett StoGuard-system som är speciellt anpassat efter våra svenska förhållanden. Produkten är ett målningssystem som sprutas direkt på den yttre skivan som är monterad på regelstommen. Ytan blir fogfri, det vill säga helt fri från skruvskallar, skivskarvar etcetera som normalt finns på en regelvägg. Vidare så tätas spalten mellan fönster och stomme i två steg för att minimera risken för att fukt tränger in. Det är enligt uppgift enkelt att med blotta ögat upptäcka felställen innan väggen isoleras. Under byggtiden skyddar systemet gipsen/mineriten upp till sex månader efter applicering.
Se mer med värmekamera
Den nya värmekameran Testo 880 erbjuder enligt uppgift spjutspetsteknik i en ny prisdimension, för termografering i industri- och fastighetssektorn. Sensorns upplösning på 160 x 120 pixlar interpoleras till 320 x 240 pixlar, vilket enligt uppgift motsvarar cirka 20 000 mätvärden. I kombination med den kristallklara 3,5-tumsdisplayen ska det borga för säkra diagnoser och precis felsökning. Hela skärmytan används utan att begränsas av menyfält eller störande text. Minsta temperaturskillnad blir synlig tack vare den högklassiga optiken av germanium, vars egenskaper enligt uppgift lämpar sig ytterst väl för IR-strålning. Elektroniken som utvecklats för att utnyttja sensorn optimalt, kombinerat med den termiska upplösningen på mindre än 0,1 °C, ger förstklassiga, högupplösta bilder. Som standard har värmekameran ett 32-graders vidvinkelobjektiv och som tillval ett 12-graders teleobjektiv. Det här ger stor flexibilitet när testo 880 ska anpassas till olika stora mätobjekt och olika mätavstånd. IR-skyddsglaset, som också är tillverkat av germanium, skyddar linsen mot damm och repor vid krävande förhållanden. Det minsta fokusavståndet på 10 cm för små föremål är ovanligt kort i jämförelse med andra värmekameror. Med hjälp av en integrerad digitalkamera går det att ta vanliga foto-
grafier som komplement till IR-bilderna. Med hjälp av en bild-i-bild-funktion länkas informationen samman och uppges medge snabb, säker och enkel dokumentering. De goda resultaten beror enligt uppgift också på att värmekameran är så enkel att sköta. Bland annat har den ett dynamiskt motorfokus med patenterad teknik som kan styras med ett enhandsgrepp. Den har också en styrknapp med fem lägen för navigering bland menyer och bilder. Med de båda programmerbara snabbvalsknapparna kan de viktigaste funktionerna öppnas direkt. Datahanteringen kan antingen skötas i kameran eller i en PC, med hjälp av ett särskilt program som följer med i leveransen. Programmet kan användas för avancerat analysarbete och för att snabbt och enkelt skapa rapporter. Den nya värmekameran säljs i tre olika instrumentversioner, var och en med funktioner som anpassats till respektive användningsområde. Portabla värmekameror används vid inspektioner av byggnader och vid förebyggande service och underhåll. De används vid byggkontroller, för att övervaka produktionsprocesser och för att ställa tekniska diagnoser. Med en värmekamera kan du upptäcka avvikelser i god tid för att kunna felsöka och vidta åtgärder. Material och komponenter kan undersökas helt oförstörande och problemområden kan upptäckas innan det uppstår något funktionsfel. Medan andra metoder innebär att produktionen måste stoppas eller att hela rörsystem måste demonteras, räcker det att ta en snabb titt med testo 880. Värmekamerorna distribueras i Sverige av Nordtec Instrument AB i Göteborg.
Utnyttja källaren bättre
Nu finns nya möjligheter att utnyttja källaren på ett bättre sätt. Istället för betonggolv eller klinker är det nu möjligt att lägga in laminat eller trägolv i källaren och skapa en ombonad miljö utan kostsamma ombyggnader. Problemet med att lägga in trä- eller laminatgolv på ett underlag av betong, till exempel i en källare, är att betonggolv ofta har en högre fukthalt än övergolvet klarar. När fukten vandrar upp i det övre golvet uppstår skador eller dålig lukt. Ett sätt att undvika fuktskador och dålig lukt är ett fuktskydd som läggs mellan betongen och innergolvet. Men sådana fuktskydd är Bygg & teknik 1/08
produktnytt ofta så tjocka att trösklarna måste byggas om. Nu kan man istället använda Icopals Fonda Special, ett fuktskydd som endast är 2 mm tjockt. Då slipper man bygga om trösklarna, vilket sparar både tid och pengar. Produkten har dessutom ett patenterat kanalmönster som enligt uppgift gör det enkelt att lägga mattan eftersom man kan vika och skära produkten i mönstrets linjer. Produkten är P-märkt av SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut, vilket ska garantera att produkten möter högt ställda krav på fuktsydd och beständighet.
Förläng livslängden på betongkonstruktioner
Danska Force Technologys nya voltmeter med minne, VMM, gör det enligt uppgift mycket lättare att utföra potentialmätningar på betongkonstruktioner, då man både kan spara mätningar manuellt och samla data automatiskt med olika tidsintervaller. Voltmätaren är speciellt utvecklad för användning tillsammans med företagets ERE 20 referenselektrod. ERE 20 uppges vara en ytterst stabil och hållbar referenselektrod, som används för att värdera effektiviteten av system för katodiskt skydd och för att bedöma risken för korrosion i armeringsjärn. Då voltmätaren enligt uppgift är mycket lätt att arbeta med, blir det ännu bekvämare att utföra potentialmätningar regelmässigt. Därmed upptäcks begynnande korrosion i rätt tid, och med rätt underhåll förlängs betongkonstruktionernas livslängd. Man kan även enligt uppgift med en enkelt knapptryckning konvertera det avlästa värdet till ett motsvarande värde mätt över en Ag/ AgCl-elektrod .
Fukt- och slitagespärr
Creom från Kreativa Ohlsson Miljöer i Älvängen är en fukt- och slitagespärr med god vätande förmåga, vilket gör att den lätt tränger ner i betongens porsystem och får ett mycket bra fäste. Produkten tränger enligt uppgift ner på varierande djup i betongen beroende på dess porositet och ytbeskaffenhet. I betongen hindrar den uppträngande vatten från att nå ytskiktet där limmet etcetera kan ta skada och Bygg & teknik 1/08
förorsaka blåsbildning på mattor, mögelproblem med mera. Produkten är dessutom vattenavvisande (hydrofob) och hindrar vatten vid exempelvis läckage att tränga ner i betongen. Vid vattenläckage går uttorkningsfasen mycket snabbare efter en behandling med produkten eftersom vattnet hindras från att absorberas av betongen. Obehandlad fuktig betong med upp till 98 procent relativ fuktighet kan med en behandling golvbeläggas redan efter ett till fem dygn beroende på ytans beskaffenhet (befintlig golvbeläggning eller ren betong). Produkten är vattenbaserad och innehåller inga lösningsmedel som avger farliga ångor. Den uppges vara lätt att arbeta med och kräver inga speciella skyddsanordningar såsom skyddsmask etcetera. Ett behandlat golv förebygger mögelskador och ger därmed ett tryggare inomhusklimat. Behandlingen uppges innebära större valfrihet vid val av golvmaterial. Även täta beläggningar, till exempel PVC-mattor, går enligt uppgift att lägga på fuktiga golv, efter en behandling. Produkten uppges vara tålig och klarar sig i den aggressiva miljö som betong utgör, samtidigt förstärker en behandling betongens ytskikt och ökar därmed utsatta betongytors livslängd.
Användarvänlig excenterslip
Tillverkarens mikrofiltersystem uppges göra att de finaste dammkornen absorberas, vilket bidrar till användarvänligheten. Dammbehållaren är placerad så att det hela tiden är möjligt att se när det är dags att tömma den, vilket man enkelt gör tack vare det praktiska skruvlåset. För att slippa tömma behållaren går det att köpa till en dammsug. Slippapperet på maskinen är behandlat med temperaturresistent skum som enligt uppgift gör att slippappret håller fyra till fem gånger längre än traditionella slippapper. Detsamma uppges gälla för den nya lagerflänsen i aluminium som har lång livslängd och tyst gång.
Först i Europa
Bekaert, som arbetar enligt europeiska normer och produktkrav, har enligt uppgift som första stålfiberprodukt erhållit CE-märke för strukturell användning för sin produkt Dramix. Minimikraven för sådan märkning beskrivs i den europeiska normen EN 14889-1 och från och med juni månad år 2008, får enbart CEmärkta produkter säljas inom den europeiska gemenskapen samt i länderna Island, Liechtenstein och Norge. För stålfibrer så finns det två olika klasser: Klass 1, där fibrer kan användas för strukturellt bruk, och klass 3 för övrigt användande. En produkt märkt enligt klass 1 innebär att den är underställd kontinuerlig kvalitetskontroll, att den uppfyller kvalitetskraven i EN 14889-1 samt att den uppfyller väldefinierade kvalitetskrav. Det innebär också att det finns en väldetaljerad produktmärkning med flera av produktens tekniska detaljer angivna, såsom form, dimensioner, draghållfasthet. Dessutom finns uppgifter som anger minimidosering för just den aktuella fibersorten. Klass 1märkning av stålfibern gör det även möjligt att erhålla CE-märke för slutprodukten.
Ny kraftfull träskruv
Putsning och slipning blir enligt uppgift enklare med Bosch lättviktare GEX 125-1 AE, tack vare den ergonomiska designen, minimala vibrationer och det absorberande filtret. Slipmaskinen kan manövreras med bara en hand och i kombination med en vikt på endast 1,3 kilo och motorkraft på 250 W ska enligt uppgift göra den till ett optimalt val för kvalitetsmedvetna hantverkare. Maskinen uppges passa utmärkt till slipning av kanter, bord och lodrätta ytor. Excenterrörelsen tillsammans med rotationen ska ge en mycket fin slipyta och god avverkning. Den nya slipmaskinen ligger enligt uppgift ergonomiskt bra i handen varför man undviker trötta händer och ömma armmuskler. Den kommer med tre olika ergonomiska soft-grip-handtag, viket gör att den kan manövreras med bara en hand.
Vid montage i industrimiljö eller när grunden till den nya altanen ska byggas krävs skruv av lite kraftigare slag. Det är här Essves nya träskruv med den välkända Cutters-profilen kommer in i bilden. Det är en härdad kolstålsskruv, ytbehandlad med företagets typgodkända korrosionsskydd (C4), CorrSeal. Träskruv HEX är en härdad kolstålsskruv med sexkantshuvud och fläns kombinerat med det nya patenterade bitsfästet KTX3. Bitset kommer enligt uppgift lätt i spår och hålls hela tiden på rätt plats utan styrning. På skruv längre än 130 mm finns dessutom en fräsgänga direkt efter den vanliga trägängan för att underlätta montaget av längre och grövre skruv. Cutters-profilen innebär att det finns frässpår längs stammen och på spetsen, vilket uppges göra skruven lätt att skruva i även i hårda trämaterial. Dessutom kan man undvika sprickbildning även vid skruvning nära kant och i ändträ. Den nya träskruven uppges vara lämplig för montage i industrimiljö, utvändigt montage, staket, trallvirke, regelverk, bullerplank samt i kombination med till exempel stolpskor.
11
Utmaningar och möjligheter för en förbättrad geoteknik – laboratorieprovning och materialegenskaper idag och imorgon Varför är konstruktionsmaterialet jord så speciellt? Hur bestämmer vi idag egenskaper och parametrar för olika material och beräkningsmodeller som ska användas inom geotekniska tillämpningar? Bestämmer vi egenskaperna genom provning av de aktuella materialen? Är provningen av lämplig omfattning? Nyttjar vi de tillgängliga möjligheter och den information som provning kan innebära? Ska provning utföras med laboratorie- eller fältmetoder eller kanske både och? När kan i geoteknisk projektering ett utökat försöksunderlag utöver det idag ”normala”, inkluderat andra än normalt använda försök, vara motiverat? Vad händer vid införande av Eurokod och vad gör SGF:s laboratoriekommitté? Detta är huvudsakligen de frågeställningar som berörs i denna artikel. Innehållet i artikeln är riktat till såväl samhällsbyggaren som geoteknikern och såväl till praktikern som till teoretikern. I artikeln ges tankar kring materialegenskaper och materialprovning och dess möjligheter inom geotekniken i allmänhet och koppling till laboratorieprovning i synnerhet.
Konstruktionsmaterialet jord förtret och förtjusning
Jords egenskaper och parametrar varierar (i olika grad) med olika faktorer och detta ska beaktas vid provning, beräkningar, dimensionering och design av geokonstruktioner. Exempelvis beror de flesta hållfasthets- och deformationsparametrar på aktuell trycknivå, om jordvolymen belastas huvudsakligen vertikalt eller horisontellt, om dränerade eller odränerade förhållanden huvudsakligen råder etcetera. Variationerna kan vara stora och därför viktiga att beakta. Exempelvis är odränerad skjuvhållfasthet vid horisontell belastning i många fall ungefär hälften av den vid vertikal belastning för många svenska lerjordar. Jordmaterial utgör i flera avseenden ett mera komplext material att beskriva och modellera än andra konstruktionsmaterial som betong, stål och trä, vilket kan betraktas både som en förtjusning (utmaning) och en förtret (svårighet) för geoteknikern. Vidare är jord ett två- eller trefasmaterial bestående av kornskelettet och däremellan förekommande vätska (vatten) och vid icke vattenmättade förhållanden även gas (luft). Vid beskrivning och modellering av jordmaterial delas traditionellt beteendet in i antingen dränerade eller odränerade förhållanden huvudsakligen beroende på belastningshastighet och vattengenomsläpplighet. Vid beräkning och dimensionering inom geotekniken är det normalt mest relevant att för lösa finkorniga jordar (exempelvis leror) analysera odränerade förhållanden och för grovkorniga jordar (exempelvis
sand) dränerade förhållanden. För mellanjordarten silt måste normalt såväl dränerade som odränerade förhållanden analyseras. Med numeriska metoder som nyttjas i bland annat kommersiella Finita Element Modell (FEM)-program behöver inte användaren (om så inte önskas) göra en uppdelning i odränerade eller dränerade förhållanden utan resultaten av simuleringarna ger svaret. Komplexiteten i det mekaniska beteendet hos jordmaterial beror på att geologiska processer har skapat materialet, vilket innebär att dess egenskaper i fält exempelvis kan variera i djupled och olika horisontalriktningar. Vi får därför inte glömma bort att hur avancerade och detaljerade försöksmetoder och beräkningsmodeller vi än använder måste alltid ingenjörsmässiga bedömningar också vara med vid den praktiska tillämpningen.
Bestämning av egenskaper och parametrar genom provning – bättre ekonomi?
Grundprincipen borde vara (kan man självklart tycka) att det är lämpligast att utföra försök, på just de för projektet aktuella materialen, för att genom provning bestämma egenskaper och parametrar, figur 1. Generellt kan sägas att vi i många geotekniska projekt i Sverige ligger i underkant avseende nyttjande av laboratoriet och dess möjligheter. Detta går i någon mening i samklang med den relativt låga andelen av kostnader i anläggningsprojekt som går till fält- och laboratorieundersökningar av grundförhållanden. Provning generellt är naturligtvis inget
Vad är geoteknik?
Artikelförfattare är tekn dr Bo Westerberg (t v), Statens geotekniska institut (SGI) / Luleå tekniska universitet (LTU), ordförande i SGF:s laboratoriekommitté och tekn lic Martin Holmén, Statens geotekniska institut, medlem i SGF:s laboratoriekommitté.
12
Geoteknik avser läran om jords och bergs tekniska egenskaper. Inom geotekniken avses i Sverige normalt materialet jord medan bergmaterial behandlas inom bergmekaniken eller bergtekniken. Denna uppdelning i Sverige, och många av länderna på nordligaste delen av jordklotet, beror på att vi sällan i Sverige hittar lösa bergarter eller hårda jordarter. Inom geologin behandlas hur jordklotet är uppbyggt och inom kvartärgeologin hur de i jordskorpan översta jordlagren har bildats och är formerade. Inom geoteknik behandlas hur jordmaterial nyttjas som konstruktionsmaterial exempelvis vid byggande av vägar, järnvägar eller jorddammar eller som grundläggningsmaterial (fundament) för exempelvis hus, broar, vägar och järnvägar. Inom geotekniken handlar det om att kunna beskriva och bestämma/beräkna tekniska egenskaper hos jordmaterial som exempelvis hållfasthet, deformationsegenskaper, dräneringskapacitet och tjälfarlighet. Geoteknikern (eller geokonstruktören) och geologen har således normalt skilda arbetsområden och möts i gränszonen, då jordlagerföljder och olika jordlagers utbredning ska bestämmas och beskrivas. Bygg & teknik 1/08
Figur 1: Utförande av geoteknisk laboratorieprovning (triaxialförsök).
självändamål utan en möjlighet att där så är motiverat förbättra både omfattningen och tillförlitligheten av kunskapen om egenskaperna hos de aktuella volymerna eller konstruktionselementen av jord. Det finns många exempel på då bristande underlag från grundundersökningar har i (stora) anläggningsprojekt i slutändan lett till rejält fördyrade totalkostnader beroende på att jordmaterialets (eller bergmaterialets) utbredning och egenskaper inte varit tillräckligt kartlagda. Provningarna ska förstås vara relevanta för aktuell frågeställning och det lämpligaste sättet (sätten) att bestämma sökta egenskaper och parametrar ska väljas. Här ska bedömningar göras vilket/vilka laboratorie- eller fältförsök som ger mest rättvisande resultat. Det handlar exempelvis om att bedöma vilka spännings- och töjningstillstånd som är aktuella i fält och välja försök därefter. Budgeten i projekt bedöms emellertid ofta sätta stopp för önskad omfattning av provning.
Vi borde oftare analysera om en utökad omfattning av provning i fält och laboratorium kan reducera totala kostnaden för projektet, och då handlar det bland annat om att geotekniken/geoteknikern måste komma in tidigt i projekt. Kan med utökad omfattning, eventuell inkluderat andra än normalt utförda försök, tillförlitligheten till de utvärderade parametrarna öka? Kan tillförlitligheten öka för den samlade bilden av egenskaperna hos den i fält aktuella jordvolymen? Vad innebär ökad kännedom om materialegenskaper för möjligheter avseende utformningen av aktuell konstruktion? Kan den aktuella jordens egenskaper nyttjas på ett fördelaktigt sätt och exempelvis massutskiftning undvikas? Kan vi få en ekonomiskt bättre lösning? Ökar den tekniska säkerheten? Kan vi spara naturresurser och få en miljömässigt fördelaktigare lösning? Helheten i den geotekniska ”kedjan” (som en del i hela byggprojektet) måste beaktas, figur 2.
Figur 2: Geotekniska ”kedjan” från fältförsök till laboratorieprovning, till beräkningar och design och byggande och uppföljning i fält. Källa: SGF:s laboratoriekommitté. Bygg & teknik 1/08
I innerstadsprojekt ökar komplexiteten samt kraven på förutsägelser och uppföljningar av exempelvis rörelser, vilket kräver en annan precision i indata och beräkningsresultat än tidigare. Likaså ökar allmänt behovet av tillförlitliga prognoser från beräkningar när tekniska funktionskrav (alltmer) börjar ställas på konstruktioner, exempelvis krav på och bedömning av sättningar av en vägkonstruktion under dess livslängd. Vidare kan oftare än idag möjligheten övervägas att nyttja försök i större skala i laboratorium (och i fält) för att prova jordvolymer som är närmare verkligheten i fält. Speciella laboratorieförsök och försök i större skala är något som sällan nyttjas i Sverige. Likaså ska här nyttan vägas mot kostnaden. Vidare skulle det ofta vara önskvärt att bättre utnyttja möjligheter att kombinera resultat från laboratorieoch fältundersökningar (geotekniska och geofysiska metoder) för att få en bättre samlad bild av aktuella jordvolymer och deras egenskaper.
Numeriska metoder för geotekniska frågeställningar
Inom en snar framtid kommer allmänt numeriska analyser med tillhörande parameterbestämning inom geotekniken att spela en central roll vid design av konstruktioner. Mer kunskap behöver dock först tas fram och vi har alla som är involverade i geotekniken och samhällsbyggandet en möjlighet att medverka där. I detta sammanhang krävs att triaxialförsök i laboratoriet eller andra ”avancerade” försök utförs, ofta som komplement till de traditionella provningarna, för att kunna bestämma relevanta materialparametrar och värden till materialmodellerna i de numeriska programmen, se exempelvis Kullingsjö (2007). Ökade krav på indata krävs normalt vid nyttjande av numeriska metoder jämfört med konventionella analytiska beräkningsmetoder. Mer avancerade materialmodeller (spänningstöjningsmodeller eller så kallade konstitutiva modeller) har generellt fördelen att de bättre kan beskriva jords verkliga beteende och således borde kunna öka tillförlitligheten hos resultaten från numeriska simuleringar. Internationellt utvecklas successivt materialmodeller som mer realistiskt beskriver jords beteende, baserat på avancerade undersökningsmetoder, varefter dessa implementeras i avancerade beräkningsprogram. Sådana materialmodeller är inte specifikt utvecklade för ”svenska jordar” eller aktuella belastningssituationer. I Sverige nyttjas ännu dock oftast relativt enkla materialmodeller då avancerade beräkningsprogram används och indata till materialmodellerna baseras ofta på generella ”tumregler” vars relevans i flera fall kan ifrågasättas. Här finns ett stort behov av forskning och utveckling för att ta fram modeller som beskriver 13
Figur 3 Numerisk simulering av stabilitetsförhållanden för en vägbank (halva vägbanken syns till vänster i bilden), där i figuren utvecklad brottzon (i form av inkrementella skjuvtöjningar) framgår. Källa: Gabrielsson (2007).
svenska jordar och förhållanden. Det handlar i första hand om att jämföra jordens mekaniska beteende erhållen i kontrollerade laboratorieförsök med konstitutiva modeller för att sedan bygga på med jämförelser mellan i fält uppmätta och i beräkningsmodeller förutsagda geotekniska egenskaper, figur 3. I takt med att geotekniken är på väg att övergå till mer avancerade verktyg (numeriska beräkningsmetoder, laboratoriemetoder etcetera) i geoteknisk projektering behövs mer kunskap avseende den designprocess och de modeller som ska tillämpas. Det finns idag numeriska beräkningsverktyg med avancerade konstitutiva modeller som kan nyttjas av ”alla” men inga direkta riktlinjer hur man ska gå tillväga.
Triaxialförsök – stora möjligheter i geoteknisk projektering
Triaxialförsöket är den mest lämpliga av allmänt tillgängliga experimentella metoder för att undersöka hållfasthets- och de-
formationsegenskaper. Spänningssituationen som råder i fält kan återskapas på ”ostörda” kolvprover eller på laboratoriepreparerade prover, figur 4. Parametrar kan utvärderas för såväl enkla som avancerade (exempelvis FEM) beräkningsmodeller. De flesta typer av jordar och korniga massor kan undersökas och olika typer av försök kan utföras för att simulera fältförhållanden, exempelvis dränerade/odränerade, aktiva/passiva, statiska/cykliska. Triaxialförsök kostar mer att genomföra jämfört med enklare försök beroende på att de är mer tidskrävande och kräver mer avancerade utrustningar. Resultat som erhålls från triaxialförsök är dock betydligt mer omfattande och som regel mer tillförlitliga i jämförelse med enklare försök. Det kan löna sig att utföra triaxialförsök genom ett nyttjande av resultaten i geoteknisk design så att bättre (exempelvis billigare) tekniska lösningar erhålls, baserat på en större tillförlitlighet till resultaten. Vid provning av jordmaterial
Figur 4: Triaxialapparat med monterat prov och spänningar som verkar på/i ett prov vid triaxialförsök. 14
med triaxialförsök kan jordens situation i fält bättre efterliknas i jämförelse med andra försök. Med ökande krav på indata till numeriska beräkningsprogram är triaxialförsöket huvudalternativet. Triaxialförsöket och dess möjligheter är en till delar outnyttjad resurs i geoteknisk projektering i Sverige, men oftare nyttjad i forskningssammanhang. Triaxialförsök kan idag endast utföras och beställas hos tre eller fyra geotekniska laboratorier i Sverige. Mycket handlar detta relativt låga nyttjande om behov hos yrkesverksamma geotekniker av kunskap om försöket och dess möjligheter. Inom SGF:s laboratoriekommitté pågår ett arbete att ta fram en guide för triaxialförsök. Huvudsyftet med guiden är att sprida information om triaxialförsök och ge branschen möjligheter att lättare förstå och använda resultat och därigenom möjliggöra en ökad användning av triaxialförsök. En kortfattad tvåsidig beskrivning av triaxialförsöket och dess möjligheter och begränsningar har nyligen tagits fram av SGI (se www.swedgeo.se) och på Chalmers (www.chalmers.se) finns speciell information om lösa leror och triaxialförsök.
Nya eller förbättrade experimentella metoder och försöksförfaranden
Allmänt. Förfrågningar om att kunna utföra nya typer av försök eller försöksförfaranden, från branschen eller i samband med forskningsprojekt, skapar utveckling av laboratoriemetoder och dess möjligheter. Det kan handla om att en speciell egenskap eller parameter ska utvärderas från ett provningsförfarande som aldrig använts tidigare, ett ”nytt” material ska provas på ett sätt som inte gjorts förut, andra dimensioner än de normalt använda ska provas etcetera. Det kan också vara så att laboratoriemetoder inkluderat försöksförfarande och tolkning av resultat i vissa fall behöver uttestas och utvecklas för att ge rättvisande egenskaper hos aktuellt material. Inom geoteknisk laboratorieprovning (och fältprovning) är långt ifrån allt utvecklat och utprovat. Beroende på att olika jordmaterial kan ha stora skillnader i egenskaper är inte alla metoder lämpliga för alla material utan använda provningsoch utvärderingsmetoder måste verifieras och eventuellt modifieras för den aktuella typen av jord. Detta exemplifieras i en annan artikel i detta nummer om sulfidjord från Norrlandskusten. Idag är det mest standardiserade försök som utförs i geotekniska laboratorier i Sverige och relativt få ”specialförsök”. I takt med att mer avancerade materialmodeller nyttjas i numeriska beräkningsprogram ökar också behoven av andra försöksförfaranden och/eller nya metoder. Exempel på detta är triaxialförsök med styrda spänningsvägar som bättre återger aktuella fältförhållanden än vad vanliga Bygg & teknik 1/08
6I ÂźR SPECIALISTER P½ 'EOSYNTETERĂ˜ 6I IMPORTERAR OCH LEVERERAR 0OLYFELT GEOTEXTIL OCH GEONÂźT 0OLYFELTS FĂŽRSTKLASSIGA KVALITETSPRODUKTER ERBJUDER DIG OPTIMALA LĂŽSNINGAR P½ TEKNISKA PROBLEM 3AND 'RUS !" *EHANDER ÂźR EN AV 3VERIGES LEDANDE LEVERANTĂŽRER INOM BERGMATERIALINDUSTRIN 6I UTVINNER PRODUCERAR OCH SÂźLJER BERG OCH GRUSMATERIAL OCH JORDPRODUKTER FĂŽR BYGG OCH ANLÂźGGNINGS ÂźNDAM½L 6ILL DU VETA MER OM 0OLYFELTS 'EOSYNTETER KONTAKTA OSS VIA V½R HEMSIDA WWW JEHANDER SE ELLER P½ TELEFON 4EKNISK R½DGIVNING 4OMMY "ERGGREN TFN +UNDTJÂźNST TFN 0OLYFELT 43 ÂźR SPECIELLT LÂźMPAD SOM SEPARATIONSLAGER VID GRUNDSTABILISERING OCH ANVÂźNDS I STOR UTSTRÂźCK NING VID S½VÂźL VÂźG OCH JÂźRNVÂźGSBYGGNAD SOM I ALLA TYPER AV DRÂźNERINGSSYSTEM
3AND 'RUS !" *EHANDER 3TOCKHOLM 'ĂŽTEBORG 'ÂźVLE .ORRKĂŽPING WWW JEHANDER SE
MiljÜ- & Geoteknik Vi erbjuder: ž Geotekniska utredningar ž FältundersÜkningar ž Geofysiska undersÜkningar ž MiljÜtekniska markundersÜkningar ž Radonutredningar ž Besiktning och kontroll ž MKB och Riskanalys ž Vibrationer, buller och synefÜrrättningar ž Mät, kart och GIS
mer information www.bjerking.se Uppsala
Stockholm
EnkĂśping
018-651100
08-4555600
0171-153800
16
Bygg & teknik 1/08
triaxialförsök gör. En annan utmaning inom laboratorieprovningen är att förbättra möjligheter att bättre kunna mäta porvattenundertryck i triaxialförsök, för att bland annat studera kopplingen till hållfasthet. Nedan ges några exempel på laboratorieförsök som är under utveckling eller precis har införts i Sverige. Styvhet vid små töjningar. Materialparametrar vid små töjningar är viktiga ingångsparametrar till flera avancerade jordmodeller, bland annat vid analys och dimensionering av dynamiska problemställningar och för att jämföra med seismiska mätningar i fält. Empiriska samband har i olika studier tidigare etablerats mellan skjuvmodulen vid små töjningar och skjuvhållfastheten. Att direkt mäta fysikaliska parametrar som spänning och deformation vid deformationer i storleksordningen 10-4 procent är komplicerat med dagens teknik. Däremot kan man indirekt få fram en skjuvmodul vid små töjningar genom att mäta skjuvvågshastigheten i materialet och sedan räkna fram modulen med hjälp av skrymdensiteten. Nedan följer två exempel på icke förstörande metoder som kan användas för att bestämma skjuvvågshastigheten. Skjuvvågshastigheten kan bestämmas med två piezokeramiska böjsvängare (”bender elements”), som sticks in i vardera ändan på en provkropp (i ett enaxligt tryckförsök eller triaxialförsök). Då en elektrisk spänningspuls läggs över det ena ”elementet” svänger det i takt med den spänningen och alstrar en skjuvvåg i jordprovet. När skjuvvågen når fram till det motsatta ”elementet” tvingas detta att röra sig i takt med skjuvvågen och alstrar en svag elektrisk puls som kan mätas med ett oscilloskop. Tidsskillnaden mellan de två spänningspulserna ger en gångtid för skjuvvågen genom provet och därmed en skjuvvågshastighet. Skjuvvågshastigheten kan också erhållas genom att bestämma resonansfrekvensen hos ett jordprov, figur 5. Resonansfrekvensen bestäms med ”Resonant Column”-försök, där den enklaste typen består av att man knackar på ett prov med en
”hammare”. Provets respons/reaktion på stöten spelas in med hjälp av en mikrofon eller en accelerometer och provkroppens resonansfrekvens bestäms med hjälp av frekvensanalys. Provkroppens längd och resonansfrekvensen ger sedan en skjuveller tryckvågshastighet beroende på hur stöten appliceras och reaktionen mäts. Speciella CRS-försök. Det standardiserade CRS-försöket är den vanligaste metoden på svenska laboratorier för att bestämma kompressionsegenskaper hos finkorniga jordar. Om jordmaterialets krypparametrar eller av-/återbelastningsmoduler ska bestämmas är man dock hänvisad till stegvisa ödometerförsök, som är tidskrävande och personalintensiva. Med skräddarsydda försök i CRS-provningsutrustningen kan kompressionsförloppet styras för att kunna utvärdera krypparametrar. Även av- och pålastningar kan utföras vid valfria spänningsnivåer. MCV-metoden. MCV (Moisture Condition Value) – metoden är en internationellt använd metod för packningsförsök, som i Sverige främst har använts på finkorniga moränjordar i södra Skåne. Metoden utvecklades i Storbritannien, som ett verktyg för att i fält kunna bedöma jordmaterials användbarhet som fyllning vid vägbyggnad. Genom att koppla materialets vattenkvot till den packningsenergi som behövs för att packa ihop en bestämd mängd material, kan man i fält bedöma om massorna har rätt vattenkvot för att kunna packas på ett tillfredställande sätt. Studier visar att metoden även med fördel går att använda för siltjord, vilket innebär att metoden skulle kunna användas på många fler platser i Sverige.
Blocken har ”blivit mindre” – i Eurokod
Införande av Eurokod kommer att innebära en del förändringar för laboratorieprovning och hantering av data överhuvudtaget, och en del av dessa tas upp i denna artikel. För vidare information hänvisas framförallt till det pågående och kommande arbetet inom IEG (Implementeringskommission för europastandarder
Figur 5: Mätning av resonansfrekvens genom så kallade ”resonant column”-försök för att bestämma skjuvvågshastighet och skjuvmodul. Bygg & teknik 1/08
Tabell 1: Beteckningar och fraktionsgränser enligt SS EN 14688-1 och 2 (SS) och det gamla (SGF) systemet.
inom geoteknik) med implementering i Sverige av Eurokod inom geotekniken (se www.ieg.nu). Generellt ökar kraven kvantitativt, det vill säga avseende omfång, vid utförande och redovisning av resultat från laboratorieprovning vid införande av Eurokod och europastandarderna. Inom IEG pågår projekt avseende kommande system för redovisning och rapportering av geotekniska data (från fält och laboratorium), vilket kommer att leda till en del förändringar i system i förhållande till nuvarande svensk praxis. Så kallade karakteristiska och härledda värden för materialparametrar blir centrala och viktiga begrepp (se SS EN 1997-1 och 2 ). Klassificering, identifiering och beskrivning enligt SS EN 14688-1 och 2 innebär till delar ändrade kornstorleksgränser och beteckningar, se tabell 1. Visste du exempelvis att blocken har ”blivit mindre” (se tabell 1)? De främsta skillnaderna mellan nya standarden och SGF:s klassificeringssystem från 1984 ligger i att gränsen mellan block och sten flyttats från 600 mm till 200 mm och att gränserna i kornstorleksskalan flyttats från 0,006 till 0,0063, 0,06 till 0,063 och så vidare. Samtliga förkortningar för jordartsbeteckningar ska också vara på engelska, till exempel Cl istället för Le. Gamla kornstorleksgränser och beteckningar kommer dock alltid att ha sin relevans vid studier av tidigare resultat och ritningar. Den nya standarden (SS EN 14688-1 och 2) gäller redan, vilket bör observeras om man refererar till svensk standard. Provtagningskategori (A till C) och kvalitetsklass (1 till 5) enligt EN ISO 22475-1 är nya begrepp och detta påverkar utförande och redovisning i laboratoriearbetet. Provtagningskategori och kvalitetsklass anger tillsammans den grad av störning av provet som kan tillåtas för att de olika parametrarna ska kunna bestämmas korrekt. Här kommer påverkan in av provtagning, transport till laboratoriet och lagring av jordprover. Inom SGF:s laboratoriekommitté pågår framtagning av en skrift, där laboratorieprovning för geotekniska undersökningar behandlas och i vilken provtagningskategori och kvalitetsklass är förklarade och ingår. 17
Införande av Eurokod kommer sannolikt i många projekt att innebära, jämfört med idag, utökade krav på beskrivning av i fält aktuella jordmaterial, vilket bland annat medför utökad provtagning och laboratorieprovning. Vid nyttjande av observationsmetoden kommer generellt provning i fält och laboratorium att öka såväl avseende omfång som nyttjande av mer ”avancerade” metoder och försöksförfaranden. Det kan då handla om att i laboratoriet eller fält bestämma materialparametrar till beräkningsmodeller och dimensionering, kalibrera fältmetoder mot laboratorieförsök och i fält mäta och verifiera egenskaper under produktionsskedet.
SGF:s Laboratoriekommitté
Svenska geotekniska föreningens (SGF) laboratoriekommitté övergripande målsättning är att sammanställa och sprida kunskap inom området laboratorieprovning inom geotekniken. Inom laboratoriekommittén bedrivs olika projekt eller förstudier, exempelvis i syfte att ta fram olika skrifter, metodblad eller riktlinjer och rekommendationer. Laboratoriekommittén bidrar till initiering av forsknings- och utvecklingsprojekt. Laboratoriekommittén består av medlemmar från olika aktörer inom branschen och med hemvist från Norrbotten i norr till Skåne i söder. De senaste tio åren har övergripande fokus i laboratoriekommitténs arbete varit att verka för kvalitetshöjande åtgärder i ”provkedjan”, figur 6. Det handlar om att försöka öka kvaliteten kring ”allt” det som är kopplat till laboratorieprovning i den geotekniska processen och att nå alla inblandade aktörer. För detta ändamål utförs arbete med skrifter, checklistor, redovisningsprogram, provtransportlåda, kurser, seminarier etcetera.
