EXAMENSARBETE. Geoteknisk undersökning för en ny ishall i Sjöparken. Erik Modig Högskoleexamen Samhällsbyggnad

Transkript

1 EXAMENSARBETE Geoteknisk undersökning för en ny ishall i Sjöparken Erik Modig 2015 Högskoleexamen Samhällsbyggnad Luleå tekniska universitet Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser

2 Geoteknisk undersökning för en ny ishall i Sjöparken Erik Modig

3

4 Förord Det här är mitt slutliga examensarbete vid samhällsbyggnadsutbildningen som jag läser vid Luleå tekniska universitet. Arbetet omfattar 7,5 HP av utbildningens totalt 120 högskolepoäng. Arbetet skall vara av forskande/undersökande typ inom valfritt ämne kopplat mot utbildningen. Examensarbetet skrevs hos WSP Samhällsbyggnad i Luleå där jag även gjorde min VFU. Under min VFU gjorde vi många olika geotekniska undersökningar, vid slutet av VFU:n så beslutade jag att mitt examensarbete skall avhandla mina erfarenheter från de geotekniska undersökningarna för den nya ishallen i Gällivare/Sjöparken. Detta arbete har utförts med skräckblandad förtjusning då området är både stort, brett och komplicerat. För mig har detta projekt gett mig ytterligare kunskap om geoteknik och dess olika moment. Genom mitt arbete skall ni få hänga med genom processen från uppstart till rekommendation till grundläggning. Vill passa på att tacka Göran Pyyny och Stefan Johansson på WSP i Luleå för bollande av idéer och hjälp med svåra begrepp och beräkningar. Vill också rikta tack till Thomas Sandberg WSP för hjälpen under veckorna vi utförde borrningarna. Luleå i

5 Sammanfattning Gällivare kommun har beslutat om att en ny ishall skall byggas då den befintliga ishallen i Malmberget är fallfärdig. Från början fanns det 5 alternativ var den nya ishallen skulle byggas. Till slut stod det mellan 2 platser båda i Sjöparken. Sjöparken utgörs av en älvfåra. Marken har tidigare varit myrmark, men har avvattnats och fyllts igen med schaktmassor. Idag är marken fortfarande relativt fuktig på sina håll. Under några veckor i februari och mars genomfördes olika borrningar i Sjöparken av Tomas Sandberg och Erik Modig WSP samhällsbyggnad. Prover och data togs för att kunna ge Gällivare kommun underlag för att utföra grundläggning av nya ishallen. Utskiftning av den varierande fyllningen och torven ned till fast botten ses som ett huvudalternativ. Återfyllning och packning utförs därefter med friktionsjord upp till önskad grundläggningsnivå. Därefter kan grundläggning ske med platta på mark eller plintar alternativt fundament. I byggnadsdelar med större djup till fastare material eller där mycket stora laster kan bli aktuella kan grundläggning behöva utföras på pålar. Beroende på vilken nivå underkant anläggning planeras att ligga på kan täta konstruktioner behövas om delar av anläggningen ligger under nivån för grundvattenytan. Vägar, gator och andra körytor bedöms översiktligt kunna anläggas på de befintliga fyllningarna. De blandade fyllningarna är dock tjälfarliga. Tjälfarlighetsklass 3 ska förutsättas. Under byggskedet är det rimligt att anta att tät spont kommer att behövas vid schaktningsarbeten med hänsyn till rådande jord- och vattenförhållanden. I byggskedet ska kontroll omfatta att de verkliga jord- och grundvattenförhållandena överensstämmer med de förutsättningar rekommendationerna i denna rapport baserats på. ii

6 Innehållsförteckning Förord... i Sammanfattning... ii 1. Inledning Metod Avgränsningar Bakgrund Läge A & C Beskrivning Uppstartsmöte Planering och redovisning Ledningsinventering Val av metoder Geomodeller Olika markförhållanden Inmätning och utsättning Geotekniska undersökningar Borrplan Metodval Viktsondering (Vim) Skruvprovtagning (Skr) Hejarsondering (HfA) Utvärderingsmetod Grundvatten Markteknisk undersökningsrapport (MUR) Objekt Ändamål iii

7 5.3 Underlag för undersökningen Styrande dokument Arkivmaterial Befintliga förhållanden Positionering Geotekniska fältundersökningar Utförda provtagningar Fältingenjörer Hydrogeologiska undersökningar Härledda värden Slutsatser/PM Projekteringsanvisningar Geoteknisk kategori och säkerhetsklass Beräkningsanvisningar Geotekniska förhållanden Dimensionerande värden Rekommenderad metod för grundläggning Referenser iv

8 1. Inledning 1.1 Syfte & Mål Syfte och mål med denna rapport har varit att utöka mina kunskaper inom geoteknik samt komma med ett lösningsförslag gällande markförstärkningsåtgärder till Gällivare kommun för nybyggnationen av ishallen i Sjöparken. 1.2 Metod Faktainsamling har skett genom litteraturstudie av tryckt och digitalt material. Personliga samtal har förts med Göran Pyyny, Tomas Sandberg, Anders Andersson på WSP Samhällsbyggnad. Platsbesök och utförande av provborrningar har även gjorts. 1.3 Avgränsningar Mätning och utsättning förklaras bara generellt. Hantering av schaktmassor och miljöaspekter frånses. Dimensioneringssätt för grundläggning refereras till boverkets BFS

