E39 Rogfast. Massedeponi Kvitsøy II

Transkript

1 RAPPORT E39 Rogfast. Massedeponi Kvitsøy II OPPDRAGSGIVER Statens vegvesen Region vest EMNE Kvitsøy II Sjøfylling. Stabilitet. Beregningsrapport. DATO / REVISJON: 3. november 2014 / 00 DOKUMENTKODE: RIG-RAP-007_rev00

2 Denne rapporten er utarbeidet av Multiconsult i egen regi eller på oppdrag fra kunde. Kundens rettigheter til rapporten er regulert i oppdragsavtalen. Tredjepart har ikke rett til å anvende rapporten eller deler av denne uten Multiconsults skriftlige samtykke. Multiconsult har intet ansvar dersom rapporten eller deler av denne brukes til andre formål, på annen måte eller av andre enn det Multiconsult skriftlig har avtalt eller samtykket til. Deler av rapportens innhold er i tillegg beskyttet av opphavsrett. Kopiering, distribusjon, endring, bearbeidelse eller annen bruk av rapporten kan ikke skje uten avtale med Multiconsult eller eventuell annen opphavsrettshaver RIG-RAP november 2014 / 00 Side 2 av 20

3 RAPPORT OPPDRAG E39 Rogfast. Massedeponi Kvitsøy DOKUMENTKODE RIG-RAP-007 EMNE Kvitsøy II. Sjøfylling. Stabilitet. Beregningsrapport. TILGJENGELIGHET Åpen OPPDRAGSGIVER Statens vegvesen Region vest OPPDRAGSLEDER Ove Færgestad KONTAKTPERSON Øystein Bueie Holstad UTARBEIDET AV Martin Holst KOORDINATER SONE: 32 ØST: 2957 NORD: ANSVARLIG ENHET 2112 Stavanger Geoteknikk GNR./BNR./SNR. - / - / - / Kvitsøy SAMMENDRAG Vi vurderer at det er mulig å etablere fyllingen med en fyllingsfront med helning 1:2,0 for begge de skisserte fyllingsalternativene. Sjøbunnshelningen indikerer at det kan være fornuftig å avslutte fyllingsfoten på ca. kote -50, da helningen videre nedover synes å øke (spesielt i syd-østre del av området). Det bør da gjøres videre beregninger for fyllingsfronten i beregningsprofil nr. 3, dersom fyllingsalternativ 2 er relevant, for om mulig å stramme opp skråningshelningen i dette området. Med grunnlag i utførte setningsberegninger for deponiet «Kvitsøy I» vurderer vi at det på deponiet «Kvitsøy II» kan forventes å bli utviklet i størrelsesorden inntil cm totalsetning i massene under fyllingen i den delen av utfyllingsområdet hvor registrerte løsmassemektigheter under sjøbunnen er størst og fyllingen blir mektigst. Av dette utgjør primærsetningene det aller vesentligste (95-98 %). Disse vil i store trekk være utviklet i løpet av 3-6 måneder etter endt oppfylling Kvitsøy II beregningsrapport for videre planlegging Martin Holst Ove Færgestad Ove Færgestad REV. DATO BESKRIVELSE UTARBEIDET AV KONTROLLERT AV GODKJENT AV MULTICONSULT Stokkamyrveien 13, Inngang Vest 4313 Sandnes Tlf NO MVA

4 INNHOLDSFORTEGNELSE INNHOLDSFORTEGNELSE 1 Generelt Formål og hensikt Kvalitetssikring og regelverk Sjøbunn og grunnforhold Forutsetninger og sikkerhetskrav Regelverk Geoteknisk kategori Konsekvensklasse/pålitelighetsklasse (CC/CR) Kvalitetssystem Prosjekterings- og utførelseskontroll Lastforutsetninger Trafikk- og terrenglaster Jordskjelvlaster Sjøvannstand - poretrykk Dimensjoneringsmetode Grensetilstander og partialfaktorer Grensetilstander Partialfaktorer for geotekniske parametere/jordparametere Partialfaktorer for påvirkninger Partialfaktorer for motstand Stabilitetsberegninger Beregningsprogram Kartgrunnlag Beregningsprofiler Lagdeling Løsmassemektigheter Jordartsparametere Poretrykk/grunnvann Beregningstilfeller Beregningsresultater Geotekniske vurderinger Referanser RIG-RAP november 2014 / 00 Side 4 av 20

5 1 Generelt TEGNINGER G4 Borplan RIG-BER-A RIG-BER-A RIG-BER-B RIG-BER-B RIG-BER-B RIG-BER-B RIG-BER-C RIG-BER-C RIG-BER-C3 Beregningsprofil nr. 1, drenert (aϕ) Ihht. alternativ I, skråningshelning 1:2 Beregningsprofil nr. 1, drenert (aϕ) med poretrykksoppbygging på 25 % av netto fyllingsvekt Ihht. alternativ I, skråningshelning 1:2 Beregningsprofil nr. 2, drenert aϕ Ihht. alternativ I, skråningshelning 1:2 Beregningsprofil nr. 2, drenert aϕ med poretrykksoppbygging på 25 % av netto fyllingsvekt Ihht. alternativ I, skråningshelning 1:2 Beregningsprofil nr. 2, drenert (aϕ) Ihht. alternativ II, skråningshelning 1:2 Beregningsprofil nr. 2, drenert aϕ med poretrykksoppbygging på 25 % av netto fyllingsvekt Ihht. alternativ II, skråningshelning 1:2 Beregningsprofil nr. 3, drenert (aϕ) Ihht. alternativ I, skråningshelning 1:2 Beregningsprofil nr. 3, drenert aϕ med poretrykksoppbygging på 25 % av netto fyllingsvekt Ihht. alternativ I, skråningshelning 1:2 Beregningsprofil nr. 3, drenert (aϕ) Ihht. alternativ II, skråningshelning 1: RIG-RAP november 2014 / 00 Side 5 av 20

