Kallioaines
Kallioperän yleisiä ominaisuuksia
Kivilajiryhmät
Kallion rakoilu ja heikkousvyöhykkeet
Mineraalit
Rakennusgeologisen kallioluokituksen päämineraalit
Mineraalien tunnistaminen
Mineraalien rakennustekniset ominaisuudet
Kivilajien luokittelu rakennustekniikan kannalta
Rapautuneisuus
Mineraaliosasten järjestyneisyyden vaikutus kivilaatuun
Mineraalien raekoon vaikutus kivilaatuun
Kivilajien rakennustekniset ominaisuudet
Karkearakeinen maa-aines
Maaperä ja maalajiluokitukset
Jääkauden aikaiset muodostumat
Jäätikköjokimuodostumat
Jääkauden jälkeiset karkearakeiset muodostumat
Karkearakeisten lajittuneiden maalajien yleiset ominaisuudet
Karkearakeisten maalajien geotekniset ominaisuudet
Kiviaineksen käyttökohteista
Kallioalueiden tutkimustiedot
Kallion laatututkimukset
Kalliokiviainesta koskevien tietojen saatavuus
Kalliokiviaineksen käyttökohteita
Maa-ainesalueiden inventointitiedot
Soran ja hiekan käyttö
Hyväksikäyttöä rajoittavia tekijöitä
Jalostaminen
Käyttökohteet
Moreenit
Korvaavat materiaalit
Kirjallisuutta
Kallioaines
Kallioperän yleisiä ominaisuuksia
Suomen kallioperä on muodostunut pääasiassa kiteisistä kivilajeista eli on kiinteää peruskalliota. Tästä on poikkeuksena Muhoksen savikivialue ja Satakunnan hiekkakivialue. Suomen kiteinen peruskallio kuuluu Fennosarmatian peruskalliolohkoon, joka on eri paksuisten sedimenttikerrosten peitossa lukuun ottamatta Fennoskandian kilven aluetta.
Kallioperän yleiskorkokuva on laakea. Pikkupiirteinen korkeusvaihtelu johtuu lähinnä jääkauden aiheuttamasta kulutuksesta. Ohut, yleensä alle 7 m pak-suinen irtomaakerros tasaa lisäksi kalliotopografian muotoja. Kallioperän ruhjeissa irtomaakerroksen paksuus saattaa olla 30-50 m, joillakin harju- ja savikkoalueilla jopa yli 100 m.
Kallioperän laatu vaihtelee kovasti jopa pienilläkin alueilla. Tämä johtuu sekä kivilajien vaihtelusta, että kallioperän heikkousvyöhykkeistä ja rakoilusta. Kaikki nämä vaikuttavat kallion rakennusteknisiin ominaisuuksiin ja laatuun.
Kallion erottaminen isosta lohkareesta ei aina ole helppoa. Kallioperäkartoituksen oppaan (Laitakari, I. & Matisto, A. 1974, s. 10) mukaan kallion tunnistaa: silokalliomuodosta, kohteen uurresuuntien sopivuudesta alueen yleisiin uurresuuntiin ja tektonisten suuntien sopivuudesta alueen tekto-niikkaan. Reunojen viettäminen jyrkästi kohteen useammalla puolella taas ilmaisee, että kyseessä on ilmeisesti kivi.
Kalliopaljastumat sijaitsevat yleensä ehjien kalliolohkojen yläosissa. Rakoilu ja maapeite lisääntyy alas notkopaikkoihin mentäessä. Kallion eheyttä indikoi ylärinteiden lammet ja muut avovesipinnat. Pitkät suoraviivaiset laaksot ja rakosysteemit viittaavat liuskevyöhykkeisiin. Kalliokohouman epätasainen pinnanmuoto viittaa usein voimakkaaseen rakoiluun ja kallion rikkonaisuuteen, joka vaikeuttaa esim. louhintaa.
Kivilajiryhmät
Magmakivet. Suomen kallioperäkartta antaa hyvän kuvan kallioperän pienipiirteisestä vaihtelevuudesta (https://www.gtk.fi/palvelut/aineistot-ja-verkkopalvelut/karttapalvelut/). Kallioperän yleisin kivilajityyppi on syväkivet eli magmasta syvällä maan kuoressa jähmettyneet kivilajit (esim. graniitit ja granodioriitit ). Tämä luokka käsittää noin 53 % kallioperästä. Seuraavaksi yleisin ryhmä on seoskivilajit eli migmatiitit (22 %). Syntynsä perusteella migmatiitit kuuluvat metamorfisiin kiviin. Molempia luokkia kutsutaan yhdessä runsaspiihappoisiksi (sisältäen silikaattia eli SiO2 :ta >52 %) kiviksi.
Piihappomäärän vähentyessä alle em. määrän puhutaan vähäpiihappopitoisista eli emäksisistä magmakivistä (gabro, diabaasi). Tämä ryhmä käsittää noin 8 % kallioperän pinta-alasta. Samaan ryhmään kuuluvat puolipinnalliset eli juonikivet, jotka ovat kiteytyneet lähempänä maanpintaa (esim. graniittipegmatiitti ja diabaasi). Magmakiviin luetaan vielä vulkaaniset kivet eli vulkaniitit, jotka ovat syntyneet tulivuoren kivisulasta joko maanpinnalle tai mereen (esim. basaltti ja ryoliitti). Näitä meidän kallioperässämme ei esiinny muuttumattomina.
Metamorfiset kivet. Sopivissa geologisissa olosuhteissa eli 5 – 30 km maan alla paineen noustessa 4-10 kb:iin ja lämpötilan 400 – 800 oC kivi metamorfoituu ts. muuntuu alkuperäisestä tilastaan. Näistä kivistä käytetään nimitystä metamorfiset kivet (esim. amfiboliitti, kvartsiitti, granuliitit, gneissi). Näitä kiviä esiintyy kallioperän liuskevyöhykkeissä. Tähän ryhmään kuuluvat vielä liuskeet (esim. fylliitti, kiilleliuske ja kiillegneissi), jotka käsittävät noin 9 % kallioperästä. Metamorfoituneiden kivien ryhmä käsittää reilusti yli 40 % kallioperästä.
Sedimenttikivet. Kiven synnyn perusteella voidaan erottaa vielä kolmas kivilajiryhmä kerrostuneet kivilajit eli sedimenttikivet, jotka ovat syntyneet kerrostumalla irtomaalajeista. Ryhmään kuuluvat hiekkakivet ja konglomeraatit sekä savikivet. Tämän kivilajiryhmän osuus Suomen kallioperästä on varsin pieni.
Yleiskuva kivien synnystä käy ilmi kuvasta 1.
Kuva 1. Aineen suuri kiertokulku selittää kivilajiryhmien synty¬mekanismia. (Lehtinen et al. (toim.) 1998, s. 34).
GTK on julkaissut ”Retkeilijän kivioppaan” (2010), joka sisältää kuvia ja muutakin hyödyllistä itseopiskelutekstiä esim. kivistä ja niiden ominaisuuksista; http://tupa.gtk.fi/julkaisu/erikoisjulkaisu/ej_078.pdf.
Kallioperä muodostuu siis eri kivilajeista ja nämä edelleen mineraaleista ja ne edelleen molekyyleistä. Yleiskuva Suomen kallioperästä selviää erinomaisesti esim. kirjasta (Lehtinen, M. et al. (toim.) 1998) sekä kallioperäkartasta (https://gtkdata.gtk.fi/Kalliopera/index.html). Kuvassa 2 on kuvattuna muutamia yleisimpiä kivilajejamme.
Kuva 2. Yleisiä kivilajeja.
Maanmittaustoimistojen toimialueita ajatellen hieman tarkempi kivilajialueiden yleiskuvaus on taulukossa 1 ja siihen liittyvässä kuvassa 3 (Rahkila 2000, s. 12-13, Seppälä 1986, s. 2).
Taulukko 1. Kivilajialueiden jakaantuminen Suomessa Seppälän (1986) mukaan.
| Alue | Pääasiallinen kivilaji | |
| a | Itä-Suomin, Iisalmen ja Koil-lispohjan alue | Graniittigneissi |
| b | Karjalan, Länsi-Pohjan ja Keski-Lapin liuskevyöhyke | Kiillegneissi, kiilleliuske, migmatiitti, kvartsiitti, peridotiitti, gabro, metabasaltti, amfiboliitti |
| c | Järvi-Suomen kiilleliuskealue | Kiilleliuske |
| d | Järvi-Suomen graniittialue | Graniitti, granodioriitti, kvartsi-dioriitti |
| e | Etelä-Suomen graniittialue | Graniitti, kiillegneissi, migma-tiitti, liuskeet, amfiboliitti |
| f | Kaakkois-Suomen, Vehmaa - Laitilan ja Ahvenanmaan rapakivialue | Rapakivi |
| g | Satakunnan hiekkakivialue |
Hiekkakivi |
| h | Vaasan seudun granodioriittialue | Granodioriitti |
| i | Etelä- ja Keski-Pohjanmaan liuskekaari |
Liuskeet |
| j | Keski-Pohjanmaan kvartsi-dioriitti- ja granodioriittialue |
Kvartsidioriiti, granodioriitti, gabro |
| k | Oulun seudun graniitti- ja liuskealue |
Graniitti ja liuskeet |
| l | Muhoksen savikivialue |
Savikivi |
| m | Etelä-Lapin graniittialue |
Graniitti |
| n | Koilliskairan graniittigneissi-alue |
Graniitti gneissi, kiille gneissi |
| o | Inari-Kittilän kairat |
Metabasaltti, amfiboliitti |
| p | Inari-Utsjoki granuliitti |
Granuliitti |
| q | Utsjoen graniittigneissialue | Graniittigeneissi |
| r | Angelin anortosiittialue | Anortosiitti |
| s | Itä-Enontekiön granodioriit-tialue |
Granodioriitti |
| t | Käsivarren alue |
Kvartsidioriitti, granodioriitti, graniittigneissi, kvartsiitti |
| u | Käsivarren korkeat tunturit | Konglomeraatteja, hiekkakiviä, saviliuskeita |
Kuva 3. Maanmittaustoimistojen toimialueet ja taulukon 1 mukaiset Suomen kallioperän kivilajialueet kuvattuna päällekkäin (Rahkila 2000, s. 13).
Kallion rakoilu ja heikkousvyöhykkeet
Rakoilulla tarkoitetaan kalliorakojen muodostamaa järjestelmää peruskallion pintaosissa. Ilmiö esiintyy kaikkialla kallioperässä. Raot esiintyvät yleensä pieninä ja saman suuntaisina rakosarjoina. Rakosarjojen suunnat vaihtelevat kivilajien ominaisuuksien mukaisesti. Selvimpiä rakosarjojen suuntia sanotaan kallion päärakosuunniksi. Raot ovat syntyneet vetävän tai puristavan voiman rikkoessa kalliota. Rakoilu on selvimmin havaittavissa kallion pintaosissa. Yleensä vettä johtavat kallioraot ulottuvat noin 100 m syvyyteen, jota syvemmälle esim. kallioporakaivoja ei normaalisti kannata porata.
Suomen kallioperässä rikkonaisuutta ja rakoilua esiintyy paljon. Tiheä rakoilu luonnollisesti heikentää kallion rakennusteknisiä ominaisuuksia ja vaikeuttaa sen louhintaa. Kallion rakoihin liittyy aina rapautumisilmiö. Tämä heikentää samalla kiven teknisiä lujuusominaisuuksia.
Rikkonaisella kalliolla tarkoitetaan runsaan tai tiheän rakoilun heikentämää kalliota, jossa samalla esiintyy usein erilaista rapautumaa. Kallion heikkous-vyöhykkeeksi kutsutaan rikkonaisen ja löyhän kallion muodostamaa, ympäristöään heikomman kallion osaa. Mikäli heikkousvyöhyke on voimakkaasti rapautunut ko. kalliota kutsutaan ruhjerakenteiseksi. Karttakuvassa kallion heikkousvyöhykkeet näkyvät selvimmin mannerjäätikön kulkusuunnassa eli luoteis-kaakko – suunnassa koska mannerjäätikkö avarsi nämä heikkous-vyöhykkeet näkyviin. Vastaavia heikkousvyöhykkeitä suurtopografiassa esiintyy vastaavasti koillinen-lounas -suunnassa ja pohjoinen-etelä –suunnassa.