9 2. Bakgrund Gällivare kommun har beslutat att en ny ishall skall byggas då den befintliga ishallen i Malmberget är fallfärdig. Det krävs allt för stora investeringar för att bygga om befintlig ishall till godtagbart skick. Ishallen är byggd under 1965, stora renoveringar har skett sedan dess. Under senaste 5 åren så har det uppdagats stora brister där takkonstruktion och kylanläggningen är det mest akuta. Gällivare kommun har därför beslutat att en ny ishall skall byggas. Från början fanns det 5 alternativ vart den nya ishallen skulle byggas. Till slut stod det mellan 2 platser, båda i Sjöparken. Sjöparken utgörs av en älvfåra, det som återstår av denna är dagens Jonkatjärnar. Marken har tidigare varit myrmark, men har avvattnats och fyllts igen med schaktmassor. Idag är marken fortfarande relativt fuktig på sina håll. Nedan visas en bild från Sjöparken från 1955 detaljplan. Figur 1 Sjöparken 1955 (Sjöparken, 2007) 2

10 2.1 Läge A & C Läge A innebär att badhuset intill sjöparksskolan måste rivas för att frigöra plats. Alternativ C längre in i parken medför att den nybyggda uterinken försvinner samt att en ny detaljplan krävs för att nya byggnaden inkräktar på parken, vilket kan medföra överklagan för boende i närområdet. Även markförhållandena är sämre i parkområdet vilket kan fördyra projektet. I december 2014 röstade politikerna fram läge C med siffrorna 24 mot 17 trots vetskapen om sämre markförhållanden. Med motiveringen river vi badhuset har vi inget i Gällivare på sex år. Nedan visas dom två olika lägena. Figur 2 Läge A & C Sjöparken (Google earth. 2015) 3

11 3. Beskrivning 3.1 Uppstartsmöte Innan arbetet i fält påbörjas skall alltid ett startmöte mellan geotekniker och fältgeotekniker hållas. Där går man igenom ett antal punkter. Uppdragets syfte, eventuella markägare och vilka tillstånd som kan tänkas krävas. Höjdsystem och vilket koordinatsystem. Befintlig kunskap om geologiska förhållanden, jordarter och jorddjup. Områdets användning och eventuella hinder & skyddsåtgärder. Trafikanordningsplan även kallat TA-plan skall upprättas om arbetet skall ske i väg, gatu eller spårområde. Vid Sjöparken behövdes ingen TA-plan upprättas då arbetet inte störde eller gjorde avbrott för dem som vistades där. 3.2 Planering och redovisning Geotekniska undersökningar utförs med en rad olika syften och är inte alltid avsedda för ett byggprojekt. I första hand måste därför syfte med undersökningen klarläggas vilket senare blir vägledande för undersökningens omfattning och kvalitetskrav. Innan fältundersökningen påbörjas skall en arkivinventering göras av tidigare undersökningar i området detta för att få en överblick vad som väntar när det riktiga arbetet skall påbörjas. I detta fall fanns det inga borrningar just i detta område. 4

12 3.3 Ledningsinventering Innan fältundersökningen påbörjas skall alltid uppgifter om befintliga ledningar, kablar och underjordsanläggningar tas fram. Ledningskartor eller utsättning av ledningar ska finnas på arbetsplatsen. Detta gäller: Kablar (El, tele, TV, högspänning) Vatten, dagvatten och avlopp Fjärrvärmeledningar Kulvertar Vid skada på ledningar debiteras kostnaden för reparationer och följandekostnader på den som orsakat skadan. Vid arbetet vid Sjöparken så var det väldigt nära en högspänningsledning som vattenfall missat. Därför att det extra viktigt att kontakta respektive ledningsägare innan arbetet påbörjas. 3.4 Val av metoder Vid val av undersökningsmetod för en geoteknisk fältundersökning måste både de geologiska förhållandena på platsen och vilka uppgifter som kan behövas beaktas. Undersökningen ska ge en beskrivning av de markförhållanden som är relevanta för den planerade konstruktionen eller för den aktuella problemställningen. Val av geoteknisk kategori styr omfattningen av den geotekniska utredningen. Nedan ges riktlinjer för vilka undersökningsmetoder som kan väljas vid olika jordarter och vid olika frågeställningar. Enligt Eurokod finns tre provtagningskategorier (A-C) och fem kvalitetsklasser (1-5) Provtagningskategori styrs av valet av utrustning och kvalitetsklass styr vilka materialparametrar som kan bestämmas vid respektive provtagning. Aktuell provtagningskategori respektive förväntad kvalitetsklass ska bestämmas i samband med upprättande av undersökningsprogrammet. Verklig kvalitetsklass kan först bestämmas efter laboratorieanalys. Det är sällan möjligt att detaljplanera en fältundersökning i förväg. Som regler måste undersökning anpassas successivt efter rådande förhållanden och efter erhållna resultat. Ett sådant stegvis utförande utan avbrott kräver tät kontakt mellan geotekniker och fältgeotekniker (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013). 5

