1985-11-19 nr 0151: Veiledning om graving og avstiving av grøfter. DATO: 19.11.1985 nr. 151 DEPARTEMENT: KRD (Kommunal- og regionaldepartementet) AVD/DIR: Arbeidstils. PUBLISERT: AT-151 SIST ENDRET: 12.11.1993 GJELDER FOR: Norge HJEMMEL: L04.02.1977 nr. 4 8, 14 jf F19.11.1985 nr. 2105 INNHOLD Veiledning om graving og avstiving av grøfter. 1. Virkeområde 2. Definisjoner 3. Planlegging a) Grunnundersøkelse b) Arbeidsinstruks c) Kontroll 4. Uavstivede grøfter, sjakter m.v. a) Friksjonsjordarter (sand, grus, stein og blokk) b) Kohesjonsjordarter (silt og leire) c) Kvikkleire d) Lagdelt jord e) Blandede jordarter f) Frossen jord 5. Avstivede grøfter, sjakter m.v. a) Generelle krav b) Spuntvegger c) Prefabrikert kledning med tverravstivning d) Grøftekasser e) Avstivning av sjakter (pilarhull) f) Tverravstivet horisontal kledning g) Tverravstivet vertikal kledning h) Riving av avstivning - tilbakefylling 6. Gravemasser 7. Spesielle grøfteprofiler a) Hellende terreng b) Ved støttemur c) Ved lagerplass o.l. d) Kombinert grøfteprofil 8. Bygningskonstruksjon 9. Atkomst og rømningsvei Orientering om jordarter m.v. I. Jordartene og deres inndeling a) Generelt b) Mineralske jordarter 1. Inndeling etter kornstørrelse 2. Friksjonsjordarter (sand, grus, stein og pukk) 3. Kohesjonsjordarter (silt, leire)
c) Organiske jordarter 1. Torv 2. Gytje og dy 3. Mold d) Lagdeling e) Blandingsjordarter II. Grunnvann III. Tele IV. Jordtrykk V. Grunnundersøkelser a) Graving b) Skovlboring c) Dreiesondering d) Dreietrykksondering e) Vingeboring f) Måling av grunnvannsstand og poretrykk g) Dokumentasjon VI. Ordliste Veiledning om graving og avstiving av grøfter. Utgitt av Direktoratet for Arbeidstilsynet januar 1986. Revidert januar 1993 (ingen endringer). 1. Virkeområde Forskriftene regulerer forholdene på arbeidsplassen til dem som utfører grøftearbeid og dem som har arbeid direkte i tilknytning til dette. Det er viktig at konsulentfirmaer og byggherrer tar forskriftenes krav i betraktning når de planlegger gravearbeider, budsjetterer og utarbeider anbudsdokumenter. Dette fordi de påvirker arbeidsgivers muligheter til å oppfylle de krav som stilles i lov og forskrifter. 2. Definisjoner Grøfter og sjakter er trange hull i jordmasser. Byggegroper og massetak vil ikke komme inn under bestemmelsene når de er såpass store at utrasning ikke kan gå fra en vegg til en annen. Der det i en byggegrop eller lignende er ført opp en forskaling eller ferdig vegg nær en side, se figur 1, vil imidlertid kravene i forskriftene gjelde. En må da se det slik at en arbeider i en grøft selv om den ene siden er en bygningskonstruksjon. Fjellgrøfter kommer ikke inn under forskriftene. Fig. 1. Byggegrop med betongvegg. 3. Planlegging
a) Grunnundersøkelse Det er i denne fasen byggherren og konsulenten har størst innflytelse på arbeidsmiljøet ved den framtidige arbeidsplassen. Dersom grunnundersøkelsen utføres omhyggelig og anbudspapirene forutsetter bruk av nødvendige tiltak - skrå vegger eller avstivning, som må til for å unngå utrasninger, vil ikke denne planleggingen påhvile entreprenøren. Anbudsgrunnlaget blir da likt for alle, og byggherren vil kunne kreve at tiltakene skal være i henhold til planene. Det er spesielt viktig å avmerke på kart gamle grøftetraséer eller steder der jorda er omrørt tidligere f.eks. ved graving, gjenfylling eller består av utplanerte fyllmasser. Eventuelle elektriske kabeltraséer og ledningsnett i grunnen, må merkes både på kart og i terreng. Dersom en fra tidligere gravinger eller undersøkelser er tilstrekkelig orientert om grunnens beskaffenhet, er det ikke nødvendig med boring eller andre undersøkelser i terrenget. Kravet om at grunnens beskaffenhet skal dokumenteres, blir da oppfylt ved at en påfører den eller de kjente jordartene på profilene. (Se figur 2.) Fig. 2. Eksempel på dokumentasjon. Når grøften på forhånd er bestemt utført med avstivning eller annen form for personsikring, faller kravet om dokumentasjon av grunnens beskaffenhet bort, dersom ikke dette er påkrevet for å beregne avstivningen. I enkelte tilfeller kan den skriftlige planen forenkles betydelig. Ved grøftearbeider for en enkelt villa for eksempel, vil ofte byggherren være en ikke-fagmann, mens entreprenøren er både konsulent og arbeidsgiver. I slike tilfeller vil det være nok med en håndtegnet målsatt skisse som viser hvorledes en har planlagt arbeidet utført. Denne bør vises byggherren ved inngåelse av avtalen og oppbevares til arbeidet er ferdig og grøften er igjenfylt. Dette er et nødvendig minimum fordi det gjerne skal arbeidstakere fra flere arbeidsgivere ned i samme grøft og alle har rett til å se planene før de starter arbeidet. Ofte blir huseieren både byggherre og arbeidsgiver, uten egentlig å være klar over det ansvar dette medfører. I krisesituasjoner, for eksempel ved ledningsbrudd, er det ofte nødvendig å starte arbeidet umiddelbart og arbeide hurtig. I slike situasjoner vil tiden til planlegging bli knapp. Arbeidet er imidlertid heller mer risikofylt. Vann som har lekket ut, vil gjerne gjøre jobben mindre stabil enn normalt. Det er således nødvendig med planer også i slike tilfeller. Det kan være nok med en håndtegnet, målsatt skisse som vises arbeidstakerne. Denne bør oppbevares til arbeidet er avsluttet og grøften igjenfylt.
