Har forsket på fundamentering av broer på store dyp

I Ferjefri E39-prosjektet vurderes ulike former for bruer, deriblant flytende bruer som kun er endeforankret eller både endeforankret og sideforankret.

– Riktig fundamentering er svært viktig for at bruene skal være trygge i hele levetiden, i tillegg kan kostnader knyttet til fundamentering utgjøre en stor andel av den totale prisen på en bru. Kunnskap om kritiske fundamenteringselementer og gode beregningsmodeller er derfor viktig for å gjøre nøyaktige beregninger når brua skal prosjekteres forklarer Tistel.

– Mitt arbeid kan deles inn i to hovedtemaer der det første temaet omhandler syklisk belastede berganker. Her har vi kjørt laboratorieforsøk ved NTNU og utviklet en beregningsmodell der vi kan legge inn en lasthistorie som spenner over levetiden til bergankeret. Modellen kan da beregne hvilken kapasitet vi står igjen med etter at lasthistorien er satt på. Det andre hovedtemaet handler om samvirket mellom jord og struktur, der vi har laget en såkalt «makro modell» som beregner fundamentets ikke-lineære oppførsel. Denne modellen er videre validert med modellskalaforsøk ved geoteknisk laboratorium ved NTNU, utdyper Tistel.

Hvordan forankre en flytende bru?

Joar Tistel forteller:

Selv om oppgaven min handler om fundamentering av bunnfaste strukturer kan modellene også brukes for generelle forankringer. Noen av konseptene som har blitt evaluert i forbindelse med E39 inkluderer for eksempel flytebruer eller flytende rørbruer (SFTB). Disse bruene er avhengige av forankringer, enten ved landkarene eller langs broens akse. Berganker, eller anker som kombinerer bruk av berganker kan da være en alternativ forankring av fortøyningslinene. Sykliske laster av varierende art vil forekomme gjennom broens levetid. Vi har forberedt en modell som kan regne på dette.

Tistel understreker for øvrig at modellen er kalibrert til småskala berganker, og at mer testing og kalibrering må utføres før modellen kan benyttes på de dimensjonene det kan være aktuelt å bruke som forankringer for en flytebro.

– Vi har testet cirka 50 berganker på laboratoriet for å undersøke hva som skjer når vi setter på sykliske laster. I dette arbeidet har han også hatt god hjelp fra masterstudenter ved faggruppe for geoteknikk ved NTNU, sier han.

Tistel forklarer også at beregningsmodellen for syklisk belastede fjellanker kan benyttes innen flere områder der berganker blir benyttet, dette kan eksempelvis være forankring av vindturbiner på land eller til havs, forankringer av oppdrettsanlegg, tårn og master etc.

Jord- struktur samvirke

– For tilfeller der vi har fundamenter på løsmasse så har vi utviklet en beregningsmodell som skal forenkle prosjekteringen i de tilfellene der ikke-lineær oppførsel er av betydning. Slike analyser blir ofte utført med element-metode-analyser som til tider kan være ganske «tunge» med mange elementer. Vår modell med ett «makro element» er betydelig raskere å kjøre. Dersom en skal gjøre mange analyser på samme struktur så vil en få en gevinst med å bruke en slik modell, forklarer Tistel.

– Vind, bølger, strøm, trafikk etc. utsetter konstruksjonen for belastninger som føres ned til fundamentet. Fundamentet må videreføre lastene ned til grunnen. Tistel forklarer at modellen beregner fundamentets respons (deformasjoner) som et resultat av de påsatte lastene. Vi kan dermed beregne hvor store fundamenter brua må ha for å stå imot lastene. Videre forklarer Tistel at modellen er validert med laboratorieforsøk på et modellskala-fundament.

Denne metoden (makro modeller) var først utviklet innen offshore-energibransjen, og kan også benyttes for bro-fundamenter, forankringer på flytebroer, eller fundamenter generelt, avslutter han.

Joar Tistel har oppnådd doktorgraden ved Norges teknisk-naturvitenskapelige Universitet (NTNU) Institutt for bygg og miljøteknikk med avhandlingen "Bridge Foundations at Large Water Depths".