De senaste fem åren har arbetet i laboratoriekommittén koncentrerats på att för branschen ta fram informationsskrifter eller vägledningar (huvudsakligen i form av så kallade SGF Notat) i syfte att uppdatera kunskap om laboratoriemetoder och dess möjligheter, öka möjligheten till ökad kunskap om försöken hos beställare/konsulter/entreprenörer och möjliggöra (och försöka inspirera till) en större användning av försöken i geotekniska undersökningar. Guider för permeabilitetsförsök och direkt skjuvförsök har publicerats och en guide för triaxialförsök är under utarbetande. Vidare deltar flertalet av laboratoriekommitténs medlemmar i arbetet med implementering av Eurokod och europastandarder relaterade till området. Inom det geotekniska området kopplat till laboratorieprovning verkar framförallt SGF:s laboratoriekommitté, SGI och de tekniska högskolorna i landet för kunskapsspridning. För mer information om skrifter, laboratoriekommitténs verksamhet med mera, se hemsidan för SGF:s laboratoriekommitté (på www.sgf.net).
Slutord
Genom ett utökat och fördjupat underlag, utöver det idag normalt använda, om fältförhållanden och materialegenskaper ökar tillförlitligheten i utvärderade egenskaper och därmed finns större möjligheter att tekniskt-ekonomiskt optimera konstruktioner. För speciellt mer komplexa geotekniska system finns en stor ekonomisk besparingspotential och möjlighet till bättre hantering av risker genom nyttjande av exempelvis numeriska metoder kombinerat med utökade (jämfört med normalt) mät- och provningsinsatser både i fält och i laboratorium. Forskning och utveckling, kunskapsuppbyggnad och inte minst kunskapsför-
Mer att läsa
För mer information om skrifter, laboratoriekommitténs verksamhet, med mera, se hemsidan för SGF:s laboratoriekommitté (på www.sgf.net; se dels under rubriken ”Publikationer” och dels under rubriken ”laboratorie” under ”Kommittéer”).
medling i form av skrifter och kurser är viktiga pusselbitar för en positiv utveckling av området materialparametrar och tillhörande materialmodeller och beräkningsprogram (exempelvis numerisk simulering) i svensk geoteknik. Det är viktigt att kunskapsnivån höjs inom svensk geoteknik inom området materialparametrar och numerisk simulering ur ett internationellt konkurrens- och samarbetsperspektiv för både forskningen och geotekniken i praktiken. Vid de prognostiserade förändringarna i vårt klimat avseende förändrade nederbördsmängder förväntas på många ställen grundvattennivåer och portryck kunna variera mer än idag. Detta innebär att marginalerna mot ras och skred kan bli mindre i många fall, vilket ställer allt större krav på att mer exakt kunna beskriva och modellera materials egenskaper, speciellt beroendet till förändringar i vattenmättnadsgrad och positiva och negativa portryck. Vid genomförande av större infrastrukturprojekt borde det vara ett normalförfarande att koppla på geotekniska forsknings- och utvecklingsprojekt i dessa verkligen sanna fullskaleprojekt och vars resultat kan vara till direkt nytta i såväl det aktuella som efterföljande infrastrukturprojekt. Den i sammanhanget måttliga extra kostnad som forsknings- och utvecklingsinsatser innebär kommer förhoppningsvis (troligen) att betala sig (ekonomiskt, tekniskt), inte minst i framtida projekt. Här handlar det om långsiktigt tänkande hos beställare och samhället. ■
Referenser
Figur 6: ”Provkedjan” och kvalitetshöjande åtgärder. Källa: SGF:s laboratoriekommitté. 18
Gabrielsson, J. (2007). Numerisk simulering av stabilitet för vägbank på sulfidjord – Jämförelser med fältmätningar. Luleå tekniska universitet, Institutionen för Samhällsbyggnad, Avdelningen för Geoteknologi, Examensarbete, 2007:248 CIV, Luleå. Kullingsjö, A. (2007). Effects of deep excavations in soft clay on the immediate surroundings – Analysis of the possibility to predict deformations and reactions against the retaining systems. Chalmers University, Department of Civil and Environmental Engineering, Division of GeoEngineering, GeotechBygg & teknik 1/08
Hur kan raka rör leda till rakare pålar? Fråga Golder.
© 2007, GAC
För en stadig grund att stå på kontakta Golder. Vi erbjuder problemlösning och strategisk rådgivning inom områdena geo- och miljöteknik. Tillsammans är vi mer än 6000 medarbetare på fem kontinenter. Läs mer på www.golder.se.
www.golder.com 457_SWE_RLarsson_v2.indd 1
12/13/07 10:53:52 AM
Ser du möjligheter där andra ser problem? Då vill vi lära dig ett nytt svenskt ord. Nämligen Grontmij. Grontmij betyder intelligenta lösningar. Och för att vi ska kunna skapa fler sådana behöver vi förstärkning av kvalificerade geotekniker till vårt kontor i Stockholm. Ser du möjligheter inom geokonstruktion, geomiljö, dammbyggnad och GIS? Eller kanske inom fältundersökning och mätteknik? Då är du välkommen till oss! Men vänta inte för länge – att missa den här chansen vore ju inte särskilt Grontmij. Läs mer och ansök på www.grontmij.se/ledigajobb.
Bygg & teknik 1/08
19
Tidlöst trygga, täta geomembran
Trelleborg Elastoseal EPDM med Thermobond värmeskarvning
Värmekilsskarvning med kanal för luftrycksprovning
Luftrycksprovning av skarv
Fördelar med EPDM Geomembran O Överlägsen livslängd och UV resistens O Flerdimensionell töjbarhet – absorberar sättningar och töjningar, oavsett temperatur. O Höga friktionsvärden – låg rasrisk vid stora släntlutningar. O Mjuk och följsam – överlägsen anpassning till ojämna underlag. O Kan installeras i alla väder och årstider.
Tensar geonät – i grunden det bästa Grundstabilisera med Tensar geonät och dra fördel av den samlade erfarenhet och kunskap som Tensar erbjuder. Med Tensar geonät kan du: • Reducera tjockleken på fyllnadsmaterialet
Fördelar med Thermobond värmeskarvning O Värmeskarvning med värmekil – enkel, beprövad skarvteknik för polymerduk men unik för gummiduk. O Kvalitetssäkring med tryckluftsprovade kanalskarvar. O Enkel, säker och snabb installation med projektanpassade mått och stora paneler.
• Förlänga överbyggnadens livslängd med minskade underhållskostnader • Öka bärförmågan
Kontakta oss för mer information.
BU Waterproofing Box 1004, 331 29 Värnamo Tel: 0370-481 00 Fax: 0370-485 00 E-post: rubber.membranes@trelleborg.com www.trelleborg.com/rubber_membranes
20
bg Byggros ab · Tel: 0771 48 90 00
www.byggros.com Bygg & teknik 1/08
Sättningskänsliga jordar ställer höga krav på geoteknisk och hydrogeologisk kompetens och samverkan Det finns många kända fall världen över där stora sättningar uppkommit till följd av grundvattensänkningar, bland annat orsakade av grundvattenutvinning. Det mest kända exemplet är förmodligen Mexico City (figur 1), där sättningen i medeltal uppgår till 7,5 meter. I Kaliforninen har man uppmätt otroliga 9 meter sättningar till följd av grundvattenuttag för konstbevattning (figur 2). Bangkok och Venedig är andra kända exempel. Men det finns även exempel på sättningsproblem i flera städer i Sverige där grundvattenutvinning orsakat sättningar, till exempel i Kungälv och Söderköping. Tunnelanläggningar i såväl Stockholm och Göteborg har också lett till sättningsskador.
Artikelförfattare är Jenny Persson, Norges Geotekniske Institutt, Avdelningen for fundamentering og bergteknikk, Oslo, Göran Sällfors, Chalmers tekniska högskola, Forskargruppen för geoteknik samt Gunnar Gustafson, Chalmers tekniska högskola, Forskargruppen för teknisk geologi. Bygg & teknik 1/08
grundvattennivåer och maximal tillåten inläckagemängd. Mängden inläckande vatten styrs främst av genomsläppligheten (den hydrauliska konduktiviteten) och tjockleken av den injekterade zonen (runt tunnel eller under spontfot) samt djupet under grundvattenytan. I figur 3 på nästa sida visas en schematisk skiss av hur grundvattentrycket i underkant av ett lerlager förändras vid ett inläckage till en bergtunnel som inte är helt tät. Oftast underlagras lera i en svensk jordlagerföljd av ett friktionslager ovanpå berget. I leran kommer portrycksfördelningen tills stor del att styras av grundvattennivåerna i den undre (slutna) och övre (öppna) akviferen. Grundvattentrycket i den slutna akviferen är mycket känsligt för vattenuttag och även ett mycket litet uttag kan leda till tämligen stora avsänk-
ningar. För tunnlar i tätort brukar kravet på inläckande mängd vatten ofta sättas till 2 liter per minut för 100 m tunnel (2 l/min/100m), för att säkerställa att lägsta tillåtna trycknivå inte underskrids. Den övre akviferen påverks normalt inte av in-
BILDER: AEGWEB:ORG
I samtliga dessa fall är vattenuttagen väl kontrollerad då en känd mängd pumpas ut via brunnar. Vid undermarksbyggande uppstår emellertid ofta mer eller mindre okontrollerade läckage som påverkar grundvattenförhållandena och som potentiellt kan ge skador på kringliggande byggnader och anläggningar, med höga kostnader som följd. Vid byggande i sättningskänsliga miljöer i tätort ställs därför allt strängare krav på upprätthållandet av
Figur 1: Exempel på sättningsproblem i Mexico City.
Figur 2: Sättning i San Joaquin Valley, Kalifornien. Årtalen visar markytans nivå mellan åren 1925 och 1977.
21
Figur 3: Schematisk skiss över portrycksförändring till följd av inläckage till bergtunnel. läckaget till tunneln, då vatten fylls på från nederbörd eller läckande ledningar. På samma sätt kan ett inläckage till en schaktgrop, till exempel under stödkonstruktionen, vid stagborrning eller genom otätheter i sponten, ge påverkan på grundvattentrycken med sättningar som följd.
Problemställning/utmaning
Viktiga frågor att besvara för att värdera konsekvenserna av ett läckage är framför allt vilka krav som ska ställas med hänsyn till hur stora inläckage till en tunnel som kan accepteras, vilka avsänkningar som kan tolereras med hänsyn till sättningskraven samt hur stort influensområde man
kan förvänta sig? Vid såväl tunneldrivning som schaktarbeten i skärning eller där stödkonstruktion används Tabell 1: Samband mellan hydrogeologiska kommer såväl de geooch geotekniska parametrar. tekniska som hydrogeologiska förutsättningarna styra känsligheten för ett läckage ningsskador vid undermarksbyggande. Vidare var målsättningen att: och de olika scenarier som kan uppstå. Ett av huvudsyftena i en nyligen avslutad ● Definiera nyckelparametrar för prodoktorsavhandling vid Chalmers tekniska blemställningen högskola, Persson (2007), har varit att ● Exemplifiera och värdera osäkerheter i koppla samman hydrogeologiskt och geo- grundvattenanalysen tekniskt kunnande för att öka medveten- ● Värdera möjligheter och begränsningar heten och insikten om riskerna för sätt- med olika grundvattenmodeller
Figur 4: Problemlösingsprocess för värdering av konsevenser till följd av ett läckage. 22
Bygg & teknik 1/08
Lämna rekommendationer för ❍ analys och bestämning av krav på inläckagemängder ❍ uppskattning av storlek på portrycksförändingar ❍ utvärdering av influensområdets storlek. I denna artikel presenteras valda delar av arbetet och en del praktisk resultat.
●
Samband mellan hydrogeologiska och geotekniska parametrar
En av svårigheterna vid problemlösning där flera vetenskapsområden ska samverka är kommunikationen mellan de olika fackkompetenserna, detta gäller även för geotekniker och hydrogeologer som många gånger talar olika ”språk”. De hydrogeologiska begreppen transmissivitet, magasinskoefficient och diffusivitet har lika liten mening för den gemene geoteknikern som de geotekniska begreppen förkonsolideringstryck, ödometermodul och konsolideringskoefficient har för hydrogeologen. Men faktum är att jordens deformations- och strömningsegenskaper definieras på liknande sätt inom båda ingenjörsområdena. I stort sett är enda skillnaden att man använder olika vokabulär och beteckningar, se tabell 1. Genom att kommunicera på ett bättre sätt sinsemellan under hela projektets gång, från förstudie, projektering samt under byggskede och uppföljning skulle riskerna för uppkomst av oväntade sättningar antagligen kunna minskas väsentligt.
Komplex problemlösning
Eftersom det blivit allt vanligare att använda sig av ganska komplicerade och avancerade beräkningsverktyg kan det vara viktigt att påminna sig om att analysen trots allt är baserad på en kraftigt idealiserad och förenklad bild av verkligheten. Hur väl denna idealisering speglar den verkliga situationen är givetvis helt avgörande för resultaten. Figur 4 visar en illustration av alla stegen i en problemlösningsprocess för en läckagesituation. För samtliga steg görs antaganden, idealiseringar och förenklingar beträffande flödessituationen. Det första steget är att skapa en geologisk och geoteknisk modell av området, lämpligen baserad på resultat från fält- och laboratorieundersökningar. När denna ”streckmodell” ställts upp kan problemet lösas matematisk, med en analytisk lösning eller med hjälp av något numerisk verktyg. Oavsett vilken typ av modell som används krävs att rand- och begynnelsevillkoren för problemet är definierade. Ofta brukar man kalla den slutgiltiga modellen för en konceptuell modell. Den konceptuella modellen innehåller därmed alla förenklingar av verkligheten och de processer och materialmodeller med tillhörande parametrar som vi antar styr problemet. Oftast är det effektivaste och bästa sättet att lösa ett problem att alltid börja med Bygg & teknik 1/08
den enklast möjliga modellen. Det ger en översikt över vilka processer och antaganden som styr problemet, samt vilka egenskaper som egentligen utgör nyckelparametrar. Dessutom ger en enkel modell ofta en bild av vilka typer av fält- och laboratorieundersökningar som krävs för att värdera konsekvensen av ett läckage. När mer information om grund- eller flödesföhållanden finns tillgängliga kan modellen uppdateras och situationen analyseras på nytt, då med förbättrad precision och noggrannhet . Kanske det viktigaste i hela analysen är att värdera resultaten av beräkningarna med hänsyn till vilka antaganden och förenklingar som gjorts, som ligger till grund för modellen.
Varför ska man genomföra provpumpningen?
En känslighetsanalys visar att avsänkningens storlek främst påverkas av det genomsläppliga lagrets transmissivitet (som är produkten av lagrets hydrauliska konduktivitet och tjocklek). Även avsänkningstrattens form påverkas främst av det genomsläppliga lagrets transmissivitet. Därför är det viktigt att transmissiviteten för lagret i botten är utvärderad, oavsett om ett läckagescenario analyseras med en analytisk modell eller en numerisk modell. Det absolut bästa sättet att bestämma, eller i alla fall få en god grund för bedömning av genomsläppligheten är att genomföra en provpumpning. En väl planerad och genomförd provpumpning ger värdefull information om:
”Medelvärdet” på transmissiviteten i det lager som man pumpar ● Randvillkoren för akviferen ● Egenskaper för läckande lager, till exempel läckage från ovanliggande lera ● Tätheten av en spontkonstruktion innan schaktning påbörjas ● Grundlag för dimesionering av infiltrationsåtgärder. För att underlätta utvärderingen av en provpumpning rekommenderas framför allt att: ● Det finns viss förhandsinformation om geologin i området och rådande randvillkor ● Observationsrör placeras både på närmare och längre avstånd från pumpbrunnen, men tonvikt på rör i närheten av pumpbrunnen ● Avsänkningen i brunnen och observationsrören loggas kontinuerligt, speciellt med korta intervall i starten av pumpningen ● Pumpningen genomför under tillräckligt lång tid för att kunna bedöma randvillkoren för akviferen. I tillägg till att bestämma det genomsläppliga lagrets transmissivitet påverkas sättningskänsligheten i ett område givetvis i främsta hand av lerans belastningshistoria och då främst av dess förkonsolideringstryck. För en normalkonsoliderad lera är det även viktigt att ta hänsyn till sekundär konsolidering, eller så kallad krypning. Slutsatsen av känslighetsanalysen är därmed att en väl genomförd provpumpning och en tillräckligt omfattande geoteknisk undersökning inkluderande CRS-försök ●
Figur 5: Uppmätta avsänkningar ovan tunnel till följd av varierande inläckagemängd (Karlsrud et al, 2003).
23
(bestämning av lerans deformationsegenskaper) är nödvändiga undersökningsmetoder för att kunna bygga en trovärdig konceptuell modell. Likaså bör kraven vid undermarksbyggande vara utformade och ställda med hänsyn till lerans tidigare belastningshistoria och akviferens känsligheten för avsänkningar.
defullt. Bättre kommunikation kring grundförhållandena och flödesförhållandena i den aktuella jordprofilen ger ett bra grundlag för vilka konsekvenser som kan förväntas vid olika scenarier rörande läckage. Därmed kan man överväga och förbereda olika eventuella åtgärder. En väl planerad och utvärderad provpumpning är avgörande Slutsatser av uppföljningar för den konceptuella modellen som ligger till grund för analyVikten av att värdera och besen. Resultaten från pumpningstämma transmissiviteten kan Figur 6: Uppföljningar av avsänkningar vid schakter en bör också förklaras i större ytterliggare understrykas för varierande avstånd från spontkonstruktionen utsträckning för geoteknikern, genom att studera några exem(Braaten et al, 2004). för att öka medvetenheten om pel på avsänkningar från inläckförhållandena på platsen. age till tunnlar och schakter. I Slutligen är kontrollprogram och aktiv Osloområdet har man gjort en omfattande avsänkning som kan tolereras med hänsammanställning av utbredning av upp- syn till framtida sättningar i profilen. Om uppföljning och analys av mätningar vikmätta avsänkningar i underkant av lerla- en avsänkning på sikt ger förhållanden tiga på grund av den stora osäkerhet som ger i anslutning till tunnlar (figur 5 på där effektivspänningen överskrider cirka ofta råder kring antagna läckagesituatioföregående sida) och schakter (figur 6). 80 procent av förkonsolideringstrycket är ner. Åtgärder för överskridande av uppUppföljningar visar på stor spriding av det viktigt att beakta krypning, eller se- ställda larmnivåer bör förberedas på förstorleken på avsänkningarna, vilket för- kundär konsolidering i leran vid sätt- hand, men det är också viktigt att ta hänsyn till att kortvariga avsänkningar ofta modligen bland annat beror på svårighe- ningsberäkningarna. ten att mäta inläckagemängden till tunnEftersom varaktigheten av ett läckage kan tolereras. Detta speciellt med tanke lar, varierande grundvattenbildning och styr hur stor sättning som utbildas kan på att infiltration måste utföras med förvarierande förekomst av genomsläppligt ofta en något större avsänkning tolereras siktighet eftersom alltför höga infiltramaterial ovan berget. I tillägg kan man under en kortare tid. Detta kan mycket väl tionstryck (för att snabbt återfå tryckniförvänta sig en större avsänkning för beaktas under byggskedet när större läck- vån) kan ge piping som skapar nya och oönskade läckagevägar. ■ svenska förhållanden eftersom svenska age temporärt kan uppkomma. leror i regel har betydligt lägre genomTransmissiviteten är den enskilt viktisläpplighet på grund av högre lerinnehåll, gaste parameterns när det gäller att kunna och grundvattenbildningen genom leran uppskatta avsänkningen till följd av hur Referenser Braaten, A., Braadvik, G., Vik, A. & till akviferen därmed är mindre. Om ingen ett läckage utvecklar sig. Utan en bra information om de hydrogeologiska för- skattning av transmissiviteten i den undre Brendbekken, G. (2004). Observed efhållanden finns är det inom intervallen akviferen är det i princip omöjligt att be- fects on the pore pressures caused by extensive foundation work at deep excavasom framgår av figur 5, som man kan för- döma konsekvenserna av ett läckage. vänta sig en avsänkning. Om det däremot För tunnelprojekt kan riskerna för tions in clay. NGM, Ystad, pp. H119finns en värdering av transmissiviteten läckage minskas eller åtminstone belysas H132. Karlsrud, K., Erikstad, L. & Snilsberg, går det bättre att uppskatta vilken avsänk- genom en rad förbättringar. Bland annat ning man kan förvänta sig för ett visst skulle ett ökat samarbete mellan hydro- P. (2003). Investigataion and requireläckagescenario. geologer och geotekniker under hela ments on inflow rates related to the surbyggprocessen, från planering till projek- rounding environment. Miljø- og samSlutsatser och praktiska tering och uppföljning vara mycket vär- funnstjenlige tunneler, Vegdirektoratet, rekommendationer Teknologiavdelningen, Publikasjon No. 103, Oslo. För att på bästa möjliga sätt kunna uppTack till: Formas som varit Persson (2007). Hydrogeological metskatta konsekvenserna av en läckagesituahuvudfinansiär för doktorandprojektet. hods in Geotechnical Engineering. Chaltion måste lerans förkonsolideringstryck mers tekniska högskola, Göteborg. bestämmas. Detta ger en gräns för vilken
Täckskiktsmätare Micro Covermeter 8020 Mätare för bestämning av armeringsjärnets djup och riktning. Nu kan du växla mellan mätdjup 0-120 mm och 0-200 mm med samma mätsond
BETONG - BALLAST - CEMENT - GEOTEKNIK
www.kontrollmetod.se
24
S. Långebergsgatan 18 421 32 V. Frölunda Tel 031-748 52 50 Fax 031-748 52 60 Bygg & teknik 1/08
Markhävning vid pålslagning i centrala Göteborg Vid byggande i jord orsakar arbetena oftast rörelser i omgivande mark och byggnader. Sådana rörelser ger upphov till skador på ledningar i mark, markbeläggningar och på angränsande byggnader beroende av förutsättningarna för skadeuppkomst. I denna artikel beskrivs de hävningsrörelser som uppstod till följd av slagning av mantelburna pålar för Hotel Opera i centrala Göteborg som ett exempel på hävningens storlek. Projektören försöker förutsäga hävningens storlek, men verktygen för att göra detta är oprecisa. Den uppkomna hävningen i detta fall är måttlig och måste kunna accepteras i liknande fall. Rörelsernas storlek är inte onormala på något sätt. Skadorna blev också små. Några rimliga åtgärder från projektörens eller entreprenörens sida för att reducera storleken på hävningen var knappast möjliga. Nya Hotel Opera håller på att byggas där Hotel Kung Karl tidigare låg i kvarteret Kronobageriet i Östra Nordstan i centrala Göteborg. Fastighetens bredd är cirka 17 m och dess längd cirka 37 m. Inom kvarteret (figur 2 på nästa sida) gränsar nybygget till en fastighet i söder (byggnad A) och en annan fastighet i väster med hotellverksamhet (byggnaderna B, C och D). Norrut ligger Köpmansgatan och på andra sidan Hotel Scandic Europa (byggnad E). Österut ligger Nils Ericsonsgatan och på andra sidan Hotel Eggers (Byggnad F).
25 kPa ned till nivån +3. Därunder ökar hållfastheten med 1,30 kPa per meter. Från sensitivitetssynpunkt är leran mellansensitiv. Konsolideringsförhållandena är sådana att leran är konsoliderad för byggnadslasten av äldre bebyggelse med cirka 60 kPa på nivån +5. Överkonsolideringen avtar mot djupet till överkonsolideringskvoten (OCR) ungefär lika med 1,25 på nivån ±0. Detta betyder att leran från detta djup är normalt konsoliderad, vilket ger att spänningsökningar resulterar i sättningar.
Omgivande byggnader
Byggnad A i söder är uppförd 1912 och är grundlagd på 15 m långa kohesionspålar av trä med betongmurar och betongsulor. Mot hotellfastigheten finns en gemensam brandmur grundlagd på kallmur med underliggande betonggjutning och träpålar. Undersida betonggjutning ligger på nivån cirka + 9,4. Byggnaden omfattar källare (även under gård) samt fem våningar över mark med takvåning i två plan och spira. Byggnadstyngden bedöms till cirka 60 kPa. Byggnaderna B och C är uppförda 1823. Gatuhuset har fyra våningar och gården är delvis överbyggd. Byggnaden mot Köpmansgatan (Byggnad D) är uppförd 1876 och grundlagd med kallmurar
Artikelförfattare är Lennart Svensson, WSP Samhällsbyggnad, Göteborg.
på trärustbädd och sannolikt korta pålar. Gårdsbyggnaden (byggnad C) omfattar två våningar och vind (tre våningar och vind i söder) och har ingen källare och saknar pålgrundläggning. Byggnadstyngden bedöms till 25 kPa. Rustbäddens undersida ligger på nivån cirka +11,0. Byggnad D omfattar låg källare, tre våningar ovan mark och indragen vindsvåning. Pålavskärningsnivån är cirka +10,3. Byggnad E är uppförd under första hälften av 1970-talet och är grundlagd på skarvade träpålar med en längd av 30 m och med pålavskärningsplanet på nivån +6,9. Byggnadstyngden bedömdes till cirka 60 kPa. Byggnad F består av flera sammanbyggda äldre byggnader uppförda under mitten av 1800-talet. Byggnaden grundförstärktes åren 1994 och 1995 med 41 m långa rörpålar av stål verkande som kohesionspålar.
Topografiska förhållanden
Trottoarnivån längs Nils Ericsonsgatan ligger på + 12,8 meter över havet och trottoarnivån för Köpmansgatan invid byggnad D ligger på + 12,7 meter över havet.
Geotekniska förhållanden
Jorden består, under fyllning för trottoarer och gator, av lera till stort djup överlagrande friktionsjord på berg. Lerans mäktighet varierar mellan cirka 70 m i söder till cirka 90 m i norr. Det största djupet till berg är cirka 102 m norr om Köpmansgatan. Leran är halvfast med en odränerad skjuvhållfasthet (okorrigerad) av konstant Bygg & teknik 1/08
Figur 1: Bilden visar den nya hotellbyggnaden under uppförande till höger och byggnad A till vänster.
25
nen i övrigt gjöts så att prefabstommen kunde börja monteras i mitten av oktober. När detta skrivs (mitten av november 2007) har fyra våningsplan av totalt åtta monterats. Figur 1 är en bild tagen från sydost med Byggnad A i förgrunden och det nya hotellet under uppförande till höger. Den nedslagna pålvolymen för de nya pålarna är cirka 230 m3 (borträknat cirka 10 m3 för lerproppar). Nedknektning av de äldre träpålarna ger ett tillskott av cirka 40 m3 undanpressad lera. Totalt undanpressad volym är således cirka 270 m3, vilket motsvarar cirka 0,43 m3 per kvadratmeter byggnadsyta.
Avvägning av dubbar i omgivande byggnader
Figur 2: visar i plan den största hävningen i millimeter för dubbar i omgivande byggnader/anläggningar.
Gamla Hotel Kung Karl
Den gamla hotellbyggnaden uppfördes 1896 och grundlades på trärustbädd och 7 á 8 m långa kohesionspålar av trä. Byggnaden, som nu är riven för att ge plats för det nya hotellet, omfattade källare, fyra våningar och mansardvåning. Pålavskärningsplanet låg på nivån cirka +10,1. Källargolven låg på nivån +10,7 á +10,8. Byggnadstyngden bedömdes till cirka 60 kPa.
Nya Hotel Opera
Den nya byggnaden utförs med en vattentät källarkonstruktion av betong grundlagd på kohesionspålar med längden huvudsakligen 40,1 m. Underkant bottenplatta ligger på nivån +9,0 med pålplintar därunder. Den nya bottenplattan ligger således cirka en meter under överkant för rustbädden under grundmurarna för det rivna hotellet. De flesta pålar består av en underpåle av trä med längden 18 m, en mellanpåle av trä med längden 8 m och en överpåle av betong med längden 14,1 m. Några av pålarna består av en 13 m underpåle av trä med mellan- och överpåle av betong med vardera längden 14,1 m. Dessutom är några pålar dragpålar helt av betong. Totalt omfattar den nya pålningen 121 pålar. Totalt drogs 38 lerproppar till cirka 8 m djup.
Grundläggningsarbeten
Den gamla hotellbyggnaden revs under våren 2007 och hade rivits ned till gatuni26
vån i slutet av mars. I början av april började slagning av spont, vilket mot angränsande byggnader medförde att kallmurar och rustbäddar fick bortschaktas etappvis med återfyllning av spontbara massor. För hus C och D utfördes injektering av kallmurarna i samband med dessa schaktningsarbeten. Särskilt grundmuren för byggnad C bestod av kallmur av sämre utförande med lösa stenar. Schaktningsarbete utfördes under april och maj ned till gamla källargolvet (+10,6 á +10,7) med rivning av källarmurar och med djupare schakt från denna yta inom några utvalda delområden för arkeologiska utgrävningar. Slagning av nya pålar skulle bedrivas från nivån cirka +10,1 för att de gamla träpålarna skulle kunna lokaliseras och knektas ner en dryg meter i samband med pålningen för det nya huset. Under första hälften av juni utfördes schaktning ned till denna nivå så att rustbäddarna och de äldre pålarna (cirka 2000 stycken) kunde lokaliseras. Även grundläggningar tillhörande äldre bebyggelse från 1600-talet och framåt lokaliserades. Pålningsarbetet påbörjades 2007-06-20 och avslutades 2007-07-17. Pålningen började intill byggnad A och bedrevs mot nordöst. Därefter vidtog nedschaktning till slutlig schaktbottennivå (cirka + 8,8 à +8,9 och med djupare schaktning för pålplintar) med samtidig gjutning av grovbetong mot spont och strävning med rörstämp tvärs spontgropen. Bottenplattan gjöts under senare hälften av augusti varefter källarkonstruktio-
I början av april (2007-04-02) installerades och nollavvägdes 67 mätdubbar huvudsakligen i angränsande byggnader men även i kaj mot kanalen och i bron över kanalen i söder. Dessutom har 11 befintliga dubbar i byggnad F (Hotel Eggers) avvägts vid tre tillfällen. De nysatta dubbarna placerades i socklarna till byggnaderna med hänsyn till zoner där differenssättningar kunde tänkas uppkomma som vid stora skyltfönster (byggnad A), invid portgång och runt underbyggd gård (byggnad A), pelare i arkad (byggnad E), och på ömse sidor om gemensamma brandmurar (längs fasadliv vid gatorna i norr och söder).
Konstaterad hävning
Mätningarna visar mycket små rörelser under perioden 2 april och 20 juni förutom att nordöstra hörnet på byggnad D satte sig. Denna sättning initierades redan under rivningsskedet då den äldre hotellbyggnaden hängde sig på byggnad D. I stort sett all hävning uppkom under pålningperioden fram till 17 juli. Hävningen kvarlåg därefter konstant någon månad varefter hävningen började återgå. Figur 2 visar hur hävningen klingar av mot avståndet från pålningsområdet med belopp om cirka 2 á 3 mm vid ett avstånd lika med pållängden från pålningsområdet. Störst hävning har uppkommit i fasaderna till den överbyggda gården i byggnad C med den högsta mätta hävningen till 17 mm. Även byggnad D vid Köpmansgatan och den underbyggda gården i byggnad A visar hävningar med 15 mm. Figur 3 på nästa sida visar läget av utvalda dubbar nära pålningsområdet vars hävning med tiden visas i figur 4. De högsta mätta värdena för dessa dubbar varierar mellan 9 och 17 mm. Sättningen i byggnad D kan nu ses återgå som följd av hävningen.
Bedömning av hävning och kommentarer till mätresultaten
Enligt tidigare erfarenheter har man funnit att markhävning på grund av jordundanträngning, vid horisontell markyta, beBygg & teknik 1/08
GRUNDLÄGGNING - BORRNING - JET GROUTING - DJUPSTABILISERING
Lemminkäinen Infra Dalagatan 5 11123 Stockholm Tel: 08 545 253 86 www.lemminkainen.fi
Figur 3: visar belägenhet och nummer på de dubbar vars mätresultat redovisas i figur 4.
nad A fås hävningen 64 mm inuti schaktgropen (som inte mätts) och följaktligen 32 mm för omgivande byggnader och gator. Detta är en stor avvikelse mot det uppmätta varför det pekar på svårigheten att bedöma inverkan av den mothållande effekten av omgivningen. Något bättre överensstämmelse med de mätta värdena kan fås med andra antaganden om inverkan av byggnadernas tyngd vid efterhandsberäkning. Detta illustrerar problemet att beräkna hävningens storlek i förväg. Hävningen sker lättast där mothållet är minst, så förutom att hävningen bör vara störst inom schaktgropen så bör hävningen även vara större för en lätt byggnad jämfört med en tung. Detta kan konstateras också utgående från mätningarna då gårdshuset (byggnad C) och den underbyggda gården i byggnad A häver sig mest. Sannolikheten för uppkomst av skador är störst i övergången mellan dessa lätta delar och omgivande tyngre delar. Omedelbart efter att hävningen inträffat påbörjas en rekonsolidering av den påverkade lervolymen, vilket kan ses som en återgående hävning i mätresultaten. Vid fortsatt mätning kommer hävningen att återgå (upplevs som en sättning) ännu mer också beroende av den pålastning som stommontaget innebär.
Uppkomna skador
Figur 4: Sättning och hävning i millimeter mot tid för några utvalda dubbar i angränsande byggnader. gränsas av linjer i 45 graders lutning från pålspetsen och uppåt. Detta innebär att markhävning kan förväntas inom ett avstånd av pållängden (i detta fall 40 m) från grundläggningsytans periferi. Med hänsyn till att leran inte är helt inkompressibel räknar man normalt med att 75 procent av den nedslagna volymen resulterar i hävning. En mycket enkel överslagsberäkning av medelhävningen inom det påverkade området ger resultatet 14 mm (0,75 • 270 /(100 • 120) = 13,5 mm). 28
Enligt metod redovisad i Pålgrundläggningshandboken kan hävningen beräknas enligt ekvation (7.21-1) i denna handbok. Resultatet beror i hög grad av hur inverkan av angränsande byggnaders mothållande tyngd hanteras med hjälp av faktorerna α, β, γ och δ. Dessa faktorer sätts lika med 0 för tung byggnad och lika med för lätt byggnad. Med antagande exempelvis att a är lika med 0,5 för byggnad B (den lätta gårdsbyggnaden), β är lika med 0,5 för Nils Ericsonsgatan, γ är lika med 0,5 för byggnad E och δ är lika med 0,5 för bygg-
De uppkomna skadorna i byggnaderna C och D är relativt måttliga och består av sprickbildning i putsade ytor och ”sträckningar” i tapeter samt att fönster och någon dörr kärvar. I vilken mån som sprickorna är genomgående genom tegelväggarna bakom har ännu inte konstaterats. Sprickorna uppstod huvudsakligen vid rivningen av den äldre hotellbyggnaden (trots förstärkningar av murarna med balkar) och vid förberedande schakt före spontinstallation. Rörelser har sedan åter uppkommit vid pålslagningen. Sprickorna kommer att undersökas mera och lagas efter stommontage. Mot den nya hotellbyggnaden har sprickorna ifyllts successivt i samband med att stommen rests. Problemen med kärvande fönster och dörrar har avhjälpts med hyvling. Den nya hotellbyggnaden och byggnaderna B, C och D har samma ägare. I byggnad A har rörelser konstaterats i äldre sprickor mellan den underbyggda gården och brandmuren vid porten i norr. I övrigt har inte några skador uppkommit.
