1.1. Inledning
Denna lektion tar upp de speciella överväganden som rör användandet av torv som undergrund för lågtrafikerade vägar och hur den kan hanteras. Lektionen kommer att sammanfatta de huvudsakliga problem som bör övervägas vid planering av vägbyggnad eller vägförstärkning på torv. Lektionen kommer om möjligt också att ge vägledning för igenkännliga problem.
1.2. Organiska jordar
Torv är en organisk jord som i sin renaste form består av vatten och nedbrutna växtrester. Det är en av ett flertal organiska jordar som kan uppstå på många sätt i många miljöer. Organiska jordar uppstår där dött, organiskt material (d v s växt- och djurrester) med tiden bryts ner till humus genom den s k ”humifieringen”. Det organiska materialet i sådana jordar kan avlagras på plats genom döende vegetation, som torv, eller sköljas på plats av vattenflöden såsom högvatten, översvämningar, älvar, etc.
Huvudtyperna av organisk jord som går att finna i den Norra Periferin är:
- Gyttja – en fet, sedimentär jord som lagras på botten av sjöar och hav och består av rester efter växt- och djurliv i vatten.
- Dy – ett sediment som uppstår i näringsfattiga vattenmassor från kolloidsuspensioner.
- Torv – en “sedentär” jord (d v s jord som bildats och avlagrats på samma plats) bestående av nedbrutna växter och mossor.
Organiska jordar kan också inkludera organiska övergångsjordar. Dessa har varierande nivåer av mineralinnehåll som ett resultat av mängden mineraler som transporteras och avlagras via vattenflöden när de formas, t ex ”gyttjig lera”, ”dyig silt”, ”humusrik sand” etc.
För enkelhetens skull är denna lektion begränsad till diskussionen kring sedentära torvformationer som uppstått genom ansamlingar av material från döda växter.
1.3. Hur torv uppstår
Torv bildas i vattensjuka områden där den naturliga processen med växtförmultning inte håller jämna steg med det material av döda växter som produceras. Torv formas generellt efter ordningen ”myr”, ”kärr”, ”mosse” allmänt känd som ”våtmarksordningsföljden” (Hobbs 1986).
- “Myren” – där sediment byggs upp på botten av en pöl som fylls genom strömmar, grundvatten eller läckage. Dessa sediment ökar med tiden och blir mer organiska då material från döda växter blandas in i sedimenten;
- Då ansamlingen av växtrester fortsätter växer “Kärret” uppåt och över det stillastående vattnet och bildar något som kallas ”Mosse”. I kärrfasen livnär sig växterna i mossen fortfarande på pölvatten och sediment, men börjar också förlita sig på regn och smältande snö för att fortsätta växa;
- När mossen fortsätter att växa fortsätter den att stiga över pölens stillastående vatten och frigör sig från den underliggande grundvattenytans påverkan. Vid det stadiet blir mossen helt beroende av regnvatten för sin överlevnad och har en egen vattenreserv inuti sin egen massa ovanför den normala grundvattennivån.
På det här sättet bildas torv långsamt, då det tar ungefär 10 år för 1 cm torv att bildas. Den viktigaste beståndsdelen vid formationen är vatten, och speciellt vattenbalansen i torvmassan. För att torvmark ska överleva måste tillförseln av vatten vara större än vattenförlusten.
“Filtmossar” (blanket bogs) kan också bildas direkt på passande ytor utan ”våtmarksordningsföljden” om klimatet är tillräckligt vått. Termen ”filtmossar” används för att belysa hur torven täcker marken som en filt. ”Filtmossar” behöver en årlig nederbörd på minst 1000 mm och minst 160 regndagar per år för att överleva.
1.4. “Myrar, kärr och mossar” i den Norra Periferin
Som visas på kartan nedan förekommer myrar, kärr och mossar över hela Norra Periferin:
Palsamyrar
Palsamyrar uppstår i den nordligaste delen av Finland och i angränsande områden, där förhållandena gör det möjligt för frusna iskärnor att bildas och växa inuti torvmassan, isolerade från sommartö-perioden.
