Varför inträffar skred och ras?

Varför inträffar skred och ras?

Förutom naturliga skäl och människans påverkan så kan skogsavverkning också leda till förändrad stabilitet i marken eftersom vegetationen som suger upp mycket av markvattnet tas bort. Detta kan leda till högre grundvattennivåer och ytvattenflöden. En högre grundvattennivå ökar portrycket i jordlagren, försämrar jordens hållfasthet och kan därmed ge upphov till försämrad stabilitet. Ökade ytvattenflöden kan ge erosion i sluttningar och dalgångar. Störst risk för skred och ras är det i jordslänter som innehåller jordlager med låg hållfasthet och i bergslänter med svagheter i berggrunden.

Rubbad jämvikt

Det är jordarternas egenskaper och sammansättning, grundvattenförhållanden samt de topografiska förhållandena (höjdskillnaderna) som avgör släntens stabilitet. Den naturliga erosionsprocessen anpassar branter och slänter till ett jämviktsläge. Faktorer som förändrar jämvikten kan utlösa skred eller ras. Sådana faktorer kan vara förändrade markvattenförhållanden, människans påverkan på naturen, erosion och landhöjning. Med tiden kan därför stabilitetsförhållandena förändras.

Skred inträffar genom att brott uppstår längs en glidyta i jorden. Jordlagren ovanför glidytan påverkas dels av pådrivande krafter, dels av mothållande. Före skredet är dessa krafter i jämvikt. En rubbning av jämvikten kan utlösa skred. Jämvikten kan rubbas genom:

• ökad belastning,
• minskad motvikt,
• försämrad hållfasthet i jorden. 

Ökad belastning

Ökad belastning kan uppstå genom ny bebyggelse eller utläggning av fyllningsmassor vid släntkrön som medför att de pådrivande krafterna ökar. Fyllningar på marken kan ha stor negativ inverkan på stabiliteten. Exempelvis väger en meter tjock packad grusfyllning cirka två ton per kvadratmeter (motsvarar belastningen av ett tvåvåningshus).

Minskad motvikt

Jämvikten påverkas också av vad som händer i släntens nedre del. En del av de mothållande jordmassorna vid släntfoten kan eroderas bort av ett vattendrag eller avlägsnas genom schaktningsarbeten och muddringsarbeten.

Utmed ett vattendrag eller en sjö fungerar tyngden från vattnet som en mothållande (stabiliserande) kraft mot slänten. En sänkning av vattennivån vid släntfot leder till minskad motvikt.

Försämrad hållfasthet i jorden

Jordlagrens hållfasthet kan försämras av flera orsaker. Ett exempel är höjning av grundvattennivån som ger ökat vattentryck i jordens porer (höjt portryck).

Orsaker till höjning av grundvattennivån kan vara riklig nederbörd, kalhuggna områden och omlagda eller igensatta diken.

Kombination av orsaker

Det är vanligt att en kombination av de ovan beskrivna situationerna utlöser ett skred.

Skred i samband med översvämningar

Medan en översvämning pågår tränger vatten in i jorden i det översvämmade området. Grundvattennivån blir förhöjd och därmed även portrycket i jorden. När portrycket höjs försämras jordens hållfasthet.

Då nivån i vattendraget  sänks, sjunker inte den förhöjda grundvattenytan av i samma takt. Särskilt långsamt sjunker grundvattenytan i täta, finkorniga jordar som lera och silt.

Om en tung vall har lagts ut för att förhindra översvämningens utbredning, tillkommer vikten av denna som en pådrivande faktor.

Före översvämningen

• Bebyggelse finns i närheten av en slänt i lerjord mot en å.
• Grundvattenytan ligger på normalt djup.

Under översvämningen

• En tung jordvall har lagts ut för att skydda bebyggelsen.
• Vatten läcker in genom jorden under vallen, vilket avsevärt höjer grundvattenytan bakom vallen.
• Det höga vattentrycket mot slänten på grund av det höga vattenståndet i ån agerar som motvikt.
• Slänten eroderas genom att jordmaterial förs bort av det kraftigt strömmande vattnet i ån.

