EXAMENSARBETE. Kvalitetssäkring av bergtäkten Verksamheten, Skarvsjö 2:126. Jonatan Jonsson. Luleå tekniska universitet

Transkript

1 EXAMENSARBETE 2009:018 HIP Kvalitetssäkring av bergtäkten Verksamheten, Skarvsjö 2:126 Jonatan Jonsson Luleå tekniska universitet Högskoleingenjörsprogrammet Bergmaterialingenjör 80 poäng Institutionen för Samhällsbyggnad Avdelningen för Geoteknologi 2009:018 HIP ISSN: ISRN: LTUHIPEX09/018SE

2 Luleå tekniska universitet Högskoleingenjörsprogrammet Bergmaterialingenjör 80 poäng Foto Jonatan Jonsson 2007 Kvalitetssäkring av bergtäkten Verksamheten, Skarvsjö 2:126 Namn: Jonatan Jonsson Handledare: Karel Miskovsky 1

3 Förord... 3 Sammanfattning... 4 Summary Inledning Bakgrund Produktion i västerbottens län och Storumans kommun Allmänt om täkten Mål och syfte Metodbeskrivning Datainsamling Täktbesiktning Mekaniska analyser Kulkvarn Los Angeles Microdeval (ENSS 10971) Korndensitet Flisighets index Glimmerhalt Resultat Täktens geologiska och strukturgeologiska förhållanden Petrografisk analys Resultat av mekaniska analyser: Geologisk situation Sammanställning och utvärdering av resultat Diskussion & slutsatser Referenser Bilaga Bilaga Bilaga

4 Förord Detta examensarbete om 10 poäng är den avslutande delen av bergmaterialingenjörsprogrammet 80 poäng vid instutionen för samhällsbyggnad, Luleå universitet. Jag vill tacka Leif Lindkvist och Jan Lindkvist på Lindkvist Åkeri AB, alla som jobbar på Vägverkets Väglaboratorium i Umeå, SGU i Malå, professor Karel Miskovsky, Marlene Lindkvist och Lisbeth Wretling. Alla dessa personer har medverkat med material, handledning och annan hjälp som behövts. Hörnefors 2009 Jonatan Jonsson 3

5 Sammanfattning Syftet med detta examensarbete är att säkerställa kvalitet i bergtäkten Verksamhet, ägt av E. Lindkvist Åkeri AB. En kvalitetssäkring ger nödvändig information både för täktägaren och för ev. köpare av bergmaterial. Arbetet baseras på information från Länsstyrelsen, på intervjuer med täktägaren, på studier av berggrundskartor från SGU i Malå och på fältstudier. Vidare information har hämtats från internet och facklitteratur, se referenslista. Representativa prov har testats i avseende på mekaniska egenskaper vid vägverkets väglaboratorium i Umeå. Fältundersökningarna har visat att den aktuella täkten utgörs till 92 % av gabbro. Det betyder att materialet i täkten har bra motstånd mot fragmentering och nötning och lämpar sig väl som material till vägkonstruktioner. Täkten är homogen. Resterande 8 % är aplit och pegmatit.. Täktens bergmaterial kan användas som slitlager, bärlager, förstärkningslager i vägkonstruktioner och SJmakadam enligt SSEN krav. Kvalitetssäkringsarbetet stötte på problem p.g.a. SSEN krav. SSEN kraven har bara giltighetstid på ett år vilket innebär att kvalitetssäkringen i princip är giltig i ett år. Det enda som är giltigt i mer än ett år är den petrografiska analysen, se bilaga. Med kunskap om täktens bergmaterialkvalitet kan man bl. a. optimera sprängning och krossning. 4

6 Summary The purpose with this examine work is to secure the quality of the quarry, owned by E. Lindkvist Åkeri AB. A quality fuse gives necessary information for the owner and for eventually buyer of rock material. The work is based on information from The County Administration in Sweden, on interviews with the quarry owner, on studies of rock grounds maps from SGU in Malå and on field studies. Further information has been picked up from internet and from technical literature, attached in the reference list. Representative tests have been tested in consideration on mechanical qualities by The National Road Administration road laborations in Umeå. The field investigations have shown that the actual quarry consists of 92% Gabbro. That means that the material in the extract of the rock has well resistant against fragmentation and abrading and suits well for material to road constructions. The area is homogeneous. The rest of 8% consist of aplite and pegmatite. The areas rock material can be used as drudgery, carry and reinforcement cover on road constructions and railway macadam according to SSEN requirement. The secure of the quality work had some problems due to SSEN requirement. The SSEN had only a valid time in one year which meant that the secure of the quality is only valid in one year. Though is the petrography analyze valid more than one year, se attached doc. With knowledge of the areas rock quality is it possible to optimize blasting and crushing. 5

