Local use of rock materials – production and utilization State-of-the-art

During excavation of tunnels, large amounts of rock material are produced. This excavated rock material is utilized to a varying extent for road-, railway- and concrete purposes, but significant amounts are used as deposits on land, in fjords or lakes. For both economic and environmental reasons there is a great potential in increasing the utilization of excavated rock material locally in the same project or in neighboring projects. Initially, this report presents a brief introduction to the geology in Norway and some comparable European countries. This may give an indication which main rock type to expect in different areas during tunnelling. Further, the development within the main directions of tunnelling is discussed. Also, an overview of equipment and crushing technology is given. The boundaries of this report are excavated material used in asphalt, concrete, road construction and railway construction. For each area of utilization, a presentation of the currenttechnical requirements for various uses of the material in Norway is given. Examples of projects where excavated material is utilized are presented. Finally, possibilities and obstacles when it comes to utilizing excavated rock material are discussed, and further work is proposed.publishedVersio

Produksjon og bruk av overskuddsmasser - Beste praksis og vegen videre

Kortreist Stein har hatt en arbeidspakke konsentrert mot Produksjon og anvendelse. Som et utgangspunkt for forskningsaktivitetene, er det det laget detaljerte oversikter over de mest relevante anvendelsesområdene for kortreist stein og hvilke tekniske egnethetskrav som må tilfredsstilles ut fra dagens regelverk. Prosjekter i Norge og andre land hvor overskuddsmasser har blitt nyttiggjort, er presentert. Prosjektet har sett nærmere på hvordan man kan optimalisere knuseprosessen i mobile anlegg ut fra utgangsmateriale og med mål om mest mulig høyverdig anvendelse av kortreist stein. I Arbeidspakken Produksjon og anvendelse er det gjort detaljerte studier i laboratorium og felt rettet inn mot bruk av tunnelmasser i veg, asfalt og betong, og hvor effekt av knusing og annen prosessering også har vært fokusert. Forskningsarbeidene har inkludert Master- og PhD-arbeid. Flere studier har spesielt vært rettet mot utnyttelse av svake steinmaterialer i ulike anvendelser. Flere arbeider utfordrer dagens metodikk for kvalitetsvurdering av tilslagsmaterialer, og der mange funn demonstrerer nytteverdien av funksjonstesting for bedre konklusjon om egnethet og bruksoppførsel og slik sett bedre utnyttelse av kortreist stein. Arbeidet har resultert i forslag til forbedringer og videre forskning, som både er relevant for utnyttelse av overskuddsmasser fra infrastrukturprosjekter og bergverk, generelt for forhold rundt tilslagsproduksjon og tunnel- og anleggsdrift. Foreliggende rapport oppsummerer arbeider, resultater og anbefalinger. I teksten gis referanser til hvilke publikasjoner funn er hentet fra, og en egen referanseliste følger til slutt i rapporten. Hovedbudskapet fra arbeidspakken Produksjon og anvendelse er som følger: • Etabler en helhetlig produksjons- og bruksstrategi som tar utgangspunkt i hvilke lokale og kortreiste steinmasser man kan nyttiggjøre i eller fra et infrastrukturprosjekt. Dette vil føre til en bedre massebalanse, og en mer kortreist, høyverdig bruk av overskuddsmasser fra infrastrukturprosjekter. • Det ligger flere optimaliseringsmuligheter for å få til dette, både når det gjelder • Utgangsmaterialet og kunnskap om dette • Driveteknikk • Prosessering og mobile anlegg • Materialteknologi og anvendelser Riktig og tidlig fokus kan gi forbedret ressursforvaltning og -utnyttelse, miljø og bærekraft og økonomi.publishedVersio

