6. Jarðtæknirannsóknir og aðferðir

6.1.  Inngangur

Mór er ákaflega breytilegt efni og alltaf er þörf á einhverskonar rannsóknum á fyrirhuguðu framkvæmdarsvæði til þess að hægt sé að hanna verkið út frá á góðum upplýsingum og takmarka þannig áhættu. Þessar rannsóknir þurfa ekki að vera mjög dýrar eða umfangsmiklar en alltaf ætti að framkvæma þær og einatt ættu reyndir sérfræðingar að annast þær. Venjulega snýst athugunin um að finna út dýpt mólagsins og breytileika þess, tegund mós, rakastig og hvort um sé að ræða samanþjappanleg jarðlög undir mónum. Niðurstöður slíkra athuganna mynda grunninn að skýrslunni um jarðtæknilega áhættu.

Aðeins ætti þó að fara út í rannsóknir sem skila í reynd nauðsynlegum upplýsingum fyrir hönnun. Alltof oft kemur fyrir að þrýstingur er settur á sérfræðinga að sleppa jarðtæknirannsóknum vegna kostnaðar og tíma. Slík ákvörðun reynist oftar en ekki vera mistök. Vegagerð á mýrum ætti ávallt að byggja á áreiðanlegum gögnum. .

6.2. Jarðtæknirannsóknir á framkvæmdasvæði

Venjulega eru takmörk fyrir því hversu vel er hægt að standa að jarðtæknirannsóknum vegna fáfarinna vegna og ráðast þau af fjármunum og þeim tímatakmörkunum sem eru á verkinu. Velja má á milli margra aðferða og er nauðsynlegt að velja heppilega blöndu aðferða fyrir hvert og eitt svæði til þess að tryggja að öll gögn sem þörf er á til greiningar skili sér.

Tafla yfir hefðbundnar jarðtækniathuganir fyrir fáfarna vegi

Aðferð
Lýsing
Athugasemdir
Skrifborðs athugun Gögnum safnað saman á skrifstofu, svo sem; kort, skráningar, skýrslur, gallar í vegakerfinu á svæðinu, viðhaldssaga og einnig upplýsingar um svipuð verk, staðbundin eigindi mós, niðurstaða annara verka o.s.frv. Frum bakgrunnsrannsókn fyrir verkið til þess að safna saman öllum gögnum sem þörf er á til þess að hefja skipulag verksins. Nauðsynlegt
Heimsókn á svæðið og línan gengin Sjónræn athugun á fyrirhuguðu framkvæmdarsvæði framkvæmd af reyndum tæknimanni með reynslu af vegagerð á mó. Hagkvæm, ódýr athugun til þess að gera sér grein fyrir vinnusvæðinu og þeim erfiðleikum sem gætu komið fram. Nauðsynlegt
Jarðvegsborun Stálstöngum þrýst niður í móinn til þess að finna út dýpi lagsins. Einhversskonar borun þarf alltaf að fara fram í verkum þar sem um mó er að ræða. Einföld, skilvirk leið til þess að fá fram dýpi mósins eða sem afstilling fyrir aðrar athugunar sem hafa ekki rask með í för,svo sem jarðsjá. Framkvæmd af reyndum höndum getur þessi aðferð einnig gefið einfaldar vísbendingar um eigindi mósins (vatnsinnihald og skúfstyrk). Nauðsynlegt
Sýnataka Jarðtæknirannsókn sem hefur í för með sér rask og felst í að ná í jarðvegssýni til þess að meta þykkt og eigindi vegarins, fyllingar og mólaga. Kjarnataka og sýnataka geta einnig verið nytsamlega gögn til þess að afstilla og styðja við aðrar aðferðir. Alltaf skyldi taka einhver sýni.
Jarðsjá, GPR Aðferð sem nýtur vaxandi hilli við jarðvegsrannsóknir þar sem um mó er að ræða. Sérstaklega nytsamleg í að meta þykkt mismunandi efna í vegi og einstakra jarðlaga í undirstöðu áður en ráðist er í framkvæmdir vegna breikkunar og styrkingar. Jarðsjármyndir geta sýnt greinilega mörk milli vegar, mós í undirstöðu og klappar og geta einnig verið nytsamlegt til þess að fylgjast með langtíma hegðun vegar með nákvæmni. Mælt með