7 1. Inledning 1.1 Bakgrund Bergmaterial är en produkt som många pratar om i samband med väg och järnvägsbyggnationer. Tyvärr saknar både entreprenörer och beställarmyndigheter den kunskap om bergmaterial som behövs för dess rationella utnyttjande. Dagens vägkonstruktioner ställer allt högre krav på bergmaterialets hållbarhet. Ökande tunga transporter och tätare trafik gör att man måste välja noggrant vilket bergmaterial man använder, så att det håller för den trafikmängd det är avsett för. I och med detta måste ballastindustrin kvalitetssäkra sina bergtäkter och använda bergmaterial av rätt kvalitet till ändamålet. I västerbottens län (AC) år 2006 fanns det 55 tillståndsgivna bergtäkter. I Sverige fanns det 576 bergtäkter med tillstånd. År 2006 fanns det totalt 2584 täkter i Sverige. Regeringen har givit SGU i uppdrag att minska användningen av naturgrus i Sverige. År 2010 ska Sverige högst använda 12 miljoner ton naturgrus. Det som anses svårast att ersätta naturgruset med är användningen i betongframställningen, p.g.a att kvalitetskrav och tekniska aspekter är svårast att lösa utan användning av naturgrus. 1.2 Produktion i västerbottens län och Storumans kommun Västerbotten är som i hela norrland väldigt glest befolkat och av den anledningen fodras det mycket vägar. Nedan redovisas vad ballasten använts till i västerbotten under året % vägar 3% betong 11% fyllnadsmaterial 18% övrigt I tabell redovisas ballastproduktion i Storumans kommun och västerbottens län under Tabell: Produktion ballast under 2006 i Storumans kommun samt Västerbottens län totalt naturgrus morän krossat övrigt antal täkter Storumans ton berg kommun Västerbottens län

8 1.3 Allmänt om täkten E. Lindkvist åkeri AB ansökte om täkttillstånd på fastigheten Långnäs 2:7 i Tillståndet blev beviljat Bolaget förvärvade fastigheten Skarvsjö 2:126 på ca 77 ha av KurtLennart Johansson. Under 2005 ändrade Länsstyrelsen fastighetsbenämning från Långnäs 2:7 till Skarvsjö 2:126. Tidigare gjorda undersökningar i den aktuella bergtäkten utfördes av Berg och Gruvundersökningar AB (050407). Bergmaterialingenjör Eva Johansson har under 2001 skrivit ett examensarbete om Verksamhetens bergtäkt med titeln En enskild bergtäkts miljöpåverkan. Utöver dessa undersökningar finns inga undersökningar gjorda. Täkten är belägen ca 20,2 km söder om Storuman, och 3,5 4 km sydväst om Skarvsjöby. Avståndet till väg E45 är 1 km. Närmaste bebyggelse ligger ca 1 km öster om täkten vid E45. Den dominerande bergarten i bergtäkten är gabbro (96%). Andel av övriga bergarter (granit, aplit och pegmatit) är ca 4 vol. procent. Andelen av övriga bergarter är så låg att den inte påverkar ballastprodukternas kvalitet. Gabbro lämpar sig allmänt som ballast till slitlager, bärlager och förstärkningslager i vägkonstruktioner som järnvägsmakadam och till dammbyggen och som erosionsskydd. Den kan även användas som bastusten. 1.4 Mål och syfte Undersökningens mål var att säkra kvalitetsproduktionen flera år framåt. Motivering till genomförande av en kvalitetssäkring är att kvalitativt och kvantitativt bedöma täktens bergmaterial för att kunna styra produktionen på ett rationellt och ekonomiskt sätt. Som exempel kan nämnas att ballast till slitlager har ett högre marknadsvärde än ballast till förstärkningslager, dock ställs det högre krav på slitlagerprodukten. I och med att kvalitetssäkringen är gjord har täkt ägaren ett bevis på råvarans egenskaper och produkternas användningsområden. 2. Metodbeskrivning De metoder som använts är: Datainsamling. 7

