INNIHALD JARÐTÆKNISKÝRSLU SAMKVÆMT EUROCODE 7 Árný Jóna Þorláksdóttir Lokaverkefni í byggingartæknifræði BSc 2014 Höfundur: Árný Jóna Þorláksdóttir Kennitala: 111289-2209 Leiðbeinandi: Jórunn Halldórsdóttir Tækni- og verkfræðideild School of Science and Engineering
61
Embed
INNIHALD JARÐTÆKNISKÝRSLU SAMKVÆMT EUROCODE 7 BT... · 2018-10-12 · er Eurocode 8 notaður við jarðskjálftahönnun og er kafli 5 í Eurocode 8 helgaður undirstöðum, stoðveggjum
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
INNIHALD JARÐTÆKNISKÝRSLU SAMKVÆMT
EUROCODE 7
Árný Jóna Þorláksdóttir
Lokaverkefni í byggingartæknifræði BSc
2014
Höfundur: Árný Jóna Þorláksdóttir
Kennitala: 111289-2209
Leiðbeinandi: Jórunn Halldórsdóttir
Tækni- og verkfræðideild
School of Science and Engineering
I
Lykilsíða
Heiti verkefnis:
Innihald jarðtækniskýrslu samkvæmt Eurocode 7
Námsbraut: Tegund verkefnis:
Byggingartæknifræði BSc Lokaverkefni í tæknifræði BSc
Önn: Námskeið: Ágrip:
Haust 2014 LOK1012 Í ritgerðinni er fjallað um hvað jarðtækniskýrsla
þarf að innihalda til að uppfylla kröfur sem
Eurocode 7 gerir. Settar eru fram leiðbeiningar
ásamt helstu upplýsingar sem koma að góðum
notum. Leiðbeiningar um skýrslugerð eru settar
fram fyrir íslenska mannvirkjahönnun og er því
vísað í Byggingareglugerð og íslenskan viðauka
Eurocode staðlanna þar sem við á.
Í viðauka má finna dæmi um jarðtækniskýrslu.
Höfundur:
Árný Jóna Þorláksdóttir
Umsjónarkennari:
Guðbrandur Steinþórsson
Leiðbeinandi:
Jórunn Halldórsdóttir
Fyrirtæki/stofnun:
Dagsetning: Lykilorð íslensk: Lykilorð ensk:
4. des 2014 Jarðtækni
Jarðtæknihönnun
Eurocode 7
Jarðtækniskýrsla
Geotechnic
Geotechnical design
Eurocode 7
Geotechnical report
Dreifing:
opin lokuð til:
II
Formáli
Í Eurocode 7 er gerð krafa um að gerð sé jarðtækniskýrsla fyrir jarðtæknihönnun við
mannvirkjagerð. Hérlendis er ekki venja að gera jarðtækniskýrslur ólíkt því sem krafist er í
nágrannalöndum okkar, Noregi og Svíþjóð. Þetta verklag stafar af því að við grundun
mannvirkja á Íslandi er yfirleitt grafið niður á klöpp, þó svo að aðrar jarðtæknilegar lausnir
eins og til dæmis að byggja á staurum geti í sumum tilfellum verið ákjósanlegt og
hagkvæmara .
Tilgangur jarðtækniskýrslu er sá að safna saman öllum þeim forsendum sem notaðar eru við
jarðtæknihönnun ásamt áætlun um óháð eftirlit og vöktun á meðan á framkvæmdum stendur
og eftir að þeim er lokið. Skýrslan getur reynst mikilvægt gagn til þess að fylgjast með hvort
forsendur breytast á framkvæmdartíma eins og stundum er raunin. Þannig er auðveldara að
fylgjast með og gera breytingar á jarðtæknilegri hönnun í samræmi við breyttar aðstæður.
Hugmyndin af verkefninu kemur fá leiðbeinanda mínum, Jórunni Halldórsdóttur, sem hefur
reynslu af því að vinna jarðtækniskýrslur vegna verkefna í nágrannalöndum okkar. Það er
hennar mat að ekki líði á löngu þar til krafist verði jarðtækniskýrslna vegna framkvæmda
hérlendis.
Ég vill þakka leiðbeinanda mínum Jórunni Halldórsdóttur fyrir alla þá aðstoð og leiðsögn
sem hún veitti mér við gerð verkefnisins. Einnig vill ég þakka Hrefnu Björk Jónsdóttur fyrir
yfirlestur.
Að lokum vill ég þakka foreldrum mínum og fjölskyldu fyrir hvatningu og stuðning í gegnum
námið.
III
Efnisyfirlit
Lykilsíða .................................................................................................................................................... I
Formáli ..................................................................................................................................................... II
Mynda- og töfluskrár ............................................................................................................................... V
Viðauki A ................................................................................................................................................ 39
Viðauki B ................................................................................................................................................ 54
V
Mynda- og töfluskrár
MYND 1. FLÆÐIRIT SEM HJÁLPAR TIL VIÐ VAL Á JARÐTÆKNIFLOKK. (SIMPSON & DRISCOLL, 1998) ............................................ 10
MYND 2. ÁKVÖRÐUN Á KORNARÚMÞYNGD OG METTIVATNI MEÐ PYKNOMETER AÐFERÐ. (VEGAGERÐIN, 2012) ........................... 22
MYND 3. ÝMSAR GERÐIR UNDIRSTÖÐUFÓTA (UNIVERSITY OF PALESTINE, 2008) .................................................................... 26
MYND 4. FLEKAUNDIRSTAÐA (MCCARTHY, 2007) .......................................................................................................... 27
MYND 5. AFSTÖÐUMYND KRAFTA. (BOND & HARRIS, 2008) ............................................................................................. 28
MYND 6. ÁÆTLAÐ BROTYFIRBORÐ FLÁA OG SNEIÐASKIPTING. (DAS, 2007) .......................................................................... 35
MYND 7. KRAFTAR SEM VIRKA Á EINSTAKA SNEIÐ NÚMER N SAMKVÆMT AÐFERÐ BHISHOP‘S. (DAS, 2007). ............................... 35
TAFLA 1. ÍSLENSK ÞÝÐING AF TÖFLU B1 Í ÍSLENSKUM ÞJÓÐARVIÐAUKA EUROCODE 0. .............................................................. 11
TAFLA 2. TAFLA TEKIN SAMAN ÚR UPPLÝSINGUM ÚR TÖFLUM B4A OG B4B Í ÍSLENSKUM ÞJÓÐARVIÐAUKA EUROCODE 0. ............... 12
TAFLA 3. TAFLA TEKIN SAMAN ÚR UPPLÝSINGUM ÚR TÖFLUM B5A OG B5B Í ÍSLENSKUM ÞJÓÐARVIÐAUKA EUROCODE 0. ............... 13
TAFLA 4. VAL JARÐSKJÁLFTAFLOKKAR. TAFLA 4.3 Í EUROCODE 8 ÁSAMT GILDUM FYRIR JARÐSKJÁLFTASTUÐUL. ............................. 14
TAFLA 7. ÍSLENSK ÞÝÐING Á TÖLFU A.3 Í ÍSLENSKU ÞJÓÐARSKJALI EUROCODE 7. HLUTSTUÐLAR FYRIR ÁLAG. ................................. 17
TAFLA 8. ÍSLENSK ÞÝÐING Á TÖFLU A.4 Í ÞJÓÐARSKJALI EUROCODE 7. .................................................................................. 18
TAFLA 9. ÍSLENSK ÞÝÐING Á TÖLFU A.5 Í EUROCODE 7. HLUTSTUÐLAR FYRIR BURÐARGETU GRUNNRA UNDIRSTAÐA. ..................... 18
1
Inngangur
Í Eurocode 7 er gerð krafa um að gerð sé jarðtækniskýrsla fyrir jarðtæknilega hönnun við
mannvirkjagerð. Ekki eru gerðar sambærilegar kröfur hér á landi, en líklegt er að á næstu
árum verði þeirra krafist í ríkara mæli, sbr. samninginn um evrópska efnahagssvæðið, EES
þar sem mannvirkjahönnun fellur undir þann samning. Þau lönd sem eiga aðild að Evrópu
sambandinu og evrópska efnahagssvæðinu eru meðlimir í Evrópsku staðlasamtökunum
(CEN).
Tilgangur verkefnisins er að gera aðgengilegar, gagnlegar upplýsingar sem nýta má við gerð
jarðtækniskýrslu fyrir íslensk verkefni í mannvirkjagerð. Búið er að safna saman ýmsum
gagnlegum upplýsingum, bæði úr Eurocode stöðlunum og öðrum gögnum sem eiga við.
Tekin var saman gátlisti sem auðveldar yfirsýn yfir efnistök skýrslunnar ásamt tilvísunum í
heimildir sem stuðist er við í ritgerðinni.
2
Eurocode staðlarnir
Saga staðlanna
Árið 1975 samþykkti framkvæmdastjórn Evrópusambandsins að innleiða samræmda
byggingastaðla fyrir Evrópu. Markmiðið var að samræma tæknilegar upplýsingar við
mannvirkjagerð og útrýma tæknilegum hindrunum. Hugmyndin var sú að með þessu yrði sett
á laggirnar staðlað umhverfi sem gilti á öllu evrópska efnahagssvæðinu og leysa þannig af
hólmi byggingarstaðla sem giltu í hverju landi fyrir sig.
