Kvikk eller ikke: Her faller dommen over leiren

Undrumsdal i Vestfold: – Hvis jeg var deg, hadde jeg kanskje ikke stått akkurat der nå.

Laboratorieleder Øystein Kjelberg skal til å åpne et metallrør med en leireprøve og skyve leiren ut av sylinderen med hydraulikk.

Det hender at leiren henger litt i hylsteret før den plutselig får svært god fart på seg. TU har plassert seg midt i skuddlinjen og blir vennlig bedt om å flytte seg før prosessen starter.

Mange metallsylindere med leireprøver fra Nes på Romerike har havnet i Vestfold.

Firmaet Geostrøm har fått oppdraget med å gjennomføre grunnboringene i Nes og undersøker massene som blir tatt opp.

Laboratoriet kan finne ut mye forskjellig om underlaget til den jorda vi står på og går på.

Og når det gjelder kvikkleire er det her klinten blir skilt fra hveten, for å si det på den måten.

– Først og fremst gjør vi forskjellige forsøk for å finne styrken til prøvene, forteller Kjelberg.

– Vi tester også konsistens, altså hvor plastisk og formbar leiren er. Og vi registrerer vanninnhold og densitet.

I denne sammenhengen handler det om ganske standardiserte og begrensede tester. Kartleggingen i Nes skal gi et bilde av tilstanden i et ganske stort område.

Utbyggingsprosjekter er noe helt annet, med atskillig mer omfattende undersøkelser av grunnen.

Der borer man for eksempel etter leireprøver med større sylindere, for randsonen av en prøve vil alltid bli litt forstyrret av metallrøret.

Nå skal laboratoriet i Undrumsdal analysere en leireprøve som er tatt ut fra 15 meters dyp et sted i Nes.

Leireprøvene kappes i spesifikke lengder før de undersøkes.

Sylindrene med leire settes under trykk i en deformasjonstest.

Så smøres massen i en konusskål.

Et konusapparat måler skjærstyrken i leiren, et uttrykk for styrken og motstanden i massen.

Etter kraftig omrøring måler Marthe Kværne Gravdal skjærstyrken i leireprøven på nytt.

Så tester laboratoriet hvor plastisk leiren er. Det skjer ved å rulle den ned til en viss diameter.

Ferske varer

Leireprøvene er ferskvare. Til disse undersøkelsene kan de ligge i et par uker, men de må oppbevares kjølig. Prøver fra grunnen der det skal bygges større prosjekter bør helst analyseres innen et par dager.

– Det er her vi setter to streker under svaret, sier Kjelberg.

– Vi har eksempler på at det som i grunnboringen kan se ut som kvikkleire, viser seg å være sand.

Dagens tester, uttrykt på laboratoriespråket: Konusforsøk i uomrørt og omrørt tilstand, samt enaksiale trykktester.

Med andre ord: En slags stresstest for en liten bit av leire.

Hva tåler den? Hva har den i seg?

Dommens dag

Har leiren kommet så langt som hit, er den som regel en suspekt karakter fra starten av.

Viktige mennesker har sett den an og har stilt viktige spørsmål om dens egnethet, ja, om dens moral. Er den faktisk til å stole på?

Leiren er oppe i lyset, den skal måles og veies og bære fram vitnesbyrd om seg selv, ingen blid skjebne for den som har tilbrakt flere tusen år i jordens dyp.

Til sist faller en dom.

Avgjørelsen bygger alltid på rent tekniske bevis, basert på vitenskapens kjølige analyser: Hva er styrken i den omrørte prøven?

Og det er akkurat det som definerer leiren, kvikkleire eller ikke.

På de 80 centimeter lange prøvene som kommer inn fra boringene, ser laborantene seg ut de beste og mest uforstyrrede delene og sager ut korte, presise lengder fra tre forskjellige steder.

En av de ti centimeter lange leiresylinderne går gjennom en trykktest for styrke og deformasjon.

Den settes inn i et apparat hvor tverrsnittet belastes til det er 15 prosent komprimert på det meste, eller til leiren bryter sammen.

Testen måler skjærfastheten, også kalt skjærstyrke, et begrep for hvor sterk leiren er og hvor mye belastning den tåler.

Uansett sender vi en tanke til en viktig fransk filosof og vitenskapsmann på 1600-tallet, for målingene registreres i trykkenheten kilopascal (kPa).

