Sammanfattning och analys av samtliga resultat

Tabell 8 Resultat från samtliga beräkningar med en meters grundvattensänkning.

Handberäkning M0 3000 kPa PLAXIS M03000 kPa PLAXIS M0 varierande Handberäkning M0 2000 kPa Handberäkning M0 4000 kPa 0,018 m 0,020 0,017 m 0,030 m 0,013 m

Tabell 9 Resultat från samtliga beräkningar med tre meters grundvattensänkning.

Handberäkning M0 3000 kPa PLAXIS M03000 Kpa PLAXIS M0 varierande Handberäkning M0 2000 kPa Handberäkning M0 4000 kPa 0,060 m 0,048 0,049 m 0,090 m 0,040 m

Resultaten visar att skillnaden mellan handberäkningen och PLAXIS med den enkla modellen är 11 procent, vid en meters sänkning av grundvattenytan. Vid tre meters sänkning är skillnaden mellan resultaten 25 procent.

En tät indelning i jämförelse med enklare modell resulterade i en skillnad på 17 procent då grundvattnet sänktes en meter. När sänkningen var tre meter var det i stort sett 0 procent skillnad.

De allra största skillnaderna som även nämnts ovan har uppkommit när modultalet valdes till lågt respektive högt tal i handberäkningarna. Där blev skillnaden 130 procent respektive 125 procent (se tabell 8 och 9).

33

4 Diskussion

Den konceptuella modellens målsättning är att den ska beskriva det studerade områdets jordlagerindelning och jordens egenskaper. En konceptuell modell kan geometriskt vara enkel, men teoretiskt komplicerad. Det är viktigt att tydliggöra att detta är en enkel och förenklad modell som mer ska beskriva fenomen än att ta fram absoluta värden. Elementindelningen påverkar resultatet och ju tätare indelningen är desto mer ökar noggrannheten. En förfinad indelning av elementen kan vara nästa steg i arbetet med modellen för att fortsätta utvärderingen och analysen. Beräkningarna som görs ska utvisa om sättningar är troliga i området vid en grundvattensänkning. Som tidigare nämnts är sättningar svåra att förutsäga. Tillförlitligheten försvåras av osäkerheten både kring mätresultat och även begränsningarna i teorin då många förenklingar görs.

Desai C. S och Zaman M. (2014) menar att när jordmaterialet anses ha ett linjär elastiskt beteende ger det en begränsad analys. De förenklingar och antaganden som görs med avseende på modellen bidrar även de till begränsningen i resultatet och analysen. Det är antaganden som är fastslagna i teorin men som ändå kan vara intressanta att diskutera. Grundvattnet anses vara hydrostatiskt, men det skulle vara intressant att studera hydrologin mer och se dess inverkan på sättningar. Dessutom skulle det vara intressant att tolka elasticitetsmodulen ur mark-undersökningsrapporten för att hur resultatet påverkas av att använda den modulen i stället. I rapporten av Jung och Yoo (2014) visade resultatet att det var elasticitetsmodulen som bland annat hade störst inverkan. Detta bekräftar att modulerna har stor inverkan på sättningsresultaten trots att de andra förutsättningarna var annorlunda så som till exempel material, metod eller antagandet om elasticitet eller plasticitet. Enligt Hu et al. (2003) ökade sättningarna ju mer man sänkte grundvattennivån, vilket även kan bekräftas med den här studien. Huang et al. (2015) visade med sina resultat att en låg elasticitetsmodul gav stora sättningar och ett större portryck och vice versa. I den här studien visas samma resultat men gällande kompressionsmodulen.

Den konceptuella modellen får representera ett stort område i jämförelse med om man studerar enbart en eller några få borrhål. Hur valid den konceptuella modellen är för att beskriva omgivningspåverkan är svårt att svara på. I denna studie har gjorts försök till att analysera en enkel modell med en mer noggrann sådan. Detta medförde inga märkbara skillnader i resultatet.

