Geologiske undersøkelser av berggrunn på Lille Hjartøy Vurdering av grunnlag for pukkverksdrift på Lille Hjartøya
Oppdrag Bodø kommune importerer i dag størstedelen av de knuste steinmaterialene som blir brukt til anleggstekniske formål. Steinmaterialene blir brukt til bygging av veier, plasser, ulike kommunaltekniske anlegg og fundamentering av ulike bygningskontruksjoner. I forbindelse med planlegging og utvikling av Bodø ytre havn er det gjennomført en geologisk kartlegging på Lille Hjartøya. Formålet er å vurdere grunnlaget for å produsere knuste steinmaterialer på øya. Dette enten som en frittstående industriproduksjon eller som en kombinasjon med en eventuell utbygging og etablering av industriområder, kaianlegg med mer på øya. Undersøkelsen skal også vurdere egnetheten i bruk av overskuddsstein fra Lille Hjartøy til bygnings- og anleggstekniske formål som bruk i veier og plasser, betongtilslag osv. Ingeniørgeolog Harald Rostad ble av Bodø engasjert til å forestå undersøkelsen. Det har vært innhentet hjelp av Norges Geologiske Undersøkelser (NGU) og Statens Vegvesen til å bistå i gjennomføring av undersøkelser, laboratorieanalyser og å vurdere resultater.
Forbruk av grus og pukk i Bodø I 2009 ble det brukt i mellom 550-600.000 tonn pukk i Bodø. Ca 215.000 tonn pukk til bruk i grøfter som omfyllingsmasser til rør og som forsterkningslag der det normalt ikke er andre krav til massene enn en forhåndsdefinert korngraderingskurve. Dette var nær 40% av forbruket av knuste masser i Bodø i 2009. Bruk av knuste steinmaterialer i 2009 Videre gikk 16% av grus/pukkforbruket i Bodø kommune til produksjon av betong til ulike formål og ca 27% til asfalt. Vi vurderer 2009 som et normalår mhp bruk av grus og pukk i Bodø. Tallene er innhentet fra både entreprenører som forbrukere og fra produsentene/leveradørene av pukk og grus. Tallene samsvarte rimelig godt (± 15%). Erfaringsmessig forbrukes 10-12 tonn pr person og år på landsbasis. Dette skulle for Bodø indikere et forbruk på ca 600.000 tonn pr år som tilsvarer ca 225.000 m3 fast fjell. Mengde Enhet %andel Høyverdig Asfalt 60 000 Tonn 11 % Asfalt 90 000 Tonn 16 % Bærelag 105 000 Tonn 19 % Grøftepukk/forsterkningslag 215 000 Tonn 38 % Betong 90 000 Tonn 16 % Sum 560 000 Tonn 100 % Høyverdig Asfalt Asfalt Bærelag Grøftepukk/forsterkningslag Betong
Kartlagte grus og pukkforekomster i Bodøregionen Det er kartlagt en rekke grus og pukkforekomster i Bodøregionen, se kart. På selve Bodøhalvøya er ingen av forekomstene i regulær bruk i dag. Det foregår imidlertid sporadisk produksjon og uttak av masser i enkelte av forekomstene. Manglende regulær drift av forekomstene på Bodøhalvøya skyldes både at forekomstene har svak kvalitet og/eller at det er etablert reguleringsmessige begrensninger. Forekomsten med best beliggenhet til markedet i Bodø og med best kvalitet er det nedlagte bruddet i Kvalvika. Utenfor Bodøhalvøya er grustakene ved Misvær og Hoset i bruk. Produksjonen av grusmaterialene herfra går i hovedsak til produksjon av betong ved Nordland Betongindustri. Massene blir transportert til Bodø i Båt. På Sandhornøya har Elkem AS et uttak av kvarts som primært brukes i smelteverksindustrien. Også her er båtfrakt viktigste og nære eneste transportmiddel. I praksis er det derfor ingen pukkverk eller grusforekomster på Bodøhalvøya, dvs bynært, i drift i dag. Det meste av pukken og grusen må derfor importeres med båt til byen.
