Geoteknikk

Geoteknikk eller ingeniørgeologi er vitenskapen om sedimenters fysiske styrke til å tåle påkjenninger ved f.eks. veibygging. Fagfeltet omfatter vitenskapelige metoder og ingeniørmetoder til innsamling og tolkning av jordskorpemateriale for løsning på ingeniøroppgaver.

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

Ingeniørgeologene kartlegger og vurderer faren for skred, flom og jordskjelv.

Fagbeskrivelse

Geoteknikk er et bygningsingeniør-fag som omhandler egenskaper til 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 undersøkelse av undergrunnens jord og grunnfjell på og under interesseområdet for å bestemme ingeniør-egenskapene så som hvordan de vil reagere med, på eller i et foreslått byggverk. 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 kan så bestemme og utforme type av fundamenering, jordarbeider og/eller pavement subgrade som er nødvendig for å bygge konstruksjonen. Fundamenering er utformet og konstruert for byggverk av ulike størrelser som høyhus, broer, middels til store kontorbygg og mindre byggverk hvor jordforholdene ikke tillater standard utforming.

Fundamenering for byggverk over bakken omfatter grunne og dype fundameneringer. Retaining strukturer omfatter jord-fylte dammer og støttemurer. Jordarbeider omfatter voller, tunneler, strandflater, kanaler, reservoirer, avfallsplass for miljøfarlig avfall og sanitærfyllinger.

Geoteknisk engineering er også relatert til kyst- og hav ingerniørarbeid. Kyst engineering kan omfatte design og konstruksjon av wharves, marinaer, og jetties. Hav engineering kan omfatte fundamentering og ankersystemer for offshore strukturer som oljeplatformer.

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

Historikk

Karl Terzaghi (1883 - 1963) regnes som far for moderne jordmekanikk og geoteknisk byggearbeid.

Geoteknikk-ingeniører

Geoteknikk-ingeniører er typisk høyeregradsakademikere etter fire års sivilingeniørprogram og har ofte mastergrad. USA videreutdanner ingeniører som er uteksaminert fra en ABET-skole, har flere års arbeidserfaring og bestått ingeniør-eksamen. California har i tillegg et lisensprogram for geotekniske ingeniører som på forhånd er utdannet til sivilingeniører.

Jordmekanikk

I geoteknisk ingeniørfag er jord et materiale i tre faser: bergarts- eller mineral-partikler, 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 relativ quantities of mineral, vann og luft i jordmatriksen. Finpartikler er definert som partikler mindre enn 0.075 mm i diameter.

Jordegenskaper

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

Total enhet vekt

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 enhetsvekt: 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.

void ratio er forholdet mellom volum av hulrom til volum av faste partikler i jord. Void ratio er mamatisk relatert til porøsitet og er mer vanlig brukt i geotekniske formler enn porøsitet.

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 underkonsolidert, normal-konsolidert eller over-konsolidert.

Som verb; prosess der vann presses ut av jordmatriks ved belastning, som resulterer i at jorden deformeres eller avtar i volum med tiden.

Skjærstyrke 

Skjær-stress som jord kan tåle uten å gi etter.

Atterbergsgrense 

Flytegrense, plastisk grense, og shrinkage grense, relatert til plastisitet til jord. Brukt ved beregning av egenskaper, byggearbeid i jord og i jordklassifisering.

Geoteknisk undersøkelse

Se også utdypende artikkel Geoteknisk undersøkelse

Geotekniske ingeniører utfører geotekniske undersøkelser for å få informasjon om fysiske egenskaper til jord og bergart under eller ved siden av et sted for å designe jordarbeider og fundamenteringer for planlagte strukturer og for reparasjon av jordarbeider og strukturer som er ødelagt ved forhold i undergrunnen. En geoteknisk undersøkelse omfatter overflateundersøkelse og undersøkelse av undergrunnen 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, eller det kan være så enkelt som en ingeniør går en runde på området for å observere fysiske forhold på stedet.

For å innhente informasjon om jordforhold i undergrunnen er noen form for undergrunnsundersøkelse nødvendig. Metodene for å observere jord under overflaten, ta prøver, og bestemme fysiske egenskaper av jord og bergart omfatter testgroper, grøfting (spesielt for å lokalisere forkastninger og skredflater), boringer, og cone penetration tester.

Boringer kan være stor-diameter og liten-diameter. Stor-diameter boringer er sjelden brukt på grunn av sikkerhet og kostnad, men er enkelte ganger brukt for å la geolog eller ingeniør visuelt og manuelt eksaminere jord- og bergartsstratigrafi in-situ. Liten-diameter boringer brukes ofte for å la en geolog eller ingeniør eksaminere jord eller bergarts borekaks, for å hente dype jordprøver,og for å gjøre in-place jordtester. Cone Penetration Test (CPT) gjøresved hjelp av en instrumentstav med konisk spiss, som presses inn i jorden hydraulisk. Et vanlig CPT instrument reporterer resistans og friksjonsresistans langs friksjonkraven, som sitter like over tuppen. CPT data har vært korrelert til jordegenskaper. Noen ganger brukes også andre instrumenter i CPT-staven.

geofysisk undersøkelse kan også være aktuelt; geofysiske teknikker som brukes for undergrunnsundersøkelse omfatter måling av seismisk bølge (trykk, skjær, og Rayleighbølge), ved hjelp av ovreflatebølge-metoder og/eller borehullsmetoder, og elektromagnetiske målinger (magnetometer, resistivitet og ground-penetrating radar).

Underjordiske anlegg

Fagfeltet geoteknikk er sentralt ved bygging av 'underjordiske anlegg. Økende bygging av undergrunnsanlegg i moderne samfunn; noe som kan være av miljøhensyn, energisparende eller økonomiske årsaker.

• Gruve
• Anlegg for utnyttelse av jordvarme
• Tunnel for samferdsel
• Vann- og avløpstunnel
• Lager
• Underjordisk Industrianlegg
• Underjordisk kraftverk
• Underjordisk deponi

Installasjoner på havbunnen

Risiko for skred og jordskjelv er større under vann enn i luft, og inspeksjon av installasjoner er også mer komplisert.

• Oljeplattform
• Rørledning
• Enheter for produksjon av olje og gass på havbunnen

Geoteknikk i Norge

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

• Karl von Terzaghi
• Ivan Th. Rosenqvist
• Ralph Peck

Kjente norske forskere

• Kaare Høeg
• Laurits Bjerrum (Opprinnelig dansk)
• Nilmar Janbu

Se også

• NGI - Norges Geotekniske Institutt
• Norges Geologiske Undersøkelse

Eksterne lenker

• NGI

Litteratur

• 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