9 Täktbesiktning. Provtagning Mekaniska analyser. 2.1 Datainsamling Insamling av fakta har skett genom telefonkontakt och personliga möten med Leif Lindkvist (E.Linkvst Åkeri AB, Jan Lindkvist (E.Lindkvist Åkeri AB), Mats Jonsson (Vägverkets Väglaboratorium i Umeå), Jerry Jonsson (SGU Malå) och handledaren Karel Miskovsky (LTU). Datainsamling har även gjorts via internet. 2.2 Täktbesiktning Bergtäkten besöktes två gånger under 2007 ( och ). Under besöken fylldes ett fältprotokoll i med data om täktens geologiska och strukturgeologiska förhållanden. Ett representativt prov från ett upplag togs för mekaniska analyser (25 kg). 2.3 Mekaniska analyser Tester på representativt materialprov gjordes under sommaren 2007 på vägverkets väglaboratorium i Umeå. Provet krossades och siktades. De använda testmetoderna var nordiskt kulkvarnsvärde, Los Angeles värde, Microdeval, korndensitet och glimmerhalt i finfraktion Kulkvarn Ett bergmaterials motstånd mot nötning från dubbdäck. Testfraktionen är 11,216 millimeter enligt SSEN Testmaterialet och ett antal kulor med diametern 15 millimeter samt två liter vatten fylls i en trumma. Trumman är utrustad med lyftribbor. Efter att trumman har roterat i 60 minuter bestäms den mängd av provet som passerar en 2 millimeter sikt. Det som passerat 2 millimeter sikten beräknas i procent i förhållande till den invägda provvikten. Kulkvarnsvärde = viktprocent <2mm Los Angeles Materialets hållfasthet är viktig i uppbyggnaden av vägbanken och får därför inte vara för sprött. Fragmentering av material testas genom Los angeles metoden. Los angeles värde provas enligt SS8

10 EN på fraktionen 1014 mm. Provfraktionen med 11 st betydligt större stålkulor stoppas i Los angeles trumman. Trumman är försedd med lyftribbor som lyfter stenprovet och stålkulorna till topp positionen i Los Angeles trumman som snurrar 32 varav per minut. Sedan faller de till botten av trumman och materialet utsätts för en typ av krossning från stålkulorna. Los Angeles värdet är det material som passerar 1,6 mm sikten efter siktning av provet som körts i Los Angeles trumman. Det som passerat 1,6 mm sikten uttryckt som viktprocent av det invägda provet blir LAvärdet. Ju högre LAvärde desto sämre sprödhetsegenskaper har materialet Microdeval (ENSS 10971) Bergmaterialets motståndskraft mot nötning. Microdeval metoden är snarlik kulkvarnsvärde med den stora skillnaden att microdeval trumman saknar lyftribbor.. Provet blir därför lite mer rundat efter körning i microdevaltrumman än i kulkvarnstrumman där proverna blir mer skarpkantade. Microdeval värdet viktprocent <2mm Korndensitet Ett torkat prov med partiklar större än 5,6 mm vägs i luft. Provet placeras i en provbehållare nedsänkt i vatten. Provets volym bestäms genom Arkimedes princip efter vägning. Korndensiteten erhålls som förhållande mellan provets vikt och volym ( FAS metod 20898) Flisighets index Ett flisighetsindex är beskrivningen på hur materialet är format efter krossning. Flisiga material bryts lättare ner, därför kan man med flera krossteg med avslutande kubisering minska andelen flisiga och stavformade stenar gjorde vägverkets väglaboratorium en analys på flisighetstal på ett prov från verksamheten Glimmerhalt En analys av andelen friglimmer i fraktionen 0,1250,25mm. Det skedde genom att man räknade glimmer korn och fick på så sätt ut en uppskattad glimmerhalt. 9

