VEILEDNING FOR GRUNNFORSTERKNING MED KALKSEMENTPELER

Transkript

1 1 VEILEDNING FOR GRUNNFORSTERKNING MED KALKSEMENTPELER Høring september Dette er et foreløpig eksemplar som er på høring og kan ikke anses som et ferdig dokument

2 2 Innhold Forord Enheter Symboler Uttrykk og begrep 1 Hovedprinsipper og anvendelsesområder 2 Innblandingsutstyr og metoder 3 Materialegenskaper 4 Prosjektering 5 Utførelse og kontroll 6 Henvisninger og referanser Tillegg I Eksempler på protokoller og dokumentasjon II Tegninger III Laboratorie forsøk IV Feltforsøk

3 3 Forord Norsk veiledning for Grunnforsterkning med kalksementpeler (KS-stabilisering) er utarbeidet som veiledning for Norsk Geoteknisk Forening. Formålet med veiledningen er å gi retningslinjer for prosjektering, utførelse og kontroll av grunnforsterkning med kalksementpeler. Kalksementpeler anvendes for bedring av stabilitet, reduksjon av setninger, avstivning av grunnen og reduksjon av vibrasjoner. Veiledningen er tilpasset Norske Standarder og gjeldende Eurokode. Den behandler geotekniske problemstillinger knyttet til grunnforsterkning med kalksement. Veiledningen skal ikke være til hinder for bruk av andre, mer avanserte eller nye metoder. Veiledningen er primært beregnet for norske forhold. Kommentarer til høringsutgave Denne høringsutgaven sendes ut til sponsorer, bidragsytere og NGF sine medlemsfirma (kun til en person i hvert firma). For ordens skyld gjøres oppmerksom på at det fortsatt gjenstår noe finredigering av teksten og justering av figurer i hoveddelen, samt korrekturlesing. Dette blir utført parallelt med å gjøre endringer basert på høringskommentarer. For tillegg 1 og 2 arbeides med noe bedre figurer. Hvis noen har gode illustrasjoner å bidra med så kom gjerne med dem. Det understrekes at dette er en høringsutgave og ikke en offsiell utgave for bruk. Høringsfristen er 5. oktober Kommentarer sendes NGI ved Astri Eggen eller Tor Georg Jensen. [email protected] [email protected] Vi takker på forhånd for alle kommentarer.

4 4 Styringskomité Thor Liavaag etterfulgt av Lars Bjerkeli, Skanska Norge AS Svein Eriksson og Liv-Margrethe Bjerge, Norcem AS Kjell Karlsrud, NGI Frode Oset, Statens Vegvesen Vegdirektoratet Anne Braaten, Jernbaneverket Stein Christensen, SINTEF Utarbeidet av Astri Eggen, NGI Tor Georg Jensen, NGI Kjell Karlsrud, NGI Koordinator Vidar Gjeldsvik, NGI Hovedsponsorer Skanska Norge Norcem AS NGI Andre sponsorer Jernbaneverket Olimb AS Annonsekjøpere

5 5 Enheter I denne veiledningen benyttes SI-enheter med anbefalte multipler etter: NS-ISO 31-0 Størrelse og enheter Del 0: Generelle prinsipper og NS-ISO 1000 SI-enheter og anbefalinger for bruken av deres multipler og av visse andre enheter. For geotekniske beregninger anbefales brukt enheter eller multipler av disse som vist i tabellen nedenfor. SI- enheter Størrelse Navn Symbol Multipler (med omregning) Lengde meter m mm = 10-3 m Areal kvadratmeter m 2 mm 2 = 10-6 m 2 Masse kilogram Kg Kraft (last) newton N kn = 10 3 N MN = 10 6 N Moment newtonmeter Nm knm = 10 3 Nm MNm = 10 3 knm Spenning Trykk Styrke Elastisitetsmodul pascal = newton per kvadratmeter Pa = N/m 2 kpa = 10 3 Pa MPa = 10 3 kpa MPa = N/mm 2 Konsolideringskoeffisient kvadratmeter per sekund m 2 /s m 2 /år Permeabilitetskoeffisient meter per sekund m/s Densitet kilogram per kubikkmeter kg/m 3 t/m 3 = 10 3 kg/m 3 Romvekt (tyngdetetthet) newton per kubikkmeter N/m 3 kn/m 3 = 10 3 N/m 3 MN/m 3 = 10 3 kn/m 3

6 Symboler 6 Inneholder liste over alle anvendte størrelser og symboler. Symbol Forklaring A Stabilisert tverrsnittareal (pelens), m 2 a Det stabiliserte tverrsnittets andel av flatearealet, dekkingsgrad c, c/c Kalksementpelenes senteravstand c vh Konsolideringskoeffisient for horisontal strømning, m 2 /år c vv Konsolideringskoeffisient for vertikal strømning, m 2 /år D Diameter, m D pel Pelens diameter, m E pel Elastisitetsmodul for pelen, kpa F Sikkerhetsfaktor for stabilitet, γ m = 1/F G Skjærmodul, kpa G leire Skjærmodul for leire, kpa G pel Skjærmodul for pel, kpa I L Flyteindeks I P Plastisitets indeks k leire Permeabilitet for leire, m/s k pel Permeabilitet for kalksementpel, m/s L Lengde på kalksementpelen (ned i dypet), m m leire Modultall leire M Kompresjonsmodul n Forholdet mellom pelens influensradius og peleradius (n = R / r) q 0 Totallast over stabilisert nivå, kn/m2 r Peleradius R Pelens influensradius s pel Setninger i pelematerialet s leire Setninger i leire S t Sensitivitet s u Skjærfasthet s u leire Skjærfasthet leire s u pel Skjærfasthet pel τ m Karakteristisk gjennomsnittlig skjærfasthet i jordvolumet τ p Karakteristisk skjærfasthet i stabilisert materiale τ k Karakteristisk skjærfasthet i uforstyrret omliggende leire t Konsolideringstid U Konsolideringsgrad u pel Poretrykk i pelen V Volum w Vanninnhold % w l Flytegrense w p Plastisitetsgrense z Dybde under referansenivå, m

7 Uttrykk og begrep 7 Inneholder liste over vanlige uttrykk og begrep. Uttrykk Bindemiddel Bindemiddelinnhold Bindemiddelfaktor Enkeltpel Innblandingsarbeid Blandeenergi Blandeprosess Nedføring Ribbe Rotasjonshastighet Stigning Tilsetningsstoff Tørr innblanding Vinger på vispen Visp Forklaring Materialet som blandes inn i grunnen (sement, kalk, gips, osv) Vekt av tørt bindemiddel per volumenhet av stabilisert jord Vekt av tørt bindemiddel per tørr vekt av stabilisert jord Kalksementpel som står alene Energi ved innblanding Energitilførsel for innblanding Hele prosessen med utstyr og bindemiddel Senking av vispen pr omdreining (mm/omdr) Kalksementpeler satt med overlapp Omdreining av vispen per minutt (omdr/min). Heving av vispen pr omdreining (mm/omdr). Ikke reagerende stoff (sand) Tørr kalk og sement blandes i grunnen uten tilførsel av vann Totalt antall vinger på vispen som brukes til innblanding Innblandingsverktøy som en blander kalk og sement inn i jorda med

8 Sponsorer 8 (Side ikke laget. Viser bare eksempler på annonser)

9 9 Kapittel 1 Hovedprinsipper og anvendelsesområder

10 Hovedprinsipper og anvendelsesområder Hovedprinsipper 1.2 Egnede grunnforhold 1.3 Eksempler på anvendelsesområder Skråningsstabilitet Avstivede byggegroper Grøftesikring Setninger Vibrasjonsdemping Jordavstivning Stabilisering under vann Massestabilisering i kombinasjon med kalksementpeler Stabilisering av forurensede sedimenter

11 Hovedprinsipper Kalksementpeler blir etablert ved at en visp nederst på en borestang roteres og presses ned i grunnen til nivå for underkant kalksementpel. Når vispen har kommet til ønsket nivå starter innblåsing av bindemiddel samtidig som vispen roteres og heves. Når det gjenstår 0,5-1 m opp til terreng avsluttes innblåsningen av bindemiddel. Herdeprosessen starter umiddelbart. Rotasjon ved nedføring, innblanding og rotasjon ved opptrekk. 0,5-1 m Maks 30 m Visptyper D = 0,5 1,0 m Figur Figuren viser prinsippene ved kalksementstabilisering.

12 12 Figur Kalksementpelrigg som installerer kalksementpeler. I forgrunnen installerte kalksementpeler.

13 Egnede grunnforhold Grunnforholdene har vesentlig betydning for det endelige produktet og anvendbarheten av metoden. Kalksementpeler er mest brukt der det er leire med skjærfasthet 5-30 kpa og/eller hvor det er sensitiv leire. Metoden gir en relativt rask styrkeforbedring av leira med en betydelig andel i løpet av de første døgnene. For typiske norske forhold kan det oppnås en skjærfasthet på 100 til 1000 kpa i grunnforsterket leire. Oppnådd styrke er avhengig av bindemiddel type og mengde, innblandingsarbeid, herding og leiras egenskaper. Viktige jordartsparametere er jordart (leire, silt), vanninnhold, humusinnhold, sensitivitet og skjærstyrke. Betydningen av disse parameterne er behandlet i kapittel 3. Med hensyn til framkommelighet og sikkerhet for maskinene er det begrensninger med hensyn til terrenghelning. Terrenghelning der maskinen skal stå under installasjon bør helst ikke være brattere enn 1:10 (helning viktigst for de største maskinene). Hvis toppmassene er svært faste eller består av stein/grus kan det være behov for masseutskifting til sand eller leire. Inntil omtrent 2 m med tørrskorpeleire går normalt greit for vispen å penetrere gjennom. 1.3 Eksempler på anvendelsesområder Skråningsstabilitet Opprinnelig terreng Blindboring Utgravd skjæring KS-ribbe Profil Enkel ribbe Dobbel ribbe Plan Figur Sammenhengende enkle eller doble ribber kan anvendes for utgraving av skjæring. Stabilisering av traubunn kan være hensiktsmessig for å sikre trafikkerbarhet for maskiner og utstyr.

14 14 Stabilisering av skjæringer med kalksementribber er en vanlig anvendelse i Norge. Installasjon av pelene gjøres gjerne fra et relativt flatt terreng slik at stabiliteten og sikkerheten i installasjonsfasen sjelden er noe problem. Før utgraving begynner bør det kontrolleres at peleinstallasjonen ikke har ført til svekkelse (poretrykk, nedbryting, ref 4.2.2) av opprinnelig omliggende grunn slik at totalstabiliteten har blitt dårligere enn forutsatt. Både enkle og doble ribber brukes for bedring av stabiliteten. Hvorvidt det skal brukes enkle eller doble ribber er et prosjekteringsvalg. Gitt en bestemt stabiliseringsmengde på et gitt område, vil bruk av enkle ribber gi mindre avstand mellom ribbene enn bruk av doble ribber. Det er noe større sannsynlighet for at det ikke er overlapp mellom pelene med dybden for enkeltribber enn for doble. Ved doble ribber er det større sannsynlighet for at ribben er kontinuerlig, men det er erfart at ribben kan bli smalere med dybden da pelene kan ha en tendens til å overlappe mer i dybden. Det brukes ofte en kombinasjon med ribber for å sikre stabilitet av skjæringer og enkeltpeler for å forsterke anleggsveier. Enkeltpelene kan settes i firkant eller trekantmønster. Av hensyn til bæreevne er det viktig at enkeltpelene har en viss lengde. Det bør ikke kjøres direkte på enkeltpelene, men legges ut en duk og et forsterkningslag slik at lastene blir fordelt. Figur Fotoet viser kalksementpelribber i en utgravd skråning.

15 15 Ribbe Profil Ribbe Plan Figur Stabilisering med kalksementpelribber før utfylling for å ivareta stabiliteten kan brukes i kombinasjon med enkeltpeler for å ivareta setningsreduksjon. Motfylling for midlertidig forbedring av stabilitet Helningsbegrensning for maskin 1:10 Poretrykk Figur Figuren viser stabilitetsforbedring av naturlig skråning. Med hensyn til nærmere forklaring vises til etterfølgende avsnitt. Stabilitetsforbedring av naturlige skråninger har hittil vært lite benyttet. Det er tre hovedgrunner til det. Det har vært vanskelig å komme dypt nok med kalksementpelene da det gjerne har vært en begrensning på m dybde for installasjon. Nå er det maskiner som

16 kommer m ned slik at en i større grad har mulighet til å få forsterkningen ned til ønsket dybde. Stabiliteten svekkes noe ved installasjonen av kalksementpelene. Hvis den naturlige skråningen har lav sikkerhet mot utglidning vil en midlertidig svekking kunne føre til utrasning. Dette kan løses enten ved midlertidig å bedre stabiliteten ved hjelp av motfylling eller ved utflating av terrenget. Et annet alternativ er at en installerer kalksementpelene kun på små partier av gangen slik at eventuelt oppbygd poretrykk får tid til å drenere ut og avbinding (styrkeoppbygging i pelen) får tid til å skje. Det innebærer at en flytter rundt på det området som skal stabiliseres. Den tredje begrensende faktoren er framkommelighet for maskinen. De større maskinene bør ikke gå i terreng som heller mer enn 1: Terrengoverflate etter utglidning Kalksementribber Figur Figur og foto illustrerer stabilitetsforbedring i skredgrop

17 1.3.2 Avstivede byggegroper 17 Ekstra peler der ribba går inntil spuntveggen Plan Spuntvegg Profil Figur Figuren viser kalksementpeler installert i ribber mellom spuntvegger. Det vises til detalj med hensyn til prinsipp for god kontakt med spuntveggen. Avstivning med kalksementribber mellom spuntvegger er en vanlig anvendelse. Ribbene stiver av spuntveggen, bedrer sikkerheten mot bunnoppressing og bedrer framkommelighet i byggegropa. På grunn av at pelene herder fort anbefales normalt at spuntveggen installeres før kalksementpelene. Ved installasjon av kalksementpeler nært inntil spuntveggen bør en ikke under spuntfoten med en vanlig visp da denne kan hekte seg fast. Noen entreprenører har visp som er spesielt egnet til å gå inntil spuntvegger og under spuntfot. Det kan være hensiktsmessig å sette noen ekstra peler helt inntil spuntveggen for å oppnå best mulig kontakt mellom spunt og kalksementpelribbe, jfr figur

18 1.3.3 Grøftesikring 18 Profil Pelene settes med overlapp så det blir en massiv forsterkning Plan Figur Eksempel grøftesikring. Stabilisering av grøftetrase med kalksementpeler kan gjøres på flere måter og i kombinasjon med grøftekasse. Ved bruk av kalksementpeler kan en, foruten sikker grøft, også oppnå en god stabil grøftebunn for de ledningene som skal legges.

19 1.3.4 Setningsreduserende tiltak 19 Forbelastning Fylling Jordarmering Kalksementpeler Firkantmønster c/c 1,2 1,5 m for ø= 0,6 m pel Trekantmønster Figur Figuren viser kalksementstabilisering med enkeltpeler for reduksjon av setninger. Kalksementpeler installert som enkeltpeler, i trekant eller firkantmønster, har vært mye brukt som setningsreduserende tiltak i Sverige. I Norge har det vært begrenset bruk av enkeltpeler for å redusere setninger. Ved denne anvendelse har pelene hovedsakelig en avstivende virkning og bidrar til å føre lastene dypere ned. Kalksementpeler har også en drenseffekt noe som er positivt i forbindlese med setninger. Stabiliseringen fører til at de setningene som kommer vil inntre raskere enn om det ikke hadde vært peler der, samt at totalsetningene reduseres noe.

20 Vibrasjonsdemping Kalksementpeler kan installeres under konstruksjoner (vei, jernbane) for å stive av grunnen under vibrasjonskilden, og på den måten redusere vibrasjoner ut i grunnen, jfr. figur 1.10a. Dette er aktuelt for nyanlegg og antas i de fleste tilfeller å ha mest effekt. Alternativt kan pelene installeres som en barriere ved siden av konstruksjonen, jfr. figur 1.10b. I sistnevnte tilfelle virker pelene ved at de hindrer spredning av vibrasjoner som induseres i grunnen. Med hensyn til dimensjonering vises til 4.6. Leire Antatt berg Figur a Kalksementpeler installert under virbrasjonskilde for demping av vibrasjoner (Nyanlegg.) Figur b Kalksementpeler installert ved siden av jernbane for vibrasjonsdemping.

21 Jordavstivning Figur Kalksementstabilisering kan brukes som en kombinasjon av byggegropssikring og jordavstivning. Figur viser et eksempel der en hadde behov for å ta opp vindkrefter i jorda under oppføring av en bru. Den relativt bløte leira hadde ikke stivhet nok til å ta opp kreftene fra brua innenfor akseptable deformasjoner. For å bedre stivheten av jorda ble det installert kalksementpeler med overlapp slik at disse dannet en blokk. I og med at en hadde forsterket grunnen var det ikke nødvendig med spuntavstivning av byggegropen Stabilisering under vann Kalksementpeler kan installeres under vann. Erfaringer så langt er kun i relativt lune farvann og nært land. Hovedforskjellen i forhold til på land er at en står på flåte / lekter og at en ikke kan se hvor ansettet er. Stabiliseringsmaskinen bør ha et posisjoneringssystem (GPS) for plassering av pelene. Ved arbeider på sjøbunnen bør det gjøres vurderinger og eventuelt tiltak med hensyn til faren for miljøforurensning.

22 22 Figur Figuren viser prinsipper med hensyn til stabilisering av grunnen under sjøbunnen. Figur Foto som viser installasjon av kalksementpeler for et kaianlegg (Stockholm).

23 1.3.8 Massestabilisering i kombinasjon med kalksementpeler 23 Massestabilisering blir utført ved at en visp blir ført opp, ned og sideveis samtidig med at tørr sement og eventuelt kalk sprøytes inn i grunnen. Hele jordvolumet skal stabiliseres. Det er mulig å kombinere kalksementpeler med massestabilisering. Det som da kan være mest aktuelt er kalksementpeler i nedre jordlag og massestabilisering i øvre jordlag. Figur Fotoet viser en massestabiliseringsmaskin. Massestabilisert Kalksementpeler Figur Prinsipp med kalksementpeler under massestabilisert materiale.