b) Arbeidsinstruks De målsatte profiler der jordartene er påført og der eventuell avstivning er inntegnet, jf. 3, kan brukes som arbeidsinstruks. Ved mindre arbeider og i krisesituasjoner, vil dette ofte være tilstrekkelig. Ved større arbeider eller når grunnforholdene er vanskelige, skal en mer utførlig instruks utarbeides. Når avstivning brukes, skal instruksen beskrive hvorledes denne skal settes opp for å redusere faremomentene mest mulig. Riving av avstivning skal også beskrives. Gravingen og igjenfyllingen skal beskrives i instruksen, både med helling på vegger, hvor lange seksjoner av grøften som skal være åpne av gangen og maksimum tid til igjenfylling. Tiltak for å motvirke fare med grunnvann, f.eks. grunnbrudd i bunnen av grøften skal beskrives og tas med i arbeidsinstruksen. Der gravingen er av en art som stadig gjentar seg, er det fullt akseptabelt med en standard instruks. c) Kontroll Arbeidsgiver eller den han bemyndiger til dette - formann eller bas - skal kontrollere at arbeidet blir utført på en sikkerhetsmessig forsvarlig måte (arbeidsmiljølovens 14 f). De ansatte skal utstyres med redskap og hjelpemidler, for eksempel mal, pumper og tilfredsstillende materialer, slik at de kan gjennomføre arbeidet etter forskriftene. 4. Uavstivede grøfter, sjakter m.v. Med "særlige faremomenter", jf. 4, menes bl.a. graving i ukonsolidert (omrørt) jord, kryssing av gamle grøftetraséer o.l. I slike tilfeller må grøfteveggene gis samme helning som ved graving i friksjonsjordarter, dvs. 45, selv om grøftedybden er under 2 meter. a) Friksjonsjordarter (sand, grus, stein og blokk) Forsvarlig helling på en grøftevegg uten avstivning kan i friksjonsjordarter over grunnvannsstand normalt settes til 1:1, dvs. 45 vinkel med horisontalplanet. Dersom grøften ikke er mer enn 3,0 m dyp og den skal fylles igjen i løpet av dagen, kan denne hellingen økes til 1:0,75, dvs. ca. 53 vinkel med horisontalplanet. Dette forutsetter at det ikke har vært ledningsbrudd i grøften eller regnvær slik at jorden er mettet med vann mens grøften er åpen (se figur 3). Figur 3. Aktuelle grøfteprofiler i friksjonsjordarter ved graving over grunnvannstanden. Under ugunstige forhold, sterkt regnvær eller graving under grunnvannsstanden, kan det være nødvendig å grave med skrå grøftekanter, også for mindre dybder enn 2,0 m. Særlig ved graving i finsand og grovsilt under grunnvannsstanden, må kravene til hellingen på grøfteveggene skjerpes. Ofte må en gjøre hellingen 1:2. Noen ganger kan det være nødvendig å grave med en helling så slak som 1:3. (Se figur 4.) For å holde kontroll med hellingsvinkelen (se figur 5), skal det brukes skråmal e.l. (jf. 4).
Fig. 4. Graving under grunnvannstanden. Fig. 5. Skråmal. b) Kohesjonsjordarter (silt og leire) Når massene består av fast uoppsprukket leire (ikke tørrskorpeleire) eller hardmorene, kan det regnes med en forsvarlig helling på 1:0,5 dvs. ca. 63 vinkel med horisontalplanet, forutsatt at gravedybden er mindre enn 3,0 m. Dersom grøften skal stå åpen i mer enn én uke, bør denne hellingen reduseres til 1:0,75 dvs. ca. 53 vinkel med horisontalplanet (se figur 6). Denne vinkelen bør også brukes som et maksimum dersom en graver i tørrskorpeleire eller der jorden er påvirket av vesentlige vannmengder (ledningsbrudd, regnvær). Fig. 6. Aktuelle grøfteprofiler i kohesjonsjordarter ved graving over grunnvannstanden. Også i kohesjonsjordarter kan det være nødvendig å grave med skrå grøftevegger ved mindre dybder enn 2,0 m når vann gjør forholdene vanskelige. Dersom forholdene er vanskelige og dybden av grøften planlegges dypere enn 3,0 m, bør geoteknisk sakkyndig konsulteres ved graving i kohesjonsjordarter.
c) Kvikkleire Ved graving i kvikkleire er det umulig å forutsi noen forsvarlig helling på grøfteveggen uten å kjenne til de stedlige forhold. Kvikkleire kan rase ut selv med små gravedybder og det bør alltid søkes geoteknisk bistand før slike gravinger. d) Lagdelt jord Noen ganger har en grovere og mer finkornede masser liggende lagvis over hverandre. Dette vil som regel gjøre graveforholdene vanskeligere enn ved graving i homogene masser. Blant annet vil grunnvannet ofte grave ut enkelte lag (se figur 7). Når forsvarlig helling under slike forhold skal vurderes, bør det gås ut fra den jordarten som er minst stabil. Fig. 7. Graving i lagdelt jord. e) Blandede jordarter På steder der det har vært gravet før, vil det ofte være en blanding av stein, leire, pukk, sand osv. med meget ujevn sammensetning. Som regel er det tilfredsstillende å vurdere disse massene som rene friksjonsmasser, men det bør under gravingen følges godt med hvorledes forholdene forandrer seg. f) Frossen jord Skal det graves om vinteren, må det graves i tele. Særlig lengst nord i landet kan telen stikke dypt, der er det ikke uvanlig at telen går helt ned til 3,0 m eller mer. Dette kan selvsagt utnyttes ettersom en grøft gravet i frossen jord normalt vil være sikker med vertikale vegger. Det er imidlertid viktig å renske veggene for stein og blokk, samt nøye følge med at frosne klumper som eventuelt er løsnet under gravingen, blir fjernet. Dersom det blir mildvær mens slike grøfter står åpne, må det følges godt med, fordi det da kan oppstå meget farlige situasjoner. Vanskelighetene kan løses ved stempling eller annen personsikring. Skal gravingen foregå mer enn én meter under der telen slutter, må grøfteveggen under telen avstives. Ved ledningsbrudd eller andre forhold som fører til spesielle vanskeligheter, kan det også ved mindre dybder under telen skapes farlige situasjoner. 5. Avstivede grøfter, sjakter m.v. a) Generelle krav De viktigste krav til avstivningen av en grøft er at den skal være tilstrekkelig solid til å kunne ta opp jordtrykket i de enkelte deler av avstivningen, og hindre innpressing av grøftesidene under ett. Selv om forskriftene bare stiller krav til avstivning av vertikale grøftevegger over 2,0 m, kan avstivning også være nødvendig ved mindre grøftedybder.
