Torv i Sverige. Mossiga erfarenheter Peter Carlsten. Nettverksmøte mellom Trafikverket og Statens Vegvesen

Transkript

1 Torv i Sverige Mossiga erfarenheter Peter Carlsten

2 Inventering av torvmark, Hjalmar Bjurulf, hans assistent och all nödvändig utrustning

3 De vanligast förekommande torvmarksjordarna äro A. Sediment Lergyttja Kalkgyttja Bleke Planktongyttja (findetritusgyttja) Detritusgyttja (grovdetritusgyttja) Sjödy Kiselgur Svämtorv A. Sedentära bildningar (Torv) Sjötorv Kärrtorv -telmatisk -terrestrisk Mosstorv (sphagnumtorv)

4 Klassificering av torv enligt von Post Humifieringsgradsgrad, H1-H10 Blöthetsgrad, B1-B5 Halten av tuvdunsfibrer, F1-F3 Helten av rottrådar, R0-R3 Vedrester, V0-V3

5 Inventering av Sveriges torvtillgångar, Translated by Landva, A.O., Korpijaakko, E.O. & Pheeney, P.E., Notes on the original von Post peat and peatland classification system. Advances in peatlands engineering, Proceedings, Ottawa, pp 17-29, 1986

6 von Post Presentation

7 Dalarövägen, 1979 Carlsten, P., Förbelastning av torvmosse i samband med byggnation av Dalarövägen, Stockholm. Swedish Geotechnical Intitute, Varia No. 151, Linköping (In swedish), 1985 Carlsten, P., Geotechnical properties of peat and up-to-date methods of design and Construction on peat Stae-of-the-art report, Baltic Conference on Soil mechanics and foundation engineering, Tallin, May 10-15, 1988, Preprint. Swedish Geotechnical Intitute, Varia No. 215, Linköping, 1988

8 Dalarövägen uppföljning Syftet med uppföljningen var att utvärdera metoden förbelastning av torv, ge råd i byggskedet, utveckla en metod för att ta ostörda prover i torv, göra jämförelser mellan beräknade och uppmätta sättningar, föreslå geotekniska undersökningar, beräkningsmetoder samt ge råd för utförande av förbelastning på torv

9 Instrumentering Dalarövägen

10 Case history: Dalarövägen, Stockholm

11 Dalarövägen uppföljning

12 Dalarövägen uppföljning av horisontella rörelser Fyllningens tjocklek, m T Figuren visar vertikala och horisontella rörelser hos torvytan Sättning, mm Vänster, m Höger, m

13 Dalarövägen: Hävning och sättningar Hävning/sättning, mm Tid, dagar, logaritmisk skala

14 SGIs torvprovtagare

15 Torvs geotekniska egenskaper. Databas vid SGI Carlsten, P. & Lindahl, A. Torvs geotekniska egenskaper Sammanställning av erfarenheter från laboratorieförsök på torv, Swedish Geotechnical Institute, Varia 519, 2002 Carlsten, P. Geotechnical properties of some Swedish peat, NGM 2000, Nordic Geotechnical Meeting, Helsinki, 2000, Proceedings, pp 51-60

16 Kompressionsförsök Kompressionsförsöken utfördes huvudsakligen i kompressometrar med diametern 100 mm och provhöjden 45 mm. Stegvis upplastning med första last 2,5 kpa. Lasten dubblades sedan till 5, 10, och slutligen 80 kpa. Varje laststeg varade 24 h. Sambandet tid-sättning avlästes under hela laststeget. σ c, M L, σ L, M, k v0, β och α s utvärderades Databasen innehåller information om geografiskt läge, datum för provtagning och laboratorieförsök, humifieringsgrad, densitet, torrdensitet, vattenkvot, bedömt gasinnehåll och portal.