6 1 Generelt 1 Generelt I forbindelse med utarbeidelse av reguleringsplan for E39 Rogfast vurderes et område nord-øst på Kvitsøy som aktuelt deponiområde for tunnelmasser. Deponiområdet omtales som «Kvitsøy II» i foreliggende rapport. Figur 1-1 viser foreløpige fyllingsplaner med fyllingsfot for Kvitsøy II. Endelig fyllingsplan utformes på bakgrunn av resultatene av stabilitetsberegninger som presenteres i foreliggende geotekniske rapport. Det er utformet to alternative fyllingsplaner, hvor «alternativ 2» har flyttet fyllingsfronten 15 m lenger øst, sammenlignet med «alternativ 1». Multiconsult har tidligere utført grunnundersøkelser /2/ og stabilitetsberegninger /3/ for et område like vest for Kvitsøy II (øst for Hellesøy, sør-vest for Nordre Hestholmen og nord-vest for Krossøy). Det området omtales som «Kvitsøy I» i foreliggende rapport. Vi har også utført grunnundersøkelser for Kvitsøy II. Det vises til vår rapport nr RIG-RAP-006_rev00 /4/. Kvitsøy II ventes (med utgangspunkt i foreløpige fyllingsplaner /1/) å få et fotavtrykk på ca m 2, hvorav ca m 2 planlegges å ligge over havoverflaten. Det planlegges å fylle opp til kt. +5, i et område med vanndybder på opp mot ca. 60 m (ved fyllingsfot). Høydereferansene i foreliggende rapport henviser til NGOs høydereferansesystem (NN1954), dersom ikke annet er spesifisert. 1.1 Formål og hensikt Hensikten med foreliggende rapport er å presentere resultatene av utførte stabilitetsberegninger for Kvitsøy II. Disse skal gi et grunnlag for utforming av endelig fyllingsplan, som utarbeides av COWI AS. 1.2 Kvalitetssikring og regelverk Oppdraget er kvalitetssikret i henhold til Multiconsults styringssystem. Systemet er bygd opp med prosedyrer og beskrivelser som er dekkende for kvalitetsstandard NS-EN ISO 9001:2008 /5/ RIG-RAP november 2014 / 00 Side 6 av 20

7 E39 Rogfast. Massedeponi Kvitsøy a) Alternativ 1 1 Generelt b) Alternativ 2 Figur 1-1 Deponiets plassering /1/ RIG-RAP november 2014 / 00 Side 7 av 20

8 2 Sjøbunn og grunnforhold 2 Sjøbunn og grunnforhold Generelt refereres det til rapport nr RIG-RAP-006_rev00 datert 3. september 2014 og vår vedlagte borplan med tegnings nr. -G4 for detaljert beskrivelse av grunnforholdene i området. I figur 2-1 er et utsnitt av borplanen vist. Sammendraget i vår rapport -006_rev00 beskriver følgende: «Vestre del av området (profilene AA-DD)» Bunnkotekartet viser at sjøbunnen (generelt) faller av fra Krossøy i vest ned til ca. kt. -22 sentralt i området. Stedvis (sentralt i dette området) er det enkelte undersjøiske «koller» hvor sjøbunnen ligger noe høyere enn kt. -22, opp mot kt Løsmassemektighetene lengst vest og mot sør (mot Krossøy) er relativt beskjedne (0-3,1 m). Her er det i hovedsak påtruffet middels fast lagrede masser. Registrerte løsmassemektigheter øker inn mot den sentrale delen av området, til inntil 17,9 m. «Nord-vestre del av området (profilene EE-II)» Bunnkotekartet viser at sjøbunnen like nord og vest for Jartholmen ligger som et «platå» på ca. kt til -20. Fra platået (og Jartholmen) i øst/sør-øst faller sjøbunnen ned i en undersjøisk dalbunn/renne før det stiger opp igjen mot Nordre Hestholmen i nord-vest. Det fremgår av profilene EE til II at løsmassemektighetene på «platået» og i skråningen (hvor sjøbunnen faller av mot nord-øst) er relativt beskjedne (0-2,8 m). Løsmassene antas her hovedsakelig å bestå av løst lagret sand. I bunnen av «rennen» er det registrert løsmassemektigheter i størrelsesorden 4-8 m. Her er det i hovedsak påtruffet løst til middels fast lagrede masser av antatt sand/grus. Generelt indikerer sonderingene at løsmasseprofilet består av et 0,5-1,5 m tykt topplag av løst lagrede masser over 2-3 m middels fast lagrede masser. Videre i dybden er det registrert løst lagrede masser med en mektighet på ca. 1,5-3 m i den delen av profilet som ligger nærmest fjell. «Østre del av området (profilene JJ-OO)» Bunnkotekartet viser at sjøbunnen like sør for Jartholmen ligger på ca. kt. -9 til -18. Videre sørover (i vestre del av profil LL-OO) faller terrenget av, ned til ca. kt. -20 til -24, før det stiger opp mot Krossøy/Krågøy i sør. Mot øst faller terrenget av mot antatt stort havdyp. Det fremgår av profilene LL til OO at løsmassemektighetene langs de vestlige delene av profilene LL til OO er noe større (0-3 m) enn i området like sør for Jartholmen (profilene JJ og KK lenger nord), men fremdeles er det begrensede løsmassemektigheter også her. Av løsmasser er det her hovedsakelig påtruffet løst lagrede masser av antatt sand. Lenger øst er det påtruffet løsmassemektigheter i samme størrelsesorden som i vest (0-5,3 m), men her er det påtruffet både masser av antatt løst lagret sand og masser av antatt fast lagret morene RIG-RAP november 2014 / 00 Side 8 av 20

