SAMBAND MELLAN GEOLOGISKA

OCH BERGMEKANISKA

EGENSKAPER I BERGMATERIAL

SOM BÄRLAGER TILL RIKVÄG 51Riksväg 51 sträckan Svennevad - Kvarntorpskorset

Philip Landeman

Högskoleingenjör, Berg- och anläggningsteknik

2018

Luleå tekniska universitet

Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser

Förord

Denna rapport syftar till att ge underlag om de geologiska och tekniska förhållanden som råder

kring en vägskärning längs riksväg 51. Från detta underlag ska sedan, om det är möjligt, en

bedömning göras kring hur lämpligt det är att använda material från vägskärningen till bärlager i

den nya vägen.

I den tillförordnade arbetsgruppen för detta projekt ingår Joakim Holtbäck, Per Lord, Sara

Andersson, Patric Landén, Lars O. Johannson, Mattias Olsson, Fredrik Hörnfeldt, Jan Jansson,

Charlie Landeman, Mohamed Smer och Alf Westerlund. Samtliga personer från arbetsgruppen har

haft stor betydelse för projektet och därför riktas ett stort tack till dessa. Ett stort tack riktas också

till Linus Ahlstrand och Per Johansson som tagit fram flygfoton samt en 3D-pdf över

vägskärningen.

Ett stort tack framförs härmed även till Loxia Group AB som varit till stor hjälp i processen, såväl

praktiskt som finansiellt. Ett stort tack riktas till Bergsskolans laboratorieavdelning för

tillhandahållen utrustning såsom stenkross, kulkvarn och mikroskoperingsutrustning. Tack också till

NCC Group med personal. Ett extra stort tack riktas särskilt till Jan Jansson som med ett brinnande

engagemang och många timmar i fält varit en kolossal tillgång och oerhört viktig för projektets

framdrift. Ett stort tack riktas dessutom till projektets handledare tillika examinator Rob

Hellingwerf, professor i malmgeologi vid Bergsskolan i Filipstad/Luleå Tekniska Universitet.

Philip Landeman

Danderyd, 23/4 2020

Sammanfattning

Detta examenarbete uppkom för att kvalitetssäkra bergmaterial, som skulle krossas till bärlager, i en

vägskärning vid riksväg 51, samt för att hitta ett eventuellt samband mellan bergets

nötningsmotstånd och dess mineralogi. Bergprover samlades in och bland annat genomfördes en

mängd kulkvarnstester. Projekteringen av vägprojektet utfördes av Loxia Group AB med NCC

Group som entreprenör.

Totalt togs 18 stycken bergprover och 2 stycken bärlagerprover i området som testades i kulkvarn.

Undersökningsresultaten visade att av de 18 bergproverna hade 2 prover ett kulkvarnsvärde som var

mindre än 16 på skalan, 10 prover hade värden från 16 till 20, utöver detta hade 3 prover värden

från 20 till 21 och 3 prover hade värden som översteg 21 på kulkvarnsskalan.

Av de 3 prover som hade ett kulkvarnsvärde som var större än 21 innehöll samtliga en större mängd

biotit. Biotit förekom inte i lika stor utsträckning bland de prover som hamnade längre ned på

kulkvarnsskalan. Detta samband var så pass tydligt att en slutsats senare drogs utifrån detta.

Proverna som togs på det färdiga bärlagret hade båda ett kulkvarnsvärde mellan 16 och 20. Totalt

sett klarade både bärlagret och bergmaterialet Trafikverkets krav enligt ”TRVKB 10, Obundna

lager”. Det berg som låg längst i söder på vägskärningen, precis intill en sprickzon, hade för dålig

kvalitet för att genomgå ett kulkvarnstest och därför finns inga värden hämtade därifrån.

Slutsatsen av arbetet är att bergmaterialet totalt sett klarar Trafikverkets krav på bärlager

enligt ”TRVKB 10 Obundna lager”, att ett tydligt samband mellan andelen biotit i ett bergmaterial

och dess nötningsmotstånd finns, samt att det trasiga berget i söder ej bör användas till bärlager

eftersom berget har otillräckliga mekaniska egenskaper.

Abstract

This thesis was created to ensure the quality of the rock which would be crushed to base layer

construction material, in a road cut at Swedish highway 51, and to find a possible link between the

rock's abrasion resistance and its mineralogy. Rock samples were collected, and among other things,

several ball mill tests were carried out. The design of the road project was carried out by Loxia

Group AB with NCC Group as contractor.

A total of 18 rock samples and 2 base layer samples were taken in the area and they were all tested

in a ball mill. The results showed that of the 18 rock samples, 2 samples had a ball mill value of less

than 16 on the scale, 10 samples had values from 16 to 20, in addition to this, 3 samples had values

from 20 to 21 and 3 samples had values in excess of 21 on the Swedish ball mill scale.

Of the 3 samples with a ball mill value higher than 21, all contained a larger amount of biotite.

Biotite did not appear to the same extent among the samples that ended up further down the ball

mill scale. This link was so clear that a conclusion was subsequently drawn from this. The samples

taken on the prefabricated base layer both had a ball mill value between 16 and 20. Overall, both the

base layer and the rock material passed the Swedish Government’s Transport Administration’s

requirements according to "TRVKB 10, Obundna lager". The rock type that was on the south part of

the rock cut, adjacent to a deformation zone, had way too poor quality to undergo a ball mill test

and therefore there are no values taken from that area.

The conclusion of the work is that the rock material overall meets the Swedish Government’s

Transport Administration’s requirements for base layer construction materials according to

"TRVKB 10 Obundna lager", that a clear link between the proportion of biotite in a rock material

and its abrasion resistance exists, and that the broken rock in the south should not be used as

construction materials since the rock has insufficient mechanic capacity.

