GEOTEKNIKK Mostafa Abokhalil Geotekniker Plan og Teknikk BaneNor

Transkript

1 Innføring i jernbaneteknikk GEOTEKNIKK Mostafa Abokhalil Geotekniker Plan og Teknikk BaneNor

2 Fra min CV Utdannelse NTNU Gjennomført avansert kurs Geoteknikk (2) Statens vegvesen og Jernbaneverket Høgskolen i Østfold Tunnelstudiet. Studiet er hovedsakelig et tilbud til ledere og medarbeider e i Statens vegvesen og Jernbaneverket. Geoteknikk. Avsluttet med (A) Universitetet i Oslo M. Sc., Miljøgeologi og Geohzards (katastrofer som flom, skred etc.) Spesialisering innen Geoteknikk, ingeniørgeologi og hydrologi masteroppgave (Tunneler) Universitetet for miljø- og biovitenskap (UMB) Startet en M. Sc i utviklingsstudier Cairo University- Faculty of Engineering Diploma i forvaltning av delt vannressurser Cairo University- Faculty of Engineering B.sc., Bygg og Anlegg B.sc Oppgave: Stål konstruksjoner Norsk geoteknisk institutt (NGI) i Oslo Jeg hadde rollen Ingeniørgeolog- assistent. Jobben gikk på å Identifisere svakhetssoner i tunnelnettverk, markere svakheter og foreslå fornuftige tiltak Plan- og bygningsetaten i Oslo som Prosjektingeniør og rådgiver innen vei behandlet jeg flere Byggesaker og veibyggingssaker som innebærer bruk av Plan og byggingsloven, og vegloven Nå. Jernbaneverket i Oslo

3 Innhold Hva er Geoteknikk? (historie og defensjon) Geotekniske problemstillinger Setninger Telehiv Drenering Stabilitet Fundamentering Kvikkleire Grunnundersøkelser Geotekniske løsninger Jernbaneprosjekter Eksempler

4 Trøgstad 1967

5 Hva er geoteknikk? Historikk (Karl Terzaghi) Geoteknikk omhandler hvordan å bygge på, i eller av jord (NTNU). Geoteknikk er det ingeniørfaget som handler om jord og bergs egenskaper i byggeteknisk henseende (NGI).

6 Geoteknikk i jernbanesammenheng Oppbygging av underbygningen Omfatter alle byggverk som er nødvendig for å bære og sikre overbygning. Skjæringer, Fyllinger, Tunneler, Bruer (Fundamentering av), Støttemur, Stikkrenner, Grøfter, Forsterkningsslag, Frostsikringslag, Filterlag / Fiberduk Ved nybygging dimensjoneres underbygningen iht teknisk regelverk

7 Hvorfor er underbygning viktig? Underbygningen representerer store verdier ca. 50 % av totalkostnadene ved nyanlegg Underbygning + overbygning: Ca. 75 % av totalkostnadene 7

8 Geotekniske problemstillinger Setninger Frost og telehiv Fundamenteringer Vannrelaterte problemer Stabilitet Kvikkleire

9 Setninger Ved bygging på bløt grunn vil det oppstå setninger som følge av økte belastninger. Setninger i bløt grunn utvikles over lang tid og varierer i størrelse med grunnforhold og belastninger. Setninger kan også oppstå på grunn av grunnvannssenking. Settlement and tilting of residential homes in Kamisu City. Japan

10 Setninger Hovedprinsipper: Initialsetninger Primærsetninger Sekundærsetninger

11 Tillatte setninger i lengdeprofilet Akseptert utvikling av differansesetninger og maksimale setninger på langs av nyanlagte banelegemer. Setningene som er angitt i figuren ventes å gi behov for 2-3 justeringer av sporet og kontaktledningen i løpet av de 9 første driftsårene. De viste setningene gjelder altså for et spor som ikke blir justert.

12 Tillatte skjevsetninger Akseptert utvikling av sideskjevheter (skjevsetninger) på tvers av nyanlagte banelegemer. Sideskjevhetene som er angitt i figuren ventes å gi behov for 2-3 justeringer av sporet og kontaktledningen i løpet av de 9 første driftsårene. De viste setningene gjelder altså for et spor som ikke blir justert.

13 Setningenes størrelse og tidsforløp Faktorer som bestemmer størrelsen på setningene: Størrelsen på (tilleggs-)lasten Jordens historikk Jordens motstand mot deformasjon (spenningsmodul) Faktorer som bestemmer tidsforløp: Lengde på dreneringsveg lagtykkelse Jordens permeabilitet=evne å transportere vann

14 Telehiv

15 Dannelse av telehiv Elementer som må være til stede for å få telehiv: Tilgang på vann Temperaturen i jorden må nå frysepunktet for vann Jorden må være telefarlig Hvis en eller flere av faktorene ikke er til stede får vi ikke telehiv! Faktorer som styrer størrelsen på telehivet: Ca. 9 % volumetriske ekspansjon når porevannet fryser Dannelsen av islinser ved frysefronten (forårsaket av kapillært poresug av vann til frysefronten avhengig av porestørrelse og dermed kornfordeling) Islinsdannelsen gir det største bidraget til telehiv!