9 2 Sjøbunn og grunnforhold Figur 2-1 Utsnitt av borplanen RIG-RAP november 2014 / 00 Side 9 av 20

10 3 Forutsetninger og sikkerhetskrav 3 Forutsetninger og sikkerhetskrav 3.1 Regelverk Prosjektering følger Vegdirektoratets krav, gitt gjennom Vegdirektoratets håndbøker og regelverk. Vegdirektoratets håndbok V220 «geoteknikk i vegbygging» /6/ er bygget opp for også å tilfredsstille kravene i NS-EN /7/ og NS-EN /8/ (Eurokode 7), samt NS-EN 1990 /9/ (Eurokode 0). 3.2 Geoteknisk kategori Eurokode 7 stiller krav til prosjektering ut fra tre ulike geotekniske kategorier. Valg av kategori gjøres ut fra eurokodens punkt 2.1 Krav til prosjekteringen. Prosjektet innebærer utfylling i sjø, og det er utført undersøkelser i form av totalsonderinger og prøvetakinger. Omfanget av grunnundersøkelser og kjennskap til grunnforholdene i området (erfaringer fra Kvitsøy I) tilsier at utfyllingsprosjektet kan klassifiseres i geoteknisk kategori 2, noe som omfatter konvensjonelle arbeider uten unormale risikoer eller vanskelige grunn- eller belastningsforhold. Dette innebærer at prosjekteringen bør omfatte kvantitative geotekniske data og analyser for å sikre at de grunnleggende kravene blir oppfylt. Rutinemessige prosedyrer for felt- og laboratorieprøving og for prosjektering og utførelse kan da benyttes for prosjekteringen. 3.3 Konsekvensklasse/pålitelighetsklasse (CC/CR) Eurokode 0 definerer byggverks plassering med hensyn til konsekvensklasse og pålitelighetsklasse (CC/CR). Konsekvensklasser er behandlet i eurokodens (Eurokode 0) tillegg B (informativt), mens veiledende eksempler på klassifisering av byggverk i pålitelighetsklasser er vist i nasjonalt tillegg NA (informativt), tabell NA.A1 (901). Geoteknisk kan prosjektet plasseres i pålitelighetsklasse (CC/RC) 2 (kfr. også figurene 0.1 og 0.7 i håndbok V220). 3.4 Kvalitetssystem Eurokode 0 krever at det ved prosjektering av konstruksjoner i pålitelighetsklasse 2, 3 og 4 skal være et kvalitetssystem internt hos prosjekterende, samt at dette systemet skal tilfredsstille NS-EN ISO 9000-serien for konstruksjoner i pålitelighetsklasse 4. Multiconsult AS sitt system tilfredsstiller sistnevnte, og kravet er da også ivaretatt også for konsekvenskasse Prosjekterings- og utførelseskontroll Eurokode 0 gir føringer for krav til omfang av prosjekteringskontroll og utførelseskontroll avhengig av pålitelighetsklasse. I henhold til tabell NA.A1 (902) og NA.A1 (903) i Eurokode 0 legges kontrollklasse N (Normal) til grunn for geotekniske arbeider i pålitelighetsklasse 2. Normal prosjekteringskontroll innebærer at det utføres grunnleggende kontroll og i tillegg kollegakontroll. Normal utførelseskontroll innebærer at det skal utføres basiskontroll og intern systematisk kontroll RIG-RAP november 2014 / 00 Side 10 av 20

