Konstruktionssexempel - Stabilitet

Exempel 1: Vägbank över lös lera – horisontell terräng

En vägbank ska byggas över en lös lera och följande två lösningar måste övervägas:  

  1. Bank med grus som fyllningsmaterial
  2. Bank med Leca Lättklinker som fyllningsmaterial och grus som basskikt.
     

Tabell 1: Materialparametrar
 

  Tunghet över GVN γ Tunghet under GVN γ’ Odrän. skjuvhållfasthet Su Ökad skjuvhållfasthet per djup ΔSu Friktionsvinkel φ Kohesion c
Friktionsjord  20 kN/m³ 10 kN/m³ - - 38 0 kPa
Lös lera 19 kN/m³ 9 kN/m³ 15 kPa 1 kPa/m - -
Fast lera 19 kN/m³ 9 kN/m³ 50 kPa 5 kPa/m - -
Leca Infra 10/20 4 kN/m³ 0 kN/m³ - - 39 0 kPa

Beräkningarna utförs med analysprogrammet Slide. Programmet beräknar den mest kritiska brottytan för konstruktionen, dvs. det ger den lägsta säkerhetsfaktorn. För detta exempel krävs säkerhetsfaktorn F ³ 1,5.

 

Lösning 1 | Bank med friktionsjord


Figur 1 visar jordprofilen för banken och markförhållandena. Banken är 4 meter hög och är 10 m bred på toppen. Släntens lutning är 1:3, vilket ger en total bredd hos banken på 34 m.

Underliggande struktur består av ett 4 m tjockt löst lerskikt över ett 6 m tjockt fast lerskikt. Grundvattennivån ligger i terrängnivå. Den belastning som applicerats ovanpå banken är en tilläggsbelastning. Materialparametrarna visas i tabellen.

Figur 2 visar resultatet med Slide och indikerar brottytan ned till det styva lerskiktet. Det är normalt att ett brott sträcker sig ned till ett fastare skikt. Resultatet ger säkerhetsfaktorn F = 1,22 och uppfyller därmed inte kravet på F = 1,5.

Lösning 2 | Bank med Leca® Lättklinker som fyllnadsmaterial

Genom att minska skjuvningsspänningarna i leran kan säkerhetsfaktorn ökas. Detta kan ske genom att skifta ut delar av friktionsmaterialet mot Leca Lättklinker 8/20 mm i banken.

Figur 3 visar en möjlig lösning med Leca® Lättklinker som fyllningsmaterial med obunden överbyggnad. Bankens yttermått är de samma som för Lösning 1. Den belastning som applicerats ovanpå banken är en tilläggsbelastning.

Figur 4 visar resultaten från Slide och indikerar en liknande brottyta som lösning 1. Men säkerhetsfaktorn har ökat betydligt; F = 2,05. Den är mycket bra och uppfyller kraven.

Exempel 2: Vägbank över lös lera – sluttande terräng

En vägbank skall byggas över en lös lera i sluttande terräng och följande 2 lösningar måste övervägas:

  1. Bank med grus som fyllningsmaterial
  2. Bank med Leca Lättklinker som fyllningsmaterial och grus som basskikt
     

Tabell 2: Materialparametrar
 

  Tunghet över GVN γ Tunghet under GVN γ’ Odrän. skjuvhållfasthet Su Ökad skjuvhållfasthet per djup ΔSu Friktionsvinkel φ Kohesion c
Friktionsjord  20 kN/m³ 10 kN/m³ - - 38 0 kPa
Lös lera 19 kN/m³ 9 kN/m³ 15 kPa 3 kPa/m - -
Fast lera 19 kN/m³ 9 kN/m³ 50 kPa 5 kPa/m - -
Leca Infra 10/20 4 kN/m³ 0 kN/m³ - - 39 0 kPa

Beräkningar utförs även i detta fall med Slide. För detta exempel krävs säkerhetsfaktorn F3 1,5.

 

Lösning 1 | Bank med grus som fyllningsmaterial

Figur 5 visar jordprofilen för banken och markförhållandena. Banken är 4,5 meter hög och är 9 m bred på toppen. Terrängens lutning är 1:6 och bankens lutning är 1:1,5.

Underlaget består av ett cirka 4 m tjockt lager av lös lera på ett underlag av fast lera. Banken befinner sig vid en sjö, vilket ger en grundvattennivå enligt figuren. Den belastning som applicerats ovanpå banken är en tilläggsbelastning. Materialparametrarna visas i tabell 2.

Figur 6 visar resultat med Slide och ger säkerhetsfaktorn F = 1,15. Denna uppfyller inte kraven och är dessutom mycket nära felgränsen.

Lösning 2 | Bank med Leca® Lättklinker som fyllningsmaterial

Liksom i exempel 1 ger en reduktion av skjuvningsspänningarna en ökning av säkerhetsfaktorn. Delar av banken ersätts därför med Leca Lättklinker, vilket minskar totalvikten.

Den belastning som applicerats ovanpå banken är en tilläggsbelastning. En möjlig lösning visas i figur 7 nedan.

Figur 8 nedan visar resultat med Slide och ger säkerhetsfaktorn F = 1,56. Resultaten visar en betydande ökning av säkerhetsfaktorn och kraven uppfylls bra.