GRUNNUNDERSØKELSESKOMITEEN kompetent - kreativ - komplett NGF In situ seminar Stjørdal 24.-25.08.2010 CPTU i kvikkleire Rolf Sandven MULTICONSULT TRONDHEIM Basert på arbeid utført av E. Tørum, S. Rønning, S.G. Hovem og R. Sandven 1
Innhold CPTU i kvikkleire Bruk av CPTU til kvikkleirebestemmelse i l Vurdering av: netto spissmotstand sidefriksjon poretrykksforhold Klassifisering av kvikkleire Utviklingstrekk bruk av resistivitetsmålinger (CPTU-R) Praktisk eksempel E6 Øst ny cut-and-cover tunnel Grunnundersøkelser og grunnforhold Blokkprøvetaking Tolkning av CPTU Sammenligning mellom CPTU og laboratorieresultater 2
Karakteristisk oppførsel av kvikkleire Varierende, men gjennomgående lav stivhet t Vanligvis høy poretrykksoppbygging ved kollaps Liten/ubetydelig styrke i omrørt tilstand Lavt/ubetydelig saltinnhold høy elektrisk motstand Overført til CPTU Lav, men varierende spissmotstand q t Netto spissmotstand konstant, kan være svakt avtagende med dybden Høyt poretrykksforhold, B q = Δu/q n ofte > 1 påvirkes også av andre egenskaper (B q avtar med økende OCR) Lav eller ingen sidefriksjon f s (R f ), krever full omrøring av kvikkleiren i ved første gangs penetrasjon 3
Typiske kvikkleireprofiler q c, q t (MPa) u 2, u o (kpa) f s, f t (kpa) 4 Lauvsnes, Flatanger: Kvikkleire 2 12 m
Typiske kvikkleireprofiler N m (-) B q (-) R f (-) 5 Lauvsnes, Flatanger: Kvikkleire 2 12 m
Typiske kvikkleireprofiler q c, q t (MPa) u 2, u o (kpa) f s, f t (kpa) 6 NTNU Kjemihallen: Kvikkleire 7 25 m
Typiske kvikkleireprofiler N m (-) B q (-) R f (-) 7 NTNU Kjemihallen: Kvikkleire 7 25 m
Klassifiseringsdiagram for CPTU (Robertson m.fl. 1986) 8
Klassifiseringsdiagram for CPTU (Robertson m.fl. 1986) Område for kvikkleire e 9
kvikk kvikk Rissa (Kåsin, 2010) 10
kvikk kvikk Rissa (Kåsin, 2010) 11
100000 Komplett profil 4 100000 Spissm motstand q kn/m 2 t (k ) 10000 1000 kn/m 2 ) Spissm motstand q t ( 10000 1000 Ikke-sensitiv leire Ikke-sensitiv leire kvikk 100 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 Poretrykksforhold B q (-) Høyeggen, Trondheim kvikk 100 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 Friksjonsforhold R f (%) 12
100000 4 100000 Komplett profil kn/m 2 ) Spissm motstand q t ( 10000 1000 Ikke-sensitiv leire (kn/m 2 ) Spiss smotstand q t 10000 1000 Ikke-sensitiv leire kvikk 100 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 Poretrykksforhold B q (-) kvikk 100 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 Friksjonsforhold R f (%) Lauvsnes, Flatanger 13
100000 4 100000 Komplett profil kn/m 2 ) Spissm motstand q t ( 10000 1000 Ikke-sensitiv leire kvikk (kn/m 2 ) Spiss smotstand q t 10000 1000 kvikk Ikke-sensitiv leire 100 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 Poretrykksforhold B q (-) Solbygget, NTNU 100 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 Friksjonsforhold R f (%) 14
Kvikkleire: Høy spesifikk resistivitet, lav ledningsevne Viser overlapp med andre jordarter, eks. silt CPTU-R i kombinasjon med geo-elektriske overflatemålinger viser stort potensiale 15
Samvurdering mellom resistivitetsmålinger og geotekniske boringer (eks. Buvik) 16 Solberg et al (2009)
Samvurdering mellom resistivitetsmålinger og geotekniske boringer (eks. Buvik) 17
Samvurdering mellom resistivitetsmålinger og geotekniske boringer (eks. Buvik) 18
Cut-and-cover tunnel i silt/kvikkleire 19 Utbygger: Statens Vegvesen Oppstart: Høsten 2010
Ny E6 Trondheim Dagsone vest Tunnelen Legges i bløt, sensitiv leire (delvis kvikk) Cut-and-cover metodikk. Går gjennom et populært boligområde i bysentrum. 11 hus vil bli revet, midlertidig lagret og satt opp igjen etter at byggearbeidene er ferdige. rørspunt avstivere rørspunt Utgravningen Ca. 300 m lang 22 30 m bred Maksimalt utgravningsnivå: ca 20 m Graving i silt og bløt kvikkleire Teknisk løsning Avstivet t utgravning med rørspunt og Stabilisert sone stabilisert byggegrop Endelig løsning utviklet i samarbeid mellom byggherre, entreprenør og rådgiver 20
Ny E6 Trondheim Dagsone vest Kommunikasjon saksbehandler sbe a e - feltingeniør Saksbehandlers ansvar Kommunisere hensikt med undersøkelsen Tydeliggjøre krav til kvalitet t på utførelse (valg av Anvendelsesklasse iht ny CEN standard) Dybdebegrensning og annen informasjon i bestilling Borleders ansvar Valg av forsøksmetodikk tilpasset standardens krav (forboring, friksjonsreduksjon, metteprosedyrer) Valg av sonde med akseptabelt måleområde åd og oppløsning, tilpasset grunnforholdene Kommunisere avvik til saksbehandler Felles Vurdering av oppnådde resultater Modifikasjon av utstyrsvalg, prosedyrer og oppnåelig Kvalitetsklasse ved store avvik 21