Förord ............................................................................................................................................. 1

Sammanfattning .............................................................................................................................. 2

Abstract .......................................................................................................................................... 3

1. Inledning ..................................................................................................................................... 6

1.1 Bakgrund ............................................................................................................................... 6

1.2 Problemformulering .............................................................................................................. 7

1.3 Syfte ...................................................................................................................................... 7

2. Teori bakom vägbygge och bärlager ............................................................................................ 8

2.1 Obundet bärlager ................................................................................................................... 8

2.2 Nötningsmotstånd.................................................................................................................. 8

2.3 Vägskärning .......................................................................................................................... 9

3. Bergmaterialet vid riksväg 51 .................................................................................................... 10

3.1 Områdets geografiska läge................................................................................................... 10

3.2 Geologisk beskrivning enligt SGU ...................................................................................... 11

3.3 Bergarter ............................................................................................................................. 12

3.4 Deformationszon ................................................................................................................. 14

4. Insamling av prover................................................................................................................... 18

5. Bergmaterialets petrografiska beskrivning ................................................................................. 20

5.1 Gnejsig granit ...................................................................................................................... 21

5.2 Svart biotit-kvartsit .............................................................................................................. 21

5.3 Röd pegmatit ....................................................................................................................... 22

5.4 Granit .................................................................................................................................. 22

5.5 Granat-epidotskarn .............................................................................................................. 23

6. Slitagetester............................................................................................................................... 24

6.1 Referenstest Microdeval-Kulkvarn ...................................................................................... 24

6.2 Utförande av kulkvarnstester ............................................................................................... 27

6.2.1 Krossning ..................................................................................................................... 28

6.2.2 Siktning ........................................................................................................................ 28

6.2.3 Tvättning ...................................................................................................................... 28

6.2.4 Torkning ....................................................................................................................... 28

6.2.5 Uppmätning .................................................................................................................. 28

6.2.6 Nötning av bergmaterial................................................................................................ 28

6.2.7 Torkning ....................................................................................................................... 28

6.2.8 Siktning ........................................................................................................................ 28

6.3 Resultat efter kulkvarnstester ............................................................................................... 29

7. Diskussion ................................................................................................................................ 31

8. Rekommendation ...................................................................................................................... 33

9. Slutsats...................................................................................................................................... 34

10. Felkällor och fortsatt arbete ..................................................................................................... 35

11. Källförteckning ....................................................................................................................... 36

12. Bilagor .................................................................................................................................... 37

1. Inledning

1.1 Bakgrund

Trafiken på landets vägar blir allt tyngre och tätare. Det finns ett nationellt behov av att rusta upp

eller bygga om många vägar helt. För att kunna bygga bra och hållbara vägar krävs att rätt material

med rätt egenskaper används. Bärlagret är det obundna skikt av vägen som ligger under själva

slitytan, det vill säga under asfalten. Det är därför av extra stor vikt att bärlagret är av god kvalitet.

Det stora problemet är att det ofta är dyrt och ansträngande att få tag på ett bra bärlager. Det är ofta

dyrt att köpa materialet från externa leverantörer och utöver detta kan fraktkostnaden i många fall

vara långt högre. Av denna anledning har många entreprenörer börjat krossa eget bärlager av berg

som sprängs loss i samband med byggandet av landets vägar.

Behovet av detta examensarbete uppkom under ett vägprojekt som projekterades av Loxia Group

AB. I projektet ingick att entreprenören NCC Group skulle tillverka bärlager av det stenmaterial de

utvunnit från sitt eget sprängningsarbete av en vägskärning längs samma vägsträcka. De potentiella

problem som skulle kunna uppstå med bärlagret var många i jämförelse med alternativet.

Alternativet, som var att köpa färdigt bärlager från en bergtäkt och frakta materialet till

arbetsplatsen, var förvisso mindre riskfyllt och dessutom fanns det en stor ekonomisk fördel med att

tillverka sitt eget bärlager.

Denna studie upprättades för att undersöka vilka delar av vägskärningen som gick att använda till

bärlager samt för att få en bild av hur kvaliteten på berget gick att koppla ihop med geologin och

mineralogin i området. Det bästa utfallet av studien hade varit ett tydligt samband mellan bergets

geologi och bärlagrets kvalitet.

Bergprover togs på plats i vägskärningens sprängda delar. Totalt insamlades ca 500kg stenmaterial

från olika delar av vägskärningen. Den geologiska strukturen på de olika provplatserna noterades

visuellt. Allt material gick sedan genom en kross. Därefter utfördes kulkvarnstester för att

undersöka om materialet kunde användas som bärlager eller inte. Mikroskopering blev en metod

som utfördes för att identifiera de mineralogiska associationerna med syfte att förklara ovannämnda

kulkvarnstester.

1.2 Problemformulering

Givet bakgrunden till examensarbetet enligt ovanstående har en rad frågor uppstått. Nedan följer

problemformuleringen.

1. Duger någon del av berget till bärlager? I sådant fall vilken/vilka delar?

1.a) Om ja: Är det lönsamt att krossa eget bärlager?

1.b) Om nej: Hade kompletterande undersökningar kunnat ge svaret på frågan i ett

(för ekonomin fördelaktigt), tidigare skede?

2. Kan ett samband påvisas mellan det berg uppfyller kriterierna för att användas som

bärlager och geologi/mineralogi som råder på samma plats?

1.3 Syfte

Syftet med examensarbetet är att svara på ovanstående frågor samt att rapporten ska kunna

användas som referensmaterial för framtida studier inom ämnet.

2. Teori bakom vägbygge och bärlager

2.1 Obundet bärlager

Benämningen ”bärlager” syftar i detta arbete till det lager av obundet naturmaterial som ligger

under slitlagret men ovanför förstärkningslagret, se figur 1.

Figur 1: Vägkropp i genomskärning som beskriver bärlagrets läge i vägkonstruktionen. Bild från PEAB:s hemsida

www.peab.se.

Bärlagrets uppgift är att uppta belastning från trafiken som belastar vägen ovanifrån och att jämnt

fördela lasten nedåt in i förstärkningslagret. Bärlagrets egenskaper bör vara goda redan vid

anläggning av vägen och det finns alltid en strävan efter att bärighet och funktion inte försämras

med tiden.

