Lång livslängd på ROSTFRIA KANTBALKAR

Oktober 25, 2015 Rostfria kantbalkar kan anses underhållsfria och blir ännu lönsammare när räntan är låg. Låga kostnader för mindre åtgärder under livscykel är bra och ännu viktigare är de låga trafikantkostnaderna, resonerar José Javier Veganzones Muñoz, doktorand på KTH inom projektet Optimalt kantbalksystem. Läs hela artikeln här som pdf.

De flesta människor tänker aldrig på broarnas kantbalkar. Men de få som tänker på dem gör det desto mer. Kantbalksgruppen på KTH presenterade förra året 24 olika typer av kantbalkslösningar.

Kantbalksgruppen är ett forsknings- och utvecklingsprojekt med deltagande av Trafikverket och byggindustrin som fortsätter med en demonstration där en ny kantbalkstyp implementeras i ett verkligt projekt.

José Javier Veganzones Muñoz är doktorand inom projektet och vid KTH:s skola för arkitektur och samhällsbyggnad. Svenska Byggbranschens Utvecklingsfond (SBUF) finansierar projektet. Rubriken är Optimalt kantbalkssystem: Dimensionering och livscykelkostnadsanalys. Det sker inom ramen ”Robustare Brobaneplatta”.

Så nu utför han denna livscykelkostnadsanalys för en representativ typ ur fyra grupper av de 24 typerna, samtidigt som han är lärare i brobyggnad och skriver på sin licentiat-avhandling. De fyra grupperna av kantbalkar är:

I Platsgjuten kantbalk integrerad i betong (vanligast)

II Utan egentlig kantbalk (där kantbalken ersätts med ett vinkelstål som uppfyller kantbalkens funktionskrav)

III Stålkantbalk

IV Prefabricerad betong med kantbalk (lyfts på plats)

I samtliga fall är rostfritt stål en möjlighet, och de preliminära livscykelkostnadsanalyserna (LCCA) visar att det blir 15-20 procent, i vissa fall 35-40 procent billigare att använda rostfri armering för kantbalkarna i nya broar.

Långsiktigt billigt

Största vinsten är i stadsmiljö, där trafikantkostnaden är en stor post i LCCA. Under reparationen måste folk åka längre väg och vänta längre i köer. Det är en samhällsekonomisk kostnad som Trafikverket väger in i sina projekt.

– Om man utgår från att brons tekniska livslängd är 80-120 år så måste kantbalken bytas minst en gång. Man måste kontrollera den regelbundet om kantbalken är av vanlig kolstålarmering. Om man sätter in katodiskt rostskydd måste man kontrollera minst en gång om året, säger Veganzones.

Katodiskt rostskydd används till exempel för att förhindra fortsatt korrosion i Ölandsbrons kantbalkar. (Se artikel i Husbyggaren 1/2012.) Där blev det billigare att behålla de befintliga kantbalkarna än att byta ut dem. Men det kan bara sättas in om bron inte rostat alltför mycket.

Om man ändå måste byta kantbalkar, eller bygga nytt så är rostfritt det bästa alternativet, för då behöver man aldrig byta en gång till, och inte underhålla den delen av bron.

När jag träffar Veganzones kommer han just från en bro i Nacka där man bytt till rostfria kantbalkar. Broförvaltaren sa att målet nu är ”att aldrig komma tillbaka”.

I de flesta fall r
äknar man med 60 års livslängd för platsgjutna kantbalkarna, baserad på statistisk erfarenhet, utom för gruppen stålkantsbalkar, där det inte finns någon erfarenhet än, men där den antas vara 50-70 år. Byte av en stålkantbalk kan utföras betydligt snabbare än för en platsgjuten kantbalk.

Lägre ränta

Men Trafikverket har sänkt sin samhällsekonomiska kalkylränta från 4 till 3,5 procent.

Det låter inte så dramatiskt, men det kan det vara. Om ett underhållsprojekt för en miljon kronor 30 år framåt i tiden har ett nuvärde på 308 000 kronor med 4 procent i ränta, så får det nuvärdet 356 000 kronor med 3,5 procent i ränta. För mellanskillnaden kan man att räkna hem lösningar och material som är dyrare idag men sparar underhåll i framtiden.