Riskanalys
Bedömning av sannolikhet för uppkomst av skador och konsekvenser av rörelser i samband med rivningen har utförts och utmynnade i förstärkningar av angränsande brandmurar med balkar och förankring av bjälklag. Dessa förstärkningar utfördes inför och i samband med rivningen. Dessutom utfördes injektering och betongsprutning av grundmuren tillhörande Bygg & teknik 1/08
byggnaderna C och D efter besiktningar i samband med schaktning före spontinstallation. En traditionell riskanalys med kontrollplan beträffande vibrationer har utförts liksom rörelsemätningar, dels av dubbar i omgivande byggnader (utförda genom byggherren) och dels mätningar av rörelser hos spont, mark och angränsande brandmurar samt mätningar av grundvattennivåer som utförts av entreprenören. Det är i stort sett alltid byggherren för en ny byggverksamhet som är ansvarig för de skador som uppstår på omgivande byggnader, anläggningar, mark och utrustning till följd av den nya byggverksamheten. Därför ska en riskanalys utföras som, förutom normal hantering av vibrationer, även hanterar rörelser i omgivande byggnader. Besiktningar och bedömningar i detta avseende ska utföras av byggkonstruktör och geotekniker utgående från byggnadens statiska verkningssätt och eventuell förekomst av skador. Allmänt kan följande nämnas om riskanalys med hänsyn till oönskade rörelser. För att bedöma riskerna för att skador kan uppkomma på angränsande byggnader och för att ”skydda sig” mot inte relevanta skadeståndsanspråk ska byggherren låta utföra mätning av sättningar och grundvattennivåer före eller senast i samband med projekteringen av den nya byggnaden/anläggningen. Där det är känt
Bygg & teknik 1/08
att det förekommer sättningsrörelser måste sådana mätningar påbörjas flera år före entreprenadarbetenas början för den nya byggverksamheten för att kunna konstatera trender i sättningar och årstidsvariationer i grundvattennivåer. Byggherren ska också genom besiktningar och granskningar av handlingar konstatera och bedöma om närliggande byggnader/byggnadsverk är känsliga för tillkommande rörelser så att skador kan uppkomma till följd av sättningar/hävningar/sidorörelser. Besiktningar ska också göras av de eventuella skador som redan finns på närliggande byggnader. Bedömningar ska göras av hur dessa skador kan påverkas av nya rörelser i samband med den planerade byggverksamheten. Resultatet av dessa besiktningar och bedömningar ska ligga till grund dels för projekteringen av den nya byggnaden/anläggningen och dels om skadeförebyggande åtgärder krävs eller om medel måste reserveras för reparation av skador. Projekteringen resulterar också i larm- och stoppnivåer med hänsyn till rörelsernas storlek och bedömd påverkan på omgivningen som ska tillämpas under entreprenadarbetena. Innan byggnadsverksamheten startar görs sedan åter besiktning/syn av byggnaderna för att konstatera status av eventuella skador eller om byggnaden är oskadad. Utgående från besiktning-
arna/bedömningarna kan åtgärder vidtas som kan reducera de rörelser som kan uppkomma under byggverksamheten. Som åtgärder kan tänkas lerproppstagning vid slagna pålar, särskild schaktningsordning i tid eller riktning, pålslagning i tid eller riktning, till exempel från en känslig byggnad. Rörelser kan dock inte helt undvikas under byggtiden. ■
Referens
Pålgrundläggning, Svensk Byggtjänst och Statens Geotekniska Institut (1993). Omgivningspåverkan vid spont- och pålslagning, Pålkommissionen Rapport
Läste Du det i Bygg & teknik? Du vet väl att Bygg & tekniks innehållsregister från 1997 och framåt numera finns på vår hemsida: www.byggteknikforlaget.se
29
! " # $% &'
! "#
$% #& '()*' + ,-./0,12& 3+ )' + ,456& +73)('' 83
20 ĂĽrs erfarenhet inom markfrysning.
GEOFROST designar och utfÜr markfrysning; en miljÜvänlig och 100% vattentät metod. GEOFROST AS, Grinidammen 10, N-1359 Eiksmarka, Norge Tel: +47 67 14 73 50, Fax +47 67 14 73 53, geofrost@geofrost.no, www.geofrost.no
30
Bygg & teknik 1/08
Analys och prognostisering av rörelser orsakade av djupa schakter Värdering av markrörelser är viktig del vid schaktningsarbeten i stadsmiljö eftersom för stora rörelser kan skada intilliggande byggnader och konstruktioner. För att minimera rörelserna i omgivande jord används stödkonstruktioner för att erbjuda ett horisontellt stöd. Ett nyligen avslutat forskningsprojektet har behandlat olika metoder för att förutsäga jordrörelserna i anslutning till djupa schakter i lös lera samt vilka jordtryck som förväntas belasta stödkonstruktionen. En översyn av; viktiga jordegenskaper för beräkning av deformationer och jordtryck, tillgängliga empiriska metoder för uppskattning av marksättningar, olika klassiska sätt att beräkna jordtryck, olika jordmodellerings metoder med fokus på elastoplasticitet har presenterats i litteraturstudien. Omfattande fältmätningar har genomförts vid de temporära schakterna i samband med byggandet av Götatunneln i centrala Göteborg. Beräkningar har genomförts för att studera olika möjligheter att förutsäga rörelser och laster samt för att tolka de fältresultat som erhållits. Dessa beräkningar har genomförts med icke linjära finita element beräkningar (FE-beräkningar) med tre olika konstitutiva modeller: ● perfekt linjär elastoplastisk modell med Mohr-Coulombs brottvillkor (PLEP-MC) ● e-ADP, en totalspänningsbaserad modell med kapacitet att beskriva anisotropi och icke-linjär styvhet. ● MIT-S1, en bounding surface model baserad på effektivspänningar. Resultaten från dessa tre beräkningsmodeller har jämförts och diskuterats, särskilt fokus har lagts på utvärderingen av materialmodellen MIT-S1 jämfört med avancerade laboratorieförsök. När djupa schakter i lös lera utförs i stadsmiljö är det viktigt att kunna prognostisera den omgivningspåverkan som schaktningsarbetet i sig kan komma att ha. Detta gäller såväl för att uppfylla säkerArtikelförfattare är Anders Kullingsjö, Chalmers tekniska högskola, Bygg- och miljöteknik, Göteborg.
Bygg & teknik 1/08
hetskraven som att förhindra eller minimera de skadliga deformationer som kan uppkomma på grund av schaktarbetena. I stadsmiljö är det till stor del kravet på acceptabla deformationer som styr de temporära stödkonstruktionernas styvhet som krävs för kunna genomföra schakten. Stödkonstruktionens uppgift är att hålla tillbaka jordmassorna när schakten utförs, varför konstruktionen ska kunna bära såväl jordtrycket som att förhindra skadliga deformationer i omgivningen. Stödkonstruktionerna kan utformas på ett flertal olika sätt, men de här redovisade schakterna har bedrivits inom traditionell stålspont. Då schakterna bedrivits djupt i lös lera har dock dimensionerna, på grund av de stora schaktdjupen, varit grövre än brukligt.
Forskningsprojektet
I anslutning till byggandet av Götatunneln initierades ett forskningsprojekt för att ta vara på de erfarenheter som skulle kunna fås från de djupa schakter som skulle utföras vid de bägge tunnelmynningarna. Forskningsprojektet utformades som ett doktorandprojekt där Skanska som entreprenör gick in som delfinansiär och upplät utrymme för omfattande fältmätningar. Forskningsprojektet startades våren 2002 i samband med att schakten påbörjades vid entreprenad J2, Järntorget Göteborg, och har löpt parallellt med byggandet av Götatunneln. Tunneln invigdes 2006 och forskningsprojektet slutfördes 2007. Ett unikt samarbete mellan beställare, entreprenör och högskola med total öppenhet mellan de olika parterna har gett en sällsynt omfattande databas vad gäller deformations-, portrycks- och jordtrycksmätningar vid schaktningsarbeten. Entreprenören och byggherren stod för ett omfattande kontrollprogram runt hela schaktgropen. Tonvikten i detta kontrollprogram var att mäta marksättningarna utanför schakten samt horisontaldeformationerna på sponten. Förutom dessa mätningar mättes grundvattentrycket runt schakten, horisontella jorddeformationer intill spontväggarna och stödlaster i några kritiska sektioner. Dessa stödlaster åstadkoms med såväl bakåtförankrade linstag som med stämp mellan de bägge spontväggarna. Som komplement till det ordinarie kontrollprogrammet instrumente-
Artikelförfattaren Anders Kullingsjö monterar ett triaxialförsök,
rades fyra sektioner inom ramen för forskningsprojektet. Två av dessa sektioner instrumenterades riktligt för att studera hur rörelsemönstret utvecklades i jordprofilen bakom spontväggen och för att registrera spänningsändringarna i jorden samt lasterna mot stödkonstruktionen. En omfattande studie i jordbeteende har utförts i laboratoriet och ett samarbete med MIT, Imperial Collages och NTNU har möjliggjort att avancerad beräkningsteknik med avancerade jordmodeller kunnat användas, dels för att beskriva lerans beteende i laboratoriet, dels i anslutning till som runt en schakt. Det förstnämnda presenteras dock ej här men har gett en djupare förståelse för hur jord verkligen beter sig vid exempelvis direkt skjuvning.
Götatunneln, västra nedfarten
Götatunneln byggdes i centrala Göteborg under mellan år 2001 och 2006. Tunnelprojektet omfattade djupa schakter i lös lera vid såväl den västra som den östra nedfarten. Däremellan sprängdes tunneln ut i berg. Schakterna vid tunnelnedfarten bedrevs som ”cut and cover”, vilket innebär att schakt sker från markytan och att efter att tunneln gjutits återfylls schakten över tunnelsektionen. Dessa öppna schakter bedrevs till 18 meters djup under ursprunglig markyta och motsvarande 16 meter under havsytan. Schakten vid entreprenad J2 utfördes i lös lera. Entreprenaden var belägen utefter Göta älv och lermäktigheten var 20 meter inom huvuddelen av Entreprenaden, vid 31
Jordlagerföljd
Fyllningen i området utgörs av diverse material som muddringsmassor, schaktmassor från andra områden i staden samt diverse restprodukter. Den lösa leran under fyllningen är väldigt homogen med en vattenkvot och en konflytgräns på cirka 70 procent. Den odränerade skjuvhållfastheten, i huvudsak utvärderad från vingsonderingar, är cirka 15 kPa i lerans övre del med en hållfasthetstillväxt på 1 kPa/m. Leran har funnits vara normalkonsoliderad inom större delen av entreprenaden men områden med överkonsolideringsgrader på närmare två har också påträffats. Den pågående sättningen kan i huvudsak tillskrivas konsoliderings- och krypsättningar i leran, men det kan inte uteslutas att delar av marksättningen härrör från fyllningen. Viss variation i lerans egenskaper kan noteras som en konsekvens av de olika spänningshistorierna inom området. Ett friktionsjordslager bestående av mestadels sand underlagrar leran. Tjockleken varierar mellan 0 och 2 meter och är lokalt upp till 5 meter tjock.
Figur 1: Översikt av schakten vid entreprenad J2, mars 2004.
J2
Schaktningsförfarande
N ca 500 m
Figur 2: Plan över tunnelprojektet Götatunneln, entreprenadindelning (www.vv.se).
den västra änden ökade lerans mäktighet till över 40 meter. I öster vid bergpåslaget bestod området av berg i dagern. Huvuddelen av entreprenad J2 är belägen inom gammalt sankmarksområde som fylldes ut under 1700- och 1800-talen. Ursprungligt vattendjup var cirka 0,5 till 1,0 meter. Utfyllningen utfördes i samband med utbyggnaden av Göteborgs hamn, då även muddring utfördes inom
Figur 3: Läge för sektion 1/430 norr. 32
vissa delar till 2,5 till 4,5 meters djup under havsytan. Inom området finns rester från gamla kajkonstruktioner. Med strandutformningen innan tunneln byggdes har området fyllts ut till 2 till 3 meter över havets medelvattenstånd. Effekter från utfyllnaden kan fortfarande observeras i form av en sättningshastighet på cirka 3 mm/år i den östra delen och 3 till 8 mm/år i den västra delen.
Schakten bedrevs inom stålspont som förankrades med dragstag bakåt in i berget eller med hjälp av stämp. Bakåtförankring användes där vertikalstabiliteten var tillfylles. Stämp användes där avståndet till berg var stort. En översikt av schakten i entreprenad J2 visas i figur 1. Fotot är taget västerut från sektionen där bergpåslaget är beläget. Schaktningsförfarandet och utformningen av använda stödkonstruktioner har tidigare redovisats av Liedberg et al (2003) och Ekenberg (2004) men en kort översikt ges nedan (från väster mot öster): ❍ Öppen schakt till 0 till 2 meters djup. ❍ Schakt inom konsolspont stöttad av tryckbankar. Tryckbankarna schaktades bort etappvis med successiva temporära stämp mot en centralt gjuten betongplatta. Schaktdjup 2 till 6 meter. ❍ Schakt inom stålspont stöttad av stämp.
Figur 4: Spontvägg vid sektion 1/430 norr. Bygg & teknik 1/08
Upp till fem nivåer av dragstag användes. För att förhindra grundvattensänkningar och hydraulisk bottenupprtyckning sänktes grundvattnet inuti schaktgropen. Schaktdjup 12 till 18 meter. De spontprofiler som använts i projektet varierade mellan AZ13 och HZ975C
Fältmätningar
Figur 5: Instrumentering i sektion 1/430 norr.
Två sektioner instrumenterades rikligt för att få en god förståelse för hur schaktningsarbetena påverkar omgivande jord och vilka krafter som utvecklas i såväl jorden som mot stödkonstruktionen. De två sektionerna valdes med utgångspunkten att de skulle vara relativt rena, så lite störande aktiviteter som möjligt och ett tillräckligt avstånd till inverkande konstruktioner. De sektioner som valdes var sektion 1/430 norr och sektion 1/470 syd. Schaktningsförfarandet mellan dessa bägge sektioner skiljde sig åt avsevärt då den första är belägen inom området som schaktats ut under vatten och den senare inom området där sponten slagits till berg. Figur 6: Illustration av arbetsordningen i sektion 1/430 norr.
a) (t v) Kronologisk arbetsordning b) (ovan) Arbetsordning i förenklad sektion Redovisade nummer hänvisar till sekvens i tabell 1. Etappvis schakt med successiva gjutning av en inre betongplatta utnyttjades av stabilitetsskäl. Temporära strävor användes vid etappvis urschaktning av tryckbankarna närmast spontväggarna med gjutning av betong mellan spontväggen och den centrala delen. Schaktdjup 6 till 10 meter. ❍ Undervattensschakt med en stämpnivå och en tätkaka gjuten under vatten. Tätkakan förankrades i berget för att förhindra bottenupptryckning. Schaktdjup 10 till12 meter. ❍ Schakt inom spont slagen till berg. Inom detta område förankrades sponten bakåt med linstag injekterade i berget. Bygg & teknik 1/08
Tabell 1: Arbetsordning i sektion 1/430 norr. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.
Installation av spontvägg. Schakt till nivå +10,1 innanför och utanför spontväggen. Schakt till nivå +9,5 innanför spontväggen. Pålslagning. Uppfyllnad till nivå +11,0 innanför spontväggen. Etappvis urschaktning under vatten med successiv montering av stämp. Gjutning av tätkaka. Installation av dragankare för tätplattan. Länsning till nivå + 10,0. Länsning till nivå +9,0. Länsning till nivå +6,0. Länsning till nivå +2,0. 33
Figur 8: Läge för sektion 1/470 syd.
Figur 7: Spontvägg vid sektion 1/470 syd.
Figur 9: Instrumentering i sektion 1/470 syd. De bägge sektionerna instrumenterades relativt lika. Horisontaldeformationerna mättes på tre olika avstånd från stödväggen och vertikaldeformationerna mättes på två olika avstånd från spontväggen. Utöver dessa rörelsemätningar ingick mätningar av spontväggens förskjutningar och marksättningen utanför schakten i entreprenörens och beställarens kontrollprogram. Spänningsändringarna i jorden kontrollerades med jordtrycksmätare installerade i leran någon
Figur 10: Tunnelsträckning. 34
meter bakom spontväggen och med hjälp av portrycksmätare installerade i grupper på olika avstånd från stödväggen. Sektion 1/430 norr. Schakten bedrevs till ett djup av 10,5 meter, ganska nära befintliga byggnader, se figur 3 och figur 4 på sidan 32. Instumentering i denna sektionen framgår av figur 5 på föregående sida. Arbetsordning. Schakten bedrevs enligt schaktordning beskriven i figur 6, där de olika arbetsstegen framgår av tabell 1 på föregående sida.
Sektion 1/470 syd. Spontväggen installerades ner till berg. För att minimera risken för hydraulisk bottenupptryckning injekterades spontfoten. Utöver detta utfördes en ridåinjektering i berget. Grundvattentrycket inuti schaktgropen sänktes successivt vartefter schakten bedrevs. Spontväggen förankrades på tre nivåer med linstag som borrades och injekterades fast i berget. Placering och instrumentering framgår av figur 7, figur 8 och figur 9. Arbetsordning. Uppförandet av stödkonstruktionen (spontvägg, hammarband och dragstag) utfördes enligt arbetsgång presenterad i figur 11 och tabell 2 på sidan 36. Mätresultat. Tack vara det nära samarbetet mellan Chalmers, Vägverket och Skanska lyckades i stort sett alla mätare överleva under hela byggtiden. Några exempel på mätresultat redovisas i figur 12 på sidan 38, men i övrigt hänvisas till Kullingsjö (2007). Förutom de förväntade rörelserna beroende på mobilisering av jordens hållfasthet kunde effekter av pålslagning och stagborrning tydligt urskiljas. Pålningens inverkan vid sektion 1/430 visas i figur 12, där effekten av pålslagningen framgår tydligt. Pålningen innebar att sponterna trycktes utåt samtidigt som marken hävdes på utsidan.
Laboratorieförsök
Inom ramen för forskningsprojektet har omfattande geotekniska undersökningar genomförts. I läge för de studerade sektionerna har kompletterande CPT-sonderingar utförts och ostörda jordprover har analyserats med ett omfattande laboratorieprogram. Laboratorieförsöken har omfattat olika typer av ödometerförsök, triaxialförsök och direkta skjuvförsök. Under projektets gång har laboratoriet vid Chalmers utvidgats till att idag vara norra Europas modernast laboratorium för analys av lerjordar. En stor del av intrimningen av utrustningen har gjorts inom ramen för det här redovisade forskningsprojektet. De ödometerförsök som utförts är bland annat stegvis pålastning med 24 timmars intervall, stegvis avlastning med 24 timmars intervall, CRS-test. SpecialBygg & teknik 1/08
688_I_LCM_2007_91_x_270_mm_2
10.12.2007
17:34 Uhr
Seite 1
Global grundförstärkning Keller är ett internationellt ledande grundförstärkningsbolag som förverkligar lösningar för mark- och grundvattenproblem i hela världen. Självutvecklande erfarenheter och ideer är vår utmaning för markförstärkning och injektionsteknik. Tillsammans Keller/LCM kan vi nu erbjuda: • • • • • •
Kalkpelarmetoden Masstabilisering Vertikaldränering Soilcrete ®- jet grouting Soilfrac ®- jordspräckning Vibroteknik
Design med förmånliga lösningar kan erbjudas av våra geotekniker.
LCM AB Östra Lindomevägen • 43734 Lindome Tel. +46 (0)31 99 60 40 • Fax. +46 (0)31 99 60 41 www.lcm.se • www.kellergrundbau.com Bygg & teknik 1/08
35
(a) (b) Figur 11: Illustration av arbetsordningen i sektion 1/470 norr. a) Kronologisk arbetsordning b) Arbetsordning i förenklad sektion Redovisade nummer hänvisar till sekvens i tabell 2.
Tabell 2: Arbetsordning I sektion 1/470 syd.
1. 2. 3. 4. 5.
6. 7. 8.
9. 10. 11. 12.
Installation av spontväggen. Schakt till nivå +10,5 såväl innanför som utanför sponten. Schakt till nivå +8,5 innanför sponten. Montage av hammarband och dragstag på nivå +9,0. Schakt till nivå +6,0 innanför sponten och till nivå +4,0 lokalt utefter spontväggen. Montage av hammarband och dragstag på nivå +5,0. Uppförande av temporär. Schakt till nivå +3,5 innanför sponten och till nivå +1,5 lokalt utefter spontväggen. Montage av hammarband och dragstag på nivå +2,0 Schakt till nivå +0,8 innanför sponten. Pålning Tunnelgjutning.
försök för att utvärdera avlastning och återbelastningsegenskaper har studerats genom avlastning med dels konstant deformationshastighet och dels konstant spänningsförändring över tiden. Ödometertestet har även utförts i triaxialcellerna för att därigenom kunna utvärdera relationen mellan spänningsförändring i vertikalled och horisontalled, i ett flertal olika överkonsolideringsgrader.
Jordmodellering
Jordmodellering är ett sätt att beskriva jord beteende. Sant jordbeteende är väldigt komplext, men i de flesta fall kan stoEnkla att använda och analysera. Trubbiga. Tabell 3. 36
ra förenklingar göras. Hur grova förenklingar som kan accepteras beror på hur komplext problemet är och vilken risk som är förknippad med det aktuella problemet. En noggrannare beskrivning av jordens beteende leder till fler egenskaper måste kunna beskrivas vilket leder till att fler indataparametrar erfordras. Utmaningen är att använda ett lagom avancerat sätt att beskriva jords beteende på för det aktuella problemet. ”The skill in modelling is to spot the appropriate level of simplification – to recognise those features which are important and those which are unimportant” Wood, (2004).
Linjär elastisk Linjär elastoplastisk Olinjär elastoplastisk Hardening models Bounding surface models Multi surface models
Flera parametrar. Ökad möjlighet att simulera flera belastningsfall.
Klassiska geotekniska beräkningsmodeller grundar sig på stelkroppsanalyser och på linjär-elastiska lösningar. För att öka noggrannheten/möjligheten att beskriva jordens beteende och samverkan med andra konstruktionselement, har finita element beräkningar visat sig vara ett utmärkt verktyg. Jorden delas in i små element som tilldelas vissa egenskaper och beteende. Detta beteende beskrivs ofta av vad som kallas ”jordmodell”, men som egentligen är ett konstitutivt samband mellan spänning och töjning. Dessa jordmodeller kan vara mer eller mindre komplicerade. Generellt är en enkel jordmodell lätt att använda och resultaten är lätta att analysera. Tyvärr är också ofta beräkningsresultaten grova, men de lämpar sig väl för enklare problem och för att gaffla in mer komplexa samband. En mer avancerad modell med möjlighet att beskriva mer av jordens beteende kommer dock att kräva mer insatser för att ta fram erforderliga parametrar. En stor mängd jordmodeller existerar och de kan grovt delas in i de kategorier som framgår av tabell 3. I det aktuella projektet har tre olika modeller använts för att beskriva jordbeteendet runt en schakt. De tre som använts är en perfekt linjär elastoplastisk modell med Mohr-Coulombs brottvillkor, PLEP-MC, en hardening model, e-ADP, Grimstad, (2005), och en bounding surface model, MIT-S1, Pestana (1994). De olika modellernas karakteristika framgår nedan: PLEP-MC Konstant styvhet, isotrop hållfasthet. e-ADP (isotropiskt hårdnande modell) ❍ Totalspänningsbaserad ❍ Anisotrop hållfasthet ❍ Endast plant spänningstillstånd ❍ Hyperbelformat spänning-töjningssamband ❍ Styv linjär respons vid av och återbelastning. MIT-S1 (en tidsoberoende ”bounding surface modell”) En effektivbaserad modell med möjlighet att beskriva ❍ Icke linjär elastisk styvhet ❍ Small strain stiffness ❍ Hysteres (systemets respons beror på historien) ❍ Kvarstående deformationer vid avlastning och återbelastning ❍ Skjuvningsinducerat portryck ❍ Anisotropisk skjuvhållfasthet ❍ Hållfasthetsförändringar beroende på aktuell spänning och förkonsolideringstryck su = f (σ´c, OCR, σ´2).
Beräkningsresultat kontra uppmätta deformationer och spänningar
Vid den ursprungliga deformationsprognosen användes de förutsättningar som tillhandahölls av beställare. Dessa värden Bygg & teknik 1/08
Skanska Region Grundläggning Grundläggning och Internordisk Spännarmering I vår komplexa värld behärskar vi allt från detaljer till helhet. Vi är en trygg, erfaren och kompetent partner inom grundläggning och spännarmering. Skanska Grundläggning är medlem i Skanska Foundations Group som bedriver grundläggning i Norden, Tjeckien, USA och England. Skanska Sverige AB Region Grundläggning Tel. 08-504 350 00 www.skanska.se/grundlaggning
a) b) c)
d)
Figur 12:Vertikal deformation over tiden i sektion 1/430 norr. a) Arbetssekvens. b) Schakt och vattennivå i gropen. c) Bälgslang B1. d) Bälgslang B2.
Figur 13: Empirisk skjuvmodul som funktion av töjningsnivån. 38
grundas på hållfastheter utvärderade från vingsondering, ingen effekt av anisotropi utnyttjades. De deformationsegenskaper som angavs korrelerade empiriskt till en töjningsnivå på en procent. Det är allmänt känt att jords styvhet är avsevärt högre vid små töjningar än vid stora varför förväntad töjningsnivå är avgörande vid valet av styvhet då en enkel modell utan förmåga att beskriva detta beteende används. Med tanke på de hårda krav gällande acceptabla deformationer gjorde entreprenören antagandet att det skulle komma att krävas lägre töjningsnivåer än en procent, varför jordens styvhet höjdes till en nivå motsvarande 0,3 procent. Figur 13 visar hur skjuvmodulen, G, minskar med ökande töjning. Med en enkel jordmodell som PLEP-MC kan bara ett konstant värde ansättas. Beställaren hade i sitt kontrakt med entreprenören korrelerat ödometermodulen, Eeod, till skjuvhållfastheten. Då G också beror på det effektiva tvärkontraktionstalet, µ´0 , som inte angetts, redovisas i figuren intervall inom vilken föreskriven modul respektive använd modul är giltig. Efter komplettering med de undersökningar som gjorts inom detta doktorandprojekt har jordmodellen MIT-S1 kalibrerats för att beskriva den aktuella lerans beteende. Vid en jämförelse mellan de bägge sätten att beskriva beteendet benämns de första beräkningen med materialmodellen PLEP-MC för Class A och den med MITS1 för Class B. Figur 14 visar överensstämmelsen mellan beräknade och uppmätta jordtryck. Skillnaden mellan de bägge beräkningarna är inte särskilt stor, men beräkningen med den enklare jordmodellen verkar visa bättre överensstämmelse än den mer avancerade beräkningen. Analyseras däremot varje enskild punkt i jordvolymen avseende exempelvis portryck som uppmätts visar den mer avancerade beräkningen ett bättre resultat. Det som verkar vara en bättre prognos av jordtryck är i själva verket en effekt av flera fel som sammantaget blir ett bra resultat. Studeras deformationerna så framgår det att den avancerade beräkningen är överlägsen den enklare. Figur 15 visar uppmätta deformationer kontra beräknade. Den mer avancerade beräkningen förutsäger de uppmätta horisontella deformationerna med mycket god noggrannhet medan den enklare modellen överskattar deformationerna med 300 procent. De vertikala deformationerna är här ett stort problem. Som synes visar mätningarna att sandlagret har komprimerats cirka 4 cm. Denna rörelse uppkom i samband med stagborrningen i området. Sådana rörelser är svåra att förutse och ingår inte i den numeriska modelleringen.
Sammanfattning
Beräkningarna visar på fördelen med att använda FE-beräkningar i kombination Bygg & teknik 1/08
Figur 14: Uppmätta jordtryck samt beräknade jordtryck.
Ystad, Sweden. Kullingsjö, A. (2007). Effects of deep excavations in soft clay on the immediate surroundings – Analysis of the possibility to predict deformations and reactions against the retaining system. Department of Civil and Environmental Engineering. Chalmers University of Technology, Gothenburg: 343 pp. Liedberg, N., Axelsson, G. and Ekenberg, M. (2003). Optimization of retaining structures and foundations by the use of the observational method – two case histories. Proc. of European conference on soil mechanics and geotechnical engineering, 13, Prague: 583–588. Pestana, J. (1994). A unified constitutive model fro clays and sands. Department of Civil and Environmental Engineering. Massachusetts Insitute of Technlogy, Figur 15: Uppmätta och beräknade horisontella deformationer (t v). Uppmätta och beräknade vertikala deformationer (t h).
med en avancerad jordmodell, som MITS1, gentemot att använda FE-metoden med en allt för enkel beskrivning av jordens beteende. MIT-S1 är exempelvis kapabel att beskriva jords icke-linjära beteende mellan spänning och töjning, anisotropi, kontraktans, dilatans, hysteres och kvarstående töjningar vid avlastning och återbelastning. Beräkningarna visar också vikten av att jämföra beräkningsresultaten med empiriska metoder för att uppskatta marksättningar orsakade av schaktningsarbeten. Fältmätningarna visade också på att deformationer inte enbart uppkommer
Bygg & teknik 1/08
genom mobilisering av jordens hållfasthet, utan ofta dominerar deformationer orsakade av andra aktiviteter på arbetsplatsen eller på grund av ett misstag/bristande kunskap på arbetsplatsen. Vikten av nära samarbete mellan produktionen och geoteknikern är återigen belyst. ■
Referenser
Ekenberg, M. (2004). Djupa schakter i mäktiga lerlager vid utbyggnad av Götatunneln, entreprenad J2 Proc. of NGM 2004. Nordic Geotechnical Meeting, 14,
Cambridge: 473 pp. Wood, D. (2004) Geotechnical model-
Läste Du det i Bygg & teknik? Du vet väl att Bygg & tekniks innehållsregister från 1997 och framåt numera finns på vår hemsida: www.byggteknikforlaget.se
39
byr å4
Stockholm, Sverige:
Jetpelarskärm räddar Riksdagshuset i Stockholm Landhöjningen och påverkan från Saltsjön innebär att trägrundläggningen runt Riksdagshuset tidvis har saknat skydd av grundvattennivån. En ny barriär i form av en tätskärm av cementpelare nedströms från byggnaden styr nu nivån på Mälaren, som följer landhöjningen. Krav
från
beställaren
Riksdagsförvaltningens
Fastighetsenhet på den som skulle utföra jetinjekteringen var att se till att den genomfördes utan att störa den omgivande miljön. Buller- och vibrationsfrihet var alltså viktigt, likaså kraven på raka hål. Stora jorddjup med svår fyllning samt mycket begränsade arbetsutrymmen inomhus med låg takhöjd ställde också speciella krav på utrustningen. Wassaras vattendrivna sänkborrhammare klarade kraven från både beställaren Riksdagsförvaltningens Fastighetsenhet och projekterande Golder Associates och ELU Konsult. Under arbetets gång utvecklades dessutom en snabbare metod att kontrollera tätheten av jetpelarna med våra hammare, jämfört med konventionell metod.
Under en paneldiskussion vid europeiska konferensen för Jordoch Bergmekanik i Madrid i september 2007 beskrevs detta känsliga projekt som fantastiskt och mycket elegant genomfört. Återförsäljare och teknisk support för svenska och norska constructionmarknaden är GEOMEK.
Wassara AB, Hornsgatan 103 10tr, 117 28 Stockholm. Tel 08-84 95 50, fax 08-84 02 71 info.wassara@lkab.com www.wassara.com
Spontning och grundvattensänkning i en fabrik med pågående tillverkning av glasflaskor – är det möjligt? Ja, med rätt val av teknik och kontrollinsatser. När företaget Ardagh Glass Limmared AB i Limmared behövde bygga en ny glasugn krävdes en 6 m djup spontad schakt inne i mitt bland ugnar, glasmaskiner och andra installationer. I artikeln redogörs för de utförda arbetena som förutom spontning även omfattade grundvattensänkning, schaktning och andra grundläggningsarbeten. Projektet styrdes av en snävt tilltagen tidplan som förutsatte treskiftarbete för montering av en ny glasugn under semesterperiodens produktionsuppehåll. Ardaghs glasbruk i Limmared är bland annat känt som fabriken som tillgodoser världsbehovet av flaskor till Absolut Vodka. Fabriken tillverkar över en miljon sådana flaskor per år. Tillverkningen omfattar även andra glasemballage, till exempel burkar för barnmat, sillkonserver och medicinglasburkar. Råmaterialet för glastillverkningen är sand. Sanden smälts i två glasugnar. Den smälta glasmassan fördelas till maskiner med långt driven automatisering. Arbetet sker i sexskift, det vill säga dygnet runt, årets alla dagar. Varje ugn muras upp med specialtegel, och livslängden för murverket är cirka sju år. Rivning av en förbrukad ugn och upp-
Artikelförfattare är Håkan Bredenberg, Bredenberg Teknik, Limhamn, Mikael Rigert, Kire Gulevski samt Börje Johannesson, BSV Ingenjörer och arkitekter AB, Tranemo. Bygg & teknik 1/08
FOTO: STIG DAHLIN
Spontning i flaskfabriken
Figur 1: Flaskor från Limmared. murning av en ny måste ske under cirka fyra veckors produktionsuppehåll, under semestern. I det aktuella fallet utfördes förutom arbetena med en ny ugn även ganska omfattande arbeten med nybyggnad och ändringar i byggnadskonstruktionerna.
Schaktning, grundförhållanden
Under industrigolvet består jorden av cirka 2 m fyllning på sand och silt ned till cirka 15 till 25 m djup. Dessa massor vilar på morän och berg. Grundvattenytan ligger i nivå med den närbelägna Månstadsån, vilket innebär en grundvattennivå cirka 1 m under fabriksgolvet. De planerade arbeten innebar skapandet av en cirka 6 m djup schaktgrop med måtten 60 gånger 17 m. Grundläggning av de nya konstruktionerna utfördes i torrhet på plattor och sulor på mark. Arbetena som omfattade rivning, schaktning samt nybyggnad utfördes i treskift under en fyraveckorsperiod. En cirka 5 m djup grundvattensänkning måste alltså utföras innan schaktningsarbetet startade. Sänkningen tog cirka tre månader i anspråk och måste alltså ske under pågående produktion. Och naturligtvis vidmakthållas under byggperioden. För större delen av schakten krävde installationer i form av ledningar, maskiner, byggnadsdelar och transportsystem att schakten utfördes med vertikala begränsningar, det vill säga inom spont. Liksom grundvattensänkningen måste även spontningen i så stor utsträckning ske innan produktionsuppehållet. En komplicerande omständighet var att stöd för sponten vid dess överkant inte kunde utföras med inåtgående strävor eftersom dessa skulle utgjort för stora hinder för den tidsmässigt pressade schaktningen, samtidigt som ingen tid fanns för utförande av jordstag
för bakåtförankringar. Det var också känt att fyllning och utrymmen under golvet innehöll en mängd hinder för spontning, exempelvis block, byggskrot och övergivna betongkonstruktioner. Till de temporära konstruktionerna räknades även stöd för pelare som stod inom schaktområdet. Andra faktorer att ta hänsyn till var nödvändig begränsning av buller, damm, utsläpp och vibrationer. Den intensiva produktionen av flaskor ställde stora krav härvidlag. Vidare var det förstås ett absolut krav att den förutsatta tidplanen hölls och att förseningar undveks, eftersom sådana störningar i arbetet skulle ha medfört omfattande ekonomiska konsekvenser.
Borrning för spont och grundvattensänkning
Efter ingående studium av olika alternativ för spont valdes en borrad rörspont, eftersom det bedömdes som den säkraste och mest beprövade lösningen. För grundvattensänkningen bestämdes att använda borrade rörbrunnar med djupbrunnspum-
Figur 2: Temporär stöttning av pelare.
