The Discrete element method (DEM) is a methodology to investigatethe interactions among granular materials. It analyzes the behavior of par-ticulate environments by solving force-displacement equations that adhereto Newton’s second law of motion. Despite its usefulness, the DEM is notwithout limitations, and researchers are still facing certain challenges thatrestrict them from performing detailed analyses of granular materials. Thisstudy addresses two issues in DEM modeling of granular materials in rail-way embankments. Firstly, the long computational time required by theDEM for modeling fine angular particles in granular materials is addressedby exploring the effects of particle scaling on the shear behavior of granularmaterial. This study investigates the impact of particle size distribution,particle angularity, and the amount of scaling on the accuracy and compu-tational efficiency of DEM. Secondly, the limitations of DEM in includingthe continuous rail beam structure in the track are addressed by verifyinga DEM model against physical measurements of a full-scale ballasted trackand investigating the influence of including the rail beam structure on high-speed railway ballasted tracks. The results show that the use of particlescaling in the first study significantly improves the computational efficiencyof the DEM while maintaining accuracy, and this method is used in thesecond study to investigate the influence of the rail beam structure on thebehavior of railway tracks.

In this licentiate thesis is presented the work and the results of the construction of two test embankments on sulphide soils at the test field in Lampen outside the city of Kalix next to the new rail road Haparandabanan.

The main purpose of the licentiate thesis work was to improve the knowledge of compression properties of sulphide soils, with focus on the creep properties. Another aim was to establish atest field with extensive instrumented test embankments where settlements and pore pressurescan be measured during many decades.

The work with the test embankments has included instrumentation and construction as well asmeasurements of deformations, pore water pressures and soil temperatures.

Field investigations of the properties of the sulphide soil have been performed mainly by CPTsounding, field vane test and Swedish piston sampling. An extensive program of laboratorytests, mainly through oedometer tests, both incremental loading and constant rate of strain, permeability tests and undrained direct simple shear tests, was conducted for thedetermination of compression and strength properties. In this work a literature review wasperformed with the subject sulphide soils and focusing on compression properties.

A firstsimple one-dimensional calculation of the total settlements of the test embankments wascarried out regarding the magnitude and the time dependency.The instrumentation and the construction of the test embankments have been carefully planned and were carried out as planned. The different measuring equipment as settlementhoses, bellow hoses, settlement gauges and inclinometers, which are installed in theembankments and the underlying sulphide soil to measure deformations in the soil, overallhas given the expected values and the behaviour can be explained by theories of soilmechanics. The pore pressure responses in the underlying sulphide soil are related to theapplied load caused by the mass of the embankments and the effective stresses in the soil. Theresults of the pore pressure measurements are comparable with previous experiences of thebehaviour of load testing on fine-grained soils.

Many oedometer tests, incremental loading and constant rate of strain (CRS), have beenperformed to study the compression properties of the sulphide soil and to evaluate differentparameters. It has been possible to identify and evaluate the preconsolidation pressure fromall the CRS oedometer tests, which indicates a good quality of the soil samples, .i.e. a wellperformed piston sampling and following handling of the soil samples. In comparison between the two different oedometer tests, incremental loading and constant rate of strain, the first one gave a slightly higher value of evaluated preconsolidation pressure.

From the incremental loading tests the creep parameters, , and , were evaluated andthey indicate that the values of these parameters in the sulphide soil from Lampen are slightlyhigher than the previous experiences of sulphide soils have shown. This implies that it can berelatively large differences in creep properties between different sites with sulphide soils and that incremental loading tests should be performed in the cases when creep settlements are of interest.

The total calculated settlements of the two embankments in Lampen after 50 years are between 1.12 and 1.35 m, with the heights 1.5 m and 2.0 m respectively of the embankments.

The performed measurements of the settlements showed at the time for the latest measurements, i.e. 420 days after the start of the construction of the embankments, that the largest measured settlements of the ground surface were between 0.34 and 0.38 m. In comparison with the calculated results, these values were slightly higher, since the calculations for the same time give settlements in the order of 0.26 to 0.30 m.

In this work an extensive experimental basis for the future has been created for compressionproperties including creep properties of the investigated types of sulphide soils, with applications to settlement calculations of embankments.

Vid byggande av vägar och järnvägar utförs mätning och uppföljning av sättningar både på anläggningsobjekten och i omgivningen. Det finns en lång rad olika kontrollsystem för uppföljning av sättningar som kan vara användbara i olika situationer. Det handlar om att mäta sättningsförloppen både hos markytan och ytliga objekt och sättningens fördelning ner genom markprofilen. Inom detta projekt har tillgängliga metoder inventerats och en analys har gjorts av användningsområden samt möjligheter och begränsningar hos metoderna. Metoderna har delats in i tre olika typer: (I) Fasta geotekniska system som bygger på installerade mätkroppar i eller på marken; (II) Geodetisk mätning/ Terrestra metoder som i huvudsak bygger på mätning från marken; (III) Geodetisk mätning/ Luftburna/ Fjärranalys som avser analys av större ytor med fjärrtekniker (från flygplan eller satellit).

Water in the surrounding rock mass flows into the tunnel via naturally occurring joints and via cracks caused by the blasting used to excavate the tunnel. The most common method in Sweden to reduce or prevent leakage problems are first and foremost the use of grouting. However, experience shows that despite extensive pre-grouting and supplementary post-grouting, it is difficult to seal the rock mass so that drips and moisture are completely eliminated. Although the water itself causes degradation of the tunnel, the degradation process increases dramatically when the water is exposed to freezing temperatures. Water expands during freezing and due to water migration, which occurs in rock in a similar way as in soil, the ice causes frost shattering of the interface between rock and shotcrete and also to the shotcrete and the rock itself. This can damage the main load-bearing system. The ice formation itself is a maintenance problem, as the tunnels must be kept clear of icicles, ice pillars and ice layers in the tracks or on the roads. One of the main tasks in this research project has been to identify which problems cause the most maintenance work and where and when these problems occur in the tunnel.

During the field observations carried out as part of this doctoral study, many problems with water and ice were discovered, all of which contribute to increased maintenance. Many ice problems are directly linked to frost insulated drain mats. Leakage and ice formations occur at the edge of the drains, in mat splices and when brackets for cable racks, handrails or other installations puncture a drain and it has not been properly sealed. In drains covered with shotcrete, frost shattering and cracking in the shotcrete can be a problem. Frost cycles in the tunnel cause the water to freeze and thaw alternately, allowing more water to reach the freezing area due to water migration, resulting in frost shattering of the rock and the shotcrete. If not anchored with bolts, the reinforcing effect and the stability of shotcrete in a tunnel is dependent on the adhesion to the rock surface. It is, therefore, important to take all available measures to ensure good adhesion. Poor adhesion in itself is not a degradation problem, but a void can form in the interface between rock and shotcrete as a result of poor adhesion. If this void is filled with water that cannot drain away, ice pressure can occur in the layer between rock and shotcrete. The ice pressure can cause cracking and degradation of the shotcrete if the pressure exceeds the tensile strength of the adjacent material. In some of the reported fall-outs of rock and shotcrete, an ice layer was discovered between the rock surface and the edges of the remaining shotcrete layer. Therefore, frost shattering is a likely cause of the fall-outs. Many frost cycles combined with water leakage can cause frost shattering. The field measurements conducted as a part of the doctoral study have shown that most frost cycles do not occur closest to the tunnel entrances, but instead about 100 to 200 m into the longer tunnels. The results from the laboratory tests performed as part of the doctoral study showed that the adhesive strength between rock and shotcrete decreased significantly when the test panels were subjected to freeze-thaw cycles. Furthermore, more of the micro seismic events (AE - acoustic emission monitoring) occurred in the test panels that had access to water during freezing. Therefor, maintenance personnel and inspectors should pay particular attention to water leakage in sections that have an increased number of frost cycles, to avoid future problems with frost shattering of rock or shotcrete. 

In the longer tunnels studied in this work, a greater number of ice formations occurred in the inner parts of the tunnel, than close to the entrances. The rock mass emits heat, which heats up the cold outside air that enters the tunnel. Due to the heat transfer from the rock mass, leakage points located further along the tunnels can remain unfrozen. A leak that is closer to the tunnel entrances in the longer tunnels or a leak in a shorter tunnel are exposed to higher freezing rates. The entire rock mass freezes and the leak ‘freezes dry’, that is, ice forms in the water-bearing fracture, preventing further water leakage.

Where and when ice problems occur along a tunnel depends on many factors. Besides the obvious water leakage, the length of frost penetration into the tunnel is the main reason for where and when ice problems occur. The predominant cause of frost penetration in most of the tunnels is the thermally induced airflow. In the longer tunnels, the inclination of the tunnel affects frost penetration the most. The field observations showed that there was a difference in where and when leakage points appear during the year and also in terms of variation in the amount of leakage water. There was also a variation over different years. The conclusions of the field observations are that it is difficult to estimate where the insulated drain mats should be located along a tunnel. Based on experience from this survey, the location of the drains should be determined only after several inspections and especially after a winter period, when the main problems with ice formation occur. Previous perception regarding ice problems have been that ice formation only occurs at the tunnel entrances and in the outer parts of the tunnel. A proposed measure has, therefore, been to cover the first 300 m from each entrance with frost insulated drains to try to completely eliminate the ice problems. However, this is not an effective solution to the problem. The insulation not only prevents the cold from reaching the leakage point, but it also prevents the rock mass from emitting heat that warms up the cold outside air entering the tunnel. Thus, the frost can penetrate further into the tunnel and the problems with ice formation are only moved further into the tunnel. As the amount and location of the frost insulation affects frost penetration, the dimensioning of insulation must, therefore, be carried out in several iterations, where each new distribution of insulation along the tunnel is calculated separately.

For the tunnels that have been studied as part of this doctoral study, the following has emerged. The central and southern parts of Sweden have shorter cooling periods and the tunnels are exposed to many temperature fluctuations around 0°C during the winter. The frost does not have time to penetrate as far here as in the tunnels in the northern parts of Sweden. Therefore, more ice problems arise around the entrances of the tunnels in the southern parts of Sweden than for those in the northern parts. For northern parts of Sweden, the problem of growing ice formations in sections near the tunnel entrance usually occurs only during the autumn and spring, but not in winter. The field observations showed that the problems with ice growth and temperature fluctuations around 0°C occur further along the longer tunnels in the northern parts of Sweden. This is because the temperature of the tunnel air is higher due to heat transfer from the rock mass. For shorter tunnels that adopt the same temperatures as the outside air, ice formations can occur along the entire length of the tunnel in the sections that have leakage problems. The Swedish Transport Administration’s regulations are currently being updated and the observations and measurements carried out in this doctoral work are now being used to evaluate new requirements regarding frost penetration in tunnels.

