Påseglingssannolikhet för Gröndalsbrons bropelare samt dimensioneringskriterier för ledverk

Påseglingssannolikhet för Gröndalsbrons bropelare samt dimensioneringskriterier för ledverk

RAPPORT Titel Påseglingssannolikhet för bropelare på Gröndalsbron samt dimensioneringskriterier för ledverk Uppdragsgivare/Kontaktman KFS AnläggningsKonstruktörer AB Magnus Lindqvist Industrivägen 5 171 48 Solna Tel 08 470 05 72 Order E-post 2008-10-27 Rapport 2008 5019 Projektledare Ulf Lindberg 031 772 9009 ulf.lindberg@sspa.se Författare Ulf Lindberg Jessica Johansson Datum 2009-01-28 SSPA Sweden AB har härmed nöjet att översända rubricerad rapport. Rapporten redovisar resultat av beräkningar och bedömningar av påseglingssannolikheter av Gröndalsbron samt simuleringsresultat för påsegling av föreslaget ledverk. SSPA Sweden AB Jim Sandkvist Avdelningschef Maritime operations Ulf Lindberg Projektledare SSPA Sweden AB POSTADRESS BESÖKSADRESS TELEFON TELEFAX E-POST ORG NR BANKKONTO BANKGIRO BOX 24001 CHALMERS TVÄRGATA 10 031-7729000 031-7729124 postmaster@sspa.se 556224-1918 S-E-BANKEN 152-4875 400 22 GÖTEBORG 412 58 GÖTEBORG 5027-1002190 STOCKHOLM BRANCH OFFICE: FISKARGARTAN 8 116 20 STOCKHOLM 031 772 90 00 08-311543 postmaster@sspa.se WEB SITE: www.sspa.se

SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 2

SAMMANFATTNING Gröndalsbrons pelare står oskyddade ute i kanterna av farleden genom Essingesundet. För att skydda bropelarna kan det bli aktuellt med ett ledverk. Syftet med föreliggande studie är att beräkna påseglingssannolikheten för bropelare samt ledverk och att presentera dimensioneringsunderlag för ledverket. Fartygstrafiken i leden under bron domineras av mindre fartyg och den största fartygsstorleken begränsas främst av Hammarbyslussens dimensioner. Högsta tillåtna fart är begränsad till 5 knop och maximalt fartygsdjupgående är 6 m. Statistik från 2006 visar i genomsnitt 11 passager per dygn, men för passager av fartyg med deplacement större än 1 000 m 3 är motsvarande siffra endast 0,7 per dygn. I framtiden kan dock sjötrafiken med större fartyg komma att öka vilket beaktas vid riskbedömningen. I studien beräknas returperioder för överstigande av olika energimängder vid kollision med ledverket. Detta visar att infallsvinklarna vid kollisionerna är mycket avgörande för energinivåerna vilket därför är viktigt att beakta vid utformning av ledverket. De största möjliga energinivåerna är så pass höga att det är orimligt att dimensionera ett ledverk som håller för dessa. Det gör att ledverket bör dimensioneras för två energinivåer: en som medger påsegling utan skada på ledverket och en som medger påsegling utan skada på bropelarna men som resulterar i att ledverket skadas eller flyttas. SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 3

SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 4

INNEHÅLL SAMMANFATTNING... 3 1 BAKGRUND... 7 1.1 PÅSEGLINGSRISKER FÖR GRÖNDALSBRON... 7 1.2 MÅLSÄTTNING OCH SYFTE... 7 2 TERMINOLOGI OCH DEFINITIONER... 8 2.1 RISKBEGREPPET... 8 2.2 NÅGRA RISKTERMER... 9 3 OMRÅDESBESKRIVNING... 11 3.1 FARLED OCH RESTRIKTIONER... 11 3.2 FARTYGSTRAFIK... 11 4 SANNOLIKHET FÖR PÅSEGLING... 15 4.1 OLYCKSSCENARIER... 15 4.2 SANNOLIKHET FÖR KOLLISION... 17 5 SIMULERINGAR... 19 5.1 LEDVERKETS DEFORMATIONSMODELL... 19 5.2 RESULTAT AV SIMULERINGAR... 20 6 PÅSEGLINGSVINKLAR SAMT STATISTISK ANALYS... 22 7 SLUTSATSER... 25 8 REFERENSER... 26 BILAGA 1 SJÖTRAFIK STATISTIK FÖR BEDÖMNING AV TRAFIKFLÖDE OCH FARTYGSSTORLEKAR... 27 BILAGA 2 BERÄKNING AV PÅSEGLINGSSANNOLIKHET... 31 BILAGA 3 PÅSEGLIG LEDVERK - SIMULERINGSRESULTAT... 35 SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 5

SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 6

1 BAKGRUND 1.1 Påseglingsrisker för Gröndalsbron Essingeleden som passerar Gröndalsbron är en viktig trafikled i Stockholm. För att minska risken för trafikstörningar på grund av påsegling kan det vara önskvärt att bygga ledverk kring bropelarna på Gröndalsbron. Vägverket vill därför utreda risken för påsegling av Gröndalsbron samt kostnad för eventuellt ledverk. Gröndalsbron förbinder Stora Essingen och Gröndal i Stockholm. Farleden under bron är fartbegränsad till fem knop och trafikeras i huvudsak av fartyg som nyttjar Hammarbyslussen för passage mellan Saltsjön och Mälaren. Bropelarna står väl ut från stranden och det finns inga skyddande uppgrundningar runtom. Brospannet har en segelfri höjd på 25.2 m i mitten som minskar något ut mot pelarna. 1.2 Målsättning och syfte Målet med studien är att ge KFS och Vägverket ett objektivt underlag för bedömning och värdering av påseglingsriskerna för Gröndalsbrons bropelare samt ett underlag för dimensionering av ledverk. Denna rapport syftar till att ge en riskuppskattning för påsegling av Gröndalsbrons bropelare och storlek på de laster som uppkommer på ett ledverk vid påsegling. Dokumentationen skall även kunna användas för att kommunicera risk- och säkerhetsaspekter med berörda externa myndigheter och övriga intressenter. Genomförande och dokumentation har kvalitetssäkrats så att krav på transparens i metodval, förutsättningar och noggrannhet uppfylls. SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 7

2 TERMINOLOGI OCH DEFINITIONER 2.1 Riskbegreppet I många av samhällets planeringsfunktioner måste olika typer av risker hanteras. Vissa risker måste vi tolerera medan andra måste hanteras genom införande av riskreducerande åtgärder. Riskhantering berörs och krav på riskbedömning finns i flera olika lagrum, exempelvis i plan- och bygglagen (PBL, 1987:10), miljöbalken (1998:808), lag (2003:778) om skydd mot olyckor (2 kap 4 ), lag (1988:868) om brandfarliga och explosiva varor (9 ) och förordning (2002:472) om åtgärder för fredstida krishantering och höjd beredskap. I de flesta fall då risker i samhället analyseras på ett strukturerat sätt utgår man från att risk är ett uttryck för en sammanvägd värdering av sannolikheten för och konsekvenserna av en oönskad händelse. En bropåsegling är en oönskad händelse som kan vara förenad med skador eller dödsfall på människor, stora materiella skador och även miljöskador. Om risken betraktas som en produkt av sannolikheten för att en påsegling inträffar och konsekvenserna av olyckan, kan ett antal olika olycksscenarier analyseras och grafiskt representeras av punkter i en riskmatris enligt figuren nedan. Diagonallinjen från övre vänstra till nedre högra hörnet representerar en risknivå och olycksscenarier som ligger på linjen kan sägas ha samma risk. Om ringen markerad med a) i matrisen representerar risken för en viss typ av olycka, exempelvis en påsegling, skulle effektiva konsekvensreducerande åtgärder, som t.ex. ett ledverk, tänkas förskjuta risken till markeringen b) så att olyckstypen därmed är förenad med lägre risk. Rent preventiva olycksförebyggande åtgärder och insatser riktade mot t.ex. manövreringsfel skulle innebära att punkten flyttas nedåt. Sannolikhet Mycket sannolik Sannolik d) hög risk Figur 6 Henriksdalshamn en, Detaljplaneområdet med förslag till kajer och Mindre Sannolik b) a) Osannolik låg risk c) Figur 1. Principfigur riskmatris Ringa Måttliga Stora Katastrofala Konsekvens SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 8

I denna studie är det främst olyckssceneriet att ett passerande fartyg avviker från korrekt passagekurs så att bropelare eller brospann påseglas och skadas. Sannolikheten för en viss oönskad händelse, exempelvis en påsegling av bropelare kan anges som en förväntad frekvens per år eller omräknas till en förväntad returperiod antal år som kan förväntas mellan olyckstillfällena. Svårighetsgraden av en olyckas konsekvenser skulle t.ex. kunna anges som antal skadade/dödsfall per olyckstillfälle. Olika typer av olyckshändelser, som vid en analys bedöms ligga på samma risknivå, definierad av en diagonal enligt figuren ovan, kan innebära att enstaka människor omkommer vid ett flertal olyckstillfällen, punkt d) medan punkt c) representerar en olyckstyp med flera dödsfall vid få enstaka olyckstillfällen. Det kan här också noteras att, även om punkterna d) och c) på lång sikt representerar lika många dödsfall per år, så finns i samhället en aversion mot olyckor med svåra konsekvenser, dvs. att det kan vara lättare att tolerera olyckor som representeras av punkt d) än av punkt c). Vid formulering av acceptanskriterier, dvs. gränsdragning mellan tolerabla och icke tolerabla risker, kan detta återspeglas av acceptanskriterier formulerade av diagonaler som i figuren ovan men med brantare lutning. För de här aktuella olycksriskerna för brokollisioner finns dock inga etablerade acceptanskriterier i Sverige. 2.2 Några risktermer Vid riskbedömningar och analyser används ett flertal ord och specialtermer med särskild betydelse. Definitionerna nedan är ett urval hämtade från SRV [1]. Risk - eller skadeförväntan avser dels sannolikheten inom viss tidsrymd för möjliga skadehändelser (eller förväntad frekvens) i samband med viss hantering, och dels konsekvenserna av dessa skadehändelser. Riskkälla - eller fara är en egenskap i ett system vilken innebär att en skadehändelse kan inträffa. Riskmatris - består av frekvens- och konsekvenskategorier. Matrisen utgör ett hjälpmedel för värdering av risk. Riskanalys - innebär en systematisk identifiering av riskkällor i ett definierat (avgränsat) system (en viss hantering), samt en uppskattning/bedömning av risken som är förknippade med dessa. Riskaversion - innebär en önskan att undvika stora olyckor, detta innebär t ex att ett större antal olyckor med mindre konsekvenser föredras framför ett fåtal olyckor med stora konsekvenser även om det totala utfallet (t ex i form av antal omkomna) är det samma i de två fallen. Riskbedömning - innebär en uppskattning av frekvens/sannolikhet för en viss skadehändelse samt graden av allvarlighet av denna skadehändelse. Riskvärdering - utgör en samlad värdering av tolerabiliteten av en risk med samtidig hänsyn tagen till riskens storlek, verksamhetens nytta och osäkerheter i riskuppskattningen. SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 9

