Langtidseffekten af kalkstabilisering af ler

Transkript

1 Langtidseffekten af kalkstabilisering af ler Bachelor projekt 2011 Udarbejdet af: Camilla Milling s Ditte Høybye s Vejledere: Anette Krogsbøll. Institut for byggeri og anlæg, DTU Morten Vanggaard. Skude & Jacobsen

2 1

3 Titelblad Titelblad Titel: Langtidseffekten af kalkstabilisering af ler Projektgruppe: Camilla Milling s Ditte Høybye s Point (ESCT): 15 Oplagstal: Hovedrapport 83 sider Bilag 45 sider Institut: Vejleder: DTU Danmarks Tekniske Universitet, Institut for byggeri og anlæg Anette Krogsbøll og Morten Vanggaard Projektperiode: Afleveringsdato: Dato: Underskrift: Camilla Milling s Ditte Høybye s

4 3

5 Forord Forord Denne rapport er udarbejdet på DTU af s Ditte Høybye og s Camilla Milling. Rapporten er udarbejdet som bachelorprojekt i perioden til Rapporten omhandler langtidseffekten af kalkstabiliseret ler. Prøveudtagning til de foretagne forsøg har fundet sted på grunden for det nye Grønttorv i Høje Taastrup. Projektet er gennemført under vejledning af lektor på DTU Anette Krogsbøll. Desuden har afdelingsleder i geoteknik Morten Vanggaard fra Skude & Jacobsen A/S, assisteret ved prøveudtagning, samt med betragtninger og resultater fra tidligere udførte forsøg. Vi takker af denne grund Anette Krogsbøll og Morten Vanggaard for deres hjælp ved projektet. 4

6 5

7 Læsevejledning Læsevejledning Denne rapport er opdelt i en overordnet hovedrapport, med tilhørende bilag. Herudover er arbejdsbilag i excel format, at finde på den medfølgende CD-rom. I den overordnede rapport findes teori og antagelser for projektet, desuden analyse og vurdering af udførte forsøg samt bestemte resultater. I de vedlagte bilag findes tabeller og grafer over resultater fra de gennemførte forsøg. I denne sammenhæng er de efterfølgende bestemte parametre ligeledes opstillet. Herudover er metodebeskrivelse fra forsøgsgennemgangene at finde sidst i bilagene. Bilagene er opdelt efter den procentvise kalkstabilisering i prøverne. På den vedlagte CD-rom findes alle målinger, resultater og beregninger fra de gennemførte forsøg. Disse er opstillet i excelark. Desuden findes en digital udgave af rapporten. 6

8 7

9 Resumé Resumé Kalkstabilisering er en metode der benyttes til forøgelse af lerets styrke og deformationsegenskaber Metoden har tidligere primært været benyttet i forbindelse med anlægning af veje. Anvendelsen med kalkstabilisering af ler, i forbindelse med fundering af byggerier, er en forholdsvis ny metode i byggebranchen i Danmark. Af denne grund er kalkstabiliseringens langtidseffekt tidligere kun undersøgt i et begrænset omfang. I dette projekt vil langtidseffekten af kalkstabiliseret ler derfor blive undersøgt. Projektet er udarbejdet på baggrund af kalkstabilisering udført på byggegrunden for Copenhagen Markets. Desuden på baggrund af resultater fra tidligere udførte forsøg, gennemført i Grontmij Carl Bros laboratorium, på lerprøver udtaget af afdelingsleder i geoteknik, Morten Vanggaard fra Skude & Jacobsen A/S. I forbindelse med dette projekt har vi udført klassifikationsforsøg, triaxialforsøg og konsolideringsforsøg til sammenligning med de tidligere udførte forsøg. Ud fra forsøgsresultaterne er det konkluderet at kalkens indvirkning på leret, har stor indflydelse på lerets opnåede styrke- og stivhedsegenskaber. Dette skyldes de opnåede bindinger mellem lerpartiklerne, samt lerpartiklernes orientering i forhold til hinanden. I forbindelse med kalkstabilisering af leret øges styrken markant. Det kan dog på baggrund af de gennemførte forsøg, konkluderes, at denne opnåede styrkeforøgelse, reduceres over en toårig periode. Styrken, og hermed bæreevnen af leret, er dog stadig langt større end styrken af den ikke kalkstabiliserede ler. Det er i denne sammenhæng ligeledes vurderet, at årets klimavariation har stor indvirkning på lerpartiklernes bindinger, og herved på den opnåede styrke. Styrken kan derfor antages at svinge over året. Stivheden af leret, opnået i forbindelse med kalkstabiliseringen, er konkluderet at være vedvarende selv ved stor belastning af leret. Den kalkstabiliserede ler deformerer betydeligt mindre ved store lastpåvirkninger end ikke kalkstabiliseret ler. Det er derfor, på baggrund af de gennemførte forsøg muligt at konkludere, at kalkstabiliseringens indvirkning på lerets styrke og stivhed er markant, og har en langtidsvirkning. Herved øges egnethed af leret i forbindelse med byggeri, hvilket desuden er en økonomisk fordel. 8

10 9

11 Summary Summary Lime stabilization is a technique used to increase the strength and deformation properties of clay. The technique has previously mainly been used in connection with construction of roads. In connection with founding of buildings lime stabilization of clay is a relatively new technique in the building industry in Denmark. For the same reason the long term impact of lime stabilization is only limited explored. In the present project the long-term effect of lime stabilization will be studied. The project is based on lime stabilization conducted at the building site Copenhagen Markets. On top of this, results from previous tests done in Grontmij Carl Bros laboratory on clay samples taken by project manager in soil mechanics Morten Vanggaard, Skude & Jacobsen A/S, are used. In this project we have conducted classification tests, triaxial tests and oedometer tests as a standard of reference when comparing with previous tests. Based on the results it is concluded that the way lime act on clay has great influence on the obtained strength and stiffness properties. This is due to the obtained bonds between the clay particles and the clay particles orientation relative to each other. When clay is lime stabilized the strength is improved remarkably. However based on the conducted tests one can conclude that the improved strength is weakened over a 2 year period. In the mean time the strength and the carrying capacity still remains superior compared to the non lime stabilized clay At the same time it is assessed that variations in the climate has huge impact on the bonds between the clay particles and thus on the accomplished strength. The strength of the clay is therefore expected to vary during the year The obtained stiffness of the lime stabilized clay is assessed to remain even under heavy load. The lime stabilized clay deforms way less than the non stabilized clay. Therefore, based on the conducted tests, it can be concluded that lime stabilization of clay significantly improves the strength, stiffness and is long lasting. This makes lime stabilized clay more suitable for the building industry and is at the same time an economical advantage. 10

12 11

13 Indholdsfortegnelse Indholdsfortegnelse 1 Indledning Problemformulering Projektbeskrivelse Baggrundshistorie Tidligere udførte forsøg Prøveindhentning Teori Sætnings- og bæreevneproblemer for fundamenter Kalkstabilisering Historiens anvendelse af kalkstabilisering Kalkstabilisering af veje i Danmark Formål og fordele med kalkstabilisering Sådan udføres kalkstabilisering Ler Kalkens kemiske egenskaber Klassifikation Lerets konsistensgrænser Korndensitet og rumvægt Triaxialforsøg Konsolideringsforsøg Analyse Klassifikation Opsummering Triaxialforsøg Opsummering Konsolideringsforsøg Opsummering Anvendelse af kalkstabilisering i en funderingsteknisk sammenhæng Diskussion

14 Indholdsfortegnelse 6 Fejlkilder Konklusion Referencer Bilag Forsøgsresultater Resultater for 0 % Resultater for 1 % Resultater for 2 % Samlede grafer Tidligere opnåede forsøgsresultater Nivellering Minifaldlodsforsøg og pladebelastningsforsøg Tidligere udførte klassifikationsforsøg og triaxialforsøg Boreprofiler fra Høje Taastrup Arbejdsbilag Metodebeskrivelser Bestemmelse af vandindhold Bestemmelse af korndensitet Bestemmelse af konsistensgrænserne Bestemmelse af mætningsgraden Bestemmelse af poretallet Bestemmelse af kalkindhold og ph-værdi Triaxialforsøg Konsolideringsforsøg

15 1 Indledning 1.1 Problemformulering 1 Indledning Metoden med kalkstabilisering benyttes til forøgelse af lerets deformationsegenskaber og bæreevne. Metoden er en forholdsvis ny metode, og har tidligere primært været benyttet i forbindelse med anlægning af veje, samt ved projekter med relativt små belastningspåvirkninger. Af denne grund er langtidsvirkningen tidligere kun undersøgt i et begrænset omfang. Da langtidsvirkningen er en væsentlig faktor til anvendelse af metoden generelt, for eksempel under fundamenter der medfører stor lastpåvirkning, er det væsentligt at undersøge denne langtidseffekt. I forbindelse med dette projekt tages der udgangspunkt i grunden i Høje Taastrup hvorpå det nye grønttorv, kaldet Copenhagen Markets, skal opføres. Her er kalkstabilisering anvendt. Kalkstabiliseringen blev gennemført i år 2008, og har siden stået uberørt. Herved er det muligt at undersøge langtidseffekten af kalkstabiliseringens indvirkning på leret. Ved projektet er der gennemført et antal klassifikationsforsøg, triaxialforsøg og konsolideringsforsøg. Forsøgene er gennemført på det kalkstabiliseret ler, hvor kalkstabiliseringen er udført med henholdsvis 1 % og 2 % kalkstabilisering. Desuden er forsøgene gennemført på tilsvarende ikke kalkstabiliseret ler. I rapporten er de tre prøvetyper benævnt 0 % kalkstabiliseret ler, 1 % kalkstabiliseret ler og 2 % kalkstabiliseret ler. Resultaterne er sammenholdt med resultater fra tidligere udførte forsøg, gennemført i Grontmij Carl Bros laboratorium. Ved disse forsøg er kalkstabiliseringen udført i laboratoriet umiddelbart inden gennemførsel af forsøgene. 1.1 Problemformulering Formålet med dette bachelorprojekt er at belyse egenskaberne for kalkstabiliseret ler. Herunder at undersøge langtidseffekten af kalkstabiliseringens indvirkning på lerets styrke- og deformationsegenskaber. Desuden at sammenholde resultaterne med egenskaberne for det ikke kalkstabiliserede ler. I forhold til langtidsstyrken sammenholdes rapportens resultater med tidligere udførte forsøg. 14

16 15

17 2 Projektbeskrivelse 2.1 Baggrundshistorie 2 Projektbeskrivelse 2.1 Baggrundshistorie Kalkstabilisering har været kendt fra vejanlægsarbejdet i flere år. Anvendelsen af kalkstabilisering af ler, i forbindelse med fundering af byggerier, er en forholdsvis ny metode i byggebranchen i Danmark. I 2007 blev metoden med kalkstabilisering under bygninger anvendt for første gang. Metoden med kalkstabilisering blev anvendt på byggegruben for Århus logistikcenter. Her blev et byggefelt på m 3 stabiliseret med en tilsætning af 1-3 % kalk. [1-byggeplads.dk] Kalkstabilisering er ligeledes i dag anvendt på byggegrunden til det kommende nye grønttorv. Vores rapport er udarbejdet på baggrund af dette projekt. Rapporten er udarbejdet på grundlaget af tidligere foretagne klassifikationsforsøg, triaxialforsøg, samt minifaldlodsforsøg. Desuden pladebelastningsforsøg og nivelleringsforsøg foretaget i felten af Morten Vanggaard. Desuden har vi i forbindelse med dette projekt udført klassifikationsforsøg, triaxialforsøg og konsolideringsforsøg til sammenligning med de tidligere udførte forsøg. Ved opførslen af det nye grønttorv, kaldet Copenhagen Markets, vil man i denne forbindelse anvende kalkstabilisering til at øge egnetheden af leret. Det nye grønttorv vil blive placeret vest for transportcenteret i Høje Taastrup. På figur 1 ses placeringen af området, hvorpå Copenhagen Markets skal opføres. Det er i dette området vi har indhentet lerprøver til anvendelse ved forsøg. Figur 1: Placering af Copenhagen Markets Det samlede areal for det nye grønttorv er ca m 2 hvoraf byggearealet forventes at have et samlet areal på ca m 2. Det er tanken, at Copenhagen Markets skal består af sammenbyggede sekskanter med et areal på højest m 2. 16

18 2 Projektbeskrivelse 2.1 Baggrundshistorie Af figur 2 ses situationsplanen for Copenhagen Markets. Figur 2: Situationsplan for det nye grønttorv Grunden til, at der ved opførslen af det nye grønttorv er anvendt kalkstabilisering er, at man undgår at skulle køre store mængder uegnet jord bort fra byggepladsen, og desuden skulle køre bedre egnet jord til. Terrænet på byggepladsen er meget kuperet og der er en niveauforskel på ca. 11 meter. Denne forskel er vist på figur 2, hvor det markerede hvide område er højere liggende end det markerede grå område. I forbindelse med dette, kalkstabiliseres leret markeret som det hvide område. Det kalkstabiliserede ler udlægges herefter på det grå område i en tykkelse på ca. fire meter, så niveauforskellen udlignes. Det tilbageværende øverste lag af leret i det hvide område kalkstabiliseres ligeledes. Metoden med kalkstabilisering ses i afsnit Sådan udføres kalkstabilisering. Hvis ikke kalkstabiliseringsmetoden anvendes, forventes det som beskrevet, at store mængder uegnet jord skal køres bort og udskiftes med grus. Det vurderes, at en bortkørsel af ca tons jord kan bespares, hvilke medfører en stor miljømæssig besparelse, i forhold til udledning af CO 2 ved bortkørsel. [2-VVM Screening af etablering af Copenhagen Markets] 17

19 2 Projektbeskrivelse 2.2 Tidligere udførte forsøg 2.2 Tidligere udførte forsøg I slutningen af år 2009 blev byggeprojektet på det nye grønttorv sat i bero. I den forbindelse startede Morten Vanggaard fra Skude & Jacobsen en række forsøg på byggepladsen. Formålet med disse forsøg var at undersøge egenskaberne for kalkstabiliseret ler. I og med at byggeprojektet var sat i bero, havde Morten Vanggaard en mulighed for at undersøge effekten af kalkstabiliseringen af leret. Til dette formål blev der, på byggepladsen i Høje Taastrup opbygget to testfelter. Disse testfelter, samt punkterne for hvor prøveudtagningen og målingerne er udført, ses på figur 3. [4-Skude & Jacobsen] Figur 3: Testfelter med kalkstabilisering Begge testfelter har en højde på ca. 3,5 meter. På testfelt 1 blev der i øverste lerlag stabiliseret med en kalktilsætning på 2 % og 0,3 meter under overfladen blev der stabiliseret med en kalktilsætning på 1,5 %. På testfelt 2 blev der i øverste lag stabiliseret med en kalkstilsætning på 2 %, og 0,3 meter under overfladen blev der stabiliseret med en kalktilsætning på 1 %. I starten af forsøgsperioden blev der udtaget lerprøver til klassifikationsforsøg samt triaxialforsøg. Disse prøver blev sendt til Grontmij Carl Bros prøvelaboratorium i Kolding. Prøverne blev 18

20 2 Projektbeskrivelse 2.2 Tidligere udførte forsøg kalkstabiliseret i laboratoriet. Resultaterne fra klassifikationsforsøgene og triaxialforsøgene foretaget i laboratoriet ses i bilag Tidligere udførte klassifikationsforsøg og triaxialforsøg. Morten Vanggaard har løbende, i den to årige periode, lavet nivelleringsmålinger og minifaldlodsmålinger. Desuden er der i starten af forsøgsperioden udført statiske pladebelastningsmålinger. Resultaterne fra minifaldlodsforsøgene samt de statiske pladebelastningsforsøg for henholdsvis testfelt 1 og 2 ses på figur 4 og 5. Figur 4: Minifaldlods- og statiske pladebelastningsforsøg på felt 1 Figur 5: Minifaldlods- og statiske pladebelastningsforsøg på felt 2 På figur 4 og figur 5 er Mortens resultater opstillet fra de foretagne minifaldlodsmålinger samt statiske pladebelastningsforsøg. Kalkstabiliseringsprocenten for målepunkterne er angivet i overskriften. Minifaldlodsresultaterne angiver det dynamiske E-modul for leret. Navnet på disse er angivet med punktets nummer for, hvor målingen er fortaget. Pladebelastningsmålingerne er udført 19

21 2 Projektbeskrivelse 2.2 Tidligere udførte forsøg i samme punkter, og er derfor markeret med stort A. Resultaterne af pladebelastningsmålingerne angiver det statiske E-modul for leret. Ud fra minifaldlodsforsøgene og pladebelastningsforsøgene er henholdsvis det dynamiske E-modul aflæst for minifaldlodsmålingerne, samt det statiske E-modul for pladebelastningsmålingerne. De dynamiske E-moduler er aflæst for perioden mellem d og d , da disse målinger svarer til samme sæson, hvorpå vores prøver til forsøg er udtaget. De statiske pladebelastningsmålinger er kun foretaget lige efter, at kalkstabiliseringen er udført. Disse værdier er aflæst og samtlige målinger er opstillet i tabel 1. E dyn [MPa] E stat [MPa] 1 % kalk. Felt 2 Punkt % kalk. Felt 2 Punkt 5A 650 1,5 % kalk. Felt 1. Punkt ,5 % kalk. Felt 1. Punkt 6A % kalk. Felt 1. Punkt % kalk. Felt 1. Punkt 1A % kalk. Felt 1. Punkt % kalk. Felt 1. Punkt 2A % kalk. Felt 2. Punkt % kalk. Felt 2. Punkt 3A % kalk. Felt 2. Punkt % kalk. Felt 2. Punkt 4A 750 Tabel 1: Dynamisk- og statisk E-modul Figur 6: Nivellering på felt 1 20

22 2 Projektbeskrivelse 2.2 Tidligere udførte forsøg Figur 7: Nivellering felt 2 På figur 6 og figur7 er Mortens resultater fra nivelleringsmålingerne foretaget over en 2 årig periode opstillet. Betegnelserne over graferne angiver, i hvilken dybde sætningspladerne er opstillet. Ud over nivellering og minifaldlodsmåling er der foretaget vingemålinger. Resultaterne herfra ses i tabel 2. [3-Moe & Brødsgaard] [4-Skude & Jacobsen] Jordtype c v [kpa] 0 % % Tabel 2: Vingemålinger Et udpluk af resultaterne opnået ved triaxialforsøgene i Grontmij Carl Bros prøvelaboratorium er opstillet i tabel 3. De samlede resultater er ligeledes opstillet i bilag Tidligere udførte klassifikationsforsøg og triaxialforsøg Resultater: Triaxialforsøg foretaget i Grontmij Carl Bros prøvelaboratorium på kalkstabiliseret prøve. σ 3 [kpa] 40 (σ 1 σ 3 ) [kpa] 826,5 ε 1 [%] 2,2 c u [kpa] 413,3 E 50 [MPa] 37,5 φ [grader] 65,7 w før [%] 16,1 w efter [%] 21,45 Tabel 3: Resultater fra triaxialforsøg Grontmij Carl Bro 21

23 2 Projektbeskrivelse 2.2 Tidligere udførte forsøg På figur 8 er resultatet af konsistensgrænseundersøgelserne foretaget i Grontmij Carl Bros prøvelaboratorium opstillet. Her ses udviklingen i konsistensgrænserne i forbindelse med kalktilsætningen. De samlede resultater fra forsøgene gennemført i Grontmij Carl Bros prøvelaboratorium er opstillet i bilag Tidligere udførte klassifikationsforsøg og triaxialforsøg. 2% Konsistensgrænser Kalkindhold [%] 1% wl [%] wp [%] 0% w [%] Figur 8: Konsistensgrænser bestemt i Grontmij Carl Bros prøvelaboratorium De bestemte flydegrænser og plasticitetsgrænser er ligeledes opstillet i tabel 4. Prøve 0 % 1 % 2 % w l [kpa] 34,4 44,3 41,5 w p [kpa] 17,9 25,6 27,6 Tabel 4: Konsistensgrænser bestemt i Grontmij Carl Bros prøvelaboratorium Resultaterne fra minifaldlodsmålingerne, pladebelastningsmålingerne og nivelleringsmålingerne, samt resultaterne fra triaxialforsøget og bestemmelserne af konsistensgrænserne vil blive sammenholdt med vores resultater fra foretagne forsøg i forbindelse med udfærdigelsen af denne rapport. Herved undersøges langtidseffekten af kalkstabiliseringen af leret. 22