Árið 1989 var Evrópsku staðalsamtökunum CEN (European committee for standardization)
falið að útbúa staðla fyrir lönd sem eiga aðild að Evrópusambandinu og í framhaldinu
evrópska efnahagssvæðinu eftir að samningur um evrópska efnahagssvæðið tók gildi þann
1. Janúar 1994 (Samningurinn um Evrópska efnahagssvæðið (EES-samningurinn), 2014)
Á árunum 1991 til 1999 voru gefnir út forstaðlar (ENV) til reynslu. Reynslan af forstöðlunum
var nýtt til þess að setja núgildandi staðla.
Gefnir eru út þjóðarviðaukar með stöðlunum þar sem mismunandi aðstæður í hverju landi
gera það að verkum að mismunandi gildi og forsendur eiga við ýmsa útreikninga. (Eurocode
7, 2004)
Eurocode staðallinn samanstendur af 10 stöðlum sem hver hefur sín efnistök:
EN 1990 Eurocode 0 Grunnur mannvirkjahönnunar
EN 1991 Eurocode 1 Álag á mannvirki
EN 1992 Eurocode 2 Hönnun steyptra mannvirkja
EN 1993 Eurocode 3 Hönnun stálmannvirkja
EN 1994 Eurocode 4 Hönnun samverkandi stál- og steyptra mannvirkja
EN 1995 Eurocode 5 Hönnun timburmannvirkja
EN 1996 Eurocode 6 Hönnun á múrsteinsmannvirki
EN 1997 Eurocode 7 Jarðtæknihönnun
EN 1998 Eurocode 8 Jarðskjálfta hönnun
EN 1999 Eurocode 9 Hönnun álmannvirkja
3
Eurocode 7
Áður en Eurocode staðlarnir komu til sögunnar var ekki algengt að staðlar væru notaðir við
grundun. Þeir fáu staðlar sem til voru, miðuðu að því að lýsa góðri tæknilegri hönnun en á
þeim tíma var aðferðafræði hönnunarinnar ekki mjög kerfisbundin. (Frank, o.fl., 2009)
Eurocode 7 fjallar um jarðtæknilega hönnun mannvirkja. Staðlinum er skipt í tvo hluta. Fyrri
hlutinn tekur fyrir almennar reglur jarðtæknihönnunar sem tryggja öryggi og endingu
mannvirkja sem eru grunduð á jarðvegi eða klöpp, seinni hlutinn lýsir jarðvegsrannsóknum
og prófunum. (Bond & Harris, 2008).
Staðallinn skal notaður með Eurocode 0 (Grunnur mannvirkjahönnunar) og Eurocode 1 (Álag
á mannvirki) ásamt þeim stöðlum sem við eiga, Eurocode 2 - 6 og Eurocode 9. Þar að auki
er Eurocode 8 notaður við jarðskjálftahönnun og er kafli 5 í Eurocode 8 helgaður
undirstöðum, stoðveggjum og öðru sem snýr að jarðtæknihönnun. (Frank, o.fl., 2009)
Eurocode 7 gerir kröfu um að gerð sé jarðtækniskýrsla fyrir allar framkvæmdir. Kafli 2.8 í
Eurocode 7 fjallar um hvað jarðtækniskýrsla þarf að innihalda. Hér á eftir kemur íslensk
þýðing á þeim kafla. Þau atriði sem eru skáletruð eru kröfur (e. principles), þ.e. atriði sem
verða að vera uppfyllt. Önnur atriði eru leiðbeinandi.
(1) Í jarðtækniskýrslu skal skrásetja allar forsendur, öll fyrirliggjandi gögn og aðferðir við
útreikninga ásamt staðfestingu á öryggi og notmarkaástandi.
(2) Umfang upplýsinga í Jarðtækniskýrslu getur verið mjög breytilegt, háð hverskonar
hönnun er um að ræða. Þegar um einfalda hönnun er að ræða getur ein blaðsíða verið
fullnægjandi.
(3) Jarðtækniskýrsla á að jafnaði að innihalda eftirfarandi upplýsingar, ásamt tilvísun í
jarðgrunnsrannsóknarskýrslu (sjá grein 3.4 í staðlinum) og önnur skjöl sem innihalda
meiri upplýsingar:
Lýsingu á svæðinu og umhverfi;
Lýsingu á jarðgrunnsaðstæðum;
Lýsing á fyrirhuguðu mannvirki og álagsforsendum;
Hönnunargildi fyrir jarðveg og klöpp, ásamt rökstuðningi, eftir því sem við á;
Yfirlit yfir staðla og reglugerðir sem notaðir eru;
Umfjöllun um hentugleika lóðar með tilliti til áformaðra framkvæmda og stig
ásættanlegrar áhættu;
Jarðtæknilegir útreikningar sem varða hönnun og teikningar;
Tillaga að grundun mannvirkisins;
4
Listi yfir atriði sem þarf að fylgjast með á framkvæmdatíma eða krefjast eftirfylgni
eða vöktunar.
(4) Jarðtækniskýrsla skal innihalda áætlun um eftirlit og vöktun eins og við á. Atriði sem
krefjast skoðunar á framkvæmdatíma eða krefjast vöktunar að framkvæmd lokinni
skulu vera skilmerkilega tilgreind. Þegar nauðsynlegar úttektir sem krafist er á
framkvæmdatíma hafa farið fram skulu niðurstöður skráðar í viðauka skýrslunnar.
(5) Í tengslum við eftirlit og vöktun þá á Jarðtækniskýrsla að tilgreina:
Tilgang skoðana og mælinga
Hvaða hlutar mannvirkis skuli vaktaðir með eftirliti og staðsetning þeirra
Tíðni aflestra eða mælinga
Með hvaða hætti niðurstöðurnar eru metnar
Stærðardreifing gilda sem niðurstaðna er að vænta innan.
Sá tími sem eftirliti skal haldið áfram eftir að framkvæmdum er lokið
Ábyrgðaraðila mælinga og athugana, til að túlka niðurstöður og viðhalda vöktun
og tækjum
(6) Útdrætti úr Jarðtækniskýrslunni, sem inniheldur upplýsingar um eftirlit, vöktun og
viðhaldskröfur fyrir fullbúið mannvirki skal útbúið og afhent verkkaupa
(Eurocode 7, 2004)
5
Almennt um jarðtækniskýrslur
Hvað er jarðtækniskýrsla?
Hlutverk jarðtækniskýrslu er að halda utan um upplýsingar og gögn sem nýtast við
jarðtæknilega hönnun. Jarðtækniskýrslur geta verið misumfangsmiklar, sem ræðst af
umfangi verksins. Við gerð skýrslunnar er hönnun flokkuð í 3 flokka eftir umfangi. Þessa
flokka kýs ég að nefna Jarðtækniflokka 1, 2 og 3. Flokkur 1 hefur minnst umfang og byggist
jarðtækniskýrsla verkefnis af þessari stærðargráðu oft á sambærilegum verkefnum á sama
eða svipuðu svæði og því ekki þörf á að skýrslan sé mjög umfangsmikil. Umfang skýrslunnar
og þörf fyrir frekari rannsóknir á aðstæðum eykst svo með hverjum flokki. (Bond & Harris,
2008).
Nauðsyn jarðtækniskýrslu af þessu tagi liggur í því að skýrslunni er ætlað að halda utan um
mikilvæg gögn og gera þau aðgengileg. Skýrslan hefur að geyma upplýsingar um hönnunar
forsendur mannvirkisins ásamt rökstuðningi.. Þetta getur skipt sköpum ef eitthvað óvænt
kemur í ljós á framkvæmdatíma t.d að hönnunarforsendur standist ekki.
Helstu efnisþættir
Æskilegt er að jarðtækniskýrsla innihaldi eftirfarandi í stuttu máli:
Það sem talið er víst svo sem efniseiginleikar jarðvegs og klappar.
Gögn eins og lýsingar á svæði og umhverfi, ástand jaðvegs og upplýsingar um
framkvæmdir sem eiga að fara fram.
Aðferðir sem notaðar eru við útreikninga þarna má nefna þær reglugerðir og
staðla sem notaðir eru.
Staðfestingar/sannanir á hinum ýmsu málum sem varða jarðtæknihönnunina eins
t.d. hagkvæmni staðsetningar, hversu mikla áhættu er ásættanlegt að taka,
jarðtæknilegir útreikningar og teikningar ásamt tillögum að undirstöðum.
Áætlun um eftirlit og vöktun á meðan framkvæmdum stendur ásamt gátlista fyrir
verkkaupa sem hægt er að nýta við eftirlit og vöktun að framkvæmdum loknum (Bond
& Harris, 2008)
Til þess að geta skrifað Jarðtækniskýrslu þarf að liggja fyrir skýrsla um jarðgrunnsrannsóknir,
Ground Investigation Report sbr. kafli 3.4 í EC7, á svæðinu og áætlun um eftirlit og rýni að
liggja fyrir.
6
Jarðgrunnsrannsóknarskýrsla
Öll jarðtæknihönnun ætti að vera byggð á niðurstöðum jarðgrunnsrannsókna, þetta á líka við
um lítil og tiltölulega einföld mannvirki. Kafli 3.4.1(1) í Eurocode 7 segir að allar niðurstöður
og upplýsingar sem jarðvegsrannsókn hefur í för með sér þurfi að safna saman og skrá í
jarðgrunnsrannsóknarskýrslu, þessi skýrsla í heild sinni verður svo hluti af jarðtækniskýrslu
eða vísað til hennar.
