Sikkerhetsfaktor – hva betyr tallet, og hvilke krav gjelder?

I geoteknikk brukes sikkerhetsfaktoren blant annet til å vurdere stabiliteten i skråninger, byggegroper, fyllinger og områder med kvikkleire.

En sikkerhetsfaktor på 1,0 uttrykker en beregnet grensetilstand, mens en høyere verdi innebærer større beregningsmessig motstand. Men en sikkerhetsfaktor på eksempelvis 1,4 betyr ikke automatisk at grunnen er trygg. Resultatet må vurderes opp mot grunnforholdene, beregningsforutsetningene og sikkerhetskravene som gjelder for tiltaket.

Hva er sikkerhetsfaktor?

Sikkerhetsfaktoren beskriver hvor mye motstand som er tilgjengelig sammenlignet med den motstanden som må mobiliseres for å opprettholde stabiliteten. I en skråning virker tyngdekraften og eventuelle tilleggslaster destabiliserende, mens jordas skjærstyrke bidrar til å motstå utglidning.

I geotekniske stabilitetsanalyser uttrykkes dette gjennom en beregnet sikkerhetsfaktor, ofte betegnet F. Resultatet viser sikkerhetsmarginen for en bestemt beregningssituasjon og mulig bruddmekanisme.

En lav sikkerhetsfaktor kan skyldes ugunstig terrenghelning, svak leire, høyt poretrykk, økt belastning eller en kombinasjon av flere forhold. Tallet sier derimot ikke alene hvor stor sannsynligheten er for at et skred vil inntreffe.

Det er også viktig å skille mellom sikkerhetsfaktor og skjærstyrke. Skjærstyrken beskriver jordas motstand mot forskyvning, mens sikkerhetsfaktoren uttrykker forholdet mellom tilgjengelig motstand og mobilisert belastning i den aktuelle analysen.

Bilde øverst: Stabilitetsberegning fra et prosjekt i Ullensaker kommune. Figuren viser terrengprofil, jordlagdeling og beregnet glideflate i en skråning. Effektivspenningsanalysen gir en drenert sikkerhetsfaktor på Fcφ = 1,38, med en påført terrenglast på 7,0 kPa. Eksemplet illustrerer hvordan jordas styrkeparametere, terrenggeometri og belastninger inngår i vurderingen av skråningsstabilitet. Den beregnede sikkerhetsfaktoren må alltid vurderes opp mot grunnforholdene, beregningsforutsetningene og gjeldende sikkerhetskrav.

Sikkerhetsfaktor – formel og regneeksempel

Sikkerhetsfaktoren kan i en forenklet modell uttrykkes med formelen:

F = R / S

Der:

• F = sikkerhetsfaktor
• R = tilgjengelig motstand mot brudd
• S = mobilisert belastning som virker drivende

Anta at en idealisert skråningsmodell gir en samlet stabiliserende motstand på 210 kN og en drivende kraft på 150 kN langs en antatt bruddflate.

Da blir sikkerhetsfaktoren:

F = 210 / 150 = 1,40

Den beregnede motstanden er dermed 1,4 ganger den drivende kraften. Dette er et pedagogisk eksempel. I virkelige stabilitetsberegninger må jordas styrke, spenningstilstand, terreng, poretrykk og mulige bruddflater inngå i analysen.

Det er derfor normalt ikke tilstrekkelig å sette inn to enkeltstående tall i formelen for å dokumentere sikkerheten til en skråning. Selve beregningsmetodene og hvordan kritiske snitt identifiseres, er nærmere forklart i artikkelen om stabilitetsberegning.

Hva betyr sikkerhetsfaktor 1,0, 1,2 og 1,4?

Sikkerhetsfaktoren er dimensjonsløs. Den kan brukes til å sammenligne beregnede stabilitetsforhold, men verdien må alltid vurderes i riktig faglig sammenheng.