Mineraalit
Mineraaleja tunnetaan kaikkiaan yli 3 700 eri lajia. Merkittäviä kivilajeja muodostavien mineraalien lukumäärä on kuitenkin vain n. 25 ja kutakin kivi-lajia luonnehtii 2-5 mineraalia. Mineraalit ovat rakenteeltaan kiteisiä tai amorfisia. Selvästi tärkein kivilajeja muodostava mineraaliryhmä ovat silikaatit ja oksidit sekä karbonaatit. Luonto on monimuotoinen, useat mineraalit ovat kemiallisten yhdisteiden seoksia. Alkuaineiden keskinäisten suhteiden vaihtelut vaikuttavat edelleen mineraalien ominaisuuksiin kuten rapautumisherkkyyteen ja väriin. Liitteessä 1 on Tieliikelaitoksessa laadittu mineraalien tunnistamisohje.
Oppimateriaalia mineraaleista löytyy geologia.fi-sivustolta: https://www.geologia.fi/oppiaineistot/
Rakennusgeologisen kallioluokituksen päämineraalit
Rakennusgeologinen kallioluokitus (Korhonen, K-H. et al. 1974, Niini, H. & Ärmänen, E. 2000) huomioi kivilaadun luokituksessa ns. päämineraaleina seuraavat seitsemän mineraaliryhmää:
• Kvartsi
• Maasälvät (Ms), kuva kalimaasälvästä: Retkeilijän opas s.26: https://tupa.gtk.fi/julkaisu/erikoisjulkaisu/ej_078.pdf
• Kiilteet (Kl), esim. vermikuliitti, Retkeilijän kiviopas s. 29.
• Amfibolit ja Pyrokseenit (AP)
• Karbonaatit (Kr), kuva ryhmään kuuluvasta kalsiitista: Retkeilijän opas s. 23.
• Talkki, kuva: Retkeilijän opas s.25 ja Kloriitti (TK)
• Savimineraalit (Sm).
Mineraalien tunnistaminen
Kivilajien määrittäminen perustuu mineraalikoostumukseen. Mineraalien tunnistaminen perustuu seuraaviin neljään, yleensä jo silmävaraisesti tehtä-vään tunnistusperiaatteeseen:
Asun määrää mineraalien keskinäisten ulottuvuuksien suhteet (pituus, leveys, paksuus). Asusta käytetään muodoista riippuen nimityksiä: a) rakeinen, b) suomuinen, c) sälöinen tai d) kuituinen, (kuva 4).
Kuva 4. Mineraalien asut: a) rakeinen, b) suomuinen, c) sälöinen ja d) kuituinen (Korhonen K-H. et al. 1974).
Kidemuoto on aika harvoin kehittynyt tunnistettavaksi ja lisäksi kiteiden koko vaihtelee paljon. Kidemuodon puuttumista voidaan joskus myös käyttää mineraalin tunnistukseen.
Lohkeavuudella tarkoitetaan mineraalin ominaisuuksia lohjeta tiettyjä tasaisia pintoja pitkin. Lohkosuuntien määrät ja niiden väliset kulmat ovat mineraalien tärkeimpiä tunnusmerkkejä. Mikäli lohkosuuntia ei ole kivi lohkeaa epätasaista ja särmikästä pintaa pitkin eli muodostaa murroksen, mm. kvartsi.
Kovuuden määrittämistä varten on tehty kokemusperäinen, 10-jakoinen Mohsin kovuusasteikko (esim. Korhonen K-H. et al. 1974, s.17 tai jäljempänä oleva Internetsivu). Asteikon käyttöä valaisee seuraava esimerkki: Kynsi naarmuttaa 1:stä vertailumineraalia (talkki) mutta ei 2:sta (kipsi). Teräspiikki naarmuttaa 6:tta (maasälpä) mutta ei 7:ttä (kvartsi).
Mineraalin kiilto, viiru (hankauksen jättämä väri lasittamattomassa posliinissa), magneettisuus ja tiheys ovat lisäksi yleisiä mineraalien tunnistuksessa käytettyjä ominaisuuksia. Mineraalien tunnistamisesta tarkemmin geologia.fi-sivustolta: https://www.geologia.fi/2018/06/10/mineraalien-ominaisuudet/
Mineraalien rakennustekniset ominaisuudet
Kvartsi: Suomen kallioperän kestävin ja maankuoren toiseksi yleisin mineraali (12 % mantereisesta kuoresta). Kemiallisesti rapautumaton, rakeinen, kova (Mohs/7). Rasvakiiltoinen, usein väritön, esiintyy myös valkoisena, harmaana ja punertavana (ruusukvartsi). Ei kestä suuria lämpötilan vaihteluja. Kvartsipitoisuuden kasvu lisää kivilajin lujuutta ja kulutuskestävyyttä. Yksinomaisena mineraalina kvartsiiteissa ja yhtenä päämineraalina graniiteissa, gneisseissä ja liuskeissa. Tiheys 2 600 kg/m3 .
Maasälvät: Puolet maankuoren mineraaleista on maasälpiä. Se on tärkein kivilajeja muodostava mineraaliryhmä, joka jakaantuu kalimaasälpiin (kalium-aluminium silikaatit) ja plagioklaasiin ( natrium-kalsium-alumiini-silikaatit). Maasälpäpitoiset kivilajit ovat alttiita rapautumaan. Niillä on toisiinsa nähden kaksi likimain kohtisuoraa lohkosuuntaa. Mohs/6. Lasikiiltoinen, ensin mainittu väriltään yleensä punertava tai vaalean harmaa, jälkimmäinen harmaa tai valkoinen. Heikentää suurirakeisena kivilajin lujuutta ja lämpötilanvaihtelun kestävyyttä. Yhtenä päämineraalina kaikentyyppisissä kivilajeissa (mm. graniitti, dioriitti, gabro, gneissi). Tiheys 2 600 kg/m3 .
Kiilteet: Mantereisesta kuoresta 5 % on kiilteitä. Kyseessä on verkkosilikaattien ryhmä, joka rakenteeltaan muistuttaa päällekkäin pinottua verkkoaitaa. Ryhmä jakaantuu: biotiitteihin (tumma kiille) ja muskoviitteihin (vaalea kiille). Pienirakeisena lisäävät kivilajin sitkeyttä, mutta karkearakeisena heikentävät sen lujuutta ja kulutuskestävyyttä. Kiilteellä on yksi etenevä lohkosuunta. Mohs/2,5-3 tarkoitta, että kiilteitä on helppo raaputtaa teräspiikin avulla. Kiilteet ovat rakenteeltaan suomumaisia. Kestävät paineen vaihteluja ja tärinää. Helmiäis- tai lasimainen kiilto. Biotiitin rapautumistulos on tuttu ”katinkulta” (vermikuliitti). Yleinen mineraali graniiteissa, gneisseissä ja kiilleliuskeissa. Tiheys 2 800 – 3 200 kg/m3 .
Pyrokseenit ja amfibolit: Amfiboliryhmään kuuluva sarvivälke on biotiitin ohella yleisin tumma mineraali. Rakeisia, mustia tai tumman ruskeita tai vihreitä mineraaleja. Molemmilla on kaksi selvää lohkosuuntaa. Molemmat mineraalit lisäävät kivilajin sitkeyttä, lujuutta, kestävyyttä lämpötilan vaihteluja vastaan. Mohs/5-6. Yleisiä mineraaleja dioriiteissa, gabroissa, peridotiiteissa. Tiheys 3 000 – 3 500 kg/m3 .
Karbonaatit: Pehmeitä kalkkimineraaleja (kalsiitti ja dolomiitti). Rakeisia ja väriltään harmaita, värittömiä, joskus punertavia. Niillä on kolme erittäin selvää lohkosuuntaa. Esiintyvät sellaisenaan kalkkikivinä tai muiden kivilajien rakenteissa mineraalirakojen ja onteloiden täytteenä. Varsin alttiita kemialli-selle rapautumiselle. Heikentää siksi kallion ominaisuuksia. Mohs/3-4. Tiheys 2 700 – 2 900 kg/m3 .
Talkki ja kloriitti: Talkki on erittäin pehmeää (Mohs/1). Väri vaihtelee valkeasta, vaaleanvihreään. Helposti mureneva ja rasvakiiltoinen, jolla on yksi selvä lohkosuunta. Talkki esiintyy suomumaisena massana mm. vuolukivessä ja talkkiliuskeessa. Talkkirikkaat kivilajit ovat yleensä pehmeitä. Tiheys 2 000 kg/m3.
Kloriitti on vastaavantyyppinen pehmeä ja suomumainen mineraali. Väri on vihreä ja kiilto rasvamainen. Sillä on yksi lohkosuunta. Mohs/2-2,5. Esiintyy mineraalina vihreäkivessä (joka koostuu kahdesta vihreästä mineraalista kloriitista ja epidootista), serpentiinikivissä ja talkkiliuskeissa sekä vuoluki-vessä ja kloriittiliuskeena. Tiheys 2 800 kg/m3 .
Savimineraalit: Ryhmä sisältää suomuisia, hienorakeisia ja pehmeitä mineraaleja. Ne syntyvät muista mineraaleista rapautumistuloksina. Silmä-määräinen tunnistaminen on vaikeaa. Ne esiintyvät savimaisena massana kallioiden rapautumisvyöhykkeissä, tällöin puhutaan ”kalliosavesta”. Maa-sälvästä muodostuu rapautumalla illiitti-nimistä rapautumistuotetta ja biotiitista vermikuliittia. Muita yleisiä louhintakohteissa eteen tulevia savi-mineraaleja ovat kaoliini ja montmorilloniitti. Kallion rapautuminen heikkousvyöhykkeissä saveksi vaikeuttaa luonnollisesti kallioaineksen jatkokäyttöä.
Kivilajien luokittelu rakennustekniikan kannalta
Maa- tai kallioaineksen käytöllä tarkoitetaan erilaisten kivilajien hyödyntämistä. Kivilajit muodostuvat yhdestä tai yleensä useammasta mineraalista. Mineraalien suhteet määräävät kivilajille nimen. Kivilajit ovat geologisista syntyominaisuuksistaan johtuen erilaisia.
Rakennusgeologiassa, jonka sovellutuksia maanmittaustoimituksissa joudutaan yleensä käsittelemään, ollaan enemmänkin kiinnostuneita kivilaatujen ominaisuuksista ja niiden luokituksesta kuin aineksen geneettisestä taustasta. Kivilaadut eroavat toisistaan erilaisen mineraalikoostu¬muksensa perus-teella, joita edellä on jo esitelty.
Kivilajin rakennetta määrää myös kutous eli mineraalien keskinäinen järjestyneisyys. Vaihtelevanmuotoiset mineraalirakeet muodostavat kivelle lu-jemman rakenteen kuin saman mineraalin pyöreät ja sileät rakeet. Eri kivilajien kutouksia on esitetty kuvassa 5.
Kuva 5. Eri kivilajien mikroskooppisia kutouksia kaavassa 10:1 (Korhonen K-H. et al. 1974).
A Syväkivet: A1 porfyyrinen graniitti, A2 dioriitti, A3 peridotiitti, A4 diabaasi.
B Sedimenttikivet: klastinen kvartsihiekkakivi.
C Metamorfiset kivet: C1 Vähän liuskeinen kvartsimaasälpägneissi, C2 liuskeinen amfiboliitti, C3 kiilleliuske, C4 myloniitti (ruhjoutunut kiilleliuske).
Mineraalit: 1. kvartsi, 2. maasälpä, 3. biotiitti, 4. kloriitti, 5. amfibolit ja pyrokseenit.