Efter översvämningen

 

När vattennivån sjunker tillbaka:

• Den tunga jordvallen ligger kvar.
• Vattennivån i ån sjunker undan och dess funktion som motvikt blir sämre.
• Även den borteroderade jorden i slänten innebär förlorad motvikt.
• Den förhöjda grundvattennivån sjunker undan långsamt och ger fortfarande höga portryck som försämrar jordens hållfasthet.
• Skred kan utlösas på grund av de kombinerade effekterna av ökad belastning, minskad motvikt och jordens försämrade hållfasthet.

Klimatets påverkan på ras och skred

Ras och skred inträffar i samband med snösmältning, tjällossning och perioder med mycket regn. När grundvattentrycket blir högt i marken minskar jordens hållfasthet och ett skred eller ett ras kan inträffa. Vattentrycket ökar vanligen i samband med snösmältning och tjällossning och under perioder då det regnat mycket.
 
Sommartid tar vegetationen upp mycket av nederbörden och värmen gör att avdunstningen minskar grundvattentrycket. Höst, vinter och vår är avdunstningen mindre.

Så förändras klimatet

Klimatscenarier fram till år 2100 indikerar att nederbördsmängderna kommer att öka inom större delen av Sverige och att en större andel av nederbörden kommer att utgöras av intensiva regn. Ökad nederbörd medför att erosionen tilltar, att grundvattennivån i jordlagren höjs och en ökning av såväl frekvens som omfattning av översvämningar längs sjöar och vattendrag. Var för sig och i samverkan kommer dessa faktorer att försämra stabilitetsförhållandena med ökade problem med skred, ras, ravinutveckling och slamströmmar som följd.

Klimatförändringens inverkan på jordrörelser de närmaste hundra åren jämfört med perioden 1961-1990. Ur Klimat- och sårbarhetsutredningen 2007.

Klimatanpassning på Klimatanpassningsportalens webbplats
Förändrade benägenheter för jordrörelser i ett förändrat klimat på Statens geotekniska instituts webbplats

Landhöjning

Under istiden var norra Europa täckt av två till tre kilometer tjockt istäcke. Inlandsisens tyngd tryckte ner jordskorpan och när isen smälte strävade jordskorpan efter att återta sitt ursprungliga läge – landet höjde sig. Denna landhöjning pågår än i dag.

När inlandsisen smälte täcktes stora delar av den nedpressade jordskorpan av havet. Den högst belägna strandnivån efter istiden kallas Högsta Kustlinjen (HK). Allra högst, cirka 286 meter över nuvarande havsnivå, ligger HK vid Skuleskogen vid Ångermanlandskusten. Därifrån sjunker HK både norrut och söderut samt mot inlandet. Längst i söder ligger HK nära nutidens kustlinje. Områden som tidigare legat under havets nivå har successivt "lyfts" över havsnivån.

Generaliserad karta över områden som ligger under och över högsta kustlinjen.

Generaliserad karta av nuvarande landhöjning i millimeter per år.

Eftersom istäcket var mäktigast i Skandinaviens centrala delar är landhöjningen störst där. I dag höjs jordskorpan cirka två millimeter/år i Göteborgstrakten, cirka fyra millimeter/år i Mälardalen och cirka nio millimeter/år i Norrbottens kustland. I södra Skåne sker i dag en landsänkning med cirka en millimeter/år. Landsänkningen i söder innebär ökad erosion och landförlust.
 
Allt eftersom landhöjningen har fortgått har älvar, åar och bäckar grävt sig allt djupare ned i jorden. Stabiliteten för slänterna har därmed försämrats främst genom förändrad topografi, ökad ytvattenerosion och ökad grundvattenströmning. Landhöjningens stabilitetsförsämrande inverkan motverkas dock till en del genom lägre portryck (sänkt grundvattennivå) och därigenom förbättrad hållfasthet i jorden.

Jordarternas bildningssätt

Morän är en jordart som bildades när inlandsisen tog upp och bröt loss delar från berggrunden, krossade och blandade materialet med äldre jordarter. Moränen består av en blandning av block, sten, grus, sand, silt och ler, och är Sveriges vanligaste jordart. När inlandsisen smälte sökte sig smältvattnet ner mot botten av isen och bildade stora isälvar. Grus och sand drogs med och avlagrades i isälvstunnlarna och vid deras mynningar. De lättare lerpartiklarna fördes ut och sedimenterades i lugnt vatten.
Beroende på årstidsväxlingar i isavsmältningen, och därmed i vattenföringen kunde en regelbunden växling i sedimentationen ske; detta bildade lera med siltskikt. I Sverige påträffas lera huvudsakligen inom områden som ligger under högsta kustlinjen eller berörts av uppdämda så kallade issjöar.
 
