dimensioneringsprinciper och fortsatt utveckling
I detta kapitel ges flera förslag på hur man bör gå till väga vid dimensionering av geokon-struktioner i Västnorrlands kustland där kvicklera och högsensitiv jord kan förekomma samt förslag på fortsatt utvecklingsarbete.
10.1 Jordarts- och hållfasthetsbestämningar
Arbetssätt och dimensioneringsprinciper
Fortsatt utveckling
Vid geotekniska undersökningar av jordlagren i Västernorrlands kustland är det väsentligt att resurser läggs på att bestämma jordarterna korrekt. Kolvprover bör tas för att på lera och siltiga jordar utföra ett rimligt antal sedimentationsanalyser som stöd för jordartsklas-sificeringen och på misstänkt sulfidjord utföra bestämning av TOC-halt enligt SS-EN 13137 (metod A). Även CPT-sondering bör utföras för att få en heltäckande bild av jord-lagerföljden. Resultaten från jordartsbestämningarna bör ligga till grund för tolkning av sonderingsresultaten.
Laboratoriemetoder och empiriska relationer för lera är framtagna för förhållanden längs Västkusten och kring Mälaren. Dessa behöver ses över och anpassas till fasta leror och leror från andra delar av landet. För detta krävs forskningsresurser med bland annat avan-cerade laboratorieförsök.
Dränerad skjuvhållfasthet för silt kan ofta inte bestämmas med direkta skjuvförsök utan för detta krävs triaxialförsök. Då triaxialförsök ger hållfastheten i aktiv skjuvriktning kan det för vissa problemställningar krävas en omräkning till direkt skjuvriktning. Det samma gäller kalibrering mellan triaxialförsök och CPT-sondering. Det finns idag inte någon ve-tenskaplig studie av hur dessa förhåller sig till varandra och detta bör därför studeras inom ett forskningsuppdrag.
Jordarterna silt och lera, speciellt lerig silt och siltig lera, bör benämnas med stöd av sedimentationsanalys.
Sulfidjord bör benämnas med stöd av analys av mängden organiskt kol dvs. TOC-halt bestämd enligt SS-EN 13137 (metod A).
Metoder för bestämning av odränerad och dränerad skjuvhållfasthet i sil-tig lera och silt bör analyseras och utvecklas.
Empiriska relationer för odränerade och dränerade hållfasthetsegen-skaper bör tas fram för fast lera, siltig lera och silt.
Statens geotekniska institut 2020-12-15 1.1-1910-0662
10.2 Studier av saltvattenavsatta leror i olika delar av Sverige
Fortsatt utveckling
Föreliggande rapport visar att det finns förutsättningar för bildning av höga sensitiviteter i leror längs kusten i Västernorrlands län enligt samma processer som visats för leror i Västsverige.
Pusch (1970) visade att leran från Skå-Edeby (väster om Stockholm) inte hade samma flockulerade struktur som de han undersökte i Västsverige. Dock var det endast ett av ler-proverna som var avsatt i brackmarin miljö, varför kunskapen om den strukturella upp-byggnaden av dessa är bristfällig. Vilken betydelse en något tätare struktur (mindre flockulerad) har för bildning av höga sensitiviteter och förändring av andra egenskaper, är alltså inte undersökt och det har inte heller inom arbetet med denna rapport funnits möj-lighet att utföra. Det har inte heller funnits möjmöj-lighet att studera om det även kan finnas andra processer som kan ha gett de höga sensitiviteterna för lerorna i Västernorrlands län.
Det har inte gått att finna några resultat från urlakningsförsök på brackvattenavsatt lera, vilket även Larsson (2010) konstaterar.
Det finns därför behov av studier och jämförelser mellan strukturell uppbyggnad, mine-ralinnehåll, salthalt, konsistensgränser, hållfasthet etc. för högsensitiv lera från Väster-norrlands län och de från Västsverige. Detta bör göras genom omfattande laboratorieun-dersökningar på leror från några lokaler i länet och någon i Västsverige och kanske någon i Östergötland eller Södermanland.
Strukturell uppbyggnad, mineralsammansättning och salthalt etc. för högsensitiv lera bildad i brackmarin miljö bör studeras.
Processerna som gett upphov till höga sensitiviteter i leror längs kusten i Västernorrlands län bör utredas vidare.
Skillnader i egenskaper, och orsaker till dessa, mellan de västernorr-ländska och de västsvenska lerorna, bör utredas.
131 (142)
10.3 Sensitivitet, störningskänslighet och sprödhet
Arbetssätt och dimensioneringsprinciper
Fortsatt utveckling
För att kunna bedöma förutsättningar för kvicklereskred är det en förutsättning att det finns en metod med vilken man kan bestämma en jords störningskänslighet, det vill säga vilken energi eller arbete som erfordras för att störa jorden till dess lägsta hållfasthet. Det kan krävas olika mängd energi för att störa två leror med lika hög sensitivitet.
