Hva er enaksialforsøk?
Enaksialforsøk, også kalt enaksialt trykkforsøk, er et geoteknisk laboratorieforsøk som brukes på sylinderformede jordprøver, særlig leire og andre kohesjonsjordarter. Prøven belastes i én retning, uten sideveis støtte.
I Norge utføres enaksialforsøk normalt på 54 mm sylinderprøver, som er vanlig standarddimensjon for geotekniske sylinderprøver i laboratoriet. Det finnes også større sylinderprøver, for eksempel 72 mm og 75 mm prøver. I noen tilfeller kan blokkprøver trimmes ned til 54 mm prøver før laboratorieforsøk.
Forsøket gir informasjon om hvordan leira oppfører seg ved rask trykkbelastning. I praksis brukes enaksialforsøk ofte til klassifisering av fastheten i leire, for eksempel om leira fremstår som bløt, middels fast, fast eller meget fast.
Enaksialforsøk kan også gi støtte til vurdering av udrenert skjærstyrke, men forsøket brukes normalt ikke alene som direkte designverdi for skjærstyrke. Resultatet må tolkes sammen med grunnundersøkelser, prøvekvalitet, CPTU, vingebor, poretrykk, lagdeling og øvrige laboratoriedata.
Hva brukes enaksialforsøk til?
Enaksialforsøk brukes først og fremst for å få et enkelt laboratoriemål på fastheten i en jordprøve. I leire kan dette være nyttig når geoteknikeren skal vurdere grunnforhold, bløt grunn, bæreevne, skråninger, fyllinger, byggegrop, fundamentering og mulig stabilitetsproblem.
Forsøket kan inngå som del av datagrunnlaget i flere typer geotekniske vurderinger:
| Tema | Hvordan enaksialforsøk kan bidra |
|---|---|
| Klassifisering av fasthet | Gir grunnlag for å beskrive om leira er bløt, middels fast, fast eller meget fast |
| Geoteknisk vurdering | Støtter tolkning av grunnforhold, lagdeling og prøvekvalitet |
| Stabilitet | Kan gi støtteinformasjon ved valg av styrkeparametere |
| Fundamentering | Kan inngå i vurdering av byggegrunn og belastning |
| Kvikkleire og sensitiv leire | Kan inngå som del av samlet laboratoriegrunnlag |
| Sammenligning med feltdata | Kan sammenholdes med CPTU, vingebor og prøvetaking |
Enaksialforsøk bør derfor forstås som én brikke i en større geoteknisk vurdering, ikke som en ferdig konklusjon alene.
Enaksialforsøk brukes ofte til klassifisering av fasthet
Det er viktig å skille mellom klassifisering av fasthet og valg av design skjærstyrke. Enaksialforsøk brukes ofte til å beskrive fastheten i leire, men resultatet bør ikke uten videre brukes direkte som dimensjonerende skjærstyrke i prosjektering.
Dette skyldes særlig to forhold.
For det første mangler prøven sidestøtte under forsøket. Prøven står fritt uten celletrykk eller sideveis innspenning. Dette skiller enaksialforsøk fra mer avanserte treaksialforsøk, der prøven kan testes under mer kontrollerte spenningsforhold.
For det andre kjøres enaksialforsøk relativt raskt. Et enaksialforsøk utføres normalt i løpet av noen få minutter, ofte innenfor omtrent 0–10 minutter. Det betyr at forsøket ikke nødvendigvis representerer alle belastnings- og dreneringsforhold som kan være aktuelle i grunnen.
Derfor må resultatet tolkes av geotekniker før det brukes i geoteknisk prosjektering eller stabilitetsberegning.
Hvordan utføres enaksialforsøk?
Ved enaksialforsøk tas en sylinderformet jordprøve, vanligvis fra en relativt uforstyrret prøve av leire. Prøven klargjøres i laboratoriet og plasseres i en trykkpresse. Deretter belastes prøven vertikalt til den deformeres og eventuelt går til brudd.
