On the use of sawdust and wood chips in geotechnical engineering - Laboratory characterization

Abstract

I 1963 og 1964 ble to forsøksfelt opprettet av Norges Geotekniske Institutt (NGI) og Statens vegvesen med den hensikt å undersøke setninger på torv. Sirkulære fyllinger av sand inkluderende sagmugglag med tykkelse på 1.0–2.0 m ble anlagt og instrumentert for måling av forskyvninger samt poretrykk i torvlagene. Et sentralt mål for masteroppgaven var å bestemme materialparametere for sagmugg slik at modellering av prøvefyllingene kan utføres i senere arbeid. For flere utbyggingsområder har det blitt detektert mektige avsetninger av sagmugg og sagflis. Lagene er organiske, setningsømfintlige og kan by på geotekniske utfordringer. Nevnte avsetninger består i hovedsak av biprodukter fra treindustrien og befinner seg oftest ved områder som elveutløp og havneområder. Fra et geoteknisk perspektiv er sagmugg og sagflis materialer det er lite kunnskap om. For å øke forståelsen av materialoppførselen har sagmugg og sagflis blitt undersøkt i NGIs geotekniske laboratorium. I tillegg er det utført et litteraturstudie for materialene. Følgende laboratorieundersøkelser ble utført på sagmugg og sagflis: 14 ødometerforsøk, hvorav 9 med trinnvis lastpåføring og 5 med kontinuerlig lastpåføring; bestemmelse av tørrdensitet og korndensitet gjennom ulike testmetoder; sikteanalyser for sammenlikning av kornfordeling; og standard Proctor tester for kartlegging av forholdet mellom tørrdensitet og vanninnhold. Resultatene fra laboratorieundersøkelsene viser at materialoppførselen til sagmugg og sagflis likner torv. Sagmugg har plastisk oppførsel, hvor forholdet mellom Janbu’s ødometermodul, M og effektivspenning er lineært med modultall m på 6–7. Større fraksjoner som sagflis viser større stivhet. Resultater fra ødometerforsøk, for både kontinuerlig og trinnvis lastpåføring, viser stor påvirkning av kryp. Permeabilitetskoeffisienten er i størrelsesorden 10e−6 m/s, hvor stigningstall, beta på k-linjen er lik 6. Fra litteraturstudiet er det funnet at friksjonsvinkel, phi, vil være i størrelsesorden 40 grader, men at den er svært tøyningsavhengig. Resultatene fra studiet beskriver sagmugg og sagflis som lette materialer med porøsitet som spenner mellom 80–90%. Tørrdensitet og mettet densitet er funnet til å befinne seg henholdsvis mellom 0.11–0.24g/cm3 og 1.0–1.1 g/cm3. Tester av glødetap indikerer mer enn 99.5 % organisk innhold. Laboratoriearbeidet utført i forbindelse med masteroppgaven har beriket informasjonsmengden som eksisterer for sagmugg og sagflis. De dokumenterte resultatene kan anvendes videre i Gautschi-prosjektet samt i øvrige problemstillinger knyttet til materialene.

In 1963 and 1964, two test sites were established by the Norwegian Geotechnical Institute (NGI) and the Norwegian Public Roads Administration (NPRA) to study settlements on natural peat deposits. Circular test embankments were constructed of sand on top of 1–2 m thick sawdust layers and instrumented to monitor settlements. One specific aim of this study was to determine parameters for sawdust such that modelling of the test embankment settlements can be conducted in later work. The presence of man-made deposits consisting of sawdust and wood chips have influenced several construction projects. These layers are organic, prone to settlements and can cause geotechnical challenges. The deposits consist of by-products from the wood industry and are usually found in harbor areas or at river outlets. From a geotechnical perspective there exists little information about wood materials. Laboratory investigations were conducted to improve the understanding of sawdust’s and wood chips’ material behavior. Additionally a literature study of these materials was carried out. The following were some of the key laboratory investigations performed in the study: 14 oedometer tests, of which 9 were performed with incremental loading and 5 with constant rate of strain; determination of dry density and particle density through different tests; sieve analysis for comparison of particle size distribution; standard Proctor testing for determination of the relationship between dry density and water content. Results from the laboratory investigations show that sawdust shares many characteristics with fibrous peat. Sawdust behaves equivalent plastic, meaning the relationship between Janbu’s oedometer modulus, M and effective stress is linear with modulus number m of 6–7. Larger fractions such as wood chips are stiffer. Results from both constant rate of strain and incremental loading oedometer show a large influence of creep. The coefficient of permeability of sawdust is in the order of 10e-6m/s, with inclination, beta of the k-line of 6. From the literature study it is found that friction angle, phi, is in the order of 40 degrees but is highly strain dependent and decreases with increasing water content from the dry condition. Results from the study describes sawdust and wood chips as light materials with porosity in the order of 80–90 %. Typical dry and saturated densities are found to range from 0.11–0.24 g/cm3 and 1.0–1.1 g/cm3 respectively. Loss on ignition tests indicate more than 99.5 % organic material. The laboratory work conducted in this study has contributed to further knowledge about sawdust and wood chips from a geotechnical perspective. The documented geotechnical characterizations of the materials can both be applied in the Gautschi project as well as in general contexts.