Nå tester vi ny teknologi for klimavennlig grunnstabilisering

Innen 2030 skal klimagassutslipp fra bygg og anleggsbransjen reduseres med 40 prosent. I KlimaGrunn går Statens vegvesen, Bane NOR og Statsbygg vitenskapelig til verks for å nå dette målet.

– Hensikten er å redusere klimagassutslipp knyttet til grunnforsterkning. Teknologien vi utvikler skal i framtida benyttes for å kunne redusere bindemiddelmengden, og dermed redusere klimagassutslippene, forteller Eivind Schnell Juvik fra Statens vegvesen, prosjektleder for KlimaGrunn. 

Grunnstabilisering slik det gjøres i dag innebærer overforbruk av bindemiddel

Det er en kjensgjerning at det brukes mer bindemiddel enn vi trenger i byggeprosjekter. I dag gjennomføres grunnstabilisering blant annet ved å blande inn mange tonn bindemiddel (vanligvis kalk- og sementprodukter) for å gjøre grunnen stabil. Prosessen bedrer grunnforholdene og øker sikkerheten, men fører samtidig til store klimautslipp- selv om kalken og sementen kommer fra norske produsenter.

Fordi man ikke har hatt gode nok metoder til å kunne måle styrken man oppnår, brukes det mer bindemiddel enn nødvendig for å være sikker på at riktig styrke oppnås og at grunnen blir trygg å bygge på.  KlimaGrunn utvikler en løsning som gjør at vi kan måle styrken på et senere tidspunkt i herderforløpet. Dermed vil man klare å dokumentere at styrken er høyere enn det vi klarer å dokumentere i dag siden vi utfører tester på et tidlig tidspunkt.

Den nye teknologien KlimaGrunn utvikler skal altså dokumentere effekten av grunnforsterkningen med større presisjon.  Mer om utviklingen av metoden i artikkelen Lavere CO2-utslipp med bedre testmetode

Juvik forteller som eksempel at på veiprosjektet E6 Trondheim-Melhus ble det satt ned 47 000 enkeltpeler, tilsvarende 1 million lengdemeter med kalk- og sementpeler. I dag brukes mellom 80 og 120 kilo bindemiddel per kubikkmeter leire. Det er altså snakk om store mengder!

– Vi vet at mellom 30 og 40 prosent av klimautslipp i veiprosjekter kommer fra kalksementpeling, og en reduksjon i bruken av bindemiddel har dermed et stort potensial for å redusere det totale klimautslippet. Hvis vi for eksempel kan redusere bruken av bindemiddel ned til 45 kilo per kubikkmeter kan vi potensielt halvere bruken, fastslår Juvik.

Statens vegvesens prosjekt E18 Vestkorridoren var initiativtaker til å finne bedre metoder for grunnstabilisering for å redusere klimautslipp, og nå stiller de både areal og entreprenør (Skanska) til disposisjon for at KlimaGrunn-prosjektet skal få gjennomført feltforsøk i cirka tre måneder.

– Med den nye teknologien KlimaGrunn nå tester ut, ser vi med optimisme på et potensial for å redusere mengden bindemiddel som brukes i bygg-og anleggsbransjen i byggeprosjekter, sier Ian Markey, plan- og prosjekteringsleder for E18 Vestkorridoren.

Sensorteknologi og seismikk skal benyttes for å måle styrken i pelene over tid

Multiconsult, Cautus Geo, Norcem og Argeo står for utviklingen av den nye løsningen. Oppdragsgiverne Statens vegvesen, Statsbygg og Bane NOR er sterkt medvirkende i diskusjonene og stiller forsøksfelt til rådighet for testing av løsningen.

Feltforsøket som skal utføres nå er det første av tre forsøk. I dette første feltforsøket skal den nyutviklede metoden for prediksjon av oppnådd styrke i kalksementpeler testes.  

Cautus Geo og Argeo skal benytte sensorteknologi og seismikk for å overvåke herdeprosessen i pelene i felt, og måle parametere som kan korreleres til oppnådd styrke og stivhet. I tillegg benyttes seismikk for å undersøke homogeniteten i pelen over hele dybden. Måleresultatene skal sammenlignes med laboratorieresultater fra forsøk utført på bindemiddelstabilisert leire ved Multiconsults laboratorium på Skøyen. 

– Arbeidet i laboratoriet har dreid seg om å finne en bedre metode for å sikre samsvar mellom oppnådd styrke målt i lab, og oppnådd styrke målt i felt. Det som er spennende er at vi nå tar i bruk sensorteknologi og seismikk for å måle og overvåke herdeprosessen i felt. Både sensorer og seismikk er kjent teknologi, men de har aldri blitt brukt i denne sammenhengen før, sier Juvik. 