Forsøket utføres uten sideveis trykk rundt prøven.
| Trinn | Hva som gjøres |
|---|---|
| Prøvetaking | Jordprøve tas opp fra ønsket dybde |
| Prøvepreparering | Prøven skjæres eller trimmes og klargjøres i laboratoriet |
| Belastning | Prøven trykkes sammen aksialt |
| Registrering | Stempelkraft og deformasjon måles |
| Tolkning | Fasthet, bruddform og trykkfasthet vurderes geoteknisk |
Forsøket er enkelt sammenlignet med mer avanserte laboratorieundersøkelser i geoteknikk, men resultatet kan likevel være nyttig når prøvekvaliteten er god og forsøket inngår i en samlet faglig vurdering.
Enaksial trykkfasthet og udrenert skjærstyrke
I enaksialforsøk brukes en enkel spenningssammenheng mellom stempelkraft, tverrsnittsareal og skjærstyrke.
Ved forsøket belastes prøven aksialt til den deformeres og eventuelt går til brudd. Den største målte trykkspenningen kalles enaksial trykkfasthet, ofte skrevet som qᵤ.
Den aksiale trykkspenningen i prøven blir største hovedspenning. Den kan beregnes ved å dividere stempelkraften på tverrsnittsarealet til prøven:
σ₁ = stempelkraft / tverrsnittsareal
I enaksialforsøk har prøven ingen sidestøtte. Det betyr at minste hovedspenning er null:
σ₃ = 0
Deviatorspenningen er forskjellen mellom største og minste hovedspenning:
q = σ₁ − σ₃
Siden σ₃ = 0 i et enaksialforsøk, blir deviatorspenningen i praksis lik σ₁. Ved maksimal belastning får vi enaksial trykkfasthet:
qᵤ = maksimal σ₁
Maksimal skjærspenning kan da uttrykkes som halvparten av deviatorspenningen:
τmax = qᵤ / 2
For leire kan udrenert skjærstyrke, sᵤ, derfor forenklet anslås som:
sᵤ ≈ qᵤ / 2
Denne sammenhengen gir et nyttig styrkemål, men verdien må brukes med forsiktighet. Enaksialforsøk brukes ofte mer til klassifisering av fastheten i leire enn direkte som dimensjonerende designverdi for skjærstyrke.
Det skyldes særlig at prøven mangler sidestøtte under forsøket, altså at σ₃ = 0, og at forsøket kjøres relativt raskt. Et enaksialforsøk utføres normalt i løpet av noen få minutter, ofte innenfor omtrent 0–10 minutter.
Derfor må qᵤ, τmax og tolket sᵤ vurderes sammen med prøvekvalitet, prøveforstyrrelse, lagdeling, sensitivitet, CPTU, vingebor, poretrykk og øvrige laboratorieforsøk før verdien brukes i geoteknisk prosjektering eller stabilitetsberegning.
Les mer om jordas styrke, fasthet og skjærstyrke.
Enaksialforsøk i leire
Enaksialforsøk er særlig relevant i leire. I Norge er dette viktig fordi mange byggeprosjekter ligger under marin grense, der det kan finnes marin leire, sensitiv leire, bløt leire eller mulig kvikkleire.
I leire kan enaksialforsøk gi nyttig informasjon om fasthet og deformasjon. Det kan for eksempel bidra til å avklare om leira er svært bløt, om styrken varierer med dybden, eller om laboratorieresultater samsvarer med feltdata.
Samtidig er leire et krevende materiale å teste. Leire kan være lagdelt, sensitiv, sprø, overkonsolidert eller påvirket av prøveforstyrrelse. Derfor må resultatene fra enaksialforsøk alltid tolkes i lys av hele grunnmodellen.
Ved bygging på dårlig grunn kan enaksialforsøk være nyttig som del av vurderingen, men det bør ikke alene avgjøre om grunnen er egnet for fundamentering, fylling, graving eller terrengendring.
Prøvestørrelse, 54 mm prøver og blokkprøver
Enaksialforsøk utføres ofte på 54 mm sylinderprøver. Dette er en vanlig standarddimensjon i norske geotekniske laboratorier og brukes mye ved undersøkelser av leire.