Í flestum tilfellum er það ekki sami einstaklingurinn sem skrifar
jarðgrunnsrannsóknarskýrsluna og jarðtækniskýrsluna því er gert ráð fyrir að töluverð
samskipti séu á milli þessara aðila, þess sem safnar upplýsingum annarsvegar og þess sem
sér um hönnun og framkvæmd hinsvegar.
Upplýsingum jarðgrunnsrannsóknarskýrslu má yfirleitt skipta í tvo hluta. Fyrri hlutinn er
einskonar kynning á þeim upplýsingum og gögnum sem jarðvegsrannsóknir leiddu í ljós, þ.e.
allar staðreyndir jarðvegsrannsókna og rannsóknastofuprófanna ásamt upplýsingum um
hvernig var staðið að sýnatökum og prófunum. Einnig er æskilegt að taka fram nöfn ráðgjafa
og verktaka, sögu svæðisins, jarðfræði svæðisins þar með talið jarðskjálftasprungum og
reynslu af svipuðum verkum á svæðinu.
Seinni hlutinn inniheldur mat á fyrirliggjandi gögnum og túlkun á þeim, yfirlit yfir vettvang
rannsóknarinnar og rannsóknarstofuprófanir, þá sér í lagi allt það sem þarf að hafa í huga við
túlkun niðurstaðna. Þarna má nefna hvort niðurstöður séu á einhvern hátt takmarkaðar eða
óhagstæðar, hvernig var staðið að sýnatöku, flutningi og geymslu sýna.
Seinni hlutinn inniheldur þar að auki yfirlit yfir mæld gildi og tillögur um frekari rannsóknir og
prófanir sem eru nauðsynlegar og segir hver tilgangur þeirra er. Í þessum hluta á einnig að
greina frá dýpi á grunnvatn frá yfirborði og hvaða áhrif árstíðir hafa á það, greina frá gerð
efnis neðanjarðar byggt á mismunandi bergmyndun ásamt nákvæmri lýsingu á eiginleikum
bergtegunda þar með talið efniseiginleika, beygju- og styrkeigineika. (Eurocode 7, 2004)
(Frank, o.fl., 2009)
Eftirlit og vöktun
Kafli 4 í Eurocode 7 tekur á málum varðandi eftirliti með framkvæmd, reglubundnum
athugunum og vöktun þeirra jarðtæknilegu verkþátta og byggingahluta sem falla undir
Eurocode 7. Í jarðtækniskýrslu á að setja kröfur um þessi málefni fram og lýsa hvernig á að
standa að og framfylgja þeim. Það er ábyrgð hönnuðar að setja þessar kröfur til þess að
athuga hvort þær forsendur sem notaðar voru við hönnun standist. Kröfurnar geta til dæmis
falist í eftirliti og reglubundnum mælingum. Umfang eftirlits fer mikið eftir eðli mannvirkisins
og er það hönnuðarins að ákveða hvað er viðeigandi fyrir hvert og eitt verkefni.
7
Í Eurocode 7 staðlinum er ekki tekið fram hver á að hafa umsjón með eftirliti en það má segja
að gert sé ráð fyrir að hönnuður og eftirlitsaðili hafi samskipti sín á milli og jarðtækniskýrslan
á að leggja línurnar að nauðsynlegum samskiptum vegna eftirlits og vöktunar. Jarðtækni
skýrslan á að innihalda áætlun og lista yfir þá hluti sem að fylgjast með á framkvæmdatíma
og áætlun um vöktun eftir að framkvæmd lýkur. Í skýrslunni kemur fram í hvað jarðtækniflokk
verkefnið er, jarðtækniflokkur segir til um hvert umfang eftirlits þarf að vera.
Viðauki J í Eurocode 7 inniheldur einskonar tékklista yfir mikilvæga hluti sem þarf að fylgjast
með. Listinn er nokkur umfangsmikilli en þó ekki tæmandi og enn og aftur að það ábyrgð
hönnuðar að ákveða hvað skiptir meira máli en annað.
Staðallinn fer fram á að framkvæmdir séu skoðaðar með reglubundnum hætti. Lagt er
áherslu á að ekki líði svo langt á milli skoðana að skoðun sé ekki framkvæmd á mikilvægu
stigi framkvæmda, þarna má nefna sem dæmi uppsetningu undirstaða.
Athugun á framkvæmd skal gerð til þess að athuga hvort að þær séu í samræmi við
teikningar og þær aðferðir sem stuðst var við þegar hönnun fer fram og lýst er í
jarðtækniskýrslu.
Reglubundnar athuganir og mælingar ættu að innihalda eftifarandi atriði og breytingu á þeim
yfir tíma:
Sig jarðgrunns vegna álags frá mannvirki
Spennur frá undirstöðu á jarðgrunn
Póruvatnsþrýstingur
Grunnvatnsstaða
(Eurocode 7, 2004) (Frank, o.fl., 2009)
8
Tillaga að kaflaskiptingu og efnistökum
Hér á eftir er tillaga að kaflaskiptingu og efnistökum jarðtækniskýrslu. Tilgangur kaflans er að
hann nýtist til leiðbeininga þeim sem koma að gerð hennar. Efnistök undirkafla eru aðeins
leiðbeinandi og ættu að taka mið af hverju verkefni fyrir sig.
Tekið skal fram að leiðbeiningar þessar taka mið af íslenskum aðstæðum og því er vísað í
íslenska þjóðarviðauka Eurocode staðlanna þar sem við á.
1. Inngangur
Í inngangi skýrslunnar koma fram grunnupplýsingar um verkið og samantekt á efni hennar.
Greint er frá því hver vinnur skýrsluna og hver er verkkaupi. Lýsa skal svæðinu þar sem
mannvirkið á að rísa með tilliti til núverandi bygginga, jafnvel með yfirlitsmynd.
Í þessum kafla kemur einnig fram í stuttu máli hvort búið sé að gera rannsóknir á svæðinu og
ef svo er þá er tekið fram hver vann þær rannsóknir. Gerð er grein fyrir hönnunarálagi frá
mannvirkinu, sem notað er við útreikninga, og greint frá tillögum að gerð undirstaðna fyrir
mannvirkið.
Æskilegt er að taka fram ef skýrslan þarf að vera rýnd af óháðum aðila og ef eitthvað
óvenjulegt sem er ekki í samræmi við forsendur sem eru settar fram í þessari skýrslu kemur í
ljós eftir að jarðvinna er hafin þá skuli hafa samband við jarðtæknihönnuð verksins.
2. Grundvöllur jarðtæknihönnunar
2.1. Almennt
Hér skal greina frá þeim reglugerðum og stöðlum sem notaðir voru við jarðtæknilegar
útfærslur verkefnisins ásamt öðru sem stuðst er við, við skýrslugerðina.
Sem dæmi má nefna:
EN 1990-1:2002+NA:2008 (Eurocode 0)
EN 1997-1:2004+NA:2008 (Eurocode 7)
EN 1998-1:2004+NA:2008 (Eurocode 8)
Byggingarreglugerð
9
2.2. Jarðtækniflokkur
Eurocode 7 gerir ólíkar kröfur til verka út frá jarðtækniflokkum. Jarðtækniflokkur er ákveðinn
samkvæmt kafla 2.1 (Design requirements) í Eurocode 7. Tilgreina þarf forsendur flokknunar
s.s greina frá hvort rannsóknir hafi verið gerðar.
Jarðtækniflokkur er forsenda þess hve umfangsmikil rýni þarf að vera. Það eftirlit sem talað
er um í Eurocode 7 á við bæði hönnunina og framkvæmdina. Áætlun um eftirlit byggist á í
hvaða jarðtækniflokk verkefnið fellur.
Ef um jarðtækniflokk 1 er að ræða getur talist nægjanlegt að framkvæma sjónræna athugun
á verkstað, huga að gæðastjórnun, mat á framvindu framkvæmdar á byggingartíma og gera
mat strax í kjölfar þess að framkvæmdum lýkur. Frekari athuganir eru líklega ekki
nauðsynlegar.
Ef framkvæmd fellur í jarðtækniflokk 2 geta rannsóknir á eiginleikum jarðvegs og mælingar á
færslum mannvirkis á byggingartíma verið nauðsynlegar.
Ef framkvæmd fellur í jarðtækniflokk 3 er þess karfist að viðbótar mælingar fari fram á
mikilvægum tímamótum í áfangaskiptingu framkvæmdar.
Athugun á jarðgrunni varðar einnig rannsóknir á grunnvatns aðstæðum, sem felur í sér
athuganir á því hvort hönnunarforsendur sem áður hafa verið gerðar standist.
Þegar um jarðtækniflokk 1 er að ræða getur athugun verið takmörkuð við sjónræna skoðun á
jarðvegi og klöpp.
