NGF-KURS I PRAKTISK GRUNNBORING PLANLEGGING OG PRESENTASJON AV GRUNNUNDERSØKELSER PER ARNE WANGEN GEOTEKNIKER RAMBØLL, TRONDHEIM
Innledning Regelverk Geotekniske problemstillinger Tidligere skredaktivitet Geologiske forhold og marin grense Tidligere grunnundersøkelser Topografi Utarbeidelse av borplan Geofysiske undersøkelser (ERT/AEM) Laboratorieundersøkelser Krav til kvalitet Rapportering
INNLEDNING Ved utførelse av en grunnundersøkelse har en til hensikt å skaffe til veie tilstrekkelig informasjon om grunnforholdene innenfor et definert område. For å lykkes med dette kreves god planlegging og oppfølging underveis i undersøkelsene. Man må ha fokus på de viktigste geotekniske problemstillingene. Grunnundersøkelsen kan deles inn i flere ulike faser: Identifisering av krav i forbindelse med det aktuelle prosjekt/tiltak Innhenting av foreliggende geoteknisk informasjon fra området Utførelse av felt- og laboratorieundersøkelser og nødvendig oppfølging og kontroll Etterarbeider/rapportering
INNLEDNING I Norge tilbys en rekke ulike undersøkelsesmetoder som del av et undersøkelsesprogram Det legges generelt stor vekt på enkle sonderinger supplert med prøvetaking og spredte in-situ målinger. Det er mulig å utføre mer moderne undersøkelser som sammen med de tradisjonelle undersøkelsen kan gi noe mer utfyllende informasjon om grunnforholdene. Kostnader må vurderes opp i mot nytte for denne typen undersøkelser. Det er viktig at den som planlegger og de som utfører undersøkelsen har god kunnskap om de ulike metoder for å kunne optimalisere undersøkelsen og bruk av resultatene. En må også ha kjennskap til de ulike metodenes begrensninger og usikkerheter.
REGELVERK Krav i regelverk (Eurocode 7 NS EN 1997-1:2004+NA:2008) Kapittel 2.1 Krav til prosjekteringen (1) For hver geoteknisk dimensjonerende situasjon skal det kontrolleres at ingen aktuelle grensetilstander, som beskrevet i NS-EN 1990:2002, overskrides (2) Ved definisjon av dimensjonerende situasjoner og grensetilstander bør det tas hensyn til følgende: Forholdene på byggeplassen med hensyn til områdestabilitet og bevegelser i grunnen Konstruksjonens og konstruksjonsdelens art og størrelse Forhold som angår omgivelsene Grunnforhold Grunnvannsforhold Regional seismisitet Påvirkning fra miljøet
REGELVERK Krav i regelverk (Eurocode 7 NS EN 1997-1:2004+NA:2008) Kapittel 2.1 Krav til prosjekteringen (forts) (10) Til fastsettelse av kravene til geoteknisk prosjektering kan det innføres tre geotekniske kategorier, 1, 2 og 3. (14) Geoteknisk kategori 1 bør bare inkludere små og relativt enkle konstruksjoner (17) Geoteknisk kategori 2 bør omfatte konvensjonelle typer konstruksjoner og fundamenter uten unormale risiki eller vanskelige grunn- eller belastingsforhold. (20) Geoteknisk kategori 3 bør vanligvis omfatte konstruksjoner eller deler av konstruksjoner som faller utenfor grensene for kategori 1 og 2.