11 3 Forutsetninger og sikkerhetskrav 3.6 Lastforutsetninger Trafikk- og terrenglaster Karakteristiske trafikk- og terrenglaster velges i henhold til håndbok V220, underkapittel Ved stabilitetsberegninger benyttes jevnt fordelt last F rep på 10 kpa over hele vegens planeringsbredde hvis ugunstig (0 hvis gunstig), banketter inkludert. Tilsvarende gjelder for gang- og sykkelveger. For terreng uten vegtrafikk benyttes en jevnt fordelt last F rep på 5 kpa hvis ugunstig (0 hvis gunstig), som skal dekke mulig belastning fra jordbruksrelaterte aktiviteter, snølast og lignende Jordskjelvlaster I henhold til underkapittel under kapittel 4 «Stabilitet» i håndbok V220 vil treghetsinduserte horisontalkrefter måtte tas hensyn til ved stabilitetsberegninger. Tabell NA.4 (902) i NS-EN (Eurokode 8) gir veiledning for valg av seismisk klasse. Massedeponier er ikke omfattet av denne tabellen, men vi vurderer, på bakgrunn av veiledende verdier for valg av seismisk klasse for bl.a. kaier og havneanlegg, at noe annet enn seismisk klasse I eller II ikke er relevant. Generelt vil vi klassifisere grunnen i området hvor fyllingsskråningene er planlagt, som grunntype A. Ihht. punkt nr. NA.3.2.1(5)P i Eurokode 8 kreves det normalt ikke påvisning av tilstrekkelig sikkerhet for konstruksjoner i seismisk klasse I eller dersom a d S< 0,49 m/s 2. For et område med grunntype A og en konstruksjon i seismisk klasse II med spissverdi for berggrunnens akselerasjon a g40hz lik 0,58 m/s 2 (hentet fra figur NA.3(901) i Eurokode 8), kreves ikke påvisning av tilstrekkelig sikkerhet m.h.p. jordskjelvlaster. Vi har i det overnevnte antatt at «konstruksjoner» også omfatter massedeponi (en geoteknisk konstruksjon) Sjøvannstand - poretrykk Når et mettet jordmateriale belastes med en tilleggslast q (i dette tilfellet vekt fra fyllmasser og eventuelle overflatelaster), oppstår spenningsforandringer i jorda. Dersom pålastningen q skjer på sand, blir lasten direkte opptatt av kornskjelettet, som får en effektiv spenningsøkning Δσ = q (porevannet presses ut etter hvert slik at setningene δ kommer i takt med pålastningen). Dersom pålastningen skjer på mettet leire/silt, vil tilleggslasten q i første omgang i stor grad bæres av økt poretrykk Δu. Praktisk sett gjør dette silten/leiren svakere, og sikkerheten mot grunnbrudd reduseres. Det oppståtte poreovertrykket Δu medfører en gradvis utpressing av porevann, og kornskjelettet presses sammen. Denne dreneringen gjør at poreovertrykket Δu gradvis avtar igjen, med det resultat at lasten q gradvis overføres til kornskjelettet, med gradvis økt effektivspenning Δσ til følge. Dette betyr at silten/leiren vil få tilbake sin opprinnelige styrke, men dette er normalt en tidkrevende prosess. Denne tar i størrelsesorden måneder til mange år - avhengig av tykkelsen på silt-/leirlaget og av hvor tett silten/leiren er. I området er det ikke registrert masser av ren silt/leire, og det siltige materialet som er funnet, er påtruffet i prøver hvor det også er sand og grus (sandig, grusig og siltig material). Vi vurderer, på bakgrunn av materialets sammensetning, at poretrykksoppbygging i massene er lite sannsynlig, men har likevel, i enkelte beregningsprofiler, lagt inn et poreovertrykk på 25 % av den effektive overlagringen som fyllingen representerer. Dette er valgt/utført for å kunne vurdere effekten hvis RIG-RAP november 2014 / 00 Side 11 av 20

12 3 Forutsetninger og sikkerhetskrav det i enkelte profiler skulle være lommer med løsmasser med mindre drenerende egenskaper (som vi imidlertid ikke har påtruffet i våre boringer, men disse ligger i størrelsesorden 50 m fra hverandre). 3.7 Dimensjoneringsmetode Eurokode 7 angir tre ulike dimensjoneringsmetoder i geoteknikk, dvs. tre ulike metoder for hvordan forholdet mellom dimensjonerende lastvirkning og dimensjonerende motstand skal avveies. Ved geoteknisk prosjektering benyttes i Norge dimensjoneringsmetode 3, med unntak av for peler der det benyttes dimensjoneringsmetode 2. For fyllingsarbeidene benyttes derfor dimensjoneringsmetode 3. I denne metoden benyttes partialfaktorer på påvirkninger eller på lastvirkninger fra konstruksjonen og på grunnens fasthetsparametere. Det skal påvises at en grensetilstand for brudd eller for stor deformasjon ikke vil oppstå hvis følgende kombinasjon av sett med partialfaktorer er brukt: Kombinasjon: (A1* eller A2**) + M2 + R3 * På konstruksjonslaster ** På geotekniske laster 3.8 Grensetilstander og partialfaktorer Grensetilstander I stabilitetsberegningene er bruddgrensetilstanden dimensjonerende Partialfaktorer for geotekniske parametere/jordparametere Et eventuelt brudd i fyllingen vurderes å kunne karakteriseres som «nøytralt brudd». Krav til partialfaktor (M2) for dette prosjektet kan da fastlegges til γ m 1,4 både med hensyn på effektivspennings- og totalspenningsanalyser for konsekvensklasse CC2 (kfr. figur 0.3 i håndbok V220) Partialfaktorer for påvirkninger Aktuelle laster defineres som trafikklaster. I henhold til håndbok V220, underkapittel 0.3.5, skal det ved stabilitetsberegninger benyttes en partialfaktor (A2) for trafikklast på γ F = γ Q = 1,3 (eller 0 hvis lasten har gunstig virkning) i henhold til dimensjoneringsmetode 3. Dette ligger til grunn for våre beregninger Partialfaktorer for motstand Partialfaktor (R3) for motstand, γ R, bestemmes ut fra tabell NA.A.14 i Eurokode 7 (for skråninger og områdestabilitet). Tabellen gir γ R;e = 1,0. Dette betyr at motstanden i løsmassene ikke skal reduseres utover det som framkommer ved å legge partialfaktor på geotekniske parametere RIG-RAP november 2014 / 00 Side 12 av 20