Skadebegränsande åtgärder - är sådana åtgärder som minskar konsekvenserna av skadehändelser (störning/olycka). Dessa åtgärder kan vidtas såväl innan som efter det att en störning eller olycka skett. Skadeförebyggande åtgärder - är sådana organisatoriska, tekniska och operativa åtgärder som minskar sannolikheten för skadehändelser. Individrisk - oftast risken att omkomma i en olycka. Uttrycks vanligen som risk per år. Samhällsrisk - också kollektiv risk, inkluderar risker för alla personer som utsätts för en risk även om detta bara sker vid enstaka tillfällen. Samhällsrisk kan definieras som sambandet mellan frekvensen av en aktivitets olyckor och de konsekvenser som uppstår. Vanligtvis avses risk för omkomna under ett år. Med "samhällsrisk" avses ofta risker för allmänheten. SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 10

3 OMRÅDESBESKRIVNING 3.1 Farled och restriktioner Figur 2. Sjökortsutdrag, geografisk avgränsning och anläggningsområde Fartbegränsningar regleras i Länsstyrelsens föreskrifter om sjötrafik mm (01FS 2001:138). I det aktuella området är den högsta tillåtna hastigheten 7 knop för fartyg över 400 brutto och 12 för övriga förutom under bron där 5 knop gäller för alla fartyg och båtar. Gröndalsbron har ett spann på ca 115 m och en segelfri höjd på 25,2 m. Bropelarna står utanför tiometerskurvan vilket betyder att inget av de aktuella fartygen går på grund innan de går på bropelarna. Farleden under Gröndalsbron trafikeras i huvudsak av fartyg som går mellan Mälaren och Saltsjön via Hammarbyslussen. Den största fartygsstorleken som tillåts passera Hammarbyslussen är idag: fartygslängd 115 m, bredd 16 m, djupgående 6 m. Huvuddelen av den sjötrafik som passerar Gröndalsbron passerar även Hammarbyslussen. 3.2 Fartygstrafik Sjötrafiken förbi Gröndalsbron är väsentligen densamma som passerar hela Hammarbyleden och storleken för det passerande tonnaget begränsas främst av SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 11

Hammarbyslussens dimensioner. Denna trafik registreras vid Hammarbyslussen av Stockholms Hamn AB som svarar för drift av slussen. Essingesundet trafikeras dessutom av fartyg som går till och från Cementakajen, i Liljeholmshamnen, belägen mellan Gröndalsbron och Hammarbyslussen. Vissa av dessa är stora och passerar in och ut i Mälaren via Södertälje kanal och räknas därmed inte i passagestatistiken från Hammarbyslussen. Fartygsstorleken är av avgörande betydelse för omfattningen av konsekvenserna vid en eventuell påsegling. I fartygsstatistik som insamlas exempelvis för underlag för hamn- och farledsavgifter anges storleken vanligen av fartygets bruttodräktighet eller brutto relaterad till fartygets volym men utan enhet. För konsekvensberäkningarna är däremot fartygets massa avgörande och därför används här fartygets deplacement som, enligt Archimedes princip, motsvarar fartygets totalvikt inklusive last, bunker, besättning mm. Hammarbyslussen Statistik från Stockholms Hamn AB av passager av Hammarbyslussen [Stockholms Hamn AB, K. Lilja] från 2006 visar totalt 4 228 passager med fartyg och 8 771 fritidsbåtspassager. Av fartygspassagerna var 2 540 med fartyg mindre än 200 brutto och 1 688 med fartyg större än 200 brutto. Av figuren nedan framgår klart att mindre fartyg med deplacement i intervallet 400 1 000 m 3 dominerar och att antalet passager av stora fartyg med deplacement över 3 000 m 3 är relativt litet. Fartygstrafik Hammarbyslussen Statistik Hammarbyslussen 2006 Figur 3. Trafikstatistik Hammarbyslussen SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 12

Fartygen som går till Cementakajen via Södertälje kanals är presenterade i Tabell 1. Av dessa tre representerar Västanvik och Östanvik de största fartygen som kan gå genom Hammarbyslussen och Sunnanvik representerar det största som kan gå igenom Södertäljeslussen d.v.s. den motsvarar en s.k. Mälarmax. Leden mellan Södertäljeslussen och Gröndalsbron begränsar dock djupgåendet till 6 m vilket gör att Sunnanvik passerar Gröndalsbron med ett maximalt deplacement på 9400 m 3. Tabell 1. Trafik till och från Cementakajen via Gröndalsbron. Deplacementen är uppskattade med en blockkoefficient på ca 0,7. Antalet passager är ungefärliga siffror upgivna av Cementa. Namn M/S Västanvik M/S Östanvik M/S Sunnanvik LOA [m] 90 107 124 BOA [m] 13 16 18 Djupgående [m] 5.8 6 6 Deplacement [m 3 ] Ca 4300 Ca 6500 Ca 9400 Antal passager [1/år] ~60 ~130 ~30 Trafiken under Gröndalsbron får representeras av tre typfartyg där det lilla typfartyget representerar fartyg mellan 400 och 1000 m 3 deplacement, det mellanstora representerar gruppen fartyg mellan 1000-3000 m 3 och det stora representerar fartyg från ca 3000 m 3 till 6500 m 3. Sunnanvik har ett betydlig större deplacement än övriga av de stora fartygen och behandlas därför separat. Tabell 2. Fartygsdata för fartyg använda i simuleringar Typ Litet Medelstort Stort Sunnanvik LOA [m] 47 68 89 124 LPP [m] 45 65 84.9 120 BOA [m] 7 10.1 13.2 18 Djupgående [m] 2.86 4.13 5.4 6 Deplacement [m 3 ] 722 2176 4850 9400 SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 13