Despite extensive grouting efforts to prevent water from leaking into tunnels, water seepages remain. When exposed to freezing temperatures, ice formations occur. During the winter, the Swedish Transport Administration's railway tunnels are affected by major problems caused by ice, such as icicles from roof and walls, ice loads on installations, ice-covered tracks and roads, etc. To ensure safety and prevent traffic disruptions, many tunnels require extensive maintenance. Improved knowledge about frost penetration in tunnels is required to reduce maintenance of the tunnels. Frost insulated drain mats are often used at leakage spots to prevent ice formation along the tunnels. To find out which parts of a tunnel are exposed to freezing temperatures, the University of Gävle and the Royal Institute of Technology in Stockholm conducted a laboratory model test on behalf of the Swedish National Rail Administration (now the Swedish Transport Administration). The laboratory model test aimed to find a method to determine the expected temperature conditions along a tunnel to decide which parts of the tunnel require frost insulation to protect the drainage system from freezing and prevent ice formation. To evaluate the laboratory model test, the Swedish Transport Administration in collaboration with Luleå University of Technology have performed field surveys in two Swedish railway tunnels. The field measurements involved monitoring temperatures in air, rock surfaces and rock mass, as well as measuring wind direction, wind and air velocity and air pressure. The measurements in the tunnels show that the frost penetrates further into the tunnels than was expected from the laboratory model test, which was based on a completely uninsulated tunnel. Frost insulated drains do not only prevent the cold air from reaching the rock mass, but also prevent the rock from emitting geothermal heat that warms up the cold tunnel air. Consequently, the frost penetrates further into the tunnel than it would do if the heat from the rock mass was allowed to warm up the outside air on its way into the tunnel. The number of frost insulated drains and how much of the tunnel walls and roof are covered thereby affect the length of the frost penetration.

Osäkerhet kring de vibrationsnivåer som kan tolereras nära nysprutad betong leder ofta till att alltför konservativa gränsvärden används vid byggande av tunnlar och bergrum, med merkostnader och planeringsosäkerheter som följd. Tidigare har det endast gått att ge generella rekommendationer för säkra vibrationsnivåer. Ett projekt med syfte att ta fram en uppsättning praktiska vibrationsgränsnivåer för sprutbetongarbeten nära sprängning i hårt berg har därför genomförts. Dessa rekommendationer spänner över situationer som kan uppstå vid "normalt" byggande i hårt berg, och innehåller riktlinjer för säkra avstånd och väntetider för nysprutad vibrationsutsatt sprutbetong. Inom projektet studeras våtsprutad betong på hårt berg, av den typ som finns i Sverige och Skandinavien. Ett stort antal beräkningar har genomförts med en tidigare framtagen och relativt beräkningseffektiv numerisk elastisk vågutbredningsmodell. Som indata används olika kombinationer av mängd sprängämne, avstånd, bergtyp, sprutbetongtyp, sprutbetongålder och tjocklek. För varje kombination av indataparametrar har sedan de spänningar som uppstår i vidhäftningsskiktet mellan berg och sprutbetong beräknats. Resultaten sparas i en databas och kan åskådliggöras grafiskt med en 3D yta, som funktion av sprutbetongålder och avstånd till laddningen. Denna yta har sedan jämförts med ytterligare en som representerar tillväxten av vidhäftningshållfastheten mellan berg och sprutbetong. Skärningslinjen mellan de två ytorna representerar gränsen för säker sprängning, beaktande kombinationer av kortaste avstånd och yngsta tillåtna sprutbetong vid tiden för sprängning. Rapporten innehåller ett större antal diagram visande gränsvärden för säker sprängning, vilket kommer att vara av värde som referens vid projekteringsarbeten och också 41058 jämförelser med verifierande data från fältet och därigenom erfarenhetsåterföring. Utifrån de framtagna rekommenderade gränsvärdena kommer dimensionering i projekteringsstadiet att kunna göras så att oskadad och säkrare sprutbetong med längre livslängd fås. Minskat behov av omsprutning och reparation ger hög ekonomisk hållbarhet för stora infrastrukturprojekt och även miljömässig hållbarhet då materialåtgången minskas. Säkerheten i tunnlar och bergrum kommer också att höjas. Nyckelord: Sprutbetong, Tunnelbyggnad, Sprängning, Vibrationer, Avstånd, Ålder, Riktlinjer.

MTC har för Trafikverkets räkning behandlat sulfat- och sulfidjord i fullskaleförsök med elfilterstoft vid MTC testanläggning. Syftet med försöken var att utröna möjligheten att stabilisera och/eller neutralisera den svavelhaltiga jorden med målet att den kan återanvändas i anläggningsändamål i eller utanför Trafikverkets verksamheter och projekt. Den låga variationen av uppmätta pH-värden som redovisas över de 5 månaderna som experimentet pågick indikerar att ingen betydande försurande effekt kunde noteras från den stabiliserade jorden under den tiden som experimentet pågick.

To optimally design a geotechnical engineering structure, an iterative decision-making process is required due to the prevailing uncertainty of the ground conditions. At present, these decisions are taken based on simple deterministic rules and models. This paper proposes a risk-based decision-theoretic framework to the optimal planning for geotechnical construction. This framework combines geotechnical probabilistic models, cost analysis using Monte Carlo simulation and the observational method. The framework is illustrated on the design of the surcharge for an embankment on soft soil, whereby the optimal preloading sequence of added surcharge is adapted to the observed settlement. The approach balances the cost of surcharge material against financial penalties related to project delays and insufficient overconsolidation, which causes damage due to residual settlement. The result is a preloading strategy that optimally accounts for information obtained from settlement measurements under uncertain ground conditions. The findings highlight the potential of using risk-based decision planning in geotechnical engineering, in particular in combination with the observational method. For the investigated case-study, we observe a reduction in the expected cost in the order of 25%.

Inom både gruvindustri och infrastrukturprojekt är tillståndskontroll av bergbultar av stort intresse. Det finns dedikerade mätbultar som kan installeras för att detektera och följa förändringar över tid. Det finns även metoder för att kontrollera ingjutningen av bultar vid installation. Däremot saknas idag mätmetoder för att följa tillståndet hos generiska bergbultar över tid, eller för att detektera avvikelser bland sedan tidigare installerade bultar. I detta projekt utvecklas en metod baserad på ultraljud för att följa förändringar i mekaniska egenskaper över tid och för att kunna detektera avvikande bultar i en population av redan installerade bultar. Metoden bygger på en kort ultraljudspuls skickas in i bulten från den fria änden och att en reflekterat ljud från hela bultens längd samlas in. Detta fingeravtryck av bulten kan sedan jämföras bultar emellan, eller följas för en enskild bult över tid. För att demonstrera principen visar vi hur uppmätta ultraljudssignaturer kan användas för att modellera hela dragprovskurvan (kraft mot töjning), från vila till brottgräns för en c: a 3 meter lång dynamisk bergbult. 

Decision making in geotechnical engineering is characterized by considerable uncertainty. To find optimal solutions in such an environment, an iterative decision-making process, which includes new information as it becomes available, is required. In this contribution we extend the risk-based framework of Bismut et al. (2023) for optimal planning of a geotechnical construction to include predictions, which are based on a linear regression analysis of monitoring data. This approach is illustrated for the design of a surcharge on an embankment in clayey soil, as the optimal preloading sequence is searched. We demonstrate that by increasing the amount of information considered more cost efficient strategies can be identified and outcome uncertainties can be reduced.

Phase change of the water in the soil skeleton under cold climate conditions (also known as frost action in soils) affects soil properties and can be responsible for serious alterations in a soil body; causing damages (due to the volumetric expansion known as frost heave) to structures on or below the ground surface such as foundations, roads, railways, retaining walls and pipelines, etc. In order to improve the current design methods for roads against frost action, the Swedish Transport Administration (Trafikverket) has initiated a research program. The main goals of the program are to revise the existing frost heave estimation methods and improve the frost susceptibility classification system for subgrade soils.

Literature was reviewed to gather the details of different freezing test equipment around the world and to identify common trends and practices for laboratory freezing tests. Based on the literature review and the collaboration with the University of Oulu, Finland an experimental apparatus was assembled for studying frost action in the laboratory. A detailed description of the experimental apparatus is given. Top to down freezing of specimens (of 10cm height and diameter) can be monitored while keeping track of water intake, vertical displacements (heave) and the temperature profile within the sample. Loads can be applied at the top of the sample to study the effects of overburden. Moreover, the test setup was modified with a camera system to have the option of recording the experiments.

Disturbed samples of two different soil types were tested. Experiments with fixed and varying temperature boundary conditions were conducted to assess the validity of the assumptions for the frost heave estimation methods currently in use in Sweden. To this end, a qualitative relationship between frost heave and heat extraction rates based on theoretical equations was established. It was shown that there is a significant difference between the preliminary findings of the experimental work and the current system being used in Sweden to quantify heave.

Image analysis techniques were used on two experiments that were recorded by the camera system. Image recording and correlation analyses provided detailed information about frost front penetration and ice lens formation(s) under varying temperature boundary conditions. Thawing has also been regarded in further studies. Results of the image analyses were compared to readings from conventional displacement measurements during the same test. Significant agreement between the results of image analyses and displacement measurements has been found. Image analysis was shown to be a viable method in further understanding of frost heave mechanisms.

Shortcomings and disadvantages of utilizing the theoretical equations as well as the image analysis techniques were discussed. Potential remedies for overcoming the drawbacks associated with each approach are suggested. The work is concluded by discussing the potential improvements, planned upgrades (addition of pore pressure transducers) and the future experiments to be conducted.

Undermarksbyggande förväntas öka med ökande befolkningar, och bristen på utrymme kommer leda till ökat byggande i områden med sämre tekniska egenskaper. Kostnaden för och egenskaperna hos undermarkskonstruktioner, i såväl bygg- som driftskedet, är intimt kopplade till förståelse för och hantering av geologiska risker, som till exempel grundvatteninflöde, vittrat berg och dålig bergtäckning. Detta medför behov av bättre metodik och metoder för kartläggning av den rumsliga fördelningen av strukturer och egenskaper i jord och berg (Nelson 2019). Elektrisk resistivitetstomografi (ERT) har visat sig ge mycket användbar information om variationer i djup till berg och bergkvallitet i flera projekt, bland annat Hallandsåstunneln där det användes som operativt verktyg i tunnelarbetet (Dahlin et al 1999; Danielsen & Dahlin 2009). På senare år har det visats att markens uppladdningsförmåga, som kan mätas samtidigt med resistivitet som så kallad inducerad polarisation (IP) kan ge värdefull kompletterande information om bergets egenskaper (Johansson et al. 2020; Jonsson et al. 2018). Kombinerad tomografisk undersökning med resistivitet och IP kallas ofta DCIP (Direct Current resistivity and Induced Polarisation) tomografi. Vidare kan mätande och inkluderande av IP i tolkningen av data bidra till att minska osäkerheterna i bestämning av resistiviteten (Olsson et al. 2019; Madsen et al. 2018). Sammantaget ger detta bättre möjligheter att kartlägga variationerna i materialegenskaper och att kunna särskilja volymer med olika materialegenskaper från varandra, vilket i sin tur banar väg för bättre bestämningar av djup till berg och variationer i bergets egenskaper. Detta är viktigt i komplexa geologiska miljöer, där ett begränsat antal borrningar placerade utan ett kvalificerat underlag som avspeglar variationen i materialegenskaper riskerar att bli icke-representativt och missvisande. Dock är DCIP mättekniskt mera krävande än ERT, vilket medför längre tid för själva mätandet och större känslighet för mätstörningar (Dahlin & Leroux 2012; Olsson et al. 2016).

