Formålet med Thaw-strain er at bidrage med viden og ekspertise om den klimatiske påvirkning af de geotekniske egnskaber af permafrossen jord til den grønlandske bygge- og anlægsektor. Ved at stille laboratoriefaciliteter til analyse af permafrosne jorde og deres mekaniske egnskaber til rådighed for studerende på Grønland bidrager projektet også med viden til bygge- og anlægssektoren.
BAGGRUNDEN
I Grønland formodes mere end 75% af de isfri landområder påvirket af permafrost, og så godt som alle bosteder nord for Maniitsoq er konstrueret i områder med permafrost. Der er i Grønland en afgørende mangel på ekspertise og faciliteter til kortlægning og analyse af permafrossen jord, hvilket betyder at sådanne undersøgelser typisk kun gennemføres på meget store projekter (f.eks. lufthavnsbyggerierne) og at de gennemføres på laboratorier i Danmark. På mindre projekter gennemføres sådanne undersøgelser sjældent på grund af de store logistiske omkostninger, og dette medfører typisk dyrere konstruktioner eller dårligere (mindre holdbare) løsninger. I områder med permafrost er specielt jordens isindhold og faren for sætninger ved opvarmning af jorden af kritisk betydning når ny infrastruktur som veje og bygninger konstrueres, eller når eksisterende infrastruktur vedligeholdes. På trods heraf, findes der ikke laboratoriefaciliteter i Grønland til analyse af permafrosne jorde og deres mekaniske egenskaber, og på større projekter hvor disse egenskaber faktisk undersøges, udføres analyserne typisk på laboratorier i Danmark (bla. ved DTU).
FORMÅLET
Dette projekt har etableret faciliteter i Grønland til måling af permafrostens isindhold og vurdering af sætningsfaren i forbindelse med den pågående klimatiske opvarmning. Gennem arbejdet med den nye celle kan de tekniske udfordringer med permafrosten kortlægges. Forsøgsopstillingen og arbejdet med denne bidrager med essentiel viden og ekspertise til den grønlandske bygge- og anlægssektor omkring den klimatiske påvirkning af de geotekniske egenskaber af permafrossen jord. Forsøgsopstillingen vil tillade simpel klassifikation af permafrosne aflejringer i Grønland. Faciliteterne benyttes til at måle jordens isindhold og hvilke sætninger der vil forekomme under gradvis opvarmning (og i sidste ende optøning) af jorden.
UDSTYRET
Der er tale om laboratoriefaciliteter til klassifikation af permafrosne aflejringer til støtte for design og vedligehold af Grønlandsk infrastruktur i et varmere klima. Udstyret er en specialbygget celle til laboratoriemåling af permafrossen jords deformation under optøning. Cellen omfatter et stempel til belastning af jorde, et målesystem til registrering af temperatur og deformation, mulighed for cirkulation af kølevæske i cellevæggen, samt mulighed for dræning og opsamling af vand fra prøven. Cellen er en tilpasning af opstillinger som er udviklet og afprøvet ved DTU og Université Laval i Canada.
Laboratorieopstillingen etableres i Sisimiut, i ARTEKs faciliteter på KTI. Forsøgsopstillingen finder i første omgang anvendelse i kursus 11854 Infrastructure constructions in the Arctic. Efterfølgende vil laboratoriefaciliteterne være tilgængelige for de øvrige kurser på Arktisk Ingeniør uddannelsen samt i forbindelse med andre tekniske uddannelser i Sisimiut, herunder de gymnasiale uddannelser og efteruddannelsesaktiviteter på KTIs Råstofskole.
METODEN
Frosne prøvers volumen måles traditionelt ved neddypning i en afkølet laboratorieolie, men på grund af oliens miljøskadelige effekter, er gennemførelsen af denne type forsøg i Grønland besværlig og omkostningsfuld. I stedet vil dette projekt benytte en 3D scanner placeret i en fryseboks, til måling af volumen af permafrosne prøver.
Efter måling af prøvens volumen, placeres prøven i en specialudviklet celle, som gør det muligt at kontrollere prøvens temperatur ved at cirkulere en kølevæske omkring prøven. Samtidig benyttes et mekanisk stempel til at udsætte prøven for en belastning, svarende til den prøven ville opleve i den faktiske situation under en given konstruktion. Nu ændres prøvens temperatur gradvist, og de sætninger der forekommer måles og optegnes som funktion af last og temperatur. Under optøningen opsamles overskydende vand fra den smeltende is, således at der kan holdes styr på systemets massebalance.
Efter forsøgets afslutning (når prøven er fuldt optøet) måles det resulterende vandindhold og korndensitet ved traditionelle metoder. På basis af disse informationer og prøvens oprindelige volumen kan jordens oprindelige isindhold beregnes og sættes i relation til de observerede sætninger under optøning.
PRØVEMATERIALET
Prøvemateriale er indsamlet i Sisimiut i forbindelsen med undervisningen på den arktisk ingeniøruddannelse. Det bidrager, sammen med arbejdet med forsøgsopstillingen, til at udbrede kendskabet til udfordringerne med de mekaniske egenskaber i permafrossen jord til det Grønlandske samfund og ingeniør-standen i Grønland.
Materiale fra Ilulissat er indsamlet i forbindelse med feltarbejde udført af forskere fra DTU Byg i 2018.
RESULTATERNE
Opstillingen kan simulere lasten fra en mindre konstruktion som påtænkes placeret i et givent område, og derved give information om, hvordan jorden vil reagere på forskellige konstruktioner ved forskellige temperaturer.
Ved direkte at inddrage de ingeniørstuderende i det eksperimentelle arbejde, sikres at fremtidens grønlandske ingeniører får et førstehåndskendskab til permafrosten og dens egenskaber.
I takt med at der etableres teknisk viden om grønlandsk permafrost, vil disse resultater blive gjort tilgængelige for den grønlandske bygge- og anlægssektor på permafrost.dtu.dk.