Stadsutveckling på och i lera kräver kunskap och rätt hantering

2020-12-15 / Leif Jendeby

Den ständigt ökande urbaniseringen ställer stora krav på hållbar stadsutveckling världen över. För kustnära städer utgörs undergrunden inte sällan av lera, vilket innebär en särskild utmaning. I städer som till exempel Mexico City, Oslo och Singapore, är leran ständigt närvarande när städerna växer och utvecklas, och det gäller att veta vad man gör när man bygger på lergrund.

Vid utbyggnad och förtätning av städer är tillgången på mark dessutom ofta begränsad, vilket gör att man vill bygga högt, eller väljer att förlägga byggnader/anläggningar under mark. Sammantaget gör detta att man i samband med byggande har ett antal frågeställningar som måste hanteras.

Göteborg, Sveriges andra största stad, är en kuststad som växer och förtätas i snabb takt, och lergrunden ställer särskilda krav på hur detta ska gå till. Ska man bygga ett högre hus, så kommer detta att sätta sig avsevärt om inga åtgärder vidtas, ("mer än en meter"). Det vanligaste sättet att lösa detta är ställa huset på pålar, som antingen når berget eller "svävar i leran". I Göteborg är lerdjupet kring Göta älv på flera ställen mer än 100 meter och här finns till exempel hus som vilar på mer än 1000 pålar, var och en ca 80 m långa.

Dessa pålar måste naturligtvis beräknas, liksom hur stora sättningar som kan förväntas, och hur dessa utvecklas i tiden. Eftersom stora delar av Göteborg sedan tidigare fyllts ut för att torrlägga älvnära områden, så pågår också sättningar redan innan man nu bygger något. Även detta måste beaktas, dels då jorden vill "hänga sig fast på långa pålar" i de fall sättningar pågår, dels påverkar detta den blivande byggnadens sättningar. Att sättningar uppstår när man bygger höga hus inser nog de flesta, men även ganska måttliga uppfyllnader ger stora sättningar, vilket ibland "glöms bort", och i princip kan sägas att 0,6 m uppfyllnad motsvarar lasten från en våning betonghus.

Götatunneln är en av de djupa schaktningarna i Göteborg. Bilden visar pålning för Götatunnelns förlängning, och för kvarteret Platinan, i vilket COWI fr o m 2022 har sitt Göteborgskontor, och för vilket COWI utfört såväl sättningsanalyser som prognoser av massundanträngning i samband med pålningen.

Väldokumenterad lera med oförtjänt rykte

Göteborgs geologi är välkänd och Göteborgsleran beskrivs ofta som besvärlig, och det är den i vissa avseenden, men rätt hanterad går det alldeles utmärkt att bygga på och i den.

I media, men även i andra sammanhang, hör man ofta "det beror på den oberäkneliga Göteborgsleran" som förklaring när något gått snett, eller när ett projekt blivit försenat.

Göteborgsleran må vara mer känslig för sättningar, och även ha lägre hållfasthet än många andra jordar, men en sak kan sägas säkert – det finns få jordar som är mer väldokumenterade, och dessutom är den extremt homogen. Utöver alla undersökningar som utförts i anslutning till byggverksamhet, så har ett stort antal doktorsavhandlingar på Chalmers tekniska högskola i Göteborg, behandlat lerans egenskaper och/eller metoder för att hantera olika situationer. Det är då svårt att skylla på att leran skulle vara oberäknelig, eller att den skulle överraska genom sina egenskaper. Nej - istället är det oftast så att de problemställningar som leran för med sig inte hanterats av en eller annan orsak, ibland okunskap, ibland slarv.

Göteborgsleran kan vara utmanande, men det finns många städer med liknande och till och med ännu lösare jord, till exempel Mexiko City, Oslo, Singapore och flera städer i Canada har också liknande förhållanden.

Med geotekniska undersökningar som bas i kombination med kunskap om lerors egenskaper kan man göra tillräckligt säkra prognoser av vilka sättningar som kommer att uppstå och hur dessa utvecklas i tiden, vilket möjliggör en hållbar stadsutveckling.

Bygga högt och gräva djupt i lerjord

En faktor som blir påtaglig då man bygger höga hus på mäktiga lerlager är den undanträngning av jorden som pålningen innebär. Anta exempelvis att 500 pålar med längden 70 m ska installeras, då innebär detta att ca 2600 m³ pålar trycks ner i marken. Eftersom leran inte innehåller någon luft, utan bara mineralpartiklar och vatten, så är kompressionen av densamma, ("ihop-tryckningen"), försumbar när pålarna trycks ner i marken, och således måste då 2600 m³ lera flytta på sig. Detta innebär i sin tur att man får stora rörelser - ibland flera decimeter - i anslutning till pålningsområdet, vilket kan skada närliggande byggnader och till exempel ledningar i mark. Detta kan då påverka val av påltyp, men kan även innebära att andra åtgärder behöver vidtas.