Ved all avstivning bør det utvises stor nøyaktighet. Tverrstivere monteres straks etter utgravingen og lange tverrstivere sikres mot utknekking. Tverrstivere monteres vannrett og festes vinkelrett til stendere eller puter. Noen ganger kan det være nødvendig å grave ut grøften trinnvis. Den blir da ført ned til en mindre dybde og avstivet innen gravingen fortsetter til full dybde. Anvendes en slik metode i grøfter med horisontal kledning, erstattes korte, midlertidige stendere snarest mulig med lengre. Svikt, forskyvninger, knaking i avstivninger, tendens til bunnheving, "oppkoking" av bunnen eller utrasninger, meldes straks til ansvarshavende, slik at forholdene kan bli nærmere vurdert. Tverrstivere som løsner må kiles fast og eventuelle overbelastede deler må forsterkes. Tverrstivere som er skjøvet ut av stilling, bør rettes opp straks eller det bør settes opp ekstra stivere. b) Spuntvegger I dag brukes vanligvis spunt som avstivning. Spuntvegger kan utføres i tre. Spuntplank skal da ha not og fjær og rammes ned med skråskåret fot et stykke under planlagt gravedybde. Etter hvert har en gått mer over til å bruke stålspunt av ferdige profiler som rammes ned i lås, slik at det dannes en relativt tett sammenhengende vegg. Spunten slås slik at den når minst én meter under planlagt gravedybde. Gravingen skjer etter at spunten er rammet ned og avstivningen utføres etter hvert som en graver. Spuntvegger som rammes tilstrekkelig dypt under planlagt grøftebunn, kan avstives bare i toppen når grøftedybden ikke er for stor og grunnens fasthet er stor nok. Det vanlige er imidlertid å avstive en spuntvegg jevnt over hele høyden, med puter og tverravstivning. Beregning av spunt er forholdsvis omfattende og krever nøyaktige kunnskaper om grunnforholdene. Slike beregninger skal derfor utføres av kvalifiserte fagfolk ved dybder større enn 3,0 m. Bygningsingeniører med gode kunnskaper i geoteknikk eller personer med tilsvarende teoretisk utdannelse, vil tilfredsstille kvalifikasjonskravet i dette punkt. På steder der det er bløt leire, vannmettet sand eller silt i dype grøfter (under grunnvannsstanden), kan det være fare for grunnbrudd, "oppkoking" (se figur 8) eller oppressing av grøftebunnen (se figur 9 og figur 28). I slike tilfeller bør det brukes spunt. En kan også forenkle problemet, som er vist i figur 8, noe ved å senke grunnvannsstanden utenfor grøften. (Se figur 29.) Fig. 8. Spunt kan hindre "oppkoking" av grøftebunn ved graving i silt under grunnvannstanden.
Fig. 9. Spunt kan hindre grunnbrudd ved graving i leire. c) Prefabrikert kledning med tverravstivning Plassbygd avstivning går mer og mer ut av bruk. I stedet kan det brukes prefabrikert kledning av tre, stål eller aluminium med tverravstivning (se figur 10). Disse produktene skal fra leverandørens side være utstyrt med bruksveiledning og spesifikasjoner om styrke, vekt og hvilket dyp de er beregnet for. Avstivningen kan være 4" x 4" boks eller spesielle avstivere av stål eller aluminium med gjenger. Fig. 10. Prefabrikert avstivning av tre. d) Grøftekasser Det finnes på markedet grøftekasser som er meget anvendelige til sikring av vertikale grøftevegger (se figur 11). Det graves da vanligvis korte seksjoner av grøftene (6-9 m) av gangen. Foreløpig er de produktene som leveres her i landet, utført i stål. Kassene kan monteres ferdig og senkes ned i grøften etter at den er utgravd.
