Viden om plastisk ler kan forlænge konstruktioners levetid

tirsdag 05 mar 19

Kontakt

Varvara Zania
Lektor
DTU Byg
45 25 50 92

Kontakt

Irene Rocchi
Adjunkt
DTU Byg
45 25 19 16

Plastisk ler

Plastisk ler er en fed, rød, grøn eller grå ler-art, der let kan formes. Plastisk ler er aflejret i Palæogen for 54-38 millioner år siden. Plastisk ler findes blandt andet på Røsnæs, ved og under Lillebælt og Fehmern Bælt.

Inden for geoteknik har det plastiske lers egenskaber stor betydning. Kræfterne i leret, såkaldt kvældetryk, kan forårsage alvorlige skader på en bygning, hvis bygningen vejer mindre end den jordmængde, man fjerner. Det plastisk ler kan hæve sig, fordi det suger vand, men udtørring af leret kan tilsvarende medføre alvorlige sætninger i bygninger, der er funderet på leret.
 
Forskere på DTU Byg tester nye metoder til at behandle plastisk ler og gennemgår geologiske data fra havbunden under Fehmern Bælt.

Forskning i plastisk ler under konstruktioner som broer og sænketuneller kan være en investering i klimavenlige og holdbare løsninger. Det mener lektor Varvara Zania, som sammen med et hold forskere på DTU Byg analyserer data om plastisk ler under Fehmern Bælt. I nyåbnede laboratorier for geologi og geoteknik analyserer hun data om plastisk ler og udfører forsøg med metoder, der kan gøre leret mere stabilt.

”Vores forskning skal føre frem til at finde alternative og bedre løsninger end at bruge mere cement og mere stål til at forstærke og fundere konstruktioner. Ved at få større indsigt i sammensætningen af mineraler i plastisk ler - og hvordan vi kan forbehandle jordbunden - får vi mulighed for at forudsige samspillet mellem konstruktioner og jord. Og det kan åbne for nye design og mere bæredygtige løsninger,” siger Varvara Zania.

Forskerne på DTU Byg gennemgår og bearbejder data om plastisk ler, som stammer fra forundersøgelser af jordbunden under Fehmern Bælt. Oplysningerne indgår i nye forsøg, som skal give ny viden og bruges til en detaljeret karakteristik af, hvordan plastisk ler deformerer. En viden, som på længere sigt kan bruges til at udvikle ingeniørværktøjer og nye metoder til at håndtere plastisk ler. Forskerne vil blandt andet undersøge, om det er muligt at begrænse og kontrollere hævelsen af plastisk ler, som svulmer op, når det får direkte kontakt med vand.

Vavara Zania peger på, at der er brug for at udvikle nye metoder, fordi de traditionelle løsninger med at bruge mere beton, gør en konstruktion stiv og ufleksibel. Det kan betyde, at konstruktionen ikke kan følge jorden, og at den dermed udsættes for mere stress og skader, hvilket f.eks. kan ske for konstruktioner opført på plastisk ler.

Bro satte sig 70 centimeter

De nye metoder og ny viden om plastisk ler er aktuelt efterspurgt i højhusprojektet, Lighthouse i Århus, hvor Geo har sat lokal rekord med geoteknisk boring på 120 meter for at afklare funderingsforholdene. Tidligere har sætningsskader på konstruktioner i plastisk ler givet anledning til kostbare reparationer eller forstærkninger. 

Det var blandt andet tilfældet i 2014, hvor Banedanmark forstærkede Lillebæltsbroen for 120 mio. kr. og hældte 125.000 kubikmeter sten og skærver ned omkring fire kritiske bropiller. Forstærkningen var nødvendig, fordi Lillebæltsbroen havde sat sig i alt 70 centimeter, hvilket var langt mere end de 10 centimeter, som blev beregnet ved indvielsen i 1935.

Forskningen på DTU Byg finder sted i to forskningsprojekter, som ledes af Varvara Zania og adjunkt Irene Rocci. Det ene udføres i samarbejde med Cowi, som har finansieret ph.d-studerende Emil Mejlhede Kinslev og hans forskningsprojekt med titlen 'Efficient performance of large infrastructure: a geomechanical approach towards sustainable design'. 

Forskningen tager afsæt i laboratorieforsøg og analytiske modeller, hvor forskerne undersøger, hvordan plastisk ler opfører sig under varierende belastning, for at kunne bruge dem til at forudsige sætninger i infrastruktur eller bygninger.

Observationerne kortlægges i en materialemodel, der rummer oplysninger om belastningshistorie, varighed og -størrelsesorden for forskellige konstruktioner, så de kan bruges til at forbedre designet af f.eks. sænketunneller og højhuse. 

Det andet forskningsprojekt, 'Multi scale assesment of the mechanical behavior of fine grain material', ledes af ph.d.-studerende Giorgia Di Remigio og fokuserer på de mekanismer, der opstår på mikro- og nano-niveau i leret. Forskerne afdækker med forskellige eksperimentelle teknikker, hvordan lerets mineralogi og struktur har indflydelse på lerets reaktioner på ændrede trykforhold, eller når det f.eks. blotlægges og kan optage vand.

De to forskningsprojekter bidrager til ny viden og fokuserer på at udvikle nye værktøjer og metoder i design på kompleks jordbund. Projekterne vil blive afsluttet i slutningen af 2020 og 2021.