24 Stabilisering av forurensede sedimenter Kalksementstabiliseringsmetoden kan også brukes for stabilisering av forurensede sjøbunnsedimenter. Dette kan for eksempel gjøres ved at sedimentene blir stabilisert der de ligger ved en massestabilisering. Et annet alternativ er å etablere en barriere, legge sjøbunnssedimentene på innsiden og stabilisere dem der. En kan oppnå både en geoteknisk og miljøteknisk stabilisering. Stabilisert materiale med massestabilisering Barriere med kontrollmåling Sjø KS-peler Figur Figuren viser et eksempel der en har benyttet vanlige kalksementpeler for geoteknisk stabilisering av grunnen for å oppnå tilstrekkelig styrke til å legge opp en barriere. I barrieren installeres en tett spuntvegg. På innsiden av barrieren massestabiliseres sjøbunnsedimenter med sement slik at styrken blir så god at området kan trafikkeres. Figur Fotoet viser utstyr for stabilisering av sjøbunnsedimenter som er lagt på innsiden av en barriere (Finland).

25 25 Kapittel 2 Innblandingsutstyr og metoder

26 Innblandingsutstyr og metoder Betegnelse for ulike kalksementpelmønster og massestabilisering 2.2 Kalksementpeler Kalksementpelmaskiner Utstyr for installasjon av kalksementpeler 2.3 Massestabilisering Massestabiliseringsmaskin Utstyr for massestabilisering

27 2.1 Betegnelse for ulike kalksementpelmønster og massestabilisering 27 Enkeltpel Enkel ribbe Dobbel ribbe Gitter Blokk Figur De mest vanlige kalksementpelmønster og betegnelser for disse er vist. Kalksementpeler som skal henge sammen settes med overlapp på i størrelse 0,1 til 0,15 m. Plan Figur Massestabilisering innebærer at hele jordvolumet blir stabilisert ved at en visp blir ført opp og ned vertikalt samtidig som en flytter litt horisontalt. Det vises til 2.8.

28 2.2 Kalksementpeler Kalksementpelmaskiner Figur To kalksementpelmaskiner under installasjon.

29 29 Rotasjon ved nedføring, innblanding og rotasjon ved opptrekk Bindemiddel 0,5 1 m Maks 30 m Visp D = 0,5 1 m Figur Prinsipp kalksementstabilisering. Kalksementpelmaskinen består av en lang stang med en innblandingsvisp i enden. Vispen føres ned til underkant pel ved at den roteres sakte ned. Når vispen har kommet ned til ønsket dybde økes rotasjonen og tørt bindemiddel pumpes inn samtidig med at vispen heves. Når vispen er 0,5 til 1 m under terreng stopper innpumpingen av bindemiddel. Det varierer noe om maskinene har tank for bindemiddel på henger eller på tank montert på maskinen. Det kan også nevnes at det kan være mulig å tilsette noe vann i tillegg til tørr innblanding.

30 30 Utmating av kalksement Vinger Figur Det finnes mange ulike visptyper og det er ingen standard for visper. Øverst er det vist noen prinsipper av ulike visper. Nederst er det vist foto av to typer som er mye brukt. Vispen kan ha stor betydning for resultatet av stabiliseringen.

31 31 Figur 2.2.4: Eksempel på skjermbilde som installasjonsoperatøren følger med på ved etablering av pelene. Figur Oversiktsbilde over riggplass. Det er behov for et areal på omtrent 10 x 20 m for riggplass. Med hensyn til HMS tiltak vises til kapittel 5.5.

32 2.2.2 Utstyr for installasjon av kalksementpeler 32 Kalksementpelriggene er beltegående. Riggene har et tårn som borestangen går i, førerhus med datamaskin og operatør for styring av hele prosessen, samt tanker med kalk og sement. Det er en utvikling at mest mulig av installasjonen styres av en datamaskin. I tillegg må det på byggeplassen gjøres plass til tanker for lagring av kalk og sement. I etterfølgende tabell gis noe mer detaljert informasjon om utstyret. Figur 2.3 til 2.7 viser beskrevet utstyr. Tabell Beskrivelse av utstyr for installasjon av kalksementpeler Betegnelse Forklaring Visp Borestang Materialtank Blandingsforhold Innblandingsverktøy som er plassert nederst på borestangen. Det er vispen som avgjør diameteren på pelen og det er ved vispen at kalk og sement blir blandet inn i jorda. Det finnes mange visptyper og de har ulike egenskaper med hensyn til hvor godt de blander materialet med jorda. Hver entreprenør har sine visptyper og det finnes ingen standard for visper. Det er vanlig at de har en visp som kalles standardvisp som er halvsirkellignende og en visp med vinger. Se figur 2.5. Normale diametre på vispene, og derved på pelene er: 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm og 100 cm. Vispene har en viss slitasje. Det er normalt at diameteren på vispen er 1-2 cm større enn fastsatt diameter når vispen er ny og at den er 1-2 cm mindre når den er så nedslitt at den skiftes ut. Borestangen fører vispen ned i grunnen og roterer denne. Den har enten et rundt eller firkantet tverrsnitt. Lengden på borestanden avgrenser installasjonsdybden for pelen. Det finnes rigger med følgende boredybder: 15 m, 20 m, 25 m og 30 m. Det er mulighet for større dybder. Se figur 2.3 og 2.4. Tank(er) med kalk, sement eller blanding av disse (bindemidler). Hver maskin har materialtank påmontert maskinen eller i en vogn som stilles i nærheten av maskinen. I dag er det mest vanlig at maskinene har en tank hvor innblandingsmaterialene er blandet. (Tidligere har det ofte vært krav om at de ikke skal blandes før like før innblanding i leire). Innblandingsmaterialet bør ikke oppbevares mer enn 1 uke på byggeplassen. Om vinteren må det sørges for at materialet ikke tilføres fukt eller fryser. Kompressoren tiner normalt eventuell kondens. Se figur 2.7. Det er mulig å regulere blandingsforholdet mellom kalk og sement (eller andre innblandingsmiddel). Det varierer noe mellom de ulike maskinene og hvor arbeidet skal utføres med hensyn til leveranse av bindemidler. Mest brukte blandingsforhold er 50 % kalk eller tilsvarende og 50 % sement. 25 % kalk og 75 % sement brukes også en del.

33 Tilsetting av et tredje materiale i en viss mengde blir også mer normalt (50 % sement, 25 % kalk og 25 % X). For området rundt Østlandet ned til Sørlandet vil blanding på verk og uttransport til byggeplassen være normalt. For resten av landet vil blanding av ulike materialer trolig skje på byggeplassen. Noen maskiner kan kun ha fastlåste blandinger, mens andre kan variere blandingsforhold og innblandingsmengde. 33 Innblandingsmengde Beltetrykk Framkommelighet Mengde kalksement pr m pel eller pr m 3 leire. Normal innblanding: kg/m 3. Sjelden over: 150 kg/m 3 (for noen maskiner er dette maskimalt) Noen maskiner kan kun ha en fastlåst innblanding, mens andre kan variere innblandingsmengde med dybden. Trykk beltene gir mot bakken. Vekt på maskin: tonn. Marktrykk fra maskin: kn/m 2 Marktrykk fra materialtanksvogn: kn/m 2 For sikker framkommelighet er det begrensning med hensyn til terrenghelning. Maksimal terrenghelning er i størrelse 1:10 for de største maskinene. Nedføring (av visp) Ved nedføring av borestangen bør nedføringen maksimum være 100 mm/omdr. Ved plastiske og faste leirer bør reduksjon av nedføringen pr omdreining vurderes. Rotasjonshastighet Antall rotasjoner vispen gjør per minutt ved opptrekk og innblanding ved etablering av kalksementpel. Normal maskinkapasitet: omdr/min. Normalt krav med hensyn til praktiske kvalitetserfaringer er at rotasjonshastigheten vanligvis skal ligge mellom omdr/min. Stigning Antall mm vispen stiger pr omdreining. Variasjonsområde: mm/ omdr. Normalt krav med hensyn til praktiske kvalitetserfaringer er at stigningen skal ligge mellom mm/omdr. Valg av stigning avhenger av materiale og visp. (Noen maskiner kan rapportere stigning pr minutt. Da bør dette omregnes slik at en sjekker mot verdiene gitt over). Blindboring Penetrering topplag Blindboring er betegnelsen på boring (oppover) gjennom øvre jordlag uten at det blandes inn kalksement. Jorden blir omrørt og svekket. Dette kan brukes der massen skal graves vekk. Se figur 1.3. Ved nedføring av vispen vil 1-2 m med normal tørrskorpe og 0,5 m med sand/grus være penetrerbart. For fastere/grovere masse må en påregne forgraving/masseutskifting.

34 Vertikalitet Boreprotokollen bør inneholde dokumentasjon av borestangens / pelens vertikalitet. Sakte rotasjon ved forsiktig nedtregning gir rettere pel enn hard nedpressing. 34 Skråpeler Installasjonstrykk PC Kalksementpelene kan settes skrått. Rett framfor maskinen kan de settes med helning opp til 45 og sideveis for maskinen med opptil 15. Trykket som kalksementen blir blåst inn med. De fleste maskinene er slik at trykket må stilles inn på forhånd og samme trykk brukes for hele pelen. Nyere maskiner kan justere trykket ut fra hvilket nivå de er på. 10 m dybde : 3-4 bar 20 m dybde: 6-10 bar 30 m dybde: opp til 15 bar Det er viktig at det ikke brukes større trykk enn strengt tatt nødvendig av hensyn til at leira rundt pelen skal forstyrres i minst mulig grad. De fleste maskiner har i dag en PC/loggeenhet som styrer vesentlige deler av installasjonen, samt at den ivaretar og behandler data fra installasjonen for dokumentasjon og vedlegg til peleprotokollen. Følgende registreres manuelt: Innblandingsmengde, rotasjonshastighet, posisjon og helning på tårnet. GPS Noen maskiner har GPS installert. For peler under vann er det helt avgjørende at maskinene har GPS posisjonssystem.

35 Massestabilisering Massestabiliserings maskin Ca 5 7 Figur 2.8. Figuren viser prinsippet for massestabilisering. Vispen blir ført opp og ned, samt at den føres litt horisontalt for hver gang. Figur 2.9. Foto av visp og maskin for massestabilisering.

36 Utstyr for massestabilisering Massestabiliseringsriggene ser ut som beltegående gravemaskiner, men istedenfor gravemaskinskuffe er det en visp/trommel i enden av armen. Videre er det tanker med kalk og/eller sement på en egen vogn. Det er en utvikling at mest mulig av installasjonen styres av en datamaskin inne i førerhuset. I tillegg må det på byggeplassen gjøres plass til tanker for lagring av kalk og sement. I etterfølgende tabell gis noe mer detaljert informasjon om utstyret. Tabell Beskrivelse av utstyr for massestabilisering Betegnelse Forklaring Visp Maskinarm Materialtank Blandingsforhold Innblandingsmengde Innblanding Installasjonstrykk PC GPS Innblandingsverktøy er plassert på enden av arma. Vispene har noe ulik utforming. Noen roterer normalt på armen og andre roterer som en trommel. Hver entreprenør har sine visptyper og det finnes ingen standard for visper. Normale størrelser på vispene er 0,4 til 0,6 m i diameter. Den er utformet som en gravemaskinarm og kan beveges både horisontalt og vertikalt. Tank (er) for sement, kalk og/eller andre materialer. Hver maskin har materialtank påmontert maskinen eller i en vogn som stilles i nærheten av maskinen. Innblandingsmaterialet bør ikke oppbevares mer enn 1 uke på byggeplassen. Om vinteren må det sørges for at materialet ikke tilføres fukt eller fryser. Kompressoren tiner normalt eventuell kondens. Det er mest vanlig å bruke bare sement i forbindelse med masse stabilisering. Dette fordi det gjerne brukes i humusholdig leire eller i myr. Mengde per m 3 er gjerne i størrelse 100 til 250 kg Selve innblandingen skjer ved at vispen blir ført opp ned og til siden. Det er viktig at innblandingen følger et system slik at en har kontroll med at hele massevolumet blir stabilisert. Installasjonstrykk på 6 8 bar Data fra installasjonen blir registrert i en dataenhet Noen maskiner har GPS logging.

37 37 Kapittel 3 Materialegenskaper

38 Materialegenskaper Grunnforhold Grunnforhold egnet for kalksementstabilisering Viktige forhold ved grunnen Vanninnhold Stein Humusinnhold Torv Sulfidholdig leire Krav til forundersøkelser 3.2 Stabiliseringsmiddelets egenskaper Type og mengde stabiliseringsmiddel Stabiliseringsmiddelets reaksjon i jord Sement Brent kalk Andre stabiliseringsmidler Sammensetning av stabiliseringsmiddel 3.3 Forsøksstabilisering med kalksement 3.4 Betydning av innblandingsarbeidet for oppnådd resultat Jordartsegenskaper Innblandingsarbeid Stabiliseringsmiddel Anbefaling 3.5 Egenskaper av stabilisert materiale Fasthetsøkning / karakteristisk styrke Moduler Permeabilitet Levetid Romvekt

39 3 Materialegenskaper 39 Kapittelet omhandler materialegenskapene til grunnen som skal stabiliseres (grunnforhold), materialet som brukes for stabilisering (sement, kalk, andre stoffer), og sluttproduktet, som er den stabiliserte jorden. 3.1 Grunnforhold Grunnforholdene har vesentlig betydning for anvendbarheten av kalksementstabilisering som metode og for det endelige produktet (kalksementstabilisert materiale). Jordartsparametere som er viktige ved vurdering av metodens egnethet blir belyst, og forhold som kan medføre behov for særskilte tiltak, eller som kan føre til problemer, diskuteres. Det gis eksempler på hva som, til nå, har vært vanlige grunnforhold ved bruk av KS-stabilisering i Norge Grunnforhold egnet for kalksementstabilisering Sammenstilling av norske erfaringer viser at kalksementstabilisering hovedsakelig blir brukt i bløt til middels fast leire og i kvikkleire. Viktige jordartsparametere er vanninnhold, humusinnhold, sensitivitet og skjærfasthet. Figur a viser fordeling av registrerte skjærstyrkeverdier i 33 norske prosjekter. Hovedtyngden av prosjektene er utført i leire og kvikkleire med typisk udrenert skjærstyrke innenfor intervallet 5 30 kpa. Det forhold at det er færre prosjekt under 10 kpa enn over skyldes at det er få steder hvor fastheten er så lav, og ikke at metoden ikke er egnet. For leire med fasthet over 30 kpa er gevinsten med å bruke metoden mindre enn ved lavere fasthet, samt at det kreves mer energi for å stabilisere grunnen. Figur a Sammenstilling av registrert in situ skjærstyrke av leire utvalgte prosjekt.

40 40 Typisk variasjonsområde for vanninnhold i leirene har vært % med en hovedtyngde av registreringer innenfor %. En sammenstilling av registrert variasjonsområde for in situ vanninnhold er vist i figur b. Figur b Sammenstilling av registrerte in situ vanninnhold Viktige forhold ved grunnen Normalkonsolidert leire (også siltig leire) og kvikkleire (sensitiv leire) er vanligvis godt egnet for stabilisering med kalksement. Relativt fast plastisk leire og leirig silt krever mer innblandingsarbeid enn bløt og sensitiv leire for å oppnå god kvalitet. Generelt vil økende andel av silt/sand i leira krever mer innblandingsarbeid (rotasjon, visp, stigning) for å oppnå god kvalitet. I det etterfølgende gis en del erfaringsmateriale fra ulike grunnforhold og/eller jordartsegenskaper som kan gi spesielle utfordringer ved kalksementstabilisering Vanninnhold Lavt vanninnhold gir som oftest høyere fasthet enn høyt vanninnhold under ellers like forhold.

41 41 Vanninnhold % Figur Figur viser typisk relativ skjærfasthet sett i forhold til in situ vanninnhold i grunnen og ulike typer innblandingsmateriale. (Kommentar: Denne figuren skal forbedres med noe mer data, men prinsippet for hva den skal vise er med). Dette er på samme måte som i betong, hvor lave vannsementforhold (mengde vann / mengde sement) gir høyere fasthet. Et for lavt vanninnhold vil imidlertid føre til at det ikke er nok vann til at stabiliseringsmiddelet får reagert fullstendig. Mengde stabiliseringsmiddel må derfor tilpasses vanninnholdet i jorda. Alternativt kan vann tilsettes sammen med stabiliseringsmiddelet. Det anbefales å ha spesielt fokus på kvalitet for stabiliseringen ved vanninnhold under 30 % Stein Forekomst av stein i grunnen vil føre til stor slitasje og brekkasje på utstyr. Forholdet avdekkes ikke nødvendigvis ved vanlige grunnundersøkelser og bør vurderes, særlig ved ra eller israndavsetninger. Ved større stein risikerer man å ikke få kalksementpelene ned til prosjektert nivå Humusinnhold Humusinnhold i leira ut over et par prosent kan gi behov for økt mengde stabiliseringsmiddel for å oppnå samme fasthet som i leire uten humusinnhold. For økende mengder av humusinnhold vil det normalt være mest effektivt å øke sementmengden. Kalk alene gir vanligvis liten stabiliseringseffekt i jordarter med høyt humusinnhold.

