Ringerike Folkehøyskole, Teatersal. Grunnundersøkelser og stabilitetsvurderinger

Transkript

1 Ringerike Folkehøyskole, Teatersal Grunnundersøkelser og stabilitetsvurderinger R 21. januar 2011

2

3 Prosjekt Prosjekt: Ringerike Folkehøyskole, Teatersal Dokumentnr.: R Dokumenttittel: Grunnundersøkelser og stabilitetsvurderinger Dato: 21. januar 2011 Oppdragsgiver Oppdragsgiver: Buskerud fylkeskommune Oppdragsgivers kontaktperson: Terje Muggerud Kontraktreferanse: Bestillingsbrev datert 3/ For NGI Prosjektleder: Utarbeidet av: Kontrollert av: Øyvind Armand Høydal Øyvind Armand Høydal Håkon Heyerdahl Sammendrag NGI har i oppdrag frå Buskerud fylkeskommune fått i oppdrag å vurdere stabilitetsforhold ut mot ei ravine sør for Ringerike Folkehøgskole. Det er ønskelig å finne en egnet plassering for ny teatersal. Utførte grunnundersøkelser indikerer at det er sandig materiale de øvre 8 meterne. Det er ikke indikasjon på hengende grunnvann i det øvre sandlaget. En må imidlertid forvente at grunnvannsnivået kan være høyere lengre nord og inn på platået. Under det øvre sandlaget påtreffes overkonsolidert leire, avbrutt av sandlag. Dyperegående glidesirkler i skråningen har i dag noe for lav sikkerhet. Beregningene viser at det er mulig å bygge ut mot ravinen dersom en sørger for en liten forbedring av stabiliteten. Dette kan oppnås ved en kombinasjon av

4 Sammendrag (forts.) Dokumentnr.: R Dato: Side: 4 kompensert fundamentering og oppfylling med masser i bunnen av ravinen. Mest kritiske glidesirkel berører ikke byggetomten. Alternativer med å plassere bygg lengre fra skråningen er mer gunstig i forhold til skråningsstabiliteten. Når bygget er prosjektert, og før byggestart, bør det prøvegraves under planlagt fundamentnivå for å kontrollere om det er hengende grunnvann på byggetomten. Det må også verifiseres at stabiliteten av skråningen tilfredsstiller krav om materialfaktor 1,4, inkludert terrenglast fra aktuelt bygg og inkludert evt. stabiliserende tiltak (dvs. oppfylling i bunn av ravinen).

5 Innhold Dokumentnr.: R Dato: Side: 5 1 Innledning 6 2 Områdebeskrivelse 6 3 Grunnundersøkelser 6 4 Stabilitetsvurdering Krav til materialfaktor Beregningsverktøy og -metodikk Skjærstyrkeparametre Resultater fra stabilitetsberegninger 9 5 Konklusjon 10 6 Referanser 11

6 Dokumentnr.: R Dato: Side: 6 1 Innledning NGI har av Buskerud Folkehøgskole fått i oppdrag å vurdere stabilitetsforhold ved Ringerike Folkehøgskole. Bakgrunnen er at det er ønskelig å bygge ut skolen med en teatersal. En aktuell plassering av tilbygget er vist i figur 1 som også viser borplan med grunnundersøkelser. 2 Områdebeskrivelse Skolen ligger i et område kalt Hvelven rett vest for Hønefoss sentrum. Her er det ei flate m over elva som delvis er bebygd. Mot Storelva går det ei relativt brei og bratt ravine som skjærer inn i denne flata. Flata er et resultat av erosjon i en israndavsetning som preger de høyere rygger og moer rundt sentrum av Hønefoss (ref. /1/). Rett sør og nord ligger åsene på ca kote m, mens flata med folkehøgskolen ligger på omkring kote Elva har erodert og skåret seg ned i løsmassene, og sannsynligvis forårsaket større og mindre skred i elveskråningene etter hvert som den har senket seg med landhevningen. På Hvelven kan en ikke klart se noen enkelt skredgrop fra større skred, men terrengformasjonen indikerer muligens tre mindre skred. Rett sør, i dalen innenfor gården Eikli, er det derimot klar indikasjon på et stort skred. I en israndavsetning vil en forvente grusige eller sandige masser på toppen (åsryggene), mens en lenger ned kan finne vekselvis lag av leire, sand og silt. Disse lagene trenger ikke å være kontinuerlige. Leire er lite permeabel, og slipper lite grunnvann gjennom, mens sand virker drenerende. En kan derfor finne hengende grunnvann i sandlag over leirlag, som ikke korresponderer med det generelle grunnvannsnivået. Noe lenger vest, inn for ravinen har det vært myrdannelse. Dette tyder på redusert infiltrasjon i dette området, slik at grunn- og overflatevann lokalt ikke har kunnet drenere, men blitt stående i terrengnivå. Dette indikerer at det her lokalt kan være innslag/lommer av leirige masser, evt. av lag av organisk materiale, som også kan ha en slik effekt. Rett sør for Hvelven pumpestasjon er det påvist fjell i elvekanten. Under selve pumpestasjonen er det fjell på omtrent samme nivå, dvs. på kote +65 (ref. /2/), mao. over 30 m under terrassen der folkehøgskolen ligger. 3 Grunnundersøkelser Det er utført 2 dreietrykksonderinger og 2 CPTU-sonderinger på terrassen. I tillegg er det opptatt skovlprøver (forstyrrede, men representative, prøver) ved borhull 1 (til 3 m dyp), og sylinderprøver ved borhull 2 ned til 5 m dyp. Ved borhull 1 er det montert et hydraulisk piezometer med filterspiss på 12 m dyp. Borplan, figur 1, viser beliggenhet av borpunktene. Tabell 1 viser koordinatene til borpunktene. Innmåling av borpunktene er utført av Scan Survey AS.

