EXAMENSARBETE INOM TEKNIK, GRUNDNIVÅ, 15 HP STOCKHOLM, SVERIGE 2018 Strukturgeologisk karaktärisering av Getåravinen En visualisering av lineamentsstudie med prediktioner och modellering inför Ostlänken RAGNAR ANDERSSON OCH PIERRE WIKBY KTH SKOLAN FÖR ARKITEKTUR OCH SAMHÄLLSBYGGNAD
Sammanfattning Ostlänken är en planerad höghastighetsjärnväg mellan Järna och Linköping med stegvis byggstart från 2017, ett omfattande projekt som inkluderar totalt cirka 20 kilometer tunnel, varav en tunnel planeras att korsa Getåravinen. Undermarksbyggande är komplicerat och kontakt med svaghetszoner i berg innebär ökade risker för anläggning, miljö och omgivande fastigheter. För att åstadkomma en riskbedömning, dimensionering och ekonomisk kalkyl utförs undersökningar och ingenjörsgeologiska prognoser av bergkvalité och geologisk struktur. Studier har visat ett samband mellan naturliga lineament och svaghetszoner i berg. Därför var uppsatsens syfte att bedöma geologiska byggbarhetsfaktorer genom en strukturgeologisk karaktärisering av lineamentet Getåravinen. Arbetet fokuserade på ett avgränsat område inom Getåravinen där Sweco, på uppdrag av Trafikverket, har utfört ingenjörsgeologiska undersökningar inför den planerade anläggningen av Ostlänken. Arbetet utgick från en studie av lineament genom geologiska kartor, kärnborrprov och hällkarteringar kring Getåravinen, dessa analyserades sedan för att identifiera strukturgeologiska samband. Metoderna Inverse Distance Weighted och kriging användes för att prediktera berget i borrkärnornas omgivning utifrån kvalitéklassningarna Rock Mass Rating, Q-systemet och Rock Quality Designation. För att visa resultatet pedagogiskt och förbättra underlaget inför byggteknisk diskussion visualiserades resultatet i en Building Information Model i mjukvaruprogrammet AutoCAD Civil 3D. Resultatet visade cirka 20 avvikelse mellan lineamentet och huvudsprickriktningen i Getåravinen, det bekräftade ett sprickmönster som då generellt kan antas gälla för lineament vilket är användbar information vid undermarksbyggande. Prediktionerna visade en rumslig beskrivning av bergets klassificeringar och samband med lineamentet. Nyttan av prediktiva metoder var därmed god då även effektiv kvantifiering av bergklasserna möjliggjordes vilket kan implementeras vid undermarksbyggande. Nyckelord Strukturgeologi, BIM, lineament, kriging, IDW, RMR, Q, RQD
Abstract The East Link is a planned high-speed rail link between Järna and Linköping with a gradual construction start in 2017, a comprehensive project covering a total of approximately 20 kilometers of tunnel, of which one tunnel is planned to cross the Getå ravine. Subsurface construction is complicated, and contact with weak zones in the rock implies increased risks for the tunnel construction, the environment and the surrounding real estates. In order to accomplish a risk assessment, dimensioning and economic calculation, geological engineering investigations of the rock s quality and geological structure are carried out. Studies have shown a relationship between natural lineaments and weaknesses in the rock. Therefore, the purpose of this thesis was to assess geological constructability factors in the Getå ravine by using a characterization of structural geology. The focus was within a demarcated area where the consulting firm Sweco, on behalf of the Swedish Transport Administration, had performed engineering geological surveys for the planned construction of the East link. The thesis was based on a study of lineament in geological maps, core drill samples and bedrock mapping in the surroundings of the Getå ravine, which were later analysed to identify structural geological relations. The methods Inverse Distance Weighted and Kriging were used to predict the rock ambient to the core kernels based on the quality ratings Rock Mass Rating, Q System and Rock Quality Designation. In order to visualize the results pedagogically and enhance the basis for technical discussion regarding civil engineering, the results were visualized in a Building Information Model in the software AutoCAD Civil 3D. The result showed approximately 20 deviation between the lineament and the primary joint strike in the Getå ravine, it confirmed a joint pattern that can be generally assumed for natural lineaments which is useful information in subsurface construction. The predictions showed a spatial distribution of the rock's different quality ratings and relationship with the lineament. The utility of the predictive methods was therefore certain because of efficient quantification of the rock quality was made possible, which can be implemented when characterizing the rock into quality domains prior subsurface construction. Keywords Structural geology, BIM, lineament, kriging, IDW, RMR, Q, RQD iii
Tackord Tack till Bo Olofsson, professor vatten- och miljöteknik, KTH, för handledning. Tack till Karl-Johan Loorents, specialist bergteknik, Trafikverket, för handledning. Tack till Linnéa Muje Hedenberg, administratör, Trafikverket, för stöd och samordning. Tack till Tomas Luthman och Hans Hägermarck, ingenjörer, Sweco, för data och modell. Tack till J.W. Buist, kodare på forumet Mathworks, för programkod. Tack till anhöriga, för tålamod. iv
Innehållsförteckning Sammanfattning... ii Nyckelord... ii Abstract... iii Keywords... iii Tackord... iv Figurförteckning... vi 1. Inledning... 1 1.1 Trafikverkets arbetsprocess för berganläggningar... 3 1.2 Ostlänken... 3 1.3 Syfte... 4 1.4 Frågeställning... 4 1.5 Kolmårdens strukturgeologi... 5 1.6 Getåravinens strukturgeologi... 5 2. Metod... 6 2.1 Avgränsning... 6 2.2 Utförda undersökningar... 7 2.3 Lineamentsstudie... 7 2.4 Sondering... 8 2.5 Hällkartering... 8 2.6 Kärnborrprov... 8 2.6.1 Rock Mass Quality (Q-systemet)... 9 2.6.2 Rock Mass Rating (RMR-systemet)...10 2.6.3 Beskrivning av kärnborrprov...10 2.7 Prediktion... 11 2.8 Datamodellering och visualisering... 12 3. Resultat... 13 3.1 Prediktioner... 13 3.1.1 IDW... 14 3.1.2 Kriging... 18 3.2 Lineamentsstudie... 19 3.3 Visualisering i BIM... 20 4. Diskussion... 22 4.1 Data... 22 4.2 Prediktion... 23 4.3 Lineament... 23 4.4 Berganläggningsprojekt... 24 5. Slutsats... 24 v