42 Torv Torv og gytje kan stabiliseres med sement. Stabiliseringen utføres oftest med massestabiliseringsmaskiner. Andelen med sement pr volumenhet er normalt en del større enn ved innblanding i ren leire. Vanninnhold og innhold av humus er også her avgjørende for resultatet. For å oppnå best mulig fasthet i torvmateriale bør dette etter stabilisering, midlertidig dekkes med masser for last. En kan ikke forvente å oppnå høy fasthet i torv, men tilstrekkelig bæreevne for maskiner og utstyr er oppnåelig Sulfidholdig leire Sulfidholdige leirer oppnår normalt liten fasthetsøkning ved innblanding av vanlige mengder stabiliseringsmiddel. Sulfidholdige leirer forekommer imidlertid i liten grad i Norge og det er ikke vanlig å måle svovelinnhold ved grunnundersøkelser. Laboratoriestabilisering vil imidlertid gi svar på om kalksementstabilisering virker i den aktuelle leiren Krav til forundersøkelser Eurokode 7 (NS-EN og -2, /1/ og /2/) og NS-EN / 3/ gir spesifikke retningslinjer for hva som skal utføres av forundersøkelser ved geoteknisk prosjektering generelt og dypstabilisering spesielt. Det forutsettes at aktuelle kapitler i de respektive standarder vurderes av den ansvarlige prosjekterende. Omfang av grunnundersøkelser tilpasses til prosjektet. For prosjektering av kalksementstabilisering bør man, som et minimum, ha informasjon om: typer løsmasser og lagdeling udrenert skjærstyrke, sensitivitet, vanninnhold og humusinnhold eventuell forekomst av faste lag eller stein grunnvann, poretrykk og vannførende lag laboratoriestabilisering av massen Grunnundersøkelser må utføres i et omfang som sikrer at man har informasjon for hele det aktuelle jordprofilet og en bør dekke hele området hvor grunnforsterkning skal brukes. Kartlegging av eventuell lagdeling, med variasjon i jordartsparametere, er viktig da ulike jordartsparametere kan være årsak til forskjellig effekt av kalksementstabiliseringen. Med hensyn til fare for skred vises til kapittel Bindemiddelets egenskaper Kapittelet tar primært for seg de, i Norge, vanligst benyttede hydrauliske bindemidlene, i grunnforsterkning med kalksementpeler. Det gis en kort beskrivelse av kjemiske prosesser

43 som er medvirkende til å gi fasthet i det stabiliserte materialet. Videre gis en oversikt over andre bindemidler som kan være aktuelle å benytte sammen med sement, Multicem og kalk Type og mengde bindemiddel Inntil 2005 var det vanligst benyttede bindemiddelet en blanding av 50/50 kalk og sement. Blandingsforhold 25 /75 kalk og sement ble også brukt i en del tilfeller. Etter 2005 har det blitt mer vanlig å benytte Multicem i en andel på 50 % sammen med sement. Benyttede mengder bindemiddel varierer med stabiliseringens formål og typen av masser som skal stabiliseres. Andre typer bindemiddel kan også være aktuelt, det vises til kapittel Tabell gir en oversikt over vanlige bindemiddelsammensetning i ulike jordarter. Det gjøres spesielt oppmerksom på at laboratorieforsøk har påvist en tilsynelatende nedre grense for mengde bindemiddel med hensyn til å oppnå en god og jevn kvalitet. Under denne grensen faller styrken i stabilisert materiale markert. Nedre grense er avhengig av både jordart, vanninnhold, bindemiddel og innblandingsarbeidet. Innblandingsmengde ned mot, og under, 75 kg/m 3 kan gi meget begrenset styrke. Tabell Type jord Bindemiddel Mengde (kg/m 3 ) Merknader Leire (plastisk) Multicem/ Sement Kalk/ Sement Siltig leire Multicem/ Sement Økt sementandel ved økende siltinnhold Kalk/ Sement Økt sementandel ved økende siltinnhold Sensitiv leire Multicem/ Sement Kalk/ Sement Torv Sement >300 Sement / Multicem >300 Sement > 75 % Bindemiddelets reaksjon i jord Konseptet i kalksementstabilisering er at komponentene i bindemiddelet reagerer med vann og delvis også med jorden som stabiliseres. Dette gir et materiale med økt fasthet. De ulike komponentene i bindemiddelet reagerer på noe forskjellig måte. Tabell gir er oversikt over vanlige bestanddeler i bindemiddelet og hvilke typer reaksjoner som gir fasthetsøkning.

44 Tabell Bindemiddel Reaksjon Nødvendig for reaksjon Fasthetsutvikling Sement Hydratisering Vann Timer - dager Multicem Hydratisering Vann + pozzolan jord eller Dager - måneder og pozzolan pozzolan tilsats Brent kalk Pozzolan 1) Vann + pozzolan jord eller pozzolan tilsats Dager - måneder 1. Reagerer først hydraulisk og lager Ca(OH) 2 som i sin tur reagerer i en pozzolanreaksjon. Det er reaksjonsproduktene fra den sekundære pozzolanreaksjonen som gir fasthetsøkning Sement Tabell 3.2.3: Normale krav til sement Sement Standard Portland (eller tilsvarende) Kornstørrelse 0 0,2 mm Flytbarhet; > 40 Flytbarheten er et mål på hvor godt pulveret flyter gjennom rør og munnstykker. Sement er et hydraulisk bindemiddel. Når sement blandes med vann starter en kjemisk reaksjon, hvor sementen hydratiserer og danner en hard sementpasta. Den kjemiske reaksjonen starter på sementkornenes overflate hvor det vokser ut nåleformede krystaller (reaksjonsprodukt - sementgel), se figur Figur Reaksjonsprodukt mellom sement og vann (hydratasjon). Reaksjonsproduktet består av en fast krystallfase; CSH-fasen som er Calsium-Silisium- Hydrat-fasen. Det er SCH-fasen som gir materiale styrke, stivhet og bestandighet. I tillegg til SCH-fasen finnes krystaller av kalsiumhydroksid, Ca(OH) 2. Disse krystallene bidrar ikke til fasthet, men er med på å gjøre materialet svært basisk. Binding i sementpastaen oppnås når de nåleformede krystallene (reaksjonsproduktene) vokser ut fra sementoverflaten og fyller hulrommene mellom sementkornene og øvrige partikler i den stabiliserte massen. Forholdet mellom sement og vann er gitt av vannsementtallet, v/c, hvor v er mengden vann (kg) og c er mengden sement (kg). Høyt v/c tall gir stor avstand mellom sementkorn og økende porøsitet sammen med avtagende styrke. Tilsvarende gir lavt v/c tall mindre avstand mellom sementkorn, avtagende porøsitet og økende styrke. Dette er for øvrig årsaken til at man ser at styrken i kalksementstabilisert

45 leire avtar med økende vanninnhold i leira forutsatt at øvrige faktorer er uforandret. Det bemerkes også at det er en nedre grense for v/c tall hvor lavere v/c tall vil innebære at ikke all sementen kan reagere. Dette er noe av bakgrunnen for anbefalinger vedrørende naturlig vanninnhold i leirer som skal stabiliseres, jfr. kapittel Som angitt i tabell reagerer sement relativt raskt. Kalksementpeler laget med bindemiddel som har høyt innhold av sement, vil normalt oppnå styrke raskere enn peler med tilsvarende innblandingsmengder av bindemiddel hvor andelen brent kalk er større. Erfaringer til nå er i hovedsak basert på bruk av Standard Portland sement eller Standard FA sement som hoveddel (> 50 %) ved kalksementstabilisering. Dersom mer finmalte sementer anvendes, forventes en hurtigere fasthetsutvikling. Det er viktig at det i hvert enkelt prosjekt gjøres forsøk (laboratoriestabilisering) med de sementtyper som tenkes benyttet, særlig når disse avviker fra det man har erfaring med fra tidligere Multicem Det har blitt vanlig å anvende en miks av Multicem og sement for kalksementstabilisering. Multicem ble tidligere kalt CKD støv, som står for Cement Kiln Dust. Multicem er et bindemiddel som prosesseres i forbindelse med produksjon av sement. Bindemiddelet består av reaktive mineraler, i hovedsak brent kalk, som binder i kontakt med vann på samme måte som sement og kalk. Produktet inneholder vesentlig mer kalk enn vanlig sement, men mindre andel enn i brent kalk. Vanlig blandingsforhold Multicem/ sement er 50/ 50. Det er utviklet et eget produkt- og HMS-datablad for Multicem Fasthetsutvikling Styrken som oppnås i kalksementpelene avhenger av jordtype, vanninnhold, humusinnhold, sensitivitet, herding, bindemiddeltype og bindemiddelmengde. I mange norske leiretyper er det lett å oppnå en fasthet høyere enn kpa. Dette er også tilfelle der Multicem og sement kombineres som bindemiddel. Med hensyn til typisk fasthetsutvikling vises til figur

46 Siktekurve 46 Figur viser typisk partikkelstørrelsesfordeling for Multicem. Partikkelstørrelsesfordeling Multicem % µm Figur Partikkelstørrelsesfordeling Multicem Brent Kalk Brent kalk, som benyttes ved kalksementstabilisering, produseres ved brenning av kalkstein (CaCO 3 ), i en Maerz sjaktovner ved C, under frigjøring av CO 2. Sluttproduktet brent kalk er i hovedsak kalsiumoksid (CaO) og ved lesking/hydrering (reaksjon med vann) dannes hydratkalk under frigjøring av varme. Ved tilgang på luft reagerer CO 2 med lesket kalk i en prosess som betegnes karbonatisering, og som gjør at kalken føres tilbake til kalkstein. Det er altså karbonatisering som er årsaken til at vanlig kalkmørtel oppnår sin styrke. Figur Kjemiske prosesser ved brenning, lesking og herding av kalk. I praksis vil ikke brent kalk bestå av 100 % ren CaO. Mengden av CaO som er fri til å reagere kjemisk, gitt som CaO-aktiv, er mindre enn det totale CaO-innholdet. For brent kalk til kalksementstabilisering stilles det vanligvis krav til aktivt CaO-innhold, finmalingsgrad / kornstørrelse og flytbarhet. Finmalt kalk reagerer raskere enn grovmalt kalk og finmalingsgraden er derfor av stor betydning. Flytbarhet er et mål på hvor godt kalken flyter gjennom rør og munnstykker.

47 47 Norske erfaringer til nå er basert på følgende krav til kalk: Tabell Normale krav til kalk Brent kalk Kornstørrelse 0 0,2 mm CaO-aktiv innhold > 80 % Flytbarhet > 70 Når brent kalk blandes inn i leire reagerer den med vann og det dannes lesket kalk, Ca(OH) 2. Leskingen av kalken foregår under stor varmeutvikling. Lesket kalk bidrar ikke til fasthetsutvikling, men vil ved stabilisering gi en rask uttørking av jordmassen, noe som gir en økt stabilitet. Denne stabiliteten forsvinner dersom jordmassen fuktes opp på ny. I normale tilfeller går imidlertid denne oppfuktingen så langsomt at andre reaksjoner da har stabilisert jordmassen. Den leskede kalken, reagerer videre med reaksjonsproduktet Calsium-Silisium- Hydrat-fasen (CSH-fasen) fra hydratasjonsprosessen mellom sement og vann, som igjen bidrar til jordmassens fasthetsutvikling Fasthetsutvikling ved stabilisering med ulike bindemidler Figur illustrerer fasthetsøkning ved stabilisering med ulike bindemidler. Figuren viser fasthetsutviklingen frem til 90 døgn ved 100 % innblanding av det gitte bindemiddel. Generelt vil rene portlandsementer bidra til raskere fasthetsutvikling enn blandingssementer og Multicem. Standard FA er en blandingssement med 20 % flygeaskeinnblanding. Flygeasken er et pozzolan som ved kontakt med vann ikke danner faste forbindelser (sementlim), men reagerer imidlertid med Ca(OH) 2 som dannes i i hydratasjonsprosessen mellom sement og vann, og bidrar til økt dannelse av bindestoffer som gir styrke og tetthet. Fasthetsutvikling kpa Standard Sement 100% Standard FA 100% Multicem 100% Dager 100 % Standard Portland sement 100 % FA- sement 100 % Multicem Figur Sammenligning av fasthetsutvikling for tre ulike bindemidler.

48 3.2.7 Andre bindemidler 48 Ved kalksementstabilisering har man opp gjennom årene, særlig i Sverige, samlet erfaringer fra bruk av bindemidler satt sammen av mer enn bare kalk og sement. Det vanligste er at en viss andel av kalk, sement eller begge erstattes med et annet bindemiddel. Dette kan for eksempel være flygeaske, granulert masovnsslagg, silikastøv eller gips. På 80 tallet ble det forsket en del på ulike tilsetninger i Norge med hensyn til grunnforsterkning på land. Bruk og sammensetning av ulike typer bindemidler må forankres i kunnskap om hvordan bindemiddelets enkeltkomponenter reagerer med jord og med hverandre. Ulike typer bindemidler vil være aktuelle i ulike jordarter. Effekt av ulike bindemidler må dokumenteres med forsøk (laboratorieblanding og testing). For bindemidler som i utgangspunktet er restprodukter kan det i tillegg til fysiske egenskaper (f. eks fasthetsutvikling) være behov for å teste kjemiske egenskaper (også for stabilisert materiale) med tanke på miljøpåvirkning. Det påpekes spesielt at NS-EN /3/ stiller krav om at alle bindemidler som benyttes til jordforsterkning skal ha produktdatablad Sammensetning av stabiliseringsmiddel For å oppnå ønsket kvalitet av stabilisert jord kan det være mest hensiktsmessig å kombinere ulike stabiliseringsmidler. Ved for eksempel å blande 50 % sement med 50 % kalk oppnås en kombinasjon av sementens høye fasthet og raske fasthetsøkning, med kalkens noe langsommere fasthetsøkning og seigere oppførsel. Denne kombinasjonen har vist seg hensiktsmessig ved mange prosjekt. Økes sementinnholdet øker en gjerne fastheten, men en får et noe sprøere materiale. Kombinasjoner med 3 ulike innblandingsmiddel blir mer og mer aktuelt. Ved valg av stabiliseringsmiddel er det viktig at en vurderer hva slags sluttprodukt (forsterket jordmateriale) en ønsker å oppnå. Sement er mer avhengig av god innblanding enn kalk for å oppnå jevn kvalitet av pelene. 3.3 Forsøksstabilisering med kalksement Før kalksementstabilisering velges som metode bør en avklare om ønsket materialkvalitet kan oppnås. Det bør normalt utføres innledende laboratorieforsøk for å verifisere hvilke styrker som kan oppnås. Jordprøver fra delområder og jordlag, som er aktuelle for KS-stabilisering, bør testes. For større prosjekt, og der in situ forhold kan ha betydning, for om KS-stabilisering er egnet, bør også en felttest utføres. Forundersøkelser i laboratoriet innebærer normalt laboratoriestabilisering av leire og bestemmelse av skjærstyrke i stabilisert leire ved hjelp av enaksialt trykkforsøk. Mengden av stabiliseringsmiddel (omregnet til ekvivalent kg/m 3 ) kan varieres ut fra hvilke styrker man ønsker å oppnå. Likeledes varierer herdetid før prøving. Slike forsøk vil gi svar på om leirmassene er egnet for kalksementstabilisering eller ikke. Videre vil forsøk med laboratoriestabilisering gi indikasjon om nødvendig mengde

49 stabiliseringsmiddel for å oppnå den ønskede styrkeøkning i leira. Det understrekes at styrkeparametere funnet ved laboratoriestabiliserte prøver ikke direkte kan brukes som designstyrke, da det kan være avvik mellom det en oppnår i laboratoriet og det som oppnås i felt. Designstyrke bør verifiseres i forbindelse med at grunnforsterkningen utføres. Oppnådd styrke i leira, for ulike innblandingsmengder, vil være avhengig av vanninnhold / tørrstoffinnhold og leiras egenskaper for øvrig. Særlig i større prosjekter kan man ha en gevinst av å optimalisere innblandingsmengden med basis i tørrstoffinnhold / vanninnhold. For mindre prosjekter og i tilfeller hvor det er ønskelig å redusere omfanget av laboratorieforsøk på stabilisert materiale kan man ta utgangspunkt i en innblandingsmengde på ca kg/m 3. Innblanding med 50/50 % sement/kalk, 75/25 % sement/kalk, 50/25/25 % sement/multicem/kalk eller 50/50 % sement/multicem er vanlig å bruke. Stabiliserte prøvestykker anbefales pakket godt inn i plast og oppbevart i klimarom ved 6-8 C i herdetiden. Herdetid før prøving kan med fordel tilpasses til et helt antall uker (7, 14, 21 eller 28 døgn). Prøvene testes normalt ved enaksiale trykkforsøk, men triaksialforsøk kan også være aktuelt. For en nærmere beskrivelse av prosedyre for laboratorieforsøk vises til; Tillegg III. Det presiseres at det, ved laboratoriestabilisering, bør brukes samme type kalk og sement, og evt. ytterligere bindemidler, som det som er aktuelt å benytte i felt. Hvis det utføres feltstabilisering bør pelene sjekkes med FOPS (forinstallert kalkpelsonde), KPS (kalkpelsonde), CPT (geoteknisk trykksondering) eller ved at det tas opp prøver som testes i laboratoriet. Aktuelle tester kan være enaks, treaks eller ødometer, avhengig av hva en ønsker å avklare. For nærmere beskrivelse av feltforsøk vises til tillegg Betydning av innblandingsarbeidet for oppnådd resultat For å oppnå god kvalitet på installerte kalksementpeler er det viktig med god innblanding av stabiliseringsmiddelet. Faktorer som påvirker kvaliteten på installerte peler er: Jordartsegenskaper Innblandingsarbeid (visptype, rotasjonshastighet, stigning pr omdreining) Stabiliseringsmiddel Jordartsegenskaper Ved stabilisering av meget sensitiv leire (kvikkleire) oppnås normalt godt resultat. Leira er lett blandbar med tilsetningsstoffet. Behovet for godt innblandingsarbeid øker med økende fasthet i jordmassen og med økende innhold av silt og evt. finsand. Øket innblandingsarbeid kan også være viktig hvis leira er middels til meget plastisk (Plastisitetsindeks I P > 15).

50 For vanninnhold ned mot og under plastisitetsgrensen w L kan det være behov for tilsetning av vann for å få til et godt innblandingsarbeid Innblandingsarbeid Innblandingsarbeidet er produktet av visptype, rotasjonshastighet og stigning. Erfaringer viser at visptypen har stor betydning. Utvikling av ulike typer visper skjer som oftest hos de ulike entreprenører og flere av vispene er patenterte. Generelt vil visper med flere blader eller vinger være mer effektive enn visper med færre vinger. Dette er illustrert ved figur 3.4 som viser oppnådd styrke i stabilisert leire ved bruk av to ulike visptyper under ellers like forhold. Visptypene er vist i figuren. kn/m 2 Pinnevisp Standardvisp Figur Oppnådd styrke i stabilisert leire ved bruk av to ulike visptyper under ellers like forhold. Rotasjonshastigheten er antall omdreininger av vispen per minutt. Forsøk har vist at rotasjonshastigheten også kan ha stor betydning på den kvaliteten en oppnår. Om vispen går sakte rundt skjærer en gjennom jorda uten å flytte den, men om hastigheten er stor vil en sette jorda i bevegelse (kaste rundt) slik at innblandingen blir mer effektiv. Basert på forsøk og praktisk erfaring gir gjerne rotasjonshastigheter på omdr/min et bra resultat. Lav rotasjonshastighet ned mot 100 omdr/min kan gi dårlig innblanding, men det er også erfaring med at høy rotasjonshastighet, over 200 omrd/min, har gitt dårligere kvalitet enn omrd/min. Årsaken til dette er uklar. Kalkinnblanding er mindre avhengig av rotasjonshastigheten enn sementinnblanding. Stigning er hvor mye vispen heves per omdreining (mm/omdr).