13 4 Stabilitetsberegninger 4 Stabilitetsberegninger For stabilitet er en situasjon med utfylling til endelig nivå på kt. pluss 5 vurdert som kritisk. Det er derfor ikke gjort beregninger for midlertidige fyllingsnivåer eller situasjon før utfylling (dagens situasjon). 4.1 Beregningsprogram Stabilitetsberegningene er utført med beregningsprogrammet GeoSuite Stability v med beregningsmetode Beast Beregningsmetoden er basert på grenselikevektsmetode, og den anvender en versjon av lamellemetoden som tilfredsstiller både kraft- og momentlikevekt. Programmet søker selv etter kritisk sirkulærsylindrisk glideflate for definerte variasjonsområder av sirkelsentrum. Det er også mulig å definere egne glideflater i programmet. I tillegg kan programmet automatisk justere valgte, kritiske sirkulærsylindriske glideflater til optimaliserte, sammensatte glideflater. 4.2 Kartgrunnlag Vi har benyttet digitalt kartgrunnlag mottatt fra COWI AS, Kvitsoy_1mNY_tr.dwg (bunnkotekart), Deponi for boring.dwg (fyllingsplan alternativ I, se figur 1-1 a) ) og « Deponi_pluss15.dwg» (fyllingsplan alternativ II, se figur 1-1 b) ) for å lage stabilitetsprofilene. Vi har, fra COWI AS, fått opplyst at bunnkotekartet er basert på data fra sjøkartverket med referanse til sjøkartnull og at fyllingsplanen er utarbeidet med utgangspunkt i NGOs høydereferansesystem. Generelt viser denne at fyllingen er tenkt lagt med skråningshelning 1:2 fra topp skråning på ca. kote pluss 5, med liten stigning i terrengnivå videre innover. Differansen mellom sjøkartnull og null i NGOs høydereferansesystem (NN1954) er 0,68 m, som innebærer at sjøbunnskotene (basert på data fra sjøkartverket) må senkes med 0,68 m. 4.3 Beregningsprofiler Tre typiske profiler er undersøkt, og det er utført beregninger på effektivspenningsbasis for utfylling til endelig nivå på kt. pluss 5. I foreliggende rapport er beregningsprofilene omtalt som beregningsprofil nr Profilene EE-EE, JJ-JJ og NN-NN fra vår rapport nr RIG-RAP-006_rev00 er benyttet som grunnlag for valg av geometri i våre beregningsprofiler, dvs. at profil EE-EE er grunnlag for beregningsprofil nr. 1, profil JJ-JJ for beregningsprofil nr. 2 og profil NN-NN for beregningsprofil nr. 3. For beregningsprofil nr. 2 og 3 er det gjort beregninger for begge de alternative fyllingsplanene. En evt. utvidelse av fyllingen mot øst er vurdert ikke å påvirke stabiliteten for beregningsprofil nr Lagdeling Med basis i utførte grunnundersøkelser i området er følgende generelle lagdeling lagt til grunn for stabilitetsanalysene: Lag 1: Fylling (Grå) Lag 2: Skjellsand (Grønn) Lag 3: Sandig, siltig materiale (Gul) Alle de tre lagene er ikke nødvendigvis representert i samtlige beregningsprofiler RIG-RAP november 2014 / 00 Side 13 av 20

14 4 Stabilitetsberegninger 4.5 Løsmassemektigheter GeoPhysix AS har utført refraksjonsseismiske undersøkelser for østre del av Kvitsøy II, kfr. deres rapport nr /12001/10071 /10/. Resultatene av disse undersøkelsene vurderes som et godt grunnlag for å bestemme løsmassemektighetene i beregningsprofilene nr. 2 og 3, spesielt siden resultatene fra de refraksjonsseismiske undersøkelsene kan sammenstilles med resultatene fra våre sjøboringer. I våre beregninger har vi sammenstilt løsmassemektighetene som GeoPhysix AS har påtruffet med våre boringer og valgt et konservativt anslag på løsmassemektighetene langs de to beregningsprofilene i øst. For beregningsprofil nr. 1 er våre boringer alene benyttet for å vurdere løsmassemektigheten i dette området. 4.6 Jordartsparametere Valgte beregningsparametere er angitt i tabell 4-1. Tabell 4-1 Jordartsparametere Jordart Fylling (forkortet: F) Skjellsand (forkortet: SS) Parameter Sandig, siltig materiale (forkortet: SSM) Friksjonsvinkel φ [ ] Attraksjon a' [kn/m 2 ] 40 0 (under vann) 5 (over vann) Tyngdetetthet γ [kn/m 3 ] De geotekniske parameterene for fyllmassene er basert på anbefaling gitt i e-post av fra Statens vegvesen Region vest. Jordartsparametere for skjellsand er basert på utførte treaksialforsøk og tolkninger av disse, kfr. rapport nr /2/. Effektive skjærfasthetsparametere for det sandige, siltige materialet er valgt med grunnlag i erfaringstall gitt i figur 2.39 i håndbok V220 /6/. Totalspenningsanalyse (udrenert analyse) er ikke vurdert som relevant for de påtrufne materialene. 4.7 Poretrykk/grunnvann Laveste lavvann (LLV) i Stavanger er benyttet som ytre vannstand ved stabilitetsberegningene. Poretrykk er regnet hydrostatisk fra kote minus 0,85. I massene er middelvannstand i Stavanger benyttet som grunnvannstand. Poretrykket er regnet hydrostatisk fra kote minus 0, RIG-RAP november 2014 / 00 Side 14 av 20