I regel gäller att ju högre upp i vägkroppen ett material är placerat desto högre krav ställs på

materialet. Bärlagret är relativt högt upp i vägkonstruktionen och därför ställs också ganska höga

krav.

2.2 Nötningsmotstånd

Nötningsmotståndet är ett mått på hur mycket nötning materialet klarar av innan det går sönder. För

att få en väg med så lång livslängd som möjligt är det viktigt att materialet uppfyller kravet för

nötningsmotstånd. Nötningsmotståndet kan mätas i antingen Microdeval-, Los-Angeles- eller

kulkvarnsvärde. Detta är tre olika metoder som fungerar på olika sätt men som i slutändan mäter

samma sak. Alla metoderna mäter nötningsmotståndet hos materialet. Ett bra bärlagermaterial nöts i

mindre utsträckning och ett dåligt material nöts enklare och fortare ned till mindre fraktioner.

2.3 Vägskärning

När ett berg ligger i väglinjen vill man på något sätt komma förbi det utan att göra vägen alltför

krokig eller kuperad. Om berget saknar tillräcklig bergtäckning för att driva en genomgående tunnel

brukar istället hela berget sprängas bort. Om hela berget sprängs bort skapas en så kallad

vägskärning eller bergskärning som det också kallas, se figur 2. Denna metod frigör ofta stora

mängder berg som på något vis måste tas omhand. I detta projekt liksom många andra, vill

entreprenören ta tillvara på berget som sprängs loss. Berget kommer från naturen och ingen kan i

förväg bestämma vilken typ av berg som ska finnas just på den plats där behov av en vägskärning

finns. Därför kan kvaliteten på berget variera kraftigt och detta styr också vad berget går att använda

till.

Figur 2. Typsektion av vägskärning i berg efter sprängning. Sektionen på bilden är orienterad i

vägens längdriktning, det svarta området på bilden är berg och vägen kommer att byggas genom berget. Bilden är

tagen från Loxia Groups server.

3. Bergmaterialet vid riksväg 51

3.1 Områdets geografiska läge

Den aktuella vägskärningen ligger utmed riksväg 51 som ska få en ny sträckning mellan Svennevad

och Kvarntorpskorset. Den närmaste tätorten är Pålsboda som ligger ett fåtal kilometer från

vägskärningen. Figur 3-5 nedan ger en övergripande bild av det geografiska läget.

Figur 3. Skärningens geografiska läge. Figur 4. Nya vägsträckningen i lila

Figur 5. Nya vägsträckningen i lila. Det röda område som ryms inom vägområdet ungefär mitt på figuren markerar den

aktuella vägskärningen.

3.2 Geologisk beskrivning enligt SGU

Enligt berggrundskartan från SGU ska berget i området bestå av en

felsisk intrusiv bergart, dvs av granitiskt, granodioritiskt eller

monzonitiskt ursprung, men som ställvis är gnejsig, se figur 6.

Berggrunden ska vara från den svekokarelska orogenen, dvs ca 1,8

miljarder år gammal. Vid närmare analys av berggrundskartan

återfinns en spröd deformationszon (förkastning, spricka, sprickzon)

som korsar vägen alldeles intill vägskärningen, se figur 6.

Figur 6. Berggrundskarta från SGU. Vägskärningen är placerad ungefär mitt i den röda cirkeln.

3.3 Bergarter

I världen finns tusentals olika sorters bergarter med sammansättning av mineral i oändlig många

kombinationer. Bergarterna kan delas in i grupper på olika sätt baserat på exempelvis dess

mineralinnehåll, ursprung, bildningssätt eller användningsområde. Ett av de mest grundläggande

sätten att dela upp bergarter i grupper är enligt den traditionella bergartscykeln. Bergartscykeln

syftar till att dela in bergarterna efter det sätt de har bildats på samtidigt som den beskriver ett

kretslopp för bergmaterial. Bergartscykeln delar in bergarterna i tre huvudgrupper. Magmatiska,

sedimentära och metamorfa bergarter enligt figur 7 nedan.

Figur 7. Bergartscykeln. Illustration av Åke Johansson, från naturhistoriska riksmuseets hemsida.

En ”färsk” bergart som bildas av magma kallas för magmatisk bergart, exempel på sådana är granit

eller diabas. Om en magmatisk bergart skulle utsättas för erodering och nötning skulle sediment, det

vill säga mindre fragment såsom sand och lera, bildas. När mycket sediment bildas och trycks ihop

under vatten eller under mer sediment utsätts det för ett högre tryck och en sedimentär bergart

bildas. Djur- och växtrester kan också utgöra en större del av vissa sedimentära bergarter. Exempel

på sedimentära bergarter är sandsten och kalksten.

Om en magmatisk eller en sedimentär bergart istället utsätts för högt tryck och hög temperatur

oftast längre ned i jordskorpan kommer en metamorf bergart att bildas. Det som händer med berget

som utsätts för högt tyck och temperatur är att det trycks ihop, veckas, vissa mineral kan smälta

medan andra inte smälter alls och hela sammansättning av berget störs. Detta möjliggör även att nya

mineral kan bildas och resultatet blir alltså en metamorf bergart.

Metamorfa bergarter brukar delas in i tre huvudgrupper och de tre grupperna är kontaktmetamorfa,

högtrycksmetamorfa och regionalmetamorfa bergarter.

Kontaktmetamorfa bergarter har utsatts för hög temperatur men lågt tryck, detta sker när en bergart

värms upp nära magman som finns i jordens mantel utan att det finns väldigt tunga bergmassor som

tynger ned bergarten som omvandlas och därför blir inte trycket så högt.

Högtrycksmetamorfa bergarter har utsatts för högt tryck men låg värme enligt figur 8. Detta sker

exempelvis i subduktionszoner där kontinentalplattor trycker mot varandra och extremt höga tryck

uppnås.

Figur 8. Tryck-temperatur-diagram över olika metamorfa facies. Ett tryck på 12 kilobar motsvarar ungefär 40 km:s djup

i jordskorpan. Figur 8 är hämtad från Naturhistoriska riksmuseets hemsida.