13 3.5 Geomodeller Geoteknik handlar om att bygga modeller av det vi inte ser under markytan i form av jord, berg och grundvatten. Geomodeller består av geometrier, parametrar och egenskaper. Geometri är helt enkelt beskrivningen av vart ingående jordlager och dess variation på djupet tillsammans med uppgifter om grundvattennivåer, portryck. Parametrar för varje ingående lager innebär normalt värde för hållfasthet och deformationer samt hur vattnet uppför sig i materialet. Slutligen så kan egenskaper för varje ingående lager sammanfatta i sådant som är svårare att kvantifiera som klassificering, schaktbarhet, pål och spontbarhet (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013). Figur 3 Principskiss geomodell (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013). 3.6 Olika markförhållanden Det finns en mängd olika geotekniska och marktekniska undersökningsmetoder då de är lämpliga för olika saker och fungerar bättre eller sämre inom olika markförhållanden. Inom gruppen med friktionsjordskaraktär hör sediment av sand och grus liksom de flesta moräner och isälvsjordar. Exempel på isälvsjordar är sten, grus och sand från rullstensåsar samt sand från deltan. Undantaget kan vara lermoräner som är sten och blockfattiga. Ostörd provtagning är normalt inte möjligt i friktionsjordar varför provning via in-situ metoder och spetstryckssondering är lämpligt för att bestämma hållfasthets och deformationsegenskaper. I gruppen jordar med kohesionsjordskaraktär hör givetvis sediment av lera liksom normalt organiska jordar. Ostörd provtagning kan vara svårt att utföra med gott resultat i fastare leror eftersom att jordens fasta lagring ofta störs något så komplettering med provningar via in-situ metoder och spetstrycksondering är därför lämpligare för att bestämma hållfasthets och deformationsegenskaper(svenska Geotekniska Föreningen, 2013). 6

14 Nedan redovisas ett antal provnings och provtagningsmetoder där en viss uppdelning är gjord mellan jordar av friktions respektive kohesionsjordarskaraktär Tabell 1 Förslag till metodval (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013). 7

15 3.7 Inmätning och utsättning Eftersom att undersökningarna är punktformiga måste man kunna interpolera mellan dem till en ytmässig beskrivning av jordlager och bergytor, en geomodell vill säga. Undersökningarna måste därför kunna lägesbestämmas, detta innebär att de refereras till sitt läge i ett geodetiskt referenssystem även kallat koordinatsystem vilket visar punkterna i plan och höjd. Det system vi använder idag kallas SWEREF 99 vilket är ett nationellt referenssystem för mätning i plan. GNSS mätning är i folkmun även kallat GPS. Referenssystemen representeras på två sätt. Dels finns det ett nät av fasta GPS-stationer med kända lägen dels finns ett stort antal stompunkter (triangel och polygonpunkter) markerade över hela landet. GPS-stationer mäter konturerligt mot GPS-satelliterna för att veta exakt position. Sverige delas upp i olika zoner för att få mer noggrannhet i mätningarna. Gällivare går under SWEREF 20, 15. Höjdsystemet utgår från havsytans nivå och dess tänkta förlängning under kontinenterna. Lokala höjder bestäms med hjälp av ett stort antal mätningar av tyngdkraften och ett rikstäckande nät av höjdmätningar. Med avancerad matematik interpoleras tyngdkraftsmätningar till en teoretisk nivåyta Höjdmätningarna redovisas som ett nät av fixpunkter markerade av ståldubbar i berg. Landhöjningen medför att höjdsystemet med tiden förlorar precision och kvalitet. De måste därför förnyas med jämna mellanrum. Det aktuella rikstäckande höjdsystemet kallas RH2000 och bygger på förnyad rikstäckande precisionsavvägning. Men lokalt kan fortfarande höjdsystem såsom RH00 från (1900), RH70 (1970) och rent lokala system användas. Eftersom systemen kan skilja så pass lite att man kan ta fel, men tillräckligt för att ställa till stora problem. Därför är det viktigt att alltid ange vilket höjdsystem som är aktuellt för mätningen (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013). 8

16 Nedan visas zonindelningen av SWEREF 99. Zonerna är anpassade till kommungränserna. Figur 4 Zonindelning av SWEREF 99 (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013). 9

17 4. Geotekniska undersökningar 4.1 Borrplan Nedan visas borrplanen för Sjöparken. Enligt Göran Pyyny på WSP Luleå så är borrplanen satt godtyckligt efter vart det kan tänkas finnas lösare jord samt var själva grunden för nya ishallen skall stå. Figur 5 Borrplan Sjöparken 4.2 Metodval Metoderna som använts i Sjöparken är framförallt Viktsondering (Vim), Skruvprovtagning (Skr), Hejarsondering (HfA). 10

18 4.3 Viktsondering (Vim) Viktsondering är den äldsta svenska standardiserade sonderingsmetod och togs fram runt 1920-talet av dåvarande SJ:s Geotekniska Kommission. Metoden utfördes vid denna tid helt manuellt men har under årens lopp utvecklats för motordriven sonderingsutrustning. Sonderingen kan idag enligt gällande standard SS-EN ISO TS :2005 utförs såväl maskinellt som manuellt. Vid viktsonderings pressas en skruvformad spets ned i jorden med belastning och vridning. Sondering utförs utan vridning när sonderings motstånd understiger 1 kn. Över 1 kn vrids sonden och antal halvvarv registreras för 0.20m penetrering. Denna metod används gärna i lösa till medelfast sten & blockfattiga jordarter för bestämning av jordlagerföljd och relativ fasthet. Känsligheten är lägre än för andra sonderingsmetoder där stångfraktionen kan skiljas från det totala sonderingsmotståndet. För att minska stångfraktioner på stängerna kan man med fördel förborra eller använda foderrör, vid sjöparken så gjordes Vim alltid efter Skr för att minimera stångfraktionen, samtidigt så minimeras tidsåtgången när man redan har förborrat genom tjälen. Nedan visas en viktsonderingsspets utöver den skruvas ett 22mm Ø sondstål på (Svenska Geotekniska Föreningen, 1998). Figur 6 Viktsonderingsspets (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013) 11