Det största problemet som har påträffats är variationen i kompressionsmodulen och att dess variation har stor inverkan på resultatet av sättningar. Olika försök har gjorts för att belysa detta. Låg modul innebär stora sättningar och hög modul leder till små sättningar. Detta medför då en risk för att antingen underskatta eller överskatta sättningarna. Att välja ett medelvärde kan då vara fel metod. En bättre metod just för att hantera kompressionsmodulen i sättningsberäkningar borde kanske tas fram. Det kan konstateras att den konceptuella modellen i studien visar på att en grundvattensänkning leder till en omgivningspåverkan, men inte till vilken grad.

Även i tidigare examensarbete gällande grundvattensänkning tas problemet upp gällande osäkerheten kring kompressionsmodulen då den är uppskattad ur last-deformationskurvan för olika djup. Författarna Le Lann Roos och Melin (2010) menar att sättningsstorleken bara påverkas minimalt på grund av detta. Dock bygger den studien på sättningsberäkningar som är gjorda i enbart en punkt. Problemet med kompressionsmodulen blir mer relevant när man

34

försöker arbeta med en konceptuell modell då flera värden från många borrhål ska behandlas och tolkas.

Även i forskningsprojektet på Chalmers diskuterar man osäkerheterna i modellen för sättningsberäkningar. Man nämner parametrar som till exempel jordlagrens mäktighet, transmissivitet och lerans kompressions- och konsolideringsegenskaper. Rosén (2012) menar att osäkerheterna ligger i de osäkerheter som finns i konceptualiseringen. Modellen kan inte beskriva systemet korrekt eftersom det finns parameterosäkerhet i indata. Han nämner även att ”genom att kvantifiera osäkerheterna med statistiska metoder är det möjligt att utvärdera modellens tillförlitlighet samt att genom känslighetsanalys kontrollera vilka parametrar som har störst betydelse för osäkerheterna i en viss del av området”.

Forskningsprojektet ”Riskhantering vid grundvattensänkning i sättningskänsliga områden: Kostnads-nyttoanalys av säkerhetshöjande åtgärder i infrastrukturprojekt” bygger som sagt på en stor insamling av undersökningar över ett område (Bergström & Sundell, 2012). Studien baseras på en geostatisk interpoleringsmetod, krigingmetoden, vilket kan vara svårt att applicera i alla lägen. Tillgången till så många undersökningar från olika år är nog för det mesta begränsad. Dock är det intressant att i ett projekt kunna jämföra nya mätningar med tidigare undersökningar om det finns tillgängligt.

En grundvattensänkning i ett tätbebyggt område beskrivs bäst genom att simulera en halv sänkning av grundvattenytan eftersom att det är så det verkliga förhållandet kan se ut. Det innebär att delar av området behåller den ursprungliga grundvattennivån. Ena sidan av en byggnad drabbas då inte av några sättningar alls eller väldigt små sådana medan den andra sidan i närheten av schaktningen drabbas av större sättningar. I en analys med PLAXIS 3D tydliggörs detta. Som nämnts tidigare underskattas behovet av geotekniskt arbete i infrastrukturprojekt enligt Bergström (2010), detta kan bemötas genom att skapa enkla 3D- modeller som tydliggör jordens beteende. Vid schaktning intill existerande byggnader kan en situation uppstå där sättningar drabbar den befintliga byggnaden som kan leda till stora konsekvenser.

En avvikande faktor är att i samtliga provpunkter minskar gränstrycket med ökat djup vilket borde vara tvärtom enligt fysikens lagar. Detta kan bero på hanteringen av proverna eller andra felkällor vid markundersökningen. Detta innebär samtidigt att ju längre ner i marken man utför beräkningar desto osäkrare är resultatet.

Studien kan användas i branschen för att fortsätta föra en diskussion kring vikten av att arbeta fram konceptuella modeller. Därutöver för att arbeta vidare med problemet med omgivnings- påverkan och utveckla, analysera olika variablers påverkan på sättningsberäkningar.

