Spreiing av salt og påverknad av geokjemiske og geotekniske eigenskapar i lågsalte marint avsette leirer NGF Yngres dag 24. mai 2012 Tonje Eide Helle Ingelin Gjengedal
Samarbeidspartnarar Forprosjekt finansiert av NGF
Kvikkleiresone Bøle, Skien kommune Kvikkleire Dårleg stabilitet (F=1,0) Skipsvrak - Verneverdig kulturminne Fylling i elva?
Moum et al. (1968) Effekten ulike salt som klorid har på den omrørte udrenerte skjerstyrken i klorittisk-illitisk kvikkleire. Frå Moum et al. 1968.
Saltdiffusjon anno 1968 Effektiv diffusjonslengde, totalmengde diffundert salt og nødvendig tid for ein saltbrønn tilsatt KCl med diameter 15 cm. Frå Moum et. al 1968.
Utprøving av metoden Eggestad og Sem (1976)
Konklusjonar frå studia på 60-/70-talet Effekt på geotekniske eigenskapar: Aukas u og s ur Om lag uendra w Aukaw L og liten auke av w P Auka forkonsolideringsspenning KCl mest effektivt
Geokjemi i norske marine leirer (1/2) Diffust dobbeltlag i kvikkleire er større enn i marin leire med lågare grad av utvasking Fører til Redusert skjerstyrke (omrørt) Auka sensitivitet Redusert flytegrense Figur henta frå SGI (2004) Quick clay in Sweden
Geokjemi i norske marine leirer (2/2) Kationa si evne til å bli adsorbert til overflata av leirminerala: Na + < K + < Mg 2+ < Ca 2+ < Fe 2+ < Fe 3+ < Al 3+ Kationa si evne til å auke skjerstyrken: Na+ < Fe 2+ Mg 2+ Ca 2+ < Fe 3+ < K + < Al 3+ Kationa si evne til å auke flytegrensa Na + < Fe(OH) 3 = Fe 2+ = Mg 2+ = Ca 2+ < Fe 3+ < Al 3+ = K + < Al(OH) 3 Løken (1968), Løken (1970)
Berekningseksempel Bøle (1/4)
Berekningseksempel Bøle (2/4)
Berekningseksempel Bøle (3/4)
Berekningseksempel Bøle (4/4)
Kostnadsestimat Bøle Alternativ Estimert kostnad kr eks.mva. Innsparing kr eks.mva. Innsparing % c/c 2,5 m, 2 installasjonar 18,4 mill 4,1 mill 18 c/c 3,0 m, 2 installasjonar 16,0 mill 6,5 mill 29 c/c 2,5 m, 1 installasjon 14,3 mill 8,2 mill 36
Laboratoriearbeid Saltdiffusjon i kvikkleire
Tre ulike metoder for å studere saltdiffusjon Prøver er lagt i beger saman med saltløysing Det er laga enkle diffusjonsceller Det er laga ein saltbrønn i lite format ved bruk av ei blokkprøve
Prøver i beger med saltløsying Tidsrom: 2 og 30 døgn Saltkonsentrasjonar: 30 g KCl/l, 125 g K+/l og ei tjuktflytande saltblanding
Resultater for begerprøver 30 g KCl/l, d=9,0-9,8 m 50.0 45.0 46.1 su sr Differanse, geotekniske eigenskapar: [kpa] 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 28.4 17.8 9.2 10.9 St Uomrørt skjærstyrke: auka med 158 % Omrørt skjærstyrke: 0,2 10,9 kpa Sensitivitet: 89 4,2 Flytegrense: 32,37 43,76% Utrullingsgrense: 20,7 26,41 % 5.0 3.1 4.2 0.0 0.2 0 5 10 15 20 25 30 35 [døgn]
Resultater for begerprøver 125 g K+/l, d=9.0-9.8 m 45.0 40.0 38.7 su sr Differanse, geotekniske egenskaper: [kpa] 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 31.9 17.8 11.30 7.70 St Uomrørt skjærstyrke: auka med 117 % Omrørt skjærstyrke: 0,2 11,3 kpa Sensitivitet: 89 5,0 Flytegrense: 32,37 46,58 % Utrullingsgrense: 20,7 26,14 % 5.0 5.03 2.82 0.0 0.2 0 5 10 15 20 25 30 35 [døgn]
Resultater for begerprøver Saltblanding, d=9.0-9.8 m 40.0 35.0 34.3 su sr Differanse, geotekniske egenskaper: [kpa] 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 20.1 6.6 5.2 St Uomrørt skjærstyrke: auka med 70,6 % Omrørt skjærstyrke 0,1 6,6 kpa Sensitivitet: 201 5,2 Flytegrense: 27,12 36,93 % Utrullingsgrense: 20,84 22,59 % 0.0 0.1 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 [døgn]