41
par. Sänkningen följdes upp med cirka 5,2 m. Till en början skedde ett kontinuerligt mätprogram så att sänkningen i fyra rör placerade eventuell komplettering av pumputanför fabriksbyggnaden så att insatsen kunde ske. produktionen inte stördes av Konstruktionsarbetet för sponslangar, ledningar och liknande. ten och grundvattensänkningen utDet sammanlagda pumpflödet fördes av Bredenberg Teknik. Provar cirka 250 m3/pump/vecka. Grundvattennivåns sjunkning motjektering, konstruktion och byggsvarade med detta flöde den sänkledning utfördes av BSV Ingenjöningshastighet som skulle leda till rer & arkitekter AB målet. Beställare var Ardagh Glass Vid slutet av maj uppkom Limmared AB. Entreprenör för emellertid en period med skyfall bygget var Erik Larsson Bygg AB och översvämningar – upp till med Tranemo Trädgårdstjänst AB 100 mm på ett dygn registrerades som underentreprenör för markarområdet! Nederbörden medföri betena. Borrningsarbetena har utFigur 3: Montering av plåt på borrade rör samt de även att sänkningen bromförts av Pålab. schaktning. sades upp, varför fyra extra brunBorrning skedde med topphammare och vattenspolning. Den pågående Sanden var därför rasbenägen, vilket nar installerades. Genom den insatsen produktionen i fabriken krävde omfat- innebar krav på mycket begränsade uppnåddes att schaktningsarbetet kunde tande skydd mot utsläpp av damm, avga- schaktetapper mellan rören. Eftersom utföras i torrhet såsom planerat. korta etapper innebär ökad byggtid ser och stänk från borrningsarbetet. undersöktes olika åtgärder för att öka san- Dimensioneringsförutsättningar Spontkonstruktion, schakt dens hållfasthet, exempelvis injektering. Säkerhetsklassen föreskrevs till klass 2. Principerna för konstruktionen framgår Till sist valdes att infiltrera vatten och på Vidare valdes geoteknisk klass GK2. av figur 2. Spontväggen utgjordes av 9 m så sätt åstadkomma kohesion (”skenbar Belastningen på fabriksgolvet intill långa stålrör, dimension 168,3 mm, gods- kohesion”) mellan sandpartiklarna. Meto- sponten representerades av maskiner, tjocklek 5 mm, stålsort S440 J2H. Rören den visade sig fungera, varför behovet av transporter och grundläggningskonstrukplacerades med det inbördes avståndet cementinjektering eller liknande bortföll. tioner för byggnaden. Utöver det sido0,6 m. Rörens böjstyvhet ökades genom tryck dessa laster gav upphov tillkom ingjutning av stålbalk, profil HEB 100, Grundvattensänkning jordtryck av jordens tunghet. Genom förstålsort S275 J2G3. Betongkvalitet var Grundvattensänkningen utfördes med siktiga av såväl karakteristiska materialC32/40, vct lika med 0,45. Betongfyll- hjälp av djupbrunnspumpning. Ett silrör egenskaper som partialkoefficienter blev ning skedde med slang som mynnade vid av plast installerades i ett nedborrat fo- sidotrycket för brottgränstillståndet myckderrör. Filtersand fylldes på i mellanrum- et stort. rörbotten. Mellanrummet mellan rören tätades met mellan rören under det att forderröret I brottgränstillståndet antas tvärsnittets genom att 4 mm plåt i takt med schaktar- drogs upp. Filterörrets slitsvidd var 1 kapacitet motsvara att tvärsnittet är helt betet successivt svetsades till rören. Den mm, och filtersandens konrnstorlek #2 genomplasticerat, se figur 6. Eurocode 4, släta front som på så sätt skapades använ- mm. Den sammanlagda slitsytan valdes anger regler för dimensionering av komdes som gjutform för konstruktionerna så att strömningshastigheten genom slit- positkonstruktioner av stål och betong. inom inspontat område. Sponten blev sarna begränsades till cirka 1 m/s. Vid ren momentbelastning förutsätts På cirka 3 m djup under schaktbotten mobiliserade maximala krafter i dragna kvarstående. Sponten stöttades upptill på en nivå, monterades i varje rör en djupbrunns- delar av rör och balk respektive tryckta trots det relativt stora schaktdjupet 6 m. pump med kapaciteten cirka 1 200 li- delar av rör, balk och betong. Kravet på Förankringarna utfördes med dragstag ter/minut. Pumparna drevs med el från fa- horisontell kraftjämvikt i tvärsnittet ger och hörnsträvor vid spontens kortsida. brikens elnät, vilket också säkerställde er- neutrala lagrets läge och momentets storStagen förankrades i jordankare och, där forderlig reservkapacitet i händelse av lek. så var möjligt, i befintliga konstruktioner. elavbrott på den primära matningen. Beräkningsmodellen ger resultat som Grundvattensänkningen startade i mars stämmer bra med utförda böjprovningar Arbetet utfördes under full pågående produktion, vilket i princip innebar att varje 2007 och pågick under cirka tre månader av betongfyllda rör. I gränsytorna mellan stag och förankring/infästning måste stu- för att uppnå den nödvändiga sänkningen delarna uppkommer i rörets längsled deras speciellt och ges en individuell utformning. Det visade sig att sandmaterialet ned till någon meter under fabriksgolvet var mycket torrt, beroende på den kontinuerliga uppvärmning ugnarna åstadkommit.
42
Figur 4: Sista schaktetappen.
Figur 5: Grundvattensänkning. Avvikelse omkring vecka 13 orsakades av skyfall. Bygg & teknik 1/08
niken fÜr borrning och fÜrankring behÜvde inte modifieras. Grundvattensänkningen kontrollerades i ett antal 50 mm pejlrÜr. Mätdata avgjorde beslut om kompletterande insatser. Det uppumpade grundvatten pumpades till en container där sedimentation och avskiljning av fÜroreningar kunde ske innan vattnet släpptes ut i ün. Prover togs kontinuerligt och sändes till vattenlaboratorium fÜr analys. Reningen funderade under hela arbetet tillfredställande.
Sammanfattning
Figur 6: Plasticerat tvärsnitt, brottgränstillstünd.
skjuvspänningar, vars storlek enligt olika undersÜkningar kan uppgü till cirka 2 MPa i brottgränstillstündet. Noteras att som dimensionerande värde enligt Bro 2004 32.223 godtas 0,4 MPa., vilket vanligen är tillräckligt fÜr att uppnü kraftfÜrdelning enligt figuren.
Kontrollütgärder
Dubbar fÜr sättnings- och vibrationsmätning monterades pü alla känsliga installationer i och i närheten av spontningsomrüdet. Mätningarna visade att ställda krav pü begränsning av omgivningspüverkan innehÜlls. Den frün bÜrjan fÜrutsatta tek-
UtfĂśrandet av en spont i glasfabriken under med full produktion ställde maximala krav pĂĽ säkerhet samt begränsning av omgivningspĂĽverkan. FĂśr att uppfyllda ställda krav valdes en borrad rĂśrspont. Vidare utfĂśrdes samtidigt en cirka 5 m djup grundvattensänkning. Genom att välja borrad grundläggning uppfylldes de ställda kraven. Tids- och kostnadsplaner kunde hĂĽllas, trots Ăśverraskningar i form av hinder i marken och Ăśkade grundvattenflĂśden orsakade av skyfallsliknande regn. â–
Endast 368 kronor plus moms kostar en helĂĽrsprenumeration pĂĽ Bygg & teknik fĂśr 2008!
byggfrĂĽgan
Lektor Öman frügar‌ Robert Öman, lektor i byggnadsteknik vid Institutionen fÜr Samhällsteknik, Mälardalens hÜgskola i Västerüs, är här igen med en ny byggfrüga. Den här Lektor Öman güngen handlar frügan om radon. Frügans poäng framgür som vanligt, eftersom det säger en hel del om hur utfÜrligt svar som fÜrväntas. Svaret hittar du pü sidan 87.
Früga (5p) Radon i byggnader medfÜr som bekant att risken fÜr lungcancer kan Üka. FÜrklara hur man tror att sambandet ser ut mellan ü ena sidan den totala strüldos som man utsätts fÜr, och ü andra sidan risken fÜr att man drabbas av cancer. FÜrklara ocksü utfÜrligt varfÜr det är sü svürt att sätta ett �bra� gränsvärde fÜr radon i byggnader.
6Ă˜LKOMMEN ATT BYGGA šVERALLT 0ÂťLPLINTAR UTFšR GRUNDLĂ˜GGNING OAVSETT GEOTEKNISKA FšRHÂťLLANDEN 6I ARBETAR MED ALL SLAGS PÂťLNING SPONTNING OCH BORRNING I BÂťDE SMÂť OCH STORA PROJEKT +ONTAKTA OSS n VAR ELLER VAD DU Ă˜N VILL BYGGA
WWW PALPLINTAR SE [ LQGG
Bygg & teknik 1/08
43
Nätverket Svensk Grundläggning:
Utbildning en nyckelfaktor för förnyelse Vikten av kunskaper och aktuell information växer i betydelse i hela byggprocessen. Vid stora upphandlingar spelar mjuka faktorer en allt större roll för beställaren. Alla aktörerna har ett intresse av att vidmakthålla och utveckla sin kompetens. Tittar vi däremot mer specifikt på en geokonstruktör, geoprojektör eller utförare – några av de yrkesroller som deltar i arbetet med att producera en geokonstruktion – då ifrågasätts eller valideras mycket sällan deras kompetens eller utbildning. Vilka konsekvenser får detta för projektets kvalité eller kundens måluppfyllelse? Är du, vi, alla som har ambitionen att framstå som attraktiva leverantörer i branschen, nöjda med en sådan ordning? Om inte, hur kan vi utveckla frågan?
Artikelförfattare är tekn dr Gunilla Franzén, tekn sekr IEG / forskningschef Väg och Banteknik, VTI, ieg@iva.se, civ ing Håkan Garin, ordf SGF / geotekniker, GeoVerkstan, info@sgf.net, civ ing Leena Haabma Hintze, kanslichef PEF Pålentreprenörerna, palning@branschkansliet.se samt tekn lic Wilhelm Rankka, sekr Pålkommissionen / geotekniker, WSP, wilhelm.rankka@wspgroup.se.
44
Utbildning och kompetens är viktiga frågor för de företag som arbetar med att projektera eller installera olika grundkonstruktioner under mark – pålar, spont, förstärkningar med mera. Rätt utbildning behövs oavsett om det ska grundläggas för lång väg, mäktig bro, tung industri eller häftig skyskrapa. Samtidigt saknas ofta information mellan aktörerna om varandras kompetensprofiler. Den insikten ledde till att entreprenörerna tog initiativ till att samla sina branschkollegor till en nydanade diskussion om Rätt utbildning behövs oavsett vad som ska hur vi skulle kunna öka förstågrundläggas. elsen för varandras yrkesroller, skilda förutsättningar och krav på kompe- av detta tycker vi att branschen bör forttens. Eller på vanlig svenska, hur ska vi få sätta att ta ansvar för att förmedla utbildbort missförstånden och samtidigt göra ning till handläggare hos beställare och affären bättre för alla parter – från bestäl- geoprojektörer/geokonstruktörer genom lare till utförare. Det visade sig att det ett utökat och samordnat kursutbud. Detta fanns ett stort och ömsesidigt behov av en synsätt stärks av en nyligen publicerad dialog – Nätverket Svensk Grundlägg- undersökning från Industrifakta som uppskattar att 22 miljarder kronor i bygginning var därmed grundlagt! vesteringar slösas bort varje år på kost22 miljarder kronor att hämta nadsökningar – till följd av bristande Kvalificerad utbildning erbjuds redan för kommunikation. Dåliga projekteringsmånga yrkesroller inom grundläggning. underlag utgör den största orsaken och Nätverkets inledande diskussioner om det är beställaren som kan uppnå störst samverkan kom att fokusera på kompe- lönsamhetsförbättring genom effektivare tensfrågan; vilka utbildningar det finns, kommunikation mellan parterna i byggvilka är behoven och efterfrågan, och hur processen. Vi börjar med en kort presentation av kan nätverket samverka och bidraga till den kompetensutveckling som organisakunskap och information om av dessa. Projektering och utförande av grund- tionerna inom Nätverket Svensk Grundläggning av ett byggobjekt fodrar kun- läggning redan idag erbjuder. skap om bestämning av laster, geoteknik, omgivningspåverkan och utförandemeto- Svenska Geotekniska Föreningen der för grundläggning. Ibland brister det i (SGF) kunskap hos geokonstruktören, hos be- SGF bedriver fortbildning och kompeställaren och/eller geoprojektörer, vilket tensutveckling på flertalet sätt. Dels leder till undersökningar som inte är helt genom att arrangera ett antal oregelbunrelevanta. Eller har för liten omfattning i det återkommande kurser som närmare förhållande till de stora kostnader som en beskrivs nedan samt seminarier och temafelaktig projektering i många fall kan leda dagar. Seminarierna berör aktuella frågetill. Delar av kunskapen om grundlägg- ställningar och kan handla om Vilken mening förmedlas av våra skolor och univer- tod ska jag välja som förstärkningsåtsitet men en stor del är specifik för olika gärd? till Laboratoriearbete för handlägundersöknings- och utförandemetoder. gare och Geofysiska mätmetoder i geoDessutom är en viktig del av kunskapen teknikens tjänst. Temadagarna är bland erfarenhetsbaserad. Det finns många annat Grundläggningsdagen, KC-pelardalyckade utbildningar för handläggare som gen och Markvibrationsdagen som riktar vi inom branschen förmedlat inom senare sig till alla i branschen. Huvudkurs för fältgeotekniker – I Sveår, till exempel K/C-pelardagen och Pålkommissionens pålkurser. Mot bakgrund rige utförs varje år geotekniska fältunderBygg & teknik 1/08
Huvudkurs för fältgeotekniker genomförs på fem dagar.
sökningar till en kostnad av cirka 200 miljoner kronor. Den geotekniska utredningen och projekteringen är direkt beroende av kvaliteten hos ingångsparametrarna (jordparametrarna) varför det är av största vikt att tillförlitliga resultat uppnås. För detta måste fältpersonalen ha en god förståelse för olika moment i utförandet av en fältundersökning det vill säga inte bara förstå hur man ska göra utan också varför. Undersökningarna utförs idag av cirka 250 fältgeotekniker med varierande bakgrund och kunskaper. En naturlig upplärning och utveckling inom företagen saknas ofta då många fältundersökningar utförs som enmansarbete. Därför arrangerar SGF sedan ett antal år en huvudkurs för fältgeotekniker. Kursen genomförs som en internatkurs över fem dagar.
Certifieringskurser för miljöprovtagare – Från 2006 kan miljöprovtagare från Norden och Baltikum få sin kompetens certifierad. Krav ställs på godkända kurser och dokumenterad erfarenhet. SGF är kurs- och examensenhet i Sverige. Certifiering är ett sätt att säkerställa och bevisa rätt kvalitet på provtagningen. För beställaren ska certifikatet visa att provtagaren använder lämplig metod och utrustning. Det ska också visa att dokumentation och kvalitetskontroll är tillfredsställande. Certifieringen är personlig och det går att bli certifierad för provtagning av fast avfall, jord, grundvatten, bottensediment, spillvatten och slam. Huvudkurs för geotekniker – Sedan flertalet år har SGF arrangerat en huvudkurs i geoteknik för praktiserande geotekniker. Det är de djupare bakomvarande teorierna som behandlas i denna kurs för att ge ökad förståelse för jords beteende och kunskap i de beräkningsmodeller som finns. Målsättningen är att deltagarna inte enbart ska lära sig vad man ska göra utan även hur och varför. Denna kurs riktar sig till konsulter, entreprenörer och beställare och har tidigare varit cirka tio dagar fördelat över att par kurstillfällen på ett år. Kursen är för närvarande under omarbetning och kommer sannolikt att ges i ny tappning under 2008. Miljötekniska markundersökningar – Miljöproblem med förorenade markområden är en högst aktuell fråga. Miljöteknis-
Miljötekniska markundersökningar påvisar behov av efterbehandling.
Certifiering för miljöprovtagare från 2006. Bygg & teknik 1/08
ka markundersökningar utförs i flera olika syften, till exempel för att bedöma om en verksamhet förorenat mark, yt- och grundvatten, för att bedöma behov och omfattning av efterbehandlingsåtgärder samt bedöma miljöskulder i samband med försäljning av fastigheter eller verksamheter. Syftet med kursen är att deltagarna ska kunna ansvara för genomförande av miljötekniska markundersökningar med rätt kvalitet, ha baskunskaper om gällande la-
gar och förordningar, kunna vidmakthålla hälsa och säkerhet såväl för egen som för entreprenörers personal samt andra berörda. Kursen vänder sig till handläggare och projektörer på konsultföretag, personal från entreprenadföretag, handläggare på tillsynsmyndigheter samt beställare av miljötekniska markundersökningar. Kursen vänder sig även till dem som senare avser att certifiera sig som miljöprovtagare för jord, grundvatten, sediment, slam, spillvatten och avfall.
Pålkommissionen
Pålkommissionen bedriver forskning och teknikutveckling inom pålningsområdet. Kommissionen har till stor del bidragit till att ändamålsenliga och kostnadseffektiva pålade konstruktioner nu utförs med svensk pålningsteknik. Pålkommissionen ger också annat stöd till pålbranschen genom utbildning och utredningsverksamhet. Resultaten från verksamheten presenteras i rapporter och på föredrag, seminarier och kurser. Sedan 2004 arrangeras Påldagen, en kunskapsöverföring under mer fältmässiga former i samarbete bland annat med organisationer inom Nätverket Svensk Grundläggning. För att pålning ska kunna tillämpas på ett bra sätt i ett byggprojekt krävs god kunskap och kompetens hos de medverkande. Kraven på de medverkande skiljer sig dock åt beroende på vilken roll de har – om de är beställare, projektörer, specialister eller utförare. I ett tidigt skede gäller det till exempel ofta att välja optimal metod och i ett senare skede att dimensionera och utföra pålningen så bra som möjligt med vald metod. I såväl valet av metod, dimensioneringen som utförandet av pålningen måste underlag och krav från andra teknikområden beaktas. Pålkommissionens utbildningsverksamhet är i första hand inriktad mot specialister och projektörer inom pålningsområdet. För att medverka till att pålning tillämpas på ett bra sätt i byggprojekt tycker därför Pålkommissionen att det är viktigt att samordna sin utbildningsverksamhet med Pålentreprenörföreningen, SGF och Implementeringskommision för europastandarder inom geoteknik (IEG) då dessa föreningar delvis företräder andra roller och teknikområden än Pålkommissionen.
Pålentreprenörer utvecklas till kompetenta utförare
De entreprenörer som installerar geokonstruktioner, har länge insett att det finns ett kommunikationsproblem i branschen. Ett första steg att ta i frågan blev den branschgemensamma Avsiktsförklaringen år 2005. Företagen har genom denna förbundit sig för att som lägst följa den tekniska branschpraxis som uttrycks genom Pålkommissionens rapporter. Dessutom har entreprenörerna i det tysta redan för tio år sedan påbörjat en 45
ambitiös utbildningssatsning, hitinjan till ett kvalitetssäkrat utförande tills har cirka 250 grundläggare delav geokonstruktioner. tagit. Först genom kompetensutveckling av operatörerna, därefter Implementeringskommision för genom en lärlingsutbildning för euro pastandarder inom grundläggare som även ger ett yr(IEG) geoteknik kesbevis på vägen. Grundläggare Från 2008 och framåt står grundoch operatörer – de ofta leriga men läggningsbranschen inför en stor skickliga yrkesmännen som hanteförändring genom att de gemensamrar utrustningen i och omkring en ma europeiska standarderna kommer pål-och spontmaskin, borrigg eller att ersätta våra svenska standarder. I KC-maskin – behöver inte bara praktiken innebär det att myndighekunskaper i att hantera och köra ternas föreskrifter kommer att ansjälva maskinen. De måste även ha passas till europastandarderna och en förståelse för syftet och metodireviderade vägledningar/handböcker ken vid installation av geokonstrukkommer att tas fram. För en del typer tioner och för de risker och konseav konstruktioner innebär det stora kvenser som kan uppstå. Alla som förändringar, för andra något mindre sett en spontgrop slå igen eller fått förändringar. Övergången skapar ett stå för kostnaden för komplettestort utbildningsbehov, där alla inom rande pålning eller förstärkning bör grundläggningsbranschen behöver ha fått en insikt och påminnelse om kunskap om vilka förändringar som vikten av utbildad personal redan i påverkar deras arbete. första ledet. En kompetent utförare IEG har sedan hösten 2005 arbesom vet att i tid uppmärksamma tat med att ta fram verktyg (tillämpsmå tecken på att något inte står rätt ningsdokument) för att underlätta till. En välutbildad operatör kan övergången till europastandarderna. visa sig vara betydligt mer prisvärd Under 2008 kommer IEG att starta än den bästa ansvarsförsäkringen. upp sin utbildningsverksamhet som På motsvarande sätt har utförarkommer att omfatta tre typer av nas arbetsledare vidareutbildats, kurser: mer om detta längre ner. A. Grundläggande kurser riktar Ansvarig Grundläggare och yrsig till både geoprojektörer och geokesbevis – En Ansvarig Grundläggare arbetar utanför, eller som ope- Utförarnas Avsiktsförklaring baseras på vedertagen konstruktörer och efter genomgången kurs ska deltagaren känna till ratör i, en maskin för grundläggbranschpraxis. och förstå det nya i Europastandarning. Han – fortfarande mycket sällan hon – börjar ofta sin karriär som med- fem års dokumenterat branscharbete samt derna. B. Fördjupningskurser riktar sig till hjälpare på olika anläggningsprojekt. När en godkänd tredje omgång utbildning. han väl intresserar sig för grundlägg- Sammantaget innehåller processen fram geokonstruktörer och geoprojektörer med ningsbranschen sker en specialisering ex- till kompetensbeviset Ansvarig Grund- speciellt intresse för en viss tillämpning. empelvis till smed. Vill han utvecklas vi- läggare en lång och kvalificerad lärlings- Efter kursen är målet att man ska förstå dare erbjuds en allmän introduktionskurs utbildning i företaget, där branschen tar och kritiskt ifrågasätta så att man kan välom tekniker och maskiner för utförande, gemensamt ansvar för att utbilda och veri- ja en optimal lösning i enlighet med Europastandarderna. tillsammans med grundläggande kunska- fiera de teoretiska momenten. C. Tillämpningskurserna riktar sig till Att alltid kräva personal utbildade till per i arbetsmiljö, maskinteknik och säkerhet. Nu får han även sin ständige följesla- Ansvariga Grundläggare är en bra bör- dem som arbetar med fält, lab och redogare, kompetensboken, ett koncentrat av utbildningen med underlag för tidsredovisning av de praktiska momenten. Har han valt allt bli operatör för pål- eller spontmaskin för han sina lärlingstimmar istället i BYN:s (Byggindustrins yrkesnämnd www.byn.se) utbildningsbok för grundläggare. Efter minst ett års handledd branschpraktik och självstudier, väntar en veckolång internatutbildning som bland annat omfattar geoteknik, arbetsmiljö, entreprenadkunskap och säkra lyft. Samtliga moment verifieras med skriftliga prov. När lärlingen sedan arbetat minst 5 400 timmar, varav 3 600 timmar inom grundläggning och för en operatör minst 1 200 timmar av dessa i den aktuella maskintypen, och även visat godkända teoriresultat, har han kvalificerat sig för BYN:s yrkesbevis inom grundläggning. En Ansvarig Grundläggare blir du Läroplan och processchema för Ansvarig Grundläggare. dock inte förrän efter ytterligare tre till 46
Bygg & teknik 1/08
Bygg & teknik 1/08
47
CM-bindemedel
FÜr stabilisering av gyttja, torv och muddermassor Metoder fÜr att stabilisera organiska jordar som torv och gyttja har utvecklats. Dessa metoder ger inte bara stora miljÜvinster utan även ekonomiska fÜrdelar. )|UXQGHUV|NQLQJDU L ODERUDWRULXP IlOWI|UV|N RFK ÀHUD JQRP fÜrda projekt visar mycket goda resultat. CM-bindemedel* används idag inom väg- och järnvägsbyggandet samt vid stabilisering av muddermassor. Tabellen visar erfarenhetsmässigt lämpliga bindemedel och mängder.
*CM-bindemedel en blandning av cement och Merit ÂżQPDOG JUDQXOHUDG PDVXJQVslagg).
Typisk mängd kg/m3
Jord
Bindemedel
Gyttja
Cement 100% 120-200 CM-bindemedel 60/40%
Torv
Cement 100% 150-250 CM-bindemedel 40/60%
Mudder- Cement massor CM-bindemedel
70-200
Stabilisering av Roslagsbanan 2007
Specialstabilisering i Stockholm AB gemensamägt av Cementa AB och SSAB Merox AB FÜr mer information se hemsidan, www.specstab.se
TotalleverantĂśr
MarknadsAssistans
av geosynteter och anläggningsprodukter
• fiberduk • geomembran • geonät • gabioner • vägtrummor • rÜrbroar • VA-produkter
ViaCon AB Box 2064 531 02 LIDKĂ–PING Tel. 0510-600 40
Kontor Gävle: Box 267 801 04 GÄVLE Tel. 026-18 92 55
Kontor Lycksele: Box 200 921 24 LYCKSELE Tel. 0950-380 10
Kontor Stockholm: Tel. 08-59 420 420
Kontor GĂśteborg: Tel. 031-703 71 40
www.viacon.se 48
Bygg & teknik 1/08
visningsfrågor. De områden som inledningsvis kommer att behandlas i kurserna är; Grunderna för Eurokod, Dokumenthantering, Pålar, Sponter, Plattor, Slänter och bankar, Hydrauliskt grundbrott samt Bergtunnel.
Imponerad av kursutbudet inom Nätverket Svensk Grundläggning?
Du som läst så här långt kanske ändå är en smula imponerad av den utbildning och kompetens som finns att efterfråga. Och kanske överväger om du skulle kunna använda detta i din utvärdering av olika anbudsgivare? Eller om det finns någon sammanställning över detta, en lathund? Bra, läs då lite till…
Varför ett nätverk?
De personer och organisationer som samlades inom Nätverket Svensk Grundläggning insåg att det finns ett branschövergripande kommunikationsproblem. Kanske inte så påtagligt mellan beställare/beställare, tekniker/tekniker eller utförare/utförare. Men alldeles säkert vid samarbetet mellan de olika yrkesrollerna. Ofta är det så illa att den ena parten inte ens uppfattar problemet. I det läget är det enklare att skylla på traditionella fel och brister, eller på gamla myter om karteller och dumsnåla konstruktionen. Istället för att uppmärksamma de verkliga orsakssambanden och göra något åt problematiken. I vårt fall ledde diskussionen till handling! Deltagarna bestämde sig för att det var dags att lösgöra sig från bortförklaringar och vanföreställningar. Vi måste istället gemensamt titta framåt med mål att åstadkomma en verklig förnyelse inom svensk grundläggning. Därmed var också nätverket Svensk Grundläggning etablerat.
Vilka är med?
Följande organisationer har genom Nätverket Svensk Grundläggning bildat en öppen gruppering som spänner över hela grundläggningsbranschen. Inom sig har respektive organisation representanter från samtliga led – kund/beställare, myndighet, leverantör, konsult, entreprenör, forskning och utveckling/utbildning, till och med privatperson. I nätverket deltar vi därför både som representanter för en organisation och för vår yrkesroll. IEG arbetar med införandet av europastandarder Pålentreprenörerna samlar utförare av geokonstruktioner Pålkommissionen skriver rapporter och underlag för teknisk branschpraxis SGF är ett forum för geotekniska och miljögeotekniska frågor.
Kärnfrågor för organisationerna inom Nätverket Svensk Grundläggning
Alla de medverkande organisationer har redan inom sig frågorna utbildning, teknikutveckling, informationsspridning i någon form. Inom Nätverket Svensk Grundläggning ska vi utifrån respektive organisations kärnfrågor hitta arbetsformer ”på tvärs”. Vi tror att en förnyelse i branschen kan åstadkommas genom det personliga mötet mellan dessa olika roller, gärna i små arbetsgrupper för frågor som verkligen berör de deltagande individerna. Dessa kan sedan gå hem till sin organisation och där trovärdigt presentera problemet eller ett förslag till nytt arbetssätt. Förnyelsen kommer inte att ske av sig själv, men vi är övertygade om att arbetssättet är riktigt och har inlett processen. www.ieg.nu: implementering, standarder inom dimensionering, utförande, fält, lab, material, branschorganisation som tar fram underlag till nationella bilagor och skriver tillämpningsdokument. www.palentreprenorerna.se: utförande, hantering, maskiner, utrustning, arbetsmiljö, branschorganisation för entreprenörer, kommer under 2008 ombildas till ett forum för utförandefrågor, öppet för alla intressenter som leverantörer, myndigheter etcetera. www.palkommissionen.org: pålar, normsättande rapporter, forskning, diskussion och utveckling av pålteknik, medlemmar från byggande verk, entreprenörer, konsulter, tillverkare, kommuner, forskningsinstitut, utländska företag . www.sgf.net: geoteknik, miljögeoteknik, fält- och laboratorieundersökningar, kompetenshöjning, personligt medlemskap. som beställare utförarens kompetens? Hur kan en fältgeotekniker påvisa sina kunskaper? Litar du på geoprojektörens erfarenhet? Måste inte branschen gemensamt slå fast de grundläggande kompetenskriterierna för olika yrkesroller för att dessa ska få en trovärdighet? Jo, det tycker vi. Och vi anser dessutom att det borde vara självklart för en beställare eller upphandlare att efterfråga en Ansvariga Geokonstruktör, Ansvarig Geoprojektör eller Ansvarig grundläggare. Ansvarig arbetsledare Grundläggning har redan definierats inom utförarledet. Utbildningen omfattar geologi, geoteknik, stabilitet, grund- och jordförstärkning, lastkapacitet, bärförmåga, verifiering, handböcker och rapporter samt aktörer i grundläggningsprocessen. Den avslutas med en skriftlig examination. Vi vill nu genom näverket bekräfta denna yrkesrolls kompetens bland beställare och våra kollegor i hela grundläggningsbranschen.
Gemensamma kompetenskrav
Utbildninmgsutskottet blev ganska naturligt nätvekets första arbetsgrupp, ledamöterna består för övrigt av författarna till den artikel du nu läser. Hur verifierar du Bygg & teknik 1/08
Operatören, en av de olika yrkesrollerna inom grundläggning.
Nätverket Svensk Grundläggnings utbildningsutskott har funnit att det finns minst sju olika roller, som samverkar i olika grad i grundläggningsprocessen: ● Operatör ● Arbetsledare, platschef ● Geokonstruktör ● Geoprojektör/utredare ● Fältgeotekniker ● Beställare ● Myndighet. Vår utgångspunkt har varit att lista alla de kurser som redan finns, för att utifrån detta identifiera och samordna det gemensamma utbildningsbehovet för olika yrkesroller. Vi tror att det finns en stor utvecklingspotential i mötet mellan dessa olika roller. En gemensam utbildning, där de olika personernas erfarenhet kan lyftas fram, kommer vara ett viktigt forum för utveckling.
Du bör deltaga!
Utifrån arbetet med utbildning kommer vi att gå vidare. Vi har skapat ett informellt nätverk där olika yrkesroller och organisationer kan mötas utan någon styrgrupp eller tyngande organisations struktur. Nätverkets kontaktgrupp kommer att träffas ett par gånger per år, däremellan driver vi våra frågor i arbetsgrupper. Tycker du att det ligger något i de frågor vi ställer? Tror du att ett nätverk är en bra arbetsform? Kom då på vårt kompetensseminarium i april 2008 då vi bjuder in alla aktörer, intressenter, organisationer och beställare med intresse av vår bransch, att delta i det arbete för förnyelse som Nätverket Svensk Grundläggning nu initierat. Det är du som medverkar som sätter vår agenda! Det är du som kan förnya branschen genom ditt personliga engagemang! Börja gärna med att kontakta artikelförfattarna eller sök mer information på respektive organisations hemsida. ■ 49
Pålgrundläggning med hänsyn till korrosion – en genomgång av kunskaper, erfarenheter och dimensioneringsregler Rubriken ovan är också namnet på ett seminarium, som samlade drygt 50 deltagare och gick av stapeln i november 2007 i Stockholm. Seminariet handlade om beständigheten för stål i pålar av olika slag, som drivits ned i olika jordar. Under en lång följd av år har Pålkommissionen och Korrosionsinstitutet (numera Kimab) samt Statens geotekniska institut (SGI) bedrivit undersökningar på bland annat stålpålar i jord. Senare har även Pålentrepenörföreningen medverkat i arbetet. Baserat på undersökningarna hade tre skrifter tagits fram vilka presenterades på seminariet: ● En rapport från en översyn av dimensioneringsprinciper för pålbeslag ● Ett koncept till en rapport från en utredning om korrosion på pålbeslag ● Ett koncept till en rapport kallad ”Stålpålars beständighet mot korrosion i jord, Artikelförfattare är Wilhelm Rankka, tekn lic, geotekniker, WSP, samt medlem i Pålkommissionens seminariegrupp.
en sammanställning av dagens kunskaper, erfarenheter och dimensioneringsregler”.
Redovisade kunskaper och erfarenheter
Under seminariet redovisades de kunskaper och erfarenheter om korrosion på beslag av stål och stålpålar, som finns idag. Exempel på frågor som behandlades var: ● Hur ska vi dimensionera och hur ska vi skydda oss mot korrosion? ● Vad säger olika regler? ● Behöver vi nya regler? ● Hur ska vi skilja ut svåra eller komplexa förhållanden? ● Vad behöver vi lära oss mer om? Ulf Bergdahl, SGI, inledde seminariet. Ulf berättade att stålpålars marknadsandel ökat under flera år och idag står stålpålar för 40 procent av den totala längden installerade pålar i Sverige. Stål finns också i beslag till betongpålar och träpålar. Betydelsen av bra kunskap och regler för korrosion har således ökat. Samtidigt har vi idag flera olika anvisningar om korrosionsskydd i pålbranschen, se exempel från Ulfs presentation i figur 1. Tor-Gunnar Vinka, Kimab, exemplifierade senare under seminariet också en väsentlig skillnad som finns vad gäller stålspont i vatten, se figur 2. Efter inledningen redogjorde Gunnar Holmberg, Skanska Teknik, för en översyn av dimensioneringsprinciper för pålbeslag. Översynen var föranledd av att
kraven på rostmån tillämpas på ett nytt sätt i Vägverkets föreskrift Bro2004. Inom översynen rymdes en utredning av korrosion på beslag. Ulf Bergdahl, SGI, presenterade ett koncept till rapport från utredningen. Han välkomnade synpunkter på konceptet innan rapporten färdigställs. Göran Camitz, Kimab, fortsatte seminariet med att beskriva ”korrosionscellen”, en viktig mekanism för korrosion av pålar. Inom korrosionscellen bildas anod och katodytor och en jonström flyter genom jorden från anod till katod. På katodsidan främjar tillgång på syre korrosionscellen och på anodsidan främjas korrosionscellen till exempel av tillgång på kloridjoner. Jordens elektriska resistivitet påverkar strömmen av joner mellan anod och katod – hög resistivitet motverkar korrosion. Göran visade på olika typer av korrosionsangrepp; ”jämn korrosion” med ”medelfrätdjup” som mått, ”lokal korrosion” med ”maximal avfrätning” som mått och ”gropfrätning” med ”maximalt frätgropsdjup” som mått. Göran gav exempel från det omfattande försöksmaterial som sammanställts i ”Stålpålars beständighet mot korrosion i jord, …”. Syftet med sammanställningen är att sprida information om korrosion på stålpålar samt ge ett underlag för en förnyad värdering och eventuell revidering av reglerna för dimensionering med hänsyn till korrosion på stålpålar i jord. Göran välkomnade synpunkter på konceptet på
Din totalleverantör av mätteknik under markytan Mätteknik under markytan www.geometrik.se 50
Bygg & teknik 1/08
”Stålpålars beständighet mot korrosion i jord, …” senast till Luciadagen innan rapporten färdigställs. Tor-Gunnar Vinka, Kimab, avslutade seminariets föredragsdel med att bjuda in till projektet ”Korrosion i jord på stålpålar och andra bärande stålkonstruktioner – avslutning av långtidsprojekt i fält”. Projektet omfattar utvärdering av stålpålar som stått i jord i upp till 28 år, vilket innebär att projektet är unikt och mycket intressant för frågor om till exempel korrosionshastigheten på lång sikt.
Avslutande paneldebatt
Seminariet avslutades med en paneldebatt om hur vi ska hantera dagens situation med olika anvisningar och vad vi tycker är viktigt att lära om korrosion framöver. Christer Hermansson, Europile, var moderator för paneldebatten. Under paneldebatten diskuterades att vi (till exempel geotekniker) i projekteringen borde ha bättre kunskap om vilka faktorer i jord som påverkar korrosionen. Frågan ställdes också om vi tillräckligt utrett beständigheten och korrosionen på betongpålar. ■
Figur 1: Dimensionerande rostmån för hundra år på stålpålar i jord enligt olika anvisningar. För RR-pålar anges utvändig rostmån.
Endast 368 kronor plus moms kostar en helårsprenumeration på Bygg & teknik för 2008!
Z Z Z F R Q O D E V H
&RQODE lU HWW GDWRUSURJUDP VRP DQYlQGV I|U DWW XWYHFNOD RFK RSWLPHUD EHWRQJUHFHSW &RQODE DQYlQGV DY OHGDQGH WLOOYHUNDUH DY EHWRQJHOHPHQW RFK VWRPV\VWHP Figur 2: Rostmån på stålspont i vatten.