11 3. Resultat 3.1 Täktens geologiska och strukturgeologiska förhållanden Verksamheten ligger i ett område där berggrunden domineras av gabbroider. Täktens berggrund är homogen med hög sprickfrekvens, hög sprickfrekvens är >10 sprickor per meter. Sprickorienteringen har vertikal stupning och sprickmönstret är rombiskt och kaotiskt. Inga krosszoner är identifierade. I mitten av brytningsområdet finns en aplitgång som är ca 0,4 meter bred med riktningen N45O. Det förekommer även flera små aplitgångar. Dessa är dock inte intressanta ur produktionsperspektiv. Även den stora aplitgången har ingen större påverkan ur produktions aspekt. Gabbro är en magmatisk djupbergart. Strukturen är massformig dvs. mineralen är jämnt fördelade i bergarten. Kornstorleken är 15 millimeter och klassas då som medelkorning. Den undersökta bergarten är välutkristalliserad och jämnkornig. 3.2 Petrografisk analys År 2005gjordes en förenklad petrografisk analys enligt metoden EN Analysen beställdes av NCC Roads. Väglaboratorium i Umeå och Berg och Gruvundersökningar AB i Ånäset utförde analysen. Inget tunnslip görs i den förenklade analysen. Sammanfattning av den förenklade petrografiska analysen lyder: Ballastprovet utgörs till 92% av medelgrovkornig gabbro och resterande 8% av aplit, pegmatit och mylonit. Den uppskattade totala glimmerhalten är mindre än 5%. Analysen bifogas som bilaga Resultat av mekaniska analyser: Kulkvarnsvärde: 12 Fraktion 11,214 Los Angelesvärde: 12 Fraktion 811,2 Microdevalvärde: 9 Fraktion 811,2 Korndensitet: 2,97 g/cm3 Glimmer i finfraktion: ~4% Flisighetstal: 1,32 Fraktion 11,216 ( ) 10

12 3.4 Geologisk situation Inga synliga förändringar finns för ögat sett efter brytningsfronten. Enligt information från SGU:s kartor finns det en mindre än 50 meter bred gång av meta granodiorit till meta tonalit i ungefär mitten på berget där täkten är belägen. I dagsläget har det ingen betydelse eftersom täktområdet ej sträcker sig så långt. 4. Sammanställning och utvärdering av resultat Verksamhetens material klassas som Bergtyp 1 enligt ATB väg Enligt mekaniska analysers resultat lämpar sig gabbron utmärkt till förstärkningslager, bärlager och slitlager på vägar med lägre årsdygnstrafik (ÅDT) samt till makadamballast för järnvägar. Trots att det undersökta bergmaterialet klarar krav på grusslitlager anses det dock mindre lämpligt som grusslitlager p.g.a. dess låga nötnings och fragmenteringsvärden (risk för s.k. rullgrus). Enligt ATB väg 2005 klarar Verksamhetens material krav på: Förstärkningslager till belagda vägar Krav: om förstärkningslager trafikeras skall microdeval vara max 20. Om förstärkningslager inte trafikeras skall microdeval vara max 25). Bärlager till belagda vägar. Krav: om bärlager trafikeras skall microdeval vara max 20. Om bärlager inte trafikeras skall Microdeval vara max 25. Motstånd mot nedkrossning: Los angelesvärde max 40). Petrografi: Krav: Hos följande bergarter skall halten av fri glimmer bestämmas: Granit, med glimmerhalt >30% Syanit, granodiorit Amfibolit Gnejs Skiffer Är glimmerhalten mellan 3050% får inte bärlager trafikeras av tungtrafik). Slitlager Kravnormer på slitlager enligt ATB