Det grundtryck som kan tillåtas vid grundläggning på berg kontrolleras/styrs av bergmassans mekaniska egenskaper. Bestämning av tillåtet grundtryck i Sverige sker emellertid vanligen väldigt schematiskt enligt Trafikverkets tekniska Krav för geokonstruktioner - TK Geo 13 (Dokument-ID TDOK 2013:0667). Detta innebär vid grundläggning på berg att tillåtet grundtryck ofta är missvisande och på kristallint berg ofta underskattas. Tillåtet grundtryck utvärderas inte utifrån bergets egenskaper, utan bestäms av mycket konservativ och förenklad förutsatt metod. Syftet med detta dokument är utvärdera en mer tillförlitlig metodik för att ta fram ett karaktäristiskt tillåtet grundläggningstryck baserat på systematisk utvärdering av bergmassans mekaniska egenskaper. Vidare är syftet också att dokumentet skall kunna utgöra ett underlag som medför att ett mindre trubbigt och en mer tillförlitlig metodik, än den som redovisas i TK Geo, används för att ta fram ett dimensionerande grundtryck vid grundläggning på berg. I detta fall har metodiken baserats på Hoek & Browns brottkriterium för bergmassor och det tillhörande systematiska tillvägagångsättet, klassificeringsmetod (GSI och RMR) för att bedöma bergmassans egenskaper och indata till modellen. Vid utvärdering av tillåtet karaktäristiskt grundläggningstryck har en kristallin bergmassa delats upp i fyra olika klasser, mycket bra berg till dåligt berg. För utvärdering har vi valt en gnejsformation där medelvärdet av den enaxiella tryckhållfastheter på intakta bergprover mätts till 140 MPa. De enligt metodiken framtagna karaktäristiska tillåtna grundläggningstrycken för de olika bergkvaliteterna redovisas i Tabell I. (Se i rapporten). En litteraturgenomgång visar en rad olika bärighetsformler för att ta fram ett tillåtet grundläggningstryck som varierar mer eller minder stora. Resultaten visar vanligen ett maximalt tillåtet grundtryck baseras på enbart hållfasthet utan hänsyn tagen till tillåten förskjutning. När sättningen är kritisk bör tillåtet grundtryck också kopplas till tillåten vertikal förskjutning. Därför redovisas också i tabellen den enligt metodiken utifrån Hoek & Browns brottvillkor framtagna deformationsmoduler för de olika bergkvaliteterna. För att verifiera eller jämföra de enligt tabellen framtagna tillåtna karaktäristiska grundläggningstrycken har numerisk analys utförts för de fyra bergmassorna A-D med tillhörande mekaniska egenskaper. I Figur I redovisas resultatet från den numeriska analysen. I figuren är de i Tabell I listade tillåtna grundtrycken markerade, som tagits fram enligt metodik baserat på Hoek & Browns brottkriterium för bergmassor, så det framtagna grundläggningsrycken kan kopplas till aktuella vertikala förskjutningar. Enligt figuren är den vertikala förskjutningen rimlig för de framtagna tillåtna grundtrycken.

Att bo strandnära är attraktivt. En stor del av befolkning i Sverige bor längs kusten, många samhällen finns etablerade längs kusten och det finns infrastruktur som vägar, järnvägar, broar, kraftanläggningar, etc. Strandnära bebyggelse och infrastruktur är samtidigt sårbar för effekter som stranderosion orsakade av vågor och strömmar från exempelvis vind eller fartyg. Erosionen innebär att jordmaterial transporteras bort från strandområden och landområden kan gå förlorade. Erosion längs kuster och vattendrag har traditionellt sett oftast åtgärdats med erosionsskydd i form av stenskoningar. Erosion är en naturlig process som skapar förutsättningar för många värdefulla och hotade arter. Erosionsskydd och andra förebyggande åtgärder längs kusten kan i många fall innebära en negativ påverkan på de naturvärden som finns vid kusten. I samband med erosionsförebyggande arbeten efterfrågas det därför idag att större hänsyn tas till de naturvärden som finns vid kusten. Erosion längs farleder orsakas både av naturliga vågor (huvudsakligen från vind) och av fartygsgenererade vågor. Stränder har ofta anpassat sig efter naturligt genererade vågor och har därigenom antagit en viss form som är mer eller mindre i jämvikt vågpåverkan. Längs farleder förekommer både naturliga vindvågor och fartygsgenererade vågor och när stränderna exponeras för fartygsvågor, som har ett annat utseende än de naturliga vågorna, kan dessa utsättas för större påverkan. Så är fallet i många delar av Furusundsleden där fartygsgenererade vågor har lett till att stränder eroderats mer än vad de vindgenererade vågorna förmår. Projektområdet omfattar Furusundsleden, sträckan mellan Vallersvik i söder till Staboudde i norr, en sträcka på 12 km. Inom projektområdet har fem intressanta områden identifierats med varierande strandtyper och påverkan från fartygsvågor, tre områden blev utvalda som testområden, Nykvarnsholme, Kopparnäs och Staboudde. Arbetet och testerna presenteras i denna statusrapport för perioden 2016 – våren 2020.

This report aims at presenting basic knowledge on bridge scour and the processes governing its evolution as well as summarizing the most common formulas used to calculate scour depth at bridges. Design procedures concerning bridge scour in several different countries are also discussed, including United States, Australia, and the United Kingdom. The situation in Sweden with regard to bridge scour is briefly reviewed and several case studies are presented where marked scour holes have been detected at bridges. Two cases of bridge failures in Sweden are included where local scour was the main reason for the collapse. Bridge scour is typically separated into pier, abutment, and contraction scour, where each mechanism is controlled by different physics and governing parameters. Each type of bridge scour is discussed separately in the report with sections on basic mechanisms, governing parameters, common predictive formulas, and concluding remarks. The report also includes a brief summary on the expected influence of climate change on bridge scour. Larger and more intense rainfalls in the future imply larger flows in the rivers with increased bridge scour as a result. The report deals only with scour induced by bridges; other types of scour, such as general scour due to longitudinal transport gradients in the river, scour related to secondary flows in river bends, or scour downstream hard bottom, are not discussed. Most of the formulas included to estimate bridge scour are valid for friction material and only a few examples are given that are applicable to cohesive sediment, mainly related to recommended design procedures from different countries. Also, the objective of bridge scour analysis is often to estimate the maximum scour depth, occurring at equilibrium conditions under a certain flow, implying that most of the formulas are valid for such conditions.

Unbound granular materials (UGM) are widely used as load-bearing layers and for embankment construction within transport infrastructures. These play a significant role on operation and maintenance of transportation systems. However, pavement and railway engineering still today rely heavily on empirical models based on macroscopic observations. This approach results in limited knowledge on the fundamentals at particle scale dictating the macroscopic response of the material. In this sense, the discrete element method (DEM) presents a numerical alternative to study the behaviour of discrete systems with explicit consideration of processes at particulate level. Additionally, it allows obtaining information at particulate level in a way that cannot be matched by traditional laboratory testing. All of this, in turn, can result in greater micromechanical insight.This thesis aims at contributing to the body of knowledge of the fundamentals of granular matter. UGM for transport infrastructures are studied by means of DEM in order to gain insight on their response under cyclic loading. Two main issues are considered: (1) soil fabric and its effect on the performance of coarse-fine mixtures and (2) modelling of high rockfill railway embankments. Among the main contributions of this research there is the establishing of a unified soil fabric classification system based exclusively on force transmission considerations that furthermore correlates with performance. In particular, fabrics characterized by a strong interaction between the coarse and fine fractions resulted in improved performance. A soil fabric type with a potential for instability was also identified. Regarding embankments, DEM modelling shows that traffic induced settlements accumulate on the top layers and therefore seem to be unaffected by embankment height above a certain value. A marked influence of degradation, even considering its nearly negligible magnitude, was observed, largely resulting in increased settlements.

Permanent deformation accumulation of unbound granular layers under traffic plays a critical role in the performance and need for maintenance of pavements and railway structures. In this paper, the discrete element method is used to study the permanent strain behaviour of binary mixtures of elastic spheres, as an idealization of gap-graded mixtures, under triaxial monotonic loading. The effects of stress level and soil fabric structure, based on a recently proposed classification system founded on micromechanical considerations, are assessed by subjecting mixtures with varying fines contents to different stress levels. Additionally, mixtures are loaded to static failure to study the dependency of the permanent strains on the closeness of the applied stress to failure stress, in accordance with existing empirical models. Numerical results are also compared with the experimentally determined behaviour of granular materials. The findings indicate that numerical mixtures are able to reproduce some of the most significant features observed in laboratory tests on granular materials, further encouraging the use of numerical simulations to enhance the understanding of granular media behaviour. Additionally, a good correlation between fabric structure and performance is obtained, giving additional support to the use of the studied fabric classification system for performance characterization.

The effect of stress level on the resilient modulus for binary mixtures of elastic spheres under triaxial loading is investigated using the discrete element method. The secant modulus during the first cycle of unloading is used as an estimate of the modulus after several load cycles due to computational time restrains. Later in the paper, its adequacy as an accurate and efficient estimator is shown. Numerical results are statistically compared with existing relations characterizing the stress dependency of the resilient modulus for real granular materials. It is concluded that the modulus prediction is significantly improved considering the effect of the deviator stress in addition to the confinement stress, obtaining a good correlation between the modulus and the confinement to deviator stress ratio for the numerical mixtures. The stress dependency of a recently proposed soil fabric classification system, based on force transmission considerations at particulate level, is also studied and its correlation with performance investigated. It is found that the relative load-bearing role of coarse and fine components is governed by the deviator to confinement stress ratio. However, the implemented fabric classification is fairly insensitive to changes in this ratio. Regarding resilient performance, interactive fabrics show the stiffest response whereas underfilled fabrics should be avoided due to a potential for instability.

The effect of fines content on force transmission and fabric development of gap-graded mixtures under triaxial compression has been studied using the discrete-element method. Results were used to define load-bearing soil fabrics where the relative contributions of coarse and fine components are explicitly quantified in terms of force transmission. Comparison with previous findings suggests that lower particle size ratios result in higher interaction between components. A potential for instability was detected for underfilled fabrics in agreement with recent findings. It was also found that the threshold fines content provides an accurate macroscopic estimation of the transition between underfilled and overfilled fabrics.