Hvor ble grus og pukk brukt i Bodø produsert i 2009? Bare ca 20% av grus og pukkproduksjonen levert Bodø, fant i 2009 sted på Bodøhalvøya og ble levert med bil. I 2010 er antageligvis tallet enda lavere selv om totalforbruket antas være på nær samme nivå, dvs importen har økt noe. Tabellen nedenfor viser de viktigste leverandørene av pukk og grus til Bodø (tallene er fra 2009). Mengde Enhet % andel Tomma 190 000 tonn 34 % Lødingen Vestbygd 90 000 tonn 16 % Misvær 80 000 tonn 14 % Hunstad 100 000 tonn 18 % Øvrig lokalt Bodø 30 000 tonn 5 % Vestlandet 60 000 tonn 11 % Austvika 10 000 tonn 2 % Sum 560 000 tonn 100 % Tomma Misvær Øvrig lokalt Bodø Austvika Lødingen Vestbygd Hunstad Vestlandet
Behov for pukk i fremtiden Det er en rekke større utbyggingsprosjekt på trappene i Bodø: Saltenpakken Utbygginger i Bodø havn Kollektivplan Bodø Bypakke Bodø Kulturhus Ny rullebane og utbygging av Bodø lufthavn Havneterminal og utvikling av nytt industriområde på Lille Hjartøy Med mer Alle disse prosjektene vil kreve knust steinmateriale. Noen av prosjektene vil trolig være nær selvforsynt med pukk så som Saltenpakken og utbygging av Lille Hjartøya. Men også disse prosjektene vil trenge pukk med bedre mekaniske egenskaper, enn det som finnes på Bodøhalvøya, til blant annet bærelag og dekker. Dette er materiale som må importeres, som i dag. De øvrige prosjektene vil også ha behov for tilførsel av knuste steinmaterialer av ulike kvaliteter. Brorparten av disse materialene vil ikke ha spesielt strenge karv til mekaniske egenskaper, dvs pukk som godt kan produseres på Bodøhalvøya. Ut fra ovenstående er det meget sannsynlig at behovet for pukk/ knust steinmateriale vil øke og kanskje variere mer over år avhengig av hvilken byggefase ulike prosjekt er i. Mesteparten av forventet økning vil være av materialer med lavere krav til kvalitet og dermed utmerket godt kan tenkes produsert lokalt. Ut fra ovenstående forventes et gjennomsnittelig årlig forbruk på pukk i størrelsesorden 600-650.000 tonn. Ca 40-45% av disse massene vil ha bergrenset krav til kvalitet og kan hentes fra steinforekomster på Bodøhalvøya.
Geologisk grunnlag for pukkproduksjon på Bodøhalvøya Berggrunnen på Bodøhalvøya består primært av ulike glimmerskifre/kalkglimmerskifre (blågrå, fiolett og grønn på kartet). I nordvest, Kvalvika og Hjartøyene består den av sprø kvarts og glimmerrike granittiske gneiser (markert rosa på kartet). Helt mot øst på Tverrlandet dominerer ulike marmorer (lys blå på kartet) før skifre igjen overtar. Mot Reitan og Vatnvatnet er dominerende bergart ulike granittiske gneiser. Lokalt er berggrunnen gjennomsatt av granitter og kvartsrike pegmatitter (røde på kartet). Felles for alle bergartene er at de er mekanisk svake. Granittganger som gjennomskjærer bergartene kan dog ha god kvalitet som gangene i det nedlagte pukkverket i Kvalvika er et godt eksempel på. De mer massive partier av kalkglimmerskiferen på Bodøhalvøya har de beste mekaniske egenskapene utenom de granittiske gangene. Stedvis er kvaliteten så god at de kan brukes i bærelag på veger og plasser med middels stor trafikkbelastning. Dette er basert på laboratorietesting av uttatte bergartsprøver både på flystasjonen og på Hunstad. Innhold av kismineraler kan gjøre dem uegnet som betongtilslag. De større betongkonstruksjonene på flystasjonen samt rullebanedekket er imidlertid produsert med kalkglimmerskifer som tilslag. Det er ikke rapportert om skader på betong som følge av mineralinnholdet. Det kan se ut som om kisen er lite reaktiv med sementen som ble brukt i disse prosjektene. Det er derfor mulig at bergarten også kan brukes i betongtilslag, men med en nøye oppfølging og testing av potensielle skadelige mineraler i den før produksjon.
