Kaivoskivien hyötykäyttö infrarakentamisessa Moduuli 1: Inventointi ja varannot

Transkriptio

1 Kaivoskivien hyötykäyttö infrarakentamisessa Moduuli 1: Inventointi ja varannot Akseli Torppa, Johanna Torppa ja Hannu Luodes, Geologian tukimuskeskus (GTK)

2 Sisältö 2 Johdanto... 3 Hankkeen sisältö ja tavoitteet... 3 Kaivannaisjätteiden määrittely... 6 Hankkeen toiminnalliset moduulit... 9 Moduuli 1: Inventointi ja volyymit... 9 Inventointi Projektin pilottikohteet Yara Suomi Oy Palin Granit Oy Sivukivien laatuominaisuudet pilottikohteissa Näytteenotto Testilaboratoriot Testit Testitulosten tulkinta Siilinjärven kaivoksen sivukivet Varpaisjärven louhimon sivukivet Yaran sivukivet laboratoriovertailu CE-merkintätason vaatimukset sivukiville Minivaatimukset inerteille sivukiville Pilottikohteiden sivukivien käyttösoveltuvuudet Maanpäällisten kasojen tilavuuden laskeminen Korkeusaineistot Laserkeilaus Lasertakymetraus GPS-mittaus Tilavuuden laskeminen korkeusaineistosta Esimerkkejä Virhelähteitä ja muuta huomioitavaa: Yhteenveto: työkalupaketti sivukivien hyötykäyttäjille... 35

3 Johdanto Hankkeen sisältö ja tavoitteet Suomen mineraalistrategian tavoitteena on mineraalivarantojen materiaalitehokas hallinta ja kestävä käyttö. Kaivannaisjätteiden hyötykäyttö ja kierrätys auttaa vähentämään ympäristökuormitusta ja lisäämään kaivannaisalan tuottavuutta. (Suomen mineraalitstategia 2010, 17). Mineraalisten raaka-aineiden kysyntä on kasvanut pitkään eikä kehityskulkuun ole näkyvissä muutosta. Mineraalien käyttö liittyy oleellisesti korkeamman elintason tavoitteisiin ja globaalin hyvinvoinnin lisäämiseen. Nykyaikaisen yhteiskunnan rakentaminen ja ylläpitäminen edellyttää mineraalisten raaka-aineiden käyttöä talojen, tieverkostojen, rautateiden ja muiden väylä- ja aluerakenteiden muodossa. Esimerkiksi yhden moottoritiekilometrin rakentamiseen kuluu tonnia kiviainesta ja tyypillisen omakotitalon rakentamiseen tarvitaan tonnia kiviainesta (Suomen mineraalistrategia 2010, 3). 3 Suomessa käytetään vuosittain miljoonaa tonnia kiviainesta, mikä on asukasta kohden mitattuna noin 22 tonnia. Kiviainesala on kaivannaisteollisuuden suurin sektori sekä tuotantomäärillä että kokonaisliikevaihdolla mitattuna. Kiviaineksella tarkoitetaan kaikkea kalliosta ja maaperästä kivipohjaista aineksia, pääasiassa kuitenkin kalliomursketta sekä soraa ja hiekkaa, joita käytetään murskattuina tai harvemmin murskaamattomina massoina erilaisiin rakentamistarkoituksiin (Suomen mineraalistrategia 2010, 9). Projektin yhtenä tavoitteena on vähentää primäärien raaka-aineiden kulutusta ja lisätä sivumateriaalien osuutta kiviainesten kokonaiskäyttömäärästä. Kaivoskivien hyötykäyttö infrarakentamisessa eli lyhemmin Kaikki käyttöön hanke esittelee uuden lähestymistavan kaivosten ja louhimoiden sivukivien hyötykäytön järjestämiseksi kaivannaisellisuusvaltaisilla alueilla. Hanke tarjoaa luonnonkivi- ja kaivosteollisuudelle työkalun sivukivien tuotteistamiseksi rakennusalan vaatimusten mukaisesti kaivosten ja louhimoiden aktiivisen elinkaaren aikana. Tavoitteena on saada sivukivet osaksi alueellista kiviainestilinpitoa, maankäytön suunnittelua ja kiviainesalan kaupankäyntiä.

4 Kaikki käyttöön hanke toteutettiin pilottina Pohjois-Savossa , minkä jälkeen hankkeessa rakennettua toimintamallia voidaan soveltaa jatkohankkeina muilla kaivannaisalueilla Suomessa ja ulkomailla. Hanke tuottaa suoraa ja epäsuoraa hyötyä päätöksentekijöille, lupaviranomaisille, kaavoittajille ja maankäytön suunnittelijoille sekä kaivannaisalan yrityksille. Lisäksi projekti tukee Pohjois-Savon maakunnan luonnonvarasuunnitelman tavoitteiden toteutumista. Hanke tarjoaa tietoa, joka on suoraan hyödynnettävissä kehitteillä olevan luonnonvararekisterin ja uusiomateriaalien tilinpidon tueksi. 4 Hankkeen päätoteuttajat ovat Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) Itä-Suomen yksikkö sekä kuntayhtymän Savonia ammattikorkeakoulu Kuopiossa. Teollisuuskumppaneina projektissa ovat Yara Suomi Oy, Palin Granit Oy, Betonimestarit Oy ja Savon Kuljetus Oy (Kuva 1). Liikennevirasto osallistuu hankkeeseen julkisrahoittajan roolissa. Projektin rahoituksesta vastaa päätoteuttajien ja partnereiden lisäksi Euroopan aluekehitysrahasto (EAKR) noin 70 % osuudella. Päärahoittajaa edustaa Pohjois-Savon ELY-keskus. Hankkeen kokonaisbudjetti on noin euroa.

5 5 Kuva 1. Hankkeen toiminta-alue (Pohjois-Savo) sekä partneriyritysten toimitepisteiden sijainnit

6 Kaivannaisjätteiden määrittely Kaivannaistoiminnassa irrotetaan suuria määriä pinta- ja irtomaata sekä sivukiveä (kuva 2), minkä lisäksi malmi- ja tarvekivien prosessoinnin ja jalostuksen yhteydessä syntyy erilaisia sivujakeita kuten rikastushiekkaa ja kipsisakkaa. Tilastokeskuksen mukaan yli puolet Suomessa syntyvästä jätteestä on kaivannaisjätettä. Monissa malmikaivoksissa ja käytännössä kaikissa rakennuskivilouhimoissa merkittävä osa louhinnan aikana irrotettavasta sivumateriaalista on inerttiä eli pysyvää luonnon kiviainesta, jonka hyötykäyttö esim. infra-rakentamisessa (Kuva 3) ei aiheuta tavallisesta maa- tai kallioaineksen otosta poikkeavaa ympäristöriskiä. Jätelain (646/2011) 5 :n mukaan kaivannaisteollisuuden sivumateriaali luetaan kuitenkin jätteeksi, jos materiaalin haltija on poistanut sen käytöstä eli käytännössä ei ole osoittanut sille käyttökohdetta. Jätteen määritelmää täsmennetään vielä määritelmällä: sivutuotteet, joihin ei sovelleta jätelain vaatimuksia. Sivutuotteet kuuluvat tuotesäätelyn piiriin, mikäli ne täyttävät kaikki jätelain 5.2 :ssä asetetut edellytykset. Yleisenä linjauksena edellytykset voi tiivistää seuraavasti: maa- tai kallioaineksen tulee olla 6 pilaantumatonta, jatkokäytön tulee olla varmaa, jatkokäytön tulee olla suunnitelmallista, jatkokäyttö tehdään sellaisenaan ilman muuntamistoimia (Ympäristöministeriö Kaivannaisjäteopas 2014, luonnos). Muussa tapauksessa sivumateriaali on kaivannaisjätettä. Kuva 2. Metallimalmien ja sivukivien kokonaislouhintamäärän muutos Suomessa (lähde: TEM)