Fartyget Listervik (Längd 90 m och deplacement ca 3 700 m 3, fraktar torrbulk/bränslepellets till Hässelbyverket) stod för 34 av passagerna och kan ses som representativt för de större fartygen som under 2006 passerat Hammarbyslussen. De av Jehanders inchartrade grusbåtarna Solskär, Rospiggen och Nordanvind, som transporterar grus mellan Mälaren och Saltsjön, svarade 2006 för 762 av passagerna och utgör med sina ca 450 m 3 deplacement en representativ grupp för de mindre fartygen. Framtida sjötrafik prognoser Hammarbyslussens trafikstatistik visar inga dramatiska förändringar genom åren och Hamnens prognoser för långsiktig framtida trafikutveckling är osäkra. Hamnens tillståndsansökan enligt Miljöbalken indikerar dock att man i framtiden kan förvänta sig en ökad trafik på Södra Hammarbyhamnen. Trafikintensiteten i Hammarbyslussen kan eventuellt även påverkas av eventuella utbyggnader och kapacitetsökningar i slussarna i Södertälje. SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 14

4 SANNOLIKHET FÖR PÅSEGLING 4.1 Olycksscenarier Påsegling kan ske av tre olika anledningar: roderfel, blackout eller mänskligt fel. Roderfel kan innebära antingen att rodret låser sig i befintligt läge eller att rodret går ut och ställer sig i godtycklig vinkel. Figur 4 visar exempel på hur detta kan se ut. Beroende på hur tidigt roderfelet uppmärksammas kan farten hinna reduceras. Eftersom fartbegränsningen är 5 knop under bron kan kollisioner på grund av roderfel antas ske i en hastighet på 5 knop eller lägre. Figur 4. Kollisionsbanor vid roderfel Vid en blackout antas propulsionen upphöra och rodret låsa sig i befintligt läge. Eftersom fartygen måste sakta ner till 5 knop strax före kan det antas att kollisionshastigheten blir 5 knop eller lägre om propulsionen upphör innan passagen. SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 15

Figur 5. Kollisionsbanor vid blackout Mänskligt fel kan ske på många olika sätt t.ex. felnavigering eller missbedömning av manöver. Kollisionsbanorna kan därför se ut på många olika sätt. Om misstaget upptäcks i sista stund kan undanmanöver ske på tre olika sätt: 1. propellern reverseras och farten reduceras 2. rodret läggs om 3. rodret läggs om och propellervarvtalet ökas för att ge kraftigare roderverkan Vid åtgärd 1 så kommer hastigheten att vara lägre än 5 knop och infallsvinkeln ökar eller minskar beroende på vilken sida kollisionen sker på samt åt vilket håll propellern roterar vid backslag. Åtgärd 2 bör ge en något mindre infallsvinkel men oförändrad fart. Vid åtgärd 3 kan en något högre kollisionshastighet väntas men på det hela taget förväntas infallshastigheten i genomsnitt ligga på 5 knop eller lägre även för mänskliga fel. Figur 6 visar hur det skulle kunna se ut om ett fartyg kommer ut för långt åt sidan i farleden och en undanmanöver påbörjas i sista stund. AIS-data skulle kunna undersökas för att ta reda på vilka hastigheter fartygen egentligen passerar med. SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 16

Figur 6. Exempel på kollisionsbanor vid mänskligt fel om undanmanöver påbörjas i strax innan kollision. 4.2 Sannolikhet för kollision Sannolikhetsberäkningarna för påsegling är uppdelade i tre olika fall: mänskligt fel, blackout samt roderfel. Beräkningarna för olyckor baserar sig på sannolikheten för respektive fel, P(fel), samt den tidsrymd under vilken felet bedöms kunna orsaka en påsegling (se bilaga 2). Olika värden på P(fel) återfinns i litteraturen. Tabellen nedan presenterar de värden som används i beräkningarna i föreliggande studie. För roderfel har två olika värden angetts i två olika källor (1,0 10-5 respektive 1,0 10-4 ) varför vi har använt ett värde mellan dessa två. Tabell 3. P(fel) för respektive fall Mänskligt fel 3 10-5 fel per fartyg och nautisk mil [4] Black out 2,5 10-4 fel per fartyg och timme [6] Roderfel 5 10-5 fel per fartyg och timme [4, 7] Den kritiska tiden beräknas utifrån antagen hastighet för fartygen samt uppskattad kritisk sträcka för respektive fall (se tabellen nedan). Fartygens hastighet har satts till 5 knop, vilket är hastighetsbegränsningen för bropassagen. Detta är beräkningsmässigt ett konservativt antagande. De kritiska sträckorna har uppskattats utifrån geografiska och geometriska förhållanden. SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 17