7 Dokumentnr.: R Dato: Side: 7 Figur 1 viser også plasseringen av beregningsprofil ned i ravinen, og et alternativ for beliggenhet av tilbygget (stiplet mellom hovedbygg og ravinen). Resultat av dreietrykk- og CPTU-sonderingene er vist i figur 2-5. Figur 9 og 10 viser tolket sedimenttype ut fra CPTU-sonderingen, basert på anerkjente korrelasjoner (ref. /7/). Samlet gir undersøkelsene ingen indikasjon på at det er kvikk, eller meget sensitiv, leire i grunnen. De øvre 8-10 m er det sandig materiale. Under ~10 m er det mer leirig materiale, sannsynligvis siltig leire. Poretrykksmåleren på 12 m dyp registrerte 0,36 m vann over filterspissen avlest 7/ Det vil si at sandlaget ved boring 1 i praksis er drenert ned til underliggende leirlag. Tabell 1 Innmålte koordinater for borpunktene (Euref89 UTM32 NN54). Borpunkt nr N- koord Ø-koord Høyde BP BP Stabilitetsvurdering 4.1 Krav til materialfaktor Minste materialfaktor (i.e. sikkerhetsfaktor ) for stabilitet av skråningen er bestemt ut fra Eurocode 7 (ref. /8/). Det er her satt krav om materialfaktor 1,4. I tillegg vil NVEs veiledning for planlegging og utbygging i fareområder langs vassdrag (ref. /4/) være aktuell dersom det er sprøbruddmateriale i skråningen. Imidlertid gir grunnundersøkelsene ikke indikasjon på slike materialer i skråningen, basert på tolkning av dreietrykk- og CPTU-sonderinger. 4.2 Beregningsverktøy og -metodikk Stabilitetsberegningene er utført med programmet Postograf, som er implementert i programpakken Geosuite, ref. /3/. Postograf baserer seg på en likevektsbetraktning i bruddgrensetilstanden, Limit equilibrium method (LEM). Beregningene er utført med sirkulære glideflater. Terrenglast er ikke medregnet for permanent stabilitet. I beregningene er det tatt hensyn til at leire er et anisotropt materiale, det vil si at skjærstyrken varierer med glideflatens helning. På grunnlag av erfaringstall fra laboratorieforsøk på en rekke norske leirer er forholdet mellom styrkeverdiene for aktiv sone, den plane delen av glideflaten og passiv sone satt til: s ud = 0,7 s ua og s up = 0,4 s ua