7 Kaivannaisjäte jaetaan kolmeen luokkaan: vaarallinen jäte (ent. ongelmajäte), tavanomainen jäte (hitaasti muuttuva) ja pysyvä jäte (ei muutu pitkänkään ajan kuluessa). Kaivannaisjäte voidaan luokitella pysyväksi, jos se täyttää seuraavat kriteerit (Suomen ympäristö 21/2011): 7 - Jäte ei hajoa eikä liukene tai muuten muutu merkittävästi siten, että siitä voi aiheutua vaaraa tai haittaa ympäristölle ja ihmisten terveydelle - Jätteen sulfidirikkipitoisuus on enintään 0,1 % tai - Sulfidirikkipitoisuus on enintään 1 prosentti ja neutraloimispotentiaalisuhde menetelmällä (EN 15875) määritettynä suurempi kuin 3 - Jätteestä ei aiheudu itsesyttymisen vaaraa eikä se pala - Jätteen ja siitä erottuvan hienoaineksen sisältämien mahdollisesti haitallisten aineiden pitoisuudet eivät ylitä maaperän pilaantuneisuuden ja puhdistustarpeen arvioinnista (PIMA) annetussa VNa:ssa (214/2007) esitettyjä kynnysarvoja tai alueen ympäristön maaperän taustapitoisuuksia. Tällaisia aineita ovat erityisesti arseeni, kadmium, koboltti, kromi, kupari, elohopea, molybdeeni, nikkeli, lyijy, vanadiini ja sinkki - Jäte ei sisällä louhinnassa tai rikastuksessa käytettyjä haitallisia aineita, jotka voivat aiheuttaa haittaa ympäristölle tai ihmisen terveydelle

8 Kaivannaisjäteasetuksen (VNa 379/2008) mukaan kaivannaisjätettä voidaan pitää pysyvänä ilman eri testausta, jos olemassa olevan tiedon perusteella voidaan luotettavasti osoittaa yllä kuvattujen perusteiden täyttyminen. Euroopan Unionin Komission päätöksellä (2009/359/EY) pysyvyyden osoittamiseen voidaan käyttää kansallisia kivilajiluetteloita (esim. Suomen ympäristö 21/2011). Pysyvän kaivannaisjätteen loppusijoittaminen ja hyötykäyttö on oleellisesti helpompaa kuin eipysyvien jätteiden (kts.mm. Ympäristönsuojeluasetus (169/2000). Määritelmä tuottaa kuitenkin myös eräitä hyötykäytön esteitä mm. sulfidipitoisuuden yläraja, joka on 10 kertaa luonnon kiviaineksille asetettua ylärajaa tiukempi. 8 Kuva 3. Kallan sillat eli 5-tien parantaminen välillä Päiväranta-Vuorela Esimerkki infrarakentamiskohteesta, jossa hyödynnettiin tehokkaasti läheisen teollisuusalueen rakentamisessa vapautuvaa ylijäämäkiviainesta. Kohde olisi soveltunut myös mm. Siilinjärven kaivoksen sivukivien hyödyntämiseen. Kuva: Hannu Nurmi, Liikennevirasto

9 Hankkeen toiminnalliset moduulit Hanke koostuu kolmesta toiminnallisesta moduulista: M1) Sivukivivarantojen inventointi ja tuotteistaminen M2) Käyttökohteet ja logistiikka M3) Markkinointi, tiedottaminen ja koulutus Moduuli 1 sisältää sivukivien määrien ja käyttökelpoisuuden määrittelymenetelmät eri rakentamiskohteiden vaatimusten mukaisesti. Moduuli 2 sisältää logististen vaihtoehtojen määrittelytyön tuotantopaikasta käyttökohteille. Moduuli 3 sisältää tiedon jakelun projektin sidosryhmille sekä sivukivien hyötykäytön. Moduuli 1: Inventointi ja volyymit Tässä raportissa esitetään Inventointi ja volyymit moduulin tulokset. Malmien ja luonnonkiven 9 louhinnassa muodostuu suuria määriä ympäristön kannalta pääosin harmitonta eli inerttiä sivukiveä, joka on potentiaalista raaka-ainetta rakennusteollisuuden tarpeisiin. Suunnitelmallisesti läjitetty sivukivi muodostaa varannon, jota voidaan geologisista ja mekaanisista ominaisuuksista riippuen hyödyntää erilaisissa aluerakentamisen käyttökohteissa kuten teiden ja rakennusten sekä betonin valmistuksessa. Sivukivien käyttöä rajoittaa joissain tapauksissa ympäristövaatimukset ja lainsäädäntö, mutta yleisimmin käytön esteet liittyvät murskausteknisiin ja logistisiin kysymyksiin. Moduuli 1:n keskeinen tarkoitus on tuottaa tietoa prosessille, joka mahdollistaa sivukivien tuotteistamiselle osana kaivos- ja louhimosuunnittelua. Prosessia varten määriteltiin sivukivien hyötykäytön vähimmäisvaatimukset: Sivukivivarantojen inventointi ja laatuarviointi (CEmerkintätason vaatimukset infra-rakentamisen kiviaineksille). Projektin toisessa moduulissa (Moduuli 2: käyttökohteet ja logistiikka) määriteltiin kaivannaisjätteiden mahdolliset hyötykäyttökohteet ja hyödyntämisenprosessit projektin pilottialueella Pohjois-Savossa. Moduulien 1-2 yhteistuotteena muodostuu toimintamalli sivukivien tuotteistamiseksi.

10 Inventointi Projektin pilottikohteet Yara Suomi Oy Yara Suomi Oy:n on norjalaisen Yaran tytäryhtiö Suomessa. Yhtiön kaivos Siilinjärvellä on EUalueen ainoa toiminnassa oleva fosfaattikaivos. Kaivoksen tehtaassa valmistetaan maatalouden lannoitteena käytettävää fosfaattia apatiittirikasteesta, jota saadaan karbonaattikivestä. Kaivos ja tehdas työllistävät päivittäin noin 600 ihmistä. Siilinjärven kaivos on aloittanut toimintansa luvulla ( 10 Kuva 4. Yaran Siilinjärven kaivoksen Särkijärven avolouhos. Kuva Joonas Toivanen (GTK)

11 Siilinjärven kaivos Siilinjärven kaivos on tyypillinen avokaivos (kuva 4), jossa hyötykiven louhimiseksi on irrotettava verrattain suuret määrät sivukiveä luvulla avattu Särkijärven louhos on kolme kilometriä pitkä, kilometrin levyinen ja 240 metriä syvä. Särkijärveltä kolme kilometriä pohjoiseen sijaitsee Saarisen louhos, joka avattiin vuonna 2012, ja tuottaa nykyisin noin 10 % kaivoksen louheesta. Kaivoksen nykyinen vuosituotanto on noin 30 miljoonaa tonnia kiviainesta, josta malmikiveä noin 10 miljoonaa tonnia. Taulukossa 1. on esitetty arvio Siilinjärven kaivoksen eri osissa tapahtuvasta sivukivien irrotuksesta vuosivälillä (Lähde: Yara Suomi Oy). Taulukko 1. Eri sivukivilajien arvioidut irrotusmäärät (Mt) Siilinjärven kaivoksella Ottopaikan sijainti Kivilaji Selektiivisesti (luoteinen, koillinen, kaakkoinen, lounainen, läntinen) Yhteensä läjitettävä Lu Ko Ka Lo L Feniitti Dioriitti Diabaasi Yhteensä Louhittavan malmikiven sekä kaivoksen sivukivien erityispiirre on sulfidimineraalien vähäisyys, minkä seurauksena malmi- ja sivukivet eivät ole, poikkeuksena esim. moniin metallikaivoksiin, erityisen rikkipitoisia ja happoa tuottavia tai muuten ympäristöpäästöjen kannalta tavanomaisesta kallioperästä poikkeavia.