Stafræn myndupptaka

Stafræn upptaka af sýnilegum innviðum vegarins tengt lengdarmælingu frá sameiginlegu viðmiði eða með GPS. Stafrænu upptökuna má einfaldlega nota sem formlega upptöku eða greina hana frekar, t.d. afvötnun eða mat á skemmdum. Mælt með
Jarðborun (Penetration Testing) Svipað og jarðvegsborun en með oddi sem mælir hlutfallslegan stífleika þeirra laga sem hann fer í gegnum. Stafrænu upptökuna má einfaldlega nota sem formlega upptöku eða greina hana frekar, t.d. afvötnun eða mat á skemmdum. Mælt með
Falllóð Mælitæki sem ekki veldur raski sem líkir eftir álagi undan þungu ökutæki á yfirborð vegar. Notað við mat á burðarþoli og mismunandi jarðvegi í undirstöðu. Mælt með við breikkunum vega og endurbyggingu
Hröðunamælar/ Hrýfimælingar Skynjarar á ökutæki sem meta hrýfi vegarins gegnum niðurbeygju og titring measurements

Frekari upplýsingar um þessar aðferðir má finna í ROADEX II skýrslunum. Skrifborðsathugun og ganga um svæðið er nauðsynlegur undirbúningur frekari jarðtæknirannsóknanna, en sjaldnast er hagkvæmt að nota allar þær aðferðir sem sjá má í töflunni.

Athugun á svæði og rannsóknaraðferðir fyrir vegi um mýrar eru að mörgu leiti sömu aðferðir sem eru útlistaðar í námsefninu um varanlegar formbreytingar en þó með nokkrum mikilvægum viðbótum:

a) Heimsókn á svæðið og ganga eftir veglínu



Heimsókn á svæðið og veglínuganga er ein mikilvægasta forathugunin á svæðinu. Núverandi vegur, eða teiknuð veglína, er líkanið fyrir verkið og veitir sjónræn skoðun því bestu upplýsingar um vandamál sem líklegt er að upp komi og taka þarf tilliti til í hönnun. Skoðun á svæðinu gefur einnig möguleika á því meta sjónrænt yfirborðs eigindi mýrarinnar, t.d. skurði, farvegi, neðanjarðar farvegi, yfirborðs landslag, mógrafir, svæði þar sem vatn stendur, svæði með frjálsu vatnsflæði o.s.frv. og meta hvernig hægt sé að gera ráð fyrir þessum mismunandi atriðum í verkinu.

b) Dýpi mós metið með borun

Einföld leið til þess að meta dýpi mós er að handstinga í hann. Venjulega er þetta gert með grönnum stálstöngum sem eru 1 m langar og hægt að skrúfa saman. Þar sem um er að ræða þynnri lög mós sem liggja ofan á hörðu yfirborði svo sem jökulruðningi eða bergi getur slík athugun gefið góðar vísbendingar um dýpt mýrar á þétta undirstöðu.





Erfitt getur verið að handstinga þar sem önnur laus jarðlög liggja innan mósins; svo sem leir, mold eða silt, malarlög sem stafa frá vatnsflóðum eða jafnvel hluta af timbri. Hérna getur handstunga ekki skilið á milli mismunandi jarðvegslaga og fullkomnari aðferðir þurfa að koma til svo sem þyngdarborun eða jarðborun með mótstöðumælingu.

c) Módýpt metin með jarðsjá

Jarðsjá (GPR) er algeng aðferð til þess að kanna stöðu núverandi vega. Jarðsjá getur gefið góðar upplýsingar um lög núverandi vegar, heildarþykkt veghlotsins, dýpt mólags og annara samanþjappanlegra laga innan mósins.