• F under 1,0 – beregnet motstand er lavere enn mobilisert belastning.
• F = 1,0 – beregnet grensetilstand for brudd.
• F = 1,2 – en viss beregningsmessig sikkerhetsmargin, men ikke nødvendigvis tilstrekkelig.
• F = 1,4 – større beregningsmessig margin, som må vurderes mot gjeldende krav.
• F = 1,5 – høyere beregnet margin enn 1,4, uten at dette alene dokumenterer tilfredsstillende sikkerhet.

En vanlig misforståelse er at en sikkerhetsfaktor på 1,4 kan oversettes direkte til en bestemt sannsynlighet for brudd. Slik kan ikke sikkerhetsfaktoren tolkes.

Tallet uttrykker et beregnet forhold mellom kapasitet og belastning, ikke en direkte statistisk sannsynlighet for skred.

Selv en relativt høy sikkerhetsfaktor kan gi falsk trygghet dersom beregningen bygger på feil grunnforhold eller ikke omfatter den mest kritiske bruddmekanismen.

Udrenert sikkerhetsfaktor – Fcu

I geoteknikk skilles det mellom udrenert og drenert stabilitet. Skillet er særlig viktig ved vurdering av skråninger i leire og kvikkleireområder.

Udrenert sikkerhetsfaktor, Fcu, beregnes vanligvis med en totalspenningsanalyse basert på udrenert skjærstyrke, cu.

Denne analysetypen er særlig relevant for korttidssituasjoner i leire der vannet i porene ikke rekker å strømme ut i vesentlig grad når belastningen endres. Graving, oppfylling og andre raske terrenginngrep kan skape slike situasjoner.

Resultatet påvirkes blant annet av valgt udrenert skjærstyrke, lagdeling, belastninger og mulig bruddmekanisme.

Drenert sikkerhetsfaktor – Fcφ

Drenert sikkerhetsfaktor, Fcφ, beregnes på effektivspenningsbasis og tar hensyn til jordas effektive styrkeparametere, vanligvis uttrykt ved friksjonsvinkel φ’ og eventuell effektiv kohesjon c’.

Denne analysetypen er særlig relevant for langtidstilstander og andre situasjoner der poretrykket kan tilpasses belastningsendringene.

Forholdet mellom totalspenning, poretrykk og effektivspenning er sentralt. Endringer i poretrykket kan endre den effektive spenningen og dermed stabiliteten, selv om terrengformen og jordartene er uendret.

Fcu og Fcφ beskriver derfor ulike beregningssituasjoner. De skal ikke brukes om hverandre, og den høyeste av de to verdiene er ikke automatisk dimensjonerende.

Sikkerhetsfaktor ved glidning og skråningsstabilitet

Ved vurdering av en skråning undersøkes mulige bruddflater, ofte kalt glideflater. Langs en glideflate kan jordmassene tenkes å bevege seg dersom den mobiliserte skjærspenningen overstiger motstanden.

Den kritiske glideflaten er den undersøkte bruddflaten som gir lavest beregnet sikkerhetsfaktor. Den kan gå grunt i skråningen eller strekke seg dypt gjennom flere jordlag. Formen avhenger blant annet av lagdeling, terreng, grunnvann, jordstyrke og beregningsmodell.

I en stabilitetsberegning er det derfor avgjørende at relevante terrengsnitt og mulige bruddmekanismer undersøkes. En sikkerhetsfaktor som ser tilfredsstillende ut i ett snitt, dokumenterer ikke nødvendigvis stabiliteten i naboskråningen eller ved andre belastningsforhold.

Dette er særlig viktig i raviner, ved elvebredder og i områder med bløt leire. Graving ved skråningsfoten, oppfylling nær skråningstoppen eller erosjon langs en bekk kan påvirke stabiliteten betydelig.

Hvilke krav gjelder til sikkerhetsfaktor?

Det finnes ikke én sikkerhetsfaktor som gjelder for alle geotekniske konstruksjoner og alle typer grunnforhold.

Kravene avhenger av hva som skal vurderes, hvilke konsekvenser et brudd kan få, hvilken beregningsmetode som benyttes og hvilket regelverk som gjelder.

