Hva er plastisitet?

I geoteknikk brukes begrepet særlig om leire og finsilt, der plastisitet sier noe om når massene oppfører seg fast, plastisk eller flytende i omrørt tilstand.

Plastisitet er en viktig egenskap ved vurdering av grunnforhold, graving, stabilitet, massehåndtering og fundamentering. En leire kan være fast i uforstyrret tilstand, men bli bløt, flytende eller vanskelig å håndtere når den omrøres. Derfor må plastisitet vurderes sammen med vanninnhold, skjærfasthet, sensitivitet, poretrykk og lagdeling.

Plastisitet definisjon

I geoteknikk betyr plastisitet at en jordart kan formes og deformeres uten å sprekke eller flyte helt ut. Begrepet brukes først og fremst om kohesive jordarter, altså jordarter der fine partikler og vanninnhold gir massen en viss sammenheng.

Plastisitet er særlig relevant for leire og finkornige masser i leir- og finsiltfraksjonen. Sand og grus har normalt ikke plastisk oppførsel på samme måte, fordi kornene er større og massens egenskaper i mindre grad styres av vannbinding mellom fine partikler.

Plastisitet i leire

Leire består av svært små mineralpartikler. Vannet mellom partiklene har stor betydning for hvordan leiren oppfører seg. Ved lavt vanninnhold kan leiren være fast eller sprø. Ved økende vanninnhold kan den bli plastisk og formbar. Ved enda høyere vanninnhold kan den bli flytende i omrørt tilstand.

Det er denne overgangen mellom fast, plastisk og flytende konsistens som beskrives med konsistensgrenser. For leire er dette sentralt fordi små endringer i vanninnhold kan gi stor endring i praktisk oppførsel.

Konsistensgrenser

Konsistensgrensene brukes for plastiske jordarter, særlig leire og finsilt. De viktigste grensene er flytegrensen og plastisitetsgrensen.

Flytegrensen, ofte skrevet wL, er vanninnholdet der en jordart i omrørt tilstand går fra plastisk til flytende konsistens. I laboratoriet bestemmes flytegrensen normalt med konusforsøk, ved et vanninnhold som tilsvarer en definert lav omrørt skjærfasthet.

Plastisitetsgrensen, ofte skrevet wP, er vanninnholdet der jordarten slutter å være plastisk når den tørkes. Den kalles også utrullingsgrensen, fordi den bestemmes ved å rulle ut en tynn leirstreng med stadig lavere vanninnhold til strengen smuldrer.

Konsistensgrensene er ikke absolutte naturkonstanter. De er definerte verdier fra laboratorieforsøk. Likevel er de svært nyttige, fordi de gjør det mulig å tolke naturlig vanninnhold opp mot hvordan jorda faktisk oppfører seg. Dersom naturlig vanninnhold ligger over flytegrensen, kan massen bli svært bløt i omrørt tilstand. Det kan gi problemer ved graving, transport og trafikkering med gravemaskiner.

Plastisitetsindeks

Plastisitetsindeksen, IP, er forskjellen mellom flytegrensen og plastisitetsgrensen:

IP = wL – wP

Plastisitetsindeksen viser hvor stort vanninnholdsområde jorda har der den oppfører seg plastisk. En høy plastisitetsindeks betyr at jordarten kan være plastisk over et bredt område av vanninnhold. En lav plastisitetsindeks betyr at overgangen mellom fast, plastisk og flytende konsistens skjer over et smalere område.

I praksis sier plastisitetsindeksen noe om hvor raskt jordarten reagerer på endringer i vanninnhold. Den kan også ha sammenheng med fasthet, kompressibilitet og hvordan massene kan ventes å oppføre seg ved belastning, graving og omrøring.

Lav, middels og høy plastisitet

Fine jordarter kan klassifiseres etter plastisitetsindeks. I norsk geoteknikk brukes inndelingen særlig ved vurdering av leire og andre finkornige jordarter.

Betegnelse av leire	Betegnelse av plastisitet	Plastisitetsindeks, IP
Lite plastisk leire	Lav plastisitet	Under 10 %
Middels plastisk leire	Middels høy plastisitet	10-20 %
Meget plastisk leire	Høy plastisitet	Over 20 %

Norske leirer er ofte relativt lite plastiske sammenlignet med mange internasjonale leirer. Derfor kan norske vurderinger av lav, middels og høy plastisitet avvike fra internasjonal klassifisering.

Plastisitet og kvikkleire

Plastisitet må ikke forveksles med sensitivitet eller kvikkleireegenskaper. Kvikkleire handler om at leire kan miste mye av fastheten ved omrøring. Plastisitet handler derimot om hvor stort vanninnholdsområde leira har der den oppfører seg plastisk.