Det svenska järnvägsnätet är till stor del byggt under andra halvan 1800-talet och i början av 1900-talet. Under de senaste 25 åren har uppgradering utförts av befintliga banor för högre hastigheter, högre axellaster och högre linjelaster. Uppgraderingen har skett genom uppgradering av enkelspår eller genom ombyggnad av enkelspår till dubbelspår. Det senare huvudsakligen på grund av kapacitetsbrist. De geotekniska förstärkningsåtgärder som utförts för befintliga banor har under denna period i huvudsak omfattat förstärkning med avseende på banornas bankstabilitet och totalstabilitet. De spåråtgärder som utförts under denna period omfattar i huvudsak spår- och slipersbyte samt makadamballaståtgärder. Orsaken till ovanstående är att de åtgärder som är aktuella normalt innebär arbeten i spår som kräver avstängning av järnvägstrafiken under en längre period och att kostnaderna för såväl åtgärd som för störningar i trafikeringen kan bli höga.

Banunderbyggnaden i befintliga banor påverkar i högsta grad funktionen hos spåranläggningen. Spårstyvhet/rälsnedböjning och vatteninnehåll i jorden närmast under spåret, påverkar tillståndsutvecklingen. Förändrad trafikering (axellast, hastighet, trafikmängd) kommer att påverka nedbrytningsprocessen och behov av underhållsåtgärder. Mycket låg spårstyvhet kan leda till mycket snabb nedbrytning av spårkonstruktionen (brott i befästningar). Sannolikt har ovanstående faktorer även betydelse vid nybyggnation av järnväg med avseende på utformning av banunderbyggnaden, speciellt avseende övergångskonstruktioner.

Svårigheten med att utföra relevanta bärighetsförbättringsåtgärder, exempelvis under-ballastbyte, på trafikerade banor är att det av olika anledningar är svårt att få till längre sammanhängande tider för avstängning av trafiken. Under de senaste 30 åren har banunderbyggnadsrenoveringsmaskiner använts i stor omfattning inom de europeiska järnvägsförvaltningarna, men inte i Sverige. Det är således av stort värde att studera möjligheterna att använda banunderbyggnadsrenoveringsmaskiner för underballastbyte inom det svenska järnvägsnätet.

Spårkonstruktionens underbyggnad påverkar i högsta grad funktionen hos spåranläggningen. Detta avser allt från spårlägesfel till tjällyftning, anrikning av finjord samt risk för lokalt skjuvbrott. I föreliggande rapport redovisas: 

• Översiktligt dagens kunskapsnivå när det gäller bärighetsproblematik avseende befintliga järnvägsanläggningar samt utredningsmetodik och metoder för att åtgärda bärighetsbrister. 
• Erfarenheter från framtagning av projekteringsunderlag, mätmetoder, värdering av projekteringsunderlag, projektering och byggande från bärighetsförbättringsprojektet mellan Frövi och Ställdalen.
• Rekommendationer avseende lämpliga konstruktionstekniska krav för bärighetsåtgärder samt hur utredning, projektering och utförande av ett bärighetsförbättringsprojekt bör genomföras.  
• Förslag på fortsatta insatser vad gäller forskning och utveckling. 

Syftet med föreliggande uppdrag har varit att utreda orsaken till de höga sensitiviteter som uppmätts för lera från Västernorrlands län och om dessa sensitiviteter innebär ökad risk för skred med stor utbredning. 

I rapporten redovisas bakgrunden till svensk praxis för att bestämma lerors sensitivitet, sambandet mellan flytindex och sensitivitet samt olika metoder för att bestämma sensitivitet. En kort beskrivning görs av processerna vid bildning av högsensitiv lera och kvicklera. I rapporten redovisas även förutsättningarna för bildning av saltvattenavsatta sediment i och kring Bottenhavet. Sammanställningar och analyser av uppmätta sensitiviteter mellan Hudiksvall och Örnsköldsvik redovisas. 

Fördelning av olika sensitivitetsvärden för jordprover från Västernorrlands län och fyra regioner utanför Västernorrlands län presenteras och jämförs. I rapporten presenteras några utvalda skred som skett i Västernorrlands län och även en diskussion om trolig skredutlösning och eventuell koppling till högsensitiv lera för dessa. I rapporten ges även en sammanställning av internationella och svenska undersökningar avseende lerors störningskänslighet och sprödhetsparametrar. 

Från sammanställningar och analyser som utförts inom uppdraget har följande slutsatser och förslag tagits fram. Dessa finns redovisade i detalj i Kapitel 9 (Diskussion och slutsatser) och i Kapitel 10 (Förslag på arbetssätt, dimensioneringsprinciper och fortsatt utveckling). 

Såväl förutsättningar för höga sensitiviteter som förekomst av högsensitiv jord finns längs kuststräckan mellan Hudiksvall och Örnsköldsvik. Skred i högsensitiv jord och kvicklera har skett men få av dessa har haft en stor utbredning. Det saknas underlag för att visa om leror i Västernorrlands län är mer eller mindre lättstörda än leror i andra delar av Sverige. Det kan dock konstateras att lerorna har högt kvasiflytindex och höga sensitiviteter, liknande lerorna på Västkusten. 

De processer som gett upphov till höga sensitiviteter för leror längs kusten i Västernorrlands län bör utredas vidare. Skillnader i egenskaper, och orsaker till dessa, mellan de västernorrländska och de västsvenska lerorna, bör utredas. Strukturell uppbyggnad, mineralsammansättning och salthalt etc. för högsensitiv lera bildad i brackmarin miljö bör studeras. Utbredningen i plan och djup av högsensitiva och kvicka leror är begränsad i Västernorrlands län, vilket påverkar förutsättningarna för utlösandet av stora skred. Utbredning och läge avseende högsensitiva och kvicka leror bör därför värderas vid geotekniska utredningar. Vid stabilitetsutredningar tas, enligt gällande regelverk, inte hänsyn till kvicklerors tjocklek och utbredning i plan vid ansättande av säkerhetsfaktor. Metodiken för dimensionering av geokonstruktioner vid förekomst av kvicklera bör därför ses över. 

Det finns idag ingen metod för att bestämma lerors störningskänslighet men då denna är väsentlig för bedömning av progressiva skred bör metoder tas fram. I rapporten presentera olika laboratorie- och fältmetoder som kan ligga till grund för framtagning av en sådan metod och för fortsatt utveckling. Eftersom plasticitetsindex är kopplat till störningskänslighet bör plasticitetsgränsen bestämmas vid rutinförsök och kopplas till störningskänslighet. Statens geotekniska institut 2020-12-15 1.1-1910-0662 5 (142) I Norge har en metod tagits fram för bestämning av lerors sprödhet, det vill säga hur hållfastheten efter brottvärdet förändras. Denna metod bör testas vidare på svenska leror. 

Jordlagerföljderna i Västernorrlands län är varierande med olika lager av sand, silt och lera. Eftersom en korrekt hållfasthetsbestämning förutsätter korrekt jordartsbenämning, föreslås att jordarterna silt och lera, speciellt lerig silt och siltig lera, bör benämnas med stöd av sedimentationsanalys. Jorden i Västernorrlands län är ofta sulfidhaltiga. Eftersom klassificeringen sulfidjord innebär en hållfasthetsreduktion vid utvärdering av resultat från CPT, vingförsök och konförsök bör sulfidjord benämnas med ledning av analys av mängden organiskt kol det vill säga TOC-halt bestämd enligt SS-EN 13137 (metod A). Glödningsförlust är inte en tillförlitlig metod. 

Jordarna i Västernorrlands län har ofta stort siltinnehåll, vilket komplicerar utvärdering av hållfastheten vid användning av indirekta metoder (konförsök, vingförsök och CPT). Därför bör även avancerade hållfasthetsbestämningsmetoder, som triaxialförsök och direkta skjuvförsök, användas vid geotekniska undersökningar. Dränerade hållfasthetsegenskaper bör bestämmas och användas för såväl silt som lera och anisotropiska effekter bör värderas. Metoder för bestämning av odränerad och dränerad skjuvhållfasthet i siltig lera och silt bör analyseras och utvecklas. Empiriska relationer för odränerade och dränerade hållfasthetsegenskaper bör tas fram för fast lera, siltig lera och silt.

I samband med uppgradering av befintliga banor för högre axellaster, tåghastigheter eller ökad trafikmängd är det viktigt att ta hänsyn till de ökningar av deformationer som kan erhållas i banunderbyggnaden, som kan orsaka spårlägesfel och ökat underhåll. I samband med spårbyten på sträckor där endast marginella förändringar planeras är det också viktigt att analysera de delar av sträckan där det är onormalt mycket spårunderhåll under rådande förhållanden. Inom den tyska och österrikiska järnvägen är målsättningen att spårunderhåll efter en banunderbyggnadsrenoveringsåtgärd i samband med spårbyte inte ska behöva utföras med tätare intervall än 5 – 10 år.

I vägledningen Projektering och utförande av bärighetsförbättring av järnväg (Trafikverket, 2021a) redovisas rekommendationer för hur undersökning och projektering bör utföras som underlag för banunderbyggnadsrenovering. I vägledningen redovisas praktiska rekommendationer avseende tjocklek och kvalitet på befintligt jordmaterial ned till 2 m under rälsens underkant, observation av vatteninnehåll i den övre delen av bankroppen och avvattning vid sidan av bankroppen. Även analys av andra indata som underlag för analys av åtgärder beskrivs, exempelvis analys av spårunderhåll, spårlägesfel och resultat från rälsnedböjningsmätningar. I skriften föreslås riktvärden för rälsnedböjning i en enstaka punkt och rälsnedböjningsförändring per spårmeter. I dagsläget saknas dock erfarenheter från uppföljningar av tillämpning av riktvärdena och det saknas också möjligheter att använda mätresultaten för ytterligare beräkningar och analyser.

The Scandinavian methodology for design and construction of tunnels and rock caverns depend on grouting to reduce water influx, and here cement grout is the dominating material. The demands of sealing traffic tunnels and tunnels in urban areas increase successively. With the development of finer cement particles in the grout mix, it is today possible to penetrate and seal fractures as thin as 70 μm. The grain size is very small in the fine material, and the smallest grain sizes cause problems due to flocculation and maybe also other chemical processes in the cement material. This reduces penetration into finer fractures then 70 μm, which generated research of the function of fine material and its impact on the grouting result. Large efforts are made in the underground construction projects in rock to handle ingress of water and this is a time consuming and costly process to handle. Research that leads to a better result within this field is therefore important and a good reason to continue to support these efforts. This research project studies mechanisms why the fine-ground cement is not penetrating the finer fractures. Research shows that the ability for the cement material to penetrate is not only based on amount of fine particles, but is more complex since also the chemical components are important.