Fig. 11. Grøftekasse. Seksjonene er ca. 3,0 m lange og en kan operere med flere seksjoner av gangen i lengderetningen. Er for eksempel gravelengden 9,0 m, kan en flytte bakre seksjon frem til den ferdig utgravde delen foran og fylle igjen bak. Seksjonene kan også bygges på i høyden. Det er under visse forhold mulig å trekke slike kasser langs grøften (sjaktslede) - se figur 12 - med gravearmen på gravemaskinen etter hvert som arbeidet går fram. Også for disse konstruksjonene kreves at produsent eller leverandør skaffer bruksveiledning på norsk som angir hvilke grøftedybder og jordmasser de skal brukes i. Fig. 12. Sjaktslede. e) Avstivning av sjakter (pilarhull) Jordtrykket mot avstivningene i sjakter er noe mindre enn i en grøft under for øvrig like betingelser. Dette medfører vanligvis ikke at en reduserer kravene til avstivningene. Som regel brukes samme dimensjoner for sjakter som for grøfter, under ellers like betingelser. Prefabrikerte kumringer av armert betong brukt som avstivning, bør være forsynt med fals, slik at de ikke forskyver seg i forhold til hverandre. f) Tverravstivet horisontal kledning Horisontal plank og vertikale stendere avstivet med tverrstivere, er enkle å montere. Slik avstivning brukes ved graving til mindre dybder i relativt faste jordmasser. Der det ikke er nødvendig med tett kledning, kan kledningsplankene monteres med innbyrdes avstand. Ned til ca. 3,0 m gravedybde, er det vanligvis tilfredsstillende med 1 1/2" kledning og stendere og avstivere av 4" x 4" boks. Ved større dybder eller under vanskelige forhold, bør dimensjonene økes til 2" kledning og 4" x 5" eller 4" x 6" på stendere og avstivere. g) Tverravstivet vertikal kledning Vertikal plankekledning avstivet med horisontale puter og tverravstivere, kan også brukes. Fordelen med dette er at avstanden mellom tverravstiverne kan økes. Dimensjonen på
kledningen bør være den samme som for horisontal kledning, men dersom fordelen med denne metoden skal utnyttes, bør dimensjonene på puter og tverravstivere økes noe. h) Riving av avstivning - tilbakefylling Opphold i grøften under riving av avstivningen, bør så vidt mulig unngås. Dette gjelder særlig når grøften er gravet gjennom kvikkleire eller vannførende finsand. I slike tilfeller er det også spesielt viktig at gjenfyllingen skjer raskt og at kledningen rives nedenfra eller trekkes opp etter hvert som gjenfyllingen skjer. Ved opptrekking av spunt er det viktig at spunttrekkeren er tilstrekkelig dimensjonert og egnet til formålet. På grunn av muligheter for variabel belastning (først et kraftig trekk, så plutselig avlastning når spunten løsner), skal en ikke bruke kran til å trekke opp spunt. 6. Gravemasser Gravemassene øker jordtrykket i grøfteveggen nedenunder og bør derfor plasseres i så stor avstand som mulig (se figur 13). Stein og andre løse gjenstander vil lettere rulle ned i grøften dersom gravemassene ligger for nært. Det må også være mulig å gå trygt langs grøftekanten uten å risikere å snuble eller skape fare for dem som oppholder seg i grøften. Fig. 13. Grøft med gravemasser. 7. Spesielle grøfteprofiler a) Hellende terreng Graving langs skråninger vil gi spesielle gravebetingelser (se figur 14). Lagdeling, grunnvann og kvikkleire vil skape ekstra faremomenter under slike forhold. Særlig farlig er kvikkleire eller kombinasjon silt og grunnvann. En konsultasjon med person med tilstrekkelige lokale geotekniske kunnskaper er nødvendig. I mange kommuner vil kommuneingeniøren og noen av hans folk og erfarne maskinentreprenører fra stedet ha disse kunnskapene. Der mulighetene for fare er til stede, vil det være nødvendig med grunnundersøkelse og faglig vurdering. Fig. 14. Grøft i hellende terreng.
b) Ved støttemur Ved graving nær støttemur som vist på figur 15 er det fare for at støttemuren kan skli ut eller velte. En geoteknisk fagkyndig skal i slike tilfeller vurdere om grøften skal avstives og om støttemuren skal støttes opp. I en situasjon som vist på figur 15 vil begge deler være nødvendig. Fig. 15. Grøft ved støttemur. c) Ved lagerplass o.l. Lager av jordmasser eller andre tunge materialer gir økt jordtrykk. Denne økningen må tas i betraktning ved vurdering av grøftens dybde og eventuell avstivning. I praksis skjer dette ved at en øker beregningsdybden av grøften utover den faktiske dybde. Se figur 16. Fig. 16. Grøft nær lagerplass. d) Kombinert grøfteprofil Noen ganger kan det være praktisk å grave en del av grøftedybden som uavstivet grøft med skrå grøftevegger og så fortsette dypere ned mot vertikale avstivede vegger. Også i dette tilfellet må en øke beregningsdybden av den vertikale grøftedelen når en skal vurdere styrken på avstivningene. Se figur 17. Fig. 17. Kombinert grøfteprofil. 8. Bygningskonstruksjon Graving nær bygningskonstruksjoner kan i prinsippet sammenlignes med graving nær støttemur. En har imidlertid her tenkt på vesentlig større frittstående bygningskonstruksjoner der
