Vad er setninger? Underbygning setninger 1

Setninger Noen nøkkelpunkter: Bløt grunn setninger oppstår pga. økt last. Gjerne leire og silt, men kan også opptre i løst lagret sand Tre typer av setninger: Initiale (byggefasen, elastisk) Primære (porevann dreneres=konsolidering) Sekundære (konstante effektivspenninger, kryp) Setninger tar tid fortsetter etter bygging og forårsaker problemer i driftsfasen Krav til jevnhet av spor setter strenge krav Tiltak mot setninger er ofte kostbare Underbygning setninger 2

Mekanisme for konsolidering Tørr eller fuktig jord Mettet, finkornig jord Trykk Korttids: Høyt poretrykk, reduseert styrke Volum Mindre volum Underbygning setninger Nesten samme volum 3

Størrelse og tidsforløp Faktorer som bestemmer størrelsen på setningene: Størrelsen på (tilleggs-)lasten Prekonsolideringsspenning tidligere erfart spenningsnivå Spenningsmodul jordstivhet, motstand mot deformasjon Faktorer som bestemmer tidsforløp: Lengde på dreneringsveg lagtykkelse Jordens permeabilitet=evne å transportere vann Underbygning setninger 4

Setningsgivende laster Det er kun permanente laster som gir setninger: Last fra fylling Tilleggslast/nettolast Endring i grunnvannsforhold Senket grunnvann gir økte effektivspenninger Trafikklast er en midlertidig last og gir således ingen setninger! Underbygning setninger

Kritiske setningsforhold Differensialsetninger Langs sporet På tvers av sporet (skjevsetninger) Overgangssoner Variasjon i grunnforhold Overgang fra jord til fjell Overgang fra jord til faste konstruksjoner Setninger på konstruksjoner og ledninger Kontaktledningsmaster Totalsetning for spor er vanligvis ikke like kritisk! Underbygning setninger 6

Tillatte setninger i Jernbaneverket Krav gjelder kun for driftsfasen. Det er ikke satt krav for byggeperioden. Gjelder baner med hastighet 145 km/h Setninger måles med målevogn. Underbygning setninger 7

Lengdeprofil Tillatte setninger i Jernbaneverket Tverrprofil Underbygning setninger 8

Metoder for å redusere setningene Generelle metoder 1. Forbedre deformasjonsegenskaper (masseutskifting, kalk/sement peler) 2. Redusere tileggslasten (f.eks. lavere fyllinger, lette materialer) 3. Installere peler, spunt, støttekonstruksjoner m.m. som overfører lasten fra det svake partiet og ned i mer bæredyktige masser (f.eks. ned til fjell eller hard bunnmorene) 4. Øke setningshastigheten, gjøre unna setningene i byggeperioden (forbelastning/overlast, vertikaldren) 5. Jevne ut setningene (utkiling av lagtykkelser, ev. jordarmering). Reduserer ikke setninger men setningsforskjeller Forbedring av jordens deformasjonsegenskaper vil også øke styrkeegenskapene hvilket øker stabiliteten. Reduksjon av last samt overføring av last til bæredyktige masser vil også forbedre stabiliteten. Flere av metodene er altså tiltak som både reduserer setninger og forbedrer stabiliteten. Underbygning setninger 9

Utjevning av setninger Jordarmering med nett Forbedrer også bærevne Underbygning setninger 10

Økt setningshastighet Forbelastning og vertikaldrenering Fyllingen bygges med overhøyde og dype dren installeres Konsolidering går raskere, merparten av setninger utvikles i byggetiden Til viss del økt styrke Ulempe: metoden tar tid (6-12 måneder) Underbygning setninger 11

Øving setninger 1. A. Sand fjell 2. B. Leire Morene 3. C. Leire Sand Leire Morene

Løsmasseskred (jord, leire, kvikkleire) Stein-/fjellskred Flomskred Snøskred (tørr, våt) Stabilitet Stabilitet = tilstrekkelig sikkerhet mot utglidning 14

