Overkonsolidering beskriver en tilstand der jord tidligere har vært utsatt for høyere effektiv belastning enn den har i dag. Dette er særlig viktig i leire, fordi belastningshistorien påvirker stivhet, styrke, setninger og hvordan grunnen reagerer på nye bygg, fyllinger, støttemurer og terrengendringer.
En overkonsolidert leire kan oppføre seg relativt stivt så lenge ny belastning ligger under tidligere maksimal belastning. Hvis belastningen overstiger dette nivået, kan jorda få plastiske og varige deformasjoner. Da kan setningene bli betydelig større.
For å forstå overkonsolidering må man også forstå effektiv spenning, poretrykk og setninger i grunnen.
Hva betyr overkonsolidering?
Overkonsolidering betyr at jorda tidligere har vært utsatt for større effektiv belastning enn den har i dag. Den største tidligere effektive belastningen kalles forkonsolideringstrykk eller forbelastning.
Jord kan bli overkonsolidert av flere årsaker, blant annet:
- tidligere islast
- erosjon som har fjernet overliggende masser
- tidligere høyere terrengnivå
- grunnvannssenkning
- uttørking
- fryse- og tineprosesser nær overflaten
- tidligere fylling eller belastning som senere er fjernet
- geologisk avlastning over lang tid
- tidsavhengige effekter i leire
Dagens terrengnivå og dagens last forteller derfor ikke alltid hele historien. Jorda kan ha en belastningshistorie som fortsatt påvirker hvordan den oppfører seg.
Normalt konsolidert og overkonsolidert leire
En leire er normalt konsolidert når dagens effektive overlagringstrykk omtrent tilsvarer den største effektive belastningen leira tidligere har vært utsatt for.
En leire er overkonsolidert når den tidligere har vært utsatt for høyere effektiv belastning enn den har i dag.
Forskjellen er viktig fordi leira oppfører seg ulikt ved ny belastning:
- Normalt konsolidert leire får ofte større setninger ved ny last.
- Overkonsolidert leire kan være stivere ved små tilleggsbelastninger.
- Hvis ny last overstiger tidligere maksimal belastning, kan setningene øke tydelig.
- Styrke og deformasjonsegenskaper påvirkes av konsolideringshistorien.
Dette er særlig relevant ved fundamentering, bæreevne, fyllinger, støttemurer og vurdering av dårlig grunn.
Hva er OCR?
OCR står for overkonsolideringsgrad. OCR beskriver forholdet mellom tidligere største effektive belastning og dagens effektive overlagringstrykk.
OCR defineres vanligvis som:
OCR = p′c / p′0
Der:
- p′c er forkonsolideringstrykket, altså den største effektive spenningen jorda tidligere har vært utsatt for
- p′0 er dagens effektive overlagringstrykk i punktet som vurderes
Siden OCR bygger på tidligere og dagens effektive spenninger, må poretrykk, tyngdetetthet og lagdeling være riktig vurdert.
Forenklet betyr dette:
- OCR = 1: jorda er normalt konsolidert
- OCR > 1: jorda er overkonsolidert
- høy OCR: jorda har tidligere vært belastet vesentlig mer enn i dag
OCR er en tolkningsparameter, ikke bare et regnetall. Verdien må vurderes sammen med lagdeling, poretrykk, prøvekvalitet, ødometerforsøk, sonderinger og geologisk historie.
Kan OCR være mindre enn 1?
Nei. Overkonsolideringsgrad skal per definisjon normalt ikke være mindre enn 1. OCR er forholdet mellom tidligere største effektive spenning og dagens effektive overlagringstrykk. Den tidligere største belastningen kan ikke fysisk være lavere enn dagens belastning dersom jorda tolkes riktig.
Hvis beregninger eller tolkninger gir OCR < 1, bør beregningsgrunnlaget kontrolleres. Da bør man blant annet vurdere:
- om tyngdetettheten er riktig bestemt
- om lagdelingen og grunnforholdene er riktig tolket
- om poretrykksforholdene er riktig vurdert
- om grunnvannsnivå eller poretrykk er målt eller bare antatt
- om terrenget er skrånende
- om prøvedybde og referansenivå er riktig brukt
- om datagrunnlaget er for svakt
- om grove antakelser gir kunstig lav OCR
En beregnet OCR under 1 er derfor ofte et tegn på at forutsetningene bør gjennomgås, ikke at jorda faktisk har en fysisk meningsfull “underkonsolidering” i vanlig praktisk tolkning.