6. Referenser... 25 Bilaga I: Lineamentsstudie och magnetfältskarta... 27 Bilaga II: Borrhålsdata... 30 Figurförteckning Figur 1: Berggrundsgeologi kring Kolmården (SGU, 2017). Notera deformations- och skjuvzonerna. Lineamentet Geteåravinen utgörs av deformationszonen i nordvästlig-sydöstlig strykning mellan orterna Åby och Strömfors.... 2 Figur 2: Översikt av skeden i planeringsprocessen enligt beskrivning i Trafikverkets Projektering av bergkonstruktion (Lindfors, et al., 2015).... 3 Figur 3: Ostlänken, järnvägsplan Stavsjö-Loddby. Offentlig samrådshandling 2017.02.13 (Trafikverket, 2017c). Getåravinens placering har i efterhand markerats med röd rektangel av uppsatsförfattarna.... 4 Figur 4: Berggrundskarta kring Getåravinen. Getåravinens lineament går i nordvästlig-sydöstlig sträckning mitt i bild kring ett parti vacka (SGU, 2017).... 6 Figur 5: Exempel på valda punkter i lineamentstudie markerade med röda sträck (SGU, 2017).... 8 Figur 6: 3D-visualisering med verktyget Visible Geology (Cockett, 2018) visandes kärnborrhålens orientering i Getåravinen och lineamentets strykning i blått.... 11 Figur 7: Modell över det vertikala tvärsnittets placering i ravinen markerat med blå linje, vilken prediktionerna är projicerad på (Cockett, 2018).... 13 Figur 8: Skärmdump av markprofil från modell i AutoCAD Civil 3D. JB = jordbergsondering.... 13 Figur 9: Vertikalt tvärsnitt av resultat från IDW i Voxler med RQD, Q bas och RMR bas.... 14 Figur 10: Horisontella tvärsnitt på respektive höjdnivå av resultat från IDW i Voxler med RQD... 15 Figur 11: Horisontella tvärsnitt av resultat från IDW i Voxler med Q bas.... 16 Figur 12: Horisontella tvärsnitt av resultat från IDW i Voxler med RMR bas.... 17 Figur 13: Vertikalt tvärsnitt av kriging i Matlab med RQD, Q bas och RMR bas.... 18 Figur 14: Rosdiagram över sprickros för lineament, KB05, Getås östra samt västra hällkartering.... 19 Figur 15: Modellen med sektioner av RQD ur IDW samt infogade krosszoner... 20 Figur 16: Modellen med krosszoner och tvärsnittsektion av RQD med kriging.... 20 Figur 17: Modell snett uppifrån med lineamentstudie av huvudstrykriktningarna.... 21 Figur 18: Modell med lineamentsstudie, krosszoner och tvärsnittsektion av RQD med kriging.... 21 Figur 19: Rekommenderad placering av kärnborrhål för att undersöka vertikala samband (Cockett, 2018).... 22 vi
1. Inledning Inom järnvägsprojektet Ostlänken planeras flera tunnlar att anläggas mellan åren 2017-2035 med en summerad längd på 20 kilometer (Trafikverket, 2017b). En berganläggning är en komplex konstruktion och särskilda risker medföljer för miljö och anläggning. Exempelvis påverkar bergets hållfasthet val av konstruktion, medan inläckage av grundvatten kan dränera omgivningen samt sprida föroreningar. Dessa risker är betydligt större vid anläggningens kontakt med svaghetszoner i berg, vilka i regel består av sprick- och krosszoner som följer geologiska samband. För att lokalisera anläggningen och dimensionera konstruktionen optimalt utefter ekonomi och miljöpåverkan krävs god vetskap om bergets byggbarhet så som kvalité och struktur. Förhållanden bedöms genom tolkningar av hydrogeologiska prediktioner och undersökningar, exempelvis lineamentsstudie, brunnskartering, borrprov och geofysik (Lindfors, et al., 2015). Förfogande över tillräcklig kunskap om de hydrogeologiska förhållanden i projekts tidiga skeden som lokalisering och dimensionering ger en betydligt bättre förutsättning att optimera ekonomi, konstruktion och miljöpåverkan. Därmed bidras till en hållbar utveckling genom effektiv resursanvändning enligt bland annat FN:s globala mål 9.4 (UNDP, u.d.). Under Ostlänkens passage genom Kolmården korsas flera bedömda svaghetszoner med linjär karaktär i landskapet varav Getåravinen är en av dem. Dessa så kallade lineament är en konsekvens av att berget deformerats av regionala krafter, och kan bland annat tydas som linjära geologiska strukturer eller topografiska landskapsdrag (Figur 1). Detta kandidatexamensarbete består av studier och prediktioner av bergkvalité och strukturgeologiska samband inom lineamentet Getåravinen. Lineamentsstudier kan ha stora avgränsningsområden för att karaktärisera strukturgeologin i hela regioner och bygga på granskning av höjdmodeller från satelitfotografier (Chaabouni, et al., 2012). Detta arbete använder delvis liknande metod för att identifiera Getåravinens strykning, men använder även geologiska kartor. Metodvalet styrks av Björling och Schmidts (2017) undersökning av Citybanan som bekräftade att lineament tolkade på markytan stämmer med påträffade sprickzoner i tunneln. Tidigare har även Price (1966) och Lundgren (1978) visat ett återkommande sprickmönster i skjuvzoner och det sambandet har potential att användas som underlag i berganläggningsprojekt (Larsson, 1984). Utöver geologiska kartor användes i detta arbete data från hällkartering och kärnborrprov som jämfördes med lineamentet. För att pedagogiskt visa resultatet från lineamentsstudien och prediktionerna visualiserades det sedan i en Building Information Model (BIM). Målet är att med angivna metoder ge ökad kunskap om lineaments strukturgeologiska samband med byggbarhetsfaktorer, som i studiens fall motsvaras av bergkvalitéklasser. Det ska skapa bättre förutsättningar för den ovan beskrivna optimeringen vid planering av en berganläggning korsandes ett lineament. Inom projektet Ostlänken finns potential till stor nytta av sådan ökad kunskap vid byggtekniska diskussioner, då flera lineament skall korsas och erfarenhetsåterföring är viktig. 1
Figur 1: Berggrundsgeologi kring Kolmården (SGU, 2017). Notera deformations- och skjuvzonerna. Lineamentet Geteåravinen utgörs av deformationszonen i nordvästlig-sydöstlig strykning mellan orterna Åby och Strömfors. 2
1.1 Trafikverkets arbetsprocess för berganläggningar Trafikverkets arbete med berganläggningar utförs i olika processer som görs i olika skeden. Planeringsprocessen fortgår i kronologisk ordning med utredningsskede, systemhandling och vägoch järnvägsplan, bygghandlingsskede och slutar med byggskedet då projektets tekniska lösningar verifieras ( Figur 2). Redovisning av handlingar, rapporter och utformning av tekniska lösningar sker formellt etappvis vid skedesskiften med ökad detaljeringsgrad allt eftersom projektet framskrider. Parallellt med projektering görs en kontinuerlig riskbedömning, vilket innebär riskanalys och utvärdering vars omfattning avgörs av aktuell risk, syfte och osäkerheter. Skede och förutsättningar kan variera men alla projekteringsetapper ska sträva efter att om möjligt redovisa anläggningskonstruktionens genomförbarhet och eventuella osäkerheter med förslag på åtgärder. (Lindfors, et al., 2015) Arbetsprocessens utredningsskede ska bidra med underlag till en objektiv jämförandestudie av lokaliseringsalternativ för anläggningen som redovisar osäkerheter i framtida skeden. Grundmaterial utgörs av lineamentsstudier, berggrundskartor, dataregister som exempelvis brunnskartering och tidigare utförda undersökningar av andra myndigheter. Dessa kan kompletteras med undersökningar med sondering, kärnborrning och geofysik. (Lindfors, et al., 2015) I det senare skedet väg- och järnvägsplan beskrivs anläggningens utformning och tekniska lösningar på sådant sätt att dess markanspråk motiveras. Samtidigt med framtagandet av väg- och järnvägsplan kan systemhandlingen med fördel tas fram. Utefter underlag bestående av en ingenjörsgeologisk prognos baserad på tolkning av förundersökningarna ska systemhandlingen redovisa teknisk byggbarhet och med kalkyler motivera föreslagna tekniska lösningar. (Lindfors, et al., 2015) Figur 2: Översikt av skeden i planeringsprocessen enligt beskrivning i Trafikverkets Projektering av bergkonstruktion (Lindfors, et al., 2015). 1.2 Ostlänken I Trafikverkets förslag till nationell plan 2018 2029 föreslås byggande av en höghastighetsjärnväg. De huvudsakliga motiven är att förbättra järnvägskapaciteten, öka tillgängligheten med kortare restider och bidra till ett hållbart och klimatneutralt transportsystem enligt Sveriges miljömål. Planerade sträckning för höghastighetsjärnvägen är Stockholm - Göteborg och Stockholm - Malmö, 3