Ny E6 Trondheim Dagsone vest Feltundersøkelser 18 CPTU, 6 dreietrykksondering og 38 totalsonderinger 5 borhull med 54 mm stempelprøvetaker 4 blokkprøver tatt med 250 mm Sherbrooke blokkprøvetaker i to borhull Hydrauliske piezometre Laboratorieundersøkelser Laboratorieundersøkelser på totalt 84 prøver Rutineundersøkelser, inklusive kornfordeling og Atterberggrenser 2x18 CAUC og CAUE treaks-, 4 DSS direkte skjær- og 17 CRS ødometerforsøk Grunnforhold Sensitiv og kvikk leire, silt og siltig leire med et topplag av sand og grusig g fyllmasse 22
Ny E6 Trondheim Dagsone vest Utførelse av CPTU Utførelse etter NGF Melding 5 Bruk av Geotech 10 cm 2 sonde med porøst filter Metting av poretrykksmåler med vann (utførelse sommerstid) Boring til 30-40 m dybde CPTU-resultatene er benyttet til: Generell lagdeling I området Identifikasjon av jordart, spesielt forekomst av kvikkleire Bestemmelse av styrke- og deformasjonsparametre Sammenligning mot laboratoriemålte resultater på høykvalitet prøver 23
Ny E6 Trondheim Dagsone vest Sherbrooke blokkprøvetaker Utviklet i Canada på 1970-tallet Opereres i Norge av NGI Benyttes som spesialprøvetaker ved krav til høy prøvekvalitet Prosedyre Forboring av borhull med ca. 40 cm diameter spesialauger Borhullet avstives med casing før prøvetaking Blokkprøvetaker er utstyrt med skjærekniver på hvert ben, kombineres med vannspyling. Skjæreknivene foldes inn og støtter prøveblokken under oppløft Oppnår uforstyrret prøve ø25 cm og høyde 30 cm Axial deformation, εa (%), 1/2(σ'a - σ'r) kpa Shear stress, 80 40 60 0 20 0 1 Parallel CAUC tests on 54mm and block sample 2 3 4 5 6 7 8 54 mm Block sample 9 10 24
Ny E6 Trondheim Dagsone vest Tolkning av CPTU Poretrykksbasert tolkning er mer pålitelig i homogene bløte leirer Mindre variasjon i poretrykk enn i spissmotstand for kvikkleirelaget Measured point resistance, q c [MPa] 15 10 5 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 Depth, z [m] 15 10 5 0 0 Measured pore pressure, u 2 [kpa] 200 400 600 800 1000 1200 1400 Depth [m] 15 10 5 0 0 Undrained shear strength in compression, su C [kpa] 20 40 1% 1% 60 0.5% 80 100 suc, NDu=f(Bq)=1+7.5Bq - local correlation suc = Du2/(8.2-4,5logOCR) suc, NC, 0,3 po' (u hydrostatic) suc,cauc, block sample NGI - peak value suc,cauc, 54 mm MC - peak value sup,caup, 54 mm MC - peak value 1% 0.4% Skjærstyrke fra CPTU som funksjon av poretrykks-forhold: 20 25 20 5 25 20 25 S u = f(b q ) B q = Δu/q n 35 30 40 CPTU 816 CPTU 817 CPTU 818 CPTU 820 CPTU 823 CPTU 826 CPTU 827 CPTU 829 CPTU 846 CPTU 1 CPTU 4 CPTU 5 CPTU 9 CPTU 11 Spissmotstand 30 35 40 CPTU 816 CPTU 817 CPTU 818 CPTU 820 CPTU 823 CPTU 826 CPTU 827 CPTU 829 CPTU 846 CPTU 1 CPTU 4 CPTU 5 CPTU 9 CPTU 11 Poretrykk 25
Ny E6 Trondheim Dagsone vest Tolkning av skjærstyrke Avanserte treaksialforsøk på ø250 mm blokkprøver Poretrykksbasert tolkning av skjærstyrke fra CPTU: s C uc = Δu/N Δu ] stress, max [kpa Shear 60 50 40 30 20 Parallel CAUC test on 54 mm & block sample Lokale korrelasjoner 10 (sammenhenger) utviklet mellom laboratoriemålt og tolket CPTU 0 skjærstyrke Effective radial stress, σ' r, [kpa] Bruk av disse sammenhengene ble benyttet for bestemmelse av skjærstyrke i alle lag Block sample 54 mm sample 0.5 % 1 % 1.5 % 2% 4 % 6 % 10 % 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 26
Ny E6 Trondheim Dagsone vest 27 s u : silt/kvikkleire s u : silt/leire
Oppsummering CPTU i kvikkleire Ny E6 Trondheim Dagsone vest Kombinert bruk av høykvalitet prøvetaking og CPTU gav mer pålitelig parameterbestemmelse CPTU tolkning basert på målt poretrykk var best egnet i den bløte, kvikke leiren (men: krever mettet poretrykksmåler) Utvikling av lokale sammenhenger mellom CPTU data og laboratoriemålt styrke på blokkprøver ble gjennomført Eksempel på prosjekt som krever samspill og god kommunikasjon mellom saksbehandler og feltpersonell: Høye kvalitetskrav i alle ledd Kompliserte grunnforhold, viktig å kartlegge variasjoner i forholdene CPTU var velegnet til dette 28