REGELVERK Krav i regelverk (Eurocode 7 NS EN 1997-1:2004+NA:2008) Kapittel 3.2 Geotekniske undersøkelser (1) Geotekniske undersøkelser skal gi tilstrekkelige opplysninger om grunn- og grunnvannsforholdene ved og rundt byggeplassen slik at det kan gis en god beskrivelse av de vesentlige grunnegenskapene og en pålitelig bedømmelse av de karakteristiske verdiene for grunnparametrene som skal brukes ved prosjekteringsberegninger (2) Sammensetning og mengden av geotekniske undersøkelser skal justeres i forhold til den enkelte undersøkelsesfasen og geoteknisk kategori (5) Undersøkelsene bør omfatte visuell inspeksjon av byggeplassen under byggingen slik at det kan påvises at prosjekteringsforutsetningene er oppfylt under byggingen 3.2.2 Forundersøkelser 3.2.3 Prosjekteringsundersøkelser
REGELVERK Andre regelverk Statens Vegvesens håndbok V 220 "Geoteknikk i vegbygging" NVEs veileder 7-2014 "Sikkerhet mot kvikkleireskred" NGFs meldinger med beskrivelse for utførelse av felt-, lab- og rapportarbeid
REGELVERK Spesielt for grunnundersøkelser, ny standard NS 8020
REGELVERK Den geotekniske prosjekteringen utføres av foretak godkjent for geoteknisk prosjektering. Statens vegvesen utfører ofte også prosjektering i egne oppdrag. Hensikten med grunnundersøkelser er å fremskaffe data som gir grunnlag for å utforme prosjektene slik at en får: - riktige tekniske løsninger - nødvendig sikkerhet under bygging og drift - grunnlag for kvalitetssikring - grunnlag for kostnadsberegninger
GEOTEKNISKE PROBLEMSTILLINGER Setninger - Lette fyllmasser - Masseutskiftning (Fyllmasser, bløte og forstyrrede masser samt myr/torv) - Forbelastning (fylling og store laster) - Kompensert fundamentering Fundamentering/bæreevne - Peler - Direktefundamentering Stabilitet - Anleggsperiode - Ferdig bygg/anlegg Støttekonstruksjoner Spunt, midlertidig/permanent Støttemurer
GEOTEKNISKE PROBLEMSTILLINGER Telefarlighet Frostisolering Frostfri dybde Grunnforsterkning Fiberduk Geonett Komprimering Seismisk dimensjonering (i hovedsak større og kompliserte bygg) Grunntype Dimensjonering for seismiske laster på fundamenter og bygg
GEOTEKNISKE PROBLEMSTILLINGER Hvilken informasjon ønsker vi fra grunnundersøkelsen? Vi ønsker informasjon om: Lagdeling og jordartsparametere Potensielle glideplan Dybde til berg eller fast, bærende lag Grunnvanns- og poretrykksforhold Artesisk trykk, strømningsforhold etc. Jordartens skjærfasthetsegenskaper Udrenert skjærfasthet c u (Totalspenningsanalyse) Effektive skjærfasthetsparametere a, c, tanf (Effektivspenningsanalyse) Bruddkarakteristikk Dilatansegenskaper Erosjonsforhold Tilstand for eventuell forvitringssone/tørrskorpelag (sprekker/mektighet) Berg i dagen
GEOTEKNISKE PROBLEMSTILLINGER Jordartsdata fra grunnundersøkelser Fra Sandven 2003
TIDLIGERE SKREDAKTIVITET Studere topografien i området => tegn på gamle skredgroper Se etter historiske hendelser i området, www.skrednett.no, evt. også søkemotorer som google o.l. for søk etter historiske nedtegnelser
GEOLOGISKE FORHOLD En beskrivelse av grunnens dannelses- og avsetningshistorikk Kvartærgeologisk kart (løsmassekart), www.ngu.no. Gir en overflatisk oversikt over løsmasser i området, dvs. hvilke løsmasseavsetninger en kan forvente å finne i de øvre løsmasselag, dvs. det kan forekomme andre løsmasseavsetninger under de som er angitt på kartet Kvikkleirekart www.skrednett.no
GEOLOGISKE FORHOLD Marin grense Representerer havets høyeste nivå etter siste istid Er viktig for å fastslå hvor man kan regne med å finne marine avsetninger og hav-/ strandavsetninger
TIDLIGERE GRUNNUNDERSØKELSER Innhente oversikt over foreliggende data fra området Oppdragsgiver Offentlige instanser (Statens vegvesen, kommune, NVE o.l.) Private aktører (gjerne noe tilbakeholdne med egne data) Enkelte kommuner har god oversikt over utførte undersøkelser i kommunen
TOPOGRAFI Innhente kart av tilfredsstillende kvalitet for å studere terrenget for identifikasjon av kritiske området mht. stabilitet: Høydeforskjell Helning Geometri Denne informasjon må sammenstilles med tiltakets plassering for å vurdere stabilitetens påvirkning på tiltaket, evt. tiltakets påvirkning på stabiliteten Kritiske terrengformasjoner kan for eksempel være: Bratte skråninger Terrengrygger Raviner etc.
