Portrycksmätning med CPT-sondering: En fallstudie utförd på Västra Länken, Umeå

(1)

Portrycksmätning med CPT-sondering

En fallstudie utförd på Västra Länken, Umeå

Frida Granström

Civilingenjör, Väg- och vattenbyggnad 2017

Luleå tekniska universitet

Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser

(2)

Portrycksmätning med CPT-sondering

En fallstudie utförd på Västra Länken, Umeå

Frida Granström

Avdelningen för geoteknologi

Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser Luleå tekniska universitet

971 87 Luleå

(3)

II

(4)

I

FÖRORD

Detta examensarbete på 30 högskolepoäng som avslutar mina studier på Luleå tekniska universitet har utförts i samarbete med ÅF Infrastructure AB och Trafikverket. Jag vill tacka för att jag har fått förtroendet att genomföra denna studie.

Ett stort tack vill jag rikta till Stefan Eklund på ÅF Infrastructure som kom med idén att utföra detta examensarbete, utan honom hade denna studie inte blivit av.

Jag vill även tacka min handledare på ÅF Infrastructure i Luleå, Hjalmar Törnqvist som alltid bidrar med givande diskussioner och stort kunnande. Jag vill också tacka min handledare och examinator vid Luleå tekniska universitet, Hans Mattsson för bra synpunkter och handledning av mitt arbete.

Frida Granström Luleå, 2017-10-08

(5)

II

(6)

III

SAMMANFATTNING

Vid geotekniska fältundersökningar används ofta ”Cone Penetration Test” (CPT-sondering).

Denna metod ger en bedömning av jordlagerföljd samt en uppskattning av de geotekniska egenskaperna. Metoden används i lösa till fast lagrade jordar med kornstorlekar upp till grusfraktion, alltså jordar där en sond kan tryckas ned utan slag eller rotation.

När en CPT-spets penetrerar en vattenmättad tät jord sker en omlagring av jorden varvid en lokal ökning av portrycket sker. När ett portrycksutjämningstest utförs, stoppas den nedåtgående rörelsen av sonderingen under en viss tid och portrycket tillåts att klinga av. Det portryck som sedan uppmäts förväntas motsvara det rådande porvattentrycket på nivån.

Syftet med denna studie är att utreda om metoden är lämplig att använda vid mätning av portryck samt om den kan ersätta portrycksspetsar i vissa fall, exempelvis vid tidiga skeden av projekt etc.

Studien utfördes för att bedöma hur lång tid portrycksutjämningsförsök tar beroende på jordens permeabilitet, om resultatet blir annorlunda om artesiskt portryck råder, hur resultatet skiljer sig beroende på vilken jordtyp försöket utförs i, om resultatet blir liknande som vid mätning med BAT-portrycksspets samt om det går att hitta samband mellan resultat för försök som är utförda i liknande jord.

Den geotekniska fältundersökningen genomfördes i Röbäck som är beläget sydväst om Umeå centrum. Fältundersökningen var tidsmässigt begränsat till 3 dagar. Portrycksutjämnings- försöken tilläts pågå under maximalt 2 timmar per nivå eller till dess att portrycksutjämningen klingat av. Undersökningarna är huvudsakligen utförda i sulfidhaltig jord och endast en typ av CPT-utrustning har använts.

Inga portryck som uppmättes vid portrycksutjämningsförsöken var lägre än de som mättes i de installerade portrycksspetsarna för samma nivå. Det tog längre tid för portrycket att klinga av där försöket utfördes på större djup under markytan. Resultatet blev inte annorlunda på de platser där artesiskt portryck uppmätts. Denna studie indikerar att en väntetid på 2 timmar i denna typ av jord endast var tillräckligt lång tid för portrycksutjämningstest ned till ca 7 meter under markytan. I jord med låg permeabilitet, så som i denna fallstudie, blir väntetiderna vid varje stopp väldigt långa. Detta försvårar det praktiska utförandet i fält.

Nyckelord: CPT-sondering, dissipation test, portrycksmätning, portrycksutjämningsförsök

(7)

IV

(8)

V

ABSTRACT

Cone penetration test (CPT) are often used during geotechnical investigations. This method provides an assessment of the soil stratigraphy as well as an estimate of the geotechnical properties of the soil. The method is used in loose to dense soils with grain sizes up to gravel fraction, i.e. soils where a probe can be pushed down without impact or rotation.

When a CPT-cone penetrates a saturated soft soil as clay or silt, a redisposition of the soil occurs, causing a local increase of the pore pressure. When a pore pressure dissipation test is performed, the downward motion of the probe is stopped for a certain period of time and the pore pressure is allowed to stabilize. The pore pressure that is measured is expected to correspond to the current pore pressure on the level.

The purpose of this study is to investigate whether the method is suitable for use in the measurement of the pore pressure in the soil, and if it can replace pore pressure tips in some cases, such as early stages of projects, etc.

The study was conducted to assess the duration of pore pressure dissipation tests depending on the permeability of the soil, if the result is different if artesian pore pressure exists, how the result differs depending on the type of soil, if the result is similar to that of the pore pressure measured in the pore pressure filter tips at the same level and if there is a connection between test results that are performed in soils with similar geotechnical properties.

The geotechnical field survey was conducted in Röbäck, which is located southwest of Umeå city. The field survey was limited to 3 days. The pore pressure dissipation tests were allowed to last for a maximum of 2 hours per level or until the pore pressure was stabilized. The studies were mainly conducted in sulphide soils and only one type of CPT equipment has been used.

No measurements of the pore pressures in the dissipation tests were lower than those measured in the installed pore pressure tips at the same level. It took longer time for the pore pressure to stabilize where the tests were performed at a greater depth below the ground surface. The results did not differ in those places where artesian pore pressures were measured. This study indicates that a waiting period of 2 hours in this type of soil only were sufficient for pore pressure dissipation test down to about 7 meters below ground level. In low permeability soil, as in this case study, waiting times at each stop will be very long. This complicates the practical performance in the field.

(9)

VI

(10)

VII

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

1 INLEDNING ... 1

1.1 Bakgrund ... 1

1.2 Syfte ... 1

1.3 Avgränsningar ... 2

2 INFORMATION OM UNDERSÖKNINGSOMRÅDET ... 3

3 TEORI ... 5

3.1 Introduktion geoteknik ... 5

3.1.1 Jordartsklassificering ... 5

3.1.1.1 Klassificering efter kornstorlek ... 5

3.1.1.2 Klassificering efter kornstorleksfördelning ... 6

3.1.2 Sulfidjord ... 9

3.1.3 Konsolidering ... 10

3.2 Hydrogeologi ... 11

3.2.1 Permeabilitet ... 11

3.2.2 Artesiskt portryck ... 12

3.2.3 Mätning av grundvattennivå och portryck ... 12

3.3 Slugtest- hydrauliskt enhålstest ... 14

3.4 CPT-sondering ... 14

3.4.1 Standard och rekommendationer ... 14

3.4.2 Begreppsförklaringar ... 15

3.4.2.1 Spetsmotstånd ... 15

3.4.2.2 Mantelfriktion ... 15

3.4.2.3 Friktionskvot ... 15

3.4.2.4 Portrycksmätning vid CPT-sondering ... 15

3.4.3 Mätprincip ... 16

4 METOD ... 19

4.1 Förstudie ... 19

4.2 Geoteknisk fältundersökning ... 20

4.2.1 Förberedelser inför fältarbete ... 20

4.2.2 CPT-sondering ... 20

(11)