Det finnes også større sylinderprøver, for eksempel 72 mm og 75 mm prøver. Større prøver kan gi mer materiale til laboratoriearbeid, men valg av prøvetype må ses i sammenheng med prøvetakingsmetode, jordart, ønsket prøvekvalitet og hvilke forsøk som skal utføres.
Blokkprøver kan i noen tilfeller trimmes ned til 54 mm prøver før enaksialforsøk. Dette kan være aktuelt når man ønsker gode laboratorieprøver fra leire, men også her er prøvekvalitet, håndtering og preparering avgjørende for hvor representative resultatene blir.
Valg av prøvetype bør derfor være en del av en gjennomtenkt plan for grunnundersøkelser og geotekniske laboratorieundersøkelser.
Prøvekvalitet og prøveforstyrrelse
Prøvekvalitet er svært viktig for enaksialforsøk. Dersom prøven forstyrres under prøvetaking, transport, lagring eller preparering, kan målt fasthet bli lavere eller mindre representativ enn den reelle fastheten i grunnen.
Prøveforstyrrelse kan skyldes:
- vanskelig prøvetaking
- bløt eller sensitiv leire
- sprekker eller lagdeling i prøven
- uttørking eller feil lagring
- mekanisk påvirkning under transport og håndtering
- feil ved trimming eller preparering i laboratoriet
Dette betyr ikke at enaksialforsøk er ubrukelig, men at resultatet må vurderes faglig. I krevende saker bør enaksialforsøk sammenlignes med andre forsøk, feltdata og den geotekniske grunnmodellen.
Enaksialforsøk, CPTU, vingebor og laboratorieforsøk
Enaksialforsøk er et laboratorieforsøk. CPTU-sondering og vingeboring er feltmetoder. Metodene gir ulike typer informasjon, og de bør ofte vurderes sammen med andre laboratorieforsøk.
| Metode | Hva den typisk bidrar med |
|---|---|
| Enaksialforsøk | Laboratoriegrunnlag for fasthet, qᵤ, τmax og tolket sᵤ |
| CPTU | Kontinuerlig feltprofil av motstand, poretrykk og lagdeling |
| Vingebor | Feltmål på udrenert og omrørt skjærstyrke i leire |
| Treaksialforsøk | Mer avansert laboratorieforsøk med kontrollerte spenningsforhold |
| Ødometerforsøk | Deformasjons-, konsoliderings- og setningsegenskaper |
I en god geoteknisk vurdering brukes resultatene samlet. En enkelt prøve eller én enkelt metode bør sjelden være hele grunnlaget for viktige konklusjoner.
Les mer om vingebor og vingeboring og geotekniske laboratorieundersøkelser.
Enaksialforsøk, treaksialforsøk og ødometerforsøk
Enaksialforsøk, treaksialforsøk og ødometerforsøk må ikke forveksles. Alle kan være relevante laboratorieforsøk i geoteknikk, men de svarer på ulike faglige spørsmål.
Enaksialforsøk er enkelt og raskt. Prøven belastes i én retning uten sidestøtte. Dette gjør forsøket nyttig for klassifisering av fasthet, men mindre egnet til direkte bestemmelse av designparametere i krevende prosjekter.
Treaksialforsøk er mer avansert. Der kan prøven testes med kontrollert celletrykk og mer definerte spenningsforhold. Dette gir bedre muligheter for å undersøke jordas oppførsel under forhold som ligner mer på situasjonen i grunnen.
Ødometerforsøk brukes der man trenger informasjon om kompressibilitet, konsolidering og deformasjonsegenskaper. Dette er særlig relevant ved vurdering av setninger og langtidsdeformasjoner i leire.
Derfor kan enaksialforsøk være nyttig i mange saker, men i mer krevende geoteknisk prosjektering kan det være behov for mer avanserte geotekniske laboratorieundersøkelser, for eksempel treaksialforsøk eller ødometerforsøk.
Enaksialforsøk og kvikkleire
Ved mulig kvikkleire eller sprøbruddmateriale kan enaksialforsøk inngå som del av laboratoriegrunnlaget, men forsøket kan ikke alene avklare kvikkleirefare.