När detta skrivs i september är statsobligationsräntan på 10 år 0,65 procent så om inflationen är mer än så är det gratis för staten att låna pengar i tio år. Femårsräntan är negativ även nominellt.

Veganzones menar att det är möjligt att räntan kommer att sänkas ännu mer, kanske till tre procent eller ännu lägre.

De låga räntorna påverkar också byggföretag och privatpersoner. Med låg ränta är det logiskt att ta en högre investering nu och att det håller i hundra år, snarare än att ta en underhållskostnad vart tjugonde år.

– Det gynnar bättre kvalitet och mer rostfritt stål.

Problemet med kantbalkar är att de oftast måste bytas efter 30-40 år, enligt BaTMans databas. BaTMan är ett branschgemensamt förvaltningssystem för broar och tunnlar.

Det är dyrt att reparera broar

– Upp till 60 procent av brons underhållskostnad kan bero på kantbalksystemet, säger Veganzones.

Med kantbalkssystemet menar han kantbalken, räcket och avvattningssystemet, samt andra element, som belysningskonsoler. Se bild nedan. Man får även inkludera isoleringsmatta och beläggningen närmast kantbalken. En kantbalk är den del av bron som är mest utsatt.

Problemet med broar är oftast stålnedbrytning. När stålet korroderar så utvidgas det och skapar sprickor i betongen. Sedan har vatten och klorider lättare att tränga in och orsaka mer korrosion och fler sprickor.

LCC-modellens struktur. Först introduceras indata för val av brofall, kantbalks- och räckesutformning. Sedan utförs LCC-beräkningar i form av Beställarkostnader som delas in i Investering och Livscykelåtgärder och Användarkostnader som delas in i Förseningar, Fordonsdrift och Olyckor. Slutligen redovisas resultaten och en jämförelse görs mellan tillämpningen av kantbalkstyperna för varje brofall. Känslighetsanalys för vissa faktorer presenteras.

Korrosionen beror på kombinationen fukt och klorider. Fukt är en stor faktor i Sverige eftersom vi har hög luftfuktighet hela vintern. Kloriderna kommer från havet eller från vägsalt.

– Förutom i kustområden nära havet har vi i Spanien inte problemet med korrosion i broar, konstaterar Veganzones, som är från Madrid och studerade brobyggnad där i fyra år innan han kom till Stockholm.

– Eftersom snö och is inte är så vanligt så används inte vägsalt alls så mycket som här.

Men det är ändå ett vida spritt problem att döma av en internationell enkät som kantbalksgruppen gjort. Vägsalt pekas ut som boven även i andra länder. För att undvika korrosion är val av rostfritt material en av flera möjligheter. Bättre betongkvalitet, tjockare tätskikt och mer effektiv avvattning nämns också i enkätsvaren.
Projektnummer 2-723-1 är Kvarnholmens förbindelse till väg 222 Värmdöleden utanför Stockholm. Bron som repareras går mellan Järla och Vikdalen. Det är ett stort projekt med en ny bro (som byggs just nu), en tunnel och bron som repareras (vigmurar och rostfria kantbalkar). Bron är mycket trafikerad med tre körfält i båda riktningarna. Mer: http://www.trafikverket.se/Privat/Projekt/Stockholm/Vag-222-trafikplats-Kvarnholmen/Nyhetsarkiv/2015/februari/Sa-har-vill-vi-bygga-trafikplats-Kvarnholmen/

Arbetsmiljön är viktig

LCC-analyserna tar inte uttryckligen upp arbetsmiljön, för det är svårt att värdera i pengar. Men studier av samhällsvetare inom kantbalkprojektet har visat att arbetsmiljön vid platsgjutning är allmänt dålig och särskilt stressig och farlig med trafik i närheten. Prefab-element ger, för korta broar, givetvis bättre arbetsmiljö, men också bättre kvalitet och längre livslängd – för korta broar.