Mineraalikoostumus ja kutous, jotka johtuvat kiven syntyolosuhteista, vaikuttavat kivilaatuun siten, että kivet rapautuvat eri lailla. Kiven mineraaliosaset ovat järjestäytyneet eri lailla ja mineraalirakeiden koko vaihtelee jopa saman kivilajinkin sisällä. Edellä mainituista tekijöistä johtuen rakennusalan kallio-luokituksessa kivilaadun luokitusominaisuuksiksi on otettu em. neljä tekijää:
- Rapautuneisuus
- Osasten järjestyneisyys
- Mineraalien vallitseva raekoko
- Päämineraalit.
Kalliota tutkiessaan geologi lähtee ajatuksesta: ”Mente et malleo” – ”järjellä ja vasaralla”. Eli tunnistamista varten geologivasaralla napautetaan tuore murtopinta esille kivestä ja siitä tehdään päätelmät. Maanmittaustoimituksia ajatellen tällainen tilanne on näkyvissä esim. louhoksissa ja tieleikkauksissa.
Rapautuneisuus
Meidän olosuhteissamme kivi rapautuu pääasiassa pakkasrapautumisen (jäätymisen aiheuttama 10 %:n tilavuuden laajenemisen aiheuttama kiilaus) vaikutuksesta. Kalliorinteissä ja louhosten rakoilleissa kohdissa kivi murenee tehokkaimmin lohkareiksi ja jopa soramaiseksi aineeksi. Pakkasrapautumista edistää eri mineraalien erilainen lämpölaajeneminen. Kaakkois-, Varsinais-Suomessa ja Ahvenanmaalla mekaaninen rapautuminen on mu-rentanut mainituilla rapakivialueilla kallion pintaa 0,5 – 2 m syvyyteen. Alueilla tavataan rapautumissoraa eli moroa, joka osittain muodostuu kasoiksi rapautuneista lohkareista.
Kemiallinen rapautuminen on meillä heikkoa. Kuitenkin kivilajit, jotka sisältävät helposti liukenevia mineraaleja ovat alttiita tälle ilmiölle. Mineraalien kiderakenne hajoaa ja kivilaji pehmenee ja osittain liukenee. Ilmiö esiintyy yleisimmin kallioperän ruhjeissa, joissa rapautumisilmiö synnyttää jopa kalliosavea. Kivilajit, jotka sisältävät pirotteena sulfidimineraaleja (rikkiyhdisteitä), rapautuvat kemiallisesti muuta kiviainesta helpommin. Lapissa saattaa tietyillä alueilla rapautumisilmiö ulottua useiden metrien syvyyteen.
Rapautuneisuusasteen mukaan kiviaines jaetaan neljään luokkaan (vrt. käytännön esimerkkejä kuvassa 6):
Lyh. Käsite Selite
Rp 0 Rapautunut Kiviaines tervettä ja muuttumatonta
Rp 1 Vähän rapautunut Kiviaineksen mineraalisidokset ja väri muuttunut
Rp 2 Runsaasti rapautunut Mineraalit vain löyhästi kiinni toisissaan (esim. moro)
Rp 3 Täysin rapautunut Kiviaines muuttunut savimaiseksi
Rapautunut kiven pinta on usein vaalennut ja rakojen molemmin puolin rapautunut vyöhyke on usein kymmenkunta senttimetriä paksu. Kostutus ja kiillotus tuovat esille kiven värin, joka on selvästi tummempi kuin rapautunut pinta. Hienorakeinen kivi näyttää myös tummemmalta kuin vastaava karkearakeinen.
Kuva 6. Kivilaatujen neljä rapautuneisuusastetta (Korhonen K-H. et al. 1974).
Mineraaliosasten järjestyneisyyden vaikutus kivilaatuun
Rakennusalan kallioluokituksessa kivilaadut luokitellaan mineraaliosasten järjestyneisyyden perusteella kolmeen ryhmään, ks. kuva 7 ja taulukko 2.
Kuva 7. Kivilaadut luokiteltuna osasten järjestyneisyyden mukaan (Korhonen K-H. et al. 1974, liite).
Taulukko 2. Kiviaineksen luokittelu mineraalien järjestyneisyyden perusteella rakennusalan kallioluokituksessa.
| Lyhenne | Käsite | Selite/Alaluokitus |
| M | Massamainen kivilaatu | Kivilaadun ominaisuudet ovat kaikissa suunnissa likimain samanlaiset. Graniittiset syväkivilajit ovat tyypillisiä massamaisia kiviä. |
| L | Liuskeinen kivilaatu | Kiven mineraalirakeet ovat suuntautuneet. Liuskeisuusaste voi vaihdella. Käytännössä se luokitellaan kolmeen ryhmään seuraavasti: Li1. Heikko. Kivi ei lohkea laattamaisiksi kap-paleiksi. Li2. Kohtalainen. Kivellä taipumus lohkeilla epätasaisiksi laattamaisiksi kappaleiksi. Li3. Voimakas. Kivellä erittäin selvästi suun-tautunut ulkoasu ja se lohkeaa ohuiksi laa-toiksi. |
| S | Seoksinen kivilaatu | Se muodostuu kahdesta tai useammasta keskenään vaihtelevasta kivilajista, jotka voi-vat eri tavalla liuskeisiakin. Tämän kivilaatu jaotellaan tarkentavasti edelleen:
Juomuinen. Kivilaatu käsittää eri kivilajeista muodostuneita pitkänomaisia juonia ja suonia. Perusaines voi olla massamaista tai liuskeista kivilaatua. Juomut ovat kokonaismassassa selvästi vähäin osa. |
Mineraalien raekoon vaikutus kivilaatuun
Kiven mineraalien raekoko vaihtelee. Se voidaan mitata tai määrätä silmämääräisesti. Mikäli rakeen pituus, leveys ja paksuus vaihtelevat valitaan näistä keskimmäinen mitta. Massassa voi olla yksittäisiä muita suurempia hajarakeita. Tällöin kivilaatua kutsutaan porfyyriseksi. Kivilaatuja nimitetään raekoon mukaan seuraavilla nimityksillä rakennusalan kallioluokituksessa:
Nimitys Vallitseva raekoko (mm)
Hienorakeinen < 1
Keskirakeinen 1-5
Karkearakeinen 5-50
Suurirakeinen > 50
Kivilajien rakennustekniset ominaisuudet
Kivilajien teknisillä ominaisuuksilla tarkoitetaan ominaisuuksia, jotka huomioidaan kivilajien erilaisessa teknisessä käytössä. Suomessa on tutkittu eniten kiviaineksen käyttömahdollisuuksia betonin runkoaineksena sekä sepelinä ja murskeena tien- ja rautatien teossa (Suomen Betoniyhdistys 1996, Tielaitos 1999).
Betoniteollisuus käyttää paljon kiviainesta. Betonin kiviaineksena käytetään enenevästi kalliosta saatua mursketta. Lopputuotteen tulee olla sellainen, että sen lujuus säilyy, se ei hajoa ja se säilyttää tilavuutensa. Suoma-lainen kiviaines on tavallisesti erittäin hyvää betoniteollisuuden tarkoituksiin. Se on lujaa, kulutusta ja pakkasta kestävää, eikä sisällä reaktiivisia kivilajeja. Betoniteknologian kannalta valvotaan erityisesti kiviaineksen rakeisuuden vaihtelua, epäpuhtauksia (humus), hienoainespitoisuuden vaihtelua ja aineksen kosteutta. Kiviaines ei saa myöskään olla rapautunutta eikä sisältää runsaasti kiillettä.
Kiviaineksen kulutuskestävyys tutkitaan ja ilmoitetaan kahden saman-tyyppisen kokeen perusteella. Los Angeles - ja Kuulamyllykoe ovat molemmat kuulamyllyssä teräskuulien avulla tehtäviä pyörityskokeita. Jälkimmäisessä rumpu sekä kuulakoko ovat pienempiä ja näytteen raekoko rajatumpi kuin ensin mainitussa. Molemmissa määritetään näytekappaleista irronneen hienon aineksen painon suhdetta lähtöaineksen painoon. Kiviaines on sitä kestävämpää, mitä pienempiä ovat arvot eli mitä vähemmän kuulat jauhavat kiviainesta pieneksi (Suomen Betoniyhdistys 1996, s. 34-40).
Tienrakennustyöt. Tiehallinto on määrittänyt hyvin tarkoin laatuvaatimukset käyttämälleen kiviainekselle. Lähtökohta on, että murskattava kiviaines tutki-taan ennakolta oikean käyttötarkoituksen määrittämiseksi. Päällysteen, jakavan tai kantavan kerroksen aines ei saa olla helposti rapautuvaa tai jo ra-pautunutta. Kiviaineksen on myös säilytettävä lujuutensa tierakenteissa. Rapautumisalttius tutkitaan mikroskooppisella ohuthietutkimuksella. Aines ei saa sisältää pehmeitä (Mohs/<3) mineraaleja yli 30 % massasta. Päällysteessä ja kantavassa kerroksessa ei helposti rapautuvia sulfidimineraaleja saa olla enempää kuin 5 %.
Los Angeles ( standardoitu SFS-EN 1097-2)- ja Kuulamyllykoe (standardoi-tu SFS-EN 1097-9) (nastarengaskulutusta kuvaava testi) ovat käytössä ai-neksen lujuusominaisuuksien määrityksessä. Tienrakennustöiden nykyisten laatuvaatimusten mukaan ensin mainitun testin mukaan aines jaetaan laatu-luokkiin I – VII ja kuulamyllykokeessa I – VI, joissa I tarkoittaa parasta laatua. Tiehallinto määrittää lisäksi tuotteille raemuotovaatimukset (luokitus I – VI) litteysluvun perusteella (SFS-EN 933 -3).
On hyvä huomata, että vanhemmissa kiviainesraporteissa ja kirjallisuudessakin esiintyy vanhan THV1988 – luokituksen (A,I,II,III) mukaisia Los Angeles – lujuusarvoja. Tämä luokitus on vertailun vuoksi esitetty myöskin taulukossa 3.
Todettakoon, että julkaisu (Tielaitos 1999, s. 8-10) esittelee 17 eri standardoitua tutkimusmenetelmää tienrakennuksessa käytettäville raaka-aineille. Standardit löytyvät tarvittaessa osoitteesta: http://www.sfs.fi. Käytettävien materiaalien laadulle on siis asetettu tarkat laatuvaatimukset.
Seuraavaan yhteenvetotaulukkoon on koottu kirjallisuudesta joitakin eri kivilaatujen ominaisuuksia ja yleisesti käytettävissä olevien Tielaitoksen lujuus-luokkien ohjearvot:
Taulukko 3. Esimerkkeinä muutamien kivilajien tiheyksiä ja Los Angeles-lukuarvoja Korhosen (1974) mukaan sekä Tielaitoksen käyttämä kiviaine-sen laatuluokitus ja luokkien Los Angeles-arvot (Tielaitos 1999), jonka ri-nalla vastaavat vanhan TVH1988-luokituksen L.A.-arvot. On huomattava, että Tielaitos määrittää kiviainekselleen lisäksi moniin käyttötarkoituksiin erilliset muotopinta- ja raemuot¬vaatimukset. Lisäksi on huomioitava, että taulukossa esitetyt luvut eivät ole eksakteja arvoja, L.A.-luku voi saman kivilajin sisälläkin vaihdella.
| Kivilaji | Tiheys kg/m3 |
Los Angeles (L.A.)-luku em. kivilajeille |
Tielaitoksen lujuusluokka 1999/TVH1988 |
Tielaitoksen luokituksen L.A.-luku 1999/TVH1988 |
| AmfiboliittI | 2920 | 19,4 | I/A | < 20 / < 20 |
| Dioriitti | 2870 | 24,0 | II/I | < 25 / < 25 |
| Fylliitti | 2780 | 16,7 | III/II | < 30 / < 30 |
| Gabro | 2900 | 21,4 | IV/III | < 40 / < 35 |
| Graniittigneissi | 2700 | 27,5 | V/>III | < 50 / Ei vaatimusta |
| Harmaa graniitti | 2680 | 27,1 | VI | < 60 |
| Kalkkikivi | 2760 | 41,4 | VII | Ei vaatimusta |
| Kiillegneissi | 2730 | 26,8 | ||
| Kiilleliuske | 2790 | 18,2 | ||
| Kvartsiitti | 2670 | 19,4 | ||
| Pegmatiitti | 2610 | 34,8 | ||
| Punainen graniitti | 2650 | 26,0 | ||
| Rapakivi | 2650 | 29,0 |
Samankin kivilajinkin sisällä lujuusarvot vaihtelevat. Syynä on yleensä mikrorakoilu ja raekokovaihtelut. Kivilajia kutsutaan yleisesti ”kovaksi”, jos sen kvartsipitoisuus on yli 40 tilavuus- %. ”Pehmeä” kivilaji sisältää vastaavasti yli 40 tilavuus- % pehmeitä (kii¬teet, talkki, kloriitti, karbonaatit) mineraaleja. Ehjät kivilajimme ovat sekä kaasu- että vesitiiviitä. Kivilajien tiheys vaihtelee välillä 2 600 – 3 000 kg/m3 . Malmikivet ovat huomattavasti tiheämpiä. Liitteessä 2 on Tieliikelaitoksessa laadittu kivilajien käyttökelpoisuusarvio.