Sensorene som Cautus Geo har plassert i den ene pelen brukes blant annet også i landbruket for å måle vann og saltinnhold i grunnen. Argeo benytter seismikk for detaljert kartlegging av pelens skjærbølgehastigheter. Styrken til pelen evalueres basert på de seismiske resultatene, og vil kunne vurderes helt ned på centimeternivå, en presisjon som hittil ikke har vært mulig.

– Ved hjelp av å kombinere data fra disse to teknologiene skal vi teste om det faktisk er slik at måleresultatene av styrken og stivheten oppnådd i prøver på laboratoriet er likt som styrken oppnådd i felt, forklarer han.

Nøyaktig kunnskap om oppnådd styrke i kalksementpeler er en nyvinning

I Norge kontrolleres som oftest styrken og homogeniteten i bindemiddelstabiliserte peler med FOPS (forinstallert omvendt pelesondering). FOPS består av en vinge som installeres like i underkant av pelen, og denne vingen er festet til en wire som går opp gjennom pelen til terrengoverflaten. Skjærfasthet og homogenitet i pelen bestemmes basert på målte verdier under trekking av FOPSen. Utfordringen med denne metoden er at styrkeøkningen i pelen skjer såpass raskt at wiren kan ryke under trekking. Derfor utføres testen allerede etter 3-7 dager. Det meste av styrkeutviklingen skjer i løpet av de første 28 døgnene etter installasjon, og testene utføres altså tidlig i herdeforløpet. For å være sikker på at tilstrekkelig styrke oppnås etter 3-7 dager, benyttes det derfor ofte langt høyere bindemiddelmengder enn nødvendig.

KlimaGrunn utvikler metoder som kan benyttes for å bestemme styrke og homogenitet i pelen på ulike tidspunkt i herdeforløpet. Slik vil man kunne verifisere oppnådd styrke i pelen på et senere tidspunkt enn ved å benytte dagens målemetoder. Ved å øke tidsrommet fra installasjon til test vil en større del av styrkeutviklingen ha funnet sted, og dagens overforbruk av bindemiddel vil kunne reduseres betraktelig. Ved å redusere bindemiddelmengden reduseres også klimagassutslippene knyttet til grunnforsterkning.

– Det som har vært utfordrende før er å vite nøyaktig hvor stor styrke man oppnår i felt, siden resultatene mellom laboratorieprøver og felttester kan variere. Dette kombinert med at FOPS-metoden innebærer at vi tester oppnådd styrke tidlig i herdeprosessen, er årsaken til at vi tradisjonelt sett har brukt mye mer bindemiddel enn nødvendig for å være helt sikre, forklarer Juvik.

– Det at vi nå tar i bruk sensorteknologi og seismikk betyr at vi kan undersøke pelenes oppnådde styrke over lengre tid – og ikke minst langs hele pelens lengde: slik får vi mer nøyaktig kunnskap om hvor mye bindemiddel vi trenger å bruke for å oppnå den styrken og stivheten vi ønsker og trenger. Med den nye teknologien kan vi dokumentere oppnådd styrke over flere måneder om vi vil, tilføyer han.

– Vi gleder oss til å ta med prøvene fra kalksementpelene til laboratoriet nå, for å teste om vi får tilsvarende data i laboratoriet som ute i feltforsøket. Det som er spesielt interessant er at vi nå får muligheten til å måle pelene over tid, det er en ny måte å jobbe på, sier Tonje Eide Helle fra Multiconsult, som er prosjektleder for leverandørene som utvikler den nye teknologien.

Mål: én felles metodikk for hele bygg- og anleggsbransjen

– I Norge bygger vi både vei, jernbane og bygg på ustabil grunn, derfor er grunnstabilisering nødvendig i mange byggeprosjekter. Hvis feltundersøkelsene gir oss de resultatene vi håper på, er målet at denne nye teknologien vil erstatte dagens å dokumentere styrken i stabilisert grunn, og revolusjonere hele bygg- og anleggsbransjen. KlimaGrunn er et innovasjonspartnerskap, det betyr at vi forsker på nye metoder, vi er selvsagt optimistiske og håper at vi får de resultatene vi ønsker, avslutter Juvik.

Les om feltforsøket i Teknisk Ukeblad: Når disse forskerne har løst "kalksementgåten" kan utslippene fra bygg og anlegg gå drastisk ned

Fakta om KlimaGrunn

KlimaGrunn er et innovasjonspartnerskap mellom Statens vegvesen, Bane NOR og Statsbygg. Sammen skal de videreutvikle teknologi og metoder for måling av styrke i grunnstabilisering i bygge- og anleggsbransjen. Hensikten er å redusere CO2-utslipp ved å unngå overforbruk av grunnstabiliserende materiale (bindemiddel), i forbindelse med utbyggingsprosjekter.

Innovasjonspartnerskapet finansieres i hovedsak av Innovasjon Norge, og utføres i samarbeid med firmaene Multiconsult, Cautus Geo og Norcem, med Argeo som underkonsulent. Mer informasjon på nettsidene til KlimaGrunn