Athuganir á jarðvegi fyrir verk í jarðtækniflokki 2 geta kallað á auknar sýnatökur og prófanir á
staðnum eða á rannsóknastofu. Niðurstöður jarðvegsrannsókna á að nota við mat á
jarðvegsaðstæðum
Jarðtækniflokkur 3 ætti að gera þær viðbótarkröfur við athugun á jarðvegi að framkvæmdar
verði enn frekari rannsóknir á jarðvegi eða fyllingum og prófað sé til að ákveða eiginleika og
styrk og möguleika á formbreytingum efnis. (Frank, o.fl., 2009)
10
Á mynd 1 má finna flæðirit sem getur hjálpað til við ákvörðun á jarðtækniflokk.
Mynd 1. Flæðirit sem hjálpar til við val á jarðtækniflokk. (Simpson & Driscoll, 1998)
11
2.3. Afleiðinga- og áreiðanleikaflokkur
Afleiðingaflokkun mannvirkis CC byggist á því hversu alvarlegar afleiðingar verða vegna
mannfalls eða efnahags-, félags- eða umhverfislegra afleiðinga ef öryggi mannvirkisins
brestur. Áreiðanleikaflokkur RC er síðan valinn í samræmi við afleiðingaflokk samkvæmt
þjóðarviðauka.
Finna má afleiðingaflokka (CC/RC) bygginga samkvæmt töflu B1. í EN 1990 (annex B). Á
Íslandi er notuð tafla úr þjóðarviðauka, hana má sjá í íslenskri þýðingu í töflu 1. Gott er að
rökstyðja val á afleiðingaflokki í þessum kafla.
Afleiðingaflokkur Lýsing Dæmi um mannvirki
CC3 Hár Afleiðingar mannfalls, eða efnahags-, félags- eða umhverfislegar afleiðingar Mjög miklar
Háar byggingar og önnur mannvirki þar sem margt fólk safnast gjarnan saman, til dæmis:
Íbúðarhúsnæði, skrifstofuhúsnæði og verslunarbyggingar sem eru meira en 4 hæðir
Tónlistar hallir, leikhús, íþrótta- og sýningahallir, áhorfendastúkur.
Byggingar sem spanna mikla breidd
Heilsugæslustöðvar og spítalar. Skólar og aðrar menntastofnanir. Byggingar og önnur mannvirki sem eru nauðsynleg öryggi almennings, lögreglustöðvar, og neyðar þjónustustöðvar. Sérstök mannvirki eins og há möstur, síló og turnar nálægt íbúabyggð
CC2 Milli Afleiðingar mannfalls, eða efnahags-, félags- eða umhverfislegar afleiðingar Töluverðar
Byggingar og mannvirki sem tilheyra hvorki flokki CC3 né CC1.
CC1 Lágur Afleiðingar mannfalls, eða efnahags-, félags- eða umhverfislegar afleiðingar Litlar eða óverulegar
Byggingar sem eru 1 og 2 hæðir þar sem fólk heldur ekki oft til, til dæmis vöruhús og byggingar í landbúnaði.
Tafla 1. Íslensk þýðing af töflu B1 í Íslenskum þjóðarviðauka Eurocode 0. (Eurocode 0, 2002)
2.4. Gæðastjórnunarkerfi
Hlutverk gæðastjórnunarkerfa er að sjá til þess að öllum aðilum sem koma að verkinu sé ljóst
þeirra hlutverk sem og hlutverk annarra með einföldum og skýrum hætti. Þetta skilar sér í
vönduðum viðbrögðum starfsmanna, mistökum fækkar vegna góðs undirbúnings og þar með
nýtist vinnutími betur. Í þessu felst að móta stefnu, skilgreina helstu verkferla, semja
verklagsreglur og fleira. (Hansen, 2002)
12
Kafli 2.5 í Eurocode 0 greinir frá kröfum staðalsins til gæðakerfa, þar segir að til þess að
hanna mannvirki sem mætir kröfum og forsendum sem gerðar eru til þess þá þurfi viðeigandi
gæðastjórnunarkerfi að vera til staðar. Þar segir einnig að þessar aðgerðir fela í sér
skilgreiningu á áráðanleika kröfum, skipulags ráðstöfunum og eftirliti á hverju stigi hönnunar,
framkvæmdar og eftirlits.
Tekið er fram að þau gæðakerfi sem hafa hlotið ISO 9001:2000 viðurkenningu uppfylli kröfur
staðalsins um gæðastjórnun. Þessi vottun þýðir að viðurkenndur úttektaraðili hafi tekið
gæðakerfið út og hafi staðist kröfur ISO staðalsins.
Í þessum kafla jarðtækniskýrslunnar er tekið fram hvaða gæðastjórnunarkerfi er notast við og
hvaða kröfur það uppfyllir.
2.5. Rýni á hönnun og framkvæmd
Í Eurocode 0 má finna kröfur til umfangs rýni á hönnun og framkvæmd eftir því í hvaða
áreiðanleikaflokk verkefnið fellur undir. Töflur B4 og B5 í íslenskum þjóðarviðauka Eurocode
0 segja til um umfang rýni. Tafla B4 varðar rýni á hönnun og tafla B5 varðar rýni á
framkvæmdum.
Áráðanleikaflokkur Flokkur
rýni
Skilgreining
CC1; CC2; CC3 Eigin rýni Rýni framkvæmd af þeim aðila sem sá um hönnun.
CC21;CC32 Óháð rýni Rýni framkvæmd af aðila sem kom ekki að hönnuninni til
dæmis samstarfsaðili.
CC33 Rýni þriðja
aðila
Rýni framkvæmd af aðila fyrirtæki sem ekki er beint eða
óbeint efnahagslega tengt því fyrirtæki sem koma að
hönnuninni.
1) Ákvæði um óháða rýni í flokki CC2 á aðeins við um grundvallaratriði verkefnisins. Önnur atriði sem
varða hönnun mega vera rýnd af aðilum sem hafa ekki komið að hönnun á þessum tiltekna hluta
mannvirkis.
2) Mannvirki er í áráðanleikaflokk CC3 og afleiðingar hruns byggingar eru ekki mjög miklar.
3) Mannvirki er í áráðanleikaflokk CC3 og afleiðingar hruns byggingar eru mjög miklar.
Tafla 2. Tafla tekin saman úr upplýsingum úr töflum B4a og B4b í íslenskum þjóðarviðauka Eurocode 0. Taflan segir til um hve mikil og hverskonar rýni þarf að vera til staðar varðandi hönnun. (Eurocode 0, 2002)
13
Tafla 3. Tafla tekin saman úr upplýsingum úr töflum B5a og B5b í íslenskum þjóðarviðauka Eurocode 0. Taflan segir til um hve mikil og hverskonar rýni þarf að uppfyllar varðandi framkvæmdir. (Eurocode 0, 2002)
2.6. Jarðskjálfta- og jarðvegsflokkur
Í þessum kafla á að setja fram hönnunarforsendur sem varða jarðskjálftaálag.
Jarðskjálftaálag er reiknað samkvæmt Eurocode 8. Í kaflanum kemur fram í hvaða
jarðvegsflokk jarðvegsaðstæður falla, mannvirkið er flokkað í jarðskjálftaflokk, sett er fram
grunnhröðunargildi jarðskjálfta og viðeigandi hegðunar og svörunarróf valið.
Í íslenskum þjóðarviðauka grein 2.3.3.2 kemur fram að notast eigi við svörunarróf type 1 á
Íslandi.
Jarðskjálftaflokkur er valinn samkvæmt töflu 4.3 í Eurocode 8. Í íslenska þjóðarviðaukanum
er tekið fram að jarðskjálftaflokkar I, II, III og IV eru nokkurn vegin í samræmi við
áráðanleikaflokka CC1, CC2 og CC3 eins og þeim er lýst í íslenskum þjóðarviðauka
Eurocode 0.
Jarðskjálftastuðull er valin í samræmi við grein 4.2.5(5)P í Eurocode 8.
Áráðanleikaflokkur Flokkur rýni Skilgreining
CC1; CC2; CC3 Eigin rýni Rýni framkvæmd af þeim aðila sem sá um
framkvæmdina.
CC21;CC32 Óháð rýni Rýni framkvæmd af aðilum sem ekki komu að
framkvæmdinni.
CC33 Rýni þriðja
aðila
Rýni framkvæmd af fyrirtæki sem er ekki beint eða óbeint
efnahagslega tengt því sem sá um framkvæmdina.
1) Ákvæði um óháða rýni í flokki CC2 á aðeins við um grundvallaratriði verkefnisins. Önnur atriði sem
varða hönnun mega vera rýnd af aðilum sem hafa ekki komið að hönnun á þessum tiltekna hluta
mannvirkis.
2) Mannvirki er í áráðanleikaflokk CC3 og afleiðingar hruns byggingar eru ekki mjög miklar.
3) Mannvirki er í áráðanleikaflokk CC3 og afleiðingar hruns byggingar eru mjög miklar.
14
Jarðskjálftaflokkur Byggingar Jarðskjálftastuðull
skv. 4.2.5(5)P
I Byggingar sem skipta litlu máli fyrir öryggi almennings. 1=0.8
II Venjulegar byggingar sem eiga ekki heima í öðrum
flokkum. 2=1.0
III Byggingar þar sem þol gegn jarðskjálftum skiptir miklu
máli með tilliti við afleiðingar hruns byggingar t.d. skólar samkomu staðir, menningar stofnanir o.s.frv.
