– Unngå byggskader med riktig utnyttelse av skifer

FAGARTIKKEL: SINTEF erfarer at det stadig reises spørsmål rundt valg av type naturstein, formater og tykkelser, i tillegg til oppbygging og utforming av natursteinsdekkene.

Av Lisbeth Alnæs, SINTEF Community

Det kan være store kostnader forbundet med skader og reparasjoner på natursteinsdekker. Samtidig erfarer vi at det finnes mange gode brukseksempler. Slik erfaring er nyttig å sammenfatte i gode anbefalinger.  I Byggforskserien ønsker vi å samle beste praksis for utforming og oppbygging av utendørs dekker med skifer og andre typer naturstein.

Den norske berggrunnen tilbyr flere forskjellige skifertyper egnet for utendørs dekker. I hovedsak gjelder det glimmerskifer, fyllitt og kvartsskifer. Glimmerskifer fra Jondal i Hardanger har vært drevet helt siden middelalderen, og i Bergen kan man fortsatt gå på fortausheller av denne skiferen lagt på 1800- og 1900-tallet. Det eldste skifergulvet vi kjenner til er fra 1000-tallet. Det er av kvartsskifer og finnes på Munkholmen utenfor Trondheim.

Fyllitt, glimmerskifer og kvartsskifer har sitt opphav i sand, silt og leire som senere har blitt omdannet, og der det er utviklet rytmiske sjikt av glimmer og andre mineraler som skiferen kan spaltes til plater langs.  Type utgangsmateriale samt temperatur- og trykkpåkjenninger under omdanningen er bestemmende for utseende og egenskaper. Graden av kløvdannelse i skiferen avhenger av graden av deformasjon den har vært utsatt for, og vil kunne gi variasjon i hvilke tykkelsessorteringer som skiferen typisk produseres i.

De metamorfe skifrene har alle god slitasjemotstand, og skifer med naturplan kan normalt betraktes som sklisikker. Dersom det dannes is i overflaten, er det imidlertid en mulighet for at selv skifer med naturplan kan føles glatt. Varme og/eller salting kan avhjelpe dette. Kvartsskifer er estetisk robust med naturlige fargevariasjoner (gråtoner) og uten risiko for fargeendring over tid, også ved salting. Mørk fyllittskifer kan erfaringsmessig lysne over tid. Det er viktig at platedekker tåler den lasten de blir utsatt for, uten å knekke. Denne styrken uttrykkes gjennom bøyestrekkfastheten til steinen. Sammenliknet med mange andre typer naturstein har skifer generelt høy bøyestrekkfasthet, og kan være opp til fire ganger sterkere enn granitt. 

For skifer er normalproduksjonen standard bredder i fallende lengder. Maks. lengde er typisk ca. 1,2 m3. Platens lengde-/breddeforhold anbefales generelt ikke å overstige 2 m (4). Brede og lange heller stiller store krav til underlagets jevnhet, og lange og smale heller har dårligere motstand mot knekking enn korte og mer kvadratiske. I senere år er rektangulære og kvadratiske skiferheller i ulike formater mye anvendt. For arealer med stor biltrafikk anbefales generelt en platetykkelse på 6-8 cm.

I det regionale forskningsprosjektet SkiferSolid (5), der Altaskiferen (kvartsskifer) studeres, er det etablert diagrammer som kan brukes for å finne sammenhenger mellom platetykkelser, plandimensjoner og lastpåkjenning for Altaskifer og der det også tas hensyn til hvilket underlag som er aktuelt. Disse diagrammene refereres foreløpig til en teoretisk situasjon der platene er fritt opplagret langs to sidekanter og utsettes for en linjelast midt på platens overside.

Dette er en «ekstrem» situasjon; i praksis vil platene ha understøttelse både ved en dynamisk og en stiv oppbygging. Analyser som er utført i prosjektet viser at et reelt natursteindekke med reell bruksdimensjon og fast underlag har en langt høyere bruddlast enn det som vises i diagrammene. Dette indikerer mulighet for å variere både formater og tykkelser, avhengig av grunnforhold, belastningssituasjon og ønsket uttrykk.

Graf: Sammenheng mellom (teoretisk) brukslast og platetykkelser for Altaskifer og to «vilkårlige» granitter, basert på deres bøyestrekkfasthet. Eksempelet er for plateformat 300mmx 800 mm (som bl.a. anvendt ved Torvet i Trondheim). Det er lagt inn en material-/sikkerhetsfaktor etter NS EN 1341 (satt her til 1,8). Svart, gul og grønn stiplet linje viser dimensjonerende last ut fra typisk bruk i henhold til NS EN 1341.

