Kvikkleire En nasjonal satsing på sikkerhet i kvikkleireområder Delprosjektleder: Vikas Thakur Sjefingeniør, Statens vegvesen Vegdirektoratet Naturfaredag 07. april 2014
Kvikkleire Kvikkleire er en spesiell type leire som forekommer i Norge, Sverige, Finland, Russland, Canada og Alaska under marin grense Kvikkleire har veldig lite salt Kvikkleire blir suppe når omrørt! Leirpartiklene står at som et korthus uten nok bindingskrefter mellom seg Utvasking av salt Marin leire Marin leire: 30-35g/l Saltinnhold kvikkleire Kvikkleire < 5g/l (Crawford, 1963)
Rissa, 1978
Atomulykke Pandemi Kvikkleireskred i by
Utbygging i kvikkleireområder Eksempel på ekstra kostnader for stabiliseringstiltak pga. kvikkleire: E6 Harran (+30 %) 210 mill.kr. totalt, + 66 mill. kr til masseflytting, grunnerverv, planlegging og undersøkelser Fv. 760 Viesbakkene i Grong. Ombygging av vegen var kostnadsberegna til 16 mill. Resultat fra grunnundersøkelsene ga et behov for 250.000 m 3 i masseflytting og en økning i kostnad på 14 mill. kr, dvs 87% For en GS-veg ved E6 på Skatval gir tiltak for å bedre stabiliteten en økning på 300 % E6 Trondheim Stjørdal. + 150 200 mill. kr ekstra for 70 m veg. Kalksementstabilisering mellom spuntvegger dagsone vest 2010 på Møllenberg. Foreløpig norsk rekord!
Naturfarer Klimaendringer øker utfordringene Økt hyppighet av - flomskred, sørpeskred, jordskred og snøskred. Kan store kvikkleireskred skje pga klimaendringen? Stortingsmelding nr 33 (kap. 6.3) «Kvikkleireskred er ofte utløst av menneskelig aktivitet, men kan også utløses av langvarige nedbørsperioder og stor vannføring.»
Kvikkleireskred Økt nedbørsmengde/flom kan provosere/initiere en bruddprosess i kvikkleire. Klimaendringer vil øke sannsynligheten for kvikkleireskred Erosjon langs vassdrag (Haugen, NVE)
Klimaendring Prosjektkostnader vil øke når vi må ta hensyn til klimaendring Er det noe som vi (geoteknikere) kan gjøre for å kompensere for en del av kostnadsøkning f.eks. Omforent praksis (Det er en god del «uenighet» i fagmiljøet) Fellesregelverket (Vi har flere regelverket med ulike krav) Bedre forståelse av kvikkleire ved grunnleggende- og fremragende forskning Kompetanseheving Effektiv prosjektering
NATURFARE, infrastruktur, flom og skred (2012-2015) Prosjektbudsjett = 42 MNOK Kvikkleire = 10MNOK Samarbeidsprosjekt mellom Jernbaneverket Norges Vassdrags- og energidirektorat Statens vegvesen www.naturfare.no
Delprosjekt 6 Kvikkleire (status per 25.09.2013) Feltforsøk prøvetaking Labarbeid Numerisk modellering Database utvikling Prinsipielle diskusjoner Regelverket retningslinjer
Kvikkleire Aktivitet Navn Effektmål Delaktivitet 6.1 Definisjon og avgrensing av Omforente definisjoner og avgrensninger innarbeidet i etatenes retningslinjer områdestabilitet Delaktivitet 6.2 Skredfare og grunnlagsdata Utvikle en web-basert løsning (www.skrednett.no) der alle tiltakshavere og myndigheter til en hver tid har oppdatert informasjon om grunnforhold og kvikkleiresoner med utredninger og farevurderinger Delaktivitet 6.3 Løsmasseskred i strandsonen Tilgjengeliggjøre oppdatert skredrelatert informasjon til alle tiltakshavere, prosjekterende, offentlig myndigheter og kommuner Delaktivitet 6.4 Grunnundersøkelsesmetoder for kartlegging av kvikkleire Omforente tolkningsmodeller for detektering av sprøbruddmateriale fra de anvendte undersøkelsesmetodene Delaktivitet 6.5 Beregningsmodeller Beskrive hvordan beregningsmodeller skal håndtere og ta hensyn til de faktiske bruddforløp i kvikkleire og sprøbruddmaterialer Delaktivitet 6.6 Sikkerhetsfilosofi og regelverk Samordne etatenes regelverk og sikkerhetsfilosofi innenfor tema som områdestabilitet og lokal sikkerhet for tiltak i terreng med forekomst av kvikkleire eller sprøbruddmateriale Delaktivitet 6.7 Skredutbredelse og utløpsområder Videreutvikle empirisk verktøy for modellering av mulig skredutbredelse og utløpsdistanser Delaktivitet 6.8 Stabilisering av kvikkleire Videreutvikle metode for stabilisering av kvikkleire der tradisjonelle arbeidsmetoder kan medføre reduksjon av stabilitet i anleggsfasen og i områder der det ikke kan eller ønskes å utføre topografiske endringer. www.naturfare.no
