Jordskjelv og grunnforhold i geoteknisk prosjektering

Ved prosjektering for jordskjelv må det vurderes hvordan seismisk påvirkning overføres gjennom grunnen til fundamenter og konstruksjoner

Behovet for vurdering avhenger blant annet av byggverket, belastningen og grunnforholdene på stedet. Denne artikkelen handler ikke om hvordan jordskjelv oppstår, men om hvilken betydning jordskjelv har for byggegrunn, fundamentering og geoteknisk prosjektering.

Jordskjelv som del av konstruksjonssikkerheten

Norge er et lavseismisk område, men jordskjelv er likevel en påvirkning som skal håndteres i prosjekteringen av byggverk. Bevegelser i grunnen overføres gjennom fundamentene til bæresystemet, og samspillet mellom grunn, fundament og konstruksjon avgjør hvordan byggverket påvirkes.

Vurderingen inngår i den samlede prosjekteringen av mekanisk motstandsevne og stabilitet. TEK17 og kravene til konstruksjonssikkerhet stiller krav om tilfredsstillende sikkerhet mot brudd og tilstrekkelig stivhet og stabilitet for de lastene som kan oppstå. Kravene omfatter også geotekniske og bergmekaniske arbeider.

Hvilke regler gjelder ved prosjektering for jordskjelv?

TEK17 § 10-2 om konstruksjonssikkerhet

TEK17 stiller funksjonskrav: Byggverk skal ha tilfredsstillende sikkerhet mot brudd og tilstrekkelig stivhet og stabilitet, og sikkerheten skal dokumenteres.

Veiledningen til TEK17 § 10-2 viser til NS-EN 1990 med underliggende standarder NS-EN 1991–1999 som grunnlag for å dokumentere blant annet grunnforhold, mekanisk motstandsevne og stabilitet. I Norge skal standardene brukes sammen med de norske nasjonale tilleggene.

Eurokode 8 – prosjektering for seismisk påvirkning

Eurokodene som prosjekteringsgrunnlag omfatter også NS-EN 1998 – Eurokode 8, som angir bestemmelser for prosjektering av bygg- og anleggskonstruksjoner for seismisk påvirkning.

Standarden fastsetter seismiske laster og inneholder utelatelseskriterier – regler for når full jordskjelvberegning kan utelates, knyttet til lastnivå og enkle bygg. Selve beregningen og dimensjoneringen av konstruksjonens bæresystem hører primært til konstruksjonsprosjekteringen, RIB, og behandles derfor ikke i detalj her.

Frem til andre generasjon eurokoder publiseres samlet med nasjonale tillegg, er første generasjon fortsatt gjeldende prosjekteringsgrunnlag i Norge.

NS-EN 1998-5 – fundamenter, støttekonstruksjoner og geotekniske forhold

Den geoteknisk viktigste delen er NS-EN 1998-5, som gjelder fundamenter, støttekonstruksjoner og geotekniske forhold. Gjeldende norsk utgave er NS-EN 1998-5:2004+NA:2014.

Det er denne delen som knytter jordskjelvprosjekteringen direkte til grunnforholdene på tomten – og dermed til geoteknikerens arbeid.

Hvorfor har grunnforholdene betydning ved jordskjelv?

Berg og løsmasser reagerer forskjellig

Grunnens oppbygning og stivhet påvirker hvordan bevegelser fra berggrunnen overføres til terrengoverflaten og videre til fundamentene. Et bygg fundamentert direkte på berg kan få en annen påvirkning enn et bygg fundamentert på mektige løsmasser.

Kunnskap om lagdeling, dybde til berg og materialegenskaper må derfor inngå i grunnlaget for prosjekteringen. Slike forhold avklares normalt gjennom grunnundersøkelser tilpasset tiltaket og tomten.

Løse og bløte jordlag

Løse og bløte jordlag kan påvirke bevegelsene ved terrengoverflaten, gi deformasjoner i grunnen, endre belastningen på fundamentene og påvirke samvirket mellom grunnen og konstruksjonen.

I løst lagret, vannmettet sand kan sykliske belastninger i ytterste konsekvens gi flytning, også kalt liquefaction, der grunnen midlertidig mister bæreevnen.

Norsk leire og kvikkleire som sensitiv jordart har på sin side en særegen syklisk oppførsel, der både belastningshastighet og gradvis nedbryting av fasthet kan inngå i den geotekniske vurderingen.

