' Nr 75 ', 1982 ', ' - _ I _ V; I Statens väg- och trafikinstitut (VTI) 0 581 01 Linköping ISSN 0347-6049 '. _. National Road & Traffic Research Institute ' S-581 01. Linköping ' Sweden! 6...» _ x. _ ",. z"- ~.!...»... - I f x I _ = -» _.., 4 Lifff'ff'Sartryckur"Foredragv1dballastdagar1Luleaden1315september-82"' Publ1katio-f ;..f*_;.".'*'_-'_nen utgor Gruviorsknmgens Amneskommitte IVMmeralberednmgs slutrapport156/ ' - V' ". ' "...]-1872"Testmetoder forballastmatenal"1981-08-o5utgwen avtekn1ska hogskolan i ' '!Lulea. Avd for Mineraltekmk i samarbete medsvenska Gruvioremngen.Gruviorsk- _ "fl?f},f f- nmgen.stockholm.cement-ochbetong1nst1tutetstockholm. ochgrus-ochmaka-(j damiorenmgenștockholm.. _,,..,.. "
SARTRGK Nr 75 0 1982 ISSN 0347-6049 Statens väg- och tratikinstitut (VTI) 0 581 01 Linköping National Road & Traffic Research Institute ' S-58l 01 Linköping ' Sweden Användning av grov morän ivägbyggnad av Hans G Iohansson Särtryck ur "Föredrag vid ballastdagar i Luleå den 13 15 september -82". Publikationen utgör Gruvforskningens Amneskommitté IV Mineralberednings slutrapport 156/ 1972 "Testmetoder för ballastmaterial" 1981-08-05, utgiven av Tekniska högskolan i Luleå, Avd för Mineralteknik, i samarbete med Svenska Gruviöreningen, Gruvtorskningen, Stockholm, Cement- och Betonginstitutet, Stockholm, och Grus- och Makadamtöreningen, Stockholm.
Klintland Grafiska, Linköping 1983
267 ANVÄNDNING AV GROV MORÄN I VÄGBYGGNAD Hans G. Johansson Avd.dir. Statens väg- och trafikinstitut Innehållsförteckning 1 Inledning 2 Idealgruskurvan 3 Grovkorniga moräner Grusbrist och moränalternativ Geologiska kriterier 3.3 Krossning av morän vid Lumsheden i östra Dalarna Äldre försök med sortering av grus och morän 3.5 Sortering av morän nära Nybro i östra Småland 4 Slutsatser och utveckling 5 Litteratur
268 1 INLEDNING Morän med varierande kornstorlekssammansättning har på olika sätt och i växlande omfattning använts vid byggandet av vägar. Redan 1930 påpekade Beskow att "i synnerhet i Norrland används flerstädes pinnmo som väglagningsmaterial, tillsammans med eller ersättande grus. På grundval av lång varig praktisk erfarenhet kunna somliga vägmän med ganska stor säkerhet bedöma olika pinnmotypers lämplighet i detta avseende. Men genom mekanisk analys (kornstorleksanalys) av pinnmon vore det möjligt att objektivt bedöma dess lämp lighet, dels som tillsats, dels oblandad. Pinnmo ur vissa pinnmotag lär ge förträffliga vägbeläggningar; det är å priori icke osannolikt, att pinnmoförekomster kunna finnas med en sammansättning som kommer den ideala fördelningen tillräckligt nära." 2 IDEALGRUSKURVAN Under 1930-talet fortsatte Beskow att undersöka den betydelsefulla frågan om materialsammansättningen hos grusvägarna. Han påpekade (1934), att materialet varierade be träffande petrografiskt innehåll, kornform och kornstorleksfördelning. I första hand föll intresset på kornstor leksfördelningen. "Grusvägbanorna utsättas för den största påfrestningen vid två helt olika tillfällen, motsvarande den varierande fuktighetens ytterlägen: vid stor vatten halt, under långvariga regnväder och särskilt i tjällossningen, samt vid mycket ringa fuktighetshalt, under sommarens torrperioder. Detta sammanhänger närmast med vägbanor nas dubbla uppgift, att dels tjänstgöra som tryckfördelande bärlaqer, dels som slitvta åt trafiken" (Op.Cit. 1934). Det gällde således att försöka finna en sammansättning av vägbyggnadsmaterial som någorlunda kunde uppfylla de två kraven. Å ena sidan undersöktes bärigheten vid vattenöver mättning, å andra sidan granskades vägbanans egenskaper