51 51 Lav stigning gir større innblandingsarbeid enn høy stigning. Stigningen bør ligge i intervallet mm/omdr. Mest vanlig er mm/omdr. Rotasjonshastighet ved nedtregning har også noe effekt på oppnådd kvalitet Stabiliseringsmiddel Sementbaserte stabiliseringsmidler krever normalt mer innblandingsarbeid enn kalkbaserte stabiliseringsmidler. Laboratorieforsøk har vist en femdobling i fasthetsøkning ved tidobling av innblandingsarbeidet for innblanding av sement mens man for kalk med tilsvarende innblanding kun så en dobling i fasthetsøkning. Verdiene er på ingen måte overførbare til feltforhold, men prinsippet anses gyldig Anbefaling I normalkonsoliderte leirer er det sannsynlig å oppnå godt resultat ved bruk av visp med flere vinger (pinnevisp), med rotasjonshastighet 175 omdr/min og maksimal stigning i størrelse mm/omdr. Hvis leira er relativt fast eller det er steiner i grunnen vil en standardvisp trolig være riktig valg. Dette fordi den har noe bedre nedtrengbarhet og den er mer robust mot steiner i grunnen. I og med at denne har mindre innblandingseffekt kan en lav stigning kompensere noe for manglede vinger. Det finnes også kombinasjonsvisper av de to som er nevnt over. Det som er viktig er at det totale innblandingsarbeidet, produktet av rotasjonshastighet, stigning og visptype, blir tilstrekkelig til at ønsket kvalitet oppnås. Krav til stigning og rotasjonshastighet har direkte innvirkning på tiden det tar å installere pelene og dermed også på forventet pris pr. løpemeter. Valg av visptype i kombinasjon med rotasjonshastighet er avhengig av kapasitet på utstyret. Det er derfor viktig at kravene settes inn i anbudsdokumentene. 3.5 Egenskaper av stabilisert materiale Kapittelet behandler de mest sentrale geotekniske parametre for kalksementstabilisert materiale. Verdier er retningsgivende og skal så langt som mulig verifiseres ved forsøk på aktuell leire og med aktuelt stabiliseringsmiddel Fasthetsøkning / Karakteristisk styrke i stabilisert materiale Fasthetsøkning i stabilisert jord er avhengig av flere faktorer hvor de viktigste er: - Type jord - Type stabiliseringsmiddel - Mengde stabiliseringsmiddel - Innblandingsarbeid - Tid og temperatur etter innblanding - Konsolideringsspenninger

52 52 For typiske norske forhold kan en forvente en styrke på 100 til 400 kpa i stabilisert materiale etter herding i fire uker. FIGUR FIGUR FIGUR Figur Fasthetsøkning med tid for ulike jordarter. Laboratorieforsøk har vist at fasthetsøkning i stabilisert materiale kan pågå i minst ett år. Kontroll av peler i felt har også påvist merkbar styrkeøkning i stabilisert materiale i tidsrommet 1 10 år etter installasjon. Relativt sett vil fasthetsøkningen vanligvis være størst i de første ukene etter installasjon, og ved herdetider på 0,5 3 måneder ser man gjerne en distinkt knekk i kurver for styrke mot herdetid. Hvor stor fasthetsøkning som tilkommer etter lang tid vil blant annet være avhengig av type stabiliseringsmiddel. Generelt kan det sies at kalk har en langsommere fasthetsutvikling enn sement, og et større potensial for fasthetsøkning etter lang tid. Som grunnlag for prosjektering er det normalt å legge til grunn styrkeøkningen ved 28 døgn. Dette fordi krav om fremdrift i prosjekter vanligvis ikke tillater lang herdetid. Ved valg av karakteristiske styrkeverdier for prosjektering skal man være klar over både begrensninger og muligheter som ligger i tidsfaktoren for fasthetsutvikling. For valg av karateristisk styrke av stabilisert materiale tas ofte utgangspunkt i laboratoriestabiliserte prøver. Det anbefales at valgte styrkeverdier verifiseres med prøvepeling og testing i felt før eller i forkant av selve byggeperioden. Med tanke på vanlig størrelse av ks-prosjekter, og kostnader samt tidsbruk ved prøvepeling, er det imidlertid kun aktuelt for et fåtall av prosjekter hvor volumet er stort og med lang byggetid. I slike prosjekter kan det imidlertid være mulig å hente ut en gevinst ved å optimalisere på mengden innblandet stabiliseringsmiddel for å oppnå riktig styrke i felt. Oppnådd styrke i stabilisert jord skal verifiseres med prøving i løpet av byggeperioden, jfr. Kapittel 5, og resultater skal vurderes opp mot prosjekteringsforutsetningene. Laboratorieforsøk med kalksementstabilisering bør i første rekke betraktes som svar på om kalksementstabilisering virker eller ikke for det aktuelle prosjektet. Det er viktig å være klar over at laboratoriestabilisering skiller seg fra stabilisering i felt på flere måter og at det ikke uten videre kan legges til grunn oppnådde styrke i laboratoriet som karakteristisk styrke i felt. Det har vært en vanlig innvending at laboratoriestabiliserte prøver kan gi en for høy styrke i

53 forhold til hva som oppnås i felt. Norske erfaringer, fra i hovedsak leirer, tilsier imidlertid at forutsatt forsiktig blanding i laboratoriet og god blanding i felt, med lav stigning og høy rotasjon, blir ikke forskjellen så stor. Det finnes imidlertid ikke god dokumentasjon over forskjeller mellom laboratoriestyrke og feltstyrke for prosjekter i Norge. Vanlige benyttede verdier for karakteristisk styrke i stabilisert leire kan være i størrelse kpa, men også 300 kpa har vært brukt. Valg av karakteristisk styrke må imidlertid ses i sammenheng med typen av problemstilling, dvs. hva kalksementpelene skal brukes til. Valg av karakteristisk styrke må dessuten vurderes ut fra hvor lenge pelene får herde før utgraving eller belastning. Likeledes må testingen av laboratoriestabiliserte prøver ivareta dette aspektet Moduler En elastisitetsmodul E 50 for det kalksementstabiliserte materialet kan bestemmes med grunnlag i enaksiale trykkforsøk jfr. figur Enaksiale trykkforsøk skiller seg imidlertid fra virkelige feltforhold ved at man har ulike dreneringsforhold og fordi horisontaltrykk fra omkringliggende jord mangler. En riktigere tilnærming til in situ tilstand oppnås ved treaksialforsøk. Figur bestemmelse av E 50 basert enaksialt trykkforsøk

54 Permeabilitet Permeabilitet i bindemiddelstabilisert jord påvirkes blant annet av type og mengde stabiliseringsmiddel, innblandingsarbeid og ikke minst tid etter installasjon. Generelt vil sement gi tettere peler enn det som oppnås med kalk. Homogene peler blir gjerne tettere enn peler med dårlig innblanding og permeabiliteten vil også ha en tendens til å avta etter hvert som stabiliseringsmiddeltet reagerer. Permeabilitetsverdier for stabilisert materiale kan antas å være i størrelse ganger permeabiliteten i omkringliggende jord. For referanser vises til XX. Det må skilles mellom reell permeabilitet i felt og den tilpassede permeabilitet som legges til grunn i beregning av setningers tidsforløp, jfr. kapittel Verdiene som legges til grunn her er spesifikke for regnemodellen som baseres på en betraktning av at pelene virker som dren. Det er utført etterregning på tilfeller både med kalk- og kalksementpeler for å finne fornuftige permeabilitetsverdier som grunnlag for beregning av setningenes tidsforløp. De angitte verdier representerer således ikke målte permeabilitetsverdier, men tilpassede verdier som erfaringsmessig gir en rimelig riktig prognose for setningers tidsforløp Levetid Som referert i et foregående avsnitt (3.5.1) har man sett eksempler på at kalksementpeler har hatt tilvekst i fasthet så lenge som 10 år etter installasjon. Det generelle inntrykket er også at kalksementpelers levetid og langtidsegenskaper er gode. Det finnes imidlertid ikke så mye dokumentasjon som spesielt tar for seg levetid for kalksementpeler. Prosesser som kan tenkes å bryte ned pelene vil i stor grad være avhengige av strømmende vann. I den grad kalksementpeler er installert i tett leire med lav permeabilitet er dermed nedbrytning av pelene mindre sannsynlig. Det kan likevel være aktuelt å vurdere fare for uheldige langtidseffekter dersom peler installeres gjennom permeable lag eller i masser med en generelt høy permeabilitet. Ulike typer forurensning kan også bidra til å påvirke den stabiliserende effekten, for eksempel væske med lav ph Romvekt Karakteristisk romvekt, γ k, for stabilisert leire og silt regnes normalt lik med romvekt i omkringliggende ustabilisert jord. I organisk jord med store mengder stabiliseringsmiddel skal romvekt beregnes med grunnlag i tilført mengde stabiliseringsmiddel.

55 55 Kapittel 4 Prosjektering

56 Prosjektering Karateristisk styrke Karakteristisk styrke for det totale jordvolumet 4.2 Dimensjoneringsprinsipper Pelemønster og overlapping Forstyrrelse av omkringliggende jord 4.3 Stabilitet av skjæringer, fyllinger og naturlige skråninger Skjæringer Fyllinger Naturlige skråninger Skredgroper 4.4 Stabilitet og avstivning mellom spuntvegger Bunnoppressing Innsparking spuntfot Global stabilitet av spuntgropa 4.5 Setninger Setninger av stabilisert jordvolum Forbedret modell for setningsbergninger i kalksementforsterket grunn 4.6 Vibrasjonsdemping

57 57 4 Prosjektering Geoteknisk prosjektering av grunnforsterkning ved bruk av KS-stabilisering omfatter mange av de samme elementene som ved annen geoteknisk prosjektering. Dette kapittelet behandler bare emner som er spesielt for prosjektering av kalksementstabilisering. KS-peler og elementer sammensatt av KS-peler (ribber, blokk, gitter, enkeltpeler mv.) skal normalt behandles som forbedret jord i forhold til omkringliggende masser og ikke som konstruksjonselementer tilsvarende f.eks. peler eller vegger av betong. 4.1 Karakteristisk styrke Valg av karakteristiske styrker for ustabilisert jord og for det stabiliserte materialet behandles i kapittel 3. Her behandles valg av karakteristisk styrke for det totale jordvolumet (stabilisert og ustabilisert). Bestemmelser i NS-EN Eurokode 7 /1/ og NS-EN /3/ benyttes for å velge relevante materialfaktorer, og dermed dimensjonerende styrker, for bruk i beregninger Karakteristisk styrke for det totale jordvolumet Det har vært vanlig praksis at karakteristisk styrke for det totale jordvolumet velges som en veid middelverdi for stabilisert og ikke-stabilisert jord. Helt generelt kan karakteristisk styrke for det totale jordvolumet estimeres med grunnlag i følgende: τ m = a τ p + (1-a) τ k (4.1) hvor τ m τ p τ k a = Gjennomsnittlig skjærstyrke i det totale jordvolumet = Skjærstyrke i stabilisert materiale = Skjærstyrke i omkringliggende jord = Dekningsprosent (Pelenes andel av overflaten) Faktoren a (dekningsprosent) er avhengig av pelemønster. For enkeltpeler finnes a som: a = A/c 2 (4.2) hvor: A = areal av en enkeltpel, πd 2 /4 c = pelenes senteravstand For ribber, nett og blokk bestemmes dekningsprosenten ut fra geometri. Det skal tas hensyn til at overlapping og peleform (rund) gir en effektiv bredde for ribber som er noe mindre enn nominell diameter. Eksempelvis brukes typisk en effektiv bredde på 0,5 og 1,0 meter for henholdsvis enkle og doble ribber av Ø 0,6 m peler ved cm overlapp.

58 58 For spesielle vurderinger knyttet til mulig styrkereduksjon i omkringliggende jord vises til kapittel Dimensjoneringsprinsipper Kalksementstabilisering benyttes for et bredt spekter av anvendelsesområder. I de etterfølgende kapitler, , gis mer detaljerte retningslinjer for prosjektering / dimensjonering for ulike typer av anvendelse. Dette kapittelet tar for seg kommentarer og prinsipper som anses som mer generelle og som kan gjelde flere av de ulike anvendelsesområdene Pelemønster og overlapping Pelemønster varierer med formålet med stabiliseringen. For setningsreduksjon benyttes vanligvis enkeltpeler, mens det for stabiliseringsformål normalt installeres enkle eller doble ribber eventuelt nett / gitter. Ved stort behov for stabilisering kan pelene installeres i store sammenhengende blokker. Kombinasjoner av mønstre for å ivareta for eksempel både setningsproblematikk og stabilitet under fyllinger er ikke uvanlig. Typiske pelemønstre er vist i kapittel 2.1. Under de enkelte anvendelsesområder i kapittel gis anbefalinger på hva som anses som egnet for norske forhold. Unntatt for enkeltpeler skal kalksementpeler installeres med overlapp for godt samvirke mellom pelene. Krav til overlapp er avhengig av pelediameter, og må også ses i sammenheng med toleransekrav på ansett og helning samt lengde av peler. Med hensyn til toleransekrav vises til kap 5.1. Peler som skal virke sammen i ribber, nett eller blokk skal, så langt det er mulig, installeres fortløpende, uten opphold, da avbinding i pelene ellers kan gjøre det vanskelig å oppnå riktig overlapping og godt samvirke mellom pelene. Hvis det blir en tvungen stopp slik at en ikke får utført installasjonen kontinuerlig kan skjøting utføres slik som vist på etterfølgende figur. Figur Mulig skjøting av ribbe.

59 Forstyrrelse av omkringliggende jord Installasjon av kalksementpeler kan påvirke omkringliggende, ustabilisert leire på ulike måter: Poretrykksoppbygging. Reduserte styrke og stivhetsegenskaper som følge av omrøring uten tilførsel av stabiliseringsmiddel (blindboringssoner). Redusert / dårlig kvalitet i bunnen av KS-peler der hvor pelene er forutsatt installert helt ned til fjell eller fast lag. Redusert styrke i ustabilisert leire mellom og under ribber. I det følgende knyttes noen kommentarer til de ulike typer av påvirkning og mulige årsaker til påvirkning. Videre gis det retningslinjer for hvordan problemer kan unngås, i den grad det finnes erfaring med aktuelle problemstillinger Poretrykksoppbygging Installasjon av kalksementpeler kan føre til poretrykksoppbygging i omkringliggende leire og derved gi denne en umiddelbar svekking. Det er hovedsakelig bruk av trykkluft ved innsprøyting av stabiliseringsmiddelet og massefortregning som kan bidra til poretrykksoppbyggingen. Erfaring viser at hvis det bygger seg opp poreovertrykk, kan det ta fra dager til måneder før det jevner seg ut. Totalstyrken i jorda er naturlig nok minst i tiden like etter installasjon, før kalksementpelene har fått bygget opp styrke. I jord med permeable lag, som for eksempel silt, kan høye poretrykk (grunnet trykkluft) spres langt utover. Dette kan gi en betydelig negativ effekt for stabiliteten. Matetrykk ved installasjon Trykkluft som benyttes for å blåse inn stabiliseringsmiddelet under installasjon anses som hovedårsak til poretrykksoppbyggingen. Her er det registrert noe ulik praksis hos de utførende. Høyt trykk vil oftest gi en sikrere innblåsing av foreskrevet mengde stabiliseringsmiddel pr. meter pel, og det kan derfor være en tendens til å benytte vel høye matetrykk dersom det ikke spesielt gis retningslinjer for noe annet. Erfaringer fra flere prosjekt der det er satt fokus på matetrykket og poretrykksoppbygging er at det er mulig å redusere matetrykket med % i forhold til det som ellers ville blitt brukt. Redusert matetrykk reduserer faren for poretrykksoppbygging i omliggende jord. Matetrykket bør ikke reduseres så mye at materialflyten i maskinen stopper opp, men noe høyere toleranse med hensyn til innblandet materiale er ofte akseptabelt hvis pelene står i ribber. Det er her en balansegang som bør tas opp med utførende i de tilfeller hvor poretrykksoppbygging er kritisk. Erfaringene her underbygges av nyere forskning /27/ som tilsier at matetrykk bare har en svak påvirkning med hensyn til kvalitet i kalksementpeler. Det er forsket på en ny type visp hvor stabiliseringsmiddelet mates gjennom dyser plassert ytterst på vingene og rettet innover mot pelens senter. I sammenligning med tradisjonelle visper med mating av stabiliseringsmiddel i senter pel viste dette verktøyet seg å gi betydelig mindre påvirkning på omgivelsene samtidig som pelekvaliteten ble minst like god /xx/.

60 60 Massefortregning og omrøring Massefortregning og omrøring grunnet visping og innsprøyting av bindemiddel bidrar til økte totalspenninger og derigjennom økte poretrykk. Dette gir omliggende område redusert styrke. Rent praktisk vil måling av poretrykksøkning være en indikasjon på at dette skjer. Evakuering av luft og masse Prosjekterte løsninger bør lages slik at de forebygger poretrykksoppbygging, samt at en eventuell poretrykksoppbygging dreneres ut relativt raskt. I det følgende gis noen vurderinger med hensyn til dette: Ved stabilisering av sensitiv leire er det viktig at overskuddsleire og overskuddsluft får mulighet til å komme til overflaten. Hvis det er et topplag med blindboring er det viktig at dette laget ikke blir liggende som et tett lokk som holder overskuddsmasse og luft nede i bakken. Mulige løsninger er å føre noe av stabiliseringen helt opp til terreng. Det kan også være tilfeller hvor det kan være hensiktsmessig å kombinere kalksementstabilisering med vertikale dren satt mellom eller rundt kalksementpelene/ribbene. Vertikaldren installeres i så fall først. Mest aktuelle tilfeller Det er der kalksementribber brukes for bedring av stabilitet, som i skråninger, skredgroper, skjæringer og mellom spuntvegger, at poretrykksoppbyggingen kan få størst negativ konsekvens. Samtidig er det nettopp i slike tilfeller at kalksementstabilisering viser seg bedre egnet enn andre metoder. Mulige tiltak for å få det til er: Ved prosjektering legges det opp til at en stabiliserer kun mindre partier av gangen. Flytter maskinen rundt på området. Måle poretrykket Bruke midlertidig motfylling Vertikaldren Underkant av peler og ribber Dyser for innblåsing av stabiliseringsmiddel sitter normalt i toppen av vispen for at man skal få best mulig innblanding av stabiliseringsmiddelet etter hvert som vispen trekkes opp. Dette kan resultere i at man får en sone i bunnen av pelen som har noe dårligere kvalitet enn pelen for øvrig. Problemet kan imidlertid like gjerne opptre for tilfeller hvor kalksementpeler avsluttes i leire, og hvor det på tilsvarende måte kan dannes en svakhetssone ved underkant av peler. En slik svakhetssone kan virke som en skjærflate hvor sikkerhet mot brudd blir dårligere enn det som er tatt høyde for ved prosjektering. Det har vært vanlig å legge igjen noe ekstra stabiliseringsmiddel ved bunnen av peler for å motvirke problemet. I praksis gjøres gjerne dette ved å kjøre vispen opp og ned et par ganger ved bunnen av pelen med samtidig innblåsing av stabiliseringsmiddel.