Jarðsjá getur einnig aðstoðað við sigspárgerð með því að veita upplýsingar um sig sem nú þegar er komið fram vegna núverandi þyngdar vegarins. Hægt er að nota þessar upplýsingar til þess að fínstilla siggreiningar fyrir ný lög og/eða breikkanir. Notkun jarðsjár er rædd í hluta 4.1.7 í  námsefninu um varanlegar formbreytingar.

(d)  Sýnataka

Ávallt ætti einhver rannsókn á eigindum mós að fara fram til að hægt sé að átta sig á um hverslags mó er að ræða. Slíkt próf getur verið eins einfalt og Von Post flokkun mós. Ennfremur ætti að leitast við að meta rakainnihald og jafnvel glæðitap. Erfitt getur reynst að nálgast óhreyft jarðvegssýni, sérstaklega þegar um er ræða mó með hátt rakainnihald. Sænska Jarðtæknistofnun  (SGI) hefur útbúið einfaldan og skilvirkan sýnataka til þess að takast á við þetta vandamál.



SGI sýnatakinn býr yfir hringlaga tenntri brún sem komið er fyrir á plaströri 100 mm að þvermáli með slagstykki á öðrum endanum. Lengd rörsins er breytileg og ræður hversu langt sýnið verður en venjulega er miðað við 1,0 m langt sýni. Bestu niðurstöður fást þegar sýnatakinn er keyrður niður með hamri eða léttum höggbor.

Handsýnataka í mó er einnig möguleiki og mun betri en engin sýni. Hægt er að velja á milli margra handsýnataka á markaðnum, sem geta tekið sýni á mismunandi dýpi, til þess að hægt sé að framkvæma einfalda flokkun á mógerð.



Þegar unnið er með vegbreikkanir er mikilvægt að tekið sé sýni úr þétta mónum undir núverandi vegi sem og mónum sem liggur við hlið vegarins til þess að tryggja að bæði nýji og gamli mórinn verki saman þegar vegurinn hefur verið breikkaður.



e) Skúfstyrkur

Ekki er auðvelt að meta skúfstyrk mós vegna þess mikla breytileika sem mór býr yfir, bæði lárétt og lóðrétt. Þar sem um er að ræða trefjaríkan mó er þetta venjulega ekki mikið vandamál en reyna ætti að meta skúfstyrk fyrir myndlausari mó, sérstaklega þegar álag á móinn verður mikið við byggingu nýs mannvirkis.

Vísbendingar um skúfstyrk má athuga í mörkinni með vængborun (shear vane test) en niðurstöður slíks prófs þarf að taka varlega. Vængjapróf getur verið erfitt og hugsanlega villandi vegna hugsanlegra lurkalaga í mýrinni eins og algengt er í íslenskum mó.




Tiltölulega einfalt er að framkvæma prófð og skilja það. Rannsóknir (Landva 1980) hafa þó sýnt fram á að mór gefur sig ekki endilega við brún blaðsins heldur 7 mm til 10 mm fyrir utan blaðið vegna rifáhrifa trefja í mónum.



Niðurstöður úr slíku prófi ætti því að taka með miklum fyrirvara og nota afréttingarstuðla. Ekki er hægt að gefa nákvæmar leiðbeiningar um hvað stuðla ætti að notast við en sem þumalputtaregla er það sjónarmið ROADEX að  minnsta kosti megi deila með 2 í niðurstöður mælinga áður en þær eru notaðar í hönnun.