24 2 Projektbeskrivelse 2.3 Prøveindhentning 2.3 Prøveindhentning Som beskrevet i afsnit 2.2 Tidligere udførte forsøg, blev der til undersøgelse af langtidseffekten af det kalkstabiliserede ler opført to testfelter. Billeder af disse testfelter er vist i figur 9. Figur 9: Testfelterne På figur 9 ses det, at der forekommer erosion på felternes sider. Dette skyldes, at kalkstabiliseringen får leret til at virke vandafvisende. Såfremt leret på byggepladsen ikke er vandmættet, forventer vi, at det vil være svært at vandmætte dette. For at kunne vurdere og sammenligne forsøgsresultaterne opnået af Morten Vanggaard i forbindelse med nivelleringsmålingerne, minifaldlodsforsøgene og pladebelastningsforsøgene, med resultaterne fra vores gennemførte forsøg er vores jordprøver udtaget i samme punkter på de to testfelter, som Morten Vanggaards målinger er udført i. Prøverne blev optaget den 9. februar 2011 og har fået følgende navngivning. Kalktilsætning Prøve navn Beskrivelse 0 % Punkt 0A Udtaget uden for kalkstabiliseret test felt 0 % Punkt 0B Udtaget uden for kalkstabiliseret test felt 1 % Punkt 5A Udtaget på felt 2 ved 0,3 meter under JOF 1 % Punkt 5B Udtaget på felt 2 ved 0,3 menter under JOF 2 % Punkt 6A Udtaget på felt 1 ved JOF 2 % Punkt 6B Udtaget på felt 1 ved JOF Tabel 5: Navngivning af jordprøver Prøverne blev indhentet på henholdsvis punkt 0, 5 og 6. Placeringen af disse punkter er angivet på figur 3. Formålet med prøveoptagningen var at optage jordprøver til udførelse af konsolideringsforsøg, triaxialforsøg og klassifikationsforsøg. 23

25 2 Projektbeskrivelse 2.3 Prøveindhentning Til klassifikationsforsøgene blev der i alt optaget seks B-rørsprøver. Billeder fra indhentningen af disse prøver ses på figur 10. Figur 10: Prøveindhentning af B-rør Der blev i alt optaget to B-rørsprøver for det 0 %, 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler. I forbindelse med udtagning af de 1 % og 2 % kalkstabiliserede prøver måtte prøverøret, som var monteret for enden af en borestamme, hamres i leret med en hammer. Disse prøver var meget svære at udtage, da leret var meget hårdt. For det 0 % kalkstabiliserede ler var det forholdsvis nemt at udtage prøven. De udtagne B-rørsprøver blev lukket med plastikpropper og tapet til. På rørene blev dato og prøvenavn noteret. Figur 11: Prøveindhentning på intaktjordprøve Til konsolideringsforsøg og triaxialforsøg blev der i alt udtaget tre intakte prøver, kaldet kerneprøver. Billeder fra udtagningen af disse prøver ses på figur

26 2 Projektbeskrivelse 2.3 Prøveindhentning Disse prøver blev udtaget ved siden af de seks B-rørsprøver. Kerneprøverne skulle have en størrelse, så det var muligt at udtage prøver til konsolideringsforsøg på 30x60 mm, samt til triaxialforsøg på 70x70 mm. Prøverne blev pakket tæt i prøveposer og transporteret forsigtigt til laboratoriet, for således at undgå eventuelle beskadigelser af prøverne. De intakte prøver med 1 % og 2 % kalkstabilisering var ligesom ved prøveudtagningen af B-rørsprøverne svære at udtage. Vi finder derfor ved prøveudtagningen kalkstabiliseringens påvirkning af leret meget tydelig. 25

27 3 Teori 3.1 Sætnings- og bæreevneproblemer for fundamenter 3 Teori 3.1 Sætnings- og bæreevneproblemer for fundamenter Sætnings- og bæreevneproblemer opstår som følge af en ydre påvirkning af jorden. Bæreevnen af en jordtype afhænger af jordens styrke, hvorimod deformationen, det vil sige sætningen af en jordtype, afhænger af jordens stivhed. [5-DGF] Ved opførsel af et fundament belastes den underliggende jord. Herved opstår der lodrette og vandrette spændinger i jorden. De lodrette spændinger er størst lige under fundamentet, mens de aftager med dybden. De største sætninger er derfor at finde i de øverste jordlag. De lodrette og vandrette spændinger i jorden vil stige i takt med, at belastningen af jorden øges. Denne spændingstilvækst fremkalder tøjninger. De lodrette spændinger fører til lodrette tøjninger, mens de vandrette spændinger fører til vandrette tøjninger. I og med at de vandrette spændinger øges, øges ligeledes forskydningsspændingerne i jorden. I forbindelse med tøjningstilvæksten i jorden, vil deformationerne af jorden stige, det vil sige, at der kommer større og større sætninger. Når spændingerne i jorden når grænsen for jordens brudbetingelse, vil der opstå brud i jorden. Herved vil jorden omkring fundamentet presses bort, og skubbes op ved siden af fundamentet. Dette vil medføre at fundamentet presses ukontrollabelt ned i jorden. Før brudgrænsen i jorden nås, vil der normalt være opstået betydelige sætninger. Brudbæreevnen, eller blot bæreevnen, er den øvre grænse for den belastning, der kan påføres jorden, inden denne går i brud. [N. K. Ovesen et al., 2009] I forbindelse med belastning af leret vil bindingerne mellem lerpartiklerne og porevandet brydes, hvorved porevandet vil bortdræne. Denne bortdræning, også kaldet konsolidering, kan give store deformationer af leret, og er af denne grund også årsagen til, at der kan forekomme store sætninger. Ved undersøgelse af en lertypes deformationsegenskaber er belastningshistorien en vigtig faktor. Dette skyldes, at en forkonsolideret ler tidligere har været belastet af en større last end in-situ belastningen. Da leret ikke har opsuget den samme mængde vand ved aflastningen, som der blev bortdrænet i forbindelse med konsolideringsprocessen, vil leret deformere mindre i den forkonsoliderede tilstand end i normalkonsolideret tilstand. Jo færre deformationer der forekommer i leret i forbindelse med en spændingsændring, des stivere vil leret være. Bæreevnen afhænger af styrken af leret og dermed af styrkeparametrene. [N. K. Ovesen et al., 2009] 26

28 3 Teori 3.2 Kalkstabilisering 3.2 Kalkstabilisering Historiens anvendelse af kalkstabilisering Anvendelsen af brændt kalk til stabilisering af en jordtype er en metode som har været kendt i årtusinder. Ler alene har været brugt som bindemiddel til blandt andet, i sin tid, at bygge små huse. Ler alene som bindemiddel har dog ingen høj styrke og vil nedbrydes ved regn. Allerede i år 4000 f. Kr., blev man bekendt med kalkens evne til at binde leret sammen. Her byggede egypterne deres pyramider med en blanding af kalk og ler. Senere gjorde romerne og grækerne sig den opdagelse, at en blanding af vulkanaske og brændt kalk fremkaldte et hydraulisk bindemiddel. Med dette bindemiddel kunne de, ved blanding med vand, opnå en hærdning af materialet. Romerne brugte dette materiale til vejbygning, da de herved kunne opnå mere anvendelige veje. Vejene var efterfølgende ikke længere plørede og ufremkommelige. Ligeledes brugte de den hærdende blanding til bygninger, hvorved de kunne opføre større og bedre konstruktioner. [6 - wikipedia & Struktoerogbrolaegger] Kalkstabilisering af veje i Danmark Allerede i 1970 erne blev der i Danmark lavet de første forsøg med kalkstabilisering til vejanlæg. Metoden blev dog aldrig rigtig indført til generel anvendelse. Først inden for de seneste år har Vejdirektoratet opnået gode erfaringer fra forsøg på de danske veje. I Danmark har det taget længere tid end i andre europæiske lande, før metoden med kalkstabilisering i forbindelse med vejbygning er taget i anvendelse. Dette skyldes, at der i Danmark er store resurser af sand og grus, hvilket benyttes til underbundsforstærkning. I dag er der dog blandt andet udført kalkstabiliseringsforsøg på motorvejen mellem Odense og Ringe, samt motorvejen mellem Ønslev og Sakskøbing. [7- Samling af artikler] Formål og fordele med kalkstabilisering Formålet med kalkstabilisering af vejanlæg er at spare på forbruget af råstoffer, skåne miljøet, samt øge vejens levetid. Fordelene med kalkstabilisering er mange. Først og fremmest kan man som nævnt spare på råstofferne. Dette skyldes, at man kan nøjes med en mindre bundsikring i form af sand og grus. I og med at man kan spare på forbruget af råstoffer, vil man ligeledes mindske transporten til og fra vejanlægget med uegnet jord og bedre egnet sand og grus. Desuden reduceres behovet for gravearbejdet. Da dette er tilfældet kan de økonomiske omkostninger reduceres væsentligt. Disse besparelser er langt større end omkostningerne i forbindelse med kalkstabiliseringen. En væsentlig 27

29 3 Teori 3.2 Kalkstabilisering 3.3 Ler reduktion af transport til og fra området vil ligeledes reducere CO 2 udslippet, hvilket dermed er en miljømæssig fordel. [7- Samling af artikler] Sådan udføres kalkstabilisering Kalkstabilisering udføres ved at tilsætte lerjord brændt kalk. På de områder, som skal kalkstabiliseres, anvendes en spredevogn med kalk. Spredevognen er lavet specielt til dette formål, hvilket medfører, at en præcis dosering opnås. Desuden nedsættes risikoen for, at kalken støver, hvilket er et problem, da kalken er meget basisk. Efterfølgende fræses arealet med en fræsemaskine til den valgte dybde. Straks efter fræsningen komprimeres jorden og laget afrettes med fals så nedbør ledes væk fra det stabiliserende lag. Er området meget vådt, kan kalken, inden nedfræsning, ligge kort på jordoverfladen, så en del af fugten optages. [7- Samling af artikler] 12: Spredevogn og fræsemaskine Figur 13: Varmeudvikling ved kalkstbilisering På figur 12 og 13 ses billeder fra udførslen af kalkstabiliseringen ved Århus logistikcenter. På figur 13 ses en kraftig damp, som skyldes varmeudviklingen. [8 brdr-ikast] 3.3 Ler Egenskaberne for en jordtype afhænger i høj grad af jordens struktur, og mineralogiske sammensætning. Ler er en uorganisk jordart, og består overvejende af mineraler dannet kemisk ved omdannelse af silikatholdige mineraler eller udkrystallisering. [B. Thagesen et al., 1998] 28

30 3 Teori 3.3 Ler Ler har en laggitterstruktur, hvilket skyldes, at lerkornene normalt er pladeformede eller stavformede. Denne form på lerkornene kommer af lermineralernes opbygning, der ligeledes har en laggitterstruktur. [N. K. Ovesen et al., 2009] En af de vigtigste egenskaber ved ler er, udover dennes struktur, evnen til at binde vand. Vandmolekylerne kan være bundet til krystallagene og på lerets ydre overflade. Des mere vand der er bundet til krystallagene, des svagere bliver gitteret, og altså lerets styrkeegenskaber. Sammen med vandmolekylerne er der bundet ioner. Lerpartiklernes overflade er negativt ladet og tiltrækker derfor positivt ladede ioner. Kanterne på lerpartiklerne kan være positivt ladede, hvorved de kan tiltrække negativt ladede ioner. De positive og negative ioner bevirker, at der er både tiltrækkende og frastødende kræfter i lergitteret. På grund af de frastødende og tiltrækkende kræfter mellem lerpartiklerne, er disse i vekselvirkning med hinanden. Hvis de positive ioner på leroverfladen erstattes af positive ioner med højere valens, bliver de tiltrækkende kræfter øget. Forskydningsstyrken i ler er hovedsaglig forårsaget af de tiltrækkende kræfter mellem lerpartiklerne. Dette skyldes, at det er de tiltrækkende kræfter, der binder lerpartiklerne sammen. Af denne grund kaldes ler også for kohæsionsjord. [B. Thagesen at al., 1998] Når ler dannes, er det de tiltrækkende og frastødende kræfter, der får lerpartiklerne til at orientere sig i forhold til hinanden. Hvis de tiltrækkende kræfter er meget dominerende, vil leret have tendens til at flokkulere. Hvis det er de frastødende kræfter, der dominerer, vil leret dispergere. En optegning af disse strukturer ses i figur 14. Figur 14: Lerstrukturer Lerets struktur har stor indflydelse på dettes egenskaber. En lerart med flokkuleret struktur, har en større stivhed end en lerart med dispergeret struktur, også selvom disse har samme poretal. De fleste lerarter består dog af en blanding af flokkuleret og dispergeret struktur. Omrøring af ler med flokkuleret struktur kan medføre nedbrydning af denne struktur, og altså medfører en svækkelse af lerets stivhed. [B. Thagesen et al., 1998] 29

31 3 Teori 3.3 Ler 3.4 Kalkens kemiske egenskaber Ler opfører sig ligeledes forskelligt, alt efter om dette er drænet eller udrænet. For udrænet ler, er friktionsvinklen, φ u, lig nul, og kohæsionen c u er derfor lig den udrænede forskydningsstyrke. For drænet ler, betegnes kohæsionen den effektive kohæsion c. Den effektive friktionsvinkel, φ, er ikke lig nul, og der er derfor, udover et bidrag fra den effektive brudspænding, ligeledes et bidrag fra φ i udtrykket for forskydningsstyrken. Det er vigtigt at kende til forskydningsstyrken af en jordart, da brud i jord som oftest forekommer, fordi en jordmasse forskydes i forhold til en anden. Styrken og dermed bæreevnen af en jordtype afhænger altså at forskydningsstyrken, og hermed styrkeparametrene givet ved friktionsvinklen og kohæsionen. [N. K. Ovesen et al., 2009] Styrkeegenskaberne i en fed lerart kan forbedres ved kalkstabilisering. Hvad denne forbedring skyldes beskrives i afsnit 3.4 Kalkens kemiske egenskaber, omhandlende kalkens kemiske egenskaber i forbindelse med leret. 3.4 Kalkens kemiske egenskaber Calcium har den kemiske betegnelse, Ca og er det 20. grundstof i det periodiske system. Calcium er et jordalkalimetal og er derfor meget basisk. [R. Chang, 2008] Calcium reagerer både med atmosfærisk luft og vand. I naturen findes kalk derfor kun i kemiske forbindelser med andre stoffer, ofte på formen calciumcarbonat, CaCO 3. Calciumcarbonat er hovedandelen af kalksten, marmor og kridt. [9- GM kalkstabilisering] Kalken, der bruges til kalkstabilisering af lerholdig jord, er brændt kalk. Brændt kalk har densiteten 3,35 g/cm 3. Ved opvarmning af calciumcarbonat til op mellem 1100 grader og 1300 grader, frigøres der kuldioxid CO 2 fra calciumcarbonaten, og der efterlades brændt kalk CaO. Dette er en endoterm kemisk proces, hvilket vil sige, at der optages varme ved reaktionen. [R. Chang, 2008][9- GM kalkstabilisering][10- CaO] CaCO s) CaO( s) CO ( g) 3 ( + 2 brændt kalk Den brændte kalk hydreres meget nemt, hvorved der dannes læsket kalk Ca(OH) 2. CaO s) + H O Ca( OH ) ( aq) + Varme ( 2 2 Det er denne proces, der forløber, når den brændte kalk kommer i kontakt med det fede, vandholdige ler. Ved processen er der, som beskrevet, en kraftig varmeudvikling. Både hydreringen 30

32 3 Teori 3.4 Kalkens kemiske egenskaber 3.5 Klassifikation af den brændte kalk, samt den kraftige varmeudvikling ved processen, er med til at tørre lerjorden ud. Dette er en fordel, når der er tale om fed, vandholdig ler, hvor det er det høje vandindhold der er et problem for lerets deformationsegenskaber. [9- GM kalkstabilisering] Da den brændte kalk er meget basisk, medfører tilsætningen af kalken til lerjorden ligeledes, at ph værdien af jorden bliver meget høj. Ofte med en ph-værdi over 12. Denne høje ph-værdi får lermineralerne til at reagere med silikaterne i jorden. I forbindelse med dette absorberer de negativt ladede leroverflader de positivt ladede calciumioner. Dette får partiklerne til at koagulere, hvilket vil sige, at de stivner og samles. Som beskrevet i afsnittet om ler, bliver de tiltrækkende kræfter i lerpartiklerne øget, hvis positive ioner erstattes af positive ioner med højere valens. Det vil sige, at de tiltrækkende kræfter ved kalkstabilisering øges, da de positivt ladede calciumioner bindes til den negativt ladede partikeloverflade. De større tiltrækkende kræfter medfører en øget flokkulering af leret, hvilket som tidligere nævnt også øger stivheden af leret. [9- GM kalkstabilisering][b. Thagesen et al., 1998] Både flokkuleringen af leret samt reduceringen af vandindholdet er med til at gøre leret mere løst og porøst. Dette gør alt sammen jorden nemmere og hurtigere at bearbejde og komprimere, hvorved arbejdssæsonen for jordarbejdet kan forlænges. [9- GM kalkstabilisering] Hvis der tilsættes mere kalk end der kan optages på lerpartiklernes overflade, som beskrevet tidligere, vil calciumionerne reagere med lermineralernes silikater og aluminater, hvilket med tiden vil føre til dannelse af cementlignende produkter. Hermed vil leret virke cementstabiliseret. [B. Thagesen et al., 1998] Grunden til, at man ikke i stedet for kalkstabilisering benytter den kendte metode cementstabilisering skyldes, at det ikke er muligt at udføre cementstabilisering på ler. Dette kan ikke lade sig gøre, da leret ikke så let blandes med cementen. [B. Thagesen et al., 1998] 3.5 Klassifikation Når man taler om klassifikation af jord, taler man om måder, hvorpå jorden inddeles efter karakteristiske kendetegn. Efter en klassifikation af en jordart, kan man på baggrund af denne beslutte, hvordan jorden må håndteres. Ved klassifikation af en jordart bestemmes jordens struktur og tilstand. Videre klassifikationsbestemmelser, såsom vandindhold og densitet, kan give en dybere forståelse for jordens egenskaber. [B. Thagesen et al., 1998][N. K. Ovesen et al., 2009] 31

33 3 Teori 3.5 Klassifikation Lerets konsistensgrænserr Kornstørrelsen har stor betydning for lerets egenskaber. Ler består primært af et finkornet mineral, med kornfraktionerne på en diameter under 0,002 mm. Da leret består af fine korn har dette en bedre evne til at binde vand. Ved konsolidering af leret kan denne overgå fra at være flydende til at være plastisk. Denne plasticitetsgrænse forekommer ved et vist vandindhold alt efter hvilken type ler der er tale om. Lerets nedre plasticitetsgrænse kaldes udrulningsgrænsen, mens den øvre plasticitetsgrænse kaldes flydegrænsen. Forskellen på disse to vandindhold kaldes plasticitetsindekset. Konsistensgrænserne ses på figur 15. [N. K. Ovesen et al., 2009] Figur 15: Lers konsistensgrænser Flydegrænsen og plasticitetsgrænsenn bestemmes begge ved laboratorieforsøg. Flydegrænsen bestemmes ved Casagrandeforsøg og faldlodsforsøg, mens man ved udrulning af en prøve på 3 mm finder den øvre plasticitetsgrænse, netop der hvor prøven smuldre. Ved et vandindhold højere end flydegrænsen er leret i flydetilstand, mens det ved et vandindhold mellem den nedre og øvre plasticitetsgrænse er i en plastisk tilstand. I denne tilstand vil leret beholde sin deformerede form efter relative små trykpåvirkninger. Falder vandindholdet yderligere, opnår leret en halvfast eller fast konsistens. For en meget plastisk jord gælder der, at selv om der sker betydelige ændringer i vandindholdet, forbliver jorden plastisk. Det skyldes, at en meget plastisk jord har et stort plasticitetsindeks. På figur 16 ses, hvorledes en lerart kan karakteriseres, samt graden af hvor plastisk en lerart, der er tale om. Dette vurderes på baggrund af den øvre flydegrænse samt plasticitetsindekset. [B. Thagesen et al., 1998][N. K. Ovesen et al., 2009] 32

34 3 Teori 3.5 Klassifikation Figur 16: Casagrandes diagram Vi forventer, at kalkstabilisering af ler har en indvirkning på lerets konsistensgrænser. Dette skyldes, som beskrevet i afsnittet 3.4 Kalkens kemiske egenskaber, at vandindholdet mindskes ved processen med tilsætning af brændt kalk til leret. Den nedre plasticitetsgrænse for kalkstabiliseret ler, forventer vi derfor at forekomme ved et højere vandindhold. Hvordan tilsætningen af kalk påvirker flydegrænsen for leret er umiddelbart ikke til at forudsige, men vi formoder at plasticitetsindekset bliver mindre Korndensitet og rumvægt En jordart kan inddeles i tre faser. Disse tre faser er jordens andel af luft, vand og tørstof. Denne inddeling ses på figur 17. Figur 17: Grundlæggende definitioner af jordens trefasesystem Jordens porevolumen angives ved poretallet, og er givet som forholdet mellem porevolumen og kornvolumen. Poretallet er altså et mål for lejringstætheden i jorden. Sammensætningen af et kornmateriale har en vigtig betydning for korndensiteten. Dette skyldes, at jordens densitet afhænger af hvor kompakt denne jord er. På baggrund af densiteten findes jordens rumvægt. Vandindholdet i jord er defineret ved vægtforholdet mellem vand og korn. Hvis porerne er helt luftfyldte, siges jorden at være tør. Hvis porerne er helt vandfyldte, er jorden mættet. Indholdet af vand i jordens pore kaldes mætningsgraden. Denne er angivet ved volumenforholdet mellem 33

