Rock & roll på KTH – 40 år av jorddynamisk forskning

Nya Ullevi i Göteborg som kom i gungning i samband med Bruce Springsteens konsert 1985.

1980 tillsattes vid avdelningen för jord- och bergmekanik på KTH en adjungerad professur i ämnet ”geodynamik”. Syftet var att strukturera forskningen och undervisningen inom området. Vid denna tidpunkt var vibrationsmätningar fortfarande tids- och kostnadskrävande. Under de följande 40 åren inträffade en revolution av mät- och analystekniken, tack vare tillgången till allt kraftfullare datorutrustning. Nya möjligheter öppnades att använda även avancerade mätmetoder i fält. Det blev möjligt att analysera mätresultaten i realtid och stora datamängder kan idag bearbetas och överföras via internet. Denna explosionsartade utveckling öppnade nya möjligheter även inom jord- och bergdynamiken.

Verksamheten vid KTH har resulterat i 12 doktorsavhandlingar vid avdelningen för jord och bergmekanik, flera licentiatavhandlingar samt ett stort antal examensarbeten. På grund av medvetenheten om miljöaspekter har vibrationsfrågor fått ökad betydelse för samhällsutvecklingen. Föreliggande bidrag beskriver kort den historiska utvecklingen inom ämnesområdet och ger några exempel på resultaten av från FoU-verksamheten vid främst KTH.

Bruce Springsteen skakar om Nya Ullevi

Under sommaren 1985 höll Bruce Springsteen två utsålda konserter, som inte bara skakade om de 64312 åhörarna utan också satte hela anläggningen i kraftig gungning. På grund av de starka svängningarna i pelarkonstruktionen fick anläggningen byggas om. Problemet med resonanssvängningar studerades i en doktorsavhandling av Erlingsson (1993). Nya Ullevi var grundlagd på slagna pålar i den mycket lösa leran. Förklaringen till de kraftiga vibrationerna var att takten av Springsteens låtar, och därmed frekvensen av belastningen från den hoppande publiken, sammanföll med egenfrekvensen av lerlagret under åhörarområdet. Vibrationerna överfördes vidare till pelarna som hade samma egenfrekvens. Efter en misslyckad åtgärd med kalk-cementpelare ersattes den lösa leran med ett påldäck för att undvika resonansproblem.

Allt började med pålningstekniken…

Sverige har under lång tid varit internationellt ledande inom pålslagningstekniken. Bildandet av Pålkommissionen 1959 är en milstolpe inom svensk geoteknik. Den svenska grundläggningsbranschen har länge präglats av att aktörer, såsom entreprenörer, myndigheter och forskare, bedriver FoU verksamhet i nära samarbete. Redan i mitten av femtiotalet utförde SJ:s geotekniska kontor (Bror Fellenius, Erik Sandegren och Lars Hellman) de första stötvågsmätningarna i samband med grundläggningen av Centralstationen i Stockholm. Ombyggnaden krävde slagning av klena stålpålar med tryckluftshejare. Bror Fellenius tog kontakt med Hans-Christian Fischer, som arbetade med stötvågsteori för borrstål. SJ och Atlas Copco gjorde en serie provningar som Lars Hellman (1958) rapporterade. Dynamiska mätningar genomfördes med mycket enkel utrustning men detta arbete lade grunden för den praktiska användningen av stötvågsmätningen. 1959 beskrev Fischer hur stötvågsteorin kunde användas för att beräkna dynamiska spänningar i pålar. Han utvecklade vid Institutionen för fysik vid Uppsala Universitet ett då unikt datorprogram för analys av stötvågsmätningar, som var banbrytande. Pålkommissionen fortsatte detta arbete som ledde till övergången från enkla stoppslagningsformler, utgående från energibetraktelser, till effektiva förfaranden baserade på analys av stötvågor. Introduktionen av stötvågsmätningar har revolutionerat pålningstekniken och resulterat i stora samhällsbesparingar.