8 Dokumentnr.: R Dato: Side: 8 I slike stabilitetsberegninger vil vi kreve en beregnet materialfaktor på 1,4 (sikkerhetsfaktor) for større glidesirkler. Dette er også i samsvar med NVEs veileder, ref. /4/, der tilfredsstillende beregningsmessig sikkerhet, materialfaktor γ M, settes til 1,4 for kvikkleireområder med tilflytting av mennesker. Ved lavere beregnet sikkerhet må materialfaktoren positivt forbedres, størrelsesmessig avhengig av bruken av området og beregnet sikkerhetsfaktor for dagens situasjon. 4.3 Skjærstyrkeparametre I sand er det benyttet effektive styrkeparametre: - Effektiv friksjonsvinkel: φ = 34 - Kohesjon: c = 0 I leira er det tatt utgangspunkt i udrenert aktiv skjærstyrke, s ua. Den udrenerte aktive skjærstyrken er utledet på grunnlag av overkonsolideringsgraden, OCR. Dette tilsvarer vekt av tidligere overlagring av løsmasser som senere er fjernet. Den såkalte SHANSEP-modellen er benyttet (ref. /5/). Skjærstyrkeprofilene i overkonsolidert silt/leire er således beregnet fra følgende empiriske formel: s ua = 0,3 p 0 x OCR 0,65 hvor: OCR = p 0 /p c p 0 = in situ effektivt overlagringstrykk p c = forkonsolideringstrykk ut fra antatt tidligere terrengnivå Antatt tidligere terrengnivå er kote 140, som svarer til dagens høyde på åsen rett nord for folkehøgskolen. Grunnvannet er satt til målt grunnvannsnivå ved hull 1, dvs. ca. kote 89. Dette svarer til toppen av leirlaget. Det er antatt at grunnvannet følger leirlaget tilnærmet horisontalt ut mot skråningen. I bunnen av ravinen er det antatt å være mettede forhold, dvs. grunnvannet står i terreng. Figur 8 viser s ua beregnet ut fra formelen ovenfor. En vil normalt oppnå økt skjærstyrke på lavere nivå, og i økende dybde under terreng, som følge av at tidligere overlagringstrykk og in situ spenningsnivå øker. Lav grunnvannstand medvirker til høye effektivspenninger under flata. Figur 6 og 7 viser tolking av aktiv skjærstyrke fra CPTU sonderingene. Disse viser at først ved 10 m har en poretrykksrespons og spissmotstand som svarer til leirig materiale. Leirlaget ser ut til å være lagdelt. SHANSEP-basert s ua indikerer at overkonsolideringen kan ha vært noe enda høyere enn det benyttede overkonsolideringsnivå, men det er her valgt å være konservativ.

9 Dokumentnr.: R Dato: Side: 9 Figur 8 viser benyttede styrkeprofiler for varierende terrengnivå. Det er satt en maksimalverdi på 140 kpa, fordi det ikke er entydig ut fra CPTU profilene at skjærstyrken øker med dybden utover dette nivået. 4.4 Resultater fra stabilitetsberegninger Nåsituasjon Figur 14 (Vedlegg 1) viser resultat av stabilitetsberegning for dagens situasjon. Beregnet minste materialfaktor for dyperegående glidesirkler er 1,34, noe som er noe lavt sammenliknet med krav om materialfaktor 1,4. Denne glidesirkelen når imidlertid ikke inn til byggetomten. Foreslått bygg antas å ville ligge minimum 9-10 m fra skråningskanten. Sirkel som når inn til antatt byggegrense har materialfaktor 1,38 i dagens situasjon. Skråningen er bratt, og beregningsmessig er de bratteste deler av skråningen i rasvinkel. Skråningen er betinget stabil, dvs den må være tørr for å kunne være stabil. Overflatestabiliteten vil altså være dårlig dersom topplaget mettes opp med vann som resultat av nedbør/snøsmelting Med eventuelt nybygg Oppdraget har vært å vurdere om stabilitetsforhold for skråningen i dag begrenser muligheten for eventuelt nybygg, og finne en løsning slik at et nybygg vil ha tilfresstillende sikkerhet hva angår skråningsstabilitet. NGI har ikke mottatt terrenglast fra et eventuelt bygg. Vi har i beregningene imidlertid lagt på 30 kpa som netto stripelast for å modellere effekt av bygget, og se hvordan stabilitetsforholdene derved endrer seg. Stabilitet av overflatemassene i skråningen påvirkes endres ikke som resultat av stripelasten, slik at sikkerheten mot grunne glidninger vil være uendret (og fortsatt lav). Mest kritiske dyperegående glidesirkel er undret som følge av bygget, slik at minste materialfaktor for dyperegående glidesirkler fortsatt er 1,34 med nye forutsetninger (stripelast). For sammenlikning med situasjonen uten bygg er glidesirkel med materialfaktor 1,38 skissert på figur 14. Denne glidesirkelen lå før i kant av byggegropen. Med stripelast forskyves glidesirkelens skjæring med terrengoverflaten 4-5 m inn på platået innunder planlagt bygg. Tilbygget har altså beregningsmessig ingen innvirkning på minste beregnede materialfaktor for dypere sirkler, men reduserer materialfaktoren noe for glidesirkler som strekker seg innunder bygget.