35 3 Teori 3.5 Klassifikation 3.6 Triaxialforsøg vandvolumen og porevolumen. Er mætningsgraden lig 1 er jorden fuldstændig vandmættet, og er mætningsgraden 0 er jorden helt tør. [B. Thagesen et al., 1998][N. K. Ovesen et al., 2009] I forbindelse med kalkstabiliseringen forventer vi, at vandindholdet i leret falder. Denne antagelse bygger på kalkens effekt på leret, beskrevet i afsnit 3.4 Kalkens kemiske egenskaber. Her beskrives det, at hydreringen af den brændte kalk, samt den kraftige varmeudvikling i forbindelse med kalkstabiliseringen, medfører at lerjorden tørrer ud, hvorved vandindholdet må falde. 3.6 Triaxialforsøg Forskydningsstyrken for en jordtype har stor betydning for jordens styrke. Dette skyldes, at brud i jord som regel sker ved, at en jordmasse forskydes i forhold til en anden. Forskydningsstyrken af en jordtype bestemmes ud fra styrkeparametrene, der bestemmes ved triaxialforsøg i laboratoriet. [N. K. Ovesen et al., 2009] Ved triaxialforsøg belastes en jordprøve med en aksialsymmetrisk spændingstilstand, hvor den største hovedspænding er den lodrette hovedspænding, σ 1, mens den mindste hovedspænding er den vandrette hovedspænding, σ 3. Triaxialforsøget består af to faser. Fase 1 er enten konsolideret eller ukonsolideret, og fase 2 er enten drænet eller udrænet. Hermed er der mulighed for at udføre forskellige typer af triaxialforsøg. Ved triaxialforsøg med ler udføres der normalt enten CD forsøg (konsolideret-drænet) eller CU forsøg (konsolideret-udrænet). [N. K. Ovesen et al., 2009] Ved CD forsøg med ler skal forsøget udføres meget langsomt, da poretrykket i lerprøven ellers ikke når at bortdræne. På figur 18 ses den generelle optegning af spændingsvejene, brudbetingelsen, samt arbejdskurverne for henholdsvis normalkonsolideret og forkonsolideret ler. Da poretrykket er nul gennem hele forsøget, fordi poretrykket bortdrænes, er spændingsvejene vandrette. 34

36 3 Teori 3.6 Triaxialforsøg Figur 18: Konsolideret drænet triaxialforsøg med ler For at brudbetingelsen kan optegnes, og hermed den effektive kohæsion og effektive friktionsvinkel beregnes, skal der udføres flere triaxialforsøg af samme materiale, men ved forskellige kammertryk. Hvis dette ikke er tilfældet, og der kun udføres et triaxialforsøg, er det nødvendigt at antage, at den effektive kohæsion er nul, og hermed tvinge brudbetingelsen gennem origo. En anden mulighed er at give et kvalificeret gæt på friktionsvinklen, og optegne brudbetingelsen ud fra denne. Den effektive kohæsion, c bestemmes herefter ud fra den valgte optegning af brudbetingelsen. [N. K. Ovesen et al., 2009] Ved CU forsøg er anden fase af triaxialforsøget udrænet. Ved brud i prøven svarer deviatorspændingen til den dobbelte udrænede forskydningsstyrke. Volumentøjningen er nul i anden fase. Anden fase kan gennemføres på flere forskellige måder. Ved den konventionelle måde, holdes kammertrykket konstant uden poretryksmåling. Eftersom poretryksændringen ikke er kendt, er σ 3 det heller ikke. Hermed er det kun muligt at bestemme den udrænede forskydningsstyrke. Hvis poretrykket derimod måles ved CU forsøget, er σ 3 kendt, og spændingsvejen kan optegnes. Hermed er det muligt både at bestemme den effektive kohæsion og effektive friktionsvinkel. Det generelle eksempel på optegningen af spændingsvejene, brudbetingelsen, samt arbejdskurverne for CU forsøget med poretryksmåling ses på figur 19. [N. K. Ovesen et al., 2009] 35

37 3 Teori 3.6 Triaxialforsøg Figur 19: Konsolideret udrænet triaxialforsøg med ler En anden måde, hvormed den udrænede forskydningsstyrke af et materiale kan undersøges, er ved vingemåling. Ved vingemåling måles vingestyrken c v. Denne sættes dog lig den udrænede forskydningsstyrke c u, da forstyrrelserne i leret ved prøveoptagning til triaxialforsøg ikke afviger meget i forhold til nedpresningen af vingen i leret. Ved vingemåling presses vingen mindst to gange vingens højde ned i et borehul, hvorefter den langsomt og jævnt drejes rundt. Vingestyrken bestemmes dernæst ud fra det målte vridningsmoment. [N. K. Ovesen et al., 2009] På arealet i Høje Taastrup er der tidligere udført vingemålinger, samt optaget prøver til triaxialforsøg. Det tidligere udførte triaxialforsøg er udført på en ikke vandmættet prøve. Forsøget er desuden udført ved et kammertryk på 40 kpa, hvilket omtrent svarer til in-situ spændingerne i jorden. Da prøven langtfra var vandmættet, medførte dette, at der ikke var stor forskel på de effektive spændinger og de totale spændinger i prøven. Hermed er det muligt at antage, at spændingsvejen for prøven er tilnærmelsesvis vandret indtil brud. Ved forsøget var ventilen i triaxialapparatet åben. Prøven havde derved mulighed for bortdræning af porevand og poreluft. Forsøget kan derfor tolkes som et drænet forsøg, hvorved de effektive styrkeparametre kan udledes. Ved forsøgene blev poretrykket dog ikke målt. Volumenændringen gennem forsøget blev derfor målt i stedet. Dette blev gjort ved at forbinde ventilen med en vægt gennem en plastslange opfyldt med vand. Ved opstået overtryk fra poreluften eller forsøg på bortdræning af porevand, ville volumenændringen blive målt ved at vandet fra plastslangen ville være blevet presset over på vægten. Hvis der ikke forekommer nogen volumenændring, kan forsøget antages at være udrænet, da intet vand eller luft presses ud af prøven. Dermed er det muligt at bestemme prøvens udrænede forskydningsstyrke, c u. 36

38 3 Teori 3.6 Triaxialforsøg 3.7 Konsolideringsforsøg Ved det tidligere udførte triaxialforsøg, er der ikke udført flere forsøg af samme prøvetype, ved forskellige kammertryk. Dette medfører, at optegningen af brudbetingelsen og tolkningen af styrkeparametrene må foregår som beskrevet tidligere i afsnittet. Ved triaxialforsøg er det ud over at bestemme styrkeparametrene for leret, muligt at bestemme elasticitetsmodulerne. Elasticitetsmodulerne for leret beskriver lerets evne til at modstå deformationer ved kraftpåvirkning. Jo højere et E-modul leret har, des stivere vil leret virke. E-modulet bestemmes som en spændingsændring i forhold til en tøjningsændring. Af denne grund er det muligt at bestemme E-modulet for leret i forbindelse med gennemførsel af triaxialforsøg. E- modulet bestemmes ud fra oplasttrinnene på arbejdskurven. Her kan E- modulet bestemmes ved at fastlægge halvdelen af brudspænding, og herefter bestemme sekanthældningen på det overliggende stykke af arbejdskurven. De bestemte elasticitetsmoduler for første og andet oplasttrin på arbejdskurverne benævnes E 50 og E 50,ur. Ud over at bestemme E-moduler ved triaxialforsøg i laboratoriet, kan E-moduler bestemmes i felten ved gennemførsel af statiske pladebelastningsforsøg, samt dynamiske minifaldlodsforsøg. E- modulerne bestemt på denne måde betegnes E stat og E dyn. [11- wikipedia. E-modul][B. Thagesen et al., 1998] I forbindelse med dette projekt, er de gennemførte triaxialforsøg udført på samme måde som det tidligere udførte triaxialforsøg. Hermed er sammenligning af resultaterne fra forsøgene udført i forbindelse med dette projekt, og resultaterne fra det tidligere udførte triaxialforsøg, mulig. I denne sammenhæng kan de, fra forsøgene, udledte styrkeparametre, c og φ, ligeledes sammenholdes. Langtidseffekten kan på denne måde undersøges. E-moduler bestemt ved laboratorieforsøg, kan sammenholdes med E-modulerne bestemt i felten. 3.7 Konsolideringsforsøg Ved opførsel af et byggeri overføres bygningens vægt til de underliggende jordlag, herved sammentrykkes jordlagene. Som beskrevet i afsnit 3.1 Sætnings- og bæreevneproblemer for fundamenter, vil denne belastning af leret medfører, at nogen af bindingerne mellem det bundne vand på lerpartiklerne og lerpartiklerne brydes. Dette medfører en bortdræning af vandet, hvilket kan føre til store sætningsproblemer. Processen med bortdræning af porevandet kaldes som tidligere beskrevet konsolidering. [N. K. Ovesen et al., 2009] Ved konsolideringsforsøg bestemmes de endimensionelle deformationer af en lerprøve, opnået over et tidsforløb. Disse deformationer opstår som følge af en tøjningsudvikling i prøven forårsaget af de påførte spændingsændringer. 37

39 3 Teori 3.7 Konsolideringsforsøg Resultaterne af disse forsøg kan herefter give en idé om, hvilke deformationer der kan forventes at forekomme, ved opførsel af et byggeri på en grund med denne lertype. [DGF s Laboratoriekomité, 2001] Ved optegning af den bestemte sætning af en prøve i forhold til tiden, ved et givent lasttrin, bestemmes en tidskurve for dette lasttrin. Af tidskurverne for de enkelte lasttrin fremgår den primære konsolideringsfase, samt krybningsfasen. Tøjningen i prøven ved 100 % primær konsolidering kaldes ε 100. De sammenhørende ε 100 -værdier og effektive spændinger, for de gennemførte lasttrin, optegnes herefter som lerprøvens arbejdskurve. Ud fra arbejdskurven for en normalkonsolideret ler kan tøjningsindekset, Q, bestemmes som dekadehældningen af stamkurven. Tøjningsindekset benyttes i forbindelse med sætningsberegninger af normalkonsolideret ler. For forkonsolideret ler benyttes konsolideringsmodulet, K, i forbindelse med sætningsberegninger. Konsolideringsmodulet angiver forholdet mellem spændingsændringen og tøjningsændringen. Hermed angiver K-modulet hældningen af arbejdskurven i en (σ,ε) afbildning. Af arbejdskurverne kan forbelastningsspændingen, σ pc, ligeledes aflæses. Forbelastningsspændingen aflæses som den spænding på arbejdskurven, hvorved leret går fra at deformeres langs en genbelastningsgren, til at deformere langs sin stamkurve. På figur 20 er en generel arbejdskurve for henholdsvis normalkonsolideret og stærkt forkonsolideret ler vist. På arbejdskurven til venstre for den normalkonsoliderede ler er forbelastningsspændingen angivet. [DGF s Laboratoriekomité, 2001][N. K. Ovesen et al., 2009] Figur 20: Arbejdskurver for normalkonsolideret og stærkt forkonsolideret ler. Normalt tilsættes prøven vand, når denne er placeret i konsolideringsapparatet. Hermed mindskes poreundertrykket, der er opstået ved prøveoptagning. Prøven vil i denne situation forsøge at udvide 38

40 3 Teori 3.7 Konsolideringsforsøg sig, da de effektive spændinger ved vandtilførsel mindskes. I denne situation belastes prøven så udvidelse ikke er mulig. Denne belastning svarer til den effektive in-situ spænding. Udføres konsolideringsforsøget uden tilsætning af vand, startes forsøget med et negativt poretryk. [N. K. Ovesen et al., 2009] Da deformationer kræver bortstrømning af porevand, formoder vi at det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler vil deformere mindre og hurtigere end den 0 % kalkstabiliserende ler. Dette skyldes, som det også er beskrevet i afsnittet 3.4 Kalkens kemiske egenskaber, at det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler formegentlig har et lavere vandindhold end det 0 % kalkstabiliserede ler. [N. K. Ovesen et al., 2009] 39

41 4 Analyse 4.1 Klassifikation 4 Analyse 4.1 Klassifikation For at kunne klassificere prøverne, for henholdsvis det 0 %, 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler, har vi lavet en række klassifikationsforsøg. I forbindelse med udtagningen af prøverne på grunden i Høje Taastrup, betragtede vi lerets tilsyneladende struktur. Ved prøveudtagningen fra de to testfelter med det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler, noterede vi, at leret var meget hårdt og svært at grave i. Hermed var det også meget svært at udtage prøver. De større intakte prøver, til udførsel af triaxialforsøg og konsolideringsforsøg, forekom ligeledes porøse. Af denne grund knækkende prøverne let i flager. Porøsiteten, samt den hårde struktur medførte, at prøverne var meget svære at udtage som store hele stykker. På figur 21 er billeder fra prøveudtagningen vist. På figuren ses prøveudtagningen af intaktprøven fra testfelt 2. På grund af prøvens porøsitet, flækkede denne på midten umiddelbart efter udgravning. Figur 21: Prøveudtagning af intakt lerprøve for 1 % kalktilsætning Til forskel fra det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler, var det 0 % kalkstabiliseret ler meget fedt og klægt. Prøveudtagningen af denne lerprøve var derfor langt nemmere. Ændring i lerstrukturen efter kalkstabilisering mener vi skyldes, som beskrevet i afsnittet 3.4 Kalkens kemiske egenskaber, at de tiltrækkende kræfter i lerpartiklerne bliver øget ved kalktilsætningen. Denne forøgelse af de tiltrækkende kræfter medfører en øget flokkulering af lerpartiklerne. Ligeledes vil den tilsatte kalk absorberes af de negativt ladede leroverflader. De positivt ladede calciumioner og lerpartiklerne vil herved koagulere, samt skabe cementlignende 40

42 4 Analyse 4.1 Klassifikation bindinger. Lerprøverne med henholdsvis 1 % og 2 % kalktilsætning vil herved forekomme langt fastere og hårdere end lerprøven med 0 % kalktilsætning. Til bestemmelse af korndensiteten for de tre prøvetyper er der udført pyknometerforsøg. Vandindholdet, mætningsgraden og rumvægten af prøverne er bestemt på baggrund af de seks B- rørsprøver. Den gennemsnitlige vandprocent for prøverne der er henholdsvis 0 %, 1 % og 2 % kalkstabiliserede, samt mætningsgraden og rumvægten er angivet i tabel 6. Atterberggrænserne er bestemt på baggrund af Casagrandeforsøg, faldlodsforsøg samt udrulning af leret. Disse værdier er ligeledes angivet i tabel 6. Også ph-værdien af prøverne er bestemt og angivet i tabellen. Bestemmelser/Kalktilsætning 0 % 1 % 2 % w L [%] 44,8 34,9 42,1 w P [%] 19,9 24,0 32,0 [kn/m 3 ] 19,9 20,1 18,6 [kn/m 3 ] 16,1 17,6 15,6 W [%] 23,5 14,7 19,2 [g/cm 3 ] 2,657 2,675 2,663 Sw 0,98 0,76 0,73 ph-værdi Tabel 6: Klassifikationsbestemmelser De bestemte korndensiteter er realistiske værdier for korndensiteten. Dette skyldes, at korndensiteten for ler uden organisk indhold typisk ligger mellem 2,5 g/cm 3 og 2,8 g/cm 3. Korndensiteten for det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler er steget lidt i forhold til korndensiteten for den 0 % kalkstabiliserede prøve. Denne stigning antager vi skyldes, at det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler i forbindelse med opbygningen af testfelterne er komprimeret. I og med at det er det 1 % kalkstabiliserede ler der har den største korndensitet, antager vi, at denne er komprimeret mere end det 2 % kalkstabiliserede ler. Da kalk, som beskrevet i afsnit 3.4 Kalkens kemiske egenskaber, har en densitet på 3,35 g/cm 3, kunne dette ligeledes have en lille indvirkning på stigningen i korndensiteten for de 1 % og 2 % kalkstabiliserede prøver. Vi antager dog ikke, at dette har en stor indvirkning i forhold til komprimeringen. Korndensiteten bestemmes på baggrund af en meget lille vægtforskel. Herved kan der hurtigt forekomme nogle usikkerheder omkring denne måling. De bestemte værdier af korndensiteten kan af denne grund også variere en smule. Vi har dog under forsøgsudførslen forsøgt at foretage en meget præcis afvejning. Ligeledes er det vigtigt, at alt luften er ude af leren og vandet i pyknometeret, inden denne fyldes med destilleret luftfrit vand. Desuden er det vigtigt, at temperaturen i pyknometeret skal være den samme som temperaturen i laboratoriet. Da denne fremgangsmåde er forsøgt nøje overholdt, burde der derfor ikke være de store måleusikkerheder i 41

43 4 Analyse 4.1 Klassifikation forbindelse med disse forsøg. Som beskrevet er de bestemte korndensiteter også realistiske værdier, og store måleusikkerheder, mener vi ikke, har forekommet. Såvel som stigningen af korndensiteten kan skyldes komprimeringen af det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler, kan stigningen af rumvægten for den 1 % kalkstabiliserede ler, bestemt for B- rørsprøverne, også skyldes komprimeringen af leret. At rumvægten er mindst for den 2 % kalkstabiliserede ler, mener vi skyldes usikkerheder i forbindelse med beregning af denne. Denne antagelse er baseret på, at B-rørsprøverne var meget svære at udtage. B-rørene blev desuden beskadiget i forbindelse med udtagningen af prøverne, da det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler, som beskrevet, var meget hårdt. Herved kan beregningen af lervolumenet være noget usikkert, hvorved rumvægten af det 2 % kalkstabiliserede ler er noget usikkert bestemt. Ved de tidligere udførte forsøg, er der i Grontmij Carl Bros laboratorium udført forsøg til bestemmelse af densiteten af de kalkstabiliserede lerprøver. Resultatet af disse forsøg er opstillet i bilag Tidligere udført klassifikation. Resultatet af forsøgene viser, at densiteten af det kalkstabiliserede ler falder i takt med at kalkstabiliseringsprocenten øges. Dette kan skyldes, at leret flokkulerer mere og mere i forbindelse med større kalkstabiliseringsprocent, samt leret opnår en krummestruktur. Herved opnås der et større luftfyldt porevolumen i prøverne, hvilket får densiteten til at falde. Ved forsøgene gennemført i forbindelse med dette projekt er det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler som tidligere nævnt komprimeret i forbindelse med opbygningen af testfelterne. Hermed er det ikke muligt, at se det samme fald i densiteten i forbindelse med kalkstabiliseringen af leret.. Klassifikationen af B-rørsprøverne med 0 %, 1 % og 2 % kalkstabilisering ses i tabel 6. Det ses, at vandindholdet og mætningsgraden falder ved tilsætning af kalk til leret. Denne betragtning var ligeledes meget tydelig i forbindelse med prøveudtagning på testfelterne. Se figur 22. Figur 22: Prøveudtagning af B-rørsprøver for 2 % og 0 % kalkstabilisering 42

44 4 Analyse 4.1 Klassifikation Den ikke kalkstabiliserede lerprøve virkede, i forhold til den kalkstabiliserede lerprøve, meget fed og vandholdig. Dette, antager vi, skyldes, som beskrevet i afsnit 3.4 Kalkens kemiske egenskaber, at når den brændte kalk tilsættes leret, vil hydreringen af den brændte kalk, samt varmeudvikling ved processen tørre lerjorden ud. Dette er en fordel, da vandindholdet må antages at være et problem for lerets stivhed i forbindelse med lastpåvirkningen af leret ved opførsel af et byggeri. I denne sammenhæng ses det bestemte vandindhold og mætningsgraden for prøverne opstillet i tabel 6. Vandindholdet ses at være mindst for en det 1 % kalkstabiliserede ler, mens mætningsgraden er lidt mindre for det 2 % kalkstabiliserede ler end for det 1 % kalkstabiliserede ler. Dette kan som beskrevet skyldes, at det 1 % kalkstabiliserede ler er mere komprimeret end det 2 % kalkstabiliserede ler, herved vil der være et mindre porevolumen i det 1 % kalkstabiliserede ler. Det 1 % kalkstabiliserede ler kan derfor godt have et mindre vandindhold, end det 2 % kalkstabiliserede prøve, men stadig have en lidt højere mætningsgrad. Som nævnt blev konsistensgrænserne bestemt ved Casagrandeforsøg og faldlodsforsøg samt udrulning af leret, for ler tilsat 0 %, 1 % og 2 % kalk. Se figur 23. Figur 23: Metodeanvendelse ved bestemmelse af konsistensgrænserne I tabel 6 ses værdierne for vandindholdet, flydegrænsen og plasticitetsgrænsen bestemt for det 0 %, 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler. Forholdet mellem disse værdier er ligeledes vist på figur 24. Konsistensgrænser 2% Kalkindhold [%] 1% 0% w [%] wl [%] wp [%] w [%] Figur 24: Konsistensgrænserne for 0 %, 1 % og 2 % kalktilsætning 43