Stabilitet løsmasser Sikkerhetsfaktor/materialkoeffisient: (F =) m = k / hvor F er sikkerhetsfaktor, m er materialkoeffisient, k er maks (karakteristisk) skjærstyrke, dvs. jordens skjærkapasitet er den virkelig, beregnede skjærspenninga, dvs. lasten Prinsipp: m > 1 : Stabilt m < 1 : Ustabilt 15

Stabilitet Banens stabilitet påvirkes av: Undergrunnens beskaffenhet (jordens egenskaper) Lastsituasjon (trafikklast, fyllingshøyde) Skråningshelning Vann (grunnvann, overflatevann)

Når kreves stabilitetsanalyser? Stabilitet vurderes for Fyllinger (i flatt så vel som i hellende terreng) Jordskjæringer Naturlige skråninger Konstruksjoner o Fundamenter (bærevnesbrudd) o Støttemurer o Skråninger der jordarmering vurderes brukt Stabilitetsforhold vurderes alltid ved planlegging og bygging av nye baner Stabilitetsvurderinger gjøres for eksisterende baner for eksempel ved nærliggende masseforflytting, erosjon fra elv, endrede vannforhold (grunnvann eller overflatevann) 17

Fyllingens stabilitet Fyllingens egenstabilitet vil normalt være til varetatt med følgende veiledende fyllingshelninger:

Krav til materialkoeffisient (sikkerhetsfaktor) Krav til materialkoeffisient avhenger av Forventet bruddutvikling/bruddmekanisme (sprøtt, nøytralt eller seigt) Skadekonsekvenser (mindre alvorlig, alvorlig, meget alvorlig) Analysemetode (udrenert: Su, drenert: a- ) Normalt bør materialkoeffisienten ikke være mindre enn m =1,3-1,5 19

Jernbaneverkets krav til materialkoeffisient 20

Sprø bruddmekanisme Betydelig reduksjon i styrke ved tøyninger ut over tøyning ved maksimal styrke Fare for progressive brudd Kvikkleire er et eksempel på material med sprøtt brudd

Kvikkleire Opprinnelig leirpartikler avsatt i havvann Saltet gjør at leirpartiklene bindes sammen med elektriske ladninger korthusstruktur Landhevingen gjør at saltet blir vasket ut svekker binding mellom partiklene Er i utgangspunkt fast (samme fasthet som «vanlig» leire), men kollapser og blir flytende ved overbelastning eller forstyrrelser Bilde: Vikas Thakur, SVV 22

Kvikkleire 23

Analysemetode Valg av analysemetode beror av jordens evne at drenere det poreovertrykk som genereres ved belastning Udrenert analyse/totalspenningsanalyse Udrenert skjærfasthet, s u Korttidstilstanden Evt. med ADP (aktiv-direkte-passiv) Leire og silt Drenert analyse/effektivspenningsanalyse Silt og leire i langtidstilstanden Friksjonsjordarter (sand, grus) Drenert skjærfasthet, cφ

Enkeltspor Karakteristiske laster for stabilitetsanalyser Dobbeltspor 25

Tre hovedtyper: Tiltak for å øke stabiliteten 1. Øke jordas skjærstyrke (f.eks. kalk/sement-peler, jetpeler, drenering, forbelastning, masseutskifting). Forbedrer også jordas deformasjonsegenskaper hvilket reduserer setninger, se avsnitt setninger 2. Redusere skjærspenningene ved å redusere lasten (f.eks. redusere helning, motfylling, fjerne masse, lette fyllmasser, redusere skjæringsdybde) 3. Installere peler, spunt, støttekonstruksjoner m.m. som overfører lasten fra det svake partiet og ned i mer bæredyktige masser (f.eks. ned til fjell eller hard bunnmorene) Flere av metodene er tiltak som både reduserer setninger og forbedrer stabiliteten! 26

Kalksementpeler Stabiliserende og setningsreduserende tiltak 1. Øker jordens skjærstyrke og forbedrer deformasjonsegenskaper 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

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

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