Optimal utilisation of unbound crushed aggregates for road construction

Aggregates are construction materials produced from non-renewable rock resources. Because high-quality aggregate resources have limited availability, utilisation of aggregates should be considered carefully to prevent resource scarcity. When suitable aggregate resources are encountered at or close to construction sites, e.g. surplus material from tunnelling, they should be utilised in construction rather than landfilled or used for less qualitydemanding purposes. To obtain optimal utilisation, we must ensure that the best possible construction materials are produced from the available resources. Climate changes are expected to represent a shift towards increased precipitation and more intense rainfall events. This development may cause increased moisture levels in pavement structures, which in turn may affect pavement performance. The Norwegian pavement design system is empirical, and thus not suited for adaptation to new environmental conditions. To adapt the pavement design to changing climatic conditions, the behaviour of typical road materials must be understood. The research presented in thesis concerns three subjects: – Use of large-size aggregates in pavement structures – Production methods affecting aggregate quality – Influence of aggregate gradation and moisture on pavement performance A construction practice of using large-size aggregates is uncommon outside the Nordic countries. European standards do not cover large-size aggregates with upper particle size over 90 mm. The main concern regarding the use of large-size aggregates is the lack of suitable quality assessment methods. The research design focussed on testing large-size aggregates using two full-scale studies. A full-scale crushing test examined the influence of crusher and feed parameters on the quality of primary crushed aggregates. The results showed that through adjustments to the crushing process, product quality measured as gradation and particle shape can be controlled. Optimising mechanical properties requires more than one crushing stage. An accelerated pavement test investigated the performance of two instrumented pavement structures constructed using large-size subbase aggregates. The stress and strain response and performance of the unbound pavement materials were modelled using multi-layer elastic theory. Increased moisture content in unbound pavement materials leads to a substantial acceleration of permanent deformations from traffic. The stiffness of the unbound materials decreases as moisture content increases. The research showed that the utilisation of aggregate resources in pavement structures have a clear potential for increase without compromising longterm pavement performance. There is room for optimisation of aggregate utilisation even within current quality requirements. Adapting pavement structures to future climate changes leads to a more reliable and resilient transport infrastructure. Making efforts for optimal utilisation of available aggregate resources will reduce the consumption of non-renewable resources. By using more local resources, aggregate transport can be reduced, which will reduce the carbon footprint of the construction projects. Combined, these effects will help ensure a more sustainable infrastructure development

Kontinuerlig komprimeringskontroll

Komprimering av granulære materialer kan ha stor innvirkning på en vegs levetid, og komprimeringskontroll er derfor en viktig del av kvalitetskontrollen ved vegbygging. Formålet med denne oppgaven er å undersøke om man ved å stille krav om kontinuerlig komprimeringskontroll kan forbedre kvaliteten på vegene som bygges.I den første delen av rapporten er et litteratursøk på området gjort, og teorien rundt temaet komprimeringskontroll er oppsummert. Gjennom å undersøke dagens praksis og aktuell forskning er målet å finne nye måter å beskrive komprimeringskontrollen som utføres på veganlegg i Norge. Komprimeringskontrollen som brukes i dag er tidkrevende, og man behøver eget mannskap til å utføre den. Utstyret og metodene som brukes i dag er lite effektive, og den normale tilnærmingen er å ta én stikkprøve per 100 meter tofelts veg. Dersom kontinuerlig komprimeringskontroll blir brukt, blir hele overflaten undersøkt. Punktmålingene kan deretter plasseres på de områdene hvor valsemåleren finner den laveste stivheten. Teorien bak komprimering og vibrasjon er viktig for forståelsen av valsemåleren. Fourier-transformasjon blir brukt for å beregne CMV (compaction meter value), som er resultatet som valsemåleren gir.Den andre delen av rapporten omhandler feltundersøkelser som er gjort med to formål: Å undersøke gyldigheten til valsemålingene, og å effektivisere den tradisjonelle komprimeringskontrollen. Feltundersøkelsene omfattet undersøkelser med platebelastning, fallodd og nivellement i tillegg til to typer responsmålere. Det ble konkludert med at valsemåleren må ha både GPS-stedfesting og mulighet til å lagre resultater. Uten dette blir ikke komprimeringskontrollen vesentlig forbedret i forhold til dagens situasjon. Det er mulig å gjøre den tradisjonelle komprimeringskontrollen mer effektiv ved å forenkle målerutinen for platebelastning. Man kan gjøre belastningen uten et lag av gips til avretting, og likevel få gode måleresultater.Rapportens tredje del består av anbefalinger til nye retningslinjer for komprimeringskontroll. Den inneholdet også forslag til virkemidler for å forbedre kunnskap om, og holdninger til komprimering blant entreprenører og anleggsarbeidere. Dessverre ble resultatene fra noen av feltundersøkelsene for begrenset til at man kunne trekke noen konklusjoner. Dette gjelder undersøkelsene som ble gjort med fallodd