45 4 Analyse 4.1 Klassifikation På figuren ses det, at plasticitetsgrænsen, ved en øget kalktilsætning, forekommer ved et højere vandindhold. Det vil sige, at der skal et højere vandindhold til før det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler går fra at være i en fast- eller halvfast tilstand til en plastisk tilstand. Ifølge klassifikationsforsøget til bestemmelse af konsistensgrænserne, og som det ses på figur 24, havde leret ved en kalktilsætning på 1 % og 2 % begge et vandindhold under plasticitetsgrænsen. Når dette er tilfældet, vil ler let sprække. Dette kunne vi også observere, var gældende ved udrulning af leret. Vi forventer, at den øgede plasticitetsgrænse, i forbindelse med 1 % og 2 % kalktilsætning, skyldes den øgede flokkulering og koagulering af lerpartiklerne. Desuden er dette med til at øge stivheden i leret. Faldet i vandindholdet i forbindelse med kalkstabiliseringen antager vi, som beskrevet i afsnit 3.4 Kalkens kemiske egenskaber, skyldes hydreringen af den brændte kalk, samt den kraftige varmeudvikling ved processen ved kalkstabilisering af leret, da dette er med til at tørre lerjorden ud. Denne porøsitet var årsag til nogle forhindringer ved forsøgsgennemførslen med Casagrandemetoden. Fordi leret var meget porøst ved en kalktilsætning på 1 % og 2 %, forekom leret meget grynet og klumpet, og var derfor også meget svær at fordele i Casagrandeskålen. Dette var årsag til at der ikke kunne udføres Casagrandeforsøg på leret, som var 2 % kalkstabiliseret. Hvorvidt det i det hele taget er relevant at lave målinger af flydegrænsen på det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler kan diskuteres. Dette skyldes, at leret formegentligt aldrig vil opnå en flydende tilstand efter kalkstabiliseringen. Ligeledes er det derfor også tvivlsomt om flydegrænsen for det 1 % kalkstabiliserede ler egentligt er korrekt, da forsøgsmetoden ikke blev gennemført optimalt. Man kunne derfor forestille sig at værdien for flydegrænsen ikke ville ændre sig betydeligt i forbindelse med kalkstabilisering. Antages dette, vil en uændret flydegrænse ved kalktilsætning, samt en plasticitetsgrænse som forekommer ved et højere vandindhold medføre et mindre plasticitetsindeks. Dette, mener vi, virker sandsynligt, da vi forventer, at leret bliver mindre plastisk. På Casagrandes diagram, se figur 16 i afsnit Lerets konsistensgrænser, er det muligt, ud fra den bestemte flydegrænse, at fastlægge konsistensen af leret. Herudfra er det fastlagt, at det 0 % kalkstabiliserede ler, er en ret fed lertype. Vi antager derfor, at det er fordelagtigt at blande kalk i leret, da vi forventer, at stivheden af leret herved øges, hvorved der vil forekomme færre deformationer i forbindelse med belastning af leret. Ligeledes er det fordelagtigt, at plasticitetsindekset for leret bliver mindre, da ler med et højt plasticitetsindeks har større sandsynlighed for at være i en plastisktilstand, hvilket kan give sætningsproblemer i forbindelse med belastning af leret. 44

46 4 Analyse 4.1 Klassifikation På figur 25 ses plasticitetsgrænsen og flydegrænsen bestemt i Grontmij Carl Bros prøvelaboratorium for samme procentvist kalkstabiliserede lerprøver. Konsistensgrænser 2% Kalkindhold [%] 1% 0% wl [%] wp [%] w [%] Figur 25: Konsistensgrænserne for 0 %, 1 % og 2 % kalktilsætning Plasticitetsgrænsen ses også her at stige ved en øget kalktilsætning til leret. Til sammenligning med de forsøg vi har lavet i marts 2011 forekommer plasticitetsgrænsen i begge tilfælde ved et vandindhold mellem ca. 20 % og 30 %. Det må derfor formodes at en periode på mere end to år ikke har haft nogen indvirkning på konsistensgrænserne. For at sikre, at kalkindholdet stemte overens med de antagne værdier på henholdsvis 0 %, 1 % og 2 % kalktilsætning, lavede vi forsøg med måling af kalkindholdet samt ph-værdierne for lerprøverne udtaget på de to testfelter samt for det ikke kalkstabiliserede ler. Disse værdier ses i tabel 7. Kalktilsætning Kalkindhold [%] ph-værdi 0 % % 20,1 9 1 % 21,2 9 2 % 14, % 15, Tabel 7: Kalkindhold og ph-værdi Calcium er meget basisk, og tilsætningen af kalk til lerjorden gør derfor ph-værdien meget høj. I dette tilfælde indikerer ph-værdien, som vi regnede med, at der er en større mængde kalk i det 2 % kalkstabiliserede ler end det 1 % kalkstabiliserede ler. Normalt, ved bestemmelse af kalkindholdet i en jordprøve, blandes jordprøven med en afstemt saltsyre mængde. Hermed reagerer saltsyren med kalken i jorden. Ved titrering af blandingen med natriumhydroxid reagerer den tilbageværende mængde saltsyre med natriumhydroxiden. Hermed opnås viden om hvor stor en andel af den tilsatte mængde saltsyre til jordprøven, der har reageret med kalken i jorden. Herved er det muligt at bestemme kalkindholdet. 45

47 4 Analyse 4.1 Klassifikation 4.2 Triaxialforsøg I forbindelse med dette forsøg, kan denne metode dog ikke benyttes, da den tilsatte mængde brændte kalk vil give forkerte resultater. Dette skyldes, at metoden benyttes til at bestemme det naturlige kalkindhold i jordprøven. Som beskrevet, giver ph-værdien dog en ide om kalkindholdet i prøverne Opsummering På baggrund af klassifikationsforsøgene er det bestemt, at både vandindholdet og mætningsgraden af leret falder ved tilsætning af brændt kalk. Dette skyldes, at når den brændte kalk tilsættes leret, vil den brændte kalk hydrere, og desuden vil der forekomme en kraftig varmeudvikling. Dette er med til at tørre lerjorden ud, hvilket får vandindholdet og mætningsgraden til at falde. I denne sammenhæng antager vi desuden, at komprimeringen af det kalkstabiliserede ler har indflydelse på mætningsgraden. Komprimeringen har ligeledes indvirkning på korndensiteten og rumvægten. Desuden er det bestemt, at plasticitetsgrænsen efter kalkstabilisering af leret forekommer ved et højere vandindhold, hvilket medfører, at prøvens plasticitetsindeks blev mindre. Som en indikator for prøvens kalkindhold, benyttede vi en måling af ph-værdien. Som forventet, medførte målingen, at ph-værdien stiger ved tilsætning af kalk. Ud fra klassifikationsforsøgene vurderer vi, at den største ændring af lerets sammensætning og ændring af egenskaber sker ved den første procent iblandede kalk. Forskellen på lerets egenskaber opnået ved tilsætning af 2 % kalk frem for 1 % kalk, vurderer vi ikke at være markant. Det kan i denne sammenhæng tyde på, at 1 % kalktilsætning er den mest optimale tilsætning. Vi antager af denne grund heller ikke, at der er nogen rimelig begrundelse for at kalkstabilisere med mere end 1 % kalk. 4.2 Triaxialforsøg Det tidligere gennemførte triaxialforsøg er udført som beskrevet i teoriafsnittet 3.6 Triaxialforsøg. I forbindelse med dette projekt har vi udført tre triaxialforsøg. Vi har udført et forsøg på en 0 % kalkstabiliseret lerprøve den 04.04, og to forsøg på en prøve med 1 % kalktilsætning henholdsvis den og Kalkstabiliseringsprocenten og datoen angiver navngivningen af forsøgene. Det er ud fra klassifikationsforsøgene vurderet, at den største forskel på lerets sammensætning sker ved den første procent iblandede kalk. Forskellen ved tilsætning af 2 % kalk frem for 1 %, vurderes ikke at give nær så markante ændringer i klassifikationsparametrene. Af denne grund finder vi det acceptabelt kun at udføre triaxialforsøg på det ikke kalkstabiliserede ler, og to forsøg på det 1 % kalkstabiliserede ler. 46

48 4 Analyse 4.2 Triaxialforsøg Forsøgene er udført efter samme fremgangsmåde som det tidligere udførte forsøg i Grontmij Carl Bros laboratorium. Dog er kalkstabiliseringen for de tidligere udførte forsøg foretaget i Grontmij Carl Bros laboratorium, og ikke i felten, som er tilfældet for de lerprøver vi har gennemført triaxialforsøg på. Sammenholdelse af resultaterne vil dog alligevel blive foretaget. Dette medfører, at langtidseffekten af kalkstabiliseringen i leret kan undersøges. I forbindelse med dette projekt, blev de tre triaxialforsøg alle fortaget ved kammertrykket 40 kpa, da dette svarer til den omtrentlige in-situ spænding i leret. På figur 26 ses optegningen af kammertrykkenes udvikling gennem forsøgene. Figur 26: Kammertryk for triaxialforsøg Det ses som beskrevet, at kammertrykkene under forsøgene holdes nogenlunde konstant og alle på ca. 40 kpa. Volumentøjningens udvikling gennem de tre triaxialforsøg ses i figur 27. Størrelsen på volumentøjningen ses at være meget lille, desuden er volumentøjningen for de tre gennemførte forsøg stort set sammenfaldende, hvilket skyldes, at der ikke forekommer nogen betydelig volumenændring i nogen af prøverne i forbindelse med forsøgene. 47

49 4 Analyse 4.2 Triaxialforsøg Volumentøjning triaxialforsøg εv [%] ε1[%] % % % Figur 27: Volumentøjning for triaxialforsøg Arbejdskurverne for de tre foretagne triaxialforsøg viser en optegning af udviklingen i deviatorspændingerne i forhold til de lodrette tøjninger. Arbejdskurverne ses på figur 28. Figur 28: Arbejdskurver for triaxialforsøg Kammertrykket, volumentøjningen, samt arbejdskurven for hver enkelt af de tre udførte triaxialforsøg findes i henholdsvis bilag Triaxialforsøg 0 % og Triaxialforsøg 1 %. Af arbejdskurverne fremgår det, at de 1 % kalkstabiliserede prøver har en langt højere brudværdi end den fastlagte brudværdi for den 0 % kalkstabiliserede prøve. Dette skyldes, som beskrevet i afsnittene 3.3 Ler og 3.4 Kalkens kemiske egenskaber, at lerpartiklerne i forbindelse med kalkstabiliseringen koagulerer. Desuden medfører de større tiltrækkende kræfter mellem 48

50 4 Analyse 4.2 Triaxialforsøg lerpartiklerne en øget flokkulering, hvormed stivheden af leret øges. I forbindelse med brud i prøven er det dog styrken af leret der er relevant. Styrkeforøgelsen, der er opnået i forbindelse med kalkstabiliseringen af leret, vurderer vi, skyldes de opnåede cementlignende bindinger mellem lermineralerne. Ud over at den 0 % kalkstabiliserede prøve har en lavere antaget brudværdi, så er bruddet heller ikke særlig veldefineret. Der forekommer derfor meget store tøjninger i prøven uden at denne egentlig ses at gå i brud. Af denne grund benyttes deformationskriteriet for brud svarende til en tøjning på 5 %. Dette skyldes, at det ikke er sandsynligt, at større tøjninger i leret vil blive accepteret i forbindelse med et byggeri. [N. K. Ovesen et al., 2009]. Brudspændingerne, de tilhørende tøjninger, samt kammertrykkene for prøverne er opstillet i tabel 8. Prøve 0 % % % σ 3 [kpa] (σ 1 σ 3 ) [kpa] 47,74 452,3 370,3 ε 1 [%] 5 % 2 % 1,5 % c u [kpa] Tabel 8: Brudværdier, udrænet forskydningsstyrke På figur 29 er vist billeder af den 0 % kalkstabiliserede lerprøve efter gennemførsel af triaxialforsøget. Prøven ses at være noget deformeret. Figur 29: Triaxialforsøg. Brud på lerprøve 0 % På figur 30 er billeder af den 0 % kalkstabiliserede prøve ligeledes vist efter gennemførsel af triaxialforsøget. Prøven er meget klæg og fed, og ses ikke at have nogen revner. Desuden skulle prøven skæres over, for at det var muligt at betragte midten af prøven. 49

51 4 Analyse 4.2 Triaxialforsøg Figur 30: Triaxialforsøg. Brud på lerprøve 0 % Billeder for den ene af de 1 % kalkstabiliserede prøver, efter gennemførsel af triaxialforsøg, er vist på figur 31. Denne prøve ses at være langt mere porøs end den 0 % kalkstabiliserede prøve, hvilket underbygger betragtningerne foretaget i forbindelse med klassifikationsforsøgene. Desuden kan det oplyses, at prøven let deltes i de tre dele vist på billedet til højre. Dette kan hænge sammen med brudrevner i prøven, samt prøvens porøsitet. Figur 31: Triaxialforsøg. Brud på lerprøve 1 % Resultaterne fra triaxialforsøgene på de 1 % kalkstabiliserede prøver, kan sammenholdes med resultaterne fra triaxialforsøget udført umiddelbart efter kalkstabiliseringen i Grontmij Carl Bros laboratorium. Resultaterne fra dette forsøg ses i tabel 3 i afsnit 2.2 Tidligere udførte forsøg. Brudspændingen opnået på den kalkstabiliserede prøve, foretaget i laboratoriet i år 2008, lige efter at kalkstabiliseringen var gennemført, er bestemt til 827 kpa. Denne brudspænding er langt højere end resultaterne bestemt ved triaxialforsøgene udført i forbindelse med dette projekt. Dette, mener vi, kan skyldes, at nogen af de cementlignende bindinger mellem kalken og lermineralerne, opnået umiddelbart efter kalkstabiliseringen er udført, påvirkes af frost i jorden gennem vintrene, og derved brydes. Det tidligere udførte triaxialforsøg, er som beskrevet, udført i laboratoriet. Dette kan være medvirkende til, at blandingen mellem kalken og lermineralerne er blevet langt mere ensartet og herved mere optimal end ved prøverne udtaget i forbindelse med dette projekt. Her er kalkstabiliseringen udført i felten ved hjælp af metoden beskrevet i afsnit Sådan udføres kalkstabilisering. 50

52 4 Analyse 4.2 Triaxialforsøg Den udrænede forskydningsstyrke, c u, i leret bestemmes som beskrevet i teoriafnittet 3.6 Triaxialforsøg, som den halve brudspænding. Resultaterne af c u, bestemt ved de tre triaxialforsøg, er opstillet i tabel 8 sammen med de aflæste brudværdier. Da c u værdierne afhænger af brudspændingen, er c u værdierne for prøverne med 1 % kalkstabilisering meget mindre end c u værdien bestemt for prøven udført i laboratoriet. Det ses desuden, at der er en lille afvigelse mellem c u værdierne bestemt for hver af de to gennemførte triaxialforsøg med 1 % kalkstabilisering i forbindelse med dette projekt. At der er forskel i brudspændingen for de to forsøg med samme procentvise kalkstabilisering, kan skyldes prøvematerialet. Som beskrevet i analyseafsnittet 4.1 Klassifikation, var prøverne svære at udtage, og der kan derfor være opstået revner i prøverne i forbindelse med udtagning af materialet eller ved udarbejdelsen af triaxialprøverne. Desuden kunne afvigelsen skyldes en lille forskel i kalkindholdet i de to prøver, hvilket kan hænge sammen med metoden hvormed kalkstabilisering udføres. På trods af afvigelsen mellem de bestemte c u værdier for de kalkstabiliserede prøver, er det dog tydeligt at den udrænede forskydningsstyrke for leret øges markant ved tilsætning af kalk i forhold til den ikke kalkstabiliserede prøve. c u værdien bestemt ved triaxialforsøget på den 0 % kalkstabiliserede prøve kan sammenholdes med vingestyrken, c v, målt inden påbegyndelsen af kalkstabiliseringen på området i Høje Taastrup. De målte vingestyrker er opstillet i tabel 2 i afsnit 2.2 Tidligere udførte forsøg. c v værdierne er bestemt til et interval på kpa, hvilket synes at være et meget stort interval. Dette vurderer vi kan skyldes, at der er ramt sten i forbindelse med nogen af vingemålingerne, hvilket ville medføre en meget høj måling. Den bestemte c u værdi for det udførte triaxialforsøg på prøven med 0 % kalkstabilisering i forbindelse med dette projekt, er målt til 24 kpa. Denne værdi er mindre end intervallet for de målte vingestyrker, hvilket som beskrevet kunne skyldes at der i forbindelse med vingemålingerne er ramt sten. Ud fra triaxialforsøgene er det ligeledes muligt at bestemme styrkeparametrene for leret. De bestemte styrkeparametre har stor betydning for analysen af kalkstabiliseringens indvirkning på leret. For at bestemme den effektive friktionsvinkel i leret, er det nødvendigt at antage, at den effektive kohæsion i leret er nul, og hermed tvinge brudbetingelsen gennem origo. Dette skyldes, at der ikke er foretaget flere forsøg af samme prøvetype ved forskelligt kammertryk. De på denne måde bestemte effektive friktionsvinkler, φ, for triaxialforsøgene gennemført i forbindelse med dette projekt er opstillet i tabel 9. Styrkeparametrene ses ligeledes i bilagene: Triaxialforsøg 0 %, Triaxialforsøg 1 %, Triaxialforsøg 2 % Prøve 0 % % % φ ved c = 0 kpa [grader] 30,3 57,8 55,0 c' ved φ = 31º [kpa] - 103,3 80,1 Tabel 9: Styrkeparametre 51

53 4 Analyse 4.2 Triaxialforsøg Værdierne af de effektive friktionsvinkler for de kalkstabiliserede prøver, ses at være urealistisk høje. Som tommelfingerregel kan siges, at moræneler typisk vil have en effektiv friktionsvinkel på ca grader. Hvis det derfor antages, at den effektive friktionsvinkel i det kalkstabiliserede ler er 31 grader, kan den effektive kohæsion, c, bestemmes. De bestemte størrelser af c', for de kalkstabiliserede prøver er ligeledes opstillet i tabel 9. Ved at tvinge brudbetingelsen fra forsøget med den 0 % kalkstabiliserede prøve gennem origo, er prøvens φ bestemt til 30,3 grader. Af denne grund vil det ikke give mening at antage en effektiv friktionsvinkel på 31 grader, til bestemmelse af c for denne prøve. Da kohæsionen er en beskrivelse af sammenhængskraften i leret forårsaget af tiltrækningen mellem lerpartiklerne, vil en høj effektiv kohæsion beskrive en meget sammenhængende lertype. Desuden vil store tiltrækkende kræfter i ler medføre en flokkuleret struktur af lermineralerne, hvilket øger stivheden af leret. De effektive kohæsionsværdier, bestemt i forbindelse med de gennemførte forsøg på de 1 % kalkstabiliserede prøver, ved antagelse af en effektiv friktionsvinkel på 31 grader, vurderer vi at være meget store værdier. [B. C. Jensen et al., 2009] Denne vurdering er set i forhold til, at den effektive kohæsion i forbindelse med den 0 % kalkstabiliserede prøve, er antaget at være nul. Dette betyder at sammenhængskræfterne i det kalkstabiliserede ler er langt større end sammenhængskræfterne i det ikke kalkstabiliserede ler. Det, vurderer vi, skyldes, koaguleringen af lermineralerne i forbindelse med kalkstabiliseringen, samt de opståede cementlignende bindinger. Den effektive kohæsion for triaxialforsøget gennemført i Grontmij Carl Bros laboratorium, umiddelbart efter kalkstabiliseringen, er bestemt ud fra resultaterne udleveret om dette forsøg. Disse ses i henholdsvis afsnit 2.2 Tidligere udførte forsøg, samt i bilag Tidligere udførte klassifikationsforsøg og triaxialforsøg. Den effektive kohæsion er bestemt til 209,6 kpa. Dette er en noget højere værdi end den effektive kohæsion bestemt ved triaxialforsøgene udført i forbindelse med dette projekt. Det, vurderer vi som tidlige beskrevet, skyldes, at triaxialforsøget udført i Gronmij Carl Bros laboratorium var udført under optimale forhold, idet kalkstabiliseringen af lerprøven var gennemført i laboratoriet. Hermed er kalkopblandingen af prøven formegentlig blevet mere jævnt fordelt, hvilket kan have forbedret koaguleringen mellem lermineralierne, samt de opnåede cementlignende bindinger. Derudover antager vi, at nogen af de opnåede cementlignende bindinger mellem lermineralerne, der er opnået umiddelbart efter kalkstabiliseringen, brydes i forbindelse med frost i jorden. 52