61 Det kan også være aktuelt å avslutte nedkant av pel i ulike nivå slik at en eventuell svakere sone ikke danner et svakere lag Mellom ribber Ved flere prosjekt hvor det er installert ribber og/eller tett med kalksementpeler er det erfart at skjærfastheten til leira mellom ribbene har blitt vesentlig redusert. Tilfellene er i liten grad systematisert og dokumentert utover registreringer av skjærstyrke før og etter installasjon av ribbene. Årsaker til styrkereduksjonen er ikke godt klarlagt, men bruk av unødig mye luft ved innsprøyting av bindmiddel kan være en årsak. En annen årsak kan være massefortregning grunnet tilføring av bindemiddel. Før det foreligger mer kunnskap om hva som er årsaken anbefales å ta de samme forholdsregler som nevnt i kapittel om poretrykksoppbygging. Der stabilitet er viktig, bør en alltid legge inn kontroll av utstabilisert materiale etter at kalksementpelene er installert Blindboring og sone i topp peler Blindboring er boring uten innblanding av stabiliseringsmiddel, og benyttes der hvor det ikke er behov for å stabilisere leira helt opp til terreng. Massene i blindboringssonen blir vesentlig forstyrret og styrken i sonen reduseres. Blindboringssoner skal derfor ikke brukes som byggegrunn og valg av styrkeverdier i slike soner må også ta hensyn til denne styrkereduksjonen. Det påpekes også at ved blindboring, særlig i bløte og kvikke leirer, kan de omrørte massene i borehullet danne et tett lokk over kalksementpelene. Dette kan igjen føre til at det blir vanskeligere å få drenert ut poreovertrykk fra den kalksementstabiliserte sonen. I slike tilfeller anbefales det at man med jevne mellomrom installerer kalksementpeler opp til terreng for å bidra til bedre utdrenering av poreovertrykk. Selv om kalksementpeler installeres helt opp til terreng har man erfaring for at man kan få en sone på 1-2 m med redusert kvalitet i toppen av det forsterkede jordvolumet.. Dette fordi matetrykket gjerne reduseres ved topp peler for å unngå utblåsing av stabiliseringsmiddel til omgivelsene. Dette bør tas hensyn til når kalksementstabilisert sone skal brukes som byggegrunn, for eksempel under fyllinger.

62 Stabilitet av skjæringer, fyllinger og naturlige skråninger Stabilitetsberegninger for kalksementstabiliserte områder utføres i henhold til anerkjente beregningsmetoder og under hensyntagning til den økede styrke i leira som følger av stabiliseringen. Ved stabilitetsberegninger bør det gjøres vurderinger av i hvilken grad stabiliteten er følsom for poretrykksoppbygging og massefortrengning, og det bør eventuelt utarbeides akseptgrenser for dette i tillegg til program for oppfølging i felt. Forhold relatert til redusert styrke mellom eller under ribber er diskutert i foregående kapitler og i kapittel 4.2. Om nødvendig utføres stabilitetsberegninger med sammensatte glideflater langs soner hvor det er fare for redusert styrke. Dette kan også gjelde for glidning langs fjell i tilfeller hvor kalksementpeler installeres til fjell. Med mindre det gjøres spesielle tiltak kan overgangssonen mot fjell få lavere styrke enn det som oppnås i ribber for øvrig, jfr. kapittel 4.2. For stabilitetsforbedring avbefales bruk av ribber eller gitter. Stabilitetsberegninger for ulike anvendelser av kalksementstabilisering kan i hovedtrekk grupperes i tre kategorier etter anvendelse. Disse kategoriene er: Stabilitetsberegninger for skjæringer Stabilitetsberegninger for fyllinger Stabilitetsberegninger for naturlige skråninger Retningslinjer for hver av kategoriene behandles mer inngående i det følgende Skjæringer KS-peler installeres som enkle eller doble ribber. Plassering av ribbene kan i prinsipp utføres som i de viste alternativene figur A og B. Alternativ A Alternativ B Figur A og B. Plassering av ribber ved kalksementstabilisering for skjæringer. Rent stabilitetsmessig vil ofte alternativ A, med ribber i aktiv sone i skjæringen, gi størst effekt i forhold til volum / mengde stabilisert leire. Alternativ B, hvor ribber i stor grad

63 plasseres i passiv sone, ved bunn skjæring gir bedre fremkommelighet i anleggsfasen og robusthet ved traubunn. 63 Ved stabilitetsberegninger skal det, i tillegg til beregninger for hele skråningen, utføres beregninger for å kontrollere stabilitet av sonen med ustabilisert leire mellom ribbene og under ribbene. Ved prosjektering og stabilitetsberegninger skal det tas hensyn til forhold nevnt innledningsvis i kapittelet vedrørende forstyrrelse av omkringliggende leire og svekkelse ved installasjon, blindboring, utdrenasje av poreovertrykk og fare for at doble ribber kan bli enkle ribber i bunnen. Sistnevnte gjelder særlig ved lange peler og for økende fasthet i ustabilisert leire. Det skal også tas hensynt til hvor lang tid det skal gå etter at peler er installert før utgraving kan påbegynnes. Dette for å gi pelene tid til å herde og oppnå tilsiktet styrke før gravingen starter Fyllinger For stabilitetsforbedring under fyllinger kan det være hensiktsmessig med en kombinasjon av ribber og enkeltpeler som vist i prinsippskisse i figur Ribbene installeres i første rekke ved ytterkant av fyllinga slik som vist, men nødvendig utstrekning vurderes med basis i stabilitetsberegninger. Stabilitetsforbedring av enkeltpeler må vurderes spesielt på grunn av faren for lokal utknekning. Figur Ribber og enkeltpeler for setnings- og stabilitetsforbedring under fylling. Litt forenklet kan det antas at enkeltpeler bærer fyllinga og hindrer setning mens ribber mot kanten sørger for nødvendig stabilitet. Stabilitetsberegninger skal utføres for fyllingen som helhet. Ved ytterkanten av fyllingen må lokalstabilitet mellom ribbene kontrolleres. Det vises for øvrig til generelle retningslinjer innledningsvis i kapittelet.

64 Naturlige skråninger Hvis kalksementstabilisering planlegges brukt i naturlige skråninger er det noen forhold som bør vurderes spesielt. I naturlige skråninger som er relativt høye kan glideflatene gå dypt under terrengoverflate. I den forbindelse er det viktig å ta i betraktning av kalksementpelmaskinene, som er tilgjengelige, har en begrenset dybde på ca 30 m. Naturlige skråninger står ofte med relativt lav sikkerhet. Temporær svekkelse av stabiliteten som følge av stabiliseringsarbeidet kan derfor være kritisk og må vurderes spesielt. Bruk av kalksementstabilisering for stabilitetsforbedring i naturlige skråninger må derfor vurderes særskilt i hvert enkelt tilfelle. Det er ikke gitt at kalksementstabilisering som metode er egnet, men en nærmere vurdering sammen med stabilitetsberegninger kan gi svar på hvilke forutsetninger og tiltak som må legges til grunn hvis metoden skal benyttes. Det kan være aktuelt å treffe tiltak for å forbedre stabiliteten før installasjon av kalksementpeler, for eksempel ved utlegging av midlertidige motfyllinger. Det bør også planlegges spesiell oppfølging og kontroll for å oppdage tegn på begynnende bruddutvikling. Dette bør inkludere måling av poretrykk og horisontaldeformasjoner Skredgroper Grunnforsterkning med kalksementpeler har ved flere tilfeller vist seg egnet til å stabilisere skredgroper, da spesielt i sensitiv leire (kvikkleire). Hovedfordelen med stabiliseringen at det relativt kort tid etter utrasningen kan reetableres ny stabil byggegrunn. Det understrekes at både for prosjektering og gjennomføring av slike arbeider er det viktig med erfaring og forståelse av helheten. Arbeidene bør legges opp slik at stabiliteten til enhver tid forbedres, enten det er ved å legge ut en motfylling, installere vertikaldren eller ved at en starter stabilisering slik at sikkerheten øker. For at slike arbeider skal gjøres kontrollert er det viktig med geotekniske målinger og undersøkelser mens arbeidene pågår.

65 Stabilisering av avstivede byggegroper Kalksementpeler installeres vanligvis som ribber som vist i figur For brede byggegroper kan det være tilstrekkelig med stabilisering i en sone foran spunten. Stabiliseringen ivaretar problemstillinger knyttet til bunnoppressing og innsparking av spuntfot. Stabiliseringen kan også bidra vesentlig til å redusere påkjenningen på spunt og avstivning. Spunt KS-ribbe Profil Enkle og doble ribber Plan Figur Viser prinsipp med hensyn til stabilisering mellom spuntvegger i en byggegrop.

66 66 Figur Viser utsnitt fra arbeidstegninger. Med hensyn til nærmere beskrivelse vises til tillegg II. Ved stabilisering mellom spuntvegger, hvor ribbene vil bli påkjent av last langsetter ribbene og hvor styrke i toppen av ribbene er viktig, anbefales normalt doble ribber. Aktuelle beregninger for å dokumentere stabilitet av gropa er bunnoppressing og innsparking av spuntfot Bunnoppressing Her er det nødvendig med flere betraktningsmåter. For illustrasjon vises til figur Betraktningsmåtene er: - Bunnoppressing inne i gropa. Her beregnes først sikkerhet mot bunnoppressing med bruddfigur som angriper gjennom den kalksementstabiliserte sonen og/eller ved oppløft av hele den stabiliserte sonen. Drivende last beregnes for høyden av spuntveggen sett fra gropa inkludert eventuell terrenglast. For dette lasttilfellet beregnes også sikkerhet mot bunnoppressing for en situasjon med skvising mellom ribbene, hvor bunnoppressingen begrenses av bredden på den ustabiliserte sonen mellom to ribber. - Oppløft av hele spuntkonstruksjonen. Beregningsgang som for bunnoppressing av den kalksementstabiliserte sonen, men det forutsettes at den kalksementstabiliserte sonen henger sammen med spunten og at hele gropa presses opp som en helhet.

67 67 B H Z Figur Betraktninger med hensyn til bunnoppressing Innsparking av spuntfot Her beregnes sikkerhet mot at spuntfot sparker inn i gropa. Beregning utføres som momentlikevekt om nedre stivernivå Global stabilitet av spuntgropa I tillegg til ovennevnte betraktningsmåter må det gjøres stabilitetsberegninger for å dokumentere global stabilitet av spuntgropa. Særlig for byggegroper med stor utstrekning kan kritisk glidesirkel ligge under nivå for spunt og kalksementstabilisering. Dette kan medføre behov for å la den kalksementstabiliserte sonen gå dypere enn det som finnes som behov ved de ovennevnte betraktningsmåter.

68 4.5 Setninger 68 Setningsreduksjon er et viktig anvendelsesområde for kalksementpeler, og benyttes for eksempel under fyllinger på bløt leire. Kalksementpelene er vesentlig stivere enn omkringliggende ustabilisert leire. Mer enn arealandelen av tilleggslasten vil derfor overføres til pelene og setningene i det stabiliserte området reduseres i forhold til om området var ustabilisert. Kalksementpelene kan installeres ned til fastere lag eller fjell hvis dette er innen rekkevidde. Det er likevel mest vanlig at de avsluttes i leire, uten at de kommer ned til noe markert fastere lag. Pelene bidrar da til å føre tilleggslasten dypere ned i leira, og reduserer setningene i sonen som er forsterket. Ettersom lasten føres dypere ned i leira blir setningene mindre enn om de var blitt påført ved terreng fordi stivheten øker med dybden. Med andre ord, tilleggslasten σ utgjør en stadig mindre del av totallasten σ = σ 0 + σ hvor σ 0 er vertikal effektivspenning før tilleggslast. Hvor lange pelene skal være blir derfor, til en viss grad, en avveining i forhold til hvor mye setninger som kan aksepteres. For tilfeller med underliggende lag av leire vil man vanligvis forutsette at det ikke skjer noen lastspredning i den kalksementstabiliserte sonen, se likevel diskusjon i kapittel Fra underkant av kalksementpelene antas en lastspredning 2:1, jfr. figur 4.5.2, gjennom det underliggende laget og setninger beregnes etter klassisk konsolideringsteori. Fordi kalksementpelene er mer permeable enn leire kan det, ved vurdering av setningers tidsforløp, legges til grunn at drensveg er til underkant av kalksementpelene. Ut over forannevnte retningslinjer anses setningsberegninger for sonen under pelene å være kjent stoff som ikke behandles ytterligere i denne veiledningen Setninger i et stabilisert jordvolum Beregningsgang er i det alt vesentligste hentet fra SGF rapport 2:2000 /xx/. Beregningsmodellen som beskrives for setningsberegninger for det stabiliserte jordvolumet baserer seg på teori utviklet for kalkpeler, Broms 1984 og Åhnberg et al /xx/. Modellen har også vært brukt for myke og halvharde kalksementpeler, Rogbeck et al 1993 /xx/. Senere tids forskning har påvist at det er rom for forbedring av modellen, Alén et al 2005 /xx/, og det vises til diskusjon i kapittel Inntil det foreligger mer erfaring anbefales det likevel å legge til grunn modellen som beskrives i det følgende. I tillegg til de egenskaper som har betydning i en ustabilisert jord har følgende faktorer innvirkning på setninger i et stabilisert jordvolum: - Pelenes dekningsprosent a - Pelenes elastisitetsmodul E pel og den ustabiliserte jordens deformasjonsmodul M - Pelens kryplast q kryp (defineres nedenfor) - Tid etter innblanding av bindemiddel og tidspunkt for påføring av last - Jordens konsolideringsgrad - Belastning - Permeabilitet i ustabilisert jord og i peler

69 Lastfordeling Fordeling av last mellom peler og ustabilisert jord beregnes med basis i en forenklet antagelse om at deformasjoner i pelene er lik deformasjoner i den ustabiliserte jorden i alle tverrsnitt, ligning 4.3. Dette innebærer at lasten gradvis blir overført fra ustabilisert jord til pelene og at lasten føres ned til underkant av pelene, illustrert i figur q tot = (q pel * a) + (q jord * (1 a)) S 1 2 Figur Prinsipp for lastfordeling fra overliggende last ned på kalksementpeler og jord ved beregning av setninger. Setning: S = S pel = S jord (4.3) Fyllingslasten, q fordeles mellom peler og jord som i ligning 4.4, se figur q = a q pel + (1 a) q jord (4.4) a - stabilisert dekningsgrad

70 Spenninger i kalksementpel Sammenhengen mellom last og deformasjon for kalksementpeler antas lineært elastisk /perfekt plastisk, se figur Spennings tøyningskurven antas å være lineær opp til pelen begynner å krype q kryp. Pelens emodul E pel er kurvens stigningstall i det lineære området. Når pelens krypspenning overskrides antas lasten på pelen å være konstant og pelen kan ikke ta mer last. Det regnes hele tiden for en drenert langtidssituasjon. q kryp 1 E pel ε v Figur Antatt idealisert spennings-tøyningskurve for kalksementpel. Pelenes bruddspenning σ Pbrudd avhenger av udrenert skjærstyrke i pelematerialet τ P og jordens horisontaltrykk mot pelen σ h, etter formelen: σ Pbrudd = 2τ P + K P (σ h -u pel ) (4.5) hvor σ h er det horisontale totaltrykket mot pelene og u pel er poretrykket i pelene. Jordtrykkskoeffisienten K P er 3,0 til 3,3 for kalkpeler og 3,3 til 3,7 for kalksementpeler. Horisontaltrykket σ h antas forenklet å tilsvare det totale vertikaltrykket i jorda, dette på grunn av de deformasjoner som oppstår ved innblanding av stabiliseringsmiddel. Pelens flytespenning er, med grunnlag i forsøk, funnet å være i størrelsesorden % av pelens bruddspenning. For beregninger legges til grunn: σ kryp = 0,65 σ Pbrudd (4.6) Fordeling av last mellom peler og uforsterket jord beregnes ved en iterasjonsprosess. I henhold til (4.5) vil pelens bruddspenning øke når horisontaltrykket σ h mot pelene øker som følge av at det peleforsterkede området belastes. Økningen i horisontaltrykk σ h antas å være 50 % av den påførte lasten. Når pelenes bruddspenning øker vil også krypspenningen øke (4.6), noe som innebærer at pelene kan bære mer last. Maksimal last som kan bæres av pelene er da gitt ved: Q pel,max = a σ kryp = 0,65 a σ Pbrudd (4.7)

71 hvor a er dekningsgrad. 71 Lasten på den omkringliggende ustabiliserte jorden q 2 kan beregnes som differansen mellom totallasten q og lasten som bæres av pelene q 1. q 2 = q q 1 (4.8) Beregning av setning i stabilisert lag Setninger beregnes som summen av setninger i lag med høyde h hvor lagdeling skal ivareta variasjon i parametere over den totale høyden av den kalksementstabiliserte sonen. Ved naturlig lagdeling i grunnen skal dette også gjenspeiles ved valg av antall lag i beregning. Setninger i pelematerialet beregnes som: h q s pel a E pel = (4.9) pel og setning i den ustabiliserte, omkringliggende jorden beregnes etter formel: h q sleire = 1 a M hvor leire leire h = lagtykkelse M leire = Modul for ustabilisert leire E pel = E modul for stabilisert leire (4.10) Først beregnes setninger for kalksementpelene s pel med q pel = q 1max og sammenlignes med setninger i jorden s leire. Dersom setningene i pelene s pel er større enn setningene i jorden s leire utføres beregningene på nytt med lavere q pel og tilsvarende høyere q leire til s pel = s leire = s som blir den endelige setningen. Dersom setningene i pelene er mindre enn i jorden kan ikke pelene ta mer last, q kryp overskrides, og setningen i pelene vil bli lik beregnet setning for den ustabiliserte leira. Beregningsgangen forenkles noe dersom det benyttes samme modulformulering i pel og leire, dvs. konstantmodul, hvilket normalt er tilfellet for overkonsolidert leire. Setningen kan da beregnes ved et veiet gjennomsnitt av stivhet i jord og kalksementpel. Se ligning s = s pel = s leire = a E pel h q + ( 1 a) M leire (4.11)

