VEILEDNING FOR GRUNNFORSTERKNING MED KALKSEMENTPELER

1 VEILEDNING FOR GRUNNFORSTERKNING MED KALKSEMENTPELER Høring september 2011 2011-09-09 Dette er et foreløpig eksemplar som er på høring og kan ikke anses som et ferdig dokument

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 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 2011. Kommentarer sendes NGI ved Astri Eggen eller Tor Georg Jensen. astri.eggen@ngi.no tor.georg.jensen@ngi.no Vi takker på forhånd for alle kommentarer.

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 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

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

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

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

9 Kapittel 1 Hovedprinsipper og anvendelsesområder

Hovedprinsipper og anvendelsesområder 10 1.1 Hovedprinsipper 1.2 Egnede grunnforhold 1.3 Eksempler på anvendelsesområder 1.3.1 Skråningsstabilitet 1.3.2 Avstivede byggegroper 1.3.3 Grøftesikring 1.3.4 Setninger 1.3.5 Vibrasjonsdemping 1.3.6 Jordavstivning 1.3.7 Stabilisering under vann 1.3.8 Massestabilisering i kombinasjon med kalksementpeler 1.3.9 Stabilisering av forurensede sedimenter

11 1.1 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 1.1.1 Figuren viser prinsippene ved kalksementstabilisering.

12 Figur 1.1.2 Kalksementpelrigg som installerer kalksementpeler. I forgrunnen installerte kalksementpeler.

13 1.2 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 1.3.1 Skråningsstabilitet Opprinnelig terreng Blindboring Utgravd skjæring KS-ribbe Profil Enkel ribbe Dobbel ribbe Plan Figur 1.3.1. 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 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 1.3.2. Fotoet viser kalksementpelribber i en utgravd skråning.

15 Ribbe Profil Ribbe Plan Figur 1.3.3. 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 1.3.4. 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 15-20 m dybde for installasjon. Nå er det maskiner som

kommer 25 30 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 1:10. 16 Terrengoverflate etter utglidning Kalksementribber Figur 1.3.5 Figur og foto illustrerer stabilitetsforbedring i skredgrop

1.3.2 Avstivede byggegroper 17 Ekstra peler der ribba går inntil spuntveggen Plan Spuntvegg Profil Figur 1.3.6. 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 1.3.6.

1.3.3 Grøftesikring 18 Profil Pelene settes med overlapp så det blir en massiv forsterkning Plan Figur 1.3.7. 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.

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 1.3.8. 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 1.3.5 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 1.3.9.a Kalksementpeler installert under virbrasjonskilde for demping av vibrasjoner (Nyanlegg.) Figur 1.3.9.b Kalksementpeler installert ved siden av jernbane for vibrasjonsdemping.

21 1.3.6 Jordavstivning Figur 1.3.10. Kalksementstabilisering kan brukes som en kombinasjon av byggegropssikring og jordavstivning. Figur 1.3.10 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. 1.3.7 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 Figur 1.3.11. Figuren viser prinsipper med hensyn til stabilisering av grunnen under sjøbunnen. Figur 1.3.12. Foto som viser installasjon av kalksementpeler for et kaianlegg (Stockholm).

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 1.3.13. Fotoet viser en massestabiliseringsmaskin. Massestabilisert Kalksementpeler Figur 1.3.14. Prinsipp med kalksementpeler under massestabilisert materiale.

24 1.3.9 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 1.3.15. 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 1.3.16. Fotoet viser utstyr for stabilisering av sjøbunnsedimenter som er lagt på innsiden av en barriere (Finland).

25 Kapittel 2 Innblandingsutstyr og metoder

Innblandingsutstyr og metoder 26 2.1 Betegnelse for ulike kalksementpelmønster og massestabilisering 2.2 Kalksementpeler 2.2.1 Kalksementpelmaskiner 2.2.2 Utstyr for installasjon av kalksementpeler 2.3 Massestabilisering 2.3.1 Massestabiliseringsmaskin 2.3.2 Utstyr for massestabilisering

2.1 Betegnelse for ulike kalksementpelmønster og massestabilisering 27 Enkeltpel Enkel ribbe Dobbel ribbe Gitter Blokk Figur 2.1.1 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 2.1.2. 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.

2.2 Kalksementpeler 28 2.2.1 Kalksementpelmaskiner Figur 2.2.1. To kalksementpelmaskiner under installasjon.

29 Rotasjon ved nedføring, innblanding og rotasjon ved opptrekk Bindemiddel 0,5 1 m Maks 30 m Visp D = 0,5 1 m Figur 2.2.2 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 Utmating av kalksement Vinger Figur 2.2.3 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 Figur 2.2.4: Eksempel på skjermbilde som installasjonsoperatøren følger med på ved etablering av pelene. Figur 2.2.5 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.

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 2.2.1 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.

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: 90 110 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: 15 50 tonn. Marktrykk fra maskin: 24 50 kn/m 2 Marktrykk fra materialtanksvogn: 40 60 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: 50 210 omdr/min. Normalt krav med hensyn til praktiske kvalitetserfaringer er at rotasjonshastigheten vanligvis skal ligge mellom 150 175 omdr/min. Stigning Antall mm vispen stiger pr omdreining. Variasjonsområde: 10 35 mm/ omdr. Normalt krav med hensyn til praktiske kvalitetserfaringer er at stigningen skal ligge mellom 15-25 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.