3=1.2
IV Byggingar þar sem skiptir miklu máli fyrir öryggi
almennings að haldist heilar þegar jarðskálftar verða, t.d. spítalar slökkviliðsstöðvar, orkuver o.s.frv.
4=1.4
Tafla 4. Val jarðskjálftaflokkar. Tafla 4.3 í Eurocode 8 ásamt gildum fyrir jarðskjálftastuðul. (Eurocode 8, 2003)
Jarðvegsflokkur er ákveðin í samræmi við Eurocode 8 (hluti 1) tafla 3.1.
Jarðvegs flokkur
Lýsing á jarðlögum
Parametrar
s,30 (m/s) SPT
(högg/30cm) Cu (kPa)
A Klöpp eða svipuð jarðfræðileg myndun, þar sem mest 5m lag er veikara efni viðyfirborð.
>800 - -
B
Setlag með mjög þéttum sandi, möl eða mjög stífum leir, sem eru að minnsta kosti nokkrir tugir metra að þykkt, sem einkennast af stöðugri aukningu á styrkbreytum með dýpi
360-800 >50 >250
C Djúp setlög af þéttum til meðalþéttum sandi, möl eða stífum leir sem eru allt frá nokkrum tugum til nokkra hundruða metra þykk.
180-360 15-50 70-250
D
Setlög sem saman standa af lítt tilmiðlungs þéttum samloðunarlausum jarðvegi (með eða án mjúkra jarðlaga sem hafa samloðun), eða setlög úr mestmegnis mjúkum til þétts samloðandi jarðvegs
<180 <15 <70
E
Samsetning jarðvegs sem samanstendur af
árframburði í yfirborði sem hefur s gildi jarðvegsflokks C eða D og þykkt á bilinu 5m til
20m sem liggur ofan stífari jarðvegs með s
gildi >800m/s.
S1 Setlög sem samanstanda af eða innihalda a.m.k. 10m þykk lög af leir/silti sem hefur hátt Plastískt svið (PI>40) og hátt rakastig
<100 (leiðbeinandi gildi)
- 10-20
S2
Setlög úr jarðvegi sem er hætt við ysjun, kvikum leir, eða öðrum jarðvegsgerðum sem ekki falla undir flokka A-E eða S1
Eurocode 7 tilgreinir ekki hvaða aðferðir á að nota við jarðtæknilega útreikninga til að
ákvarða til dæmis stöðugleika en gerir þess í stað kröfu um að þessar athuganir séu
framkvæmdar með því að margfalda gildi með hlutstuðlum.
Hlutstuðla fyrir útreikninga má finna í Annex A. Þau gildi sem þar eru gefin upp eru aðeins
leiðbeinandi og geta verið breytileg í þjóðarviðauka hvers lands fyrir sig. (Frank, o.fl., 2009)
Við jarðtæknilega hönnun geta mismunandi markástand (e. limit states) átt við, og þarf að
sannreyna með útreikningum að hönnunin standist skilyrði þeirra markástanda sem eiga við.
Þessi skilyrði ætti að velja út frá mati hvað er líklegt að geti komið fyrir á framkvæmdatíma og
við notkun á mannvirkinu. (Frank, o.fl., 2009)
Í jarðtæknilegri hönnun koma nokkur markástönd til greina við brotmarksástand, þeim er lýst
í grein 2.4.7.1 í Eurocode 7 og þau eru:
EQU: stöðugleikatap mannvirkis eða jarðgrunns, sem eru talin fullkomlega stífir, þar sem
styrkur burðarvirkis og jarðgrunns eru óverulegur til að bæta stöðugleika og veita mótstöðu.
STR: innra brot eða miklar formbreytingar á mannvirki eða burðareiningum, þar með talið
undirstöður, staurar og kjallaraveggir, þar sem styrkleikur mannvirkisins sér fyrir mestri
mótstöðu.
GEO: brot eða óhófleg formbreyting á jarðgrunni, þar sem styrkur jarðvegs eða klappar sjá
fyrir mestri mótstöðu.
16
UPL: stöðugleikatap mannvirkis eða jarðgrunns af völdum uppdrifs vegna vatnsþrýstings eða
annara lóðrétta krafta.
HYD: stöðugleikatap vegna minnkunar á virkum spennum vegna breytinga á
grunnvatnshæð, útskolunar og myndun rása af völdum vatnsstiguls.
(Eurocode 7, 2004)
Þrjár hönnunarnálganir (e. design approaches) eru settar fram fyrir hönnunarmörkin STR og
GEO. Þessar nálganir eru ólíkar af því leiti hvernig þær úthluta hlutstuðlum á milli
mismunandi álags, efnis eiginleika og burðargetu. Í þjóðarviðauka hvers lands kemur fram
hvaða hönnunarnálgun skal velja. (Eurocode 7, 2004).
Í íslenska þjóðarviðaukanum grein 2.4.7.3.4.1(1) kemur það fram að hönnunarnálgun 1, DA1,
eigi að nota við jarðtæknilega hönnun að undanskildri hönnun á staurum, en við hönnun á
þeim á að notast við hönnunarnálgun DA2. (Íslenskir þjóðarviðaukar við evrópska
þolhönnunarstaðla, 2010)
Hönnunarnálganir eru gefnar upp sem ójafna, sem dæmi má nefna A1+M1+R1 þar sem +
táknar að þessir hlutstuðlar séu samsettir á þennan hátt.
A (Actions) táknar hlutstuðla álags og þá er að finna í töflu A.3, annex A í Eurocode
7.
M (Materials) táknar hlutstuðla fyrir kennistyrk jarðvegs og þá er að finna í töflu A.4,
annex A í Eurocode 7.
R (Resistance) táknar hlutstuðla fyrir burðargetu og þá er að finna í töflum A.5 og A.6,
annex A í Eurocode 7.
Hönnunarnálgun 1: gerir ráð fyrir að athuganir á broti í jarðvegi og mannvirki séu aðskildar.
Þetta er gert með tvennskonar samsetningum á hlutstuðlum.
Fyrri samsetningin hefur samsetninguna A1+M1+R1 og miðar að öruggri hönnun gegn
óhagkvæmum skekkjum í kenniálagi og áhrifum kenniálags meðan hönnunargildi jarðvegs
eru þau sömu og kennigildin.
Seinni samsetningin hefur samsetninguna A2+M2+R1 og miðar að því að veita örugga
hönnun gegn óhagkvæmum skekkjum í kennistyrk jarðvegs og óvissum í reiknimódeli þegar
gert er ráð fyrir að hönnunargildi varanlegra álaga séu mjög nálægt því að vera jöfn
kennigildum sínum og að breytilegt álag frá mannvirkinu geti verið örlítið skekkt á
óhagkvæman hátt.
17
Hönnunarnálgun 2: hefur eina samsetningu á hlutstuðlum A1+M1+R2 og er notað til að
athuga hvort jarðvegur/mannvirki standist hvert viðeigandi brotstigs tilfelli.
Ekki verður farið í hönnunarnálgun 3 í þessari ritgerð þar sem hún er ekki notuð á Íslandi og
þær leiðbeiningar sem þessi ritgerð inniheldur miðar að íslenskum aðstæðum
Í töflunum hér fyrir neðan má finna íslenska þýðingu á áður nefndum töflum um hlutstuðla.
Töflur A.3 og A.4 má finna í íslenskum þjóðarviðauka Eurocode 7 og A.5 í Eurocode 7
Álag Tákn
Sett
A1 A2
Varanlegt
Óhagkvæmt
G Gildi fyrir G og Q er ákveðið samkvæmt töflu A1.2(B) í ÍST EN 1990:2002/NA:2010
Gildi fyrir G og Q er ákveðið samkvæmt töflu A1.2(C) í ÍST EN 1990:2002/NA:2010
Hagkvæmt
Breytilegt
Óhagkvæmt
Q Hagkvæmt
Tafla 7. Íslensk þýðing á tölfu A.3 í íslensku þjóðarskjali Eurocode 7. Hlutstuðlar fyrir álag. (Íslenskir þjóðarviðaukar við evrópska þolhönnunarstaðla, 2010)
18
Jarðvegs breyta Tákn
Settb,c
M1 M2
Skriðhorna ´ 1,0 1,25
Samloðun c‘ 1,0 1,25
Skerstyrkur við ódrenerað
ástand
cu 1,0 1,4
Einása þrýstistyrkur qu 1,0 1,4
Rúmþyngd 1,0 1,0
a) Hlutstuðli þessum er beitt á tan ‘.
b) Ef það er óvænlegra, þá á að margfalda kennistyrk jarðvegs með hlutstuðli.
c) Ef það er stigvaxandi hætta á broti í efnum sem hafa stökka eiginleika og algengt er að
leysa verkefnið á þann hátt, þá á að hækka gildi hlutstuðla.
d) Þegar verið er að greina heildarstöðugleika núverandi aðstæðna getur verið að lægri
hlutstuðull sé útreiknaður. Þessi tilfelli verða að vera metin með tilliti til hugsanlegs
skriðufalls og heildarstöðuleika. Í þessum tilfellum er venjulega gert ráð fyrir að hver
framkvæmd sé hönnuð með það í huga að hlutstuðlar haldist eins eða hækki og komið í
veg fyrir þætti sem rýra stöðugleika.