16 Teleklassifisering av jord I Norge er det vanlig å dele jordartene inn i 4 klasser etter T1 Ikke telefarlig T2 Litt telefarlig T3 Middels telefarlig T4 Meget telefarlig

17 Telehiv kan ha gruset NSBs Flirt, Teknisk ukebladet bilder: Anders J. Steensen

18 Frostsikringslaget for å hindre frost

19 Teletiltak på eksisterende baner Vanlige metoder: Bruke isolasjonsmaterialer (særlig XPS) Masseutskifting (kun for korte seksjoner) Ballastrensing (hvis ballasten er telefarlig) Heve sporet tilføre mer ballast

20 Drenering Dreneringens funksjon Hensikten er å Hovedtyper System for å samle og føre bort overflatevann og grunnvann Sikre banen mot erosjon Sikre tilstrekkelig bæreevne Motvirke stabilitetsproblemer Unngå nedknusing av ballast Terreng- og skråningsgrøfter Linjegrøfter Åpne Lukkede Stikkrenner Dimensjoneres for 200-års gjentaksintervall + klimafaktor 20%

21 Flomskred, Bergensbanen,

22 Fyllingsutglidning/erosjon Laksfors

23 Flom og utvasking i Raundalen, Bergensbanen,

24 Storflom i Gudbrandsdalen. April 2011

25 Stabilitet Stabilitet =sikkerhet mot utglidning Sikkerhetsfaktor F Der F = Mstab./Mdriv. Prinsipp: F> 1 : Stabilt F< 1 : Ustabilt

26 Stabilitet Banens stabilitet påvirkes av Jordens egenskaper Lastsituasjon (trafikklast, fyllingshøyde) Skråningshelning Vann (grunnvann, overflatevann) Stabiliteten vurderes alltid ved planlegging og bygging av nye baner (fyllinger, skråninger/skjæringer, konstruksjoner) Stabilitetsvurderinger gjøres for eksisterende baner for eksempel ved nærliggende masseforflytting, erosjon fra elv, endrede vannforhold (grunnvann eller overflatevann), skredfarekartlegging

27 Jernbaneverkets krav til sikkerhetsfaktor

28 Valg av type Fundamentering Direkte fundamentering: brukes ved gode grunnforhold som fjell, fast sand eller grus. Fundamentering til bygg med flere kjellernivå krever utgravninger. (behov for spuntvegg) Kompensert fundamentering. Fundamentering på peler, armert betong eller stål foretrekkes (spissbærende og friksjonsbærende).

29 Spuntvegg Oppdragsgiver: Skanska Norge AS Beskrivelse: Forskjæring og transport av tunnelmasser. Veg og VA-arbeid Osloveien. Utført: 05/ /2010

30 Fundamentering på peler

31 Kvikkleire Hva er Kvikkleire? Er i utgangspunkt fast (samme fasthet som «vanlig» leire), men kollapser og blir flytende ved overbelastning eller forstyrrelser Kvikkleire er en type marinleire som forekommer i Norge, Sverige, Finland, Russland, Canada og Alaska under marin grense Kvikkleire blir suppe når omrørt Marin Leire Saltinnhold 30-35g/l Kvikkleire Saltinnhold < 5g/l Utvasking av Salt Kvikkleire defineres med Omrørt skjærfasthet < 0.5 kpa

32 Kvikkleireskred/områdeskred Overbelastning av jorda Naturlig påvirkning (erosjon) Menneskeskapt påvirkning (graving, fylling) Short videos

33 Grunnundersøkelser Grunnforhold er så viktig!

34 Hvordan vurderes grunnforhold? 1. NGUs løsmassekart Landsdekkende Oversiktlig, ikke detaljert Gir ikke info om forhold på dybden 2. «Arkivborring» Gamle undersøkelser Egne arkiver Andre store byggherrer Databaser (NADAG, Trondheim kommune, Statsbygg, etc.) 3. Undersøkelser Geofysiske undersøkelser Sonderinger Prøvetakinger Grunnvannsmålinger Laboratorieundersøkelser

35 Kartlegge grunnforhold

36 laboratorieundersøkelser Beskrivelse vanninnhold, Romvekt En aks konus uforstyrret, omrørt Kornfordeling falling drop, flyte og utrulling humus, kalksement, Korndensitet Salt, Treaks Ødometer