Palsamyrar överlever på vatten från den årliga snösmältningen, vilken producerar betydande mineralinnehåll i torvlagret. Vägtekniken i palsaområden kräver speciella geotekniska lösningar och specialiserade överbyggnader för att hantera de extrema förhållandena i området. Dessa diskuteras endast i korthet i denna lektion.
Kärr
Kärr (”Aapa”-myrar på finska) breder ut sig över de flesta ROADEX-länderna.
Dessa typer av mossar kan också kallas för “strängmossar” eftersom fåror av pölar och smala åsar kan uppstå längs riktningen för vattenflödet som ger näring åt mossen. De kan sträcka ut sig över betydande områden och tenderar att ha högre mineralinnehåll än högmossar tack vare sedimenten i det vattenflöde som ger mossarna näring.
Högmossar
Högmossar överlever på regn och instängt vatten i mossen.
Filtmossar
“Filtmossar” i den Norra Periferin förekommer vanligtvis i områden med kustklimat och mycket regn.
En intressant egenskap hos filtmossar är deras grundvattenflöde. Detta kan vara avsevärt och involverar underjordiska strömmar i ”rör” inuti torven. Dessa flöden bör has i åtanke vid vägteknik-arbeten såsom vägbyggnad.
1.5. Klassificering av torv
Torv kan klassificeras i tre grundläggande grupper för tekniksyften (Radforth 1969). Dessa är:
a) ”grovfibrig” torv
b) ”finfibrig” torv
c) ”amorf-kornig” torv
De kan också delas in ytterligare i 17 undergrupper för en mer detaljerad klassificering som i tabellen nedan:
Klassificering av torvstruktur (Källa: NW Radforth, Muskeg Engineering Handbook, 1969)
| Huvudsakliga kännetecken | Kategori | Namn |
| Amorf-kornig | 1 | Amorf-kornig torv (amorf mineralrik torv) |
| 2 | Icke-vedartad, finfibrig torv | |
| 3 | Amorf-kornig torv med icke-vedartat, finfibrigt innehåll | |
| 4 | Amorf-kornig torv med vedartat, finfibrigt innehåll | |
| 5 |
Torv, främst amorf-kornig med icke-vedartat finfibrigt innehåll, med en vedartad, finfibrig stomme. |
|
| 6 |
Torv, främst amorf-kornig med vedartat finfibrigt innehåll, med en vedartad, grovfibrig stomme. |
|
| 7 |
Alternerande lager av icke-vedartad, finfibrig torv och amorf-kornig torv med icke-vedartat, finfibrigt innehåll |
|
| Finfibrig | 8 | Icke-vedartad, finfibrig torv innehållande en grovfibrig kärna |
| 9 | Vedartad, finfibrig torv med en vedartad, grovfibrig stomme | |
| 10 | Vedartade partiklar i en icke-vedartad, finfibrig torv | |
| 11 | Vedartade och icke-vedartade partiklar i finfibrig torv | |
| Grovfibrig | 12 | Vedartad, grovfibrig torv |
| 13 | Grova fibrer korsvis med finfibrig torv | |
| 14 |
Icke-vedartad och vedartad, finfibrig torv med en grovfibrig stomme |
|
| 15 |
Vedartat nät av fibrer och partiklar som omsluter amorf-kornig torv med finfibrigt innehåll |
|
| 16 | Vedartad, grovfibrig torv med innehåll av spridda träbitar | |
| 17 |
Nät av tätt applicerade stockar och rötter som omsluter vedartad, grovfibrig torv med träbitar |
De “amorf-korniga” torvarna har en stor kolloidal mineralkomponent och tenderar att hålla sitt vatten i ett adsorberat tillstånd omkring kornstrukturen. De två fibrösa torvtyperna, ”finfibrig” och ”grovfibrig”, är mer vedartade och håller det mesta av sitt vatten inuti torvmassan som fritt vatten. Dessa kategorier reflekterar hur torvavlagringar vuxit och deras nedbrytningsstadium, och kan ge upphov till många av de viktiga tekniska egenskaper som kan vara av intresse för vägtekniker.