Bygg & teknik 1/08
$WW WD IUDP EHWRQJUHFHSW KDU DOGULJ YDULW OlWWDUH
51
Riskhantering vid sprängningsarbeten Stora infrastrukturprojekt planeras och genomförs för närvarande i Sverige, ofta i tätbebyggda områden. Vid anläggningsarbeten, såsom sprängning och schaktning, uppstår i många fall buller och vibrationer som kan påverka boendemiljön och industriell verksamhet i omgivningen. Otillräckligt projektunderlag, brist på finansiella resurser, felprioriteringar, okunnighet hos projektörer eller felbedömningen av vibrationsproblem kan leda till skador, ökade kostnader och oväntade förseningar. För att begränsa konsekvenserna av vibrationspåverkan krävs i ökande utsträckning riskanalyser. Tyvärr saknas ofta förståelse för hur den tekniska riskhanteringen bör genomföras. Bristande kunskaper om risker vid sprängningsarbeten kan dessutom leda till en för konservativ projektering, med onödiga kostnader och förseningar till följd. Genom tilllämpningen av en strukturerad riskhanteringsprocess vid sprängningsarbeten kan anläggningsprojektens kostnadseffektivitet höjas utan att riskerna ökar. Anläggningsarbeten kan innebära olika risker, som ofta kan hänföras till specifika projektaktiviteter. Vid större byggprojekt har myndigheter, finansiärer, projektägare och även försäkringsindustrin börjat ställa krav på en strukturerad hantering av de
Artikelförfattare är K. Rainer Massarsch, Vibisol International AB, Bromma, Martin Jonsson och Carl Wersäll, BergByggKonsult AB, Solna.
52
tekniska riskerna. Målsättningen är att genom riskhantering kunna åstadkomma en konstruktiv samverkan mellan berörda parter (dels projektören, entreprenören och ägaren/nyttjaren, men även grannar och tredje man). Därigenom skapas också en säkrare arbetsmiljö och ett ökat förtroende hos allmänheten. På så sätt kan riskerna sänkas till en nivå, som är tekniskt acceptabel och uppfyller projektets krav med avseende på ekonomi, tidplan, kostnader med mera. Projekteringen och genomförandet av större anläggningsprojekt i bebyggda områden kan vara en komplex uppgift med ibland många involverade parter. Riskhanteringen bör därför ingå som en integrerad del i byggprocessens planering och genomförande – och inte behandlas som en skrivbordsprodukt eller från verkligheten isolerad aktivitet. Rätt använt utgör riskhantering ett effektivt styrinstrument för projektledningen. Projektets planering och genomförande styrs och/eller påverkas av olika, ibland konkurrerande, villkor och regleringar, se figur 1. Anläggningsarbeten kan ha negativa effekter under byggskedet men även påverka omgivningen på längre sikt (till exempel under drift- eller nyttjandeperioden). Genom tillämpningen av ett strukturerat riskhanteringskoncept kan oönskade effekter och negativa konsekvenser av olika aktiviteter identifieras och styras så att konsekvenserna kan hållas på en acceptabel nivå. Om riskhanteringen tillämpas i ett tidigt skede finns större möjligheter att kontrollera riskerna
så att projektet kan optimeras med avseende på tidplan, kvalitetskrav, säkerhet och kostnader. Riskövervakning är kanske av ännu större betydelse vid mindre anläggningsprojekt eftersom skador eller förseningar i dessa fall kan orsaka proportionellt större konsekvenser. Riskhanteringsprocessen bör koordineras med andra, relaterade projektaktiviteter, såsom miljökonsekvensbeskrivningen, utformningen av arbetsmiljöplanen och övervakningen av projektets specifika krav och förutsättningar.
Hantering av tekniska risker
Vid anläggningsarbeten förekommer huvudsakligen tekniska risker, men även naturliga risker (nederbörd, översvämningar, frost och i andra länder jordbävningar) kan bli aktuella. Syftet med en teknisk riskanalys är att i samband med projekteringen identifiera olika aktiviteter som kan påverka projektet och dess omgivning på ett negativt sätt. Ofta används begreppet ”riskanalys” utan förståelse för dess innebörd och praktiska tillämpning. Ibland blandas därför tekniska utredningar (till exempel vibrationsberäkningar) samman med riskanalyser. Riskanalysen har en mycket bredare målsättning än en teknisk utredning och ingår som en del i riskhanteringsprocessen. En teknisk riskanalys utgår från oönskade händelser som kan uppstå i samband med olika byggaktiviteter. Eftersom det sällan finns tillräckligt statistiskt underlag för att uppskatta skaderisken måste riskbedömningar ofta baseras på
Figur 1: Krav och villkor som påverkar riskhanteringsprocessen vid genomförandet av anläggningsprojekt. Bygg & teknik 1/08
subjektiv erfarenhet, utgående från de projektspecifika förutsättningarna. Till skillnad från naturliga risker kan dock projektets händelser i högre grad styras och påverkas. Riskhanteringsprocessen vid anläggningsprojekt består av flera etapper som redovisas i figur 2. 1. Val av riskkategorier: Syftet är att samla likartade risker i en och samma grupp. Det är av fördel att begränsa antalet riskkategorier så att riskhanteringen förblir överskådlig. Riskkategorierna ska därför väljas utgående från projektets karaktär och specifika förutsättningar. Vid anläggningsprojekt kan riskkategorier exempelvis delas upp i följande grupper: 1) geoteknik/geohydrologi, bergmekanik, 2) miljö (mark, luft och vatten etcetera), 3) byggnader och konstruktioner på och under mark, 4) brand och explosioner, 5) gaser, kemiska risker, 6) samhällspåverkan (människor, industrier och annan verksamhet). I en bredare riskanalys kan andra riskkategorier behöva tas med, såsom finansiella risker, förseningar, projektbeman-
ning, förtroende hos tredje man, brist på resurser (kompetens, material eller utrustning), politiska och administrativa föändringar (på lokal, regional och nationell eller internationell nivå). Av sprängning förorsakade, oönskade händelser och faror kan tillhöra flera riskkategorier, eftersom dessa kan påverka geoförhållanden (till exempel sättningar i jordlager, hållfasthetsnedsättning genom uppspräckning av berg), miljön (buller, vibrationer, inverkan på jord och bergs stabilitet, utstötning av block i tunnelväggar, tryckvåg eller luftstöt), byggnader (skador i byggnader och deras grundkonstruktion), brand och explosion (feltändning, dolor, hantering av sprängämnen), gas och kemiska risker (giftiga ämnen i luft, förorening av sprängsten och grundvatten) samt samhällspåverkan (störningar för boendemiljön, inverkan på transporter och kommunikationer, driftstörningar i industriell verksamhet). 2. Beskrivning av projektaktiviteter: Till skillnad från naturliga risker uppstår vid anläggningsprojekt oönskade hänFigur 2: Beskrivning av riskhanteringsprocessens olika etapper.
Bygg & teknik 1/08
delser, och därmed förknippade faror, huvudsakligen på grund av planerade aktiviteter. Alla potentiellt farliga aktiviteter bör finnas upptagna och beskrivna i projektplanen, såväl i tid som i läge. Därför är det nödvändigt att identifiera och uppdatera dessa under projektets gång. Exempel på aktiviteter vid byggprojekt, som kan medföra oönskade händelser, är: sprängning, slagning av pålar eller spont, schaktning, fyllning och packning av jord- och bergmassor, lastning och transporter ovan och/eller under mark, borrning, pumpning, injektering, ventilation samt förvaring av kemikalier och andra farliga ämnen. Projektaktiviteter blandas ibland samman med ovan nämnda riskkategorier. Sprängningsrelaterade aktiviteter bör fastställas i projektplanen med avseende på tid och position. Omfattningen kan variera från projekt till projekt. Sprängning anses ofta vara en specialistkompetens som endast kan planeras och utförs på empirisk väg, med stöd av erfarenhet från tidigare projekt. Därför överlåts sprängningsarbeten ofta till underentreprenörer som inte alltid har full insyn i projektet som helhet. Därmed ökar risken för missförstånd, bristande kommunikationer och oklara ansvarsförhållanden vid eventuella skadefall. 3. Identifiering av oönskade händelser: Varje projektaktivitet kan medföra oönskade händelser som ofta identifieras utgående från erfarenheter från tidigare projekt. Arbetet utförs lämpligen med stöd av en riskmatris, som kan länkas till projektplanen och kontinuerligt uppdateras. Under projekteringsskedet kan ett flertal aktiviteter innebära risker. Som exempel kan nämnas otillräcklig information om de geotekniska och bergtekniska förutsättningarna, brister i kartläggningen av byggnaders grundläggningsförhållanden, felbedömning av vibrationsutbredningen i olika geologiska formationer och val av relevanta vibrationsgränsvärden för byggnader, maskiner eller elektronisk utrustning. Under denna fas fastställs också ofta laddningsplaner utgående från liknande projekt, empiriska samband eller provsprängningar. I många fall installeras vibrationsmätare på vibrationskänsliga byggnader och andra anläggningsdelar eller i närbelägna tunnlar för att kunna övervaka och dokumentera eventuella överskridanden av gränsvärden. Även under de förberedande och inledande sprängningsarbetena kan oönskade händelser uppstå, till exempel stomljud vid borrning, buller och vibrationer från provsprängningar, stenkast, gaslukt och damm med mera. Det är inte ovanligt att de flesta klagomålen erhålls under ett tidigt skede av projektet. Därför är det angeläget att allmänheten informeras i god tid och på ett ansvarsfullt sätt. I denna strategi ingår också besiktning av 53
byggnader (dokumentation av eventuella skador), provtryckning av rökkanaler samt inventering av vibrationskänsliga anläggningar och processer. De flesta och största riskerna uppstår dock i samband med produktionssprängningen. Borrningen och dess precision (position och lutning) måste kontinuerligt övervakas och dokumenteras. Val av samverkande laddningsmängd, typ av sprängämne, laddningsplan och tändfördröjning måste anpassas till de specifika förutsättningarna och eventuellt ändras under projektets gång. För detta ändamål är det viktigt att resultaten från vibrationsmätningar på relevanta mätpunkter utvärderas och bedöms på ett korrekt sätt. 4. Riskvärdering: Olika värderingsmodeller förekommer. Vid anläggningsprojekt sker riskvärdering ofta enligt ”Delphi”-modellen, där ett flertal experter (som helst täcker olika teknikområden) granskar projektets aktiviteter med avseende på faror och oönskade händelser. Eftersom riskvärderingen avser byggprocessen bör även entreprenörens roll och ansvar (arbetsmiljöplanen) beaktas. Den tekniska riskvärderingen baseras normalt på sammanvägningen av två parametrar; sannolikheten för att en oönskad händelse inträffar, och konsekvenser som denna händelse kan ha för projektet och omgivningen. Värderingsskalan varierar från mycket låg till mycket hög, ofta uppdelad i fem steg. Risknivån beräknas genom multiplikation av sannolikheten och konsekvensen av den oönskade händelsen. Projektören (i samråd med entreprenören) har ofta den bästa kunskapen om olika aktiviteters utförande och kan därför lättast bedöma sannolikheten för att oönskade händelser inträffar. Vid bedömningen av händelsernas konsekvens bör däremot, utöver projektören (entreprenören), också berörda parter tillfrågas, eftersom de kan ha bättre kunskaper om aktiviteters konsekvenser. Riskvärdering av sprängningsarbeten utförs ofta på empirisk väg, med stöd av erfarenheter från tidigare projekt under likartade förutsättningar. Eftersom sprängningsarbeten ofta utförs av underentreprenörer bör ansvarsfördelningen för eventuella skador klarläggas genom avtal. Det är dock viktigt att en riskansvarig utses inom projektledningen som har överblick över projektets olika aktiviteter och förutsättningar. Bedömning av sannolikheten att oönskade händelser inträffar utförs lämpligen av en utsedd riskansvarig i samråd mellan projektören och entreprenören. Vid stora anläggningsprojekt kan konsekvensbedömningen av sprängningsarbeten vara en komplex uppgift som kräver omfattande resurser. Bedömningen av konsekvenserna av olika projektaktiviteter involverar däremot också tredje part, till exempel ägare 54
av anläggningar och verksamheter inom riskområdet, som måste ges möjlighet att delta i beslutsprocessen. Många gånger bygger konsekvensbedömningen på subjektiva värderingar (till exempel inverkan av buller och vibrationer) som kan vara svåra att fastställa (till exempel vibrationspåverkan på maskiner eller känslig elektronisk utrustning). Ibland måste kompromisser göras mellan kravnivån och kostnader för skyddande åtgärder eller finansiell kompensation för skador. 5. Riskmatris: Resultatet av riskvärderingen sammanställs i en riskmatris, där risknivån för olika projektaktiviteter och/ eller påverkan av dessa på specifika objekt registreras. Det finns olika sätt att skapa en riskmatris som ofta utförs med datastöd (genom upprättandet av ett riskregister). Riskmatrisen ska vara ett ”levande dokument” som skapas under ett tidigt skede av projektet och sedan uppdateras kontinuerligt. Förändringarna i riskmatrisen ska kunna spåras. Riskmatrisen är nyckelverktyget för en strukturerad riskhanteringsprocess, eftersom den kan länkas till, och avstämmas med, olika ibland samtidigt pågående projektaktiviteter. 6. Projektstyrning: Riskmatrisen utgör ett verktyg för projektstyrningen och riskövervakningen bör ingå i projektledningens verksamhet, lämpligen med en särskild person som riskansvarig. Som ovan nämnt påverkar och påverkas riskhanteringen av flera olika frågeställningar, samt gällande lagar (miljöbalken, arbetsmiljölagen), kvalitetskrav, försäkringsvillkor med mera. När risknivån bedöms vara acceptabel för en specifik aktivitet kan risken ”stängas” varvid detta också noteras i projektplanen. Skulle projektets förutsättningar eller villkor ändras så kan det vara nödvändigt att upprepa riskanalysen för denna aktivitet.
7. Riskreduktion: Om risknivån bedöms vara oacceptabel måste riskreducerande åtgärder vidtas. Detta kan ske genom styrande åtgärder (förändrade arbetsmetoder, förstärkningsåtgärder, kompletterande undersökningar och/eller analyser) samt tillämpningen av ”active design”-konceptet (kontroll och övervakning i samband med projektutförandet samt förberedelse av skyddande åtgärder). Det är viktigt att en ansvarig utses för varje riskreducerande åtgärd, som ansvarar för att åtgärden utförs enligt tidplanen, i erforderlig omfattning och värderar konsekvensen med avseende på risknivån. Om styrande åtgärder inte finns tillgängliga måste projektets förutsättningar förändras (till exempel genom omprojektering eller val av annan bygglösning). En positiv bieffekt av att identifiera riskreducerande åtgärder är att om oönskade händelser inträffar så är organisationen förbered och en handlingsplan kan enkelt sättas in för att minimera eventuella störningar av projektet.
Vibrationer förorsakade av sprängningsarbeten
Vid sprängningsarbeten frigörs energi som har till uppgift att spräcka upp berg, till exempel i samband med tunnelprojekt. Salvorna kan bestå av ett stort antal detonationer som pågår under flera sekunder. Figur 3 visar svängningshastigheten som funktion av tiden och illustrerar att svängningsförloppet består av flera intensiva svängningscykler som motsvarar antalet intervaller i salvan. I figur 4 påsidan 56 visas en utvärdering av svängningsförloppet med avseende på antalet svängningscykler, N. Stapeldiagrammet anger antalet svängningscykler inom olika intervall av svängningshastigheten. Dessutom har antalet svängningscykler summerats. Det totala
Figur 3: Vibrationsmätning i samband med tunnelsprängning: Vertikal svängningshastighet (maximalamplitud: 47,6 mm/s) uppmätt i berg vid sprängning med samverkande laddningsmängd 1,6 kg. Bygg & teknik 1/08
SYMMETRIX – MAI – UNIGROUT Våra produkter gör jobbet enkelt!
Grundläggningsutrustning från Atlas Copco Vi kan erbjuda ett komplett sortiment av grundläggningsutrustning inom förstärkning, foderrörsdrivning och injektering. Våra produkter används idag av entreprenörer från hela världen och bidrar med en totalkvalitet på hela utförandet.
Atlas Copco CMT Sweden AB 105 23 Stockholm • Tel. 020-78 44 55 www.atlascopco.se
Figur 4: Svängningshastigheten som funktion av antalet svängningscykler, N, (blåa staplar, vänster axel) samt uppsummeringen av antalet svängningscykler under en salva (röd kurva, höger axel). antalet svängningscykler under salvan var 2 600, varav 600 var högre än 10 mm/s. Stapeldiagrammet visar att svängningshastighetens spridning vid högra amplituder är relativt stor och inte följer ett tydligt statistiskt samband. Det är uppenbart att omgivningen vid endast en salva utsätts för ett stort antal svängningar och att vissa material, som är känsliga för cyklisk belastning (till exempel friktionsjord) eller för utmattning (sprutbetong, bruk eller uppsprucket berg), kan påverkas negativt. Svängningsrörelser karakteriseras av amplitudens variation med tiden (förskjutning, hastighet eller acceleration), men även av frekvensinnehållet (det vill säga antalet svängningscykler per se-
kund). För att kunna studera inverkan på byggnader, byggnadsdelar, väggar eller utrustningar med olika dynamiska egenskaper (resonansfrekvenser) kan det vara av betydelse att undersöka svängningsförloppets frekvensinnehåll. Ett inom strukturdynamiken vanligt förekommande sätt är att studera hur svängningsförloppet påverkar ett massa/fjäder-system vid olika frekvenser, Dowding (1985). I figur 5 visas ett så kallat responsspektrum, där vibrationens frekvensinnehåll har avsatts mot svängningshastigheten i ett dubbellogaritmiskt diagram. Där åskådliggörs dels den ofiltrerade signalen enligt figur 3, dels en filtrerad signal (filtrerad vid 300 Hz enligt svensk standard). Det är uppenbart att den
Figur 5: Responsspektrum av svängningsförloppet för en ofiltrerad och en filtrerad vibrationssignal, jämför figur 3 (responsspektrat är beräknat vid tre procent dämpning). 56
maximala svängningshastigheten i figur 3 (som ofta används som skadekriterium) endast ger begränsad information om den potentiella skadeverkan av ett svängningsförlopp. En fördel med redovisningen av ett svängningsförlopp i form av ett responsspektrum i dubbellogaritmiskskala är att man i samma diagram utöver svängningshastigheten även kan avläsa motsvarande förskjutningsamplitud och acceleration. Vibrationssignalen uppnår den maximala pseudohastigheten vid cirka 250 Hz. Begreppat ”pseudohastighet” användas för att betona att detta värde är beräknat för ett fiktivt massa-fjädersystem med dämpning. Förskjutningsamplituden är vid denna frekvens cirka 0,3 mm och accelerationen cirka 70 till 80 g. I diagrammet kan tydliga resonanseffekter observeras vid flera frekvenser (22, 50, 250 och 300 Hz). Särskilt vid högre frekvenser påverkas svängningsamplituden genom filtreringen, vilket också kan ses i figur 5. En vibrationsanalys med stöd av responsspektra ger värdefull information om påverkan på vibrationskänsliga byggnader, men även på byggnadsdelar (väggar), tunnlar och maskiner.
Sprängningsarbeten i bebyggda områden
Vid sprängning i berg alstras huvudsakligen kompressionsvågor (P-vågor), som utbreder sig radiellt från sprängningsområdet. Vågutbredningens riktning och vibrationernas karaktär påverkas dock av de geologiska förutsättningarna, såsom förkastningszoner, sprickor i berg och de olika jordlagrens dynamiska egenskaper. Vibrationernas dominerande svängningsriktning styrs av sprängplatsens läge i förhållande till olika riskobjekt. I bebyggda områden påverkas byggnader och anläggningar på, men även tunnlar och installationer under markytan, se figur 6. Utförs sprängning direkt under en byggnad så kommer den vertikala svängningsrörelsen att dominera. Förkastningar och sprickzoner kan medföra en böjning och reflektion av vågutbredningen. Byggnader på större avstånd kan även utsättas för höga vibrationer i horisontell riktning. En annan viktig fråga, som ofta förbises, är de geologiska och geotekniska förutsättningarna mellan sprängplatsen och olika riskobjekt. I figur 7 visas en geologisk karta av ett riskområde. En sprickeller förkastningszon kan genom reflektion och refraktion ge upphov till vibrationsförstärkning framför, och avskärmningseffekter bakom en sprickzon. Under senare tid har effektiva numeriska beräkningsmetoder utvecklats, som möjliggör simulering av dynamiska problem i två och tre dimensioner. Kunskapen om berg och jordlagers dynamiska egenskaper kan beaktas vid datasimulering. I figur 8 visas FEM-beräkningar som ska illustrera vågutbredningen i jord Bygg & teknik 1/08
Figur 6: Vibrationer som alstras vid bergsprängning kan påverka byggnader och anläggningar både under och ovanpå markytan, Bahrekazemi et al. (2007).
från en sprängning under mark. Beräkningen visar vågutbredningsmekanismen, där kompressionsvågorna dominerar. På ytan bildas dessutom ytvågor som utbreder sig till omgivningen. De stora förskjutningarna som markerats med rött i figuren beror på en uppförstorning av deformationerna med en faktor 1 000 för att enklare visualisera vågutbredningen. Moderna beräkningsmetoder öppnar nya möjligheter att simulera vågutbredningen, men också den dynamiska samverkan mellan undergrunden och olika typer av byggnadsverk eller tunnlar. Datasimulering används rutinmässigt inom till exempel jordbävningstekniken eller vid dimensionering av off-shore-anläggningar. Det är något överraskande att datasimulering av sprängningsinducerade vibrationer sällan utnyttjas, trots de stora potentiella vinsterna av en mera tillförlitlig vibrationsprognos.
Riskbedömning enligt svensk standard
Svenska ingenjörer och entreprenörer har lång erfarenhet från sprängningsarbeten under mycket svåra förhållanden, Langefors & Kihlström, (1978). Svensk standard SS 460 48 66 (Vibrationer och Stöt – Riktvärden för sprängningsinducerade vibrationer i byggnader) används ofta med stor framgång som underlag vid risk-
Figur 7: Geologisk och geoteknisk bedömning av vågutbredningen vid sprängningsarbeten.
bedömning. Under kapitel 5 (Övrig kontroll) nämns några frågeställningar som bör tas upp i en riskanalys: ● Bedömning av risker förenade med geologiska förhållanden, geotekniska förhållanden och grundvattenförhållanden samt stabilitetsproblem och behov av sättningskontroller. När sådana risker föreligger bör en geoteknisk utredning utföras. ● Redovisning av närliggande byggnaders grundläggning och konstruktion. ● Förteckning över befintliga ledningar, tunnlar och bergrum. Tyvärr ger standarden ingen vägledning hur riskbedömningen bör utföras, samtidigt som det saknas anvisningar hur markvibrationsproblemen kan analyseras. Geotekniska frågeställningar behandlas dessutom på ett bristfälligt sätt. Exempelvis antas samma jorddynamiska egenskaper för så skilda material som löst lagrad morän, sand, grus och lera. Ett sådant förfaringssätt vore otänkbart vid till exempel dimensionering av dynamiskt belastade fundament eller jordbävningsproblem. Svensk standard bygger på erfarenheter från en tidsperiod då vibrationsmätningar var både komplicerade och dyra. Därför begränsades mätningen till endast en (vertikal) riktning. Som framgår av figur 6 och 8 sker vibrationsutstrålning vid sprängning under mark i olika riktningar.
För en vibrationsprognos är det nödvändigt att mäta vibrationerna i tre riktningar. Eftersom endast då kan den resulterande svängningsresultanten bestämmas, jämför figur 6 och 7. Särskilt vid sprängning intill befintliga tunnlar har vågutbredningsriktningen stor betydelse och mätningar bör utföras i olika punkter längs tunnelväggen. I Svensk standard beräknas gränsvärdet v med hjälp av följande empiriska formel v = v0 Fk Fd Ft
där v0 är den okorrigerade svängningshastigheten (mm/s), som är beroende av typ av undergrund. För lösa jordlager (löst lagrad morän, sand, grus och lera) rekommenderas v0 lika med 18 mm/s. Det är anmärkningsvärt att inverkan av grundvattennivån inte omnämns eftersom den har stor betydelse för vågutbredningen. För en noggrannare bestämning av v0 rekommenderar standarden att tryckvågens utbredningshastighet (P-vågen), CP, bestäms i grundläggningsnivå och v0 beräknas enligt följande samband CP v0 = ––– (2) 65 där v0 anges i mm/s och CP i m/s. Tabell 1 på nästa sida visar typiska värden för Pvågshastigheten i olika jordarter, samt i
Figur 8: Simulering av vågutbredningen i jord förorsakad av sprängning, simulerad med 2D-FEM program. Bygg & teknik 1/08
(1)
57
grundvatten. Vid tillämpningen av ekvation (2) med de i tabell 1 angivna värden på P-vågshastigheten skulle orimligt låga värden på den okorrigerade svängningshastigheten v0 erhållas. Det i svensk standard rekommenderade värdet (18 mm/s) motsvarar P-vågshastigheten i jordar under grundvattenytan. Värdena v0 i torra jordar är orimligt låga och därför borde ekvation (2) inte användas. I Svensk standard rekommenderas ”som gräns för det område som besiktning skall omfatta avståndet 50 m för byggnader grundlagda på berg och 100 m för byggnader grundlagda på lera i områden med sammanhängande bebyggelse”. Detta tolkas ofta som riskområdets utsträckning, trots att denna gräns endast avser besiktningen av byggnader. I många fall kan det vara motiverat att studera de geologiska förutsättningarna inom ett betydligt större område. Även de geologiska förutsättningarna mellan sprängplatsen och olika riskobjekt har stor betydelse för vibrationsutbredningen och borde omnämnas och värderas i en riskanalys. En annan, allvarlig brist i standarden är att den inte närmare beaktar betydelsen av byggnaders grundläggning, exempelvis skillnaden mellan pålgrundlagda byggnader eller byggnader på löst lagrad friktionsjord (som är mycket sättningskänslig). Särskilt vibrationskänsliga är byggnader med blandad grundläggning, där exempelvis en del av byggnaden är grundlagd på berg eller fast morän, och en del på ofta otillräckligt packade fyllnadsmassor. En vanligt förekommande – men ur jorddynamisk synvinkel felaktig – uppfattning är att pålgrundlagda byggnader kan jämföras med byggnader grundlagda på fast jord. Pålgrundlagda byggnader är styva i vertikalriktning men mycket känsliga för horisontalsvängningar, eftersom pålarna har mycket låg sidostyvhet. Vid sprängning i närheten av en slänt, schakt, fyllning eller vägbank måste risken för släntrörelser beaktas. Det har visat sig att hållfastheten av en homogen lera inte nämnvärt påverkas av vibrationer. Däremot är varviga leror och leror med skikt av silt och sand mycket känsliga eftersom gränsskikten mellan sand och lera ofta består av kvicklera. Vid en temporär ökning av porvattentrycket kan effektivspänningen i friktionsjorden minska, med ökad risk för jordrörelser eller skred. Förekomsten av dessa riskjordar
58
Tabell 1. Beräknad okorrigerad svängningshastighet för olika jordarter samt motsvarande v0-värde enligt ekvation (2). ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Typisk Okorrigerad svängningsJordart hastighet, v0 P-vågshastighet, CP m/s mm/s ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– *) 200 3 Lös sand och silt Medelfast sand *) 400 6 9 Mycket fast sand *) 600 800 12 Löst grus och singel *) Fast morän *) 1 000 15 Grundvatten 1 450 22 Vattenmättad, fast morän 1 600 25 3 000 46 Sandsten ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– *) ovanför grundvattenytan
kan undersökas genom exempelvis geologisk kartering, upptagning av jordprover eller trycksondering med portrycksmätning (CPTU). Standarden gäller för sprängningsinducerade vibrationer i byggnader. Dessa riktvärden ska användas vid bestämning av tillåtna vibrationsnivåer. I svensk standard används begreppen ”gränsvärde” och ”riktvärde” utan att skillnaden mellan dessa definieras. I SL:s Allmänna anvisningar FöI-364 ges en tydligare vägledning för val av gränsvärde respektive larmvärde. Gränsvärde: Arbeten avbryts. Orsak till överskridande ska utredas och åtgärder vidtagas. Arbetena får sättas igång endast efter godkännande av SL (TeBA Tekniska). Larmvärde: Meddelande och mätvärde ska tillsändas TeBA. Orsak till överskridande ska utredas och åtgärder vidtagas i samråd med TeBA. Den praktiska anvädningen av gränsvärden och styrvärden vid sprängningsarbeten beskrivs av Bahrekazemi et al. (2007).
Exempel på riskhantering inom EU
Riskhanteringskonceptet i föreliggande rapport bygger på erfarenheter från flera EU-finansierade forskningsprojekt (CALAR, GeoTechNet och ESPON) i vilka svenska organisationer och företag har medverkat. Riskbedömning tillämpas inom EU i ökande omfattning för att begränsa olika faror. Ett intressant exempel är det ännu pågående och mycket omfattande projektet ESPON (European Spatial Planning Observation Network) i vilket 27 europeiska nationer deltar, däribland Sverige genom SMHI. En viktig uppgift för ESPON är kartläggningen av
naturliga risker (till exempel jordbävningar, översvämningar, jordskred), teknologiska risker (till exempel kärnkraft, kemiska tillbud eller flygolyckor) eller kombinerade risker (till exempel klimatförändringar) i Europa. I ESPON:s Rapport 1.3.1 ”Natural and technological hazards and risks in European regions” ges även en detaljerad beskrivning av riskhanteringsprocessen, samt hur den tillämpas i praktiken. EPSON-projektet utgår från en kartläggning av faror som bedöms enligt en expertbaserad beslutsmodell (Delphi-metoden). I Europa dominerar naturliga risker med 74 procent (till exempel översvämningar: 15,6 procent, skogsbränder: 11,4 procent och jordbävningar: 11,1 procent) jämfört med tekniska risker (bland annat kemiska olyckor, olyckor i kärnkraftverk, miljöfarligt avfall, sjötransporter och stora dammar), som utgör totalt 26 procent av alla risker. Utgående från ESPON-projektet har geologiska och geotekniska risker i samband med grundläggningsprojekt i Europa beskrivits av Massarsch & Topolnicki (2005). En annan viktig aspekt vid riskbedömningen enligt ESPON-modellen är möjligheten att påverka olika faror och deras konsekvenser, samt hur samhället kan reagera. Resultaten från ESPON-studien används redan som underlag av beslutsfattare inom EU vid hantering av olika risker, exempelvis jordbävningar. Figur 9 visar inventeringen av jordbävningsfaran i sydöstra Europa. I figur 10 anges risknivån för jordbävningar utgående från deras intensitet och områdens sårbarhet. Figur 11 beskriver jordbävningsrisken enligt ESPON-metoden i samma region. En
Bygg & teknik 1/08
Figur 9: Fara för jordbävningar i sydöstra Europa enligt ESPON Rapport 1.3.1. Mörka färger indikerar högre fara för jordbävningar.
även entreprenörer, myndigheter och försäkringsbranschen medverkade. Inom ramen för projektet (Work Package 1: Consultable database) etablerades en internetbaserad informationsdatabas (www. geotechnet.org). Work Package 4 (”Recommendations for improved health and safety conditions during geotechnical construction”) behandlade säkerhetsfrågor på arbetsplatser och risken för skador i samband med grundläggningsarbeten. Europeiska entreprenörföreningen (European Federation of Foundation Contractors, EFFC) spelade en aktiv och viktig roll inom projektet. Work Package 5 (”Practice Document for Geotechnical Working Methods vs Environmental Impact”) behandlade miljöpåverkan vid olika anläggningsarbeten. Naturliga risker inom geoområdet behandlades inom Work Package 6 (”Determination of so-
Figur 11: Jordbävningsrisk i sydöstra Europa enligt ESPON Rapport 1.3.1.
hanteras genom strukturerad jämförelse mellan figur 9 och riskhantering. Riskhanterings11 visar att en motsvarande processen bör ingå som en nahög fara inte nödvändigtvis turlig del i projektledningen, innebär en ökande risk efteräven vid mindre projekt. Det som risken enligt figur 10 är möjligt att genom en strukockså beror på områturerad riskhanteringsprocess dets/samhällets sårbarhet (det minska eller begränsa riskerna vill säga möjligheten att stå samt att i god tid förbereda emot yttre påverkan samt kaolika skyddseller paciteten att återhämta sig förstärkningsåtgärder. från påverkan). Riskhanteringen anses ofta Inom ramen för EU:s olika vara en skrivbordsprodukt forskningsprogram har ett utan förankring i projektets flertal georelaterade, men verklighet. Rätt använd kan mindre omfattande, riskhanteriskhanteringen leda till höjd ringsprojekt genomförts. Som projektkvalitet, kontroll av Figur 10: Risknivå vid jordbävningar utgående från farans exempel kan nämnas projektet kostnader och tidplaner samt intensitet och områdets/samhällets sårbarhet för en fara CALAR (Concerted Action ett ökat förtroende hos all(ESPON Rapport 1.3.1). on Forecasting, Prevention mänheten. and Reduction of Landslide Vibrationer från en enda and Avalanche Risks) som inisalva förorsakar komplicerade tierades och administrerades av Statens cio-economic impact of natural disas- svängningsförlopp, som pågår under geotekniska institut, (SGI). CALAR be- ters”). All information från GeoTechNet- många sekunder och kan omfatta flera tuhandlade risker i samband med jordskred projektet är tillgänglig via internet. sen svängningscykler. En mera realistisk och snölaviner samt andra typer av beskrivning av vibrationers inverkan på jord/stenrörelser. byggnadsverk eller tunnlar erhålls med Slutsatser Ett annat relevant EU-projekt är Geohjälp av responsspektra, där förskjutning, TechNet, där forskare, konsulter men Vid anläggningsarbeten förekommer i svängningshastighet och acceleration vihuvudsak planerade aktiviteter, som kan
Fönster för generationer H-Fönstret i Lysekil tillverkar aluminiumfönster med träklädd rumssida och överlägsen livslängd. Skräddarsydda för fönsterbyten samt prisvinnande nyproduktion.
w w w. h f o n s t re t . s e
Bygg & teknik 1/08
H-Fönstret AB | 453 91 Lysekil | Tel 0523-66 54 50 | Fax 0523-478 74
59
sas som funktion av svängningsfrekvensen. En korrekt bedömning av sprängningsinducerande vibrationer förutsätter att hänsyn tas till vågutbredningen i vertikal och horisontal riktning. För en tillförlitlig bedömning av vågutbredningen inom ett riskområde måste de geologiska, bergtekniska och geotekniska förutsättningarna beaktas. Dynamiska påkänningar från sprängning kan simuleras med hjälp av numeriska metoder som beaktar jords och bergs dynamiska egenskaper. Dessa moderna beräkningsmetoder öppnar nya möjligheter att simulera vågutbredningen men också den dynamiska samverkan mellan undergrunden och olika typer av byggnadsverk eller tunnlar. Svensk standard bygger på lång erfarenhet och kan användas som projekteringsunderlag vid konventionella sprängningsprojekt. Vid komplicerade projekt som kan innebära stora risker är standarden dock inte tillräckligt tydlig, och i vissa avseenden missvisande. Standarden ger ingen vägledning hur vanliga grundläggningsförhållanden såsom pålgrundläggning, plattor på friktionsjord eller inverkan av grundvatten ska behandlas. En vibrationskänslig jordart är vattenmättad sand och silt, som är mycket sättningskänslig och kan förlora hållfastheten även vid relativt låga vibrationsnivåer. Det bör också påpekas att svensk stan-
dard gäller för sprängningsinducerade vibrationer i byggnader, vilket ofta glöms bort när den tillämpas på andra typer av konstruktioner (till exempel tunnlar under jord eller vibrationskänsliga byggnadsverk). ■
Referenser
Bahrekazemi, M., Bodare, A., Johansson, S-E., & Massarsch, K. R. (2007). Vibrationsproblem vid tunnelsprängning i bebyggda områden. V-byggaren, Nummer 4, s. 32–37. CALAR. (2000). Concerted Action on forecasting, prevention and Reduction of Landslide Avalanche Risks (CALAR). Contract No. ENV4-CT97-0551. Final report + Appendices. Eds: Berggren, B, Berglund, C. Statens geotekniska institut, SGI. Varia 496. 2000, 41 s + 304 s. (Appendices). Dowding, C. H., (1985). Blast vibration monitoring and control, PrenticeHall, Inc. Englewood Cliffs, NJ, 297 s. ESPON (2006). Natural and Technological Hazards and Risks Affecting the Spatial Development of European Regions. Report ESPON 1.3.1. Geological Survey of Finland, Espoo 2006 P. Schmidt-Thomé (Editor), www.espon.lu. Langefors, U., & Kihlström, B., (1978). Modern technique of rock blasting, AWE/ Gebers, Stockholm, 3 ed, 438 s.