12 Palin Granit Oy Palin Granit Oy on vuonna 1921 syntynyt suomalainen perheyritys ja Suomen johtava graniittipohjaisten rakennuskivien tuottaja. Yhtiön kotipaikkakunta on Lappeenranta ja sillä on louhimoita Etelä-Suomessa (Ylämaa, Virolahti, Taivassalo, Kotka, Lieto, Mäntsälä) ja Itä- Suomessa (Sulkava, Varpaisjärvi). Palin Granitin louhimoilla tuotetaan rakennuskiviaihioita, jotka myydään asiakkaille jatkojalostettaviksi mm. sisustuskiviksi, pöytälevyiksi, hauta- ja muistokiviksi sekä ympäristörakentamiseen. Yhtiö työllistää vuosittain hieman yli 100 henkilöä. Palin Granitin kivimyynti on maailmanlaajuista, ja vuodesta 2014 asti sitä on tehty yhteistyössä norjalaisen Lundhs AS:n kanssa. 12 Varpaisjärven kivilouhimo Palin Granitin Varpaisjärven kivilouhimolla (kuva 5) tuotetaan mustaa diabaasia, jota käytetään mm. keittiötasoissa ja hautakivinä. Kiviesiintymän on tasalaatuinen ja sen mineraalikoostumus on muuttumattomalle diabaasille tyypillinen (Taulukko 2). Vuotuinen tarvekiven louhintamäärä on noin m 3 ja kertyneen sivukiven nykyinen kokonaismäärä noin m 3. Taulukko 2. Varpaisjärven diabaasin mineraalikoostumus (Lähde: Plagioklaasi 42.2 til-% Klinopyrokseeni 35.7 til-% Amfiboli 12.3 til-% Magnetiitti 3.6 til-% Kvartsi 2.8 til-% Ilmeniitti 1.5 til-% Muut 2.0 til-% Louhinnassa muodostuva tarpeeton ylijäämäkivi, joka ei täytä tarvekiven vaatimuksia (esim. väri, eheys) siirretään läjitysalueelle. Ne ovat pääosin suuria lohkareita, halkaisijaltaan kymmenistä senteistä useisiin metreihin. Ylijäämäkivi muodostaa >90 % koko sivukivikasan materiaalista; se on koostumukseltaan diabaasia, joka on kivilajina yleisesti rakennusalalla käytettyä. Diabaasin lisäksi sivukivikasassa on louhittavan diabaasijuonen ympäriltä louhittua varsinaista sivukiveä, joka on koostumukseltaan gneissiä.

13 13 Kuva 5. Palin Granitin Varpaisjärven kivilouhimo. Kuva Joonas Toivanen (GTK) Sivukivien laatuominaisuudet pilottikohteissa Yaran Siilinjärven kaivoksen ja Palinin Varpaisjärven louhimon sivukivistä otettiin edustavat näytteet, joista testattiin niiden mekaaninen kestävyys eri rakennuskäyttökohteissa. Siilinjärven kaivoksesta testattiin yhteensä 17 näytettä, jotka edustavat alueella esiintyviä neljää sivukivityyppiä (Taulukko 5, s.22; Kuvat 6 ja 7, s ). Palinin Varpaisjärven louhimolta testattiin yhteensä neljä näytettä, jotka edustavat alueella esiintyviä kahta kivilajia sekä niiden seoksia eri seossuhteissa (taulukko 5, s. 22 ja Kuva 8, s. 16).

14 Näytteenotto Yaran Siilinjärven kaivoksen sivukivet murskattiin kaksivaiheisesti tuotantomurskaimella 0/50 mm raekokoon ja näytemateriaali kerättiin suoraan murskaimen suulta kauhakuormaajalla. Näytteenottoa tehtiin kahdella eri tavalla. Osa näytemateriaalista levitettiin kauhakuormaajan kauhan levyiseksi ja noin 15 cm korkeaksi matoksi, josta noin 100 kg näyte kerättiin ottamalla lapiolla neljästä kohdasta poikkileikkaus. Osa näytemateriaalista kasattiin kartiomaiseksi noin metrin korkuiseksi keoksi, jonka huippu leikattiin puolesta välistä pois ja näyte kerättiin ottamalla keosta poikkileikkaus. Rinnakkaisnäytteiden vertailu ei kuitenkaan osoittanut eri näytteenottomenetelmillä olevan vaikutusta testituloksiin. 14 Palin Granitin Varpaisjärven louhimon sivukivikasasta kerättiin kaksi, noin 150 kg näytettä, joista toinen edusti diabaasia ja toinen gneissiä. Näytteet koostuivat lohkareista, joiden alkuperäinen raekoko oli noin 50 mm ja ne murskattiin laboratoriossa testien edellyttämään reakokoon. Ennen testejä näytemateriaalista valmistettiin neljä näytettä, joista kaksi edusti alkuperäisiä kivilajeja ja kaksi niiden yhdistelmiä suhteissa 30/70 ja 70/30 (Kuva 8, s. 16). Testilaboratoriot Näytteitä testattiin kolmessa akkreditoidussa testilaboratoriossa ( jotka ovat: Destia Oy:n laboratorio Oulussa, Geolaboratorio Oy:n laboratorio Oulussa ja Savonia ammattikorkeakoulun laboratorio Kuopiossa. Osa näytteistä jaettiin rinnakkaisnäytteiksi ja testattiin kaikissa kolmessa laboratoriossa (Kuva 9, s. 19). Testit Näytteille suoritetut testit ja fysikaaliset mittaukset on esitetty Taulukossa 5 (s. 22). Los Angelestesti (SFS-EN ) mittaa ensisijaisesti kiviaineksen iskunkestävyyttä ja osittain abraasiokestävyyttä. Vedenimeytymistestiä (SFS-EN ) käytetään kiviaineksen rapautumiskestävyyden esivalintatestinä. Jäädytys-Sulatuskoe (SFS-EN ) mittaa rapautumiskestävyyttä. Pohjoismainen kuulamyllykoe (SFS-EN ) mittaa kiviaineksen

15 abraasiokestävyyttä ensisijaisesti nastarengaskulutuksessa. Raidesepelin testauksessa käytetään tarkoitukseen karkealle kiviainekselle sovellettuja Los Angeles (SFS-EN A1) ja MicroDeval (SFS-EN A1) testejä. Testien tarkemmat kuvaukset löytyvät SFS-käsikirjassa (Suomen Standardisoimisliitto 2003). Siilinjärven näytteet on testattu tuotteille asetettujen standardien mukaisesti, koska kyseessä oli tuotantomurskaimella kaivoksessa valmistetut näytteet. Varpaisjärven näytteet on kerätty lohkareina, murskattu laboratoriossa ja testattu suuntaa antavina raaka-ainetesteinä. Eri tavoilla testatut näytesarjat eivät ole keskenään täysin vertailtukelpoisia, mikä on huomioitava tuloksia tarkasteltaessa. 15 Kuva 6. Siilinjärven kaivoksen eri sivukivilajien Los Angeles -testitulokset. LA-testi mittaa kiviaineksen iskukestävyyttä; mitä pienempi luku, sitä kestävämpi kivi. Punaisella merkittyjä näytteitä oli lisämurskattu ennen testaamista, mikä on vaikuttanut niiden lujuusominaisuuksiin (lisätietoa kts.kpl Yaran sivukivet laboratoriovertailu).

16 16 Kuva 7. Siilinjärven kaivoksen sivukivilajien kuulamyllykokeen tulokset. Mitä pienempi luku, sitä kestävämpi kivi. Punaisella merkittyjä näytteitä oli lisämurskattu ennen testaamista, mikä on vaikuttanut niiden lujuusominaisuuksiin (lisätietoa kts.kpl x). Kuva 8. Los Angeles testin, kuulamyllykokeen ja raidesepelin Los Angeles- testin tulokset Varpaisjärven louhimon sivukivistä. LoSa=Los Angeles testi.