54 4 Analyse 4.2 Triaxialforsøg I forbindelse med triaxialforsøgene er vandindholdet før og efter forsøget målt. Resultatet af disse bestemmelser er opstillet i tabel 10. Prøve 0 % % % w før [%] 23,5 15,3 15,2 w efter [%] 22,5 14,9 14,9 Tabel 10: Vandindhold i prøver ved triaxialforsøg Såfremt vandindholdet var steget markant efter forsøget, var det et tegn på, at der var gået hul i membranen under forsøget. Hvis dette var tilfældet, ville det ligeledes have fået volumentøjningen til at stige. Vandindholdet ses at være stort set det samme før og efter forsøget. Da vandindholdet bestemmes som forholdet mellem vandvægten og kornvægten i prøven, kan den lille variation i vandindholdet blot skyldes en lille ændring af kornvægten. Kornvægten kan være faldet en smule i forbindelse med tab af materiale ved håndtering af prøven. I forbindelse med den 0 % kalkstabiliserede prøve, er det en forskel på 4 gram materiale, der gør, at vandindholdet falder med 1 %. For den 1 % og 2 % kalkstabiliserede prøve kan ændringen af vandindholdet i prøverne skyldes at der er tale om et tab på henholdsvis 2 gram og 1 gram materiale. Desuden kan ændringen være udslaget af måleusikkerheder, da det er forholdsvis små ændringer. Vi vurderer altså, at det er måleusikkerheder og tab af materiale, det er årsag til ændringen i vandindholdet, og ikke at prøven har kunnet suge vand under forsøget. Vandindholdet bestemt ved triaxialforsøgene stemmer godt overens med vandindholdet bestemt i forbindelse med klassifikationsforsøgene. Hermed er det muligt at sammenholde resultaterne og betragtningerne fra klassifikationsforsøgene med resultaterne fra triaxialforsøgene. Af denne grund vil vandindholdet for triaxialprøverne, sammenholdt med Atterberggrænserne på figur 4 i afsnit 4.1 Klassifikation, befinde sig i samme område som vandindholdet for klassifikationsprøverne. Den 0 % kalkstabiliserede triaxialprøve er derfor plastisk, mens de 1 % kalkstabiliserede triaxialprøver er fast- eller halvfast. Dette stemmer ligeledes godt overens med betragtningerne ved prøvetildannelse i forbindelse med triaxialforsøgene. Vandindholdet i prøven, bestemt i forbindelse med triaxialforsøget i Grontmij Carl Bros laboratorium, varierer en hel del før og efter forsøget. Dette, mener vi, skyldes, at der er gået hul på membranen i forbindelse med triaxialforsøget. Her henvises til bilag Tidligere udført triaxialforsøg, for grafer og forsøgsresultater. Optegningen af volumentøjningsudviklingen i forbindelse med forsøget ses ligeledes pludseligt at falde markant. Faldet i volumentøjningen optræder dog først lang tid efter at der er forekommet brud i prøven. Hermed vurderer vi, at det ikke har den store betydning for sammenligningsgrundlaget af resultaterne opnået for forsøget udført i Grontmij Carl Bros prøvelaboratorium, og de gennemførte triaxialforsøg udført i forbindelse med dette projekt. 53

55 4 Analyse 4.2 Triaxialforsøg Vandindholdet for triaxialforsøget gennemført i Grontmij Carl Bros laboratorium er før gennemførsel af forsøget bestemt til 16,1 %, jævnfør bilag Tidligere udført triaxialforsøg. Dette er et lidt højere vandindhold end bestemt for de to 1 % kalkstabiliserede prøver til triaxialforsøg gennemført i forbindelse med dette projekt. Dog stadig langt mindre end den ikke kalkstabiliserede triaxialprøve. Da det ikke er angivet i Grontmij Carl Bros laboratorierapport med hvilken kalkstabiliserings procent triaxialprøven er udført, vurderes det, at triaxialforsøget er foretaget på en lerprøve med en lidt lavere kalkstabiliseringsprocent end 1 %. Som beskrevet i teoriafsnittet 3.6 Triaxialforsøg, er det ved triaxialforsøg, ud over at bestemme styrkeparametrene for leret, muligt at bestemme elasticitetsmodulerne. Elasticitetsmodulerne for første oplasttrin, samt for andet oplasttrin er bestemt og opstillet i tabel 11. Disse er ligeledes opstillet i bilag Triaxialforsøg 0 % og Triaxialforsøg 1 %. Elasticitetsmodulet er bestemt som beskrevet i teoriafsnittet 3.6 Triaxialforsøg, ud fra de optegnede arbejdskurver. 0 % % % E 50 [MPa] 1,05 29,80 30,10 E 50,ur [MPa] 19,70 207,30 210,70 Tabel 11: E moduler Det ses, at såvel E 50 -modulet som E 50,ur -modulet stiger markant i forbindelse med kalkstabiliseringen af leret. Som beskrevet i teoriafsnittet 3.6 Triaxialforsøg, vil dette sige, at leret bliver langt stivere og derfor har nemmere ved at modstå deformationer i forbindelse med lastpåvirkning. I afsnit 2.2 Tidligere udførte forsøg, tabel 3, er E 50 -modulet for triaxialforsøget udført i Grontmij Carl Bros laboratorium bestemt til 37,5 MPa. Dette E 50 -modul er en anelse højere end E 50 - modulerne bestemt ved triaxialforsøgene i forbindelse med dette projekt. Dette kan skyldes, at kalkstabiliseringen ved triaxialforsøget i Grontmij Carl Bros laboratorium, er udført i laboratoriet. På trods af, at vi vurderer kalkstabilitetsprocenten til at være en smule lavene end 1 %, formoder vi, at stabiliseringen er mere ensartet og optimal udført i laboratoriet, hvormed et højere E-modul opnås. E 50,ur -modulet for andet oplasttrin kan ligeledes sammenlignes med de bestemte statiske E-moduler, der blev målt på området i Høje Taastrup i perioden lige efter kalkstabiliseringen var gennemført. De statiske pladebelastningsforsøg er gennemført på ler, der er 1 %, 1,5 % og 2 % kalkstabiliseret. Resultaterne fra disse forsøg er opstillet i tabel 1, i afsnit 2.2 Tidligere udførte forsøg. Desuden er de for overskuelighedens skyld ligeledes opstillet i tabel

56 4 Analyse 4.2 Triaxialforsøg E dyn [MPa] E stat [MPa] 1 % kalk. Felt 2 Punkt % kalk. Felt 2 Punkt 5A 650 1,5 % kalk. Felt 1. Punkt ,5 % kalk. Felt 1. Punkt 6A % kalk. Felt 1. Punkt % kalk. Felt 1. Punkt 1A % kalk. Felt 1. Punkt % kalk. Felt 1. Punkt 2A % kalk. Felt 2. Punkt % kalk. Felt 2. Punkt 3A % kalk. Felt 2. Punkt % kalk. Felt 2. Punkt 4A 750 Tabel 12: Dynamisk- og statisk E-modul Det statiske E-modul for den 1 % kalkstabiliseret ler er langt højere end E 50,ur -modulet bestemt for det 1 % kalkstabiliserede ler ved triaxialforsøgene udført i forbindelse med dette projekt. Dette kan skyldes, at de cementlignende bindinger mellem lermineralerne, opnået i perioden umiddelbart efter kalkstabiliseringen, brydes ved frost i leret. Til at underbygge denne antagelse, er figur 2 og figur 3 i afsnit 2.2 Tidligere udførte forsøg betragtet. Her er Morten Vanggaards bestemte statiske- og dynamiske E-moduler fra pladebelastningsforsøgene og minifaldlodsmålingerne opstillet. Her ses ligeledes et fald i elasticitetsmodulerne for leret i vinterhalvåret, hvilket, vi som beskrevet mener, kan skyldes, at de opnåede cementlignende bindinger mellem lermineralerne brydes i forbindelse med frost i jorden. Det ses dog ligeledes, at elasticitetsmodulerne genopbygges i løbet af sommerhalvåret. Dette kan ligeledes være en medvirkende faktor til variationen mellem E 50,ur -modulet, bestemt for det 1 % kalkstabiliserede ler ved triaxialforsøgene, udført i forbindelse med dette projekt, og E stat bestemt for det 1 % kalkstabiliserede ler i felten i Høje Taastrup. Dette skyldes, at de statiske pladebelastningsforsøg er udført i sensommeren efter endt kalkstabilisering, hvorimod prøverne udtaget til triaxialforsøgene i forbindelse med dette projekt er udtaget i marts måned, umiddelbart efter at frosten er forsvundet fra jorden. Hermed vurderer vi, at bindingerne mellem lerpartiklerne ikke har nået at blive genopbygget. Hvis resultaterne af de statiske pladebelastningsforsøg, ligeledes opstillet i tabel 12, sammenholdes med hinanden, ses det, at E stat for det 2 % kalkstabiliserede ler kun ved 1 ud af 4 målinger er større end målingen for det 1 % kalkstabiliserede ler. Desuden er det højest bestemte E stat -modul for 2 % kalkstabilisering ikke meget større end E stat - modulet for 1 % kalkstabilisering. Dette kunne tyde på, at stivheden af leret opnået ved 2 % kalkstabilisering, ikke er væsentlig større end den opnåede stivhed ved 1 % kalkstabilisering. Det ses dog ligeledes, at der er meget stor forskel på de bestemte E stst -moduler for det 2 % kalkstabiliserede ler. Hvorvidt dette ligeledes ville have været tilfældet med det 1 % kalkstabiliserede ler, hvis der var foretaget flere målinger, er ikke umiddelbart til at vurdere. Betragtningen kan dog indikere, at 2 % kalkstabilisering ikke nødvendigvis er bedre end ved 1 % kalkstabilisering, hvilket underbygger betragtningerne i forbindelse med klassifikationsforsøgene gennemført i forbindelse med dette projekt De dynamiske E-moduler bestemt ved minifaldlodsforsøg kan sammenholdes med E 50 -modulerne bestemt ved de gennemførte triaxialforsøg. E dyn -modulet for den 1 % kalkstabiliserede prøve er det 55

57 4 Analyse 4.2 Triaxialforsøg størst målte dynamiske E-modul, og langt større end de dynamiske E-moduler for 1,5 % og 2 % kalkstabilisering. E dyn -modulet for den 1 % kalkstabiliserede prøve er ligeledes langt større end E 50 -modulet for det 1 % kalkstabiliserede ler. E 50 -modulet og E dyn -modulet bestemt ved triaxialforsøg siger noget om stivheden af leret i forbindelse med en lastpåvirkning. Begge E-moduler beskriver overflade E-modulet. Det dynamiske E-modul en pludselig, kortvarig og altså dynamisk belastning af leret. Hvorimod E 50 -modulet er bestemt ud fra de gennemførte triaxialforsøg, og altså er bestemt ud fra en statisk belastning af leret. Af denne grund angiver en stor forskel på E dyn -modulerne og E 50 -modulerne, at jorden opfører sig som ler. Hvis E dyn og E 50 var tæt sammenfaldne, ville det betyde, at jorden i forbindelse med elasticitetsmodulmålinger i højere grad ville minde om et friktionsmateriale. I denne sammenhæng må det antages, at E dyn er størst for det 1 % kalkstabiliserede ler, da leret ved højere kalkstabiliseringsprocent bliver mere porøst og får mere smuldret struktur, hvilket medfører at leret i forbindelse med måling af de dynamiske E-moduler kommer til at give resultater mindende om friktionsjord. Ud fra de gennemførte forsøg er det muligt at konkludere, at både E-modulerne og brudværdierne for leret øges i forbindelse med kalkstabiliseringen. Ved sammenligning med det tidligere udførte triaxialforsøg kan det konkluderes, at brudværdien af de kalkstabiliserede prøver stort set er halveret over en tidsperiode på ca. to år. Denne ændring af brudstyrken, mener vi, kan skyldes vinterens frostpåvirkning af de opnåede cementlignende bindinger mellem lerpartiklerne. På baggrund af Morten Vanggaards minifaldlodsmålinger, opstillet i figur 4 og figur 5 afsnit 2.2 Tidligere udførte forsøg, vurderer vi, at bindingerne mellem lerpartiklerne brydes i vinterhalvåret på grund af frost i leret, men genopbygges over sommeren. Denne vurdering skyldes, at størrelsen på elasticitetsmodulerne falder markant i vinterhalvåret, og igen stiger tilsvarende i sommerhalvåret. Denne genopbygning vurderer vi, også vil have en indvirkning på brudstyrken og hermed styrkeparametrene af leret. Vi mener af denne grund, at det kan forventes, at brudstyrken i det kalkstabiliserede ler vil være større i sommerhalvåret, når bindingerne mellem lerpartiklerne er vurderet stærkere. I og med at prøven, benyttet ved det tidligere udførte triaxialforsøg i Grontmij Carl Bros prøvelaboratorium, ikke har været frostpåvirket, vurderer vi, at dette medfører den højere brudværdi i forbindelse med dette triaxialforsøg. Desuden var kalkstabiliseringen i forbindelse med dette forsøg udført i laboratoriet, hvorved en mere ensartet og optimal kalkstabilisering formegentlig er opnået. Dette er ligeledes en faktor, vi vurderer, har haft en positiv indvirkning på opnåelsen af den høje brudstyrke. 56

58 4 Analyse 4.2 Triaxialforsøg Opsummering På baggrund af det tidligere udførte triaxialforsøg i Grontmij Carl Bros prøvelaboratorium er der, til vurdering af langtidseffekten af kalkstabiliseringen af leret, udført tre triaxialforsøg i forbindelse med dette projekt. Der er udført et triaxialforsøg på den 0 % kalkstabiliserede prøve, og to triaxialforsøg på den 1 % kalkstabiliserede prøve. Dette skyldes, at vi i klassifikationsanalysen mener at kunne konkludere, at den største ændring af lerets egenskaber sker ved 1 % kalkstabilisering. På arbejdskurverne kunne en noget højere brudværdi aflæses for de 1 % kalkstabiliserede prøver end for den 0 % kalkstabiliserede prøve. Denne øgede brudværdi, forventer vi, skyldes dannelsen af de cementlignende bindinger mellem lerpartiklerne. Disse opnåede bindinger vurderer vi, øger styrken af leret, og hermed brudværdien. Forskellen på brudværdierne for lerprøverne med 1 % kalkstilsætning, mener vi, skyldes prøvematerialet. Idet prøverne var svære at udtage, kan der derfor være opstået mindre revner i prøverne, hvilket kan have medført, at den ene prøve er brudt før den anden. Ved sammenligning med det tidligere udførte triaxialforsøg kan det konkluderes, at brudværdien af de kalkstabiliserede prøver stort set er halveret over en tidsperiode på ca. to år I og med at prøven benyttet ved det tidligere udførte triaxialforsøg i Grontmij Carl Bros prøvelaboratorium, ikke har været frostpåvirket, vurderer vi, at dette medfører den højere brudværdi i forhold til forsøgene gennemført i forbindelse med dette forsøg. Desuden var kalkstabiliseringen i forbindelse med dette forsøg udført i laboratoriet, hvorved en mere ensartet og optimal kalkstabilisering formegentlig er opnået. Dette er ligeledes en faktor, vi vurderer, har haft en positiv indvirkning på den opnåede brudstyrke ved triaxialforsøget gennemført i Grontmij Carl Bros prøvelaboratorium. I forbindelse med, at brudstyrken af leret øges ved kalkstabiliseringen, så øges også styrkeparametrene. Forøgelsen af den effektive kohæsion c er forårsaget af, at sammenhængskræfterne i det kalkstabiliserede ler er langt større end sammenhængskræfterne i det ikke kalkstabiliserede ler. Dette er ligeledes en faktor, som vi har vurderet har været medvirkende til den øgede styrke, og hermed bæreevne, af det kalkstabiliserede ler. E-moduler stiger, som beskrevet, i forbindelse med kalkstabilisering af leret. Dette medfører at jorden bliver stivere og derfor har lettere ved at modstå deformationer ved lastpåvirkning. 57

59 4 Analyse 4.3 Konsolideringsforsøg 4.3 Konsolideringsforsøg I forbindelse med dette projekt er der udført konsolideringsforsøg på kalkstabiliserede prøver med henholdsvis 0 %, 1 % og 2 % kalktilsætning. Gennem et antal lasttrin, bestemmes de endimensionelle deformationer over tid for disse prøver. Resultatet fra disse forsøg vil give en beskrivelse af lerets stivhed, og hermed de deformationer, der vil forventes at forekomme i forbindelse med belastning af leret. Ved konsolideringsforsøgene er prøverne lastet op til den forventede fundamentsbelastning på ca. 300 kpa. Herefter aflastes prøverne gennem tre lasttrin til 10 kpa. De samme oplasttrin og aflastningstrin gentages, og efter anden aflastning, ved 10 kpa tilføres prøven vand. Herefter lastes prøverne op til 2400 kpa. De gennemførte lasttrin findes i arbejdsbilag i forbindelse med de optegnede arbejdskurver. At prøverne ikke mættes ved starten af forsøget, skyldes at det vil være meget svært at mætte disse. Desuden virker det kalkstabiliserede ler i felten vandafvisende, og det virker derfor ikke sandsynligt at det nogensinde vil blive helt vandmættet. Da der ikke tilsættes vand, opnås deformationerne hurtigere da der ikke er noget poreovertryk som skal bortdrænes. Navngivningen af de enkelte lasttrin, i forbindelse med de gennemførte forsøg, refererer til kalkstabiliseringsprocenten, oplast- eller aflastningstrin-, samt den påførte last. Som eksempel angiver navngivningen, 0 % load kpa, den anden oplastningsgren for det 0 % kalkstabiliserede ler ved en belastning på 300 kpa. Ud fra resultaterne af deformationen over tid for lasttrinene, fra konsolideringsforsøgene, er tidskurverne optegnet. Disse ses i arbejdsbilag på vedlagte CD-rom. På tidskurverne aflæses ε 100 som tøjningen i prøven ved 100 % primærkonsolidering. Derefter optegnes arbejdskurven (σ, ε 100 ) i enkellogaritmisk afbildning. Ud fra konsolideringsforsøgene gennemført i forbindelse med dette projekt, er sluttøjningerne anvendt i stedet. Dette skyldes, at forskellen på ε 100 og sluttøjningen er meget lille for konsolideringsforsøget med 0 % kalkstabilisering, og ε 100 er umulig at aflæse for de 1 % og 2 % kalkstabiliserede prøver. Dette skyldes, at de kalkstabiliserede prøver var langt fra at være vandmættede. Af denne grund skete de i forvejen få deformationer umiddelbart efter belastningerne var påført. Fremgangsmåden, med benyttelse af sluttøjningen, antager vi derfor at være acceptabel. Som eksempel på den lille forskel mellem ε 100 og sluttøjningen for den 0 % kalkstabiliserede prøve, er tidskurven for lasttrinnet, load 3 80 kpa, vist i figur 32. Forskellen på ε 100 og sluttøjningen findes i få µm. Desuden er et eksempel på en tidskurve for den 1 % kalkstabiliserede prøve ligeledes vist i figur 32. Resultatet af denne ses, som beskrevet, at være umulig at aflæse en ε 100 ud fra. Desuden svinger resultatet af deformationen af lasttrinnet på tredje decimal, hvilket er en meget lille deformations ændring. 58

60 4 Analyse 4.3 Konsolideringsforsøg Dette skyldes at deformationerne for lerprøverne med 1 % og 2 % kalkstabilisering sker straks efter et nyt lasttrin er påført. Figur 32: Tidskurver fra konsolideringsforsøg Arbejdskurverne for de tre gennemførte konsolideringsforsøg ses på figur 33, figur 34 og figur 36. Arbejdskurve - 0% σ'[kpa] ε[%] 25 Figur 33: Konsolideringsforsøg - Arbejdskurve 0 % Som det ses på arbejdskurven, figur 33, for den 0 % kalkstabiliserede prøve, opfører leret sig normalkonsolideret. Arbejdskurven for det 0 % kalkstabiliserede ler ses ikke at følge stamkurven i starten, ved de små effektive spændingspåvirkninger. Dette skyldes, at prøven ved prøveoptagningen er blevet aflastet, og derfor i starten af forsøget bliver genbelastet. Af denne grund er det ligeledes muligt at aflæse forbelastningsspændingen af leret. Når prøven påføres en last større end forbelastningsspændingen, σ pc, vil arbejdskurven i en enkeltlogaritmisk afbildning blive lineær, hvilket betyder at den er normalkonsolideret. 59

61 4 Analyse 4.3 Konsolideringsforsøg Arbejdskurve - 1% σ'[kpa] ε[%] 6 Figur 34:Konsolideringsforsøg - Arbejdskurve 1 % Lineær Arbejdskurve - 1% σ'[kpa] ε[%] Figur 35: Lineære arbejdskurve for 1 % Arbejdskurve - 2% σ'[kpa] ε[%]

62 4 Analyse 4.3 Konsolideringsforsøg Lineær Arbejdskurve - 2% σ'[kpa] ε[%] Figur 37: Lineær arbejdskurve for 2 % På figur 34 og figur 36 ses det på arbejdskurverne for lerprøverne, med 1 % og 2 % kalkstabilisering, at disse opfører sig forkonsolideret gennem hele forsøget. Af denne grund rammer hverken arbejdskurven for den 1 % eller 2 % kalkstabiliserede prøve en stamkurve. Dette vil medføre, at hele konsolideringsforsøget virker som en genbelastning af prøven. Forbelastningsspændingen af det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler, kan af denne grund ikke aflæses. Arbejdskurverne for den 1 % og 2 % kalkstabiliserede prøve er ligeledes afbildet i et (σ, ε 1 ) diagram. Disse ses på figur 35 og figur 37. Kurverne ses at aftage lineært, hvilket betyder at de 1 % og 2 % kalkstabiliserede prøver er lineære elastiske. Den 0 % kalkstabiliserede prøve opnår tøjninger på omtrent 10 % efter første oplastningsgren. Prøverne med 1 % og 2 % kalkstabilisering opnår, gennem samme lasttrin, kun tøjninger på omtrent 1 %. Ud fra dette kan det konkluderes, at kalkstabiliseringen medfører, at der forekommer langt færre deformationer i det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler, end i det 0 % kalkstabiliserede ler. Dette er en væsentlig betragtning, og en vigtig egenskab i forbindelse med egnetheden af leret. Da der ved kalkstabiliseringen og opbygningen af de to testfelter benyttes samme type ler som det 0 % kalkstabiliserede ler, formoder vi, at det er flokkuleringen af lerpartikerne, samt de cementlignende bindinger der bliver dannet mellem lermineralerne, der får leret til at virke forkonsolideret. Desuden har der i forbindelse med opbygningen af testfelterne kørt maskiner på det kalkstabiliserede ler. Dette forventer vi dog ikke at have haft en væsentlig betydning i forbindelse med opnåelse af den forkonsoliderede tilstand. 61