Forkonsolideringstrykk
Forkonsolideringstrykk, p′c, er den største effektive spenningen jorda tidligere har vært utsatt for. Dette brukes til å forstå om ny belastning ligger innenfor et tidligere belastningsnivå, eller om jorda presses inn i et område der den deformeres mer.
Dette har stor betydning for setningsvurderinger.
Hvis et bygg, en fylling eller en støttemur gir en tilleggsbelastning som holder seg under forkonsolideringstrykket, kan setningene være moderate. Hvis belastningen overskrider forkonsolideringstrykket, kan setningene bli større og mer langvarige.
Forkonsolideringstrykk er derfor viktig ved:
- setningsberegninger
- fundamentering
- fyllinger
- terrengheving
- bygg på leire
- støttemurer
- veger og parkeringsplasser
- stabilitet og skjærstyrke
Les mer om setninger i grunnen og fundamentering.
Elastisk og plastisk deformasjon
En viktig grunn til at forkonsolideringstrykket er så sentralt, er at jorda oppfører seg forskjellig avhengig av om ny belastning ligger under eller over tidligere maksimal belastning.
Så lenge ny effektiv belastning er lavere enn forkonsolideringstrykket, p′c, vil jorda ofte oppføre seg relativt stivt og tilnærmet elastisk. Det betyr at deformasjonene vanligvis er små, og at setningene ofte blir begrensede.
Når belastningen overstiger forkonsolideringstrykket, går jorda over i et mer elastoplastisk område. Da oppstår det ikke bare elastiske deformasjoner, men også plastiske og varige deformasjoner i jordstrukturen. Slike plastiske setninger kan bli betydelig større enn de elastiske setningene.
Forenklet kan man si:
- belastning under forkonsolideringstrykket gir ofte stiv respons og små setninger
- belastning over forkonsolideringstrykket kan gi plastiske deformasjoner og større setninger
- jo nærmere tiltaket ligger tidligere maksimal belastning, desto viktigere blir tolkningen av OCR og p′c
Dette er en av hovedgrunnene til at overkonsolidering er viktig ved bygging på leire. Det handler ikke bare om at jorda har vært belastet før, men om hvordan ny belastning plasserer seg i forhold til jordas tidligere belastningshistorie.
Aging-effekt i leire
I praksis kan leire vise OCR større enn 1 selv om den i utgangspunktet tolkes som normalt konsolidert. Erfaring fra norsk geoteknikk, blant annet arbeider knyttet til Kjell Karlsrud ved NGI, viser at leire ofte kan ha en såkalt aging-effekt.
Aging-effekt betyr at leira over tid kan få økt stivhet og tilsynelatende forkonsolidering uten at det nødvendigvis finnes en tydelig tidligere avlastning som forklarer hele effekten. Dette knyttes ofte til langvarige krypeffekter og tidsavhengig utvikling i leira.
Derfor bør OCR ikke tolkes mekanisk. En OCR litt over 1 kan være realistisk også for leirer som overordnet beskrives som normalkonsoliderte.
Hvorfor er OCR ofte høyest nær overflaten?
OCR er ofte størst nær terrengoverflaten og avtar med dybden. De øvre jordlagene kan være påvirket av prosesser som ikke nødvendigvis gjelder dypere i profilet.
Nær overflaten kan leire og andre jordarter være påvirket av:
- uttørking
- fryse- og tineprosesser
- vegetasjon og røtter
- erosjon
- tidligere terrengnivå
- små historiske lastendringer
- sesongvariasjoner i vanninnhold
Dette kan gjøre at ødometerforsøk i laboratoriet viser høy overkonsolidering i de øvre lagene. Dypere i profilet er jorda ofte mindre påvirket av slike overflateprosesser, og OCR kan derfor avta med dybden.
OCR bør derfor vurderes som en profilverdi med dybden, ikke som ett fast tall for hele tomten.
Overkonsolidert leire
Overkonsolidert leire har ofte vært utsatt for tidligere avlastning eller tidsavhengige effekter som gjør at den oppfører seg stivere enn normalt konsolidert leire ved små tilleggsbelastninger.