Regionalmetamorfa bergarter uppstår när både trycket och temperaturen är höga. Exempelvis när

berggrundens ovanliggande tryck eller trycket från en subduktionszon kombineras med värmen från

jordens mantel.

3.4 Deformationszon

Tidigt i projektet uppstod problem vid vägskärningens södra del. Problemet kom i form av att

sprängarbete inte gick att utföra. Berget var i så dåligt skick att det till slut fick grävas bort. Det blev

alltså jordschakt istället för bergschakt till att börja med. På grund av detta kunde inte lika mycket

stenmaterial produceras till projektet och på så vis blev projektet lidande av detta. Denna studie

påbörjades dock efter att jordschakten avslutats. Därav finns ingen dokumentation från platsen med

i studien från detta skede. På grund av detta kunde inget mer ingående geologiskt utlåtande göras

om just denna specifika deformationszon och därför gjordes istället en mer generaliserad

beskrivning av deformationszoner i sin helhet enligt följande.

En deformationszon är ett område i berggrunden där stora rörelser i berget skapat försvagningar i

bergmassan. I övergången från friskt berg till första tecknet på förekomst av en deformationszon

brukar en ökad oxidation och ett ökat spricknätverk påträffas, vilka båda påträffades i

vägskärningen efter att jordschakten genomfördes. Ju närmare deformationszonen undersökningar

genomförs desto fler svaghetstecken och tecken på deformation kommer berggrunden visa upp.

Exempelvis är det vanligt med breccior eller kataklasiter i närheten av en deformationszon.

I detta fall bestod berggrunden av en gnejsig granit där gnejsigheten var ett tecken på deformation.

Någon närmare beskrivning av berggrunden i de olika färgzonerna har inte kunnat göras eftersom

berget nästan helt och hållet är täck av ett tilltaget jordlager mellan deformationszonens centrum

och vägskärningen. Däremot gjorde författaren av denna studie en egen observation om området

kring deformationszonen samt om det gröna området på figur 9 där berget var blottlagt.

Deformationszonen syntes tydligt som en veckning av landskapet. Öster om deformationszonen

mitt lutade marken åt väster och väster om zonens mitt lutade marken åt öster. I landskapet bildades

en dal där regnvattnet i området samlades naturligt. Landskapets dalliknande form utnyttjades i

förmån för ett grävt dike som delvis följde deformationszonen. För att illustrera deformationszonens

geografiska läge i förhållande till bergskärningen har figur 9 tagits fram. För att beskriva

deformationszonens påverkan på det omgivande berget har färgerna röd, orange, gul och grön

använts i figur 9. Grön färg har minst påverkan och röd har störst påverkan på berggrunden. En

godtycklig uppskattning av markens fraktioner i de olika färgzonerna gjordes för att förtydliga

ytterligare.

Figur 9. Den lilafärgade konturen markerar den nya vägsträckan. Den röda konturen som ryms på vägsträckan

markerar läget för vägskärningen. Sprickzonen är markerad med en fet röd linje som korsar vägen strax söder om

vägskärningen. Färgerna grön, gul, orange och röd symboliserar sprickzonens inverkan på den omgivande

berggrunden, där röd står för största inverkan och grön för minsta.

Grön - Söndervittrat berg med inslag av större block, grus och sand. I den nordligaste av de

två gröna områdena i figur 9 var berget delvis blottlagt. Det var också inom detta område

som berget var i så dåligt skick att man fick gräva bort det. En observation som gjordes av

författaren av denna studie visar på ökad oxidation, sprickbildning, bandning samt en ökad

gnejssositet av berggrunden inom det gröna området jämfört med det ofärgade området av

berget som ligger strax norr om det grönfärgade, se figur 10.

Gul – Uppskattningsvis mycket söndervittrat berg, större block, grus, sand och lera.

Orange – Uppskattningsvis blockig, lerig, grusig sand.

Röd – Uppskattningsvis blockig, sandig, grusig lera.

Figur 10. Södra delen av vägskärningens östra slänt där det finare berget övergår i söndervittrat berg, (kanten av det

gröna området i figur 9). Fotot är taget efter sprängning men före bygget av faunapassagen från nordöstlig riktning.

Att döma av berget som syntes på östra sidan om väg 51 efter sprängningarna var berget mer

söndervittrat ju längre söderut man kom, enligt figur 11-13.

Figur 11. Fotot taget i nordöstlig riktning efter sprängning och bygge av faunapassage som syns till höger i bild. På

andra sidan av väg 51 är berget i den östra slänten mer söndervittrat till höger(söder) än det är till vänster i bild.

Figur 12. Norra delen av den östra slänten. Fotot taget i nordöstlig riktning.

Figur 13. Östra slänten söder om faunapassagen. Detta är det sydligaste berg som blivit blottlagt och som kunde

sprängas. Här är berget mycket påverkat av deformationszonen. Fotot taget i nordöstlig riktning.

4. Insamling av prover

Totalt insamlades ca 500kg material vilket motsvarar ungefär 30 prover uppdelade över olika delar

av vägskärningen. Insamlingen av proverna utfördes på ett sådant vis att ansvariga för projektet

omsorgsfullt men slumpmässigt plockade stenmaterial som satt på eller i direkt anslutning till

vägskärningens sprängda sidor. Proverna valdes på ett sådant vis att endast de fragment som tydligt

kunde kopplas ihop med den direkt intilliggande berggrunden togs med i provhinkarna.

Helhetsbilden var också viktig vid själva provtagningen. Därför togs även hänsyn till att mineral,

struktur och bergart i provhinkarna motsvarade den blottade bergvägg som sprängningen lämnat

efter sig. Allting i direkt anslutning till provtagningen. Proverna insamlades utspridda längs

skärningens kanter enligt figur 14 nedan.

Figur 14. Provtagningarnas placering i vägskärningen. Fotot är taget från en drönare från ca 70 meters höjd. Numre-

ringen återfinns i tabell 1 under rubrikerna ”Resultat” samt ”Bergmaterialets petrografiska beskrivning”.

Figur 15 nedan visar det blottlagda ytberget innan sprängning hade påbörjats.