VIII

4.2.3 Portrycksutjämningsförsök ... 23

4.2.4 Mätning av portryck i installerade portrycksspetsar ... 24

4.2.5 Slugtest- utströmningsförsök ... 24

4.3 Databearbetning ... 24

5 RESULTAT ... 25

5.1 Område 1 (Bro 442) ... 25

5.2 Område 2 (Bro 443) ... 29

5.3 Område 3 (Bro 444) ... 32

5.4 Område 4 (Bro 641) ... 38

6 ANALYS ... 41

6.1 Generell analys ... 42

6.2 Permeabilitet ... 45

6.3 Portryck ... 47

6.4 Djup ... 49

7 DISKUSSION OCH SLUTSATSER ... 51

7.1 Förslag på framtida studier ... 52

8 REFERENSER ... 53

BILAGA 1 RESULTAT FRÅN CPT-SONDERINGARNA BILAGA 2 BORRPROGRAM

BILAGA 3 PLANERING FÖR UTFÖRANDE AV FÄLTARBETE BILAGA 4 CHECKLISTA FÖR UTFÖRANDE AV SLUG-TEST

(12)

1

1 INLEDNING 1.1 Bakgrund

”Cone Penetration Test” (CPT-sondering) är en ofta förekommande metod vid geotekniska fältundersökningar. Det främsta användningsområdet är bedömning av jordlagerföljd samt en uppskattning av jordens geotekniska egenskaper. Metoden används i lösa till fast lagrade jordar med kornstorlekar upp till grusfraktion, alltså jordar där en sond kan tryckas ned utan slag eller rotation.

När en CPT-spets tränger in i vattenmättad tät jord sker en omlagring av jorden varvid en lokal ökning av portrycket sker. När ett portrycksutjämningstest utförs, stoppas den nedåtgående rörelsen av sonderingen under en viss tid och portrycket tillåts att klinga av. Det portryck som sedan uppmäts förväntas motsvara det rådande porvattentrycket på nivån in-situ.

1.2 Syfte

På uppdrag av ÅF Infrastructure, Geoteknik Nord har jag undersökt om portrycksutjämningsförsök, eller så kallade ”dissipation test” med CPT-sondering, för att mäta portryck i jorden är en tillförlitlig metod för att mäta rådande portryck i jorden samt hur lång tid portrycksutjämningen kan förväntas ta i olika jordtyper.

Syftet med denna studie är att utreda om metoden är lämplig att använda vid mätning av portryck samt om den kan ersätta portrycksspetsar i vissa fall, exempelvis vid tidiga skeden av projekt etc.

Följande frågeställningar avses kunna besvaras i rapporten:

• Hur lång tid tar ett portrycksutjämningsförsök med CPT beroende på jordens permeabilitet?

• Blir resultaten annorlunda om artesiskt portryck råder?

• Skiljer sig resultaten beroende på vilken jordtyp man utför försöket i?

• Ger portrycksutjämningsförsök med CPT liknande resultat som mätning med BAT- portrycksspets?

• Går det att se något samband mellan försöken som är utförda i liknande jord?

(13)

2

1.3 Avgränsningar

På grund av de resurser som fanns att tillgå var den geotekniska fältundersökningen tidsmässigt begränsad till 3 dagar. Portrycksutjämningsförsöken fick pågå under maximalt 2 timmar per nivå eller till dess att portrycksutjämningen klingat av.

Undersökningarna genomfördes i 4 olika områden i närheten av varandra, där jorden även hade liknande geotekniska egenskaper. Majoriteten av de utförda portrycksutjämningsförsöken är genomförda i sulfidhaltig jord. I anslutning till dessa 4 områden finns totalt 14 st. installerade portrycksspetsar på 12 olika nivåer vars mätresultat jämfördes mot resultaten från portrycksutjämnings-försöken.

Endast en typ av CPT-spets och geoteknisk borrigg användes vid undersökningarna. Spaltfilter användes istället för det konventionella porösa filtret. Samtliga fältundersökningar och förberedelser är utförda av en och samma fältgeotekniker.

(14)

3

2 INFORMATION OM UNDERSÖKNINGSOMRÅDET

Tre av de fyra undersökta områdena (område 1, 2 och 3) ligger i Röbäck ungefär 3 km sydväst om Umeå centrum, se Figur 2.1 för lokalisering av respektive område. Terrängen är relativt plan och inga större höjdvariationer förekommer. Området domineras av jordbrukslandskap och undersökningarna i område 1, 2 och 3 är utförda på ängsmark. Enligt tidigare utförda undersökningar består jordprofilen av sulfidsilt och sulfidlera ned till ett djup på ca 16-20 meter under markytan varefter den underlagras av morän med inslag av grus, silt och sand. De utförda CPT-sonderingarna i område 1, 2 och 3 visar på en homogen jordprofil utan stora variationer i spetstryck och dylikt. I dessa områden har artesiska vattentryck påträffats vid ett flertal mätningar. (Sweco, 2016-09-30)

Område 4 är beläget på en sandhed där tall och gran är de dominerande trädsorterna. I detta område finns stora höjdvariationer och de utförda portrycksutjämningsförsöken är utförda på ett släntkrön. Resultatet från CPT-sonderingen visar att spetstrycket varierar relativt kraftigt längs djupet. Tidigare utförda skruvprovtagningar i detta område visar på att jorden utgörs av lager av sand, siltig sand, sandig silt och silt på ett större djup. (Sweco, 2016-09-30)

Resultatet från samtliga CPT-sonderingar finns redovisade i Bilaga 1.

Figur 2.1 De fyra undersökningsområdena (Google maps, 2017)

(15)

4

(16)

5

3 TEORI

3.1 Introduktion geoteknik

Under detta avsnitt ges en introduktion till relevant geoteknik för studien.

3.1.1 Jordartsklassificering

Jordens egenskaper och sammansättning kan variera stort. Med avsikt att underlätta bedömningen av jordens egenskaper klassificeras den i olika grupper. Indelning efter kornstorlek samt kornstorleksfördelning tillhör de viktigaste tekniska indelningsgrunderna och kommer följaktligen beskrivas mer ingående. Andra viktiga indelningsgrunder är de med avseende på organisk halt, konsistens, tjälfarlighet samt bildningssätt. Inom jordmekaniken är jordens hållfasthetsegenskaper en viktig indelningsgrund. (Axelsson & Mattsson, 2016) 3.1.1.1 Klassificering efter kornstorlek

Jord grupperas i kornfraktioner då klassificering sker efter kornstorlek. I geotekniska sammanhang delas jorden in i sex olika kornfraktioner; block, sten, grus, sand, silt och ler.

Fraktionsgränserna är baserade på en lika intervallindelning med en logaritmisk skala, se Tabell 3.1.

Tabell 3.1 Indelning av mineraljord med avseende på kornfraktioner

Fraktionsgrupp Fraktion Underfraktioner Beteckning Fraktionsgränser [mm]

Mycket grov jord

Block

Sten

Stora block Block -

LBo Bo Co

> 630

> 200 till 630

> 63 till 200

Grovjord

Grus

Sand

Grovgrus Mellangrus Fingrus Grovsand Mellansand Finsand

Gr CGr MGr FGr Sa CSa MSa FSa

> 2 till 63

> 20 till 63

> 6,3 till 20

> 2 till 6,3

> 0,063 till 2,0

>0,63 till 2,0

>0,2 till 0,63

>0,063 till 0,2

Finjord

Silt

Ler

Grovsilt Mellansilt Finsilt -

Si CSi MSi FSi Cl

>0,002 till 0,063

>0,02 till 0,063

>0,0063 till 0,02

>0,002 till 0,0063

≤0,002

(17)

6

Kornstorlekar större än 200 mm betecknas block, kornstorlekar mellan 63 mm till 200 mm är benämnd sten. Tillsammans utgör dessa fraktionsgruppen mycket grov jord.