Bruk baserat på mikrocement används huvudsakligen för tätning av bergsprickor i undermarkskonstruktioner med höga tätningskrav. Detta bruk är känt som svårblandat jämfört med bruk baserat på vanlig Portlandcement. Denna forskning undersöker möjligheten att använda ultraljud för att förbättra dispergering av mikrocementbaserat injekteringsbruk. Ultraljudsdispergering jämfördes med effektiviteten hos en vanlig laboratorieblandare utrustad med disk och rotor-statorteknik. For att testa dispergeringen hos de tre metoderna valdes två olika cement. INJ30 är ett relativt lättdispergerat cement med d95 = 30 μm och UF12 är ett mycket svårdispergerat cement med d95 = 12 μm. Dispergeringen kontrollerades med filterpump. Denna studie visade att ultraljudsteknik var den bästa av de tre testade dispergeringsmetoderna. Den kan användas för dispergering av bruk baserade på mycket finmalda cement ner till d95 = 12 μm, som de konventionella metoderna inte klarar av. Den uppnådda dispergeringen av bruk baserat på cement med d95 = 12 μm var cirka 54 μm. Det indikerar att detta bruk har en kapacitet att täta sprickor ner till cirka 54 μm sprickvidd, vilket är en betydande förbättring jämfört med 70 till 80 μm som man klarar av idag. Studien visade att en konventionell laboratorieblandare utrustad med disk inte alls är lämplig för dispergering av bruk baserat på mycket finmalda cement. En laboratorieblandare utrustad med rotor-statorsystem är bättre än disk och kan användas för dispergering av bruk baserat på cement med d95 ner till 30 μm. För en effektiv dispergering av bruk baserat på cement med d95 <30 μm krävs en blandare som använder ultraljudsteknik. Nyckelord: mikrofin cement; injekteringsbruk; dispergering; ultraljudsdispergering; laboratorieblandare.

Med kännedom om de spänningar som råder i berget innan utbrytning sker kan stabili¬tetsberäkningar utföras i syfte att optimera layout och eventuella förstärkningsåtgärder för underjordskonstruktionen. Däremot är mätningar av bergspänningar både tekniskt komplicerade och relativt kostnadskrävande vilket bidrar till att tidigare utförda mät¬ningar och spänningsdata är värdefulla och viktiga att sammanställa. Tidigare samman¬ställningar av bergspänningsdata för Stockholm och Göteborg har i detta arbete upp¬daterats med tillkommande spänningsmätningar. Tillförlitligheten av mätdata har bedömts genom framtagna och anpassade ranknings¬kriterier. För de bergspänningsmätningar som utförts i Stockholm och Göteborg fanns det för de flesta mätningar inte tillräcklig dokumentation för att kunna ranka tillförlit¬ligheten. Det i sig betyder inte att mätningarna är "dåliga" eller inte tillförlitliga utan mer att tillgänglig information inte uppfyller de krav på dokumentation som ställs i kri¬terierna vid rankning. För framtida bergspänningsmätningar har rekommendationer för dokumentation föreslagits. Spridning av spänningsdata har analyserats statistiskt med tensormetoden som kräver ett underlag på minst sju spänningsmätningar inom ett begränsat djupintervall. Geologi i form av storskaliga strukturer och deformationszoner har nyttjats för att gruppera mät¬data. Baserat på den statistiska analysen anses effektiv varians vara en lämplig parame¬ter för att visa spridning av mätdata, vilken kan nyttjas för att jämföra mellan mätplatser och/eller mätnivåer. Spänningssamband har tagits fram genom inverslösning för en grupp av mätdata, vilket ger en spänningsprofil med djupberoende. Utvärdering, tolkning och framtagande av spänningsdomäner och spänningssamband har skett genom att sammanställa resultaten från geologi och gruppering av mätdata, statistisk analys och spänningssamband med djup. Spänningsdomäner och spänningssamband har tagits fram för de centrala delarna i Stockholm respektive för Göteborg. För de framtagna spänningssambanden ska varje komponent tolkas för sig (även riktning), där varje komponent kan vara mellan låg och hög, men inte är direkt kopplade till de andra komponenterna, samtidigt kan inte minsta horisontalspänning vara högre än största horisontalspänning. Mätning av bergspänningar rekommenderas som utgångspunkt vid dimensionering av undermarkskonstruktioner i berg. Mätning ska alltid utföras för bergkonstruktioner med bedömd hög risk och allvarlig konsekvens. I tidigt skede, och innan mätning utförs, bör en känslighetsstudie genomföras. Om det inte är praktiskt möjligt att utföra mätningar (med befintliga metoder, alternativt p.g.a. yttre restriktioner), kan befintlig samman¬ställd data användas men med beaktande av topografi, jorddjup, svaghetszoner, stor¬skaliga strukturer och skillnader i bergmassans hållfasthet vid val av spänningssamband.

Med kännedom om de spänningar som råder i berget innan utbrytning sker kan stabilitetsberäkningar utföras i syfte att optimera layout och eventuella förstärkningsåtgärder för underjordskonstruktionen. Däremot är mätningar av bergspänningar både tekniskt komplicerade och relativt kostnadskrävande, vilket bidrar till att tidigare utförda mätningar och spänningsdata är värdefulla och viktiga att sammanställa. Tidigare sammanställningar av bergspänningsdata för Stockholm och Göteborg har i detta arbete uppdaterats med tillkommande spänningsmätningar. Tillförlitligheten av mätdata har bedömts genom framtagna och anpassade rankningskriterier. För de bergspänningsmätningar som utförts i Stockholm och Göteborg fanns det för de flesta mätningar inte tillräcklig dokumentation för att kunna ranka tillförlitligheten. Det i sig betyder inte att mätningarna är "dåliga" eller inte tillförlitliga utan mer att tillgänglig information inte uppfyller de krav på dokumentation som ställs i kriterierna vid rankning. För framtida bergspänningsmätningar har rekommendationer för dokumentation föreslagits. Spridning av spänningsdata har analyserats statistiskt med tensormetoden som kräver ett underlag på minst sju spänningsmätningar inom ett begränsat djupintervall. Geologi i form av storskaliga strukturer och deformationszoner har nyttjats för att gruppera mätdata. Baserat på den statistiska analysen anses effektiv varians vara en lämplig parameter för att visa spridning av mätdata, vilken kan nyttjas för att jämföra mellan mätplatser och/eller mätnivåer. Spänningssamband har tagits fram genom inverslösning för en grupp av mätdata, vilket ger en spänningsprofil med djupberoende. Utvärdering, tolkning och framtagande av spänningsdomäner och spänningssamband har skett genom att sammanställa resultaten från geologi och gruppering av mätdata, statistisk analys och spänningssamband med djup. Spänningsdomäner och spänningssamband har tagits fram för de centrala delarna i Stockholm respektive för Göteborg. För de framtagna spänningssambanden ska varje komponent tolkas för sig (även riktning), där varje komponent kan vara mellan låg och hög, men inte är direkt kopplade till de andra komponenterna, samtidigt kan inte minsta horisontalspänning vara högre än största horisontalspänning. Mätning av bergspänningar rekommenderas som utgångspunkt vid dimensionering av undermarkskonstruktioner i berg. Mätning ska alltid utföras för bergkonstruktioner med bedömd hög risk och allvarlig konsekvens. I tidigt skede, och innan mätning utförs, bör en känslighetsstudie genomföras. Om det inte är praktiskt möjligt att utföra mätningar (med befintliga metoder, alternativt p.g.a. yttre restriktioner), kan befintlig sammanställd data användas men med beaktande av topografi, jorddjup, svaghetszoner, storskaliga strukturer och skillnader i bergmassans hållfasthet vid val av spänningssamband.

Det ska byggas höghastighetståg i Sverige, men det finns osäkerheter kring vilken metod som är bäst lämpad för de svenska förutsättningarna. Det kalla klimatet utgör ett frågetecken. Det är även okänt hur sättningar kan komma att utvecklas under konstruktionen, det finns erfarenheter från övriga världen att detta kan utgöra ett problem, särskilt för metoden med spårplattor.De två metoder att konstruera höghastighetsjärnväg som presenteras i rapporten är ballastburna spår och spårplattor. Ballastburna spår är vanliga i Sverige för konventionell hastighet, det finns gott om erfarenhet kring byggande och underhåll av denna typ av spår. Det är en billigare metod än spårplattor och det är lätt att justera spårläget då spåret är i bruk. Spårplattor däremot sägs vara ”underhållsfria”, vilket innebär att de byggs så att minimalt underhåll ska krävas. Om det då skulle uppstå deformationer under spårplattan är det arbetsamt att korrigera detta, därför ställs kravet att undergrunden ska vara ” i princip sättningsfri”. Försök att definiera vad detta betyder är att ställa mätbara krav på undergrundsmaterialet eller sätta tillåtna gränser för sättningen. Att ställa upp krav på tillåten deformation låter rimligt men det är svårt att dimensionera för eftersom det inte finns metoder för att prognostisera dessa deformationer. Därför har det i denna rapport undersökts hur permanenta deformationer för ett grovkornigt material (som är den typ av material som kanutgöra fyllningsmaterial) beror av olika parametrar. De permanenta deformationerna drivs på av de yttre lasterna och därför beror de av spänningsnivån både för statiska och repeterade belastningar. Ytterligare parametrar som inverkar är packningen, bergartens hållfasthet, kornens storlek, ytråhet och form. Packningen inverkar genom att tätare material har fler kontaktpunkter och lägre porositet, vilket leder till mindre deformation. Om ett korn är stort är sannolikheten större att det finns svagheter och andra brister än om kornet varit mindre. Större korn har därför lägre hållfasthet samt att större korn har färre kornkontakter mellan varandra vilket gör kontaktkrafterna större, detta leder till större deformationer. Kantiga korn (krossat material) har högrefastlåsningsmöjligheter mellan varandra än rundade korn (naturligt material, naturgrus, natursand). Frys-/töcykler har också inverkan på sättningarna genom att ett grovkornigt material omlagras vid frysning och tining, något som generellt gör materialet lösare och mer sannolikt att deformera.För att finna samband mellan olika parametrar och den permanenta deformationen används olika försöksmetoder, främst triaxialförsök. Vid studier av litteratur där triaxialförsök har genomförts kunde ses att det var vanligt att skala ned storleken på materialet för att grövre material kräver större försöksutrustning. Undersökningar har visat att kornstorleken påverkarskjuvhållfastheten och då ger inte ett nedskalat material ett representativt resultat. För att undersöka ett mycket grovkornigt materials egenskaper krävs att materialet testas i rätt storlek. Fortsatta studier beskrivs där ett mycket grovkornigt materials egenskaper undersöks med laborativa försök.

