Spreiing av salt og påverknad av
geokjemiske og geotekniske
eigenskapar i lågsalte marint avsette
leirer
NGF Yngres dag 24. mai 2012
Tonje Eide Helle
Ingelin Gjengedal
Samarbeidspartnarar
Forprosjekt finansiert av NGF
Kvikkleiresone Bøle, Skien kommune
Kvikkleire
Dårleg stabilitet (F=1,0)
Skipsvrak - Verneverdig
kulturminne
Fylling i elva?
Moum et al. (1968)
Effekten ulike salt som klorid har på den omrørte udrenerte skjerstyrken i
klorittisk-illitisk kvikkleire. Frå Moum et al. 1968.
Saltdiffusjon anno 1968
Effektiv diffusjonslengde, totalmengde diffundert salt og nødvendig tid for
ein saltbrønn tilsatt KCl med diameter 15 cm. Frå Moum et. al 1968.
Utprøving av metoden
Eggestad og Sem (1976)
Konklusjonar frå studia på 60-/70-talet
Effekt på geotekniske eigenskapar:
–
–
–
–
Auka su og sur
Om lag uendra w
Auka wL og liten auke av wP
Auka forkonsolideringsspenning
KCl mest effektivt
Geokjemi i norske marine leirer (1/2)
Diffust dobbeltlag i
kvikkleire er større enn i
marin leire med lågare
grad av utvasking
Fører til
– Redusert skjerstyrke
(omrørt)
– Auka sensitivitet
– Redusert flytegrense
Figur henta frå SGI (2004) Quick clay in Sweden
Geokjemi i norske marine leirer (2/2)
Kationa si evne til å bli adsorbert til overflata av leirminerala:
Na+ < K+ < Mg2+ < Ca2+ < Fe2+ < Fe3+ < Al3+
Kationa si evne til å auke skjerstyrken:
Na+ < Fe2+ ≤ Mg2+ ≤ Ca2+ < Fe3+ < K+ < Al3+
Kationa si evne til å auke flytegrensa
Na+ < Fe(OH)3 = Fe2+ = Mg2+ = Ca2+ < Fe3+ < Al3+ = K+ <
Al(OH)3
Løken (1968), Løken (1970)
Berekningseksempel Bøle (1/4)
Berekningseksempel Bøle (2/4)
Berekningseksempel Bøle (3/4)
Berekningseksempel Bøle (4/4)
Kostnadsestimat Bøle
Alternativ
Estimert kostnad
kr eks.mva.
Innsparing
kr eks.mva.
Innsparing
%
c/c 2,5 m, 2 installasjonar 18,4 mill
4,1 mill
18
c/c 3,0 m, 2 installasjonar 16,0 mill
6,5 mill
29
c/c 2,5 m, 1 installasjon
8,2 mill
36
14,3 mill
Laboratoriearbeid
Saltdiffusjon i kvikkleire
Tre ulike metoder for å studere
saltdiffusjon
Prøver er lagt i beger
saman med saltløysing
Det er laga enkle
diffusjonsceller
Det er laga ein saltbrønn
i lite format ved bruk av
ei blokkprøve
Prøver i beger med saltløsying
Tidsrom:
2 og 30 døgn
Saltkonsentrasjonar:
30 g KCl/l, 125 g K+/l
og ei tjuktflytande
saltblanding
Resultater for begerprøver
30 g KCl/l, d=9,0-9,8 m
50.0
su
46.1
45.0
sr
40.0
St
Uomrørt skjærstyrke:
auka med 158 %
Omrørt skjærstyrke:
0,2 – 10,9 kPa
Sensitivitet: 89 – 4,2
Flytegrense:
32,37 – 43,76%
Utrullingsgrense:
20,7 – 26,41 %
35.0
30.0
[kPa]
Differanse, geotekniske
eigenskapar:
28.4
25.0
20.0
17.8
15.0
10.0
5.0
9.2
10.9
3.1
4.2
0.2
0.0
0
5
10
15
20
[døgn]
25
30
35
Resultater for begerprøver
125 g K+/l, d=9.0-9.8 m
45.0
su
40.0
sr
38.7
St
35.0
31.9
[kPa]
30.0
25.0
20.0
17.8
15.0
11.30
10.0
7.70
5.0
5.03
2.82
0.2
0.0
0
5
10
15
20
[døgn]
25
30
35
Differanse, geotekniske
egenskaper:
Uomrørt skjærstyrke:
auka med 117 %
Omrørt skjærstyrke:
0,2 – 11,3 kPa
Sensitivitet: 89 – 5,0
Flytegrense:
32,37 – 46,58 %
Utrullingsgrense:
20,7 – 26,14 %
Resultater for begerprøver
Saltblanding, d=9.0-9.8 m
40.0
su
35.0
sr
34.3
St
30.0
[kPa]
25.0
20.1
20.0
15.0
10.0
6.6
5.2
5.0
0.1
0.0
0.0
0.5
1.0
1.5