Lokalt skred Kattmarkaskredet i 2009 (Kilde Nordal et al, 2009)
Mellom lagring!!! Kvikkleireskred
Mellomlagring
Områdeskred Utgangspunktet Mangelfullt: Definisjoner og kriteriene som kan skille et lokalskred fra områdeskred Konsekvens: Omfang av geotekniske undersøkelser og tiltak (prosjekteringstid og økonomi)
Definisjon og avgrensing av områdestabilitet
Skredstatistikk og grunnlagsdata Effektmål: Utvikle en web-basert løsning som gir alle tiltakshavere og myndigheter til en hver tid oppdatert informasjon om grunnforhold, kvikkleiresoner med utredninger og farevurderinger. Resultatmål: Oppdatert informasjon om fareområder og grunnforhold vil være tilgjengelig for alle tiltakshavere og prosjekterende, samt for alle etater i beredskapssituasjoner. Delaktiviteter: Utvikle en effektiv utvekslingsplattform for eldre analoge og nyere digitale data. Utvikle utvekslingsplattform for deling av informasjon om grunnundersøkelser. I første rekke skal det utvikles en løsning for innsyn i grunnundersøkelser utført av eller på vegne av etatene, men med tanke på en mulig senere utvidelse til å inkludere undersøkelser utført av private tiltakshavere. Nasjonal database for grunnundersøkelse (NADAG) Utvikling av en NADAG er i gang hos NGU i et samarbeid med NIFS etatene En beta versjon er allerede på plass
Versjon 1.0 NADAG Kilde Solberg, 2014
Versjon 1.0 Kilde Solberg, 2014 NADAG
Versjon 1.0 Kilde Solberg, 2014 NADAG
Versjon 1.0 NADAG Kilde Solberg, 2014
Løsmasseskred i strandsonen Finneidfjord (1996) Sokkelvik (1959) Lyngseidet (2010) Trondheim(1888) Kattmarka (2009) Jevika (1997) Ref. presentasjon Jean-Sbastien L Hueruex (2013)
Løsmasseskred i strandsonen Vurdering av kartlegginskriterier og Faregradsoner (pågående arbeid ) Eksempel: Kun land data : middels faregrad Land og sjø data : høyfaregrad I 2012 gjennomførte NGI et FoU oppdrag knyttet til kartleggingsgrunnlaget til stransonen. Oppdraget ga en oversikt over skredproblematikken i strandsonen og foreslått en definisjon av strandsonen i skredkartleggingssammenheng. Aktuelle metoder for sjøbunns-kartlegging var presentert med et fokus på å synliggjøre eksisterende data. Resultater ble presentert som en NIFS rapport (26/2013) som er tilgjengelig på www.naturfare.no. NIFS rapport nr. 26/2013 Kilde: NIFS rapport nr. 26/2013
Grunnundersøkelsesmetoder for kartlegging av kvikkleire Effektmål: Omforente tolkningsmodeller for detektering av sprøbruddmateriale fra de anvendte undersøkelsesmetodene. Resultatmål: Aktiviteten tar sikte på å lage en veiledning for hvilke grunnundersøkelser og nødvendig omfang som skal benyttes for kartlegging av sprøbruddmateriale. Delaktiviteter: Vingeboring / Tolkningsmetodikk CPTU og RCPTU for detektering av sprøbruddmateriale Geofysiske metoder / Bestemmelse av prøvekvalitet i felt og på laboratoriet Bestemmelse av skjærfasthet Prosentvis reduksjon av peak-verdier fra blokkprøver Tidseffekter fra prøvetaking til labforsøk Tolkningsmodeller for CPTU og RCPTU
Detektering av kvikkleire NIFS resultater Oppskrift for en mer nøyaktig tolking av kvikkleire fra undersøkelsesmetodene er utredet. Nye metoder er under testing og utvikling. Produkt: en kortfattet brukerveiledning vil bli innarbeidet i regelverket hos etatene.
