Artikel Frischakt i lös lera med 3D-effekt

Schaktarbeten skall alltid utföras på ett sätt så att stabilitetsförhållandena är tillfredställande. I många fall har schaktgropen begränsad längd och belastningen från till exempel maskiner begränsas till en mindre delsträcka inom området bakom släntkrönet. I och med det finns en tredimensionell effekt som påverkar stabilitetsförhållandena.

Förutsatt att den tredimensionella effekten inte tillgodoräknas vid stabilitetsanalysen (vid en 2D-analys) är antagandena mer eller mindre ”på säkra sidan”. Detta kan innebära långsammare och kostsammare framdrift än nödvändigt, vilket gör att man ofta försöker utnyttja 3D-effekten.

I detta projekt har Skanska låtit öka förståelsen för hur 3D-effekten kan tillgodoräknas. En stor del av arbetat har omfattat analyser med finita element metoden (FEM) – inklusive beaktande av tredimensionella geometrier och/eller lastförutsättningar (3D-FEM). Eftersom jorden har modellerats som ett ”cu-material” är resultaten och slutsatserna endast relevanta för temporära schakter i normalkonsoliderad eller lätt överkonsoliderad lera.

De viktigaste slutsatserna från studien är:

• Nuvarande branschpraxis baseras delvis på en felaktig ekvation. Detta medför sannolikt resultat som är mer eller mindre ”på säkra sidan”, ur ett stabilitetsperspektiv, givet att de byggnadstekniska förhållandena överensstämmer med de förutsättningar som ekvationen baseras på. Vid andra (mindre gynnsamma) förhållandena (vilket torde vara vanligt förekommande i praktiken) medför dock nuvarande branschpraxis, i form av en mer generaliserad variant av ovannämnda ekvation, resultat som, ur ett stabilitetsperspektiv, är ”på osäkra sidan”.

• Baserat på analyser med 3D-FEM av 66 st scenarier föreslås ett antal förenklade beräkningsmetoder – varav en metod i huvudsak är en korrigerad variant av nuvarande branschpraxis. Samtliga metoder resulterar, när de är tillämpbara, i en säkerhetsfaktor som är inom ca ±10 % jämfört med den säkerhetsfaktor som erhållits med 3D-FEM.

De föreslagna metoderna bör kunna nyttjas för åtminstone en preliminär uppskattning av storleken på 3D-effekten. Om 3D-säkerhetsfaktorn är i det lägre spannet av vad som anses vara tillfredsställande och/eller om 3D-säkerhetsfaktorn är mer än ca 25% större än den kritiska delsträckans 2D-säkerhetsfaktor bör den erhållna säkerhetsfaktorn värderas med extra stor eftertanke och dessutom bedömas med andra metoder.

• De föreslagna förenklade beräkningsmetoderna baseras på de scenarier som analyserats mha 3D-FEM. Beräkningsmetodernas tillförlitlighet för andra scenarier går självklart inte att avgöra innan de har studerats. Därför är det önskvärt att ytterligare scenarier systematiskt analyseras med 3D-FEM samt - om så visar sig vara nödvändigt – de förenklade beräkningsmetoderna modifieras och/eller generaliseras.