båda via Jönköping. Under arbetsfasen delas projektet in i etapper, den första sträckan mellan Järna och Linköping utgör etapp Ostlänken (Trafikverket, 2017a). Ostlänken innebär en kraftig ökning av antalet järnvägsspår mellan Mälardalen och Östergötland vilket minskar järnvägsnätets störningskänslighet. Då Ostlänken huvudsakligen planeras för persontrafik möjliggörs ökad godstrafik på befintlig järnväg och därmed en kapacitetsökning. Efter järnvägsutredning kunde Trafikverket 2010 gå vidare med en vald korridor för fortsatt planering inför tillåtlighetsprövning hos regeringen. Idag, 2018, arbetar Trafikverket med en järnvägsplan systemhandling till Ostlänken och byggstart är planerad till 2020 och trafikstart tidigast 2033 (Trafikverket, 2017b). Figur 3: Ostlänken, järnvägsplan Stavsjö-Loddby. Offentlig samrådshandling 2017.02.13 (Trafikverket, 2017c). Getåravinens placering har i efterhand markerats med röd rektangel av uppsatsförfattarna. 1.3 Syfte Syftet med detta kandidatarbete är att karaktärisera Getåravinens strukturgeologi för att bemöta problematiken vid bedömning av geologiska byggbarhetsfaktorer inför byggande av undermarksanläggning i berg. 1.4 Frågeställning Finns strukturgeologiska samband mellan Getåravinen lokalt och lineamentet? Finns möjlighet att prediktera geologiska parametrar i omgivningen med hjälp av tolkning och modellering av data och dra slutsatser med avseende på byggbarhet? Hur kan geologisk tolkning visualiseras med en tredimensionell modell i CAD för förståelse och prediktion av geologin? 4
1.5 Kolmårdens strukturgeologi Berggrundskartan över Kolmården (Figur 1) från SGU visar att sura intrusiva graniter med inslag av porfyr dominerar området, därutöver utgör en gnejsig gråvacka, även kallad bråviksgnejs, ett tydligt inslag längs med Bråviken och kring Lövsjön. Strax öster om Krokek finns ett inslag av kalksten och här bröts tidigare Kolmårdsmarmorn. Områdets bergarter är nästan alla bildade ur den Svekokarelska orogenesen för ca 1,8 1,9 miljarder år sedan, undantaget är vissa yngre sedimentära bergarter i trakten kring Norrköping. Kolmårdsbranten i väst-östlig sträckning mellan Kolmårdsplatån och Östgötaslätten är en del av den stora Bråviksförkastningen som sträcker sig från Östersjön till Närke. Flera parallella linjära deformationszoner i nordvästlig-sydöstlig sträckning med okänd stupning förekommer i Kolmårdslandskapet, dessa sträcker sig även över Bråviken och fortsätter i sydöstlig riktning (Figur 1). Samma typer av deformationszoner finns med nord-sydlig sträckning. Området är dessutom tydligt tektoniskt folierat av väst-östlig kompression, med undantag för ett område som utgörs av en intrusiv granit med porfyrisk struktur. 1.6 Getåravinens strukturgeologi Getåravinen utgör resultatet av en av de nordväst-sydöstliga deformationszoner från den svekokarelska orogenesen som går genom Kolmården och den storskaliga linjära strukturen karaktäriserar ravinen. Små strykningsavvikelser på ca 5-10 från ravinens medianriktning förekommer i en mer detaljerad skala, och ravinens topografiska variation följer lineamentets strykning med lågpunkter i lineamentets centrum och höjder vid dess sidor. Exempelvis ligger sjöar, dalar, höjdåsar parallellt med dalgången, samt även de bergsklackar som återfinns på den östra sidan av Getåravinen (Figur 4). Många av dessa element, exempelvis utmejslingen av berggrunden längs Getåbäcken, har bildats senare under pleistocen (ca 2,5 miljoner år sedan 11 000 år sedan) på grund av flertalet glaciationer som ägt rum. Berggrunden är dock ungefär 1,9 miljarder år gammal och föråldrade tektoniska rörelser i form av förkastningszoner eller foliationer kan ligga till grund för landskapets hackiga lineamentstruktur. I lineamentets nordliga del runt sjöarna Näknen och övresamt nedre Glottern har en intrusiv granit med porfyrisk textur trängt upp och avbryter de strukturella formlinjerna. Topografin vid ravinens sydvästra sida är långsamt sluttande nedåt mot ravinens mitt, medan dess nordöstliga sida skiftar höjd stegvis med bergsklackar. Ravinens orientering mot inlandsisens rörelse kan vara orsak till förekomsten av stenblock på nordöstliga sidan. Ravinen är fylld med upp till 20 meter tjockt sedimentlager av sand och silt som avsatts både glacialt och postglacialt. Getåbäcken har eroderat genom sedimenten och meandrar vackert genom omgivande barrskog, naturvärdet är högt och ravinens sydliga del utgör ett naturreservat (Länsstyrelsen Östergötland, 2018) 5
Figur 4: Berggrundskarta kring Getåravinen. Getåravinens lineament går i nordvästlig-sydöstlig sträckning mitt i bild kring ett parti vacka (SGU, 2017). 2. Metod 2.1 Avgränsning Den geologiska tolkningen fokuserar strikt på berggrunden i Getå med avseende på byggbarhetsfaktorer och strukturgeologiska samband, men analysen ska inte avse några tekniska detaljer utan bibehålla ett strukturgeologiskt perspektiv. Inga fältmätningar eller provtagningar har utförts av rapportförfattarna och arbetet har begränsats av tillgång på data. Arbetsområdet begränsas till korsningen av lineamentet och framtida tunnelsträckning, en area på cirka 500x100 meter i Getåravinen mellan gårdarna Hultet och Lugnet. Analysen fokuseras på kärnområdet där tunneln ska korsa lineamentet. Modellen ska visa den strukturgeologiska tolkningen, de tydligaste krosszonerna samt prediktioner av bergkvalitet. 6
Rapporten baseras på värden och information från utförda undersökningar för att identifiera svaghetszoner under Getåravinen, vilka ligger till grund för analysen. Bergsspänningar tas inte i beaktande. Modellen ska kunna ligga till grund för efterkommande utredningar inom bergteknisk projektering. 3D-modellen ska visa den geologiska strukturen så att senare tolkning och resultat kan göras utifrån denna. 2.2 Utförda undersökningar Inom projekteringen inför Ostlänken har konsultföretaget Sweco, på uppdrag av Trafikverket, utfört ingenjörsgeologiska undersökningar vid Getåravinen med kärnborrning, sondering och hällkartering. Data från borrkärnor finns i bilaga II. Till det har Geosigma utfört sprickkartering genom borrhålsfilmning i kärnborrhål 05 (KB05). Hällkarteringen har utförts på hällar öster och väster om Getåravinen. Metoderna är beskrivna i avsnitt 2.4 till 2.6. 