I Norge kan overkonsolidering blant annet henge sammen med:
- islast
- landheving
- erosjon
- tidligere terrengnivå
- uttørking nær overflaten
- endrede grunnvannsforhold
- aging-effekt og langvarige krypeffekter
Overkonsolidert leire kan være fastere enn bløt, normalt konsolidert leire. Men fasthet alene er ikke nok til å vurdere byggegrunn. Man må også vurdere lagdeling, poretrykk, sensitivitet, skjærstyrke, setningsegenskaper og eventuell forekomst av marin leire, kvikkleire eller sprøbruddmateriale.
Overkonsolidering og setninger
Overkonsolidering er sentralt ved vurdering av setninger. Setninger oppstår når grunnen deformeres under belastning. I leire kan dette skje over lang tid fordi vann presses ut av porevolumet.
En overkonsolidert leire kan ha lavere setningsrisiko ved små tilleggsbelastninger enn en normalt konsolidert leire. Men hvis belastningen blir stor nok til å passere forkonsolideringstrykket, kan setningsbildet endre seg.
Viktige spørsmål er:
- Hvor stor tilleggsbelastning gir tiltaket?
- Ligger belastningen under eller over forkonsolideringstrykket?
- Hvor tykk er den setningsgivende leira?
- Hvordan varierer OCR med dybden?
- Er leira lagdelt?
- Hvor lang tid kan setningene pågå?
- Kan det oppstå differansesetninger?
Differansesetninger er ofte mest kritisk for bygg, fordi ulike deler av konstruksjonen kan bevege seg forskjellig.
Se også hva setningsskader er, setningsskader på hus og grunnvannssenkning og setningsskader.
Overkonsolidering og styrke
Overkonsolidering påvirker også styrkeegenskapene til leire. Overkonsolidert leire kan ha høyere udrenert skjærstyrke enn en tilsvarende normalt konsolidert leire.
Dette kan være viktig ved:
- stabilitetsberegning
- graveskråning
- byggegrop
- støttemur
- fylling på leire
- fundamentering på leire
Men styrken må ikke tolkes for enkelt. Leire kan være lagdelt, anisotrop, sensitiv eller påvirket av poretrykk og geologisk historie. Derfor må styrkeparametere vurderes sammen med grunnundersøkelser, laboratorieresultater og relevant geoteknisk modell.
Hvordan bestemmes overkonsolideringsgrad?
Overkonsolideringsgrad, OCR, bestemmes vanligvis gjennom ødometerforsøk i laboratoriet. I ødometerforsøk belastes en jordprøve trinnvis, og deformasjonen måles. Resultatet brukes til å tolke forkonsolideringstrykk, kompressibilitet og hvordan jorda reagerer på ny belastning.
CPTU kan brukes til grove korrelasjoner og som støtte i tolkningen, men CPTU gir normalt ikke en like direkte bestemmelse av OCR som et godt ødometerforsøk. CPTU kan likevel være nyttig for å vurdere lagdeling, relativ fasthet, poretrykksrespons og variasjon med dybden.
Tolkning av OCR er ikke alltid entydig. Prøveforstyrrelse kan påvirke laboratorieresultatene, særlig i bløte eller sensitive leirer. Dersom prøven er forstyrret, kan ødometerkurven bli vanskeligere å tolke, og forkonsolideringstrykket kan bli usikkert.
Derfor bør OCR ikke behandles som et eksakt tall uten vurdering. Overkonsolideringsgrad må tolkes sammen med:
- prøvekvalitet
- lagdeling
- dybde og terrengnivå
- poretrykksforhold
- CPTU og sonderinger
- ødometerkurvens kvalitet
- geologisk belastningshistorie
- erfaring fra tilsvarende grunnforhold
I praksis er OCR en geoteknisk tolkningsparameter. Et ødometerforsøk kan gi et viktig grunnlag, men faglig vurdering er nødvendig for å avgjøre hvilken OCR som bør brukes i beregninger.
Se også grunnundersøkelser, totalsondering, CPTU, piezometer og geotekniske laboratorieundersøkelser.
Ødometerforsøk og prøveforstyrrelse
Ødometerforsøk brukes ofte for å undersøke setningsegenskaper i leire. Forsøket viser hvordan en jordprøve deformeres når den belastes trinnvis. Resultatet kan brukes til å tolke forkonsolideringstrykk, kompressibilitet og setningsutvikling.