269 som slityta. Materialets variationsområden från vardera undersökningen sammanställdes i ett kumulativdiagram (figur 1). Kombinationen av "bärigt" grus och ytgrus gav en gemensam zon som betecknades det ideala väggruset eller universalgrus. U.S. standard: O såll: %" D siktar. 200 l00 80 50 40 30 20 IG 10 8 4 %" I'A" Zyi " %100 Passerande mönqd i viktprocent NU-ÅUIGWNQLD 00000000 "6 om. imm 7 IO I520 3040 60 Qom 0,062 0,125 0,25 0,5 1,0 2,0 4,0 8.0 II,; 52 5345, 0,03 0,05 0. 0 0,i5 0.2 0.3 0.4 0.75 Ls 3 5 7 I0 5 20 30 40 5060 Cl Fri maskvidd för siktar i mm Figur 1. Idealgruskurvan (Beskow 1934) I samma utredning visade Beskow också på möjligheterna att åstadkomma ett användbart väggrus med varierande proportionering av morän och naturgrus (figur 2). Därvid utgick han från den moränkurva som benämndes "normal pinnmo". Den ha de erhållits genom sammanställning av ett stort antal ana lyser av morän från olika delar av Sverige. Moräntypen kallas idag sandig, moig eller sandmorän och utgör som be kant den vanligaste jordarten i vårt land. Beskow anförde dock att "mindre ofta, ehuru icke egentligen sällsynt förekomma moräntyper, vilka (givetvis efter bortharpning av stenmaterialet) äga en sammansättning som faller inom eller mycket nära universalgruszonen, och vilka utan varje till sats ge en idealisk vägbana."
270 LLS. standard: 0 såll-: %" %" %" " HF IF:" 2?" S' Dsiktar-ZOO 40030 50403020 40 nos I 341561 "I %'00 gl L 1 1 1 l 1 l 1, l l l A?, 90 7 ; E (på, ", I 3 80 mafbaf o QC 9 L - om / = _.Q>" 270 (Ög?».:eo f/ * I4, / I& *o.» f?r U 50 4 ] rf I L/IQL 5 ;7 (Ö/ "/g 40 / xii/gym, -\ /Ää g» lö 30 74/ Ä,.% z, l "'$. : r / "i /CÅ6 3 20 u fl? - 10 W., *, O Håldiam. för såll mm8 n _..- d 2 7 10 I520 llll I T Il fll! :III- I I i! I TII ll [ ] 0031 low 0,125I laga 0.5 I 1,0 I 2.0 I 4,0 5.6 8.0I,3 G kuna 105464 0,03 0,05 0.40 0,15 Q2 0.3 0,4 0,75 L5 3 5 7 IO 15 20 30 40. 5060 D Fri maskvidd för siktar i mm.) Figur 2. Exempel på proportionering genom blandning av grus och morän (Beskow 1934) Som ett resultat av Beskows undersökningar utkom sedemera en arbetsbeskrivning för byggnad och underhåll av slitlager av grus (1942). Förutom proportionering av material enligt ovan beskriven modell omnämndes i arbetsbeskrivningen även Väginstitutets dåtida pågående systematiska undersökningar av materialbeskaffenhet och storlek hos kända grus och moränförekomster samt de på uppdrag utförda större regiona la inventeringarna av grus och bindjordsmaterial ("grusin venteringar"). 3 GROVKORNIGA MORÄNER 3.1 Grusbrist och moränalternativ Bristen på naturgrus inom vissa delar av Sverige har under senaste årtiondet väckt intresse för att undersöka möjlig heterna att finna och utnyttja morän i olika byggnads-
