Geoteknikk

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Gå til: navigasjon, søk

Geoteknikk er en ingeniørvitenskap som behandler de byggetekniske egenskapene for jord- og bergarter i byggeteknisk henseende. Fagfeltet omfatter vitenskapelige metoder og ingeniørmetoder til innsamling og tolkning av jordskorpemateriale for løsning på ingeniøroppgaver. Geoteknikk omfatter både jord på fastlandet og på havbunnen.

Geoteknikk omfatter fagfelter som jordstyrke, bergartsstyrke, geofysikk, hydrologi og tilgrensende fagområder.

Fagbeskrivelse[rediger | rediger kilde]

Geoteknikk er et bygningsingeniørfag som omhandler egenskaper til jord og hvordan man skal bygge på, i eller av jord. Faget innebærer å undersøke undergrunnen og materialer, stipulere risiko ved grunnforhold, designe fundamentering og overvåke grunnforhold og fundamentering.

Et typisk geoteknisk prosjekt begynner med grunnundersøkelser, hvor jordens egenskaper, grunnfjell, grunnvannsnivå og spesielt svake jordlag på og under interesseområdet kartlegges. Jordlagenes stivhet og styrkeegenskaper bestemmes for å vurdere responsen fra grunnen etter et inngrep. Inngrepet kan være oppføring av et byggverk eller en konstruksjon, utlegging av fylling til veg eller andre formål eller en utgraving. Både permanente inngrep og midlertidige inngrep må vurderes. Eksempelvis trenger ikke plasseringen av et bygg medfører en reduksjon av stabiliteten, mens den midlertidige utgravingen kan gi redusert sikkerhet fram til bygget er reist. Åstedsundersøkelse er nødvendig for å få en forståelse av området som byggingen skal foregå i eller på. Undersøkelser kan omfatte beregning av risiko for mennesker, eiendom og miljø ved naturkatastrofer som jordskjelv, skred, innsynkning, kvikkleire, jordutglidning og steinsprang.

En geotekniker vurderer ut fra resultatene fra grunnundersøkelsene hvordan fundamentene bør utformes, hvordan jordarbeidene må utføres og om jorden tåler belastningen fra inngrepet. Jordens egenskaper setter begrensningene for hvilke(n) fundamenteringsløsninger som kan velges. Tyngden av konstruksjonen vil nødvendigvis også spille inn. Fundamentering omfatter grunne og dype fundameneringer og peling. Støttekonstrukturer omfatter jordfylte dammer og støttemurer. Jordarbeider omfatter voller, tunneler, strandflater, kanaler, reservoirer, avfallsplass for miljøfarlig avfall og sanitærfyllinger.

Geoteknisk prosjektering er også relatert til kyst- og offshoreingeniørarbeid. Kystingeniørarbeid kan omfatte design og konstruksjon av havner, marinaer, og brygger. Offshoreingeniørarbeid kan omfatte fundamentering og ankersystemer for offshorekonstruksjonerer som oljeplatformer og havvindmøller.

Fagfeltene geoteknikk og ingeniørgeologi er nært relatert, og overlapper på noen områder, men geoteknisk engineering er et spesialfelt innenfor ingeniørvitenskap, mens ingeniørgeologi er et spesialfelt innenfor geologi.

Geoteknikk krever i større grad enn mange andre ingeniørvitenskaper høye krav til kunnskaper om nasjonale og lokale forhold. På grunn av landhevingen etter istiden er store områder på østlandet, i Trøndelag og langs kysten i Nord-Norge dominert av marine leirer avsatt i saltvann. Etter hvert som saltet vaskes ut med tiden blir leirstrukturen ustabil og leiren får en kvikk oppførsel. Kvikkleire har ikke nødvendigvis lavere styrke enn annen leire, men viser sprø oppførsel ved brudd. Dette betyr at leiren viser få eller ingen tegn til svakhet før brudd. Etter brudd mister kvikkleire praktisk talt all styrke og blir en tykk, flytende "suppe". Mindre kvikkleireskred forekommer årlig i Norge, men faren for større skred er vedvarende i mange folkerike områder. Sverige har også store områder dekket av marine leirer.

Historikk[rediger | rediger kilde]

Karl Terzaghi (1883 - 1963) regnes som far for moderne jordmekanikk og geoteknisk byggearbeid.[1] Norsk geoteknikk fikk en kraftig oppsving som følge av de store investeringene i Nordsjøen.