Tafla 8. Íslensk þýðing á töflu A.4 í þjóðarskjali Eurocode 7. Hlutstuðlar fyrir jarðvegsbreytur. (Íslenskir þjóðarviðaukar við evrópska þolhönnunarstaðla, 2010)
Mótstaða Tákn
Sett
R1 R2 R3
Burður R;v 1,0 1,4 1,0
Skrið R;h 1,0 1,1 1,0
Tafla 9. Íslensk þýðing á tölfu A.5 í Eurocode 7. Hlutstuðlar fyrir burðargetu grunnra undirstaða. (Eurocode 7, 2004)
19
3. Forsendur jarðtæknihönnunar
Í kafla 2.4.1(2) í Eurocode 7 er þess getið að taka þurfi tillit til að þekking á eiginleikum
jarðvegs byggist á umfangi og gæðum jarðtæknirannsókna. Slík þekking og gott eftirlit á
framkvæmdatíma eru yfirleitt mikilvægari en nákvæmni í reiknilíkönum og notkun á
hlutstuðlum til að grundvallarkröfur til grundunar verði uppfylltar. (Eurocode 7, 2004).
Úr þessu má því lesa að góð jarðtæknihönnun byggist á því að jarðvegsrannsóknir séu vel
og fagmannlega unnar. Því ætti alltaf að huga að því hvort gögnin komi frá traustum aðilum.
3.1. Almennt
Hér á að telja öll þau gögn sem notuð eru við jarðtæknihönnun. Til dæmis má nefna
rannsóknarskýrslur og minnisblöð.
3.2. Styrkbreytur
Í þessum kafla er gert grein fyrir styrkleika gildum sem eru notuð til útreikninga á
jarðvegsstyrk. Ef eftir á að framkvæma þessar rannsóknir er við hæfi að segja hverskonar
rannsóknir þarf að gera til þess að hægt sé að meta styrk jarðvegs.
4. Ástand jarðvegs
Grunnrannsóknir eru gerðar til þess að ákvarða eiginleika jarðvegs sem er til staðar á
byggingasvæði. Yfirborð og undirlag getur haft áhrif á hvað getur verið byggt og hvernig, því
hafa þessir þættir bein áhrif á hvernig staðið er að hönnun og framkvæmdum.
Grunnrannsóknum má skipta í rannsóknir á vettvangi þ.e. boranir og sýnatökur annars vegar
og rannsóknir á rannsóknarstofu á sýnum frá vettvangi.
Landslag og gróður getur haft áhrif á aðgengi nauðsynlegra véla og tækja sem nota þarf við
framkvæmdir á svæðinu. Frágangur á yfirborðsefni sem hefur þurft að grafa upp og fjarlægja
getur líka verið vandamál.
Upplýsingar um jarðgrunn á byggingasvæði eru mikilvægar. Upplýsingar um gerð jarðvegs
og jarðlög eru notaðar til þess að hanna undirstöður mannvirkja og skipulegga aðra
neðanjarðar hönnun og vinnu. Við rannsókn á jarðvegi í undirlagi kemur í ljós hvort þörf sé á
að drena vatn og hvort það þurfi að styðja við jarðveg við uppgröft sbr. notkun á stálþili til að
koma í veg fyrir streymi vatns og/eða broti í jarðvegi.
Loftmyndir geta komið að góðum notum og í sumum tilfellum eru jarðtæknilegar upplýsingar
aðgengilegar, s.s. hæðarlínugrunnar og kort sem sýna samsetningu jarðvegs og jarðlaga á
svæði. Þó að kort og myndir séu aðgengilegar þarf nánast alltaf að gera grunnrannsóknir á
framkvæmdasvæðum til þess að fá sem nákvæmastar upplýsingar. Þessar upplýsingar eru
oftast fundnar með borunum og jarðvegssýnatökum (McCarthy, 2007)
20
4.1. Eldri grunnrannsóknir
Oft vill svo til að áður sambærilegt verkefni verið unnið á svæðinu. Til dæmis sambærilegt
hús sem hefur verið byggt á nálægum stað, við sömu jarðvegsskilyrði. Mjög æskilegt er að
nýta þær upplýsingar sem eru nú þegar til, þar sem nú þegar er komin sambærileg reynsla. Í
sumum tilfellum getur þetta sparað rannsóknir og vinnu.
Í þessum kafla á að telja upp eldri rannsóknir sem nýtast við jarðtæknihönnun og hvenær
þær voru framkvæmdar. Ekki er alltaf nauðsynlegt að fara í niðurstöður þessara rannsókna
en það þarf í hverju tilfelli fyrir sig.
4.2. Nýjar rannsóknir
Boranir og jarðvegssýnatökur eru notaðar til þess að greina jarðlög á undirliggjandi svæðum
og greina efni sem á að nýta við mannvirkjagerð.
Efni í undirlagi er kannað á staðnum með því að grafa gryfjur og með því að bora eftir sýni á
þekktu dýpi til skoðunar. Hægt er að nota bæði sýni sem hafa fengist með borunum og
sýnatöku gryfjum til að rannsaka og greina á rannsóknastofu. Margar mismunandi aðferðir og
tæki eru notuð við sýnatökur, við þessar sýnatökur eru stundum tekin óhreyfð sýni til að spilla
ekki náttúrulegu ástandi jarðvegsins.
Við boranir eru mismunandi aðferðum beitt til að afla upplýsinga um jarðveg, mismunandi
aðferðir við boranir skila ólíkum upplýsingum og geta verið mis dýrar og tímafrekar.
Algengar vettvangsrannsóknir:
SPT borun (Standard penetration test) til að kanna eiginleika og styrk jarðvegs.
CPT borun (Cone penetration test) til að kanna eiginleika og styrk jarðvegs.
Kjarnaborun (Core rock drilling) til að meta gerð og styrk klappar og hvort hún sé
sprungin eða því um líkt.
Cobraborun er einföld og ódýr framkvæmd til að kanna dýpi á fast þar sem jarðvegur
er laus við grjót eða stærri steina sem valdið geta mistúlkun á dýpi á fast
Prófunar gryfjur (Test pits) til að kanna jarðlög og kanna stöðu grunnvatns.
(McCarthy, 2007)
Hér á að greina frá þeim rannsóknum sem hafa farið fram í tengslum við verkið. Þarna má til
dæmis nefna boranir og jarðvegssýna tökur.
21
4.3. Rannsóknarstofu vinna
Sú vinna sem fer fram á rannsóknarstofu miðar að því að lýsa efniseiginleikum og flokka
jarðvegssýni. Hér á eftir kemur umfjöllun um helstu próf sem gerð eru á Íslandi. Farið er í
stuttu máli í framkvæmd þeirra og hvaða gildi má finna með hverju prófi.
Í þessum kafla skýrslunnar er gerð grein fyrir rannsóknum sem gerðar hafa verið og greint
frá niðurstöðum.
Kornastærðardreifing
Byrjað er á að þurrka sýni við 110°C þar til allur vökvi og raki eru farin úr sýninu og það því
hætt að léttast. Sýnið er svo vigtað og heildarþyngd þess skáð áður ef það er skolað og
fínefni sem erum minni en 0,063mm eru fjarlægð úr sýninu. Þegar búið er að fjarlæga
fínefnin er sýnið þurrkað og vigtað eins og áður. Sýnið er þá sigtað í þar til gerðum sigtum
sem hafa mismunandi möskvastærð.
Sigtaröð sem er gjarnan notuð til ákvörðunar á kornastærðardreifnigu er á bilinu 0,063mm til
90mm og er byggð upp á þann hátt að möskvastærð sigtis er tvisvar sinnum meiri en
möskvastærð sigtisins fyrir neðan. Leyfilegt er að bæta sigtum inn í röðina. Þau sigti eru
leyfileg eru tiltekin í ISO 565 staðlinum, möskvastærð þeirra er yfirleitt 1,4 sinnum stærri en
sigtið á undan.
Þegar búið er að sigta sýnin er það sem er á hverju sigti vigtað og fundið út hve stórt hlutfall
sýnisins er af hverri stærð. Þessar upplýsingar eru svo notaðar til að draga upp sáldurferil
efnisins.
Gildandi staðall um mælingu á kornastærðardreifingu er ÍST EN 933-1. (Vegagerðin, 2012)
Proctorpróf
Sýninu er skipt í nokkra hluta sem hafa sitt hvort rakainnihaldið. Prófið gengur út á að
staðlaður hamar er látin falla úr ákveðinni hæð, áveðið oft á hvert lag af sýninu. Tvær
tegundir af proctorprófun eru notaðar standard og modified.
Þegar standard proctorpróf er gert er 2,5kg hamar látin falla úr 300mm hæð, 50 högg fyrir
hvert lag en í þessu prófi eru lögin þrjú. Þegar modified proctorpróf er gert er 4,5kg hamar
látin falla úr 450mm hæð, 50 högg fyrir hvert lag en í þessu prófi eru lögin fimm.
Þegar efnið hefur verið þjappað í mótið er vigtað til að sjá hversu mikið efni komst i mótið.
Þessar upplýsingar eru notaðar til að finna samband þurrar rúmþyngdar efnis og
rakainnihalds. Þá er hægt að sjá við hvaða rakastig efnið hefur mesta þjöppun.