17 Testitulosten tulkinta Siilinjärven kaivoksen sivukivet 17 Yaran Siilinjärven kaivoksen sivukivien mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet on esitetty Taulukossa 5 sekä Kuvissa 6 ja 7. Tulokset vaihtelevat huomattavasti kivilajin mukaan. Projektin tulosten perusteella alueelta on mahdollista tuottaa kiviainesta eri rakennustarkoituksiin. Kolmesta yleisimmästä sivukivilajista diabaasi ja dioriitti ovat lujuusominaisuuksiltaan erittäin kestäviä ja kelpaavat niiden osalta verrattain vaativiinkin käyttökohteisiin (vrt. kpl. Pilottikohteiden sivukivien käyttösoveltuvuudet). Kaikkien näytteiden iskukestävyys on LA-testin perusteella LA <20 (n=6), eli hyvä, ja useimpien LA <15 (n=4) eli erinomainen. Kuulamyllytulokset vaihtelevat välillä eli hyvästä heikkoon. Kuuden näytteen keskiarvo on A N 11.8 eli kohtuullinen tulos. Murskausprosessia optimoimalla kaikkien näiden kivien laatu on todennäköisesti korjattavissa hyväksi eli A N 10 tai vähemmän (lisätietoa kts. Pilottikohteiden sivukivien käyttösoveltuvuudet). Feniitti on lujuudeltaan edellisiä heikompi ja soveltuu testitulosten perusteella käyttökohteisiin, joissa tästä ominaisuudesta on etua kuten sorateiden pintauksiin sekä lisäksi mm. betonikiviainekseksi, jossa lujuus ei ole yhtä ratkaiseva tekijä kuin asfalttipäällysteissä. Feniitin iskukestävyys on LA (n=6) ja näytteiden keskiarvo LA 35. Vastaavat tunnusluvut nastarengaskulutuskestävyydelle ovat: A N ja keskiarvo A N Kuten diabaasin ja dioriitin osalta todettiin, myös feniitin lujuusmittausten tulosvaihtelu viittaa siihen, että kyseisen kivilajin ominaisuuksia voidaan parantaa murskausprosessia optimoimalla. Graniittigneissi sijoittuu lujuusominaisuuksiltaan muiden tutkittujen sivukivilajien välimaastoon (LA 20 36, ka 27 ja A N , ka 18.9). Graniittineissi soveltuu käytettäväksi osaan niistä käyttökohteista, joihin mm. dioriitti ja diabaasi kelpaavat. Muiden ominaisuuksien kuten litteysluvun ja rapautumiskestävyyden puolesta kaikki tutkitut kivilajit soveltuvat yleiseen rakentamiskäyttöön.

18 Varpaisjärven louhimon sivukivet Varpaisjärven louhimon sivukivien laatuominaisuudet on esitetty Taulukossa 5 ja kuvassa 8. Diabaasi on kulutuskestävyydeltään hyvä ja iskunkestävyyden osalta jopa erinomainen. Los Angeles testin perusteella sen iskunkestävyys on LA 11 ja nastarengaskulutuskestävyys A N 8 eli kiviaines soveltuu vaativin käyttökohteisiin kuten asfalttipäällysteisiin. Raidesepelitestien perusteella LA RB 10 ja MD 7 diabaasi soveltuu raidesepeliksi. Gneissin vastaavat arvot ovat: LA 23, A N 11, LA RB 14 ja MD 14. Myös gneissi on lujuudeltaan hyvä ja soveltuu moniin käyttökohteisiin mm. asfalttipäällysteisiin ja raidesepeliksi useimpien liikennemääräluokitusten mukaisilla väyläosuuksilla. Diabaasin ja gneissin tuottivat testeissä lineaarisen kuvaajan LA- ja A N -arvojen funktiona (kuva 8). Eri suhteissa sivukivikasasta tuotettuja murskeita voi tämän avulla arvioida eri käyttökohteiden soveltuvuusvaatimusten mukaisesti. 18 Yaran sivukivet laboratoriovertailu Savonia ammattikorkeakoulun laboratorion testausmenettelyt poikkesivat muista testauslaboratorioista. Siilinjärven kaivokselta toimitetuista murskenäytteistä osaa oli lisämurskattava Savonian laboratoriossa lujuustestien edellyttämän raekokojakauman saavuttamiseksi. Lisämurskaus vaikutti testinäytteiden muotoon rakeiden litteyttä vähentävästi, minkä johdosta Los Angeles kokeen ja etenkin kuulamyllykokeen lujuustulokset paranivat verrattuna muissa laboratorioissa testattuihin samoihin kivilajeihin (Kuva 9). Tämä on seurausta siitä, että kuutiomaisemmat rakeet kestävät kulutusta paremmin kuin litteät, reunoiltaan helposti murtuvat rakeet (vrt. Räisänen ja Mertamo 2004). Lisämurskauksen vaikutus havaitaan myös Los Angeles testin tuloksissa vaikka ei yhtä selvästi. Tämä puolestaan johtunee testien eroista; kuulamyllykoe on märkätesti ja lisäksi siinä käytetään noin viisi kertaa pienempää yksittäistestinäytettä, minkä vuoksi se on LA-koetta herkempi. Eri laboratorioissa testatut tulokset eivät siis ole täysin vertailukelpoisia.

19 19 Kuva 9. Kolmen testilaboratorion kuulamyllykokeen tulosten vertailu. Savonian laboratoriossa testatut näytteet kävivät läpi yhden murskauskerran muita enemmän, mikä heijastuu litteysluvun arvoihin (FI) ja tätä kuatta kuulamyllytuloksiin (A N ). Laboratoriovertailu osoittaa kuitenkin, että murskausprosessia säätämällä voidaan tutkittujen sivukivien lujuustuloksia parantaa. Testiaineistomme perusteella yksi lisämurskauskerta parantaa tutkittujen kiviainesten lujuusarvoja %. Tämä on tärkeä tieto sivukivien jatkokäyttömahdollisuuksia arvioitaessa. CE-merkintätason vaatimukset sivukiville Kaivannaisteollisuuden sivukiville ovat voimassa luonnon kiviainesten CE-merkintävaatimukset niin kauan, kun ne eivät edusta varsinaista kaivannaisjätettä eli niille on osoitettu jatkokäyttökohde. Sivukivi saa kaivannaisjätestatuksen, jos sen jatkokäytölle ei ole varmuutta (Jätelaki 546/2011: 5 ). Inerttien sivukivien käyttövaatimukset ovat ympäristökelpoisuuden osalta tavallisia luonnon kiviaineksia tiukemmat, mutta mekaanisten ja fysikaalisten ominaisuuksien osalta käyttö-

20 vaatimuksissa ei teoriassa ole eroja. CE-merkintätason vaatimuksia ei kuitenkaan ole virallisesti määritelty kaivannaisjätteille. Tässä kappaleessa on esitetty ne mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet, joita inerteistä sivukivistä tulee standardien perusteella ilmoittaa, että ne soveltuvat neljään tärkeimpään rakennuskiviainesten käyttökategoriaan: 1) asfalttikiviainekset, 2) raidesepeli, 3) kiviainekset väylä ja aluerakentamisen kerrosrakenteissa sekä 4) betonikiviainekset. Minivaatimustarkastelu on tehty hakemalla yhteiseurooppalaisista tuotestandardeista kriteerit, jotka ovat yhteisiä kaikille neljälle tuoteryhmälle. Eri tuotteille on lisäksi asetettu omia käyttökohteen mukaisia vaatimuksia. Lisäksi kappaleessa tarkastellaan projektin pilottikohteiden sivukivien soveltuvuutta eri käyttökohteisiin laatumittausten ja CE-merkintätason vaatimusten perusteella. 20 Minivaatimukset inerteille sivukiville Kansallisten rakennusohjeiden eurooppalaisissa tuotestandardeissa on asfalttikiviaineksille 29 ominaisuusvaatimusta, betonikiviainekselle 39 vaatimusta, kerrosrakenteiden kiviainekselle 24 vaatimusta ja raidesepelille 18 vaatimusta. Ominaisuuslistat on esitetty kokonaisuudessakaan raportin lopussa liitteessä 1. Tiettyjä ominaisuuksia ei sovelleta EU:n jäsenvaltioissa, joissa ei ole viranomaisvaatimuksia suunniteltuun käyttöön tarkoitetun tuotteen kyseiselle ominaisuudelle. Liitteessä 1. listatuista ominaisuuksista viisi on sellaisia, jotka A) vaaditaan Suomessa ja B) ovat yhteisiä kaikille neljälle tarkastelussa olevalle tuoteryhmälle (Taulukko 3). Näitä voi pitää ominaisuustestauksen minimivaatimuksina, jotka sivukivimateriaalista on tiedettävä käyttökohteesta riippumatta. Lisäksi on eräitä tuotekohtaisia ominaisuuksia, jotka ovat käyttötarkoituksen ja/tai käyttöalueen kannalta erittäin keskeisiä (esim. asfalttikiviaineksen nastarengaskulutuskestävyys Pohjoismaissa). Taulukkoon 4 on koottu tarkasteltavan olevien tuoteryhmien vaatimukset kiviainesten mekaanisten ja fysikaalisten ominaisuuksien osalta.