Nyrkkisääntö. Yleisesti ottaen, kiven lujuus kasvaa mikäli sen kovien päämineraalien määrä kasvaa ja niiden keskimääräinen raekoko pienenee ja kiven suuntautuneisuus vähenee (Söderholm & Mononen 1995, s. 57), vrt. kuva 8.
Kuva 8. Kiven lujuus riippuu päämineraalien lujuudesta, mineraalien suuntautuneisuudesta ja raekoosta (Söderholm & Mononen 1995, s. 57).
Rakennuskivet ja muut erikoistapaukset. Maanmittaustoimituksen kohteena voi olla alueita, joilla on hyötykivi-, muotokivi- tai rakennuskiviesiintymiä taikka alueita, joilta on hyödynnettävissä teollisuusmineraaleja. Mikäli tällaisten alueiden kohdalla syntyy tulkintaerimielisyyttä, on syytä ottaa yhteyttä alan asiantuntijageologiin. Sivulta https://www.geologia.fi/2019/12/31/luonnonkivet/ löytyy tietoja mm. luonnonkivistä (rakennuskivet ja korukivet), teollisuusmineraaleista ja malmikaivoksista.
Karkearakeinen maa-aines
Maaperä ja maalajiluokitukset
Maaperä on maankamaran pintaosa. Se peittää keskimäärin 7 m paksuna kerroksena kiteistä kallioperäämme maalla ja vesistöjen pohjilla. Maaperämme on muodostunut viimeisen jääkauden aikana ja sen jälkeen.
Suomi oli jääkauden aikana jäätiköitymisen keskusalueella, jossa mannerjäätikön paksuudeksi on arvioitu 2-3 km. Tämä plastinen massa höyläsi ja kulutti jo aikaisemmin rikkoutuneesta kallioperästä arvioiden mukaan noin 6-7 m paksun kerroksen. Jäätikön kulutukset jäljet näkyvät kallioperässä. Makromuodoissa luode – kaakko –suuntaiset kallioperän ruhjelaaksot ovat selvästi näkyvissä, koska tämä jään pääliikesuunta joutui tehokkaimman hionnan alaiseksi. Tätä liikesuuntaa vastaan kohtisuorat heikkousvyöhykkeet sitä vastoin täyttyivät jään pakkaamalla maa-aineksella, joten ruhjesuunta ei ole maastossa yhtä selvästi näkyvissä.
Maaperäasioihin voi perehtyä Aartolahden julkaisun (1977) avulla. Liitteen 3 taulukossa 1 on esitetty maaperämuodostumien yleiset syntyperiaatteet ja liitteen 3 taulukossa 2 yleisesti käytetty maalajiluokitus. Liitteessä 4 on koottuna eri maalajien soveltuvuus eri käyttötarkoituksiin.
Eräs huomionarvoinen ja joskus sekoittavakin asia on maalajiluokitus. Teknisellä puolella ei enää ole käytössä vuodelta 1949 peräisin oleva ”Maaperäsanaston ja maalajien luokituksen tarkistus v. 1949” (Aaltonen et al. 1949), jonka termistö on vakiintunut käyttöön maataloussektorille. Em. luokitus eroaa teknisen puolen käyttämästä Geoteknisestä maalajiluokituksesta siinä, että jälkimmäinen ei tunne käsitteitä hiesu (Hs) ja hiedat (karkea KHt ja hieno HHt), vaan käyttää korvaavina termeinä silttiä ja hiekkaa. Luokituksen lajiterajoissa on lisäksi eroja. Kolmas käytössä oleva luokitus on Suomen maaperäkartoituksen yhteistyöhanketta varten laadittu maaluokitus, josta on käytetty lyhennettä ”MPK-maaluokitus”. Se on kahden edellisen kompromissi, poiketen hieman molemmista. Maalajitermistöä käytettäessä on syytä aina tarkentaa, mitä luokitusta käytetään.
Jääkauden aikaiset muodostumat
• Pohjamoreeni
Moreeni on maamme yleisin maalaji. Se koostuu sekalaisesta kivi¬murs-kasta, jossa on ainesta savesta lohkareisiin. Aines muodostui mannerjäätikön kallioperästä irrottamasta, murskaamasta, kuljettamasta ja kasaamasta maa-aineksesta. Yleensä se on suhteistunutta ja niin pakkautunutta, että sen kaivaminen on vaikeata. Se peittää enemmän ja vähemmän tasaisena mattona kallioperän epätasaisuuksia. Pohja¬moreenialueiden pintamaa saattaa olla jääkauden jälkeisten merivaiheiden huuhtelemana selvästi löy-hempää ja kaivettavampaa kuin betonimaisen kovaksi pakkautuneet pohjakerrokset.
Jäätikön kulkusuuntaa osoittavat virtaviivaiset drumliinit esiintyvät joskus laajoina kenttinä. Yksittäisissä drumliineissa on tyypillisesti kalliosydän. Ne muodostuvat pääasiassa moreenista, joskus muodostumissa voi olla lajittunuttakin ainesta. Drumliinien pituus vaihtelee välillä 0,1-7 km, leveys 0,05-4 km ja kerrospaksuudet muutamasta metristä jopa 100 metriin.
Samaan moreenien ryhmään luetaan vielä radiaalimoreenit. Niiden arvellaan syntyneen jäätikön halkeamiin ja rakoihin. Materiaali voi olla puhdasta pohjamoreenia, mutta siinä voi olla myös löyhää jäätiköltä sulamisvesien tuomaa moreeniainesta, joka on kaivettavampaa ja käyttökelpoisempaa kuin betoninkova pohjamoreeni. Radiaalimoreeneilla on yleensä harjujen luode–kaakko –suuntaus, mutta niiden pinta on luonteeltaan epätasaisempi eikä materiaali ei ole koskaan samalla tavalla lajittunutta kun tyypillinen harjuaines.
• Kumpumoreenit
Ablaatiomoreenit eli varsinaiset kumpumoreenit ovat pyöreitä tai soikeita, suuntautumattomia 1-5 m korkeita usein hyvin kivisiä kumpareikkoja. Materiaali on löyhää pintamoreenia sisältäen joskus lajittuneitakin osia, joita voidaan paikallisesti ja pienimuotoisesti hyödyntää.
Pulju-moreenit ovat Kittilän Puljun kylän mukaan nimettyjä moreenikumpuja. Muoto vaihtelee pyöreälakisista rengasmaisiin. Asemaltaan ne ovat yleensä jään liikkeen suuntaisina harjanteina. Materiaali on jonkin verran huuhtoutunutta pintamoreenia. Muodostumat selitetään syntyneiksi ns. kuolleen jään alueelle jäätikön sulamisvaiheessa. Lapin lisäksi tätä kumpumoreenityyppiä esiintyy Kuusamossa, Kainuussa ja Pohjois-Karjalassa.
Termokarstimoreenit ovat 5-25 m korkeita kartiomaisia kumpuja, joiden rakenne muodostuu vähäkivistä pintamoreenin ja glasifluviaalisen materiaalin kerroksista. Muodostuman synnyksi arvellaan kuolleen jään painanteiden täyttyminen osin huuhtoutuneella maa-aineksella.
Platoomoreenit ovat isohkoja, jopa 500 m läpimitaltaan olevia tasalakisia moreenikumpuja, joiden korkeus voi olla yli 10 m. Ne esiintyvät tuntureiden rinteillä, johon ovat syntyneet rinteestä tai jäältä valuneen huuhtoutuneen moreeniaineksen valuessa jään reunan painanteisiin.
Rogen-moreenit muodostavat mannerjään reunan suuntaisia jopa yli kilometrin mittaisia, 20-200 m leveitä moreeniharjanteita. Aines on yleensä löyhää ja osin hiekkapitoista ablaatiomoreenia. Yksi tulkinta synnystä on moreenin peittämän kuolleen jään reunan sulaessa.
• Reunamoreenit
Reunamoreeneilla tarkoitetaan aktiivisen mannerjäätikön reunaan syntyneitä reunan suuntaisia moreeniselänteitä. Materiaali on yleensä moreeniainesta mutta synnystä riippuen lajittunuttakin ainesta niissä voi esiintyä. Tästä aiheesta on lisätietoa saatavissa teoksesta (Ratia 1996).
De Geer-moreeneilla eli vuosimoreeneilla moreeniainesta sisältävät harjanteet ovat 1-3 m korkeita ja 2-10 m leveitä sekä jään reunan suuntaisia. Ne ovat reunamoreeneista pienimpiä ja esiintyvät yleensä parvina.
Suuret reunamoreenit ovat syntyneet mannerjään oskilloinnin (etenemisten ja vetäytymisten) vaikutuksesta. Materiaali on usein pohjamoreeniainesta mutta siihen voi olla sekaantuneena lajittunuttakin ainesta. Yleisprofiili on sellainen, että muodostuman jään puoleinen sivu on loivempi kuin vastakkainen ns. suojasivu, jolla esiintyy usein lohkareisuutta. Selänteet saattavat olla 2-30 m korkeita ja jopa muutamien kilometrienkin pituisia. Yleensä ne esiintyvät suurten reunamuodostumien vyöhykkeissä.
Reunamuodostumat voidaan lukea teoreettisesti yhtä hyvin jäätikköjokimuodostumiin kuin moreenimuodostumiinkin kuuluviksi, koska ne ovat delt-tojen ja päätemoreeneiden yhdistelmiä. Suomen reunamuodostumia ovat kolme Salpausselkämuodostumaa (Ss. I – III) ja Keski-Suomen reunamuodostuma. Ne ovat syntyneet jään reunan eteen erilaisten delttojen ja sandureiden yhdistelminä. Erityisesti jään kontaktin puolella tavataan moreeniainesta. Se on joko delttojen ja sandureiden päällä tai sisälläkin kiiloina ja patjoina. Joskus moreeni esiintyy itsenäisinä, kivisinä reunamoreeneina em. glasifluviaalisten muodostumien pinnalla. Suurten reunadelttojen lisäksi Salpausselkämuodostumiin liittyy pienempiä, rinnakkaisia reunamuodostumia. Niiden rakennusosana on yleisesti moreenia sekä lajittuneita aineksia.
Salpausselistä Ss. I on huomattavin. Se erottuu verraten yhtenäisenä muodostumana maastossa. Suurimmat erillisiksi luettavat hiekka- ja soramuodostumat ovat jopa kymmenien kilometrien pituisia ja kilometrin levyisiä. Ss. II on katkonaisempi ja näkyy maastossa ja maaperäkartoilla kapeina moreeniselänteinä ja erillisinä delttoina. Varsin huomattavana se on kuitenkin Taipalsaaren – Kyläniemen alueella ”ylittäessään” Saimaan. Ss. III on morfologisesti epäselvin. Katkonaisena se on kuitenkin havaittavissa Kemiö – Renko välillä.