2.3 Lineamentsstudie När geologiska material utsätts för drag, kompression och skjuvning, deformeras materialet genom att exempelvis spricka, veckas, dras eller tillplattas. Ett lineament är ett sådant linjärt förekommande kännetecken i naturen med strukturgeologisk förklaring, exempelvis en dalgång till följd av en förkastning. Dessa är synliga på flyg- och satellitbilder som topografiska drag i landskapet, men även på strukturgeologiska berggrundskartor baserade på geofysiska flygmätningsdata, hällkarteringar och geologiska tolkningar. Ingenjörsgeologiskt kan strukturgeologi användas för att identifiera och lokalisera mekaniska svaghetszoner och därmed skapa en uppfattning om bärighet och stabilitet. Till metodens nackdel hör att resultatet till viss grad blir grovt eftersom det är svårt att bestämma små geologiska förändringar, dessa kan identifieras i en efterföljande mer detaljerad studie (Lindfors, et al., 2015). I arbetet tolkades aktuellt lineaments sträckning ur kartor visandes strukturella formlinjer baserade på topografi, lokala linjära deformationszoner, magnetfält och berggrund (Figur 4). Konkret mättes strykningar från kartor mellan flera olika par referenspunkter vilka tolkades tillhöra lineamentet. Koordinaterna togs ut med olika längdskalor för att få fram ett varierat urval av linjer, därefter beräknades deras strykningar med hjälp av mjukvaruprogrammet Excel. Strykningarna sammanställdes sedan i ett rosdiagram som jämfördes med rosdiagram från hällkartering och borrhålsfilmning utförda vid Getå inför Ostlänken (Bilaga I). Huvudsprickriktning från varje rosdiagram tolkades och jämfördes i syfte att hitta samband mellan lineament och huvudsprickriktingen. En vanlig typ av geofysisk flygmätning är att registrera små avvikelser i styrka i jordens magnetfält. Detta ger information om bergartsdjup, stryknings- och stupningsvinkel, även förkastningar och jämförbara rörelser kan tolkas ur magnetfältets styrkevariation och förskjutningar i mönster (Blom, et al., 2013). En magnetfältskarta användes för att upptäcka och identifiera linjära strukturer (Bilaga I). 7
Figur 5: Exempel på valda punkter i lineamentstudie markerade med röda sträck (SGU, 2017). 2.4 Sondering Vid jordbergsondering utsätts underlaget för roterande och tryckande kraft från en borr samtidigt som en tyngd slagvis ökar tryckkraften hos borren. Metoden används i jordlagret för att bestämma eventuella övergångar i jordprofil och bergytans läge (Blom, et al., 2013). Sonderingarna tillsammans med kärnborrproven i Getå gav indikationer om på vilket djup bergnivån befinner sig på, vilket användes i visualisering och tolkning. 2.5 Hällkartering Hällkarteringar hade utförts omkring Getåravinen och innebar kartering av synliga berghällar med avseende på geologi, bergkvalité och strukturgeologi. Karteringen utfördes i ett tidigt skede och gav en översiktlig bild av geologin i området. Nackdelen var att det endast gav en ytlig bild av bergförhållanden (Lindfors, et al., 2015). I rapporten användes data från två hällkarteringar, en utförd väster om Getåravinen och en öster om den. Dessa sammanställdes i rosdiagram som användes vid lineamentsstudien. 2.6 Kärnborrprov Kärnborrning, eller diamantborrning efter dess diamantborrkrona, används vid prospektering eller undersökning inför anläggningsbyggnation och innebär borrning i mark eller berg för att extrahera en cylinderformad kärna av markmaterialet. Ur kärnan kan sedan provets egenskaper analyseras, exempelvis sprickighet, material och genes (Blom, et al., 2013). Inom området gjordes fyra kärnborrningar (KB05, KB13, KB14 och KB15) vilka har analyserats utifrån kvalitet på berget. I ett kärnborrhål (KB05) utfördes en borrhålsfilmning, även kallat optisk televiewer-undersökning, av Geosigma. Metoden innebär att en kamera registrerar borrhålets väggytor och på så sätt tar fram information om orientering av sprickplan och bergartsgränser (Geosigma, 2018; Lindfors, et al., 2015). Av data från borrhålsfilmningen om strykning och stupning erhölls ett rosdiagram som användes vid lineamentsstudien, se avsnitt 3.4. 8
Kärnborrproven var bedömda i längdsektioner utefter olika klassificeringar varav Rock Quality Designation (RQD), Rock Mass Quality (Q) och Rock Mass Rating (RMR) valdes att granskas med avseende på lineamentet. Detta eftersom RMR- och Q-systemet är breda klassificeringar beroende av flera olika parametrar medan RQD är ett specifikt mått på sprickighet. Den särskilda fokusen på sprickförekomsten är direkt korrelerad mot bergets struktur. Tillsammans ger bergklassificeringarna en bra bild av bergets kvalitet. De valda klassificeringssystemen är dessutom beprövade för att beskriva bergkvalité med avseende på byggbarhet. 2.6.1 Rock Mass Quality (Q-systemet) Q-systemet utvecklades av Barton, et al. (1974), i syfte att systematiskt kunna klassificera bergs kvalitet. Ett Q-värde baseras på sex olika parametrar som presenteras i ekvation 1. Q-systemet kan användas vid utredningar av bergtekniska lösningar (Norwegian Geotechnical Institute, 2015). Q = RQD J n J w J r J a SRF (1) RQD introducerades av Deere (1963) och definieras i ekvation 2. Det uttrycks som en procentsats. bergkärnedelar längre än 10 cm utan sprickor RQD = 100 (2) borrkärnans totala berglängd J n (Joint set number) beskriver bergets sprickgeometri och har normalt mellan 2 och 4 sprickset (Norwegian Geotechnical Institute, 2015). Sprickor som är näst intill parallella med varandra skapar ett sprickset. Om sprickor inte uppkommer systematiskt åt ett håll så brukar dessa kallas onormala och tas i beaktande då J n klassas. Kvoten av RQD och J n representeras som spricktätheten i ekvation 1. J r (Joint roughness number) beskriver sprickors friktionsegenskaper beroende på hur grova eller släta sprickorna är. Ett högt J r -värde innebär att sprickan är grov och på så sätt har en positiv effekt på Q-värdet (Norwegian Geotechnical Institute, 2015). J a (Joint alteration number) beskriver sprickfyllnadens påverkan på sprickors friktionsegenskaper. Detta i sin tur beror på vad det är för sprickfyllnadsmineral, hur tjock den är och dess friktionsegenskaper (Norwegian Geotechnical Institute, 2015). Kvoten av J r och J a representeras som sprickfiktionen i ekvation 1 J w (Joint water reduction factor) beskriver vattentryckets påverkan på mineralfyllnadens friktion. Normalspänningen på sprickplanen minskar då vattentrycket ökar vilket resulterar i högre risk för skjuvning mellan blocken (Norwegian Geotechnical Institute, 2015). SRF (Stress reduction factor) beskriver förhållandet mellan spänningar och bergets hårdhet i en spricka. Observera att varken J w eller SRF tas med i detta arbete eftersom inga analyser har gjorts kring dessa då rapporten skrevs och hädanefter refereras till basvärdet Q bas. Alltså sätts dessa parametrar till =1. 9