Vid landhöjningen utsattes dåvarande stränder av vågornas påverkan (svallning) och av det rinnande vattnet som eroderade i dalgångarna och byggde nya landformer nedströms. Det utsvallade materialet och älvsedimenten kan därför underlagras av lera.

Illustrationen visar lager av lera och silt överlagrade av sand.

Jordarter

Jord indelas i mineraljord och organisk jord. Mineraljord klassificeras efter kornstorlek och kornfördelning. Jordarterna indelas efter kornstorlek.

 
Jordens förmåga att släppa igenom, suga upp eller hålla kvar vatten beror i första hand på kornens storlek och hur tätt de är packade. Generellt kan sägas att ju mindre korn desto sämre vattengenomsläpplighetsförmåga (permeabilitet).

Jordarternas sammansättning varierar. Vanligen består en jordart av flera kornfraktioner. I exempelvis jordarten "siltig sand" dominerar sandfraktionen med silt som näst största fraktion.

Jordar med kornstorlekar mindre än 0,06 millimeter kallas kohesionsjordar och jordar med kornstorlekar större än 0,06 millimeter kallas friktionsjordar.
Organisk jord består till mer än 30 viktprocent av organiskt material. Vanliga organiska jordarter är torv och gyttja. 

Friktionsjord

Sand- och grus betecknas som friktionsjord. I en friktionsjord bygger huvudsakligen friktionen mellan jordkornen upp hållfastheten i jorden. 
En friktionsjords rasvinkel. Foto: SGI
 
Om en torr friktionsjord – sand eller grus – strilas ut på ett plant underlag så att den bildar en "toppig" hög kommer högens rasvinkel att bli lika med materialets så kallade friktionsvinkel, 30°-40° friktionsvinkeln i löst lagrat tillstånd). Friktionsvinkeln är ett mått på jordens hållfasthet. Friktionsvinkelns storlek varierar mellan olika typer av friktionsjord.
 
Om lutningen för en slänt i friktionsjord ökas – exempelvis vid schaktning eller genom erosion – tills den överstiger den så kallade friktionsvinkeln, övergår partiklarna från vila till att rulla över varandra, och ras uppstår.

Sand och grus

Sand och grus släpper lätt igenom vatten och torkar snabbt. Sandjordar är erosionskänsliga. Sand- och grusjordars hållfasthet beror främst på friktionskrafter mellan kornen. Dessa krafters storlek påverkas i sin tur av om jorden befinner sig över eller under grundvattennivån. Om jorden befinner sig under grundvattennivån minskar friktionskrafterna mellan kornen.
 
I sandjordar dominerar sandfraktionen med kornstorlek 0,06-2 millimeter. På motsvarande sätt dominerar i grusjordar grusfraktionen med kornstorlek 2-60 millimeter. Sand- och grusjordar är ofta blandade med varandra eller med andra fraktioner som till exempel silt. 
Snedställda sandskikt som överlagrats av horisontella lager av grus. Ödskölts moar, Dalsland. Foto: C Fredén, SGU, 1998.

Släntens lutning påverkar också dess stabilitet. Friktionsvinkeln är den vinkel som sand eller grus naturligt rasar ut i. Friktionsvinkelns storlek är 30-40 grader.. Till skillnad från en slänt i lera så kan en slänt i sand eller grus bli nästan obegränsat hög, så länge som lutningen inte överstiger friktionsvinkeln.

Morän

Cirka 75 procent av Sveriges yta utgörs det översta jordtäcket av morän som har bildats och avsatts av inlandsisen. Normalt underlagrar dessutom moränen andra jordar. Moränen har bildats genom direkt materialavlagring från inlandsisen.

Moränens bildningssätt innebar att materialet inte har utsatts för någon egentlig kornstorlekssortering, utan morän är en osorterad jordart med sten och block spridda i en finkornig grundmassa.

Moränens sammansättning varierar starkt från finkornig lermorän till grovkornig grusmorän. Kornstorlekssammansättningen är i hög grad beroende av den berggrund som inlandsisen eroderat. Sten- och blockhaltiga, sandiga moräner finns framför allt i urbergsområden, medan lermoräner förekommer i områden med en berggrund som består av skiffer och kalksten.