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 2.3 Massestabilisering 2.3.1 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 2.3.2 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 2.3.1 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 Kapittel 3 Materialegenskaper

Materialegenskaper 38 3.1 Grunnforhold 3.1.1 Grunnforhold egnet for kalksementstabilisering 3.1.2 Viktige forhold ved grunnen 3.1.2.1 Vanninnhold 3.1.2.2 Stein 3.1.2.3 Humusinnhold 3.1.2.4 Torv 3.1.2.5 Sulfidholdig leire 3.1.3 Krav til forundersøkelser 3.2 Stabiliseringsmiddelets egenskaper 3.2.1 Type og mengde stabiliseringsmiddel 3.2.2 Stabiliseringsmiddelets reaksjon i jord 3.2.3 Sement 3.2.4 Brent kalk 3.2.5 Andre stabiliseringsmidler 3.2.6 Sammensetning av stabiliseringsmiddel 3.3 Forsøksstabilisering med kalksement 3.4 Betydning av innblandingsarbeidet for oppnådd resultat 3.4.1 Jordartsegenskaper 3.4.2 Innblandingsarbeid 3.4.3 Stabiliseringsmiddel 3.4.4 Anbefaling 3.5 Egenskaper av stabilisert materiale 3.5.1 Fasthetsøkning / karakteristisk styrke 3.5.2 Moduler 3.5.3 Permeabilitet 3.5.4 Levetid 3.5.5 Romvekt

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. 3.1.1 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 3.1.1.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 3.1.1.a Sammenstilling av registrert in situ skjærstyrke av leire utvalgte prosjekt.

40 Typisk variasjonsområde for vanninnhold i leirene har vært 20 60 % med en hovedtyngde av registreringer innenfor 30 45 %. En sammenstilling av registrert variasjonsområde for in situ vanninnhold er vist i figur 3.1.1.b. Figur 3.1.1.b Sammenstilling av registrerte in situ vanninnhold 3.1.2 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. 3.1.2.1 Vanninnhold Lavt vanninnhold gir som oftest høyere fasthet enn høyt vanninnhold under ellers like forhold.

41 Vanninnhold % Figur 3.1.2 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 %. 3.1.2.2 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. 3.1.2.3 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 3.1.2.4 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. 3.1.2.5 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. 3.1.3 Krav til forundersøkelser Eurokode 7 (NS-EN 1997-1 og -2, /1/ og /2/) og NS-EN 14679 / 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 4.3.3. 3.2 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

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. 43 3.2.1 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 3.2.6. Tabell 3.2.1 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 3.2.1 Type jord Bindemiddel Mengde (kg/m 3 ) Merknader Leire (plastisk) Multicem/ Sement 90-120 Kalk/ Sement 90-120 Siltig leire Multicem/ Sement 75-110 Økt sementandel ved økende siltinnhold Kalk/ Sement 75-110 Økt sementandel ved økende siltinnhold Sensitiv leire Multicem/ Sement 80-110 Kalk/ Sement 80-110 Torv Sement 100 - >300 Sement / Multicem 100 - >300 Sement > 75 % 3.2.2 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 3.2.2 gir er oversikt over vanlige bestanddeler i bindemiddelet og hvilke typer reaksjoner som gir fasthetsøkning.

Tabell 3.2.2 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. 44 3.2.3 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 3.2.1. Figur 3.2.1 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

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 3.1.2. Som angitt i tabell 3.2.2 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. 45 3.2.4 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. 3.2.4.1 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 150 200 kpa. Dette er også tilfelle der Multicem og sement kombineres som bindemiddel. Med hensyn til typisk fasthetsutvikling vises til figur 3.2.4.

3.2.4.2 Siktekurve 46 Figur 3.2.2 viser typisk partikkelstørrelsesfordeling for Multicem. Partikkelstørrelsesfordeling Multicem 100 90 80 70 60 % 50 40 30 20 10 0 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 µm Figur 3.2.2 Partikkelstørrelsesfordeling Multicem. 3.2.5 Brent Kalk Brent kalk, som benyttes ved kalksementstabilisering, produseres ved brenning av kalkstein (CaCO 3 ), i en Maerz sjaktovner ved 1100-1200 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 3.2.3 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 Norske erfaringer til nå er basert på følgende krav til kalk: Tabell 3.2.5 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. 3.2.6 Fasthetsutvikling ved stabilisering med ulike bindemidler Figur 3.2.4 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% 1 7 21 28 90 Dager 100 % Standard Portland sement 100 % FA- sement 100 % Multicem Figur 3.2.4 Sammenligning av fasthetsutvikling for tre ulike bindemidler.

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 14679 /3/ stiller krav om at alle bindemidler som benyttes til jordforsterkning skal ha produktdatablad. 3.2.8 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

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. 100-110 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 4. 49 3.4 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 3.4.1 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).

For vanninnhold ned mot og under plastisitetsgrensen w L kan det være behov for tilsetning av vann for å få til et godt innblandingsarbeid. 50 3.4.2 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 3.4.1 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 150 175 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 175 200 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).