Undersökningen skulle kunna utvecklas och fördjupas på många sätt. Andra variabler kan även varieras för att se dess inverkan på resultatet så som ursprunglig grundvattenyta och laster. Det kan även vara intressant att studera varje borrhål för sig och se vilka sättningsresultat man får då och jämföra med modellen.

35

5 Slutsats

En konceptuell modell har skapats genom att studera en markundersökningsrapport över ett område i Kristianstad. Modellen har utformats i en förenklad lagerindelning samt i en mer noggrann indelning. Jordmaterialets egenskaper är svåra tolka och bestämma på grund av den stora variationen som råder i jorden, både över området och på djupet. För att besvara frågan om vilka sättningar som uppstår vid en grundvattensänkning på en respektive tre meter har följande gjorts:

 Handberäkning på ett mäktigt lager lera med konstant modul

 Beräkning i PLAXIS med samma förutsättningar som handberäkningen

I studien ingick dessutom att svara på hur kompressionsmodulen inverkar på beräkningarna, vilket har gjorts genom att studera indata i markundersökningsrapporten. Sedan genomfördes grundvattensänkningar på en respektive tre meter och sättningsberäkningar med varierande värde på modulen. De två beräkningarna gjordes med:

 En noggrann lagerindelning med varierande modul på olika djup  Handberäkningar med två olika kompressionsmoduler

Hur handberäkningarna skiljer sig från de som är gjorda i FEM-programmet PLAXIS har besvarats genom att analysera de olika resultaten från samtliga beräkningar i studien.

Det ena syftet med studien var även att visa på hur en grundvattensänkning påverkar omgivningen vilket gjordes med en 3D-modell där man ser spridningen av sättningen. Detta kunde simuleras genom att göra en delvis sänkning i modellen.

Slutligen skulle även frågan besvaras om huruvida verklighetstrogen den konceptuella modellen är. Den frågan har behandlats genom att analysera ingående parametrar, metoden för att ta fram modellen och genom att föra en diskussion om osäkerheter.

Elementindelningen i PLAXIS påverkar resultatet. Dessutom är modellen en enkel sådan som snarare kan beskriva fenomen än att ta fram absoluta värden, vilket innebär att det krävs mer ett mer omfattande arbete för att komma fram till fler intressanta aspekter.

Slutsatsen av arbetet är att sättningar kommer att uppstå på grund av en grundvattensänkning, vilket var ett förväntat resultat. Dessa sättningar kan utgöra en risk och påverka byggnader i omgivningen, särskilt om det uppstår en differentialsättning. Ett exakt värde på sättningarna kan inte anges eftersom att studien visar på att kompressionsmodulens värde avgör detta. Modulen är svår att tolka ur markundersökningsrapporten då den uppskattas efter de indata man har tillgång till. Den varierar både på djupet och i de olika undersökningspunkterna. Det föreföll sig så att kompressionsmodulen i det mäktiga lerlagret blev samma som medelvärdet i den noggranna lagerindelningen med varierande modul. Detta betyder dock inte att kompressionsmodulens värde med säkerhet kan beskriva och gälla för det studerade området. Handberäkningarna med modultal på 3000 kPa har stämt bra överens med de som har gjorts i programmet PLAXIS. Viktigt att poängtera att beräkningarna utgör en förenkling av verkligheten. Grundvattennivån antas vara hydrostatisk i beräkningarna vilket den inte är i

36

verkligheten. Grundvattennivån varierar naturligt även under året och kan inte bestämmas till ett specifikt värde.

Sättningsresultaten beror på en grundvattensänkning men om ytterligare last tas med i beräkningen skulle sättningarna öka ännu mer. Det kan vara last från en byggnad eller exempelvis från fyllning.

I studien har det antagits att det är en normalkonsoliderad lera men med en överkonsoliderad lera skulle andra resultat antagligen ha framkommit. Större laster skulle dessutom innebära att totalspänningen når över gränsspänningen och in i spänningsintervall B och C. Det innebär i sin tur att ännu fler osäkerheter måste beaktas, studeras och jämföras.