13 Flisighetsindex Krossytegrad,C Kulkvarnsvärde Kulkvarnsvärde,trafikerat lager Los Angelesvärde <0,5 20 C 50/ ÅDT x ,51,5 1,53, C 50/30 C 50/ ,57,0 20 C 50/ Makadamballast för järnväg. Banverket BVS Krav på bergmaterial till banvallar. Krav: bergmaterialets kvalitetsbedömning skall baseras på petrografisk analys. Kvartshalten skall redovisas. Bergarter med hög kvartshalt är ickegodkända av arbetsmiljöskäl. Glimmerinnehållet får vara max 10 volymprocent. Beställaren avgör om materialet är godtagbart vid glimmerhalt mellan 10 och 25 volymprocent. Vid absortion >0,5% vatten frystö test. Mekaniska egenskaper testas med LAmetoden (fr.1014) max 24. Microdeval skall deklareras. Färdig produkt skall ha kubisk form och LTindexet testat på fraktion 31,563,0 skall vara lägst 90%. Nedan följer exempel på materialkrav som täktens material inte uppfyller p.g.a. för bra nötningsegenskaper. Grusslitlager Krav: Microdeval max 35, men Microdeval mindre än 14 ska undvikas då det finns risk för att det blir rullgrus. Ett Microdevalvärde som är mer än 30 finns det risk för överskott av finmaterial. Petrografi hos följande bergarter skall halten av fri glimmer betsämmas: Granit, med glimmerhalt >30% Syenit, granodiorit Amfibolit Gnejs Skiffer Glimmerhalten får ej överstiga 40%. 5. Diskussion & slutsatser Enligt analys resultaten är det till 92% gabbro i täkten. Täkten kan betraktas som homogen. Apliten och pegmatiten är i så små mängder att dessa ej har någon inverkan på slutresultatet om de samkrossas med gabbron. De mekaniska analyserna pekar på att materialet står emot nedkrossning 12

14 och nötning väldigt bra. Materialet går utmärkt att använda som slitlager, bärlager, förstärkningslager och sjmakadam enligt SSEN kraven. Eftersom täktens bergmaterial kan klassas som homogent är den provtagning som gjordes tillräckligt för kvalitetssäkring. Alternativa användningsområden för gabbron skulle kunna vara damm och älvs erosionsskydd där höga krav ställs. Gabbron som bastusten är också en möjlighet. För marknadsföring rekommenderas dock noggrannare petrografisk analys, d.v.s. en fullständig analys baserad på tunnslip. Kvalitetssäkrings arbete stötte på problem p.g.a. europanormer. Provresultat från kulkvarnsvärde, flisighetstal och Microdeval mm måste redovisas minst 1 ggr/år om täkten producerar mindre mängder av ballast. Om täkten däremot producerar mycket stora mängder, skickas prover in löpande under året i avseende till produktionsmängden. I och med detta är begreppet kvalitetssäkring giltigt i max 1 år om man ska använda provresultaten i produktionen. Det enda som är giltigt mer än 1 år är den petrografiska analysen. Samtidigt är en kvalitetssäkring ett dokument på vilket bergmaterial och vilka volymer finns i täkten. Dessa uppgifter är användbara vid t.ex. anbudsförfaranden. En fullständig kvalitetsundersökning är kostsam. Fördelen är att det finns dokumentation på kvalitet och volym. Kvalitetssäkringen ska förhoppningsvis skapa möjligheter för täktägaren (E. Lindkvist Åkeri AB)att på ett rationellt sätt utnyttja täktens bergmaterial. Med tanke på täktens läge i förhållande till inlandsbanan som passerar täkten på 200 m avstånd skulle man med lätthet kunna transportera ballastprodukter på järnväg och utöka marknadsradie.. Att börja leverera sjmakadam skulle vara en positiv utveckling för täkten. 13

15 Referenser Rapporter och andra tryckta publikationer Miškovský, K. (2003). Stenmaterialkunskap, Kompendium, Geoprospekt Nord AB, Umea Vägverket (2005). Allmän teknisk beskrivning för vägkonstruktion, ATBVäg 2005, Vägverkets publikation 2005:23036, Borlänge Vägbyggnad Europastandard SSEN och SSEN (obundna lager) ATB VÄG 2005 Asfalt ATB VÄG 2005 Anläggnings AMA 98 Länsstyrelsen Västerbottenslän (2007), Umeå Sveriges geologiska undersökning (2006). Grus, sand och krossberg, produktion och tillgångar 2006, SGU:s Per.publ. 2007:3, Uppsala Sveriges geologiska undersökning (2007). Malå Banverket (2007). Sverige Järnvägsballast (Makadamballast för järnväg) Europastandard SSEN Banverkets standard BVS Europastandard SSEN (övrig ballast) 14

16 Bilaga 1 15

17 Bilaga 2 16

18 Bilaga 3 17