10 Dokumentnr.: R Dato: Side: Vurdering av løsning Beregnet materialfaktor er noe for lav (1,34 mot 1,40). Det foreslås derfor å utføre fundamenteringen som kompensert fundamentering, dvs. at det velges en fundamenteringsløsning der tyngden av utgravd masse fra byggegropen blir større enn tilleggslast fra bygg og fundament. Det vil være fordelaktig å benytte noe av de avgravde masser som motfylling i foten av skråningen (bunnen av ravinen). En slik motfylling må være godt drenert, slik at grunnvannstanden ikke kan bygge seg opp som følge av oppfyllingen. Dette kan oppnås ved utlegging av et lag med stein eller pukk omgitt av filterduk før utlegging av gravemassene. I ytre deler av tomta mot ravinen bør det være et drenssystem som avskjærer overflatevann som renner mot skråningen, og fører drensvann sikret til bunnen av ravinen og ned i elva. Det skal ikke infiltreres vann fra takflater på platået eller i skråningen. Dette vil kunne svekke skråningsstabiliteten, spesielt i sandlaget. I prøvene er det overveiende funnet sand. Prøveserien i pkt 2 viser at på 4-5 m dybde finner en lag av silt og leire. Innover på flata vil en forvente at grunnvannet stiger, og en kan ut fra erfaring i området ikke utelukke at det kan være lokale leirlag som hindrer infiltrasjon av overflatevann og danner hengende grunnvannspeil. Vi anbefaler derfor at når løsning er valgt, og anlegget skal iverksettes, prøvegraves det i et tilstrekkelig antall punkter til en dybde under fundamenteringsnivå, slik at en kan undersøke om evt. hengende grunnvann og bløt grunn vil kunne skape problemer for gravearbeidene før oppstart. Vi kan likevel si at i de to punktene som her er undersøkt, har vi ikke indikasjon på slike problemer. 5 Konklusjon Det anses mulig å bygge på ytre del av flata ut mot ravinen, forutsatt at en kan fundamentere kompensert og i tillegg kan plassere noe av de utgravde massene som motfylling nede i ravinen, slik at en oppnår en forbedring av stabiliteten fra 1,34 i dag, til 1,40 med bygg, dvs. ca. 4,5 % forbedring. Stabiliteten må kontrolleres når endelig plassering og terrenglast fra bygget, fundamenteringsnivå og utforming av motfylling er bestemt. Alternativ plassering av bygget noe lenger inn fra skråningskanten vil være gunstig i forhold til stabiliteten, dvs. glidesirkler som berører byggetomten vil da få tilfredsstillende materialfaktor. Ytre del av skåningen anses som labil hva angår overflatestabilitet og grunne glidninger, og stabiliteten bør ved bygging forbedres ved å etablere et sikkert drenssystem og slake ned øvre del av skråningen. Drenerende grøfter i skråningen vil bidra til forbedret overflatestabilitet. Ravineskråningen skal ha vegetasjon.

11 Dokumentnr.: R Dato: Side: 11 6 Referanser /1/ Østmo, S.R., P. Kjærnes og K.S. Olsen (1978). HØNEFOSS, kvartærgeologisk kart, 1815 III M. 1: Norges Geologiske Undersøkelse. /2/ NGI (1980) Kloakkringen Hønefoss sentrum, Vurdering av fundamenteringsforhold for pumpestasjon, Støa. Rapport nummer , 26. februar /3/ ViaNova AS (2008): Novapoint GeoSuite Toolbox, R17_1. Geoteknisk programpakke for bl.a. stabilitetsberegninger. /4/ NVE (2008). Planlegging og utbygging i fareområder langs vassdrag. Retningslinjer 1/2008, sist revidert 5. mars /5/ Ladd, C.C. and Foott: New design procedure for stability of soft clays. ASCE 100(GT7), pp /6/ NGF (1982) Veiledning for symboler og definisjoner i geoteknikk. Presentasjon av geotekniske undersøkelser. /7/ Robertson, P.K., Campanella, R.G., Gillespie, D. and Greig, J. (1986). Use of piezometer cone data. Proc. Of the ASCE Specialty Conference In Situ 86: Use of In Situ Tests in Geotechnical Engineering, Blacksburg, , American Society of Engineers (ASCE). /8/ Norsk standard NS-EN1997-1:2004+NA:2008 Eurocode 7: Geoteknisk prosjektering. Del 1: Allmenne regler