271 sammanhang. Statens vägverk är en av de största konsumen terna av material för byggande och drift av vägar. Vägverket förbrukar årligen ca 10 milj m3 grus och bergkross material. Den i landet ställvis begränsade tillgången på normenligt grusmaterial innebär för vägverket, att möjligheten att förädla bl a moräner utgör en viktig del av ver kets långsiktiga planering av grusförsörjningen. Vägverket gav år 1977 Statens väg- och trafikinstitut (VTI) i uppdrag att undersöka möjligheterna att finna morän med en kornstorlekssammansättning som var så pass grov att den kunde hänföras till siktkurvan för slitlagergrus. Undersökningen omfattade därmed endast de moräntyper som kan sam manslås under beteckningen grusig-sandig (grusmorän och sandmorän). Projektets främsta syfte var att anvisa vilka geologiska kriterier som kan anses vara de viktigaste för att lokali sera en moränfyndighet med nämnda kornstorlekssammansätt ning. Ur den publicerade rapporten (Johansson och Enkell 1980) ges i följande text endast en sammanfattning av be tydelsefulla kriterier samt ett exempel på en moränlokal där materialet uttagits, krossats och använts till väg byggnad. 3.2 Geologiska kriterier Topografi Grovkorniga moräner finns företrädesvis i dal gångar eller sänkor i terrängen. Berggrund Hårda bergarter har ett klart samband med grov kornig morän. Vittringstendens hos en bergart kan lokalt ha givit upphov till denna moräntyp. Kvaliteten kan därvid vara mindre god. För land isens lossbrytning gynnsamma sprickriktningar i berget har betydelse för bildning av grov morän.
272 Lägesförhållanden I närheten av eller över högsta kust linjen (HK). Avbrutna isälvsstråk eller förskjutningar i riktningen hos isälvs avlagringar. Formen (morfologi) Svärmar av kullar och ryggar eller iso lerade och sporadiska (lokala) morän avlagringar. 3.3 Krossning av morän vid Lumsheden i östra Dalarna De geologiska kriterier som ovan beskrivits summariskt passar mycket väl in på ett område i östra Dalarna där morän utnyttjats som vägbyggnadsmaterial. Området är beläget i närheten av byn Lumsheden utmed väg 880 mellan Sandviken och Svärdsjö. Två dalgångar möts och begränsar en mellanliggande, kilformig moränareal. Sett i ett vidare perspekw tiv utgörs området av en sänka omgiven av höjdplatåer. Berggrunden är sällan blottlagd. Där berggrunden kan observeras förekommer omväxlande granit och gnejs. Området är beläget på nivåer omkring 200 m ö h och däröver. Högsta kustlinjen (HK) är med stor sannnolikthet belägen vid ungefär 200 m 0 h. En av dalgångarna utfylls till över vägande del av isälvssand. Det kilformade området mellan dalgångarna karakteriseras av en småkullig terräng. Kullarna täcks av en stor mängd block och sten. I en av kullarna har upptagits en täkt (figur 3). Skärningsväggarna är 8-10 m höga. Den övre de len av täkten (5-6 m) har en något grövre kornstorlekssammansättning än den undre (figur 4). Stenhalten (16-200 mm) är 37 % i den övre och 17 % i den undre. Blockfrekvensen bedöms som måttlig i båda. Bergarterna hos moränpartiklarna fördelas ungefär lika mellan granit och gnejs.
