R UTLEIRA IDRETTSANLEGG OMRÅDESTABILITET

Transkript

1 R UTLEIRA IDRETTSANLEGG OMRÅDESTABILITET BEREGNINGSGRUNNLAG STAVSET STUBBAN TILLER HEIMDAL Rev. B

2

3 2 1. INNLEDNING 1.1 Prosjektet Prosjektet omfatter bygging av nytt idrettsanlegg på Utleira. Anlegget består av idrettshall og 2 fotballbaner. Nord og nordvest for tomta ligger NVEs kvikkleiresoner 193 Blakli og 196 Stubban. Begge sonene er klassifisert i middels faregrad. I tillegg er det registrert kvikkleire øst for og på selve tomta. I forbindelse med utbyggingen må det derfor dokumenteres at det er tilfresstillende sikkerhet mot kvikkleireskred ihht NVEs retningslinje , ref /1/, med vedlegg, Vurdering av områdestabilitet ved utbygging på kvikkleire og andre jordarter med sprøbruddegenskaper og Kartlegging og vurdering av skredfare i arealplaner. 1.2 Oppdrag Geoteknisk faggruppe fikk i oppdrag av Heidi Vassli, Utbyggingsenheten, å gjøre en vurdering av områdestabilitet for Utleira idrettsanlegg. I tilfelle utilstrekkelig stabilitet skal det også vurderes hvilke tiltak som er nødvendig for å oppnå vesentlig forbedring av stabilitet i hht NVEs retningslinje, og om det er realistisk å få gjennomført disse tiltakene. I denne rapporten er det angitt hvilke beregningsmetoder som skal benyttes og hvilke sikkerhetsprinsipper som legges til grunn for vurderinger. Rapporten inneholder også tolkning av treaksial- og ødometerforsøk og utførte trykksonderinger (CPTU). Der er også gitt en oversikt over rapporter med grunnundersøkelser som inngår i beregningsgrunnlaget Det framgår av situasjonskart, tegning nr. 102, hvilke data som er tatt med i beregningsgrunnlaget. I henhold til NVE retningslinje , ref. /1/, er det nødvendig med uavhengig kontroll av geoteknisk beregningsgrunnlaget og stabilitetsutredning for idrettsanlegget. Kontrollen er utført av NGI Trondheim, ref. /15/. 1.3 Kvikkleire Det er påvist kvikk- og sprøbruddleire både innenfor og rundt utbyggingsområdet, se figur 1 på neste side. NVEs kvikkleireveileder, vedlegg til NVE retningslinje , omhandler bygging i og nedenfor områder med sprøbruddmaterialer. I praksis er sprøbruddmaterialer leire med sensitivitet 15 og omrørt skjærfasthet <2 kpa. Kvikkleire er også et sprøbruddmateriale. For at leira skal være kvikk må den omrørte skjærfastheten være <0,5 kpa. Undersøkelser som Multiconsult AS har gjort i forbindelse med bygging av ny barnehage ved Utleira skole viser at Stubban kvikkleiresone strekker seg lenger mot sør enn tidligere antatt, vedlegg 1. Området kan derfor i teorien bli rammet av kvikkleireskred både østfra, nordfra, og vestfra. Grunnforhold og omfang av kvikkleire er beskrevet i Trondheim kommunes rapport R1531-1, ref. /2/, og rapport R1432, ref. /3/.

4 3 Figur 1: Kvikkleiresonene ved Utleira skole. Den røde linja angir utvidet Stubban kvikkleiresone basert på Multiconsult AS sin undersøkelse. Krav til forbedring av stabilitet for skråninger med for lav stabilitet avhenger av tiltakskategorien for planlagt utbygging. Idrettsanlegget klassifiseres i tiltaksklasse K3, noe som medfører krav om vesentlig forbedring av materialkoeffisienten. 1.4 Tidligere undersøkelser Det er utført supplerende grunnundersøkelser i forbindelse med dette prosjektet, rapport R I beregningsgrunnlaget er det i tillegg til supplerende undersøkelser benyttet resultater fra en rekke tidligere undersøkelser. Rapportene er listet opp nedenfor. Trondheim Kommune: R.0263 Utleira skole R Utleira skole R.1432 UtleiraIdrettsanlegg Multiconsult AS: Stubbanvegen barnehage, foreløpige resultater Statens vegvesen: Ud608A Massedeponi Kastbrekka-Bjørkmyr Situasjonskart og profiler viser resultater som er benyttet i beregningsgrunnlaget. Rapport nr. er påført situasjonskartet for de tidligere utførte grunnundersøkelsene men ikke for de nye undersøkelsene i rapport R