Utilization of unbound aggregates for road construction

Crushed rock aggregate is a non-renewable resource of great interest in road construction and other branches of the construction industry. To prevent resource scarcity, utilization of aggregates should be considered carefully

Permanent deformation modelling of large-size unbound pavement materials tested in a heavy vehicle simulator under different moisture conditions

Climate changes alter the environmental conditions which pavement design is based on, invalidating empirical design methods. Transition to mechanistic design requires the ability to model the behaviour of pavement materials under relevant environmental conditions. An accelerated pavement test (APT) is designed to test two instrumented pavement structures under moisture conditions which are altered by raising the groundwater table (GWT). Open-graded and well-graded subbase materials are used to investigate the effect of gradation on moisture dependency. Pavement response behaviour is modelled using a non-linear elastic (NLE) approach. Accumulation of permanent deformation under different moisture conditions is calculated by two models and compared to measured surface rutting. Moisture transport through the structures differs due to the subbase gradation. Increased GWT accelerates the accumulation of permanent deformations in both structures, identified by both models. One model provides a significantly better fit to the subgrade deformations and the width of the rutting profile

Dimensjonering av gang- og sykkelvegløsninger

Denne rapporten oppsummerer en utredning av krav til anlegg for gående og syklende i vegnormal N200 Vegbygging. Prosjektet er gjennomført i form av et litteraturstudium. Utredninger av forenklet standard på anlegg for gående og syklende viser til at reduksjoner i overbygning vil gå ut over levetid og det totale kostnadsbildet. For å opprettholde universell utforming er det viktig at G/S-anlegg tåler å bli utsatt for trafikkbelastninger og frost gjennom hele dimensjonerings-perioden uten at det oppstår skader som reduserer fremkommeligheten. Lokale behov for tilpasset regelverk løses allerede i dag gjennom lokale vegnormer i flere regioner. Ytterligere utredningsarbeid med beregninger av reelle konstruksjoner og laster er nødvendig før større endringer i dimensjoneringssystemet for anlegg for gående og syklende kan gjennomføres.Dimensjonering av gang- og sykkelvegløsningerpublishedVersio

Influence of jaw crusher parameters on the quality of primary crushed aggregates

A parameter study using a jaw crusher is designed to investigate the influence of feed gradation, feed rate, crusher setting and crusher speed on the crusher operation and the quality of the produced aggregates. The study is focused on the production of all-in large-size (top size ⩾90 mm) aggregates, suitable for use in subbase and frost protection layers in a pavement structure. Aggregate quality is measured in terms of product gradation, particle shape and mechanical properties. Feed gradation, crusher setting and crusher speed affects the specific energy consumption during crushing. Particle shape is affected by all parameters; feed gradation, feed rate, crusher setting and crusher speed. Mechanical properties are least affected by the jaw crusher parameters, but sample preparation using laboratory crushing clearly affect mechanical properties. The results from this study provide valuable knowledge for the optimisation of single-stage crushing regarding crusher operation and aggregate quality. By adapting the crushing process to the available feed material and desired product, the quality of the crushed product can be optimised along with the crusher operation

Large-size aggregates for road construction – a review of standard specifications and test methods

Construction aggregates are essential structural components in road structures, whether in unbound form or combined with cement or bitumen. Specifications and test methods for aggregates are standardised, but current standards are limited concerning the maximal aggregate size for which they apply. This paper deals with standard specifications and test methods for large-size road construction aggregates, reviewing a new Norwegian national standard for large-size aggregates. The standard test methods and their validity and applicability for use on large-size aggregates for road construction are evaluated. The differentiation between requirements regarding the rock material (single rocks) and the aggregate product is specifically discussed, as is the specific challenges related to the use of all-in aggregates. Current standards for construction aggregates do not cover all challenges related to description and quality assessment of construction aggregates. Quality assessment is particularly challenging for large-size aggregates, and this topic needs a better description by international standards. Field methods and digital image processing are introduced as solutions for some of the practical challenges related to sampling for large-size aggregates. The new Norwegian standard could be the first step towards a European standard for large-size aggregates