63 4 Analyse 4.3 Konsolideringsforsøg Som beskrevet, er det kun muligt at aflæse forbelastningsspændingen af arbejdskurven for det 0 % kalkstabiliserede ler. Ligeledes er det egentlig kun muligt at bestemme tøjningsindekset, Q, som dekadehældningen af det 0 % kalkstabiliserede ler. Det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler virker forkonsolideret, og af denne grund er det K-modulet, der er relevant. En tilsyneladende dekadehældning er dog bestemt for det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler. Forbelastningsspændingen og dekadehældningen for det 0 % kalkstabiliserede ler, samt de tilsyneladende dekadehældninger for det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler er opstillet i tabel % 1 % 2 % σ pc [kpa] Q [%] K ur [MPa] K [MPa] Tabel 13: Forbelastningsspænding, dekadehældning og K-modul bestemt for sekant hældningen At forbelastningsspændingen for det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler ikke kan aflæses, antager vi skyldes de opnåede cementlignende bindinger dannet mellem lerpartiklerne, i forbindelse med kalkstabiliseringen. Disse bevirker at det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler kommer til at virke forkonsolideret gennem hele konsolideringsforløbet. Som det ses i tabel 13 er de tilsyneladende dekadehældninger for de 1 % og 2 % kalkstabiliserede prøver mindre end dekadehældningen for den 0 % kalkstabiliserede prøve. Dekadehældningen benyttes ved sætningsberegninger af normalkonsolideret ler. Jo større dekadehældning er, jo større sætninger vil der beregnes. I princippet, ville den 0 % kalkstabiliserede prøve, af denne grund, opnå større sætninger ved belastning, end det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler med beregning af den tilsyneladende dekadehældning. Da det kalkstabiliserede ler dog, som tidligere beskrevet, opfører sig forkonsolideret er det konsolideringsmodulet, K-modulet, der benyttes i forbindelse med sætningsberegninger af det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler. K-modulet beskriver forholdet mellem de spændingsændringer og tøjningsændringer der vil forekomme i leret, i forbindelse med en lastpåvirkning. For hvert af de tre gennemførte konsolideringsforsøg, er K-modulet for hver oplastningsgren bestemt. K-modulet bestemt som sekanthældningen for anden oplastgren benævnes K ur, mens K-modulet for tredje oplastgren blot benævnes K. Konsolideringsmodulet benyttes i forbindelse med sætningsberegninger af let eller stærkt forkonsolideret ler. Samtlige K-moduler er angivet i tabel 13. På figur 38, figur 39 og figur 40 ses en graf over konsolideringsmodulerne bestemt for oplastningsgrenene for henholdsvis det 0 %, 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler. Der gøres opmærksom på akseforskellen på de tre grafer. 62

64 4 Analyse 4.3 Konsolideringsforsøg Sekant K [kpa] 0 % Sekant K ifht middel spænding Oplasttrin Oplasttrin Oplasttrin middel spænding [kpa] Figur 38: 0 % sekanthældning Sekant K [kpa] % Sekant K ifht. middel spænding Oplasttrin 1 Oplasttrin 2 Oplasttrin middel spænding [kpa] Figur 39: 1 % sekanthældning Sekant K [kpa] 2 % Sekant K ifht. middel spænding Oplasttrin Oplasttrin Oplasttrin middel spænding [kpa] Figur 40: 2 % sekanthældning 63

65 4 Analyse 4.3 Konsolideringsforsøg Af figur 38, ses det at den 0 % kalkstabiliserede prøve bliver stivere og stivere for hver oplastningsgren, i og med at konsolideringsmodulet stiger for hver oplastningsgren. Af figur 39 og figur 40 ses det, at konsolideringsmodulet for den 1 % og 2 % kalkstabiliserede prøve er størst ved anden oplastgren. Dette kan skyldes, at der forekommer færre tøjningsændringer ved genbelastningen af prøverne. Af figur 38, figur 39 og figur 40 er konsolideringsmodulerne for andet og tredje oplasttrin for hvert af de tre konsolideringsforsøg aflæst. Konsolideringsmodulerne for tredje oplastgren for hver af de tre gennemførte konsolideringsforsøg er ligeledes samlet i en graf, figur 41. Sekant K [kpa] Samlet sekant K-modul for 3. oplastgren Figur 41: Samlet sekant Kmodul for tredje oplastgren. middel spænding [kpa] 2% 1% 0% Konsolideringsmodulet for tredje oplasttrin, for den 1 % og 2 % kalkstabiliserede prøve, ses at blive tilnærmelsesvis konstant. Dette betyder, at prøverne bliver lineære elastiske, og vil have en lineær arbejdskurve i et (ε 1,σ ) diagram. Dette stemmer overens med de optegnede lineære arbejdskurver i figur 35 og figur 37 Det højeste K-modul forekommer i det 1 % kalkstabiliserede ler. Det er derfor det 1 % kalkstabiliserede ler der har den største stivhed, da der forekommer færrest tøjningsændringer per spændingsændring. Konsolideringsmodulet for tredje oplasttrin, for den 0 % kalkstabiliserede prøve, stiger lineært i et interval fra 10 kpa til 35 kpa. Det vil sige, at tøjningsændringen bliver mindre og mindre for hver spændingsændring. Dette betyder, at prøven er ved at være færdig konsolideret, og at de største sætninger derfor har forekommet. 64

66 4 Analyse 4.3 Konsolideringsforsøg Da konsolideringsmodulet benyttes til sætningsberegninger af forkonsolideret ler, er det derfor K- modulerne for de 1 % og 2 % kalkstabiliserede prøver, der er væsentlig i denne forbindelse. Gennemførelse af konsolideringsforsøg er en tidskrævende proces. Af denne grund er det ikke altid, at disse gennemføres i forbindelse med undersøgelser af jordbundsforholdene på en byggegrube. Det er derfor en fordel at kunne få en ide om konsolideringsmodulets størrelse på anden vis. Normalt har konsolideringsmoduler samme størrelsesorden som elasticitetsmoduler. Størrelsen på de bestemte elasticitetsmoduler kan af denne grund bruges til at give en ide om størrelsesordenen på konsolideringsmodulerne. Dette betyder dog ikke, at konsolideringsmodulet og elasticitetsmodulet er et udtryk for det samme. Sammenhængen mellem elasticitetsmodulet og konsolideringsmodulet kan opskrives som,hvor υ varierer fra 0,25 til 0,35. [B. C. Jensen et al., 2009] I denne forbindelse er størrelsesordnen på konsolideringsmodulerne sammenholdt med elasticitetsmodulernes størrelsesorden. 0 % 1 % 2 % K ur [MPa] K [MPa] Tabel 14: Sekant K-moduler 0 % % % E 50 [MPa] 1,05 29,80 30,10 E 50,ur [MPa] 19,70 207,30 210,70 Tabel 15: E-moduler 1 % kalk. Felt 2 Punkt 5A 650 1,5 % kalk. Felt 1. Punkt 6A % kalk. Felt 1. Punkt 1A % kalk. Felt 1. Punkt 2A % kalk. Felt 2. Punkt 3A % kalk. Felt 2. Punkt 4A 750 Tabel 16: Statiske E-moduler E stat [MPa] Størrelsen af K ur -modulet kan sammenlignes med E 50,ur -modulet. Dette skyldes, at K ur -modulet som tidligere beskrevet, er sekanthældningen for anden oplastgren for de gennemførte konsolideringsforsøg, altså for en genbelastning af prøven. E 50,ur -modulet er hældningen, fra halvdelen af brudspændingen, af anden oplastgren for triaxialforsøgene, ligeledes en genbelastningsgren. 65

67 4 Analyse 4.3 Konsolideringsforsøg De, i forbindelse med triaxialforsøgene, bestemte E 50,ur -moduler er opstillet i tabel 15, og ses ligeledes i afsnit 4.2 Triaxialforsøg. Af forsøgene gennemført i forbindelse med dette projekt, ses der at være en væsentlig forskel på størrelsesordenen af K ur -modulerne og E 50,ur -modulerne. De bestemte E 50,ur -moduler varierer fra at være 1,2 til at være 2,6 gange større end K ur -modulerne. Dette er ikke i overensstemmelse med sammenhængen opstillet fra teknisk ståbi, hvor K ur - modulerne burde være mellem 1,2 til 1,35 gange større end E 50,ur -moduler. På samme måde er det muligt at sammenligne størrelsesordnen på E stat -modulerne bestemt ved de statiske pladebelastningsforsøg i felten lige efter kalkstabiliseringen var gennemført, med K- modulerne bestemt for tredje oplastgren ved konsolideringsforsøgene udført i forbindelse med dette projekt. Resultaterne fra de statiske pladebelastningsforsøg ses i tabel 16. Desuden findes de i afsnit 2.2 Tidligere udførte forsøg. De bestemte E stat -modulet er mellem 4 og 12 gange højere end de bestemte K-moduler. Af disse observationer er det derfor heller ikke muligt at sammenligne størrelsesordnen af K- modulerne og E-modulerne tilfredsstillende. I forbindelse med de gennemførte konsolideringsforsøg er tilhørende klassifikationsforsøg udført. Vandindholdet, densiteten, mætningsgraden og poretallet er bestemt før og efter forsøgende er gennemført. Resultatet af disse beregninger er opstillet i tabel 17, tabel 18 og tabel % Før Efter w [%] 27,0 20,9 ρ [g/cm 3 ] 1,8 2,1 Sw 0,86 1,10 E 0,84 0,51 Prøvehøjde h [cm] 3,0 2,46 Tabel 17: Klassifikation ved konsolideringsforsøg 0 % 1 % Før Efter w [%] 15,6 17,0 ρ [g/cm 3 ] 2,0 2,1 Sw 0,79 0,90 e 0,53 0,50 Prøvehøjde h [cm] 3,0 2,94 Tabel 18: Klassifikation ved konsolideringsforsøg 1 % 66

68 4 Analyse 4.3 Konsolideringsforsøg 2 % Før Efter w [%] 17,5 21,4 ρ [g/cm 3 ] 1,9 2,0 Sw 0,73 0,91 e 0,64 0,63 Prøvehøjde h [cm] 3,0 2,98 Tabel 19: Klassifikation ved konsolideringsforsøg 2 % Vandindholdet for den ikke kalkstabiliserede prøve falder ved konsolideringsforsøget med mere end 6 %. Dette skyldes bortdræningen af porevand. Densiteten af den ikke kalkstabiliserede prøve ses også at stige med 0,3 g/cm 3. Det vil sige, at rumvægten af den ikke kalkstabiliserede prøve efter konsolideringen er steget med 3 kn/m 3 i forhold til inden konsolideringsforsøget. Dette skyldes, at prøven i forbindelse med konsolideringsforsøget komprimeres. Denne komprimering medfører ligeledes, at poretallet er faldet markant efter konsolideringen. Da der forekommer bortdræning af porevand i forbindelse med konsolideringsforsøget, forventer vi at det kan skyldes, at den 0 % kalkstabiliserede prøve efter forsøget havde en mætningsgrad på 1. Af resultaterne ses den ikke kalkstabiliserede prøve at have en mætningsgrad på 1,1. Dette er selvfølgelig ikke korrekt. Fejlen, antager vi, skyldes måleusikkerheder. For eksempel ville mætningsgraden netop være 1, hvis densiteten var målt til 2,065 frem for 2,1, hvilket er en meget lille afvigelse, der lige så vel kunne skyldes afrunding. Af denne grund fastholdes antagelsen om, at prøven var mættet efter forsøget. Som beskrevet komprimeres prøven i forbindelse med konsolideringsforsøget. Prøvehøjden er målt til at være reduceret med 0,54 cm. For begge de kalkstabiliserede prøver er vandindholdet efter forsøget steget, dog mest for den 2 % kalkstabiliserede prøve, hvor vandindholdet er steget med yderligere 3,9 %. Stigningen af vandindholdet efter konsolideringsforsøget, medfører ligeledes, at mætningsgraden af prøverne stiger efter forsøget, dog uden at nogen af prøverne bliver helt mættet. Vandindholdet er fra start lavere for det 1 % kalkstabiliserede ler end for det 2 % kalkstabiliserede ler. Dette stemmer overens med resultaterne fra klassifikationsforsøgene udført på B-rørsprøverne. Her var vandindholdet ligeledes lavest for den 1 % kalkstabiliserede prøve. Mætningsgraden var desuden mindst for det 2 % kalkstabiliserede ler, hvilket også er tilfældet i forbindelse med disse konsolideringsforsøg. Som beskrevet i forbindelse med klassifikationsforsøgene, kan dette skyldes udtørringen og flokkuleringen af leret i forbindelse med kalkstabiliseringen. Herved antages det, at det 2 % kalkstabiliserede ler opnår et større porevolumen end det 1 % kalkstabiliserede ler. Dette er, i forbindelse med disse konsolideringsforsøg, bevist at være tilfældet. Herved kan det 2 % kalkstabiliserede ler som beskrevet godt have en lavere mætningsgrad, men et større vandindhold end det 1 % kalkstabiliserede ler. 67

69 4 Analyse 4.3 Konsolideringsforsøg Af tabel 18 og tabel 19 ses poretallet at være mindre for de 1 % og 2 % kalkstabiliserende lerprøver frem for leret, som ikke er kalkstabiliseret. Denne forskel, mener vi, må skyldes, at det kalkstabiliserede ler i forbindelse med opbygning af tastfelterne er blevet komprimeret af de maskiner, der har kørt på felterne i forbindelse med kalkstabiliseringen. Da kalkstabilisering af ler altid foregår ved samme udførselsmetode, antager vi, at de bestemte parametre er generelle for en kalkstabiliseret ler. Af tabel 19 ses det ligeledes at det 2 % kalkstabiliserede ler inden konsolideringsforsøget har et højere poretal end leret med 1 % kalkstabilisering. Disse poretal ses kun at ændres minimalt i forbindelse med konsolideringsforsøgene. Dette skyldes altså, at de kalkstabiliserede prøver kun komprimeres meget lidt i forbindelse med konsolideringen. For den 1 % kalkstabiliserede prøve forekom en sætning på 0,06 cm af den samlede prøvehøjde, mens der for det 2 % kalkstabiliserede ler forekom en sætning på 0,02 cm. At de kalkstabiliserede prøver deformerer så lidt, kan skyldes de cementlignende bindinger opnået mellem lerpartiklerne. Dette medførte, at de kalkstabiliserede prøver var hårde og svære at prøvetildanne. Se figur 42. Figur 42: Tilpasning af konsolideringsprøver Det øgede vandindhold efter konsolideringsforsøget, samt den lille, men dog forekommende komprimering, medfører at densiteten af henholdsvis den 1 % og 2 % kalkstabiliserede prøve stiger. Densiteten for begge prøver er steget med 0,1 g/cm 3 efter forsøget er gennemført. Dette er meget lidt, hvilket stemmer overens med de meget små deformationer prøverne opnår. Det øgede vandindhold efter konsolideringsforsøgene kan skyldes, at prøverne komprimeres meget lidt, på grund af de opnåede bindinger mellem lerpartiklerne. Da prøverne lagt fra er mættet fra start, bortdrænes der af denne grund ikke noget porevand. Til gengæld er det muligt at vandet omkring konsolideringsapparatet siver ind i prøverne gennem filtersten i stede. Vandindholdet bestemt inden konsolideringsforsøget for både den 0 %, 1 % og 2 % kalkstabiliserede prøve er højere end vandindholdet bestemt i forbindelse med klassifikationsforsøgene af B-rørsprøverne. Dette medfører, at vandindholdet, i forhold til vandindholdet bestemt ud fra B-rørsprøverne, forskydes lidt i forholdt til de bestemte Atterberggrænser. Dette ses på figur 43. De bestemte vandindhold for henholdsvis 0 %, 1 % og 2 % 68

70 4 Analyse 4.3 Konsolideringsforsøg kalkstabilisering er dog stadig inden for de samme konsistensgrænser som bestemt ved B- rørsprøverne. 2% Konsistensgrænser Kalkindhold [%] 1% 0% w [%] w [%] wl [%] wp [%] wfør kons [%] Figur 43: Vandindhold for 0 %, 1 % og 2 % kalktilsætning inden konsolideringsforsøg Vandindholdet af henholdsvis det 0 %, 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler efter gennemførsel af konsolideringsforsøget, er ligeledes sammenlignet med de bestemte Atterberggrænser. Dette ses på figur 44. Af figuren fremgår det, at det ikke kalkstabiliserede ler nærmer sig plasticitetsgrænsen, og derfor ikke er langt fra at forekomme halvfast. På grund af det øgede vandindhold i de kalkstabiliserede prøver, nærmer de sig ligeledes plasticitetsgrænsen, men er dog stadig et godt stykke fra at antage en plastisk tilstand. 2% Konsistensgrænser Kalkindhold [%] 1% 0% w [%] w [%] wl [%] wp [%] wefter kons [%] Figur 44:Vandindhold for 0 %, 1 % og 2 % kalktilsætning efter konsolideringsforsøg Sammenligning med lers konsistensgrænser forudsætter normalt en vandmættet prøve. Dette antager vi ikke at være nødvendigt, idet de kalkstabiliserede prøver efter konsolideringsforsøget 69

71 4 Analyse 4.3 Konsolideringsforsøg ikke var vandmættet. Vi skønner i denne sammenhæng at de kalkstabiliserede prøver ikke er mulige og vandmætte. Deformationerne af prøverne i forbindelse med konsolideringsforsøgene er vigtige betragtninger. I forbindelse med konsolideringsforsøgene komprimeredes de kalkstabiliserede prøver langt mindre end den ikke kalkstabiliserede prøve, der opnåede en komprimering på 0,54 cm. Dette resultat er vigtigt for betragtningen af bæreevnen af leret. I forbindelse med belastning af leret, vil det ikke kalkstabiliserede ler skulle undergå langt større deformationer forårsaget af bortdræningen af porevandet end de kalkstabiliserede prøver, der stort set ikke komprimeres. Dette medfører en langt bedre stivhed og hermed deformationsegenskaber af det kalkstabiliserede ler. De forekommende deformationer, for det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler, bestemt i forbindelse med konsolideringsforsøgene kan sammenholdes med resultaterne fra nivelleringsmålingerne foretaget af Morten Vanggaard løbende, siden kalkstabiliseringen af de to testfelter blev gennemført. På figur 6 og figur 7 i afsnittet 2.2 Tidligere udførte forsøg, er Morten Vanggaards nivelleringsmålinger opstillet. For felt to er der, som beskrevet i afsnittet 2.2 Tidligere udførte forsøg, kalkstabiliseret med 2 % kalktilsætning i de øverste 0,3 m og herunder kalkstabiliseret med 1 % kalktilsætning. Af nivelleringsmålingen ses det, at der for det 1 % kalkstabiliserede ler, selv 3 meter under toppen af feltet, kun forekommer ganske få sætninger. I millimeter forekommer sætningen ude på anden eller tredje decimal. Dette underbygger resultaterne bestemt ved konsolideringsforsøgene. Her blev de kalkstabiliserede prøve belastet med en langt større belastning end de tre meter kalkstabiliseret ler i testfeltet, og stadig forekom der kun en meget lille komprimering af leret. I forhold til langtidseffekten af det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler, kan vi efter gennemførsel af konsolideringsforsøgene konkludere, at der selv ved belastninger langt større end den forventede fundamentsbelastning, forekommer meget små deformationer. Der ses under udførslen af konsolideringsforsøget, som løb over ca. en måned, at det kalkstabiliserede ler fortsat deformerede langt mindre end det ikke kalkstabiliserede ler. Dette betyder, at det kalkstabiliserede ler holder sin stivhed. På baggrund af konsolideringsforsøgene kan det konkluderes at der selv over lang tid med øgende belastning vil forekomme få deformationer af det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler. Til sammenligning, ses det 0 % kalkstabiliserede ler, at deformere betydeligt ved øget lastpåvirkninger. 70