12 Figurer Dokumentnr.: R Dato: Side: 12

13 ± V V VV A 2 L L Tegnforklaring L Prøveserie V Dreietrykksondering 8 V CPTU! Poretrykk Buskerud fylkeskommune Ringerike Folkehøgskole Prosjektnummer Rapportnr Kartbilag/ Figur nr Grunnundersøkelser og stabilitetsvurderinger Utført oah Dato Borplan Kontrollert RMo Målestokk hovedkart 1 : 1000 Datum: WGS 84, Kartprojeksjon: UTM, Sone:32N Godkjent

14

15

16

17

18 s ua (kpa) Dybde (m) Shanshep basert su NDu basert su NC-leire korrelasjon Anbefalt su Nkt basert su P:\2010\09\ \Beregninger\[CPTU-tolk2006_1.xlsm]sua profil Terrengkote : 97 m 97 KOTE 140 TIDLIGERE KOTE (OCR nivå) Rapport nr. Figur nr. Ringerike Folkehøgskole, teatersal Aktiv skjærstyrke basert på CPTU-sondering og shanshep. oah Kontrollert Borhull 1 Tegner Rmo Godkjent Dato

19 s ua (kpa) Dybde (m) Shanshep basert su NDu basert su NC-leire korrelasjon Anbefalt su Nkt basert su P:\2010\09\ \Beregninger\[CPTU-tolk2006_2.xlsm]sua profil Terrengkote : m KOTE 140 TIDLIGERE KOTE (OCR nivå) Rapport nr. Figur nr. Ringerike Folkehøgskole, teatersal Aktiv skjærstyrke basert på CPTU-sondering og shanshep. oah Kontrollert Borhull 2 Tegner Rmo Godkjent Dato

20 Dyp, m 0 5 Sua basert på SHANSEP, kpa Su kote 97 Su kote 90 Su kote Figur 8 Shanshep basert tolkning av Su, aktiv basert på kote +140

21 Classification by PN-B qc [MPa] 10 0 fs [kpa] 200 u2 [MPa] Depth [m] Sand to silty sand (3) 4 Sand (2) 8 Silty clay to clay, clay (6) Clayey silt to clay (4) 12 Silty clay to clay, clay (6) Clayey silt to clay (4) Sand to silty sand (3) Sand to silty sand (3) U2 Cone No: Tip area [cm2]: 10 Sleeve area [cm2]: 150 Location: Project ID: Project: Position: Client: Ground level: Test no: 1 Date: Scale: : 150 Page: Fig: 1/1 File: 02-Nov-2.std

22 Classification by PN-B qc [MPa] 10 0 fs [kpa] u2 [MPa] Depth [m] 1.2 Sand to silty sand (3) Sand (2) Sand to silty sand (3) 4.8 Sand (2) Sand to silty sand (3) 6.0 Sand (2) Sand to silty sand (3) Sand (2) Sand to silty sand (3) Clayey silt to clay (4) Silty clay to clay, clay (6) Silty clay to clay (5) 7.2 Clayey silt to clay (4) 8.4 Sand to silty sand (3) Clayey silt to clay (4) U2 Cone No: Tip area [cm2]: 10 Sleeve area [cm2]: 150 Location: Project ID: Project: Position: Client: Ground level: Test no: 2 Date: Scale: : 50 Page: Fig: 1/1 File: 02-Nov-3.std

23

24

25

26

27 Kontroll- og referanseside/ Review and reference page Dokumentinformasjon/Document information Dokumenttittel/Document title Grunnundersøkeler og stabilitetsvurderinger Dokument nr/document No Dokumenttype/Type of document Rapport/Report Teknisk notat/technical Note Distribusjon/Distribution Fri/Unlimited Begrenset/Limited Dato/Date Rev.nr./Rev.No. Ingen/None Oppdragsgiver/Client Buskerud Folkehøgskole v/ Terje Muggerud Emneord/Keywords Skråningstabilitet Stedfesting/Geographical information Land, fylke/country, County Buskerud Kommune/Municipality Ringerike Sted/Location Ringerike Folkehøgskole Kartblad/Map 1815 IIIHønefoss UTM-koordinater/UTM-coordinates Sone 32 N E Havområde/Offshore area Feltnavn/Field name Sted/Location Felt, blokknr./field, Block No. Dokumentkontroll/Document control Kvalitetssikring i henhold til/quality assurance according to NS-EN ISO9001 Rev./ Rev. Revisjonsgrunnlag/Reason for revision Egenkontroll/ Self review av/by: Sidemannskontroll/ Colleague review av/by: Uavhengig kontroll/ Independent review av/by: Tverrfaglig kontroll/ Interdisciplinary review av/by: 0 Originaldokument Oah RMo Dokument godkjent for utsendelse/ Document approved for release Dato/Date Sign. Prosjektleder/Project Manager Skj.nr. 043

28

29