IDÉ: Det er sivilingeniørene Jan Soldal og Kjell Arne Møklebust fra Akvator og arkitekt Svein Kolbein Halleraker fra Link som har utviklet og presentert ideen om en flytebro over Bjørnafjorden. (Bilde: Illustrasjon)

Denne broen kan bevege seg 600 meter

Tenk deg en bro som flytter seg opp til 600 meter sideveis. Det kan bli løsningen som gjør at industri og beboere på Stord slipper ferje.

  • Bygg

Alternativer:

  • Strekningen over Bjørnafjorden, fra Halhjem til nordspissen av Rekstern, gir den korteste traseen for E39 som skal gjøres fri for ferjer mellom Kristiansand og Trondheim.
  • En indre trasé vil gi enklere fjordkrysninger, men veien blir nærmere 20 kilometer forlenget.
  • Fra Austevoll kommune er det kommet innspill om en ytre trasé over Austevoll.
  • Krysning av Bjørnafjorden kan skje med en undersjøisk tunnel. På grunn av de store dypene, til dels mer enn 500 meter, blir denne svært lang og det blir vanskelig å få tilstrekkelig lav stigningsgrad opp og ned.
  • Det kan lages en undersjøisk rørbru, det blir dyrt.
  • Det kan lages en tradisjonell hengebro, men på grunn av dybden blir fundamentering komplisert og kostbar.
  • Det kan lages en flytebro som ikke beveger seg sideveis, men det krever forankring i hvert ledd. Det blir en omfattende og kostbar jobb.

Flytebroer i Norge:

  • Nordhordlandsbrua er verdens lengste flytebro uten sideforankring. Den går over Salhusfjorden/Osterfjorden og forbinder Flatøy i Meland kommune med fastlandet ved Hordvik nord for sentrum i Bergen kommune.
    Den ble åpnet i 1994 og er Norges nest lengste bro.
    Over skipsleia er den en skråkabelbro, mens resten av anlegget er en flytebro på 1 243 meter, totallengden er 1614 meter.
  • Bergsøysundbrua er en flytebro som krysser Bergsøysundet mellom Aspøya og Bergsøya i Møre og Romsdal.
    Den ble åpnet i 1992 og er en del av «Krifast» – fastlandsforbindelsen til Kristiansund.
    Brua er i dag en del av riksvei 70 og E39. Broen er utstyrt med konstant instrumentering bl.a. for registrering av lekkasje i pongtongene, bølgetilstand, tidevann og broens bevegelser. Målingene overføres direkte til en overvåkingssentral.
    Riksantikvaren fredet brua i 2008.


POT-lager:

POT-lager kalles ofte brolager. Mange norske broer er utstyrt med slike for å sikre elastisk forbindelse til søyler og landkar, ta opp temperaturbevegelser og annet.

Markedssjef Stig Solbjør i Spennteknikk bekrefter at POT-lagre kan benyttes i en kjedet flytebro, både i hjørnene som Akvator beskriver og også som hovedforbindelse mellom modulene, da satt på tvers.

– Vi har produsert dem på Kongsvinger siden 1974 og de brukes både i brokonstruksjoner og i offshoresammenheng. Nordhordalandsbrua er utstyrt med POT-lagre.

Et POT-lager består av en gummimatte plassert i en stålring, eller POT. På gummimatten presser et stempel ned. Trykket gjør gummimatten plastisk, og nødvendig bevegelighet eller elastisitet er sikret.

Solbjør forteller at de kan ta laster opp til 50 000 kN og de kan ta bevegelser opp til 50 meter. Begrensningen er rotasjonen, som er maksimalt 30 ‰

– Et alternativ er sfæriske lagre, de kan ta større rotasjon. men er mye dyrere enn POT-lagre, sier Solbjør.

STORD: Statens vegvesen har fått et nytt brokonsept presentert. Det er en kjedet flytebro uten forankring til havbunnen.

