Skråningsstabilitet

Stabiliteten av en naturlig eller bearbeidet skråning kan beskrives matematisk, som jordas evne til å holde på plass skråninger, men også bygninger, dammer, fyllinger, plattformer og andre konstruksjon som plasseres oppå jorda.

Stabiliteten til jorda er i stor grad avhengig av egenskapene til jorda, hva slags laster jorda utsettes for (vertikallaster, horisontallaster eller torsjon), helningen på skråningen og formen på fundamentet. Beregningene i prosjekteringsfasen har som formål å påvise om en har tilfredsstillende sikkerhet mot aktuelle grensetilstander, for et sett av aktuelle dimensjonerende situasjoner. Det er knyttet til faren for skred, sammenbrudd eller velting (bruddgrensetilstandene), og om en har akseptable forskyvninger eller setninger (bruksgrensetilstandene). Jordskjelv kontrolleres i ulykkesgrensetilstandene. I noen tilfeller er formålet å finne ut hvorfor skader har skjedd.

Dette er en disiplin som inngår i fagområdet geoteknikk, og en del av en geoteknisk undersøkelse. Detaljer for utførelse av geotekniske stabilitetsanalyser på fastlands Norge er regulert i den europeiske standarden Eurokode 7, med nasjonalt tillegg for Norge (NS-EN1997-1:2004 og NA:2008). Offshore konstruksjoner er det regulert gjennom NORSOK N-001 og ISO 19900-serien.

I geologi- og geoteknikkfagene er jord alt løsmateriale oppå det faste fjellet.

Store nedbørmengder og rask snøsmelting kan skape stabilitetsproblemer i jordmasser. Bratte skråninger og dalsider er mest utsatte områder. Overmettet med vann kan store masser skli ned og danne jordskred. Stabilitetsproblemer i jord med tele kan forårsakes av lokal tinning, som under en bygning. Det kan føre til setninger i jordmasser.

Bergspenning kan forårsake stabilitetsproblemer.^[1] Brudd i strekkområdet høyt i en tunnel kan løsne opp store steinblokker. Men eller sjeldent forårsaker stabilitetsproblemer. Brudd i trykkområdet oppstår når trykkspenningen blir for store, spenningen splitter opp parallelt med belastningsretningen. Bruddannelser følges av lyder, fra små knepp ved små rissdannelser til kraftige smell ved store sprekkdannelser. Det kalles for sprakeberg.

Bergmassens egenskaper påvirker disse problemene. Elastiske egenskaper, anisotropi, oppsprekking og strekkfasthet er de viktigste. Bergmasse med høy strekkfasthet går til brudd bare ved høye trykkspenninger, de flak som dannes blir ofte store og avskallinger skjer med voldsomhet.

De fleste tilfeller av stabilitetsproblemer (oftest snøskred) i snømasser er at vanninnholdet er for stort. Snømasser kan også innholde minerogent materialet i tillegg til vann.

Store jordskred starter ofte i ustabile massene nede i skråninger og beveget seg oppover og bakover, helt til bruddflatene griper inn i masser som er så stabile at det ikke kan rase mer. Ustabile masser nede i en skråning oppstår ofte ved menneskelig inngripen ved at en graver ut masser, eller at en elv har gravd ut masser. En kan også få utløst ras hvis stabiliteten er svekket som følge av oppbygging av poretrykk. Selv om det store bildet er kjent, er det ofte usikkert hvordan rasene ble utløst. Sporene av utløsningsmekanismen vil som regel være skjult på grunn av den seinere utviklingen av raset, og derfor er en henvist til å vurdere forskjellige muligheter og analysere om de er fysisk mulige og sannsynlige.

Poretrykkene kan bygges opp på forskjellige måter: store nedbørmengder, vekten av sedimenter fra istidene, oppbygging av overtrykk i sedimentene som følge av gasslekkasjer og dannelse av gasshydrat, lekkasje av vann fra overtrykk i ooze-sedimentene under istidsavsetningene eller fra menneskelig virksomheten. Den direkte utløsningen av skred kan være tektonikk (diapirer som vokser opp), jordskjelv, gass, gasshydrater, fri gass, sedimentasjon, strøm og bølger, erosjon, økt poretrykk, avsalting, havnivåendringer, islaster og menneskelige aktiviteter. De fleste skred har sin årsak i flere mekanismer.^[2]

For å forebygge skred gjøres det geotekniske undersøkelser, for å fastsette lagdelingen og få kjennskap til de geotekniske egenskapene. En håndberegnet tidligere stabiliteten ut fra en forventning om hvor bruddflatene vil gå. Bruddflatene vil normalt gå i de svakeste jordlagene.

På 1970-tallet ble det første analyseprogrammene for skråningsstabilitet laget av Lars Grande ved Institutt for geoteknikk ved NTH. Fra 1980-tallet kom det verktøy basert på elementmetoder. Disse er blitt stadig mer raffinerte med ivaretakelse av ikke-lineære lastvirkninger, ikke-lineære jordegenskaper, tredimensjonale modeller og tidssimuleringer. Modelleringen og analysene er fortsatt kostbare og arbeidskrevende. Enklere metoder brukes derfor fortsatt, for å få overslag over stabiliteten.

Ved bruk av grensetilstandsmetoden brukes det sikkerhetsfaktorer i bruddgrensekontrollen som er spesifisert i standarder. Det spesifiseres oftest både en lastfaktor som legges på lastene, og en materialfaktor som legges på styrken. For leire legges materialfaktoren på udrenert skjærstyrke og for sand på tangens til friksjonsvinkelen.

Det er også utviklet pålitelighetsbaserte metoder, der en kan kalibrere sikkerhetsfaktoren for en spesiell anvendelse til et sannsynlighetsnivå. Med vanlig er det å bruke metodene til kalibrering av sikkerhetsfaktorene i standardene.