Hvordan oppstår kvikkleire?

Kvikkleire oppstår når marin leire som opprinnelig ble avsatt på havbunnen, over lang tid får endret sine kjemiske og mekaniske egenskaper. Etter siste istid løftet landhevingen tidligere havbunn over havnivå, og ferskt grunnvann kunne gradvis vaske ut salter fra leiravsetningene. Dette kan gjøre den opprinnelige leirstrukturen svært sårbar for omrøring.

Hvordan dannes kvikkleire? Den klassiske dannelsesprosessen i Norge består av fire hovedtrinn: avsetning av leirpartikler i saltvann, landheving, utvasking av salt og utvikling av svært lav omrørt skjærfasthet. Prosessen kan ta mange hundre til flere tusen år. Leiren kan likevel ha betydelig styrke i urørt tilstand, men miste nesten all styrke dersom strukturen brytes ned.

Bildet øverst: Kvikkleire og sprøbruddleire under torvmasser – erfaring fra et geoteknisk prosjekt øst for Oslo. Ved grunnundersøkelsene ble det påvist kvikkleire og sprøbruddmateriale relativt grunt under et øvre torvlag. Leire med sprøbruddegenskaper ble registrert i store deler av dybdeprofilet, helt ned mot berg. Geotekniker AS har også i flere andre prosjekter erfart at torvmasser kan overlagre sensitiv leire og kvikkleire. Dette understreker betydningen av å undersøke jordlagene under torven, ettersom overflateforholdene alene ikke avslører leirens egenskaper. Torv er likevel ikke i seg selv en indikasjon på kvikkleire. Foto: Geotekniker AS, prosjekt øst for Oslo.

Hvordan oppstår kvikkleire?

Kvikkleire oppstår vanligvis fra marin leire som ble avsatt i saltvann under og etter siste istid. Saltet i porevannet bidro til at leirpartiklene dannet en åpen, men relativt stabil struktur. Da landet hevet seg, kunne ferskt grunnvann gradvis vaske ut saltene. Endringene i porevannskjemien kan gjøre leiren svært sensitiv, slik at den mister mye av styrken når strukturen brytes ned.

Det er viktig å skille mellom hvordan kvikkleire oppstår og hvordan den klassifiseres. Dannelsen forklares gjennom geologi, grunnvann og kjemi, mens den geotekniske definisjonen bygger på målt omrørt skjærfasthet.

Forskjell på leire og kvikkleire

Leire er en finkornig jordart som kan ha svært forskjellige egenskaper avhengig av vanninnhold, mineralogi, lagdeling og belastningshistorie. Kvikkleire er leire som kjennetegnes ved ekstremt lav omrørt skjærfasthet. Den kan være fast i urørt tilstand, men miste nesten all styrke ved omrøring.

Forskjellen handler derfor ikke om farge eller utseende, men om materialets mekaniske oppførsel. Vanlig leire kan gi utfordringer med bæreevne og setninger, mens kvikkleire i tillegg kan være relevant for større stabilitetsbrudd. Les mer om hva kvikkleire er og hvordan den defineres geoteknisk.

Hvordan dannes kvikkleire fra marin leire?

Dannelsen av kvikkleire henger nært sammen med Norges geologiske utvikling etter siste istid. Fire hovedtrinn forklarer hvordan opprinnelig marin leire kan utvikle kvikke egenskaper.

1. Leirpartikler ble avsatt på havbunnen

Under siste istid knuste og slipte isbreene ned berggrunnen. Smeltevann transporterte finkornige partikler ut i fjorder og havområder, hvor de ble avsatt på sjøbunnen. I saltvann påvirket ionene de elektriske kreftene mellom leirpartiklene, slik at det kunne utvikles en åpen struktur med porevann mellom partiklene.

Slik ble det dannet marin leire, som er det vanligste utgangsmaterialet for kvikkleire i Norge.

2. Landhevingen løftet havbunnen opp på land

Vekten av innlandsisen presset jordskorpen ned. Etter hvert som isen smeltet, begynte landet å heve seg, og tidligere havbunn ble liggende over havnivå.