Selv om skifer er et velegnet materiale til utendørs dekker, så erfares skader. For alle typer naturstein kan det forekomme brekkasjer og knuste plater, noe som typisk skjer som følge av for dårlig oppbygging av dekket ut fra rådende grunnforhold og/eller bruksbelastning. For skifer kan man også oppleve utfordringer med heft, og at kløven i enkeltplater kan åpne seg over tid.

Når det gjelder skifer, foreligger det en viss risiko for delvis eller hel åpning av kløvplan over tid som følge fukt- og temperaturpåkjenninger. Dette skyldes at skifer har lav heftfasthet i selve kløvplanet, og i en tykk skiferplate vil det naturlig være kløvplan til stede som skiferen kan spaltes etter over tid.  SINTEF har registrert dette i en viss grad både for fyllitt og kvartsskifer, men har ikke erfaring med at det er et utbredt problem.

Erfaringsmessig kan skifer oppleves utfordrende med tanke på heft mot underlag i en stiv oppbygging der plater settes i mørtel eller limes. Metamorf skifer har høy stivhet (E-modul) i forhold til mange andre typer naturstein, og er stivere i retning parallelt enn normalt på kløvplanet. I tillegg er kløvplanet dominert av «glatt» glimmer, som påvirker heftegenskapene. Det kan forventes at plater vil løsne fra bundet underlag over tid, pga. temperaturbevegelser og fuktpåkjenning. Dette stiller store krav til fugeløsning pga. relativ bevegelse mellom steinene, og krav til å unngå stående fukt i konstruksjonen. Undersider med freste spor kan virke gunstig med tanke på økt heft. 

Tradisjonelt har skiferdekker vært montert på to prinsipielt ulike måter, enten i ubunden løsning; skiferplater monteres i og fuges med løsmasser, typisk på pukkfundament, eller i bunden løsning; skiferplater settes i jordfuktig betong og fuges med betong, typisk på betongplate eller på pukkunderlag. Bruk av drensasfalt og også drensbetong har økt de senere årene. SINTEF erfarer at det til en viss grad varierer hvilken oppbygging som dominerer i ulike deler av landet.

I Bergen er det for flere anlegg benyttet en oppbygging med forsterknings-/bærelag av knuste masser under en støpt uarmert betongplate, og med skifer satt i knust stein og fuget med betongfuge. Det ligger mer enn 10.000 kvm med skifer i Bergen utført de siste 10 årene med denne oppbyggingen. Plateformat: rektangulære skiferheller i ulike formater og med tykkelse opp til 6-7 cm.

I forkant av utbyggingen av Torvet i Trondheim, samarbeidet SINTEF med blant annet Trondheim kommune om etablering og oppfølging av et testfelt med seks varianter av kvartsskifer på Nyhavna. Testfeltet ble vurdert som et viktig element for å fremskaffe beslutningsgrunnlag for valg av den samlet sett beste løsningen for oppbygging av planlagt natursteinsdekke på Torvet. Hovedkonklusjonen fra dette arbeidet var at planlagt hoveddekke bør ha en permeabel oppbygging, dvs. et drenerende bærelag med drensbetong under et drenerende settelag for stein.

Torvet i Trondheim vant Landskapsarkitekturprisen i 2020, med Trondheim kommune som byggherre og Agraff arkitektur som landskapsarkitekt. Denne storstua har i dag et natursteinsdekke på over 10.000 kvm, med i all hovedsak bruk av norsk skifer.

For skiferdekkene er det valgt flere ulike oppbygginger:

• På den sentrale torgplata er det anvendt bundet, permeabelt dekke med skifer satt i og fuget med permeabel betong, over en armert betongplate. Plateformat (cm): 60×60 kalibrert t=6.
• I sidegatene er det anvendt bundet, permeabelt dekke med skifer satt i og fuget med permeabel betong, over et bærelag med drensasfalt. Plateformat (cm): b=50, fallende lengder, t=6-8.
• I kantsoner og på fortau er det valgt en ubunden løsning med skifer satt i fk 0-8mm og fuget med maskinsand 0-4mm og med bærelag av drensasfalt. Plateformat (cm): b=30/40, fallende lengder, t=6-8.

I prosjektet SkiferSolid ble det høsten 2020 etablert et testfelt i Alta. Ti delfelt med varierende plateformat/-tykkelse, bærelag, settelag og fugeutforming skal følges opp og eksponeres i prosjektperioden. Målet med arbeidet er å komme frem til konkrete anbefalinger til hvordan man best kan utnytte Altaskiferens unike styrkeegenskaper til å oppnå solide skiferdekker som hverken er over- eller underdimensjonert, og som gir gode helhetsløsninger som både hensyntar ressurseffektivitet, miljø, økonomi og fleksibilitet ut fra prosjektspesifikke behov.

Det er et mål at prosjektresultatene skal bidra til at utbyggere opplever trygghet ved valg av norsk skifer. Prosjektresultatene vil også være til nytte med tanke på oppdateringer og nye anvisninger i Byggforskserien.