Kvikkleiresaker krever en samlet vurdering av terreng, marin grense, lagdeling, prøver, laboratorieresultater, CPTU, poretrykk, tidligere grunnundersøkelser og stabilitetsforhold.
Dette er særlig viktig ved vurdering av områdestabilitet og kvikkleirerapport. Enaksialforsøk kan gi styrkeinformasjon, men sikkerheten i et område må vurderes bredere.
Enaksialforsøk og stabilitetsberegning
Resultater fra enaksialforsøk kan gi støtte ved valg av styrkeparametere i stabilitetsberegninger, men verdiene må ikke hentes direkte fra laboratoriet og brukes ukritisk.
Geoteknikeren må vurdere om prøven er representativ, hvilken lagdeling den tilhører, om prøven er forstyrret, om styrken bør korrigeres, og om feltdata peker i samme retning.
Dette er særlig viktig ved skråninger, fyllinger, graving, støttemur, byggegrop og tiltak i bløt eller sensitiv leire.
Når prøveresultater skal brukes i beregning, må de vurderes som del av en samlet stabilitetsberegning og ikke som enkeltstående laboratorietall.
Enaksialforsøk, fundamentering og setninger
Enaksialforsøk kan gi nyttig støtte ved vurdering av fundamentering på leire, men forsøket beskriver ikke hele deformasjonshistorien eller setningsoppførselen i grunnen.
I mange saker kan setninger, deformasjoner og langtidsoppførsel være minst like viktige som korttidsstyrke. Derfor må enaksialforsøk ofte vurderes sammen med andre laboratorieforsøk, feltdata og vurdering av setninger i grunnen.
Ved setningsvurderinger er ødometerforsøk ofte mer relevant enn enaksialforsøk, fordi ødometerforsøk brukes til å vurdere kompressibilitet, konsolidering og deformasjonsegenskaper i leire. Dette er særlig relevant ved bløt leire, fyllmasser, terrengheving, ny belastning på grunnen eller bygging nær eksisterende konstruksjoner.
Begrensninger ved enaksialforsøk
Enaksialforsøk er nyttig, men har tydelige begrensninger. Forsøket er enkelt og raskt, og det representerer ikke alle spenningsforhold som finnes i grunnen.
| Begrensning | Betydning |
|---|---|
| Ingen sidestøtte | Prøven skjæres uten celletrykk eller sideveis innspenning |
| σ₃ = 0 | Minste hovedspenning er null, noe som forenkler spenningssituasjonen |
| Raskt forsøk | Enaksialforsøk kjøres normalt i løpet av få minutter, ofte omtrent 0–10 minutter |
| Avhengig av prøvekvalitet | Forstyrrede prøver kan gi lite representative verdier |
| Punktinformasjon | Resultatet gjelder én prøve og ett dybdeintervall |
| Mest egnet til klassifisering | Brukes ofte til vurdering av fasthet, ikke direkte som design skjærstyrke |
| Krever geoteknisk tolkning | Må vurderes sammen med feltdata, laboratorieforsøk og grunnmodell |
Enaksialforsøk bør derfor ikke brukes alene som grunnlag for viktige konklusjoner om sikker byggegrunn, stabilitet eller kvikkleirefare. I krevende saker bør resultatene inngå i en samlet geoteknisk rapport eller vurdering.
Enaksialforsøk er ikke en erstatning for geoteknisk vurdering
Enaksialforsøk gir tall, men tallene må forstås. Det er geoteknikerens oppgave å vurdere hva resultatene betyr for tiltaket.
For eksempel kan samme målte fasthet ha ulik betydning avhengig av om tiltaket gjelder et lite tilbygg, en fylling, en byggegrop, en støttemur, en skråning eller en byggesak i mulig kvikkleireområde.
Derfor bør enaksialforsøk sees som del av et samlet faglig grunnlag, ikke som en ferdig konklusjon.
Hva kan Geotekniker AS bidra med?
Geotekniker AS kan vurdere om enaksialforsøk er relevant i din sak, og hvordan resultatene bør tolkes sammen med øvrige grunnundersøkelser.