300 meter hver vei

Broen er foreslått som forbindelse over Bjørnafjorden mellom Halhjem og Stord. Strekningen er fem kilometer.

Fra midtlinjen kan broen bue ut 300 meter i hver retning. Så vidt vites er et lignende brokonsept aldri før bygget for permanent drift.

Har tro på flytebro

– Dette er interessant, og vi kommer til å be om ytterligere møter for å se nærmere på dette, sier Olav Ellevset. Han er prosjektleder i Statens vegvesen for ferjefri E39 mellom Kristiansand og Trondheim. Der ligger det en mengde utfordringer i kryssingen av fjord og fjell. Bjørnafjorden er blant de større utfordringene både på grunn av lengden og store dyp.

Også Svein Erik Jakobsen, direktør for broavdelingen hos Aas-Jakobsen, et av Norges ledene selskaper på broprosjektering, har tro på flytebro.

– At flytebro kan være den riktige løsningen, det har jeg tror på. Men i et forprosjekt må det være flere alternative løsninger som blir vurdert, sier Jakobsen.

Det er sivilingeniørene Jan Soldal og Kjell Arne Møklebust fra Akvator og arkitekt Svein Kolbein Halleraker fra Link, alle tre med Stord som utgangspunkt, som har utviklet og presentert ideen.

Flytebro, Bjørnafjorden, E39
SIDEVEIS: Det nye brokonseptet er kun forankret på landsidene. Skissen illustrerer hvordan vind og strøm kan flytte broen 300 meter hver vei fra senterlinjen. Illustrasjon

Kjedet løsning

– Akvator ble koblet inn av Halleraker som ønsket en vurdering den korteste veitrasen til Bergen, som er over Bjørnefjorden. Etter en vurdering av ulike konsept og metoder, kom vi opp med denne kjedete flytebroen, sier Jan Soldal.

- Vi kom raskt frem til at det ikke går med en stiv konstruksjon som er fem kilometer lang, sier sivilingeniør Jan Soldal.
– Akvator ble koblet inn av Halleraker som ønsket en vurdering den korteste veitrasen til Bergen, som er over Bjørnefjorden. Etter en vurdering av ulike konsept og metoder, kom vi opp med denne kjedete flytebroen, sier Jan Soldal. Sivilingeniør Jan Soldal. Joachim Seehusen

Soldal og Akvator har erfaring fra prosjektering av mindre betongbroer, men ingen brokonstruksjoner av stort omfang. Soldal har derimot erfaring med metoder og konstruksjon for løfting, transport og sammenkoblinger av store offshorekonstruksjoner etter flere år hos Aker Stord.

– Vi kom raskt frem til at det ikke går med en stiv konstruksjon som er fem kilometer lang. Derfor valgte vi å se på en leddet konstruksjon for å begrense bøyemomentet på tvers av broen. Hvert ledd blir da et moment-nullpunkt. Vi kan da enten fortøye hvert enkelt leddpunkt, eller la broen drive sideveis til akseptabelt sideutsving med en gitt oppspenning, sier Soldal.

– Jo lenger vi lar broen svinge ut, jo mindre blir aksialkraften som holder den på plass.

Les også: Hva med en vindturbinbro?

Moduler

Soldal ser for seg en løsning med prefabrikkerte moduler i 150–200 meters lengde. Disse modulene er brokasser utstyrt med pontonger i hver ende. Mellom disse legges så lenker uten pontonger, altså kun en brokasse, med samme lengde.

– Broelementene og lenkene kan nærmest ferdigstilles på byggeplassene. Broelementene kan slepes på egne pontonger til montering. Lenkene kan transporteres på lektere, som enkelt "flytes" på plass.

Koblingen mellom de ulike elementene er enkel, og kan gjøres med hurtigkoblinger. Lenkene hviler i hver ende på to POT-lager med glidelager av teflon, lagt på en avsats i enden broelementet. I senterlinjen mellom de to elementene legges så inn en leddkobling som kan overføre aksialkraften av oppspenningen av broen.