19 Nedan visas utvärdering av materialparametrar för viktsondering för borrhål 15w0001 i anslutning till gamla jonkatjärn Punkt nr Vim W15001 Marknivå 355,715 RÅDATA Vim punkt 3 UTVÄRDERING, Vim(netto) HÄRLEDDA VÄRDEN Vikt Djup Varv/0,2 m Material Nivå Vim Korrigering Friktionsvinkel [ ] E-modul [MPa 100 1,2 8 Friktionsjord 354,5 8,0 1,3 31, ,4 9 Friktionsjord 354,3 9,0 1,3 31, ,6 7 Friktionsjord 354,1 7,0 1,3 31, ,8 8 Friktionsjord 353,9 8,0 1,3 31, Friktionsjord 353,7 9,0 1,3 31, ,2 4 Friktionsjord 353,5 4,0 1,3 30, ,4 3 Friktionsjord 353,3 3,0 1,3 30, ,6 3 Friktionsjord 353,1 3,0 1,3 30, ,8 2 Friktionsjord 352,9 2,0 1,3 30, Friktionsjord 352,7 11,0 1,3 32, ,2 36 Friktionsjord 352,5 36,0 1,3 34, ,23 24 Friktionsjord 352,5 24,0 1,3 33,7 11 Figur 7 Materialutvärdering 15W001 Av tabellen kan man utläsa att förborrat hål finns ner till 1.2m, 8 halvvarvkrävdes för att neddriva 0.20m med 1 kn ( ) / 100kg belastning. Vid 3.23m djup kunden inte spetsen neddrivas ytterligare. Figur 8 Relativ fasthet (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013). 12

20 Friktionsvinkel, φ: Ett mått på jordens hållfasthet. Friktionsvinkeln beror på kornstorlek, kornform och kornfördelning i jorden. En korrigering på 1.3 är satt pga. Friktionsjord φ = 29 + (Vim Netto 1. 3) 0,56 Ekvation 1 Joacim Olsson. (2008) E-modul: Elasticitetsmodul (E), är ett mått på jordens deformationsegenskaper när den utsätts för spänning. Enheten är (MPa). Beskriver den elastiska deformationen orsakad av en påförd belastning. En korrigering på 1.3 är satt pga. Friktionsjord E Modul = 0. 5 (Vim Netto 1. 3) 1.07 Ekvation 2 Joacim Olsson. (2008) 355,0 Härledda E-moduler 354,5 354,0 Nivå [RH 2000] 353,5 353,0 Vim W ,5 352, E-modul [MPa] Figur 9 E-modul Vim W

21 Härledda friktionsvinklar 355,0 354,5 354,0 Nivå 353,5 Vim W ,0 352,5 352, Friktionsvinkel [ ] Figur 10 Friktionsvinkel W

22 4.4 Skruvprovtagning (Skr) Vid skruvprovtagning tas störda eller omrörda prover genom hela jordprofilen. Kvalitén beror på jordarten, grundvattenförhållanden och hantering av proverna. Proverna skall alltid okulärbesiktas samt benämnas i fält. Provtagning görs genom att skruvprovtagaren skruvas ner i marken med hjälp av vridning till provtagningsdjupet, därefter dras skruven rakt upp, vid denna procedur blir jord från provtagningsnivån kvar på skruvens flänsar. Därefter läggs provet i en påse och märks upp med datum, djup, borrhål. Nedan visas 4 olika skruvprovtagare från 22mm till R32 (bergborrstål) Figur 12 Skruvprovtagare (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013) Metoden fungerar ned till 5 m djup, men kan tillämpas ned till m. Fördelen med skurvprovtagning är att man snabbt kan få en kontinuerlig bild av jordlagerföljden, en nackdel kan vara att i sandig och grusig jord under grundvattenytan sköljs provet lätt av från flänsarna vid uppdragning. För att provet inte skall beblandas med jord från skruvens övre del så kan man med fördel använda foderrör för att minimera risken för inblandning (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013). 15

23 Figur 13 Labbresultat av material vid borrhål 15w001 Labbresultatet visar provets djup, vilket är taget på 2.9-5m djup. kornstorlek, är framtaget av siktning, i tabellen till höger ser man procentuellt hur mycket som passerat sikten. Om man följer den röda linjen så ser man antal procent av det inlämnade provet som passerat sikten. Exempel: Sikt 2,0mm så har 94% av provet passerat. Dvs 6% av inlämnat prov har då större fraktion än 2,0mm. Jordart är bestämd till sisati vx (siltig, sandmorän med växtdelar, trärester) Tjälfarlighet bestäms till 3 (måttligt tjällyftande) och materialklassen är 4a baserat på fraktionerna som passerat sikten. 16