17 Torvs egenskaper: Torrdensitet mot vattenkvot Source: Muskeg Engineering Handbook, University of Toronto Press, Ottawa,1969

18 Torvs egenskaper: Torrdensitet mot vattenkvot Noto, S., Peat engineering Handbook, Civil Eng. Research Institute of Hokkaido, Sapporo, 1991

19 Torvs egenskaper: Portal mot vattenkvot Source: Muskeg Engineering Handbook, University of Toronto Press, Ottawa,1969

20 Torvs egenskaper: Portal mot vattenkvot Noto, S., Peat engineering Handbook, Civil Eng. Research Institute of Hokkaido, Sapporo, 1991

21 Torvs egenskaper Samband:Tangentmodul mot effektivspänning 1600 M (kpa) Medel Max Min w <500% 500<w < <w < <w < <w < <w < <w < <w < <w < <w <1650 M = ΔM/ Δ σ = σ - σ c (kpa)

22 Torvs egenskaper: Kompressionsindex, c c, mot vattenkvot Source: Mesri, G., Stark, T.D., Ajlouni, M.A. & Chen, C.S.. Secondary compression of peat with or without surcharging, ASCE, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 123, No. 5, pp

23 Torvs egenskaper: Kompressionsindex mot portal Lefebvre et al. Laboratory testing and in situ behaviour of peat as embankment foundation, Canadian Geotechnical Journal, 21, 2, pp , Kogure, K. Yamagushi, H., Ohira, Y. & Ishoroshi, H. Physical and engineering properties of a peat ground, Advances in Peatland Engineering, proceedings, Ottawa, pp

24 Torvs egenskaper: Koefficienten för sekundär konsolidering, α s, mot deformation

25 TKGeo Samband mellan deformation och vattenkvot Giltig för lågförmultnad torv och mellantorv

26 Permeabilitet mot relativ deformation Permeability, m/s Relative deformation, %

27 Laboratorieförsök: Portal mot log k, SGI 1998, Lea & Brawner (Muskeg Eng.) Source: Muskeg Engineering Handbook, University of Toronto Press, Ottawa,1969

28 TKGeo Konsolidering i torv Giltig för lågförmultnad torv och mellantorv

29 Konsolidering i torv

35 Konsolidering i torv 0,75 0,52 ww UU = 1 0,6 ee HH 2 qq 0,5 tt tt = ln 1 UU 0,6 HH2 qq 0,5 0,52 ww 0,75 w water content H Peat depth m 4,4 4,4 4,4 4,4 4,4 4,4 4,4 q load kpa 22,8 47,5 47,5 47,5 47,5 47,5 47,5 U Degree of cosolidation 0,7 0,7 0,8 0,85 0,9 0,95 0,99 t time days

36 Laboratorieundersökningar: Direkta skjuvförsök The sample is mounted in the direct shear apparatus The direct shear test is concluded The quotient c u /σ N is normally 0.4 when the tests are evaluated at 0.15 rad deformation and 0,55 when the tests are evaluated at 0.35 rad deformation.

37 Resultat från ringskjuvförsök på sphagnum torv Escumanic, Landva, 1980 Landva A.O., Geotechnical behaviour and testing of peat, Ph. D. thesis, Laval University, Quebec, 1980

38 Modellförsök (Landva 1980) Landva A.O., Geotechnical behaviour and testing of peat, Ph. D. thesis, Laval University, Quebec, 1980

39 Ökning av skjuvhållfasthet, Dalarövägen 40 39,5 Original Ursprunglig ground nivå level 39 38, , Mossen obelastad ,6 m fyllning - 0,75 m sättning ,0 m fyllning - 1,2 m sättning medel Medel Oreducerad Uncorrected skjuvhållfasthet shear strength, (kpa) kpa Medel

40 Ökning av skjuvhållfasthet, Canada Samson, L. & Brawner C.O., Design and performance of an expressway constructed over peat by preloading. Canadian Geotechnical Journal, 1972, pp

41 Väg 50 Mjölby-Motala Johansson, B, NCC Construction Sverige AB, Föreblastning av torv, kalkgyttja och bleke, In Swedish, SBUF, Project 12399, Report

42 Kompressometerförsök Compressiometer test φ 100 mm Sample 04-2,4-2,6 Medium decayed peat 0 0,1 Load (kpa) Water content 793 % Density 1,03 t/m 3 Relative deformation 0,2 0,3 0,4 0,5 σ c = 0 M L = 19 kpa M = 8,2 σ L = 2,4 kpa k v0 = 3, m/s β = 3,9 Derived values Calculated values Unloading kpa Reloading kpa 0,6 0,7

