Underbygning. Valgfag i jernbaneteknikk, HiOA høsten Margareta Viklund Siv.ing geoteknikk Jernbaneverket Teknologi Underbygning Introduksjon

Transkript

1 Valgfag i jernbaneteknikk, HiOA høsten 2015 Underbygning 24 august 2015 Margareta Viklund Siv.ing geoteknikk Jernbaneverket Teknologi Underbygning Introduksjon 1

2 Underbygning Innhold Introduksjon Banelegeme Drenering Frost og snø Setninger og stabilitet Underbygning Introduksjon 2

3 Underbygning Bruer Vad er underbygning? Banelegemet, fyllinger, skjæringer Dreneringsanlegg - stikkrenner, grøfter, ledninger, kummer etc. Tunneler, kulverter Snøoverbygg, snøskjermer, terrengtilpasning for snø Rasoverbygg Fjellsikring Støttemurer Underbygning Introduksjon 3

4 Vad er underbygning? Generelt: Hvis det verken er elektroinstallasjoner eller overbygning (ballast, sviller, skinner) da er det underbygning! NB! Definisjon av underbygning overbygning skiller seg fra vegbygging. Underbygning Introduksjon 4

5 Hvorfor er det viktig? Underbygningen representerer store verdier ca. 50 % av totalkostnadene ved nyanlegg Underbygning + overbygning: Ca. 75 % av totalkostnadene Underbygning Introduksjon 5

6 Hvorfor er det viktig? Store konsekvenser når underbygningen ikke fungerer Underbygning Introduksjon 6

7 Underbygningens funksjon Å skape et sikkert og stabilt leie for overbygning og elektroinstallasjoner. Omfatter bl.a. følgende funksjonsegenskaper: God lastfordeling og bæreevne i banelegemet og for fundamenter God stabilitet i skjæringer og fyllinger Gode deformasjonsegenskaper for bruer, fundamenter og banelegeme, inkl. mest mulig jevn sporstivhet God dreneringsevne for banelegeme og terreng Sikkert spor av andre hensyn (snøskjerming, gjerder, vegetasjonskontroll m.m.) Underbygning Introduksjon 7

8 Jords oppbygging Jord består av tre faser: Fast fase mineral /lerpartiklar jordens bærende skjelett Flytende fase vann Gassfase porgass (luft) Løst lagret sand Leire Underbygning Introduksjon 8

9 Jordarter Geoteknikk hvordan man bygger i, av og på jord og stein Naturlige jordarter benevnes etter kornstørrelse Stein Grus Sand Silt Leire Friksjonsjord styrken byggs av friksjon mellom korn Kohesjonsjord styrken byggs av kohesjon (attraksjon) Morene kombinasjonsjordart Underbygning Introduksjon 9

10 Jordarter Kornfordelingskurve/sikteanalyse Underbygning Introduksjon 10

11 Andre materialer Sprengstein knust fjell/stein, varierende kornstørrelse Pukk knust fjell/stein, sortert Lette materialer Skumglass Leca Ekstrudert polystyren (EPS, XPS) Underbygning Introduksjon 11

12 Vannets egenskaper Hvilke egenskaper har vann som kan virke negativt på infrastruktur? Vann er stivt Oppdrift (løftkraft) Kapillær effekt Permeabilitet Det fryser med stor kraft Det har stor kraft når det er i bevegelse og kan grave og transportere Sterkt løsemiddel Spesielle termiske egenskaper Binder sterkt til visse leirpartikler Underbygning Introduksjon 12

13 Stor kraft nødvendig for endre volumet vann er et stivt materiale Vann kan nesten ikke komprimeres Konsekvenser: Vannets egenskaper - stivhet Hurtig lastendring i finkornede materialer: Vannet bærer lasten ikke kornskjellettet. Vibrasjoner og poreovertrykk kan kommuniseres over lange avstander - spesielt når porevannet er fanget i finkornede og tette jordarter, bak betongmurer, teleskorpe o.l. Underbygning Introduksjon 13 13

14 Vannets egenskaper - Oppdrift Oppdrift (løftkraft) Under grunnvannsspeilet Redusert kontakttrykk mellom kornene redusert friksjon Konsekvensen er redusert motstand/styrke mot deformasjon og jordskred Underbygning Introduksjon 14

15 Vannets egenskaper kapillaritet og permeabilitet Kapillaritet evne til å suge vann. Permeabilitet evne til å transportere vann. Finkornede materialer har større kapillaritet og lavere permeabilitet Leire: kapillaritet m, permeabilitet <10-9 m/s Avhengig av komprimeringsgrad og retning Viktige egenskaper for telehiv Underbygning Introduksjon 15 15

16 Vannets egenskaper - frysetrykk Et enormt frysetrykk Forårsaket av ekspansjon (9% volumøkning) når vann fryser til is. Deformasjon av omkringliggende konstruksjon/materiale senker trykket. (Hommelvik, 2005) Underbygning Introduksjon 16 16

17 Vannets egenskaper vann i bevegelse Kinetisk energi i en vannstrøm mistes ikke lett. Strømmende vann har derfor stor evne til erosjon og til å holde partikler i suspensjon. Erosjon Kan utløse større ras Inre erosjon abrasjon (vaskesviller) Massetransport Risiko for tetting av drenering og stikkrenner Underbygning Introduksjon 17 17

18 Mye energi er involvert i faseovergangen mellom is og vann Mye energi blir frigitt under frysing varme overføres til omgivende materiale Vannets egenskaper Mye frost trengs for å fryse et materiale med høyt vanninnhold, mye varme trengs for tining Vann er et sterkt løsningsmiddel Vann har en sterkt evne til å løse visse mineraler, f.eks. kalkholdig berg Vann har tendens til å binde seg sterkt til visse typer leirmineraler. Dette kan føre til store svelletrykk i f.eks. bergsprekker Underbygning Introduksjon 18 18