Enkle diffusjonsceller
Enkle diffusjonsceller Tidsrom: 2,5,10,15 og 30 døgn Saltkonsentrasjonar: 125 g K+/l og tjuktflytande saltblanding
Resultater diffusjonsceller, 125 g K+/l [kpa] 80 70 60 50 40 30 20 10 77.00 8.10 125 g K+/l, 4 døgn, d=13,04 m 74.10 52.50 43.20 20.1 3.80 su sr Opprinngelig su Differanse, geotekniske egenskaper: Uomrørt skjærstyrke auka med 283 % Omrørt skjærstyrke 0,1 8,1 kpa Sensitivitet: 201 9,5 Utrullingsgrense: 20,8 25,5 % Flytegrense: 27,1-50,7 % 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 KCl [cm] H2O (Diagram viser utviklingen i prøven fra KCl til H2O)
Resultater diffusjonsceller, 125 g K+/l [kpa] 125 g K+/l, 32 døgn, d=13,26 m 70 su 60 58.40 sr 60.30 50 44.10 40 38.70 30 20 20.1 10 5.40 4.60 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 KCl [cm] H2O Differanse, geotekniske egenskaper: Uomrørt skjærstyrke: auka med 200 % Omrørt skjærstyrke: 0,1 5,4 kpa Sensitivitet: 201 11,16 Utrullingsgrense: 20,8 24,7 % Flytegrense: 27,1 53,0 % (Diagram viser utviklingen i prøven fra KCl til H2O)
Resultater diffusjonsceller, saltblanding [kpa] 3 døgn, d =10,65m 45 su 40 38.70 sr 35 Opprinngelig su 30 27.50 25 20 20.1 20.1 15 10 9.00 9.0 9.00 5 6.00 0 0.20 0.20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 KCl H2O [cm] (Diagram viser utviklingen i prøven fra KCl til H2O) Differanse, geotekniske egenskaper: Uomrørt skjærstyrke: auka med 92,25 % Omrørt skjærstyrke: 0,1 9 kpa Sensitivitet: 201 4,3 Utrullingsgrense: 20,8 27,5 % Flytegrense: 27,1 44,7 %
Resultater diffusjonsceller, saltblanding [kpa] 32 døgn, d =10,32 m 35 su 31.4 30 sr 26 25 Opprinngelig su 25 20.6 20 20.1 15 10 6.2 5.8 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 KCl H2O [cm] (Diagram viser utviklingen i prøven fra KCl til H2O) Differanse, geotekniske egenskaper: Uomrørt skjærstyrke: auka med 56,2 % Omrørt skjærstyrke: 0,1 6,2 kpa Sensitivitet: 201 5 Utrullingsgrense: 20,8 26,8 % Flytegrense: 27,1 55,7 %
Saltbrønn i lite format
Saltbrønn i lite format Rutineundersøkelser, geokjemisk analyse, ødometerforsøk og treaksialforsøk
Resultater rutine- og ødometerforsøk Naturlig prøve CRS01 CRS02 Vanninnhold, w [%] 37,27 37,0 37,8 Prekonsoliderings spenning, σ c [kpa] 100 110 110 Ødometermodul, M oc [MPa] 3,1 4,68 5,39 Modultall, m [ ] 24 18,8 19 Konsolideringskoe ffisient, c V [m 2 /år] 13,9 16,4 16,9 Geotekniske eigenskapar, naturlig prøve: Uomrørt skjærstyrke: 15,2 kpa Omrørt skjærstyrke: 1,2 kpa Sensitivitet: 12,7 [kpa] 40 35 30 25 20 15 10 5 33.56 35.03 27.76 5.15 4.95 4.85 su sr [%] 55 50 45 40 35 30 25 50.71 49.24 48.78 38.40 36.97 37.15 26.77 25.62 25.28 w wp wl 0 0 1 2 3 4 20 0 1 2 3 4
Resultater, treaksialforsøk 50 80 45 70 40 60 35 30 τ [kpa] q [kpa] 50 40 25 20 30 15 20 10 10 5 0 0 10 20 30 40 p' [kpa] Skjærstyrken har auka 15 % 50 60 0 0.00% 5.00% 10.00% ε [%] 15.00% 20.00%
Sammendrag Vatninnhold nesten uendra Utrullingsgrense har auka gjennomsnittlig 28 % Flytegrense har auka gjennomsnittlig 65 % Uomrørt og omrørt skjærstyrke har auka betraktelig Prekonsolideringsspenninga har auka med 10 %