72 Beregning av setningers tidsforløp i stabilisert lag 72 Kapittelet bygger i sin helhet på tilsvarende kapittel i SGF rapport 2:2000. I de tilfeller hvor effektivspenning i jorden ikke overstiger forkonsolideringstrykket vil setninger påløpe relativt raskt. Setningers tidsforløp i kalksementstabilisert sone er avhengig av pelenes funksjon som dren og pelenes økende stivhet med tiden. Forholdet mellom disse faktorene er ennå ikke nøye klarlagt. Beregningsgang som beskrives i det følgende bygger kun på en betraktning av at pelene virker som dren. Det er utført etterregning på tilfeller både med kalk- og kalksementpeler for å finne fornuftige permeabilitetsverdier som grunnlag for beregning av setningenes tidsforløp. De angitte verdier representerer således ikke målte permeabilitetsverdier, men tilpassede verdier som erfaringsmessig gir en rimelig riktig prognose for setningers tidsforløp. For beregning av setningers tidsforløp kan det legges til grunn en permeabilitet 1000 ganger høyere enn ustabilisert leire for kalkstabilisert leire, og ganger for kalksementstabilisert leire. For fyllinger på kalk- og kalksementpeler med c/c avstand 0,8 1,8 meter kan setningers tidsforløp tilnærmingsvis beregnes med grunnlag i en ligning for radiell strømning (opprinnelig Barron, 1948 og senere modifisert, presentert i Åhnberg et al, 1986, jfr. også Hansbo, 1979). Det presiseres at beregningene gir tilnærmede verdier. Oppfølging av reelle prosjekter har vist at beregnede tidsforløp i hovedsak samsvarer med når 80 90% av de totale setninger påløper. Konsolideringsgrad U beregnes som: U = 2cvh t exp R f ( n) 1 2 (4.12) Hvor: c vh = Konsolideringskoeffisient for strømning i horisontal retning i ustabilisert leire. Antas normalt å være lik 2 c vv hvor c vv er konsolideringskoeffisient ved vertikal strømning t = Konsolideringstid. R = Pelenes influensradius. For peler installert med senteravstand c i et kvadratisk rutenett blir influensradien R=c/ π = 0,56c. Hvis pelene settes i et rutenett av likesidede triangler blir influensradius R=0,53c. Disse fremkommer ved krav om at samlet ekvivalent tverrsnittsareal av influenssonene skal være lik det totale stabiliserte arealet. 2 2 n 1 1 n 1 1 k + leire 2 f ( n) = ln( n) 0, L D (4.13) n 1 n 4n n r k pel R n = r

73 73 r = peleradius c = pelenes senteravstand L D = Pelenes lengde ved ensidig drenering, ved tosidig drenering halve pelelengden k leire = Permeabilitet i ustabilisert leire k pel = Permeabilitet i pelene, jfr. tekst Beregnet setningsforløp gjelder bare for stabilisert sone. Beregning av setningsforløp i jordvolumet under stabilisert sone utføres i henhold til klassisk konsolideringsteori med antagelse om at drensveg er til underkant av kalksementpeler Forbedret modell for setningsberegninger i kalksementforsterket grunn Nyere forskning har vist at beregningsmodellen presentert i det foregående kan være noe unøyaktig og at det er rom for forbedring. Særlig fremheves tre aspekter: Lastspredning i leire under stabilisert sone og i den stabiliserte sonen. Konsolideringsgrad for stabilisert sone Deformasjonsegenskaper for øvre del av stabilisert sone. Forholdene er av størst betydning for flytende peler, dvs. peler som ikke når ned til fast grunn eller fjell. En forbedret modell for setningsberegninger er presentert av Alén et al Modellen oppgis imidlertid å være det som må anses som en bettaversjon og inntil det er samlet mer erfaring fra bruk anbefales det å benytte modell beskrevet i

74 Vibrasjonsdemping Kalksementpeler kan installeres under konstruksjoner (vei, jernbane) for å stive av grunnen under vibrasjonskilden og på den måten redusere vibrasjoner ut i grunnen, jfr. figur b. Alternativt kan pelene installeres som en barriere ved siden av konstruksjonen, jfr. figur a. I sistnevnte tilfelle virker pelene ved at de hindrer spredning av vibrasjoner som induseres i grunnen. Figur 4.6.1a Kalksementpeler installert ved siden av jernbane for vibrasjonsdemping. Leire Figur 4.6.1b Antatt berg Det finnes foreløpig lite dokumentasjon som gir grunnlag for å gi generelle retningslinjer for prosjektering og utførelse av kalksementstabilisering som vibrasjonsdempende tiltak. Modellering og beregning av vibrasjonsdemping vil dessuten ofte være komplisert da det for

75 annet enn helt enkle konfigurasjoner av peler vil vær behov for 3D modellering i FEM regneprogrammer. 75 En fordel med kalksementstabilisering som vibrasjonsdempende tiltak, i forhold til mange andre metoder for vibrasjonsdemping, er at man får en reduksjon både i høyfrekvente og lavfrekvente vibrasjoner. For frekvenser under 5 Hz vil imidlertid bruk av kalksementstabilisering for vibrasjonsdemping kunne møte begrensninger da bølgelengdene kan bli tilstrekkelig lange til å passere forbi kalksementpelene uten særlig demping. Erfaringer så langt indikerer at en oppnår bedre demping om en installerer kalksementpelene under konstruksjonen som er opphavet til vibrasjonene framfor ved siden av.

76 76 Kapittel 5 Utførelse, kontroll og HMS

77 Utførelse og kontroll Toleranser 5.2 Kontroll Installasjonskontroll Styrkekontroll og homogenitet Kontroll av omliggende grunn Kontroll av oppførsel av ferdig forsterket og bygget element 5.3 Dokumentasjon 5.4 Anbudsdokumenter 5.5 HMS

78 78 5 Utførelse og kontroll 5.1 Toleranser Det finnes ingen standardiserte toleransekrav. I det følgende er det gitt retningslinjer for vurdering av toleranser. Toleransekravene bør settes av prosjekterende geotekniker med basis i prosjektert forsterkning, konsekvenser av avvik og hva som er praktisk mulig å utføre. Toleransekravene skal settes i relasjon til: forsterkningens hovedfunksjon om det er mulig å erstatte dårlige peler med nye om prøvepeler er installert omfanget av styrkekontroll i pelene kjennskap til grunnforholdene Toleransekrav med hensyn til innblandingsmengde: Toleransekrav for avvik i dosering av bindemiddel skal ligge innefor: +/- 10 % av nominell mengde +/- 7 % av nominell mengde for hver enkelt pel +/-5 % av total nominell mengde for sammenhengende del av hele forsterkningen lokale overdoseringer kan godtas Ved bruk av blandede bindemidler bør toleransekravet for avvik i forhold til teoretisk krav med hensyn til blandingsforhold være +/- 5 til +/- 10 prosentenheter for sammenhengende del av forsterkningen. Toleransekrav for plassering og helning på land: Ved utsetting skal hver enkelt pel avmerkes for maskiner som ikke har GPS. For maskiner med GPS skal hver tiende enkeltpel og hver ribbe avmerkes før installasjon. Plasseringsavvik og helningsavvik skal motvirkes når vispen roteres ned. Sakte nedføring med rotasjon gir rettest pel. For peler i ribber og gitter er nøyaktig ansett viktig for å sikre overlapp mellom pelene. Enkeltpeler er som oftest mindre sårbare for plasseringsavvik. Toleransekrav for maksimalt tillatt avvik fra teoretisk plassering og helning skal påføres tegninger. Toleransekrav for ansett er normalt 100 mm. Toleranser strengere enn 50 mm kan være vanskelig å oppnå. Toleransekrav for helning er normalt 50/1 (20 mm/m). Toleranser strengere enn 100/1 (10 mm/m) er vanskelig å oppnå. For peler som skal settes i ribber bør toleransekravet for overlapp mellom pelene settes slik at skivens funksjon ivaretas. Overlapp settes gjerne til 100 mm eller 20 % av diameteren på

79 kalksementpelen. Større overlapp enn 100 mm kan være vanskelig om innblandingsmengden er høy (rask fasthetsoppbygging). 79 Toleransekrav for plassering og helning i sjøen: Det bør være et krav for installasjon i sjøen at maskinen har GPS posisjoneringssystem og rapportering av posisjon for hver enkelt pel inngår i protokollene. I sjøen kan det være vanskelig å oppnå toleranser på mindre enn 100 mm. For øvrig bør krav til toleranser settes som krav på land i foregående avsnitt. På grunn av at det er noe vanskeligere å kontrollere peler i sjøen bør løsningen prosjekteres noe mer robust. 5.2 Kontroll Kontroll av kalksementpeler utføres både ved kontroll og dokumentasjon av selve installasjonen, som kvalitetskontroll av ferdig installerte peler, samt ved kontroll av naturlig grunn (f.eks poretrykk). Hver enkelt pel skal ha egen identifikasjon Installasjonskontroll Følgende bør kontrolleres ved installasjon: innsprøytet mengde per meter pel stigning (mm/omdr) rotasjonshastighet (omdr/min) terrengnivå (kote) lengde pel (m) type visp type/kvalitet stabiliseringsmiddel og blandingsforhold helning (avvik fra vertikal) trykk ved utpumping Med hensyn til eksempler på dokumentasjon av installasjonskontroller så vises til tillegg II.

80 Styrkekontroll og homogenitet Tabell Anbefalt omfang av kontroll Stabilisert Størrelse på prosjekt for (m peler, m 3 volum) Setninger Setninger Setninger Stabilitet Stabilitet Stabilitet Geoteknisk kategori (Eurokode 7) Kontrollomfang 2) < m 1 Ingen feltkontroll 1) < m % av peleantallet 3 > 1,5 % av peleantallet > m 1 0,5 % av peleantallet > m % av peleantallet 3 > 1,5 % av peleantallet > m 1 0,5 % av peleantallet > m 3 2 0,7 % av peleantallet 3 1 % av peleantallet m 1 0,7 % av peleantallet m % av peleantallet 3 2 % av peleantallet m 1 0,5 % av peleantallet m 3 2 0,7 % av peleantallet 3 1 % av peleantallet > m 1 0,3 % av peleantallet > m 3 2 0,5 % av peleantallet 3 0,7 % av peleantallet 1) Betinger at det er utført laboratorieforsøk eller at en har erfaring fra området fra før. 2) Rådene forutsetter normal konservativ dimensjonering.

81 81 Det er hovedsakelig tre metoder som brukes for kontroll av skjærfastheten og homogeniteten av kalksementpelene og disse omtales i det følgende: Motstand ved nedpress og opptrekk FOPS (forinstallert CPT Prøvetaking omvendt pelsonde) (trykksondering) Figur 5.2.1: FOPS, CPTU og prøvetaking er ulike kontrollmetoder Forinnstallert omvedt pelsondering (FOPS) FOPS er en metode for måling av udrenert fasthet i kalksementpelene. FOPS installeres i forbindelse med at kalksementpelen etableres. Den består av en vinge nederst i en vaier. Vingen installeres ca 0,5 m under underkant kalksementpel og vaieren går helt opp til terreng gjennom pelen. Kontroll av pelen utføres ved at en trekker vaieren og sonden opp gjennom pelen samtidig som trekkmotstanden måles. Rent praktisk innebærer kontroll med FOPS at entreprenøren vet at pelen skal kontrolleres før den lages, se figur

82 82 Visp FOPS Figur Foto viser en FOPS og visp før nedføring og installasjon av kalksementpel. Figur viser en FOPS kurve som har framkommet ved trekking av FOPSen. Fasthetsøkning fra leire til KS-pel Uk kalksementpel Figur FOPS kurve som har framkommet ved trekking av FOPSen.

83 Etter ønsket herdetid trekkes vingen gjennom pelen og motstanden avleses på et trykkdiagram. FOPS bør trekkes 1-3 døgn etter installasjon. Dette fordi pelen normalt blir for fast til at en får trukket FOPSen om det går lengre tid. Det brukes vanlig borerigg for trekking av FOPS. Riggen må ha avlesning slik at den kan måle drakraft og ikke bare trykkraft. Normalt bør det kreves en opptrekkskapasitet på 60 kn. Nærmere informasjon om tolking av FOPS er gitt i tillegg IV. 83 Figur Borerigg som brukes for opptrekking av FOPS og trykking av CPT Trykksondering (CPT) Trykksondering (CPT, CPTU) kan brukes for kontroll av pelene. Det kan enten sonderes vertikalt i pelene eller det kan sonderes på skrå i ribber for å sjekke kontinuiteten. Ved trykksondering får en en idikasjon på homogeniteten i pelen og skjærfastheten. Kurven for CPT-sondering likner på kurven for FOPS, og de kan sammenlingnes for vurdering av pelen. Fordelen med CPT er at en kan velge hvilke peler som skal undersøkes etter installasjon. I og med at kalksementpelen kan stå noe ute av lodd og sonderingen kan gå noe ute av lodd er det en fare for at sonderingen går ut av pelen om det sonderes i enkeltpeler. Hvis dette skjer tar det begrenset med tid å ta en ny sondering. Hvis pelene har stått en tid og derved fått stor skjærfasthet må CPT og boreriggen være tilpasset fastheten slik at en får sonden ned. Forboring kan også benyttes. Med hensyn til tolking av styrkeparametere fra trykksondering skal dette gjøres på samme måte i kalksementpeler som ellers i geoteknikken. Det gis derfor ikke noen veiledning i tolking av CPTU i denne veiledningen.

84 Det kan likevel nevnes at ved bruk av CPTU i kalksementpeler har en ved bruk av N kt =15 fått relativt bra samsvar med FOPS og laboratorieforsøk. 84 Figur CPTU kjørt i en kalksementpel Prøvetaking Prøvetaking av pelene for å avklare skjærfasthet og kontinuitet (homogenitet) kan gjøres på flere måter. 54 mm prøvetaker Det kan tas prøver av pelene like etter installasjon og før pelen har herdet. Da kan det brukes en vanlig geoteknisk 54 mm prøvetaker. Sylinderne legges i fuktrom for videre herding ved 4 til 8 C. Disse prøvene herder under andre betingelser enn in situ pelen noe en skal være klar over ved vurdering av skjærfastheten. Homogeniteten av pelen vises like godt i en slik prøve som i en prøve som tas opp senere. Det er viktig at prøvene pakkes i plast. Kjerneprøvetaker I peler som har herdet og oppnådd en god fasthet (> 200 kpa) kan det tas kjerneprøver. Kjerneprøvetakeren bør helst ha et spylesystem som ikke spyler inn mot prøven, men skjærer

85 ut foran sylinderen. Minimum kjernediameter bør være 76 mm. Dette er en relativt dyr prøvemetode, men metoden har vært brukt i noen grad. 85 Oppgraving av pel Det er også mulig å grave opp deler av pelen og skjære ut klumper for videre preparering i laboratoriet. En slik metode begrenser seg i hovedsak til prøver som ikke ligger dypere enn 10 m under terreng. Med hensyn til prosedyre for behandling av slike prøver vises til tillegg IV. Opptak av hel pel Det er mulig å ta opp hele peler. Det gjøres ved at en presser ned en prøvetaker som er laget av et stålrør som er delt i to halvdeler med lukkeklaffer i enden. Denne type prøvetaking er dyr og vanskelig og gjøres derfor svært sjelden, se figur og En nærmere beskrivelse av utstyr og metode er gitt i tillegg V. Figur Foto viser opptak av hel pel.

86 86 Figur Sylinder med hel pel Kontroll av omliggende grunn Poretrykk I forbindelse med installasjon av kalksementpeler bør det vurderes i hvilken grad det er behov for kontroll av omliggende grunn. Hvis kalksementpelene installeres for å bedre stabiliteten bør poretrykket overvåkes. Poretrykket i omliggende grunn kan øke på grunn av bruk av trykkluft og at masse blir tilført grunnen. Det er viktig at poretrykksøkningen, og derved svekking av omliggende grunn, ikke blir så stor at det er fare for utrasning Skjærfasthet Det kan også være aktuelt å utføre CPT-sonderinger i nærliggende grunn for å se på mulig svekkelse av leiras styrke. For at kalksementpelene skal fungere som forutsatt er det viktig at omliggende jord opprettholder en forutsatt styrke. Det er derfor viktig at selve installasjonen av kalksementpelene ikke bryter ned naturlig grunn. CPT sonderinger eller prøvetakning kan være aktuelle metoder for å sjekke om grunnen rundt har blitt forstyrret Kontroll av oppførsel av ferdig forsterket og bygget element Hittil er det i svært liten grad utført funksjonskontroll av ferdig bygde kalksementpel elementer i Norge. Kontroller som er aktuelle å gjøre er følgende: Der kalksementpeler utføres for setningsreduksjon kan setninger måles. Det kan gjøres ved bruk av automatiske målere eller måles manuelt. Der kalksementpeler brukes for å bedre stabiliteten kan måling av deformasjoner ved helningskanalmålinger være aktuelt. Der kalksementpeler brukes for å redusere vibrasjoner bør det måles før og etter installasjon for å dokumentere forbedring.

