Jakter på ny kunnskap om svartskifer

Omtrent én promille av arealet i Norge har svartskifer i berggrunnen. Den syredannende bergarten er ufarlig når den ligger i ro. Når den sprenges ut, blir knust i biter og får tilført oksygen og vann, skaper bergarten utfordringer – ikke minst på byggeplasser.

– Når svartskifer blir eksponert for oksygen og vann, kan svovelforbindelsene i steinen oksidere. Etter hvert dannes svovelsyre, som gjør vannet surt. Dette kan forårsake problemer som svelling og korrosjon, samt at tungmetaller kan bli frigjort, sier Frøydis Meen Wærsted, prosjektingeniør i miljøgeoteknikk ved NGI – Norges Geotekniske Institutt.

Bærekraft under bakken

Sammen med NGI-kollega Gunvor Baardvik leder hun arbeidet med svartskifer i NGIs forskningsprosjekt 'Under Oslo', som har søkelys på innovasjon, bærekraft og økonomi knyttet til bygging under bakken.

– Det er viktig at utgravd svartskifer blir behandlet og lagret riktig. Svartskifer kan ikke gjenbrukes hvor som helst, men må deponeres i mottak hvor de har kunnskap om etterbehandling. Denne kunnskapen har vi, men alle tiltak er kostbare. Klarer vi å løse utfordringene med svartskifer litt billigere og med mindre usikkerhet, vil det være en stor gevinst for bygg- og anleggsbransjen, sier Baardvik.

Hva skjer med svartskiferen i løpet av ett år?

I dag er den tillatte grensen for mellomlagring kun åtte uker før massene sendes på deponi, noe som kan være et logistisk problem for byggherrer og entreprenører.

– Vi undersøker avrenning fra svartskifer når den mellomlagres før endelig deponering. Allerede nå i prosjektet kan vi si at det vil være trygt å mellomlagre svartskifer i inntil seks måneder, sier Wærsted og viser fram forsøkskontainere med svartskiferblandinger utenfor NGI.

De 21 konteinerne inneholder sprengstein med ulikt innhold av svartskifer, samt svartskifer lagret under ulike forhold.

– Her har vi kontainere som har stått i over ett år, hvor vi enda ikke ser utlekking av surt vann. Sammen med andre resultater vi har fått tilgang på, tilsier dette at det vil være trygt å mellomlagre svartskifer i seks måneder, sier Wærsted.

For å gi større fleksibilitet kan mellomlagringstiden på seks måneder bli fordelt mellom lagring på anleggsområdet og på deponi, før massene blir endelig deponert.

Hva skjer med svartskiferen over tid?

Kontainerne skal få stå og godgjøre seg helt til 2028. Fem av kontainerne ble satt opp av Statens vegvesen og har stått siden 2014 og 2015.

– Kontainerne med sprengstein av skifer som vi har arvet fra Statens Vegvesen, gir oss mulighet til å se hva som skjer med svartskiferen over tid. Det er en unik mulighet som vi er svært glade for å føre videre, sier Baardvik.

Andre spørsmål som forskerne håper at forskningsprosjektet skal gi svar på, er om det vil være mulig å gjenbruke masser hvor svartskifer kun utgjør en liten andel. Har kornstørrelsen på steinen noe å si? Og hvordan påvirker innholdet av kalk eller sulfid syredannelsen?

– Helst bør svartskiferen ligge der den er. Men når vi, som i Oslo, er nødt til å bygge på grunn som inneholder svartskifer, må vi ha et kunnskapsgrunnlag som gjør at vi behandler og lagrer utgravd svartskifer riktig. Mange av svarene tror vi vil finne i disse tankene, sier Wærsted.

Undersøker levetid på bygg og fundamenter

Selv om grunnforholdene flere steder kan være utfordrende med tanke på svartskifer, er det hus som er fundamentert på grunn med svartskifer som har stått i over 150 år. Disse byggene og fundamenteringene vil NGI-forskerne gjerne vite mer om.

– Vi undersøker gamle støttefunksjoner for bygg, som peler, forankringer og spunt, eller gamle gulv som har begynt å heve seg – såkalt svelling. Dette gjør vi for å måle hvilke skader som har oppstått. Hvor mye korrosjon er det blitt? Har mørtelen mistet fastheten? Hvor lenge virker de gamle tiltakene? sier Baardvik, og forteller at det også i gamle bygg som er tuftet på svartskifer ble gjort tiltak for å sikre berg og fundamentering.

– Under Oslo brannstasjon er det for eksempel blitt valset ut asfalt på berget, noe som var en vanlig metode for å sikre mot tilførsel av luft og slik beskytte berg og fundamentet fra å forvitre.

Fakta om svartskifer

Svartskifer er en sedimentær bergart som finnes flere steder på Østlandet. For 500 millioner år siden ble en blanding av leirslam, planter og smådyr avsatt uten oksygen på havbunnen og presset sammen i stadig flere lag. Under disse forholdene ble tungmetaller og svovel fra vann og organismer konsentrert opp og hermetisk lagret inne i steinen.
Når svartskiferen blir eksponert for oksygen og vann, kan svovelforbindelsene oksidere. Etter hvert dannes svovelsyre, som gjør vannet surt. Dette kan forårsake problemer som svelling og korrosjon, samt at tungmetaller kan bli frigjort. I naturen skjer denne prosessen langsomt, men ved bygging blir massene sprengt og finknust, og utviklingen går raskt. For å unngå disse problemene er det derfor viktig at utgravd svartskifer blir behandlet og lagret riktig.

Alunskifer er en type svartskifer.