Gildandi staðlar um proctorpróf eru ASTM D698 fyrir standard og ASTM D1557 fyrir
modified. (Vegagerðin, 2012)
22
Kornarúmþyngd
Gildandi staðall um ákvörðun kornarúmþyngdar og mettivatns er ÍST EN 1097-6 en þar eru
gefnar upp 3 mismunandi mæliaðferðir þar með talda pyknometer aðferðina sem er útskýrð
að ofan.
Kornarúmþyngd er hægt að ákvarða með pyknometer aðferð. Sýnið er látið liggja í bleyti þar
til það er vatnsmettað (u.þ.b. 24 klst.). Þegar sýnið er tekið úr vatnsbaðinu er það einungis
yfirborðsþurrkað, gert er ráð fyrir því að eftir yfirborðsþurrkun sé sýnið enn vatnsmettað.
Yfirborðsþurrt og vatnsmettað sýni er vigtað.
Sýni er sett í pyknometer sem fylltur er með vatni að ákveðnu marki og vigtaður, til
samanburðar er annar pyknometer fylltur með vatni að sama marki og viktaður en í honum er
ekki sýni. Að lokum er sýnið þurrkað við 110°C þar til allur vökvi og raki eru farin úr sýninu og
það því hætt að léttast. Sýnið er svo vigtað og heildarþyngd þess skráð. (Vegagerðin, 2012)
Sýndarrúmþyngd:
𝜌𝑎=𝜌𝑊
𝑀4
𝑀4 − (𝑀2 − 𝑀3)
Ofnþurr rúmþyngd:
𝜌𝑟𝑑=𝜌𝑊
𝑀4
𝑀1 − (𝑀2 − 𝑀3)
Yfirborðsþurr, mettuð
rúmþyngd:
𝜌𝑠𝑠𝑑=𝜌𝑊
𝑀1
𝑀1 − (𝑀2 − 𝑀3)
Mynd 2. Ákvörðun á kornarúmþyngd og mettivatni með pyknometer aðferð. (Vegagerðin, 2012)
Þríásapróf
Tekið er óhreyft sýni, eða búið til t.d í proctor móti, sem er tálgað til í sívalning af ákveðnu
þvermáli og sett í gúmmíhúð. Sýnið getur verið þjappað eða óhreyft úr mörkinni. Sýninu er
komið fyrir í þrýstisellu og sellan fyllt af vatni. Yfirleitt eru gerð þrjú próf við mismunandi
hliðarþrýstingi á sýnið með því að breyta vatnsþrýstingnum. Mælitækjum er komið fyrir til að
mæla hliðarþrýstinginn, póruþrýstinginn lóðrétt álag á sýnið og lóðrétta samþjöppun sýnisins
undan álagi. (Vegagerðin, 2012)
23
Oedometerpróf (e. one-dimensional laboratory consolidation test)
Jarðvegssýni er sett í málm sívalning sem er lokað með tveimur gljúpum steinum sitt hvoru
megin. Sýnin eru venjulega 63,5mm að þykkt og 25,5mm þykk. Sett er álag á sýni með
vægisarmi og sig mælt með mæli sem gefur gildi uppá örkvarða. Á meðan prófinu stendur er
sýnið hulið vatni. Álagið er látið virka í 24 klukkustundir og eftir það er álagið oftast tvöfaldað
þannig að þrýstingurinn á sýnið tvöfaldast einnig og mælingum á þjöppun er haldið áfram.
Niðurstöður eru svo settar fram í formi grafs sem sýnir þjöppun sýnisins sem fall af tíma. Á
grafinu sést að þjöppunin skiptist í þrjú stig. Fyrsta stigið er frumsig kem kemur að mestu leiti
til vegna upphafsálags. Á stigi tvo kemur aðal sig fram, á meðan henni stendur er umfram
vatni í pórum umbreytt í virka spennu með brottnámi vatns í prórum. Þriðja stig sigs hefst
þegar allur umfram póruþrýstingur er uppurinn, þegar samþjöppun á sér stað vegna
plastískrar samþjöppunar í efninu sjálfu. (Das, 2007)
Rakastig
Borin er saman þyngd sýnis fyrir og eftir þurrkun og með því fundið út rakahlutfall efnisins.
Gildandi staðall um mælingu á rakastigi er ÍST en 1097-5. (Vegagerðin, 2012)
Húmusinnihald
Þetta próf segir til um hve mikið magn af lífrænum óhreinindum séu í sýninu. Sýni er þurrkað
við 55°C í ofni og sigtað með 4mm sigti. Þær agnir sem eru minni en 4mm og fara í gegnum
sigtið eru notaðar í prófið. Sýnið er látið liggja í natríum hydroxíð lausn í 24klst og kemur þá
litur á lausnina. Sú lausn sem sýnið er í er svo borin saman við viðmiðunarsýni til að komast
að því hvert magn lífrænna efna er.
Gildandi staðall um lífræn óhreinindi er ÍST EN 1744-1 (Vegagerðin, 2012)
4.4. Landslag og ástand jarðvegs
Í þessum hluta skýrslunnar er gert grein fyrir landslagi á fyrirhuguðu framkvæmdasvæði, þar
sem gerð er grein fyrir staðsetningu. Loftmyndir nýtast vel við þennan þátt skýrslunnar..
Greint er frá nýtingu svæðisins þ.e. hvort og undir hvað það hafi verið notað undir áður og
hvort búið sé að raska jarðveginum. t.d. með efnistöku .
Sagt er frá því hvernig landið liggur, hvort það sé flatt eða fari hækkandi og jafnvel sagt frá
niðurstöðum hæðarmælinga séu þær eru til staðar.
Ef gera þarf einhverjar ráðstafanir við uppgröft er það tekið fram hér. Þörf gæti verið á
yfirbreiðslum, drenerandi efnum og metið hvort uppgröftur geti farið fram í frosti ef með þarf
Hér eru settar fram kröfur um fylliefni eins og við á . Greint er frá því hve mikill halli má vera á
fláa svo ekki sé hætta af skriði
24
4.5. Jarðvegsmengun
Jarðvegsmengun og mengun í grunnvatni er hægt að skilgreina í megin atriðum sem tilkomu
efna sem hafa áhrif á fyrirhugaða notkun svæðisins. (McCarthy, 2007) Þetta geta verið efni
sem hafa áhrif á frammistöðu byggingarefna og efni sem skaða heilsu manna og dýra.
Í byggingarreglugerð, grein 15.1.2 um mengun á byggingasvæði segir:
„Við hönnun og undirbúning vegna byggingar mannvirkis skal metið hvort líkur séu á að
mengun finnist á því svæði þar sem fyrirhugað er að mannvirkið rísi.
Sé ástæða til að ætla að mengun finnist í jarðvegi þar sem byggja á mannvirki ber eiganda
lóðar að sjá til þess að mengaður jarðvegur sé meðhöndlaður í samræmi við ákvæði laga um
meðhöndlun úrgangs og reglugerða settum samkvæmt þeim og að gripið sé til nauðsynlegra
ráðstafana til að hindra frekari útbreiðslu mengunarinnar og til að tryggja öryggi þeirra sem
koma til með að nýta mannvirkið og umhverfi þess.“ (Byggingareglugerð, 2014)
Ekki eru til handbærar upplýsingar eins og yfirlitskort um hvar mengun í jarðvegi er að finna á
Íslandi. Við mat á hvort jarðvegur eða grunnvatn er mengað er gott að fara yfir sögu og fyrri
notkun á svæðinu. Ef minnsti grunur um að mengun sé til staðar á að gera athuganir í
samræmi við það.
4.6. Grunnvatn og póruþrýstingur
Ef mælingar á stöðu grunnnnvatns liggja fyrir þegar skýrslan er skrifuð eru niðurstöður
mælinga settar fram hér þ.e., hve langt undir yfirborði grunnvatn liggur og í hvaða kóta. Ef
póruþrýstingur hefur verið mældur kemur hann einnig fram hér.
5. Nágrenni framkvæmdasvæðis
Framkvæmdir geta haft áhrif á byggingar,strengi, leiðslur og annað sem er í nágrenni
framkvæmdasvæðis. Mikilvægt er að búið sé að kanna nágrenni framkvæmdasvæðisins með
það í huga hvort þurfi að gera ráðstafanir á framkvæmdatíma til þess að sem minnst rask
verði á umhverfi eða hvort hægt sé að komast hjá því.
Sem dæmi má nefna grunna eru grafnir nálægt núverandi byggingum þarf að huga að hvort
stöðugleika hennar sé raskað á meðan framkvæmdum stendur. Vita þarf hvar strengir og
leiðslur liggja áður en jarðvinna hefst svo komist verði hjá því að rjúfa þær og þar með vera í
hættu með að valda nábúum svæðisins óþægindum og koma í veg fyrir fjárhagslegt tjón
vegna viðgerða.
25
5.1. Núverandi byggingar
Kanna verður hvort fyrirhugaðar framkvæmdir hafi áhrif á byggingar í nágrenni
framkvæmdasvæðisins. Huga verður að því hvernig framkvæmdir hafa áhrif á stöðugleika
núverandi bygginga, hvort undirstöðum verði raskað við uppgröft og hvernig aðgengi verður
háttað ef byggingin er í notkun á meðan framkvæmdum stendur.