21 Taulukko 3. Yhteiset mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet ja niiden osoittamistavat neljälle yleisimmälle infra-raketamisen kiviainestuoteryhmälle Ominaisuus Asflttipäällysteet Raidesepeli Kerrosrakenteet Betonikiviaines Raemuoto Luokka FI10) Luokka FlRB15) Luokka Fl20, Sl40, Ecs35) Luokka (FI) Raekoko Nimike (d/d) & Gc85/15) Nimike (d/d) ja vaihteluväli Nimike (d/d) ja vaihteluväli Nimike (d/d) ja vaihteluväli Kiintotiheys Ilmoitettu arvo (Mg/m3) Ilmoitettu arvo (Mg/m3) Ilmoitettu arvo (Mg/m3) Ilmoitettu arvo (Mg/m3) Iskunkestävyys/ murskautuvuus Luokka LA30) Luokka LARB 18) Luokka LA50) Luokka LA15) Jäädytys- /sulatuskestävyys* Luokka WA1, F4, tai FS8) Luokka FRB2 tai FRB 4) Luokka WA242, F4 tai MS25) Ilmoitettu arvo (F tai MS) * Jäädytys-sulatuskestävyyden esitestinä voidaan käyttää yksinkertaistettua petrografista kuvausta (SFS-EN 932-3) ja esim. vedenimeytymiskoetta (SFS-EN ), jotka antavat viitteitä näytteen rapautumisherkkyydestä 21 Taulukko 4. Mekaaniset ja fysikaaliset vaatimukset neljälle yleisimmälle infra-rakentamisen kiviainestuoteryhmälle. Ominaisuudet, joita ei vaadita kaikilta tuoteryhmiltä on lihavoitu Tuoteryhmä Asfalttikiviaines Raidesepeli Kerrosrakenteet Betonikiviaines Rakeisuusominaisuudet Raekoko (d/d) Raemuoto (FI) Murtopintaisten rakeiden osuus (Cn/n) Raekoko (d/d) Raemuoto (FIRB, SI) Hienoaineksen määrä (SE) Raekoko (d/d) Raemuoto (FI) Hienoainespitoisuus (f%) Murtopintaisten rakeiden osuus (Cn/n) Raekoko (d/d) Raemuoto (FI) Hienoaineksen laatu (MB, SE) Fysikaaliset ominaisuudet Kiintotiheys (Mg/m 3 ) Vedenimeytyminen (WA 24) Kiintotiheys (Mg/m 3 ) Vedenimeytyminen (WA 24) Vedenimeytyminen (WA 24) Vedenimeytyminen (WA 24) Kiintotiheys (Mg/m 3 ) Vedenimeytyminen (WA 24) Mekaaniset ominaisuudet Iskunkestävyys (LA) Nastarengaskulutuskest ävyys (AN) Jäädytyssulatuskestävyys (F) Iskunkestävyys (LARB) Kulutuskesvävyys (MD) Iskunkestävyys (LA) Jäädytyssulatuskestävyys (F) Iskunkestävyys (LA) Kulutuskestävyys (MD) *Petrografinen kuvaus (SFS-EN 932-3) ei ole ominaisuuslistalla (Liite 1), mutta se on edellytys taustatestinä kiviainesten CE-merkinnässä useille muille ominaisuuksille (mm. koostumus, rapautumisherkkyys, jäädytyssulatuskestävyys) Geologiset ominaisuudet* Koostumus (petrografinen kuvaus) Koostumus (petrografinen kuvaus) Koostumus (petrografinen kuvaus) Koostumus (petrografinen kuvaus)

22 Taulukko 5. Sivukivien testitulokset ja mekaaninen soveltuvuus eri rakennuskohteissa Siilinjärven kaivos Tiheys Mg/m 3 Los Angeles - luku LA Kuulamylly A N Litteysluku FI Vedenimeytymnen Diabaasi (n=1) WA 24 Soveltuvuus Asfalttipäällysteet (yleisimmät liikennemäärät) Raidesepeli (kaikki rataosuudet; arvio) Kerrosrakenteet (kaikki) Betonikiviaines (kaikki) 22 Dioriitti (n=4) (15) 9 19 (12) 9-31 (16) (0.3) Diabaasidioriitti (n=2) (18) 9-18 (13) (25) (0.4) Feniitti (n=6) (35) (17) 9 20 (14) (0.4) Asfalttipäällysteet (yleisimmät liikennemäärät) Raidesepeli (vähäiset liikennemäärät; arvio) Kerrosrakenteet (kaikki) Betonikiviaines (kaikki) Asfalttipäällysteet (yleisimmät liikennemäärät) Raidesepeli (vähäiset liikennemäärät; arvio) Kerrosrakenteet (kaikki) Betonikiviaines (kaikki) Asfalttipäällysteet (vähäiset liikennemäärät) Raidesepeli (vähäiset liikennemäärät; arvio) Kerrosrakenteet (kaikki) Betonikiviaines (kaikki) Graniittigneissi (n=4) (27) (19) 8-26 (14) (0.4) Asfalttipäällysteet (vähäiset liikennemäärät) Raidesepeli (vähäiset liikennemäärät; arvio) Kerrosrakenteet (kaikki) Betonikiviaines (kaikki) Varpaisjärven louhimo Mg/m 3 LA A N FI WA 24 Soveltuvuus Diabaasi (n=1) 3.1 Gneissi (n=1) [10] 14 [14] LARB 8 [7] 11 [9] MD n=testattujen näytteiden lukumäärä x x=vaihteluväli, (x)=keskiarvo [x] LARB =raidesepelin Los Angeles testi, [x] MD =raidesepelin MicroDeval -testi Asfalttipäällysteet (kaikki liikennemäärät) Raidesepeli (kaikki rataosuudet) Kerrosrakenteet (kaikki) Betonikiviaines (kaikki) Asfalttipäällysteet (yleisimmät liikennemäärät) Raidesepeli (yleiset rataosuudet) Kerrosrakenteet (kaikki) Betonikiviaines (kaikki)

23 Pilottikohteiden sivukivien käyttösoveltuvuudet Siilinjärven kaivoksen ja Varpaisjärven louhimon sivukivistä tehtyjen mekaanisten ja fysikaalisten testien perusteella pilottikohteiden sivukivet soveltuvat useisiin eri käyttötarkoituksiin (Taulukko 5). Tulkinta perustuu eurooppalaisiin tuotestandardeihin (SFS-EN), kansallisiin ohjeisiin (PANK 2011, SFS-EN kansallinen soveltamisohje, By 43 ja SFS 7005) sekä projektin testinäytteiden tuloksiin ja geologisen analyysiin. Soveltuvuuden arviointiin käytettiin Taulukossa x esitettyjä testitulosten keskiarvoja, joita painotettiin vaihteluvälien paremmilla lujuus- ja muototuloksilla. Painotus tehtiin, koska laboratoriovertailun perusteella kiviainesten lujuusarvoja on mahdollista parantaa murskausprosessia optimoimalla, ja tämän vuoksi parhaat testitulokset oletettavasti kuvaavat tutkittujen sivukiviainesten laatua parhaiten. 23 Yaran Siilijärven kaivoksen diabaasi on hyvää murskekiveä verrattain vaativiinkin käyttökohteisiin kuten betonikiviainekseksi sekä asfalttipäällysteisiin useimpien liikennemääräluokitusten mukaisilla tieosuuksilla. Kuulamyllykoe antaa viitteitä diabaasin soveltumisesta myös raidesepeliksi, mutta tätä ei ole testattu varsinaisella raidesepelitestillä. Siilinjärven kaivoksen muut sivukivilajit feniittiä lukuun ottamatta soveltuvat tavanomaiseen väylä- ja aluerakentamiseen hyvinä yleiskäyttömurskeina. Mahdollisia käyttökohteita ovat maanteiden ja rautateiden kerrosrakenteet sekä asfalttipäällysteet yleisimpien liikennemääräluokitusten mukaisilla tieosuuksilla. Lisäksi ne soveltuvat betonin runkoainekseksi. Kuulamyllykoe antaa viitteitä näidenkin kiviainesten soveltuvuudesta raidesepeliksi ainakin vähemmän liikennöidyillä rataosuuksilla. Feniitti on kiviaineksena muita heikompaa, mutta soveltuu erinomaisesti mm. sorateiden pintauksiin. Lisäksi feniitti soveltuu maa- vesi ja tierakentamisen sitomattomiin kerrosrakenteisiin alemman lujuusvaatimuksen mukaisissa käyttökohteissa hankekohtaisesti. Feniitin iskunkestävyys on hyvin lähellä yleisen kerrosrakentamisen vaativuusrajaa (LA 30) ja mm. murskausprosessia optimoimalla siitä on todennäköisesti tuotettavissa myös tähän käyttötarkoitukseen soveltuvaa mursketta. Varpaisjärven diabaasi on ominaisuuksiltaan hyvää kiviainesta vaativiinkin käyttökohteisiin kuten raidesepeliksi ja asfalttipäällysteisiin suurten liikennemääräluokitusten mukaisilla tie- ja rataosuuksilla. Lisäksi se soveltuu erinomaisesti betonikiviainekseksi. Koska testatut näytteet on