– Till exempel kan en betongintegrerad (platsgjuten) kantbalk behöva bytas efter 60 år, men är det prefab kan den hålla i 75 år. Då kan den överleva femton år till, säger han.

Arbetsmiljön kan också komma in i kalkylen så att en dålig arbetsmiljö visar sig i att det går åt flera arbetstimmar och därmed blir dyrare, även här till fördel för prefabricerade element.

– Ett exempel: kompletteringen av betongen kan ta flera timmar och ännu fler med formsättningen.

Kantbalkar är också en väl synlig del av bron, och därför finns en estetisk aspekt, särskilt om den ligger inne i en stad.

– Då blir arkitekter involverade. Man vill att den ser bra ut, så att folk gillar bron.

Om man lutar kantbalken så kan bron se ut som om den brinner när solen lyser på den.

Det kan också skapa problem. Om kantbalken är för stor och tung måste man armera den mer. Ett annat problem kan vara komplicerade, och dyrare, formsättningar.

– Blir den för tung så fungerar kantbalken som ett bärande element, och det får den inte göra enligt Trafikverket. Anledningen är Trafikverket vill inte stänga bron där kantbalkarna byts ut.

– Men i verkligheten hjälper den alltid till att fördela last, säger Veganzones. Den bidrar till styvheten.

Vet man verkligen att rostfria balkar håller 60 år eller längre?

Nej, det finns inte så mycket erfarenhet, medger Veganzones, men det finns en pir i Mexiko (Progresso) som byggdes för cirka 75 år sedan med rostfri armering. Den har aldrig haft något underhåll. En studie från Ramböll visade att piren fungerar bra och inte har någon nedbrytning.

Han hänvisar också till de studier som gjorts inför armering av nya kajer vid Göteborgs hamn med rostfritt material 2015. De anger en livslängd på 120 år. Det gäller för ett relativt billigt duplexstål, en blandning av ferrit (som i vanligt stål) och austenit (kristallstrukturen i rostfritt stål) som är särskilt lämpat för korrosiv miljö.

Finns det några nackdelar med rostfritt stål, förutom att det är dyrare?

Det finns många sorters rostfritt stål men om man väljer rätt, så är det ingen skillnad i hållfasthet mot vanligt stål.

Hanteringen av rostfritt stål kan bli dyrare därför att byggbolagen ofta tar mer betalt för att materialet är kostar mer. Men Veganzones har hört sig för med arbetarna och de säger att det inte tar längre tid att hantera, till exempel att bocka armeringsjärnen.

Det kan dock finnas fler nackdelar med rostfria material, som man upptäcker senare.

Finns det andra stålkomponenter i broar som borde bytas ut mot rostfria material?

Alla broelement där det föreligger risk för korrosion ska bytas mot rostfria material, menar Veganzones. Rostfritt har också fördelen att det kan återanvändas till 98 procent, och att man kan minska täckskiktet till 30 mm för 120 års livslängd enligt Eurokoderna.

Räckesinfästningen, ytavlopp och vattenkupor måste vara i rostfritt. Det är krav från Trafikverket. Armeringen av kantbalkarna består av dels tvärarmering och förankringen, dels längsgående armering. Längsgående armeringen är inte så utsatt, men tvärarmeringen är närmare miljön, så den bör också utföras i rostfritt.

Förankringen under räckets ståndare in i kantbalkbenet för att fördela lasterna vid påkörning, kan vara rostfri och det är den i Nacka-bron.

Veganzones talar en anmärkningsvärt bra svenska efter mindre än fyra år i Stockholm. Han är sedan tidigare dubbel civilingenjör, först på Madrids polytekniska universitet och sedan på KTH.
Han kom till Stockholm genom utbytesprogrammet Erasmus. För en dubbelexamen är det ett krav att man lär sig svenska och KTH erbjuder studenterna kurser i svenska.
– Det gjorde jag också för att jag ville, säger han.
Han är inte en inåtvänd forskare. En viktig faktor för att integrera sig i det svenska samhället var för honom vattenpolon. Veganzones är målvakt i Stockholmspolisens IF, Sveriges tredje bästa lag enligt senaste serien.