Bakgrunn for prøvetaking på Lille Hjartøy og evaluering av eventuell produksjon av pukk og knuste steinmaterialer. Bakgrunn for denne undersøkelsen er: De planer man har for etablering av industriområde på Lille Hjartøy Til dels god erfaring med kvalitet fra det tidligere pukkverket i Kvalvika som ligger i samme morbergart Behov for knust steinmateriale i Bodø og omegn. Kan gjøre etablering generelt på Lille Hjartøy mer økonomisk lønnsom og tidsmessig raskere Redusert CO2 utslipp ved lavere transportavstander
Steinmaterialers brukbarhet til bygging av veier, plasser og tilslag i betong Materialenes egnethet til veibygging: For veibygging stilles det krav til mekaniske egenskaper avhengig av trafikkbelastning og hvor i veikonstruksjonen de benyttes. Brukbarheten bedømmes hovedsakelig ut fra geometriske og mekaniske egenskaper som kornform, nedknusningsmotstand og motstandsevne mot piggdekkslitasje. Også poleringsmotstand, mineralinnhold (eks glimmer og kis) og lysrefleksjon påvirker brukbarheten. Det samme gjør materialets korngradering og eventuelt belegg påvirke brukbarheten. Materialers egnethet til betong Også for bruk i betong stilles det krav til mekaniske egenskaper avhengig av betongtype, men for ikke høyfast betong er mineralsammensetningen av tilslaget ofte viktigere enn de mekaniske egenskapene. Mineralsammensetningen påvirker flere betongegenskaper. Alkaliereaktive bergarter reagerer med tilgjengelige alkalier i betongen og fører til volumekspansjon og oppsprekking i herdet betong. Magnetkis kan reagere med sementpastaen og danne forbindelser med sprengvirkning i pastaen Fri glimmer vil ofte medfører høyere vannbehov i fersk betong Tilslagets mekaniske styrke har først og fremst betydning på høyfast betong og betong som utsettes for sterk slitasje som Industrigulv og betongdekker på veier og plasser. Materialer egnethet til omfyllingsmasser av vann og avløpsrør, som fundamenteringsmasser til hus og Konstruksjoner. Materialer brukt til fundament og overfylling rør, ulike fundament etc har som primær oppgave å drenere bort vann, fordele laster og hindre uheldige punktlaster på konstruksjon/rør etc. Motstand mot nedknusning er da mindre viktig siden det normalt ikke er sykliske laster mot slike konstruksjoner. For ledninger i metall er mineralsammensetningen viktig, primært for å unngå korrosjon av ledninger og rørdeler.
Krav til pukk og grusmaterialer brukt i veier og plasser
Berggrunnsgeologi Lille Hjartøy Berggrunnen på Lille Hjartøya består i det vesentlige av en grovkornet, sterkt deformert øyegneis bestående av hovedmineralene kvarts, feltspat og glimmer. Feltspatøynene har varierende størrelse og med en diameter på opptil 5 cm. Glimmeret er orientert parallelt retningsorientering (foliasjon) i gneisen og gjerne konsentrert i tynne bånd. Glimmerinnholdet i bergarter som skal benyttes til pukk bør være på et lavt nivå da de forringer de mekaniske egenskapene. Øyegneisen er gjennomsatt av fin- til middelskornete granittganger av varierende tykkelse, de fleste på mindre enn en meter. Den tykkeste som ble registrert på befaringen, var på ca. 15 m. Lokalt opptrer gangsvermer og så mye som 30% av berggrunnen kan bestå av ganger. Ut fra overflatekartlegging synes variasjonene store selv over korte avstander. Disse gangene kan forventes å ha betydelig bedre mekaniske egenskaper enn hovedbergarten, men volumet av dem er svært lavt i forhold til øyegneisvolumet. Noen få desimetertykke, mørke diabasganger ble også observert. Alt dette stemmer godt overens med berggrunnen i det nedlagte steinbruddet på fastlandet, slik man også kunne forvente. Et annet trekk ved geologien på øya er at bergartene er sterkt oppsprukket. Berggrunnen ligger tett inntil en skyvegrense mot kambrosiluriske bergarter, som man finner på fastlandet, med antatt alder rundt 410-590 millioner år gamle. Berggrunnen er svært påvirket av denne både ved øyedannelsene i den og deformasjon av berggrunn og stedvis tett oppsprekking med hyppig forekommende slepper og svakhetssoner i berggrunnen på Lille Hjartøya. Dette gjelder særlig den nordvestlige delen av øya der industriområdet og et eventuelt steinbrudd planlegges anlagt. De mest iøynefallende sprekkesonene har retning nord-sør og nordøstsørvest. Den sistnevnte faller sammen med retningsorienteringen som bergartene har. På den nordlige delen av øya kan en også se sprekker med strøkretning nordvest-sørøst, Sprekkesoner kan være negative for bergartenes mekaniske egenskaper. Alderen på berggrunnen er prekambrisk mellom 2500-590 millioner år der gangene er yngst.