Tabell 4. Uppskattade kritiska sträckor för respektive fall Mänskligt fel 0,03 nautiska mil 1) Blackout Roderfel 50 meter 50 meter 1) För mänskligt fel anges P(fel) i enheten antal fel per fartyg och nautisk mil. Baserat på antagandena i Tabell 3 och Tabell 4 samt passagestatistiken, kan returperioden för påsegling av bropelare uppskattas till runt 100 år, det vill säga i genomsnitt en påsegling kan förväntas ske vart hundrade år. Ledverket löper ungefär dubbelt så stor risk att seglas på eftersom det har en större projicerad yta. Det betyder att returperioden för ledverket bedöms vara runt 50 år för påsegling med något av de fartyg som passerar Gröndalsbron. Nedan en sammanställning av fartygsflottans sammansättning och därmed också förväntad relation mellan påseglingar av olika fartygsstorlekar, Man bör ha i åtanke att sannolikhetsberäkningar är behäftade med vissa osäkerheter. Som redan exemplifierats finns det osäkerheter kring värdet på P(fel). De uppskattade kritiska sträckorna kan också variera. Det är inte ovanligt med osäkerheter på en faktor 2 vad gäller beräknade returperioder. Tabell 5. Andel av totalt antal passager och påseglingar för olika fartygsstorlekar Storlek Andel Depl 9400 m 3 0,7 % Depl 3000-6500 m 3 6 % Depl 1000-3000 m 3 10 % Depl 500-1000 m 3 26 % Depl < ca 500 m 3 57 % SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 18

5 SIMULERINGAR Simuleringarna har utförts i SSPAs programvara SEMAN som simulerar fartygs rörelser i sex frihetsgrader. Simuleringarna har använts för att studera krafter och energimängder vid kollision med ledverket vid olika infallsvinklar. Vi kollision kommer fendrarna på ledverket att ge med sig. Fendrarna antas fast inspända och fartyget antas styvt i förhållande till fendrarna. Friktionskoefficienten mellan ledverk och fartyg antas vara 0,2. Ledverket påseglas med olika infallsvinkel med de tre typfartygen (se Tabell 2). Resultaten redovisas i bilaga 3. Fendrarna medger en maximal utböjning på 1152 mm. Vid de simuleringar där utböjningen har överstigit detta värde anges inte utböjning eller kontaktkraft eftersom fendrarnas karaktär är okänd i detta område. Däremot anges energiupptagningen eftersom den är relativt oberoende av fjäderkaraktäristiken. Infallsvinklarna 15, 30, 45, 60, 75, 90 har simulerats med fartyg i tre olika storlekar vid 5 knops fart. Rörelseenergin är proportionell mot mv 2 där m är massan och v är hastigheten. Det ger att en halvering av deplacementet ger ungefär en halvering av energimängden. En ökning av hastigheten från 5 till 7 knop ger ungefär en fördubbling av energimängden. 5.1 Ledverkets deformationsmodell Preliminärt är ledverket designat enligt följande: utsidan av ledverket består av ett antal stålbalkar som är upphängda på ett antal fenderelement som i sin tur sitter på en betongkonstruktion (se Figur 7). Denna konstruktion gör att avfendringskrafterna beror av kontaktpunktens position längs ledverket. Deformationskraften P 1 blir, för en given utböjning hälften så stor som P 2. Stålbalkarna antas ha en friktionskoefficient på 0,2. SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 19

Figur 7. Principskiss för ledverk. Fenderelementens styvhetsfunktion ses i Figur 8 och motsvarar en Trelleborg SCN 1600- fenders styvhet. Simuleringarna har gjorts med tre olika maximala styvhetskrafter för att visa skillnaden mellan olika kontaktpunkter längs ledverket. 2000 1800 1600 1400 Fjäderkraft [kn] 1200 1000 800 600 400 200 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Deformation [m] Figur 8. Styvhetsfunktion för fenderelement som används i simuleringarna. 5.2 Resultat av simuleringar Simuleringarna har gjorts med tre olika fjäderstyvheter vilket gav olika utböjning och maximal kontaktkraft. Däremot blir energiupptagningen hos ledverket ungefär densamma. Att den inte blir exakt samma beror bl.a. på att en längre uppbromsning medger att fartyget hinner bromsas mer av friktionen mot vattnet m.m. SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 20

Figur 9 är genererad med den styvaste fendern och visar energiuptagningen vid kollisioner i olika infallsvinklar. De tre största fartygen är simulerade men det minsta är framräknat med antagandet att rörelseenergin är proportionell mot deplacementet. Det antagendet stämmer väl för en vinkelrät träff men överensstämmelsen är något sämre för flackare träffar. Den preliminära designen av ledverket medger energinivåer på 1500 knm. Det visar sig att det minsta fartyget ligger under den nivån till och med för vinkelräta påseglingar varför detta inte anses behöva simuleringar. Energiupptagning [knm] 3.5 x 104 3 2.5 2 1.5 1 Deplacement 350 m 3 Deplacement 722 m 3 Deplacement 2176 m 3 Deplacement 4800 m 3 Deplacement 9400 m 3 0.5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Infallsvinkel [ ] Figur 9. Energimängd vid påsegling i 5 knop med olika infallsvinklar SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 21