Prof. Bengt Broms, initiativtagare till utvecklingen av jorddynamisk forskning i Sverige.

Bengt Broms – initiativtagare

Efter studier och forskning i USA återvände Bengt Broms 1964 till Sverige och utsågs till generaldirektör för Statens Geotekniska Institut (SGI). Han var samtidigt speciallärare i geoteknik vid KTH och utnämndes 1974 till professor i jord och bergmekanik. Under denna period startade han ett flertal forskningsprojekt med anknytning till jord- och bergdynamik. Han var också den drivande kraften bakom tillsättningen av en adjungerad professur i jord- och bergdynamik vid KTH 1980. Som med-lem av IVAs Pålkommission tog Prof. Broms initiativ till flera forskningsprojekt med anknytning till påldynamik som även blev internationellt uppmärksammade. Bland dessa kan nämnas undersökningar beträffande pålars dynamiska bärförmåga, till exempel Hellman (1967) och Bredenberg (1982). På Broms initiativ anordnade Sverige de första två stötvågskonferenserna (”Application of stresswave theory on piles”) som hölls i Stockholm i juni 1980 (Håkan Bredenberg sekr.) respektive maj 1984 (Göran Holm sekr.). Prof. Broms var också en av initiativtagarna till bildandet av IVAs kommitté för vibrationsfrågor, som startades 1976 och som senare ombildades till nuvarande Skandinaviska Vibrationsföreningen (SVIB).

Broms utförde en internationellt uppmärksammad undersökning beträffande dynamiska jordtryck som kunde uppstå i samband med vibrationspackning. Genom fältmätningar identifierades höga horisontella jordtryck som kunde uppgå till nivåer av det passiva jordtrycket och medföra kostsamma skador vid packning bakom källarväggar (Rehman och Broms, 1970 och Broms, 1970). Undersökningen presenterade en beräkningsmetod för ökningen av horisontalspänningen.

Insatserna inom jord- och bergdynamik som Broms initierade har gett upphov till en lång tradition av dynamisk forskning och utbildning på KTH. År 1980 utsågs Rainer Massarsch till adjungerad professor, som efterträdes 1984 av Anders Bodare som universitetslektor i jord- och bergdynamik. Under den perioden undervisade Bodare och Massarsch kurser i jord- och bergdynamik, både på civilingenjörs- och doktorandnivå samt handledde flera doktorsavhandlingar och ett stort antal examensarbeten. Många verksamma geotekniker i Sverige har genom dessa kurser och examensarbeten erhållit kunskaper inom jord- och bergdynamik, vilket har bidragit till ökad medvetenhet om betydelsen av dynamiska frågeställningar vid lösning av geotekniska problem. Bodare och flera av hans examensarbetare arbetade också med jordskalvsteknik i internationella projekt, ofta genom Sida.

Innan tillgången till dagens kraftfulla elektroniska mätutrustning var dynamiska och seismiska mätningar dyra och tidskrävande. Trots detta var svenska forskare tidiga med att utföra olika typer av dynamiska och seismiska mätningar. Tack vare den snabba utvecklingen av mät- och analystekniken under 80-talet öppnades nya möjligheter att utföra elektroniska mätningar även i fält och under ibland svåra yttre förutsättningar. Seismiska mätningar har varit en viktig del av institutionens forskningsverksamhet, som hade tillgång till mycket kompetent personal, såsom Elis Svensson, Kent Allard, Per Delin och Kent Lindgren. Vid institutionen tillverkades och utvecklades olika typer av seismiska mätsystem, som var en viktig förutsättning för de många examensarbeten, licentiat- och doktorandprojekt.

Artikelförfattare:
Rainer Massarsch, f.d. adjungerad professor, KTH
Carl Wersäll, forskare, KTH
Anders Bodare, f.d. universitetslektor, KTH
Stefan Larsson, professor, KTH

Läs hela artikeln i Bygg & teknik nr 1/20