Denne landhevingen forklarer hvorfor marine leiravsetninger finnes langt fra dagens kyst. Den høyeste tidligere havstanden i forhold til dagens terreng beskrives gjennom marin grense, som varierer betydelig mellom ulike deler av Norge.

3. Ferskvann begynte å vaske ut salt

Da leiravsetningene ble liggende på land, kunne ferskt grunnvann gradvis erstatte det opprinnelige salte porevannet. Vannet strømmet gjennom leiren og tilgrensende jordlag, slik at konsentrasjonen av oppløste salter ble redusert.

Denne saltutvaskingen endret de elektrokjemiske kreftene mellom partiklene. Siden leire har lav hydraulisk ledningsevne, foregår prosessen vanligvis langsomt, men vannførende sand- og siltlag kan bidra til mer effektiv utvasking.

4. Leiren utviklet kvikke egenskaper

Når porevannskjemien endres, kan leirstrukturen bli mindre motstandsdyktig mot omrøring. Leiren kan fortsatt ha betydelig styrke så lenge den opprinnelige strukturen er bevart, men få svært lav styrke når strukturen brytes ned.

Kvikkleire blir altså ikke nødvendigvis flytende mens saltet vaskes ut. Den kan ligge relativt stabilt i grunnen over svært lang tid, men miste nesten all styrke dersom den utsettes for tilstrekkelig deformasjon og omrøring.

Hvorfor blir leire kvikk når saltet vaskes ut?

Leirpartikler har elektrisk ladede overflater, og kreftene mellom partiklene påvirkes blant annet av saltkonsentrasjonen og ionene i porevannet. Når salt vaskes ut, kan den opprinnelige åpne strukturen bli mer sårbar, selv om den fortsatt bærer belastning i urørt tilstand.

Forskjellen mellom urørt og omrørt udrenert skjærfasthet beskrives gjennom sensitivitet. Kvikkleire kjennetegnes av ekstremt lav omrørt skjærfasthet. Etter NVE-veileder 1/2019 er grensen høyst 0,5 kPa etter NS 8015, tilsvarende 0,33 kPa etter ISO 17892-6:2017.

Kvikkleire er dermed en ekstrem form for sprøbruddmateriale. Saltutvasking er den sentrale dannelsesmekanismen i klassisk norsk kvikkleire, men saltinnholdet alene avgjør ikke klassifiseringen.

Hvor lang tid tar det før kvikkleire dannes?

Kvikkleiredannelse er normalt en svært langsom geologisk prosess som kan ta mange hundre til flere tusen år. Tidsforløpet avhenger særlig av grunnvannsstrømning, lagdeling, leirens hydrauliske egenskaper og tilgangen på ferskvann.

Leire har lav hydraulisk ledningsevne, mens sand- og siltlag kan transportere vann lettere. Saltutvaskingen kan derfor utvikle seg svært forskjellig innenfor samme avsetning.

To marine leiravsetninger med omtrent samme alder kan ha helt forskjellige egenskaper. I den ene kan saltinnholdet være betydelig redusert og leiren ha blitt kvikk, mens den andre fortsatt har bevart mye av det opprinnelige saltinnholdet.

Hvorfor dannes kvikkleire i lag og lommer?

Kvikkleire finnes ikke nødvendigvis sammenhengende gjennom hele en leiravsetning. Den kan opptre i bestemte lag, soner eller lommer fordi grunnvannsstrømning og saltutvasking varierer lokalt.

Tynne sand- og siltlag kan fungere som vannførende soner, mens oppsprukket berg og kontaktsoner mellom berg og løsmasser kan påvirke hvor ferskvann strømmer. Dette kan føre til at én del av avsetningen får kvikke egenskaper, mens nærliggende leire ikke gjør det.

I geoteknisk praksis betyr dette at en prøve som viser kvikkleire, ikke automatisk dokumenterer kvikkleire i hele området. Tilsvarende kan én prøve uten kvikke egenskaper ikke utelukke kvikkleire i andre lag eller nærliggende punkter.

Hvor oppstår kvikkleire?