72 4 Analyse 4.3 Konsolideringsforsøg De bestemte konsolideringsmoduler beskriver stivheden af leret. Da disse ud fra konsolideringsperioden under konsolideringsforsøget, ses at være størst for det 1 % kalkstabiliserede ler, vil der i denne forekomme mindre tøjninger. Prøverne var dog ikke mættet. Havde de været det, ville konsolideringstiden være meget højere. Vi antager dog, som beskrevet, at det ikke er muligt at vandmætte det kalkstabiliserede ler på grund af dens struktur. Med hensyn til langtidseffekten af det kalkstabiliserede ler, ses det ligeledes på nivelleringsmålingerne, at der ikke har været nogen særlig deformation i leret gennem de to år. Da deformationerne, bestemt i forbindelse med konsolideringsforsøgene, stadig er meget små, må det kunne konkluderes, at stivheden af leret der opnås i forbindelse med kalkstabiliseringen, er holdbar, og ikke ændres betydeligt over de to år Opsummering For at undersøge de endimensionelle deformationer for henholdsvis det 0 %, 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler, er der udført et konsolideringsforsøg på hver af disse lerprøver. Ud fra arbejdskurven for det 0 % kalkstabiliserede ler har vi vurderet, at leret opfører sig normalkonsolideret. Ud fra arbejdskurverne for lerprøverne med 1 % og 2 % kalkstabilisering har vi vurderet, at lerprøverne kan betragtes som værende forkonsolideret. Denne forkonsoliderede tilstand, antager vi, skyldes de opnåede cementlignende bindinger mellem lerpartiklerne. Konsolideringsmodulet for tredje oplastgren, for lerprøverne med 1 % og 2 % kalktilsætning, er bestemt konstant. Dette betyder, at prøverne bliver lineære elastiske, hvorved arbejdskurverne i et (ε 1,σ ) - diagram ligeledes bliver lineære. Det største K-modul er bestemt for det 1 % kalkstabiliserede ler. Dette betyder, at det 1 % kalkstabiliserede ler har størst stivhed. Der forekommer derved færrest tøjningsændringer per spændingsændring for denne prøve, hvilket betyder, at der opnås færre deformationer. Som beskrevet tidligere, udføres der ofte ikke konsolideringsforsøg i forbindelse med geotekniske undersøgelser af en byggegrund, da konsolideringsforsøgene er en tidskrævende proces. Af denne grund er det fordelagtigt, at kunne opnå en ide om størrelsesordnen af K-modulerne på anden vis. Normalt giver størrelsesordenen på E-modulerne en ide om størrelsesordenen på K-modulerne. I forbindelse med dette projekt, kan sammenhængen mellem størrelsesordenen på E-modulerne og K-modulerne dog ikke bekræftes, da størrelsesordenen af E-modulerne er væsentligt større end K- modulerne. På baggrund af de udførte konsolideringsforsøg, kan det konkluderes, at der forekommer langt færre deformationer af det 1 % og 2 % kalkstabiliserede ler, end for det 0 % kalkstabiliserede ler. 71

73 4 Analyse 4.4 Anvendelse af kalkstabilisering i en funderingsteknisk sammenhæng Selv ved en lastpåvirkning langt større end den forventede fundamentsbelastningen, deformerer det kalkstabiliserede ler stort set ikke. 4.4 Anvendelse af kalkstabilisering i en funderingsteknisk sammenhæng I forbindelse med de gennemførte konsolideringsforsøg er det relevant at undersøge de deformationer, der må formodes at opstå på grunden i Høje Taastrup i forbindelse med opfyldning med det kalkstabiliserede ler. Som før nævnt har man valgt at anvende kalkstabilisering på området, for placeringen af det ny grønttorv. På dette område forekommer der høje niveauforskelle, og man har i den forbindelse besluttet at kalkstabilisere den jord, som graves af og anvendes til udligning af området. Det forventes i denne sammenhæng, at det bliver nødvendigt at kalkstabilisere 4 meter ler af i den ene ende der graves af og lægges ud i den anden ende. Da man har fundet det nødvendigt at udligne niveauforskellen på byggepladsen med 4 meter kalkstabiliseret ler, er det nødvendigt at bestemme størrelsen på de sætninger der forekommer i det underliggende lerlag, som følge af vægten fra det kalkstabiliserede ler. Dette skyldes, at udlægning af fyld kan medfører deformationer af jorden, og disse deformationer er nødvendige at bestemme, for at undersøge, om der er risiko for sætninger, som vil kunne skade byggeriet. Da der i dette tilfælde er tale om et underliggende, ikke kalkstabiliseret, lag af ler, kan der være risiko for store deformationer. Dette skyldes, at vandbindingerne i leret, ved belastning, vil nedbrydes og vandet kan dræne bort. Netop denne bortdræning er årsag til sætninger i lerlaget. I den forbindelse vil vi undersøge, hvor store sætninger, der vil forekomme i et 2 meter tykt kalkstabiliseret lerlag, ved belastning af vægten fra yderligere 2 meter kalkstabiliseret ler. Desuden hvor store sætninger, der vil forekomme i det underliggende ikke kalkstabiliserede lerlag. Vi vil ligeledes undersøge, hvor langt tid denne konsolideringsproces i lagene er om at gennemføres. Normalt regner man med fundamentssætninger som værende to- eller tredimensionelle. Men det kalkstabiliserede lerlag kommer til at virke som en stor plade. Denne plade vil medføre endimensionelle deformationer, da pladens last virker i stor vandret udstrækning for hele det betragtede område. Med mindre der påføres en meget stor punktlast på det kalkstabiliserede ler, kan der af denne grund ses bort fra trykspredning fra fundamentet. Som beskrevet i afsnit 4.3 Konsolideringsforsøg, opførte det ikke kalkstabiliserede ler sig som normalkonsolideret ler. Da det på baggrund af klassifikationsforsøgene er vurderet, at 1 % kalktilsætning medfører bedst mulige egenskaber for leret, formoder vi, at der kalkstabiliseres med 1 % kalk. På baggrund af boreprofilet fra byggegruben, se bilag Boreprofiler fra Høje 72

74 4 Analyse 4.4 Anvendelse af kalkstabilisering i en funderingsteknisk sammenhæng Taastrup, ses det, at grundvandsspejlet, efter afgravning af muld, vil ligge netop ved jordoverfladen. For at kunne beregne sætningerne for henholdsvis det 1 % kalkstabiliserede ler og det 0 % kalkstabiliserede ler, skal rumvægtene, dekadehældningen for det ikke kalkstabiliserede ler, og konsolideringsmodulet for det 1 % kalkstabiliserede ler benyttes. Disse er opstillet i tabel % 1 % [kn/m 3 ] 19,9 20,1 Q [%] 11 - K [MPa] - 55 Tabel 20: Rumvægt, dekadehældning og konsolideringsmodul Først kan det bestemmes hvor store sætninger, der vil forekomme i det 1 % kalkstabiliserede lerlag alene. Dette er gjort, ved at beregne hvor store sætninger der vil forekomme i et 2 meter tykt lag kalkstabiliseret ler, hvis dette belastes af yderligere 2 meter kalkstabiliseret ler. Da konsolideringsmodulet K, er konstant over hele lerlagets tykkelse kan sætningerne af laget findes ved følgende formel til: hvor 1 20,1 / 60,3 / 55 2 Tabel 21: Parametre til sætningsbestemmelse af kalkstabiliseret ler Det må altså konkluderes, at det ikke er i det kalkstabiliserede lerlag, der vil forekomme problematiske sætninger. Sætningerne af det underliggende 3 meter tykke ikke kalkstabiliserede lerlag kan hernæst bestemmes. Disse sætninger er bestemt efter 4 meter kalkstabiliseret ler er påført laget. Sætningen kan bestemmes ved følgende formel til: hvor log σ log σ 30 11% 3 110,1 80,4 29,7 0 Tabel 22: Parametre til sætningsbestemmelse af ikke kalkstabiliseret ler Der forekommer altså betydeligt større sætninger i det ikke kalkstabiliserede lerlag end i det 1 % kalkstabiliserede lerlag. Dette var ligeledes konklusionen i forbindelse med de gennemførte konsolideringsforsøg. Tidsforløbet af konsolideringen for henholdsvis det 1 % kalkstabiliserede lerlag, og det ikke kalkstabiliserede lerlag, kan ligeledes bestemmes. Konsolideringen af især det ikke kalkstabiliserede lerlag kan tage tid, idet konsolideringen af laget kræver bortdræning af vand. 73

75 4 Analyse 4.4 Anvendelse af kalkstabilisering i en funderingsteknisk sammenhæng Til bestemmelse af konsolideringstiden for hele lerlaget, skal konsolideringskoefficienten for det pågældende ler bestemmes. Denne bestemmes normalt ud fra aflæsning af den halve konsolideringstid, t 50, på tidskurverne for det gennemførte konsolideringsforsøg. For det kalkstabiliserede ler er de opnåede tidskurver, som det også er beskrevet i afsnittet 4.3 Konsolideringsforsøg, meget svære at aflæse, da de få deformationer, der forekom, skete umiddelbart efter belastning. Af denne grund, er det vurderet at være t 80 der aflæses t 80 for 1 % load kpa t 80 for 1 % load kpa 29 sek. 26 sek. Tabel 23: Aflæst t 80 værdier for 1 % kalkstabiliseret ler Den gennemsnitlige t 80 værdi anvendes til bestemmelse af konsolideringskoefficienten og herefter konsolideringstiden for det 2 meter kalkstabiliserede lerlag. Konsolideringskoefficienten bestemmes ud fra de gennemførte konsolideringsforsøg. hvor 4,1 10 / 0,5 27,5 0,015 Tabel 24: Parametre til bestemmelse af konsolideringskoefficienten for det 1 % kalkstabiliserede ler Konsolideringstiden for hele det ikke kalkstabiliserede lerlag bestemmes herefter ø hvor 2 4,1 10 / 1 Tabel 25: Parametre til bestemmelse af konsolideringstiden for det 1 % kalkstabiliserede ler For det ikke kalkstabiliserede lerlag benyttes tidskurverne fra konsolideringsforsøget, gennemført på den 0 % kalkstabiliserede prøve, til at bestemme konsolideringstiden af hele laget. Ud fra en tidskurve aflæses t 50, der er konsolideringstiden hvor prøven er 50 % konsolideret, U=50 %. Heraf bestemmes konsolideringskoefficienten, c k, der er en konstant for konsolideringsforløbet for denne ler. [DGF's Laboratoriekomité, 2001] Den halve konsolideringstid aflæses på tre tidskurver, da dette giver en mere præcis aflæsning. De aflæste værdier for t 50 er opstillet i tabel 26. t 50 for 0 % load kpa t 50 for 0 % load kpa t 50 for 0 % load kpa 14 min = 840 sek. 16 min = 960 sek. 14,5 min = 870 sek. Tabel 26: Aflæst t 50 værdier for den ikke kalkstabiliseret ler 74

76 4 Analyse 4.4 Anvendelse af kalkstabilisering i en funderingsteknisk sammenhæng Den gennemsnitlige værdig t 50 anvendes ved bestemmelse af konsolideringskoefficienten og herefter konsolideringstiden af hele laget. Konsolideringskoefficienten bestemmes ud fra de gennemførte konsolideringsforsøg. hvor 5,0 10 / 0, ,015 Tabel 27: Parametre til bestemmelse af det ikke kalkstabiliserede ler Konsolideringstiden for hele det ikke kalkstabiliserede lerlag bestemmes herefter 8, å hvor 2 5,0 10 / 1,5 Tabel 28: Parametre til bestemmelse af konsolideringstiden for det ikke kalkstabiliserede ler Da den bestemte konsolideringstid, for det 0 % kalkstabiliserede ler, er meget høj, er det i forbindelse med byggeriet på det nye grønttorv vigtigt at være opmærksom på de sætninger, der vil forekomme. Som det er beregnet, er sætningen af det kalkstabiliserede ler minimal, og behøves derfor ikke at tages i betragtning. Dette ses ligeledes på figur 6 og figur 7 for nivelleringsmålingerne foretaget af Morten Vanggaard. Desuden er konsolideringstiden forholdsvis kort. Det er sætningen af det ikke kalkstabiliserede ler, der er væsentlig. I og med at konsolideringstiden er næsten 3 år, er det ikke muligt at gennemføre opfyldningen med det kalkstabiliserede ler, og efterfølgende vente på, at konsolideringsprocessen er gennemført. Det skal derfor overvejes, om de bestemte deformationer kan accepteres, eller der skal funderes på en anden måde. I forbindelse med bestemmelsen af konsolideringstiden, er det ikke kalkstabiliserede lerlag regnet som dobbeltsidet drænet. Dette skyldes, at det 1 % kalkstabiliserede ler antages at være så porøst, at det er muligt for vandet fra det ikke kalkstabiliserede ler at dræne gennem det kalkstabiliserede lag. Denne antagelse er benyttet på trods af, at det 4 m tykke 1 % kalkstabiliserede lerlag vil virke som en plade oven på det ikke kalkstabiliserede ler, samt i sig selv virker vandafvisende og værende svært at vandmætte. Som beskrevet, antages det kalkstabiliserede ler dog at være så porøst, at dræning er mulig. 75

77 5 Diskussion 5 Diskussion I forbindelse med de gennemførte forsøg, har det været muligt, at se en klar styrke- og stivhedsforøgelse efter kalkstabiliseringen af leret. Af resultaterne opnået ved forsøgene har vi vurderet, at styrke- og stivhedsforøgelsen skyldes, at bindingerne mellem lerpartiklerne styrkes, samt orienteringen mellem lerpartiklerne ændres. I forbindelse med undersøgelsen af langtidseffekten af det kalkstabiliserede ler, var muligheden for sammenholdelse med resultater fra tidligere udførte forsøg væsentlig. Som beskrevet er der for cirka to år siden i Grontmij Carl Bros prøvelaboratorium udført klassifikationsforsøg og et triaxialforsøg. Kalkstabiliseringen var i forbindelse med disse forsøg udført i laboratoriet. Dette vurderer vi, kan have haft en væsentlig indflydelse på brudstyrken bestemt ved triaxialforsøget. Hermed også for de bestemte styrkeparametre. Som beskrevet i analysen, skyldes dette, at kalkstabiliseringen i laboratoriet højest sandsynligt er blevet mere jævnt fordelt og hermed mere optimal. Dette skal tages i betragtning i forbindelse med sammenholdelse af resultaterne. Af resultaterne af Morten Vanggaards foretagne minifaldlodsmålinger, vurderer vi, at faldet i elasticitetsmodulerne i vinterhalvåret skyldes, at de opnåede cementlignende bindinger mellem lerpartiklerne bliver svækket af frosten i leret. Ligeledes at disse bindinger igen over sommeren bliver genopbygget. De statiske pladebelastningsforsøg er kun foretaget i eftersommeren, umiddelbart efter at kalkstabiliseringen var gennemført. Det er af denne grund ikke undersøgt, hvorvidt størrelsen på disse ligeledes vil falde i forbindelse med frostpåvirkning af leret. Vi vurderer dog, at dette er meget sandsynligt. Selvom de målte elasticitetsmoduler beskriver stivheden af leret, er det væsentligt at overveje, hvorvidt frostpåvirkningen af leret også vil have en indvirkning på styrken af leret. De, ved dette projekt, gennemførte triaxialforsøg er som beskrevet, udført på lerprøver udtaget umiddelbart efter at frosten var ude af leret. Det udførte triaxialforsøg for cirka to år siden, i Grontmij Carl Bros laboratorium, blev udført på en prøve der ikke havde været frostpåvirket. Af resultaterne fandt vi, at brudstyrken af leret var cirka halveret, ved forsøgene gennemført i forbindelse med dette projekt, i forhold til tidligere. Det kan diskuteres, om denne styrkereduktion på langt sigt skyldes en svækkelse af bindingerne mellem lerpartiklerne i forbindelse med frostpåvirkning. Desuden om styrken mellem disse bindinger, som det ses på stivheden bestemt ved de målte elasticitetsmoduler, vil genopbygges over sommerhalvåret. 76

78 5 Diskussion Vi vurderer dette, som værende meget sandsynligt. Hermed vil udførelse af triaxialforsøg på kalkstabiliserede prøver, udtaget i sommerhalvåret, højest sandsynligt vise en højere brudstyrke af leret. Denne antagelse kræver dog yderligere undersøgelser. Såfremt vores antagelse om at de opnåede cementlignende bindinger svækkes i forbindelse med frost i leret er korrekt, vurdere vi, at det er vigtigt at undersøge styrken af leret i vinterhalvåret, da det er i denne periode, at lerets stivhed og styrke er svagest. Ud fra de gennemførte forsøg, har det været svært at vurdere, om reduktionen af styrken af leret skyldes en svækkelse af kalkstabiliseringens effekt over den toårige periode. Den lavere styrke vurderer vi lige såvel, at kunne skyldes den mere optimalt gennemførte kalkstabilisering i laboratoriet, eller svækkelsen af lerpartiklernes bindinger i forbindelse med frost. Den målte styrke for det kalkstabiliserede ler er dog stadig meget større end styrken for det ikke kalkstabiliserede ler. Selv om vinteren, hvor vi antager at styrken af det kalkstabiliserede ler er svagest. Desuden er brudstyrken stadig noget større end hvad den forventede fundamentsbelastning vil påvirke leret med. Det er altså stadig en fordel at benytte kalkstabilisering, selv om bindingerne højest sandsynligt svækkes i forbindelse med frost. Triaxialforsøgene gennemført i forbindelse med dette projekt, er fortaget på samme vis som det tidligere gennemførte forsøg i Grontmij Carl Bros laboratorium. I denne sammenhæng vurderer vi, at det kunne have været godt, at have forbedret forsøgene, ved at gennemføre flere triaxialforsøg ved forskellige kammertryk af lerprøver med samme kalkstabiliseringsprocent. Dette ville have medført mere korrekt bestemte styrkeparametrene, φ og c, uden brug af antagelser for disse. På trods af dette er det dog muligt, at konkludere, at styrkeparametrene øges markant i forbindelse med kalkstabiliseringen af leret. I forbindelse med de gennemførte triaxialforsøg er prøverne som beskrevet ikke mættet inden gennemførsel af forsøgene. Dette skyldes, at fremgangsmåden er forsøgt gennemført på samme måde som det tidligere udførte triaxialforsøg. Hvorved sammenholdelse af resultaterne er mulig, og langtidseffekten har kunnet undersøges. De gennemførte konsolideringsforsøg blev ligeledes ikke forsøgt mættede inden forsøget. Ved betragtning af leret, samt ved de gennemførte klassifikationsforsøg, har vi vurderet, at det ikke er muligt at vandmætte det kalkstabiliserede ler, hvilket ligeledes er årsag til at forsøgene er gennemført på denne måde. Det vurderes ligeledes at være umuligt at vandmætte leret på testfelterne i Høje Taastrup. Ved de gennemførte konsolideringsforsøg opnår den 1 % kalkstabiliserede ler lidt større deformationer end den 2 % kalkstabiliserede prøve. Forskellen er dog ikke betydelig, og den 1 % kalkstabiliserede ler har da også ved tredje oplastgren en større stivhed end den 2 % kalkstabiliserede ler. Af denne grund mener vi heller ikke, at der er noget væsentligt argument for at kalkstabilisere med 2 % kalk frem for 1 % kalk. 77

79 5 Diskussion Ud fra resultaterne fra klassifikationsforsøgene regner vi med, at den 2 % kalkstabiliserede ler vil opnår cirka samme brudstyrke, og hermed styrkeparametre, som den 1 % kalkstabiliserede ler. Dette er dog en antagelse, og det kan måske endda forventes, at brudstyrken vil være en anelse mindre for det 2 % kalkstabiliserede ler på grund af den mere porøse struktur. Vi har af denne grund vurderet, at det kunne tyde på, at 1 % kalkstabilisering vil være den mest optimale kalkstabiliseringsprocent. Ved yderligere kalktilsætning vurderer vi, at der opnås en for porøs og usammenhængende struktur. I forbindelse med undersøgelserne af kalkstabiliseringens indvirkning på leret, har vi overvejet, om det er en økonomisk og fordelagtig måde at øge styrken og stivheden af leret på. Da der spares bortkørsel af store mængder uegnet jord, samt tilkørsel af ny bedre egnet jord, må det konkluderes, at det klart er en økonomisk fordel at benytte kalkstabiliseringsmetoden, da denne transport hermed kan undgås. Desuden er der en miljømæssig fordel ved kalkstabiliseringen. Selvom der udledes CO 2 ved fremstilling af den brændte kalk, er udledningen af CO 2 i forbindelse med bortkørsel og tilkørsel af jord til byggegrunden langt større. [12- Berlinske] I forbindelse med, den økonomiske og miljømæssige fordel ved anvendelse af kalkstabiliseringsmetoden, kunne vi forestille os, at metoden efterhånden vil vinde mere generel udbredelse. Den brændte kalk er dog som beskrevet meget basisk. Af denne grund går vi ud fra, at der vil komme flere arbejdsmiljømæssige krav til håndteringen af den brændte kalk, hvis metoden bliver mere anvendt. Metoden må dog forventes stadig at være en økonomisk fordelagtig metode, til at styrke egenskaberne for en ellers uegnet lerart. 78