5 2. BEREGNINGSFORUTSETNINGER Generelt Multiconsult AS har gjort en utredning av reguleringsområde Utleir Øst og Tomset, inklusive vurdering av områdestabilitet ihht NVE retningslinjer. Utredningen har gjennomgått uavhengig kontroll av Rambøll Norge AS, og konkluderer med at områdestabiliteten er tilfredsstillende. Stabilitetsvurderinger for områdene nord og nordøst for den nye idrettshallen er oppsummert i notat RIG-02 fra Multiconsult AS, ref. /4/. Notatet viser at det ikke kan komme kvikkleireskred fra Utleir Øst eller Tomset. Multiconsult har i forbindelse med utbygging av Stubbanvegen barnehage kommet med en foreløpig vurdering av områdestabiliteten. På grunnlag av nyere grunnundersøkelser er Stubban kvikkleiresone foreslått utvidet noe sørøstover, vedlegg 1. Kartet viser i tillegg skredretninger for eventuell ras i Stubban kvikkleiresone. Stubban kvikkleiresone heller stort sett mot Bratsbergvegen. Det er derfor lite sannsynlig at skred fra Stubban kvikkleiresoner kan ramme utbyggingsområdet for den nye hallen. Ett unntak er det lille området som er foreslått lagt til Stubban kvikkleiresone, der skråningen heller mot det nye idrettsanlegget. I tillegg vurderes skråningen opp mot Utleira skole. Hvis det kan vises at skråningen vest, nordvest, og øst for utbyggingsområdet har tilfredsstillende sikkerhet mot kvikkleireskred, er idrettsanlegget skredsikkert. Stabilitetsberegninger skal utføres både ved totalspenningsanalyse (udrenert korttidstilstand) og effektivspenningsanalyse (drenert langtidssituasjon). Materialfaktor fra totalspenningsanalysen vurderes som kritisk for terrengendringer eller lastendringer. Effektivspenningsanalysen vurderes som representativ for langtidssituasjonen for skråningene slik de står i dag, eventuelt også for en sakte terrengendring dersom dette ikke medfører udrenerte spenningsendringer. Stabilitetsanalyse utføres med beregningsprogrammet Geosuite Stabilitet, en del av Geosuitepakken. Programmet baserer seg på en likevektsbetraktning for potensielle bruddflater. Stabilitetsberegningene skal utføres for en plan spenningstilstand. 2.2 Beregningsprofiler Det skal utføres beregninger i 4 profiler. Beliggenhet av profilene er vist på situasjonskartet, tegning 102, og profiler med antatte laggrenser er vist på tegningene Laggrensene er tegnet på grunnlag av nye og gamle boringer. 2.3 Geometrieffekter Alle beregninger er utført for en plan spenningstilstand. Det betyr at profilets bredde antas å være uendelig. Dette er en konservativ antagelse, men her er det ikke noe betydelig romvirkning i noen av profilene, så antagelsen er fornuftig. 2.4 Terreng og grunnforhold Området hallen skal bygges på ligger i bunnen av en eldre skredgrop. Området er relativt flatt og ligger på ca kote m.o.h. Det er foretatt terrengplanering av skråningen opp mot Utleiren gård og øst på området. Steindalsbekken er lagt i rør. Skråningene øst for området er noe brattere enn vest for området, med helning 1:5. Grunnen i området består stort sett av tørrskorpeleire over leire som ofte er siltig. I tillegg ble det registrert et sandlag på ca 5 meters dybde i punkt 5. Leira i området er fra middels fast til fast. I dybden er leira kvikk eller sensitiv. Det ble registrert kvikkleire i 2 punkt, punkt 1 og 2. I tillegg ble sprøbruddleire (meget sensitiv leire med omrørt skjærfasthet < 2 kpa) registrert i punkt 5.

