Förebyggande brounderhåll

Hur stor nytta gör den årliga renspolningen av våra broar? Johan Silfwerbrand sammanfattar KTH:s forskning om förebyggande brounderhåll och visar att sambandet mellan etablerad praxis, livslängd och verklig effekt inte är så självklart som man länge har antagit och att ytterligare fältförsök är angelägna.

Hållbarhetsfrågan genomsyrar hela vårt samhälle, inte minst inom samhällsbyggnadssektorn. Att förlänga livslängden leder till mycket mindre uttag av naturresurser, energi och koldioxidutsläpp än att riva och bygga nytt. Om ett förebyggande underhåll kan minska omfattningen och frekvensen för reparationer kan man nå ytterligare förbättringar avseende hållbarheten. Många av våra vardagssysslor är egentligen förebyggande underhåll. Vi borstar tänderna minst en gång om dagen, många bilägare tvättar bilen regelbundet under vintern och båtägarna ser till att underhålla båten före sjösättningen på våren. Det handlar om att eliminera sött, salt och annat som kan leda till skador och kostnadskrävande reparationer.

Broar exponeras för trafik, väder och vind samt tösalter och ett effektivt förebyggande brounderhåll borde vara lika självklart som tandborstning och biltvätt, men är det så? Vid KTH har vi studerat detta sedan 2001 [1]. För att belysa den frågan sammanfattas här vår forskning om förebyggande brounderhåll.

Kort historik

Trafikverket och dess föregångare Statens Vägverk och Vägverket har föreskrivit någon form av förebyggande brounderhåll åtminstone sedan 1969. I grunden handlar det förebyggande brounderhållet om följande åtgärder:

• Göra rent från föroreningar – renspolning
• Säkerställa god dränering
• Rätta till sättningar
• Bekämpa växtlighet
• Reparera räcken
• Täta mindre sprickor och åtgärda ojämnheter i farbanan

Syftet med de två första punkterna är att se till att tösalter och andra skadliga föroreningar elimineras från bron för att begränsa deras aggressiva påverkan på betong, stål och andra material som kan förekomma i och på bron. I det följande kommer jag att fokusera på dessa punkter. I sin licentiatavhandling [2] gick Louise Andersson igenom hur Vägverket och Trafikverket behandlat det förebyggande brounderhållet mellan 1969 och våra dagar (tabell 1). När det gäller renspolningen har man gått från ett funktionskrav med en allmän formulering om att ytor skall vara fria från föroreningar (minst 95 % rent) till ett utförandekrav som bland annat anger vattentrycket. Detta strider mot dagens tidsanda inom samhällsbyggnad där man i stället söker övergå från utförandekrav till funktionskrav.

Orsaken till att Trafikverket övergav funktionskravet kan ha varit att kravnivån ifrågasattes, den okulära mätmetodens begränsade tillförlitlighet och oklara mätnoggrannhet, när kravet skulle vara uppfyllt och vilka incitament den aktör har som bedriver brounderhållet och ansvarar för att kraven uppfylls [3-4]. Att antalet brister som ska åtgärdas genom det förebyggande brounderhållet (i vilket inte enbart renspolning ingår) är osäkert visar en studie i Hans-Åke Mattssons avhandling [5]. På en och samma bro noterade den kontrakterade entreprenören 186 brister medan beställaren noterade 283. Tabell 1 – Sammanställning av Vägverkets och Trafikverkets krav på renspolning m.m. baserat på Anderssons genomgång [2].

Historiskt bedrev Vägverket det förebyggande underhållet i egen regi med en bropatrull. Men jämsides med att en allt större del av den statliga verksamheten i stället upphandlades från den privata sektorn kom också det förebyggande brounderhållet att upphandlas av entreprenörer. För att göra det förebyggande brounderhållet intressantare och därmed få in fler anbud utvecklades en modell som kallades integrerat brounderhåll. En och samma entreprenör fick därmed ansvara för det förebyggande underhållet under fem år i ett helt distrikt liksom reparation av ett halvdussin utpekade broar i samma distrikt. Metoden studerades av Hans-Åke Mattsson [5] i ett par pilotstudier. Resultatet var lovande och metoden blev därefter den dominerande i hela vårt land.

Trafikverket skiljer idag mellan tillståndsbaserat och förutbestämt underhåll [6]. Det tillståndsbaserade underhållet definieras som ”förebyggande underhåll som inkluderar bedömning av fysiska egenskaper, analyser och möjliga efterföljande underhållsåtgärder”. Det förutbestämda underhållet definieras som ”förebyggande underhåll som utförs enligt bestämda tidsintervall eller efter ett bestämt antal användningstillfällen, men utan föregående tillståndskontroll”. Renspolning och säkerställandet av dräneringssystemets 100-procentiga funktion ingår i det förutbestämda underhållet.