6 PÅSEGLINGSVINKLAR SAMT STATISTISK ANALYS 1100 1050 4 6 5 1000 950 2 1 900 3 850 800 850 900 950 1000 Position [m] Figur 10. Sektionsindelning av ledverket Olika delar av ledverket kommer vara olika utsatta för påsegling. För att undersöka dessa skillnader så delas ledverket in i sektioner enligt Figur 10. Dessa segment får då längder enligt Tabell 6. Sannolikheten för påsegling av respektive sektion antas vara proportionell mot sektionens längd. Tabell 6. Längd för de olika sektionerna Sektion Längd [m] #1 58 #2 60 #3 49 #4 43 #5 43 #6 49 Figur 11 - Figur 12 visar approximativa sektorer för rimliga påseglingsvinklar för trafik som går mellan Liljeholmsviken och Essingesundet (även tabellerat i Tabell 7). I Figur 11 ses att sektion 1 är särskilt utsatt och kan lätt träffas ungefär vinkelrätt. Allmänt kan det ses att eftersom farleden är betydligt bredare på den östra sidan av bron så får den västgående trafiken större sektorer för påseglingsvinklar. SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 22

Lilla Essingen Lilla Essingen 1400 1400 1300 1300 1200 1200 1100 1000 900 Stora Essingen 4 6 5 2 55 3 30 1 91 37 1100 1000 900 Gröndalshamnen Stora Essingen 19 65 4 6 5 67 39 2 1 3 Gröndalshamnen 800 Ekensbergsbryggan 800 Ekensbergsbryggan 700 Gröndal 700 Gröndal 600 600 Ekensberg Ekensberg 500 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Position [m] Figur 11. Påseglingsvinklar för sektion 1, 3, 4 och 6 500 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Position [m] Lilla Essingen Lilla Essingen 1400 1400 1300 1300 1200 1200 1100 Stora Essingen 1100 Stora Essingen 1000 900 4 6 5 26 2 0 3 37 0 1 1000 900 Gröndalshamnen 4 6 5 0 0 26 2 3 38 1 Gröndalshamnen 800 Ekensbergsbryggan 800 Ekensbergsbryggan 700 Gröndal 700 Gröndal 600 600 Ekensberg Ekensberg 500 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Position [m] 500 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Position [m] Figur 12. Påseglingsvinklar för sektion 2 och 5 Tabell 7. Påseglingsvinklar för sektionerna Sektion Minimal infallsvinkel Maximal infallsvinkel #1 37 90 #2 östgående 0 26 #2 västgående 0 37 #3 30 55 #4 18 65 #5 östgående 0 26 #5 västgående 0 38 #6 39 67 SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 23

Påseglingarna antas ha en lika stor sannolikhet för alla vinklar inom de i Tabell 7 givna intervallen. Detta tillsammans med sannolikheten för påsegling med respektive fartyg gör det möjligt att beräkna sannolikheten för att överstiga en viss energinivå. Genom att invertera sannolikheten fås returperioden och denna plottas mot energiupptagningen för de olika sektionerna i Figur 13. Returperioden är för respektive sektion så en returperiod för vardera på t.ex. 12000 år ger en returperiod på 2000 år totalt för hela ledverket. 3.5 x 104 Sektion 1 3.5 x 104 Sektion 2 3.5 x 104 Sektion 3 3 3 3 2.5 2.5 2.5 Energi [knm] 2 1.5 Energi [knm] 2 1.5 Energi [knm] 2 1.5 1 1 1 0.5 0.5 0.5 0 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 Returperiod [år] 0 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 Returperiod [år] 0 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 Returperiod [år] 3.5 x 104 Sektion 4 3.5 x 104 Sektion 5 3.5 x 104 Sektion 6 3 3 3 2.5 2.5 2.5 Energi [knm] 2 1.5 Energi [knm] 2 1.5 Energi [knm] 2 1.5 1 1 1 0.5 0.5 0.5 0 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 Returperiod [år] 0 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 Returperiod [år] 0 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 Returperiod [år] Figur 13. Returperioder för överstigande av energinivåer. Numrerat enligt Figur 10 SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 24

7 SLUTSATSER Infallsvinklarna är mycket avgörande för energinivåerna vilket gör att sektionerna 1, 3, 4 och 6 är särskilt utsatta. Detta gör även att det kan löna sig att försöka utforma ledverket så att infallsvinklarna blir så flacka som möjligt även om det t.ex. gör att ledverket måste vara längre. De största möjliga energinivåerna är så pass höga att det är orimligt att dimensionera ett ledverk som håller för dessa. Det gör att ledverket bör dimensioneras för två energinivåer: en som medger påsegling utan skada på ledverket och en som medger påsegling utan skada på bropelarna men som resulterar i att ledverket skadas eller flyttas. SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 25

8 REFERENSER 1. Värdering av risk, Räddningsverket 1997 2. Handbok för riskanalys, Räddningsverket 2000 3. Generell kravspecifikation för riskanalyser i detaljplaner, Stockholms brandförsvar, 2002 4. Kristiansen Svein, Maritime Transportation Safety Management and Risk Analysis, 2005 5. MKB Hamnverksamhet Södra Hammarbyhamnen, Stockholms Hamn AB, Sweco 2007 6. Methodology for Assessing Risks to Ship Traffic from Offshore Wind Farms, SSPA 2008 7. Offshore-Windpark Kriegers Flak, Technische Risikoanalyse, Bericht Nr ERI 2003.54, Germanische Lloyd 2003 8. Allision of the Liberian freighter Bright Field with the Poydras street wharf, riverwalk marketplace and New Orleans Hilton hotel in New Orleans, Louisiana Dec 14, 1996. Marine Accident Report, NTSB, Washington 1998. SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 26