Lerans relativt låga hållfasthet innebär att man inte kan fylla eller schakta obehindrat, eftersom detta då kan leda till skred. Detta är en frågeställning som blir påtaglig så snart man ska bygga en källare, en tunnel eller liknande. I samband med djupare schakter används alltid någon form av "stödväggar", vilka vanligen utgörs av stålsponter, men även betongväggar som gjuts i djupa diken, så kallade slitsmurar, nyttjas för detta. Vid schakter djupare än cirka två källarvåningar räcker inte heller detta, utan då riskerar "schaktbotten att komma upp innan schakten når ner dit", varför ytterligare åtgärder blir nödvändiga, till exempel att man förstärker leran med hjälp av kalk och cement, eller att man schaktar under vatten.

Var försiktig med grundvattentrycket

Ovan angavs att 0,6 meter uppfyllnad motsvarar lasten av en våning betonghus, och detsamma gäller om man får en sänkning av grundvattentrycket med en meter. Att förhindra en icke acceptabel sänkning av grundvattentrycket är således ytterst viktigt vid alla former av markarbeten. Särskilt viktigt är detta för det undre grundvattenmagasinet, det vill säga det lager av morän som oftast återfinns under leran. Att detta är särskilt känsligt beror på att om man får en avsänkning här, så innebär det att leran komprimeras i sin nedre del och hela lerpacken följer då med ner, vilket medför mycket stora påhängslaster på eventuella pålar som är installerade ner till berget.

Se till att ha koll – och skyll inte på leran!

Även om Göteborgslerans egenskaper är välkända, så innebär alla markarbeten vissa riskmoment. Det är därför viktigt att man i samband med utförandet kontrollerar de parametrar som är kritiska i det aktuella fallet, vilket till exempel kan vara ett grundvattentryck, eller rörelser hos en angränsande ledning. Mätvärdena ska då kontinuerligt jämföras dels med förväntade värden vilket utgör ett kvitto på huruvida utförda analyser är riktiga, dels ska de jämföras med gränsvärden vilka satts upp på basis av vad omgivande konstruktioner och anläggningar tål. I vissa fall kan man då tvingas justera sitt byggande för att inte uppsatta gränsvärden ska överskridas.

Sammanfattningsvis kan konstateras att byggande på eller i lera innebär ett antal olika utmaningar, vilka måste hanteras både i samband med projekteringen och vid utförandet. Såväl lerans egenskaper som vilka verktyg som finns att tillgå för att hantera utmaningarna är dock något som erfarna geotekniker känner till. Att skylla misslyckanden på Göteborgsleran innebär således inget annat än att anklaga sig själv för att man inte nyttjat denna kunskap!

OM EXPERTEN

Jag har nu jobbat med geoteknik i olika former i drygt 40 år. De första 10 åren efter civilingenjörsexamen arbetade jag till stor del med forskning på Chalmers, och doktorerade då på "pålgrundläggning i lera", och erhöll senare även en docentur i geoteknik. Efter det har jag jobbat som nationellt geoteknikansvarig, dels på NCC, dels på Trafikverket, men jobbar nu som senior expert på COWI.

Genom åren har jag kommit i kontakt med de flesta formerna av geoteknik, så som jordförstärkning av många olika jordtyper, pålgrundläggning, omgivningspåverkan, och detta såväl inom väg/järnväg och hamnanläggningar, men även för större byggnader så som exempelvis förstärkningen av Nya Ullevi efter det att Bruce Springsteen höll på att "rocka sönder" arenan, och uppförandet av Karlatornet i Göteborg.

Jag försöker nu nyttja min teoretiska baskunskap, tillsammans med många års erfarenhet av många olika former av geokonstruktioner, till att hjälpa såväl beställare som utförare av markarbeten. Att hitta kostnadseffektiva lösningar på komplexa frågeställningar har alltid lockat mig, och jag har idag förmånen att få tillämpa detta i många stora projekt som exempelvis Västlänken, utbyggnad av Göteborgs hamn, Masthuggskajen m fl. Att på teoretisk grund hitta praktiska lösningar som inte är onödigt komplexa är en drivkraft, och ofta är ju de enkla lösningarna de bästa.