belastningen på grunnen er meget stor og lett kan føre til utrasing med påfølgende setninger. Faremomentet er i slike tilfeller meget vanskelig å forutsi. Når det er planlagt å grave dypere enn fundamenteringsnivået av en bygningskonstruksjon, skal en derfor alltid rådføre seg med person med de nødvendige geotekniske fagkunnskaper. 9. Atkomst og rømningsvei Selv om en 1,0 m dyp grøft vanligvis ikke representerer noen fare for liv og helse, er det behov for en noenlunde bekvem atkomst. En stige vil være tilfredsstillende som atkomst og rømningsvei, men det er viktig at den er riktig plassert. Det bør ikke være fysiske hindringer mellom personell og rømningsvei. Rømningsvei skal også plasseres slik at de som arbeider i grøften kan løpe vekk fra eventuell fare (f.eks. stein i grøfteveggen som er stemplet opp). Rømningsvei bør plasseres så langt som mulig fra gravemaskin i bruk. Ved mange hindringer i grøften eller ved lange grøfter er det behov for flere atkomst/rømningsveier. Orientering om jordarter m.v. I. Jordartene og deres inndeling a) Generelt Jordartene kan inndeles etter forskjellige egenskaper. Betegnelser som morene, flyvesand, marin leire, elvesand, skjellsand, forvitringsgrus, ur, torv, gytje m.fl. tar utgangspunkt i jordartenes geologiske opprinnelse. Hver av disse betegnelsene er en beskrivelse av jordartens dannelsesmåte. Jordarten kan også bestemmes etter dens kjemiske eller mineralske sammensetning. Eksempler på dette er kvartssand, fyllittgrus, organiske jordarter, skjellsand, bauxitt, kaolinleire, montmorillonitleire og mange flere. Hvert av disse navn beskriver en jordart som består av ganske bestemte mineraler i forskjellig renhetsgrad. Den vanligste måten å skille jordartene på i geoteknikken, er å bruke de karakteristiske fysiske egenskaper supplert med opplysninger om opprinnelse og sammensetning som er av geoteknisk betydning. Som eksempler på blandede betegnelser som er meget brukt, kan nevnes marin leire, kvartssand og sandig moreneleire. b) Mineralske jordarter 1. Inndeling etter kornstørrelse I tabell 1 er vist hvorledes de forskjellige mineralske jordartene inndeles etter kornstørrelsen. Kvartssand, elvesand og marin leire er eksempler på at vind og vann kan sortere massene som om de var kjørt gjennom siktemaskiner. Ofte har hver av disse jordartene en så begrenset siktekurve at de i sin helhet faller in i en gruppe i tabell 1. Fraksjon Kornstørrelse Grovinndeling Fininndeling mm Blokk - > 600 Stein - 600-60 Grus Grov Middels Fin 60-20 20-6 6-2 Sand Grov Middels Fin 2-0,6 0,6-0,2 0,2-0,06
Silt Grov Middels Fin 0,06-0,02 0,02-0,006 0,006-0,002 Leire - < 0,002 Tabell 1: Inndeling etter kornstørrelse Nå vil det i naturen som regel påtreffes flere fraksjoner på en gang, enten i jevn blanding som i de fleste morener, eller lagvis. Når det graves, vil ofte de lagene som måtte forefinnes, blandes. Disse blandingsjordartene kalles f.eks. siltig sand, leirig silt, siltig leire, sandig grus, alt etter hva som er hovedkomponenten og den nest største komponenten. Noen ganger kan en, for å være svært nøyaktig, bruke tre fraksjoner for å betegne jordarten. Andre ganger er det mest beskrivende å bruke jordartens geologiske opprinnelse i tillegg, f.eks. sandig morene. Geoteknikerne har strammet inn disse begrepene enda mer. De bruker bestemte grenser for prosentinnholdet av de forskjellige fraksjonene for at de skal være beskrivende. I figur 18 er det vist kornfordelingskurver for fem forskjellige naturlige jordarter. For sammenligningens skyld er tatt med siktekurven for knust pukk 9-16 mm kornstørrelser, som gir en svært steil siktekurve. Fig. 18. Siktekurve for noen jordarter. 2. Friksjonsjordarter (sand, grus, stein og pukk) Jordarter som hovedsakelig består av store korn vil ha store mellomrom, porer mellom kornene. Her kan vannet lett sirkulere. Dersom disse jordartene utsettes for spenninger og deformasjoner, vil kreftene overføres direkte mellom kornene som friksjon. Slike jordarter kalles friksjonsjordarter. De består hovedsakelig av korn med diameter større enn 0,06 mm. De mineralske jordartene i denne gruppen heter sand, grus, stein og blokk. Friksjonsjordartene kan kjennes på at kornene lett faller fra hverandre. De kan derfor ikke bli stående i steile eller vertikale stuffer, men vil rase ned og danne en skråning, som regel med 35-40 helning, også kalt naturlig helningsvinkel eller rasvinkel (se figur 19). Friksjonsjordartene kjennetegnes også ved at selv de minste korn kan skjelnes med øyet.
Fig. 19. Rasvinkel. Friksjonsjordartene kan være dannet på forskjellige måter: Ved oppsprekking og knusing av fjell på grunn av påvirkning av isbreer, ved sprenging og nedbryting på grunn av is, vann og sol, og ved skredvirksomhet. Disse materialene blir så transportert bort. Her i landet har de stort sett blitt ført med isbreer og med vann. I andre land er vinden en betydelig faktor. Under transporten og den senere lagringen vil en videre nedbryting skje slik at en betydelig del av de opprinnelige friksjonsjordarter blir malt og slipt ned til mer finkornede fraksjoner. Under transporten vil det i mange tilfeller foregå en betydelig sortering. Fine fraksjoner blir vasket bort med elver, mens de grove blir liggende igjen (se figur 20 a). Når elvene er strie i vårflommen, tar de med seg grovere partikler. I stillere perioder synker slammet ned ganske tidlig. På denne måten oppstår lagdeling. I morene og skredavsetninger er det ofte stort innhold av stein og blokker. Massene er gjerne godt blandet fra de fineste leirkorn til de største blokkene (se figur 20 b). I elveavsetningene er det gjerne lite korn av de minste fraksjonene, da de er fraktet ut i innsjøer eller havet. Elveavsetninger vil heller ikke inneholde store stener. Fig. 20. Jordartenes struktur. 3. Kohesjonsjordarter (silt, leire) Kohesjonsjordarter er en fellesbetegnelse på de mineralske jordartene som har kornstørrelse mindre enn 0,06 mm, dvs. leire og silt. Disse kornene er så små at de ikke kan ses med øyet. Leire og silt kan være dannet av isbreenes bevegelse og vil da som regel dessuten ha et innhold av sand, grus og stein i blanding. En har da morener med varierende innhold av de forskjellige fraksjoner. Dette er gjerne de mest stabile masser å grave i.