En annan viktig slutsats är att konstatera att det finns många outredda delar för att få ett helhetsintryck av hur grundvattensänkningen leder till sättningar. Ett orsakssamband har hittats där en sänkning av grundvattnet leder till en sättning men det är viktigt att beakta att det finns andra orsaker som kan leda till en sättning i området. Fallstudien visar på den komplexitet som det innebär att beräkna sättningar, beskriva en jords egenskaper och arbeta fram en konceptuell modell.

37

6 Referenser

Alén, C. o.a., 2007. Skjuvhållfasthet - utvärdering i kohesionsjord , Linköping: Statens Geotekniska Institut .

Bergström, A. & Sundell, J., 2012. Riskanalys av grundvattensänkning i sättningskänsliga områden, Stockholm: SBUF.

Bergström, G., 2010. Bygg inte på lösa grunder!. Miljöforskning, Formas, Maj.

Brinkgreve, R. B., Kumarswamy, S. & Swolfs, W., 2016. Plaxis 2016, Delft, Nederländerna: Plaxis.

Daintith, J., 2004. Kriging - A dictionary of Computing , Oxford, England : Oxford University .

Delin, S., 2000. Hantering av geogrsfiska data inom ett jordbruksfält , Skara: Institutionen för jordbruksvetenskap, avdelningen för mark-växter .

Desai, C. S. & M., Z., 2014. Advanced Geotechnical Engineering Soil-Structure Interaction Using Computer and Material Models. Boca Raton: CRC Press.

Haaf, E., Norberg, T., Rosén, L. & Sundell, J., 2015. A probabilistic approach to soil layer and bedrock-level modeling for risk assessment of groundwater drawdown induced land subsidence. Engineering Geology, 13 November, pp. 1-14.

Hebrand, M. & Jeppson, H., 2000. Malmö Grundvatten, Malmö: Miljöförvaltningen, Malmö Stad .

Huang, K., Wang, J. & Zhou, X., 2015. Numerical Simulation of Drawdown and Land Deformation in Pumping-Recovery Tests Performed on a Circular Excavation, Shanghai, China: Shanghai Jiaotong University .

Hu, Y. G., Kert, T. & H., W. C., 2003. Estimation of consolidation settlement caused by grundwater drawdown using artificial neural networks, Pingtung, Taiwan: National Pingtung University of Science and Technology.

Iveroth, E., 2012. Koppling mellan design science och fallstudier och aktionsforskning. Uppsala: Uppsala Univeristet.

Jung, E. M. & Yoo, C., 2014. Groundwater drawdown induced ground settlement during tunneling - sensitivity analysis on influencing factors, Suwon, Korea: Sungkyunkwan University.

Larsson, R., 2008. Jords egenskaper, Linköping: Statens Geotekniska institut.

Le Lann Roos, C. & Melin, H., 2010. Sättningsprognos vid eventuell grundvattensänkning i området Lunda, Stockholm: Kungliga tekniska Högskolan.

Lindgren, G. & Rydén, T., u.å. Om Monte-Carlo-simulering - Utdrag ur kompendiet MARKPROVPROCESSER, Lund: Lunds Universitet.

38

Lindhe, A., Kinell, G., Rosén, L. & Söderqvist, T., 2014. Grundvattnets ekosystemtjänster och deras ekonomiska värden - en inledande kartläggning, Uppsala: Sveriges geologiska undersökning .

Malmdal, J., 2012. Riksantikvarieämbetet - Lagar och ansvar. [Online]

Available at: http://www.raa.se/hitta-information/bebyggelseregistret/lagar-och-ansvar/ [Använd 20 05 2016].

Merriam, S., 2004. Fallstudien som forskningsmetod. 1:a red. Lund: Studentlitteratur.

Ottosen, N. & Petersson, H., 1992. Introduction to Finite Element Method. Harlow, England: Prentice Hall.