Vi kan blant annet bistå med vurdering av behov for laboratorieforsøk, planlegging av grunnundersøkelser, tolkning av enaksialforsøk, CPTU, vingebor og prøvetaking, vurdering av grunnforhold, geoteknisk rapport eller vurdering, geoteknisk prosjektering / RIG og vurdering av stabilitet, kvikkleire og dokumentasjonskrav.
Målet er ikke bare å bestille laboratorieforsøk, men å bruke riktig forsøk til riktig faglig spørsmål.
FAQ
Hva er enaksialforsøk?
Enaksialforsøk er et laboratorieforsøk der en sylinderformet jordprøve belastes i én retning uten sideveis støtte. Forsøket brukes særlig til klassifisering av fasthet i leire.
Hvilken prøvedimensjon brukes ved enaksialforsøk i Norge?
Enaksialforsøk utføres normalt på 54 mm sylinderprøver, som er vanlig standarddimensjon for geotekniske sylinderprøver i Norge. Det finnes også større sylinderprøver, for eksempel 72 mm og 75 mm prøver. Blokkprøver kan i noen tilfeller trimmes ned til 54 mm prøver.
Hva brukes enaksialforsøk til?
Enaksialforsøk brukes ofte til å vurdere fastheten i leire. Resultatet kan også gi støtte til vurdering av udrenert skjærstyrke, men bør ikke brukes alene som direkte designverdi.
Hvor lang tid tar et enaksialforsøk?
Selve enaksialforsøket kjøres normalt relativt raskt, ofte i løpet av noen få minutter og gjerne innenfor omtrent 0–10 minutter.
Hvorfor brukes ikke enaksialforsøk direkte som design skjærstyrke?
Fordi prøven mangler sidestøtte under skjæring, forsøket kjøres relativt raskt, og resultatet påvirkes av prøvekvalitet, prøveforstyrrelse, lagdeling og andre forhold. Verdien må tolkes geoteknisk.
Hva betyr qᵤ i enaksialforsøk?
qᵤ er maksimal enaksial trykkfasthet. I enaksialforsøk uten sidestøtte kan udrenert skjærstyrke tolkes forenklet som sᵤ ≈ qᵤ / 2.
Hva betyr σ₁ i enaksialforsøk?
σ₁ er største hovedspenning. I enaksialforsøk kan σ₁ beregnes ved å dividere stempelkraften på tverrsnittsarealet til prøven.
Hva betyr σ₃ = 0 i enaksialforsøk?
Det betyr at prøven ikke har sidestøtte. Minste hovedspenning er null, fordi prøven belastes fritt uten celletrykk rundt prøven.
Hva betyr τmax i enaksialforsøk?
τmax er maksimal skjærspenning. I enaksialforsøk kan τmax forenklet uttrykkes som halvparten av enaksial trykkfasthet, altså τmax = qᵤ / 2.
Hva er forskjellen på enaksialforsøk og vingebor?
Enaksialforsøk er et laboratorieforsøk på en jordprøve. Vingebor er en feltmetode som måler udrenert og omrørt skjærstyrke direkte i grunnen.
Hva er forskjellen på enaksialforsøk og treaksialforsøk?
Enaksialforsøk belaster prøven uten sideveis støtte. Treaksialforsøk er mer avansert og kan teste prøven under kontrollerte spenningsforhold med celletrykk.
Hva er forskjellen på enaksialforsøk og ødometerforsøk?
Enaksialforsøk brukes hovedsakelig til fasthet og styrke. Ødometerforsøk brukes særlig til å undersøke kompressibilitet, konsolidering og setningsegenskaper.
Kan enaksialforsøk brukes i kvikkleiresaker?
Ja, enaksialforsøk kan inngå som del av datagrunnlaget, men kan ikke alene avklare kvikkleirefare. Kvikkleiresaker krever samlet vurdering av grunnundersøkelser, laboratorieforsøk, terreng og stabilitet.
Er enaksialforsøk nok alene?
Ikke i krevende saker. Enaksialforsøk bør ofte vurderes sammen med CPTU, vingebor, prøvetaking, poretrykk, laboratorieforsøk og geoteknisk vurdering.