Får tilbake formen etter jordskjelv

Av: Eirik Iveland | Publisert: 15. May 2017 | Kategori: Vei

Får tilbake formen etter jordskjelv

Motorveiavkjøringen blir jordskjelvsikret med minnemetall og fleksibel betongkompositt. Illustrasjon: WSDOT

Minnemetall og bøyelig betong tar veikonstruksjoner tilbake til sin opprinnelige form etter jordskjelv. I april åpnet pilotprosjektet, som er en avkjøringsrampe fra highway SR 99 i Seattle.

Ved å kombinere metallstenger som husker og bøybar betongkompositt, tar en ny SR99 avkjøringsrampe form i Seattle. Det blir den første broen i verden som er bygget for å svinge med sterke jordskjelv – og for å kommer tilbake til sin opprinnelige form.

Pilotprosjekt

Piloten er et resultat av en studie finansiert av Washington Department of Transportation (WSDOT), gjennom et stipend fra Federal Highway Administration (FHWA) sitt program på innovativ broforskning og distribusjon (IBRD).

– Potensielt er dette et gigantisk steg fremover, sa Tom Baker, bro- og strukturingeniør i WSDOT i en pressemelding.

Moderne broer er utformet for ikke å kollapse under et jordskjelv, men denne nye teknologien tar brokonstruksjon et skritt videre. I jordskjelvtester i Earthquake Engineering Lab ved University of Nevada, Reno – et av de fremste jordskjelv-laboratoriene i USA – har bropilarer med minnelagrende nikkel/titan-stenger og bøybar betongkompositt vist seg mer fleksible. Pilarene kunne gjenoppta sin opprinnelige form etter et jordskjelv med en magnitude så høy som 7,5 på Richters skala. Etter 15 års forskning er dette pilotprosjektet den første virkelige testen.

WSDOTs ingeniører og forskere planlegger å overvåke prosjektet tett for å se hvordan konstruksjonen oppfører seg under daglig slitasje.

– Vi tester denne banebrytende teknologien i et virkelig levende laboratorium nå. Vi vil undersøke påvirkningen av tunge trafikkvolum, regn, frost og opptiningssykluser og så vurdere hva vi skal gjøre videre, sier Baker.

Avansert materialteknologi

Minnelagrende barrer, kalt form-metall-legeringer og bøybare betongkompositter er ikke nye materialer. Imidlertid kan kombinasjonen av de to materialene gjøre at broen kan komme tilbake til sin opprinnelige loddrette posisjon etter et jordskjelv.

Minnemetallet er laget av en kombinasjon av nikkel og titan, men kan også være kobberbasert. Metallet brukes i blant annet biler, roboter og romfart. Det støpes til stolper og erstatter noe av den tradisjonelle armeringen i broen.

Vei - Den jordskjelvsikrede motorveiavkjøringen tar form. Foto: WSDOT

Den jordskjelvsikrede motorveiavkjøringen tar form. Foto: WSDOT

Den bøyelige betongen bindes av polymerfibre som skal hindre at betongen sprekker under et jordskjelv. Konstruksjonen tar opp energien som tilføres under selve skjelvet. Nå vil betongen bevege seg med de minnelagrende stengene i pilaren, og armeringen vil tvinge konstruksjonen tilbake til utgangsposisjonen.

– Vi designer for å unngå kollaps, men i fremtiden vil vi kunne designe for null-skade og å kunne holde broer åpne for utrykningskjøretøy, handel og publikum også etter et sterkt skjelv, sier Baker.

Norske veier sikres

Den fremtidige nordgående avkjøringsrampen fra SR 99 til South Dearborn Street ble valgt dels fordi det er en liten bro. Form-metall-legering og sement kompositt erstatter bare en liten del av det vanlige stålet i broen, noe som holder totalkostnadene på et fornuftig nivå.

Også her hjemme dimensjoneres veier og bruer for å tåle jordskjelv. Fra 2010 er Norge forpliktet til å følge europeisk standard (Nasjonalt tillegg til NS-EN 1998-1, Eurokode 8), i tillegg til egne standarder.

– Når vi fastlegger dimensjonering av veier og bruer, så er det viktig at hovedveiene inn og ut av de største byene holdes åpne – også om det inntreffer naturskader, sier seksjonssjef Bjørn Ivar Isaksen i Vegdirektoratet.

De spesialiserte materialene er opptil 90 ganger dyrere enn standard stål og betong. Det er ikke ventet stor omsetning i Norge.

– Vi ligger i et område som ikke er spesielt seismisk aktivt, men det er noe av den samme problemstillingen. Den nye løsningen koster litt, men det er en begrenset mengde som skal til for å opprettholde infrastrukturen i kritiske situasjoner. Og da blir det kanskje regningssvarende å holde veiene åpne for transport, sier Isaksen.

– Og broene må beholde sin integritet, det vil si de må fortsatt ha den samme bæreevnen etter et jordskjelv, sier han.

Lite fokus på jordskjelv

Det at jordskjelv ikke opptrer ofte i Norge, betyr ikke at det ikke kan skje. Noen lurer allikevel på om er verdt å bruke penger på jordskjelvsikring.

– Det koster ikke så mye mer å dimensjonere veiene for jordskjelvlaster, sier Dominik H. Lang, avd. leder Jordskjelvrisiko i Stiftelsen Norsar.

– Et skjelv med magnitude 5,5 nær overflaten kan ødelegge ganske mye. Også mindre skjelv kan ha vidtrekkende følger. Det blir umiddelbart litt skade på bygninger og veikonstruksjoner, men det kan ta lang tid før transport går som normalt, og før man kan sette i gang produksjonen. Det kan gi betydelige økonomiske tap, sier Lang.

Lang mener folk generelt har lavt bevissthetsnivå når det gjelder risikoen tilknyttet jordskjelv.

– Folk er mer opptatt av ras og flom fordi det skjer oftere. Men jordskjelv opptrer plutselig, og du kan ikke forutsi hvor eller når. Ved andre naturødeleggelser som ved vulkanutbrudd, flom eller ras vil man får et forvarsel.

Hvert år deltar 30 – 50 ingeniører på Norsar sine kurs om jordskjelvsikring. Selv med få jordskjelv vil kompetansen komme til faglig nytte.

– Når ingeniørene har forstått hvilke dynamiske laster som oppstår under et jordskjelv, da har de også fått full forståelse for bevegelser i bygninger og andre konstruksjoner. Det er verdifullt, sier Lang.