Denna sammanställning över forskningsläget inom tjälrelaterade problem inom väg- och järnvägsområdet har tagits fram för branschprogrammet bana Väg För Framtid ( BVFF) för att utgöra ett underlag för fortsatt inriktning av forskning och utveckling kring tjälrelaterade problem inom väg-och järnvägsbyggnad.

Det är vanligt att utförandet av grundvattenavsänkningar i moräner vid grundläggning av bro under torra förhållanden skiljer sig från beskrivningen i bygghandlingen. Det beror på att angivna metoder ofta inte är genomförbara i praktiken. Det innebär att utfallet från projekteringen inte är det önskade. Hur entreprenörerna beaktar projekteringsunderlaget i anbudet har stor inverkan på anbudsumman och därmed tilldelning. Avstegen från bygghandlingen resulterar i stora belopp för ändringar och tillägg under byggandet. Det finns metoder som används idag i stor utsträckning som inte är beskrivna som visat sig fungera relativt väl i praktiken som etappvis zonschakt med återfyll. Det är dock inte utrett under vilka förutsättningar som för vilka moräner, relativa skillnader i vattentryck och tids för utförandemomentet, metoden fungerar. Det bör övervägas att formulera funktionskrav till grundvattenavsänkning istället för strikta krav på grundvattennivåer i relation till schaktbotten eftersom det skulle rikta fokus mot syftet med kraven. Det skulle verka som stöd för både projektören, som behöver ta fram ett underlag för att säkerställa funktionen, och för entreprenören om avsteg från bygghandlingen av byggtekniska skäl. Det bör arbetas fram en revidering och komplettering av anvisningar för grundvattenavsänkning inom branschen som inkluderar blandkorniga jordar som moräner, täcker de metoder som används idag, berör projektering och analys av grundvattensänkning och funktionskrav för utförande. Trafikverket bör överväga att inkludera dessa krav i sina tekniska styrdokument.

I det nyligen avslutade projektet TRV 2016/74547 (”Skydd av trägrundläggning och kulturlager i samband med stadsplanering och byggande för hållbart resande”) studerades flera faktorer och processer i marken som medför ökad risk för trägrundpålar under historiska hus vid infrastrukturarbete i urban miljö. Förstudien i detta kompletteringsprojekt fokuserar på att undersöka tekniker och metoder för mätning av syreinträngning i lera utsatt för syresatt infiltrationsvatten. Målet är att identifiera en metod som kan användas i denna speciella miljö och ge tillförlitliga resultat. Metoden kan framöver användas i nya projekt där påverkan av artificiell skyddsinfiltration studeras.

Modern infrastructural projects can endanger historical piled foundations supporting cultural heritage buildings, as groundwork can affect the subsurface environment by lowering the local groundwater level and increasing oxygenation in the soil. Wooden foundation piles are thereby placed at risk, as the durability of buried wood material is dependent on a stable, waterlogged, and anoxic environment. In this thesis, microbial wood degradation is explored, both in historical wooden piles and in proxy samples deployed in field and laboratory experiments. Observed degradation rates by erosion bacteria and soft rot fungi are related to burial conditions, with the aim to identify environmental parameters that promote wood degradation rates. To explore the complex interactions, an interdisciplinary approach was taken, and considerable effort was placed on experimental design with a focus on ease of measurement. In conclusion, maintaining a high and stable groundwater level appears to be the best protective measure, along with covering soils to reduce evaporation. Implications for stakeholders during ongoing infrastructure work are summarized and ways in which to reduce the risk of increased wood degradation rates during construction are suggested. Further studies are proposed to develop a guide for best practice when performing groundwork in areas with wooden foundations that are sensitive to degradation.

Tunnlar är idag en självklar del av den svenska moderna infrastrukturen och vi har trafiktunnlar i både städer och på landsbygden. Det är viktigt att upprätthålla en hög säkerhet och en relevant totalkostnad över tid för dessa tunnlar som dimensioneras och byggs för en livstid på 120 år. Därför behöver man förstå och kunna bedöma såväl kostnader för investering som för underhåll av anläggningen. Många av de relativt omfattande och kostsamma underhållsåtgärder som utförs i dagens trafiktunnlar rör förstärkning- och vattensäkring och dessa kostnader ska man vara medveten om och ta in i samband med framtida beslut om tekniska lösningar. Val och beslut av t ex olika dränlösningar där drift och underhållskostnader har betydelse görs idag alltför ofta utan att livscykelanalyser utförts. I Trafikverkets effektiviseringsarbete, PIA, Produktivitetsutveckling i Anläggningsbranschen har ett antal projekt föreslagits med syfte att både underlätta Trafikverkets beslutsprocess i förslags- och utredningsskedet samt att tydliggöra och effektivisera utförandeprocessen. Föreliggande projekt är en del i detta arbete. Vid val av teknisk lösning är livscykelkostnaden (LCC) en viktig del av besluts¬underlaget. I detta projekt har livscykelanalyser utförts för olika tekniska lösningar för vägtunnel med drift- och underhållskostnaden för olika i vattenavledningssystem (dräner etc.) och bergförstärk¬ningsåtgärder. En modell för att hantera olika tekniska lösningar, ansättande av kalkylränta samt direkta och indirekta kostnader i samband med hindrad vägtrafik tas upp i rapporten.

Vid sprängningsarbete uppstår en omgivningspåverkan i form av markvibrationer som kan ge upphov till skador hos närliggande byggnader och konstruktioner. I dagens svenska vibrationsstandard anges riktlinjer för tillåtna vibrationsvärden för att undvika skador på olika typer av byggnader och byggnadsmaterial. Dessa riktlinjer är i huvudsak baserade på arbete utfört under 1940 till 1960-talet och beror av faktorer såsom t.ex. avstånd och grundförhållanden. Det vetenskapliga stödet är dock svagt, och kritik har framförts att givna riktlinjer i flera fall bedöms vara alltför konservativa. Med anledning av detta finns det i branschen en önskan att modernisera den nationella standarden. För att kunna göra detta finns det dock ett behov av att bättre förstå den teoretiska bakgrunden till hur olika vibrationsfaktorer påverkar skadebilden i en byggnad samt vilken effekt olika typer av parametrar har på skaderisken. Denna förstudie behandlar modellering av markvibrationer från sprängning och dess inverkan på närliggande byggnader. Arbetet omfattar dels att studera vilka markvibrationer som genereras från sprängning (lastresponsen), och dels hur dessa vibrationer påverkar angränsande byggnader (strukturresponsen). I projektet studeras inverkan på skaderisken från olika parametrar kopplade till lastens, markens och byggnadens egenskaper. Ett ytterligare syfte med förstudien är att utifrån numerisk modellering närmare stu- dera de riktlinjer för sprängningsinducerade vibrationer i byggnader som formuleras i Svensk Standard, samt i någon mån också relatera resultaten till standarder i andra länder. Projektet syftar således till att ge en djupare förståelse för kopplingen mellan mark- och strukturvibrationer, och hur detta i sin tur relaterar till skador i konstruktioner. Genom att belysa hur olika fenomen, och samspelet dem emellan, inverkar på skaderisken hos en vibrationsutsatt byggnad kan sådana modeller utgöra en viktig grundsten för en framtida revidering av Svensk Standard.

Inom Trafikverkets program E4 Förbifart Stockholm har jetinjekteringsmetoden använts i åtta olika entreprenader. Tillämpningarna har varit tätning av jord mellan underkant spont och berg samt förstärkning av jord i samband med tunneldrivning genom partier med otillräcklig bergtäckning. Tillämpningen tätning av jord har främst utförts i totalentreprenader. Kontroller i totalentreprenaderna har främst utgjorts av kontroll av suspensionens densitet och viskositet samt kontroll av uppnådd pelardiameter hos provpelare. Kontroll av uppnådd täthet hos den förstärka jorden har inte utförts i dessa entreprenader. I de fall där den jetinjekterade jorden sedermera exponerats i samband med schakt till bergyta har dock kvaliteten kunnat bedömas okulärt. I utförandeentreprenaderna där jetinjektering varit föreskriven metod har kontrollerna varit mer omfattande, bland annat kontroll av uppnådd tryckhållfasthet och E-modul samt i vissa fall även in-situ täthet. 

Jetinjekteringsmetoden bedöms generellt ha fungerat som förväntat. Sämre effekt av jetinjekteringen kan bland annat uppstå vid förekomst av sten och block vilket författarna observerat i någon entreprenad. Lera har förstärkts i några entreprenader och att lera är förhållandevis svår att erodera framgår inte minst av den stora mängden tillförd energi i dessa fall jämfört fall där endast tätning av friktionsjord varit aktuellt. I de entreprenader där jetinjektering utförts för att förstärka jord och underlätta drivning av tunnlar genom partier med otillräcklig bergtäckning har entreprenadformen varit utförandeentreprenad och jetinjekteringen har varit föreskriven metod. I dessa entreprenader har kontroll av jetpelarnas egenskaper varit mer omfattande och innefattat kontroll av uppnådd hållfasthet, uppnådd pelardiameter och i någon entreprenad även uppnådd täthet. 

Den s.k. single-fluid tekniken är den mest använda metoden.  

Trots att kraven på tätheten rimligen varit likvärdiga för applikationen tätning av jord har entreprenörerna valt att utföra respektive jetinjektering med inte obetydliga variationer avseende processparametrar. 

Förborrning med sänkborrhammare har använts i alla entreprenader utom en. Förborrning har utförts genom såväl separat förborrning och injektering som förborrning och jetinjektering i en sekvens. 

Vid tätning under stödkonstruktion har borrning utförts såväl genom förmonterade rör som genom s.k. fri-borrning. Författarna upplever att fri-borrning förordas av flertalet entreprenörer men vid stora borrdjup medger borrning genom förmonterade rör en fördel avseende uppnådd rakhet och behovet av rakhetsmätningar.  Utförda rakhetsmätning indikerar att förborrning med sänkborrhammare medger rakare hål och kraven enligt SS-EN 12716 uppfylls. Vid rotationsborrning och topphammarborrning visar utförda mätningar att kravet enligt utförandestandaren är svårare att uppfylla.  

Grafisk redovisning av ök/uk spont, ök/uk pelare samt tolkad bergyta i takt med produktionen ska utföras så att kompletterande pelare (vid behov) kan utföras.