Lagdeling og grunnvann

Vurderingen handler ikke om én jordtype alene, men om helheten:

  • lagrekkefølge
  • lagenes mektighet
  • styrke- og stivhetsegenskaper
  • grunnvannsforhold
  • dybde til berg
  • variasjoner over tomten

To tomter med samme jordart i overflaten kan derfor gi svært ulike forutsetninger for prosjekteringen.

Grunntypen styrer den seismiske påvirkningen

I prosjekteringen klassifiseres byggegrunnen i grunntyper etter Eurokode 8, primært ut fra skjærbølgehastigheten i de øverste jordlagene.

Grunntypen påvirker hvor mye grunnen kan forsterke de seismiske bevegelsene, og er dermed et direkte bindeledd mellom grunnforholdene på tomten og lastene konstruksjonen dimensjoneres for.

Hva vurderer geoteknikeren?

I prosjekter der seismisk påvirkning inngår i prosjekteringsgrunnlaget, kan geoteknikeren blant annet vurdere:

  • eksisterende kunnskap om grunnforholdene
  • behovet for supplerende geotekniske grunnundersøkelser
  • lagdeling og dybde til berg
  • klassifisering av grunntype for den seismiske vurderingen
  • relevante styrke- og deformasjonsegenskaper
  • fundamenteringsforhold
  • stabilitet av fyllinger, skråninger og støttekonstruksjoner
  • geoteknisk grunnlag som skal brukes videre av konstruksjonsrådgiveren
  • behovet for supplerende geotekniske analyser

Arbeidet inngår i den ordinære geotekniske prosjekteringen utført av RIG, der seismisk påvirkning er én av flere forutsetninger som må ivaretas.

Fundamentering ved seismisk påvirkning

Direkte fundamentering

Ved direkte fundamentering vurderes blant annet:

  • undergrunnens bæreevne
  • deformasjoner og setninger
  • kontakt mellom fundament og grunn
  • mulige differansebevegelser
  • glidning og stabilitet der dette er relevant

Vurderingen må samordnes med lastene og fundamentreaksjonene som kommer fra konstruksjonsprosjekteringen.

Pelefundamentering

Ved pelefundamentering er samvirket mellom pel, jord og konstruksjon sentralt. Varierende jordlag og horisontale påvirkninger stiller krav både til det geotekniske grunnlaget og til koordineringen mellom RIG og RIB.

Geoteknikeren vurderer normalt jordens egenskaper, peleforholdene og samvirket med grunnen, mens konstruksjonsrådgiveren dimensjonerer konstruksjonselementene og bæresystemet.

Eksisterende fundamenter

Endret bruk, påbygg og økte laster kan aktualisere en ny vurdering av eksisterende fundamenter.

Ofte er kunnskapen om eksisterende fundamentering mangelfull. Da må det først avklares hvilket grunnlag som finnes, hvilke forutsetninger som ble brukt opprinnelig, og om det er behov for nye undersøkelser eller kontrollberegninger.

Støttekonstruksjoner, skråninger og fyllinger

NS-EN 1998-5 omhandler ikke bare byggets fundament. Også følgende forhold kan inngå i den geotekniske vurderingen:

  • jordtrykk mot støttemurer
  • stabilitet av støttekonstruksjoner
  • fyllinger og terrenginngrep
  • skråningsstabilitet
  • samvirket mellom grunn, konstruksjon og terreng
  • permanente og midlertidige konstruksjoner

Geotekniske konstruksjoner tilordnes normalt samme seismiske klasse som konstruksjonen de støtter. En skråning under et landkar til en bru vurderes for eksempel i samme klasse som selve brua.

For veganlegg, fyllinger og andre samvirkekonstruksjoner mellom jord og konstruksjon, som ikke er direkte omtalt i Eurokode 8, gir Statens vegvesens rapport nr. 604, utarbeidet av NGI, praktiske anbefalinger som supplement til standarden.

Må alle bygg dimensjoneres for jordskjelv?

Nei, ikke nødvendigvis – men spørsmålet må håndteres innenfor prosjekteringsgrunnlaget.

Eurokode 8 inneholder utelatelseskriterier knyttet både til lastnivå og til enkle bygg. Om kriteriene er oppfylt, avhenger blant annet av:

  • byggverkets utforming og konstruksjonssystem
  • seismisk påvirkning på stedet
  • grunnforholdene
  • grunntypen
  • prosjektets øvrige forutsetninger

At jordskjelvberegning kan utelates, betyr ikke at temaet aldri er vurdert. Beslutningen skal tas og dokumenteres av ansvarlig prosjekterende, og konkrete terskelverdier må alltid kontrolleres mot gjeldende standard og nasjonalt tillegg.

