2009:018 HIP

E X A M E N S A R B E T E

Kvalitetssäkring av bergtäktenVerksamheten, Skarvsjö 2:126

Jonatan Jonsson

Luleå tekniska universitet

Högskoleingenjörsprogrammet Bergmaterialingenjör 80 poäng

Institutionen för SamhällsbyggnadAvdelningen för Geoteknologi

2009:018 HIP - ISSN: 1404-5494 - ISRN: LTU-HIP-EX--09/018--SE

Luleå tekniska universitetHögskoleingenjörsprogrammetBergmaterialingenjör 80 poäng

Foto Jonatan Jonsson 2007

Kvalitetssäkring av bergtäkten Verksamheten, Skarvsjö 2:126

Namn: Jonatan Jonsson Handledare: Karel Miskovsky

1

Förord ............................................................................................................................................... 3 Sammanfattning ................................................................................................................................ 4 Summary ........................................................................................................................................... 5 1. Inledning ....................................................................................................................................... 6

1.1 Bakgrund ................................................................................................................................ 6 1.2 Produktion i västerbottens län och Storumans kommun ........................................................ 6 1.3 Allmänt om täkten .................................................................................................................. 7 1.4 Mål och syfte .......................................................................................................................... 7

2. Metodbeskrivning ......................................................................................................................... 7 2.1 Datainsamling ......................................................................................................................... 8 2.2 Täktbesiktning ........................................................................................................................ 8 2.3 Mekaniska analyser ................................................................................................................ 8 2.3.1 Kulkvarn .............................................................................................................................. 8 2.3.2 Los Angeles ......................................................................................................................... 8 2.3.3 Micro-deval (EN-SS 1097-1) .............................................................................................. 9 2.3.4 Korndensitet ........................................................................................................................ 9 2.3.5 Flisighets index .................................................................................................................... 9 2.3.6 Glimmerhalt ......................................................................................................................... 9

3. Resultat ....................................................................................................................................... 10 3.1 Täktens geologiska och strukturgeologiska förhållanden ..................................................... 10 3.2 Petrografisk analys ............................................................................................................... 10 3.3 Resultat av mekaniska analyser: ........................................................................................... 10 3.4 Geologisk situation ............................................................................................................... 11

4. Sammanställning och utvärdering av resultat ............................................................................. 11 5. Diskussion & slutsatser .............................................................................................................. 12 Referenser ....................................................................................................................................... 14 Bilaga 1 ........................................................................................................................................... 15 Bilaga 2 ........................................................................................................................................... 16 Bilaga 3 ........................................................................................................................................... 17

2

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

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 SJ-

makadam enligt SS-EN krav.

Kvalitetssäkringsarbetet stötte på problem p.g.a. SS-EN krav. SS-EN 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

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 SS-EN requirement.

The secure of the quality work had some problems due to SS-EN requirement. The SS-EN 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

1. Inledning

1.1 BakgrundBergmaterial 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 kommunVästerbotten 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 2006.

- 69% vägar

- 3% betong

- 11% fyllnadsmaterial

- 18% övrigt

I tabell redovisas ballastproduktion i Storumans kommun och västerbottens län under 2006.

Tabell: Produktion ballast under 2006 i Storumans kommun samt Västerbottens län

totalt

ton

naturgrus morän krossat

berg

övrigt antal täkter

Storumans

kommun

257104 94759 2700 159650 0 27

Västerbottens län 5559711 967767 44701 4178104 369139 290

6

1.3 Allmänt om täktenE. Lindkvist åkeri AB ansökte om täkttillstånd på fastigheten Långnäs 2:7 i 93-01-22.Tillståndet

blev beviljat 94-04-11. Bolaget förvärvade fastigheten Skarvsjö 2:126 på ca

77 ha av Kurt-Lennart 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 (05-04-07). 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 syfteUndersökningens 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

• Täktbesiktning.

• Provtagning

• Mekaniska analyser.

2.1 DatainsamlingInsamling 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 TäktbesiktningBergtäkten besöktes två gånger under 2007 (2007-05-15 och 2007-05-17). 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 analyserTester 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, Micro-deval, korndensitet och glimmerhalt i finfraktion.

2.3.1 KulkvarnEtt bergmaterials motstånd mot nötning från dubbdäck. Testfraktionen är 11,2-16 millimeter enligt

SS-EN 1097-9. 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

2.3.2 Los AngelesMaterialets 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 SS-

8

EN 1097-2 på fraktionen 10-14 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 LA-värdet. Ju

högre LA-värde desto sämre sprödhetsegenskaper har materialet.