37 Sikkerhetsprinsipper i Geoteknikk Definisjon av konsekvensklasser Konsekvensklasse Beskrivelse Eksempler på bygg og anlegg CC3 CC2 CC1 Stor konsekvens i form av tap av menneskeliv, eller svært store økonomiske, sosiale eller miljømessige konsekvenser Middels stor konsekvens i form av tap av menneskeliv, betydelige økonomiske, sosiale eller miljømessige konsekvenser Liten konsekvens i form av tap av menneskeliv og små eller uvesentlige økonomiske, sosiale eller miljømessige konsekvenser Tribuner, offentlige bygninger der konsekvensene av brudd er store (f.eks. en konserthall) Boliger og kontorbygg, offentlige bygninger der konsekvensene av brudd er betydelige (f.eks. et kontorbygg) Landbruksbygninger der mennesker vanligvis ikke oppholder seg (f.eks. lagerbygninger), drivhus

38 Sikkerhetsprinsipper i Geoteknikk Kontroll av Utførelse Grunnforhold Inspeksjon, enkle kvalitetskontroller, kvalitativ bedømmelse Befaring, registrering av jord og berg som avdekkes ved graving Geoteknisk kategori Grunnens egenskaper, arbeidsrekkefølge, konstruksjonens oppførsel Kontroll av egenskap til jord og berg i fundamentnivå Grunnvann Dokumentert erfaring Observasjoner/målinger Tilleggsmålinger der det er aktuelt: - grunn og grunnvann - arbeidsrekkefølgen - materialenes kvalitet - tegninger - avvik fra prosjektering - resultat av målinger - observasjon av miljøforhold - uforutsette hendelser Ekstra undersøkelser av jord og berg som kan være viktige for konstruksjonen Byggeplass Ikke krav til tidsplan Utførelsesrekkefølge angis i prosjekteringsrapport Overvåkning Enkel, kvalitativ kontroll Måling av bevegelser på utvalgte punkter Måling av bevegelser og analyser av konstruksjon

39 Sikkerhetsprinsipper i Geoteknikk

40 Regelverk Jernbaneverket, Teknisk Regelverk Statens Vegvesen, Håndbøker: Geoteknikk i vegbygging, 018 Vegbygging, 274, Grunnforsterkning, fyllinger og skråninger Eurokode :- NS- EN 1990:2002+NA:2016, Grunnlag for prosjektering av konstruksjoner NS-EN , Laster på konstruksjoner NS-EN :2004+NA:2008, Geoteknisk prosjektering, Del 1: Allmenne regler NS-EN :2004+NA:2016, Geoteknisk prosjektering, Del 2: Regler basert på grunnundersøkelser og laboratorieprøver NVEs veileder Planlegging og utbygging i fareområder langs vassdrag" Veiledninger fra NGF (Norsk Geoteknisk Forening)

41 Stabiliserende og setningsreduserende tiltak 1. Øker jordens styrke og forbedrer deformasjonsegenskaper Kalksementpeler Kalk og sement blandes ned i grunnen med en visp Masseutskifting Dårlige, bløte masser erstattes med gode, stabile masser (for eksempel sprengstein) Jetpeler Sementsuspensjon injiseres under høyt trykk til peler

42 Stabiliserende og setningsreduserende tiltak 2. Reduserer last Lette masser Reduserer vekt av fylling Skumglass, Leca eller EPS kan brukes Motfylling Tiltak kun for stabilitet Masser legges på skråning som motvekt Kostnadseffektiv

43 Pelet fylling Stabiliserende og setningsreduserende tiltak 3. Overfører last til bæredyktige masser Lasten overføres til peler (v.hj.a. pelehatter og jordarmering) Krever grundig prosjektering i hvert tilfelle (dimensjoner, peleavstand, pelelengde etc.) Kostbar løsning men OK hvis alternativet er bru NB! Poretrykksoppbygging ved installasjon

44 Eksempler på geotekniske løsninger

45 Eksempler på geotekniske løsninger

46 Eksempler på geotekniske løsninger

47 Jernbaneprosjekter ERTMS Jernbaneverket planlegger forberedende arbeid for ERTMSsignalsystem på fem stasjoner langs Østfoldbanen Østre Linje. Planlagte tiltak som påvirkes av de geotekniske forholdene, er som følger: nybygging/forlenging av eksisterende plattform fundamentering av kontaktledningsstolper telesikring av nytt og eksisterende jernbanespor fundamentering av planskilt undergang for fotgjengere (gjelder bare Askim stasjon) fundamentering av nytt sidespor / forlenging av eksisterende spor fundamentering av tekniskkhus utvidelse av eksisterende utfyllinger

48 ERTMS

49 ERTMS

50 ERTMS

51