Upplýsingar um jarðvegsaðstæður eru mikilvægar við hönnun mannvirkja. Jarðtæknilegar aðstæður á Íslandi eru um margt sérstakar í alþjóðlegu samhengi; setlög eru jarðfræðilega ung, oft mynduð í hamfaraatburðum og því lausþjöppuð. Upplýsinga um aflfræðilega eiginleika þeirra verður því að afla með staðbundnum hætti. Rannsóknasjóður Vegagerðarinnar hefur stutt við verkefni við Umhverfis- og byggingarverkfræðideild Háskóla Íslands sem miðar að því að kanna hagnýtingu yfirborðsbylgjumælinga til jarðtæknilegra rannsókna við íslenskar aðstæður. Samhliða því felur verkefnið í sér gerð opins gagnagrunns þar sem nálgast má og bera saman niðurstöður mælinga frá mismunandi svæðum.

Yfirborðsbylgjumælingar (surface wave analysis) eru skilvirk og hagkvæm leið til að ákvarða stífnieiginleika jarðvegs í felti, þ.e. skúfbylgjuhraða (V_S) og skúfstuðul (G_max). Að auki geta slíkar mælingar veitt upplýsingar um náttúrulega tíðni jarðlagastafla, lagskiptingar og dýpi niður á föst jarðlög.

Þekking á stífnieiginleikum og lagskiptingu jarðsniða er nauðsynleg við hönnun og mat á áhrifum jarðskjálfta á mannvirki. Á flatlendi, þar sem ekki gætir áhrifa frá óreglulegu landslagi, orsakast mögnunaráhrif í jarðskjálftum einkum af skúfbylgjuhreyfingu sem berst frá föstum berglögum í gegnum laus jarðlög í átt að yfirborði. Upplýsingar um stífni jarðlaga eru einnig mikilvægar við greiningu á sveifluvíxlverkun milli jarðvegs og mannvirkja og sem inntaksstærðir fyrir sveiflufræðilega greiningu á manngerðum fyllingum og stíflugörðum. Þá eru upplýsingar um skúfbylgjuhraða nauðsynlegar við flokkun jarðsniða og ákvörðun á jarðskjálftaálagi samkvæmt Evrópustaðli (Eurocode 8). Núgildandi staðall byggir aðallega á mati á meðalskúfbylgjuhraða niður á 30 m dýpi (V_S,30). Unnið er að endurskoðun staðalsins og mun ný útgáfa leggja enn frekari áherslu á staðbundin mögnunaráhrif. Þá verða fleiri stikar innleiddir til að skilgreina staðbundið jarðskjálftaálag, þ.e. meðalskúfbylgjuhraði niður á annað dýpi en 30 m og dýpi niður á stíf jarðlög (þ.e. þar sem V_S > 800 m/s).

Aktífar yfirborðsbylgjumælingar (MASW-mælingar) byggja á tvístunareiginleikum Rayleigh-yfirborðsbylgna og tengslum milli útbreiðsluhraða þeirra og fjaðureiginleika jarðvegs. Yfirborðsbylgjur eru framkallaðar með höggi á yfirborð, útbreiðsla þeirra mæld með röð hraðanema og mæligögnin notuð til að ákvarða skúfbylgjuhraða og skúfstuðul sem fall af dýpi. MASW-mælingar hafa reynst vel við íslenskar aðstæður, þ.m.t. á stöðum sem einkennast af grófum eða samlímdum jarðvegi. Hins vegar skila slíkar mælingar að jafnaði aðeins upplýsingum um stífnieiginleika jarðvegs niður á 10‒30 m dýpi. Enn fremur henta þær illa þar sem stíf jarðlög liggja ofan á lausum jarðlögum. Því eru MASW-mælingar ekki alltaf fullnægjandi einar og sér til að rannsaka jarðvegsaðstæður hér á landi.

Til að bregðast við þessu má samnýta MASW-mælingar og aðrar skyldar mæliaðferðir, sér í lagi svokallaðar passífar yfirborðsbylgjumælingar. Passífar yfirborðsbylgjumælingar byggja á greiningu umhverfistitrings sem skráður er með tvívíðu neti hraðanema sem komið er fyrir á yfirborði. Samanborið við aktífar yfirborðsbylgjumælingar skila passífar mælingar auknu könnunardýpi, þó á kostnað nákvæmni næst yfirborði. Að auki geta passífar mælingar gefið upplýsingar um náttúrulega tíðni jarðsniða. Með samþættri greiningu á gögnum frá aktífum og passífum mælingum má nýta kosti beggja aðferðanna, þ.e. auka könnunardýpið án þess að skerða nákvæmni næst yfirborði. Þannig hefur náðst að tvö- til fimmfalda könnunardýpi mælinganna. Við rannsóknir á Suðurlandsundirlendinu hefur slík greining til að mynda gert það kleift að ákvarða skúfbylgjuhraða niður á allt að 100-170 m dýpi.

