A study of the influence of organic matter on the geotechnical properties of an intermediate soil

Abstract

Organisk jord er i en byggrelatert sammenheng fryktet for sin myke oppførsel og sitt høye deformasjonspotensial. Når organisk materiale er tilstede i mineraljordarter har det tidligere blitt funnet at jordens egenskaper for det meste nærmer seg dem til organisk jord. Denne masteroppgaven undersøker påvirkningen lave innhold av organisk materiale kan ha på de geotekniske egenskapene til intermediære jordarter. For å få svar på dette blir det gjort en litteraturstudie, i tillegg til å utføre og tolke forskjellige laboratorieforsøk. Det praktiske arbeidet best˚ar av to deler; (1) utførelse og tolking av indeksforsøk og inkrementell last ødometerforsøk p˚a rekonstruerte prøvestykker av en kunstig jordblanding av Halden silt og tilført torv, og (2) studier av allerede bestemte parameterverdier fra indeks-, ødometer- og treaksialforsøk tidligere utført p˚a naturlige jordprøver fra Halden. Parameterverdiene fra de to arbeidene er studert opp mot jordens innhold av organisk materiale samt andre jordegenskaper. De kunstige jordprøvene hadde et tilført organisk innhold på rundt 0, 0,4, 0,8 og 3,8 % Total Organisk Karbon TOC. De naturlige jordprøvene hadde et innhold av organisk materiale mellom omtrent 0,15 og 0,55 % TOC. Både de tidligere utførte labtestene og testene utført av forfatteren indikerte at den omrørte jorden sin plastisitet økte med økende innhold av organisk materiale. For det siste tilfellet ble dette sett i området 0 − 0,4 − 0,8 % TOC. Ødometertestene utført av forfatteren indikerte at sekundær kompresjon øker med økende organisk innhold selv i området 0 − 0,8 % TOC. Usikkerheter rundt testprosedyren og parameterbestemmelsene kan ha påvirket resultatene noe, men forfatter kommer frem til at de ikke er av en størrelse som hadde virket inn på funnene i nevneverdig grad. Etter analyser av ødometertestene utført av forfatter samt parameterstudien på de tidligere utførte ødometertestene diskuteres det at jordprøvenes opprinnelige tørre tetthet og poretall er minst like viktige som det organiske innholdet når variasjonene i stivhet skal forklares.

Organic soils are in a civil engineering sense feared for their soft behavior and characteristically high potential for compression. When organic matter is present in mineral soils, an increase in the organic content has been found to mostly make the soil behavior approach the one exhibited by organic soils. This master’s thesis investigates the influence of organic matter on the geotechnical properties of intermediate soils. It does so by performing a literature survey, in addition to performing and analysing various laboratory tests. The practical work consists of two parts; (1) perform and interpret index tests and incremental loading oedometer tests on reconstituted specimens of an artificial mixture of Halden silt and added peat, and (2) studies of already determined parameter values from index-, oedometer- and triaxial- tests previously conducted on the natural Halden soil. The parameter values from the two parts is studied with respect to the soil’s content of organics in addition to other soil characteristics. The artificial soil had added organic contents of 0, 0.4, 0.8 and 3.8 % Total Organic Carbon TOC. The natural soil had organic contents varying between approximately 0.15 and 0.55 % TOC. Both the previously conducted lab tests and the tests performed by the author indicated that the plasticity of the remolded soil increased with increasing contents of organic matter. For the latter, the correlation was seen in the range 0−0.4−0.8 % TOC. The oedometer tests performed by the author indicated that secondary compression also increased with increasing organic contents. This was seen even in the range 0 − 0.8 % TOC. Uncertainties associated with the test procedure and the parameter determinations may have influenced the results to some degree, but the author discusses that their magnitude is likely not high enough to have affected the findings notably. After analyses of the oedometer tests performed by the author and the parameter study on the previously performed oedometer tests, it is discussed that the soil specimens’ initial dry density and void ratio are at least as important as the organic content when explaining the variations in stiffness.