273 Figur 3. Moräntäkten vid Lumsheden LER MINA MO SAND GRUS STEN Pun on mbnqd. leproccnt Figur 4. Moränens kornstorlekssammansättning före och efter krossning
274 Vägverket har genom etablering av ett mobilt krossverk i täkten utnyttjat moränen för framställning av material till förstärkninglager och bärlager. Mer än 20000 m3 har framställts. Endast 25 30 % av utgångsmaterialet har sik tats bort och ej kunnat utnyttjats. På grund av den begränsade tillgången av normenligt grus material inom ifrågavarande region har således vägverket utnyttjat och förädlat moränen nära Lumsheden med rationa liseringsvinst. Den kvarvarande moränmängden, som kan be räknas till >1000001n3,innebär dessutom en betydande re sursreserv för framtida behov. 3.4 Äldre försök med sortering av grus och morän "Alla vägmän veta sedan gammalt att framställningen av lämpligt material för lagningen av grusvägar eller för hårdgöring av ny eller ombyggda grusvägar ofta varit för enad med avsevärda besvär och kostnader" (Rahm 1933). In sikten om fördelarna med en blandning av grus och morän för att skapa en god sammansättning hos slitlagermateria let på grusvägarna ledde till konstruktion av ett mobilt maskinellt sorteringsverk vid Ala "vägdistrikt" i Hälsing land. Sorteringsverket bestod av ett slags rullband med små sko por som förde upp materialet i en närmast horisontell sortertrumma med håldiameter på 25 mm. Från trumman föll det sorterade materialet i en underliggande lastficka med ca 2 m3 volym. Fickan hade två bottenluckor genom vilka sorte rat material lossades på lastbilar inkörda under sorte ringsverket. Material >25 mm fördes genom viss lutning av trumman ut genom dess andra ände. Verket drevs av en motor på ca 5 hkr. Det kunde transporteras till olika uppställ ningsplatser genom att det var hjulförsett och av ringa tyngd (%2800 kg).
275 Av Rahms artikel om ifrågavarande sorteringsverk (1933) framgår också att kostnaden för uttagning och sortering av "pinnmo" och grus vid den tiden uppgick till 1 kr per m3 respektive 0:70 kr exklusive kostnaderna för verkets amortering. "Det utsorterade stenmaterialet har i regel kommit väl till pass antingen för bärlager vid pågående vägbyggnader eller för breddningar av äldre vägar." 3.5 Sortering av morän nära Nybro i östra Småland Arbetstekniska kontoret vid Vägverkets driftssektion (DDa) har genom Vägförvaltningen i Kronobergs län (VfG) utfört sortering av morän nära Nybro. Syftet med projektet var bl a att testa ett mobilt sorteringsverk (danskt fabrikat), dess verkningsgrad dels vid sortering av en vanlig svensk moräntyp, dels under klimatologiskt sett besvärliga yttre förhållanden. Försöket ägde rum under december 1981 och januari 1982. Moränlokalen är belägen utmed en ny sträckning av riks väg 25 mellan Madesjö och örsjö. I en flack, 4 5 m hög kulle med normal frekvens av block i markytan upptogs ett sidotag i kullens östra sida (figur 5). Moränens kornstorlekssammansättning varieradei.kullen (figur 6). Generellt sett dominerade en sandig-moig morän (sandmorän). Stenhal ten var måttlig hög och enstaka block (>600 mm) förekom. Under schaktningsarbetet påträffades emellertid då och då.samlingar av block och stenar i mellanmassan. Moränens packningsgrad var hård när moränen hade en sandig moig sammansättning. Partier med grusig sandig morän var be tydligt luckrare. Grundvattenytan var belägen under schakt botten. Moränens bergartsinnehåll dominerades av porfyr (60-70 %).