6 Gamle undersøkelser, ref. /3/, tyder også på tilsvarende grunnforhold i området, med et kvikt/sensitivt leirelag som henger sammen under hele område Grunnvann- Poretrykk Det er utført poretrykksmålinger i 2 punkt som viser at grunnvannstanden ligger ca 2 meter under terreng i området for idrettshallen mens den ligger ca 5 meter under terreng øst for utbyggingsområdet, på toppen av skråningen. Poretrykket øker mindre enn hydrostatisk med dybden. Poretrykksmålingene gir tilstrekkelig grunnlag for å anta følgende poretrykksfordelinger der disse er utført: Tabell 1 Oppsummering av poretrykksmålinger Rapport nr., borehull nr. GV dybde (m) GV kote (m) Poretrykksøkning R , 1 5, ,22 Hydrostatisk til kote +115,30, 50% av hydrostatisk derunder R1531-1, 5 2, ,12 Hydrostatisk til kote +105,28, 85% av hydrostatisk derunder 3. MATERIALPARAMETERE 3.1 Tyngdetetthet For de stedlige massene er tyngdetetthet bestemt ut fra utførte laboratorieundersøkelser. For eventuelt tilførte masser (motfyllinger) benyttes =19 kn/m Udrenert skjærfasthet Valg av udrenert skjærfasthet er prioritert i forhold til følgende: 1. CPTU tolkning 2. Laboratorieundersøkelser (konus- og enaksiale trykkforsøk samt aktive treaksialforsøk) på 54 med mer prøver. Resultat fra CPTU sonderingene er vist i tegning og tolket aktiv skjærfasthet fra CPTU er vist i tegning Tolkning av CPTU sonderingene er utført på grunnlag av poretrykksfaktoren N u og spissmotstandsfaktoren N kt, som gitt i ref. /14/: Poretrykkbasert Spissmotstandbasert s ua =(u 2 -u 0 )/N u s ua =(q t - v0 )/N kt Det er lagt hovedvekt på følgende verdier ved bestemmelse av aktiv udrenert skjærfasthet: S t <15: N kt =7,8+2,5*logOCR+0,082*I p N u =6,9-4,0*logOCR+0,07*I p S t >15: N kt =8,5+2,5*logOCR N u =9,8-4,5*logOCR OCR og I p er henholdsvis overkonsolideringsgrad og plastisitetsindeks. OCR er bestemt på grunnlag av ødometerforsøk og antatt tidligere terreng. I p er bestemt ved laboratorieundersøkelser. Parametrene som ble brukt i tolkning av CPTU er plastisitetsindeksen, in situ poretrykk, romvekt og sensitivitet. Disse er bestemt ved felt- og laboratorieundersøkelser.

7 Ved tolking av CPTU er det benyttet romvekt 20 kn/m 3. In situ poretrykk er bestemt ved poretrykksmålinger i de aktuelle punkter, eller vurdert ut fra måling i nærliggende punkter, se avsnitt 2.5. Sensitiviteten er vurdert på grunnlag av konusforsøkene. 6 Generelt er N u benyttet ved B q verdi (poretrykksrespons) høyere enn 0,5 og N kt er benyttet ved B q lavere enn 0,5. For de valgte korrelasjonene for N u og N kt faktorene skilles det mellom leire med sensitivitet (St) lavere og høyere enn 15. Designverdien for aktiv udrenert skjærfasthet er vist med stiplet linje i tokningsdiagrammene i tegning Design verdien er sammenlignet med tolket SHANSHEP skjærstyrke og er i alle tilfeller antatt høyere enn skjærfasthet for normalkonsolidert leire, s unc =0,28p 0. SHANSHEP fastheten er beregnet vha følgende formelen: s ua = p 0 OCR m hvor og m er faktorer, p 0 er in situ effektivspenning og OCR er overkonsolideringsgrad. Her er det valgt =0,30 og m=0,60 for tolking av aktiv skjærstyrke, ref /14/. Det er brukt samme - og m- faktor i hele området, mens p 0 og OCR varierer for hvert punkt. I større dybder der det ikke foreligger målinger, er det antatt økende skjærfasthet med dybden. Det er gjort ekstrapolering av overliggende målinger. I Geosuite legges det inn en fasthetsreduksjon på 15 % av design skjærfasthet når denne er bestemt fra CPTu (fasthetsreduksjonen legges inn i beregningene, ikke ved tolking av skjærfastheten). Vurdering av leiras sensitivitet er basert på utførte laboratorieundersøkelser og vurdering/ tolkning av sonderinger (trykk- og dreietrykksondering). For den faste leira er det valgt designverdier for udrenert skjærfasthet ut fra en vurdering av tilgjengelige grunnundersøkelser som er relevante for det enkelte profil og SHANSHEP. 3.3 Effektiv skjærfasthet Bestemmelse av effektive skjærfasthetsparametere for leira er basert på utførte treaksialforsøk. For andre jordarter er det brukt erfaringsverdier. Det er kjørt treaksialforsøk med isotrop konsolidering. For fast leire i dybden og tørrskorpeleire er erfaringsverdier lagt til grunn. Benyttede verdier er vist i Tabell 2. Tabell 2 Benyttede verdier for effektiv skjærfasthet. Materiale Friksjonsvinkel ( ) Tangent (-) Attraksjon (kpa) Kohesjon (kpa) Tørrskorpeleire 31 0, Middels fast leire 27 0, Fast leire 29 0, ,25 Meget fast leire 30 0, ,6 Kvikkleire 29 0, ,25 Sand 33 0,65 5 3,25 Fyllmasser 27 0,5 10 5