Massarsch, K. R., & Topolnicki, M. 2005. Regional Report: European Practice of Soil Mixing Technology. Proceedings, Intern. Conf. On Deep Mixing, Stockholm, 23–25 May, 2005. Vol. 1, s. R1 – R28. SIS (1991). Vibrationer och Stöt – Riktvärden för sprängningsinducerade vibrationer i byggnader, Svensk standard SS 460 48 66. SIS TK 111, Utgåva 2, SIS Förlag AB, 10 s. SL (2007). Allmänna anvisningar FöI-
PG Geoteknik AB – ett företag i fält Upplagsvägen 17 • 117 43 Stockholm Tel 08-744 22 33 • Fax 08-744 05 60 e-post pggeoteknik@swipnet.se 60
Bygg & teknik 1/08
Europastandarder – en plattform för samverkan IEG – Implementeringskommission för europastandarder inom geoteknik Gemensamma standarder/överenskommelser har i flertalet branscher varit en förutsättning för utveckling och innovation. Några exempel är File Transfer Protocol (FTP) som skapade förutsättningarna för utvecklingen av WordWideWeb, SI-enheter möjliggjorde ett enkelt utbyte av mätdata mellan länder, kvalitetsklasser för stål och betong underlättade konstruktion och inköp. Det finns många fler exempel på att standarder kan vara en plattform för utveckling. Europastandarder inom geotekniken är i dag ett faktum och arbetet med att implementera dem i Sverige pågår. Denna artikel beskriver det branschövergripande arbete som IEG bedriver för att med utgångspunkt från europastandarder skapa samverkan i branschen med målsättningen att höja kompetensen, öka kvaliteten och skapa förutsättningar för utveckling. IEG:s arbete bedrivs i projektform, där inom branschen erkända geotekniker studerar olika tillämpningar. Syftet är att identifiera skillnader mellan dagens praxis och europastanderna, men framförallt att ta fram ett förslag till hur branschen ska hantera aktuell tillämpning. Vilka möjligheter till utveckling ger oss de nya europastanderna? Inledningsvis fokuseras arbetet på implementering av eurokoderna EN 1997-1 och -2. Helhetsperspektiv och samordning mellan olika projekt skapas genom ett aktivt styrelsearbete och att beredningsgrupper, bestående av representanter med olika bakgrund följer arbetet i projekten. IEG är ett forum med en aktiv diskussion Artikelförfattare är Magnus Karlsson, civ ing, gruppchef geoteknik/ bergteknik/ broteknik, Banverket, Borlänge, Lovisa Moritz, civ ing, geotekniker, Vägverket, samt Gunilla Franzén, tekn dr, tekn sekr IEG / forskningschef Väg och Banteknik, VTI.
Bygg & teknik 1/08
om framtidens verktyg för geobranschen, där myndigheter, beställare, konsulter, entreprenörer, forskare, materialtillverkare och leverantörer deltar i debatten.
Eurokoder en ram
Eurokoderna, som är ett paket med standarder för dimensionering inom byggsektorn, är i mångt och mycket paraplystandarder. Eurokoderna detaljstyr inte vilka beräkningsmodeller som ska tillämpas och säkerhetsnivån läggs fast nationellt. I eurokoderna fastställs en övergripande princip hur dimensionering ska utföras och vad som ska beaktas. Man kan säga att en gemensam ram skapas inom Europa, inom vilken varje land har möjlighet att till viss del rita sin egen tavla. För Sveriges del innebär detta en möjlighet att rita en branschgemensam tavla, där vi ser till att vi är överens om hur vi ska dimensionera, utföra och kontrollera våra geokonstruktioner.
Inledande arbete Nationell bilaga (NB)
Under 2007 har IEG:s arbete fokuserat på att ta fram underlag till en nationell bilaga till EN1997-1. Underlaget har bland annat omfattat förslag till: ● val av dimensioneringssätt ● val av partialkoefficienter ● hävdvunna metoder ● specifika paragrafer i EN 1997-1 som bör få en annan status (föreskrift eller råd).
I eurokoden beskrivs tre möjliga dimensioneringssätt vid dimensionering genom beräkning. De tre dimensioneringssätten skiljer sig åt genom att säkerheten läggs på laster och materialparametrar alternativt bärförmåga. Inom ramen för varje projekt har analyser genomförts och lämpligt dimensioneringssätt och värde på partialkoefficienten för aktuell konstruktion har föreslagits. Under sommaren/hösten 2007, har en dialog förts med Boverket, Vägverket och Banverket för att få en mer enhetlig bild. Dialogen har resulterat i att flertalet av
Vilka är med i IEG
IEG består av representanter från myndigheter, konsulter, entreprenörer, högskolor, forskningsinstitut, materialtillverkare och leverantörer. IEG:s styelse består av följande personer: Birgitta Boström, SGI ordf. Håkan Stille, KTH, vice ordf. Lovisa Moritz, Vägverket Magnus Karlsson, Banverket Lars Göransson, Boverket (adj.) Bo Berggren, SGI Björn Dehlbom, Ramböll Sverige AB Stefan Larsson, Tyrens/KTH Anders Kullingsjö, Skanska Christer Hermansson, PEF/Europile Agne Minser, Byggros Tomas Franzén, SveBeFo Gunilla Franzén, VTI, tekn sekr. (adj.)
Faktaruta IEG
På initiativ av Svenska Geotekniska Föreningen, i dialog med branschen, bildades IEG i september 2005. Målsättningen var att ta ett helhetsgrepp om implementeringen. Ur IEG:s stadgar: ”IEG är en ideell förening, under Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademiens, IVAs, hägn, som har till uppgift att initiera, samordna och utföra arbete som krävs för implementering av Europastandarder inom Geoteknikområdet, vilka inom de närmaste åren enligt EU-direktiv och lagen om offentlig upphandling kommer att ersätta och komplettera stora delar av dagens svenska geotekniska regelverk. Syftet är också att säkerställa att det tas fram nödvändiga hjälpmedel i form av anpassade handböcker o. dyl.” IEG:s arbetsområde omfattar bland annat standarder från följande tekniska kommittéer inom CEN: ● CEN/TC 250/SC7, Geoteknisk dimensionering – EN 1997 ● CEN/TC 288, Utförande av geokonstruktioner. ● CEN/TC 341, Geotekniska undersökningar och provning ● CEN/TC 189 , Materialstandarder. Hemsida: www.ieg.nu.
61
konstruktionerna kommer att dimensioneras enligt samma dimensioneringssätt, den som benämns Design Apporach 3 (DA3) i EN 1997-1. Detta innebär att säkerheten (partialkoefficienten) appliceras på materialparametrarna respektive lasten.
Pågående projekt
Inom IEG pågår projektverksamhet inom följande områden: plattor, pålar, stödkon-
FOTO: A KULLINGSJÖ, SKANSKA
62
struktioner, slänter och bankar, bergtunnel, hydrauliskt grundbrott, geoteknisk data, fält och lab. Nedan ges en kort beskrivning av dessa projekt, samt några resultat som framkommit. Projekt Grunder leds av Håkan Eriksson, SolidGeo. Syftet är att definiera grundläggande förutsättningar för dimensionering enligt eurokoderna. Grunder som är gemensamma för övriga projekt.
Figur 2: Exempel på pålar, Götatunneln.
Figur 3: Exempel på stödkonstruktion, Citytunneln.
FOTO: K ANDERSSON, NCC
Figur 1: Pågående projekt inom IEG.
Här beskrivs generellt vad det innebär att dimensionera genom: 1. Beräkning 2. Hävdvunna metoder 3. Provning 4. Oberservationsmetoden. Projektet beskriver hur karakteristiskt värde, partialkoefficienter och lastförutsättningar hanteras. Projektet visar vidare på den utvecklingsmöjlighet som finns genom att på ett strukturerat sätt beakta bland annat provningens omfattning och osäkerheten vid val av indata, vilket leder till ökad kunskap om jordens beteende för den aktuella konstruktionen. Projekt Plattor leds av Ulf Bergdahl, SGI. Syftet är att beskriva hur plattor ska dimensioneras och utföras. Inom ramen för projektet har bland annat konstaterats att den klassiska bärighetsekvationen, bör användas även framöver. Projekt Pålar leds av Gary Axelsson, ELU. Syftet är att beskriva hur pålar ska hanteras. Inledningsvis har fokus varit på dimensionering av mantelburna pålar, spetsburna pålar och lastkapacitet. Längre fram kommer frågor som påltyper, utförande och material att diskuteras. För pålar öppnar europastandarder möjligheten att genom modellfaktorer beakta den verkliga osäkerheten på rätt ställe i dimensioneringsmodellen.
Bygg & teknik 1/08
Figur 4: Dokument i byggprocessen.
Tillsammans med projekt Grunder har detta projekt en viktig uppgift att utifrån kraven i EN 1997 föreslå ett system för dokumenthantering. Målet är en bättre strukturering av branschens dokument (innehållsmässigt och status) och ett dokumentsystem som fungerar genom hela processen utan korskopplingar och onödiga omtag. Den största utvecklingsmöjligheten är att få en branschgemensam kvalitetshöj-
ning av såväl indata som dokumentation. Projekt Slänter och bankar leds av Yvonne Rogbeck, SGI tillsammans med Rasmus Müller, Tyréns. Projektet fokuserar huvudsakligen på bankstabilitet vid nybyggande. Enligt eurokoderna ska man tillämpa partialkoefficienter även vid släntstabilitetanalys. Detta skapar många frågeställningar eftersom erfarenheten av beräkning med partialkoefficienter för slänter i stort sett saknas. Projektet har kommit fram till att för ”normala” bankar med inte allt för komplexa grundförhållanden fungerar partialkoefficientmetoden tillfredställande. Det bör poängteras att tillsvidare kommer skredriskinventeringar att utföras enligt Skredkommissionens anvisningar. Projektet skapar möjligheter för att öka branschkunskapen om släntstabilitet och inte minst betydelsen av kvaliteten på indata för olika materialparametrar. Projekt Bergtunnel leds av Beatrice Lindström, WSP. Projektet visar att euro-
FOTO: A MINSÈR, BYGGROS
Projekt Stödkonstruktioner leds av Anders Ryner, GeoTeam. Inledningsvis har projekt fokuserat på att studera så kallade ”enkla” schakter, det vill säga klassisk spont med schaktdjup mindre än fyra meter. Frågeställningarna har berört hur partialkoefficienter på laster påverkar jordtryck och därmed spontutformning, hur vatten i konstruktionen ska hanteras och effekten av stagbortfall. För mer komplexa stödkonstruktioner diskuteras hur fasta partialkoefficienter ska kunna användas med bibehållen säkerhetsnivå, utan att få överdimensionerade konstruktioner. Obeservationsmetoden som är en av de fyra möjliga sätten att dimensionera konstruktioner enligt EN 1997-1, kan ge möjligheter till mer effektiva och innovativa stödkonstruktioner. Projekt Hydrauliskt grundbrott leds av Marius Tremblay, Tyréns. Projektet omfattar hur bland annat upplyft, bottenuppluckring, botten upptryckning och piping hanteras enligt eurokoderna. Detta är frågeställningar som idag behandlas styvmoderligt och på olika sätt. Projektet möjliggör att branschen får en större samsyn om hur frågor som berör vatten i geokonstruktioner bör hanteras. Projekt Geoteknisk data behandlar eurokoden EN 1997-2 Geoteknisk undersökning och provning och leds av Håkan Garin, GeoVerkstan. Förutom en konsekvensanalys av EN 1997-2, behandlar projektet geoteknisk kategori och hur geoteknisk data ska hanteras från ax till limpa. Geoteknisk kategori (GK) är ett nytt begrepp enligt EN 1997. Tidigt i ett projekt väljs geoteknisk kategori med hänsyn till projektets storlek, komplexitet och erfarenheten av liknande projekt. Valet påverkar: ● undersökningsprincip (GK1 översiktlig, GK2 detaljerad, GK3 fördjupad) ● beräkningsmetodik (GK 1 hävdvunna, GK2 och GK3 beräkning/observation) ● krav på kontroll och utförande ökar för högre GK.
Figur 5: Exempel Stödkonstruktion, jordarmerad konstruktion, Torsvik kraftvärmeverk.
kan…
Pålning ● Spontning ● Borrad grundläggning ●
www.chswahns.se Bygg & teknik 1/08
Kungsängens Gård, 753 23 Uppsala. Tel 018-69 25 00. Fax 018-10 27 15
63
Banverket, bg Byggros AB, Bjerking, Grontmij, Chalmers tekniska högskola, Europile pålteknik AB, FmGeo AB, GeoTeam AB, Geotech, GeoVerkstan, Golder Associates AB, Göteborgs Gatu AB, KTH, Leimet Oy, Maxit AB, NCC Teknik, Pålanalys, Pålentreprenörföreningen, Ramböll Sverige AB, Ruukki, Räddningsverket, SGF, SGI, Skanska Teknik, SolidGeo, SveBeFo, Sweco, Tyréns, WSP Sverige AB, Vägverket.
större än 20 cm och inte som tidigare 60 cm ● en del av svensk lermorän bör betraktas som berg. I det inledande projektet kommer skillnader mellan europastandarderna och det gamla klassificeringssystemet identifieras samt ett förslag tas fram till huruvida det finns ett behov av en nationell bilaga eller ej. Gemensamma laboratoriestandarder inom Europa underlättar samverkan med andra länder, eftersom det skapar förutsättningar för att grundläggande indata är bestämd på samma sätt.
kodernas grundläggande principer kan tillämpas för bergrum och bergtunnlar, även om det inte finns så många detaljerade regler om bergkonstruktioner i eurokoderna. Det fortsatta arbetet ska visa hur. Projekt Fält leds av Björn Möller, FmGeo AB. Projektet kommer att granska de europeiska fältstandarderna och hitintills har den nya standarden för Dynamic Probing jämförts med svensk praxis. Svensk hejarsondering finns med i standarden tillsammans med fyra andra metoder. För att även framöver kunna använda hejarsonderingen på det sätt som vi i Sverige är vana vid och därmed ta tillvara vår erfarenhetsbas, har projektet föreslagit ett par tilläggskrav som bör föras in i en nationell bilaga. Det gäller bland annat krav på frekvent vridning av sondstängerna, mellanlägg, krav på dynans vikt och kalibreringsrutiner. De nya metodstandarderna möjliggör en kvalitetshöjning av fältundersökningar och öppnar för att nya internationella metoder kan användas i Sverige. Projekt Lab leds av Bo Westerberg, SGI. Projektet har just påbörjats och i ett inledande skede kommer de nya standarderna runt klassificering att gås igenom. Några skillnader som har noterats är: ● nya benämningar och beteckningar (på engelska) ● material klassas som block om det är
Vägverket och Boverket är föreskrivande myndigheter för byggbranschen i Sverige. Det innebär att man har ett uppdrag att ge ut föreskrifter som överensstämmer med gällande standarder. Genom Sveriges medlemskap i EU står Sverige bakom det initiativ som startades 1975 och som nu drygt 30 år senare närmar sig ett färdigtställande, nämligen gemensamma europeiska beräkningsstandarder (eurokoder). Lagen om offentlig upphandling är en annan faktor som gör att föreskrifter från våra myndigheter kommer att anpassas till europastandarderna. Detta skapar initiellt ett stort arbete både för myndigheterna och för dem som ska använda föreskrifterna, men det ger också möjligheter till utveckling. Boverket kommer under våren 2008 att ha reviderat sin författningssamling, och därmed görs en övergång från BKR till eurokod. Vägverket kommer under våren 2008 att införa de nya partialkoefficienterna för dimensionering av geokonstruktioner i sin författningssamling som gäller vid nybyggande av vägar. Dessutom ser man över de upphandlingsregler man har i ATB Väg så att dessa ska harmoniera med SS-EN 1997. ATB Väg kommer att ges ut i ny form och under en ny benämning under våren 2008. Banverket har ingen föreskriftsrätt
Medlemmar i IEG
Myndighetsperspektiv
GEOMEK
utan är hänvisade till Boverkets regler. Under våren 2008 avser Banverket att se över och vid behov anpassa sina interna regler till eurokoderna.
Plattformen utvecklas vidare
Under 2008 kommer plattformen för samverkan som IEG utgör att utvecklas vidare genom: ● utbildning ● nya frågeställningar och nya projekt ● fortsatt dialog. Utbildning. IEG:s kursverksamhet kommer att startas under 2008. Målsättningen är att sprida information om europastandarderna, öka kunskapen i branschen och vara ett forum för dialog. Kurspaketet kommer att omfatta tre olika kategorier av kurser. A – grundläggande kurser med mål att man ska känna till och förstå bakgrunden med de nya europastandarderna. För många geoprojektörer kommer det att vara tillräckligt att gå dessa kurser för att ta till sig de nya verktygen. B – fördjupningskurser för respektive tillämpning/konstruktion, där målet är att man ska behärska och kunna ifrågasätta det som står i europastandarderna, genom att tillämpa det på ett eget aktuellt projekt. Denna kursnivå riktar sig till geokonstruktörer och till geoprojektörer med speciellt intresse för vissa tillämpningar. C – kurserna är tillämpningskurser inom lab, fält och redovisning, avsedda för dem som praktiskt arbetar med dessa områden. Nya frågeställningar. Under 2008 kommer IEG att starta nya projekt. Aktuella frågeställningar är: ● Hur hanteras numeriska metoder enligt eurokoderna? ● Vad innebär observationsmetoden för tillämpningar i jord och berg? ● Hur tillämpas eurokoderna för olika jordförstärkningsmetoder? Dialogen inom IEG kommer att fortsätta under 2008, för att få en branschgemensam syn på hur europastandarderna inklusive eurokoderna ska bli en möjlig-
Försäljning&&Service Service Försäljning
Stockholms Geomekaniska AB
Grundläggning & Geoteknik - borriggar - tillbehör - förankringstag/ jordspikning - mini-mikropålar - symmetrix
-
borriggar tillbehör miljögeoteknik mätteknik vattensänkhammare
GM 75 GTS
MAI-stag R51
Upplagsvägen 17 • 117 43 Stockholm • Tel: 08-744 05 00 • Fax: 08-744 22 10 www.geomek.com
64
Bygg & teknik 1/08
Nya rekommendationer för sulfidjord:
Geoteknisk klassificering och odränerad skjuvhållfasthet Nya rekommendationer har tagits fram avseende bestämning av odränerad skjuvhållfasthet och geoteknisk klassificering av sulfidjord. Med sulfidjord avses här sulfidjord i Norrlands kustland (tidigare kallad svartmocka) med en organisk halt av minst en till två procent. Rekommendationerna är resultatet av ett nyligen avslutat treårigt forskningsprojekt (LTU, SGI och Tyréns) som redovisas i LTU/SGI-rapporten ”Sulfidjord – geoteknisk klassificering och odränerad skjuvhållfasthet”. De erhållna resultaten och rekommendationerna har börjat nyttjas av branschen och har införts i relevanta svenska skrifter och program som reviderats under 2007. Den finkorniga sulfidjorden som finns längs Norrlandskusten är i allmänhet mycket kompressibel och har relativt låg skjuvhållfasthet. Detta ger upphov till geotekniska problem som exempelvis stabilitet, bärförmåga och sättningar. Vidare kan sulfidjorden utgöra en negativ miljöpåverkan genom försurning och kemisk påverkan på olika material om den utsätts för luft (syresätts) och får oxidera, vilket kan ske vid exempel urgrävning eller grundvattensänkning. I figur 1 visas ett exempel på ett kolvborrprov med sulfidjord, där den i fält ursprungliga svarta färgen har ändrats på mantelytorna till följd av oxidering. Den svarta färgen kommer från järnmonosulfiden (FeS). Beskrivning och klassificering av sulfidjords geotekniska (och miljögeotekniska) egenskaper har varit förknippat med vissa svårigheter beroende på att ett utArtikelförfattare är tekn dr Bo Westerberg, Statens geotekniska institut (SGI) / Luleå tekniska universitet (LTU). Bygg & teknik 1/08
Figur 1: Prov av svart sulfidjord som efter upptagning i fält har oxiderat och ändrat färg på sidorna.
provat enhetligt system för detta saknats. Vad avser klassificering av sulfidjord ur miljösynpunkt och råd och rekommendationer för hantering av sulfidjordsmassor hänvisas till Pousette (2007). Sulfidjord är vanligt förekommande i ett brett stråk längs Norrlands kustland, det vill säga inom de områden, där också huvuddelen av dess befolkning liksom industrin och infrastrukturen finns, figur 2. Sulfidjord är inte en jord med enhetliga egenskaper utan dess egenskaper som exempelvis kornfördelning, vattenkvot och densitet varierar, precis som för andra finkorniga jordar, mellan olika platser och ofta även med djupet. Det har tidigare rått osäkerhet om vilken (vilka) metod, inkluderat osäkerhet i hur resultaten ska tolkas, som ger rättvisande värden för den odränerade skjuvhållfastheten i sulfidjord. Resultaten har varierat en hel del mellan olika platser och försöksmetoder och de utvärderingsmetoder som utarbetats för andra finkorniga jordar har inte visat sig vara användbara i sulfidjord. I många fall har därför låga värden på korrektionsfaktorer använts vid tolkning av resultat från ving- och fallkonförsök för att vara på säkra sidan. Med en ökad tillförlitlighet till utvärderade värden på den odränerade skjuvhållfastheten kan överdimensionering och/eller onödiga förstärkningsmetoder undvikas samt risken för brott eller skred reduceras. Med en ökad kännedom om sulfidjords geotekniska och miljögeotekniska egenskaper i allmänhet ökar möjligheten att fullt ut kunna nyttja dess egenskaper. Detta ökar möjligheter till lösningar i geotekniken i praktiken som kan
optimeras ur tekniska, säkerhets-, ekonomiska och miljö- och naturresursmässiga aspekter. Bristerna i kunskap om sulfidjords geotekniska egenskaper har berott på den ringa forskning som utförts inom området, och kvarstår i vissa avseenden. Ett forskningsprojekt med avseende på klassificering av sulfidjord för geotekniska ändamål samt provning och utvärdering av sulfidjords odränerade skjuvhållfasthet har därför genomförts. Forskningsprojektet har utgjort ett samarbete mellan LTU, SGI och Tyréns. Projektet har finansierats av Räddningsverket, Banverket, Vägverket, Tyréns, Luleå tekniska universitet (LTU) och Statens geotekniska institut (SGI).
Försöksprogram
I detta projekt har undersökningar utförts i fem fältlokaler med sulfidjord, med varierande sammansättning, från Umeå i söder
Figur 2: Karta med ungefärlig utbredning av sulfidjord (skuggat område) samt de fem provlokalerna. 65
till Kalix i norr, figur 2. Lokalerna har benämnts Gammelgården, Sunderbyn, Hjoggböle, Västerslätt och Umeå bangård. Vidare har resultat från en stabilitetsutredning i Teg i Umeå inkluderats i studien. De fältförsök som utförts i de olika lokalerna är ostörd provtagning, vingförsök, CPT-sondering, dilatometerförsök och mätning av skjuvvågshastighet med seismisk CPT-sondering. För att studera spridning och repeterbarhet har fältprovningarna dubblerats. För CPT-sonderingarna har en så kallad lersond nyttjats, vilken har extra hög känslighet och upplösning, avpassad för sondering i lös jord. De laboratorieförsök som har utförts omfattar klassificering och rutinförsök enligt svensk praxis med bestämning av huvudsakligen skrymdensitet, vattenkvot, flytgräns samt odränerad skjuvhållfasthet och sensitivitet med fallkonförsök. För fallkonförsöken har provning med både 100 g och 400 g koner utförts på många av proverna, föranlett av tidigare frågetecken beträffande 100 g konens användbarhet vid skjuvhållfastheter över 20 kPa, Eriksson (2004). För bestämning av organisk halt har både bestämning av glödgningsförlust och analys av halten organiskt kol (TOC) använts och då främst med kolorimetermetoden. Kornfördelning har bestämts för alla provtagningsnivåer. För utvalda nivåer har grundämnesanalys utförts för att bland annat bestämma totala järn- och svavelhalter. Laboratorieförsöken har utförts på LTU och SGI, förutom bestämning av grundämnen samt en del av CRS-försöken som utförts på Analytica AB (numera ALS Scandinavia AB) respektive MRM Konsult AB. För bestämning av förkonsolideringstryck har ödometerförsök utförts som såväl stegvist belastade försök som CRSförsök. Försök har utförts vid såväl rumssom jordtemperatur. För bestämning av odränerad skjuvhållfasthet har direkta skjuvförsök och triaxialförsök utförts, och för en del nivåer i såväl rums- som jordtemperatur. Fokus för undersökningarna har legat på bestämning av odränerad skjuvhållfasthet samt geoteknisk klassificering. Andra geotekniska egenskaper som kompressionsegenskaper och effektiva hållfasthetsparametrar har inte omfattats av studien. Rapporten från projektet, Larsson et al. (2007), riktas främst till praktiskt verksamma geotekniska konsulter och beställare av geotekniska undersökningar. Förutom forskningsprojektet innehåller också rapporten en beskrivning av sulfidjords egenskaper i allmänhet och en presentation av tidigare rapporterade studier inom aktuellt området.
Resultat – odränerad skjuvhållfasthet och klassificering
Gammelgården. I figur 3 visas resultat från Gammelgården, som är en provlokal med relativt hög lerhalt. I figuren visas re66
Figur 3: Odränerad skjuvhållfasthet i Gammelgården bestämd med olika metoder. sultat enligt svensk praxis för leror (benämnd lerutv) samt föreslagen utvärdering och korrigering för sulfidjord (benämnd sulfidutv) för vingförsök, fallkonförsök samt CPT-sondering. För provlokalen i Gammelgården är skillnaderna i odränerad skjuvhållfasthet måttliga förutom i mitten av jordprofilen, där de mycket höga flytgränsvärdena innebär att korrigering enligt praxis för leror ger påtagligt lägre värden. Vidare visas resultat från laboratorieförsök (triaxialförsök, direkta skjuvförsök) utförda vid rums- och jordtemperatur i figur 3. Skillnaden i erhållen hållfasthet beroende på försökstemperatur är relativt liten för de direkta skjuvförsöken medan den är ungefär 11 procent högre i triaxialförsök vid provning i jordtemperatur. Som förväntat fås väsentligt högre odränerad skjuvhållfasthet vid aktiv skjuvning i triaxialförsök jämfört med direkt skjuvning, vilket kan vara viktigt att beakta i beräkningar av stabilitetsproblem. I en jämförelse av resultaten mellan 100 g koner och 400 g koner erhölls cirka 35 procent högre värden på odränerad skjuvhållfasthet med 100 g konen. Resultaten av CPT-sonderingarna i Gammel-
gården var mycket jämna, det vill säga resultaten från de två sonderingarna var nästan identiska. Detta innebär att utvärdering av odränerad skjuvhållfasthet (och förkonsolideringstryck) från de två sonderingarna gav sinsemellan mycket liten spridning. I figur 4 visas resultat från rutinundersökning i Gammelgården och i figur 5 organisk halt samt järn- och svavelhalt. Skrymdensiteten är relativt låg med ett minimum strax under 1,3 t/m3 på cirka 5 m djup varefter den ökar mot djupet. Den låga skrymdensiteten är kopplad till det höga organiska innehållet. Flytgränsen är något högre än vattenkvoten och dessa har maximala värden runt 180 respektive 160 procent på cirka 5 m djup för att sedan minska till cirka 85 respektive 75 procent på cirka 12 m djup. Den organiska halten är som lägst 4,5 procent och huvudsakligen runt 6 procent. Lerhalten varierar mellan 23 och 35 procent. Den organiska halten är något lägre än de totala halterna av järn och svavel tillsammans. Jorden i Gammelgården bör benämnas som en gyttjig sulfidlera/lerig sulfidgyttja. Om jordprofilen kan sägas att den är relativt homogen och att några signifikanta skikt inte kan urskiljas okulärt
Figur 4: Densitet, vattenkvot och flytgräns i jorden i Gammelgården. Mätvärden och bedömda relevanta fördelningar mot djupet. Bygg & teknik 1/08
Djup, m
Figur 5: Organisk halt samt järn- och svavelhalt i Gammelgården. Antagen organisk halt är ett viktat medelvärde med hänsyn till bestämningsmetodernas tillförlitlighet. eller som fastare eller lösare skikt ur sonderingsresultaten. Västerslätt. I figur 6 visas resultat avseende odränerad skjuvhållfasthet från Västerslätt, en försökslokal med relativt låg lerhalt. Från resultaten kan konstateras att
skillnaderna mellan utvärdering enligt praxis för leror och föreslagen utvärdering för sulfidjord är stora för fallkon- och vingförsöken. För såväl skjuvförsöken som triaxialförsöken erhålls cirka 15 procent högre odränerad skjuvhållfasthet vid
provning i jordtemperatur. Den aktiva skjuvhållfastheten är väsentligt högre än den vid direkt skjuvning. Precis som för lokalen i Gammelgården var resultaten från de två CPT-sonderingarna mycket jämna och spridningen mellan det två punkterna mycket liten. Spridningen i resultat från fallkonförsök och vingförsök var större i Västerslätt jämfört med Gammelgården. Resultaten från provning med 100 g koner gav cirka 25 procent högre värden än 400 g koner. I figur 7 på nästa sida visas resultat från rutinundersökning i Västerslätt och i figur 8 organisk halt samt järn- och svavelhalt. I aktuell jordprofil varierar skrymdensiteten mellan 1,55 och 1,7 t/m3. Flytgränsen är något högre än vattenkvoten och dessa har maximala värden runt 80 respektive 70 procent och lägsta värden av 55 respektive 50 procent. Den organiska halten varierar mellan 2,5 och 3 procent. Lerhalten ökar gradvis från cirka 10 till cirka 25 procent i profilens nedre del. De totala halterna av järn och svavel är sammanslaget något större än den organiska halten. Jorden i Västerslätt bör benämnas som en gyttjig sulfidsilt i större delen av profilen och som gyttjig sulfidlera från och med cirka 10 m djup. Jordprofilen kan betraktas som relativt homogen och några signifikanta fastare eller lösare skikt kan inte särskiljas ur sonderingsresultaten, men genererade porövertryck vid sondering avslöjar att jorden är varvig. Normaliserad odränerad skjuvhållfasthet. Odränerad skjuvhållfasthet kan uttryckas som
Djup, m
cu = aσ´cOCR-0,2
Figur 6: Odränerad skjuvhållfasthet i Västerslätt bestämd med olika metoder. Bygg & teknik 1/08
där cu är odränerad skjuvhållfasthet, σ´c förkonsolideringstryck, OCR överkonsolideringsgrad och a-faktorn för normaliserad skjuvhållfasthet. I figur 9 visas faktorn a utvärderad från direkta skjuvförsök på sulfidjord som funktion av organisk halt. Faktorn a visar en klar korrelation mot den organiska halten (men visade ingen korrelation mot flytgräns eller lerhalt), det vill säga det organiska materialet tycks, i likhet med för annan organisk jord och organisk mineraljord, till stor del bestämma hållfasthetsegenskaperna, figur 9. Geoteknisk klassificering. Vid benämning av sulfidjord är indelningen i sulfidlera, siltig sulfidlera, lerig sulfidsilt och sulfidsilt ofta svår och subjektiv. Sulfidjord upplevs okulärt ha större lerinnehåll än det verkliga beroende på organiskt innehåll och innehåll av järnmonosulfid. Som hjälpmedel för benämning av sulfidjord har plasticitetsdiagram etablerats, se figur 10 och 11. Ur figur 10 kan ses att plasticitetsindex och flytgräns ökar med ökande lerhalt. Vidare kan konstateras att ett ökat organiskt innehåll ger högre plasticitet men främst ökad flytgräns. I figur 11 har sulfidjordar jämförts med tidigare etablerade gränser gränser för svenska 67
Figur 7: Densitet, vattenkvot, flytgräns och plasticitetsgräns i jorden i Västerslätt. Mätvärden och bedömda relevanta fördelningar mot djupet.
Figur 8: Organisk halt samt järn- och svavelhalt i Västerslätt.
jordarter, Karlsson & Hansbo (1992). Den strikta uppdelningen i gyttjig sulfidjord och sulfidgyttja beroende på den organiska halten finns dock ej i dessa ursprungsdiagram. Om värdena från sulfidjordarna jämförs med gränserna för övrig jord faller dessa i stora drag inom samma gränser som övrig jord med avseende på kornfördelning och organisk halt, undantaget främst sulfidsilt, figur 11. För en sulfidjord som baserat på kornfördelning klassificerats som silt eller lera kan följande antas: ❍ silt: flytgräns större än 50 procent, troligen organisk sulfidsilt ❍ silt: flytgräns större än 80 procent, troligen siltig sulfidgyttja ❍ lera: flytgräns större än 70 procent, troligen organisk sulfidlera ❍ lera: flytgräns större än 110 procent, troligen lerig sulfidgyttja. Delprover som torkats för vattenkvotsbestämning bör nyttjas för bryt- och tryckprov som komplement vid en preliminär bedömning av jordens silt- respektive lerinnehåll, jämför den nya standarden för klassificering SS-EN ISO 14688. För bestämning av densitet, vattenkvot och flytgräns kan viss bedömning behöva göras då sulfidjord ofta är varvig/skiktad och egenskaperna kan variera en hel del också inom provet. Med sulfidjord avses i detta sammanhang: ● Sulfidjord i Norrlands kustland (tidigare kallad svartmocka) ● Innehåller en organisk halt av minst 1 á 2 procent. Vidare bör beaktas: ● För högre lerhalter än 40 procent och högre organiska halter än 10 procent bör utvärderingsregler för lera och organisk jord nyttjas parallellt. ● Sulfidfärgad jord med organiska halter lägre än 1 procent bör inte geotekniskt klassificeras som sulfidjord.
Slutsatser och rekommendationer
Här summeras en del av de slutsatser och rekommendationer som tagits fram i projektet, se vidare i Larsson et al. (2007). Odränerad skjuvhållfasthet. De odränerade hållfasthetsegenskaperna i sulfidjord, normaliserade mot jordens organiska halt och spänningshistoria, följer ungefär samma mönster som för övrig organisk mineraljord och mineralisk organisk jord. För jord som klassificerats som sulfidjord bör de uppmätta värdena för såväl fallkonförsök som vingförsök korrigeras med en faktor av 0,65 enligt cu = 0,65τk,v
Figur 9: Relation mellan normaliserad odränerad skjuvhållfasthet, (faktor a), vid direkt skjuvning och den organiska halten. Den streckade linjen visar motsvarande samband för gyttjig lera-gyttja enligt Larsson (1990). 68
där cu är lika med odränerad skjuvhållfasthet τk,v är lika med okorrigerat hållfasthetsvärde från fallkonförsök respektive vingförsök. Det bör beaktas att spridningen runt funna medeltalet 0,65 generellt var stor Bygg & teknik 1/08
för båda försökstyperna. Ovanstående samband innebär att odränerad skjuvhållfasthet i sulfidjord inte bör, som tidigare varit praxis, korrigeras med avseende på flytgränsen. För jord som klassificerats som sulfidjord bör resultat från CPT-sondering utvärderas med en konfaktor av 20 för bestämning av odränerad skjuvhållfasthet enligt qt - σv0 OCR - 0,2 cu = –––––– (–––––– ) 20 1,3 där qt är lika med totalt spetstryck σv0 är lika med totalt överlagringstryck OCR är lika med överkonsolideringsgrad. Om den odränerade skjuvhållfastheten är avgörande och osäkerhet råder bör i första hand direkta skjuvförsök utföras. Då skjuvhållfasthetsanisotropi är aktuellt och viktigt att beakta bör aktiva (och i förekommande fall passiva) triaxialförsök utföras. Empiriska samband bör alltid nyttjas som komplement och kontroll av rimlighet av framtagen odränerad skjuvhållfasthet från försöksmetoder. Generellt visade sig CPT-sondering vara den fältmetod som gav de tillförlitligaste resultaten. För fallkonförsök rekommenderas byte till 400 g kon då intryck med 100 g kon understiger 7 mm (motsvarande cirka 20 kPa odränerad skjuvhållfasthet). Klassificering. Det som geotekniskt huvudsakligen skiljer sulfidjorden från de flesta andra finkorniga svenska jordarna är att den gradvisa övergång med först minskande kornstorlek och sedan ökande organisk halt från silt, siltig lera, lera, organisk lera till organisk jord och som avspeglas i jordens flytgräns, wL, inte gäller för siltig organisk jord som sulfidjord. Detta innebär att de empiriska utvärderingar av olika parametrar och försöksresultat som bygger på den nämnda kopplingen till flytgränsen oftast inte kan användas i sulfidjord. Den organiska halten bör bestämmas utöver rutinförsöken. Detta bör göras genom bestämning av halten organiskt
Bygg & teknik 1/08
Figur 10: Plasticitetsdiagram för sulfidjordar och sulfidfärgade svenska jordar (data från litteraturen; se Larsson et al., 2007).