2.6.2 Rock Mass Rating (RMR-systemet) Bienawski (1976) utvecklade ett nytt bergsklassificeringssystem benämnt geomekaniskt klassificeringssystem eller Rock Mass Rating (RMR) (Hoek, 2007). Denna metod uppskattar hållfastheten hos bergmassor. Följande sex parametrar används vid RMR: 1. Enaxiell tryckhållfasthet 2. RQD (värderat 0-20) 3. Avstånd mellan sprickor 4. Sprickors egenskaper 5. Grundvattenförhållanden 6. Orientering av sprickgrupper RMR fås genom en summering av dessa kategorier som var och en värderas 0-20 beroende på bergförhållandet inom varje kategori. I denna uppsats tas grundvattenförhållandets basvärde (=15) och hädanefter refereras till basvärdet RMR bas. 2.6.3 Beskrivning av kärnborrprov Kärnborrprov utförda av Sweco i Getåravinen, kärnborrhålens orientering i ravinen enligt Figur 6. Kärnborrhålet KB05 befinner sig nordost om Getåravinen mycket nära där markytan börja dyka ner mot ravinen. Det går vertikalt ned med 90 grader stupning och uppnår en borrhålslängd om 67,10 meter. Kärnan inleds av en mörk, biotitrik, omvandlad bergart med bitvis tydlig foliation vilket har tolkats som metasedimentär (metamorf sedimentär). Längre ned dominerar granit och gnejs som växlar med först ett lager granit och sedan ett lager gnejs vilket repeteras genom kärnan. Pegmatitgångar korsar kärnan på flera ställen, vanligtvis med 10-20 cm tjocklek. Även en kvartsgång finns på 60 meters djup. I kärnan finns även en halvmeter bred sprickzon vid borrmeter 34,75, samt en krosszon på ca 1 dm vid 35,4 meters borrdjup vilket presenteras i modellen. Många sprickor löper parallellt med kärnan och skapar intrycket av att kärnan är mer uppsprucken än vad den är. Kärnborrhålet KB13 befinner sig väster om ravinen och borrhålet stupar 45 grader åt nordöst och slutar på 77,15 meters borrhålslängd precis under ravinen. Kärnborrprovet visade omväxlande medeltill grovkornig granit och finkornig gnejs. Ofta förekommer gnejs i längre partier av granit och tvärtom. Detta mönster bryts endast av ett kort parti med pegmatit mellan 50,5-52 meter. Kärnan innehåller en krosszon på mellan 37,5 och 41,5 meter som sammanfaller med en ljusare grovkornigare granit. Den innehåller även två sprickzoner på 20,4 respektive 21,2 meters djup. Kärnborrhålet KB14 befinner sig en bit öster om ravinen och är därmed aningen skild från de kärnborrprov som nämns. Provet har en borrhålslängd på 52,35 meter och stupar 31 grader i nordöstlig riktning. Kärnan består helt och hållet av grovporfyrisk granit med stora kalifältspater i svart matrix. I vissa partier uppträder graniten med ljusare nyans, vilket enligt Swecos kartörer beror på albitiserade fältspater. Borrkärnan visar överlag bra berg med få naturliga sprickor och bryts endast av ett sprickparti vid 16,7-17,0 meter. Ingen kross- eller sprickzon korsar kärnan. Kärnborrhålet KB15 befinner sig öster om ravinen, ungefär 20 meter österut från där markytan börjar stupa brant ned mot bäcken. Borrhålet lutar med 43 graders stupning åt sydväst och fortsätter 10
under ravinen med en total borrhålslängd på 92,9 meter. Precis som KB13 så växlar granit och gnejs i kärnan. Graniten är mestadels grovkornig men finkornig granit förekommer också. Kärnan innehåller två kortare krosszoner på 43,10-55,85 meters djup och en vid 73,6-74,8 meters djup. En svaghetszon återfinns med 8 cm lera samt en sprickzon på 50,8 meters djup. Kalcit, klorit och talk förekommer som sprickfyllnader och är ofta heltäckande. I övrigt innehåller kärnan en mängd sprickor som är glidrepade och därför mycket glatta på ytan. Figur 6: 3D-visualisering med verktyget Visible Geology (Cockett, 2018) visandes kärnborrhålens orientering i Getåravinen och lineamentets strykning i blått. 2.7 Prediktion För att komplettera den strukturgeologiska tolkningen av undersökningsdata från Getåravinen utfördes statistisk modellering med respektive parametrar RQD, Q bas och RMR bas. Genom användning av metoder som kriging och Inverse Distance Weighted, IDW, kunde värden mellan borrhålen extrapoleras och på så sätt få en rumslig bild av bergets kvalitet. Tillgänglig data från kärnborrprov matchades till respektive koordinat och därefter kunde värden mellan kända punkter viktas enligt nedan beskrivna metoder. IDW är en deterministisk metod som viktar värden i rymden, eftersom den alltid utgår efter att det närmaste kända värdet påverkar resultatet mest på respektive punkt (Berthet, 2009). Låt ett värde v 0 representera ett interpolerat värde och v i representera ett känt värde för punkt i (= 1,2,, N(v 0 ) 1, N(v 0 )). Varje punkt i i närheten av v 0 har avståndet d från punkt 0. Då ges ekvation 1: v o = N(v 0 ) i=1 N(v 0 ) i=1 1 P d v i i 1 P d i (1) Exponenten P i ekvationen representerar hur stor påverkan en närmre punkt har. Ju högre P-värde desto känsligare blir resultatet från en närmre punkt. Vanligtvis sätts P=2. I uppsatsen sattes P = 5. I denna uppsats interpolerades och extrapolerades okända värden med metoden med hjälp av programmet Voxler. Boxar med rumsliga värden i 3D skapades i programmet och genom att ta ut 11
tvärsnitt ur dessa boxar kunde tvärsnitten infogas som bilder i 3D-modellen. För att undersöka samband till lineamentet extrapolerades värden på sådant sätt att vertikala värden hade dubbelt så stort inflytande som horisontella. Detta motiveras av vår tolkning av sprickighetens stupning som var utmärkande bland våra valda klassningar enligt analysen av kärnborrprov. Kriging är en geostatistisk metod. Principen innebär att den till skillnad från deterministiska metoder inte genererar exakta värden, utan uppskattar ett värde som är mest sannolikt. Denna metod mäter även sannolikheten för det uppskattade värdet med hjälp av kriging-varians. Kriging har då fördelen att mätningsfel enkelt kan studeras i resultatet (Berthet, 2009). I Matlab användes kriging för att generera värden projicerade på ett tvådimensionellt vertikalt plan. Projektionen byggdes på en interpolerad linje mellan kärnborrhålens koordinater, då de inte riktigt står i linje men kan antas göra det. Denna linje bildade ena axeln. Den andra axeln var vertikal med meter över havet som enhet. Den tredje axeln bildade respektive parametervärde samt en färgkod representativ för varje värde (Figur 13). 2.8 Datamodellering och visualisering För att skapa den nödvändiga uppfattning om ingenjörsgeologiska förhållanden som krävs enligt avsnitt 1.1, Trafikverkets arbetsprocess för berganläggningar, kan en tredimensionell modell användas. Modellen utgör ett hjälpsamt verktyg för att förstå, visa och bedöma komplexa strukturer och geometrier (Lindfors, et al., 2015). Optimalt kan en tredimensionell modell även användas som underlag för planering av vidare markundersökningar. Exempelvis har SGU tagit fram en modell som visar jordlagerföljder för Uppsalas vattentäkt i syfte att komplettera redan befintlig kartläggning av grundvatten. Genom att interpolera kända tvärsektioner med jordlager skapades en tredimensionell modell. Modellen användes även för att öka förståelsen för hur Uppsalaåsen fungerar hydrogeologiskt och på så sätt kunna lokalisera nya uttagsområden för grundvatten, samt analys av föroreningsrisker och olika skyddsstrategier för att hantera dem (Jirner, et al., 2016). Det övergripande syftet med denna rapports modell är just att komplettera och visualisera på ett tillräckligt pedagogiskt sätt för att i senare arbete kunna ta fram förberedande åtgärder enligt Trafikverkets arbetsprocess, men även att öka kunskapen om geologi generellt i lineament. Resultat från datamodellering visualiseras i mjukvaruprogrammet AutoCAD Civil 3D och infogades som separata lager som kan tändas och släckas. För att skapa en utgångspunkt i modellen har Sweco visualiserat marknivån och berg i dagen med ett Triangulated Irregular Network (TIN) av rasterdata från flygscanning. Till det har Sweco även infogat sondering och kärnborrprover med dess respektive resultatdata tillgängligt inom modellen och kompletterat en uppskattad bergöveryta. Tillsammans ger det användaren en grundläggande uppfattning om ravinen och möjlighet att orientera sig i modellen i relation till verkligheten. Information från borrhålskarteringar och borrhålsfilmning användes för att modellera de viktigaste krosszonerna och referenspunkter lades in för att infoga bilder från bergkvalitetssimuleringarna vilka tagits fram i mjukvaruprogrammen Voxler och Matlab. Dessutom infogades tolkade huvudstrykningar från sprick- och hällkarteringarna samt det tolkade lineamentet på respektive geografiska plats i modellen, för att möjliggöra vidare lineamentsanalyser genom tolkning med modellen som verktyg. De infogade objekten i modellen visas på ett så pedagogiskt sätt som möjligt i olika lager och med ett kompletterande externt dokument innehållandes legend och förklaring av modellen. 12