43 Väg 50 Mjölby-Motala Soil Effective stress (kpa) Shear stress (kpa) at different deformation angles (rad) Peat Calcareous soil Clay Marl (bleke) Shear strength (kpa) calculated with different values of the parameter a (a=c u /σ c) 0,15 0,35 0,15 0,22 0,25 0,35 0, ,0 48,0 15,0 22,0 25,0 35,0 45, ,0 17,0 6,0 8,8 10,0 14,0 18, ,5 18,0 6,0 8,8 10,0 14,0 18, ,5 15,0 6,0 8,8 10,0 14,0 18, ,0 28,0 15,0 22,0 25,0 35,0 45, ,2 24,0 10,5 15,4 17,5 24,5 31,5 40 7,0 9,0 6,0 8,8 10,0 14,0 18, ,0 9,8 14,3 16,3 22,8 29, ,5 14,3 20,9 23,8 33,3 42, ,0 18,8 27,5 31,3 43,8 56,3 40 8,0 12,0 6,0 8,8 10,0 14,0 18, ,2 17,0 10,5 15,4 17,5 24,5 31, ,0 21,0 15,0 22,0 25,0 35,0 45,0

44 Väg 50 Mjölby-Motala Soil Effective stress (kpa) Shear stress (kpa) at different deformation angles (rad) Shear strength (kpa) calculated with different values of the parameter a (a=c u /σ c) Peat Calcareous soil Clay Marl (bleke) 0,15 0,35 0,15 0,22 0,25 0,35 0, ,0 48,0 15,0 22,0 25,0 35,0 45, ,0 17,0 6,0 8,8 10,0 14,0 18, ,5 18,0 6,0 8,8 10,0 14,0 18, ,5 15,0 6,0 8,8 10,0 14,0 18, ,0 28,0 15,0 22,0 25,0 35,0 45, ,2 24,0 10,5 15,4 17,5 24,5 31,5 40 7,0 9,0 6,0 8,8 10,0 14,0 18, ,0 9,8 14,3 16,3 22,8 29, ,5 14,3 20,9 23,8 33,3 42, ,0 18,8 27,5 31,3 43,8 56,3 40 8,0 12,0 6,0 8,8 10,0 14,0 18, ,2 17,0 10,5 15,4 17,5 24,5 31, ,0 21,0 15,0 22,0 25,0 35,0 45,0

45 Stegvis upplastning Stage 1 Stage 2 Stage 3 Instrumentation Stage 1 Geogrid, vertical drains, 1,2 m fill over the total breadth of the embankment and pressure berm - Follow-up; settlements, pore pressure, increase in shear strength Stage 2a 0,5 m fill over the total breadth of the embankment and pressure berm Stage 2b Remaining fill up to the level of Road ready for use. Follow-up; settlements, pore pressure, increase in shear strength Stage 3 - Surcharge - Extra fill up to the level 1,5 m above Road ready for use. Follow-up; settlements, pore pressure, increase in shear strength Stage 4 Unloading to sub base Base coarse material

46 Instrumentation Road 50 Hose settlement gauge Plastic casing, vane testing Plastic casing, CPT Plastic casing, Samples Settlement plate Profile with soil screws Piezometers Crest of future road Crest of future road

47 Profile soil screws

48 Road 50 - Pore pressure gauges

49 Soil profiles Torv peat Bleke/kalkgyttja Marl, calcareous soil Lera med siltskikt Clay with silt layers Varvig lera Varved clay Lera - Clay

50 Settlements, section 23/980 Days Settlements, mm Torv peat Bleke/kalkgyttja Marl, calcareous soil Lera med siltskikt Clay with silt layers Varvig lera Varved clay Lera - Clay