24 4.5 Hejarsondering (HfA) Hejarsondering är en gammal sonderingsmetod som i Sverige utvecklats sedan 1935 och framåt. Syftet med hejarsondering är att bestämma fast bottenläge. Metoden utfördes i början manuellt men har utvecklats för motordriven sonderingsutrustning. Senaste metodbeskrivningen är från slutet av 1970-talet är nu ersatt av en europeisk fältstandard som innehåller förutom den svenska hejarsonderingen också flera varianter både för lättare och tyngre slagning. Vid hejarsondering slås en konad cylindrisk sondspets ned i jorden med en frifallshejare. Slagenergin överförs till sondstålet via en slagdyna med mellanlägg. Antalet slag registreras eller antecknas för varje 0.2 m sjunkning Det finns 5 olika metoder enligt europastandarden Lätt hejarsondering (DPL) Medeltung hejarsondering (DPM) Tung hejarsondering (DPH). Mycket tung hejarsondering, typ A (DPSH-A) Mycket tung hejarsondering, typ B (DPSH-B) Metoden DPSH-A är nära nog identisk med tidigare svensk hejarsondering (HfA). De parametrar som man oftast utvärderar ifrån HfA är den inre friktionsvinkeln samt den karakteristiska sättningsmodulen. Men HfA går även att använda för bestämning av sannolikt stopp för spetsburna betongpålar samt hållfasthets- och deformationsegenskaper i friktionsjordar, moräner & lermoräner. Figur 14 Frifallshejare, sonderingsspets till vänster (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013) 17

25 Sondstängerna har en diameter på 32 mm och är alltså smalare än vad själva spetsen är. Trotts detta ger jorden en stor friktion mot sondstängerna då man försöker penetrera hårda jordlager, detta kan göra att man får en stångfraktion. Denna friktion ökar om stängerna har en för stor utböjning vilket leder till missvisande resultat. Pga. detta så rekommenderas att krökningen på stången närmast själva sondspetsen får vara maximalt 2mm/m och för de övriga stängerna max 4mm/m. Slagdynan där frifallshejaren skall träffa ska väga mellan kg och ha en diameter på minst 100 mm men bör ej ha en större diameter än hejaren. Den totala vikten som slagdynan och styrrör har får ej överstiga 30 kg. Slagdynan skall vara ordentligt fäst vid stängerna för att få energin att överföras ner till sondspetsen. Frifallshejaren skall ha en massa på 63.5 kg men vikten tillåts variera med ± 0.5 kg. Hejaren skall löpa med styrröret ner för att sedan träffa slagdynan vilken även kan ha ett mellanlägg. Styrröret är som namnet antyder det som styr hejaren neråt mot sitt mål, slagdynan. Röret styrs med hjälp av det axiella hålet som finns i slagdynan. Fallhöjden för hejaren skall vara 0.5 m, detta för att få en stötvågskraft som är på kn ned i sondstången. Antalet slag som krävs för en nedträngning i jorden på 0.2 m kan mätas med hjälp av mekaniska eller elektriska mätvärdesgivare, men kan även räknas manuellt. Mätningen av sonderingsdjupet kan även denna göras med hjälp av elektriska eller mekaniska djupvärdes givare men kan även göras manuellt då djupet kan avläsas mot sondstängerna. Under neddrivningen skall sonden vridas 2 varv per 0.2 m sjunkning. Om sonderingsmotståndet är mindre än 5 slag per 0.2 m behövs sonden inte vridas vid annat än påskarvning av nytt stål. För att beräkna mantelfriktionen på stången skall maximalt vridmoment mätas efter varje meters sondering samt vid avslut av borrhål. Med denna sonderingsmetod anses fast botten vara när man får mindre än 0.2 m nedsjunkning för en slagserie om 200 slag (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013). Figur 14 Ritning Sonderingsspets (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013) 18

26 HfA Punkt nr 15W006 Marknivå 356,242 RÅDATA HfA punkt 3 UTVÄRDERING, HfA(netto) HÄRLEDDA VÄRDEN Djup Slag Material Nivå HfA Netto Friktionsvinkel [ ] E-modul [MPa] 0, ,0 131,0 42,0 90 0, ,8 344,0 42,0 90 0, ,6 213,0 42,0 90 0, ,4 60,0 42, ,2 6,0 34,2 14 1, ,0 2,0 32,2 5 1, ,8 1,0 31,3 3 1, ,6 1,0 31,3 3 1, ,4 1,0 31, ,2 2,0 32,2 5 2, ,0 1,0 31,3 3 2, ,8 8,0 35,0 19 2, ,6 7,0 34,6 16 2, ,4 9,0 35, ,2 15,0 37,0 33 3, ,0 16,0 37,2 35 3, ,8 13,0 36,5 29 3, ,6 15,0 37,0 33 3, ,4 18,0 37, ,2 16,0 37,2 35 4, ,0 6,0 34,2 14 4, ,8 4,0 33,4 10 4, ,6 6,0 34,2 14 4, ,4 9,0 35,3 21 5, ,2 9,0 35,3 21 5, ,0 15,0 37,0 33 5, ,8 17,0 37,5 37 5, ,6 16,0 37,2 35 5, ,4 18,0 37, ,2 16,0 37,2 35 6, ,0 12,0 36,2 27 6, ,8 15,0 37,0 33 6, ,6 17,0 37,5 37 6, ,4 20,0 38, ,2 74,0 42,0 90 7, ,0 117,0 42,0 90 7, ,9 212,0 42,0 90 Figur 15 Utvärdering materialparametrar HfA Ovanför ses utvärdering från borrhål 15W006, där antal slag per 0.20m registreras, marknivå samt utvärdering HfA( netto) som ger underlag för Friktionsvinkeln [φ] och Elasticitetsmodul [E] 19