Gode, gamle Blaise Pascal

Også konustesten undersøker skjærfastheten i leirematerialet, før og etter omrøring, og målingene oppgis i kPa.

Den foregår slik: Laboranten smører deler av urørt leire fra prøven inn i en konusskål og tar den med til konusapparet. Det måler hvor mange millimeter en liten, fallende stålkone med en viss vekt trenger inn i materien. Millimetermålingene regnes om til kPa.

Så skal den samme leiren røres om, for slik er den svært viktige forskjellen på kvikkleire og annen leire: Den kvikke massen takler omrøring dårlig. Det er da den virkelig blir kvikk.

Derfor står laboratoriefolkene rett som det er og ser ut som om de forsøker å piske svart krem ut av noen centiliter med gråsvart leire i konusskålen.

Massen skal nemlig omrøres, og det godt.

Så havner konusskålen i konusapparatet igjen, og operatøren måler fastheten, men nå i omrørt leire.

Borer den lille stålkonusen på ti gram seg så mye som ni millimeter ned i prøven, er det ikke noe godt tegn.

I prøven vi ser på nå, er tallet etter flere målinger 6,3 millimeter. Det betyr at leiren er svært sensitiv (som bransjen kaller sprøbruddsmateriale), men den er ikke kvikk.

– En verdi lik eller under 0,33 kPa betyr at det er kvikkleire, sier Kjelberg.

Til sammenligning: Materiale med en verdi på 0,1 kPa er som en væske.

Også leire som ikke er kvikk, men likevel svært sensitiv (såkalt sprøbruddsmateriale) kan gi store konsekvenser.

Masser med en verdi på under 0,69 kPa kan føre til store skred som sprer seg i terrenget.

Også enda fastere leiremasser er definert som risikomateriale.

I sine undersøkelser tar NVE også med sprøbruddsmateriale med en verdi på opp til 1,27 kPa.

Slike lave verdier kan innebære at massene er svake og kan rase raskt ut. Men skredene blir ikke like store som hvis det hadde vært kvikkleire.

Laboratorielederen forteller at det kan synes godt hva slags materiale de håndterer.

– Hvis det er så vidt og akkurat kvikkleire, kan materialet minne litt om prim. Skikkelig kvikkleire kan helles ut som tyktflytende vann, sier Kjelberg.

Og nå: Bakverk

Laboratoriet tester også den såkalte plastisitetsgrensen til leiren gjennom å rulle den på en glassplate ned til den når en diameter på et par millimeter.

Det forteller når jordmassen går fra å være sprø til formbar. Også den såkalte flytegrensen testes på laboratoriet. De to verdiene sier mye om hvor plastisk jordmassen er – og en god del om hvordan den oppfører seg.

Men et grunnleggende poeng med denne leiren er at den kan inneholde svært mye vann.

En viktig test er derfor også å måle vanninnholdet.

Laboratoriet veier en prøve, steker den i 105 grader til alt vannet har fordampet og måler deretter tørrstoffet.

Til slutt blir en bit av prøvene skylt ut i en sikt. Den slipper gjennom leire og silt, mens større partikler blir liggende igjen.

– Vi skyller alle prøver for å se hva som finnes i dem. I rista oppfører ren leire seg annerledes enn silt, og vi får en liten indikasjon på hvor mye sand og grus det er i prøven. Kanskje finner vi teglrester og andre fremmede masser som tilsier at prøven består av fyllmasse og ikke er naturlig avsatt. Ofte finner vi også skjell, forteller Kjelberg.

Det kunne vært verre

– Prøvene vi har fått vurdert til nå, er godt innenfor grensen til å være sprøbruddmateriale, men langt fra kvikkleire, forteller senioringeniør Tonje Eide Helle i NVE.

– Og det er ganske stor forskjell i måtene de to materialene oppfører seg på.

– Ikke så mye kvikkleire å finne i Nes så langt?

– Nei, ikke mye. Hittil ligger noen få av prøvene i nedre del av skalaen. Og det har vært mye boring på store områder så langt, sier prosjektleder Trine Flobak i NVE.

– Det kunne vært verre?

– Ja, det kunne det.

Men NVEs folk understreker også at det kan være store variasjoner ute i terrenget: Over en avstand på noen titalls meter kan massene variere.

– Det er vanskelig å vite omfanget og mektigheten til de forskjellige massene, sier Helle.

De kan ligge i lommer, i lag eller soner.

– Hadde vi hatt ubegrenset med penger til undersøkelser, hadde ønskelista vår vært lang.