Airborne Electromagnetic Mapping Kartlegging og skredfarevurdering Optimalisering av grunnundersøkelser Source: www.ngi.no www.ngi.no
Airborne Electromagnetic Mapping Ny E16 fra Kløfta til Kongsvinger - 32 km Fjelldybde Detektering av kvikkleirer NIFS report 2014 www.ngi.no
AEM kvikkleirer NIFS report 2014 www.ngi.no
Sikkerhetsfilosofi og regelverk Damage consequences Failure mechanism Dilatant Perfectly plastic Brittle and contractant Less serious 1.40 1.55 1.70 Serious 1.55 1.70 1.85 Very serious 1.70 1.85 2.00 Damage consequences Failure mechanism Dilatant Perfectly plastic Brittle and contractant Less serious 1.2 1.3 1.4 Serious 1.3 1.4 1.5 Very serious 1.4 1.5 1.6 Damage consequences Failure mechanism Dilatant Perfectly plastic Brittle and contractant Less serious 1.2/1.4* 1.3/1.4* 1.4 Serious 1.3/1.4* 1.4 1.5 Very serious 1.4 1.5 1.6
Sikkerhetsfilosofi og regelverk Effektmål: Samordning av etatenes regelverk og sikkerhetsfilosofi innenfor tema som områdestabilitet og lokal sikkerhet for tiltak i terreng med forekomst av kvikkleire eller sprøbruddmateriale. Resultatmål: En omforent sikkerhetsfilosofi og klar definisjon av virke- og ansvarsområdet for de ulike etaters retningslinjer. Delaktiviteter: Variasjon av partialfaktor ved fare for progressiv bruddutvikling Forutsetninger og nivå ved bruk av prosentvis forbedring Beskrivelse av roller og ansvar ved utførelse av tredjepartskontroll Prinsipper for vurdering av sikkerhetsnivå vedrørende stabilitet for eksisterende bebyggelse og infrastruktur.
Kvikkleire vs sprøbruddmateriale NVEs veileder 1/2008 definerer (i et tillegg) begrepet «sprøbruddmateriale» som et skredfarlig materiale med en øvre grense for omrørt skjærstyrke på 2,0 kpa. Grunnlaget for å sette grensen fire ganger høyere enn grensen som karakteriserer kvikkleire er litt uklart. Naturfareprosjektet jobber med å verifisere grunnlaget for definisjon av sprøbruddmateriale.
Hvordan ser omrørte leirer ut c ur < 0.1 kpa c ur = 0.2 kpa c ur = 0.5 kpa c ur = 1.0 kpa
c ur = 1,0 kpa c ur = 0,1 kpa
Skredutbredelse og utløpsområder Bynesetskredet, 1.1.2012
Utløpsdistanse / Ansvarsområde Fv 120 Hobølskredet 08.mars2014 NIFS resultater En god del grunnlagsdata er allerede utarbeidet. Vi har opprettet en interngruppe som skal gå gjennom dataene og skissere et forslag til kriteriene
Skredutbredelse og utløpsområder Effektmål: Videreutvikle empirisk verktøy for modellering av mulig skredutbredelse og utløpsdistanser Resultatmål: Utarbeide kriterier for utredning av potensiell skredutbredelse i områder med sprøbruddmateriale og overføre kriteriene til en veileder for kartleggingsmetoder for avgrensning av potensielle fareområder. Delaktiviteter: Utarbeide en definisjon av sprøbruddmateriale Samle dokumentasjon fra skred og fra mindre utglidninger (initialbrudd som ikke har ført til større skred) Utvikle korrelasjon mellom topografi, geotekniske og geologiske egenskaper med skredutbredelse Empirisk Eksperimentell Numerisk
Stabilisering av kvikkleire Effektmål: Videreutvikle metode for stabilisering av kvikkleire der tradisjonelle metoder kan medføre reduksjon av stabilitet i anleggsfasen Resultatmål: Øke uomrørt og omrørt skjærfasthet ved bruk av saltdiffusjon i områder der det er anleggsteknisk vanskelig/umulig å utføre sikringstiltak eller bygge i kvikkleireområder. Utvikle stabiliseringsmetoder som medføre reduksjon av stabilitet i anleggsfasen på minst mulig grad, for eksempel -Kalk-sement stabiliseringsmetoden ved bruk av slurry Delaktiviteter: Doktorgrad om Saltinfiltrasjon I kvikkleire Tonje E Helle v/statens vegvesen, Studere kalk-sement stabiliseringsmetoden ved bruk av slurry Andre innovative ideer er velkommen!
Stabilisering av kvikkleire ved bruk av salt! Doktorarbeid: Tonje E Helle v/ntnu Kilde: Tonje E Helle 2013
Oppsummering Det er mye om kvikkleire som vi ikke forstår! Omfattende FoU aktiviteter i gang knyttet til kvikkleire Bedre forståelse av kvikkleire kan hjelpe oss til: En omforent praksis, Et felles regelverket Effektivisere prosjektering
Takk for meg!