24 murskattu vain laboratoriossa, on mahdollista, että tuotantomurskaimella isompina erinä tehtävä murskaus edelleen parantaisi lopputuotteen ominaisuuksia. Tutkittujen näytteiden perusteella myös Varpaisjärven gneissi on verrattain lujaa kiviainesta ja soveltuu yleiskäyttömurskeena useisiin käyttökohteisiin kuten asfalttipäällysteisiin ja raidesepeliksi yleisimpien liikennemääräluokitusten mukaisilla tie- ja rataosuuksilla, alue- ja väylärakentamisen rakennekerroksiin, ja betonikiviainekseksi. Kuvan 8 (s. 16) perusteella voi arvioida diabaasin ja gneissin seosten kulutuskestävyyttä (LA ja A N ) eri seossuhteilla. Varpaisjärven louhimon sivukiviaines on nykyisin noin 90 % diabaasia ja 10 % gneissiä. 24

25 Maanpäällisten kasojen tilavuuden laskeminen 25 Korkeusaineistot Sivukivikasojen kaltaisten pienipiirteisten maanpinnanmuotojen määrittäminen tehdään käyttäen riittävän tiheästi mitattua korkeusaineistoa. Kasojen inventointia varten tehtävä mittaustarpeen arviointi ja mittausmenetelmän valinta riippuvat tilavuusarvion tarkkuusvaatimuksista ja budjetista. Korkeusmittaukset voi tehdä joko kaukokartoituksena ilmasta käsin, kaukokartoituksena kentällä tai mittaamalla konkreettisesti GPS laitteella kasan alueelta riittävän määrän kasan pinnan pisteiden koordinaatteja. Mikäli tilavuusarvion tulee olla suuntaa antava, voidaan käyttää joitakin vuosia vanhaa korkeusaineistoa ja arviota vuosittaiselle sivukiven määrän kasvulle tai vaihtoehtoisesti voidaan uutta korkeusaineistoa hankkia kohtuullisen pienellä vaivalla maastomittauksin. Aiemmin mitatun aineistoin kelpoisuus on tapauskohtaista, ja riippuu sivukivikasan tilavuuden suhteellisesta vuosittaisesta muutoksesta. Jos tilavuusarvion on oltava tarkka, on käytettävän aineiston oltava mahdollisimman uutta ja tarkkaa, mikä useimmiten edellyttää ilmasta käsin tehtävän laserkeilausmittauksen tilaamista. Tarkin koko Suomen kattava korkeusmalli on tällä hetkellä resoluutioltaan 10 m. Malli on Maanmittauslaitoksen (MML) generoima ja se on rakennettu käyttäen maastomittauksia, stereokuvia sekä yksittäisiä korkeuspisteitä. Osa aineistosta on melko vanhaa. Laserkeilaus Mikäli kyllin tuoretta tai tarkkaa laserkeilausaineistoa ei ole saatavilla, voi mittauksia tilata useilta yrityksiltä Laserkeilausmenetelmällä ilmasta käsin tehtävät kaukokartoitusmittaukset perustuvat koneesta lähetetyn lasersäteen heijastumiseen maan pinnasta takaisin koneeseen. Koneessa vastaanotetaan takaisin heijastunut säde ja mitataan säteen kulkuaika, joka on suoraan verrannollinen säteen kulkemaan matkaan. Laserkeilausmittaukset ovat lähtökohtaisesti kalliita, mutta mallin tarkkuusvaatimuksen tiukentuessa hintaero maastomittauksiin pienenee.

26 Tällä hetkellä (2014) on käynnissä Maanmittauslaitoksen (MML) koko Suomen kattava laserkeilausohjelma, jonka tuloksena syntyy korkeusmalli 2 m resoluutiolla. Sivukivikasojen inventointi olisi monilla louhoksilla ja kaivoksilla juuri nyt helppoa ja edullista, koska MML:n korkeusaineisto on tarkkaa ja korkeintaan muutaman vuoden vanhaa. Vuoden 2014 keilausten jälkeen aineistoja on saatavilla noin km 2 alueelta ja koko Suomi on suunnitteilla kartoittaa vuoteen 2019 mennessä.. Mitattava pinta-ala louhoksilla on useimmiten neliökilometrin luokkaa, jolloin alueen kartoittamiseen sopii miehittämätön lennokki. Lasertakymetraus Kenttämittauksena kaukokartoitus tehdään lasertakymetrillä, jolloin laserkeilaimella mitataan kasan pinnan pisteiden koordinaatit vaakasuunnasta (vrt lennokkimittauksiin, jossa mittaukset suoritetaan ylhäältä päin). Takymetri kannattaa sijoittaa niin etäällä kasasta, että mahdollisimman suuri osa kasasta on näkyvissä. Takymetrin heikkous lennokkimittauksiin nähden on se, että mahdolliset takymetrin sijoituspaikat ovat useimmiten harjan korkeutta huomattavasti alempana, jolloin kasan 26 yläpintaa ei pystytä mittaamaan. Kasa voi myös olla lähellä metsänreunaa tahi muuta estettä, jolloin kasaa ei päästä mittaamaan kyllin suurelta etäisyydeltä. Vaikka siis takymetrimittauksissa mittauspisteväli on määritettävissä samaksi kuin lennokkimittauksissa, on takymetrimittauksiin perustuva pinnanmääritys näkyvyysongelmista johtuen epätarkempaa kuin lennokkimittauksiin perustuva. Takymetrimittauksia voi tilata alan tutkimuslaitoksilta sekä useilta yrityksiltä. GPS-mittaus Tarkka, mutta työläs menetelmä on suora pinnan pisteiden GPS mittaus. Pisteet mitataan kulkemalla GPS:n kanssa kasan alueella mittauspisteestä toiseen. GPS kartoitus sopii tilanteisiin, joissa suurta tarkkuutta ei korkeusmallilta vaadita, jolloin mittauspisteitä ei tarvita kovin tiheästi. Usein mitataan pinnan koordinaatit kasan ympäriltä ja harjalta sekä, kasan koosta riippuen, muualta kasan alueelta. Myös takymetrimittauksia saatetaan joutua tukemaan suorilla GPS-mittauksilla, mikäli näkyvyys takymetriin on huono.