27 4.6 Utvärderingsmetod För att beräkna fram HfA( netto) så används ekvationen HfA Netto = HfA 0.04 Vridmoment Ekvation 3 Joacim Olsson. (2008) Detta ger oss jordens relativa fasthet och underlag för att kunna räkna ut friktionsvinkeln Figur 16 Relativ Fasthet HfA Netto (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013) Friktionsvinkel, φ: Ett mått på jordens hållfasthet som är baserat på Mohr-Coloumb s brotterori. Friktionsvinkeln beror på kornstorlek, kornform och kornfördelning i jorden. Ekvationen för att beräkna friktionsvinkeln HfA φ = Hfa Netto 0,46 Ekvation 4 Joacim Olsson. (2008) Tabellen nedan visar sambandet mellan slag/0.2 m och friktionsvinkel enligt ekvationen. För att inte överskatta friktionsvinkeln så har funktionen ett maximalvärde för friktionsvinkeln på 42 (Joacim Olsson, 2008) 20

28 Figur 17 Friktionsvinkel beroende på antal slag E-modul: Elasticitetsmodul (E), är ett mått på jordens deformationsegenskaper när den utsätts för spänning. Enheten är (MPa). Beskriver den elastiska deformationen orsakad av en påförd belastning. E modul = 2.8 Hfa Netto 0,91 Ekvation 5 Joacim Olsson. (2008) Figur 18 E-Modul beroende på antal slag 21

29 Härledda friktionsvinklar Friktionsvinkel 29,0 31,0 33,0 35,0 37,0 39,0 41,0 43,0 45, Djup [meter under markytan] HfA 15W Figur 19 Härledda värden friktionsvinkel för 15W006 Kommentar Vad grafen visar är att första 0,6m är marken väldigt hård pga. Tjälen. Där uppnås maximala friktionsvinkeln på 42 grader. Efter det så sjunker den succesivt ner till 2.2m djup där friktionsvinkeln ligger på 31.2 grader. Efter detta så stiger jordens hållfasthet återigen till hejarsonderingens stopp vid 7.38m (nivå ) Friktionsvinkeln räknas ut genom formeln från ekvation 4 och värdena från hejarsonderingen syns i figur

30 Härledda E-moduler 0 E-modul [MPa] Djup [meter under markytan] HfA 15W Figur 20 Härledda värden för E-modul för 15W006 Kommentar Precis som ovanstående så är det väldigt hårt ner till 0,6m pga. Tjäle. Från ca 1m ner till 2,2m så är jorden väldigt lös endast mellan 3-5 (E) sedan stiger (E) rejält ner till ca 4m djup där påträffas ännu ett blött parti med löst fyllningsmaterial med dåliga deformationsegenskaper. Efter detta så ökar (E) succesivt ner till stopp vid 7,38m (nivå ) E-moduler räknas ut genom formeln från ekvation 5 och värdena från hejarsonderingen syns i figur 15. Man kan även stämma av mot figur 18 beroende på antal slag. 23

31 4.7 Grundvatten Grundvattenförhållanden har betydelse för många olika problem som geotekniker måste hantera dagligen, stabilitet, sättingar, bärighet, erosion, dränering, avvattning, tjäle. Trots att grundvattnet i många fall är en styrande faktor behandlas den ofta som en mindre viktig parameter. Enligt praxis klarläggs grundvattenförhållanden ofta genom mätning av grundvattennivå i borrhål eller öppna rör nedförda till friktionsjord under förekommen lera. Grundvatten förekommer i all terräng men djupet till GVY (grundvattenyta) varierar beroende av klimat och geologiska förhållanden. Lagerföljden, mäktighet och kontinuiteten hos en avlagring samt de olika lagrens hydrauliska konduktivitet styr grundvattnets bildning och förekomst i ett område. Grundvattnet fluktuerar pågrund av tidigare nämnda faktorer. Dessa fluktuationer kan vara kortvariga t.ex. kraftig nederbörd eller sträcka sig över längre perioder (års variationer). Fluktuationernas storlek beror i första hand på nederbördens storlek, jordens genomtränglighet samt grundvattenmagasinets storlek. Grundvattennivån kan ibland vara den enda parameter som behöver mätas för ett projekt t.ex. för planering av undervattensarbete (schaktning, gjutning) eller utvärdering av omfattningen av en eventuell grundvattensänkning och dess påverkan på omgivningen Mätsystem kan väljas efter det man har klarlagt syftet medmätningarna, vilka parametrar som skall mätas och vilka krav som skall ställas på mätvärdena. Mätningarna används för att uppfylla ett i vissa fall flera av följande syften Observation För klarläggande av GVY Bevakning För kontroll av grundvattenförhållanden och beslut om eventuella åtgärder under projektets gång. Uppföljning Efter arbetets slut (Statens Geotekniska Institut, 1990) I sjöparken har ett öppet system används (grundvattenrör med filterspets) vid 2 hål (15W004 & 15W006) för att klarlägga GVY. Mätningarna har kontrollerats med ett klucklod. 24