Kornstorlekssammansättningen bidrar i hög grad till moränens egenskaper. Grovkorniga moräner – sandmorän och grusmorän – beter sig huvudsakligen som friktionsjordar, medan finkorniga moräner – lermorän och siltmorän – mera har kohesionsjordskaraktär. Jämfört med lera är dock lermorän betydligt fastare.

Grusig morän i skärning vid Töresjö, cirka tio kilometer norr om Ullared, Falkenbergs kommun.  Foto: M. Engdahl, SGU 2008.

Kohesionsjord

I en kohesionsjord, verkar inte bara friktionskraft mellan jordpartiklarna utan även den fysikaliska kraften kohesion. Kohesionen, som utgörs av vidhäftningskrafter (molekylära attraktionskrafter) mellan de mycket små partiklarna i finjorden, medför att jordpartiklarna häftar samman.

Främst lerjord räknas som kohesionsjord, men även siltjord kan delvis ha kohesionsjordsegenskaper. Finkornig morän, som har en hög andel ler- och siltfraktion, uppträder också som en kohesionsjord.

Sammanhängande jordstycken som glidit iväg vid skredet i Vagnhärad, 1997. Foto: J Lindgren, SGI
 
Skred uppstår när finkornig jord glider iväg i sammanhängande stycken som hålls samman på grund av attraktionskrafterna mellan jordpartiklarna (kohesionen).

Falsk kohesion eller negativa portryck (sug)

Ovanför grundvattennivån finns vanligen jordlager som inte är vattenmättade. Detta innebär att jordens porer inte bara innehåller vatten utan också luftbubblor. Ytspänningen runt dessa luftbubblor ger upphov till en sammandragande kraft mellan jordpartiklarna. Denna sammandragande kraft ökar i sin tur friktionskraften mellan jordpartiklarna. Detta bidrar positivt till jordens hållfasthet, och denna effekt brukar benämnas falsk kohesion. 
Vertikal slänt på grund av falsk kohesion i den icke vattenmättade zonen i den översta delen av slänten efter skredet i Krokvåg, Hammarstrand, 1993. Foto: J Fallsvik, SGI.

Den falska kohesionen är mest märkbar i silt- och sandjord. Den falska kohesionen medverkar exempelvis till att mycket branta eller till och med vertikala slänter kan bildas i "bakkanten" efter ett skred. 

Den hållfasthetsförbättrande effekten är dock förrädisk – den mycket branta slänten kan stå kvar i åratal, men efter regn eller vid snösmältning kan de vattenomättade jordlagren vattenmättas. Luftbubblorna med sin ytspänning försvinner och därmed försvinner den falska kohesionen. Detta medför att den mycket branta slänten blir instabil.

Den falska kohesionen kan även försvinna på grund av att ytspänningskrafterna försvinner när de omättade jordlagren under en torrperiod har torkat ut helt.
 
En brant slänt som hålls upprätt med falsk kohesion har stor likhet med sandslott. Ett sandslott kan stå upprätt, så länge som den sand det är byggt av är fuktig men vattenomättad. Om en våg sköljer över sandslottet blir sanden vattenmättad och slottet rasar. Men sandslottet rasar även när solen har torkat ut sanden.

Sulfidjord

Sulfidjord kan bestå av sandig silt, silt, lerig silt och siltig lera med varierande halter av järnsulfider och organiskt material. Sulfidjordar är som regel varviga/skiktade vilket gör att de geotekniska egenskaperna kan variera.
 
Sulfidjordar finns längs Norrlands kustland från ungefär Gävle i söder till Haparanda i norr men kan också förekomma på andra platser i landet, exempelvis i Mälardalen.
 
Sulfidjordarna känns igen på att de är svartfärgade i olika omfattning (från helsvart till fläckig) av järnmonosulfid samt har en lukt orsakad av svavelväte. När sulfidjordar kommer i kontakt med syret i luften  försämras dess hållfasthet och den svarta färgen till grå eller gråbrun genom den oxidering som sker.
 