Mange norske kvikkleirer og sprøbruddleirer har plastisitetsindeks under 10 prosent. Det betyr likevel ikke at all kvikk eller sprø leire er lavplastisk. En leire kan være sprø eller kvikk og samtidig ha relativt høy plastisitet. Dette er ikke alltid intuitivt, fordi plastisitet og sensitivitet beskriver ulike sider av materialoppførselen.

Plastisiteten kan likevel påvirke hvordan omrørte skredmasser oppfører seg. Lavplastiske kvikkleirer kan gi svært mobile masser som flyter langt ut fra skredområdet. Ved høyere plastisitet kan de omrørte massene i større grad bli liggende nærmere skredgropa, avhengig av vanninnhold, omrørt skjærfasthet, terreng, lagdeling og skredmekanisme.

Dette er en av grunnene til at enkelte kvikkleireskred i Norge kan få store utløpsområder, slik som Gjerdrum-skredet på Ask i 2020. I Sverige finnes også kvikkleire og sprøbruddmaterialer, men høyere plastisitet kan i noen tilfeller bidra til at omrørte masser blir liggende mer lokalt. Poenget er ikke at plastisitet alene avgjør skredets størrelse, men at plastisitet er en viktig del av materialforståelsen.

Hvorfor plastisitet er viktig i geoteknikk

Plastisitet gir nyttig informasjon om hvordan en jordart vil reagere på vann, omrøring og belastning. Dette er viktig fordi massenes praktiske oppførsel ofte bestemmer hvor krevende et tiltak blir.

Plastisitet kan ha betydning for graving i leire og finsilt, stabilitet i skråninger og byggegroper, trafikkerbarhet for anleggsmaskiner, masseutskifting, setninger, kompressibilitet og vurdering av omrørt og uomrørt tilstand.

En jordart kan se håndterbar ut i felt, men få helt andre egenskaper når den blir omrørt eller får endret vanninnhold. Derfor gir plastisitetsdata et bedre grunnlag for å vurdere risiko, anleggsgjennomføring og behov for tiltak.

Plastisitet og grunnundersøkelser

Plastisitet bestemmes vanligvis gjennom laboratorieforsøk på prøver fra grunnen. Resultatene tolkes sammen med feltdata og andre laboratorieparametere. I byggesaker kan dette inngå som en del av grunnundersøkelser og geoteknisk prosjektering.

Det naturlige vanninnholdet alene sier ikke nok. Det må sammenholdes med flytegrense, plastisitetsgrense og plastisitetsindeks for å forstå om massen ligger i fast, plastisk eller flytende område. Dette er særlig viktig ved vurdering av leire som skal graves i, belastes eller brukes som byggemasse.

Plastisitet og geoteknisk laboratorium

Flytegrense, plastisitetsgrense og plastisitetsindeks bestemmes normalt i geoteknisk laboratorium. Slike forsøk gir tallfestede verdier som kan brukes sammen med feltundersøkelser, prøveserier og geoteknisk tolkning.

For prosjekter i leireområder kan laboratoriedata være avgjørende for å forstå hvordan massene oppfører seg ved graving, belastning, omrøring og endret vanninnhold. Laboratorieresultatene må likevel alltid tolkes i sammenheng med terreng, lagdeling, grunnvann, poretrykk og øvrige geotekniske forhold.

Kort oppsummert

Plastisitet er en viktig jordegenskap i geoteknikk. Den beskriver hvor formbar en finkornig jordart er ved ulike vanninnhold, og brukes særlig for leire og finsilt. Ved hjelp av flytegrense, plastisitetsgrense og plastisitetsindeks kan man vurdere hvordan jorda reagerer på vann, omrøring og belastning. Dette har praktisk betydning for graving, stabilitet, trafikkerbarhet, setninger og vurdering av grunnforhold.

FAQ – ofte stilte spørsmål

Hva betyr plastisitet i geoteknikk?

Plastisitet beskriver hvor formbar en finkornig jordart er ved ulike vanninnhold. Begrepet brukes særlig om leire og finsilt.

Hva er flytegrensen?

Flytegrensen er vanninnholdet der en jordart i omrørt tilstand går fra plastisk til flytende konsistens.

Hva er plastisitetsgrensen?

Plastisitetsgrensen er vanninnholdet der jordarten slutter å være plastisk når den tørkes. Den kalles også utrullingsgrensen.

Hva er plastisitetsindeks?

Plastisitetsindeksen er forskjellen mellom flytegrensen og plastisitetsgrensen. Den viser hvor stort vanninnholdsområde jorda har der den oppfører seg plastisk.

Er kvikkleire alltid lavplastisk?

Nei. Mange norske kvikkleirer og sprøbruddleirer er lavplastiske, men en leire kan være kvikk eller sprø og samtidig ha relativt høy plastisitet.

Hvorfor er plastisitet viktig ved graving?

Plastisitet sier noe om hvordan leire og finsilt kan oppføre seg når massene omrøres eller får endret vanninnhold. Det kan påvirke graving, stabilitet, trafikkerbarhet og massehåndtering.