Beregningshefte 2. Innhold. Stabilitet av fylling / skjæring

Beregningshefte 2 Til: Statens vegvesen Region midt v/: Roar Lindstad Kopi til: Dato: 9. desember 2014 Rev. nr./ Rev. dato: 0 Dokumentnr.: Beregningshefte 2 Prosjekt: Fv. 715 Melan bru Utarbeidet av: Magne Mehli Prosjektleder: Magne Mehli Kontrollert av: Alf Kristian Lund Stabilitet av fylling / skjæring Innhold 1 Innledning 2 2 Prosjekteringsforutsetninger 2 2.1 Grunnlag 2 2.2 Grunnforhold 2 2.3 Geotekniske dimensjoneringsparametere 3 2.4 Krav til prosjektering 4 2.5 Funksjonskrav 5 3 Geotekniske vurderinger og beregninger 5 3.1 Beregningsgang og problemstillinger 5 3.2 Teknisk løsning 5 3.3 Delberegning 1 Stabilitet av vegskjæringer 6 3.4 Delberegning 2 Stabilitet av fylling / deponi 7 4 Oppsummering 8 Vedlegg Vedlegg A Vedlegg B Vedlegg C Tegninger / skisser Tolket friksjonsvinkel fra CPTU Normalprofil

Dokumentnr.: Beregningshefte 2 Dato: 2014-12-09 Rev. nr.: 0 Side: 2 1 Innledning Statens vegvesen Region midt (SVRM) planlegger ny Melan bru over Stordalselva ved Årnes sentrum i Åfjord kommune. Brua, som er en del av fv. 715, ble tidligere tatt av flom og det ligger i dag en interimsbru på stedet. Norges Geotekniske Institutt (NGI) er engasjert som geoteknisk rådgiver i forbindelse med byggeplan. Tiltaket innbefatter også ca. 600 meter med ny veg inn mot brua fra sør og et deponiområde for rene masser vest for veglinjen. Foreliggende beregningsnotat presenterer stabilitetsberegninger for vegskjæringene og for deponiområdet. Beregningsheftet er delt inn i 2 delberegninger; stabilitetsberegninger for vegskjæringer samt stabilitetsberegninger for utfyllingsområde. 2 Prosjekteringsforutsetninger 2.1 Grunnlag Følgende materiale ligger til grunn for stabilitetsberegningene: Datagrunnlag for materialparametere: 20130836-01-R Fv. 715 Melan bru Reguleringsplan. Grunnundersøkelser Datarapport, rev. 1 (2014-12-15) Geometrigrunnlag: Melabro.TMG (2014-10-27) T_kart_3d.dwg (2014-10-17) LAY_F102.pdf (2014-11-24) Tverrsnitt_voll.pdf (2014-11-24) T_geom.dwg (2014-12-05) Triangelmpdell_ny.dwg (2014-12-05) 2.2 Grunnforhold Det er utført totalsonderinger for hver 50 meter langs senterlinjen. I profil 20600 og 20650 er det sondert på hver side av vegen ca. 40-50 meter ut fra senterlinjen. Det er tatt opp prøver i 5 punkter. I tillegg er det supplert med 2 CPTU-sonderinger og 4 dreietrykksonderinger. Undersøkelsene viser at det ligger middels tett til tett sand 4 5 meter under terreng. Over sanden ligger det silt, leirig silt eller siltig, sandig leire. Opp mot terreng er massene noe fastere og tørrskorpeaktig. Lagdelingen vist i beregningene beskriver grunnforholdene. p:\2013\08\20130836\leveransedokumenter\beregningshefter\beregningshefte 2 - stabilitet\beregningshefte 2 - stabilitet av fylling_skjaering.docx