Grensesnittet mellom geotekniker og RIB

Geoteknikeren, RIG, beskriver og modellerer grunnforholdene, fastsetter geotekniske parametere og vurderer fundamentering, støttekonstruksjoner og stabilitet.

Rådgivende ingeniør bygg, RIB, fastsetter konstruksjonsmodellen, beregner jordskjelvlastene, analyserer bæresystemet og dokumenterer bygningens konstruksjonssikkerhet.

Felles grensesnitt omfatter blant annet:

  • laster fra konstruksjonen
  • stivhet i fundament og grunn
  • jordfjærer og andre modellforutsetninger
  • horisontale bevegelser
  • fundamentreaksjoner
  • deformasjoner og tillatte bevegelser
  • seismisk klasse og prosjekteringsforutsetninger

Forutsetningene må være konsistente i RIG- og RIB-modellen. Rollefordelingen må også være tydelig dokumentert av ansvarlig prosjekterende innen geoteknikk og øvrige ansvarlige fag.

Hvilken dokumentasjon kan være nødvendig?

Dokumentasjonsbehovet avhenger av tiltaket, grunnforholdene og hvordan ansvaret er fordelt i prosjektet.

Aktuelle leveranser kan være:

Ikke alle leveransene kreves i alle prosjekter. Omfanget må tilpasses tiltaket, kompleksiteten og grunnforholdene.

Når bør geotekniker involveres?

Geotekniker bør normalt involveres tidlig når prosjektet omfatter:

  • usikre eller komplekse grunnforhold
  • bløte eller mektige løsmasser
  • større bygg eller konstruksjoner
  • pelefundamentering
  • støttemurer eller spunt
  • skråninger og fyllinger
  • eksisterende bygg som skal påbygges eller endres
  • behov for koordinering mellom fundamentering og bæresystem
  • mangelfull dokumentasjon av eksisterende grunn- og fundamenteringsforhold

Tidlig involvering gjør det enklere å gjennomføre nødvendige grunnundersøkelser, fastsette riktige prosjekteringsforutsetninger og avklare grensesnittet mot RIB før konstruksjonsløsningen låses.

Vanlige spørsmål

Har Norge krav til jordskjelvprosjektering?

Ja. TEK17 § 10-2 krever tilfredsstillende konstruksjonssikkerhet, og Eurokode 8 med norsk nasjonalt tillegg brukes som prosjekteringsgrunnlag for seismisk påvirkning – selv om Norge er et lavseismisk område.

Har jordtypen betydning ved jordskjelv?

Ja. Grunnens stivhet, lagdeling, mektighet og grunnvannsforhold påvirker hvordan bevegelser overføres til fundamentet, og hvilke forutsetninger som må legges til grunn i prosjekteringen.

Er jordskjelvberegning geoteknikerens ansvar?

Geoteknikeren vurderer normalt de geotekniske forutsetningene, blant annet grunnforhold, grunntype, parametere og fundamentering.

RIB beregner og dimensjonerer vanligvis bygningens bæresystem for jordskjelvlastene. Arbeidet krever derfor koordinering mellom geoteknisk prosjekterende RIG og ansvarlig konstruksjonsrådgiver.

Må små bygg beregnes for jordskjelv?

Ikke alltid. Eurokode 8 har utelatelseskriterier for lastnivå og enkle bygg, men vurderingen må gjøres konkret for hvert prosjekt og dokumenteres av ansvarlig prosjekterende.

Kan eksisterende grunnundersøkelser brukes?

Det avhenger av undersøkelsenes kvalitet, omfang, plassering og alder – og av om de gir parameterne som trengs for den aktuelle vurderingen.

Eksisterende data kan ofte brukes som en del av grunnlaget, men må suppleres dersom de ikke dokumenterer lagdeling, dybde til berg eller nødvendige styrke- og stivhetsegenskaper.

Trenger prosjektet en vurdering av grunnforholdene?

Geotekniker AS vurderer grunnforhold, fundamentering og geotekniske forutsetninger for bygg- og anleggsprosjekter. Ved prosjektering for seismisk påvirkning kan vi utarbeide det geotekniske grunnlaget og samarbeide med ansvarlig konstruksjonsrådgiver.

Ta kontakt dersom du trenger en geoteknisk vurdering eller rapport tilpasset prosjektet.