Skråningsstabilitet for Gløshaugen øst og Høgskoledalen

Abstract

I forbindelse med samlokaliseringen av campusene ved NTNU i Trondheim, er det ønskelig å undersøke mulighetene for ulike utbyggingsalternativer for den østlige delen av Gløshaugen. Ved en eventuell utbygging for denne delen av Gløshaugen må skråningsstabiliteten mot Høgskoledalen undersøkes. Høsten 2019 gjennomførte studentgrupper ved NTNU feltarbeid med påfølgende laboratorieforsøk på 54 mm sylinderprøver fra Høgskoledalen. Fra samme området ble det vinteren 2020 gjennomført blokkprøvetakinger fra 5 til 9 meters dybde. Med bakgrunn i disse nye grunnundersøkelsene, samt flere tidligere grunnundersøkelser ved Gløshaugen øst og Høgskoledalen, har denne oppgaven samlet tilgjengelig geoteknisk data for stabilitetsanalyse av ett profil som strekker seg fra Gløshaugen på kote +48 og ned til Høgskoledalen på kote +35. Laboratorieundersøkelser ble utført på blokkprøvene i perioden mars til mai. På grunn av en lang periode med stengt laboratorium ved NTNU i forbindelse med pandemien Covid-19, utførte Multiconsult laboratorieundersøkelser på to av blokkprøvene. Resultatene påviste sprøbruddmateriale i Høgskoledalen, som antakeligvis henger sammen med sprøbruddmaterialene under Gløshaugen-platået. I tillegg preges Høgskoledalen i stor grad av middels sensitiv leire. Det ble utarbeidet OCR-profiler basert på ødometerforsøk og CPTU-sonderinger fra Høgskoledalen. Profilene ble sammenliknet med antatt opprinnelig havbunn og grunnvannstand. Sammenlikningene viste at prekonsolideringsspenningene for sedimentene stemmer godt med antakelsen om at opprinnelig havbunn tidligere lå på kote +48 - tilsvarende høyden som Gløshaugen ligger på i dag. Det ble foreslått Su-profiler for skråningsprofilet basert på treaksialforsøk av blokkprøver, CPTU og SHANSEP-analyse, samt etablering av anisotropi-forhold. Stabilitetsanalysene ble gjennomført både udrenert og drenert med elementmetodeprogrammet PLAXIS 2D. Analysene for dagens lastsituasjon for en drenert tilstand viste høye verdier av sikkerhet, men analysene for en udrenert tilstand viste lave verdier av sikkerhet. Dette medførte nødvendighet for stabiliseringstiltak for eventuelle ombygginger på Gløshaugen. Ulike motfyllingsalternativer ble vurdert for undersøkelse av kritiske glideflater med tilhørende sikkerhetsfaktorer. Foreslåtte stabiliseringstiltak i form av motfyllinger ved skråningsbunnen ble undersøkt, og analysene viste at sikkerheten økte ved forskyvning av kritisk glideflate lenger ut i Høgskoledalen. For oppnåelse av sikkerhetskrav i henhold til retningslinjer, der skjærstyrken til sprøbruddmaterialer skal reduseres med 15 %, ble alternativet med 4 meter høy motfylling i skråningsbunnen og 1 meter oppfylling av dalbunnen vurdert som tilfredsstillende. Dette motfyllingsalternativet innebar også tilstrekkelig sikkerhet med lastpåvirkning fra bygninger på 35 kPa.

In conjunction with the co-location of the campuses at NTNU in Trondheim, it is desirable to explore the possibilities of new constructions on the eastern part of Gløshaugen. Potential development on Gløshaugen East requires slope stability investigation for the area between Gløshaugen and Høgskoledalen. In the fall of 2019, students from NTNU conducted geotechnical field work with subsequent laboratory experiments on 54 mm cylindrical samples from Høgskoledalen. From the same area, block sampling from 5 to 9 meters depth was carried out in the winter of 2020. Based on these recent geotechnical surveys, in addition to several previous surveys at Gløshaugen East and Høgskoledalen, this thesis has compiled available geotechnical data for stability analysis of a profile extending from Gløshaugen on isoline +48 down to Høgskoledalen on isoline +35. Laboratory tests were performed on the block samples in the period March to May. Due to a long period of closed laboratories at NTNU as a result of the pandemic Covid-19, Multiconsult performed laboratory tests on two of the block samples. The results showed brittle material in Høgskoledalen - probably related to the brittle material under the Gløshaugen Plateau. Additionally, Høgskoledalen is largely characterized by medium sensitive clay. OCR profiles were prepared based on odometer tests and CPTU soundings from Høgskoledalen. The profiles were compared with the assumed original seabed and groundwater level. Comparisons showed that the preconsolidation stresses for the sediments correspond well with the assumption that the original seabed was previously at isoline +48 – the current height of Gløshaugen. Su profiles were proposed for the slope profile based on triaxial tests on block samples, CPTU sounding and SHANSEP analysis, as well as establishing anisotropy ratios. The slope stability analyses were computed both drained and undrained using the finite element program PLAXIS 2D. Whereas the analyses for the current load situation under drained conditions yielded high safety factor values, the analyses for undrained conditions yielded low safety factor values; prompting stabilization measures for any redevelopment at Gløshaugen. Various fill alternatives were considered for examining critical failure surfaces with associated safety factors. Proposed stabilization measures in the form of fill at the bottom of the slope were investigated, and the analyses suggested that the safety increased by shifting the critical failure surface further out into Høgskoledalen. In order to meet the safety requirements issued through national regulations, where the shear strength of brittle materials is reduced by 15 %, a 4-meter-thick fill on the slope bottom and a 1-meter-thick fill of the valley floor was considered satisfactory. This fill option also provided adequate safety with dead load impact from buildings of 35 kPa.