TOPOGRAFI
BORPLAN Plassere riktig undersøkelsestype på riktig sted. Grunnundersøkelser er kostbare og det er viktig å unngå unødvendig boring. Omfang bestemmes ut i fra prosjektets/tiltakets kompleksitet, aktuelle geotekniske problemstillinger og antagelser utledet fra innledende undersøkelser av: Tidligere skredaktivitet Geologiske forhold Marin grense Tidligere grunnundersøkelser Topografi Planen vil være dynamisk, dvs. undersøkelsestype og omfang må tilpasses grunnforholdene underveis i undersøkelsen. Det er vanlig at undersøkelsen innledes med sonderinger for å bestemme grunnens lagdeling og sammensetning. Fornuftig å fremstille terrengprofiler tidlig for identifisering av kritiske lag.
BORPLAN Plassering av prøvetaking og in-situ undersøkelser (CPTu, poretrykksmålinger etc.) gis så egnet/optimal plassering ut i fra de grunnforhold som sonderinger viser. Omfang kan underveis bli både større og mindre enn antatt på bakgrunn av innledende sonderinger. Ulike typer undersøkelser for ulike typer situasjoner, bestemme de riktige opplysningene for problemstillingen: Prosjektets/tiltakets størrelse og type Geoteknisk problemstilling Fundamenteringsmetode av eventuelt byggverk Oppdragstype og -omfang Økonomi i forbindelse med undersøkelsen Topografiske forhold Forhåndsinformasjon om grunnforholdene i området Tid og utstyr til rådighet Etablert praksis/"tradisjon"
BORPLAN Vanlig å plassere boringer langs lengde- og tverrprofiler over området, men det kan også være aktuelt å konsentrere boringer i områder med størst geoteknisk interesse I tilfeller med kvikkleire og utredning av områdestabilitet kan det være aktuelt å plasser boringer utenfor og fjernt fra utbyggingsområdet/tiltaksområdet Avstanden mellom boringene bestemmes av grunnforhold og prosjektets kompleksitet Mht. stabilitetsvurderinger er det vanlig å plassere boringer både på topp av, midt i og i bunn av skråning/fylling Boredyp anslås gjerne ved 1,5 x h, hvor h er skråningen/fyllingens høyde, for å sikre tilstrekkelig oversikt over grunnforholdene i dybden
BORPLAN Fra statens vegvesens håndbok V220
BORPLAN Fra statens vegvesens håndbok V220
BORPLAN Ved å kombinere de ulike undersøkelsesmetodene og prioritere plassering av prøvetaking og in-situ målinger basert på de grunnforhold en registrerer underveis i undersøkelsen (sonderinger), kan en oppnå ønsket resultat Sonderingsresultatene benyttes til å Kartlegge lagdeling og materialtyper i alle interessante lag i grunnen Påvisning av mulige bløte, løse og/eller sensitive lag Påvise dybde til berg eller faste lag Indikasjon på grunnvannsstand => Bestemme omfang og plassering av videre undersøkelser Prøvetaking benyttes for Verifikasjon og sikker klassifisering av jordart Bestemmelse av fysiske/mekaniske egenskaper Påvisning av sensitiv/kvikk leire Bestemmelse av sedimentets spenningshistorie og in-situ spenningstilstand => Prøvekvaliteten er avhengig av det utstyret en benytter. Store prøvediametere (Ø75, Ø95 og blokkprøver) gir generelt bedre prøvekvalitet.