27 GPS-mittauksia voi tilata alan tutkimuslaitoksilta sekä useilta yrityksiltä. Tilavuuden laskeminen korkeusaineistosta Määritä kivikasan reuna ilmakuvan tai kasaa kiertävän mittapisteistön perusteella 2. Määritä reunan korkeus (yleensä merenpinnasta) a. Jos käytettävissä on aiemmista mittauksista interpoloitu korkeusrasteri kasan alueelta, ota suoraan siitä reunapisteiden korkeudet tai b. mikäli käytettävissä on GPS-mittauksia, ota korkeudet kasaa kiertävistä mittapisteistä. 3. Määritä kasan pohjan taso a. Käytä reunapisteiden korkeusarvoja. Sopiva interpolointimenetelmä on esimerkiksi radial basis functions interpolointi b. Käytä vanhaa maastokarttaa, maanpinnan tason määrittämiseen kasan alla 4. Laske kasan pinnan taso a. Jos käytettävissä on aiemmista mittauksista interpoloitu korkeusrasteri kasan alueelta, ota suoraan siitä pinnan korkeus tai b. mikäli käytettävissä on GPS, takymetri tai laserkeilaus-mittauksia, interpoloi pinnan korkeus kasan alueelle mitatuista pisteistä. Sopiva interpolointimenetelmä harvalle mittauspisteistölle on esimerkiksi radial basis functions interpolointi. Mikäli mittauspisteitä on kasan alueella runsaasti myös kriging-menetelmää voi käyttää. 5. Laske pohjan ja pinnan väliin jäävä tilavuus Esimerkkejä Seuraavassa havainnollistetaan muutamalla esimerkillä erilaisten aineistojen käyttämistä kasojen tilavuuden määrittämisessä kahdella eri kohteella. Kasojen horisontaalidimensiot ovat esimerkeissä todellisia, mutta korkeudet on suhteutettu Esimerkin 1 (kohde A) pohjan korkeuteen, jonka suurimman arvon on määritelty olevan 1R (R on todellisen korkeuden skaalauskerroin).

28 ESIMERKKI 1: Tilavuuden lasku kohteella A käyttäen 10 m korkeusmallia 28 Kuva 1. a) Sivukivikasa rajataan ilmakuvan avulla, b) kasan pohjan korkeus reunapisteissä otetaan korkeusmallista, c) kasan pohjan korkeus interpoloidaan reunapisteistä kasan alueelle, d) kasan pinnan korkeus otetaan korkeusmallista kasan alueella. Korkeudet merenpinnasta on skaalattu siten, että kasan pohjan korkeimman pisteen korkeus merenpinnasta, interpoloituna MML:n 10m:n korkeusmallista, on 1R (R on korkeuden skaalauskerroin). 1. Kasan reunaviiva määritettiin ilmakuvan perusteella. Ilmakuva oli joitain vuosia vanha. 2. Kasan reunaviivan korkeus määritettiin MML:n 10m korkeusmallin perusteella. 3. Kasan pohjan korkeusmalli laskettiin reunapisteistä interpoloimalla RBF-menetelmällä. 4. Kasan pinnan korkeus otettiin suoraan MML:n 10m korkeusmallista. 5. Pohjan ja pinnan väliin jääväksi tilavuudeksi saatiin 2133 Rm 2.

29 ESIMERKKI 2: Tilavuuden lasku kohteella A käyttäen GPS-mittauksia 29 Kuva 2. a) Sivukivikasa rajataan ilmakuvan ja GPS:llä mitattujen korkesarvojen avulla, b) GPS pisteistä interpoloidaan kasan pinta, ja kasan pohjan korkeus reunapisteissä otetaan interpoloidusta korkeusmallista, c) kasan pohjan korkeus interpoloidaan reunapisteistä kasan alueelle, d) kasan pinnan korkeus otetaan interpoloidusta korkeusmallista kasan alueella. Korkeudet merenpinnasta on skaalattu siten, että kasan pohjan korkeimman pisteen korkeus merenpinnasta, interpoloituna MML:n 10m:n korkeusmallista, on 1R (R on korkeuden skaalauskerroin). 1. Kasan reunaviiva määritettiin ilmakuvan ja GPS-mittausten perusteella. Ilmakuva oli joitain vuosia vanha.

30 2. Kasan reunaviivan korkeus määritettiin GPS-mittauksista lasketun korkeusmallin perusteella. 3. Kasan pohjan korkeusmalli laskettiin reunapisteistä interpoloimalla RBF-menetelmällä. 4. Kasan pinnan korkeus interpolointiin GPS-mittauksista. 5. Pohjan ja pinnan väliin jääväksi tilavuudeksi saatiin 3477 Rm 2 ESIMERKKI 3: Tilavuuden lasku kohteella A käyttäen takymetrimittauksia. 30 Kuva 3. a) Sivukivikasa rajataan ilmakuvan ja GPS:llä mitattujen korkesarvojen avulla, b) Takymetrimittauspisteistä interpoloidaan kasan pinta, ja kasan pohjan korkeus reunapisteissä otetaan interpoloidusta korkeusmallista, c) kasan pohjan korkeus interpoloidaan reunapisteistä kasan alueelle, d) kasan pinnan korkeus otetaan interpoloidusta korkeusmallista kasan alueella.

31 Korkeudet merenpinnasta on skaalattu siten, että kasan pohjan korkeimman pisteen korkeus merenpinnasta, interpoloituna MML:n 10m:n korkeusmallista, on 1R (R on korkeuden skaalauskerroin). 1. Kasan reunaviiva määritettiin ilmakuvan ja GPS-mittausten perusteella. Ilmakuva oli joitain vuosia vanha. 2. Kasan reunaviivan korkeus määritettiin takymetrimittauksista lasketun korkeusmallin perusteella. 3. Kasan pohjan korkeusmalli laskettiin reunapisteistä interpoloimalla RBF-menetelmällä. 4. Kasan pinnan korkeus interpolointiin takymetrimittauksista. 5. Pohjan ja pinnan väliin jääväksi tilavuudeksi saatiin 3814 Rm 2 ESIMERKKI 4: Tilavuuden lasku kohteella B käyttäen MML:n 2m korkeusmallia. 31 Kuva 4. a) Sivukivikasan rajaus saadaan kaivokselta, taustakarttana vanha MML:n maastokartta, b) kasan pohjan korkeus interpoloidaan vanhan maastokartan korkeuskäyristä, c) kasan pinnan korkeus otetaan MML:n 2m korkeusmallista. Korkeudet merenpinnasta on skaalattu siten, että kasan pohjan korkeimman pisteen korkeus merenpinnasta, interpoloituna MML:n 10m:n korkeusmallista, on 1R (R on korkeuden skaalauskerroin). 1. Kasan reunaviiva saatiin kaivokselta. 2. Kasan pohjan korkeusmalli laskettiin interpoloimalla vanhan maastokartan korkeuskäyristä. 3. Kasan pinnan korkeus otettiin MML:n 2m korkeusmallista. 4. Pohjan ja pinnan väliin jääväksi tilavuudeksi saatiin Rm 2.

32 Tulosten tulkinnasta ja virhelähteistä Esimerkissä 1 kohteelle A lasketun tilavuuden suuri ero saman kohteen esimerkkeihin 2 ja 3 nähden johtuu siitä, että esimerkin 1 korkeusmalli on useita vuosia vanha, kun taas esimerkin 2 GPS mittaukset ja esimerkin 3 takymetrimittaukset tehtiin syksyllä Esimerkin 1 korkeusmallin tarkkaa määrittämisajankohtaa ei tämän projektin puitteissa selvitetty, mutta tieto on mahdollisesti saatavissa Maanmittauslaitokselta, mikäli tarpeen. Esimerkin 1 tulokset eivät ole näin ollen vertailukelpoisia esimerkkien 2 ja 3 tulosten kanssa. Virhearviota varten kohteelle A tehtiin useampi laskenta muuttaen alueen rajausta, reunapisteiden määrää ja interpolointimenetelmää. Tulokset vaihtelivat seuraavasti: MML:n 10m korkeusmallista (vrt esimerkki 1) laskettiin pohjan korkeus kolmella eri interpolointimenetelmällä (inverse distance weighting, kriging ja radial basis functions). Saadut tilavuudet olivat 2138 Rm 2, 2105 Rm 2 ja 2043 Rm 2, vastaavasti. Radial basis functions menetelmällä saatu tulos on esitetty yllä, koska se pystyy muita menetelmiä paremmin käsittelemään puuttuvat pisteet kasan alueella, olettaen ettei kasan alla ole äkillisiä muutoksia maanpinnan korkeudessa. 2. GPS aineistosta (vrt esimerkki 2) laskettiin tilavuus käyttämällä kahta eri kasan rajausta. Toisessa tapauksessa käytettiin reunaviivan määrittämiseen 21 pistettä ja toisessa 54 pistettä. Rajaus tehtiin eri tapauksissa myös eri ilmakuvien perusteella, mutta kuvat olivat rajausta ajatellen hyvin samankaltaiset. Epätarkemmalla rajauksella tilavuudeksi saatiin 3478 Rm 2 ja tarkemmalla rajauksella 3080 Rm Pohjan taso määritettiin vertailun vuoksi reunapisteistä interpoloinnin lisäksi GPS aineistosta myös reunapisteiden keskimääräisenä korkeutena koko kasan alueelle. Rajauksella, jolla tilavuudeksi interpoloidulla pohjan tasolla tuli 3080 Rm 2, tuli tasaisella pohjalla 2999 Rm Takymetridata analysoitiin sekä 3D Win-ohjelmalla, että interpoloimalla mittapisteet RBFmenetelmällä. 3D Win antoi tilavuudeksi 3944 Rm 2 ja RBF-interpolointi 3814 Rm 2.