2.3.3 Micro-deval (EN-SS 1097-1)Bergmaterialets motståndskraft mot nötning. Micro-deval metoden är snarlik kulkvarnsvärde med

den stora skillnaden att micro-deval trumman saknar lyftribbor.. Provet blir därför lite mer rundat

efter körning i micro-devaltrumman än i kulkvarnstrumman där proverna blir mer skarpkantade.

Micro-deval värdet viktprocent <2mm

2.3.4 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”

(www.vv.se FAS metod 208-98)

2.3.5 Flisighets indexEtt 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.

1993-04-26 gjorde vägverkets väglaboratorium en analys på flisighetstal på ett prov från

verksamheten.

2.3.6 GlimmerhaltEn analys av andelen friglimmer i fraktionen 0,125-0,25mm. Det skedde genom att man räknade

glimmer korn och fick på så sätt ut en uppskattad glimmerhalt.

9

3. Resultat

3.1 Täktens geologiska och strukturgeologiska förhållandenVerksamheten 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 1-5 millimeter och klassas då som medelkorning. Den undersökta

bergarten är välutkristalliserad och jämnkornig.

3.2 Petrografisk analysÅr 2005gjordes en förenklad petrografisk analys enligt metoden EN 932-3. 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 medel-grovkornig gabbro och resterande 8% av aplit, pegmatit

och mylonit.

Den uppskattade totala glimmerhalten är mindre än 5%.”

Analysen bifogas som bilaga 1

3.3 Resultat av mekaniska analyser:Kulkvarnsvärde: 12 Fraktion 11,2-14

Los Angelesvärde: 12 Fraktion 8-11,2

Micro-devalvärde: 9 Fraktion 8-11,2

Korndensitet: 2,97 g/cm3

Glimmer i finfraktion: ~ 4 %

Flisighetstal: 1,32 Fraktion 11,2-16 (1993-04-26)

10

3.4 Geologisk situationInga 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 2005.

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 micro-deval vara max 20. Om

förstärkningslager inte trafikeras skall micro-deval vara max 25).

- Bärlager till belagda vägar.

Krav: om bärlager trafikeras skall micro-deval vara max 20. Om bärlager inte trafikeras

skall Micro-deval 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 30-50% får inte bärlager trafikeras av tungtrafik).

- Slitlager

Kravnormer på slitlager enligt ATB 2005

11

- Makadamballast för järnväg. Banverket BVS 585.52. 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

frys-tö test. Mekaniska egenskaper testas med LA-metoden (fr.10-14) max 24. Micro-deval

skall deklareras. Färdig produkt skall ha kubisk form och LT-indexet testat på fraktion 31,5-

63,0 skall vara lägst 90%.

Nedan följer exempel på materialkrav som täktens material inte uppfyller p.g.a.” för bra”

nötningsegenskaper.

- Grusslitlager

Krav: Micro-deval max 35, men Micro-deval mindre än 14 ska undvikas då det finns risk

för att det blir ”rullgrus”. Ett Micro-devalvärde 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

ÅDT x 1000<0,5 0,5-1,5 1,5-3,5 3,5-7,0

Flisighetsindex ≤20 ≤20 ≤20 ≤20Krossytegrad,C C 50/30 C 50/30 C 50/30 C 50/10

Kulkvarnsvärde ≤14 ≤14 ≤10 ≤7Kulkvarnsvärde,trafikerat lager ≤14 ≤14 ≤14 ≤10Los Angeles-värde ≤25 ≤25 ≤25 ≤25

och nötning väldigt bra. Materialet går utmärkt att använda som slitlager, bärlager,

förstärkningslager och sj-makadam enligt SS-EN 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 Micro-deval 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 sj-makadam skulle vara en positiv utveckling för täkten.

13

Referenser

Rapporter och andra tryckta publikationer

Miškovský, K. (2003). Stenmaterialkunskap, Kompendium, Geoprospekt Nord AB, Umea

Vägverket (2005). Allmän teknisk beskrivning för vägkonstruktion, ATB-Väg 2005, Vägverkets

publikation 2005:23036, Borlänge

Vägbyggnad - Europastandard SS-EN 13242 och SS-EN 13285

(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). www.sgu.se, Malå

Banverket (2007). www.banverket.se, Sverige

Järnvägsballast - Europastandard SS-EN 13450(Makadamballast - Banverkets standard BVS 585.52för järnväg) - Europastandard SS-EN 13242 (övrig ballast)

14

Bilaga 1

15

Bilaga 2

16

Bilaga 3

17