5.2. Strengir og leiðslur
Kortleggja verður hvar strengir og leiðslur liggja ef þær eru til staðar til þess að koma í veg
fyrir óþarfa tjón og óþægindi við framkvæmdir. Þessar upplýsingar má í sumum tilfellum
nálgast hjá Orkuveitunni og sveitarfélögum.
6. Undirstöður
Hægt er að segja að flest öll mannvirki noti jörðina sem endanlega undirstöðu, jarðvegur á
byggingasvæði verður sjálfkrafa eitt af byggingarefnunum og hefur áhrif á stöðugleika
mannvirkisins. Jarðvegur getur verið veikara efni en önnur byggingaefni s.s. timbur, stál og
steypa og til þess að bera það álag sem jarðvegurinn þarf að bera þarf oft að dreifa álaginu á
stóran flöt. Til þess að flytja álag frá bygginga hlutum og niður í jarðveginn þarf að nota
undirstöður á þann hátt að jarðvegurinn verði ekki fyrir of mikilli streitu sem veldur alvarlegu
sigi í jarðveginum. Undirstöður eru valdar með eigileika undirlagsins í huga, til að þær geti
sinnt hlutverki sínu. (McCarthy, 2007).
Við hönnun á undirstöðum þarf að taka tillit til öryggis vegna jarðvegsbrots, skriðs og sig má
ekki vera það mikið að það mikið að byggingin þoli það ekki.
Í þessum kafla skýrslunnar á að leggja fram tillögu að undirstöðu fyrir mannvirkið. Gert er
grein fyrir valinu með útreikningum eða vísað í gögn.
6.1. Almennt
Til eru margar gerðir af undirstöðum en það má skipta þeim í tvo flokka, grunnar undirstöður
og djúpar undirstöður. Þessi flokkun gefur til kynna á hvaða dýpi undirstaðan er og á hvaða
dýpi sá jarðvegur er sem hefur mestan styrk. Undirstöður með undirstöðufót (spread footing)
og fleka undirstöður eru venjulega flokkaðar í flokk grunnra undirstaða. Undirstöðufótur eða
fleki er einfaldlega stækkun á undirstöðufleti staurs eða veggjar sem ber álag sem gerir það
mögulegt að dreifa álagi á stærri flöt af jarðvegi. Í flokki dýpri undirstaða eru staurar. Staurar
eru notaðar fyrir þyngri mannvirki sem þurfa að hafa undirstöður á miklu dýpi til að taka á
móti álagi eða þar sem jarðvegurinn er ekki af nægilegum styrkleika. Staurar eru gerðar úr
timbri, steypu eða stáli og flytja álag frá mannvirki í neðri lög jarðvegsins. Staurum má skipta
í tvo flokka eftir því hvernig þeir bera álag, viðnáms eða endaburðar staura.
26
Einnig er borað fyrir stólpum (e. drilled shafts), þá er borað í jarðvegsgrunninn og fyllt upp að
með steypu. Það sem einkennir stólpa frá staurum er að ummál þeirra er mun meira. (Das,
2007)
Undirstöðufætur eru vanalega úr steypu, járnbentri eða ójárnbentri en þó hafa önnur efni
verið notuð eins og timbur. Undirstöður af þessari gerð geta haft margskonar lögun t.d.
ferhyrnda, trapisulaga og langar lengjur, (línuundirstöður). Á mynd 3 má sjá dæmi um lögun.
Lögun undirstöðu er yfirleitt ákveðin með það í huga að sami þrýstingur verði á jarðveginn frá
undirstöðunum.
Þegar um undirstöður undir veggi og einstaka súlur er að ræða er álaginu oftast komið fyrir á
miðri undirstöðu en þegar undirstaðan ber álög tveimur eða fleiri á súlum er oft nauðsynlegt
að undirstaðan sé rétthyrnd eða trapisulaga. (McCarthy, 2007)
Mynd 3. Ýmsar gerðir undirstöðufóta (University of Palestine, 2008)
Það má segja að flekaundirstaða sé einn stór undirstöðufótur sem nær yfir stóran flöt. Öll
lóðrétt álög frá veggjum og súlum eru borin af þessari einu undirstöðu. Þessi tegund af
undirstöðu er notuð þegar fyrirséð er að einstaka undirstöðufætur undir hverja súlu mun vera
óæskilega nálægt hvorum öðrum. (McCarthy, 2007)
27
Mynd 4. Flekaundirstaða (McCarthy, 2007)
Sraurar eru burðareiningar gerðar úr stáli, steypu eða timbri. Þær eru notaðar til að mynda
stauraundirstöður, þær liggja á miklu dýpi sem getur verið kostnaðarsamara í framkvæmd en
að nota grunnar undirstöður. Þó er oft nauðsynlegt að nota staura til þess að tryggja að
undirstöðurnar virki eins og skyldi. Þetta á við í tilfellum eins og þegar efri jarðlögin eru of
veik til að bera mannvirkið þá er hægt að nota staura til að flytja álagið niður á klöpp eða
sterkari jarðlög séu þau til staðar. (Das, 2007)
6.2. Burðargeta jarðvegs
Hér á að setja fram gögn um burðargetu jarðvegs. Burðargetu jarðvegs á að reikna
samkvæmt mældum jarðvegsgildum. Burðargeta eykst eftir því sem undirstöðurnar ná yfir
stærri flöt, því er til dæmis gott að setja burðargetu jarðvegs fram sem fall af breidd
undirstöðu ef ekki er búið ljúka hönnun á undirstöðu.
Kafli 6.5.2 (bearing resistance) í Eurocode 7 kemur að burðargetu jarðvegs við hönnun á
undirstöðum. Þar segir að lóðrétt hönnunarálag (𝑉𝑑) skuli vera minna en eða jafnt og
hönnunarstyrkur jarðvegs (𝑅𝑑) undir undirstöðum:
𝑉𝑑 ≤ 𝑅𝑑
𝑅𝑑 á að reikna samkvæmt jöfnu 2.4 í Eurocode 7. Þar segir að þegar hugað er að
brotmarksástandi stöðufræðilegs jafnvægis eða færslu mannvirkja eða jarðar yfir höfuð á að
sannreyna að 𝐸𝑑𝑠𝑡;𝑑 ≤ 𝐸𝑠𝑡𝑏;𝑑 + 𝑇𝑑
Í gildinu 𝑉𝑑 á að telja með þyngd undirstöðunnar, þyngd á fyllingarefni og jarðþrýsting hvort
sem hann hagkvæmur hagkvæmur eða óhagkvæmur. (Eurocode 7, 2004).
28
Mynd 5. Afstöðumynd krafta. (Bond & Harris, 2008)
Mynd 5 sýnir undirstöðu sem ber varanlegt og breytilegt álag frá mannvirki. Þyngd
undirstöðunnar og fyllingarinar telst sem varanlegt álag. Á myndinni er búið að skipta 𝑉𝑑 og
𝑅𝑑 út fyrir qEd og qRd þar sem qEd er hönnunarþrýstingur á jörðina og qRd er hliðstæð
hönnunarburðargeta jarðvegs.
Kennigildi burðargetu jarðvegs qEk má finna með eftirfarandi:
𝑞𝐸𝑘 =(𝑉𝐺𝑘 + ∑ 𝜓𝑖𝑉𝑄𝑘,𝑖) + 𝑊𝐺𝑘𝑖
𝐴′
Hönnunargildi burðargetu er fundið með:
𝑞𝐸𝑑 =𝛾𝐺(𝑉𝐺𝑘 + 𝑊𝐺𝑘) + 𝛾𝑄(∑ 𝜓𝑖𝑉𝑄𝑘,𝑖)𝑖
𝐴′
Þar sem A‘ er virkt flatarmál undirstöðu og þar sem 𝛾𝐺 og 𝛾𝑄 eru hlutstuðlar fyrir varanlegt og
breytilegt álag. Notast er við virkt flatarmál í reikningum vegna þess hve geta undirstöðu til að
bera álag minnkar þegar hjámiðja er á álaginu á undirstöðuna (e. Eccentrically loaded).
𝐴′ = 𝐵′ × 𝐿′ = (𝐵 − 2𝑒𝐵) × (𝐿 − 2𝑒𝐿)
Þar sem 𝑒𝐵 er fjarlægð álags frá miðju undirstöðu á lengd hennar og 𝑒𝐿 fjarlægð álags frá
miðju undirstöðu á breidd hennar. Þessar stærðir þurfa þó að uppfylla:
𝑒𝐵 ≤𝐵
6 og 𝑒𝐿 ≤
𝐿
6
29
Þegar kemur að því að finna burðargetu jarðvegs gefur Eurocode 7 okkur þrjá kosti;
Er gert grein fyrir jarðtæknilegum útreikningum sem varða hönnun og teikningar?
2.8.(4); 2.8.(5)-3; 2.8.(5)-7
2.5 Rýni á hönnun og framkvæmd
Er sett fram áætlun um eftirlit og vöktun, þ.e. tíðni, og hver er ábyrgur.
2.8.(5)-4; 2.8.(5)-5
2.5 Rýni á hönnun og framkvæmd
Er gefið upp hver tilgangur mælinga er og gefið til kynna hvernig á að túlka niðurstöður rannsókna?
2.8(6) 8. Athugasemdir Er búið að útbúa úrdrátt úr jarðtækni skýrslu fyrir verkkaupa sem inniheldur áætlun um eftirlit og vöktun að framkvæmdatíma loknum?