Dokumentnr.: Beregningshefte 2 Dato: 2014-12-09 Rev. nr.: 0 Side: 3 2.3 Geotekniske dimensjoneringsparametere Dimensjoneringsparameterne for de naturlige massene som er gitt under er basert på CPTU-sonderingene 11-C, 18-C, 19-C og S19-C. For tilførte masser er det benyttet erfaringsverdier fra Håndbok V220. Skjærfasthet og tyngdetetthet Flere korrelasjoner er benyttet for å tolke friksjonsvinkel og disse viser i snitt høyere friksjonsvinkel enn det som er valgt. Følgende korrelasjoner er benyttet: φ = tan -1 ((1/2,68)*(LOG(qt/σv0')+0,29)) (Robertson and Campanella 1983) φ = 17,6+11*LOG(qt1) (Kulhawy and Mayne 1990) NTNU-metoden (Senneset et al. 1989), (Sandven et al. 1988) φ basert på tolkning av Dr og σm0' (middelspenning) (Andersen og Schjetne 2013) Materialparameterne er oppsummert i tabell 1. Tabell 1: Materialparametere Materiale φ c' su Anisotropi γ Vegfylling 38 0,0-0,5 - - 19 Tørrskorpe 30 1,0 - - 19 Sand 1 33 0,0 - - 19 Leire 26 4,9 25 1,0/1,0/1,0 20,5 Sand 2 35 0,0 - - 19 Sand 3 38 0,0 - - 19 Vegfylling Benyttes i veg-kroppen og i skråningsdren. Når det benyttes i skråningen gis en liten kohesjon for å unngå de grunneste skjærflatene. Sand 1 Kan være siltig, leirig sand over det som er definert som leire. Parameterne er hentet fra erfaringsverdier i håndbok V220. Leire Kan være bløt siltig leire eller leirig silt. Den udrenerte styrken er hentet fra laboratorieforsøk. Den drenerte stryken er basert på CPTU og erfaringsverdier fra V220. p:\2013\08\20130836\leveransedokumenter\beregningshefter\beregningshefte 2 - stabilitet\beregningshefte 2 - stabilitet av fylling_skjaering.docx

Sand 2 og sand 3 Ligger under den bløte leiren. Den drenerte styrkene er basert på CPTU-sonderinger. Det er konservativt antatt at GV kommer ut ca. midt i skjæringene og at GV ligger 1,5 meter under terreng 2 x skråningshøyden ovenfor skjæringen. 2.4 Krav til prosjektering 2.4.1 Regelverk Den geotekniske prosjekteringen er underlagt krav i form av følgende standarder: NS-EN 1990:2002+NA:2008, Eurokode 0 NS-EN 1997-1:2004+NA:2008, Eurokode 7 NS-EN 1998-5:2004+NA: 2008, Eurokode 8 I tillegg er følgende av Statens vegvesen sine håndbøker relevante for geoteknikk: V220 Geoteknikk i vegbygging V221 Grunnforsterkning, fyllinger og skråninger N200 Vegbygging 2.4.2 Pålitelighetsklasse Veglinjen plasseres i pålitelighetsklasse CC/RC 2 i henhold til fig. 0.7 i Hb. V220. 2.4.3 Geoteknisk kategori Veglinjen plasseres i geoteknisk kategori 2 i henhold til fig. 0.11 i Hb. V220. 2.4.4 Prosjekterings- og utførelseskontroll Figur 0.8 i V220 gir krav til normal kontroll for prosjektering og utførelse av veglinjen. 2.4.5 Laster For trafikklaster ved stabilitetsberegninger benyttes en jevnt fordelt belastning på 10 kpa over hele vegens planeringsbredde hvis ugunstig (0 hvis gunstig). Tilsvarende for gang- og sykkelveger. Det benyttes en partialfaktor for trafikklast på γq = 1,3. 2.4.6 Seismisk dimensjonering Det er ikke nødvendig å ta hensyn til seismiske laster i stabilitetsberegningene for veglinjen ved Melan bru. Dette er heller ikke nødvendig for bruen, ref. beregningshefte 1 Stålrørspeler. Dokumentnr.: Beregningshefte 2 Dato: 2014-12-09 Rev. nr.: 0 Side: 4 p:\2013\08\20130836\leveransedokumenter\beregningshefter\beregningshefte 2 - stabilitet\beregningshefte 2 - stabilitet av fylling_skjaering.docx