Till fraktionsgruppen grovjord hör grus (kornstorlek 2 till 63 mm) och sand (kornstorlek 0,063 till 2 mm).

Silt utgör jord med kornstorlek större än 0,002 mm till 0,063 mm. Korn av denna storlek kan man uppfatta mellan fingertopparna. Den minsta kornfraktionen, med avseende på kornstorlek, är ler där kornstorleken är mindre än 0,002 mm. Denna storlek på jordkorn kan ej okulärt identifieras eller kännas av med hjälp av fingertopparna. Jordarter som i huvudsak består av korn av storleken ler kallas lera. Tillsammans utgör ler och silt fraktionsgruppen finjord.

3.1.1.2 Klassificering efter kornstorleksfördelning

Mineraljord kan även delas in i olika grupper beroende på kornstorleksfördelning. Naturlig mineraljord består ofta av korn av flera olika kornfraktioner, men kan även förekomma i ensgraderad form. En del moränavlagringar kan innehålla så gott som samtliga kornfraktioner från storleksordning ler till block. Jordens sammansättning av olika kornfraktioner kallas kornstorleksfördelning. Genom siktning samt eventuell sedimentationsanalys bestäms kornstorleksfördelningen.

För att genomföra en siktning krävs en siktapparat, Figur 3.1. En siktapparat består vanligtvis av åtta till nio siktar med olika maskvidder. Den grövsta maskvidden är 16 mm och den finaste har en maskvidd på 0,063 mm.

Figur 3.1 Bild på siktapparat (envix.se, 2017)

Om ett jordprov ska torrsiktas hälls ett torrt prov med en vikt på 100-300 gram ner i siktsatsen.

Därefter tillåts apparaten vibrera under några minuter. Mängden jord som stannar på de olika siktarna vägs och resultatet sammanställs i en tabell. Den mängd i procent som passerar varje sikt samt den procentuella mängden av det ursprungliga provet beräknas.

(18)

7

För kornfraktioner mindre än 0,063 mm utförs en sedimentationsanalys för att bestämma kornstorleksfördelningen. Jordkorn som är mindre än 0,063 mm hälls upp i ett mätglas där det slammas upp med vatten, varpå jordkornen får sedimentera. Sedimentationshastigheten v är en funktion av jordkornens storlek d och bestäms med hjälp av Stokes lag enligt

𝑣 =^(𝛾^𝑠^−𝛾_18𝜂^𝑤^)𝑑² (1)

där kompakttungheten för kornet benämns som 𝛾_𝑠, vätskans tunghet benämns som 𝛾_𝑤 och vätskans viskositet betecknas med 𝜂. För att bestämma sjunkhastigheten används antingen en hydrometer som sänks ned i mätglaset eller en nedsänkt tyngd som är fäst i en våg. Vågkroppens nettotyngd mäts vid olika tidpunkter när den sänkts ned och ger således även slammets densitet.

Utifrån detta kan även sjunkhastighet samt korndiameter bestämmas.

Med hjälp av ett siktdiagram redovisas resultatet från siktanalysen samt den eventuella sedimentationsanalysen, se Figur 3.2. På y-axeln anges mängd passerad jord i viktprocent, på x-axeln redovisas kornstorleken i logaritmisk skala.

Figur 3.2 Siktdiagram med tre kornfördelningskurvor uppritade (Larsson, 2008)

En kornfördelningskurva med en svag lutning omfattar flera kornfraktioner jämfört med en brant kurva som bara representerar en eller ett par olika kornfraktioner.

(19)

8

För att bestämma lutningen på kornfördelningskurvan används graderingstalet

𝐶_𝑢 = 𝑑₆₀/𝑑₁₀ (2)

där d10 och d60 är beteckningen för de kornstorlekar som motsvarar 10 % samt 60 % av passerande viktmängd, detta illustreras i Figur 3.2. Om graderingstalet är mindre än 6 bedöms jorden vara ensgraderad, för ett graderingstal mellan 5-15 benämns jorden mellangraderad och om graderingstalet är större än 15 är jorden månggraderad. Jorden kan även benämnas som språnggraderad i de fall där en eller flera mellanliggande fraktioner fattas.

Krökningstalet bestämmer kornfördelningskurvans form

𝐶_𝑐 = (𝑑₃₀)²/𝑑₁₀𝑑₆₀ (3)

Jord som innehåller flera olika fraktioner benämns utifrån halten av de fraktioner som påträffats.

Jordens egenskaper beror till stor del av dels de grövsta fraktionerna och dels de minsta fraktionerna. Hur stor andel av jorden som utgörs av grova fraktioner spelar stor roll vid exempelvis schaktning och halten finjord (andelen ler och silt) påverkar jordens hållfasthetsegenskaper bl.a.

Jord delas in i fyra olika huvudgrupper med hänsyn till halten av de ingående fraktionerna. Om halten av block och sten överstiger 40 viktprocent av den totala jordmängden benämns jorden som block- och stenjord. Understiger block- och stenhalten 40 viktprocent och finjordshalten är mindre än 15 viktprocent är benämningen grovkornig jord. Om finjordshalten överstiger 15 procent är benämningen antingen blandkornig jord eller finkornig jord.

I blandkorniga jordarter är det den viktmässigt dominerande jordarten som utgör jordens substantivbenämning. Resterande ingående fraktioner som utgör en lägre viktandel av jorden utgör adjektivbenämning, t.ex. siltigt grus eller grusig lerig sand. (Axelsson & Mattsson, 2016)

Tabell 3.2 Indelning av mineraljord enligt kornstorleksfördelning (Axelsson & Mattsson, 2016)

Benämning Utgörs av

Halt av block & sten i viktprocent av total

mängd jord

Halt av finjord i viktprocent av korn

< 60 mm Block- och

stenjordar

huvudsakligen av

block och sten > 40 -

Grovkorniga jordar

grus- och

sandjordar < 40 < 15

Blandkorniga jordar

siltiga och leriga grus- och

sandjordar

< 40 15-40

Finkorniga

jordar silt- och lerjordar < 40 > 40

(20)

9 3.1.2 Sulfidjord

Runt om i världen förekommer det olika typer av sulfidjordar. Ungefär 0,1 % av jordens landyta är täckt av sulfidhaltiga jordar. Sulfidjordar förekommer främst i tropiska områden i Sydostasien, västra Afrika och utmed Sydamerikas nordöstra kust. I Europa förekommer inte sulfidjord i någon större utsträckning, med undantag från kusten längs Bottniska viken, se Figur 3.3.

Figur 3.3 Sulfidjordens utbredning kring Bottniska viken (Larsson et al., 2007)

Sulfidjordarna innehåller olika typer av sulfid där svavelkis (FeS2) och järnmonosulfid (FeS) tillhör de mest förekommande formerna. När sulfidjord nämns i geotekniska sammanhang i Sverige menas det ofta den form av sulfidjord som innehåller järnmonosulfid och som uppstår genom att organiskt material i finkorniga sediment bryts ned i en miljö som är anaerob.

Norrländska sulfidjordar benämns ofta ”svartmocka”. Dessa sulfidjordar längs Norrlands kustland har en varierande sulfid- och organisk halt och består ofta av en sammansättning av flera olika jordarter så som sandig silt, silt, lerig silt och siltig lera. I geotekniska sammanhang benämns denna jordtyp således som sulfidsilt eller sulfidlera.

I Sverige bildas sulfidhaltiga jordar oftast som sediment som avsätts under anaeroba reducerande förhållanden. Sulfidinnehållet uppkommer från organiska samt oorganiska sulfider.