Ved geoteknisk prosjektering brukes blant annet Eurokode 7 med relevante nasjonale tillegg. Ved fare for områdeskred i kvikkleire og annet sprøbruddmateriale gjelder særskilte krav gjennom TEK17 § 7-3 og NVEs kvikkleireveileder 1/2019.

Krav til sikkerhetsfaktor ved kvikkleire

For områdestabilitet i kvikkleire og annet sprøbruddmateriale benyttes blant annet følgende krav til absolutt sikkerhet når et tiltak forverrer stabiliteten:

Fcu ≥ 1,40 × fs

Fcφ ≥ 1,25

Her er fs sprøhetsforholdet som korrigerer for sprøbruddeffekt i de udrenerte beregningene.

For tiltakskategori K0, K1 og K2 kan sikkerhetskravet i relevante tilfeller oppfylles ved å dokumentere at tiltaket ikke forverrer stabiliteten. Dersom tiltaket forverrer stabiliteten, gjelder kravene til absolutt sikkerhet.

For tiltakskategori K3 og K4 er kravene mer omfattende. Når tiltaket ikke forverrer stabiliteten, gjelder som hovedregel Fcu ≥ 1,40 og Fcφ ≥ 1,25. Ved lavere opprinnelig sikkerhet kan prosentvis forbedring etter regelverkets bestemmelser være aktuelt. For K3 ved lav faregrad gjelder særskilte lempeligere krav tilsvarende K1.

Prosentvis forbedring kan etter regelverket bare oppnås gjennom topografiske endringer og/eller bruk av lette masser. Dersom man velger grunnforsterkning for å forbedre områdestabiliteten, må kravene til absolutt sikkerhetsfaktor være oppfylt etter at sikringstiltaket er utført.

Tiltak som forverrer stabiliteten, skal alltid oppfylle kravene til absolutt sikkerhetsfaktor. Prosentvis forbedring kan ikke brukes som erstatning for dette kravet.

Hvilke krav som gjelder i en konkret sak, må avklares ut fra tiltakskategori, faregrad, influensområde og hvilken påvirkning tiltaket har på stabiliteten. Les mer om dette i artikkelen om områdestabilitet.

Sikkerhetsfaktor og partialfaktorer i Eurokode 7

Begrepet sikkerhetsfaktor brukes også i forbindelse med dimensjonering av fundamenter, støttekonstruksjoner og andre geotekniske konstruksjoner.

Her benyttes ofte partialfaktorer på laster, materialparametere eller motstand, avhengig av prosjekteringsmetode og relevant regelverk. Sikkerheten dokumenteres da gjennom dimensjonerende verdier og kontroll av aktuelle grensetilstander.

En global sikkerhetsfaktor fra en skråningsstabilitetsanalyse kan derfor ikke uten videre sammenlignes med én enkelt partialfaktor i Eurokode 7.

Det er viktig å vite hvilken sikkerhetsdefinisjon en rapport bygger på, før man sammenligner resultater fra ulike analyser.

Hvorfor kan beregnet sikkerhetsfaktor være misvisende?

En beregnet sikkerhetsfaktor er ikke mer pålitelig enn grunnlaget som ligger til grunn for analysen.

Det kan for eksempel være stor forskjell på beregnet stabilitet når man endrer antatt dybde til berg, plasseringen av svake leirelag eller grunnvannets trykkforhold.

Et høyt beregnet sikkerhetsnivå kan også skyldes at jordas styrke er overvurdert. Dersom beregningen bygger på et utilstrekkelig undersøkelsesgrunnlag, kan sikkerhetsmarginen bli større på papiret enn den faktisk er i grunnen.

Det samme gjelder dersom den mest kritiske glideflaten ikke er identifisert, eller dersom midlertidige situasjoner under utførelse ikke er vurdert. En skråning kan ha tilfredsstillende beregnet stabilitet i ferdig tilstand, men utilstrekkelig stabilitet under graving.

Dette er en viktig grunn til at grunnundersøkelser og faglig tolkning av jordparametere ofte er like viktige som selve beregningsprogrammet.