Leire og silt kan også være dannet i ferskvann og er da ofte mer homogen. Leiren kaller en da ofte ferskvannsleire for å markere at det ikke er marin leire. Ferskvannsleire er oftest mer stabil enn marin leire og silt å grave i (se figur 20 c). Det meste av den leire som finnes i Norge er marin leire. Den er dannet i saltvann og som følge av landhevningen finnes den over store deler av lavlandet i Norge opp til en høyde av ca. 200 m.o.h. Saltvannsleire eller marin leire kan også være relativt stabil. I de områdene der saltinnholdet er vasket ut, har imidlertid leira fått en meget ustabil struktur. Slik leire kalles kvikkleire, se figur 20 d. Kvikkleire kjennetegnes ved at selv små forstyrrelser eller omrøring medfører en vesentlig reduksjon i fastheten, strukturen kollapser. Dette kan hurtig forplante seg over et større område, kvikkleira blir flytende, og en får et kvikkleirras som kan gå nesten horisontalt. Det øverste lag av ei leire kan tørke ut ned til en dybde av 1-4 m, avhengig av lokale forhold. Leira blir hard og oppsprukket og kalles tørrskorpeleire. Under tørrskorpeleira ligger som regel sprekkfri leire som er mettet med vann. Leire som er mettet med vann er plastisk og kan rulles ut til 1-2 mm tykke sammenhengende tråder uten å smuldre (se figur 21). Når en gnir ei leire mellom fingrene, vil en ikke kjenne kornene. Ren leire vil ikke knase mellom tennene når en tygger på den. Fig. 21. Utrulling av plastisk leire. Silt - også kalt kvabb, mo og mjele - består av de grovere fraksjoner av kohesjonsjordartene. Silt er ikke plastisk, den kan ikke rulles ut i tynne tråder uten å sprekke. En vil også kunne kjenne kornene om en gnir jordanen mellom fingrene. Silt vil knase mellom tennene når en tygger på den. Silt er dannet ved avleiring i stille vann eller ved isens bevegelse slik som leire, og vil derfor ofte forekomme sammen med leire enten i spesielle sjikt eller blandet med leira. I kohesjonsjordartene er porene mellom mineralkornene så små at den frie vannsirkulasjon i porene er hindret. I tillegg til at dreneringen av vann bremses, har disse jordartene den egenskap at de trekker vann ofte flere meter, opp fra grunnvannet ved hjelp av kapillarkrefter (hårrørskrefter, se figur 22). Fig. 22. Kapillarkrefter.
På denne måten oppstår det en relativt stabil tilstand for siltmaterialene som kalles jordfuktig. En jordfuktig kohesjonsjordart kan stå med relativt høye vertikale vegger. Dette kommer av at det mellom alle kornene er et sjikt av vann som rundt luften i hulrommet mellom kornene danner en overflatehinne (se figur 23). Denne overflatehinnen binder kornene sammen. Etter som styrken på overflatehinnen er relativt betydelig i forhold til vekten av kornene, er den tilstrekkelig til å holde kornene sammen i vertikale vegger, selv med små overheng. Fig. 23. Jordfuktighet. Dersom fuktigheten tørker ut, f.eks. på grunn av solpåvirkning av en grøftevegg, vil denne bindingen forsvinne. Ren silt vil i disse tilfellene rase ut og legge seg i sin naturlige rasvinkel. Silt er som regel blandet med leire. Oppbløting vil derfor være en hyppigere årsak til svekking av bindingskraften mellom kornene enn uttørring. Bindingskraften i slik jordfuktig jord er som nevnt avhengig av at det er en overflatehinne, dvs. det må være et hulrom med luft mellom kornene. Dersom jorden blir utsatt for vann, f.eks. regn slik at den blir mettet og alle hulrom fylles med vann, forsvinner overflatehinnen og dermed bindingen mellom kornene. At overflatehinnen forsvinner i regnvær, er årsaken til at en må være særdeles på vakt ved graving i jordfuktig silt når det begynner å regne (se figur 24). Fig. 24. Graving i silt når det regner. Vanlig leire er allerede mettet med vann og er ikke følsom for regn på samme måte som silt. Tørrskorpeleire er for tett til at en trenger å regne med metning med vann mellom kornene på kort sikt. Ved tørrskorpeleire har en et annet problem som er svært viktig. Ved uttørring har det dannet seg vertikale riss eller sprekker i leira. Når en graver, vil en kunne ha slike riss mer eller mindre på langs av grøfteveggen. Se figur 25.
Fig. 25. Graving i tørrskorpeleire når det regner. Regn vil fylle disse rissene. Det hydrostatiske trykk som oppstår i sprekkene eller rissene er uavhengig av om de er små eller store. Dette trykket er ofte stort nok til at deler av grøftevegger velter inn. c) Organiske jordarter Organiske stoffer, humus, finnes som bestanddeler av jordarter eller som egne jordarter. Selv et lavt humusinnhold, f.eks. 2%, gir en betydelig økning av en jordarts evne til å oppta og binde vann og kan medføre store endringer i jordartens egenskaper. Først og fremst vil det høye vanninnholdet i humusholdige jordarter føre til meget store setninger ved belastning eller drenering. 1. Torv Torv er mer eller mindre formuldede planterester. Torv dannes i myrer. Prosessen er sterkest i myrenes dypere lag ofte utgjør faste partikler mindre enn 10% av det totale volum. Torv vil derfor synke sterkt sammen ved belastning eller drenering. 2. Gytje og dy Gytje og dy består av mer eller mindre omvandlede plante- og dyrerester avsatt under vann. Gytje viser vanligvis organisk struktur og har gråbrun eller grågrønn farge. Dy er en strukturløs masse rik på utfelte humuskolloider av brunsvart farge. Marin gytje kan forekomme i leiravsetninger. Vanninnholdet i gytje og dy er som regel meget høyt og fastheten liten. 3. Mold Mold er sterkt omdannet organisk materiale med løs struktur. d) Lagdeling Alt etter hvorledes jordarten er dannet, kan den forekomme i en eller annen form for lagdeling som både kan være horisontal og skrå. På denne måten oppstår fenomener som drenerende sjikt, artesisk trykk, flere grunnvannsspeil m.v., se figur 26.