Figur 11: Gränser för olika svenska jordarter i plasticitetsdiagram jämförda med data för sulfidjordar.
kol, beroende på att mätning av glödgningsförlust innebär alltför stor osäkerhet om den organiska halten inte är mycket hög. Andra geotekniska egenskaper. Sulfidjords förkonsolideringstryck bör be-
stämmas eller uppskattas ur ödometerförsök. Detta kan ibland vara svårt p.g.a. stort innehåll av silt och organiskt material. CPT-sonderingsresultat kan utgöra hjälp vid bedömning av förkonsolideringstryckets variation med djupet.
69
Från CPT-sondering kan fås en detaljerad bild av jordlagerförhållanden, varvighet och hållfasthetsvariationer. För klassificering krävs dock provtagning. För utvärdering av odränerad skjuvhållfasthet och förkonsolideringstryck bör högsta möjliga noggrannhetsklass brukas. Detta ställer stora krav på utrustningen (helst bör speciella sonder med extra hög noggrannhet användas) och dess handhavande. Det är viktigt att följa Svenska geotekniska föreningens rekommenderade standard för CPT-sondering. Dilatometerförsök visade sig inte vara lämpliga för bestämning av egenskaper i sulfidjord. Metoden kan dock vara lämplig för bestämning av kompressionsegenskaper i ovanliggande eller inbäddade lager av sand och silt i en profil med sulfidjord. För vingförsök är tillräcklig förborrning genom torrskorpan mycket viktigt för att undvika senare påverkan på försöket. Portrycksprofilen och variationerna i portryck i jordprofilen måste alltid bestämmas. Portrycken är som regel inte hydrostatiska.
Slutkommentarer
Provning i sulfidjord ger en spridning i resultat som är större än för flertalet svenska finkorniga jordar, vilket bör beaktas vid val av typ/typer av försök, antalet försök, tolkning av resultat etcetera.
Provtagning i sulfidjord samt provning i fält och laboratorium kräver rätt utrustning och försöksutförande samt tolkning och utvärdering av resultaten. Sulfidjord är mycket känslig för störning och provhantering. För sulfidjord är hållfasthetsegenskaperna kopplade till den organiska halten snarare än till flytgränsen. Rekommendationerna från denna studie avseende sulfidjord har i relevanta delar inkluderats i kommande reviderade versioner av SGI Information nr 3, Utvärdering av skjuvhållfasthet i kohesionsjord (revision 2007), SGI Information nr 15, CPT-sondering (revision 2007), och tillhörande utvärderingsprogram Conrad samt i Vägverkets skrift Jords hållfasthets- och deformationsegenskaper. I ett kommande forskningsprojekt (LTU-SGI) ska sulfidjords sättningsegenskaper (speciellt långtidssättningar) studeras genom uppföljning av fältobjekt, laboratorieförsök och uttestning av beräkningsmodeller. Samverkan med och nyttjande av resultat från sättningsmätningar i fält från pågående eller avslutade infrastrukturprojekt blir centrala inslag i projektet. Målet med projektet är att bättre kunna förutsäga och beräkna sättningar och därigenom bland annat underlätta valet av grundläggningsmetod och/eller markförstärkningsmetod. ■
Referenser och mer att läsa
Eriksson, L.G. (2004). Konmetoden, svensk standard SS 02 71 25 – rekommenderat avsteg från standard. Väg- och Vattenbyggaren, Nr. 4:2004. Karlsson, R. & Hansbo, S. (1992). Jordarternas indelning och benämning. SGF:s laboratoriekommitté – Geotekniska laboratorieanvisningar del 2. Byggforskningsrådet, T21:1982, Stockholm. Larsson, R. (1990). Behaviour of organic clay and gyttja. Statens geotekniska institut, Rapport Nr. 38, Linköping. Larsson, R., Westerberg, B., Albing, D., Knutsson, S. & Carlsson, E. (2007). Sulfidjord – geoteknisk klassificering och odränerad skjuvhållfasthet. Forskningsrapport, 2007:15, Luleå tekniska universitet, Luleå / Statens geotekniska institut, SGI Rapport Nr. 69, Linköping. (Rapporten kan beställas eller fritt laddas ner från LTU:s eller SGI:s hemsida. I rapporten finns relevanta referenser inom området.) Pousette, K. (2007). Råd och rekommendationer för hantering av sulfidjordsmassor. Teknisk rapport, 2007:13, Luleå tekniska universitet, Luleå.
Endast 368 kronor plus moms kostar en helårsprenumeration på Bygg & teknik för 2008!
Statens geotekniska institut, SGI, är en myndighet och ett forskningsinstitut med sektorsansvar inom geoteknik. Huvudkontoret ligger i Linköping, regionkontor finns i Malmö, Göteborg och Sundsvall. SGI:s uppgift är att utveckla och tillämpa kunskap som kommer till nytta för alla som verkar i bygg-, anläggnings- och miljösektorn. På senare år har vi arbetat mycket med klimatförändringen och dess inverkan på släntstabilitet, erosion, föroreningsspridning m.m.
www.swedgeo.se Välkommen att kontakta oss i Linköping, 013–20 18 00, Göteborg, 031–778 65 60, Malmö, 040–35 67 70 eller Sundsvall, 060–700 34 10. 70
Bygg & teknik 1/08
TDR-teknik – skredövervakning med potential TDR (Time Domain Reflectemetry) är en mätteknik som till exempel kan användas för övervakning av potentiella skredområden. Tekniken används idag på både tekniska och kommersiella grunder såväl i USA som i Asien. Fördelarna med tekniken är att den är kostnadseffektiv eftersom sensorerna består av koaxialkablar och stora områden kan övervakas. Metoden är klar att börja tillämpas också i Sverige. Inom såväl den klassiska geotekniken som miljögeotekniken finns önskemål om att övervaka och mäta olika förhållande och förlopp för att och få indikationer om status och/eller om något oönskat eller onormalt är på väg att inträffa. Det har utvecklats olika typer av både manuella och automatiska mätsystem för att kontrollera olika situationer och skeenden. Det kan till exempel vara att förvarna om att risk för skred föreligger, att kontrollera läckage från deponier eller att kontrollera att grundvattenytans nivå i samband med byggandet är den som föreskrivits. Gemensamt för idag existerande mätsystem är att det behövs elektriska sensorer och mätsystem som kräver omfattande installationsarbete och är relativt kostsamma i inköp. Av dessa skäl avstår man ibland från att klarlägga förhållandena och därmed blir riskbedömningen mer osäker. Under de senaste 10 till 15 åren har en stor utveckling skett inom området mätning med TDR-teknik (Time Domain Reflectometer) i geotekniska applikationer. Utvecklingen har främst skett i USA men också i Asien. Tekniken baseras på att en elektrisk puls skickas in i en koaxialkabel och man analyserar den reflekterade pulsens form och energiinnehåll. På så sätt kan man till exempel detektera en rörelse på djupet i jorden genom mätningar på en i jorden installerad koaxialkabel. Artikelförfattaren Björn Möller arbetar som konsult och entreprenör inom områdena fält- och mätgeoteknik i företaget FmGeo AB, Malmö. Bygg & teknik 1/08
● Detektering av läckage och föroreningar. Detektion av vätskeytor (till exempel grundvattennivåer) har blivit ett snabbt växande tillämpningsområde för TDR. Vätskeytor ger nämligen kraftiga reflektioner i den typ av kablar som används vid TDR. TDR-tekniken har också visat sig lämplig att detektera läckage och föroreningar. Det område anses ha en stor potential i framtiden. Nedan beskrivs TDR-teknikens fysikalisk bakgrund, utrustning och installation samt några exempel med inriktning på övervakning av slänters stabilitet.
Figur 1: Koaxialkabel lämplig för deformationsmätning i jord och berg med TDR-teknik.
En stor mängd artiklar och dokument har genom åren publicerats inom området. 1994 hölls det första internationella symposiet vid Northwestern University, Evanston, Illinois, USA och därefter har ytterligare två internationella symposier ägt rum. Under FMGM (Field Mesaurement i Geomechanics) 2007 i Boston redovisades ett flertal artiklar med TDRmätning inom geotekniken. En sökning på internet i sökmotorn Eniro med sökorden ”time domain reflectometry” ger cirka 23 000 träffar och adderas ”landslide” till sökningen fås mer än 500 träffar. Exempel på områden där TDR-tekniken används är: ● Detektering av skjuvrörelser i jord och berg ● Mätning av vatteninnehåll i omättade jordar ● Mätning av grundvattennivå ● Mätning av sättningar
Fysikalisk bakgrund
Avsikten med denna artikel är inte att i detalj redogöra för den fysikaliska bakgrunden och de samband som TDR bygger på. Den grundläggande idén baseras på elektriska pulser och reflektioner av dessa. En utförlig beskrivning av TDR ges till exempel av O’Connor & Dowding (1999). I figur 2 visas schematiskt principen för TDR-mätning. TDR-pulsgivaren alstrar en elektrisk puls som utbreder sig genom mottagaren och kabeln, vanligtvis används en koaxialkabel. Mottagaren använder en elektronisk samplingteknik för att producera lågfrekventa pulser av den högfrekventa ingångspulsen. Många pul-
a)
b) Figur 2; TDR-utrustningens grundläggande komponenter; a) nominell puls (vågform); b) schematisk princip och funktion. O’Connor & Dowding (1999). 71
ser skickas ut och reflekteras i tiden av TDR-utrustningen. Det är därför nödvändigt att skapa en sammansatt bild av dessa reflexer. Den bild (TDR-signaturen) som erhålls visas som en reflektionskoefficient (kvoten mellan reflekterad och alstrad spänning). Tidsskillnaden mellan en utskickad puls och den reflekterande pulsen från en anomali, till exempel förändring i kapacitans beroende på förändring av kabelns tvärsnitt till följd av drag- eller skjuvbelastning, bestämmer unikt läget för förändringen. Ytterligare information kan erhållas genom att analysera utseendet, längden och amplituden av reflektionskoefficienten.
Princip för deformationsmätning i jord och berg
Mätprincipen baseras på en elektrisk puls som skickas in i en kabel och analys av reflexen med avseende på tid och geometri. En elektrisk anomali i en kabel kommer att medföra att en del av den utsända pulsenergin reflekteras tillbaka. Anomalin kan fysikaliskt beskrivas som lokala förändringar av kabelns kapacitans och impedans, vilka kan ha uppstått på grund av till exempel mekanisk påverkan. Hur stor del som reflekteras tillbaka beror på skadans omfattning, eller egentligen hur mycket kabeln deformerats. Så länge som kabeln ej är helt av eller kortsluten vid skadestället kommer även kabelsträckan ”bakom” skadestället att kunna mätas. Med kännedom om pulshastigheten i kabeln kan avståndet till felkällan beräknas enligt ekvation (1). I figur 3 visas den principiella utformningen av ett system att mäta uppkomna skjuvdeformationer i en slänt. Likheterna med traditionell inklinometer är slående! vt Lskada = –– 2
Figur 3: Principiell utformning av ett en TDR-installation för detektering av skjuvzoner i jord.
(1)
Tabell 1: Felkällor och reflektionsfaktor. ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Typ av felkälla Representation Reflektionsfaktor ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Zskada = Zkabel R=0 1) inget fel R = +1 Zskada → ∞ 2) öppen avklippt kabel R = -1 Zskada = 0 3) kortslutning R ≠ 0, +1, -1 Zskada ≠ Zkabel, 0, ∞ 4) inget av 1, 2, eller 3
där Lskada är avståndet till skadan, v är pulsens hastighet och t är den uppmätta tiden. Förhållandet mellan den utsända pulsens och den reflekterade pulsens effekt kallas reflektionsfaktor, R, som kan uttryckas med kabelns och felställets impedans, Zkabel respektive Zskada enligt ekvation (2).
koaxialkabel ger en variation av reflektionsfaktorn längs kabeln. I figur 4 visas ett sådant resultat som också kallas kabelns signatur. Finns inga deformationer (skador) av kabeltvärsnittet är reflektionsfaktorn 0, men om kabelns impedans är förändrad i någon punkt fås en reflex från det partiet och reflektionsfaktorn förändras och får ett värde mellan 0 och 1.
Genom att mäta och beräkna reflektionsfaktorn kan denna sedan analyseras och tabell 1 ger en uppfattning om de slutsatser som kan dras beroende på reflektionsfaktorns storlek. Analogin med stötvågs- och integritetsmätning på pålar är uppenbar. Ekvationerna (1) och (2) samt tabell 1 gäller också för mekaniska vågor. Felkällorna 1 till 3 är lättförståeliga och ingår i många olika bedömningar som görs av såväl elektriska kablar som till exempel vid integritetsmätning av betongpålar. I kategori 4 finns alla andra mätvärden som inte ges av kategori 1 till 3. Både i samband med analys av kablar och pålar betyder mätvärde i denna kategori någon form av anomali som skada, skarv eller kontaktdon. En ”skada” kan till exempel vara en deformation av en kabel.
Figur 4: Variation av reflextionsfaktorn längs en kabel, den så kallade TDR-signaturen.
R = (Zskada - Zkabel) / (Zskada - Zkabel)
Tolkning av mätresultat
(2)
Resultatet från en TDR-mätning av en
Således när kabeln deformeras i någon punkt fås en förändring i reflektionsfaktorn och genom att mäta vid återkommande tillfällen kan variationen i faktorn studeras och tolkas som en deformation. En förändring av reflektionsfaktorn är en funktion av kabelns deformation och därmed mot en drag- eller skjuvrörelse. I figur 5a på nästa sida visas uppmätta TDR-signaturer för en ingjuten koaxialkabel som belastats till brott. I figuren visas reflektionsfaktorns förändring i några olika steg fram till dragbrott och i figur 5b visas några olika steg när en ingjuten kabel som utsätts för skjuvning och slutligen går till brott. Det framgår tydligt att ”störningen” på kurvan som mäts upp vid dragdeformation är bredare än vad som är fallet för skjuvdeformation. Det är bland annat detta som utnyttjas vid bedömningen av omfattningen av drag- respektive skjuvdeformation i en koaxialkabel. Nedan under rubriken praktikfall att redovisas verkliga mätningar utförda på kablar installerade för att detektera potentiella glidytor.
Utrustning
72
Inom TDR-tekniken används i stor utsträckning utrustning som finns tillgänglig inom marknaden för elektrisk mätteknik. Ett mätsystem för olika ändamål består oftast av ett antal olika standardkomponenter. Detta innebär också att utveckBygg & teknik 1/08
NY METOD FÖR MASS-STABILISERING • Bearbetning av oljeskadad jord genom tillsättning och luftning. • Stabilisera lös jord, lera, torv, gyttja etc till stabil grund. • Inkluderar: PM Power mixer, PF Pressure Feeder, & DAC. Data Control System • Större effektivitet • Lägre kostnad • Omgivnings vänligt ( Skonsamt för omgivningen)
Kvartsgatan 8, 74540 Enköping | Tel. +46-171-440 140 | fax. +46-171-440 044 www.amas-svenska.se
a)
b)
Figur 5: Resultat från TDR-mätningar med ingjutna kablar utsatta för (a) dragbelastning till brott och (b) skjuvbelastning till brott (efter O’Connor & Dowding, 1999). lingen följer den traditionella marknadens snabba förändringar mot miniatyrisering och datorisering samt att komponenter blir billigare med tiden och får allt bättre hållbarhet och kvalitet. Datainsamlingsutrustning. Det finns utrustningar från för manuell mätning direkt på plats till automatiska mätsystem med möjligheter att sätta larm och automatiskt sända mätdata över tele- eller
bredbandsnätet. Hjärtat och hjärnan i ett TDR-mätsystem är pulsekometern som är en vanlig utrustning inom branscher, där kabelprovning är rutin. Det finns flera olika typer av kabeltestare på marknaden. En som har använts mycket och är mångsidiga kabeltestare för TDR-mätning är instrument ur Tektronics 1502B/C/CS-serie. Utrustningarna är bland annat försed-
Figur 6: Principen att ansluta upp till 512 koaxialkablar för TDR-mätning till en logger. Källa: Broschyr TDR100, Campbell Scientific Inc. 74
da med en display som direkt visar kabelns signatur. Utrustningen är relativt tung men robust och väl lämpad för fältbruk. Man kan också koppla en datalogger till den och på så sätt mäta flera kanaler och resultaten kan automatiskt överföras via datornätverk. Idag finns ett flertal utrustning som är designade för mätning av TDR-tilllämpningar. Världen största tillverkare av dataloggrar, Campbell Scientific Inc har en produkt, TDR 100, som kan anslutas till någon av deras dataloggrar. Mätsystemet blir då ett flexibelt system då man kan ansluta upp till 64 multiplextorer som kan mäta vardera 8 kablar. Således kan ett sådant system mäta upp till 512 kablar vars längs kan uppgå till flera hundra meter vardera. I figur 6 visas ett sådant system. Koaxialkabel/sensor. I TDR-applikationer för deformationsmätning består sensorn av endast en koaxialkabel som måste väljas med omsorg för att bästa upplösning och mätnoggrannhet ska erhålles. I figur 7 visas olika typer av koaxialkablar som inom flera tillämpningar inom TDR-tekniken används som sensorer. Alla kablar består av ett ytterhölje som främst är ett isolerande mekaniskt skydd. Innanför detta finns den yttre ledaren som kan bestå av koppar eller aluminium som antingen är flätat, solitt eller korrugerat. Mellan den yttre och inre ledaren finns en elektrisk isolering som kan bestå av polyetylenplast eller luftfyllt utrymme med icke ledande distanser mellan yttre och inre ledare. Den inre ledaren består oftast av koppar som kan vara belagd med aluminium, tenn eller silver. Vid mätning av deformationer i jord och berg används normalt en koaxialkabel med yttre ledare av tunnväggig aluminium eller av korrugerad koppar, se figur 7a och b. Vid mätning på konstruktioner väljs vanligen en yttre ledare av korrugerad koppar. Mätningar av vattennivå utförs bäst med en luftisolerad kabel eller en vanlig TV-kabel, se figur 7c och d. Installation av kablar/sensorer. I många geotekniska sammanhang är det nödvändigt att injektera fast mätutrustningen i borrhålet. Syftet är att fixera utrustningen i borrhålet och få den att samverka med omgivande jord eller berg. Den färdiga instrumenteringen ska samverka med jorden/berget såväl vad gäller vertikala som horisontella rörelseförändringar för att relevanta mätresultat ska erhållas. Injekteringsmedlet, när det väl är på plats och härdat, ska därför ha minst samma deformations- och hållfasthetsegenskaper som den omgivande jorden eller berget. Dessutom ska injekteringsmedlet fylla ut alla hålrum och ”fästa” utrustningen mot omgivande jord och berg. Vid indikering av skjuvzoner med hjälp av TDR-mätning är det viktigt att injekteringsmedlets hållfasthet är hög nog för att deformera kabeln, men låg nog för Bygg & teknik 1/08
att brista utan att deformera jorden. Dessa två krav kan uppfyllas genom en lämplig blandning av cement, vatten och bentonit. Det är också lämpligt att ta prover på injekteringsmedlet och prova dess hållfasthet i laboratorium efter till exempel 28 dygn, Dowding (2001). Samma författare redovisar en teoretisk studie, där förhållandet mellan injekteringsmedlets och jordens enaxliga tryckhållfasthet bör vara 10 till 20. Detta samband styrker författaren också genom en genomgång av några lyckade praktikfall, där den typiska blandningen bestod av 65 procent vatten, 33 procent cement och 2 procent bentonit och kabeln installerades i ett borrhål med 100 mm diameter. Kane (2000) rapporterar att ett injekteringsmedel med 10 procent bentonit och resten cementpasta har fungerat bra men att också enbart cementpasta av låghållfasthetscement kan användas. De blandningar av injekteringsbruk som anges i SGF-rapport 2:2006 ”Metodbeskrivning för installation av inklinometerrör” är förmodligen också tillämpbara för ingjutning av en koaxialkabel i jord.
a)
b)
c)
d)
relser i jord, åtminstone på djupet, är med hjälp av inklinometrar. TDR-metoden fungerar i stort på liknande sätt som inklinometern, frånsett att installations- och driftskostnaden är väsentligt lägre. Liksom inklinometern mäter man med TDR relativa rörelser, det vill säga förändringar jämfört med ett utgångsläge. En kabel för TDR-mätning kan installeras i vilken riktning som. Det finns undersökningar där man installerat en kabel horisontell och med jämna mellanrum dragit kabeln runt brytblock. Dessa anslutningspunkter ger då ett utslag i TDR-signaturen och utslaget blir större ju hårdare den belastas. Praktikfall 1. Kane (1998 och 1999) beskriver användningen av TDR för att mäta detektera skjuvrörelser i en slänt. Han använde sig av ett system enligt principen i figur 3. Systemet har använts bland annat för kontroll av slänter vid Highway No 1 i Kalifornien. Mätningarna utfördes av ett automatiskt mätsystem med alarmfunktion. Parallellt med TDR-mätningen utfördes också traditionell inklinometermätning. Resultatet från de bägge mätningarna redovisas i figur
Figur 7: Utseende av vanligt förekommande koaxialkablar inom TDR-tekniken. a) Tunnväggig kabel med den utvändiga ledaren av aluminium. b) Yttre ledaren av korrigerad koppar. c) Yttre ledaren av flätat aluminium. d) Yttre ledaren av korrigerad koppar och med en luftspalt. (O’Connor och Dowding, 1999)
Tillämpningar
Allmänt. Att mäta deformationer i berg med hjälp av TDR utgör egentligen grunden för TDR som metod, nämligen att identifiera ”störningar” och fel på en kabel, antingen i form av töjningar (förändrat tvärsnitt) eller brott. Från början göts TDR-kablar in i bergmassan, där gruvbrytning ägde rum. Tanken var att detektera kabelbrott, vilket utgjorde indikationer på större potentiella brott i bergmassan. Under en sådan mätning noterades att vågformen på reflekterade TDRpulser ändrades inkrementellt med deformationen i bergmassan före brott. Efterföljande laboratorieundersökningar visade att det inte bara var möjligt att kvantifiera storleken på deformationerna, utan också, åtminstone i vissa fall, att skilja skjuvdeformationer från dragdeformationer. Idag utgör TDR-mätning rutin i samband med bland annat gruvbrytning runtom i världen. På samma sätt som deformationer mäts i bergmassa kan också deformationer/förskjutningar detekteras i jord. De skjuvzoner som är aktiva i samband med släntrörelser och skred kan detekteras. Metoden påminner något om de larmkablar som till exempel Banverket länge använt sig av längs bansträckningar, där det finns risk för skred. Till skillnad från dessa, som bara aktiveras vid brott då kabeln slits av på grund av rörelserna i jorden, kan TDR-mätningar indikera rörelser före brott. Den förhärskande metoden att mäta röBygg & teknik 1/08
a)
c)
b)
Figur 8: Resultat från mätning med a) inklinometer och b) TDR. Det indikerade läget för skjuvzonen överensstämmer mellan de bägge mätmetoderna och i c) visas mätresultat som funktion av tiden för de båda metoderna. Kane (1998). 75
8. Av figuren framgår att båda metoderna visade på en skjuvzon i jorden och skjuvdeformationen ökar i tiden. I figur 8c redovisas mätningar från inklinometermätning och TDR-mätning som funktion av tiden. Inklinometermätningen redovisas som rörelse i tum medan resultatet från TDR-mätningen visas som reflektionskoefficient uttryckt i enheten millirhos. Inklinomterröret blev inte mätbart när rörelsen var cirka 25 cm (10 tum) eller mer, men TDR-signalen fortsatte att leverera mätvärden. Praktikfall 2: I ett projekt sponsrat av Arkansas State Highway and Transportation Department, redovisat i, Norman (2006), utfördes installationer av såväl inklinometrar som kabel för TDR-mätning i vägslänter, där man hade uppenbara problem med stabiliteten. Vägen, Interstate 540 är cirka 69 km lång och kostade 460 miljoner amerikanska dollar att bygga. Under de första sex åren av drift har man fått spendera cirka 42 miljoner dollar på att reparera och förebygga skred längs vägen. Projektet omfattades av såväl mätningar i fält som laboratorieförsök av koaxialkablar som gjutets in och utsattes för
skjuvning samtidigt som TDR-signaturen mättes. I figur 9 visas resultaten från inledande laboratorieförsök, där förändringen av reflektionsfaktorn visas som funktion av skjuvdeformationen. Av figuren framgår att det finns ett linjärt förhållande mellan skjuvdeformation och förändring av reflektionsfaktorn och att det finns ett tröskelvärde innan utslag fås i TDR-signaturen. I figur 10 visas resultat från inklinometermätning i fält och i figur 11 visas resultat från TDR-mätning i samma sektion. Resultaten från inklinometermätningen redovisas som uppmätta relativa förändringar mot djupet. Av diagrammet framgår klart att en glidyta utvecklas på mellan 7 och 9 m djup under markytan. Samma resultat erhålles från TDR-mätningarna redovisade i figur 11. Det framgår också att TDR-mätningen visar på en anomali först när ett visst tröskelvärde har överskridits. Detta värde är enligt figur 9 cirka 6 mm.
Framtida användning i Sverige
I denna artikel, som främst baseras på lit-
teraturstudie och personlig kommunikation med olika aktörer inom området samt deltagande i olika symposier, visas på möjligheterna till att åstadkomma mätningar och övervakning inom geotekniken med TDR-teknik. Främst visas på möjligheten att använda tekniken för övervakning av potentiella skredområden. Tekniken är väl utforskad och utvecklad. Utomlands utförs dylika instrumenteringar på kommersiell grund och all utrustning är standardvara. Fördelarna med metoden är att stora ytor går att övervaka till rimliga kostnader eftersom sensorn är endast en koaxialkabel. Kabellängder på flera hundra meter kan användas. Det finns tillämpningar redovisade där en vanlig TVkabel för cirka 5 kr/m använts som sensor, men för mer kvalificerad användning bör kablar av typ RG8 användas som kostar cirka 30 kr/m. Vad behövs då för att implemetera metoden i Sverige? Naturligtvis behövs i första hand kunskap och djupare förståelse för tekniken bland våra beställare och konsulter. I andra hand behövs någon form av implementerings- och demonstrationsprojekt, där metoden utvecklas för våra svenska typiska förhållande såsom lös lera. Tekniken ersätter inte helt existerande metoder såsom till exempel inklinometermätning utan kan ses som ett komplement till denna. Fördelen är att metoden kan på ett kostnadseffektivt sätt övervaka stora arealer där mätningarna ger lokaliseringen av rörelsen, men också en trend om rörelsen ökar i tiden. Rörelsers exakta stor-
Tack
Figur 9: Resultat från skjuvning av en koaxialkabel av typ RG8. Norman, (2006).
76
Författaren vill rikta ett tack till SGI som finansierat utredningen ”TDRmätning i geotekniken – Förstudie”, SGI Varia 515. Utredningen har utnyttjats som underlag och varit en förutsättning för att skriva denna artikel. Alla åsikter som framförs är dock författarens egna.
Bygg & teknik 1/08
lek är däremot vanlig inklinometermätning bättre på. Metoden skulle med fördel kunna användas av Vägverket och Banverket i såväl bygg- som driftssked i de områden, där vägen går genom potentiella skredområden. En TDR-installation skulle kunna ersätta Banverkets föråldrade system med att mäta avbrott i kablar längs våra järnvägar. Inom gruvområdet, i samband med stora dagbrott nära tätorter skulle ett TDR-system kunna ge tidig förvarning om rörelser och sprickplan. En framtidsvision är att metoden blir vanlig vid övervakning av potentiella skredområden längs våra järnvägar och vägar. Modern teknik gör det möjligt att alla mätningar med eventuella larm överförs till en bemannad driftcentral som kan agera utifrån förutbestämda rutiner vid eventuella tveksamheter och larm. ■
Litteraturlista
[1] O`Conner, K & Dowding, C (1999). Geo Measurements by
Pulsing TDR Cables and Probes. CRC Press, ISBN 0-8493-0586-1. [2] Israelsson, J & Edström, MO (odaterad): Skjuvrörelsemätning i berg. [3] O’Connor, K et al. (1995): Development of a Highwall Monitoring System using Time Domain Reflectometry, Proc. 35th U.S. Sym. Rock Mech., Reno, Nevada, June, 1995, pp. 79–84. [4] Kane, W, F. (1998): Embankment monitoring with time domain reflectometry, Proc. Symp. Tailing and Mine Waste ´98. 1998 Balkema, ISBN 905410922X. [5] Kane, W.F. & Parkinson W.A. 1998: Remote landslide monitoring including time domain reflectometry: short course manual. Stockton, California: Kane GeoTech, Inc. [6] Dowding, C.H, et al (2001). Detecting of Shearing in Soft Soil With Compliantly Grouted TDR Cables. Proceedings of the Second International Symposium and Workshop on Time Domain Reflectometry for Innovative Geotechnical AppFigur 10: Sammanställning av inklinometerdata lications, Evanston Sept. 5–7, 2001. från en instrumentering på Highway 167 nära [7] Möller, Björn: TDR-mätning i Batesville, AR. (Maj till november 2003). geotekniken – Förstudie. SGI Varia Redovisningen visar de inkrementella 515, Linköping 2001. förändringarna. Norman (2006). [8] Dennis, Norman D., Ooi, Chong Wei & Wong, Voon Huei: Estimating Movement of Shallow Slope Failures Using Time Domain Reflectometry, Proc. TDR 2006, Purdue University, West Lafayette, USA, Sept. 2006, Paper ID 41, 16 p., https://engineering. purdue.edu/TDR/ Papers. [9] Su, Miau-Bin & Liao, Chien-Hsin: Application of TDR Cables for Landslide Monitoring, Proc. TDR 2006, Purdue University, West Lafayette, USA, Sept.
Figur 11: TDR-signaturer från en RG8 kabel installerad på Highway 167 nära Batesville, AR (Maj till november 2003), Norman (2006).
Endast 368 kronor plus moms kostar en helårsprenumeration på Bygg & teknik för 2008!
Specialister inom: Pålning
Slagning av betongpålar Slagning av stålrörspålar Borrning av stålkärnepålar Tillverkning av betongpålar
Stålspont Berlinerspont
Stagborrning Grundförstärkning Borrade plintar Släntspikning Pålbryggor Kemisk injektering Spontuthyrning
Peab Grundläggning
www.peabgrundlaggning.se
Bygg & teknik 1/08
77
Projekt Söderkaj:
Markteknisk riskidentifiering I dagens samhälle, där fokus även i byggbranschen ligger på att kapa ledtider, öka effektiviteten och därmed sänka byggkostnader, glömmer man inte sällan att marken man ska bygga på – eller bygga i är unik. Med missvisande eller felaktiga förutsättningar, eller okunskap om mark- och vattenförhållanden, råkar man ofta i byggskedet ut för onödiga ställtider, kostsamma tekniska lösningar och konflikter mellan parterna i projektet. Mark- och grundläggningsarbeten är som orientering, man måste veta var man är – för att kunna välja väg till dit man vill nå. Genom att tidigt i projektet systematiskt inventera, utreda och värdera markområdets förutsättningar och risker för det aktuella anläggnings- eller byggnadsobjektet, skapar man frihetsgrader för val av tekniska, miljömässiga och ekonomiskt balanserade lösningar. Söderkaj är projektnamnet på ett större bostadsprojekt för 330 lägenheter i attraktivt läge utmed Nissans västra strand i centrala Halmstad. Projektet samarbetsprojekt mellan HSB och det lokala byggföretaget Byggsjögren AB. Projektet har drivits sedan 2005 i olika skeden och former såsom förstudier, utredningar och markundersökningar. Byggstart är avhängigt beslut om detaljplan, men bedöms i dagsläget till mars månad 2008, med den första etappen om 80 lägeheter, cirka 25 procent av projektet, preliminärt inflyttningsklara hösten 2009.
Artikelförfattare är Ulf Possfelt, Lars Davidsson och Johan Asplund, WSP Samhällsbyggnad, Halmstad.
78
Komplexa mark- och vattenförhållanden
Då Byggsjögren har god lokal kännedom om den aktuella platsens förutsättningar, planfrågor och möjliga risker avseende mark, vatten- och grundläggning, kopplades i tidigt skede in olika specialistkompetenser i syfte att i god tid i processen identifiera och klarlägga förutsättningar och risker avseende mark- och grundläggningsarbeten. Under ledning av Hifab byggprojektledning i Halmstad, fick WSP därför i uppdrag att dels genomföra en förstudie och geoteknisk utredning avseende markoch vattenförutsättningar, dels inventera, utreda och undersöka marken och grundvattnet med avseende på föroreningar. Markanvändningen är – och har varit – olika industriverksamheter med fiskeri-, hamn- och sjöverksamhet. Inom området ligger Matadorverken som ursprungligen
uppfördes för degelfabrikation åren 1917 och 1918, vilken inte hade någon större framgång. År 1927 flyttade Matadorverken in och blev snart en industri som tillverkade rakblad och rakhyvlar. Omkring 1950 var företaget Skandinaviens största och modernaste industri i sitt slag. Under 1960- och 1970-talen ägdes verksamheten av andra företag. Byggnaderna fungerar idag som industrihotell. Längs Dragvägen vid Matadorverken och Marinstugan fanns tidigare HSS brygga samt kajplats för hamnens båtar och mudderverk med pråmar. Längre ner låg Sandlandet, en plats där mindre båtar fortfarande kan dras upp på land, och ett före detta spannmålsmagasin från cirka 1900, nu Prylboden. Intill fanns tilläggsplats för Kustbevakningens motorbåt samt en gammal kajplats. Inte oväntat för byggherren visade inledande inventeringar och fältundersökningar att markförutsättningarna innebar
Situationsplan över Projekt Söderkaj, upprättad av Sweco FFNS. Bygg & teknik 1/08
översvämning på grund av närhet till havet och överlagrande effekter från höga flöden och ogynnsamma vind- och väderförhållanden. ● Risk för låg säkerhet mot glidytor avseende slänstabilitet mot Nissan och temporära schaktslänter. ● Risk för bottenuppFigur 1, Principsektion av byggnad G, luckring/piping på grund upprättad av Sweco FFNS. av vertikal grundvattenströmning i källarschakt många utmaningar som behövde beaktas, för hus, speciellt i närheten av Nissan. ● Hinder i mark på grund av äldre kvarsåsom: ● Lösa jordlager av silt och lera som ris- lämnade grundförstärkningar, kajkonstkerade stora totalsättningar och differens- ruktioner, källare eller grundkonstruktioner. sättningar under byggnad. ● Låga marknivåer som medförde risk för ● Omgivningspåverkan av närliggande hus och anläggningar på grund av pålning/spontning. ● Omgivningspåverkan av närliggande hus och anläggningar på grund av effekt av grundvattensänkning i form av sättning eller borttransport av finmaterial. ● Dimensionering av bottenplatta och grundkonstruktion så att denna klarar uppåtriktade krafter i form av vattenupptryck och/eller stansningskrafter från kohesions- eller kryppålning. ● En relativt stor utbredning av föroreningar i jord (ner till en meters djup) främst bestående av måttligt höga halter av metaller och PAH (tjärämnen). ● En påvisade förekomst av höga till mycket höga halter av klorerade lösningsmedel i grundvattnet. ● Höga halter av klorerade lösningsmedel detekterades framför allt under och i anslutning till Matadorverken, som ska rivas för att ge plats för nya flerbostadshus i projekt Söderkaj. Risker för mänFigur 2: Principskiss på marktekniska risker.
Bygg & teknik 1/08
niskors hälsa och miljön behövde därmed beaktas både vid rivning och schaktning samt byggande av de nya flerbostadshusen. I figur 2 har några av ovanstående risker schematiskt beskrivits: I och med att geotekniker och markmiljöexperter kopplats in så tidigt i processen, skapades möjligheter att – utifrån aktuellt kunskapsläge – analysera, studera och föreslå undersökningsmetoder och provningsmetodik för att få dataunderlag och kunskap till att föreslå olika tekniska lösningar och saneringsmetoder.