Föreliggande rapport beskriver en metod som utvecklats inom ramen för BEFO-projekt 408 och för två olika applikationer. Den första handlar om förutsägelse av geometri för borrhålsutfall när materialegenskaper och spänningstillstånd in situ är kända. Den andra avser bedömning av spänningstillstånd när materialegenskaper och geometri för borrhålsutfall är kända. Både möjligheten att kunna förutsäga stabiliteten i ett borrhål och möjligheten att kunna bedöma spänningstillståndet är relevanta för ett stort antal tillämpningar. Dessa inkluderar men är inte begränsade till drivning av tunnlar, inklusive de mindre borrhål som används för förankring och sprängning, lagring av kärnavfall, energitillämpningar, såsom gasproduktion och hydrotermisk energi, och gruvdrift. Konceptet som presenteras här är baserat på metoden för ”conformal mapping”. ”Conformal mapping” är baserad på komplex analys och applicerades initialt på lösningen av flödesproblem, exempelvis aerodynamik. Inom samhällsbyggande används metoden oftast för att lösa problem med grundvattenflöden (med hjälp av flödesnät). I kapitel 4 i denna rapport presenteras teorin för ”conformal mapping” och använda numeriska metoder och deras utveckling. Förutom de avsnitt som hänvisar till exempel är detta kapitel att betrakta som en fördjupning för den mer intresserade läsaren. De viktigaste resultaten relaterade till utvärdering av geometri för borrhålsutfall presenteras i kapitel 5 och 6, medan de viktigaste resultaten för utvärdering av spänningstillstånd in situ presenteras i kapitel 7. Kapitel 8 syftar till att bedöma och ge exempel på användbarheten för verkliga fältdata. Data kommer från projektet BRIE, Bentonite Rock Interaction Experiment, som har drivits och finansierats av SKB. För detta projekt borrades borrhål i kristallint berg och bentonit installerades sedan i borrhålen. Genom borrning och vajersågning lyftes både berg och bentonit sedan upp för ytterligare observationer och tester. Såväl sprickkartering före och efter installation av bentonit som skattningar av spänningstillstånd in situ finns att tillgå för försöksplatsen. Kapitel 9 avslutar rapporten med slutsatser, några observationer och möjligheter till framtida utveckling av metoden. Metoden som presenteras här har visat sig överensstämma väl med experimentella resultat och är betydligt snabbare än finitelementsimuleringar som kan vara mer exakta men som då också är både svårare att kalibrera och mer besvärliga att utföra. Förhoppningen är att detta kommer att vara ett enkelt och lättanvänt verktyg för tillämpningar som involverar tunneldrivning i berg, med tyngdpunkt på samhällsbyggnad, anläggning och energiproduktion.

This report for project A2020-08 is concerned with safety measures for riverbank erosion and protection against scour. The first part of the report summarizes the fundamentals of erosion in general, in order to provide the context for the main focus of the report, as well as the physical background for the simulation of erosion and for the design of countermeasures. Local scour near structures and riverbank erosion are treated separately. For each of the two the governing mechanisms are discussed, the common approaches for modeling and prediction are briefly touched upon and the common countermeasures are presented. In reviewing the literature, nature-based solutions were found to be of particular interest for the future. While some such solutions are available for protection against scour near structures, most and the ones most widely used concern riverbank erosion. The most widely used nature-based solutions currently in use are collected from the literature in this report. For each support measure the area of application and the most common installation or implementation process are briefly presented. Following this, the results of a series of discussions with experts within Trafikverket are summarized. The suitability of the guidelines currently in use is discussed for different applications. The experiences made in the last years with installation and maintenance for different projects, including the use of naturebased solutions and the problems involved in the use of numerical techniques, are also outlined. The report closes with conclusions drawn and recommendations for future action.

Insamling av bergtekniska och hydrogeologiska data sker kontinuerligt och i olika faser av bergbyggnadsprojekt. I nuläget är insamlingsprocesserna dock inte standardiserade och det finns inget centralt, nationellt system för att lagra insamlade data. Det är också svårt att värdera eller återanvända data från tidigare projekt och oftast måste all nödvändiga fältdata samlas in från noll inför nya infrastrukturprojekt, även i områden där det finns tidigare bergbyggnation. Arbete inför och under denna förstudie pekar på ett stort behov av dels en tydligare och delvis förbättrad metodik för insamling av data och dels önskemål om en nationell portal för åtkomst till arkiv och databaser, med information från tidigare bergbyggnadsprojekt i ett område. Med hjälp av två enkätstudier som skickades ut till olika aktörer i bergbyggbranschen har vi identifierat geologiska, bergtekniska och hydrogeologiska parametrar vars insamlingsmetodik och metodbeskrivningar är i behov av att förbättras och eventuellt standardiseras. Med hjälp av enkätsvaren har befintliga databaslösningar samt önskemål runt funktionaliteten av en framtida nationell databas också analyserats. Enkätstudien pekar också på att en standardisering av datainsamlingsprocessen är nödvändig för att säkerställa tillförlitligheten och spårbarheten av data, samt på att standardiserad metodik bör vara anpassad till projektkomplexitet och i möjligaste mån ansluta till nuvarande internationellt accepterad metodik. Studien visar dock även att bergbyggbranschens åsikter är mycket splittrade kring vissa frågor. Hur processen att driva utvecklingen och förvaltandet av metodik, metodbeskrivningar och dataportal/databas är inte heller självklart, eller hur detta ska finansieras och vilka förvaltande organ som ska ansvara. Det rekommenderas i denna förstudie att man vid en uppbyggnad av en nationell databas delar upp en sådan i ett sökbart dokumentarkiv och i en parameterdatabas. En eller flera statliga organisationer bör ha huvudansvaret för förvaltning. Föreliggande rapport är tänkt att tjäna som beslutsunderlag vid initiering och finansiering av projekt inom det aktuella området. Det rekommenderas starkt att den eller de organisationerna som ska bygga upp ett dokumentarkiv och en nationell parameterdatabas tar hänsyn till de funktionsönskemål som tas upp i rapporten. Notera att denna rapport med tillhörande elektroniska bilagor även finns tillgänglig i PDF-format på Stiftelsen Bergteknisk Forskning – BeFos hemsida . Länkarna i rapporten kan enkelt öppnas direkt från PDF-filen och bilder kan förstoras. http://www.befoonline.org/publikationer/r-204__1906

Datan från InSAR-Sverige har visat på en god täckning över infrastrukturen i Stenungsund samt Bohusbanan i stort. Undantag finns för den centrala sträckningen längs Bohusbanan där något glesare täckning syns för norrgående dataset. InSAR-analysen identifierar sättningar i Stenungsund och längs Bohusbanan. Sättningarna i Stenungsund har inte utsatts för djupare analys. För Bohusbanan finns två områden där sättningar sker, i den centrala delen av Stenungsund samt strax söder om Stenungsunds tätkärna. För den centrala delen av Bohusbanan uppvisas mildare sättningar på ca -5 mm/år och en glesare täckning av Norrgående dataset. Den södra sträckan uppvisar betydande sättningar på ca -12,5 mm/år för vissa delar och ett område av motorvägen är även påverkad. Här rekommenderas att ett en uppföljning sker där ett övervakningsprogram etableras.

Minskad klimatpåverkan är idag en världsomspännande strävan. Grundläggningsbranschen söker kontinuerligt efter mer hållbara lösningar för att minska resursanvändning och utsläpp direkt eller indirekt. En sådan lösning är träpålning, som ett alternativ till de vanligt förekommande betong- och stålpålarna. Armerad bankpålning är en vanlig sättningsreducerande grundläggningsmetod för både vägar och järnvägar på mjuk undergrund. Bankpålning nyttjar valvbildning i bankfyllningen, som överför trafik- och banklasten på pålarna. Jordarmering av geosynteter i banken ökar denna lastöverföring ytterligare, samtidigt som den stabiliserar de formade valven. Ersättning av betong- och stålpålar med träpålar möjliggör armerade och pålade bankar med lägre koldioxidavtryck, speciellt om träpålarna är obehandlade och pålplattorna (i betong) exkluderas. Träpålarnas lägre hållfasthet och exkludering av pålplattor kräver dock ett mindre pålavstånd och/eller mer omfattande geosyntetisk förstärkning för att upprätthålla en stabil valvbildning i banken. Instabila valv kan orsaka oönskade differentialsättningar i bankens övre del. Även om träpålning praktiseras i länder som USA, Kanada, Australien och Nederländerna, är det bara Sverige som har en specifik standard för armerad bankpålning med obehandlade träpålar (TRVINFRA-00230, tidigare TK Geo 13). Den svenska standarden är dock medvetet konservativ på grund av osäkerheter. Syftet med avhandlingen är att förbättra resurseffektiviteten och hållbarheten för armerad bankpålning med (obehandlade) träpålar, genom att optimera erforderligt antal pålar och mängden jordarmering baserat på den svenska standarden. Detta gjordes genom tre studier. I den första studien gjordes en numerisk analys för att utvärdera den svenska standarden med fokus på pålgruppen. Enligt standarden ska träpålarna installeras med ett centrumavstånd på 0,8–1,2 m i ett triangulärt pålningsmönster i stället för det vanligare kvadratiska pålningsmönstret. Finita element (FE) analyser av ett flertal uppställningar—med kvadratiska och triangulära pålningsmönster för varierande pålavstånd—genomfördes baserat på en geosyntetförstärkt vägbank på träpålar för att utvärdera designkriterierna. Som en del av utvärderingen gjordes en litteraturstudie av internationella dimensioneringsriktlinjer och analytiska modeller. Från FE- simuleringarna erhölls ingen tydlig skillnad i det mekaniska beteendet mellan triangulärt och kvadratiskt pålningsmönster. Det maximalt tillåtna centrumavståndet för träpålar kan ökas från 1,2 till 1,4 m, vilket minskar antalet träpålar med så mycket som en tredjedel. I den andra studien upprättades en fältlokal. En ombyggd vägbank, förstärkt med träpålar och jordarmering, instrumenterades 2020 och mätdata från de två första åren efter ombyggnationen analyserades. Mätningarna i fältlokalen omfattade sättningar, pålutböjning, porvattentryck, belastning på pålar och undergrund samt töjningar i jordarmeringen. Små töjningar observerades i jordarmeringen på grund av liten nedböjning. Ofullständig valvverkan konstaterades utifrån den uppmätta lastfördelningen, då mindre än hälften av den totala lasten av vägbank och trafik bars upp av pålarna. Pållasten ökade vintertid då tjälen trängde ner i banken och förstyvade bankfyllningen. Data från fältstudien utgör ett detaljerat referensobjekt för denna avhandling och den fortsatta forskningen inom bankpålning med träpålar. I den tredje studien gjordes en numerisk analys av effekten av jordarmering i träpålade bankar. Tre olika fall testades: två lager armering (balkteorin), ett lager armering (kedjeteorin) och oförstärkt. Hypotesen är att det finns ett intervall av bankhöjder och pålavstånd där ett av fallen är att föredra framför de två andra vad gäller resurseffektivitet. FE-simuleringar, kalibrerade med hjälp av data från fältstudien, utfördes för de tre fallen med varierande pålavstånd, bankhöjd och undergrundsmaterial. Baserat på resultaten från FE-analysen och litteratur om valvbildning föreslås gränser för de tre fallen som riktlinje för stabil valvbildning i träpålade bankar. Gränserna möjliggör en mer objektsanpassad dimensionering än den nuvarande svenska standarden, vilket förbättrar resurseffektiviteten både vad gäller erforderligt antal pålar och mängden jordarmering. Baserat på slutsatserna från de tre studierna som presenteras i denna avhandling, ges rekommendationer för träpålade bankar. Rekommendationerna baseras på teoretiska beräkningar och en fallstudie. Som en framåtblick beskriver avhandlingen utformningen av en fysisk laboratorieuppställning för att verifiera de teoretiska resultaten och upprätta implementerbara rekommendationer. Även om den primära tillämpningen är träpålade bankar, kan de fysiska testresultaten tillämpas på generell bankpålning.