BORPLAN In-situ undersøkelser utføres for å: Registrere geotekniske egenskaper in-situ (på stedet) Vanlig benyttede metoder er Vingeboring Trykksondering, CPTu Poretrykksmåling => Fordel i forhold til laboratorieundersøkelser: Foregår under riktige spennings- og poretrykksforhold Avlastning og svelling av materialet som følge av prøvetaking unngås Kan gi tids- og kostnadsbesparelser Fordelaktig i materialer som lett blir prøveforstyrret In-situ registreringer må kombineres med prøvetaking og laboratorieforsøk for verifikasjon og sammenstilling av data
BORPLAN Vingeboring Består av et vingekors festet til et system av innerstenger Fra Sandven 2003 Bestemmelse av udrenert skjærfasthet c u i leire, først uomrørt c u, deretter omrørt c u, for beregning av sensitivitet S t Trykksondering CPTU CPT-sonden presses med kontinuerlig nedpressingshastighet ned i grunnen for registrering av spissmotstand, friksjon og poretrykk Bestemmelse av udrenert skjærfasthet c u, prekonsolideringstrykk s c, friksjon tanf, deformasjonsmoduler M, G, konsolideringskoeffisient, c Godt resultat forutsetter tilfredsstillende utførelse tilpasset grunnforholdene Kan også utføres som R-CPTu (CPTu med resistivitetsmåling). NIFS delprosjekt 6 "Detektering av sprøbruddmateriale ved hjelp av R-CPTU"
BORPLAN Poretrykksmålinger Bestemme trykktilstanden i porevannet og variasjoner over tid Registrere endringer i poretrykk som følge av grave- og fyllingsarbeider, peleramming og spunting Registrere over-/undertrykk Kan benytte både hydrauliske og elektriske piezometere, sistnevnte kan også installeres med minne for regelmessige registreringer Kan også utføre poretrykksmålinger med mer primitive metoder som åpne standrør i permeable masser
BORPLAN
BORPLAN, GEOFYSIKK ERT (Electrical resistivity termography) utføres fra terreng
BORPLAN, GEOFYSIKK AEM (Airbourne electromagnetic) utføres fra fly/helikopter
BORPLAN, GEOFYSIKK ERT/AEM Kommer stadig mer inn på markedet Et supplement til tradisjonelle undersøkelser Utføres for å oppnå mer effektive grunnundersøkelser, dvs. muligheter for riktigere plassering av borhull med mer detaljerte resultater Metodene må kombineres med tradisjonelle metoder for optimal tolkning av grunnforholdene. De tradisjonelle metodene gir grunnlag for kalibrering og fintolkning av de geofysiske undersøkelsene Samlet kan dette gi et mer detaljert og omfattende bilde av lagdeling i løsmasser og dybde til berg. En kan også skille mellom områder med utvasket leire og vanlig saltholdig leire Ikke mulig å klassifisere utelukkende på bakgrunn av resistivitet NGU har utarbeidet en egen veileder for utførelse av geofysiske metoder i kvikleire: Rapport nr. 2010.048 "Veileder for bruk av resistivitetsmålinger i potensielle kvikkleireområder, Versjon 1.0"
LABORATORIEUNDERSØKELSER Opptatte prøver bringes inn til geoteknisk laboratorium for analyser Rutineundersøkelser Klassifisering Tyngdetetthet Vanninnhold Omrørt skjærfasthet (konus) Uomrørt skjærfasthet (konus/enaks) Sensitivitet Kornfordeling Konsistensgrenser/Plastisitet Spesielle undersøkelser Treaksialforsøk Ødometerforsøk Direkte skjærforsøk
LABORATORIEUNDERSØKELSER Fra statens vegvesens håndbok V220
LABORATORIEUNDERSØKELSER Ødometerforsøk Utføres for bestemmelse av jordmaterialets deformasjons- og konsolideringsegenskaper Trinnvis ødometerforsøk utføres ved at en laster på prøven med ulike lasttrinn. Svakheter ved prosedyren er at forsøket tar lang tid, krever tilstedeværelse av laborant, belastningsprosedyren er lite skånsom for prøven og antall målepunkter kan være for få til at en oppnår et tilfredsstillende resultat. Kontinuerlige forsøk utføres ved at prøven belastes kontinuerlig etter en på forhånd bestemt prosedyre. Ofte bedre oppløsning på kontinuerlige forsøk og lettere å identifisere prekonsolideringsspenningen, s c og konsolideringskoeffisienten, c, begge viktige i setningsvurderinger