32 Figur 21 Sammanställning GVY 15W004 25

33 5. Markteknisk undersökningsrapport (MUR) Den geotekniska undersökningen skall belysa markförhållanden och grundläggningsförutsättningar för planerade byggnationer som underlag för fortsatt projektering och kostnadskalkyl. Marktekniska undersökningsrapporten (MUR) visar underlag för undersökningen, styrande dokument för arbetet, befintliga förhållanden i området, topografi, fältundersökningar och vem som ansvarat för dessa. Även värden redovisas. 5.1 Objekt På uppdrag av Gällivare kommun har WSP Samhällsbyggnad utfört geoteknisk undersökning inför planering och byggande av en ny ishall på Sjöparksområdet i Gällivare. 5.2 Ändamål Ändamålet med undersökningarna är att utreda de geotekniska förhållandena i området för planerad ishall. 5.3 Underlag för undersökningen Underlag för undersökning har utgjorts av plan över planerade byggnader. 26

34 5.4 Styrande dokument Undersökningsmetod Standard eller annat styrande dokument Fältutförande Geoteknisk fälthandbok SGF Rapport 1:96 samt SS- EN-ISO Beteckningssystem SGF/BGS beteckningssystem 2001:2 SS-EN/ISO , -2 Undersökningsmetod Viktsondering, skruvprovtagning samt installation av grundvattenrör Klassificering i fält Standard eller annat styrande dokument SS-EN Okulär klassificering enligt SGF-81 Figur 22 styrande dokument för planering, redovisning & fältundersökningar 5.5 Arkivmaterial Inget tidigare material har inarbetats. 5.6 Befintliga förhållanden Topografin för området och undersökningarna består av relativt plana ytor som sluttar svagt ner mot ett befintligt dagvattenmagasin nordväst om planerad ishall. Markytan ligger i söder på nivå ca och i norr på som lägst ca Gällande höjdsystem RH Positionering Utsättning och inmätning av borrpunkter har utförts av Thomas Jaatko WSP i koordinatsystem SWEREF i plan och RH 2000 i höjd. 5.8 Geotekniska fältundersökningar Utförda sonderingar omfattar viktsondering (Vim) i 10 st punkter samt hejarsondering(hfa) i 5 st punkter. 27

35 5.9 Utförda provtagningar Provtagningar omfattar upptag av störda prover med skruvprovtagare i 10 st punkter. Proverna har lämnats in till MRM i Luleå för jordartsbedömning och kornstorleksfördelning Fältingenjörer Geotekniska undersökningar har utförts av borrledare Thomas Sandberg och Erik Modig, WSP under Februari och Mars Hydrogeologiska undersökningar Installation av grundvattenrör i 2 st punkter. Uppmätta grundvattennivåer redovisas i figur 23. GV-rör Datum 15W004 15W / / / /354.9 Figur 23 Grundvattennivåer 28

36 6. Härledda värden Utifrån utförda sonderingar härledda hållfasthets- och deformationsegenskaper redovisas i figur 25 och 26 nedan. Härledda friktionsvinklar Friktionsvinkel 29,0 34,0 39,0 44,0 0 Djup [meter under markytan] Vim W15001 Vim 15W002 Vim 15W003 Vim 15W004 Vim 15W005 Vim 15W006 HfA 15W006 Vim 15W007 Vim 15W008 HfA 15W008 Vim 15W010 HfA 15W Figur 25 Härledda friktionsvinklar alla borrhål 29

37 Härledda E-moduler 0 E-modul [MPa] Djup [meter under markytan] Vim W15001 Vim 15W002 Vim 15W003 Vim 15W004 Vim 15W005 Vim 15W006 HfA 15W006 Vim 15W007 Vim 15W008 HfA 15W008 Vim 15W010 HfA 15W Figur 26 Härledda E-modul alla borrhål 30

38 7. Slutsatser/PM För slutsatserna beskrivs förekommande jordarters geotekniska egenskaper baserat på följande handlingar: TK Geo 13, TDOK 2013:0667 Anläggnings AMA 13 Boverket EKS 8 med tillhörande nationella val SS-EN 1997 samt IEGs tillämpningsdokument 7.1 Projekteringsanvisningar Dimensionering av geokonstruktioner skall utföras enligt BFS 2011:10 EKS 8 med tillhörande nationella val samt SS-EN Geoteknisk kategori och säkerhetsklass Val av säkerhetsklass görs enligt BFS 2011:10 bilaga 1. Geokonstruktioner dimensioneras i detta skede för Geoteknisk kategori 2 (GK2) enligt IEG Rapport 2:2008 Tillämpningsdokument Grunder och BFS 2011:10 EKS 8 bilaga Beräkningsanvisningar Dimensioneringssätt för olika typer av geokonstruktioner görs enligt tabell I-1, BFS 2011:10 vilket för plattor innebär dimensioneringssätt DA3. 31