51 Excess pore pressure, section 23/980 Excess pore pressures Days

52 Prognosis of settlements according to Asaoka Settlement, time t, m Settlement, time t-1, m

53 Results from CPT-soundings 23/980 Stages 1, 2 & 3 24/060 Stages 1, 2 & 3 24/420 Stages 1, 2 & 3

54 Road 50, Rate of settlement with time Rate of settlements, mm/day Days

55 Recommended procedure for future objects preloading on peat Economy compare to other construction methods Technical considerations - compare to other construction methods Geotechnical investigation Design Description of performance Follow up

56 Conclusions The final settlement and the rate of settlement with time can be calculated with good accuracy The preloading shall be combined with a surcharge. Unloading should give a reduction i effective pressure of at least 20 % A careful follow up is essential Staged construction Geometry of embankment Description of each loading step in detail

57 Masstabilisering: Erfarenheter från byggande av väg 44 mellan Uddevalla and Trollhättan Paper published at NGM Carlsten, P, Olsson, M, Masstabilisering av torv på riksväg 44, in Swedish, Nordic Geotechnical Meeting, 14, Ystad, May, Proceedings, vol. 1

58 Masstabilisering: Sträckan 8/390-8/700

59 Masstabilisering: Sträckan 8/390-8/700 Förutsättningar 5 m peat Mainly low degree of decomposition Water content % normally consolidated and highly compressible Beneath the peat 1 m dry crust In total maximum 17 m clay, over consolidated by kpa

60 Masstabilisering: Sträckan 8/390-8/700 Utförande Peat is stabilised with cement Width of stabilisation is 27 m No stabilisation of the clay 200 kg/m 3 SH-Cement Preloading with surcharge 6 months of preloading Follow up on settlements

61 Masstabilisering: Sträckan 8/390-8/700 Utförande In total 3 m fill 3 stages; (1,0+1,0+1,0) m Times for stages; ( ) dygn Unloading at the end of preloading: 0,3-0,9 m Extra unloading with light-weight aggregates (σ <0,85 σ c)

62 Masstabilisering: Sträckan 8/390-8/700 Design Road level 1 m above original ground level Density of fill - 1,9 t/m 3 Calculation of settlements 8/580 Deformation curing/consolidation = % Shear strength mass stabilisation 50 kpa Effective pressure in clay below 0,85 σ c

63 Masstabilisering: Sträckan 8/390-8/700 Laststeg Peat Torv Embankment Bankfyllnad Stabiliserad torv Stabilised peat Stabilised peat Stabiliserad torv Torrskorpelera Dry crust Dry crust Torrskorpelera Nivå Clay Lera Lera Clay Längdmätning (x 1000)

64 Masstabilisering: Sträckan 8/390-8/700 Utförande

65 Masstabilisering: Sträckan 8/390-8/700 Utförande

66 Masstabilisering: Sträckan 8/390-8/700 Laststeg 1

67 Förbelastning, Sektion 8/640 95,00 Level (m) 90,00 85,00 Surcharge Road ready for traffic Top level of mass stabilisation 80,00-20,00-15,00-10,00-5,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 Tranversal distance (m)

68 Uppföljning; Sättningar Settlement vs time, Section 8/450 88,00 87,80 87,60 Stage /450 H1 8/450 H8 87,40 87,20 Stage Stage ,00 86,80 86,

69 Urschaktning till överkant masstabilisering

70 Masstabilisering: Hävning - sättning Gas Solids Liquids Gas Relative volume Liquids Liquids Liquids Liquids Solids Solids Peat Peat + cement before curing and consolidation Peat + cement after curing and consolidation Reference: Peat without stabilising agent after consolidation

71 Masstabilisering: Diskussion Calculation model, settlements, magnitude and consolidation time Design, width of mass stabilisation, preloading Stability OK when unloading is used Choice of stabilising agents, characteristic values c uk, correlation between properties in laboratory/field Good economy Other possible construction techniques Environmental aspects

72 Väg 44 mellan Uddevalla och Trollhättan

73 Befintliga järnvägar på torv BVS Stabilitet för befintliga järnvägar, version 1.0 (Stability for existent railroads)

74 Lågtrafikerade vägar över torvmark Roadex.org Roads on peat E-learning

75 Torv är en mystisk, men snäll jordart...

76 ...men den kan vara i dåligt sällskap

77 Tack för att ni lyssnat Thank you for listening