Torv kan också klassificeras genom att krama torvprover med handen (Von Post 1926) för att känna av ”humifieringsgraden (förmultningsgraden)”, d v s graden av nedbrytning hos provet.
| Humifierings-grad |
Identifieringsguide |
| H1 | Helt ohumifierad och dyfri torv som bara avsöndrar rent vatten när den kramas ihop i handen. Växtrester är fortfarande lätta att identifiera. |
| H2 | I princip ohumifierad och dyfri torv som ger ifrån sig nästan rent och färglöst vatten när den kramas ihop i handen. Växtrester är fortfarande lätta att identifiera. |
| H3 | Mycket lätt humifierad eller mycket svagt dyhaltig torv som, när den kramas i handen, ger ifrån sig tydligt grumligt vatten, men ingen torvsubstans passerar mellan fingrarna. Återstoden av den kramade massan är inte grötig. Växtrester har förlorat några av sina identifierbara drag. |
| H4 | Något humifierad eller något dyhaltig torv som ger ifrån sig märkbart grumligt vatten när den kramas i handen. Återstoden av den kramade massan är något grötig. Växtrester har förlorat flera av sina identifierbara drag. |
| H5 | Måttligt humifierad eller tämligen dyhaltig torv. Växtstruktur finns men är delvis utplånad. En mindre mängd amorf torvsubstans passerar mellan fingrarna när torven kramas, men mest starkt grumligt vatten. Återstoden av den kramade massan är starkt grötig. |
| H6 | Måttligt humifierad eller tämligen dyhaltig torv med otydlig växtstruktur. När torven kramas passerar ca 1/3 av torvsubstansen mellan fingrarna. Återstoden av den kramade massan är starkt grötig men med en tydligare växtstruktur än den opressade torven. |
| H7 | Relativt väl humifierad eller tydligt dyhaltig torv men växtstrukturen går precis att urskilja. När torven kramas i handen passerar ungefär hälften av torvsubstansen mellan fingrarna. Om även vatten avsöndras är det mörkt och vällingartat. |
| H8 | Väl humifierad eller starkt dyhaltig torv med mycket otydlig växtstruktur. När den kramas passerar ungefär 2/3 av torvsubstansen mellan fingrarna och ibland även en tjock vätska. Återstoden av den kramade massan består huvudsakligen av mer resistenta fibrer och rötter. |
| H9 | Praktiskt taget helt humifierad eller dyartad torv i vilken det i princip inte går att finna några tecken på växtstruktur. När torven pressas passerar nästan all torvsubstans mellan fingrarna som en enhetlig massa. |
| H10 | Helt humifierad eller helt dyartad torv i vilken det inte går att finna någon växtstruktur. Hela torvsubstansen passerar mellan fingrarna när den kramas i handen. |
Detta kan summeras i en enkel tabell från Sverige, som lagts fram som förslag på lämpligt klassificeringssystem för arbeten på lågtrafikerade vägar.
| Beteckning |
Grupp |
Beskrivning |
| Lågförmultnad torv (fibertorv) | H1-H4 |
Lätt igenkännbar växtstruktur, i första hand vitmossor. I regel fibrig struktur Måttlig förmultningsgrad. |
| Mellantorv | H5-H7 | Urskiljbar växtstruktur |
| Högförmultnad torv | H8-H10 | Mycket otydlig eller ej urskiljbar växtstruktur. Grötig konsistens. |
ROADEX klassificering av torv baserad på von Post (efter Karlsson & Hansbo, 1981). Denna tabell medger att växterna i botten av en torvmosse skulle kunna vara desamma som växterna på toppen, med den enda skillnaden att de befinner sig i olika stadier av förmultning.
