Foto: SGI/Maria Hedberg
Triaxialförsök som utförs vid SGI:s geotekniklaboratorium.
Jords tekniska egenskaper
De tekniska egenskaperna hos jord har stor betydelse inom geotekniken och miljögeotekniken. En del egenskaper kan man bedöma med blotta ögat, antingen ute i naturen eller inne i laboratoriet, men de flesta kräver att man använder specialutrustning. Här kan du läsa om några av de egenskaper som ett geotekniskt laboratorium brukar bestämma.
För alla undersökningar gäller att jordproven som undersöks måste vara framtagna på ett särskilt sätt för att vara representativa för det aktuella jordmaterialet.
Kornstorleksfördelning
En egenskap som bestäms ofta och som ger indirekt information om flera andra egenskaper är kornstorleksfördelningen. Den har betydelse för hur lätt det är att packa ett jordmaterial till ett stabilt lager, hur tjälfarligt (hur mycket jorden expanderar när vattnet i den fryser) det är och om det är lämpligt som dräneringsmaterial. Det är t.ex. lättare att packa ett material stabilt om kornen är olika stora för då passar de små kornen in i hålrummen mellan de stora kornen. I dräneringen däremot vill man ha hålrum mellan kornen och då passar det bättre om alla kornen är lika stora.
Av tradition används kornstorleksfördelningen som grund för både geologisk och geoteknisk klassificering av jordar. Kornstorleken används också för att namnge olika bergmaterialprodukter, t.ex. 0-2 eller 0-18. I det sistnämnda fallet visar siffrorna vilken diameter de minsta och största kornen i materialet har, mätt i millimeter.
Egenskapen bestäms med hjälp av siktning genom en serie nät med olika täthet. Avstånden mellan trådarna i nätet antas motsvara kornstorleken.
Permeabilitet
Permeabiliteten visar hur mycket vatten jorden släpper igenom. Egenskapen har betydelse när man ska välja dräneringsmetod liksom när man bedömer tjälfarlighet och lakningshastighet. Grus har hög permeabilitet och vatten dräneras fort igenom ett gruslager utan att bli stående. I jordar med låg permeabilitet tar dräneringen lång tid och det kan behövas extra åtgärder, såsom tillfällig extrabelastning ovanpå jorden, dränerande lager (vertikaldräner) eller till och med undertryck (sug), för att få bort vattnet.
En jords permeabilitet påverkas av materialets kornstorleksfördelning, vilka mineral jorden innehåller, vilken form mineralkornen har och hur mycket luft och vatten jorden innehåller. Även vattnets egenskaper såsom temperatur och viskositet spelar roll. Den cementerande egenskapen som finns hos vissa material, till exempel en del alternativa anläggningsmaterial, har betydelse för permeabiliteten på längre sikt.
Kapillaritet och kapillär stighöjd
Det är viktigt att känna till den kapillära stighöjden i samband med tjälfrågor (frågor som rör hur mycket jorden expanderar när vattnet i den fryser), bestämning av dräneringsdjup, dimensionering av kapillärbrytande skikt och bedömning av porvatten- och jordtryck.
Kapillaritet är en vätskas förmåga att, till följd av ytspänning, stiga eller hållas kvar i ett rör eller ett poröst material, till exempel ett jordmaterial. En jords maximala kapillära stighöjd är den höjd till vilken vattnet så småningom stiger i en jordpelare som med sin nederända står i vatten.
De normalt tjällyftande jordarnas kapillaritet ligger mellan 2 och 10 meter. Det är jordar med kornstorlek runt 0,006-0,06 millimeter. Som jämförelse kan nämnas att maximal kapillaritet för grus är 0-5 centimeter. Det är därför grus kan användas som kapillärbrytande skikt, det vill säga ett skikt som bryter eller hejdar den kapillära stigningen. Den tid det tar att nå den maximala kapillära stighöjden varierar mycket mellan olika jordar beroende på deras permeabilitet. I lera kan det ta många månader, i silt några månader och i grus ingen tid alls. Detta har betydelse för jordens tjälfarlighet.
Tjällyftning hänger ihop med jords kapillära vattenuppsugningsförmåga och uppsugningshastighet. De tjälfarligaste jordarna utmärks av att de är tillräckligt finkorniga för kapillär vattenuppsugning, men samtidigt tillräckligt genomträngliga för snabb vattentillförsel underifrån. Siltrika jordar har därmed störst förutsättningar för stora tjällyftningar. Jordlagerföljden, hur väl packad jorden är och vattentillgången har också stor betydelse.
Deformationsegenskaper
En jords deformationsegenskaper beskriver hur mycket materialet trycks ihop när det belastas, och har betydelse exempelvis för hur mycket jorden sätter sig om ett hus byggs på den. Deformationsegenskaperna är beroende av bland annat kornstorleksfördelningen, permeabilitet, vatteninnehåll och tidigare belastning av jorden.
Vid en given belastning trycks en finkornig, vattenmättad jord ihop mer än en grovkornig jord eftersom den innehåller mer vatten som kan pressas ut. Hur lång tid det tar för jorden att tryckas ihop beror på hur stor belastningen är, hur tjockt jordlagret som trycks ihop är, hur tät jorden är (permeabilitet) och var grundvattenytan finns. Sättningar går fortast i början, men för finkorniga jordar kan det ta många år innan den är klar.
Vanligen delas deformationen av jord in i konsolidering och krypning. Med konsolidering menas sättning under samtidig vattenminskning till följd av en ökad belastning. Med krypning menas en sättning som sker utan en ökad belastning samtidigt som eller efter konsolideringen.
Skjuvhållfasthet
En jords skjuvhållfasthet är ett mått på jordpartiklarnas motstånd att röra sig i förhållande till varandra. Skjuvhållfastheten har betydelse exempelvs för hur brant en slänt kan vara innan den rasar eller för hur ett brofundament utformas. Skjuvhållfastheten är beroende av bland annat hur jordkornens storlekar är blandade/sammansatta/kombinerade (alternativ om vi inte kan använda ordet kornstorleksfördelning som första stycket på sidan handlar om), struktur, vatteninnehåll, aktuell och tidigare belastning av jorden.
Vanligen talar man om odränerad och dränerad skjuvhållfasthet i jord. Ett odränerat eller dränerat tillstånd i jorden handlar inte om mängden vatten i jorden utan om porvattentrycket i jorden. Med odränerad skjuvhållfasthet menas hållfastheten i situationer där porvattentrycket i jorden inte hinner utjämnas i samma takt som en belastning läggs på. I finkorniga kohesionsjordar (lerjordar) är den odränerade skjuhållfastheten oftast styrande direkt efter en belastningsändring. Efter en tid utjämnas porvattentrycket och den dränerade skjuvhållfastheten blir styrande. Med dränerad skjuvhållfasthet menas hållfastheten i situationer där hela belastningsökningen bärs av kornskelettet. I grovkorniga friktionsjordar (sand- och grusjordar) är endast den dränerade skjuvhållfastheten av intresse.