Ødometerforsøk kan bidra til å svare på:
- hvor stiv leira er ved dagens belastningsnivå
- hvor forkonsolideringstrykket ligger
- hvor mye leira kan komprimeres ved ny belastning
- hvor raskt konsolideringssetninger kan utvikle seg
- om det er risiko for store setninger ved bygg eller fylling
Samtidig må resultatet tolkes med varsomhet. Prøveforstyrrelse kan gjøre at laboratorieresultatet ikke gir én entydig overkonsolideringsgrad. Dette er særlig relevant i leire der prøvetaking, transport, trimming og laboratoriehåndtering kan påvirke jordstrukturen.
Derfor bør p′c og OCR vurderes sammen med prøvekvalitet, lagdeling, poretrykk, CPTU, sonderinger og erfaring fra området. I de øvre lagene kan også uttørking og fryse- og tineprosesser gi høy OCR i laboratorieresultater.
Overkonsolidering, grunnvann og poretrykk
Overkonsolidering henger tett sammen med effektiv spenning. Effektiv spenning påvirkes av både total belastning og poretrykk. Derfor kan endringer i grunnvann og poretrykk påvirke hvordan grunnen oppfører seg.
Hvis grunnvannsnivået senkes, kan effektivspenningen i grunnen øke. Dette kan gi konsolidering og setninger, særlig i leire og organiske masser. Hvis poretrykket endres i en skråning, kan stabiliteten også påvirkes.
Dette er relevant ved:
- drenering
- byggegroper
- grunnvannssenkning
- lekkasjer
- drensgrøfter
- pumper
- tunneler eller dype tiltak
- langvarige endringer i vannbalansen
Les mer om grunnvann, poretrykk og grunnvannssenkning og setningsskader.
Overkonsolidering og skrånende terreng
I skrånende terreng kan tolkning av OCR bli mer krevende enn i flatt terreng. Dagens effektive overlagringstrykk er ikke alltid like enkelt å bestemme, og spenningstilstanden kan være påvirket av terrengform, erosjon, tidligere avlastning og poretrykksforhold.
Skrånende terreng kan også gjøre det vanskeligere å bruke enkle, grove antakelser om vertikal spenning og lagdeling. Hvis datagrunnlaget er svakt, kan slike forenklinger gi misvisende OCR.
Dette er særlig relevant ved:
- skråninger i leire
- raviner og bekkedaler
- terreng som er erodert over tid
- bygging nær skråningskant
- fylling i skråning
- vurdering av lokalstabilitet eller områdestabilitet
Se også stabilitet i grunnen, områdestabilitet og skråningsstabilitet ved graving.
Hvorfor overkonsolidering er viktig i geotekniske vurderinger
I geotekniske vurderinger brukes overkonsolidering først og fremst som en del av vurderingen av setninger, stivhet, styrke og belastningshistorie. OCR og forkonsolideringstrykk er derfor mest relevant når ny belastning fra bygg, fylling, støttemur eller terrengendring skal vurderes mot jordas tidligere spenningsnivå.
Overkonsolidering kan være relevant ved:
- nye boliger
- tilbygg
- garasjer
- støttemurer
- oppfylling
- terrengendring
- veger og parkeringsplasser
- byggegrop og graving
- bygging på bløt eller usikker grunn
To tomter med leire kan ha helt ulik setningsrisiko selv om massene ser like ut på overflaten. Forskjellen kan ligge i belastningshistorie, lagdeling, poretrykk, prøvekvalitet, sensitivitet eller hvor nær ny belastning kommer forkonsolideringstrykket.
Vanlige misforståelser
En vanlig misforståelse er at fast leire alltid gir trygg byggegrunn. Fasthet er viktig, men ikke nok alene. Man må også vurdere lagdeling, poretrykk, belastningshistorie, setningsegenskaper og stabilitet.
En annen misforståelse er at overkonsolidert leire ikke får setninger. Det kan den få. Spørsmålet er hvor stor ny belastning som påføres, hvordan leira er lagdelt, og om belastningen overstiger tidligere maksimal belastning.
En tredje misforståelse er at OCR kan leses direkte fra kart. Det kan den normalt ikke. OCR må tolkes ut fra undersøkelser, prøver og faglig vurdering.
En fjerde misforståelse er at OCR under 1 er en normal geoteknisk tilstand. Hvis OCR beregnes til under 1, bør forutsetningene kontrolleres. Ofte skyldes dette feil eller usikkerhet i tyngdetetthet, lagdeling, poretrykk, terrengmodell eller datagrunnlag.