ROADEX verkefnið mælir með eftirfarandi aðferðum sem lágmarks jarðtæknirannsóknir fyrir fáfarna vegi:

(a) Nýjir vegir á óhreyfðum mó

  • Skrifborðsathugun þar sem teknar eru allar fyrirliggjandi upplýsingar um það land sem vegurinn mun liggja um
  • Heimsókn á svæðið og veglínuganga
  • Dýpi mós metin með borun/jarðsjá
  • Sýnataka úr mónum til að flokka móinn og meta hversu langt mómyndun er gengin

  • Rúmþyngd, rakainnihald og hugsanlega glæðitap úr óhreyfðum sýnum/sýnatökuholum ef mögulegt er

(b) Upgrading existing roads and widenings

  • Skrifborðsathugun þar sem teknar eru saman fyrirliggjandi upplýsingar um sögu núverandi vegar (bygging hans, viðhald og breikkanir o.s.frv.) og öll vandamál sem upp hafa komið á líftíma hans

  • Heimsókn á svæðið og veglínuganga

  • Jarðvegsborun til að meta þykkt og gerð einstakra jarðvegslaga

  • Jarðsjá til að meta þykkt og uppbyggingu núverandi vegar (1.5GHz og 400MHz), dýpt mólagsins (275MHz)

  • Sýnataka úr mónum fyrir flokkun og vatnsinnihald

Auk þess hafa eftirfarandi mælingar einnig reynst mjög nytsamlegar við mat núverandi vega um mýrlendi:

  • Falllóðsmælingar

  • Stafræn myndbandsupptaka

  • Sýnataka úr núverandi vegi til flokkunar vegbyggingarefna

Slíkar rannsóknir gera sérfræðingum kleift að skoða öll gögn, framkvæma frumáhrifalýsingu fyrir svæðið, hefja jarðtækniáhættuskráningu og ákveða hvort þörf sé á viðameiri jarðtæknirannsóknum.

6.3. Jarðtæknirannsóknir

Þær jarðtæknirannsóknir á mó sem valda raski eru utan umfjöllunarsviðs þessarar kennslustundar. Heppilegast er að þær fari fram með aðstoð jarðtæknisérfræðings og séu framkvæmdar af reyndum jarðtækniverktaka.

6.4. Rannsóknarstofupróf

Rannsóknarstofupróf miða að því að endurskapa aðstæður sem búast má við á framkvæmdarsvæði. Erfitt er að framkvæma slíka hermun fyrir mó, sérstaklega þar sem um er að ræða trefjaríkan mó með hátt rakainnihald og mikla lekt. Stafar þetta af því hversu erfitt er að ná í lýsandi, óþurrkað, „óhreyft“ sýni og flytja það á rannsóknarstofu án þess að það tapi eiginleikum sínum. Mögulegt er að taka stór sýni og prófa þau í stórum prófunartækjum en slíkt stendur yfirleitt ekki til boða. Af þessari ástæðu er yfirleitt ekki ráðist í viðamiklar rannsóknarstofutilraunir á mósýnum fyrir framkvæmdir á fáförnum vegum.

Auðvitað má framkvæma slík próf ef það er talið nauðsyn. Sænska jarðtæknistofnunin notar skúfstyrksmælir og þéttnimælir sem getur framkvæmd mikla aflögun í mósýnum.



Íslenska Vegagerðin notast m.a. við sigpróf (ödometer) til þess að mæla efniseiginleika mósins sem síðan er notast við þegar gerð er sigspá fyrir viðkomandi verk.



Í verkum þar sem um er að ræða fáfarna vegi eru venjulega aðeins notuð einföld „flokkunarpróf“ sem rætt var um í hluta 1 ásamt mati út frá reynslu til þess að útbúa reiknilíkan um hegðan mósins á verksvæðinu.

Flokkun og wrakainnihald eru algengustu breyturnar og líta má á þessi tvö próf sem lágmarks prófun. Ef rakainnihald er vitað er hægt að ná nokkuð góðri nálgun í reiknuðu sigi og þéttingu með STA aðferðinni sem útlistuð var í hluta 5.3.2.