B2015-24 Deformationer och brottmekanismer i torv

Ökade trafiklaster på väg och järnväg och ökade tåghastigheter innebär ökade krav på befintliga bankar. I de fall de befintliga bankarna finns inom områden med torvmark tillkommer ytterligare komplexitet jämfört med oorganiska jordar, beroende på de bristande kunskaperna om torvjordars respons vid belastning. En stor del av det sekundära vägnätet går över torvmark och vägarna är då ofta utförda som flytande konstruktioner direkt på torven. För att klargöra hur ansträngd torven är under befintliga bankar och för att dimensionera förstärkningsåtgärder för dessa bankar krävs att deformations- och brottmekanismer i torv utreds. Från litteraturstudien i det under 2016 avslutade BIG-projektet A2015-24 ”Erfarenheter från byggmetoder på torvmark” har konstaterats att kunskapen om hur torvjordar deformeras och går till brott under vägar och järnvägar är begränsad. Vidare att teoretiska materialmodeller som på ett relevant sätt beskriver torvs beteende saknas.

För att kunna utveckla relevanta materialmodeller måste torvjordars materialegenskaper i form av samband mellan spänningar och töjningar (last och deformationer) identifieras. Torvjordar har ett brett spann av mekaniskt beteende mellan lågförmultnade och högförmultnade jordar, där det organiska materialets strukturella uppbyggnad med olika slags fibrer har stor betydelse för beteendet. Man kan anta att fibrerna i lågförmultnad torv reducerar skjuvdeformationer och att huvudsakligen vertikala deformationer uppstår under bankar. Med ökad förmultningsgrad är hypotesen att deformationsmönstret alltmer går från huvudsakligen vertikala deformationer för lågförmultnad torv till att en ökande andel horisontella deformationer utvecklas. Sambandet mellan torvtyp (förmultningsgrad huvudsakligen) och typ av deformationsmönster och brottmekanism under bankar behöver utredas.

I projektet studeras deformationer inklusive brottmekanismer som kan uppstå vid belastning, liknande den belastning som uppträder under väg- och järnvägsbankar, för några vanliga typer av svenska torvjordar. Modellförsök utförs i laboratoriet på några utvalda typiska svenska torvjordar med olika förmultningsgrad. För att följa rörelser (deformationer) av torven vid belastning används bildanalys. Projektet bidrar nationellt och internationellt till en ökad förståelse för hur torvjordar kan deformeras under bankar och som ett experimentellt underlag för kommande utveckling av lämpliga materialmodeller för torvjordar och för beräkningsmodeller för bankars sättningar och stabilitet på torvjordar.

TEKNISKA RESULTAT:
-I projektet har utvecklats en ny och fungerande utrustning och metodik dels för provtagning i fält av blockprover och dels för modellförsök i laboratorium på blockprover (storlek 1x0,5x0,25 m3).

Vald metodik för att detektera och analysera rörelser i torvproven vid modellförsöken, med användning av så kallad piv-analys av markörers positioner i fotografier, har fungerat bra.

En konceptuell modell som beskriver brottbeteende och brottmod och med inverkan av draghållfasthet, har tagits fram dels för odränerat beteende och dels för dränerat beteende för de undersökta fibertorverna i modellförsöken. Modellerna avviker från de traditionella modellerna för bärförmågebrott i jordmaterial. Uppträdande deformations- och brottmönster med typerna ”hängmatta”, lokalt brott (punkt), lokalt brott (zon) och stansbrott kan kopplas ihop med de olika delarna i last-deformationssambandet vid odränerad belastning. Motsvarande gäller vid dränerad belastning, där ”hängmatta” och lokala brott uppstår men inte stansbrott. Förbelastning med bank på torv i fält visar liknande deformationsbeteende som de dränerade modellförsöken, med stora vertikala deformationer utan att brott sker. Byggnation av bank eller tryckbank i fält som utförs med så stor lastökning att brott sker visar liknande deformationsbeteende som de odränerade modellförsöken.

Med sidoplattor (”tryckbankar”) fås vid snabb belastningshastighet (odränerat försök) ett högre vertikaltryck (bärförmåga) på mittenplattan (”banken”) än utan sidoplattor. Bärförmåga (tryckhållfasthet) vid stansbrott är ungefär 30 % högre med sidoplattor.
Sättningar av mittenplattan (”banken”) blir större med sidoplattor (”tryckbankar”) än utan sidoplattor.
Modellförsöken visar att fibrig torvs förmåga att ta dragkrafter är en del av torvens beteende vid belastning och att draghållfasthet i framtiden bör beaktas i materialmodeller och vid beräkningar av stabilitet, bärförmåga och sättningar.
Modellförsöken tydliggör att deformationer och hållfasthet, idealt, inte bör särkopplas vid analys av fibrig torv utan hänger ihop och detta borde beaktas vid dimensionering för grundläggning på torv.

NYTTA:
Branschen och Trafikverket har fått en förbättrad beskrivning avseende deformationer som kan inträffa vid byggnation samt hur konstruktioner kan deformeras vid en ökad belastning på befintliga vägar och järnvägar på torv. Detta ger ett förbättrat underlag för bedömning om förstärkningsåtgärder behöver utföras för befintliga bankar vid ökade laster och för allmän bedömning av val av byggmetoder på torvmark.

Projektet bygger på resultat från A2015-24 Erfarenheter från byggmetoder på torv. Resultaten skapar bas för fortsättningsprojektet A2020-05 Torv – hållfasthetsegenskaper

Projektet finns sammanfattat i ett projektblad BIG Pblad B2015-24_01

B. Vesterberg, D. Rudebeck, F. Burman, M. Andersson, M. Holmén (2021), Torv – deformationer och brottmekanismer i modellförsök – Ny utrustning och metodik för blockprovtagning
och modellförsök, SGI rapport 49.

Inom ramen för projektet har följande film tagits fram