Figur 15. Vägskärningens blottlagda yta ovanifrån före sprängning. Fotot taget i norrgående riktning från en punkt

belägen i närheten av område 7, (se figur 14).

5. Bergmaterialets petrografiska beskrivning

Efter insamling av proverna gjordes en petrografisk analys av materialet som samlats in samt av

bergarterna i sin helhet i provtagningsområdet. Bergproverna är namngivna efter insamlingsområde.

Prov 1.1 och Prov 1.2 är insamlade i område 1 enligt figur 14, Prov 2.1 och 2.2 är insamlade i

område 2 enligt figur 14 etc.

Bergarterna i figur 17-20 återfinns på berget i skärningen enligt figur 16.

Figur 16. Norra/mellersta delen av den västra slänten, dvs område 1, se figur 14. Fotot är taget i västlig riktning från en

punkt belägen i närheten av område 3.

5.1 Gnejsig granit

Figur 17 visar en gnejsig granit från provtagningsområdet, se ”bandning av glimmer” i figur 16.

Bandningen av glimmer skvallrar om en metamorf process som berggrunden troligen genomgått.

Det som kännetecknar en gnejsig granit är dess

veckningar/bandningar/ansamlingar eller

förändringar av mineralernas ordning i bergarten,

ofta som en följd av metamorfa krafter i

jordskorpan. Sammansättningen består av kvarts,

kalifältspat, plagioklas och glimmer. Andelarna

av dessa fyra mineral varierar inom bergarten.

De bergartsprover från utredningen som liknar

den gnejsiga graniten i figur 17 är prov 1.2, del

av prov 2.1, prov 3.2, prov 4.2, prov 5.1, prov 7.1

samt prov 8.2

Figur 17. Gnejsig granit från provtagningsområdet.

5.2 Svart biotit-kvartsit

Figur 18 visar en svartglimrande biotit-kvartsit, se ”svart biotit-kvartsit” i figur 16. Den mörka fär-

gen beror på att stuffen innehåller höga halter av

biotit. Uppskattningsvis innehåller liknande

bergartsprover ungefär 40% biotit och 60%

kvarts.

De bergartsprover från utredningen som liknar

biotit-kvartsiten i figur 18 är prov 1.1, del av

prov 2.1, prov 4.1, prov 6.1 samt prov 6.2.

Figur 18. Biotit-kvartsit från provtagningsområdet.

5.3 Röd pegmatit

Delar av berggrunden i området består av pegmatit, se figur 19 och 16. Pegmatitstuffen i figur 19

består av segment av nästan enbart kvarts, seg-

ment av nästan enbart kalifältspat och små seg-

ment av biotit. Oftast bildas pegmatit när mag-

matiska lösningar kondenserar och kristalliserar.

De bergartsprover som liknar pegmatiten i figur

19 är prov 3.1, prov 4.3, prov 2.2 samt prov 7.3.

Figur 19. Pegmatit med röd/rosa kalifältspat, grågenomskinlig kvarts och svart biotit. Stuffen kommer från

provtagningsområdet.

5.4 Granit

Figur 20 illustrerar en granit från provtagningsområdet, se även ”Granit” i figur 16. Denna granit

består av en mineralogisk blandning av olika mineral i en grovkristallin textur. I stuffen utmärker

sig kalifältspat som rosa-röda till ljusrosa

kristaller medan svart biotit förekommer i

kluster. Graniten innehåller även en viss mängd

plagioklas. Grågenomskinlig kvarts ligger i de

kvarvarande interstitiella utrymmen mellan

fältspatkristallerna. Uppskattningsvis innehåller

stuffen ca 60% kvarts, 15% plagioklas, 15%

kalifältspat och 10% biotit. De bergartsprover

från utredningen som liknar graniten i figur 20

är prov 5.2, prov 7.2 samt prov 8.1.

Figur 20. Granit från provtagningsområdet.

5.5 Granat-epidotskarn

Lokalt uppträder granat-epidotskarn i anslutning till provtagningsområdet, enligt figur 21. Stuffen i

figur 21 är insamlad inom område 7 enligt figur 14.

Figur 21. Stuff från provtagningsområdet med epidot(grönt), och granat(rött).

6. Slitagetester

Som ett steg på vägen till att ge svar åt frågeställningen i denna rapport har nötningsmotståndet på

bärlagret testats genom kulkvarnstester. Förutom kulkvarnstester har ett referenstest utförts på det

färdiga bärlagret för att kunna fastställa ett gränsvärde för kulkvarnstesterna.

6.1 Referenstest Microdeval-Kulkvarn

I Trafikverkets förskrift TRVKB 10 Obundna lager anges inget krav på ett bärlagers

nötningsmotstånd i kulkvarnsvärde utan endast i Los Angeles samt Microdeval. Se figur 22.

Figur 22. Trafikverkets kravställning på nötningsmotstånd för obundna bärlager i väg med beläggning. Notera att

Microdeval-värdet inte får överstiga 20 för trafikerad väg. Hämtat från bilaga D: Trafikverket, (2011). TRVBK 10

Obundna lager. Trafikverkets krav beskrivningstexter för obundna material i vägkonstruktioner. Trafikverket, 2011.

Även namngiven: TRV 2011:083 och TDOK 2011:265.

Referenstestet gick ut på att översätta bärlagrets kulkvarnsvärde till motsvarande värde i Microdeval

och på så sätt kunna applicera kulkvarnsvärdet för berget i detta projekt på Trafikverkets föreskrifter

enligt ”TRVKB 10 Obundna lager”.

I Viman och Broms diagram från 2002, se figur 23, togs data från tester från ett femtiotal olika

bergarter. Däribland graniter, gnejser och pegmatiter, rika eller fattiga på glimmer. Nämnda bergar-

ter liknar bergarterna som finns i berget utmed riksväg 51. Oavsett vilken bergart som testades

följde de alla kurvan i Viman och Broms diagram och därför bör den kurvan kunna användas som

standard även för detta projekt.