(21)

10

När vattenomsättningen i jorden är liten uppstår syrefattiga miljöer där skiktningar i vattnet medför att ytvattnets syre inte kan transporteras ned till botten. Det organiska innehållet i sedimenten är tillräckligt stor för att förbruka allt tillgängligt syre under dess nedbrytningsprocess. Denna process leder till att svavelväte skapas. Svavelvätet reagerar med järnhaltiga substanser och järnjoner i vattnet och järnmonosulfid, FeS, kan därmed bildas.

Hur stor mängd järnmonosulfid som kan bildas begränsas av:

• hur stor mängd samt hur reaktiva de förekommande järnhaltiga ämnena är

• hur mycket lösta sulfater som finns tillgängligt

• hur stor mängd nedbrytbart organiskt material det finns.

Den sista punkten bedöms vara det som är av störst vikt för hur mycket järnsulfid som kan bildas, under förutsättningen att tillräckligt stor mängd järn finns att tillgå.

Ända sedan avsmältningen samt sedimentationen efter den senaste istiden har sulfidjord bildats i Sverige. Bildandet av sulfidjord pågår än idag, framförallt i Östersjön och Bottniska viken men också i andra syrefattiga miljöer. (Larsson et al. , 2007)

3.1.3 Konsolidering

Konsolidering är jordens kompression under samtidig vattenavgång. För att en vattenmättad jord ska kunna komprimeras, och således uppnå en minskad porvolym, måste en del av det porvatten som finns i det ursprungliga porutrymmet pressas undan. Denna vattenundanpressning tar olika lång tid beroende på vilken permeabilitet jorden har;

kompressionen är hydrodynamiskt fördröjd.

Om en vattenmättad jordprofil belastas kommer den påförda tillskottslasten initialt att bäras upp helt utav porvattnet i jorden, då detta kan anses vara inkompressibelt i förhållande till kornskelettet. I Figur 3.4 är konsolideringsförloppet illustrerat i ett spännings-tidsdiagram.

Figur 3.4 Konsolideringsförloppet (Axelsson, 1998)

Vid tidpunkten t0 ökas det vertikala totaltrycket med värdet Δσ. Denna tryckökning tas initialt upp som porövertryck, Δu0= Δσ. Vid tidpunkten t0 har följaktligen effektivtrycket på jordens kornskelett ännu inte förändrats. Kornskelettet är därmed opåverkat av lastökningen vid denna tidpunkt.

(22)

11

Spänningsökningen i en jordprofil av en belastning som är begränsad i storlek är störst närmast den påförda lasten och minskar sedan ju större avståndet från lasten blir. Vid tiden t0 är det porvattnet som utsätts för denna spänningssituation inbegripande tryckgradienter. Således kommer porvattnet, bestämt utifrån Darcys lag för två eller tre dimensioner, att börja flöda från områden med högre tryckpotential mot regioner med lägre. Porvattnet söker sig mot platser med lågt eller inget porvattentryck, framförallt strömmar det mot markytan och mot i förekommande fall existerande dränerande skikt av grövre jord, t.ex. en grövre morän som finns under en lermäktighet.

Allt medan porvattnet strömmar bort från den högst belastade delen av jordmassan där portrycket ökade mest, kommer porövertrycket att avta samtidigt som effektivtrycket ökar. Det ökade effektivtrycket innebär att jordskelettet komprimeras, d.v.s. porvolymen minskar, vilket är möjligt på grund av det utströmmande porvattnet.

Porövertrycket klingar av alltmedan tiden går. Efter en viss tid, t2, har därmed det av lastökningen uppkomna porövertrycket Δu0 så gott som helt avklingat varvid hela spänningstillskottet upptas av jordens kornskelett.

Konsolideringsprocessen pågår under mycket kort tid i grovkornig jord som exempelvis grus.

Under sådana goda dräneringsförhållanden kan det skapade porövertrycket klinga av nästan omedelbart. I mäktiga jordprofiler bestående av mycket finkorniga jordarter som exempelvis lera kan denna konsolideringsprocess fortgå under flera år innan hela det genererade porövertrycket utjämnats. Det är inte ovanligt att denna process pågår under 10-20 år i denna typ av jord, detta innebär samtidigt att det tar lika lång tid för jorden att uppnå sin totalsättning under dessa förhållanden. (Axelsson & Mattsson, 2016)

3.2 Hydrogeologi

3.2.1 Permeabilitet

En jords permeabilitet är av betydelse vid konstruktion av exempelvis jorddammar, filter och brunnar, vid utvärdering av tjälfarlighet och stabiliteten för en slänt, om dränerad eller odränerad beräkningsmodell ska antas samt för analyser av hur sättningar utvecklas med tiden.

Dessutom är permeabiliteten en viktig faktor vid bedömning av hur en förorening förväntas sprida sig samt vid bedömning av effekten av en grundvattensänkning.

Permeabiliteten eller vattengenomträngligheten (hydrauliska konduktiviteten) hos en jord beräknas oftast med hjälp av Darcys lag

𝑣 = 𝑘×𝑖 = 𝑘×^ℎ_𝑙 (4)

där v är den genomsnittliga strömningshastigheten angivet i m/s, k är permeabiliteten angivet i m/s, h är höjdskillnaden längs sträckan l angivet i meter vattenpelare, l är längden för den berörda sträckan och i är den hydrauliska gradienten (förlust i tryckhöjd per längdenhet, dimensionslöst tal).

(23)

12

I fält kan permeabiliteten k bestämmas genom pumpning eller infiltration. Permeabiliteten kan även bestämmas ur laboratorieförsök, då med hjälp av rörpermeameter, nippelpermeameter, ingjutningspermeameter, kompressometer, triaxialapparat eller ödometer. Metoden väljs efter jordart samt jordprovets beskaffenhet. I Tabell 3.3 ses ungefärliga värden på permeabilitet för olika jordarter. (Larsson, 2008)

Tabell 3.3 Ungefärliga värden på permeabilitet för olika jordtyper (Larsson, 2008)

Jordart Permeabilitet [m/s]

Moräner (månggraderad jord) Grusig morän

Sandig morän Siltig morän Lerig morän Moränlera

10^-5-10^-7 10^-6-10^-8 10^-7-10^-9 10^-8-10^-10 10^-9-10^-11 Sediment (ensgraderad jord)

Fingrus Grovsand Mellansand Finsand Grovsilt

Mellansilt-finsilt Lera

10^-1-10^-3 10^-2-10^-4 10^-3-10^-5 10^-4-10^-6 10^-5-10^-7 10^-7-10^-9 < 10^-9 3.2.2 Artesiskt portryck

Artesiskt grundvatten är bundet grundvatten under ett sådant högt tryck att vid genombrytning av ovanliggande täta jordskikt ligger den piezometriska grundvattenytan ovan markytans nivå (Tremblay, 1990).

3.2.3 Mätning av grundvattennivå och portryck

I avsikt att uppnå önskat resultat vid grundvattenundersökningar måste planeringen ske på ett noggrant och genomtänkt sätt. Planeringsarbetet inleds med att klarlägga problemställningen samt vilket behov det finns av en grundvattenundersökning.

Det finns en rad olika typer av utrustningar som används vid mätning av portryck och grundvattennivå. Gemensamt för dessa mätsystem (observationsborrhål borträknat) är att de består av två huvuddelar; en vattenkammare som är i kontakt med vattnet oftast i form av ett filter samt en tryckavkänningsdel som mäter trycket i kammaren. De olika mätsystemen kan delas in i två olika grupper: öppna och slutna mätsystem.

Mätningarna i öppna system utförs genom att vattenkammaren är i direkt kontakt med det lufttryck som råder vid markytan, t ex via ett rör. Vattennivån stiger i röret till dess att den motsvarar det porvattentryck som råder vid filtret. Tre olika typer av öppna system förekommer:

observationsborrhål, öppna perforerade rör samt filterspetsar.