Flytebro, Bjørnafjorden, E39
KJEDET: Akvator ser for seg en kjedet konstruksjon der hvert annet element er en komplett modul med pongtonger, og de øvrige elementene er brokasser som legges på og festes med for eksempel POT-lagre. Illustrasjon

Gummi og stål

– Gummi og stål er en ypperlig kombinasjon. Under høye trykk blir gummien plastisk, og tillater små nødvendige bevegelser nesten uten friksjon. Slike lagre og koblinger kan konstrueres for å ta svært store krefter.

Soldal understreker at det han har levert er en grov skisse til hvordan det kan gjøres.

– Om dette konseptet faktisk blir valgt så må det nok konstrueres en egnet universalkobling, kanskje et sfærisk lager, som overfører stekkreftene mellom broelementene. Både kreftene og bevegelsene er kjent, det vil være en grei jobb å konstruere et slikt lager. Det er ikke snakk om omfattende kostbar nyutvikling.

For krysningen av Bjørnafjorden vil bevegelsen sideveis mellom de enkelte modulene være begrenset til maksimalt halvannen grader, i vertikalbevegelsene blir betydelig mindre.

Les også: 20 000 nye broer hvert år

Ingen bølgeproblemer

Bjørnafjorden ligger skjermet mot Atlanterhavet og ifølge Soldal er bølgehøyden begrenset til maksimalt tre meter når det blåser som verst. Det skaper ingen problemer overhodet, ifølge sivilingeniøren.

Han ser for seg at pongtongene er støpt i betong og at de måler omtrent 55x18 meter, og med høyde 9 meter, og dypgang ca. 7 meter.

– Vertikalbevegelser av bølgene vil ikke bli noe problem på grunn den store egenperioden til pongtongene og dypgangen. Bølger på langs av broen kan kanskje gi litt "slamming", men pongtongene vil her gi en viss skyggeeffekt for hverandre. Bølger på tvers av broen gir også liten effekt på pongtongene på grunn av lengden og dybden.

I tillegg kan pongtongene eventuelt utstyres med ballastsystem for å kompensere for trim på grunn av strømmer på tvers av broen, også for å unngå "dosering" av veibanen på grunn av sidelaster på broen.

Men Soldal er trygg på at bilistene ikke behøver å frykte ubehagelige bevegelser på en kjøretur over broen. Konstruksjonens tyngde og dimensjoner vil bidra til å dempe bevegelsene. Et grovt anslag tilsier at det går med vel 40 000 tonn stål og 70 000 m³ betong.

1 Glideplate2 Rustfri glideplate3 PTFE-plate4 Piston5 Pot6 Gummielement7 Tetningsring8 Gummipakning9 Forankringsbolt eller dybel10 Bolt11 Transportsikring Flytebro, Bjørnafjorden, E39
TVERRSNITT: 1. Glideplate, 2. Rustfri glideplate, 3. Polytetrafluoretylen-plate (teflon-plate eller PTFE) er et termoplastisk materiale som kjennetegnes ved høy egenvekt, kjemikaliebestandighet og svært lav friksjonskoeffisient. 4. Piston, 5. Pot, 6. Gummielement, 7. Tetningsring, 8. Gummipakning, 9. Forankringsbolt eller dybel, 10. Bolt, 11. Transportsikring. ILLUSTRASJON: Spennteknikk AS. Illustrasjon

Dreieskiver og oppspenning

På hver landside må det lages en påkjøring med dreieskive siden vinkelen på broen endrer seg. Kanskje spektakulært og til og med spennende for noen å måtte kjøre på en vei som flytter seg. Men bevegelsene er uhyre små og langsomme.

– Slike dreieskiver er ikke ny teknologi. Stasjonære produksjonsskip for olje og gass er oppankret gjennom dreieskiver, slik at de ligger med baugen mot bølgene hele tiden. Til denne bruken bør det ikke by på vanskeligheter av noen art, verken ved drift eller vedlikehold, forsikrer Soldal.