Figur 23. Samband mellan Microdeval-värde och Kulkvarnsvärde. Diagrammet kommer från bilaga E: Viman, L. och

Broms, H.”Kornform och mekaniska egenskaper hos grov ballast enligt nya Europastandarder”

Ett likadant test utfördes på det färdiga bärlagret från väg 51. Microdeval-testet visade då 9,0

samtidigt som kulkvarnstestet visade 15,8 för samma stenmaterial från samma plats. I figur 24

illustreras detta med röd markering. Passande nog verkar det som att stenmaterialet utmed riksväg

51 följer Viman och Broms kurva ganska exakt. Fortsatt kommer denna studie använda sig av

Viman och Broms kurva i figur 23 som verkar representera en vettig metod för uppskattning av

Microdeval-värden.

Den gröna markeringen i figur 24 visar vilket kulkvarnsvärde som motsvaras av Trafikverkets övre

gräns för Microdeval-värde. Av figur 22 framgår att Microdeval-värdet för ett obundet bärlager inte

får överstiga 20 i en trafikerad väg med beläggning. Enligt Figur 24 motsvaras det värdet

uppskattningsvis av ett kulkvarnsvärde runt 26,8.

Figur 24. Samband mellan Micro-Deval-värde och Kulkvarnsvärde. Diagrammet är en editerad version av Viman, L.

och Broms, H.”Kornform och mekaniska egenskaper hos grov ballast enligt nya Europastandarder” hämtat ur bilaga

E.

6.2 Utförande av kulkvarnstester

Totalt utfördes 18 bergartsprover och 2 bärlagertester i Bergsskolans laboratorium. Figur 25 och 26

illiustrerar de två bärlagertester som utfördes och som bestod av en blandning av material från

område 1-8. De båda testerna har blivit uppmätta och står redo inför nötning i kulkvarn enligt

kapitel ”6.2.6 Nötning av bergmaterial”.

Bärlagertest 1

Figur 25. Fotot föreställer bärlagertest 1 och är taget i Bergsskolans laboratorium.

Bärlagertest 2

Figur 26. Fotot föreställer bärlagertest 2 och är taget i Bergsskolans laboratorium.

Bärlagertesterna representerar en blandning av granit, gnejs och alla de andra bergarterna som

påträffats i provtagningsområdet. Metoden som används för att få fram ett kulkvarnsvärde är

mycket komplext. Kulkvarnsvärdet på alla prover har tagits fram enligt Svensk Standard SS-EN

1097-9:2014. Detta värde är också det som senare i examensarbetet kommer att jämföras med de

geologiska och mineralogiska företeelserna i skärningen. Kulkvarnstesterna genomfördes enligt föl-

jande schema.

6.2.1 Krossning

Efter insamling och petrografisk bedömning krossades bergproverna till fraktionen 0-20 mm i

Bergsskolans laboratorium.

6.2.2 Siktning

Efter att materialet krossats siktades materialet och delades upp i två fraktioner enligt SS-EN 1097-

9:2014. Den ena fraktionen 11,2 – 14 mm och den andra 14 - 16 mm. Fraktionen 0 – 11,2 mm

kasserades och fraktionen >16 mm gick tillbaka till krossen. Sedan återupprepades samma procedur

igen.

6.2.3 Tvättning

Materialet 11,2 – 14 mm samt 14-16 mm sköljdes rent från finmaterial genom att hällas upp i en sil

som sedan doppades i ett större kärl med vatten.

6.2.4 Torkning

Materialet torkades på plåt eller i form i en ugn alternativt öppet i rumstemperatur enligt SS-EN

1097-9:2014.

6.2.5 Uppmätning

Uppmätningen inför kulkvarnstestet gjordes enligt SIS föreskrifter för kulkvarnsvärden. Totalt

fylldes kulkvarnen med 1 kg material åt gången. 35% av vikten bestod då av fraktionen 11.2-14 mm

och 65% bestod av fraktionen 14-16 mm. Rätt mängd kulor av storlek 15 mm samt en liten mängd

vatten mättes upp enlig SS-EN 1097-9:2014.

6.2.6 Nötning av bergmaterial

Kulkvarnen startades och utförde ett förprogrammerat antal rotationer med en förinställd hastighet

under en specificerad tid enligt Svensk Standard SS-EN 1097-9:2014.

6.2.7 Torkning

Materialet torkades på plåt eller i form i en ugn eller öppet i rumstemperatur enligt SS-EN 1097-

9:2014.

6.2.8 Siktning

En kornstorleksfördelning gjordes i sikten och ur denna avlästes sedan ett kulkvarnsvärde.

6.3 Resultat efter kulkvarnstester

För tabell 1. nedan gäller följande:

• Provnr: Numrering av prover utan inbördes rangordning.

• Invikt: Uppmätt vikt av torrt prov före kulkvarnstest.

• Utvikt: Uppmätt vikt av torrt prov efter kulkvarnstest.

• KKV: Kulkvarnsvärde beräknat enligt formeln: KKV = (Invikt-Utvikt)/10

• Kvalitet KKV: Provens kvalitet uppdelat på relevanta intervall där:

KKV < 16 »Grön färg KKV = 16 – 20 »Gul färg KKV = 20 - 21 »Orange färg KKV > 21 »Röd färg

Tabell 1:

Provnr Invikt [g] Utvik [g] KKV Kvalitet intervall KKV

1.1 1000,0 775,0 22,50 >21

1.2 1000,0 788,0 21,20 >21

2.1 1000,0 828,5 17,15 16-20

2.2 1000,0 834,0 16,60 16-20

3.1 1000,0 795,0 20,50 20-21

3.2 1000,0 798,5 20,15 20-21

4.1 1000,0 776,0 22,40 >21

4.2 1000,0 848,0 15,20 <16

4.3 1000,0 798,0 20,20 20-21

5.1 1000,0 812,0 18,80 16-20

5.2 1000,0 823,5 17,65 16-20

6.1 1000,0 826,0 17,40 16-20

6.2 1000,0 857,5 14,25 <16

7.1 1000,0 808,5 19,15 16-20

7.2 1000,0 808,0 19,20 16-20

7.3 1000,0 817,0 18,30 16-20

8.1 1000,0 834,5 16,55 16-20

8.2 1000,0 839,5 16,05 16-20

Bärlager 1 1000,0 808,0 19,20 16-20

Bärlager 2 1000,0 814,5 18,55 16-20

Efter 18 avslutade kulkvarnstester av bergartsmaterial konstateras att två av dem har ett

kulkvarnsvärde som är mindre än 16 medan tre av dem mäter ett värde över 21 på skalan. Hela tio

bergartsprover hamnar i intervallet 16-20 medan endast tre av dem hamnar i intervallet 20-21.