87 Dokumentasjon Følgende skal dokumenteres i peleprotokoll for hver enkelt pel. identifikasjon av hver enkelt pel utførelsesdato innsprøytet mengde per meter pel stigningshastighet (mm/omdr) rotasjonshastighet (omdr/min) terrengnivå (kote) pelelengde (m) type visp type stabiliseringsmiddel og blandingsforhold helning (avvik fra vertikal) trykk ved utpumping spesielle forhold eller uregelmessigheter ved utførelse navn på arbeidsleder og protokollfører Håndskrevet forenklet peleprotokoll med sentrale opplysninger leveres hver dag. Fullstendige peleprotokoller med alle data og opptegning av resultater leveres en gang i uka. Sammen med protokollene skal det leveres en oversikt over leverte protokoller (utførte peler), samt en plan over pelene slik at identifikasjonen med hensyn til beliggenhet av pelene er entydig. Eksempler på dokumentasjon er vist i vedlegg I. 5.4 Anbudsdokumenter I forbindelse med utarbeidelse av dokumenter for innhenting av priser fra entreprenører som skal utføre stabiliseringen er det i det følgende gitt punkter som er viktig at er med. Med hensyn til utforming av selve beskrivelsen vises til NS3420 Beskrivelsestekster for bygg, anlegg og installasjoner del G og Prosesskoden under prosess 24. Med hensyn til det som skal være tatt hensyn til vises til NS-EN Utførelse av spesielle geotekniske arbeider. Dypstabilisering. Tabell 5.4 1: Informasjon som bør være med ved anbudsutsendelse Beliggenhet Riggplass og tilknytningsmuligheter Kartutsnitt som viser beliggenhet. Opplysninger om eventuelle omliggende bygg/konstruksjoner, elementer i grunnen, ledninger i luften og trafikkårer som kan ha betydning for det arbeidet som skal utføres. Terrenghelningen for det området som skal stabiliseres er viktig da en helning brattere enn 1:10 kan gi problemer for de største maskinene. For oppstilling av tanker og tilgang til disse behøves et areal på omtrent 10 x 20 m. Dette området må være lett å komme

88 til. Vei/rampe til dette området bør maksimum ha en helning på 1:5. Videre bør det opplyses om muligheter for vann og strømtilknytning. 88 Grunnundersøkelser HMS (helse, miljø og sikkerhet) Teknisk beskrivelse (prisbærende poster) Arbeidstegninger Kontrollopplegg Datarapport med utførte grunnundersøkelser. Disse undersøkelsene bør minimum vise jordprofiler i aktuelt stabiliseringsnivå ved sonderinger, prøveserier med standard geotekniske data, samt resultater av eventuelle stabiliseringsforsøk. (Mhp grunnforhold ref kap 3.1) Det arbeides med tørr kalk og sement under trykk. Dette innebærer at det kan skje utblåsninger av materialet. Det er derfor viktig at det opplyses om bygg, ventilasjonsinntak, parkeringsplasser og lignende slik at entreprenøren kan planlegge sikkerhetstiltak og eventuell ta nødvendige forbehold. (Behandlet mer detaljert i avsnitt 5.5). Teknisk beskrivelse utarbeides enten etter NS3420 eller Prosesskoden. Arbeidstegningene bør utarbeides slik at hver enkelt pel er identifiserbar. Akser og referanselinjer må angis med koordinater. Krav til overlapp, helning, innblandingsarbeid, og type innblandingsmiddel. Krav til kontroll og dokumentasjon bør beskrives. 5.5 Helse, miljø og sikkerhet ved utførelse (HMS / SHA) Helse, miljø og sikkerhet (HMS) på arbeidsplassen er i hovedsak entreprenørens ansvar. Men den prosjekterende har ansvar for å prosjektere og beskrive en forsvarlig utførelse, samt dokumentere at dette er gjort. Ved prosjektering bør det utføres en grovrisikoanalyse og ved utførelse bør det gjennomføres en sikker jobb analyse (SJA) med de som skal gjøre jobben. Eksempler på forhold som bør vurderes er gitt i det følgende: Tabell Forhold som bør vurderes for HMS Stabilitet av utstyr Helning på terreng, bæreevne av grunnen og framkommelighet Naboområde Fysisk: Luftspenn, sikkerhetsavstander til jernbane og lignende, tettbebygd strøk og støy. Skadepotensialet ved utblåsning: Det bør vurderes om det er naboforhold som kan skades ved en eventuell utblåsning. Hvis det er fare for det bør det lages en beredskapsplan. Personell på byggeplassen Alle som arbeider på byggeplassen bør bli informert om hva de skal gjøres hvis det skjer en utblåsning eller de får kalk eller sement på seg. Sikkerhetsblad HMS blad for alle de produkter som brukes i produksjonen skal være tilgjengelig på byggeplassen. Dette gjelder også eventuell tilsettingsstoff eller mindre normale tilsetninger (henvisning 2).

89 89 Kapittel 6 Henvisninger og referanser

90 90 Henvisninger 1 NS-EN :2004+NA:2008 Eurokode 7: Geoteknisk prosjektering. Del 1: Allmenne regler. 2 NS-EN :2007+NA:2008 Eurokode 7: Geoteknisk prosjektering. Del 2: Regler basert på grunnundersøkelser og laboratorieprøver 3 NS-EN september Utførelse av spesielle geotekniske arbeider. Dypstabilisering. 4 NS 3420-G:2008. Beskrivelsestekster for bygg, anlegg og installasjoner. Del G: Grunnarbeider Del 2. 5 Statens Vegvesen. Håndbok 25. Prosesskode 1. Standardbeskrivelse for vegkontrakter. Hovedprosess 2. Referanser 21 Svenska Geotekniska Föreningen. Rapport 2:2000. Kalk och kalkcementpelare. Vägledning för projektering, utförande och kontroll. 22 Svensk Djupstabilisering. Rapport 17. Djupstabilisering med bindemedelsstabiliserade pelare och masstabilisering. En vägledning 23 Ånberg, Helen. Strength of stabilised soils. A Laboratory Study on Clays an Organic Soils Stabilised with Different Types of Binder. 24 Teknisk datablad Multicem HMS-blad Sikkerhetsblad. Norcem Portland Sementer Høgskolen i Oslo. Hovedprosjekt Kalksementstabilisering, testing av ulike typer sement som innblandingsmiddel. 27 S 57 Erfaringene her underbygges av nyere forskning, referanse ## ground improvment (2005) 9, No , S.larsson, M. Dahlstrøm og B. Nilsson, uniformity og lime-cement columns for deep mixing, a field study, som tilsier at matetrykk bare har en svak påvirkning på oppnådd kvalitet i peler. 28 Nettsider

91 91 Tillegg I II III IV Eksempler på protokoller og dokumentasjon Tegninger Laboratorieforsøk Feltforsøk

92 92 Tillegg I Eksempler på protokoller og dokumentasjon

93 93 Tillegg I Eksempel på protokoller og dokumentasjon I teknisk beskrivelse og/eller på tegning settes krav til hva protokollene for kalksementstabiliseringen skal omfatte. Hver enkelt entreprenør har sitt opplegg for rapportering og de fleste har et opplegg der protokoller legges på en hjemmeside på nettet. Det som er viktig er at de parametere/opplysning som er etterspurt kommer med i protokollene og at protokollene blir tilgjengelig kort tid etter installering. Figur I 1: Viser eksempel på oversiktsprotokoll over en del installerte kalksementpeler.

94 94 Figur I-2: Viser eksempel på del av installasjonsprotokoll. Innblandingsmengde og rotasjonshastighet med dybden viseres i diagram. Figur I-3: Viser eksempel på del av installasjonsprotokoll.

95 95 Figur I-4: Viser eksempel på protokoll. Denne protokollen har også med trykk brukt ved innsprøyting av bindemiddel.

96 96 Tillegg II Tegninger

97 Tillegg II Tegninger 97 I det følgende gis det noen illustrasjoner og råd med hensyn til utarbeidelse av tegninger. Det er viktig at pelen tegnes slik at hver enkelt pel kan identifiseres. Krav til diameter og overlapp bør inn på tegningen. Krav til innblandingsmateriale og innblandingsmengde Toleranser Innblandingsarbeid; rotasjonshastighet, stigning og trykk ved innblanding. Krav til dokumentasjon og kontroll Figur I-1 Viser tegningsutsnitt av plantegning med enkeltpeler og ribber. Legg merke til aksesystemet.

98 98 Figur I-2: Viser plantegning med kalksementstabilisering i en spuntet byggegrop. Tegning viser oppbygging av kryssende ribber. Kontakt mot spuntveggen er vist i figur I-3. Figur I-3: Viser detalj der kalksementribbe settes inn mot spuntveggen.

99 99 Tillegg III Laboratorieforsøk

100 1 PROSEDYRE FOR LABORATORIEFORSØK 100 For kontroll av jordstabilisering med kalk og/eller sement blir det utført laboratorieforsøk. Noen forsøk går ut på å blande kalk og sement med leire i laboratorie for å lage prøver. Disse blir etter en bestemt herdetid testet for bestemmelse av styrken til materialet. Andre prøver prepareres ut fra prøvestykker fra kalksementpeler. Aktuelle forsøk for styrkebestemmelse er enaksialforsøk, treaksialforsøk, skjærforsøk og ødometerforsøk. Av andre forsøk er bestemmelse av vanninnhold og tyngdetetthet aktuelle. Videre er det viktig å gjøre vanlig rutineundersøkelser på uforstyrret leire fra området. I tillegg kan mineralogiske eller kjemiske prøver være aktuelle. Denne rapporten beskriver prosedyrer for testing av kalksementstabiliserte prøver. I vedlegg A, B og C er det laget arbeidsbeskrivelser for de ulike prøvestadier og tester. 2 PRØVER SOM BLANDES I LABORATORIET 2.1 Jordprøver for stabiliseringsforsøk Vedlegg A omfatter en detaljert prosedyre med skjema for stabilisering med kalksement i laboratoriet, samt testing av prøvene Mottak av prøver Jordmateriale for stabilisering med kalksement kan enten komme inn i vanlige prøvesylindere eller som poseprøver (bøtter). Hvis det kommer inn i vanlige prøvesylindere forutsettes prøvene tatt og pakket av et geoteknisk firma. Disse skal derfor tas imot og lagres på vanlig måte i fukterom. Kommer materialet inn i poser kan de være tatt av mindre kyndige personer med hensyn til pakking og behandling av jordprøver. Det innebærer at vi ved mottak av disse må påse at prøvene er forsvarlig pakket med hensyn til fare for uttørring og at prøvene er tilstrekkelig merket. Mangler skal rettes opp umiddelbart og prøvene skal deretter legges i fukterom Testing av jordprøven Følgende rutineforsøk utføres på leira før innblanding med kalksement: 1 stk beskrivelse 1 stk enaksialforsøk (i den grad det er mulig) 2 stk konus på både uforstyrret og forstyrret materiale 2 stk vanninnhold 1 stk tyngdetetthet Ovenstående utføres henholdsvis for hver sylinder og/eller pose/bøtte.

101 2.1.3 Valg av materiale som skal stabiliseres Hvis jorda er inhomogen (lagdelt) skal det lages prøver av hvert lag. Dette fordi disse kan ha ulike egenskaper blandet med kalksement. Forskjellen i jordart skal beskrives i prøveskjemaet. Dette er viktig fordi bløt kvikkleire gjerne blir veldig fast ved stabilisering, mens mer sand/siltmasser ikke får noen vesentlig fasthetsøkning. Det innebærer at forholdet mellom styrke og oppførsel av silt/sandlag og leire som er stabilisert kan være vesensforskjellig Innblandingsmateriale Hvis stabiliseringforsøkene skal brukes til et bestemt prosjekt bør en tilstrebe å bruke samme type kalk og sement som skal brukes på prosjektet. Dette ordnes gjerne ved at en får noe av materialet av entreprenøren eller leverandøren. Hvis ikke en spesiell type kalk eller sement er foreskrevet skal vi bruke Standard Portland sement og brent kalk av den type Franzefoss leverer til kalksementpeler. Sement: Kalk: Standard Portland Kornstørrelse 0 0,2 mm Flytbarhet > 40 Brent kalk Kornstørrelse 0 0,2 mm CaO a innhold >80 % Flytbarhet > 70 Flytbarhet er et mål på hvor godt pulveret flyter gjennom rør og munnstykke. Både kalk og sement skal lagres i fukttette bøtter/tønner og lokket skal ikke være åpent mer en høyst nødvendig. Dato for påfylling av kalk og sement skal settes på beholderen. Bindemiddelet (kalk, sement, Multicem, og andre) skal ikke være eldre enn 1 år. Det skal bare brukes bindelmiddel som er merket skikkelig. 2.3 Innblanding av kalksement Før innblanding i leira skal kalk og sement blandes slik at det blir en jevn blanding. Deretter skal kalksementen blandes med leira. Innblandingen skjer ved hjelp av en kjøkkenmikser (Kenwood Major). Egnet blandemengde er maks 1-2 kg leire (ca 4 prøver med diameter 54mm og 8 prøver med diameter 40 mm). Materialet skal blandes til kalksementen er jevnt blandet med leire (2-4 min på hastighet 2-3). Kalk og/eller sement blandes inn enten som % av tørrvekt leire eller som kg pr volumenhet leire (vekt basert på kjent tyngdetetthet). I vedlegg A finnes noen kurver og tabeller til hjelp i utregning av kalksementmengder.

102 2.4 Laging av prøvene Før innstamping av prøvene gjøres skal det tas 2 vanninnhold av blandingen. 102 Primært skal det brukes sylindere som er 54 mm i diameter og 110 mm høye. Alternativt kan det brukes diameter 40 mm og høyde 80 mm, dette spesielt hvis det er lite materiale. Prøvene stampes inn i lag på 20 mm. For stamping brukes en messingsylinder på 1,2 kg med diameter 20 mm. Ved innstamping brukes en energitilførsel på ca 0,2-0,25 Nm pr stamp og omtrent 20 stamp pr lag gjøres. Her er det nødvendig med noe skjønn avhengig av hvordan materialet oppfører seg. Rett etter at prøven er laget forsegles endeflatene med plast. Deretter legges prøven i en plastpose med en fuktig papirklut i. Videre legges prøven i fukterom med tilnærmet 100% fuktighet og 6-8 C. 2.5 Styrketesting av prøver Prøvene testet gjerne etter 1, 7, 14 eller 28 døgn og det mest vanlige er 7 og 28 døgns test. 54 mm prøve skyves ut av sylinderen med vanlig utskyvningsbenk. Ved 40 mm prøve festes sylinderen til bordet og en skyver ut prøven manuelt. Det er viktig at det går minst mulig tid fra prøven pakkes opp til at forsøket kjøres (maks 1 time) Enaksiale trykkforsøk Enaksiale trykkforsøk skal kjøres med deformasjonshastighet på 1,5 % av opprinnelig prøvehøyde (ca 1,5 mm/min). I NS 3016 Bestemmelse av udrenert skjærstyrke ved enaksial trykkprøvning pkt 4 anbefales en hastighet på 3,5 4,5 % av prøvelegemets opprinnelige høyde pr minutt. Det vises til ref. 1 og 2. Disse anbefalingene er primært beregnet på leire. Bakgrunnen for anbefalt lavere hastighet er at stabilisert kalksement ofte har en bruddtøyning på 1-1,5 % som er betydelig lavere enn leiras normale bruddtøyning på 4-15 %. Saktere kjøring vil normalt medføre lavere skjærfasthet. Forsøkene skal kjøres slik at en får plottet ut en skjærspenning tøyningskurve. Prøven veies før kjøring slik at tyngdetetthet kan beregnes. Etter at prøven er kjørt til brudd skal det tas ett vanninnhold av prøven Treaksialforsøk Treaksialforsøkene kjøres som vanlige treaksforsøk. Hvis det er problemer med å oppnå fullstendig metting av en udrenert prøve skal B-verdien oppgis ved rapportering. Vanninnhold og tyngdetetthet som for enaksiale trykkforsøk.

103 2.5.3 Skjærforsøk Prøven kjøres som et vanlig skjærforsøk. Vanninnhold og tyngdetetthet som for enaksiale trykkforsøk Ødometerforsøk Prøven kjøres som et vanlig ødometerforsøk. Vanninnhold og tyngdetetthet som for enaksiale trykkforsøk Lagring av materialet Brukt forsøksmateriale kastes med mindre instruks om lagring er gitt Presentasjon av resultatene Resultatene presenteres i kurver og tabeller med oppsummering i et teknisk notat eller i en rapport. 2.6 Mineralogiske og kjemiske analyser Tester som finner mineraler eller kjemiske stoffer i jorda er aktuelle når det ikke oppnås forventet styrke i prøvene eller en har mistanke om at jorda inneholder stoffer som vil redusere effekten av en kalksementstabilisering. Videre kan det være aktuelt å sjekke om hvor mye kalk og/eller sement som er blandet inn i prøver fra kalksementpeler Mineralogisk undersøkelse En mineralanalyse kan gjøres ved røntgendiffraktometer. Det bestemmer mineralselskapet meget bra og kan gi semikvantitativt overslag av mineralinnholdet Kjemisk analyse Det kan være aktuelt å kjøre forsøk med hensyn til innhold av ulike stoffer (svovel, karbonat, humus, olje og lignende). For disse forsøkene vises til manual for kjemisk analyse, ref 1. 3 PRØVER FRA KALKSEMENTPELER Prøvene er enten tatt med kjerneprøvetaker eller ved uttak av prøvestykker fra oppgravde/opptatte peler. Det er meget viktig at prøvene blir behandlet skånsomt og at de blir merket godt før innsending til laboratratoriet. Prøvene skal ikke støtes, ikke tørke ut og ikke fryse før innsending til laboratoriet. Detaljerte prosedyrer for behandling av kalksementpelprøvene i felt etter opptak og før innsending er nærmere beskrevet i vedlegg B.

104 3.1 Prøver tatt med kjerneprøvetaker Mottak av prøver Erfaringsmessig kan prøver tatt med kjerneprøvetaker være dårlig pakket når vi mottar dem. De ligger gjerne i trekasser på samme måte som bergprøver. Ofte brukes tilnærmet samme prøvetaker utstyr som for bergprøver. Prøvene skal være pakket i tynn plastfolie og deretter lagt inn i en plastpose. Mangler rettes opp umiddelbart og prøven legges deretter rett i fukterommet. Før prøvene legges i fukterommet skal det tas 2 stk vanninnhold av leveransen. Dette for dokumentasjon av vanninnhold ved mottak Tid før prøve må testes Kalksementprøver tas gjerne etter en viss herdetid i marken og det er primært ønske om en fasthetsbestemmelse etter et visst antall døgn etter innblanding i marken. Herdeforholdene i pelen og i fukterommet er forskjellige. Forsøkene bør kjøres så snart som mulig etter at prøven har kommet inn. Følgende krav settes for gjennomføring. Tabell Krav til maksimal tid fra prøven kommer inn til den skal være testet Herdetid i pel (døgn) Maks. tid fra mottak til test (døgn) Preparering av prøve Normalt er prøvene sylindriske med en slett overflate. Det er kun kutting på tvers (endestykker) som må gjøres. Dette skal gjøres på ei bandsag. I forbindelse med preparering av prøven er det viktig at tiden prøven er ute av plastinnpakningen er minst mulig og maksimalt 30 minutter Beskrivelse og testing av prøve Prøvene skal beskrives med hensyn til oppsprekking (deling) og eventuelle svake/sterke lag. Dette er spesielt viktig fordi de beste og intakte delene gjerne er de som blir brukt til trykkforsøk. Prøvene vil ofte ikke gjenspeile et representativt utvalg av prøvemateriale. For øvrig vises til avsnitt 2.5 og 2.6.

105 3.2 Prøvestykker (klumper) fra peler Mottak av prøver Erfaringsmessig kan prøver tatt av ulike entreprenører være relativt dårlig innpakket med hensyn til uttørring. De er pakket i plast, men ofte er det gått hull på plastikken. Legg eventuelt prøven i en ny plastpose (plastsekk) med en fuktig papirklut inni. Prøvene skal deretter legges i fukterommet. Før prøvene legges i fukterommet skal det tas 2 stk vanninnhold av leveranse. Dette for dokumentasjon av vanninnhold ved mottak Tid før prøve må testes Se avsnitt og tabell Preparering av prøver Prøvene skal kuttes til på ei bandsag. Normalt skal de deles i biter på 70 x 70 x 140 mm. Hvis dette ikke lar seg gjøre kan de deles i 50 x 50 x 100 mm. Hvis alternativ dimensjon skal brukes skal det avmerkes på skjemaet. Det skal maksimalt gå 2 timer fra prøven tas ut av fukterommet til den er ferdig preparert og testet eller pakket inn og lagt tilbake i fukterommet. En ferdig tilskjært prøve skal pakkes inn umiddelbart Beskrivelse og testing av prøve Det vises til og 2.5. Eneste unntak er treaksprøvene og ødometer som må trimmes til sylinder formede prøver (dim < 70 mm).