Maaperäkartoilla 1:20 000-mittakaavassa moreeneita kuvataan seuraavalla symboliikalla:
Lyhenne Selite
Mr Hiekkamoreenipitoinen pohjamoreeni (tavallisin moreeniaines)
SrMr Soramoreenipitoinen pohjamoreeni
M Moreenimuodostuma, jonka rakennetta ei ole selvitetty tarkemmin
R Päätemoreeni
RM Jään kontaktiin syntynyt muodostuma, aines vaihtelevaa
KM Kumpumoreenialuetta, aines vaihtelevaa
SrMrM Soramoreenista muodostunut moreenimuodostuma
MrM Hiekkamoreenista muodostunut moreenimuodostuma
HmrM Hienoainesmoreenista muodostunut moreenimuodostuma
HMr Hienoainespitoinen pohjamoreeni
Huom. Maalajilyhenteitä käytettäessä on syytä ottaa huomioon asiayhteys, sillä samoja lyhenteitä käytetään eri yhteyksissä eri asioille! Tielaitoksen murskeluokittelussa esim. MrM tarkoittaa moreenimursketta, vrt. liitteenä 9 oleva sanasto. Geoteknisessä maaluokituksessa M - lyhenne tarkoittaa moreenimaalajeja yleensä.
Jäätikköjokimuodostumat
Kokonaisuutena näillä ns. glasifluviaalisilla muodostumilla tarkoitetaan mannerjäätikön sulamisen yhteydessä muodostuneita lajittuneen aineksen muodostamia kerrostumia. Muodostumat syntyivät sulavesien kuljettamasta, lajittelemasta ja kasaamasta aineksesta. Aines oli lähtöisin jäätikön sisältä, päältä tai sen alta. Jäätikköjokitoiminta synnytti Suomen taloudellisesti merkittävimmät sora- ja hiekkamuodostumat, joissa suodattuu jatkuvasti maan parhaat pohjavesivarat. Ristiriita maa-aineksen oton ja pohjavesien hyödyntämisen välillä on ilmeinen. Vrt. POSKI – projekti, josta enemmän kohdassa 3.1.2.
• Harjut
Pitkittäisharjut ovat tyypillisimpiä jäätikköjokien muodostamia kerrostumia. Ne ovat jäänteitä jäätikössä toimineista jokiverkostoista. Harjut ovat usein haarautuvia, vaihtelevan korkuisia ja jyrkkyisiä hiekka- ja soramuodostumia. Supra-akvaattisen alueen harjut ovat yleensä ns. jyrkkärinteisiä ydinharjuja, joista puuttuvat kerrostumisen loppuvaiheen sekundaariset hiekkaosuudet, vrt. kuva 9.
Harjut syntyivät yleensä alaviin kallioperän ruhjelaaksoihin. Karkein murskauskelpoinen aines (A-tyypin materiaali) ja soravaltainen aines (B-tyyppi) on kalliota vasten harjun pohjaytimessä. Materiaali on lajittunut kerroksiin siten, että raekoko yleensä pienenee maanpintaa kohti ja ytimestä sivulle. Harjun poikkileikkauksessa näkyy usein myöhempien rantavaiheiden vaikutus eli alkuperäinen laki on tasoittunut ja primääri aines on muodostanut ns. sekundaarisen rantakerrostuman alarinteelle. Tämän rantakerrostuman alta löytyy usein jääkauden jälkeisten merivaiheen kerrostama savikiila. Savikiilan alta löytyy edelleen harjun liepeen hiekkoja.
Harjut ovat paras kiviainesreservimme. Maa-aineksen ottoa rajoittaa alueen merkitys pohjaveden muodostumisen ja saannin kannalta sekä pohjaveden pinnan taso. Pinnan tason määrittäminen on eräs maa-aineksen ottoluvan edellytys. Yleisesti voi todeta, että pohjaveden pinta noudattelee hyvin loivasti harjun profiilia. Tyypillisiä harjuleikkauksia on esitetty kuvassa 9.
Kuva 9. Suomessa tavattavien harjujen ja Ss I:n poikkileikkauksia (Kujansuu & Niemelä 1990, s. 11).
• Deltat
Glasifluviaaliset deltat kerrostuivat sulavesijokien suulle jäätikön eteen. Karkein materiaali on jäätikön puolella eli proksimaalipuolella, jossa rinne on myös jyrkempi. Materiaali hienonee suojasivun puolelle eli distaalipuolelle. Nämä muodostumat ovat reunamuodostumien toisiinsa ketjuttuneita rakenneosia. Tyypillisimmillään deltat kasvoivat syntyhetkensä aikaisen vedenpinnan tasoon. Rakenteeltaan jäänkontaktin alue voi olla verraten kompleksinen kuolleen jään kuoppineen ja moreeniaineksineen, mikä kertoo kerrostuman syntyneen jääkontaktissa.
Harjuihin liittyy joskus tasalakisia laajentumia. Tällöin puhutaan harju-deltoista. Niiden ytimen materiaali on ensin tunneliin kerrostunutta harjuainesta, joka on jäätikön peräytyessä laajentunut hienorakeisemmaksi tasanteeksi.
Ekstramarginaalisella deltalla tarkoitetaan jäätikön reunan ulkopuolelle kerrostunutta deltamuodostumaa. Tyyppitapaus on muinaisten jääjärvien purkautumisvaiheessa syntyneet deltat. Niiden aines on usein lohkareista ja kivistä soraa, joka on lyhyestä kulkeutumismatkasta johtuen verraten huonosti lajittunutta.
• Sandurit
Jäätikköjokien kuivalle maalle kerrostamia jokisuistoja kutsutaan sandureiksi. Delttoihin verrattuna niiden kerrosrakenne on loiva-asentoisempi kuin delttojen. Kerrospaksuus on myös pienempi. Materiaalin raekokovaihtelut ovat myös kerroksittain vaihtelevammat. On hyvä lisäksi tiedostaa, että postglasiaalinen joki-, ranta- ja tuulitoiminta ovat muotoilleet ja käsitelleet näitä vanhoja jäätikköjokien suistoja.
Deltan ja sandurin kombinaatiota kutsutaan sandurideltaksi. Jään kontaktia lähinnä oleva osa muodostumaa on kasaantunut ensin muodostuneen deltan päälle kuivalle maalle. Kerrostuman distaaliosa on kokonaan tai osittain veden alle kerrostunutta delttarakennetta. Tällaisia muodostumia esiintyy Lapissa ja Salpausselkävyöhykkeessä.
• Kame – muodostumat
Kame-kummulla tarkoitetaan glasifluviaalisen lajittuneen aineksen muodostamia erillisiä kasaumia. Muodoltaan ne ovat pyöreähköjä, joskus myös pitkänomaisia. Ne ovat syntyneet sulavan vään kontaktissa railoihin ja painanteisiin. Materiaali on yleensä lajittunutta materiaalin karkeusaste vaihtelee kerroksittain. Osittain huuhtoutunutta moreeniakin kamen rakenneosana saattaa esiintyä. Kame – harju on käsitteenä peräkkäisistä kummuista muodostunut tai kuoppainen harjumuodostuma. Kame – terassi on vastaavasti korkeampien mäkien rinteelle, rinteen ja sulavan jään väliin syntynyt glasifluviaalisen materiaalin kasautuma. Muodostumat ovat yleisiä Pohjois-Suomessa vaarojen ja tuntureiden rinteillä. Kame – maastoksi kutsutaan yleisesti glasifluviaalisesta materiaalista muodostunutta kumpu – kuoppa –maastoa, joka on syntynyt hautautuneiden jäälohkareiden sulaessa.
• Laaksontäytteet
Kallioperän laaksoihin jään sulamisvesien kasaamia supra-akvaattisia sora- ja hiekkakerrostumia kutsutaan laaksontäytteiksi. Jäätikköjokien tuoma sora ja hiekka on kasautunut ensin uoman pohjalle, jonka päälle on kerrostunut hienompaa ainesta jään vetäytyessä. Jatkuvat vesivirrat ovat edelleen kuljettaneet ja lajitelleet alkuperäistä kerrossarjaa uudelleen. Yleensä laakson-täytteiden pinta on muotoutunut kulutuksen johdosta eri korkeuteen kuluneiksi terasseiksi.
• Sora- ja hiekkakentät
Mikäli deltat eivät päässeet kasvamaan täyteen korkeuteensa vaan jäivät ns. alkiovaiheeseen ne muodostivat kuitenkin laajoja hietikoita, jotka osoittavat tiettyä jään reunan asemaa. Hietikoiden pohjarakenne muistuttaa delttojen vastaavia rakenteita. Pinta on yleensä rantavoimien uudelleen lajittelemaa ja muovaamaa. Tuulen toiminta on myös usein vaikuttanut näiden kallioperää tasoittavien sora- ja hiekkakenttien pinnanmuotoihin.
Jääkauden jälkeiset karkearakeiset muodostumat
• Rantakerrostumat
Jääkautta seuranneiden merivaiheiden ylimmän rannan tasolta aina nykyisille rantatasoille tavattavia rantavoimien muodostamia lajittuneita kerrostumia kutsutaan rantakerrostumiksi. Moreenirinteissä nämä kerrostumat ovat pinnanmyötäisiä ja usein ohuita. Aineksen lajittuneisuusaste ei ole yhtä hyvä kuin glasifluviaalisella aineksella. Soraköyhillä alueilla näillä kerrostumilla on ainakin kotitarvemielessä käyttöä.
Lajittuneiden muodostumien rinteillä rantavoimat ovat pystyneet kuluttamaan rinteeseen rantatörmiä, jonka kohdalta primääriaines on levinnyt alemmalle korkeustasolle, ns. sekundaariseen asemaan. Materiaali on lajittunut korkeussijainnin mukaan siten, että karkein aines sijaitsee ylempänä kuin hienompi aines.
Erityisesti laajoilla rantavyöhykkeillä veden aleneminen ja rantavoimat yhdessä muodostivat peräkkäisinä jatkuvia rantavallien muodostamia sarjoja, joissa primääriaines on tavallaan toisen kerran siirtynyt kuljetuksen ja kerrostumisen kautta uuteen asemaan.
Mikäli primääriaines on ollut moreenia tai muuta karkearakeista materiaalia ja rantavaihe on ollut pitkäaikainen, kyseinen vyöhyke on huuhtoutunut rantakivikoksi. Joskus koko rinnekin voi olla yhtenäistä, hehtaarien laajuista, rantakivikkoa. Niiden materiaali ei juurikaan eroa esim. Kustavin alueen moreenista huuhtoutuneesta rantakivikosta. Aines on tyypiltään murskauskelpoista mutta kyseiset muodostumat ovat yleensä niin ainutlaatuisia ja huomattavia, että niitä ei kannata ympäristönsuojelullisista syistä kiviaineksena hyödyntää.
• Jokikerrostumat
Jokikerrostumat ovat syntyneet virtaavan veden kuluttaessa ja kuljettaessa laaksoissa olevaa jäätikköjokien tuomaa maa-ainesta. Aines siirtyi jokien suistoihin, jotka maankohoamisen johdosta vähitellen ”perääntyivät”. Kysymyksessä on tavallaan jatkuvien suistodelttojen ketju. Joki on kiemurrellessaan (meanderoidessaan) siirtänyt aineksen aina vähän eri paikkaan. Jokien gradientin pienentyessä virtaus on vähentynyt ja aiheuttanut samalla orgaanisen tulva-aineksen sekoittumisen alkuperäiseen mineraaliainekseen.
Jokilaaksoissa eri terasseilla oleva jokikerrostumamateriaali voi olla paikallisesti hyödynnettävissä. Aineksen laatu ja sijainti vaikeuttaa sen suurimittaista käyttöä teknisiin tarkoituksiin.
• Tuulikerrostumat
Tuulikerrostumien aines on peräisin aikaisemmin kerrostuneista ranta-, joki- ja jäätikköjokikerrostumista. Tuuli on lajitellut ja kerrostanut karkean hiedan ja hienon hiekan rakeisuusasteisen (0,06-0,6 mm) aineksen dyyneiksi eli lentohiekkakinoksiksi. Dyyniaines on tavallisesti vaaleaa johtuen suuresta (jopa 90 % aineksen kokonaismäärästä) kvartsipitoisuudesta. Sisämaan dyynit ovat kasvillisuuden sitomia eli fossiilisia. Aktiivisia dyynejä tavataan maassamme ainoastaan tietyillä rannikkoseuduilla.