Klassisk norsk kvikkleire oppstår hovedsakelig i tidligere marine leiravsetninger. Slike avsetninger finnes særlig på Østlandet, rundt Oslofjorden, i Trøndelag og i flere dal- og fjordområder, også i Nord-Norge.

Marine avsetninger kan finnes under sand, grus, fyllmasser og andre jordlag. Kvikkleire trenger derfor ikke å være synlig i terrengoverflaten, og dybden til kvikke lag kan variere betydelig.

Offentlige kvikkleirekart og kart over kvikkleiresoner gir nyttig informasjon om kjente fareområder. Kartene viser imidlertid ikke alle lokale forekomster. At en eiendom ligger under marin grense, betyr heller ikke automatisk at det finnes kvikkleire der.

Marin leire er ikke alltid kvikkleire

Selv om marin leire er det vanligste utgangsmaterialet for kvikkleire i Norge, utvikler ikke alle marine avsetninger kvikke egenskaper. Saltinnhold, leirmineralogi, porevannskjemi, lagdeling og grunnvannsforhold påvirker utviklingen.

I enkelte avsetninger har ferskvann vasket ut store deler av det opprinnelige saltet. Andre steder har vanntransporten vært begrenset, slik at mer av saltinnholdet er bevart.

Heller ikke leirens farge avgjør om den er kvikk. Blåleire kan være vanlig leire, bløt leire, sensitiv leire eller kvikkleire. Det er de målte mekaniske egenskapene som avgjør klassifiseringen.

Kan kvikkleire fortsatt dannes i dag?

Ja. Saltutvasking kan fortsatt foregå i marine leiravsetninger der grunnvannsforholdene ligger til rette for det. Prosessen stoppet ikke nødvendigvis da landet hevet seg etter siste istid.

Denne langsomme kjemiske utviklingen må imidlertid ikke forveksles med raske endringer i stabilitet som følge av kraftig nedbør, flom eller erosjon.

Regnvann gjør ikke vanlig marin leire til kvikkleire i løpet av dager eller uker. Derimot kan kortvarige endringer i poretrykk, belastninger eller erosjonsforhold påvirke stabiliteten i grunnen.

Hvorfor kan kvikkleire bli farlig?

Kvikkleire i grunnen betyr ikke automatisk at det vil oppstå skred. Faren er knyttet til situasjoner der stabiliteten blir utilstrekkelig og det utvikles brudd som kan påvirke leirstrukturen.

Erosjon i bekker og elver, graving i skråninger, oppfylling, økte belastninger og endringer i poretrykk kan bidra til å utløse stabilitetsbrudd. Dersom kvikkleirens struktur brytes ned, kan fastheten reduseres kraftig, og bruddet kan i enkelte tilfeller utvikle seg videre.

Derfor må sikkerheten vurderes ut fra terreng, grunnforhold og belastninger. En vurdering av områdestabilitet kan være nødvendig ved tiltak i områder med mulig kvikkleire.

Hva er forskjellen på kvikkleiredannelse og kvikkleireskred?

Kvikkleiredannelse handler om den langsomme utviklingen av leirens kjemiske og mekaniske egenskaper. Et kvikkleireskred er derimot en hendelse der stabiliteten svikter, og leiren kan miste store deler av styrken når strukturen brytes ned.

Kvikkleire kan ha ligget i grunnen i tusenvis av år uten at det oppstår skred. Et kvikkleireskred forutsetter at et stabilitetsbrudd blir utløst og utvikler seg. Det er derfor viktig å skille mellom forekomsten av kvikkleire og den faktiske skredfaren i et område.

Hvordan undersøker man om leire er kvikk?

Det er normalt ikke mulig å fastslå om leire er kvikk bare ved å se på den. Klassifiseringen krever geoteknisk informasjon og målinger av materialets egenskaper.

Ved grunnundersøkelser kan metoder som totalsondering og CPTU brukes til å kartlegge lagdeling og identifisere mulige sensitive eller kvikke leirlag. Prøvetaking og laboratorieforsøk er sentrale for å undersøke materialets faktiske egenskaper.