Faglig vurdering: Sikkerhetsfaktoren bør aldri tolkes isolert fra grunnundersøkelsene, beregningsforutsetningene og konsekvensene av et mulig brudd. Et presist beregningsresultat er ikke det samme som et sikkert beslutningsgrunnlag.

Hva gjør man når sikkerhetsfaktoren er for lav?

En lav sikkerhetsfaktor betyr at den beregnede stabiliteten må vurderes nærmere opp mot gjeldende sikkerhetskrav. Før man konkluderer med nødvendige tiltak, må det avklares om beregningsgrunnlaget er tilstrekkelig og om de kritiske situasjonene er riktig representert.

Aktuelle tiltak kan være å redusere belastningen nær skråningstoppen, avlaste terrenget, etablere motfylling ved skråningsfoten, begrense graving, gjennomføre erosjonssikring eller vurdere grunnforsterkning.

Valg av tiltak avhenger av bruddmekanismen, grunnforholdene, prosjektet og regelverkskravene. I kvikkleireområder må man dessuten vurdere hvordan inngrepene påvirker stabiliteten i området som helhet, ikke bare på den aktuelle tomten.

Det er heller ikke alltid nødvendig å starte med omfattende sikringsarbeider. I enkelte saker kan en gjennomgang av eksisterende beregninger eller supplerende grunnundersøkelser avklare usikkerheten. I andre tilfeller må løsningen endres eller stabiliteten forbedres før tiltaket kan gjennomføres.

Trenger du vurdering av sikkerhetsfaktor eller stabilitet?

Har du fått en geoteknisk rapport med beregnet sikkerhetsfaktor, eller krever kommunen dokumentasjon av stabiliteten før du kan bygge?

Geotekniker AS kan vurdere den geotekniske rapporten, beregningsgrunnlaget, grunnforholdene og om dokumentasjonen er tilstrekkelig for det planlagte tiltaket.

Vi bistår også med geoteknisk prosjektering og vurdering av lokalstabilitet og områdestabilitet.

Send oss gjerne rapporten, situasjonsplanen og eventuelle krav fra kommunen. Vi vurderer først om saken kan avklares på eksisterende grunnlag, eller om det er behov for videre undersøkelser og beregninger.

Ofte stilte spørsmål om sikkerhetsfaktor

Hva er sikkerhetsfaktor?

Sikkerhetsfaktor er forholdet mellom tilgjengelig motstand mot brudd og mobilisert belastning. I geoteknikk brukes den blant annet til å beskrive beregnet stabilitet i skråninger og jordmasser.

Hvordan regner man ut sikkerhetsfaktor?

I en forenklet modell kan sikkerhetsfaktoren uttrykkes som F = R/S, der R er tilgjengelig motstand og S er drivende belastning. Faktiske geotekniske stabilitetsberegninger krever analyse av grunnforhold og mulige bruddmekanismer.

Er sikkerhetsfaktor 1,4 tilstrekkelig?

Ikke nødvendigvis. I enkelte geotekniske situasjoner er 1,4 et relevant sikkerhetsnivå, men kravene varierer. Dersom et tiltak forverrer stabiliteten i et kvikkleireområde, kreves blant annet korreksjon for sprøbruddeffekt i udrenert analyse. Drenert og udrenert stabilitet må vurderes hver for seg.

Hva er forskjellen på Fcu og Fcφ?

Fcu er sikkerhetsfaktor fra udrenert totalspenningsanalyse, mens Fcφ er sikkerhetsfaktor fra drenert effektivspenningsanalyse. Beregningene representerer ulike styrkeforhold og situasjoner.

Betyr høy sikkerhetsfaktor at det ikke er skredfare?

Nei. Sikkerhetsfaktoren er et beregningsresultat. Den gir ikke alene en fullstendig vurdering av skredfare, usikkerhet eller alle mulige bruddmekanismer.

Kilder

• NVE veileder 1/2019 – Sikkerhet mot kvikkleireskred
• NVE – Spørsmål og svar om kvikkleireveilederen
• DiBK – TEK17 § 7-3 Sikkerhet mot skred