Geoteknikk-ingeniører[rediger | rediger kilde]

Geoteknikk-utdannelsen er typisk et femårig sivilingeniørstudie fra Bygg- og miljøteknikkprogrammet ved NTNU. NTNU tilbyr også et toårig, internasjonalt MSc-program i Geotechnics and Geohazards. UiO tilbyr også masterprogram med fordypning i geoteknikk. USA videreutdanner ingeniører som er uteksaminert fra en ABET-skole, har flere års arbeidserfaring og bestått ingeniør-eksamen.[2] California har i tillegg et lisensprogram for geotekniske ingeniører som på forhånd er utdannet til sivilingeniører.

Jordmekanikk[rediger | rediger kilde]

I geoteknisk ingeniørfag er jord et materiale i tre faser: bergarts- eller mineralpartikler, vann og luft. Porerommet i jord, rommet mellom mineralpartiklene, består av vann og luft.

Ingeniøregenskapene til jord påvirkes av fire hovedfaktorer: Gjennomsnittlig størrelse til mineralpartiklene, type mineralpartikler, kornfordeling, og sammensetningen av jordmatriksen. Finpartikler er definert som partikler mindre enn 0.075 mm i diameter.

Jordegenskaper[rediger | rediger kilde]

Følgende jordegenskaper brukes av geotekniske ingeniører i analyser av lokalforhold og design av jordarbeider, retaining strukturer og fundamentering.

Tyngdetetthet
Kumulativ vekt av de faste partiklene, vann og luft i materiale per enhet volum. Merk at luft ofte regnes som vektløst.
Tørrvekt: Vekt av faste partikler i jord per volumenhet.
Mettet tyngdetetthet: Vekt av jord når alle hulrom er fylt med vann slik at luft ikke er tilstede per volumenhet. Merk at dette forekommer typisk under vannspeilet
Porøsitet 
Forholdet mellom porerommet (luft og/eller vann) i jord til totalvolum jord uttrykt i prosent. Porøsitet på 0% betyr at det verken er luft eller vann i jorden.
Poretakk er forholdet mellom volum av hulrom til volum av faste partikler i jord. Poretallet er matematisk relatert til porøsitet og uttrykker det samme. Normalt er porøsitet mer brukt i norsk litteratur, mens amerikansk litteratur bruker som hovedregel poretallet.
Permeabilitet (geologi) 
Mål for evnen til vann til å strømme gjennom jord, uttrykt i enheter for hastighet.
Konsolidering 
Som substantiv; tilstand for jord med hensyn til tidligere belastningsforhold; jord kan være normalkonsolidert eller overkonsolidert.
Som verb; prosess der vann presses ut av jordmatriks ved belastning. Kornskjellet overtar belastning og i at jorden deformeres med tiden og er årsaken til setninger.
Skjærstyrke 
Skjærspenningen som jorden kan tåle uten å gå til brudd.
Atterbergsgrense 
Flytegrense, plastisitetsgrense, og shrinkage grense, relatert til plastisitet til jord. Brukt ved beregning av egenskaper, byggearbeid i jord og i jordklassifisering.

Geoteknisk undersøkelse[rediger | rediger kilde]

Se også utdypende artikkel Geoteknisk undersøkelse

Geotekniske ingeniører utfører geotekniske undersøkelser for å få informasjon om fysiske og mekaniske egenskaper til jord under eller ved siden av et sted for å designe jordarbeider og fundamenteringer for planlagte strukturer og for reparasjon av jordarbeider og konstruksjoner som er ødelagt ved forhold i undergrunnen. En geoteknisk undersøkelse omfatter overflateundersøkelse og undersøkelse av jordlagene på et sted. Noen ganger brukes geofysiske metoder for å innhente data om steder. Undersøkelse av undergrunnen omfatter jordprøver og laboratorieundersøkelse av jordprøver.

Overflateundersøkelse kan omfatte Geologisk kartlegging, geofysiske metoder og Fotogrammetri, samt befaring hvor geoteknikere visuelt inspiserer området for å se etter typiske kjennetegn som kan si noe om grunnforholdene.