80 6 Fejlkilder 6 Fejlkilder - Det kalkstabiliserede ler var meget porøst og hårdt, og af denne grund svær at udtage prøver fra. Der kan af denne grund være opstået revner i intaktprøverne. - Prøverne til forsøg var af samme grund svære at tildanne. - I forbindelse med klassifikationsforsøgene, var en lille vægtforskel ved flere beregninger afgørende for forsøgsresultaterne. - I forbindelse med de gennemførte forsøg i Grontmij Carl Bros prøvelaboratorium, var kalkstabiliseringen af prøven udført i laboratoriet. Dette vurderer vi, kan har medført en mere optimal kalkstabilisering og hermed bedre forsøgsresultater. - I forbindelse med konsolideringsforsøgene var der fejl ved indsamling af data. For den 2 % kalkstabiliserede prøve begyndte målingerne først efter ca. 30 sek. Tidskurverne kunne derfor ikke optagenes for hele tidsforløbet. 79

81 7 Konklusion 7 Konklusion I forbindelse med dette projekt er egenskaberne for kalkstabiliseret ler undersøgt. Disse egenskaber er sammenholdt med egenskaberne for samme ikke kalkstabiliserede ler. Desuden er langtidseffekten af kalkstabiliseringens indvirkning på lerets styrke- og deformationsegenskaber undersøgt. I forbindelse med de gennemførte forsøg samt betragtninger af leret, har vi kunnet konkludere, at leret ændrer struktur i forbindelse med kalkstabiliseringen. Det kalkstabiliserede ler er langt hårdere og mere porøst end det ikke kalkstabiliserede ler. Dette, konkluderer vi, skyldes, at de tiltrækkende kræfter mellem lerpartiklerne forøges, hvilket medfører at lerpartiklerne flokkulerer. I forbindelse med flokkuleringen øges lerets stivhed. Desuden opstår der cementlignende bindinger mellem lermineralerne, hvilket vi konkluderer, øger både lerets stivhed og styrke. I forbindelse med kalkstabiliseringen af leret falder både vandindholdet og mætningsgraden. Desuden stiger plasticitetsgrænsen for leret, hvilket ligeledes medfører, at plasticitetsindekset falder. Det kan på baggrund af klassifikationsforsøgene konkluderes, at det 1 % kalkstabiliserede ler er den mest optimale kalkstabilisering. I forbindelse med dette projekt har vi ligeledes kunnet konkludere, at styrken af leret stiger markant i forbindelse med kalkstabiliseringen. Hvorvidt denne styrkeforøgelse er vedvarende, er diskuteret. Af resultaterne fra de gennemførte forsøg fandt vi, at styrken er reduceret over den toårige periode. Denne reduktion af styrken kan dog ud over den to årige tidsperioden skyldes, forskellen i kalkstabiliseringsmetoden af prøverne, samt frostens indvirkning på bindingerne mellem lerpartiklerne. Stivheden af leret er ligeledes øget i forbindelse med kalkstabiliseringen. Efter kalkstabiliseringen af leret opfører det ellers normalkonsoliderede ler sig forkonsolideret. Denne tilstand har vi antaget skyldes de cementlignende bindinger mellem lerpartiklerne. I forbindelse med resultaterne af de gennemførte forsøg, samt gennemførte sætningsberegninger, har vi konkluderet, at det ikke er deformationerne af det 1 % og 2 % kalkstabiliserede lerlag, der er væsentlig i forbindelse med opbygning af det nye grønttorv, men derimod det underliggende 0 % kalkstabiliserede lerlag. Det har ligeledes været muligt at konkludere, at der hverken for to år siden eller nu forekommer væsentlige deformationer af det kalkstabiliserede ler. Denne konklusion er baseret på nivelleringsmålingerne samt de foretagne konsolideringsforsøg. Vi mener at kunne konkludere, at langtidseffekten af det kalkstabiliserede ler er holdbart, dog er både styrken og stivheden afhængig af klimaets variation over året. 80

82 8 Referencer 8 Referencer N. K. Ovesen et al., 2009, Lærebog i Geoteknik, Polyteknisk Forlag, 1. udgave, 2 oplag 2009, ISBN B. Thagesen et al., 1998, VEJE OG STIER, Polyteknisk Forlag, 1. udgave, 2. oplag 2000, ISBN R. Chang, 2008, General Chemistry: The Essentiel Concept, McGraw-Hill, 5 th Edition. DGF's Laboratoriekomité, 2001, Laboratoriehåndbogen, dgf- Bulletin 15,Dansk Geoteknisk Forening, 2001, ISBN B. C. Jensen et al., 2009, Teknisk Ståbi, Nyt teknisk forlag, 20. udgave, 2009, ISBN [1-byggeplads.dk]: [2-VVM Screening af etablering af Copenhagen Markets]: enhagen_markets.pdf [3-Moe & Brødsgaard]: [4-Skude & Jacobsen]: pdf [5-DGF]: [6 - wikipedia & Struktoerogbrolaegger]:

83 8 Referencer [7- Samling af artikler]: %20Artikel%20Vejforum%202006_rev0_43.PDF [8 brdr-ikast]: [9- GM kalkstabilisering]: [10- CaO]: [11- wikipedia. E-modul]: [12- Berlinske]: 82

84 9 Bilag Resultater for 0 % 9 Bilag I bilag 9.1 Forsøgsresultater forefindes forsøgsresultater fra gennemførte forsøg på DTU, foretaget i forbindelse med dette projekt. Resultaterne af disse forsøg er opdelt i afsnit efter kalkstabiliseringsprocenterne. De samlede resultater fra tidligere gennemførte forsøg foretaget i Grontmij Carl Bros prøvelaboratorium, samt forsøg og målinger foretaget på de opbyggede felter på byggepladsen i Høje Taastrup, er samlet i bilag 9.2 Tidligere opnåede forsøgsresultater. Desuden er filerne, der er at finde på den vedlagte CD-rom oplistet i nærværende. Metodebeskrivelserne for de gennemførte forsøg findes i bilag 10. Metodebeskrivelser sidst i bilagene. 9.1 Forsøgsresultater I dette afsnit findes resultaterne af forsøgene gennemført i forbindelse med udarbejdelsen af dette projekt Resultater for 0 % Resultaterne af forsøgene gennemført på det ikke kalkstabiliserede ler er angivet i dette afsnit. Der er her tale om resultater fra klassifikationsforsøg, triaxialforsøg samt konsolideringsforsøg Klassifikation 0 % Ved klassifikation af det ikke kalkstabiliserede ler er der gennemført forsøg til bestemmelse af Atterberggrænser, korndensitet, rumvægt, vandindhold og mætningsgrad. Til bestemmelse af Atterberggrænserne er Casagrandeforsøg, faldlodsforsøg og udrulning af prøver gennemført. 83

85 9 Bilag Resultater for 0 % Flydegrænsen ved Casagrandeforsøg Tara nr. Tara [g] Våd prøve + tara [g] Tør prøve + tara [g] Vandindhold, w [%] Slag [antal] A36 44,04 60,04 55,54 39,13 38 A62 43,25 62,64 57,06 40,41 30 A75 40,19 68,63 60,27 41,63 29 A21 39,79 70,27 60,82 44,94 15 A18 41,87 71,96 62,07 47,07 13 Tabel 29: Casagrandeforsøg 0 % Antal slag Flydegrænse efter Casagrande metode y = x Vandindhold wl [%] 0% Figur 45: Flydegrænse efter Casagrande metode 0 % Flydegrænsen kan af grafen aflæses som vandprocenten ved 25 slag. Flydegrænsen bliver således:, 42,63 %, Flydegrænsen ved faldlodsforsøg Tara nr. Tara [g] Våd prøve + tara [g] Tør prøve + tara [g] Vandindhold, w [%] Gennemsnitlig nedsynkning for 3 fald [mm] A36 44,04 60,04 55,54 39,13 6,27 A62 43,25 62,64 57,06 40,41 6,93 A75 40,19 68,63 60,27 41,63 7,6 A21 39,79 70,27 60,82 44,94 8,5 A18 41,87 71,96 62,07 47,07 10,3 Tabel 30: Flydegrænse ved faldlod 0 % 84

86 9 Bilag Resultater for 0 % Flydegrænse efter metoden med faldlod Vandindhold wl [%] y = x % Nedsynkning [mm] Figur 46: Flydegrænse efter faldlod metoden 0 % Flydegrænsen kan aflæses som vandprocenten ved 10 mm, nedsynkning. Flydegrænsen bliver således: 2, ,328 46,917 % Plasticitetsgrænsen Tara nr. Tara [g] Våd prøve + tara [g] Tør prøve + tara [g] Vandindhold, w [%] A96 42,05 50,40 49,03 19,63 A9 41,86 50,16 48,77 20,11 A64 42,05 54,09 52,09 19,92 Tabel 31: Plasticitetsgrænse 0 % Plasticitetsgrænsen bliver således: 19,89 % 85

87 9 Bilag Resultater for 0 % Beregning af korndensitet Korndensiteten er bestem ved gennemførsel af pyknometerforsøg. Dato Navn Camilla Milling og Ditte Høybye Projekt Langtidseffekten af kalkstabilisering af ler Prøvemateriale Ler Prøve 0 % Fra kalibrering af pyknometer 1 2 Pyknometer nummer Pykn. + prop (tomt) m 0 g 363,19 363,67 Pykn. + prop (vandfyldt) W 2 m 1 g 943,06 944,15 Temperatur ved kalibrering T k T 1 C Densitet af vand ved T k * ρ w,k ρ w;1 g/cm 3 0,9978 0,9978 Måling Pykn.+ prop + jord m 2 g 551,82 549,6100 Pykn.+ prop + jord + vand W 1 m 3 g 1060, ,3 Temperatur T T 3 C 21,4 21,4 Densitet af vand ved T * ρ w,t ρ w;3 g/cm 3 0,9979 0,9979 Jord - masse W s m 4 g 188,63 185,94 Jord - volumen V s cm 3 70, , Korndensitet ρ s ρ s g/cm 3 2, , Resultat - middel ρ s ρ s g/cm 3 2,6570 Betegnelser fra dgf15 DS Tabel 32: Korndensitet 0 % Bestemmelse af rumvægt, vandindhold og mætningsgrad Rumvægten, vandindholdet og mætningsgraden er bestemt ud fra de udtagne B-rørsprøver. Punkt 5A Punkt 5B Højde B-rør [mm] 140,0 140,2 Diameter B-rør [mm] 41,7 41,8 Manglende højde for fyldt B-rør [mm] 22,2 0,0 Volumen [cm 3 ] 160,5 192,6 Rør med ler [g] 522,0 594,5 Skål [g] 164,8 162,4 Skål med våd ler [g] 481,5 550,5 Rør uden ler [g] 204,0 205,4 Skål med tør ler [g] 420,9 477,2 Våd ler [g] 318,0 389,2 Tabel 33: Klassifikationsresultater 0 % 86

88 9 Bilag Resultater for 0 % [kn/m 3 ] 19,7 20,1 [kn/m 3 ] 16,0 16,3 W [%] 23,7 23,3 d s 2,657 2,657 Sw 0,96 1,00 Tabel 34: Bestemte klassifikationsparametre 0 % Triaxialforsøg 0 % I forbindelse med bearbejdning af resultaterne fra de gennemførte triaxialforsøg, er grafer for kammertrykket, arbejdskurven og volumentøjningen udarbejdet. Desuden er brudparametre bestemt og styrkeparametre og elasticitetsmoduler beregnet. Vandindholdet er bestemt før og efter gennemførsel af forsøget. Figur 47: Kammertryk 0 %

89 9 Bilag Resultater for 0 % Figur 48: Arbejdskurve 0 % Figur 49: Volumentøjning 0 % Vandindhold W før [%] 23,83 W efter [%] 22,54 Tabel 35: Vandindhold ved triaxialforsøg 0 % 88

90 9 Bilag Resultater for 0 % Kammertrykket, deviatorspænding og den lodrette tøjning forekommende ved brud er aflæst på arbejdskurven, og de dertil hørende resultatark. Resultatarkene findes i arbejdsbilagene på den vedlagte CD-rom. Den udrænede forskydningsstyrke er bestemt som den halve brudspænding. Elasticitetsmodulerne bestemmes ved at fastlægge den halve brudspænding, og herefter bestemme sekanthældningen af det overliggende stykke af enten første eller anden oplastgren. Prøve 0 % σ 3 [kpa] 41 (σ 1 σ 3 ) [kpa] 47,74 ε 1 [%] 5 % c u [kpa] 23,87 E 50 [MPa] 1,05 E 50,ur [MPa] 19,70 Tabel 36: Brudparametre ved triaxialforsøg 0 % Den effektive friktionsvinkel ved antagelsen c = 0 er bestemt. tanβ 0,86 φ [grader] 21,59 Tabel 37: Effektiv friktionsvinkel 0 % 89

91 9 Bilag Resultater for 0 % Konsolidering 0 % Ud fra tidskurverne, er arbejdskurven optegnet for de enkelte lasttrin gennemført ved forsøget. Alle resultatark og tidskurver fra forsøget findes i arbejdsbilag på den vedlagte CD-rom. Konsolideringsforsøg Arbejdskurve - 0% σ'[kpa] ε[%] 25 Figur 50: Arbejdskurve konsolideringsforsøg 0 % Af arbejdskurven, samt tilhørende resultatark, er forbelastningsspændingen σ pc aflæst. Herudover er tøjningindekset, Q, bestemt som dekadehældningen af arbejdskurven. σ pc [kpa] 40 Q [%] 11 Tabel 38: Forbelastningsspænding og dekadehældning 0 % I forbindelse med konsolideringsforsøgene er vandindholdet, densiteten, mætningsgraden og poretallet, bestemt før og efter forsøget. 0 % Før Efter w [%] 27,0 20,9 ϱ s [g/cm^3] 1,8 2,1 Sw 0,86 1,10 Poretallet e 0,84 0,51 Tabel 39: Klassifikation ved konsolideringsforsøg 0 % 90

92 9 Bilag Resultater for 0 % Hvis prøven havde været vandmættet, S w = 1, så ville vandindholdet i prøven skulle have været w [%] 39,0 Tabel 40: Vandindhold hvis mættet prøve 0 % Konsolideringsmodulet er bestemt som sekanthældningen for hver af de tre oplastgrene ved forsøget. 0 % Sekant K ifht middel spænding Sekant K [kpa] Oplasttrin 1 Oplasttrin 2 Oplasttrin middel spænding [kpa] Tabel 51: K-modul 0 % 91

93 9 Bilag Resultater for 1 % Resultater for 1 % Resultaterne af forsøgene gennemført på det 1 % kalkstabiliserede ler er angivet i dette afsnit. Der er gennemført klassifikationsforsøg, triaxialforsøg samt konsolideringsforsøg Klassifikation 1 % Ved klassifikation af det 1 % kalkstabiliserede ler er der gennemført forsøg til bestemmelse af Atterberggrænser, korndensitet, rumvægt, vandindhold og mætningsgrad. Til bestemmelse af Atterberggrænserne er Casagrandeforsøg, faldlodsforsøg og udrulning af prøver gennemført. Flydegrænsen ved Casagrandeforsøg Tara nr. Tara [g] Våd prøve + tara [g] Tør prøve + tara [g] Vandindhold, w [%] Slag [antal] A15 42,41 68,95 62,44 32,50 44 A71 39,88 68,26 61,22 32,99 33 A19 41,04 69,94 62,77 32,99 25 A69 40,75 72,56 64,48 34,05 24 A72 40,06 63,54 57,41 35,33 22 A52 39,76 58,62 53,63 35,98 13 Tabel 41: Flydegrænse ved Casagrandeforsøg 1 % Antal slag Flydegrænse efter Casagrande metode y = x Vandindhold wl [%] 1% Figur 52: Flydegrænse efter Casagrande metode 1 % 92

94 9 Bilag Resultater for 1 % Flydegrænsen kan nu aflæses som vandprocenten ved 25 slag. Flydegrænsen bliver således:, 34,26 %, Flydegrænsen ved faldlodsforsøg Tara nr. Tara [g] Våd prøve + tara [g] Tør prøve + tara [g] Vandindhold, w [%] Gennemsnitlig nedsynkning for 3 fald [mm] A15 42,41 68,95 62,44 32,50 6,0,3 A71 39,88 68,26 61,22 32,99 6,93 A19 41,01 69,94 62,77 32,99 8,73 A69 40,75 72,56 64,48 34,05 7,47 A72 40,06 63,54 57,41 35,33 9,3 A52 39,76 58,62 53,63 35,98 10,1 Tabel 42: Flydegrænse ved faldlod 1 % Flydegrænse efter metoden med faldlod Vandindhold wl [%] y = x % Nedsynkning [mm] Figur 53: Flydegrænse efter faldlodsmetoden 1 % Flydegrænsen kan nu aflæses som vandprocenten ved 10 mm, nedsynkning. Flydegrænsen bliver således: 0, ,73 35,44 % Plasticitetsgrænsen Tara nr. Tara [g] Våd prøve + tara [g] Tør prøve + tara [g] Vandindhold, w [%] A34 39,58 46,07 44,81 24,09 A28 41,80 50,06 48,46 24,02 A1 43,47 50,70 49,30 24,01 Tabel 43: Plasticitetsgrænse 1 % Plasticitetsgrænsen bliver således: 24,04 % 93

95 9 Bilag Resultater for 1 % Beregning af korndensitet Korndensiteten er bestemt ved gennemførsel af pyknometerforsøg. Dato Navn Camilla Milling og Ditte Høybye Projekt Langtidseffekten af kalkstabilisering af ler Prøvemateriale Lerprøve 1 % Fra kalibrering af pyknometer 1 2 Pyknometer nummer Pykn. + prop (tomt) m 0 g 363,19 363,67 Pykn. + prop (vandfyldt) W 2 m 1 g 943,06 944,15 Temperatur ved kalibrering T k T 1 C Densitet af vand ved T k * ρ w,k ρ w;1 g/cm 3 0,9978 0,9978 Måling Pykn.+ prop + jord m 2 g 494,41 497,7000 Pykn.+ prop + jord + vand W 1 m 3 g 1025, ,33 Temperatur T T 3 C 20,7 20,7 Densitet af vand ved T * ρ w,t ρ w;3 g/cm 3 0,998 0,998 Jord - masse W s m 4 g 131,22 134,03 Jord - volumen V s cm 3 49, , Korndensitet ρ s ρ s g/cm 3 2, , Resultat - middel ρ s ρ s g/cm 3 2,6752 Betegnelser fra dgf15 DS Tabel 44: Korndensitet 1 % Bestemmelse af rumvægt, vandindhold og mætningsgrad Rumvægten, vandindholdet og mætningsgraden er bestemt ud fra de udtagne B-rørsprøver. Punkt 5A Punkt 5B Højde B-rør [mm] 139,9 140,1 Diameter B-rør [mm] 41,6 41,8 Manglende højde for fyldt B-rør [mm] 0,0 28,1 Volumen [cm 3 ] 190,3 153,9 Rør med ler [g] 591,9 515,3 Skål [g] 139,1 156,2 Skål med våd ler [g] 525,9 463,5 Rør uden ler [g] 203,2 207,4 Skål med tør ler [g] 477,8 422,9 Våd ler [g] 388,7 307,9 Tabel 45: Klassifikationsresultater 1 % 94

96 9 Bilag Resultater for 1 % [kn/m 3 ] 20,3 20,0 [kn/m 3 ] 17,8 17,3 w [%] 14,2 15,2 d s 2,675 2,675 Sw 0,77 0,75 Tabel 46: Bestemte klassifikationsparametre 1 % Triaxialforsøg 1 % For det 1 % kalkstabiliserede ler er der gennemført to triaxialforsøg. Ud fra resultaterne fra de gennemførte triaxialforsøg, er grafer for kammertrykket, arbejdskurven og volumentøjningen udarbejdet. Desuden er brudparametre bestemt og styrkeparametre og elasticitetsmoduler beregnet. Vandindholdet er bestemt før og efter gennemførsel af forsøget. Triaxialforsøg foretaget den Figur 54: Kammertryk 1 %

97 9 Bilag Resultater for 1 % Figur 55: Arbejdskurve 1 % Figur 56: Volumentøjning 1 %

98 9 Bilag Resultater for 1 % Triaxialforsøg foretaget den Figur 57: Kammertryk 1 % Figur 58: Arbejdskurve 1 %

99 9 Bilag Resultater for 1 % Figur 59: Volumentøjning 1 % Vandindhold Prøve 1 % % w før [%] 13,9 14,6 w efter [%] 14,9 14,9 Tabel 47: Vandindhold ved triaxialforsøg 1 % Kammertrykket, deviatorspændingen og den lodrette tøjning, forekommende ved brud, er aflæst af arbejdskurven og de dertil hørende resultatark. Resultatarkene findes i arbejdsbilagene på den vedlagte CD-rom. Den udrænede forskydningsstyrke er bestemt som den halve deviatorspænding ved brud. Elasticitetsmodulerne bestemmes ved at fastlægge den halve brudspænding, og herefter bestemme sekanthældningen af det overliggende stykke af enten første eller anden oplastgren. Prøve 1 % % σ 3 [kpa] (σ 1 σ 3 ) [kpa] 452,3 370,3 ε 1 [%] 2 1,5 c u [kpa] E 50 [MPa] 29,80 30,10 E 50,ur [MPa] 207,30 210,70 Tabel 48: Brudparametre ved triaxialforsøg 1 % 98