(24)

13

Strömning av förhållandevis stor vattenvolym genom filtret krävs om en tryckförändring i jorden ska kunna registreras i öppna mätsystem. Således är öppna system inte användbara i jordar som har låg permeabilitet om det ska vara möjligt att mäta snabba förändringar. Vid sådana fall är användning av slutna system mer tillämpbart.

Det finns många olika typer av slutna system, även kallat portrycksmätare. Samtliga bygger på principen att det rådande trycket i vattenkammaren mäts omedelbart i systemet utan att stora vattenrörelser krävs. Tillvägagångssättet för mätningarna varierar beroende på vilken portrycksmätare som används. De slutna mätsystemen kan indelas i fyra olika grupper:

hydrauliska portrycksmätare, pneumatiska portrycksmätare, elektriska portrycksmätare samt BAT-portrycksmätare. Då mätning i denna studie enbart har utförts i BAT-portrycksmätare kommer denna typ av mätsystem att beskrivas mer ingående.

Spetsen och mätsystem är åtskilda i BAT-systemet. Spetsen är tillverkad av antingen rostfritt stål eller plast, med ett filter bestående av keramik eller polyeten samt ett munstycke utrustat med ett gummimembran.

Själva mätkroppen består av en elektrisk trådtöjningsgivare tillsammans med en injektionsnål.

På undersökningsplatsen installeras endast en mätspets med förlängningsrör, ett galvaniserat vattenledningsrör. Då mätning sker sänks mätkroppen ned på den installerade portrycksspetsen för att injektionsnålen ska kunna tränga igenom gummimembranet och in i vattenkammaren.

Därmed kommer den elektriska tryckgivaren i kontakt med porvattnet inuti vattenkammaren via injektionsnålen och portrycket kan således observeras. Då avläsningen är utförd tas mätkroppen upp igen och samma mätkropp kan sedan användas för att avläsa ett stort antal spetsar. I Figur 3.5 presenteras en schematisk bild över hur en BAT-portrycksmätare är konstruerad. (Tremblay, 1990)

Figur 3.5 Schematisk figur för en BAT-portrycksmätare (Tremblay, 1990)

(25)

14

3.3 Slugtest- hydrauliskt enhålstest

Slugtest är en typ av hydrauliskt enhålstest. I sådana test utförs undersökningarna i ett konventionellt grundvattenrör. Slugtest är en undersökningsmetod som är relativt enkel att utföra och kräver inte stora ekonomiska resurser för att ta reda på hydrauliska egenskaper hos jorden, som t.ex. hydraulisk konduktivitet (permeabilitet).

Ett slugtest innebär att en känd volym vatten tillförs eller tas bort från grundvattenröret, eller att en solid slug sänks ned i röret. Tiden det tar för grundvattenytan att återhämta sig i grundvattenröret mäts och noteras. Resultatet analyseras sedan med hjälp av en passande metod beroende på hur vattnet har betett sig under återhämtningsfasen. (Fetter, 2001)

3.4 CPT-sondering

Vid CPT-sondering används en cylindrisk sond med en tvärsnittsarea på 1000mm² och med en spetsvinkel på 60°. Sonden drivs ned i jorden med en konstant hastighet av 20 mm/s. Samtidigt som sonden trycks ned i jorden mäts neddrivningsmotståndet mot sondspetsen, mantelfriktionen mot den cylindriska ytan ovanför spetsen och det porvattentryck som genereras vid spetsen under neddrivningen. Mätningen sker elektriskt med en hög avläsningsfrekvens för att erhålla kontinuerliga kurvor över mätvärdenas variation med djupet.

(Larsson, 2015)

3.4.1 Standard och rekommendationer

I Sverige har det länge funnits en rekommenderad standard för CPT-sondering upprättad av SGF. Denna svenska standard innefattar portrycksmätning. Utöver den finns det även internationell standard som författats av CEN\TC341\WG2 och i Sverige betecknas SS EN ISO 22476-1:2012. Denna nya internationella standard innehåller krav på att sonderingsdjupet skall justeras med hänsyn till vilken lutning sonden har.

De ställda kraven i den internationella standarden är satta utifrån vad som är praktiskt möjligt att genomföra och huvudsakligen i fastare, grövre och mer svårsonderade jordar än de jordtyper som är vanligt förekommande i Sverige. Det framhålls emellertid att för lösare jordar kan andra krav gälla och för svenska förhållanden bör också de krav som fastställts av SGF (1993) uppfyllas.

I rekommendationerna för sonderingsutrustningen är det framförallt själva sonden, som består av den cirka 1,05 m långa nederdelen där mätningarna genomförs, som har standardiserade mått och toleranser. För resterande delar av utrustningen gäller krav på funktionen. (Larsson, 2015)

(26)

15 3.4.2 Begreppsförklaringar

Under detta avsnitt förklaras begrepp som brukas vid CPT-sondering.

3.4.2.1 Spetsmotstånd

Spetsmotståndet qt definieras som 𝑞_𝑡= 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑠𝑝𝑒𝑡𝑠𝑘𝑟𝑎𝑓𝑡

𝑇𝑣ä𝑟𝑠𝑛𝑖𝑡𝑡𝑠𝑎𝑟𝑒𝑎 (5)

där den totala axialkraften divideras mot sondens spets med tvärsnittsarean för spetsen.

Tvärsnittsarean för sondspetsen är normalt 1000 mm². På grund av hur sonden är konstruerad kan den bli påverkad av obalanserade vattentryck, vid sonderingar med portrycksmätning korrigeras spetstrycken så att det totala spetsmotståndet kan beräknas. Spetsmotståndet anges i MPa eller kPa. (Larsson, 2015)

3.4.2.2 Mantelfriktion

Den lokala mantelfriktionen ft beräknas som 𝑓_𝑡 =𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑓𝑟𝑖𝑘𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠𝑘𝑟𝑎𝑓𝑡

𝑀𝑎𝑛𝑡𝑒𝑙𝑦𝑡𝑎 (6)

där den totala friktionskraften mot friktionshylsan divideras med hylsans mantelyta. Hylsans mantelyta är normalt 15 000 mm². Obalanserade vattentryck i friktionshylsans ändytor kan påverka mätvärdena för mantelfriktionen. För att få korrekta värden på den totala mantelfriktionen måste således mätvärdena korrigeras. Den totala mantelfriktionen uttrycks i kPa eller MPa. (Larsson, 2015)

3.4.2.3 Friktionskvot

Friktionskvoten Rft beräknas enligt nedanstående ekvation, 𝑅_𝑓𝑡 =_𝑞^𝑓^𝑡

𝑡 (7)

där mantelfriktionen ft divideras med spetsmotståndet qt på aktuell nivå. (Larsson, 2015) 3.4.2.4 Portrycksmätning vid CPT-sondering

Det rådande porvattentrycket i jorden på en specifik nivå benämns som jämviktsportrycket u0. När en CPT-sondering med portrycksmätning genomförs uppmäts ett registrerat portryck u, detta portryck motsvarar jämviktsportrycket adderat med det portryck som genereras vid sonderingen (u=u0+Δu). Genererat portryck Δu, är den förändring i portryck (u-u0) som uppstår vid sonderingen. Portrycket är uttryckt i kPa. (Larsson, 2015)

(27)

16 3.4.3 Mätprincip

Spetstryck, mantelfriktion och portryck mäts vid CPT-sondering. Via en mätkropp med trådtöjningsgivare överförs det axialtryck som verkar mot spetsen till de övre delarna av sonden.

Givarna ska vara applicerade så att eventuell excentricitet i lasten inte inverkar på resultaten.