3. Resultat 3.1 Prediktioner Resultat från prediktionsmetoderna presenteras i figurerna 9-13, kärnborrhålens orientering visas i Figur 7 och Figur 8. Färgskala presenteras i Tabell 1 och finns även placerad i figurerna 9-13. Figur 7: Modell över det vertikala tvärsnittets placering i ravinen markerat med blå linje, vilken prediktionerna är projicerad på (Cockett, 2018). Figur 8: Skärmdump av markprofil från modell i AutoCAD Civil 3D. JB = jordbergsondering. Tabell 1: Färgkod för klassade värden för RQD, Q bas och RMR bas. Kvalitet på berg RQD Q bas RMR bas Röd Grön Blå Utmärkt 0-90 >40 81-100 246 236 33 Bra 75-90 10-40 61-80 146 213 94 Acceptabelt 50-75 4-10 41-60 75 203 138 Dåligt 25-50 1-4 21-40 42 141 232 Mycket dåligt 0-25 <1 <20 62 38 168 13
3.1.1 IDW Figur 9: Vertikalt tvärsnitt av resultat från IDW i Voxler med RQD, Q bas och RMR bas. Prediktionerna med RQD och RMR bas visar ett likartat resultat, där RQD ger något sämre bergkvalitetsprediktioner. Båda anses vara omkring 30 % mycket bra berg (gult). Sämst är Q bas, där omkring 5 % är dåligt berg eller sämre (blått). RMR bas visar däremot inga tendenser till dåligt berg eller sämre (Figur 9). Notera den vertikala utbredningen i prediktionen. 14
Figur 10: Horisontella tvärsnitt på respektive höjdnivå av resultat från IDW i Voxler med RQD. Resultaten visar mellan höjdnivåerna likartade förhållanden på de olika höjdnivåerna med ett svagt parti under Getåbäcken längs KB15 på 30 meter över havet. 15
Figur 11: Horisontella tvärsnitt av resultat från IDW i Voxler med Q bas. Resultaten visar mellan höjdnivåerna likartade förhållanden på de olika höjdnivåerna med en bitvis försämring av bergkvalité med djupet under Getåbäcken längs med KB15. 16
Figur 12: Horisontella tvärsnitt av resultat från IDW i Voxler med RMR bas. De horisontella tvärsnitten visar förändringen av bergkvaliteten på djupet med intervall på 10 meter. Inga drastiska förändringar enligt figurerna men värdet förändras i en del punkter, av vad som kan tolkas som kärnborrhålsdata. I både RQD och Q bas syns denna förändring mest.(figur 10, Figur 11, Figur 12) 17
3.1.2 Kriging Figur 13: Vertikalt tvärsnitt av kriging i Matlab med RQD, Q bas och RMR bas. Grafen med RQD visar mycket bra berg, mer än 60 %. Grafen med Q bas visar något sämre resultat utanför kärnborrhålen men väldigt dåligt i kärnorna, speciellt i KB15:s nedre parti. RMR bas visar mestadels acceptabelt till bra berg (Figur 13). 18
3.2 Lineamentsstudie Det tolkade lineamentet togs fram ur SGU:s kartor enligt avsnitt 3. Metod och har en huvudriktning på ungefär 135, med en avvikelse på ca 10. Därmed kunde de linjära mönstren i landskapet jämföras med sprickrosor från hällkarteringar och borrhålskarteringen i KB05 (Figur 14). Det visar på en 20 differens mellan lineamentets och KB05:s huvudsprickriktning, vilket hade 150/330 till 160/340 graders strykning. En sekundär sprickriktning hittades även på 70/250 till 80/260 graders strykning. Ur Getå Östs sprickros (Bilaga I) upptäcktes två markanta strykningar, en på 170/350 till 180/360 grader och en på 70/250 till 80/260 grader. Däremot är det viktigt att ta hänsyn till att hällkarteringen gjordes mot en brant bergvägg och därför räknas den branta bergväggen som den enda sprickan i den strykningen vilket är på 120/300 graders strykning. Ur Getå Västs sprickros syns en stor vidd av sprickriktningar. Dock är det två till tre dominerande riktningar, en på mellan 40/220 till 70/250, en på 20/200 till 30/210 och en på 140/320 till 150/330 grader. Figur 14: Rosdiagram över sprickros för lineament, KB05, Getås östra samt västra hällkartering. 19
3.3 Visualisering i BIM Figur 15: Modellen med sektioner av RQD ur IDW samt infogade krosszoner. En representation av hur krosszonerna kan se ut jämfört med IDW resultat (Figur 15) kan användas som tolkning för vart svaghetszonerna ligger. Berget ser bättre ut rakt under ravinen och sämre vid brantens början. Däremot är krosszonen längst till höger i bilden snedställt mot branten och vid större djup korsar denna ravin. Figur 16: Modellen med krosszoner och tvärsnittsektion av RQD med kriging. Passagen av krosszoner visas genom tvärsnittsektion med kriging (Figur 16). Resultatet tyder på lite till nära ingen korrelation mellan krosszonernas sprickplan och de simulerade värdena, medan punkterna vid korsning av krosszon och kärnborrhål stämmer väl överens. Detta eftersom krosszonerna bör visa på dåligt berg i de punkterna där krosszonerna går igenom. 20
Figur 17: Modell snett uppifrån med lineamentstudie av huvudstrykriktningarna. En intressant komplettering till rosdiagrammet (Figur 14) visas när de står geografiskt ifrån varandra (Figur 17, Figur 18, Figur 17). Planen markerade med gult och rött ska representera riktningen i den sprickgrupp i respektive rosdiagram som står närmast lineamentsriktningen, markerat i blått. Planet i grönt visar topografiska riktningen för bergsklackarna öster om Getå (bilaga I). Figur 18: Modell med lineamentsstudie, krosszoner och tvärsnittsektion av RQD med kriging. 21
4. Diskussion 4.1 Data I arbetet användes huvudsakligen tre typer av data: lineament, hällkartering och bergskärnor. Hällkarteringarna var komplett kring undersökningsområdet och gav information om huvudsprickriktningar och bergarter, vilket sedan kunde jämföras med övriga data. Dock är hällkartering ytliga data vilket bör tas i beaktande vid jämförelsen, studien ger då även en fingervisning av relationen mellan ytliga och djupa data i och med jämförelsen med kärnborrprov. Inom Ostlänken hade hällkartering endast utförts längsmed planerad järnvägssträckning. Ytterligare hällkartering i lineamentets sträckning hade möjliggjort ytterligare en jämförande dimension för att verifiera samband med lineamentets strykning. Data till lineamentsstudien erhölls genom att tolka olika karttyper och bestämma punkter tillhörande lineamentet, därmed är datasäkerheten beroende av valda punkter och selekteringsmetoden bör därför motiveras, då alla linjära strukturer i landskapet inte är beroende av tektoniska strukturer, exempelvis rullstensåsar. Förutsatt en korrekt