For å innhente informasjon om jordforhold i undergrunnen er noen former for grunnundersøkelser nødvendig. Feltundersøkelser som undersøker jordens egenskaper in situ er som regel mindre arbeidskrevende og derfor billigere og utføres i relativt stort omfang for et byggeområde. Feltundersøkelser omfatter metoder som totalsondering, trykksondering, dreisondering og vingeboring. Videre tas som regel en eller flere jordprøver fra en eller flere dybder for å undersøke jorden grundigere ved hjelp av laboratorieundersøkelser. Resultatene fra felt- og laboratorieundersøkelsene sammenlignes og korreleres. Lagdeling, dybde til fjell, poretrykk, mekaniske og fysiske egenskaper fastsettes og utgjør grunnlaget for den geotekniske prosjekteringen.

Jordprøvene kan som sylinderprøver og blokkprøver. Blokkprøver er sjelden brukt på grunn av kompleksitet og kostnad, men er enkelte ganger nødvendig for visuell inspeksjon av jord- og bergartsstratigrafi in-situ for særlige sensitive jordarter som kvikkleirer. Sylinderprøver brukes for samme formål, men siden det er billigere enn blokkprøvene er bruken mer utstrakt. Det er mulig å ta jordprøver fra større dyp ved hjelp av sylinderprøver enn ved hjelp av blokkprøver. Trykksondering (CPT) gjøres ved hjelp av en instrumentstav med konisk spiss, som presses nedover i jorden hydraulisk. Et vanlig CPT instrument reporterer konmotstand og friksjon langs sylinderen som sitter like over konen. Som regel måles også poretrykkstilstanden like bak konen. Noen ganger måles også andre egenskaper i CPT-undersøkelser. CPT data har vært korreleres vanligvis mot jordegenskaper fra laboratorieundersøkelser. Resultatene fra CPT-målinger kan plottes mot dybden og er svært nyttig for å si noe om lagdelingen i jorda.

Geofysiske undersøkelser kan også være aktuelle; geofysiske teknikker som brukes for undergrunnsundersøkelse omfatter måling av seismisk bølge (trykk, skjær, og Rayleighbølge), ved hjelp av overflatebølge-metoder og/eller borehullsmetoder, og elektromagnetiske målinger (magnetometer, resistivitet og georadar).

Underjordiske anlegg[rediger | rediger kilde]

Fagfeltet geoteknikk er sentralt ved bygging av underjordiske anlegg. Underjordiske anlegg kan ha fordeler som miljøhensyn, energisparende eller plassbesparende.

Installasjoner på havbunnen[rediger | rediger kilde]

Risiko for skred og jordskjelv er større under vann enn i luft på grunn av høyere poretrykk. Prinsippene og mekanismene er de samme for jord under vann som for jord på fastland, men tilgjengeligheten er som regel lavere. Grunnundersøkelser blir derfor vesentlig vanskeligere. Høyere poretrykk og generelt dårligere egenskaper for jord på havbunnen øker også kompleksiteten. Fagområdet kalles ofte for Marin geoteknikk for å tydeliggjøre en viss forskjell fra tradisjonell geoteknikk for jord på fastlandet.

Geoteknikk i Norge[rediger | rediger kilde]

International Centre for Geohazards (ICG), Forsker på risiko skadebegrensning av geologirelaterte fenomen som jordskjelv eller jordskred. Senterleder Farrokh Nadim, Norges Geotekniske Institutt, NGI, Oslo. ICG er tilknyttet Senter for fremragende forskning, SFF.

Kjente forskere[rediger | rediger kilde]

Kjente norske forskere[rediger | rediger kilde]

Se også[rediger | rediger kilde]

Referanser[rediger | rediger kilde]

  1. ^ Soil Mechanics, Lambe,T.William and Whitman,Robert V., Massachusetts Institute of Technology, John Wiley & Sons., 1969.
  2. ^ «Licensure for ingeniører». Besøkt 11. desember 2006. 

Eksterne lenker[rediger | rediger kilde]

Litteratur[rediger | rediger kilde]

  • Krynine and Judd, 1957, Principles of Engineering Geology and Geotechnics: McGraw-Hill, New York.
  • Richard E. Goodman: Engineering Geology for Civil Engineers. John Wiley and Sons, New York, 1993. Oxford &IBH publishers, 1996, India D.Venkat Reddy