Vegvesenet vil videreutvikle beregningsmetodene for brubygging

Vegvesenet har inngått et forskningssamarbeid med NTNU, som har landets fremste ekspertise på beregning av islaster. Mer kunnskap om hvordan is påvirker bruer kan vise seg å gi lavere kostnader og lavere klimautslipp fra brukonstruksjoner.

Håndbok N400 Bruprosjektering er «Bibelen» for alle i Norge som jobber med brukonstruksjon. Målet er å bygge robuste konstruksjoner. N400 gir et enkelt formelverk for å estimere is-krefter på bruer.

I håndboka gis det en mulighet for å gjøre lokale vurderinger, men håndboka sier ingenting om hvordan disse kan gjøres. Uten kunnskap om lokale forhold må lastene baseres på konservative antagelser for å sikre brua 100 års levetid. Dette kan gi unødvendig dyre konstruksjoner, og Statens vegvesen ved Ferjefri E39 har derfor satt i gang et samarbeid med NTNU for å få mer kunnskap om is og hvordan denne påvirkes av lokale forhold.

Lokale forhold er mer enn istykkelse

- Formelverket tar i liten grad hensyn til isens mekaniske egenskaper. For eksempel skilles det ikke mellom ferskvannsis og sjøis. I dag er det kun formelen for beregning av selve istykkelsen som tar hensyn til lokale forhold. Med dagens formelverk vil last fra drivende is gi de største lastene, ettersom beregningen av denne lasten forutsetter at isen vil knuse i kontakt med konstruksjonen. Andre mekanismer vil kunne redusere lasten. Håndboka gir i dag ingen veiledning for å vurdere om de ytre kreftene som virker på isen er tilstrekkelig til at isen vil knuse i møte med konstruksjonen. Dette er et område vi trenger mer kunnskap om, og bedre beregningsmetoder for, sier Tore Askeland, prosjektleder for Ferjefri E39.

Askeland utdyper hvorfor det trengs mer kunnskap om lokale forhold:

- I håndbok N400 gis det en mulighet for å gjøre lokale vurderinger, men N400 sier ingenting om hvordan disse kan gjøres. Temperaturen og saltinnholdet i isen vil påvirke knusningsegenskapene. Vi har også erfart at beregning av islast gjøres sent i prosjekteringen slik at man har begrensede muligheter til å gjøre lokale vurderinger og målinger. Mer kunnskap, og tidligere vurderinger i prosjektet kan sannsynligvis åpne for at vi kan redusere islasten på bruer, spesielt langs kysten. Dersom lastene kan reduseres kan kostnadene på brukonstruksjonene bli lavere på grunn av mindre mengder, noe som også medfører lavere klimautslipp. Uten kunnskap om lokale forhold må lastene baseres på konservative antagelser.

Samarbeider med NTNU

Ved å supplere formelverket i N400 med en veileder kan det bidra til at brukeren får en bedre forståelse av is og iskrefter. En slik veileder finnes i dag ikke for norske forhold.

- Med en bedre beregningsmodell kan vi planlegge og beregne islaster mer presist i en tidligere fase, og dermed planlegge og bygge en bru som skal tåle de lokale islastene, fastslår Askeland.

NTNU er ett av verdens ledende forskningsmiljøer på isforhold, ismekanikk og iskrefter. NTNU har derfor kompetansen som trengs for å gjennomføre relevant forskning som kan bidra til et formelverk som er bedre tilpasset norske forhold i et skiftende klima. Vegvesenet har nå inngått en avtale med Institutt for bygg- og miljøteknikk om å bidra til mer kunnskap, og en veileder om temaet islaster.

Skal bruke bru i Ramfjord som forskningscase

For å få en bedre forståelse av hvordan man går frem for å vurdere om isknusing er en aktuell bruddmekanisme skal Vegvesenet i samarbeid med NTNU bruke brua som Vegvesenet for tiden detaljprosjekterer over Ramfjorden sør for Tromsø som case.

Til dette arbeidet trengs meteorologiske data man allerede har om vind, strøm, lufttemperatur, snømengde og is-frekvens (hvilke måneder ligger isen i fjorden). Følgende oppgaver skal utføres:

• Estimere 100-års forhold og regne ut 100-års last.
• Lage et program som bruker «Monte-Carlo»-simuleringer og regner ut 100 års islast. Her trenger man statistiske fordelinger og korrelasjoner av input parameterne.
• Skrive et faglig grunnlag og skisse for nye retningslinjer.
• Simulere isvekst inkludert is-temperatur og snø-is. Dette er vesentlig for å kunne kvantifisere når isen er sterk og når styrken er vesentlig lavere. Varm is er svakere og mer duktil enn kald is.

- Resultatene fra dette arbeidet blir et verdifullt grunnlag i å utvikle et tillegg til håndbok N400, det ser vi frem til, sier Askeland.