Resultaten påverkas inte heller av eventuella temperaturändringar eftersom givarna även ska vara kopplade till kompensationselement. Möjligheten för det senare är jämförelsevis goda, men det finns vissa begränsningar. Framför allt temperaturgradienter som uppstår under temperaturändringar är svåra att helt åtgärda.

Kraften från friktionshylsan överförs via en mätkropp med kompenserande elektriska trådtöjningsgivare. Många sonder konstrueras, på grund av tillverkningstekniska skäl, med två i princip identiska mätkroppar där den ena är placerad över den andra. Spetskraften har då uppmätts av den undre mätkroppen och den övre har mätt summan av spetskraften och mantelfriktionen. Ett värde på mantelfriktionen fås då som differensen mellan signalerna från mätkropparna. Denna konstruktionstyp innebär dock en stor risk att mätvärdena interfererar med varandra med efterföljande problem med mätnogrannhet, kalibrering samt tolkning.

Kompressionssonder är utav den anledningen en vanligare konstruktion för nya CPT- sonderingar. I denna typ av CPT mäts mantelfriktionen i en separat mätkropp som är placerad på ett sådant sätt att spetstrycket inte påverkar mätvärdena.

Portrycket mäts med hjälp av en tryckgivare. Tryckgivarna måste vara av högsta kvalitet och ha en minimal egendeformation vid mättillfället för att erhålla så korrekta mätvärden av portrycket som möjligt. Denna typ av givare finns på marknaden och kan installeras i sonderna.

Tidigare var det ofta nödvändigt att ange detta krav vid beställning av CPT-utrustning, men sedan införandet av standarder med specifika krav finns dessa givare som regel redan i den utrustning som finns på marknaden. I Figur 3.6 finns en CPT-sond illustrerad.

(28)

17

Figur 3.6 Konstruktion och mätprincip för en CPT-sond av kompressionstyp

(29)

18

(30)

19

4 METOD

Med syfte att utreda om CPT-sondering kan användas för att mäta portryck planerades en fallstudie i Röbäck där 12 st. portrycksutjämningstest utfördes.

Fallstudien inleddes med en omfattande förstudie som genomfördes i samarbete med Trafikverket. Utifrån förstudien påbörjades sedan en planering av fältarbetet som resulterade i 3 dagars geoteknisk fältundersökning. Resultaten från fältundersökningen har främst bearbetats och analyserats med hjälp av Geosuite samt Excel.

4.1 Förstudie

I samarbete med Trafikverkets geoteknikavdelning i Luleå har material från projektet ”Västra länken” i Umeå erhållits. Detta material har innehållit bland annat sex år långa mätserier från installerade portrycksspetsar i området, resultat från skruvprovtagning och annan sondering samt resultat från laboratorieundersökningar.

En eller flera lämpliga platser med flertalet installerade portrycksspetsar letades upp för att ha mätdata att jämföra de erhållna resultaten mot och därmed lägga tid och resurser på att utföra så många portrycksutjämningstest som möjligt. Önskvärt var att hitta aktiva portrycksspetsar som var placerade geografiskt nära Luleå.

Tillsammans med Trafikverket hittades en lämplig plats från deras utförda undersökningar för projektet Västra länken. Utifrån de uppställda kriterierna förekom det att området Röbäck i Umeå var lämpligt för utförandet av denna studie.

Området avgränsades därefter ytterligare genom att titta på var det fanns portrycksspetsar installerade i närhet av varandra men på olika nivåer. Detta för att således ha möjlighet att genomföra portrycksutjämningförsök i en och samma sonderingspunkt men på ett flertal nivåer och sedan jämföra detta mot de installerade portrycksspetsarna. I Figur 4.1 nedan ses en översiktsbild på det valda undersökningsområdet.

Figur 4.1 Översiktsbild över det undersökta området (Google maps, 2017)

(31)

20

4.2 Geoteknisk fältundersökning

4.2.1 Förberedelser inför fältarbete

Fältarbetet planerades utifrån resultatet av den data som samlats in. Förstudien resulterade i att fyra separata områden var intressanta att undersöka i form av portrycksutjämningstest.

Fältarbetet utfördes under den 19-21 juni 2017. Borrprogram samt planering av fältarbete finns redovisat i Bilaga 2 och Bilaga 3.

Innan fältarbete kunde påbörjas kontaktades, via brev, fastighetsägare som eventuellt skulle beröras av fältundersökningarna. Utöver detta skapades även ett ärende på ledningskollen.se för att fastställa att de geotekniska fältundersökningarna inte skulle förstöra eventuella el-, vatten- eller fiberledningar i området.

Måndagen den 19:e juni åkte jag tillsammans med fältgeotekniker till Röbäck, Umeå. Under dagen utfördes utsättning av de planerade undersökningspunkterna. Möte med ledningsutsättare ägde också rum denna dag för markering av befintliga ledningar inom under-sökningsområdet.

Då resurserna var begränsade till 3 dagar ute i fält planerades fältarbetet utefter detta. I samråd med en geotekniker som har erfarenhet av metoden bestämdes det att portrycket på varje nivå skulle tillåtas att utjämnas under maximalt 2 timmar eller till dess att portryckskurvan utjämnats.

4.2.2 CPT-sondering

Vid den geotekniska fältundersökningen användes CPT-utrustning av tillverkaren Envi.

Modellen som användes var Envis trådlösa akustiska CPT med spaltfilter, spetsen som nyttjades heter Memocone. Användandet av denna modell möjliggjorde utvärdering av data i realtid vilket medförde att alla parametrar kunde övervakas kontinuerligt under den tid sonderingen utförs.

Förberedelsen av CPT-utrustningen påbörjades genom att CPT-spetsen skruvades av. Därefter avlägsnades o-ringarna enligt Figur 4.2 nedan.

Figur 4.2 Förberedelse av CPT-spets (Envi, 2011)

(32)

21

Därefter tas friktionshylsan bort enligt Figur 4.3, och kontroll av CPT-utrustningens olika delar utförs. Jord och annan smuts avlägsnas och trasiga eller slitna o-ringar ersätts vid behov.

O-ringarna i den vänstra delen av Figur 4.4 ersätts när de är utslitna eller trasiga och de på den högra delen byts ut vid varje sondering.

Figur 4.3 Borttagning av friktionshylsan på CPT-sonden (Envi, 2011)

Figur 4.4 O-ringarna i den vänstra bilden tas bort när de är trasiga eller utslitna, o-ringarna i den högra bilden byts ut vid varje sondering (Envi, 2011)

(33)

22

Fyll sedan spetsen med fett till dess att fettet fyller hela spalten, se bild längst till höger i Figur 4.5, avsluta med att forma en liten kulle längst upp i spetskammaren. Torka därefter bort överflödigt fett runt spaltfiltret.

Figur 4.5 Spetsen fylls med fett (Envi, 2011)

Förbered portryckskammaren genom att torka den helt ren från eventuellt smuts. Fyll sedan upp med CPT-olja till den fasade kanten i kammaren, se Figur 4.6. Se till att eventuella luftbubblor i oljan tas bort, dessa kan försämra kvalitén på testerna.

Figur 4.6 Portryckskammaren fylld med CPT-olja (Envi, 2011)

(34)

23

Montera sedan spetsen med friktionshylsan genom att försiktigt lägga den på gängen och sedan skruva fast den, vicka gärna på spetsen medan du skruvar fast den för att få ut de sista luftbubblorna i oljan i systemet, se Figur 4.7. Dra åt spetsen med en polygrip eller annat liknande verktyg.