selekteringsmetod för punkter ökar lineamentdatas säkerhet med kvantiteten. Kärnborrhålen möjliggjorde jämförelser av huvudsprickriktningar med övriga datatyper. Hade samtliga borrhål, inte endast KB05, varit filmade och sprickkarterade hade denna jämförelse haft större precisionssäkerhet. Arbetets slutsatser kom att präglas av datakvalité vilket visades tydligt i resultaten av de prediktiva metoderna, då de givna punkterna tydligt urskiljs i de viktade resultatvärdenas jämna övergångar. Med kompletterande data i rasterform hade prediktionsmetoderna uppnått bättre resultat. Sådan data hade kunnat framtas med hjälp av geofysiska metoder, exempelvis seismisk refraktion eller resistivitetsmätning med hjälp av elektroder för att bekräfta sprickor (Morfeldt & Knutsson, 2002). På grund av bergets anisotropi kan inte geologin helt bestämmas med begränsat antal borrkärnor. En fördel med geofysiska metoder är att de har möjligheten att registrera förändringar i geologins djup och bredd. Nackdelen är att de ofta kräver noggranna tolkningar eftersom de är indirekta, och kan därför inte detaljerat och exakt beskriva berggrunden. En kombination av geofysiska undersökningar och kärnborrprov förordas därför att de kompletterar varandra. Utbredningen av data längs med planerad tunnelsträckning är lämplig för ändamålet att undersöka förhållanden inför anläggningen, men ger mindre möjligheter att undersöka linjära samband. Därför ger alla data i Getåravinens förlängning ökad möjlighet till fördjupad jämförelsestudie och prediktion inom ramen för lineamentet. Om syftet dock är att säkerställa vertikala samband i undersökningsområdet bör ytterligare ett kärnborrsprov utföras nedom eller ovan existerande prov (Figur 19). Figur 19: Rekommenderad placering av kärnborrhål för att undersöka vertikala samband (Cockett, 2018). 22
4.2 Prediktion Två olika metoder har använts i predikteringen, IDW i rumslig dimension och kriging i planär dimension. Inför kriging har ursprungliga rumsliga data projicerats på en trendlinje för att åstadkomma en planär kriging, därmed en viss förskjutning av data. Därför blir det problematiskt att jämföra de två metoderna. Istället jämförs först skillnader inom varje metod, därefter jämförs varje parameterskillnad mellan metoderna. IDW visar RQD och RMR bas med mycket lika resultat omkring KB14 medan så inte alls är fallet för kriging. Vid de tre samlade borrhålen KB05, KB13 och KB15 visar RQD och Q bas närmast lika resultat medan kriging på samma ställe visar att RQD och RMR bas är närmast lika. Detta tyder på att minst en av metoderna predikterar osäkra värden med stor felmarginal vilket bör tas i beaktande i vidare projektering. Metoderna är bättre anpassade för utredning av lokalisering eller uppskattning av förinjektering, eftersom de visar på relationer mellan dåligt och bra berg. Inställningar i IDW bör anpassas efter förutsättning och tolkning. I detta fall gjordes antaganden att sprickor och krosszoner har brant stupning då bergsklackarna öster om Getåravinen samt stereoplot från KB05 tyder på det. Därför anpassades det redan i inställningarna för boxarna i IDW att värdena hade större påverkan på djupet än de horisontella axlarna. Den exponentiella faktorn P anpassades dessutom efter den drastiska förändring i data som bör ske i Getåravinens berg och därmed ge den ett högt värde. Eftersom kriging är en geostatistisk metod hade det varit lämpligt att undersöka den statistiska säkerheten, vilket hade kunnat göras med semivarians. Semivarians bygger på att den förväntade differensen mellan två punkters data med ett specifikt avstånd, oberoende av läge, är lika med noll. När kravet uppfylls kallas det för stationaritet och därmed är simuleringen relevant. Om kraven inte uppfylls bör valet av punkter anpassas på sådant vis att stationaritet uppnås (Berthet, 2009). Troligtvis uppfyller de viktade värden med kriging inte stationaritet då avståndsrelationen mellan två värden är olika i och utanför kärnorna. Alla värden utanför kärnorna hade en mycket jämn övergång som visade oftast bra berg, medan kärnorna visade på antingen mycket dåligt eller mycket bra berg. Grundinställningarna i krigingkoden kan ha orsakat detta problem, alternativt kan indata i rasterformat förbättra stationariteten. Även de valda parametrarna Q bas och RMR bas var beroende av flera värden och dessutom beroende av den undersökta parametern RQD. Därmed har prediktion av basvärden per definition givit ett jämnare resultat med högre kvalitétsvärden då flera faktorer vägs samman i respektive basparameter. För ett säkrare resultat från prediktionen kunde varje enskild faktor predikterats och därefter hade basvärden beräknats. 4.3 Lineament Korrelationen mellan lineamentets strykning och huvudsprickriktningar från kärnborrhål och hällkartering är tydlig, den hade troligtvis kunnat verifieras bättre med mer data i lineamentets sträckning. Därför bör det undersökas hur data i rasterform kan komplettera punktdata från kärnborrprov, förslagsvis med geofysik. Huvudstrykriktningarna från hällkarteringarna stämde överens med lineamentets strykning, dock med en avvikelse som kan tyda på en nordlig konvergens som även syntes i bergartskartan (Figur 4, Figur 17). Visualisering av strukturgeologi kan öka förståelse för aktuell situation, exempelvis hur svaghetszoner från det prediktiva resultatet visualiserade i modellen kompletterar tolkade sprickplan. Det kan ge bättre förutsättningar till beslut under bergtekniska diskussioner vid planering. De horisontella prediktionsmodelleringarna har dock utförts med den deterministiska metoden IDW som krävde justeringar av faktorer efter tolkning enligt avsnitt 2. Metod. Då strukturgeologiska samband inte alltid är linjära bör även statistiska metoden kriging utföras horisontellt, det kräver fler än tre dimensioner och görs med fördel i ett mer ändamålsenligt undermarksprogram än Matlab. Även om 23
kriging utförs planärt på olika plan, horisontellt eller vertikalt, är det möjligt att interpolera mellan de planära prediktionerna likt jordmodellen i Uppsalaåsen, och därmed bidra till ytterligare underlag. Från kärnborrhålen bekräftar KB14 den goda bergkvalitén i Getås lokala omgivning. Av KB05 jämfört med KB14 antyds sprickfrekvensen öka närmare ravinen. I ravinens kärna visar KB13 och KB15 en högre frekvens av sprickor och krosszoner vilket bekräftar antagandet om att Getåravinen är en komplex zon med svaghetszoner åtskilda av bra berg mellan. Sammantaget tolkas att geologin går från Getå östras goda bergkvalité med antagna skjuvsprickor med strykningsvinkel från hällkarteringarna på 40 och 60 mot ravinen, till en sprickzon i ravinen med parallella branta sprickor och krosszoner. 