[døgn]
2.0
2.5
3.0
Differanse, geotekniske
egenskaper:
Uomrørt skjærstyrke:
auka med 70,6 %
Omrørt skjærstyrke
0,1 – 6,6 kPa
Sensitivitet:
201 – 5,2
Flytegrense:
27,12 – 36,93 %
Utrullingsgrense:
20,84 – 22,59 %
Enkle diffusjonsceller
Enkle diffusjonsceller
Tidsrom: 2,5,10,15 og 30 døgn
Saltkonsentrasjonar: 125 g K+/l og tjuktflytande saltblanding
Resultater diffusjonsceller, 125 g K+/l
125 g K+/l, 4 døgn, d=13,04 m
80
74.10
77.00
70
su
sr
60
Opprinngelig su
52.50
[kPa]
50
43.20
40
30
20
20.1
8.10
10
3.80
0
0
KCl
1
2
3
4
[cm]
5
6
7
8
H2O
(Diagram viser utviklingen i prøven fra KCl til H2O)
Differanse, geotekniske
egenskaper:
Uomrørt skjærstyrke
auka med 283 %
Omrørt skjærstyrke
0,1 – 8,1 kPa
Sensitivitet: 201 – 9,5
Utrullingsgrense:
20,8 – 25,5 %
Flytegrense:
27,1 - 50,7 %
Resultater diffusjonsceller, 125 g K+/l
125 g K+/l, 32 døgn, d=13,26 m
70
su
58.40
60
sr
60.30
[kPa]
50
44.10
38.70
40
30
20
20.1
10
5.40
4.60
0
0
KCl
1
2
3
4
[cm]
5
6
7
8
H2O
(Diagram viser utviklingen i prøven fra KCl til H2O)
Differanse, geotekniske
egenskaper:
Uomrørt skjærstyrke:
auka med 200 %
Omrørt skjærstyrke:
0,1 – 5,4 kPa
Sensitivitet:
201 – 11,16
Utrullingsgrense:
20,8 – 24,7 %
Flytegrense:
27,1 – 53,0 %
Resultater diffusjonsceller,
saltblanding
3 døgn, d =10,65m
45
su
40
38.70
sr
35
Opprinngelig su
30
[kPa]
27.50
25
20.1
20
20.1
15
10
9.00
9.0
9.00
6.00
5
0.20
0
0
KCl
1
2
3
4
[cm]
5
6
7
0.20
8
H2O
(Diagram viser utviklingen i prøven fra KCl til H2O)
Differanse, geotekniske
egenskaper:
Uomrørt skjærstyrke:
auka med 92,25 %
Omrørt skjærstyrke:
0,1 – 9 kPa
Sensitivitet:
201 – 4,3
Utrullingsgrense:
20,8 – 27,5 %
Flytegrense:
27,1 – 44,7 %
Resultater diffusjonsceller,
saltblanding
32 døgn, d =10,32 m
35
su
31.4
30
sr
26
25
[kPa]
25
Opprinngelig su
20.6
20
20.1
15
10
5.8
6.2
5
0
0
KCl
1
2
3
4
[cm]
5
6
7
8
H2O
(Diagram viser utviklingen i prøven fra KCl til H2O)
Differanse, geotekniske
egenskaper:
Uomrørt skjærstyrke:
auka med 56,2 %
Omrørt skjærstyrke:
0,1 – 6,2 kPa
Sensitivitet:
201 – 5
Utrullingsgrense:
20,8 – 26,8 %
Flytegrense:
27,1 – 55,7 %
Saltbrønn i lite format
Saltbrønn i lite format
Rutineundersøkelser,
geokjemisk analyse,
ødometerforsøk og
treaksialforsøk
Resultater rutine- og ødometerforsøk
Naturligprøve
Vanninnhold,w
[%]
Prekonsoliderings
spenning,σ’c[kPa]
Ødometermodul,
Moc [MPa]
Modultall,m[‐]
Konsolideringskoe
ffisient,cV[m2/år]
40
CRS02
37,27
37,0
37,8
100
110
110
3,1
4,68
5,39
24
18,8
19
13,9
16,4
16,9
su 55
35.03
33.56
35
CRS01
30
[%]
15
5
4.95
wp
wl
40
4.85
38.40
36.97
37.15
26.77
25.62
25.28
35
30
5.15
48.78
45
20
10
w
49.24
sr 50
27.76
25
[kPa]
50.71
Geotekniske eigenskapar,
naturlig prøve:
Uomrørt skjærstyrke:
15,2 kPa
Omrørt skjærstyrke:
1,2 kPa
Sensitivitet:
12,7
25
20
0
0
1
2
3
4
0
1
2
3
4
Resultater, treaksialforsøk
50
80
45
70
40
60
35
30
τ [kPa]
q [kPa]
50
40
25
20
30
15
20
10
10
5
0
0
10
20
30
40
p' [kPa]
Skjærstyrken har auka 15 %
50
60
0
0.00%
5.00%
10.00%
ε [%]
15.00%
20.00%
Sammendrag
Vatninnhold nesten uendra
Utrullingsgrense har auka gjennomsnittlig 28 %
Flytegrense har auka gjennomsnittlig 65 %
Uomrørt og omrørt skjærstyrke har auka
betraktelig
Prekonsolideringsspenninga har auka med 10 %