Med en tillatt avdrift på 300 meter i hver retning, vil en 5 km bro forlenges med knapt 50 meter i forhold til den rette linjen. Denne lengdevariasjonen kan fanges opp av et teleskopisk broelement eller en sleidekonstruksjon ved det ene landfestet.

Broen må ha en aktiv oppspenning på anslagsvis 1500–2500 tonn, som holder igjen når sidelastene øker. Ved ca. 20 m/s vind og 2200 tonn forspenning, vil broen ha nådd 300 meter sideavdrift. Her stopper broen, og ytterligere vindøkning vil kun øke aksialkraften i broen. Ved 30 m/s er den ca. 5000 tonn.

Les også: Verdens største trebro over Mjøsa

Hindringer

Soldal er overbevist om at en slik kjedet flytebro lar seg konstruere, og at det blir en driftssikker og trygg bro.

– Jeg tror det viktigste som taler imot er at det ikke er gjort før, det er alltid en viss skepsis til nye konstruksjoner. Deretter må vi se på slitasjeforholdene for lagrene og koblingselementene.

Heller ikke Svein Erik Jakobsen er i tvil om at dette lar seg gjøre.

– Vi har så mye ekspertise på marine konstruksjoner i Norge at dette skal vi få til. Det jeg ser som den største utfordringen er drift, vedlikehold og levetid, og ikke minst prisen, sier Jakobsen.

POT Flytebro, Bjørnafjorden, E39
POT-tverrsnitt, bevegelsesretning. Illustrasjon

Les også: Norske rekordbroer

De eldste

I moderne tid finnes det ingen bro slik den Akvator har presentert. Men lignende brokonstruksjoner har lange tradisjoner.

Xerxes pisker Hellespont som avstraffelse etter stormen som ødela de to broenen han hadde latt bygge over stredet.
PISKER: Xerxes pisker Hellespont som avstraffelse etter stormen som ødela de to broene han hadde latt bygge over stredet. KILDE: Wikipedia, fra en bok utgitt i 1909 uten navn nevnt. Wikipedia

– Som midlertidige broer for militær bruk er kjedete broer kjent, den eldste kjente stammer fra 482 f.Kr. og krysset Hellespont nordvest i Tyrkia, forteller Svein Erik Jakobsen, brudirektør hos Aas-Jakobsen.

– Jeg pleier å ta den med når jeg holder forelesninger om brokonstruksjoner, for mange tror at Nordhordalandsbrua er den første flytebroen. Det er den definitivt ikke, slår han fast.

Wikipedia forteller om Hellespont, som i dag kalles Darandellene, at da Xerxes den første av Persia skulle erobre Hellas måtte han ty til en slik bro. Først bygget han to broer over Hellespont for å få over sine fem millioner soldater (Dette er hans egne beskrivelser, sannsynligvis var det under 500 000). Men en storm ødela begge før han hadde fått soldatene over.

Ifølge historikeren Herodotus reagerte Xerxes voldsomt. Etter å ha halshugget de som var ansvarlige for byggingen av broene lot han stredet piske. Etter å ha gitt vannet 300 piskeslag lot han det brennmerke, samtidig som soldatene ropte til vannet. Da han var ferdig med avstraffelsene konsentrerte han seg på nytt om å få sine folk over.

Løsningen ble en kjedet flytebro. Det var ingeniøren Harpalus som fant at ved å legge båtene side om side, med baugen mot strømmen ville det la seg gjøre. Men Haralus brukte to ankere på hver båt, så Akvator har brakt ideen minst et steg videre.

Les også:

2100 tonn bro er jekket på plass

Bro sank 70 centimeter

Dobbelt så bred på samme pilarer

Dette er Norges vakreste bro

BILDESERIE: Norges vakreste bro