Ju lägre kulkvarnsvärdet är desto bättre nötningsmotstånd har provet, ju högre desto sämre. Enligt

Trafikverkets krav i ”TVBKR 10 Obundna lager” krävs att ett bärlager ska ha ett Microdeval-värde

som understiger 20 på skalan. Enligt figur 24 ger förhållandet mellan Microdeval och

kulkvarnsvärdet ett ungefärligt kulkvarnsvärde på omkring 26.8.

7. Diskussion

Förekomsten av epidot i området indikerar att berggrunden har genomgått en

regional/högtrycksmetamorfos och härstammar från grönskiffer/blåskiffer facies. Förekomsten av

granat indikerar att bergsmassivet troligtvis har genomgått en regionalmetamorfos och kommer från

amfibolit, granulit eller eklogit facies. Att döma av de undersökta bergartsstufferna är det troligt att

berggrunden i området har blivit utsatt för både högt tryck och hög temperatur vilket kan påverka

materialets mekaniska egenskaper både negativt och positivt. Undersökningarna i denna studie visar

att det mesta av bergmaterialet som kommer från skärningen är av tillräckligt god kvalitet för att

kunna användas till bärlager. Undantaget är i detta fall det bergsmassiv som ligger närmast

sprickzonen som befinner sig strax söder om vägskärningen samt de delar av bergsformationen som

innehåller förhöjda halter av biotit.

Det bergsmassiv som finns närmast sprickzonen är mycket vittrat och kulkvarnstester har därför

inte kunnat utföras i denna del av bergskärningen. Därför är ett möjligt ställningstagande att dessa

berg-, eller i detta fall, jordmassor bör grävas bort och inte användas till bärlager. Proverna som togs

närmast sprickzonen gick inte att processa i kulkvarnstester eftersom berggrunden var allt för

söndervittrad för att ens kunna krossas till rätt kornstorlek inför testet. Därför finns dessa tester inte

heller med i tabell 1. En felkälla vid bedömningen av bergartsprovernas nötningsmotstånd är att

referenstestet som utfördes i detta projekt fick ett kulkvarnsvärde på i genomsnitt 15,8 medan de

flesta av bergproverna som togs på berget låg betydligt högre. Därför kommer detta projekt att

använda en felmarginal på 5,8 kulkvarns-enheter för att minimera risken att överskatta ett bergprovs

nötningsmotståndskraft. Värden för kulkvarnstesterna får därmed inte överstiga (26,8 – 5,8 = 21) på

kulkvarnsmetodens skala. De prover som överstiger 21 på skalan kommer därav underkännas av

detta projekt.

Gemensamt för de tre bergartsprover som överstiger 21 på kulkvarnsskalan enligt tabell 1 är att

samtliga innehåller en större mängd biotit. Detta betyder också att 16-17% av bergmassivet är av

försämrad kvalitet vilket försämrar bärlagrets totala kvalitet något. Det är dock inte orimligt att låta

de delar av berget som har försämrad kvalitet på grund av bland annat biotit få blandas in i bärlagret

eftersom resten av berget håller en så pass god kvalitet.

De delar av berggrunden som testats med kulkvarnsvärden över 21 på skalan uppfyller däremot

Trafikverkets krav på ett bärlagers nötningsmotstånd. Därav kommer bärlagrets totala

nötningsmotstånd uppnå Trafikverkets krav även om dessa bergpartier blandas in i bärlagret.

Av de bergarter som förekommer i området är det den svarta biotit-kvartsiten som innehåller de

högsta mängderna biotit som i värsta fall skulle kunna ge ett ännu sämre nötningsmotstånd än

hittills uppmätta värden. En av de viktigaste åtgärderna för att undvika att bergartsmaterialets

nötningsmotstånd försämras är därför att sortera bort de största partierna av svarta färgskiftningar i

berggrunden så tidigt i bergbrytningsprocessen som möjligt. Ett annat sätt att identifiera de mindre

nötningsmotståndskraftiga delarna av berggrunden är genom kontinuerliga kulkvarnstester av de

misstänkta bergarterna. Om stora mängder av konstruktionsmaterialet hamnar utanför Trafikverkets

krav för nötningsmotstånd kan problem uppstå med bärlagrets kvalitet i ett senare skede. Detta kan i

förlängningen bli ekonomiskt oförsvarbart.

Bedömningen utifrån testerna som utförts i detta arbete är att det mycket troligt kommer att vara

ekonomiskt försvarbart att krossa eget bärlager på plats eftersom det finns så pass mycket berg av

god kvalitet. Alternativet är att transportera material från en bergtäkt någonstans i närområdet vilket

ibland kan bli mycket kostsamt. Däremot bör berget i söder inte tas i bruk då det är alldeles för

söndervittrat för att användas som bärlager. Om upptäckten av det söndervittrade berget hade skett i

ett tidigare skede hade detta kunnat räknas med i anbudet och på så vis hade en mer korrekt

prissättning kunnat tillgängliggöras. Eventuellt skulle detta kunna undvikas i framtida projekt. Om

en deformationszon befinner sig i närheten av bergsmassiv som ska bearbetas bör en mer detaljerad

kontroll utföras på det bergsmassivet än den kontroll som hade utförts på ett bergsmassiv långt ifrån

en deformationszon.