15 4 Stabilitetsberegninger 4.8 Beregningstilfeller Følgende beregningstilfeller er vurdert og analysert for beregningsprofilene nr. 1-3 Tabell 4-2 Beregningstilfeller Beregnings- Tilfelle A1 A2 B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3 Situasjon Beregningsprofil nr. 1, drenert (aϕ) I hht. alternativ I, skråningshelning 1:2 Beregningsprofil nr. 1, drenert (aϕ) med poretrykksoppbygging på 25 % av netto fyllingsvekt I hht. alternativ I, skråningshelning 1:2 Beregningsprofil nr. 2, drenert aϕ I hht. alternativ I, skråningshelning 1:2 Beregningsprofil nr. 2, drenert aϕ med poretrykksoppbygging på 25 % av netto fyllingsvekt I hht. alternativ I, skråningshelning 1:2 Beregningsprofil nr. 2, drenert (aϕ) I hht. alternativ II, skråningshelning 1:2 Beregningsprofil nr. 2, drenert aϕ med poretrykksoppbygging på 25 % av netto fyllingsvekt I hht. alternativ II, skråningshelning 1:2 Beregningsprofil nr. 3, drenert (aϕ) I hht. alternativ I, skråningshelning 1:2 Beregningsprofil nr. 3, drenert aϕ med poretrykksoppbygging på 25 % av netto fyllingsvekt I hht. alternativ I, skråningshelning 1:2 Beregningsprofil nr. 3, drenert (aϕ) I hht. alternativ II, skråningshelning 1:2 Drenert/udrenert D/U D D D D D D D D D 4.9 Beregningsresultater Resultatet av våre stabilitetsberegninger er vist i vedlagte tegninger nr RIG-TEG-BER-A1 til - C3. Tabell 4-3 Beregningsresultater Tegning nr. Beregning Analyse Sikkerhetsfaktor ɣ m [-] Lokale (overflatestabilitet) Globale RIG-BER-A1 Beregningsfil: RIG-BER-007-A_v01 Beregningsprofil nr. 1 aɸ 1,59 1, RIG-BER-A2 Beregningsfil: RIG-BER-007-B_v01 Beregningsprofil nr. 1 med 25 % poretrykksoppbygging aɸ - 1,55* RIG-RAP november 2014 / 00 Side 15 av 20

16 4 Stabilitetsberegninger RIG-BER-B1 Beregningsfil: RIG-BER-007-C_v01 Beregningsprofil nr. 2 aɸ - 1,48 Fyllingsalternativ RIG-BER-B2 Beregningsfil: RIG-BER-007-G_v00 Beregningsprofil nr. 2 med aɸ - 1,42* 25 % poretrykksoppbygging Fyllingsalternativ 1 Beregningsfil: RIG-BER-B RIG-BER-007-E_v01 - aɸ Beregningsprofil nr. 2 1,52 Fyllingsalternativ 2 Beregningsfil: RIG-BER-007-I_v RIG-BER-B4 Beregningsprofil nr. 2 med aɸ - 1,29* 25 % poretrykksoppbygging Fyllingsalternativ 2 Beregningsfil: RIG-BER-C RIG-BER-007-D_v01 - aɸ Beregningsprofil nr. 3 1,56 Fyllingsalternativ 1 Beregningsfil: RIG-BER-007-H_v RIG-BER-C2 Beregningsprofil nr. 3 med aɸ - 1,38* 25 % poretrykksoppbygging Fyllingsalternativ RIG-BER-C3 Beregningsfil: RIG-BER-007-F_v00 Beregningsprofil nr. 3 aɸ 1,48 1,57 Fyllingsalternativ 2 * Merk at det kun er tatt med bruddflater som går ned i massene som kan utvikle poreovertrykk i de profilene hvor dette er hensyntatt RIG-RAP november 2014 / 00 Side 16 av 20