1.6. Kännetecken & indexegenskaper för torv
Allmänt
Som redan visats är torv ett i hög grad variabelt material vars egenskaper är ett direkt resultat av sättet det formats på, d v s dess ”morfologi”. I ena änden av skalan har den ”fibriga torven” en synlig växtstruktur med låg grad av humufiering och liknar nästan en matta. I andra änden av skalan har den ”amorfa torven” en i hög grad nedbruten struktur helt utan spår av växter, som på många sätt liknar lera. Denna variationsrikedom kan finnas hos en torvavlagring, både horisontellt och vertikalt. Betydande variation kan finnas inom så litet avstånd som 10 meter horisontellt och ännu mindre vertikalt. Stor försiktighet bör därför iakttas när torvprover skall tas för att säkerställa att de är så representativa som möjligt vid tester av torvens egenskaper.
Kännetecken och egenskaper
Vattenkvot
Det mest utmärkande kännetecknet hos en orörd torvavlagring är dess höga vattenkvot och många kännetecken hos torv som är av intresse för vägtekniker är ett direkt resultat av dess vatteninnehåll. Vattenkvoten i torv i den Norra Periferin sträcker sig från 500 % till 2 000 % och kan även nå så högt som 2 500 % för vissa fibriga torvtyper. Vattenkvotsvärden på mindre än 500 % är vanligtvis ett tecken på högre mineralhalt i torvprovet.
Askhalt
Innehållet av aska (eller icke-organiskt innehåll) i ett torvprov är den procent av torrt material som blir kvar som aska efter en kontrollerad förbränning. Torv som har vuxit på plats har normalt ett innehåll av aska som ligger mellan 2 % och 20 % av dess volym.
Skrymdensitet på plats
Torvmossens skrymdensitet in situ beror främst på fuktinnehållet. Högförmultnad torv kan ha upp till 1 200 kg/m³ i mättad skrymdensitet in situ medan väldigt vedartade, fibriga torvtyper kan ha densiteter in situ så låga som 900 kg/m³ i omättade tillstånd.
Torrdensitet
Torvens torrdensitet beror också på det naturliga fukt- och mineralinnehållet för den specifika torvavlagringen. Denna densitet är ett viktigt kännetecken vid vägbyggnad då den påverkar beteendet hos torv vid belastning. Torrdensiteter hos torv kan vanligtvis variera från 60 kg/m³ till 120 kg/m³. Högre värden är möjliga när avlagringen har ett högt mineralinnehåll.
Specifik vikt
Torvens specifika vikt ligger vanligtvis mellan 1,4 till 1,8, där de högre värdena åter visar på ett högre mineralinnehåll.
Portal
Det initiala portalet för torv varierar med torvens typ och vattenkvot. Som ett exempel är det troligt att en torv med vattenkvot på 1 000 % har ett portal på ca 18. Portal så högt som 25 går att finna i fibriga torvtyper och portal så låga som 4 är möjliga för tyngre högförmultnad torv. Portalet för en specifik torvmosse tenderar normalt att minska med djupet, men som alltid med torv kan det finnas undantag från de generella reglerna.
Permeabilitet
Torvens permeabilitet ute i fält kan variera stort beroende på dess morfologi och kan reduceras dramatiskt när den utsätts för belastning. Exempelvis kan permeabiliteten hos orörd torv sträcka sig från 10-2 till 10-5 m/s, men vid belastning, såsom t ex vid en låg vägbank, kan den snabbt reduceras till 10-6 m/s, eller till något så lågt som 10-8 till 10-9 m/s vid högre vägbankar. Torv pressas samman på ett betydande sätt vid belastning (se sektion 2.2 Konsolidering & sättning). När lasten läggs på reduceras hålrummen inuti den belastade torven, och de inter-kolloidala partikelattraktionerna ökar med en påföljande, snabb reduktion av torvens permeabilitet.