De finkorniga sulfidjordarna har generellt låg hållfasthet, hög kompressabilitet och stora långtidssättningar (krypsättningar). 
Provschakt i sulfidjord (svart). Den grå cirkeln är en framgrävd kalk-/cementpelare som tidigare installerats. Foto: Göran Wallmark, Botniabanan.

Lera

Lera är en jordart i vilken minst 15 viktsprocent av jordpartiklarna utgörs av lerpartiklar. Eftersom lerpartiklarna har en diameter mindre än 0,002 mm kan de inte urskiljas med blotta ögat och knappast ens med ett vanligt mikroskop. Jorden ser därför ut som en homogen massa och i omrört tillstånd som en jämn smet.

Schaktning i lera i Grönåns dalgång, nordöst om Älvängen. Foto: C Fredén, SGU, 1975.

I naturfuktigt tillstånd har leran ofta en plastisk konsistens. Den kan rullas ut till en tunn samman-hängande tråd mindre än två millimeter tjock. Lera består ofta till större delen av vatten. Den har en mycket stor förmåga att behålla vatten och vattenströmning genom lera sker mycket långsamt.

Kvicklera

En speciell typ av lera är kvicklera. När en kvicklera utsätts för störning kan den förlora större delen av sin hållfasthet och bli helt flytande. Ett stort antal skred i Västsverige har varit kvicklereskred, speciellt sådana med stor utbredning. 

Den huvudsakliga anledningen till kvicklerebildning är salturlakning. Lokalt kan kvicklera också bildas i mindre omfattning på grund av förändringar i porvattnets kemi, exempelvis genom infiltration av humussyror från torvmossar eller virkesupplag. 

Leror har (bortsett från moränleror) avsatts som sediment på botten av hav eller insjöar. Leror som bildades i saltvatten fick ofta en speciell struktur eftersom saltet fick lerpartiklarna att klumpa ihop sig till större aggregat innan de avsattes på bottnen. På detta vis skapades leror som kom att innehålla en extra stor andel vatten.
 
På grund av landhöjningen har lerlager som tidigare låg under havsytan lyfts upp och ligger nu ofta långt upp på land. Sött mark- och grundvatten har därmed börjat genomströmma lerlagren och sakta laka ut saltet. Detta har medfört att de krafter som håller ihop aggregaten av lerpartiklar försvagats och i en del lerlager har denna process medfört att så kallad kvicklera har bildats.

Silt

I torrt tillstånd är siltjorden oftast fast. Silt suger snabbt upp vatten och håller det kvar. En jordart som innehåller mycket silt är flytbenägen om den är vattenmättad, vilket innebär att jorden vid ett skred blir flytande. Vid schaktningsarbete i siltjord under grundvattenytan får siltjorden en vällingliknande konsistens.
 
I siltjordar dominerar siltfraktionen med kornstorlek 0,002–0,06 millimeter. Kornen är så små och de inte kan urskiljas med ögat. Siltjordar är erosionskänsliga.

 

Schaktning i siltjord. Foto: SGI:s arkiv

Grundvatten

Grundvatten bildas då regn och smältvatten tränger ner i marken och fyller hålrummen (porerna eller sprickorna) i jorden och berget. Under grundvattennivån är alla hålrum fyllda med vatten. Grundvattenytan utgör gräns mellan markvattnet och grundvattnet. Grundvattennivån påverkas av terrängens topografi, jordarternas och berggrundens egenskaper samt de klimatologiska förhållandena.

Stor nederbörd eller intensiv snösmältning under perioder då avdunstningen är låg medför oftast en hög grundvattennivå. Höga grundvattennivåer inträffar oftast på våren eller hösten. Mönstret i grundvattennivåernas årstidsvariationer är dock olika i landet (enligt figur). Låga grundvattennivåer på sommaren beror på att avdunstningen är stor. På vintern tränger inte så mycket vatten ned i marken i områden där nederbörden till stor del består av snö och det översta marklagret är tjälat.

När grundvattennivån stiger ökar vattentrycket i jordens porer – vi får ett ökat portryck. Detta medför ett minskat effektivtryck (kontakttryck) mellan jordkornen, som innebär att jordens hållfasthet minskar. I de flesta fall gäller, att ju högre portryck desto högre sannolikhet för skred eller ras.

Varje månad presenterar Sveriges geologiska undersökning (SGU) en karta som presenterar grundvattennivåerna i landet.

Karta för grundvatten på SGU:s webbplats