Fig. 26. Artesisk trykk. Ved graving gjennom flere sjikt vil en utrasing kunne starte ved at et sjikt med friksjonsmasse raser ut, gjerne med god hjelp av vann som strømmer inn. De overliggende lag vil så rase ut fordi underlaget svikter selv om massen separat sett er stabil. e) Blandingsjordarter I byer og tettbebygde strøk vil en ofte grave i jordsmonn som har vært gravd i tidligere. En kan støte på gamle fyllinger av alle mulige jordarter og like ved regelmessige naturlige forekomster. I slike tilfeller er det viktig å planlegge etter de ugunstigste jordarter og gjøre sine forberedelser i vurderingene for et gravearbeid, selv om det ikke skal graves direkte i den. henhold til dette. Dersom kvikkleire finnes i området må dette tas med i vurderingene for et gravearbeid, selv om det ikke skal graves direkte i den. II. Grunnvann Grunnvannet spiller en viktig rolle i nesten alle geotekniske spørsmål. Under en viss dybde er alle arter jord på det nærmeste vannmettet, det vil si at alle hulrom, porer, riss og sprekker, praktisk talt er fylt med vann. Luft og annet gass kan likevel forekomme i porene, dels oppløst i porevannet, dels i gassform. I det siste tilfellet er materialet bare delvis vannmettet, noe som særlig forekommer i fyllinger og drenerte jordlag nær overflaten. Grunnvannflate eller grunnvannspeilet er den flaten som forbinder grunnvannsnivået over flere punkter. Denne flaten er som regel krum på en eller annen måte fordi den er avhengig av de forskjellige jordlag, deres forskjellige muligheter for drenering og tilgang på vann. Noen ganger kan det være forhold som skaper flere grunnvannsspeil. Ved graving under grunnvannstanden i finsand eller silt, oppstår ofte det som kalles hydraulisk grunnbrudd. Ved graving uten spunt kan det oppstå forholdsvis fort etter at en har gravd gjennom grunnvannsspeilet. Se figur 27. Fig. 27. Hydraulisk grunnbrudd. Dersom veggene er spuntet under grøftebunnen på forhånd, vil et hydraulisk grunnbrudd kunne hindres. Når det spuntes dypt nok, se figur 8, vil "oppkoking" av finsand eller silt unngås.
Ved graving under grunnvannsstanden i leire ned mot et drenerende lag av grus, sand eller silt under leira, vil det artesiske trykk kunne presse opp grøftebunnen før en har gravd gjennom leira. Se figur 28. Fig. 28. Artesisk trykk presser opp grøftebunn. Problemer med grunnvann kan ofte unngås ved å senke grunnvannsstanden kunstig langs utgravingens sider. Dette utføres ved å bore pumpebrønner og pumpe ut grunnvannet som strømmer til. Se figur 29. Fig. 29. Senking av grunnvannsstand. III. Tele For å få tele må det være kulde og fuktighet i jorden. Graden av telehiv er avhengig av tilgang på vann. Telefarlig jord kaller vi den jorden som ved kapillære krefter trekker grunnvannet opp mot frysesonen. Vannet fryser til, mer vann trekkes opp og vi får de velkjente telehiv. Grus og sand er lite telefarlige masser etter som kapillarkreftene ikke klarer å heve grunnvannet særlig meget. Silt derimot er meget telefarlig etter som det trekker grunnvannet opp fra 2-15 m over grunnvannstand. Også leire er telefarlig. Svært finkornig leire er så tett at telefarligheten reduseres noe. (Se tabell 2). Graden av telefarlighet er avhengig av hastigheten vannet kan trekkes opp fra grunnvannet. Benevnelse Telegruppe Masseprosent (av matr. < 19,0 mm) < 0,02 mm < 0,2 mm Eksempler på jordarter Ikke telefarlig T1 < 3% - Sand Grus Torv Myrjord Litt telefarlig T2 3-12% - Sand Grus
Morene (sandig, grusig) Middels telefarlig T3 > 12% < 50% Sand Morene (leirig) Leire med mer enn 40% < 0,002 mm Meget telefarlig T4 > 12% > 50% Leire med mindre enn 40% < 0,002 mm Silt Morene (siltig) Tabell 2: Jordartenes telefarlighet bedømmes ut fra den korngradering jordarten har. Etter som issprengning også virker horisontalt, kan det under spesielle forhold oppstå store krefter, teletrykk, mot avstivningen i en grøft. En bør da passe på å slakke på avstivningene noe, slik at de ikke knekker sammen. IV. Jordtrykk Enten det graves en grøft og grøftesidene avstives eller en fyller jordmasser bak en støttemur, vil jordmassene øve et horisontalt trykk mot støttekonstruksjonen. Dette trykket kalles jordtrykk. Spenningsoverføring er atskillig mer komplisert i jord enn i vann eller i de faste konstruksjonsmaterialer, fordi jordartene består av flere komponenter: vann, mineralskjelett, luft og eventuelt organisk stoff. Jordtrykket øker med dybden, er avhengig av jordart, lagdeling, grunnvann, komprimeringsgrad og romvekt av jorden. Dersom gravingen er så omfattende at en har behov for å kjenne jordtrykket for å dimensjonere avstivning, bør det konsulteres fagkyndig hjelp. V. Grunnundersøkelser I geoteknikken klassifiseres jordartene etter de karakteristiske fysiske egenskaper. En fullstendig grunnundersøkelse består i å klarlegge disse egenskapene i marken, ta prøveserier for laboratorieanalyser og få greie på grunnvannsstand og poretrykk. En har en rekke metoder for å oppnå dette. Metodene egner seg for forskjellige jordarter, men kan også benyttes sammen for å utfylle hverandre. Det er bare de største og vanskeligste arbeidene som krever fullstendig grunnundersøkelse. Som regel kan en redusere markarbeidet vesentlig og bygge på faglig vurdering. Her skal kort beskrives de viktigste undersøkelsesmetodene. a) Graving En form for undersøkelse er graving med traktorgraver e.l. for å få prøver av jordsmonnet for laboratorieanalyser, f. eks. sikteanalyser. Samtidig kan lagdeling og grunnvannsstand vurderes. b) Skovlboring Skovlbor brukes til å bore gjennom de øverste masser. Det tas opp prøveserier for laboratorieanalyser og en kan få et inntrykk av grunnvannsstanden. (Se figur 30.)
Fig. 30. Skovlbor. c) Dreiesondering Dreiesonden er et bærbart utstyr for bestemmelse av lagdeling og dybder til faste lag. Utstyret består av en dreieborspiss og skjøtestenger, se figur 31. Borsynken måles ved økende belastning opp til 1 kn (ca. 100 kg) uten dreiing, herfra holdes belastningen konstant mens boret dreies. Dreiningen og borsynken registreres som mål for relativ fasthet. Boringen avsluttes mot fjell eller stor blokk. Fig. 31. Dreiesondering. d) Dreietrykksondering Utstyret er et tyngre arrangement montert på en hydraulisk borerigg. Boringen utføres ved at en sonderingsspiss gis en borsynk på 3,0 m/min. og roteres med konstant hastighet på 25 omdr./min. En måler så matekraften som skal til. Denne matekraften gir et mål på relativ fasthet og et inntrykk av jordarten. Se figur 32.