Skjuvhållfasthet
Skjuvhållfastheten hos en torvavlagring beror på dess fuktinnehåll, humifieringsgrad och mineralinnehåll. Ju högre fuktinnehåll desto lägre skjuvmotstånd, ju högre grad av humifiering desto lägre skjuvmotstånd och ju högre mineralinnehåll desto högre skjuvmotstånd. Skjuvhållfastheten för normalt konsoliderad torv (lågförmultnad torv och mellantorv) skjuvad för första gången beskrivs troligen med c´= 2 kPa och ?=28o. Vid normala spänningar under 13 kPa, ökar den faktiska kohesionen (resultatet av hopflätning av fibrer) till ungefär 5-6 kPa medan friktionsvinkeln minskar till noll.
Att mäta skjuvhållfastheten för ett prov från en torvavlagring i ett laboratorium är ingen lätt uppgift på grund av svårigheterna med att ta ut ett bra, representativt prov ute i fält, hinna transportera provet till laboratoriet snabbt och jämna till provets storlek utan störningar. På grund av detta har enklare fälttester använts, såsom vingförsöket, för att få en indikation av skjuvhållfastheten. Dessa fälttester har dock sina begränsningar och bör inte betraktas som pålitliga utan ytterligare indikationer som stöd.
Skjuvhållfastheten hos torv är sällan beroende av djupet. Detta är ingen överraskning då torv normalt är obelastad i orört tillstånd och har en låg, effektiv tunghet. I en torvmosse är det vanligt förekommande att torvstyrkan minskar med djupet på grund av torvens föränderliga karaktär, speciellt där den går från att vara lågförmultnad i ytan till att bli högförmultnad på djupet.
Sammanfattning
Följande tabell visar några tekniska egenskaper typiska för torv:
| Egenskap | Typ av torv |
||
| Lågförmultnad torv | Mellantorv | Högförmultnad torv | |
| Vattenkvot % | 700 – 2000 | 500 -1200 | 500 – 900 |
| Askhalt % | 1.5 – 3.0 | 3 – 8 | 8 – 30 |
| Skrymdensitet in situ (kg/m³) | 900 – 1100 | 900 – 1100 | 900 – 1100 |
| Torrdensitet (kg/m³) | 40 – 70 | 70 – 100 | 100 – 140 |
| Portal | 10 – 25 | 8 – 17 | 7 – 13 |
| Permabilitet (m/s) | 10-5 – 10-6 | 10-6 – 10-7 | 10-7 – 10-8 |
1.7. Effekter av vatten & förkonsolidering
Torv är ett relativt nybildat material jämfört med andra jordarter och har under årens lopp formats i den Norra Periferin sedan glaciärernas tillbakagång för ca 10 000 år sedan. Till skillnad från de flesta nordliga jordarter har torv inte blivit förkonsoliderad av vikten från en glaciär. Den kan dock bli förkonsoliderad ibland, när vattennivån i torven har sänkts under dess uppkomst, t ex genom torka, dränering eller genom avvattning av vegetation såsom skogar.
Alla förändringar i vattennivå inuti en torvavlagring, naturliga såväl som skapade av människor, har en effekt på det sätt torv in situ hanterar spänning. En sänkning av vattenytan inuti en mosse reducerar porvattentrycket inuti torvmassan och framkallar en ökning i det effektiva trycket som resulterar i en konsolidering (d v s total spänning minus reducerat porvattentryck = ökad effektiv spänning).
Effekten är inte så vanlig hos högmossar men är däremot vanligt förekommande hos Islands filtmossar.
Av denna anledning är det viktigt att hydrologin hos en torvavlagring bevaras under och efter vägarbeten, då en oavsiktlig förändring i vattenhantering kan resultera i oväntade resultat. Detta gäller speciellt vid grävning av nya eller djupare dräneringar i närheten av en flytande väg på torv efter att den byggts. Ny dränering kan resultera i betydande, oönskad konsolidering i torven som kan skada en överbyggnad som annars är bra.
Dränering innan byggandet kan dock vara till fördel i vissa fall, speciellt på Island, där ett stabilt vattensystem kan etableras för den färdiga vägen i ett längre perspektiv. Sådant arbete kräver dock, utan undantag, samtycke från lokala miljömyndigheter.