Temperatureffekt på jordstyrke

Laboratorieforsøk viser at udrenert skjærstyrke til leire ved sjøbunnen på dypt vann kan bli undervurdert hvis ikke temperaturen tas hensyn til. Laboratorieforsøk viser at lavere temperatur gir generelt høyere styrke.

Bilde fra NGIs geotekniske lab med miljørom for temperaturkontrollerte forsøk (venstre). Til høyre er det nye utstyret for CT-scanning som muliggjør å se på strukturen i intakte opptatte prøver fra bakken.

Laboratorieforsøk er utført på fem leirtyper ved to forskjellige temperaturer for å sammenligne eventuell forskjell i målt styrke på grunn av temperatur. Ved vanndyp større enn ca 900 meter er temperaturen på sjøbunnen 0 til -1 C. Hensikten med forsøkene var å finne ut om vanlige laboratorieundersøkelser på opptatte prøver på +20 C er forskjellig fra in-situ temperatur.

Tre sett med forsøk ble gjort ved NGIs geotekniske laboratorium i Oslo og to sett forsøk ved Montana State University (MSU) i USA. Alle leirprøvene ble testet i både treaksial- (CAUC) og ødometer- (CRSC) apparat ved romtemperatur (ca 20 C) og ved in-situ temperatur (ned til +0.5 C). NGI undersøkte to intakte offshoreleirer som ble konsolidert til in-situ spenninger samt ett sett med forsøk hvor prøvene ble konsolidert til dobbelt av tidligere forkonsolide-ringstrykk, og på den måten simulere et nytt materiale ved in-situforhold. MSU gjorde forsøk på to offshore leirer som ble omrørt og gjenoppbygget og konsolidert ved +0.5 C og spenninger for å simulere in-situ forhold.Resultatene viste at for tre av leirene var udrenert skjærstyrke 23 - 31 % høyere når forsøkene ble gjennomført ved +0.5 C, sammenlignet med forsøk i romtemperatur. For de to andre leirene var resultatene ikke entydige og ikke direkte sammenlignbare.

Vurdering av forkonsolideringstrykket bestemt ved CRSC forsøk ga tilsvarende resultater. Konsolideringskoeffisient viste en 7-38% høyere verdier for leire som ble testet ved romtemperatur en leire testet ved +0.5 C.

To leirer som først ble tilpasset romtemperatur og deretter nedkjølt til +0.5 C før testing, viste målte verdier tilsvarende til tester på leirprøver som ikke hadde vært utsatt for slike temperatursvingninger. Det er likevel anbefalt å utføre flere forsøk før man kan endelig konkludere med at temperaturvariasjoner ikke har noen effekt på målte jordparametere, så lenge man utfører forsøkene ved in-situ temperatur.

Anbefalingene er gitt med hensyn på transport, lagring og testing av et utvalgt antall leirprøver ved in-situ temperatur samt testing i romtemperatur. Analyser av resultatene av denne parallelle testingen kan dermed benyttes til å utarbeide stedsspesifikk korreksjonsfaktorer for udrenert skjærstyrke, forkonsolideringstrykket, og konsolideringskoeffisient. Korreksjon for temperatur bør ikke gjøres uten at man har resultater fra forsøk på jordprøver testet i in-situ temperatur. Men forsøkene viser at man kan undervurdere in-situ styrke vesentlig hvis det ikke tas hensyn til temperatur.

For mer informasjon se artikkel i tidsskriftet Canadian Geotechnical Journal (2009). En fortsettelse av prosjektet i 2010 gjøres med støtte fra amerikanske National Science Foundation, Norges forskningsråd og oljeindustrien.

Alle leirprøvene ble testet i både treaksial- (CAUC) og ødometer- (CRSC) apparat. Bildet viser en ødometertest.