Hva kan Geotekniker AS bidra med?
Geotekniker AS kan vurdere overkonsolidering som del av geotekniske vurderinger, setningsvurderinger, fundamentering, stabilitet og dokumentasjon i byggesaker.
Vi kan blant annet vurdere:
- om leire eller fyllmasser kan gi setningsrisiko
- om det er behov for grunnundersøkelser
- hvilke undersøkelser som er relevante
- om ødometerforsøk bør inngå
- om tiltaket kan gi økt belastning på leire
- om OCR og forkonsolideringstrykk er relevant for saken
- om det er behov for setningsvurdering eller stabilitetsberegning
- om fundamentering bør tilpasses grunnforholdene
- om det er behov for geoteknisk prosjektering
Send gjerne adresse eller gårds- og bruksnummer, beskrivelse av tiltaket, tegninger, situasjonsplan og eventuelle tidligere grunnrapporter. Da kan vi vurdere om overkonsolidering og setninger er relevant for saken.
Les mer om geoteknisk rapport og vurdering, geoteknisk prosjektering og grunnundersøkelser.
Ofte stilte spørsmål
Hva er overkonsolidering?
Overkonsolidering betyr at jord tidligere har vært utsatt for høyere effektiv belastning enn den har i dag. Dette påvirker styrke, stivhet og setningsegenskaper.
Hva er overkonsolidert leire?
Overkonsolidert leire er leire som tidligere har vært belastet mer enn i dag. Den kan være relativt stiv ved små belastninger, men kan likevel få setninger dersom ny belastning blir stor nok.
Hva betyr OCR?
OCR betyr overkonsolideringsgrad. OCR defineres vanligvis som OCR = p′c / p′0, der p′c er forkonsolideringstrykket og p′0 er dagens effektive overlagringstrykk.
Kan OCR være mindre enn 1?
Nei, ikke i en fysisk korrekt definisjon av overkonsolideringsgrad. Hvis OCR beregnes til under 1, bør beregningsgrunnlaget kontrolleres, for eksempel tyngdetetthet, lagdeling, poretrykk, skrånende terreng og datagrunnlag.
Hva er forkonsolideringstrykk?
Forkonsolideringstrykk er den største effektive belastningen jorda tidligere har vært utsatt for. Det brukes blant annet i vurdering av setninger, OCR og belastningshistorie.
Hvorfor gir belastning over forkonsolideringstrykket større setninger?
Så lenge belastningen ligger under forkonsolideringstrykket, oppfører jorda seg ofte relativt stivt og tilnærmet elastisk. Når belastningen overstiger forkonsolideringstrykket, kan jorda få plastiske og varige deformasjoner. Derfor kan setningene øke tydelig når ny belastning passerer tidligere maksimal belastning.
Hvordan bestemmes OCR?
OCR bestemmes vanligvis fra ødometerforsøk i laboratoriet. CPTU kan brukes til grove korrelasjoner og støtte i tolkningen, men gir normalt ikke en like direkte bestemmelse. På grunn av prøveforstyrrelse og usikkerhet i lagdeling, poretrykk og prøvekvalitet er det ikke alltid mulig å tolke én entydig OCR.
Hvorfor kan normalkonsolidert leire ha OCR over 1?
Mange leirer kan vise OCR noe over 1 på grunn av aging-effekt. Dette kan skyldes langvarige krypeffekter og tidsavhengig utvikling i leira.
Hvorfor er OCR ofte høy nær overflaten?
Nær overflaten kan jorda være påvirket av uttørking, fryse- og tineprosesser, vegetasjon og tidligere terrengendringer. Derfor kan de øvre lagene vise høy overkonsolidering i ødometerforsøk.
Betyr overkonsolidert leire at grunnen er trygg?
Nei. Overkonsolidert leire kan være stivere enn normalt konsolidert leire, men grunnen må fortsatt vurderes for setninger, stabilitet, poretrykk, lagdeling og eventuell sensitivitet.
Kan overkonsolidering påvirke setninger?
Ja. Overkonsolidering påvirker hvor mye jorda komprimeres ved ny belastning. Dersom ny belastning overstiger tidligere maksimal belastning, kan setningene bli større.
Er overkonsolidering relevant i byggesak?
Ja, særlig ved bygging på leire, fylling, terrengendring, støttemur eller tiltak der setninger, stabilitet eller fundamentering må vurderes geoteknisk.