106 A: Stabilisering med kalksement i laboratoriet 106 A1 MOTTAK AV PRØVER Jordmateriale for stabilisering med kalksement kan enten komme inn i vanlige prøvesylindre eller som poseprøver (bøtte). Prøvesylindre registreres og legges rett i fukterommet. Poseprøver (bøtteprøve) sjekkes ekstra ved mottak med hensyn til innpakning av prøvene. Det er viktig at fuktighet ikke får fordampe fra prøvene. Der dette er mangelfullt gjort pakkes prøven inn i mer plast. Merking av prøven skal også sjekkes. Hvis den er dårlig skal dette forsøkes rettet opp og det skal tas opp med prosjektleder umiddelbart. Det skal tas to vanninnhold fra hver leveranse (dvs 2 stk prøver fra en av de innkomne prøvene). Hvis noen av poseprøvene viser seg dårlig innpakket skal det i tillegg tas to vanninnholdsprøver av de prøvene som er dårlig innpakket slik at vi kan dokumentere vanninnholdet ved mottak, samt se om dette er under forventet vanninnhold. A2 TESTING AV JORDPRØVEN Hvis ikke annet er spesifisert skal følgende prøver tas for hver sylinder eller pose/bøtte. 1 stk beskrivelse 1 stk enaksialforsøk (bare hvis prøver uforstyrret) 2 stk uforstyrret konus 2 stk omrørt konus 2 stk vanninnhold 1 stk tyngdetetthet Vanlig geoteknisk prøveåpningsskjema skal brukes. A3 VALG AV MATERIALE SOM SKAL STABILISERES Hvis jorda er inhomogen (lagdelt, lag > 5 cm) skal det lages prøver av hvert lag. Dette fordi disse kan ha ulike egenskaper blandet med kalksement. Er det tvil, skal saksbehandler kontaktes. Forskjellen i jordart skal beskrives i prøveskjemaet.

107 107 A4 INNBLANDINSMATERIERIALE Primært skal samme type innblandingmateriale (kalk, sement) brukes i laboratorie som i felten. Da skal vi få prøver av innblandingmaterialet levert sammen med prøvene. Eventuelt kan vi skaffe det basert på produktopplysninger. Hvis det ikke er gjort noen spesifisering eller det ennå er uklart hva som skal brukes skal vi bruke følgende: Sement: Kalk: Standard Portland Kornstørrelse 0 0,2 mm Flytbarhet > 40 Brent kalk (Franzefoss) Kornstørrelse 0 0,2 mm CaO a innhold >80 % Flytbarhet > 70 Flytbarhet er et mål på hvor godt pulveret flyter gjennom rør og munnstykke. Oppbevaring av kalk og sement Både kalk og sement skal lagres i fukttette bøtter/tønner og lokket skal ikke være åpent mer en høyst nødvendig. Dato for påfylling av kalk og sement skal settes på beholderen. Kalken og sementen skal ikke være eldre enn 1 år. Det skal bare brukes kalk og sement som er merket skikkelig. A5 INNBLANDING AV KALKSEMENT Prosedyre 1: Beregn innblandingsmengde avhengig av vekt på jordprøven. Se etterfølgende diagrammer og tabeller. 2: Kalk og sement veies opp og blandes før innblanding med jord. 3: Innblandingen skjer ved en hjelp av en kjøkkenmaskin. (ca 1-2 kg jord i gangen). Blandes til kalksementen er jevnt blandet med leire (ant 2-4 min på hastighet 3). 4: To prøver med vanninnhold skal tas før innstamping av prøvene gjøres.

108 108 A5.1 Figur og formler for beregning av innblandingsmengde med kalk og/eller sement A5.1.1 Mengde innblandingsmiddel i forhold til volum leire Mengde kalksement (kg) pr kg leire = Mengde kalksement (kg) pr m 3 leire γ leire (kn/m 3 ) 1000 /g (m/s 2 ) Eksempel 1: Mengde med kalksement pr kg leire = m ks : m ks = 90 kg kalksement pr m 3 leire 18 kn/m / 9,81 m/s 2 = 0,0491 kg = 49,1 g pr kg leire. kg Mengde kalksement (kg) pr kg leire 0.08 γ leire = 16 kn/m3 γ leire =17 kn/m3 γ leire = 18 kn/m3 γ leire = 19kN/m3 γ leire = 20 kn/m Kalksement (kg) pr kubikkmeter jord kg Figur A5.1.1 Forholdet mellom innblandingsmengde (kalk/sement) i kg pr kubikkmeter leire og mengde innblandingsmengde (kalk/sement) i en kg leire avhengig av tyngdetettheten for leire. Plottet er laget kun for kontroll og overslag. Ved tilmåling av mengde må denne beregnes eksakt.

109 A5.1.2 Mengde innblandingsmiddel i prosent i forhold til leiras tørrvekt 109 Total masse leire (kg) m tørrleire = tørr masse leire (kg) = 1 + w (vanninnhold i leira, %) Mengde kalksementtilsetning: m ks2 (kg) = m tørrleire X % kalksement Eksempel 2: Ønsker 8 % innblanding av kalksement i forhold til leiras tørre vekt (masse) og leira har et vanninnhold på 42 %. Mengde med kalksement i kg = m ks2 : 1,2 kg leire m ks2 = 1 + 0,42 0,08 = 0,0676 kg = 67,6 g kalksement i prøven 0.1 W=30% W=40% Mengde kalksement (kg) pr kg leire W=50% W=60% Kalksement i % av tørrvekt leire Figur Forholdet mellom innblandingsmengde (kalk/sement) i prosent av tørrvekt leire og mengde innblandingsmengde (kalk/sement) i en kg leire avhengig av vanninnholdet i leire. Plottet er laget kun for kontroll og overslag. Ved tilmåling av mengde må denne beregnes eksakt.

110 110 A6 LAGING AV PRØVENE 1: Prøvene lages i sylindre med diameter 54 mm og høyde 110 mm. (Hvis det er lite materiale eller ved andre vektige grunner kan også sylindre med diameter 40 mm og høyde 80 mm brukes). 2: Prøvene stampes lagvis i lag på 20 mm. For stamping brukes messingsylinder med diameter 20 mm og energitilførselen er på ca 0,2-0,25 Nm pr stamp. Ca 20 stamp pr lag. 3: Etter at prøven er laget renskjæres endeflatene og disse forsegles med plast. Deretter legges prøven i en tett plastpose med en fuktet papirdott i. 4: Prøvene oppbevares i fukterom ved 6-8 C og ca 100 % fuktighet. 5: Prøvene skal merkes entydig. Eget skjema for laging av kalksementprøver i laboratoriet er gitt bakerst i Vedlegg A1. For ødometer kan det være optimalt å lage prøven direkte i prøveringen slik at tetting mot ringen blir god, samt mot bunn og toppstykke. A7 TESTING AV PRØVENE Vedlagt et eget skjema (vedlegg A2) for testing av laboratoriestabiliserte prøver. A7.1 Enaksiale trykkforsøk Enaksialforsøkene skal, hvis ikke noe annet er oppgitt, kjøres med deformasjonshastighet på 1,5 % (ca 1,5 mm/min). Forsøkene skal kjøres slik at en får plottet en spenningstøyningskurve. Det skal tas tyngdetetthet og vanninnhold av prøven. A7.2 Treaksiale trykkforsøk Treaksialforsøkene skal kjøres som vanlige treaksforsøk. Hvis det er problemer med å oppnå fullstendig metting av en udrenert prøve skal B-verdien oppgis ved rapportering. Vanninnhold og tyngdetetthet som for enaksiale trykkforsøk. A7.3 Skjærforsøk Prøven kjøres som et vanlig skjærforsøk. Vanninnhold og tyngdetetthet som for enaksiale trykkforsøk.

111 A7.4 Ødometerforsøk Prøven kjøres som et vanlig ødometerforsøk. Vanninnhold og tyngdetetthet som for enaksiale trykkforsøk. 111

112 112 B: Prøvetakning fra kalksementpeler B1 INNLEDNING Det er tre måter å ta prøver fra kalksementpeler på. Enten ved kjerneprøvetaking, oppgraving av stykker av pelene med gravemaskin og opptak av hele peler. Uansett hvilken metode som brukes er det viktig at behandling og merking av prøvene gjøres på en tilfredsstillende måte. I det følgende gis noen viktige punkter med hensyn til pakking og merking av prøvene. B2 GENERELL PRØVEBEHANDLING B2.1 Merking av prøvene Alle prøver skal minimum ha følgende merking: Sted (prosjekt) Pel nr (Hull nr) Dato prøve tatt Sign for hvem som har tatt prøven Dybdenivå Hva som er opp på prøven (pelen) skal avmerkes. Det skal føres et oversiktskort med oversikt av alle prøver i de ulike hull. Dette kortet skal være med prøvene når disse sendes inn til laboratoriet. Figur B1 viser eksempel på merkelapp og oversiktskort. B2.2 Lagring og transport av prøvene For at prøvene skal kunne gi riktigst mulig bilde av forholdene ute i felten er det viktig at de blir behandlet skånsomt etter at det er tatt opp. Prøvene må pakkes og lagres slik at de ikke tørker ut eller fryser. De må behandles skånsomt ned hensyn til støt og lignende slik at prøvematerialet ikke forringes. Prøvene skal transporteres inn til laboratoriet så snart som mulig. I det følgende gis noen spesielle kommentarer til de ulike prøvemetodene.

113 113 B3 KJERNEPRØVETAKING B3.1 Kjerneprøvetaking med innvendig sylinder Prøvene blir liggende inne i en plast- (stål) sylinder etter at de er tatt. Endeflatene dekkes med plast og plastkopper med sylinderklemmer slik at prøvene blir tett forseglet. Merkelapp med prøveinformasjon (dato, dybde, pelnr. og lignende) legges inne i plastkoppen på toppen av prøven. B3.2 Kjerneprøvetaking der prøven tas ut av prøvesylinderen Prøvene har ingen beskyttelse når de er tatt opp. Det er derfor viktig at de blir pakket inn i plast og forseglet like etter at de er tatt opp. Hvorvidt det er hensiktsmessig å pakke dem inn i plastsylindre eller i plastposer kan variere. Videre er merkingen meget viktig. Det er ikke tilstrekkelig å legge dem uinnpakket i trekasser slik som kjerneprøver av berg. B4 OPPGRAVING AV PRØVESTYKKER Disse prøvene tas opp med gravemaskin og deles deretter opp med sag eller øks. Prøvestørrelsen må være ca 20 cm i sidekanter. Det er viktig at opp på prøven (pelen) alltid er merket godt, samt dybdenivå. Videre må prøvene pakkes inn i plastsekker. Vi anbefaler at det brukes plastsekker av god kvalitet. Vanlige søppelsekker er som oftest for dårlige. Det skal videre være minst mulig luft inne ved prøven. Hver enkelt prøve skal opptegnes i samlekort for prøvene i hver hull (pel) som følger med prøvene. Se figur B1. B5 OPPTAK AV HELE PELER Ved opptak av hele peler tas prøvene ut etter at hele pelen er tatt opp. Foruten uttak av enkeltprøver skal da hele pelen beskrives med hensyn til lagdeling (sprekker, løse lag, dårlig innblanding og lignende). Med hensyn til merking og innpakning vises til ovenstående.

114 114 C: Mottak og testing av prøver fra kalkementpeler C1 MOTTAK AV PRØVER Stabilisert jordmateriale kan enten komme inn i prøvesylindre, trekasser med prøvesylindre eller som poseprøver der en har pakket inn store prøvestykker fra peler. Prøvesylindre (forseglede) registreres og legges rett i fukterommet. Prøvesylindre i trekasser sjekkes med hensyn til at prøvene er pakket og merket tilfredsstillende. Prøvene skal være pakket i tynn plastfolie og deretter lagt inn i en plastpose. Mangler rettes opp umiddelbart og prøven legges deretter rett i fukterommet. Før prøvene legges i fukterommet skal det tas 2 stk vanninnhold av leveranse. Poseprøver sjekkes ekstra ved mottak med hensyn til innpakning av prøver. Det er viktig at fuktighet ikke får fordampe fra prøvene. Der dette er mangelfullt gjort pakkes prøven inn i mer plast. Merking av prøven skal også sjekkes. Hvis den er dårlig skal dette forsøkes rettet opp og det skal tas opp med prosjektleder umiddelbart. Det skal tas to vanninnhold av hver leveranse (dvs 2 stk prøver fra en av de innkomne prøvene). Hvis noen av poseprøvene viser seg å være dårlig innpakket skal det tas to vanninnholdsprøver av de prøvene som er dårlig innpakket slik av vi kan dokumentere vanninnhold ved mottak, samt se om dette er under forventet vanninnhold. Videre skal prøven pakkes inn i en ekstra plastsekk og det skal legges inn en fuktet papirklut. C2 PRØVEÅPNING C2.1 Tid fra mottak til test Det er satt følgende krav med hensyn til tid for gjennomføring av tester. Hvis det blir avvik fra dette skal prosjektleder varsles umiddelbart. Tabell Krav til maksimal tid fra prøven kommer inn til den skal være testet Herdetid i pel (døgn) Maks. tid fra mottak til test (døgn)

115 115 C2.2 Prøvebeskrivelse Ved prøveåpning skal prøven beskrives. Riss, sprekker og svake/bløte lag skal avmerkes. Vedlagt prøveskjema for kjerneprøver eller prøvestykker fra peler skal fylles ut for hver prøve. I forbindelse med prøvebeskrivelse kan prøven kun være utildekket i 15 minutter. C2.3 Preparering av prøve C2.3.1 Sylinderprøver Prøver for enaksiale-, treaksiale- skjær- eller ødometerforsøk kuttes til på bandsaga. I forbindelse med preparering av prøven er det viktig at prøven er ute av innpakningen minst mulig og maksimalt 15 min. For enaksiale- og treaksiale trykkforsøk skal prøvehøyden minst være 2 ganger diameteren på prøven. C2.3.2 Prøvestykke fra pel Prøvene skal kuttes til på bandsag. Normalt skal de deles i biter på 70 x 70 x 140 mm. Hvis dette ikke lar seg gjøre kan de deles i 50 x 50 x 100 mm. Hvis alternativ dimensjon skal brukes skal det avmerkes på skjemaet. Det skal maksimalt gå 2 timer fra prøven tas ut av fukterommet til den er ferdig preparert og testet eller pakket inn og lagt tilbake i fukterommet. En ferdig tilskjært prøve skal pakkes inn umiddelbart. C2.4 Forsøk C2.4.1 Enaksiale trykkforsøk Enaksiale trykkforsøk skal, hvis ikke noe annet er oppgitt, kjøres med deformasjonshastighet på 1,5 % (ca 1,5 mm/min). Forsøkene skal kjøres slik at en får en plottet spenningstøyningskurve. Det skal tas tyngdetetthet og vanninnhold av prøven. C2.4.2 Treaksiale trykkforsøk Treaksialforsøkene skal kjøres som vanlige treaksforsøk. Hvis det er problemer med å oppnå fullstendig metting av en udrenert prøve skal B-verdien oppgis ved rapportering. Vanninnhold og tyngdetetthet som for enaksiale trykkforsøk.

116 116 C2.4.3 Skjærforsøk Prøven kjøres som et vanlig skjærforsøk. Vanninnhold og tyngdetetthet som for enaksiale trykkforsøk. C2.4.4 Ødometerforsøk Prøven kjøres som et vanlig ødometerforsøk. Vanninnhold og tyngdetetthet som for enaksiale trykkforsøk.

117 117 Tillegg IV Feltforsøk

118 118 Forinstallert omvendt pelsondering (FOPS) Forinstallert omvendt pelsondering (FOPS) kan benyttes i kalkesementpeler med diameter 0,5 1,0 m. Sonden som består av en vinge i enden av en vaier installeres like i forkant av at kalksementstabiliseringen finner sted. Det er kalksementpelsmaskinen som brukes for installasjon av FOPSen. Vingen blir installert 0,5 1m under der kalksementstabiliseringen starter. Vaieren går helt opp til terreng i senter av kalksementpelen. Ved trekking av FOPSen brukes en geoteknisk borerigg som kan måle trekk kraften. Basert på trekk kraften og omregningsformler kan en finne fram til en omtrentlig skjærfasthet i materialet. Videre gir FOPS en god indikasjon på om kalksementpelene har en jevnt fasthet med dybden. I forbindelse med måling av trekk kraften er det viktig at det primært er vingen gjennomtregning som måles og ikke friksjon langs vaieren. Påhengende jord på vaieren kan motvirkes hvis den blir trukket litt opp noen timer etter installasjon av FOPSen. Tolking av FOPS gjøres som vist i det følgende: Ved trekking av FOPS registreres den totale sonderings/trekkemotstanden. Den består av friksjon langs vaieren og den kraft som skal til for å trekke vingen gjennom pelen. Nettotrykket på FOPS beregnes ved å trekke fra vaierfriksjonen. For den mest brukte FOPS antas et spissareal på 0,01 m 2. Det innebærer at en trekk kraft på 10 kn tilsvarer omtrent 100 kpa i skjærfasthet. (Nettotrykk beregnes som nettokraften dividert med tverrsnittet på sonden. Ved faste peler med skjærfastheter over 250 kpa kan FOPS-sonderingen indikerer høyere skjærfasthet enn hva en har. Fasthetsøkning fra leire til KS-pel Uk kalksementpel Fasthet i pel over:

119 Øvre strek: 30 kn målt i trekkemotstand minus vaier friksjon. Det tilsvarer ca 300 kpa i det stabiliserte materialet. Nedre strek: 25 kn målt i trekkemotstand minus vaier friksjon. Det tilsvarer ca 250 kpa i det stabiliserte materialet. Mellom øvre og nedre strek er et parti med ca 20 kn trekkemotstand. Videre ser det ut til at fasthetsøkningen har kommet relativt jevnt over profilet. Denne FOPS sonderingen indikerer at denne kalksementpelen har en skjærfasthet over 200 kpa. I forbindelse med vurdering av skjærfasthet må en ha sonderinger fra flere peler, samt at dette sammenholdes med andre grunnundersøkelser. 119 Sammenstilling av FOPS og CPTU FOPS CPTU Sammenstilling av FOPS og CPTU. CPTU er tolket med N kt = 15. Figuren over viser sammenstilling av CPTU og FOPS kjørt i samme materiale. CPTU har gått ut av pelen ved ca 9 m dybde. Kurvene viser relativt bra sammenfald med hensyn til relativ styrke, men for et parti fra 3 til 5 m dybde indikerer FOPS en høyere skjærfasthet enn CPTU.