Dokumentnr.: Beregningshefte 2 Dato: 2014-12-09 Rev. nr.: 0 Side: 5 2.4.7 Krav til oppnådd materialfaktor Figur 0.3 i håndbok V220 gir krav til oppnådd materialfaktor for stabilitetsberegningene. Kravet er γm = 1,4 / 1,3 for henholdsvis nøytralt og seigt brudd effektivspenningsanalyse og γm = 1,4 / 1,4 for totalspenningsanalyse. Det er valgt å definere brudd i sand og silt som seigt, mens brudd i leire og siltig, sandig leire som nøytralt. 2.5 Funksjonskrav Fra Håndbok N200, kapittel 241: Skråninger skal planlegges og bygges slik at det ikke forventes at sig og glidninger forekommer i løpet av de første 20 år. I løpet av denne tiden skal det ikke være nødvendig med grøfterensk som følge av sig og glidninger. Dette utelukker ikke generelt grøfterensk forårsaket av erosjon o.l. 3 Geotekniske vurderinger og beregninger 3.1 Beregningsgang og problemstillinger Det er utført stabilitetsberegninger i totalt 5 profiler. Ett profil i naturlig terreng, 2 profiler i skjæring og ett profil for fyllingen. De tre første profilene blir behandlet i kapittel 3.3, mens det siste blir behandlet i kapittel 3.4. Beregningene er først og fremst utført for å undersøke dypere glideflater. Overflatestabiliteten forutsettes løst ved tiltak som skråningsdren, hindre erosjon fra overflatevann, tilsåing og noe plastring av skråning. 3.2 Teknisk løsning 3.2.1 Skjæringer Figur 1 viser normalprofil skjæring for nye fv. 715. I toppen av skjæringen er det lagt inn en ca. 0,7 meter høy jordvoll som skal hindre traktor og andre gårdskjøretøy fra å kjøre utfor skråningen etter ønske fra SVV. Jordvollen vil i tillegg hindre vann fra å renne nedover skjæringen noe som vil redusere erosjonsproblematikk. Erfaring fra denne typen masser tilsier at det er nødvendig med ytterligere tiltak for å kunne ha en skråningshelning på 1:2. Det skal derfor benyttes skråningsdren i skjæringene med senteravstand 5 meter, bredde 0,5 meter og dybde 1 meter. p:\2013\08\20130836\leveransedokumenter\beregningshefter\beregningshefte 2 - stabilitet\beregningshefte 2 - stabilitet av fylling_skjaering.docx

Dokumentnr.: Beregningshefte 2 Dato: 2014-12-09 Rev. nr.: 0 Side: 6 Figur 1: Normalsnitt skjæring fv. 715. Profilet er også vist i vedlegg. 3.2.2 Fylling Teknisk løsning for deponiområdet er beskrevet i 20130836-02-TN 3.3 Delberegning 1 Stabilitet av vegskjæringer 3.3.1 Beregningsmodell Leire-laget er modellert som drenert og udrenert. De øvrige lagene er modellert som drenert. Det er utført beregninger i profil A, B og C. Beliggenhet av profilene og lagdeling er vist i vedlegg A. 3.3.2 Beregningsverktøy GeoSuite Stabilitet er benyttet som beregningsverktøy 3.3.3 Beregninger og resultater Beregningene er vist i vedlegg A som profiltegninger. Resultatene er også vist i tabell 2. p:\2013\08\20130836\leveransedokumenter\beregningshefter\beregningshefte 2 - stabilitet\beregningshefte 2 - stabilitet av fylling_skjaering.docx