Enn fremur hefur samþætt greining aktífra og passífra yfirborðsbylgna gert það mögulegt að meta skúfbylgjuhraða og mörk jarðlaga á stöðum þar sem stíft lag (t.d. hraunlag eða kargalag) er klemmt á milli mýkri setlaga. Á Íslandi er slík jarðlagagerð nokkuð algeng, t.d. þar sem hraun hefur runnið yfir svæði sem þakið var setlögum. Þá hefur slík samþætt greining reynst vel þar sem stíft jarðlag (t.d. vel þjappað jarðvegslag) er við yfirborð en mun mýkra jarðvegslag (t.d. lífrænt efni eða silti) þar undir. Auka þessar niðurstöður því notagildi yfirborðsbylgjuaðferða til muna hérlendis.

Ólíkt mörgum algengum aðferðum við jarðvegsrannsóknir valda yfirborðsbylgjumælingar ekki raski á jarðveginum sem mældur er. Umhverfisáhrif af völdum slíkra mælinga eru því óveruleg ef nokkur. Ólíkt borholumælingum og kónískum mælingum eru yfirborðsbylgjumælingar ekki punktmælingar, heldur gefa þær mat á meðaltalsstífni þess svæðis þar sem mælingarnar eru framkvæmdar. Við greiningu mæligagna er gert ráð fyrir lagskiptu líkani með láréttum jarðlögum. Aðferðin hentar því síður á stöðum þar sem breytileiki innan jarðlagastaflans er mikill og víkur verulega frá láréttri lagskiptingu. Þá er 15–50 m löng röð hraðanema að jafnaði notuð við öflun mæligagna í felti. Framkvæmd mælinga á þröngum stöðum er því erfið.

Markmiðið með gerð gagnagrunns með niðurstöðum íslenskra yfirborðsbylgjumælinga var að auka aðgengi að upplýsingum um stífnieiginleika jarðsniða hérlendis, bæði með akademískt og hagnýtt notagildi í huga. Sem stendur inniheldur gagnagrunnurinn niðurstöður mælinga frá 19 svæðum, flestum á Suður- og Suðvesturlandi. Unnið er að því að færa inn niðurstöður fleiri mælinga. Auk mældra skúfbylgjuhraðasniða eru niðurstöður mælinga settar fram á formi meðalskúfbylgjuhraðaferla (  ferla) í samræmi við framsetningu í Eurocode 8. Gagnagrunninn má nálgast á slóðinni http://serice.hi.is/#/velocity-profiles.

Í einföldu máli

Grunnforsenda vandaðrar mannvirkjahönnunar er að þekkja eiginleika jarðvegsins sem byggt er á. Jarðvegsaðstæður er hægt að kanna með mismunandi aðferðum, sem allar hafa kosti og galla. Á Íslandi hefur t.d. reynst vel að nota svokallaðar yfirborðsbylgjumælingar til að kanna jarðvegsaðstæður.

Yfirborðsbylgjumælingar ganga út á að hlusta eftir titringi sem berst í gegnum jarðveginn, annað hvort titringi sem framkallaður er með því að slá á yfirborðið („aktífar“ mælingar) eða titringi sem verður til vegna náttúrulegra atburða, veðurs, vinda og annars þess háttar („passífar“ mælingar).

Yfirborðsbylgjumælingar veita upplýsingar um stífni jarðvegs, lagskiptingu hans og dýpi niður á fast berg. Þessar upplýsingar eru sérstaklega mikilvægar við hönnun mannvirkja á jarðskjálftasvæðum, því ef jarðvegur undir mannvirki er mjúkur getur álag á það orðið meira í jarðskjálfta en ef undirlagið er fast.

Yfirborðsbylgjumælingar hafa þann kost að raska ekki jarðveginum og gefa yfirsýn yfir stærra svæði í einu en hefðbundnar punktmælingar. Niðurstöðum slíkra mælinga á Íslandi hefur verið safnað saman í gagnagrunn sem nýtist bæði í rannsóknum og við hönnun mannvirkja hér á landi.

Þessi grein birtist fyrst í Framkvæmdafréttum 2. tbl. 2026. Hlekkur á blaðið