Three-dimensional finite element (FE) simulations were performed to further develop the Swedish design guidelines for geogrid-reinforced timber pile-supported embankments, also known as lightly piled embankments. Lightly piled embankments are constructed mainly in areas which typically have highly compressible soils, and the method utilises untreated timber piles as its key feature. The timber piles are installed in a triangular arrangement instead of the more common square arrangement, with a centre-to-centre distance of 0.8–1.2 m. The aim of this study was to evaluate the current standard using FE modelling setups with square and triangular pile arrangements with varying centre-to-centre distances, based on a typical road foundation case. The evaluation mainly focused on comparing the embankment settlements, as well as the load and stress distribution in the embankment, the piles and the geosynthetic reinforcement. As part of the evaluation, a state-of-the-art study was done on international design guidelines and analytical models. From the FE simulations, no evident difference in mechanical behaviour was found between the triangular and square piling patterns. The maximum allowed centre-to-centre distance between piles can potentially be increased to 1.4 m, decreasing the number of piles by as much as one third.

2D and 3D finite element simulations were performed to investigate the mechanical behaviour of the light embankmentpiling method as a pre-study to further develop a new Swedish design guideline. The light embankment piling method is used forsulphide soils and utilises timber piles as its key feature. The Swedish Transport Administration (Trafikverket) recently changed thenational standard of the light embankment piling method from the use of a square to a triangular pile arrangement, based on a theory thata triangular arrangement creates more stable arches in between the piles. The objective with the present study is to evaluate the currentstandard by modelling setups with square and triangular pile arrangements with varying centre-to-centre distance. Both, completelyfloating and semi-floating pile groups were modelled here. The evaluation mainly focused on comparing embankment settlements as wellas axial forces in the piles. No evident difference in the mechanical behaviour between the triangular and the square piling pattern wasfound. The maximum allowed centre-to-centre distance can potentially be increased from 1.2 to 1.5m; resulting in approximately 30% fewer piles used.

I detta projekt har en användarvänlig metodik för effektiva numeriska beräkningar av tåginducerade markvibrationer i järnvägsbankar utvecklats. Detta har utförts genom att skapa en indatafil för att sätta upp problemet och skapa ett skalprogram som läser indatafilen, skapar och kör modellen av problemet på en kommersiell numerisk programvara, extraherar resultaten från beräkningarna av problemet och sparar resultatet i en utdatafil. Genom detta kunde beräkningarna automatiseras och blev därmed lättanvända. Den utvecklade metodiken, kallad basmodellsmetodiken, tillämpades på ett publicerat referensfall och på en fallstudie med vibrationsmätningar före och efter en grundförstärkning med kalkcementpelare. Utifrån dessa analyser drogs slutsatsen att metodiken fungerar väl och god överensstämmelse erhölls med referensfallet och fallstudien med vibrationsmätningar. Med basmodellsmetodiken kan risken för stora markvibrationer för planerade nya och befintliga järnvägsbankar kontrolleras och eventuell markförstärkning med kalkcementpelare kan utformas och optimeras utifrån tillåtna vibrationskrav för planerade nya järnvägslinjer. Med denna metodik behövs mindre tid och arbete i den numerisk modellering av problemställningen. Dessutom minskar behovet av att ha hög kunskap av att använda avancerade numeriska datorprogram. Denna analysform blir därmed mer användarvänlig, fler kan utföra dessa analyser och ökar därmed förståelsen för den här typen av problem. Eftersom metodiken kommer att spara både arbetstimmar och beräkningstid, skapas det därmed också mer tid för att optimera grundläggningen av järnvägsbankar. Denna metodik kan därför vara mycket användbar vid utformningen av de kommande stora infrastrukturprojekten med utbyggnaden av de nya planerade stambanorna i de nordiska länderna.

Kalkcementpelare används vid anläggande av väg- och järnvägsbankar. Torr kalk och cement blandas under rotation med lera ner till önskat djup. Bindemedlet reagerar med vattnet som finns i leran och brinner till en hård pelare. Då cement ofta innehåller spår av sexvärt krom och kalken har ett extremt pH var syftet med projektet att undersöka om leran med inblandning av kalk och cement var lämplig som skyddstäckning av en mudderdeponi med avseende på föroreningar och pH. Genom provgropar, analyser och laktester utreddes om leran riskerar negativ påverkan på miljön. Resultaten visar på att pH-värdena är kraftigt förhöjda i lera med inblandning av kalk och cement. Det bedöms att lera med innehåll av kalk och cement inte är lämpligt material för sluttäckning av deponier. Det kan dock konstateras att påverkan är mycket lokal då lera med lågt eller inget inslag av kalkcement har normala pH-värden.

A methodology to evaluate the changes of undrained shear strength in the sub-soil as a function of time under the centreline of an embankment was developed. This is based on model simulations, using the instrumented test embankment in Haarajoki, Finland, as a case study. The simulations demonstrate that the evolution of the undrained strength under embankment loading as a function of time is complicated. Firstly, the evolution of strength is related to both consolidation and creep, which are strongly affected by the apparent preconsolidation pressure and the creep parameters. Any significant gains in strength are only possible when the effective stresses go beyond the normal consolidation surface. Furthermore, the degradation of bonding in sensitive clays may in the short term reduce the undrained shear strength, in particular if the preconsolidation pressure is only marginally exceeded. Most importantly, the results also identify gaps in our knowledge, with regards of the role of the evolution and anisotropy and principal stress rotation on the evolving undrained shear strength, which affect the strength mobilisation in most of the failure surface.

Att erhålla representativa parametrar av lerors hållfasthets- och deformationsegenskaper är av stor vikt för den geotekniska branschen. En viktig del av att erhålla representativa parametrar är att provtagning och provning utförs med hög kvalitet och att störningar vid provtagning minimeras. Historiskt utfördes omfattande forskning och utveckling av provtagare och provtagningskvalitet hos Statens Geotekniska Institut (SGI) under 1950-talet (se bl.a. Kallstenius, 1958 och 1963), men sedan 1960-talet har den s k standardkolvprovtagaren i princip utan undantag använts i Sverige (Kallstenius och Hallén, 1963). Endast enstaka jämförande studier med andra provtagare har utförts (Larsson 1981, Löfroth 2012, Karlsson et al 2015). Karlsson et al (2015) jämförde standardkolvprovtagaren med miniblockprovtagaren som är utvecklad av Norges Naturvitenskaplige og Tekniske Universitet (NTNU). Provtagaren är en nedskalad variant av den ursprungliga s k Sherbrookeprovtagaren (Lefebvre och Poulin, 1979). Arbetet utfördes av Chalmers Tekniska Högskola och visade att miniblockprovtagaren gav högre provkvalitet jämfört med kolvprovtagaren, särskilt vad gäller deformationsegenskaper. Jämförelsen gjordes på en högplastisk lera i Göteborg. Syftet med föreliggande studie var att jämföra standardkolvprovtagaren med samma miniblockprovtagare i en östsvensk varvig lera med lägre plasticitet jämfört med den västsvenska lera som studerats i Karlsson et al (2015). Jämförelsen består i parallella laboratorieanalyser (rutinanalys, CRS-, direkta skjuv- och triaxialförsök) på prover tagna med de två provtagarna på samma djup. Arbetet har avgränsats med provtagning endast i en försökslokal, likaså har provtagningsdjupet varit under 10 m. Tid från provtagning till provning har försökts hållas kort, men har av praktiska skäl och omfattning av antalet laboratorieanalyser blivit som längst omkring 1-2 månader. Branschsamverkan i grunden (BIG), projekt A2018-26

In this study, a 2D model of an excavation with a tied back sheet pile wall in interaction with perpendicular rows of deep dry mixed overlapping columns was compared to a 3D model. A method to take into consideration the effect of the overlap zones between columns in a 2D model, where the improved soil was modeled as a composite material, was investigated and the results between the 2D and 3D analyses were compared with focus on predicted failure load, failure mechanism and deformations. The results of this numerical study show that both the area improvement ratio of the improved soil and the quality of the overlap zone has a significant influence on how well a 2D model that incorporates the overlap zone between columns, performs compared to the 3D model.

This paper describes the instrumentation, execution and performance of two full-scale tests where a braced steel sheet pile wall interacting with rows of overlapping dry deep mixing columns was excavated and then loaded to failure. The purpose of these tests was to provide knowledge of the behavior of deep mixing column rows located in passive zone and interacting with a retaining structure. Both tests were extensively instrumented on the active as well as on the passive side of the retaining structure. In both conducted tests a stability failure of the retaining structure occurred, resulting in heave at the bottom of the excavation and large settlements of the ground surface behind the sheet pile wall. For a spacing between LC-panels of 3.0 m a very brittle failure developed suddenly in the clay between the panels with small deformations prior to failure. In the second test, with a spacing of 1.5 m between LC-panels, the failure developed in the LC-panels as well as in the clay between the panels. Even if a similar failure mechanism developed, measured horizontal displacements, horizontal stresses, and pore pressure response prior to failure differed between the tests.

Bridges are important components in many transportation networks often spanning rivers and other water bodies. The failure of a bridge will cause significant direct and indirect economic losses to society. Scouring of the river bed around bridges is a principal mode of bridge failure typically associated with large floods. The risk of such scour may become higher with the emerging climate change that can induce large floods in a short period of time, significantly changing the river hydraulics. The objective of the present study is to review the significance of different types of riverbed scour with a focus on the fundamental mechanisms and governing parameters controlling bridge scour. The study was conducted in the Rönne River at Ängelholm Municipality because many scour holes were discovered along the river bottom during a high-resolution bathymetric survey. The bathymetric analysis identified 14 major scour holes of between 1.3 and 3.5 m depth from the existing, undisturbed river bed. The investigation revealed that the scour holes originate from bridge, bend, and hard bottom scour. A special analysis of bridge scour was performed using river hydraulic properties obtained through simulations with the one-dimensional hydraulic model HEC RAS. According to these scour simulations, the studied bridges show more potential risk for abutment scour and pier scour than for contraction scour. The bridge Flygarebron shows the highest potential risk for abutment and pier scour, whereas the Kristian II bridge has the highest risk for contraction scour.