Figur 4.7 Montering av CPT-sond (Envi, 2011)

En o-ring monteras på den övre delen av friktionshylsan samt två o-ringar precis bakom CPT- spetsen. Sonden är sedan klar för användning och kan förvaras på detta sätt flera timmar utan att påverkas av den yttre miljön. (Envi, 2011)

4.2.3 Portrycksutjämningsförsök

När en CPT-sond penetrerar ett tätare vattenmättat jordlager skapas ett lokalt porövertryck kring sonden på grund av att grundvattnet pressas undan utav konen. När ett portrycksutjämningsförsök utförs stoppas sondens nedåtgående rörelse och tiden det tar för porövertrycket att klinga av noteras. (Vertek CPT, 2015)

Portrycksutjämningsförsöken i denna studie hade en tidsbegränsning på maximalt 2 timmar för respektive stopp för att kunna utföra samtliga försök inom tre dagar. Nedan beskrivs arbetsgången för ett portrycksutjämningsförsök steg för steg:

1. CPT-utrustningen förbereds på samma sätt som inför en normal CPT-sondering 2. Sonden körs därefter ned till den nivå man önskar att utföra ett portrycksutjämnings-

försök

3. Där stoppas sonderingen och systemet börjar automatiskt registrera den portrycks- förändring som sker

4. För att spara all data från försöket och därmed erhålla en speciell rådatafil, kan ett separat fönster för portrycksutjämningförsök öppnas

5. Försöket avslutas och sparas automatiskt när sonderingen fortsätter nedåt.

(35)

24

4.2.4 Mätning av portryck i installerade portrycksspetsar

Mätning av portrycket i samtliga installerade BAT-portrycksspetsar utfördes med hjälp av portrycksmätare. Denna sänktes ned i portrycksspetsen, sedan fick den vara kvar där i till dess att portrycket stabiliserats.

4.2.5 Slugtest- utströmningsförsök

Slugtestet började genom att grundvattenytan i det aktuella grundvattenröret mättes och tidpunkten för mätningen noterades. Avståndet från röröverkant ned till filternivå samt marknivå uppmättes också.

Divern, som loggar förändringen i tryck, sänktes ned ca 12 meter i grundvattenröret. Innan nedsänkningen mättes den totala längden på linan ned till underkant på divern, där tryckförändringen registreras. Linan där divern var fastsatt tejpades noggrant fast i grundvattenröret.

Grundvattenytans läge mättes återigen ca 10 minuter efter nedsänkningen av divern för att kontrollera att grundvattenytan var återhämtad till den ursprungliga vattennivån. Med hjälp av en tratt hälldes sedan 2 liter vatten snabbt ned i grundvattenröret. Den nya grundvattennivån mättes därefter omedelbart efter tillförseln av vattnet, nivåhöjningen noterades. Divern tilläts sedan att mäta under ca 20 h innan den sedan togs upp. Innan försöket avslutas är det viktigt att kontrollera att grundvattennivån har återhämtat sig till den ursprungliga. Det är godtagbart om ca 0,3 meter är kvar av 1 meter överhöjning. (Engelbrektsson, 2017)

I Bilaga 4 finns en checklista för utförande av slugtest redovisad.

4.3 Databearbetning

Resultaten från portrycksutjämningsförsöken har redigerats och utvärderats med Geosuite samt Excel.

För utvärdering av resultaten ritades diagram upp i Excel där portrycksutjämningen plottades mot tiden.

Rapporten är skriven i Microsoft Word.

(36)

25

5 RESULTAT

Resultatet från den geotekniska fältundersökningen redovisas separat för varje undersökningsområde. I resultatet ingår mätresultat från portrycksutjämningsförsök på totalt tolv olika nivåer, fördelade på fyra separata områden. Utöver detta redovisas även resultat erhållen från förstudien, uppmätt portryck från de installerade portrycksspetsarna samt resultat från det utförda slugtestet.

5.1 Område 1 (Bro 442)

Jordprovtagningen inom detta område visar att det översta lagret av jorden, ned till ca 0,2 meter under markytan består av fyllning av mulljord. Under detta består jorden av siltig finsand ned till ca 1,1 meter under markytan och därefter silt ned till 1,5 meter under markytan. Silten underlagras av sulfidsilt med inslag av lera och finsand ned till 12,3 meter under markytan.

(Sweco, 2016-09-30)

Permeabiliteten i detta område är bestämd genom CRS-försök på utförda kolvprovtagningar.

Resultaten från CRS-försöken visar på att permeabiliteten är ca 6,0-7,0×10^-9 m/s 4 meter under markytan. Laboratorieundersökningen som är utförd på ett jordprov taget från 8 meter under markytan visar på att permeabiliteten är 1,00×10^-9 på denna nivå. (Sweco, 2016-09-30)

Inom detta område fanns det tre portrycksspetsar installerade på olika nivåer. Innan sonderingen påbörjades uppmättes portrycket i samtliga portrycksspetsar som fanns installerade inom undersökningsområdet. I PP1028B och PP1028C uppmättes artesiskt portryck.

I Tabell 5.1 redovisas en sammanställning av de uppmätta portrycken i de tre installerade portrycksspetsarna inom området. Utifrån mätningarna av portrycket i portrycksspetsarna valdes ett representativt värde på portrycket för respektive djup som sedan användes som referens för CPT-sonderingen.

Tabell 5.1 Sammanställning av det uppmätta portrycket i de installerade portrycksspetsarna inom område 1

ID Datum Tid Nivå/Djup Portryck

[kPa]

Valt portryck [kPa]

PP1028A 2017-06-19 12.10

14.50 +5 / 3,8 30,57

30,47 30,52

PP1028B 2017-06-19 12.10

14.50 +2 / 6,8 72,97

73,07 73,02

PP1028C 2017-06-19 12.10

14.50 -3,1 / 11,9 147,07

146,37 146,72

(37)

26

Första stoppet i sonderingen utfördes på nivå +5 (3,8 meter under markytan). Stoppet pågick i 5559 sekunder (ca 1 timme och 33 minuter) på grund av att portrycksförändringen hade klingat av vid denna tidpunkt. Sonderingen fortsatte därefter omedelbart ned till nästa provtagningsdjup. I Figur 5.1 presenteras portrycket som är uppmätt med CPT-sondering mot tiden i sekunder. Portrycket som uppmättes i den installerade portrycksspetsen redovisas som en streckad linje.

0 25 50 75 100 125 150

0 1800 3600 5400 7200

Portryck [kPa]

Tid [s]

17AF01A

3,8 m under markytan

Portryck CPT Portryck BAT-spets

Figur 5.1 Portrycksutjämningstest i 17AF01A, 3,8 meter under markytan

(38)

27

Det andra avbrottet i sonderingen utfördes på nivå + 2 (6,8 meter under markytan). Stoppet pågick i 6349 sekunder (1 timme och 46 minuter) då portrycksutjämningen bedömdes ha klingat av vid denna tidpunkt. Efter avslutat test fortsatte sonderingen ned till sista provtagningsdjupet.

I Figur 5.2 redovisas portrycket som är uppmätt med CPT-sondering mot tiden i sekunder.

Portrycket som uppmättes i den installerade portrycksspetsen redovisas som en streckad linje.

Figur 5.2 Portrycksutjämningstest i 17AF01B, 6,8 meter under markytan 0

25 50 75 100 125 150 175 200 225 250

0 1800 3600 5400 7200

Portryck [kPa]

Tid [s]

17AF01B

(39)

28

Det sista stoppet i sonderingen utfördes på nivå -3,1 (11,9 meter under markytan). Avbrottet pågick i 7260 sekunder (2 timmar och 1 minut) då försöken maximalt fick pågå under två timmar.

I Figur 5.3 presenteras portrycket som är uppmätt med CPT-sondering mot tiden i sekunder.