Pathan, A. & Michalak, A., 2013. Sättningar vid grundvattensänkningar, Stockholm : KTH (Kungliga Teknsika Högskolan).

Persson, L. & Sellberg, B., 2010. Mer forskning krävs när storstäder ska växa neråt. Husbyggaren, 5, p. 43.

PLAXIS, 2016. Material Models Manual. Delft, Nederländerna: Plaxis.

Rosén, L., 2012. Riskhantering vid grundvattensänkning i sättningskänsliga områden: Kostnads-nyttoanalys av säkerhetshöjande åtgärder i infrastrukturprojekt. Göteborg: Chalmers tekniska högskola.

Rosén, L., 2013. Riskhantering vid grundvattensänkning i sättningskänsliga områden: Kostnads-nyttoanalys av säkerhetshöjande åtgärder i infrastrukturprojekt. [Online] Available at: https://www.chalmers.se/sv/projekt/Sidor/Riskhantering-vid-

grundvattensankning.aspx [Använd 19 april 2016].

Rubenowitz, S., 1980. Utrednings- och forskningsmetodik. 1:a red. Göteborg: Esselte Studium.

Ruhe, A. & Söderlind, G., 2016. Numerisk analys. Malmö: Nationalencyklopedin . Sellberg, B., 2010. Under marken i stadsmiljön. Miljöforskning, Formas, Maj. SGI, 2015. Statens Geoteknsika institut - Omgivningspåverkan. [Online]

Available at: http://www.swedgeo.se/sv/vagledning-i-arbetet/grundlaggning-och- forstarkning/omgivningspaverkan/

[Använd 11 03 2016].

SGI,2016a.Statens geotekniska institut, Om SGI. [Online] Available at :http://www.swedgeo.se/sv/om-sgi/

[Använd 22 06 2016].

SGI, 2016b. Statens geotekniska institut, Geoteknik och miljögeoteknik. [Online] Available at: http://www.swedgeo.se/sv/kunskapscentrum/om-geoteknik-och- miljogeoteknik/geoteknik-och-markmiljo/

39

Sundkvist, U. & Wallroth, B., 2016. Ansökan om tillstånd enligt miljöbalken för anläggandet av Västlänken och Olskroken planskildhet, PM Hydrogeologi, Göteborg: Trafikverket.

Sweco Civil, 2014. XX, Kristiansstad - Marktekniks undersökningsrapport, Region Syd: SWECO CIVIL AB.

Sällfors, G., 1996. Geoteknik, jordmateriallära - Jordmekanik. Göteborg: Vasastadens boktryckeri .

Sällfors, G., 2009. Geoteknik, jordmateriallära - jordmekanik. 4:e red. Göteborg: u.n. Träguiden, 2003. Träguiden, Mikroorganismer. [Online]

Available at:

http://www.traguiden.se/omtra/materialettra/traetsegenskaper/bestandighet1/mikroorganismer 1/

[Använd 27 06 2016].

Winter, J., 1992. Problemformulering undersökning och rapport. 3:e red. Köpenhamn: Almqvist & Wiksell Förlag AB.

40

Bilagor

41

Bilaga A

42

Bilaga B

43

Bilaga C

46

Bilaga D

Handberäkningarna:

Spänningarna beräknas fram för en meters grundvattensänkning på de två olika djupen. 𝜀𝐴 = 61−51

3000 = 0,003

𝜀𝐴 = 75 − 61

3000 = 0,003

Sättningarna beräknas fram genom att multiplicera spänningen med lagrets mäktighet.

𝑆 = 0,003 ∙ 4 = 0,012

𝑆 = 0,003 ∙ 2 = 0,006

Spänningarna beräknas fram för tre meters grundvattensänkning på de två olika djupen.

𝜀𝐴 = 81 − 51

3000 = 0,01

𝜀𝐴 = 115 − 85

3000 = 0,01

Sättningarna beräknas fram genom att multiplicera spänningen med lagrets mäktighet.

𝑆 = 0,01 ∙ 4 = 0,04