8 3.4 Overkonsolidering Tolking av de utførte ødometerforsøkene er vist i tabell 3. 7 Tabell 3 Konsolideringsgrad fra utførte ødometerforsøk. Borehull Dagens terreng kote (TK lokal) GVS (m under terreng) (kn/m 3 ) Dyp (m) Tolket p c (kpa) p 0 (kpa) OCR = p c /p ,30 5, , ,70 1, ,28 2, , ,30 3, ,28 2, , ,80 2, ,28 2, , ,9 2,2 Overkonsolideringsgrad er 1,4 for punkt 1 og 2,5 for punkt 5 og på selve utbyggingsområdet. Overkonsolideringsgraden skyldes det at tomta ligger i bunnen av en eldre skredgrop. 3.5 Anisotropi og tøyningskompatibilitet I beregningene tas det hensyn til spenningsanisotropien i leira. Udrenert skjærfasthet varierer med hovedspenningene (ADP-analyse). Utgangspunktet er udrenert aktiv skjærfasthet s ua som er tolket fra CPTU-sonderingene og laboratorieundersøkelsene. Direkte og passiv skjærfasthet er beregnet ut fra følgende formler: s ud =0,7s ua s up =0,4s ua Det er ikke utført passive treaksialforsøk eller direkte skjærforsøk i dette prosjektet. De anvendte anisotropiforhold er i henhold til erfaringer fra tidligere forsøk utført av flere konsulentfirmaer. Bruk av de angitte verdier vurderes å ta hensyn til prinsippet om tøyningskompatibilitet. Det samme gjelder fasthetsreduksjon på 15 % som er foretatt for sprøbruddleire når designskjærfasthet er bestemt på grunnlag av CPTu, og som skal ivareta både sprøbruddegenskaper og prinsippet om tøyningskompatibilitet. Det er også tatt hensyn til tøyningskompatibilitet ved at så vel effektive skjærfasthetsparametere som udrenert skjærfasthet tolket fra treaksialforsøk, er tatt ut ved tilnærmet like deformasjoner (0,5-1% ) 3.6 Kvalitet av undersøkelser Grunnundersøkelsene ble utført i henhold til NGF meldinger og håndbøker fra Statens Vegvesen, ref. /5/ - /12/. CPTU-sonden ble sist kalibrert , vedlegg 02. Resultatene tyder ikke på uakseptabel kvalitet. Det er tilfredsstillende kvalitet i henhold til NGF melding nr.5, ref. 8, vedlegg Alle treaksial- og ødometerforsøk viser at sylinderprøvene ligger i kvalitetsklasse 1 akseptabel, når de vurderes på grunnlag av volumtøyning, jf NVE retningslinje Tabellen nedenfor dokumenterer kvalitetsklasse for treaksial- og ødometerforsøk. Borpunkt Dybde (m) Tolket OCR Volumtøyning V/V 0 (%) Kvalitetsklasse 1 20,25 1,4 2,9 1 Akseptabel 1 20,35 1,4 3,5 1 Akseptabel 1 17,10 1,4 3,2 1 Akseptabel 5 8,50 2,5 1,8 1 Akseptabel