Karkearakeisten lajittuneiden maalajien yleiset ominaisuudet
Aineksen tekniseen käyttöarvoon vaikuttavat monet tekijät, jotka on syytä tiedostaa. Tärkeä aineksen laatuluokituksen kriteeri on sen raekoostumus. Suomen sora- ja hiekkavarojen arviointiprojektista (Niemelä (toim.) 1979) lähtien on yleisesti käytetty seuraavaa 3-jakoista luokittelua:
Lyh. Selite Raeläpimitta, mm Osuus maa-ainesvaroista
A Murskaus-
kelpoinen aines 60 - n. 2 %
B Sora-aines 2 – 60 n. 24 %
C Hiekka-aines 0,06 – 2 n. 74 %
A –luokan aines on arvokkainta ja C –luokan aines ”halvinta”. Yllä esitetyt määräsuhteet on saatu em. soravarojen arvioinnin tuloksena. Liitteessä 5 on kuvattuna kokonaisainesmäärät peruskarttalehdittäin. Uusien tarkistuksien (GTK:n tekemät revidoinnit) tuloksena hiekka-aineksen määrä kasvaa karkeampirakeisten kustannuksella. Revidoinnit perustuvat maatutkatutkimuksiin, kairauksiin ja koekuoppiin, joten revidoidut tiedot ovat luotettavampia kuin alkuperäiset erilaisiin tulkintoihin pohjautuvat tiedot. Tilanteissa, joissa asia joudutaan ratkaisemaan ilman luotettavia lähtötietoja, on syytä pitää mielessä aineslaatujen todelliset määräsuhteet ja tehdä niitä koskevat tulkinnat em. todennäköisyyksien mukaisesti.
Liitteeksi 6, kuvat 1-3, on skannattu GTK:n oppaasta (1973) valokuvia maa-ainesnäytteistä, joista saa käsityksen em. esitettyjen ainesluokkien (A-C) koostumuksista.
Moreenialueita indikoi usein pintakivisyys. Maanmittauslaitoksen maastotietokantakartoilla pintakivisyys kuvataan mikäli kivien korkeus on vähintään 0,5 m, kivien välimatka alle 5 m ja alueen läpimitta vähintään 100 m.
Karkearakeisten maalajien geotekniset ominaisuudet
Soran ja hiekan kivilajikoostumus indikoi havaintokohdasta 0-5 km luoteeseen (jäätikön yleinen tulosuunta) sijaitsevan kallioperän kivilajeja. Karkein aines edustaa yleensä kovimpia ja kulutusta kestävimpiä kivilajeja. Hiekkalajitteessa päämateriaalina on kvartsi (n. 2/3 massasta). Muina aineksina esiintyy yleisesti maasälpää, sarvivälkettä ja kiilteitä.
Maa-aineksia käsiteltäessä törmätään usein geoteknisiin indeksiominaisuuksiin: kiintotiheys ( ρs) ja irtotiheys ( ρ) (Mg/m3, ent. dimensio t/m3) sekä tilavuuspaino ( γ) kN/m3.
- Maalajin kiintotiheydellä tarkoitetaan maalajin kiinteän, huokosettoman ja vedettömän osan tilavuusyksikön massaa. Karkearakeisissa maalajeissa tiheys lähenee sen kivilajimateriaalin tiheyttä mistä maalaji on muodostunut. Käytännössä kiintotiheys vaihtelee välillä 2,6 – 2,8 Mg/m3 (tonnia/m3 ). Mikäli tiheyden määritystä ei erityisesti edellytetä on sovittu, että kaikkien kivennäismaalajien kiintotiheydelle käytetään arvoa 2,65 Mg/m3.
- Maan irtotiheydellä tarkoitetaan sen tilavuusyksikön massaa; ρ = m/v. Karkearakeisilla maalajeilla irtotiheys vaihtelee luonnontilassa välillä 1,5 – 2,0 Mg/m3. Moreeneilla irtotiheys on vastaavasti vähän suurempi (1,8 – 2,2 Mg/m3).
- Maan tilavuuspainolla (maanpainolla) tarkoitetaan geoteknistä maamassan aiheuttamaa kuormitusta eli tilavuusyksikön suuruiseen maaerään kohdistuvaa painovoimaa; γ = mg/v. Tilavuuspaino riippuu maalajin tiheydestä, vesipitoisuudesta ja huokoisuudesta. Karkearakeisilla maalajeilla tilavuuspaino vaihtelee luonnontilassa välillä 15 – 20 kN/m3. Todettakoon, että moreeneilla tilavuuspaino on hieman suurempi (18 – 22 kN/m3).
Maamassojen käsittelyyn liittyy useita geoteknisiä tilavuuskäsitteitä. Niiden välisiä riippuvuuksia voidaan ilmaista erilaisten massakertoimien avulla. Maa-ainesmassojen hinnoittelussa on oikea lopputuloksen saamiseksi syytä tiedostaa mistä käsitteestä on kulloinkin kyse.
- Todellinen kiintotilavuus (m3ktd) tarkoittaa maa-aineksen luonnontilaista tilavuutta muodostumassa (mitattu luonnossa).
- Teoreettinen kiintotilavuus (m3ktr) tarkoittaa maa-aineksen tilavuutta luonnontilassa suunnitelmanmukaisten teoreettisten poikkileikkausten perusteella mitattuna (mitattu piirustuksista).
- Todellinen irtotilavuus (m3itd) tarkoittaa vastaavan maa-ainesmäärän tilavuutta kuormauskohteessa kuljetusvälineen lavalla. Siirrettävä sora- tai hiekkamassa löyhtyy kaivun ja kuormauksen aikana ja sen tilavuus siis kasvaa. Asia ilmaistaan löyhtymiskertoimen avulla.
- Löyhtymiskertoimella tarkoitetaan massakerrointa: k1 = m3itd/m3ktd, mikä kuvaa löyhtymisen vaikutusta. Luonnonolosuhteista johtuen löyhtymiskertoimen suuruus vaihtelee noin +10 % saman maalajinkin kohdalla. Löyhtymiskertoimen suuruus kasvaa maalajin lajitekoostumuksen muuttuessa hienommaksi. Alan kirjallisuus (Korhonen, K-H. & Gardemeister, R. 1975, s. 50-52, Kauranne L.K. 1979, s. 160-172) antaa löyhtymiskertoimille seuraavia arvoja:
Maalaji Löyhtymiskeroin, k1
Sr 1,15 ± 0,15
Hk 1,30 ± 0,20
Mr 1,35 ± 0,15
Sa 1,60 ± 0,20
- Todellinen rakennetilavuus (m3rtd) tarkoittaa tilavuutta, johon kyseinen maamassa tiivistetään käyttökohteessaan (mitattu luonnossa).
- Teoreettisella rakennetilavuudella (m3rtr) tarkoitetaan teoreettisen poikkileikkauksen mukaista rakennetilavuutta.
- Tiivistymiskertoimella k2 = m3rtd/m3itd kuvataan tiivistymisen vaikutusta maalajeihin. Kertoimen arvo riippuu maalajista, työmenetelmästä ja käyttökohteesta. Soralla, hiekalla ja moreenilla tiivistymiskerroin vaihtelee välillä 0,65 – 0,75. Täyttökertoimella tarkoitetaan suhdetta y2 = m3rtr/ m3rtd. Ryöstökerroin on y1 = m3ktd/ m3ktr.
Huom. Kiviainekset myydään nykyään yleensä tonnitavarakauppalla. Irto- ja kiintokuutiopohjainen hinnoittelu saattaa kuitenkin joskus tulla kysymykseen. Liitteessä 7 on maa- ja kiviainesten tilavuuspainoja auton lavalle kuormattuna (tonnia/ m3itd).
Vesipitoisuus maalajeista puhuttaessa tarkoittaa maalajin sisältämää vesimäärää painoprosentteina sen kuivapainosta. Pohjaveden pinnan yläpuolisessa sorassa ja hiekassa vesipitoisuus vaihtelee välillä 2 – 5 %. Moreenin luonnontilainen vesipitoisuus on suurempi. Se vaihtelee välillä 5 – 25 %.
Huokoisuudella tässä yhteydessä tarkoitetaan maassa olevan ilman ja veden yhteistilavuuden suhdetta prosentteina maan koko tilavuudesta. Soran huokoisuus luonnontilaisessa materiaalissa on 33 – 50 % ja hiekan 44 – 50 %. Moreeneissa huokoisuus vaihtelee enemmän eli 23 – 52 %.
Huokosluku saattaa joskus myös tulla vastaan käsitteenä maa-aineksia käsiteltäessä. Sillä tarkoitetaan huokosten tilavuuden suhdetta kiinteän aineen tilavuuteen. Soralla huokosluku vaihtelee, alan kirjallisuudesta poimittujen tietojen perusteella, välillä 0,49 – 1,00, hiekalla 0,79 – 1,00 ja moreeneilla 0,30 – 1,08.
Kitkakulma eli kulma mihin kyseinen luonnontilainen maalaji irtaimena esim. sorakuopan rinteessä asettuu, on soralla (34°) hieman suurempi kuin hiekalla (32°). Aineksen tiiveys, raemuoto ja lajittuneisuus vaikuttavat asiaan siten, että kulmaan tulee välillä + 6° oleva vaihtelu. Tiiviissä moreenissa kitkakulma voi olla selvästi suurempikin 37° – 43°. Kitkamaalajien kokoonpuristuminen on yleensä vähäistä ja tapahtuu hyvin nopeasti.
Kiviaineksen käyttökohteista
Kallioalueiden tutkimustiedot
Kallion laatututkimukset
Tiehallinto on laatinut ohjeen kallion laatututkimuksia varten (Tielaitos 1991). Ohje on laadittu kallioleikkauksien ja kiviaineksien ottopaikkojen tutkimiseen.
Maanmittaustoimituksia varten on oleellista tietää ainakin tutkimuksen periaatteet ja se, että millaista aineistoa näistä Tiehallintoa kiinnostavista kohteista on olemassa. Kohteista hankitaan ensin olemassa oleva kallioperäkartta-aineisto ja muu tutkimusaineisto. Seuraavaksi geologi tekee alueella silmämääräisen arvion kallioperästä.
Tarvittaessa alueesta laaditaan suurikaavainen pohjakartta, jolle geologi laatii rakennusgeologisen kartoituksen, joka sisältää tiedot kivilajeista, mineraaleista, rapautuneisuudesta ja kallioperän yleisestä rakenteesta. Tarvittaessa kallioperä paljastetaan selvitystä varten. Tätä kartoitusta käytetään lähtökohtana kivilajinäytteiden ottamiseen. Näytteistä määritetään kiven tiheys, Los Angeles – luku, kuulamyllyarvo, joissakin tapauksissa vielä haurausarvo ja vastaavat lujuusluokat. Lisäksi geologi tekee mikroskooppitutkimuksen, jossa määritetään kivilaji, sen mineraalikoostumus, rapautuneisuus ja kiven rakenne (kutous).
Tutkimuksesta saatava raportti sisältää kiviaineksen käyttökelpoisuutta koskevat tiedot Los Angeles – testin perusteella sekä kuhunkin laatuluokkaan sisältyvät massat. Kallion ominaisuuksia täydennetään rakennusteknisten ominaisuuksien kuvauksella, mahdollisilla pohjaveden pintaa koskevilla tiedoilla ja yleistä topografiaa koskevalla kuvauksella. Se sisältää lisäksi tiedot puustosta, maapeitteen paksuudesta ja tieyhteyksistä.
Kalliokiviainesta koskevien tietojen saatavuus
Maanmittaustoimituksia ajatellen oleellista on saada käyttöön jo olemassa oleva kallioperä- ja kivilajitieto.