4.4 Berganläggningsprojekt Resultatet visar ett sätt att visualisera strukturgeologin och bergkvaliteter med avseende på byggbarhetsfaktorer, varje projekt är till viss mån unikt och måste anpassa visualiseringen till efterfrågade parametrar. I studien utgick tillgänglig data från fixerade grundvattenvärden och därför användes bas-värden, det minskar klassificeringens användbarhet i berganläggningsprojekt där grundvatten utgör en viktig faktor för byggbarhet. Vid indelning av undermarken i bergdomäner, vilket innebär klassning av bergvolymer, kan bidraget från prediktionsresultatet öka precisionen i klassificeringen. Detta genom att tillföra areal information om svaghetszoner utanför punktdata från exempelvis kärnborrprov och därmed möjliggöra kvantifiering av byggbarhetsfaktorer i berget. I planeringsskedet skulle mer detaljerade och precisa bergdomäner förbättra underlag till beslut vid bergtekniska val om exempelvis förstärkningsåtgärder. Att fastställa lineamentets strykning kan vara till nytta vid korsning av berganläggning, då resultatet visat ett mönster i strykningens avvikelse från lineamentet. Det är till gagn vid teknisk diskussion då en ortogonal korsning av lineamentet är eftersträvansvärt ur byggteknisk synpunkt. 5. Slutsats Lineamentet Getåravinens strykning bestämdes till 135/315, vilket skiljer cirka 20 jämfört med KB05 med strykning 155/335, det bekräftar det sprickmönster Lundgren (1978) visualiserade (Larsson, 1984). Det kan då antas gälla generellt för lineament och är till gagn vid undermarksbyggande när det eftersträvas att anläggningen ska korsa med rät vinkel mot lineamentet ur byggbarhetssynpunkt. Huvudsprickriktningarna från hällkarteringarna i Getåravinens omgivning visar på stor strykningsvinkel 40 till 60 mot lineamentet. Däremot finns ett svagt sprickset från hällkarteringarna i Getåravinens omgivning som konvergerar i nordlig riktning och sammanfaller med lineamentet. Möjligheten till att visualisera strukturgeologiska samband är stor, men ställer krav på avgränsning och kravspecifikation. Metoderna IDW och kriging är goda metoder för ändamålet, men kräver tolkning såväl vid inmatning i program som av resultat, kriging kräver även statistiska utvärderingar av indata. Att de är olika metoder minskar dock nyttan av direktjämförelse mellan resultat. Med metoderna kan eftersökta parametrars utbredning modelleras och undersökas i en komplex zon med svaghetszoner och varierat med bra berg. Visualiseringen av resultatet innebär en möjlighet att bedöma och kvantifiera dem efter byggtekniska faktorer. Framförallt eftersom resultatet med enkelhet kan bidra till ett redan etablerat bedömningssätt med klassning av bergdomäner. 24
6. Referenser Barton, N., Lien, R. & Lunde, J., 1974. Engineering classification of rock masses for the design of tunnel support. Rock Mechanics, Volym 6, pp. 189-239. Berthet, L., 2009. Polluted site assessment using Inverse Distance Weighted and Ordinary Kriging, Luleå: Luleå Tekniska Universitet. Bieniawski, Z., 1976. Rock mass classification in rock engineering. Exploration for rock engineering, proc. of the symp., Volym 1, pp. 97-106. Björling, L. & Schmidt, S., 2017. Svaghetszoner i Citybanans tunnelsystem med koppling till lineament på byggnadsgeologiska kartan över Stockholm, Uppsala: Uppsala universitet. Blom, L. o.a., 2013. Geoteknisk fälthandbok, Göteborg: Svenska Geotekniska Föreningen. Chaabouni, R., Bouaziz, S., Peresson, H. & Wolfgang, J., 2012. Lineament analysis of South Jenein Area (Southern Tunisia) using remote sensing data and geographic information system. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Sciences, Volym 15, pp. 197-206. Cockett, R., 2018. Visible Geology. [Online] Available at: http://app.visiblegeology.com/ [Använd 05 05 2018]. Deere, D. U., 1963. Technical Description of Rock Cores for Engineering Purposes, u.o.: u.n. Geosigma, 2018. Geosigma. [Online] Available at: http://geosigma.se/tjansteomraden/berg/ [Använd 9 maj 2018]. Hoek, E., 2007. Practical Rock Engineering. Vancouver: Roc Science. Jirner, E. o.a., 2016. Jordlagermodellering i 3D - exempel från Uppsalaåsen med hydrogeologisk tillämpning, Uppsala: SGU. Larsson, I., 1984. Ground Water in Hard Rocks, Paris: UNESCO. Lindfors, U. o.a., 2015. Projektering av bergkonstruktioner, Sundbyberg: Trafikverket. Lundgren, T., 1978. Weathering and argillization of microbrecciated hard rocks and its influence on ground water conditions, Stockholm: Royal Institute of Technology. Länsstyrelsen Östergötland, 2018. Getåravinens naturreservat. [Online] Available at: http://www.lansstyrelsen.se/ostergotland/sv/djur-och-natur/skyddadnatur/naturreservat/norrkoping/getaravinen/pages/default.aspx [Använd 2018]. Morfeldt, C.-O. & Knutsson, G., 2002. Grundvatten teori och tillämpning. 3:e red. Stockholm: Svensk Byggtjänst. Norwegian Geotechnical Institute, 2015. Using the Q-system: Rock mass classification and support design. Oslo, NGI. Price, N. J., 1966. Fault and joint development in brittle and smei-brittle rocks. Pergammon press, p. 176. SGU, 2017. SGUs Kartvisare. [Online] Available at: https://apps.sgu.se/kartvisare/index.html [Använd 05 05 2018]. Trafikverket, 2017a. Förslag till nationell plan för transportsystemet 2018-2029. [Online] Available at: https://trafikverket.ineko.se/files/sv- SE/42840/Ineko.Product.RelatedFiles/2018_058_forslag_till_nationell_plan_for_transportsyste met_2018_2029.pdf [Använd 15 mars 2018]. 25
Trafikverket, 2017b. Om Ostlänken. [Online] Available at: https://www.trafikverket.se/nara-dig/projekt-i-flera-lan/ostlanken/om-projektet- Ostlanken-/ [Använd 15 mars 2018]. Trafikverket, 2017c. Trafikverket, Ostlänken, dokument, samrådshandling. [Online] Available at: https://www.trafikverket.se/contentassets/7576e0b857a644609edb73625e0c56ad/ortofoto_del2_ samrad_stavsjo-loddby.pdf [Använd 4 juni 2018]. UNDP, u.d. Globala målen - Mål 9: Hållbar Industri, innovationer och infrastruktur. [Online] Available at: http://www.globalamalen.se/om-globala-malen/mal-9-framja-innovation-och-godinfrastruktur/ [Använd 22 maj 2018]. 26
Bilaga I: Lineamentsstudie och magnetfältskarta Lineamentsriktningen 300-310 290-300 280-290 V 270-280 260-270 250-260 320-330 310-320 240-250 340-350 330-340 230-240 220-230 210-220 0-10 350-36014N 20-3010-20 30-40 12 40-50 10 50-60 8 60-70 6 70-80 4 2 80-90 200-210 190-200 0 Ö 90-100 100-110 110-120 120-130 130-140 140-150 150-160 160-170 170-180 S 180-190 KB05 sprickriktning 300-310 290-300 280-290 V 270-280 260-270 250-260 240-250 230-240 220-230 210-220 350-360 340-350 330-340 320-330 310-320 200-210 190-200 0-10 16N 10-2020-30 14 30-40 40-50 12 50-60 10 8 60-70 6 70-80 4 80-90 2 0 Ö 90-100 100-110 110-120 120-130 130-140 140-150 150-160 160-170 170-180 S 180-190 27
290-300 280-290 310-320 300-310 Getå östra strykning 350-360 340-350 330-340 320-330 5 0-10 10-2020-30 4 3 2 1 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 270-280 260-270 0 90-100 100-110 250-260 240-250 230-240 110-120 120-130 130-140 220-230 140-150 210-220 150-160 200-210 160-170 190-200 170-180 180-190 290-300 280-290 V 270-280 310-320 300-310 Getå västra strykning 350-360 340-350 330-340 320-330 7N 0-10 10-2020-30 6 5 4 3 2 1 0 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 Ö 90-100 260-270 250-260 100-110 110-120 240-250 230-240 120-130 130-140 220-230 140-150 210-220 150-160 200-210 160-170 190-200 170-180 S 180-190 28
29