9 5 10,40 2,5 2,2 1 Akseptabel 5 11,20 2,5 2,8 1 Akseptabel Krav til materialkoeffisient Krav til materialfaktor er gitt i NVE retningslinje , i tabell 3.1, i vedlegg 1til retningslinjen. Ny idrettshall klassifiseres i tiltakskategori K3. Hvis materialfaktor γ m =1,4, ikke kan oppnås må man se på hva som er mulig å få til av stabiliserende tiltak for å oppnå vesentlig forbedring av material-koeffisient, altså tilfredsstillende stabilitet. Et kompliserende forhold i så måte er at terrengarbeider for idrettsbanene allerede er utført. 4 REFERANSER 1 NVEs retningslinje : Flaum- og skredfare i arealplanar, sist revidert 15. april Rapport R1531-1: Utleira Idrettsanlegg, områdestabilitet. Datarapport, Rapport R1432: Utleira Idrettsanlegg, Notat RIG-02: Utleir Øst. Geotekniske problemstillinger, NGF melding nr. 3 Dreiesondering 6 NGF melding nr. 5 Trykksondering 7 NGF melding nr. 6 Grunnvannstand og poretrykk 8 NGF melding nr. 7 Dreietrykksondering 9 NGF melding nr. 9 Totalsondering 10 Statens vegvesen, håndbok 015, Feltundersøkelser 11 Statens vegvesen, håndbok 280, Geoteknisk felthåndbok 12 Statens vegvesen, håndbok 018, Geoteknikk i vegbygging 13 Karlsrud, Kjell (2003) Stabilitetsanalyser av skråninger, skjæringer og fyllinger Kurs mai 2003, Rica Hell Hotell 14 Karlsrud, K., Lunne, T. Kort, D.A., Strandvik, S. (2005) CPTU Correlations for Clays NGI-rapport datert 10.januar Notat TN, rev.02: Utleira idrettshall. Uavhengig kontroll av områdestabilitet,

10 9 5 TEGNINGSLISTE Tegning Revisjon Tema Oversiktskart, målestokk 1: A Situasjonskart, målestokk 1: Profil A 112 A Profil B 113 A Profil C 114 A Profil D CPTU 1 sonderingsresultat CPTU 3 sonderingsresultat CPTU 4 sonderingsresultat CPTU 5 sonderingsresultat CPTU 6 sonderingsresultat CPTU , 5 sonderingsresultat CPTU 1 tolkning CPTU 3 tolkning CPTU 4 tolkning CPTU 5 tolkning CPTU 6 tolkning CPTU , 5 tolkning 6 VEDLEGGLISTE Vedlegg Revisjon Tema Kvikkleirekart revidert av Multiconsult AS 02 A Kalibreringsskjema CPTU CPTU 1. Anvendelsesklasse etter NGF-melding nr CPTU 3. Anvendelsesklasse etter NGF-melding nr CPTU 4. Anvendelsesklasse etter NGF-melding nr CPTU 5. Anvendelsesklasse etter NGF-melding nr CPTU 6. Anvendelsesklasse etter NGF-melding nr CPTU ,5. Anvendelsesklasse etter NGF-melding nr.5

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23 Utleira Idrettsanlegg Områdestabilitet CPTU 1 R Tegning nr. 171 Rev. 0

24 Utleira Idrettsanlegg Områdestabilitet CPTU 3 R Tegning nr. 172 Rev. 0

25 Utleira Idrettsanlegg Områdestabilitet CPTU 4 R Tegning nr. 173 Rev. 0

26 Utleira Idrettsanlegg Områdestabilitet CPTU 5 R Tegning nr. 174 Rev. 0

27 Utleira Idrettsanlegg Områdestabilitet CPTU 6 R Tegning nr. 175 Rev. 0

28 Utleira Idrettsanlegg Områdestabilitet CPTU , 5 R Tegning nr. 176 Rev. 0

29

30 R Vedlegg 2 reva

31

32

33

34

35

36