Mikäli toimituksen alaisen hankkeen yhteydessä on kallioesiintymistä tehty laatututkimukset, tämä tietous on luonnollisesti pyrittävä saamaan toimituksen käyttöön. Tutkimusraportti sisältää lyhyesti edellä esitettyjä kiven ja kallion ominaisuustietoja. Parhaimmillaan raportti sisältää yhteenvetona massamäärät kaikille eri laatuluokkiin kuuluville kalliomassoille. Tietoja on syytä tiedustella kyseisestä kunnasta tai rakennuttajalta ja toimeksiantajalta.
Tiehallinnon nykyisten hankkeiden johdosta teetettävät kalliotutkimukset on varsin hyvin ohjeistettu (Tielaitos 1991). Yleisen ohjeen liitteenä on käytännön tapaukseen liittyvä esimerkki, mistä pääsee selville tavallisista rakennusgeologiaan liittyvistä kallio- ja kiviainesselvityksien filosofiasta.
Mikäli hankkeen yhteydessä kiviainesasioita ei ole selvitetty, kannattaa selvittää tietojen saanti GTK:n valtakunnallisista aineistoista. Esimerkiksi geo.fi -verkkopalvelu (http://www.geo.fi/) tarjoaa käyttöön Geologian tutkimuskeskuksen maa- ja kallioperään liittyviä digitaalisia kartta-aineistoja sekä karttoihin liittyviä oppaita ja raportteja. Paikkatietoikkunasta löytyy myös yleistason tietoa kallio- ja maaperästä sekä pohjavesialueista.
Hyödyllistä tietoa alueittaista kiviainesvaroista löytyy ympäristöhallinnon aloitteesta tehdyistä POSKI-projektin (https://www.syke.fi/fi-FI/Tutkimus__kehittaminen/Tutkimus_ja_kehittamis…) selvityksistä. Projektissa pyritään sovittamaan yhteen pohjaveden suojelua ja kiviaineshuoltoa. Selvityksiä on tehty ensisijaisesti alueilla, jotka ovat soran puutosalueita ja joilla kallioaineksen käytön osuus tulee lähivuosina olemaan 60 – 90 % maa-ainesten kokonaiskulutuksesta. Projektiin liittyviä julkaisuja ja raportteja löytyy esim. www.ymparisto.fi sivustolta hakusanalla ”POSKI”. Indeksikartta kiviainesinventoinnin tilanteesta on liitteenä 8.
FINGEOn eli suomalaisen geologisen bibliografian (http://info.gsf.fi/fingeo/index.html) olemassaolo on hyvä tiedostaa. Se on helppokäyttöinen ja hakuja voi tehdä karttalehtirajauksella ja/tai erilaisilla vapaasanoilla. Suomenkielistä geologista kirjallisuutta voi tarvittaessa lisäksi etsiskellä GTK:n sivulta https://www.gtk.fi/tutkimus/julkaisut/.
Pienimuotoisia kalliotutkimuksia on tehty usein erilaisten rakennushankkeiden yhteydessä. Näitä tietoja kannattaa kysellä kuntien kautta. Laajempia kiviainekseen liittyviä alueselvityksiä löytyy Maakuntien liitoista. Asiassa pääsee alkuun sivulta http://www.reg.fi/ . Esimerkkinä näistä tiedoista on kirjallisuusviitteissä mainittu (Härmä 1998).
GTK:n internetsivuilta löytyy tietoja geologisista karttasarjoista ja karttapalveluista kohdasta https://www.gtk.fi/palvelut/aineistot-ja-verkkopalvelut/karttapalvelut/. Em. sivulta löytyy muutakin hyödyllistä tietoa.
Tiehallinnon maa-ainesselvityksistä löytyy tietoja mm. kiviainesten käytöstä ja saatavuudesta alueittain.
Kalliokiviaineksen käyttökohteita
Kalliokiviaineksen käyttö lisääntyy sitä mukaa kun käyttökelpoiset sora- ja hiekkavarat vähenevät. Kalliosta murskaamalla ja jalostamalla saadaan kulutus- ja kuormituskestävin kiviaines.
Kalliosta irrotettua murskaamatonta materiaalia eli louhetta käytetään lujuutta vaativiin suuriin rakenteisiin kuten tie- ja rautatiepenkereisiin ja pato-rakenteisiin. Kun louhetta murskataan ja edelleen jatkojalostetaan seulomalla eri raekokoihin, saadaan erilaisia murskeita. Koska murskeiden ominaisuudet vaihtelevat riippuen mm. siitä, onko murske tehty sorasta, kalliosta vai moreenista, murskeen alkuperä olisi tiedettävä. Murskeita käytetään betonin runkoaineksena, tien kantavan kerroksen rakennusaineena ja sorateiden pintamateriaalina.
Sepeliksi kutsutaan yleisesti kiviainesta, joka jää jäljelle kun murskeesta seulotaan pois hienoin aines eli kivituhka. Jos sepeliä käytetään raide-sepelinä, sen on täytettävä erittäin tiukat laatuvaatimukset (VR 1995). Hiekoitussepelillä ja salaojasepelillä ei ole vastaavia vaatimuksia. Kivituhkaa on käytetty paljon hiekkapihojen ja kevyenliikenteen väylien pinnoituksiin.
Kiviaineksen käyttöä tienrakentamisessa on tutkittu paljon ja aineksen käyttö onkin tästä johtuen tarkoin säädelty (Tielaitos 1999). Asfaltissa käytettävän kiviaineksen laatu on erityisen tärkeä tekijä päällysteen kestoiälle. Esimerkiksi moottoriteiden päällysteisiin sopivaa kiviainesta saadaan vain muutamasta promillesta kaikista tutkituista kallioalueista (Ympäristöministeriö 2001). Liitteessä 2 on esitetty kivilajikohtaisesti niiden soveltuvuus eri tarkoituksiin tien rakentamisessa. Pohjamaan tai pengertäytteen päällä on järjestyksessä suodatin-, jakava-, kantava- ja päällystekerrokset. Taulukko osoittaa, että kantavaan kerrokseen asti voidaan käyttää lähes kaikkia sora- tai kalliomurskeita. Päällystekerros edellyttää kuitenkin selvästi kestävämpiä kivimateriaaleja ( I- / A-luokan ainekset). Myös rautatie- ja lentokenttärakentaminen edellyttävät kiviaineksilta tarkkaan määriteltyjä lujuus- ja kestävyysominaisuuksia. Standardeista katso kohta 3.2.2.
Maa-ainesalueiden inventointitiedot
GTK on kartoittanut Suomen pohjavesipinnan yläpuolisia sora- ja hiekkavaroja 1970-luvulta lähtien yhteistyössä mm. Tie- ja vesirakennushallinnon, ympäristöhallinnon sekä merkittävien seutukuntien toimijoiden kanssa. Siirryttäessä 2000-luvulle GTK:n maa-ainestutkimuksissa aloitettiin kiviaineshuollon keskeisimpien markkina-alueiden varantoalueilla uusi hanke, jossa ainesmääräarvioinneista siirryttiin kohteellisempiin inventointeihin. Tiedot sora- ja hiekka-alueiden rajauksista, ainesmääristä, aineksen laadusta sekä käyttöä haittaavista ja rajoittavista seikoista on viety valtakunnalliseen GTK:n maa-ainesrekisteriin. Katso http://www.gtk.fi/geologia/luonnonvarat/ , http://www.gtk.fi/rekisteriselosteet/Tietojarjestelmaseloste_Maa_ainesrekisteri.pdf.
GTK on kehittänyt kiviainesten tilinpitojärjestelmää (http://www.geo.fi/kitti/). Tämä GTK:n ylläpitämä karttapalvelu on muodostettu yhdistämällä maa-aineslain mukaiset lupa- ja seurantatiedot sekä GTK:n maa-ainesrekisterin tiedot. Palvelusta saadaan tieto jäljellä olevista kiviaineksista.
Keskeisten kiviainesten kulutusalueiden varantototietojen päivittämisen aikataulu löytyy em. internetsivulta http://www.geo.fi/pics/kulutusalueet_laanit.jpg.
Hyödyllistä tietoa alueittaista kiviainesvaroista löytyy ympäristöhallinnon aloitteesta tehdyistä POSKI-projektin (http://www.ymparisto.fi/default.asp?contentid=354528&lan=FI) selvityksistä. Katso luku "Kalliokiviainesta koskevien tietojen saatavuus".
Liikennevirastolla, kunnilla sekä rakennus- ja kiviainesalan toimijoilla on alueittaista tietoa maa-ainesvaroista ja kiviaineksen kulutuksesta.
Soran ja hiekan käyttö
Hyväksikäyttöä rajoittavia tekijöitä
Soraa ja hiekkaa on yleisesti ajatellen riittävästi. Ongelmana on aineksen alueellisen jakautumisen epätasaisuus.
Soran ja hiekan oton ongelmat harjuissa aiheutuvat ensinnäkin jääkautta seuranneiden merivaiheiden muodostamien savikiilojen hienoaineksesta, joka soraan ja hiekkaan sekoittuneena heikentää niiden käyttöarvoa. Saven olemassaolo on aina selvitettävä kun uusi maa-aineksen ottopaikka avataan ja ainesta tullaan käyttämään betonin valmistukseen (Suomen Betoniyhdistys 1996, s. 20-21). Laatua heikentävää savea ei kiviaineksessa saa olla.
Pintakasvillisuus ja mahdollinen humuskerros on myöskin poistettava. Esim. betonin kiviainesta koskevissa normeissa (Suomen Betoniyhdistys 1996, s. 25) annetaan määräys, että humuspitoisuus on selvitettävä standardoidulla kokeella (SFS 5277) ja lisäksi karkeissa kiviaineksissa ei saa olla muitakaan silmin havaittavia epäpuhtauksia.
Maa-aineksen ottoa ajatellen tärkeä kysymys on myös pohjaveden pinnan sijainti. Normaalisti aineksen ottoa koskevissa luvissa määritetään pohjaveden suojelua ajatellen 4 metrin suojakerros. Usein arvokkain eli karkein aines sijaitsee pohjaveden pinnan alapuolella. Harjut ovat sijaintinsa johdosta erilaisia ominaisuuksiltaan. Etelä-Suomen savikkoalueen harjut ovat usein osittain tai kokonaan savikerrostumien peitossa. Sama koskee Pohjanmaan tasaisten alueiden harjuja. Harjuilla saattaa olla kymmenien metrien syvyyteen ulottuvat juuret ja karkein aines on harjun ytimessä ja pohjaveden pinnan alla.
Keski- ja Pohjois-Pohjanmaan jokilaaksoissa harjut ovat usein moreenipeitteisiä. Synty selitetään siten, että suojaiseen kallioruhjeeseen syntynyt harju on joutunut myöhemmin etenevän jäätikön alle. Näille harjuille on ominaista, että peittävä jäätikkö on pakannut aineksen hyvin tiiviiksi ja kovaksi massaksi. Niissä korkeatkin leikkaukset pysyvät sortumattomina. Soran ja hiekan käyttöarvoa pienentää pinnan moreeni, joka on hienoainespitoista ja se on poistettava ennen teknisesti vaativia käyttöjä. Sama moreeniongelma koskee reunamuodostumien proksimaalisivua.
Maa-aineskohteen maantieteellisen sijainnin vaikutusta sekä pohjaveden suojelun ja muiden maankäytön rajoitusten vaikutusta käsitellään tarkemmin osassa II, Kiviainesten ottoalueiden arviointi.
Aineksen käyttöä rajoittaa usein myös maa-aineksen ominaisuudet. Kohteen materiaalin hienoainespitoisuus on suuri tai aines on hieno- ja tasarakeista hiekkaa, jolloin se soveltuu vain rajoitettuihin kohteisiin esim. suodatinkerroksiin ja täytemateriaaliksi.
Jalostaminen
Lähtökohta on se, että sorakuopasta otettu maa-aines soveltuu yhä harvempiin tarkoituksiin sellaisenaan. Yleensä se on tutkittava ja jatkojalostettava esim. Tiehallinnon tarkoituksia ajatellen SFS-EN – standardien pohjalta ja/tai jollakin määrätyllä PANK (Päällyste alan neuvottelukunta) –menetelmällä. Ohjeisto (Tielaitos 1999, s. 8) antaa standardit kaikkiaan 17:lle eri laatutestille. Materiaaleilla on eri tarkoituksia ajatellen erilaiset rakeisuus-, murtopinta-, lujuus- ja raemuotovaatimukset (Tielaitos 1999, PANK ry 2000). Sama koskee kiviaineksen käyttöä raidesepelinä (VR 1995, Ratahallintokeskus 2000) tai vaikkapa betonin valmistuksessa betonisorana (Suomen Betoniyhdistys 1996).