Geotekniska och geohydrologiska förutsättningar
Den geotekniska inventering och undersökning som utfördes, visade på att jordlagren generellt består av utfyllnadsmassor med någon meters mäktighet. De underliggande naturliga jordlagren består av i huvudsak siltig sand eller sandig silt till 2,5 till 3,5 meters djup under markytan. Under silten/sanden förekommer ett 1 till 2 meter mäktigt lager av mycket lös siltig lera. Under den lösa leran uppträder fler sand/siltskikt som övergår till lerig silt och därunder postglacial/glacial lera till stort djup, troligen 20 till 30 meter under markytan. Sammantaget har området ett mycket växellagrat sättningskänsligt lager med en mäktighet av mellan 7 till 9 meter. Under leran ligger ett fast friktionsjordlager med en mäktighet av 15 till 20 meter. Enligt byggnadsgeologisk karta över Halmstad upprättad av WSP 2003, är djupet till berg troligen 40 till 50 meter. Med närheten till havet och Nissan bedöms att grundvattennivåerna i mark i stort sett följer havets nivåväxlingar. I jordlagren förekommer ett flertal grundvattenmagasin, dels i de olika lagren av friktionsjord, dels i mellanliggande finkorniga ler- eller gyttjelager. Utförda mätningar och portrycksavklingsförsök, har visat på att grundvattenytan i området ligger cirka 1 till 2 meter under markytan. De geohydrologiska förhållandena för området styrs av årstidsvariationer beoende på nederbörd såväl som påverkan av skyfall i kombination med högt vattenstånd i havet. Med dagens kunskap om klimatpåverkan och prognostiserade allmänt högre temperaturer i luft och hav rekommenderas från SMHI att dagens dimensionering för byggande invid kust och vattendrag ska ta hänsyn till allmänt högre dimensionerande vattennivåer. Utförda beräkningar av SMHI visar att denna påverkan kan medföra 0,3 till 1,0 meter högre nivåer än dagens HHW100. Detta innebär att området måste klara en havsnivå av cirka +3 till +3,2 meter meter över havet. Marken väster om Nissan ligger lågt i förhållande till övriga delar av Halmstad. Marknivåerna ligger mellan +1,6 till +2,0, vilket innebär att marken måste 79
Figur 3: Översvämningsområde för olika scenarier på HHW.
cerade då föroreningens utbredning kunde bestämmas relativt enkelt. Dessa föroreningar kommer att grävas bort och deponeras på en lämplig deponi i närområdet. För de klorerade lösningsmedlen bedömdes föroreningssituationen som mycket mer komplicerad framför allt beroende på att föroreningsutbredningen var betydligt mer svårtolkad. För att få tillräckligt god kunskap om utbredningen av klorerade lösningsmedel gjordes en avancerad sondering med en så kallad MIP-sond, se figur 5. En MIP-sond kan detektera lättflyktiga kolväten och klorerade lösningsmedel i jord, grundvatten och porluft både ovanför och under grundvattenytan. En MIP-sond trycktes ner i marken med hjälp av en Geoprobe-borrigg, se figur 6. I de punkter där klorerade lösningsmedel påvisades vid MIP-sonderingen utfördes nivåspecifik provtagning av jord och grundvatten med Geoprobeutrustningen. MIP-sondering med efterföljande provtagning av jord och grundvatten har hittills varit relativt ovanligt i Sverige. Metoden är dock prövad med framgång utomlands och har under flera år använts i Danmark. Med Geoprobe/MIP-undersökningen kunde omfattningen/utbredningen av föroreningarna kartläggas. Det visade sig att ett källområde med mycket höga halter av klorerade lösningsmedel (orsakat av ett utsläpp av trikloretylen) fanns under en del av den före detta ytbehandlingsindustrin. Det påvisade källområdet låg dessutom inom ett område där ett av de nya flerbostadshusen skulle uppföras. Föroreningarna påvisades på ett djup av cirka 3 till 6 meter under markytan och de hade spridit sig mot och läckte sakta ut i Nis-
Figur 4: Tolkad jordlager profil med planerad byggnad samt markförorening.
höjas och byggnadernas sockelhöjd placeras på en nivå av över + 3 meter över havet.
Markmiljöförutsättningar, undersökning och riskbedömning
Den miljötekniska utredningen för området inleddes med en inventering av tidigare verksamheter på området. Inventeringen visade att man inom exploateringsområdet tidigare bedrivit verksamhet i form av ytbehandling av metaller, kemtvätt och varv. Risken bedömdes därför som stor att mark och grundvatten skulle vara förorenat. Något som senare bekräftades i samband med de efterföljande undersökningarna. Plan- och bygglagen (PBL) påverkade utredningsarbetet eftersom detaljplaneläggningen av området pågår. Enligt PBL 80
får ett område inte detaljplaneläggas om det är så förorenat att det kan utgöra en risk för människors hälsa. Det ledde till att man inledde en dialog med kommunen och med länsstyrelsen om vilka krav som gällde för området. För att inte stoppa detaljplanen så krävde Länsstyrelsen att området skulle saneras ned till Naturvårdsverkets generella riktvärden. Länsstyrelsen accepterade dock att kommunen och exploatörerna gjorde ett skriftligt åtagande om att marken skulle saneras innan byggandet påbörjades. När det gäller de praktiska förutsättningarna gällande föroreningarna så hanterades påvisade föroreningar på generellt två olika sätt. Föroreningar i den översta metern av markprofilen (metall- och PAH-föroreningar) bedömdes som relativt okompli-
Figur 5: MIP-sond med permeabelt membran där flyktiga ämnen kan tas in för detektion av bland annat klorerade lösningsmedel. Jordens elektriska ledningsförmåga kan också detekteras. Mätning sker 66 gånger per meter. Bygg & teknik 1/08
stadshusen. Vinylklorid är en nedbrytningsprodukt av trikloretylen. En mindre risk fanns även för att klorerade lösningsmedel skulle kunna påverka bottenmiljön vid utläckaget i Nissan. Saneringsåtgärder behövde därför utföras för att minska föroreningshalterna i grundvattnet.
Geoteknisk provningsmetodik i växellagrad jord
Figur 6: Geoprobe-borrigg för MIPsondering och nivåspecifik provtagning av jord och grundvatten. Geoprobe/MIPundersökningen utfördes av Ejlskov A/S, Danmark.
san, cirka 20 till 25 meter från källområdet. Undersökningarna visade också att en naturlig nedbrytning av dessa föroreningar hade pågått under lång tid. Nedbrytningen hade pågått under syrefria förhållanden genom så kallad reduktiv deklorering. En fördjupad riskbedömning visade att det framför allt kunde finnas en risk för inträngning av förorenad gas i form av vinylklorid i ett av de planerade flerbo-
Med de mycket växellagrade jordarna av lera, silt och sand med varierande fasthet och lagringstäthet var det omöjligt att använda gängse metoder med ostörd provtagning typ kolvprovtagning för att bestämma sättningsegenskaper i laboratorium. Tidigare erfarenheter med alternativa in-situ-metoder, såsom dilatometer, har i de aktuella jordarna i området också visat sig ge mycket stor spridning och osäkerhet på resultatens relevans. De tunna siltskikten orsakar inte sällan – hitintills – oförklarade avbrott i registreringen, för både CPT-sondering och Dilatometer. Andra metoder som skulle kunnat komma i fråga i de siltiga jordlagren var Pressometer- eller så kallade skruvplatteförsök. Dessa är dock fortfarande ovanliga i Sverige med få erfarna utförare, och tämligen kostsamma. I och med att utredningarna påbörjats så tidigt fanns det dock möjlighet att komplettera de vanliga geotekniska undersökningarna bestående av CPTU-
sondering, vingborr, kolvprovtagning och skruvprovtagning med en mer robust, beprövad och direkt mätmetod, nämligen utläggning och instrumentering av en provbank. I normalfallet i husbyggnadssammanhang ligger de geotekniska undersökningarna så sent i processen att den i området erforderliga liggtiden på 8 till 12 månader sällan är tillgänglig. I större anläggningar såsom i väg- och järnvägsprojekt är metoden tämligen vanlig, och då ofta med mycket kvalificerad instrumentering. Då byggnaderna ska utföras med källare, gällde det att skilja på sättningar från jordlagren ovanför grundläggningsnivå och under grundläggningsnivå. För att får en uppfattning om detta instrumenterades provbanken med två typer av sättningspeglar. Ett set utfördes som vanliga markpeglar av armeringsjärn med stålplatta, medan det andra setet borrades ned till en nivå av underkant grundläggningssnivå på cirka - 0,5 meter över havet, och utfördes med vanliga skruvprovtagningsspetsar. Provningen utfördes i tre steg med 1,5 meter plus 1,0 plus 1,0 meter till totalt 3,5 meters höjd av vanlig fyllnadssand. Mätning utfördes för steg 1 och 2 till dess att sättningarna hade planat ut eller endast hade svag ökning med tiden. Då den växellagrade jorden är tämligen permeabel – speciellt i horisontalled – kunde steg 1
Ett specialföretag i grundläggningsbranschen
• Pålningsarbeten • Kompletta spontgropar • Grundläggning för hamnbyggnad • Spontningsarbeten • Tillverkning av pålar och betongprodukter i egen fabrik
Kran och Pålnings AB – En säker grund att bygga vidare på www.kranopalning.se | info@kranopalning.se Tel: 031-51 57 90 | Fax: 031-51 44 29 Bygg & teknik 1/08
81
Figur 7: Schematisk jordprofil och principskiss på utförande av provbank. och 2 avslutas redan efter 2,5 respektive 3 månader, se figur 8. Med den aktuella mätnogrannheten kunde inte utvärderas någon större skillnad mellan sättningar i markytan eller från djuppeglar satta på grundläggningsnivå, däremot syntes tydligt att det så kallade förkonsolideringstrycket hade passerats efter den tredje upplastningen till en höjd av cirka 3,5 meter. Sättningarna hade efter sju månader fortfarande inte planat ut, och mätningarna fick därefter avbrytas. Med beaktande av sandens densitet, grundvattenyta och lastspridning mot djupet, fastslogs slutligen att en dimensionerande tillskottsspänning av 35 kPa, över dagens effektivtryck, kunde utnyttjas på grundläggningsnivå av - 1,0 meter över havet. Detta ska jämföras med tidigare rekommendationer på max 20 kPa som gällt för tidigare utbyggnader i området. Med detta värde som underlag bedömdes att byggnader av upp till fyra våningsplan kan uppföras utan särskild grundförstärkning, givetvis med villkor att stomme och grundkonstruktion fördelar spänningarna jämnt under byggnadens bottenplatta.
Med ytterligare kompensationsåtgärder såsom källare konstaterades i det aktuella området att hus upp till fem våningar kan uppföras utan annan förstärkning än en kraftigare bottenplatta. I projektet ska byggnader upp till åtta våningar uppföras, på delar av huskropparna. Då dessa laster klart överstiger förkonsolideringsstrycket, krävs grundförstärkning, men kommer att kunna utföras som kryppålning och samverkansgrundläggning. Även i detta fall kan markens respons under provbanken användas för att beräkningsmässigt verifiera beräkningsmodell och grundkonstruktion.
Sanering av klorerade lösningsmedel
En åtgärdsutredning resulterade i ett förslag på framför allt två olika saneringsåtgärder för att reducera risken för människors hälsa och miljön: ● Extra tätning av källarkonstruktionen (betonggolv och -väggar). ● Stimulerad biologisk behandling. En tätning av källarkonstruktionen utförs som en säkerhetsåtgärd, då det aktuella flerbostadshuset kommer att stå klart
Figur 8. Utvärderade sättningskurvor av ytliga peglar och djuppeglar (skruv). 82
innan en stimulerade biologisk nedbrytning har kunnat reducera föroreningshalter till acceptabla nivåer (se nedan). Tätningen utförs med en bentonitmatta som också innehåller en HDPE-duk (ett plastmembran). Även om sanering genom stimulerad biologisk nedbrytning är ovanlig i Sverige är den mycket lämplig för ett projekt som Söderkaj eftersom den kan möjliggöra en sanering under tiden som byggande och inflyttning sker. Praktiskt innebär metoden att man genom att injicera melass (restprodukt vid sockertillverkning) i mark och grundvatten stimulerar de naturligt förekommande bakterierna. Den stimuleringen innebär att bakteriernas förmåga att bryta ner föroreningar ökas så att föroreningshalterna kan reduceras till acceptabla nivåer. Injicering av melass kräver specialutrustning då det är viktigt att injektionen av melass sker utan att syre tillförs de förorenade jordlagren. För Söderkaj uppskattas den nödvändiga saneringstiden till cirka tre till fyra år. Innan man kan påbörja en stimulerad biologisk nedbrytning måste man, förutom att kartlägga föroreningens utbredning i detalj, även undersöka: ● Vilka bakterier som finns tillgängliga för nedbrytning. ● Förutsättningar för nedbrytning, till exempel redoxförhållanden och salthalter (klorid och natrium) i det förorenade grundvattnet. Orsaken till att man undersöker vilken typ av bakterie som finns i marken är att man vill säkerställa att det finns en typ av bakterie som kan bryta ner klorerade lösningsmedel till ofarliga restprodukter. Vid Söderkaj finns det tydliga indikationer på att sådana bakterier finns, men saknas den typen av bakterier kan det innebära att nedbrytningen inte blir fullständig och att restprodukter som är giftigare än den ursprungliga föroreningen bildas (till exempel vinylklorid). Saknas den önskade bakterien kan ympning utföras med specialiserade bakteriekulturer. Stimulerad biologisk nedbrytning kräver även en noggrann övervakning (grundvattenkontroll) så att åtgärder kan vidtas i förhållande till vilka förhållanden som råder i mark och grundvatten där föroreningen finns. Detta bör utföras genom kontinuerlig provtagning och analys av grundvatten. Med rätt förutsättningar och med rätt bakteriekultur kan en nedbrytning genom reduktiv deklorering medverka till en nedbrytning av klorerade lösningsmedel både i en eventuell föroreningskälla med fri fas och i föroreningsplym där föroreningen är löst i grundvattnet. ■
Välkommen till Bygg & tekniks hemsida: byggteknikforlaget.se Bygg & teknik 1/08
Kemtvättarnas och verkstadsindustriernas föroreningar:
Gamla synder leder till teknikutveckling för miljöundersökningar Klorerade lösningsmedel har använts på tusentals platser i Sverige och vid allt fler miljötekniska markundersökningar påträffas dessa ämnen i mark och grundvatten. Forskning om dessa ämnens beteende i mark visar allt tydligare att de inte kan undersökas på samma sätt som olje- eller metallföroreningar. Att undersöka ett område som förorenats av klorerade lösningsmedel kräver därför nya provtagningsstrategier och nya provtagningsmetoder. Sverige har idag väletablerade tekniker för geotekniska undersökningar och i viss mån även för miljötekniska undersökningar. Att provta jord med jordskruv, vilket idag är standardförfarande i Sverige, lämpar sig dock dåligt vid undersökning av klorerade lösningsmedel, bland annat eftersom jordlagerföljden blir svår att i detaljgranska och nivårelatera. Golder Associates AB har under de senaste tio åren undersökt och utrett nära hundra områden som förorenats eller misstänks ha förorenats av klorerade lösningsmedel. Detta gör att vi ständigt letar efter nya bättre och mer kostnadseffektiva metoder att undersöka dessa föroreningar och de risker de medför. Vi provtar till exempel oftast inte enbart jord och grundvatten, utan även inomhusluft, markluft och träd. Vi har även utfört en av de första större miljötekniska undersökningarna med sonicborrning i Sverige, en metod som bedöms ha framtiden för sig för all miljörelaterad borrning. I Sverige finns det uppskattningsvis cirka 80 000 områden där mark och eller
Artikelförfattare är Lena Torin och Nils Rahm, Golder Associates AB, Göteborg respektive Uppsala. Bygg & teknik 1/08
byggnader förorenats av tungmetaller, oljor etcetera från historiska eller nuvarande verksamheter. Av dessa har cirka 600 områden redan åtgärdats och just nu pågår undersökningar inom ytterligare cirka 1 500. Merparten av undersökningarna och åtgärderna har varit privatfinansierade och har utförts i samband med exploatering, fastighetstransaktioner eller på grund av myndighetskrav vid tillsyn. Miljötekniska markundersökningar är en relativt ny företeelse och de flesta undersökningarna har utförts efter slutet av 1990-talet. Vid allt fler undersökningar påträffas klorerade lösningsmedel i mark eller grundvatten till följd av främst historiska verksamheter, där dessa kemikalier använts.
Hälsofarliga ämnen med utbredd historisk användning
De klorerade lösningsmedel som främst använts i Sverige och som därmed oftast påträffas i mark är tetrakloreten (Per/ PCE/perkloretylen) och trikloreten (Tri/ TCE/trikloretylen) samt deras nedbrytningsprodukter. Både de klorerade lösningsmedlen och deras nedbrytningsprodukter är hälsofarliga och flera av dem är eller misstänks vara cancerframkallande. Vi människor riskerar främst att komma i kontakt med dessa föroreningar genom att vi dricker grundvatten som förorenats eller genom att vi andas in ångor inomhus
som avgått från mark- och grundvattenföroreningar under byggnader. Klorerade lösningsmedel har framförallt använts vid kemtvättar och vid avfettning inom verkstadsindustrier. Idag finns det cirka 500 aktiva kemtvättar och cirka 15 000 aktiva verkstadsindustrier i Sverige. Uppskattningsvis har det funnits över 1 500 kemtvättar i Sverige, vilka i stor utsträckning har varit lokaliserade i central stadsbebyggelse. Klorerade lösningsmedel började användas under 1930-talet i Sverige. Användandet kulminerade under 1950- till 1970-talen då drygt 20 000 ton användes per år. Sedan dess har användningen minskat kontinuerligt genom lagkrav och förbättrad teknik. I början av 1990-talet användes cirka 7 000 ton per år och år 2005 användes endast cirka 700 ton. Tetrakloreten är ännu idag den dominerande kemtvättvätskan och trikloreten används fortfarande på dispens inom vissa verkstadsindustrier etcetera.
Komplexa spridningsegenskaper leder till teknikutveckling
Klorerade lösningsmedel är mycket flyktiga och tyngre än vatten. Detta tillsammans med en mycket låg viskositet gör att de binds till jordpartiklar i mycket liten utsträckning samt att de till skillnad från oljeföroreningar kan spridas vertikalt ner genom grundvattnet. Dessa egenskaper gör att högre halter i jord sällan uppmätts,
Schematisk bild som visar skillnaden mellan verkliga halter av PCE i en skiktad jordformation, jämfört med uppmätta halter i vanligt grundvattenrör och i jämförelse mot ett flernivågrundvattenrör (CMT). 83
Provtagning av trädved med tillväxtborr.
pel över en ett års cykel. Detta förfarande brukar kallas ”line of evidence”, vilket syftar till att vetenskapligt bevisa förore-
Mätning av inomhusluft med passiv diffusionsprovtagare.
FOTO: MAUD SÖDERBERG FOTO: LENA TORIN
Håltagning inför provtagning av markluft under golv i en före detta kemtvätt.
FOTO: MAUD SÖDERBERG
istället påträffas de i markluften eller framförallt i grundvattnet. Deras mindre goda bindningsförmåga till jord gör även att de kan spridas långt om de når grundvattnet. Nya forskningsrön visar att dessa ämnens spridning i mark är betydligt mer komplicerad än vad man tidigare trott. Försök med infärgning av klorerade lösningsmedel har visat att föroreningen framförallt sprids i vissa jordlager, vilka ibland bara är några millimeter tunna. Och att spridning ofta sker i sidled. Föroreningshalterna kan alltså skilja sig markant inom korta avstånd. Detta kräver en ökad noggrannhet av mätnings- och provtagningstekniken både för jord och grundvatten, annars kan fel slutsatser dras av en undersökning. Till exempel har det i allt fler projekt upptäckts att den verkliga föroreningshalten i grundvatten i det mest förorenade skiktet spätts ut eftersom grundvattenprover tagits ur grundvattenrör med en för lång filterlängd. I ett flertal projekt har det även uppmärksammats att föroreningshalter i grundvattnet i samma grundvattenrör kan variera stort över tiden. Föroreningskoncentrationerna riskerar att spädas ut under regn- och smältvattenperioder och om strömningsriktningen varierar under säsongen så kan föroreningsspridningen byta riktning och därmed kan halterna minska eller öka i ett specifikt grundvattenrör. Sammantaget innebär de klorerade lösningsmedlens komplexitet att allt för långtgående slutsatser inte kan dras utifrån resultat från provtagning av enbart ett media, såsom till exempel jord eller grundvatten vid ett tillfälle. Det är därför viktigt att så många medier som möjligt undersöks, till exempel även träd, markluft och inomhusluft, och att provtagningen upprepas vid flera tillfällen, till exem-
ningssituationen så korrekt som möjligt. Det är även nödvändigt att göra rimlighetsbedömningar av de resultat man får vid provtagningar. Beror halter under detektionsgränsen på att området inte är förorenat eller på att proverna tagits i fel jordlager, på fel plats eller med fel metod?
Miljöteknisk markundersökning utan borrbandvagn eller grävmaskin
Uppmätta haltvariationer av tetrakloreten under 1996 till 2005 i två grundvattenrör vid en kemtvätt. Variationerna kan bero på nederbördsskillnader, ändrad spridningsriktning etcetera. 84
För tillfället är Golder involverade i flera projekt, där vi undersöker olika verksamheter inom vilka man misstänker att marken förorenats av klorerade lösningsmedel. Ett exempel är de undersökningar vi utfört inom elva före detta kemtvättar identifierade av en länsstyrelse. Merparten av dessa före detta kemtvättar ligger inom stadsbebyggelse och är antingen överbyggda eller används numera för andra ändamål. Flera av de före detta tvättarna ligger i eller vid privatbostäder. Detta ställde stora krav på att undersökningarna genomfördes utan för stor åverkan i befintliga byggnader, trädgårdar etcetera. I syfte att identifiera vilka före detta kemtvättar som orsakat en betydande skada genomfördes i en inledande fas en Bygg & teknik 1/08
Foto: bosselind.com
Infrastruktur!
Sonicborrigg av minsta storleken vid den före detta kemtvätten i Enköping.
krävdes i syfte att ytterligare klarlägga föroreningssituationen.
Detektivarbete ledde till omfattande markundersökningar med ny borrmetod
Det kommunala dricksvattnet i Enköping tas mitt i stadskärnan från Enköpingsåsen. Då det visade sig att dricksvattnet var förorenat av klorerade lösningsmedel, fick vi i uppdrag att spåra varifrån föroreningen kom. Från början fanns ett tjugotal misstänkta verksamheter och utifrån lokalisering, kemikaliehantering etcetera, prioriterades översiktliga undersökningar inom tre kemtvättar och två deponier i en första omgång. Vid en av kemtvättarna påträffades mycket höga halter av tetra-
Tolkad föroreningsnivå i grundvattnet, respektive i träd vid före detta verkstadsindustri. Föroreningskällan och spridningsmönstret är desamma vid provtagning av grundvatten respektive träd. Källa: Examensarbete, Daniel Nordborg, (2006).
86
FOTO: NILS RAHM
första provtagningsomgång med mestadels ”oförstörande” provtagning, det vill säga provtagning i form av provtagning av inomhusluft, markluft och träd. Eventuella klorerade ämnen som tränger in i byggnaderna mättes genom att passiva diffusionsprovtagare exponerades för luften i byggnaderna. Mätning av inomhusluft ger ett direkt svar på vilka halter de boende exponeras för. En nackdel är dock att det inte kan uteslutas att uppmätta halter kan komma från byggnadsmaterial, kemtvättade kläder etcetera. För att utesluta inverkan av dessa bakgrundskoncentrationer provtogs även markluft direkt under byggnadernas golv. Trädprovtagning är en relativt ny undersökningsmetod som uppfanns i USA under slutet av 1990-talet. Metoden går ut på att halten klorerade lösningsmedel i ett träds kärnved väl återspeglar halten i de översta metrarna av mark och grundvatten där trädet står. Golder var först med att använda metoden i Sverige och har använt metoden i ett drygt tiotal projekt under de senaste två åren. Resultaten har varit mycket goda och det har visat sig att mycket låga halter av klorerade lösningsmedel i grundvatten återspeglas i trädens ved. Metoden har flera stora fördelar då provtagningen går snabbt och den inte kräver några stora ingrepp med konventionell borrbandvagn. Varken luftprovtagningarna eller trädprovtagningen visar vilka halter som finns i jord och grundvatten. Däremot ger de tillsammans med provtagning i övriga medier en indikation på förekomst och spridning av klorerade lösningsmedel i mark och grundvatten. Utifrån resultaten från den oförstörande provtagningen kunde ett fåtal före detta kemtvättar identifieras, där mer ingående miljötekniska undersökningar
kloreten i grundvattnet (31 mg/l) och vid denna före detta kemtvätt har en av de första större miljötekniska undersökningarna med så kallad sonicborrning i Sverige utförts. Vidare har grundvatten provtagits på flera nivåer i grundvattenakvifären genom att så kallade CMT-rör (Continous Multichannel Tubing) installerats. Sonicborrning har funnits i 30 år i Nordamerika och har nyttjats framförallt vid geoteknisk borrning och prospekteringsborrning. Sonicborrning möjliggör detaljerad kartläggning av jordlagerföljden med provtagning av i princip ostörda jordkärnor av 2 till 4 m längd. Principen utgår från att borröret sätts i resonans (vibration), vilket sänker mantelfriktionen mellan rör och jord så att provet ej trycks ihop vid inmatning i provtagaren. Eftersom foderrör används blir även efterföljande installation av grundvattenrör enkel och av hög kvalitet. Vid kemtvättsundersökningen visade sig metoden även vara mycket snabb, drygt 30 m jordprov borrades upp per dag samtidigt som CMT-grundvattenrör installerades i samtliga borrhål. Upp till 12 m djupa borrhål utfördes i växellagrade sand-, silt- och lerlager. Den höga kvaliteten på jordlagerkartering som sonicborrningen möjliggjorde, medförde att CMT-grundvattenrörens silintag kunde sättas på exakt rätt nivåer. CMT-grundvattenrör består av en slang med tre eller sju individuella rör som kan öppnas på valda nivåer och med önskade sillängder. Detta innebär att grundvattenprover kan tas på flera olika nivåer i grundvattenmagasinet och även trycknivåerna i de olika jordlagren kan mätas. Sammantaget visade resultaten att föroreningen vid kemtvätten var mycket ojämnt fördelad i området både i plan och i djupled. Möjligheten att sonicborra i morän, åsar och berg har tidigare varit mycket Bygg & teknik 1/08
… och svarar
FOTO: NILS RAHM
Jordprov taget med sonicborrning, växellagrad sand-, silt- och lerlager.
begränsad, åtminstone med de holländska sonichuvudena, vilket kan vara en orsak till att metoden inte vunnit terräng i Sverige. Ett starkare sonichuvud som både kan rotera och vibrera samtidigt har dock nyligen utvecklats och beräknas vara kommersiellt från och med nästa år. Enligt er-
faren personal kan detta huvud även ta sig igenom kalkberg.
Feltolkade undersökningar leder till dyra åtgärder
Erfarenheter från Nordamerika visar att det är mycket svårt och tidskrävande att
Man tror att sambandet är ungefär linjärt mellan stråldos och cancerrisk. För radon motsvarar begreppet stråldos i princip produkten av radonhalt och vistelsetid (att till exempel vistas i ett fritidshus en tiondel av tiden som man vistas i en bostad medför då samma stråldos, om radonhalten i bostaden är en tiondel av halten i fritidshuset). Man tror också att det linjära sambandet gäller ända ner mot noll, och det finns då inget tröskelvärde under vilket stråldosen är ofarlig. Ett rimligt gränsvärde kan sättas om man gör en avvägning mellan å ena sidan kostnader för åtgärder för att sänka radonhalten, och å andra sidan risken för cancer. Denna avvägning är dock svår, och dessutom är den osäker eftersom cancerrisken är ganska osäker. En ytterligare komplikation är att risken för lungcancer på grund av radon ökar kraftigt i kombination med rökning. Egentligen borde alltså gränsvärdet för radon sättas betydligt lägre för rökare än för icke-rökare. Det är alltså inte helt enkelt att bestämma ett gränsvärde, och gränsvärdet för befintliga bostäder ändrades ju så sent som 2004 (då det sänktes från 400 till 200 Bq/m3). ■ Endast 368 kronor plus moms kostar en helårsprenumeration på Bygg & teknik för 2008!
FOTO: NILS RAHM
Toppen på ett CMT-grundvattenrör, som möjliggör provtagning av vatten på flera nivåer. Till höger syns en detalj av intaget på CMT-röret innan silen monterats över .
Profil vid den före detta kemtvätten i Enköping som visar tetrakloretenets (PCE) komplexa fördelning i de olika jordlagren. Bygg & teknik 1/08
fullt ut sanera en förorening av klorerade lösningsmedel. I Nordamerika åtgärdas därför dessa föroreningar generellt genom att själva föroreningskällan avlägsnas, oftast genom urgrävning, medan föroreningen i grundvattnet åtgärdas genom naturlig nedbrytning under kontinuerlig kontroll. Både kartering av föroreningskällan och kontroll av föroreningsspridningen i grundvattnet kräver omfattande undersökningar för att inte felaktiga bedömningar av föroreningssituationen ska göras. När vi nu i Sverige börjar åtgärda föroreningar av klorerade lösningsmedel är det därför viktigt att vi inte utformar åtgärderna efter felaktiga slutsatser på grund av bristfälliga undersökningar. Felaktiga bedömningar i undersökningsskedet kan leda till att fel åtgärdsmetod väljs, med fördyrningar, fördröjningar och eventuellt även oacceptabla miljö- och hälsorisker som följd. Det är vår övertygelse att den strategi och de undersökningsmetoder som vi använder oss av och som beskrivits ovan, har möjliggjort säkrare bedömningar till en lägre kostnad än undersökningar utförda med konventionella metoder. Golder arbetar genom sitt internationella nätverk ständigt vidare med att utveckla och införa nya provtagningsmetoder. ■ 87
Avfallshantering:
AVFALLSHANTERING UNDER JORD
Envac Scandinavia AB GĂśteborg 031-65 83 50, MalmĂś 040-26 63 25, Stockholm 08-775 32 00 info@envac.se - www.envac.se -
Fogtätningsmassor:
Betong/Membranhärdare:
6ÂˆĂŠĂƒiÀÛ>ÀÊvÂ&#x;Â˜ĂƒĂŒiĂ€Â?ÂœLL>Ă€it 6iÂ˜ĂŒÂˆÂ?iĂ€ /BĂŒÂ?ÂˆĂƒĂŒiĂ€ iĂƒÂ?>} BĂ€}
Betongelement:
Brandskydd:
Betonginstrument:
Âœ}“>ĂƒĂƒ>]ĂŠÂŽÂˆĂŒĂŒ Âœ}L>˜` 6iĂ€ÂŽĂŒĂž}]ʓ>ĂƒÂŽÂˆÂ˜iĂ€ “°“°
1 - &\ĂŠĂŠĂ¤ĂŽÂ™Ă“Â‡ĂŽĂˆĂ¤ĂŠÂŁĂ¤ĂŠĂŠĂŠĂŠĂŠĂŠĂŠĂŠĂŠ-/" " \ÊÊänÂ‡Ă“ĂˆĂŠxÓÊ£ä ĂœĂœĂœÂ°Â?iˆv>Ă€Ă›Âˆ`ĂƒĂƒÂœÂ˜Â°Ăƒi
[ PP
Fuktskydd:
– skivan
Fuktsäkrar husgrunder! • Snabb uttorkning • Torr grund • Varm grund • God värmeekonomi • Lüg totalkostnad
Cellplastisolering:
Svarvarvägen 8 A • 142 50 Skogüs Telefon 08-609 00 20 • Fax 08-771 82 49
FĂśnsterrenovering:
www.isodran.com
Ett lätt val med tunga argument FÜnster . Inglasningar . Balkonger . Vasab-produkter Teknova Byggsystem AB • Box 75 • 592 22 Vadstena Tel: 0143-292 20 • Fax: 0143-131 50 • info@teknova.se www.teknova.se
www.sundolitt.se • 0322-62 60 00
88
Bygg & teknik 1/08
Geodetisk fältutrustning:
Golvbeläggningar:
branschregister Ingjutningsgods:
Mätutrustning och tillbehÜr
Hagalund Tel 019-46 72 90 705 97 Glanshammar Fax 019-46 72 13 www.geofix.se
Markering • Reflektorer och stänger Avvägning • Müttband Komm radio • LasertillbehÜr Handburna GPS • Skyddskläder Sprayfärg m m
Geosynteter:
! " ###$% &$'
& & ( )& ( *) & & + ( ( ,- ( . )/ ) ) ) &)
01, 23 *4- ,-0 5 3* 6, 3 ,703780, 87, -
Box 20179, 161 02 BROMMA Tel 08-764 68 80, Fax 08-98 05 19 www.meba.se Mobiltel 0708-55 77 89 0708-73 61 67
Allt pekar pü att en bra epoxibeläggning skall hülla minst 40 ür
Konsulterande ingenjĂśrer:
NĂśj dig inte med mindre!
NM Golv 100 UP har bl.a. god slitstyrka, är tryckfÜrdelande, slagtülig, stÜtdämpande, kemikalieresistent och lättstädad. FÜr vürt kompletta golvsortiment, se vür hemsida.
Nils Malmgren AB
| Box 2093 | 442 02 Ytterby Tel: 0303-936 10 | www.nilsmalmgren.se | info@nilsmalmgren.se
Grund- och golvvärmesystem:
Ett komplett program av
Ljud • Vibrationer Akustik • Buller
geosynteter
Projektering • Beräkningar • Mätningar
... även utbildning & kurser !
Geoteknik:
info@terratec.se
• Byggnadsakustik – program, ljudisolering, ventilation • Rumsakustik – strülgüngsberäkningar, ütgärder • Byggplatsbuller – bullerkartor, ütgärdsprogram • Trafikbuller – bullerkartor, skärmar, fasadisolering
Tel: 054-52 20 30
Grundläggning: INFRASTRUKTUR OCH GRUNDLÄGGNINGAR BROAR BULLERSKYDD OCH STÅLRÖRSPÅLAR
Tel 08-7324800 www.acoustic.se Tumstocksvägen 1, 187 66 Täby Fax 08-732 48 01
De snabbaste analyserna av inomhusmiljĂś med kvantitativ DNA-teknik! Kemiska analyser av mark och vatten och luft.
Ruukki klarar hela projektet fÜr grund, stomme, tak och vägg
Bygg & teknik 1/08
Tel +46 243 887 44 - Fax +46 243 842 10
Vi analyserar byggd miljĂś
www.ruukki.com/se
Box 15120 750 15 UPPSALA 018 480 58 00 www.anoZona.com
89
branschregister
Konsulterande ingenjörer, forts:
Prefabricerade badrumsmoduler:
Programvaror:
Hogia Byggsystem För lönsamma projekt. Rörgenomföringar:
Kunnande i en klass för sig. • Akustik • Buller • Vibrationer ÅF-Ingemansson AB Tel. 031- 743 10 00 www.ingemansson.se
Kraft – ljus – klimat: • Byggnadsakustik • Buller • Vibrationer • Kalibrering 1002
– Ljudisoleringslab – Halvekofritt lab – Efterklangsrum
Tel: 010-516 50 00 • www.sp.se/akustik SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut
Ackrediterad kalibrering www.sp.se
1002
Mätinstrument:
Tak/Tätskikt: Täta Tak med Derbigum är ett komplett koncept för tak som ger lång livslängd TÄTA TAK MED och låg årskostnad. Det DERBIGUM marknadsförs genom ett rikstäckande nätverk av auktoriserade entreprenörer till kommersiella och offentliga byggnader samt hyresfastigheter. Tel: 08-7959480. info@eurotak.com www.derbigum.nu
Vi kalibrerar:
• Lufthastighet • Luftflöde • Luftfuktighet
Kontaktpersoner Lufthastighet, Luftflöde Harriet Standar, 010-516 51 87
Luftfuktighet Per Jacobsson, 010-516 56 63
SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut
90
Bygg & teknik 1/08
Radonsäkrad Vattentät grund i nya byggnader
Grace Construction Products Nu lanserar Grace för svenska markanden - Preprufe Unikt självhäftande membran som inte klibbar • • • • • • • •
Hindrar Radon att tränga in genom grunden Ger ett vattentätt skydd under och från sidan Lätt att handera Enkelt att montera Kostnadseffektivt Klibbfritt vid montage Klister aktiveras av färsk betong Använt under många år
www.graceconstruction.com
070910_SWED_AD_185x270mm.indd 1
042-167800
14/9/07 11:42:18
BEGRÄNSAD EFTERSÄNDNING Vid definitiv eftersändning återsänds försändelsen med nya adressen på baksidan (ej adressidan)
POSTTIDNING B
Avsändare: Förlags AB Bygg & teknik Box 19099, 104 32 Stockholm
Vill du skapa framtidens betong? Kontakta oss! SJÄLVNIVELLERANDE BETONG
Nytt innovativt koncept ! Skapar en självkompakterande betong som är: Enklare - Billigare - Säkrare Inget extra finmaterial behövs!