39 7.4 Geotekniska förhållanden Säkerhetsklassen är satt till 2 (normal, någon risk för allvarliga personskador) Jorden inom aktuellt området består i huvudsak av fyllningar som överlagrar torv på morän. Fyllningarna har varierande sammansättning av sand, grusig sandig silt eller sandmorän med mäktighet mellan 0.5 och 2.3 m. Fyllningarna bedöms vara löst lagrade. Torvens mäktighet varierar mellan ca 0.3 till 2.1 m med lokalt stora skillnader. Den underlagrande moränen har en mäktighet som uppskattas till minst 5 m, även om sondering och provtagning i vissa punkter avbröts tidigare. Utifrån utförda hejarsonderingar bedöms moränen ha medelhög fasthet. Från nivå ca +348m och ner har moränen mycket hög fasthet. Bergnivån är ej fastställd inom området. Utförda hejarsonderingar har erhållit stopp i fast morän på nivåer omkring +348 till +350, berg förväntas ej ovan denna nivå. Grundvatten har avlästs i två gv-rör och grundvattenytan låg vid avläsningstillfället ca 1.4 m (15W006) under markytan, motsvarande nivå i den ena punkten och 2.2 m (15W004) under markytan, motsvarande nivå i den andra. I figur 27 till 29 nedan sammanställs de valda värdena utifrån härledda värden och rekommendationer för val av partialkoefficienter samt slutligt dimensionerande värden. 32

40 Material Tunghet, ʸ (ʸ ) (kn/m 3 ) Hållfasthetsegenskaper Deformationsegenskaper Lösa fyllningar (Sand, grusig sandig silt eller sandmorän) 17 (9) φ = 30 E= 5 MPa Torv 13 (3) - - Morän 20(12) φ = 36 E= 25 MPa Figur 27 Valda värden från härledda värden Jordparameter Symbol γ M Friktionsvinkel φ 1,3 Tunghet y 1 E-modul E 1 Omräkningsfaktor η 1,0 Figur 28 Partialkoefficienter för omräkning till dimensionerande värden 33

41 7.5 Dimensionerande värden Material Tunghet, ρ (ρ ) (kn/m 3 ) Hållfasthetsegenskaper Deformationsegenskaper Lösa fyllningar (Sand, grusig sandig silt eller sandmorän) 17 (9) φ = 30 E= 5 MPa Torv 13 (3) - - Morän 20(12) φ = 29 E= 25 MPa Figur 29 Sammanställning dimensionerande värden Det åligger ansvarig konstruktör att slutligen bestämma dimensionerande värden enligt DA3 (DA3 innebär att partialkoefficienter läggs på laster eller lasteffekter och på materialparametrarna och används för övriga geokonstruktioner) (Bygg & teknik förlaget. 01/ 2009) Ovanstående värden är endast rekommendationer och kan variera beroende på val av grundläggningssätt och storlek på grundplattor. Grundläggning av ny ishall på blandad lös fyllning med varierande mäktighet ovan torv med varierande mäktighet är inte lämplig på grund av risk för stora och ojämna sättningar. 34

42 8. Rekommenderad metod för grundläggning Utskiftning av den varierande fyllningen och torven ned till fast botten ses som ett huvudalternativ. Återfyllning och packning utförs därefter med friktionsjord upp till önskad grundläggningsnivå. Därefter kan grundläggning ske med platta på mark eller plintar alternativt fundament. I byggnadsdelar med större djup till fastare material eller där mycket stora laster kan bli aktuella kan grundläggning behöva utföras på pålar. Beroende på vilken nivå underkant anläggning planeras att ligga på kan täta konstruktioner behövas om delar av anläggningen ligger under nivån för grundvattenytan. Vägar, gator och andra körytor bedöms översiktligt kunna anläggas på de befintliga fyllningarna. De blandade fyllningarna är dock tjälfarliga. Tjälfarlighetsklass 3 ska förutsättas. Under byggskedet är det rimligt att anta att tät spont kommer att behövas vid schaktningsarbeten med hänsyn till rådande jord- och vattenförhållanden. I byggskedet ska kontroll omfatta att de verkliga jord- och grundvattenförhållandena överensstämmer med de förutsättningar rekommendationerna i denna rapport baserats på. 35

43 Referenser Svenska Geotekniska Föreningen. (2013) Geoteknisk fälthandbok Svenska Geotekniska Föreningen. (1998) Metodbeskrivning för viktsondering Statens Geotekniska Institut. (2008) Jords egenskaper Joacim Olsson. (2008) Utvärdering av moräns hållfasthetsegenskaper med jord och berg sondering, LTU Examensarbete Statens Geotekniska Institut. (1990). Mätning av grundvatten & portryck Statens Geotekniska Institut. (2007) Skjuvhållfasthet, utvärdering i kohesionsjordar TRV Geo. (2011) Trafikverkets tekniska krav för geokonstruktioner Boverkets Författningssamling. (2011) BFS 2011:10 EKS 8 Boverkets föreskrifter och allmänna råd om tillämpning av europeiska konstruktionsstandarder (eurokoder) Implementeringkommision för Europastandarder inom geoteknik. (2011) SS-EN/ISO :2004 Geoteknisk undersökning och provning identifiering och klassificering av jord Del 2: Klassificeringsprinciper Tillämpningsdokument TK Geo. (2013), Trafikverkets tekniska krav för geokonstruktioner Anläggnings AMA. (2013) Vägverkets författningssamling. (2004) VVFS 2004:43 Vägverkets författningssamling (vvfs 2007:197) Bygg & teknik förlaget. (01/ 2009) Geoteknik och grundläggning Gällivare kommun. (2007) Sjöparken 36