Det finns behov av att konstruera en ny utrustning för vingförsök med vilken låga värden på skjuvhållfastheten (under 0,4 kPa) kan bestämmas. Dessutom finns behov av att testa om det finns något sätt på vilken den för jorden lägsta omrörda skjuvhållfastheten skulle kunna bestämmas även med vingförsök. Möjligheten att med hjälp av vingförsök kunna bedöma störningskänslighet bör också studeras.
Den metod som tagits fram på NGI avseende sprödhetstal bör studeras vidare och utvär-deras för svenska leror och då även för leror från andra delar av landet än Västsverige.
Det bör även studeras om andra gränsvärden bör tillämpas för svenska leror. För detta krävs insamling och analys av tidigare utförda triaxialförsök och en plan för upptagning av nya prover och efterföljande laboratorieförsök.
Det bör göras en genomgång av och en detaljerad beskrivning av tidigare använda labora-toriemetoder för att mäta störningsenergi. Baserat på detta bör nya förslag på metoder tas fram och testas. Den specialvinge som bland annat Larsson (2011) föreslår, bör utvecklas och testas.
Jordens plasticitet har betydelse för jordens motstånd mot deformationer varför denna bör bestämmas och dess koppling till störningskänslighet analyseras.
Plasticitetsgräns bör bestämmas vid rutinförsök och kopplas till störningskänslighet.
Modell utvecklad på NGI för bedömning av sprödhet bör studeras vi-dare för svenska leror. Även det så kallade kvickhetsförsöket bör tes-tats på svenska jordar.
Metoder för bedömning av störningskänslighet (rapiditet) bör tas fram.
Vingförsöket bör utvecklas för att kunna mäta låga skjuvhållfastheter (<0,4 kPa). Norsk metodik för bestämma störningskänslighet med vingförsök bör studeras vidare för svenska leror.
Statens geotekniska institut 2020-12-15 1.1-1910-0662
10.4 Dimensionering av geokonstruktioner
Arbetssätt och dimensioneringsprinciper
Generellt för Västernorrlands län gäller att områdena med lera har mer begränsad utbred-ning i plan jämfört med leror i Västsverige. Sedimentdjupen i länet varierar kraftig ef-tersom terrängen är småbruten och för studerade lokaler är därför även tjockleken på la-ger med högsensitiv jord mindre än i Västsverige. Dessa faktorer är en förklaring till av-saknad av stora kvicklereskred i länet.
Modellerna för val av säkerhetsfaktor då undergrunden består av kvicklera presenterade i TK Geo (Trafikverket, 2014) är utformad för förhållanden med stora och djupa lerbas-sänger. För förhållanden som avviker från detta, exempelvis skiktade jordar och begrän-sad tjocklek och utbredning på lager med kvicklera, kan det finnas behov av att ändra i metodiken.
Ett förslag kan vara att man vid val av säkerhetsklass inte tar hänsyn till kvicklera. Istället reducerar man den odränerade skjuvhållfasthetens värde (partialkoefficient) i lager med kvicklera och högsensitiv jord. Med användning av en sådan metod får en begränsad före-komst av kvicklera inte orealistiska konsekvenser. Det bör dessutom ingå att förutsätt-ningar för bakåtgripande skred bedöms som då kommer innebära att hänsyn även tas till kvicklerans eventuella begränsade utbredning i plan.
Som exempel kan sektionen i Veda presenterad i avsnitt 6.2.8 användas. Undersökning-arna visar på ett lager med kvicklera mellan cirka 6 och 7 meters djup och odränerad skjuvhållfasthet som ökar med djupet från cirka 10 till 25 kPa. En fiktiv stabilitetsberäk-ning med karakteristiska värden (som inte reducerats) visar säkerhetsfaktorer som inte är acceptabla enligt gällande regelverk (se Figur 10-1). Lägsta godtagbara säkerhetsfaktor i säkerhetsklass 3 är 1,65. Om istället förslaget som visats ovan används, kommer den gröna glidytan att vara godtagbar. För den röda glidytan reduceras den odränerade skjuv-hållfastheten i kvickleralagret enligt förslaget med låt säga 20 % (gm=0,8). Det innebär att säkerhetsfaktorn kommer sjunka med cirka 5% (F≈1,64) men att den är över 1,5 (som är kravet i säkerhetsklass 2).
Figur 10-1. Fiktivt räkneexempel för banken i Veda.
Metodik för dimensionering av geokonstrukt-ioner vid förekomst av kvicklera bör ses över.
133 (142)
Eftersom nuvarande metodik för hantering av säkerhetsfaktorer vid undergrund av kvick-lera är angivna som krav i TK Geo bör en analys göras av konsekvenserna av att tillämpa föreslaget system beskrivet ovan. Förslagsvis görs ett testberäkningar i ett antal sektioner, baserat på handlingar exempelvis från IDA eller genomförda vägprojekt, där konsekven-ser avseende säkerhetsnivå, behov av förstärkning och ekonomiska konsekvenkonsekven-ser analys-eras för nuvarande krav i TK Geo jämfört med det fall där säkerheten ansätts på jord-materialets hållfasthet. Med dessa analyser som underlag erhålls erforderligt underlag för att göra justeringar i praxis.
Statens geotekniska institut 2020-12-15 1.1-1910-0662