Suomessa on jo laajalti mukauduttu noudattamaan eurooppalaisia standardeja. Maa-ainestuotteiden testausta ja laatuvaatimuksia koskevat standardit astuvat voimaan lopullisesti 1.12.2003. Yleissuuntaus näyttää siltä, että vaatimukset tulevat edelleen tiukkenemaan ja periaate tulee olemaan se, että tuote testataan huomioiden sen käyttötarkoitus.
Käyttökohteet
Soraa ja hiekkaa käytetään käsittelemättömänä eli täytesorana (raakasorana) tai –hiekkana ns. I-luokan eli routimattomiin täyttökohteisiin, pengerrakenteisiin, rakennusten pohjauksiin ja salaojasoraksi. Välppäyksellä poistetaan sorasta tarvittaessa ylisuuret kivet (>100 mm), jolloin materiaali soveltuu ohuempiin täyttöihin.
Seulomalla voidaan sekä sorasta, että hiekasta valmistaa monikäyttöisiä tuotteita. Tällöin tuotteet sopivat salaojahiekaksi , erilaisiin vaativiin täyttöihin, muuraushiekaksi, betonin runkoainekseksi (esim. fillerihiekkana), putkistojen peittoihin, tien jakaviin ja kantaviin kerroksiin.
Murskaus laajentaa vielä jossain määrin soratuotteiden käyttöä. Tällaista materiaalia käytetään sorateiden pintarakenteissa ja vaativammissa betonituotteissa runkoaineksena. Ero kalliomurskeeseen on yleensä se, että tuoretta murtopintaa murskeessa ei ole yhtä paljon ja kiviaines on epähomogeenisempaa. Nämä ominaisuudet vaikuttavat sen, että soramurske ei ole yhtä hyvää päällystemateriaalin runkoainesta kuin mitä kalliomurske on.
Yleisesti voi todeta, että soraa käytetään sellaisenaan tai jatkojalostettuna betonin ja erilaisten betonijalosteiden valmistukseen, teiden rakentamiseen ja kunnossapitoon sekä monenlaisiin talon- ja maanrakennustöihin. Hiekkaa käytetään mm. maa-, tie- ja vesirakenteissa (suodatinkerrokset) sekä lasiteollisuuden raaka-aineena, valuhiekkana, betonin valmistuksessa (täyteaineena) ja kalkkihiekkatiiline pääraaka-aineena. Maalajien soveltuvuutta erilaisiin käyttötarkoituksiin on kuvattu liitteessä 4.
Moreenit
Moreenin käyttöä soran ja hiekan korvikkeena on tutkittu jonkin verran. Vaikka moreenia olisi runsaasti saatavilla sen käyttö ei ole täysin ongel-matonta. Moreeniaineksen hienoainespitoisuus on yksi ongelmista. Se pitäisi poistaa esim. pesuseulonnalla, mikä lisää käsittelykustannuksia ja aiheuttaa ongelmallista lietettä. Moreenin lohkarepitoisuus vaikeuttaa kaivettavuutta ja aineksen tehokas hyväksikäyttö edellyttää lisäksi murskauksen käyttöä.
Rakennuspohjana moreeni on routiva ja edellyttää hyvän routasuojauksen rakentamista. Moreenin rakennusominaisuuksia heikentää sen heikot käsiteltävyysominaisuudet johtuen kivisyydestä. Moreenin ominaisuuksia pyritään parantamaan stabiloimalla sitä esim. sementillä tai rakeistamalla sen hienoainesta.
Soramoreeni, jonka määrä on noin 10 % moreenin koko määrästä, on todettu parhaiten murskauskelpoiseksi, soraa korvaavaksi, materiaaliksi. Kumpu- ja reunamoreenialueet sisältävät syntynsä perusteella runsaasti karkeata ja huuhtoutunutta (jonkin verran lajittunutta) materiaalia. Paikallisesti tällainen aines on soraa korvaavaa ainesta tiettyihin tarkoituksiin. Mm. Tiehallinto on selvityttänyt isommilla moreenimuodostuma-alueilla aineksen laatua ja määrää omia tarpeitaan varten. Näistä selvityksistä saa tietoja GTK:sta esim. geologi Ismo Ahosen (Ismo.Ahonen(at)gtk.fi) kautta.
Hiekkamoreeni on käyttökelpoista mm. liikennemääriltään vähäisten teiden kunnossapitoon ja rakentamiseen. Esim. metsätiet rakennetaan tietyillä alueilla lähes yksinomaan tavallisesta hiekkamoreenista, jota saadaan ojamaista ja leikkauksista. Hienoainesmoreeni on käyttökelpoista vesi-rakennustehtävissä mm. patojen tiivistysaineksena.
Moreeniaineksen merkitys on soraa ja hiekkaa korvaavana aineksena on toistaiseksi verraten pieni, ainakin yleisesti ajatellen. Esim. Uudenmaan tiepiiristä saatujen tietojen mukaan, piirin alueella ei moreenialueita ole ostettu Tielaitoksen tarpeisiin lainkaan.
Jalostamattoman soramoreenin käyttö rajoittuu yleensä II-luokan täytemaakäytöksi. Mikäli täyttö edellyttää routimattomuutta silloin moreeni on tähän tarkoitukseen sopimatonta. Hiekkamoreenia käytetään yleisesti metsätietyyppisten vähäliikenteisten teiden rakentamiseen ja kunnossapitoon. Rakennusmateriaali saadaan läheltä ja halvalla. Teknisesti parhaita moreenimateriaaleja löytyy itsenäisistä moreenimuodostumista, jotka sisältävät osittain myös jonkin verran lajittuneita osueita. Tällöin aineksella on lähes soran ja hiekan ominaisuudet ja sama käyttöarvo. Hienoainesmoreeni eli silttimoreeni on käyttökelpoista tiivistemaana patojen tiivistysosissa. Ongelma on, että hienoainesmoreenit eivät ole joka paikassa kovin yleisiä.
Moreenien soveltuvuutta eri käyttötarkoituksiin on esitetty liitteessä 4.
Korvaavat materiaalit
Kalliomurske on soraa korvaava ja täydentävä materiaali. Tienpidossa on yleisesti käytössä asfaltin ja öljysoran uusiokäyttö. Erilaisiin tarkoituksiin soveltuvat myös kaivosten ja erilasten louhintatöiden sivu- ja jätekivet, malminrikastuslaitosten rikastamojätteet, hiilenpolttolaitosten tuhkatuotteet sekä eri teollisuushaarojen kuonatuotteet ja mineraalijätteet. Muitakin jätteitä ja ylijäämämaita voidaan käyttää vähemmän vaativissa maanrakennustöissä kuten meluvalleissa ja viherrakentamisessa.
Kirjallisuutta
Aaltonen V.T. et al. 1949. Maaperäsanaston ja maalajien luokituksen tarkis-tus v. 1949. Maataloustieteellinen aikakausikirja 21, 1949, s. 34-51.
Aartolahti, T. 1977. Suomen geomorfologia. Helsingin yliopiston maantieteen laitoksen opetusmonisteita nro 12.
Breilin, O. (toim.). 2000. Tielaitoksen maa-ainesselvitys: Markkina-aluearviot maa-ainesten esiintymisestä ja käyttöön saatavuudesta. Geologian tutki-muskeskuksen tutkimusraportti.
Eronen, M. 1990. 2.313 Rantapintadiagrammit. Vihko 124. Suomen kartasto.
Gardemeister, R. et al. 1976. Rakennusgeologisen kallioluokituksen sovel-taminen. VTT:n Geotekniikan laboratorio, tiedonanto 25. Espoo 1976.
Geologian tutkimuskeskus. 1973. Sora-arvioinnin opas. Maaperäosaston soravarojen arviointiryhmän monisteluonteinen opas. Otaniemi 1974.
Härmä, P. 1998. Hämeen rakennuskiviesiintymien etsintäkartoitus. Hämeen liitto. Julkaisu 43.
Kauranne, L.K. et al. 1979. Rakennusgeologia II 304. Espoo 1979.
Karhunen, P. (toim.) 1994. Malminetsijän kiviopas. Geologian tutkimuskes-kuksen opas 38. Espoo 1994.
Korhonen, K.-H. et al. 1974. Rakennusalan kallioluokitus. VTT, Geotekniikan laboratorio, tiedonanto 12. Espoo 1974.
Koskinen, P.1990. Sora- ja kallioalueiden hintatutkimus Uudellamaalla 1986-1990. Teknillisen korkeakoulun maanmittaustekniikan laitoksella tehty erikoistyö. Helsinki 1990.
Kujansuu, R. & Niemelä, J. 1990. 1. Maaperämuodostumat. Vihko 124. Suomen kartasto.
Laitakari, I. & Matisto, A. 1974. Kallioperäkartoitus. Geologian tutkimuskes-kus, Opas 5. Otaniemi 1974.
Lehtinen, M. et al. (toim.).1998. 3000 vuosimiljoonaa; Suomen kallioperä. Jyväskylä 1998.
Niemelä, J. (toim.) 1979. Suomen sora- ja hiekkavarojen arviointiprojekti 1971-78. GTK:n tutkimusraportti no. 42. Espoo 1979.
Niini, H. 1992. Geologia, tekniikka ja yhteiskunta. Jatkokoulutusjulkaisu TKK-IGE B18. Espoo 1992.
Niini, H. & Ärmänen, E. 2000. Kallion insinöörigeologinen luokittelu. Geologi 9-10/2000, ss. 209-215.
PANK ry. 2000. Asfalttinormit 2000. Päällystealan neuvottelukunnan julkai-su.
Rahkila, P. 2000. On handling of geological problems in connection with statutory survey transactions. Maanmittauslaitoksen julkaisu nro 91.
Rantamäki, M. et al. 1982. Geotekniikka 464. Espoo 1982.
Ratahallintokeskus. 2000. Rautatien maarakennustöiden yleinen työselitys ja laatuvaatimukset. Yleinen osa. Ratahallintokeskuksen julkaisu D7. Helsinki 2000.
Ratia, A. 1996. Lohkareesta emäkallioon – jäätiköstä maaperäksi. Jyväskylä 1996.
Saari, I. & Väänänen, J. Soranottoalueiden hinta kiinteistökaupoissa. Valtion Teknillisen Tutkimuskeskuksen tiedote nro 531. Espoo 1986.
Seppälä, M. 1986. 2.2 Kivilajit ja pinnanmuodot. Vihko 122. Suomen kartas-to.
Soveri, U. & Kauranne L.K. 1975. Rakennusgeologia I. TKY:n moniste 272. Espoo.
Suomen Betoniyhdistys. 1996. Betonin kiviainekset; By 43. Lahti 1996.
Suomen Kiinteistöarviointiyhdistys. 1991. Kiinteistöjen arviointi-käsikirja. Hämeenlinna 1991.
Söderholm, B. ja Mononen S. (toim.). 1995. Rakennuskivet ja niiden hyö-dyntäminen. TKK-IGE B19. Espoo 1995
Tielaitos. 1999. Murskaustyöt. Helsinki 1999. alk.tiehallinto.fi/thohje/pdf2/3700_arvonmuutosperusteet.pdf
Tielaitos. 1991. Kallion laatututkimukset tiensuunnittelutöissä, TIEL 2180001. Helsinki 1991.
Voutilainen, L & Hurstinen, J. 2000. Geosanasto ja muita uusia geologisen tiedon Internet-lähteitä. Geologi 8/2000, ss. 183-187.
VR.1995. Raidesepelin laatuvaatimukset.
Ympäristöministeriö. Alueidenkäytön osasto. 2001. Maa-ainesten ottaminen ja ottamisalueiden jälkihoito. Ympäristöopas 85. Helsinki 2001.