Passcronde mangd. vuklprocem 276 Figur 5. Moräntäkt vid riksväg 25 nära Nybro Grovmo Mellcnscnd Grovsnnd Fingms Grovgr'us nu 02 05 2 6 0.074 0.12.5 0.25 0.5 1.0 2 4 5.6 8 1131620 32 $064 Prov A sekt 26/160 Djup 1.50 m Prov B -"- Djup 1.50-2.00 m Prov C 26/165 Djup 2.50-3.00 m Prov D 26/142 Djup 4.00 m Figur 6. Moränens kornstorlekssammansättning inom olika delar av täkten
277 Morän för sorteringsförsöket uttogs i schakt av grävmaskin Åkerman H12B, dvs med skopvolym av ungefär 1200 1. Sorteringsverket, dess olika enheter och uppställning samt prin cipen för siktningen framgår av figur 7 och 8. Figur 7. Sorteringsverket
278 0 8 ALT. 0 10 F 8-150 ALT. 10 150 A150 175 n...-... r- % M 1. COMBI-SCREEN HD A. BANDMATARE B. TRANSPORTBAND Mrmäms c. EL- OCH MANÖVERCENTRAL,,,/,,1'1 Qyzså15_gég551 BESTÅR AV ETT - 5 D- Sl (T GROVGALLER vans BREDD VARIERAR ' FRÅN 75 150 mm. YTA 1x1.25n. 2_ GENERATORAGGREGAT 3. Bon MED va _QiMEÄQQlFMRENOSIHDUK VNNÅÅ' GUTRUSTNING?g"? QQåKgDDEN 25x40 [JA-C BANDVÅGAR 150-175 nn UNDRE chx HAR EN SIKTDUK men MASKVIDDEN 8x100m LT. MI00 MN. YTA 3x1.25 n. 0 "" 81500ALT 10-150 Figur 8. Principskisser av sorteringsverkets uppställning och siktningen
279 Bearbetning av resultaten från försöket pågår för närvaran de. Bland hittills erhållna uppgifter kan nämnas, att den procentuella fördelningen på uppställda siktar blev 57 % (0 8 mm alt 0-10), 25 % (8-150 alt 10-150) och 3 % (150 175). 13 % (175-500) bortsorterades vid mataren för vidare transport till krossanläggning. Endast 2 % (>500) kvarlämnades i täkten. Byte av 8 mm siktduk till 10 mm siktduk med en samtidig något förhöjd inmatningshastighet gav ungefär samma korn fördelning av utfallet material, men inmatningsmängden öka- O des samtidigt med mer än 50 %. De yttre betingelserna med kraftiga snöfall och stadigvarande minusgrader innebar naturligtvis en del praktiska problem vid sorteringen. Fruset, hopkittat material slogs inte sönder i siktningen. Fastfruset finmaterial på band och siktar måste tas loss manuellt. Slutresultaten från sorteringsförsöket kommer förhoppnings vis att redovisas i föredraget. 4 SLUTSATSER OCH UTVECKLING Idag vet vi att grovkorniga moräner (grusiga - sandiga) finns utspridda över praktiskt taget hela landet. Förekoms terna kan allmänt sett bedömas som små om de betraktas var för sig. I många fall, kanske i de flesta fall, finns före komsterna i svärmvisa anhopningar och de utgör därvid en icke oväsentlig alternativ fyndighet för uttag och föräd ling av morän till olika byggnadsändamål, främst vägbygg nad och vägunderhåll. Undersökningarna som hittills utförts har visat, att det är möjligt att med viss geologisk kunskap relativt snabbt och med enkla hjälpmedel, exempelvis flygbilder, kunna lokali
280 sera förekomster med grovkorniga moräner. Fyndigheternas värde måste bedömas från fall till fall och det beror på många faktorer. Det kan emellertid fastslås att i vissa områden med påtaglig grusbrist har redan idag vissa morän täkter givit en god rationaliseringsvinst för vägverket. I framtida undersökningar av morän som ett alternativ till grus och berg för framställning av olika vägbyggnadsmaterial kommer, förutom kartering och inventering, förhopp ningsvis sådana aspekter som moränförekomsternas kvantitet, kvalitet, läge i förhållande till avsättningsplatsen, metodik för optimalt uttag, förädling m m att kunna beak tas mera i detalj. 5 LITTERATUR Arbetsbeskrivning för byggnad och underhåll av slitlager av grus. - Statens Väginstitut Medd. 64. 1942. Beskow, G. 1930: Om vägarnas bärighet vid vattenövermätt ning. Svenska Väginstitutet Medd. 24. Beskow, G. 1934: Grusvägbanors sammansättning. Från Teknisk ekonomiska utredningar rörande vägväsendet. Del I: Vägar. SOU 1934:27. Komm. dep. Johansson, H.G. och Enkell, K. 1980: Geologiska kriterier av betydelse vid sökande av grovkorniga moräner. VTI Rapport 194. Rahm, K. 1933: Om sortering av grus och pinnmo. - Svenska Vägföreningens Tidskrift N:r 2.