Fokus på årlig renspolning

Årlig renspolning av broarna efter vinterns tösaltning anses tillsammans med säkerställandet att dräneringssystemet fungerar tillfredsställande vara det viktigaste i det förebyggande brounderhållet. Hypotesen är att ju kortare tid som betongytan utsätts för saltexponering, desto mindre mängd klorider tränger in i betongen och desto längre blir den armerade betongkonstruktionens livslängd. Vintern är olika lång i vårt land men en grov uppskattning av när saltning kan ske kan man få genom att jämföra med den period då dubbdäck är tillåtna: 1 oktober – 15 april eller längre om vinterväglag råder eller befaras. Hur mycket Trafikverkets upphandlade entreprenörer saltar beror på klimat, väderlek och trafik. I Stockholm, där temperaturen pendlar mellan plus och minus, kan antalet saltningstillfällen uppgå till 70 gånger under en säsong [7]. Längre söderut (där vintern är kortare) och längre norrut (där temperaturen ofta är så låg att saltet inte gör nytta) torde antalet saltningstillfällen vara väsentligt lägre. Det förebyggande brounderhållet utförs numera alltid av en entreprenör. I kontraktet regleras när renspolningen ska vara genomförd, 30 juni är ett vanligt datum. Det betyder att saltet i värsta fall kan ligga kvar i 8-9 månader innan det spolas bort.

Trots Trafikverkets krav på brodelarnas renhet och – på senare år – även detaljerade krav på vattnets arbetstryck, temperatur och avstånd mellan munstycke och yta baseras de inte på forskning utan helt på någon form av empiri. Inte heller i andra länder – som Finland, Norge och USA – som också spolar rent sina broar finns någon dokumenterad forskning i ämnet. Det ville vi på KTH ändra på och så småningom fick vi stöd från SBUF, Trafikverket, Stockholms stad, Rebet, Nordcert och RISE för ett licentiatprojekt [2].

Fullskaleprovning

En verklig bro är det bästa laboratoriet för att studera en så komplex process som kloridinträngning i en bro som saltas på vintern och renspolas någon gång på försommaren. Man ska dock vara medveten om att det finns många typer av broar, att hur och hur ofta man saltar beror på var bron befinner sig och hur mycket trafik som löper över den, att renspolningen kan göras olika sent på försommaren och på lite olika sätt (trots Trafikverkets detaljerade regler) samt att lokala regn kan göra att en del av saltet försvinner. Det innebär att resultatet från mätningarna förväntades ge en intressant indikation på hur renspolningen fungerar men inget entydigt svar på hur den verkar på varje enskild bro i dess mer eller mindre unika omgivning.

I projektet valdes en betongbro (nr 180-11407-1, byggd 1971) i Älvsjö söder om Stockholm som föremål för fullskaleprovning. Bron är 500 m lång och det längsta spannet är 36,9 m. Bron har två körfält och skyltad hastighet har varierat mellan 50 och 70 km/h.

Betongprover av två olika recept tillverkades; det ena för att motsvara äldre betong (vct = 0,6) och det andra modern brobetong (vct = 0,4), se tabell 2. Totalt tillverkades 60 provkroppar med måtten 100∙100∙50 mm³. De placerades i två burar (figur 1) med två rader med 15 provkroppar i varje rad. Burarna placerades mot broräcket och provkropparna kom därför att utsättas för väder, vind och tösalter som skvätter upp från biltrafiken. Inför renspolningen täcktes den ena buren och ”skyddades” därmed från renspolning. Härigenom var det möjligt att studera skillnaden mellan tvättade och otvättade prov. För att analysera denna effekt togs ett antal prov ut varje höst och i dem bestämdes kloridprofilen med hjälp av CBI-metod nr 5.

Analysen av proverna efter den första vintern (figur 2) såg lovande ut. Högsta kloridhalten var för båda betongerna lägre för det tvättade provet än det otvättade. Men den här tendensen fortsatte inte efter andra och tredje vintern (figur 3). För den moderna brobetongen (vct = 0,4) var kloridhalten t.o.m. högre i det tvättade provet än i det otvättade. Om frånvaron av mätbara effekter av tvättningen beror på att vårens regn redan tvättat samtliga prover eller att högtrycksvattnet trycker in mer salt längre in i betongproverna är oklart. Ett tydligt resultat är dock att kloridhalten är väsentligt lägre i den moderna, tätare betongen än i den gamla, men det resultatet motsvarar endast det förväntade. Självklart hade vi velat fortsätta mätningarna under flera år men forskningsprojektet tog tyvärr slut. Det finns dock ett stort antal provkroppar kvar på bron men efter 2020 ”skyddas” inte längre hälften av dem från den årliga renspolningen. Det är svårt att genomföra långtidsförsök inom ramen för ett treårigt licentiatprojekt.

Läs hela artikeln som pdf här.