Fig. 32. Dreietrykksondering. e) Vingeboring Ved vingeboring måles kohesjonsjordartenes (vanligvis leiras) skjærstyrke. Utstyret er bærbart (se figur 33) og består av en nederdel, innerstenger og ytterrør og et registreringsinstrument. Nederdelen presses ned i leira. Vingen skyves så - ved hjelp av innerstengene - ut av nederdelen og vris med en bestemt hastighet. En måler det maksimale dreiemomentet og fra dette kan en beregne leiras skjærstyrke. Først bestemmes udrenert skjærstyrke i uomrørt tilstand, så bestemmes udrenert skjærstyrke i omrørt tilstand. Omrørt skjærstyrke vil alltid vise lavere tall enn uomrørt skjærstyrke på samme sted. Leiras sensitivitet, dvs. følsomhet for forstyrrelse, bestemmes ut fra forholdet mellom uomrørt og omrørt skjærstyrke.
Fig. 33. Vingeboring. f) Måling av grunnvannsstand og poretrykk Det er tidligere nevnt under graving og skovlboring at disse undersøkelsene også kan gi et inntrykk av grunnvannsstanden. For nøyaktigere kartlegging av grunnvanns standen og poretrykk i et område der det skal utføres graving, kan det settes ned et standrør (for permeable jordlag) eller en poretrykksmåler (piezometer). Det finnes mange forskjellige typer målere for dette formålet. Poretrykksmåling er et tidkrevende arbeid. g) Dokumentasjon Når en grunnundersøkelse er avsluttet i felten og prøver er tatt, analyseres jordprøvene i laboratoriet, slik at en får frem de av jordartens egenskaper som er nødvendig. Etter bestemte systemer tegnes de forskjellige boringer opp i kurver e.l. Disse vurderes mot analyseresultatene og en kan tegne opp profiler der jordartene, lagdeling, grunnvannsstand m.v. er registrert. VI. Ordliste Artesisk trykk - overtrykk i grunnvannet. Blokk - masse med større fragmenter enn 600 mm. Fasthet - evne til å motstå ytre påkjenning. Fraksjon - i geoteknikken brukt om kornstørrelser innenfor bestemte grenser. Friksjon - motstand mot forskyvning, f.eks. innbyrdes forskyvning mellom kornene i en jordart. Friksjonsjordart - jordart der skjærstyrke utgjøres av friksjon (sand, grus, stein). Gravedybde - dybden av en grøft, målt fra terreng. Grunnvannsstand - grunnvannets overflate (dvs. det nivå der poretrykket er lik null og trykket nedenunder øker). Grunnvannsstrøm - strømmende vann i undergrunnen. Grus - jordart der hovedmengden av kornene er større enn 2 mm og mindre enn 60 mm i tverrmål. Gytje - organisk jordart dannet av planter og dyrerester under vann. Jordtrykk - det trykk jordmassene øver mot bl.a. avstivningene i en grøft. Kapillære krefter - hårrørskrefter - krefter som kan trekke en vannoverflate opp gjennom små tverrsnitt, hårrør. Kledning - bord, planker eller plater som legges inn mot en vertikal grøftevegg og støttes opp med en form for avstiving. Knekklengde - den frie, ikke sikrede lengde av tverrstivere eller andre konstruksjonsledd som er gjenstand for trykkpåvirkning i lengderetningen. Kohesjon - indre spenning som får materialet til å henge sammen. Kohesjonsjordart - jordart der en stor del av skjærstyrken utgjøres av kohesjon. Kvabb - samme som silt. Leire - jordart der innholdet av korn med tverrmål mindre enn 0,002 mm er større enn 30%. (Ved innhold av korn mindre enn 0,002 mm mellom 30% og 15% gis en tilleggsbenevnelse av annen fraksjon, f.eks. siltig leire). Naturlig helning - den helning friksjonsmasser innstiller seg med etter noen tid i naturen, rasvinkelen. Overlagringstrykk - vertikaltrykket av de masser som ligger over det betraktede punkt. Poretrykk - indre vanntrykk i jordmassene. Pute - langsgående, horisontal boks eller bjelke som ligger an mot vertikal kledning og har til hensikt å overføre jordtrykket fra kledningen til tverrstiverne. Rasvinkelen - friksjonsmassenes naturlige helning. Sand - jordart der hovedmengden (minst 60%) av kornene er større enn 0,06 mm og mindre enn 2 mm, og der innholdet av mindre korn er så lite at jordarten har egenskap av friksjonsjordart. Silt - jordart der hovedmengden (minst 45%) av kornene er større enn 0,002 mm og mindre enn 0,06 mm, og der innholdet av leirpartilkler (korn mindre enn 0,002 mm) ikke er stort nok til å gjøre jordarten til leire (mindre enn 15%).
Skjærstyrke - motstand mot brudd ved skjæring (glidning langs et plan i jordmassene). Spuntvegg - kledning av bord, planker eller spuntprofiler av stål som rammes ned i bakken før gravingen begynner, og som strekker seg ned under utgravingens bunn. Stein - masse der kornstørrelsen er større enn 60 mm og mindre enn 600 mm i tverrmål. Stempling - se tverrstiver. Stender - vertikal boks eller bjelke som ligger an mot horisontal kledning og har til hensikt å overføre jordtrykket fra kledningen til tverrstiverne. Torv - organisk jordart, dannet av omvandlede planterester i myr o.l. Tverrstiver (stempling) - boks, bjelke eller mekanisk anordning som spenner mellom de to sider av en avstivet grøft. Tverrstiverne har til hensikt å ta opp jordtrykket (som overføres gjennom kledning og stendere eller puter til tverrstiverne) og således hindre grøftesidene i å rase inn i grøften.