33 Taulukko1. Kohteen A sivukivikasan tilavuuden vertailu eri menetelmillä laskettuna GPS mittauksista. RBF=radial basis funct i ons, IDW= inverse distance weighting, 21/54 pts = reunaviivapolygoni määritetty 21/54 pisteellä, interp = pohjan korkeus on interpoloitu reunapisteistä, keskiarvo= pohjan korkeus on reunapisteiden korkeuksien keskiarvo Interpolointi Rajaus Pohja Tilavuus (Rm 2 ) IDW 21 pts interp 2138 RBF 21 pts interp 2105 Kriging 21 pts interp 2043 RBF 21 pts interp 3478 RBF 54 pts interp 3080 RBF 21 pts interp 3080 RBF 21 pts keskiarvo Kohteella B laskettiin MML:n 2m korkeusaineiston ja vanhojen pohjakarttojen perusteella kahden sivukivikasan tilavuus. Vertailukohtana oli käytettävissä toimijan oma arvio kasojen tilavuuksista, joka oli saatu jokavuotisen tuotantomääräarvion perusteella. Mittauksia kasan koon määrittämiseksi ei ollut aikaisemmin tehty. Kasan 1 tapauksessa (esimerkki 4) tässä projektissa saatu tulos (28954 Rm 2 ) oli vertailukelpoinen toimijan oman arvion (30240 Rm 2 ) kanssa, arvojen keskipoikkeaman ollessa vain 2%. Taulukossa 2 on näytetty myös tulokset, jotka on saatu interpoloitaessa pohjan korkeus reunapisteistä, mikä tässä tapauksessa antaa väärän tuloksen, koska kasan alla on mäki. Kasan 2 tapauksessa ero kahden projektissa lasketun tilavuuden välillä johtuu siitä, että toimitsijan antama rajaus kattaa suuremman pinta-alan kuin käytettävissämme olevan ilmakuvan perusteella tekemämme rajaus; maanpinnan topografia kasan alla ei ole vanhan maastokartan mukaan merkittävä. Lopullinen tuloksemme (taulukossa korostettu) poikkeaa kuitenkin myös huomattavasti toimitsijan arviosta. Selitystä tälle erolle ei projektin puitteissa pystytty löytämään.

34 Taulukko2. Kohteen B kahden sivukivikasan tilavuuden vertailu eri menetelmillä laskettuna. Ilma=kasan rajaus tehty ilmakuvan perusteella, toimija=kasan rajaus toimijalta, reuna=pohjan korkeuden itnerpolointi reunapisteiden korkeudesta, kartta=pohjan korkeuden interpolointi vanhan maastokartan korkeuskäyristä. Lopullinen tilavuuslaskelma kummallekin kasalle on korostettu. Kasa Rajaus Pohja Tilavuus (Rm 2 ) Kasa1 Ilma reuna Kasa1 toimija reuna Kasa1 toimija kartta Kasa1 toimijan ilmoittama tilavuus Kasa2 Ilma reuna Kasa2 toimija kartta Kasa2 toimijan ilmoittama tilavuus Virhelähteitä ja muuta huomioitavaa: 34 - Ilmakuva ja korkeusmalli mahdollisesti eri ajoilta rajaus ei vastaa täysin korkeusaineistoa. - Epävarmuutta on vaikea nykyisten tutkimusten perusteella määrittää, mutta 2 % tarkkuutta voidaan pitää realistisena, olettaen että o kasan pohjan topografia on tiedossa ja otettu tarvittaessa huomioon o kasan rajaus on tehty oikein ja se vastaa korkeusmallin mittausajankohtaa o Mitta-aineisto kattaa koko kasan - Kasan alla olevan kiinteän maan laatu (pehmeä/kova) ja muoto (kovera/kupera/tasainen) on useimmiten toimijan tiedossa. Näitä tietoja tulee käyttää tilavuuslaskennassa ja sen luotettavuuden arvioinnissa. - Merkittävin virhelähde on kasan huolimaton rajaus. Esimerkkien laskuissa eri rajauksella laskettujen tilavuuksien poikkeama keskiarvosta on noin 6 %. Interpolointimenetelmän valinnan vaikutus laskettuun tilavuuteen on testimme perusteella noin 2 %. Tasaisen pohjan käyttö ja interpoloitu pohjan korkeus erosivat toisistaan noin 1 %

35 Yhteenveto: työkalupaketti sivukivien hyötykäyttäjille 1. Kaivannaisjätteet on määritelty Jätelaissa (646/2011) ja Valtioneuvoston kaivannaisjäteasetuksesta (379/2008). Pysyvien eli inerttien sivukivien osalta keskeisiä tekijöitä ovat: 1.1. Sivukivien pysyvyyteen vaikuttaa etenkin: sulfidirikkipitoisuus, hapontuottokyky, neutralointikapasiteetti, mineraalikoostumus, haitallisten aineiden pitoisuudet ja liukoisuudet 1.2. Pysyvän kaivannaisjätteen määrittelyssä voidaan käyttää kansallista kivilajiluetteloa (Suomen ympäristö 21/2011) 2. Pysyvien sivukivien osalta hyötykäytön edellytyksiä ovat materiaaliominaisuuksien ja raakaaineen volyymien sekä käyttökohteiden ja logistiikan selvittäminen 2.1. Projektin raportissa (Moduuli 1) esitetään keskeiset sivukivien mekaanisiin materiaaliominaisuuksiin ja volyymilaskentaan liittyvät tekijät 2.2. Projektin raportissa (Moduuli 2) esitetään keskeiset sivukivien hyötykäyttökohteisiin ja logistisiin vaihtoehtoihin liittyvät tekijät Olemassa olevien sivukivikasojen volyymilaskennan lähtökohdat on esitetty projektin Moduuli 1:n raportissa. Keskeisiä tekijöitä ovat: 3.1. Kasan rajaus, kasan alustan topografia, tarkkuusvaatimukset vs. budjetti, korkeusaineiston laatu vs. mallinnusmenetelmä 4. Geologinen kartoitus on keskeinen osa kaivossuunnittelua ja siihen on syytä liittää myös sivukivialueiden laatuyksiköitten määrittely 4.1. Sivukivialueiden kartoitus käsittää eri sivukivilajien määräinventoinnin sekä rakennuskäytössä vaadittavien ominaisuuksien määrittelyn 4.2. Sivukivien ominaisuuksien osalta geologinen soveltuvuus määritellään standardin SFS-EN mukaisesti (yksinkertaistettu petrografinen kuvaus). Mekaanisen soveltuvuuden testaamiseen käytetään eri käyttökohteen mukaisissa laatustandardeissa vaadittuja menetelmiä (kts. Kaikki käyttöön projekti, Moduuli 1:n raportti: s ja Liite 1 ) 5. Kiviaineksilta vaaditut ominaisuudet eri käyttökohteissa on määritelty yhteiseurooppalaisissa tuotestandardeissa ja niitä täydentävissä kansallisissa ohjeissa. Tärkeimmät infrarakentamisen kohteet ovat: asfalttipäällysteet, raidesepeli, betonikiviainekset ja sitomattomat kerrosrakenteet Teknisiä ominaisuusvaatimuksia on kymmeni; niistä yhteisiä kaikille tärkeimmille käyttökohteille on neljä: Raemuoto, raekoko, kiintotiheys, iskunkestävyys/murskautuvuus sekä Jäädytys-sulatuskestävyys (rapautumiskestävyys) 5.2. Sivukivien mekaaninen testaus tehdään akkreditoiduissa testilaboratorioissa, jotka Suomessa löytyvät Inspectan ylläpitämästä tietokannasta (