Konusforsøk benyttes blant annet til å bestemme omrørt skjærfasthet. Resultatene må tolkes sammen med grunnforholdene, terrenget og øvrige undersøkelser. Én prøve er ikke nødvendigvis representativ for hele avsetningen.

Når bør kvikkleire vurderes?

Kvikkleire bør vurderes når grunnforholdene eller planlagte tiltak gjør det relevant, særlig ved bygging, graving, oppfylling, støttemurer eller andre terrengendringer i områder med marine avsetninger.

Behovet kan også oppstå ved kommunale krav, registrerte faresoner eller tiltak nær bekker, raviner og skråninger. Det er ikke nødvendigvis behov for omfattende undersøkelser i alle tilfeller.

En geoteknisk vurdering kan avklare om eksisterende dokumentasjon er tilstrekkelig, eller om det er nødvendig med nye grunnundersøkelser og videre vurdering av stabiliteten.

Hva kan Geotekniker AS hjelpe med?

Geotekniker AS bistår med geotekniske vurderinger av kvikkleire, grunnforhold og stabilitet ved bygging og terrenginngrep. Arbeidet kan omfatte gjennomgang av kart, tidligere grunnundersøkelser, kommunekrav, terrengforhold og planlagte tiltak.

I mange saker er det hensiktsmessig å starte med en vurdering av eksisterende dokumentasjon før eventuelle nye undersøkelser planlegges. Ved behov kan vi bistå med grunnundersøkelser, stabilitetsvurderinger og utarbeidelse eller kontroll av kvikkleirerapport.

Målet er å avklare hva som faktisk må undersøkes og dokumenteres for det konkrete tiltaket, uten unødvendig omfattende undersøkelser.

FAQ

Hvordan oppstår kvikkleire?

Kvikkleire oppstår vanligvis når marin leire over lang tid mister salt gjennom utvasking med ferskt grunnvann. Dette kan endre leirstrukturen slik at den blir svært sårbar for omrøring.

Hvordan dannes kvikkleire enkelt forklart?

Kvikkleire dannes når marin leire løftes over havnivå ved landheving, og salter i porevannet gradvis vaskes ut. Leiren kan da utvikle en struktur som mister nesten all styrke ved omrøring.

Hva er forskjellen på leire og kvikkleire?

Leire er en finkornig jordart, mens kvikkleire er leire med ekstremt lav omrørt skjærfasthet. All kvikkleire er leire, men ikke all leire er kvikkleire.

Hvorfor finnes kvikkleire under marin grense?

Den klassiske norske kvikkleiren har opphav i leire som ble avsatt i saltvann. Områder under marin grense kan derfor inneholde marine leiravsetninger som senere har utviklet kvikke egenskaper.

Er all marin leire kvikkleire?

Nei. Marin leire kan ha svært ulike egenskaper. Bare deler av avsetningene har utviklet den ekstremt lave omrørte skjærfastheten som kjennetegner kvikkleire.

Hvor lang tid tar det før kvikkleire dannes?

Dannelsen kan ta mange hundre til flere tusen år. Tidsforløpet varierer med grunnvannsstrømning, lagdeling, porevannskjemi og lokale geologiske forhold.

Hvorfor oppstår kvikkleire i bestemte lag?

Grunnvannet kan strømme lettere gjennom enkelte soner, særlig ved sand- og siltlag eller bergkontakt. Dermed kan saltutvaskingen bli større i noen deler av leiravsetningen enn andre.

Kan kvikkleire fortsatt dannes i dag?

Ja. Saltutvasking og endringer i porevannskjemien kan fortsatt pågå der grunnvannsforholdene ligger til rette for det. Prosessen er normalt svært langsom.

Kan man se om leire er kvikkleire?

Nei. Utseende og farge er ikke tilstrekkelig. Kvikkleire identifiseres gjennom geotekniske undersøkelser og måling av materialets egenskaper, særlig omrørt skjærfasthet.

Når bør kvikkleire vurderes?

Kvikkleire bør vurderes når kart, grunnforhold eller planlagte tiltak tilsier at stabiliteten kan være relevant, særlig ved bygging og terrenginngrep i områder med marine avsetninger.