17 5 Geotekniske vurderinger 5 Geotekniske vurderinger Beregningene viser at det oppnås forsvarlige stabilitetsforhold i permanenttilstanden (uten oppbygging av poreovertrykk/etter utdrenering av et eventuelt poreovertrykk) i alle 3 beregningsprofilene for begge fyllingsalternativene. Poreovertrykksoppbygging i de stedlige massene i disse profilene er lite sannsynlig, men det er lagt inn et poreovertrykk for å hensynta at det i området kan være lommer med løsmasser med mindre drenerende egenskaper som vi kan ha unngått/ikke har påtruffet i våre undersøkelser. Dette medfører at beregningsmessig krav til partialfaktor (γ m 1,4, kfr. avsnitt 3.8.2) ikke tilfredsstilles (marginalt) i beregningsprofil nr. 3 for fyllingsalternativ 1 ved 25 % poreovertrykksoppbygging (γ m = 1,38) og i beregningsprofil nr. 2 for fyllingsalternativ 2 ved 25 % poreovertrykksoppbygging (γ m = 1,29). Vi vurderer at en poreovertrykksoppbygging på 25 % av netto fyllingsvekt i alle de stedlige massene under den planlagte fyllingen er lite sannsynlig, men at en viss poreovertrykksoppbygging vil kunne skje i en mindre del av profilet. Våre beregninger med hensyn på poreovertrykksoppbygging må derfor vurderes som konservative, også fordi det nødvendigvis vil måtte ta en god del tid å fylle hele profilet. Et eventuelt poreovertrykk som har bygget seg opp som følge av netto tilført vekt av hvert lagutlegg (oppfyllingstrinn) vil i betydelig grad da dreneres ut før neste lag legges ut. Samtidig kan det kanskje aksepteres en noe lavere partialfaktor i selve utfyllingsfasen, spesielt hensyntatt at den aktuelle poreovertrykksoppbyggingen er lite sannsynlig. Vi vurderer således at fyllingsalternativ 1 kan etableres som planlagt, med en fyllingsfront med helning 1:2, med forsvarlige stabilitetsforhold både i utfyllingsfasen og i permanenttilstanden. For fyllingsalternativ 2 kan stabilitetsforholdene, spesielt i profil 3, bli noe svakere i utfyllingsfasen dersom det skulle finnes masser i grunnen som kan utvikle poreovertrykk. Dersom fyllingsalternativ 2 fremdeles er aktuelt, bør det utføres supplerende beregninger for å justere enten beliggenheten av skråningstopp og/eller fyllingshelningen, slik at det sikres forsvarlige stabilitetsforhold også ved en eventuell poreovertrykksoppbygging i massene under fyllingen. Sjøbunnshelningen indikerer at det uansett kan være fornuftig å avslutte fyllingsfoten på ca. kote -50, da helningen videre nedover synes å øke (spesielt i sydøstre del av området). 5.1 Setninger Med grunnlag i utførte setningsberegninger for deponiet «Kvitsøy I» vurderer vi at det på deponiet «Kvitsøy II» kan forventes å bli utviklet i størrelsesorden inntil cm totalsetning i massene under fyllingen i den delen av utfyllingsområdet hvor registrerte løsmassemektigheter under sjøbunnen er størst og fyllingen blir mektigst. Av dette utgjør primærsetningene det aller vesentligste (95-98 %). Disse vil i store trekk være utviklet i løpet av 3-6 måneder etter endt oppfylling. Sekundærsetningene (over en periode av ca. 20 år) antas å kunne 1-2 cm. Utfyllingsarbeidene forventes å ville pågå over lang tid/flere år. Dette innebærer at primærsetningene i massene under fyllingen i hovedsak vil bli utviklet i løpet av byggeperioden og i det etterfølgende året. I byggeperioden vil disse setningene resultere i et merforbruk av masser i fyllingen utover teoretisk volum. Størrelsen på egensetningene i fyllingen vil avhenge av dens sammensetning og i hvilken grad den blir komprimert under utfylling. Ved fylling i sjø lar det seg normalt ikke gjøre å komprimere massene under sjøvannstanden utover den dybdeeffekten som kan oppnås ved å benytte tungt komprimeringsutstyr i overflaten når fyllingen har kommet opp i vann-nivå RIG-RAP november 2014 / 00 Side 17 av 20