Prøvetaking Det er foretatt prøvetaking på Lille Hjartøya to ganger tidligere foruten prøvene tatt denne gangen. Prøvelokalitetene er vist på kart på figuren til høyre. 5,6,7, 8 9 4 3 10 Prøve 1, 2, 3 og 4 er tatt mai/juni 2010 Prøve 9 og 10 er tatt 1998 Prøve 5,6, 7 og 8 er tatt 1990 2 1
Prøveresultat Prøvested Prøve 1 Prøve 2 Prøve 3 Prøve 4 *Prøve 5 Prøve 6 Prøve 7 Prøve 8 *Prøve 9 *Prøve 10 Kvalvikodden Hunstad 1 Hunstad 2 Densitet 2,66 2,64 2,66 2,65 2,64 2,62 2,63 2,65 2,67 2,71 Pakningsgrad 1 1 1 1 1 1 Sprøhetstall 53,2 63,2 60,8 61,8 50,5 51,5 Flisighetstall 1,32 1,28 1,32 1,31 1,33 1,29 Steinklasse 3 Utenfor klasse Utenfor klasse Utenfor klasse 3 3 Abrasjonsverdi 0,49 0,6 Sa Verdi 3,5 4,3 Kulemølle verdi 15,9 17,5 22,8 Los Angeles 53,4 51,4 53 37 33,5 41 31 27,4 Fritt Glimmer 12 % 14 % Micro-Deval Koeffisient 16 13 10 Alkaliereaktivitet Negativ Negativ Negativ Negativ Negativ Negativ Negativ Negativ Negativ Negativ Negativ Positiv Positiv Analysested NGU NGU SVV NGU SVV SVV SVV SVV NGU NGU SVV SVV SVV *Prøve tatt i gangbergart
Hva kan bergartene på Lille Hjartøya benyttes til? Resultat av utførte undersøkelser: Hovedbergarten er mekanisk for svak til å bli brukt i bærelag, asfaltdekker og på steder der de blir direkte utsatt for sykliske laster. Det høye glimmerinnholdet gjør den også mindre egnet i betong. Bergartens mekaniske egenskaper gjør den uegnet i høyfast betong. Den mekaniske styrken gjør bergarten forventes å produsere en god del finstoff (+20%? ) ved knusing. Gangbergartene har mekaniske egenskaper som kan gjøre dem egnet i bærelag og også i normal betong. Omfanget av gangbergarter er varierende, fra nær null til opp mot 30% av volum av bergmasse. Gangene har bredde fra cm opp til 10-15 meters bredde. Ut fra overflatekartlegging antas gangbergartene utgjøre mellom 5-15% av totalvolum, men tallet er usikkert. Bruk Antatt årlig behov X1000 tonn Egnet - het Grøftepukk og forsterkningslag 200-225 Egnet Fyllmasse (sprengt stein) 50-75 Egnet Omfylling offshore rørledninger? Egnet Bærelag i vei 100-125 Lite egnet Tilslag i betong 75 Lite egnet Tilslag i asfalt 150 Uegnet Antatt totalt årlig behov for knuste steinmaterialer i Bodø Andel av steinmaterialer med begrenset krav til mekaniske egenskaper Antatt realistisk årlig leveransevolum fra Hjartøya 575-650 250-300 150-200
Produksjon av pukk Produksjonskapasitet i Bodø M3 anlegg, H&O Bernhardsen, Elvenes Transport har alle mobile knusere og sikteverk Total årlig produksjonskapasitet ca 400-500.000 tonn for disse vekene (hvert knuse/siktehverk har kapasitet på ca 120-200.000 tonn) Disse knuseverkene være konkurrent til eventuelt pukkverk på Hjartøya. Største konkurransefortrinn vil trolig være kort transportavstand til hvor materialene skal brukes. Forventet årlig produksjon på Bodøhalvøya antar vi vil kunne være 50-100.000 tonn fra utbyggingsprosjekt utenom en eventuell etablering på Lille Hjartøya Restprodukt på Hjartøya som kan være vanskelig å selge: Subb med høyt glimmerinnhold Kan være egnet som fyllmasse i godt drenerte områder (massene i seg selv er tette og vannømfiendtlige)
Oppsummering konklusjon Årlig behov for knuste steinmaterialer i Bodø ligger på ca 600.000 tonn pr år tilsvarende ca 225.000 m3 fast fjell En rekke større planlagte utbyggingsprosjekt indikerer at dette tallet vil være noe økende i årene fremover Generelt er de mekaniske egenskapene til bergartene på Bodøhalvøya ikke gode nok til bruk i konstruksjoner med strenge krav til mekaniske egenskaper for tilslag/knuste materialer Høyt glimmerinnhold eller høyt innhold av kis (primært magnetkis) gjør materialene lite egnet som betongtilslag (det er imidlertid indikasjoner på at kisen er lite reaktiv med sement og dette må eventuelt evalueres videre). For ca 40% av forbruk/behov for knuste steinmaterialer er det lave/ingen krav til mekanisk styrke og mineralsammensetning av bergart. Her vil pukk produsert på Lille Hjartøy og fra Bodøhalvøya være egnet. Vedlegg 1. Rapport fra NGU 2. Prøveresultat 3. Kort om ulike laboratorieundersøkelser Bodø 03.12 2010 Harald Rostad Ingeniørgeolog