Tidigare utförda bergundersökningar säger i princip att berget är ett godkänt berg till bärlager. Dessa

prover brister dock i omfattning. Vissa av proverna är tagna på ett liknande berg i närområdet men

som inte är från den exakta geografiska position som denna rapport behandlar. Dessa

undersökningar kan därför inte användas som referens för denna rapport. Däremot kan de ändå ge

en fingervisning om vad för typ av berggrund som förväntas återfinnas i området. Därmed inte sagt

att inga bergprover gjorts på platsen för projektet men det är iallafall inget som framkommit under

detta projekt. Slutsatsen av tidigare bergprover som gjorts är att de stämmer bra överens med

utfallet i de delar av berget där berget är av god kvalitet. Däremot stämmer de inte överens med det

berg som påträffats närmast sprickzonen i den södra delen av vägskärningen.

8. Rekommendation

Trafikverket fick i detta fall betala entreprenören för ett tilläggsarbete som troligen delvis berodde

på att deformationszonens inverkan på bergsmassivet inte identifierats förrän projektet redan var

upphandlat.

En rekommendation till Trafikverket är att kontrollera med hjälp av SGU:s berggrundskarta om det

finns deformationszoner i närheten av det berg som ska hanteras. Om en deformationszon återfinns

i närområdet bör fler borrkärnor samlas in, ett okulärtest och eventuellt ett kulkvarnstest bör utföras.

En bedömning bör göras utifrån dessa innan man påbörjar en upphandling. Detta skulle kunna vara

en investering som är ekonomiskt fördelaktig för Trafikverket, svenska staten och i förlängningen

för skattebetalarna.

9. Slutsats

Slutsatsen av arbetet är att bergmaterialet totalt sett klarar Trafikverkets krav på bärlager

enligt ”TRVKB 10 Obundna lager”, att ett tydligt samband mellan andelen biotit i ett bergmaterial

och dess nötningsmotstånd finns, samt att det trasiga berget i söder ej bör användas till bärlager

eftersom det ligger i anslutning till en sprickzon. För att Trafikverket ska kunna undvika dyra

tilläggsarbetskostnader i framtida projekt av liknande slag bör en närmare analys av SGU:s

berggrundkarta göras. Alternativt hyra in en bergartsgeolog för att kvalificera bergartsmassan.

Utifrån informationen som denna ger bör ytterligare provtagningar utföras på berget innan en

upphandling påbörjas.

10. Felkällor och fortsatt arbete

Eftersom endast nötningsmotståndet testats i denna rapport kommer inte andra kravställningar,

såsom glimmerhalt, siktkurvor och annat med i slutsatsen. Det är möjligt att fler delar av

berggrunden blivit underkända om man utfört flera olika slags tester.

Den kulkvarn som använts i detta projekt är av mycket god kvalitet och testerna är utförda enligt

Svensk standards föreskrifter i SS-EN 1097-9:2014. Däremot är kulkvarnen inte kalibrerad mot en

annan kulkvarn för att se att testerna man utför i den verkligen är tillförlitliga.

Om liknande arbete ska utföras i framtiden finns det framför allt två saker som är extra viktiga att

tänka på. Det ena är att det oftast inte finns något behov av att ta många prover. Det andra är att där

proverna tas bör mängden provmaterial inte underskattas. Om för lite bergmaterial samlas in finns

risk att materialet inte räcker till ett tillförlitligt nötningsmotståndstest i kulkvarn.

Denna rapport kan med stor fördel användas som grunddata för standardkulkvarnsvärden av berg

med granit/gnejs/pegmatit-strukturer i Svennevad- och Kvarntorps-området.

11. Källförteckning

Granhage, L. (2009). Kompendium i vägbyggnad. Göteborg: Chalmers 2009.

Svevia, (2019). Laboratorietest Microdeval- och kulkvarnstester. Örebro: Svevia 2019.

Svensk Standard, (2014). SS- EN 1097-9:2014, Ballast – Mekaniska och fysikaliska egenskaper –

Del 9: Bestämning av motstånd mot nötning av dubbdäck. Stockholm: SIS förlag AB, 2014.

Trafikverket, (2011). TRVBK 10 Obundna lager. Trafikverkets krav beskrivningstexter för obundna

material i vägkonstruktioner. Trafikverket, 2011. Även namngiven: TRV 2011:083 och TDOK

2011:265.

Viman, L. och Broms, H. (2005). Kornform och mekaniska egenskaper hos grov ballast enligt nya

Europastandarder. Linköping: VTI notat 37-2005.

Personliga referenser

Hellingwerf, R., 2018-2020. Rob Hellingwerf, Professor i Geologi, Nya Bergsskolan i Filipstad

Holtbäck, J., 2018-2019. Joakim Holtbäck, Projektledare, Loxia Projektledning AB

Jansson, J., 2018-2019. Jan Jansson, Fälttekniker, Firma Stallone

Johansson, P., 2018-2019. Per Johansson, Mättekniker, Loxia Smart Solutions AB

Lord, P., 2018-2019. Per Lord, Projektledare, Loxia Projektledning AB

12. Bilagor

Bilaga A.

Granhage, L. (2009). Kompendium i vägbyggnad. Göteborg: Chalmers 2009.

Bilaga B.

Svensk Standard, (2014). SS- EN 1097-9:2014, Ballast – Mekaniska och fysikaliska egenskaper –

Del 9: Bestämning av motstånd mot nötning av dubbdäck. Stockholm: SIS förlag AB, 2014.

Bilaga C.

Svevia, (2019). Laboratorietest Microdeval och kulkvarn. Örebro: Svevia 2019.

Bilaga D.

Trafikverket, (2011). TRVBK 10 Obundna lager. Trafikverkets krav beskrivningstexter för obundna

material i vägkonstruktioner. Trafikverket, 2011. Även namngiven: TRV 2011:083 och TDOK

2011:265.

Bilaga E.

Viman, L. och Broms, H. (2005). Kornform och mekaniska egenskaper hos grov ballast enligt nya

Europastandarder. Linköping: VTI notat 37-2005.

Bilaga F.

3D-PDF över vägskärningen 2018

Bilaga G.

Provtagning vid Väg 51, 2018. Fr.v: Philip Landeman, Jan Jansson.