18 5 Geotekniske vurderinger Normalt vil egensetningene i en ukomprimert sjøfylling bli i størrelsesorden 1-2 % av fyllingsmektigheten, hvorav noe vil bli utviklet i fyllingsperioden og det resterende i løpet av 1-2 år etter avsluttet fylling. Over vann, hvor fyllingen kan legges ut og komprimeres lagvis, kan det påregnes å bli utviklet setninger på i størrelsesorden %. I dette tilfellet, med fyllingsmektigheter på inntil ca. 25 m i vann, innebærer dette at det må forventes å bli utviklet egensetninger i fyllingen på i størrelsesorden cm. Utfyllingsarbeidene forventes å ville pågå over lang tid/flere år. Også egensetningene vil således i praksis resultere i et merforbruk av masser i fyllingen utover teoretisk volum, og registrerte setninger i overflaten (i løpet av det første året etter at fyllingen er avsluttet) vil bli mindre synlige. Det framgår av det foregående at det vesentligste av både setningene i grunnen under fyllingen (som følge av belastningen fra denne) og egensetningene i selve fyllingen forventes å være utviklet i løpet av 1-2 år etter at utfyllingsarbeidene er utført. Dersom det tenkes oppført byggverk på fyllingen, vil imidlertid disse bli utsatt for setninger som følge av at fyllmassene vil sette seg for tilleggslastene de da påføres. Ved tilleggslaster av noe størrelse kan disse setningene bli store og skadelige for byggverkene. Tiltak kan da være enten å pele byggene eller å dypkomprimere de delene av fyllingen som ønskes bebygget. Det antas at fyllmassene vil inneholde noe stor stein og blokk, slik at ramming av konvensjonelle betongpeler vil bli vanskelig/umulig. For bygg med begrenset grunnflate kan rammede stålrørspeler (avhengig av innholdet av stor stein/blokk) være aktuelt, eventuelt kan borede stålkjernepeler til fjell være et alternativ. Ved bygging på slike større fyllinger i kystnære strøk er ofte direktefundamentering etter en forutgående dypkomprimering et godt alternativ både teknisk og økonomisk. Metoden medfører at fyllingens fasthets- og setningsegenskaper forbedres vesentlig. Dynamisk dypkomprimering med fall-lodd går i korthet ut på å slippe et tungt lodd fra stor høyde ned på terrenget i et rutemønster, og deretter gjenta prosessen til komprimeringskravet er oppfylt. Metoden er benyttet for fyllingsmektigheter opp til 40 m. Normalt oppnås en volumreduksjon av fyllingen på i størrelsesorden 5-10 %, og forventede setninger reduseres til % av hva de ville ha blitt uten dypkomprimering. Det forventes at eventuelle langtidssetninger i underliggende masser blir begrensede, og at de i overflaten vil framstå som relativt jevne, fyllingstykkelsen tatt i betraktning. Metoden har sine begrensninger ved at den kan påføre eventuelle nabokonstruksjoner vibrasjoner og deformasjoner, samt at den ikke gir tilstrekkelig stor effekt i randsonene av fyllingen. Metoden egner seg godt over store flater. 5.2 Generelt om fyllingsarbeidet Utfyllingsarbeidene må utføres på en slik måte at risiko for mannskap og utstyr begrenses til et minimum. Utfylling med lekter opp til et høyest mulig/praktisk nivå er da et vesentlig element. Vi ser for oss utfyllingsarbeidene utføres lagvis, fra laveste nivå i utfyllingsområdet. Lagtykkelsen tilpasses aktuelt lekterutstyr, men bør være i størrelsesorden 2-3 m. Vi har antatt at arbeidene vil strekke seg over adskillige måneder/år slik at undergrunnen får tid til i noen grad å konsolidere for hvert enkelt lagutlegg. Viktige og kritiske momenter ved utfyllingsarbeidene RIG-RAP november 2014 / 00 Side 18 av 20

19 5 Geotekniske vurderinger De utførte grunnundersøkelsene gir ikke grunnlag for å forvente poreovertrykksoppbygginger av betydning i massene i grunnen. Vi vurderer derfor at det ikke er behov for å installere elektriske piezometere i massene (for å overvåke en eventuell poreovertrykksutvikling). Beregningsresultatene viser imidlertid at utfyllingsarbeidene ikke kan utføres ukritisk, dvs. at skråningshelninger må etableres som angitt. Det forutsettes at utfyllingsarbeidene følges opp nøye med gjentatte mengde- og nivåkontroller. Vi ser for oss at det utarbeides loddeprofiler/loddekart for kontroll av at hvert lag er etablert som forutsatt før utleggingen av neste lag igangsettes. Det bør derfor utarbeides detaljerte planer for utfyllingsarbeidene, som deretter bør følges opp av kvalifisert personell RIG-RAP november 2014 / 00 Side 19 av 20

20 6 Referanser 6 Referanser /1/ COWI (2014) Statens vegvesen. Områderegulering Krågøy Hestholmen. Deponiutforming utvidet 15 m øst i fht anbefalt løsning. Oppdragsnr: A016140, datert 13. mai /2/ Multiconsult (2012). Statens vegvesen Region vest. E39 Rogfast. Massedeponi Kvitsøy Grunnundersøkelser. Grunnundersøkelser. Datarapport. Rapportnummer , datert 28. august /3/ Multiconsult (2013). Statens vegvesen Region vest. E39 Rogfast. Massedeponi Kvitsøy Sjøfylling. Stabilitet. Setninger. Beregningsrapport RIG-RAP- 004_rev00, datert 9. januar /4/ Multiconsult (2014). Statens vegvesen Region vest. E39 Rogfast. Massedeponi Kvitsøy Grunnundersøkelser. Grunnforhold. Datarapport RIG-RAP- 006_rev00, datert 3. september /5/ NS-EN ISO 9001:2008. Systemer for kvalitetssikring. Krav (ISO 9001:2008). November /6/ Vegdirektoratet (2014). Geoteknikk i vegbygging. Håndbok V220 (faglig innhold 2010). Vegdirektoratet, juni /7/ Eurokode 7: Geoteknisk prosjektering Del 1: Allmenne regler. NS-EN :2004+NA2008 /8/ Eurokode 7: Geoteknisk prosjektering Del 2: Regler basert på grunnundersøkelser og laboratorieprøver. NS-EN :2007+NA2008. /9/ Eurokode 0: Grunnlag for prosjektering av konstruksjoner. NS-EN 1990:2002+NA:2008 /10/ GeoPhysix AS (2013) Ev 39 Rogfast. Seismikk Mekjarvik. Seismikk Krågøy. Rapport. Refraksjonsseismikk. Tilleggsundersøkelser massedeponier. Prosjekt nr /12001/10071 (hovedprosjekt nr.), datert 14. mai /11/ Eurokode 8: Prosjektering av konstruksjoner for seismisk påvirkning - Del 1: Allmenne regler, seismiske laster og regler for bygninger. NS-EN :2007+NA RIG-RAP november 2014 / 00 Side 20 av 20

21

22

23

24

25

26

27

28

29