LABORATORIEUNDERSØKELSER Treaksialforsøk Gir mer pålitelig bestemmelse av jordmaterialets skjærfasthet enn enaksialforsøk og konus Utføres ved at prøven påføres en tredimensjonal spenningstilstand (s 1, s 2 og s 3 ) som i størst mulig grad tilsvarer in-situ spenning for jordmaterialet Fra denne tilstanden skal en bestemme prøvens spennings- og tøyningsutvikling opp mot bruddtilstand, samt skjærfastheten ved brudd Basert på resultatene fra forsøket kan vi bestemme totale og effektive skjærfasthetsparametere, poretrykksparametere og deformasjonsegenskaper for prøven Aktive forsøk (CUc) utføres ved at s 2 = s 3 er horisontale, og s 1 er vertikal Passive forsøk (CUe) utføres ved at s 1 = s 2 er horisontale, og s 3 tilsvarer vertikalspenningen
KRAV TIL KVALITET NGFs beskrivelsestekster Norsk Geoteknisk Forening har utgitt veiledninger for utførelse av de ulike undersøkelsestyper Alle sonderingstyper, prøvetaking og in-situ målinger skal utføres iht. til disse Det er utarbeidet et eget klassifiseringssystem for CPTU
KRAV TIL KVALITET Prøvekvalitet (NGF-melding 11 Veiledning for prøvetaking ) Omrørte prøver fullstendig forstyrret materialstruktur Egner seg til foreløpig identifisering Tas ved graving, naverboring eller ramprøvetaker Forstyrrede prøver inneholder alle faste bestandeler fra det lag den er tatt Egner seg til generell identifisering og klassifisering, unntaksvis til parameterbestemmelse Uforstyrrede prøver skal ha materialstruktur og vanninnhold nært det jordarten har i sin naturlige tilstand. Egner seg til generell identifisering og klassifisering, til bestemmelse av fysiske og mekaniske egenskaper Tas med 54/75 mm prøvetaker og ved blokkprøvetaking
KRAV TIL KVALITET Behandling av prøver En rekke forhold vil påvirke prøvekvaliteten Opptak av prøver fra in-situ spenningstilstand i grunnen medfører avlastning og svelling Transport av prøvene Lagring av prøver Preparering av prøvene for ulike forsøk
KRAV TIL KVALITET Vurdering av prøvekvalitet (NGF-melding 11 Veiledning for prøvetaking ) Enaksialforsøket Last-deformasjonskurven kan indikere prøveforstyrrelse dersom kurven viser jevnt stigende tendens, og ikke et markert knekkpunkt ved lavt tøyningsnivå Ødometerforsøket Materialoppførselen i det prekonsoliderte spenningsområdet påvirkes av evt. prøveforstyrrelse Vannutpressing fra prøven kan også benyttes som kriterium Treaksialforsøket Når prøven konsolideres drenert vil det presses vann ut av prøven. Stor vannutpressing kan indikere prøveforstyrrelse Volumtøyning og endring i poretall i prøven kan benyttes som kriterier
RAPPORTERING NGFs melding nr. 2 "Veiledning for symboler og definisjoner i geoteknikk identifisering og klassifisering av jord" angir krav til rapportering. - Resultatet av geotekniske undersøkelser skal sammenstilles i en grunnundersøkelsesrapport og bør bestå av: Presentasjon av tilgjengelig geoteknisk informasjon herunder geologiske forhold og relevante data Geoteknisk evaluering av informasjonen med angivelse av de forutsetninger som danner grunnlag for tolkning av prøvingsresultatene. Presentasjonen av geoteknisk informasjon skal inkludere: - faktiske opplysninger fra felt- og laboratorieundersøkelser - dokumentasjon av de metodene som er brukt til å utføre feltundersøkelser og laboratorieprøvinger
RAPPORTERING NGFs melding nr. 2 "Veiledning for symboler og definisjoner i geoteknikk identifisering og klassifisering av jord" angir krav til rapportering. I tillegg bør rapporten inkludere følgende informasjon: - Navn på rådgivere og underentreprenører - Hensikten med og omfanget av den geotekniske undersøkelsen - Tidsrommet som felt- og laboratorieundersøkelsene er gjennomført innenfor - Befaring av byggeområdet - Byggeplassens geologi og registrerte jordarter - Prosedyrer for prøvetaking, transport og lagring av prøver - Tabellarisk sammenstilling av utførte undersøkelser med angivelse av mengder - Annen relevant informasjon (se NS-EN 1997-1)
TAKK FOR OPPMERKSOMHETEN!