Figur 5.3 Portrycksutjämningstest i 17AF01C, 11,9 meter under markytan 100

125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375

0 1800 3600 5400 7200

Portryck [kPa]

Tid [s]

17AF01C

(40)

29

5.2 Område 2 (Bro 443)

Jordprovtagningen inom detta område visar att det översta lagret av jorden, ned till ca 0,2 meter under markytan består av mulljord. Under detta lager består jorden av silt ned till ca. 1,7 meter under markytan. Silten underlagras av sulfidsilt med inslag av lera ned till ca 22 meter under markytan. Under detta djup visar jordprovtagningen att jorden består av grusig sandig siltig morän. (Sweco, 2016-09-30)

Permeabiliteten i detta område är bestämd genom CRS-försök på utförda kolvprovtagningar.

Resultaten från CRS-försöken visar på att permeabiliteten är ca 2,5×10^-8 m/s 3 meter under markytan. Laboratorieundersökningen som är utförd på ett jordprov taget från 4 meter under markytan visar på att permeabiliteten är 2,00×10^-8 på denna nivå. (Sweco, 2016-09-30)

Totalt tre stycken portrycksspetsar finns installerade på olika nivåer inom detta område. På grund av den satta tidsplanen var det dock endast möjligt att genomföra portrycksutjämningsförsök på två nivåer. Innan sonderingen påbörjades uppmättes portrycket i samtliga portrycksspetsar som fanns installerade inom undersökningsområdet. I 15011B uppmättes artesiskt portryck. Utifrån mätningarna av portrycket i portrycksspetsarna valdes ett representativt värde på portrycket för respektive djup som sedan användes som referens för CPT-sonderingen.

I Tabell 5.2 redovisas en sammanställning av det uppmätta portrycket.

[kPa]

15011A 2017-06-19 2017-06-21

12.10

14.50 +3,3 / 5,4 48,07

47,87 47,97

15011B 2017-06-19 2017-06-21

12.10

14.50 -0,7 / 9,3 94,87

94,67 94,87

15011C 2017-06-19 2017-06-21

12.10

14.50 -4,6 / 13,2 134,77

132,57 -

(41)

30

Det första portrycksutjämningstestet utfördes på nivå +3,3 (vilket motsvarar 5,4 meter under markytan). Pausen i sonderingen pågick i 3721 sekunder (62 minuter) då portrycksutjämningsförloppet bedömdes att ha avstannat efter denna tid.

Figur 5.4 Portrycksutjämningstest i 17AF02A, 5,4 meter under markytan 0

25 50 75 100 125 150 175 200

0 1800 3600 5400 7200

Portryck [kPa]

Tid [s]

17AF02A

(42)

31

Sonderingen fortsatte därefter ned till nästa provtagningsnivå som var -0,7 (9,3 meter under markytan). Där stoppades sonderingen under 7005 sekunder (1 timme och 57 minuter) då den maximala undersökningstiden var bestämd till två timmar för respektive försök.

25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300

0 1800 3600 5400 7200

Portryck [kPa]

Tid [s]

17AF02B

(43)

32

5.3 Område 3 (Bro 444)

Den utförda jordprovtagningen i detta område visar att det översta lagret av jorden, ned till ca 0,2 meter under markytan består av mulljord med växtdelar. Under detta lager består jorden av silt ned till ca. 1,5 meter under markytan och underlagras sedan av sulfidsilt med inslag av lera.

Permeabiliteten i detta område är bestämd genom CRS-försök på utförd kolvprovtagning.

Resultatet från CRS-försöket visar på att permeabiliteten är ca 1,7×10^-8 m/s 4 meter under markytan.

Inom detta område fanns det totalt sju stycken portrycksspetsar installerade på olika nivåer.

Portrycksspetsarna är grupperade i två områden en bit ifrån varandra och behandlas följaktligen som två separata delområden. Innan sonderingen påbörjades uppmättes portrycket i samtliga portrycksspetsar som finns installerade inom undersökningsområdet. (Sweco, 2016-09-30) Utifrån mätningarna av portrycket i portrycksspetsarna valdes ett representativt värde på portrycket för respektive djup som sedan användes som referens för CPT-sonderingen. Då portrycksspetsarna PP1101, 1103 och 1104 var installerade på ungefär samma nivå valdes ett medelvärde för portrycket i den nivån baserad på mätningar i alla de tre portrycksspetsarna.

Artesiskt portryck uppmättes i PP1006C.

[kPa]

PP1006A 2017-06-20 2017-06-21

14.10

12.48 +6,4 / 3,0 20,77

21,67 21,22

PP1006B 2017-06-21 2017-06-21

12.50

14.10 +2,4 / 7,0 56,77

48,77 56,77

PP1006C 2017-06-21 14.10 -2,6 / 12,1 132,97 132,97

PP1101 2017-06-19 2017-06-20

17.00

10.00 +3,49 / 5,71 59,87

60,17 54,15

PP1102 2017-06-19 2017-06-20

17.00

10.00 -1,09 / 10,3 98,57

99,87 99,22

PP1103 2017-06-19 2017-06-20

17.00

10.00 +3,40 / 5,80 51,77

50,57 54,15

PP1104 2017-06-19 2017-06-20

17.00

10.00 +3,44 / 5,76 51,47

51,07 54,15

(44)

33

Det första portrycksutjämningstestet för delområde 1 utfördes på nivå +3,4 (vilket motsvarar 5,8 meter under markytan). Pausen i sonderingen pågick i 4233 sekunder (ca 1 timme och 11 minuter) då portrycksutjämningsförloppet bedömdes att ha avstannat efter denna tid.

0 25 50 75 100 125 150 175 200

0 1800 3600 5400 7200

Portryck [kPa]

Tid [s]

17AF03A

Figur 5.6 Portrycksutjämningstest i 17AF03A, 5,8 meter under markytan

(45)

34

Sonderingen fortsatte därefter ned till nästa provtagningsnivå som var -1 (10,3 meter under markytan). Där stoppades sonderingen under 7517 sekunder (2 timmar och 5 minuter) då den maximala undersökningstiden var bestämd till två timmar för respektive försök.

25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325

0 1800 3600 5400 7200

Portryck [kPa]

Tid [s]

17AF03B

(46)

35

Det första portrycksutjämningstestet för delområde 2 utfördes på nivå +6,4 vilket motsvarar 3,0 meter under markytan). Pausen i sonderingen pågick i 1127 sekunder (ca 19 minuter) då portrycksutjämningsförloppet var väldigt oregelbundet för denna sondering och bedömdes ha klingat av efter denna tid.

Figur 5.8 Portrycksutjämningstest i 17AF04A, 3,0 meter under markytan 0

25 50 75 100

0 1800 3600 5400 7200

Portryck [kPa]

Tid [s]

17AF04A

(47)

36

Sonderingen fortsatte därefter ned till nästa provtagningsnivå som var +2,4 (7 meter under markytan). Där pågick försöket under 7199 sekunder (2 timmar) då den maximala undersökningstiden var bestämd till två timmar för respektive försök.

Figur 5.9 Portrycksutjämningstest i 17AF04B, 7 meter under markytan 0

25 50 75 100 125 150 175 200

0 1800 3600 5400 7200

Portryck [kPa]

Tid [s]

17AF04B

7 m under markytan

(48)

37

Sonderingen fortsatte därefter ned till nästa provtagningsnivå som var -2,6 (12,1 meter under markytan). Där pågick försöket under 7199 sekunder (2 timmar) då den maximala undersökningstiden var bestämd till två timmar för respektive försök.

Figur 5.10 Portrycksutjämningstest i 17AF04C, 12,1 meter under markytan 0

25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350

0 1800 3600 5400 7200

Portryck [kPa]

Tid [s]