Dokumentnr.: Beregningshefte 2 Dato: 2014-12-09 Rev. nr.: 0 Side: 7 Tabell 2: Resultater fra profil A, B og C Profil A Profil B Profil C Oppnådd sikkerhet Krav til sikkerhet* Drenert, F φ 1,37 F φ > 1,33 Udrenert, F c 1,34 F c > 1,32 Drenert, F φ 1,32 F φ > 1,32 Udrenert, F c 1,41 F c > 1,32 Drenert, F φ 1,40 F φ > 1,37 Udrenert, F c 1,47 F c > 1,37 Vektet sikkerhet basert på hvor mye av skjærflaten som går igjennom materiale med antatt nøytralt brudd (1,4). Eksempel fra profil A: (4,1m*1,4+22,7m*1,3) / (4,1m+22,7m) = 1,32 Beregningene viser god nok sikkerhet. Stabilitetsprofil B og C er tatt gjennom et skråningsdren. Mellom skråningsdrenene vil sikkerheten, med benyttede beregningsforutsetninger, være noe lavere. Det er grunn til å tro at poretrykket vil være noe lavere i sandmassene under leiren slik at den faktiske sikkerheten ligger noe høyere. Stabiliteten antas av den grunn av være tilfredsstillende også mellom skråningsdrenene. 3.4 Delberegning 2 Stabilitet av fylling / deponi 3.4.1 Beregningsmodell Leire-laget er modellert som drenert og udrenert. De øvrige lagene er modellert som drenert. Det er utført beregninger i profil D. Beliggenhet av profilet og lagdeling er vist i vedlegg A. 3.4.2 Beregningsverktøy GeoSuite Stabilitet er benyttet som beregningsverktøy 3.4.3 Beregninger og resultater Beregningene er vist i vedlegg A som profiltegninger. Resultatene er også vist i tabell 2. Utformingen av fyllingen er noe endret i forhold til det som er vist på plan og snitt i vedlegg A, men utformingen er mindre kritisk. Endelig deponiutforming er vist i Teknisk notat 20130836-02-TN. Tabell 3: Resultater fra profil D og E Profil D Oppnådd sikkerhet Krav til sikkerhet Drenert, F φ 1,50 F φ > 1,30 Udrenert, F c 1,34 F c > 1,30 Beregningene viser god nok sikkerhet, men den oppnådde sikkerheten er avhengig av styrken valgt for fyllmaterialet. Styrken i fyllmaterialet vil først og fremst påvirke p:\2013\08\20130836\leveransedokumenter\beregningshefter\beregningshefte 2 - stabilitet\beregningshefte 2 - stabilitet av fylling_skjaering.docx

overflatestabilitet. Sikkerheten mot dypere grunnbrudd er god. Vurderinger rundt valgt skråningshelning for fyllingen gis i teknisk notat 20130836-02-TN. 4 Oppsummering Skråningsstabiliteten langs ny fv. 715 inn mot Melan bru tilfredsstiller krav til sikkerhet gitt i Hb. V220 med de tiltak som er valgt. Skråningsdren skal sørge for at høy grunnvannstand dreneres kontrollert ut og føres ned til veggrøft. Jordvollen på toppen av skjæringen vil hindre overflatevann fra å erodere i skråningen samtidig som at den hindrer jordbruksmaskiner fra å kjøre utfor skråningen. Det vurderes dithen at funksjonskravet gitt i kapittel 2.5 oppfylles med de beskrevne tiltakene og en skråningshelning på 1:2. Eksisterende grunn har god nok skjærfasthet til å tåle en utfylling vest for veglinjen med de dimensjoner som er gitt på situasjonsplanen i vedlegg A. Overflatestabiliteten vil være avhengig av oppnådd styrke av fyllmaterialet etter utlegging, samt skråningshelningen. Enkelte steder er fyllingen brattere enn 1:2 noe som kan føre til sig i skråningen. Materialet i fyllingen kan være utsatt for overflateerosjon dersom man ikke benytter seg av tiltak for å hindre dette. Videre vurderinger rundt dette gis i teknisk notat 20130836-02-TN. Dokumentnr.: Beregningshefte 2 Dato: 2014-12-09 Rev. nr.: 0 Side: 8 p:\2013\08\20130836\leveransedokumenter\beregningshefter\beregningshefte 2 - stabilitet\beregningshefte 2 - stabilitet av fylling_skjaering.docx

Dokumentnr.: Beregningshefte 2 Dato: 2014-12-10 Rev.nr.: 0 Vedlegg A, side 1 Vedlegg A - Tegninger / skisser

Dokumentnr.: Beregningshefte 2 Dato: 2014-12-10 Rev.nr.: 0 Vedlegg B, side 1 Vedlegg B - Tolket friksjonsvinkel fra CPTU

Vedlegg B Tolket friksjonsvinkel fra CPTU Figur 1: Boring 11 p:\2013\08\20130836\leveransedokumenter\beregningshefter\beregningshefte 2 - stabilitet\vedlegg b - friksjonsvinkel\friksjonsvinkel.docx

Vedlegg B Tolket friksjonsvinkel fra CPTU Figur 4: Boring S19 p:\2013\08\20130836\leveransedokumenter\beregningshefter\beregningshefte 2 - stabilitet\vedlegg b - friksjonsvinkel\friksjonsvinkel.docx

Dokumentnr.: Beregningshefte 2 Dato: 2014-12-10 Rev.nr.: 0 Vedlegg C, side 1 Vedlegg C - Normalprofil