BILAGA 1 SJÖTRAFIK STATISTIK FÖR BEDÖMNING AV TRAFIKFLÖDE OCH FARTYGSSTORLEKAR SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 27

SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 28

Fartygstrafik förbi Gröndalsbron Förenklad passagestatistik baserad på Hamnens registreringar vid Hammarbyslussen 2006 Under kritisk storlek < 200 brt Antal L [m] Brt Typ 2526 < 35 < 200 Östanå 1 och andra mindre pax- och turistbåtar + polis, KBV och bogserb 14 199 Jehander 2 Kritisk storlek > 200 brt Lbp uppsk Uppskattad Antal passager 2006 Namn L [m] Loa Lbp Beam T Brt Deplacement Cb 0,7 Typ Antal per deplacementsintervall Deplacementsintervall 324 Solskär 38 37.77 33.993 6.91 2.801 202 461 Grusbåtar inchartrade av Jehanders 162 Rospiggen 33 32.71 29.439 6.82 3.2 205 450 går mellan Saltsjön och Mälaren Fartyg 276 Nordanvind 45 45.22 40.698 6 2.41 207 412 " Statistik 92 Blidösund 35 35.29 31.761 6.86 2.44 218 372 Passagerare 8 Div 230 Passagerare 15 Zebron 46 45.88 40.04 8.54 3.47 239 831 Bunker 19 Birk 29 29.4 26.46 11.4 2.6 242 549 tankpråm 8 SWEDISH ISLANDER 39.1 263 Övrigt passagerarfartyg 113 GUSTAFSBERG VII 34.66 34.65 31.185 7.12 2.5 266 389 Övrigt passagerarfartyg 75 RIDDARHOLMEN 31.8 31.8 28.62 6.89 2.4 289 331 Övrigt passagerarfartyg 53 JUNO/Wtham/DIANA 31.66 31.45 28.305 6.87 2.82 311 384 Övrigt passagerarfartyg 2 NO FEAR 24.99 344 Övrigt passagerarfartyg Deplacement 400-1000 m3 8 VINDHEM 30.2 369 Övrigt passagerarfartyg 1155 Längd 30-50 m 12 Vägverket 66.6 64 57.6 14.4 3.4 394 1974 Bilfärja för passagerare 4 HARLEY - DAVIDSON I 42 499 Övrigt passagerarfartyg 2 PAMELA 46 41.4 9.5 4.3 585 1184 Fartyg för transport av torr bulk 5 STOCKHOLM 48.72 658 Övrigt passagerarfartyg 1 POLFORS 54.2 696 Specialiserat fartyg 3 FJORDTANK 65 58.5 10 5 729 2048 Produkttankfartyg 1 CELICA 63 813 Bulkfartyg 2 OOSTZEE 63 815 Fartyg för transport av torr bulk 42 TEATERSKEPPET 61 61.02 56.01 9.86 4.67 962 1805 Övrigt passagerarfartyg 12 BALTICA 57 50 10 4 974 1400 Specialiserat fartyg 6 VINGA 65.2 1097 Övrigt torrlastfartyg 1 VALBORG 64.62 1106 Fartyg för transport av torr bulk 19 NORDERSAND 67.01 66.91 60.309 11.67 3.89 1155 1916 Fartyg för transport av torr bulk 18 SAGA LEJON M/S 58.5 58.93 51.01 11.74 2.91 1174 1220 Övrigt passagerarfartyg 6 TINTO 74.76 1191 Bulkfartyg 29 VIA 67.98 68.15 62.03 10.9 3.757 1219 1778 Övrigt torrlastfartyg 4 STERNÖ 75.7 1300 Övrigt torrlastfartyg 2 LEA 76.38 1345 Övrigt torrlastfartyg 1 JAN WILLEM 74 1525 1 ALDEBARAN 82.45 1675 Bulkfartyg 283 JEHANDER 1 75.02 74.2 8.5 3.52 823 1554 Fartyg för transport av torr bulk 1 SALLY 72 1679 Fartyg för transport av torr bulk Deplacement 1000-3000 m3 1 NORDCARRIER 71.4 71.32 64.26 12.82 3.76 1689 2168 Fartyg för transport av torr bulk 456 Längd 50-70 m 1 HELLEVIK 82.12 1957 Fartyg för transport av torr bulk 10 WILJA 81.05 81.06 74.43 12.83 4.83 2068 3229 Fartyg för transport av torr bulk 2 EBRO 81 2238 Kemikalietankfartyg 1 VÄSTANVIK 90.33 81.297 13 5.8 2256 4291 Fartyg för transport av torr bulk 2 BALTIC SAILOR 82.5 2280 Bulkfartyg 4 NORDTIMBER 93.2 2497 Fartyg för transport av torr bulk 1 MARIE CHRISTINE 87.96 2561 Övrigt torrlastfartyg 1 HEIKE LEHMANN 88 2564 Bulkfartyg 4 NEDGARD 87.99 2673 Fartyg för transport av torr bulk 11 LISTERLAND 89.56 80.604 12.9 4.8 2735 3494 Fartyg för transport av torr bulk 1 GRIFTBORG 89.8 2771 Bulk- och tankfartyg (OBO) 33 LISTERVIK 89.96 80.964 13 5 2863 3684 Fartyg för transport av torr bulk 4 HALLAREN 88.03 2877 Fartyg för transport av torr bulk 1 KAILI 99.9 3117 Fartyg för transport av torr bulk Deplacement 3000-5000 m3 1 PRINCESS DANAE 162.31 9603 Kryssningsfartyg 77 Längd 70-90 m

SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 30

BILAGA 2 BERÄKNING AV PÅSEGLINGSSANNOLIKHET SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 31

SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 32

Påseglingssannolihet Gröndalsbrons pelare 1 Mänskligt fel (human error, HE) begås på fartyg mot Mälaren respektive Saltsjön. 2 Misslyckad gir av fartyg mot Mälaren respektive Saltsjön pga black out. 3 Roderfel uppstår på fartyg mot Mälaren respektive Saltsjön strax innan eller vid passage av bron så att båten girar i kritisk riktning. Trafik 2006 Storlek Påseglingssannolikhet Påseglings- Påseglings- Påseglings- Passage- Fartyg Kritisk Kritisk scenario vinkel fart [kn] Sannolikhet ggr/år Returperid år fart kn L [m] P(fel) Enh sträcka Enh tid [s] 2540 < 200 brt 1 HE 5 knop 2.3E-03 437 5 3.0E-05 ant/(ftg nm) 0.03 nm 2 Blackout 5 knop 3.4E-03 291 5 2.5E-04 ant/(ftg h) 50.00 m 19 3 Roderfel 5 knop 6.9E-04 1 457 5 5.0E-05 ant/(ftg h) 50.00 m 19 total 6.4E-03 156 1155 Depl 400-1000 m3 1 HE 5 knop 1.0E-03 962 5 50 3.0E-05 ant/(ftg nm) 0.03 nm Längd 35-50 m 2 Blackout 5 knop 1.6E-03 641 5 50 2.5E-04 ant/(ftg h) 50.00 m 19 3 Roderfel 5 knop 3.1E-04 3 204 5 50 5.0E-05 ant/(ftg h) 50.00 m 19 total 2.9E-03 343 2.5E-04 456 Depl 1000-3000 m3 1 HE 5 knop 4.1E-04 2 437 5 70 3.0E-05 ant/(ftg nm) 0.03 nm Längd 50-70 m 2 Blackout 5 knop 6.2E-04 1 623 5 70 2.5E-04 ant/(ftg h) 50.00 m 19 3 Roderfel 5 knop 1.2E-04 8 116 5 70 5.0E-05 ant/(ftg h) 50.00 m 19 total 1.1E-03 870 267 Depl 3000-6500 m3 1 HE 5 knop 2.4E-04 4 161 5 90 3.0E-05 ant/(ftg nm) 0.03 nm Längd 70-90 m 2 Blackout 5 knop 3.6E-04 2 772 5 90 2.5E-04 ant/(ftg h) 50.00 m 19 3 Roderfel 5 knop 7.2E-05 13 861 5 90 5.0E-05 ant/(ftg h) 50.00 m 19 total 6.7E-04 1 485 30 Depl 9400 m3 1 HE 5 knop 2.7E-05 37 037 5 90 3.0E-05 ant/(ftg nm) 0.03 nm Längd 124 m 2 Blackout 5 knop 4.1E-05 24 672 5 90 2.5E-04 ant/(ftg h) 50.00 m 19 3 Roderfel 5 knop 8.1E-06 123 360 5 90 5.0E-05 ant/(ftg h) 50.00 m 19 total 7.6E-05 13 221 4448 TOTALT 1.1E-02 90 1 HE, totalt 4.0E-03 250 2 Blackout, totalt 6.0E-03 166 3 Roderfel, totalt 1.2E-03 832 TOTALT 1.1E-02 89

SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 34

BILAGA 3 PÅSEGLIG LEDVERK - SIMULERINGSRESULTAT Kollisionskrafter, utböjningar och energinivåer tabulerade för de olika fartygstyperna och de olika infallsvinklarna. SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 35

SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 36

Påsegling med litet typfartyg vinkel Max kraft [kn] Max utböjning [m] Energi [knm] 30 1820 0.46 490 45 1900 0.95 1100 60 - - 2200 75 - - 2410 90 - - 2560 Deplacement: 722 m 3, fart 5 knop, fjäderstyvhet 1855 kn vid 72 % utböjning. vinkel Max kraft [kn] Max utböjning [m] Energi [knm] 30 2850 0.32 484 45 3630 0.45 670 60 3630 0.85 2230 75 3610 0.95 2500 90 3630 0.99 2600 Deplacement: 722 m 3, fart 5 knop, fjäderstyvhet 3645 kn vid 72 % utböjning. vinkel Max kraft [kn] Max utböjning [m] Energi [knm] 30 3650 0.25 488 45 5645 0.53 1780 60 5660 0.61 2220 75 5660 0.66 2490 90 5660 0.67 2500 Deplacement: 722 m 3, fart 5 knop, fjäderstyvhet 5680 kn vid 72 % utböjning. SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 37

Påsegling med medelstort typfartyg vinkel Max kraft [kn] Max utböjning [m] Energi [knm] 30 1900 0.83 1200 45 - - 2600 60 - - 5500 75 - - 7100 90 - - 7500 Deplacement: 2176 m 3, fart 5 knop, fjäderstyvhet 1855 kn vid 72 % utböjning. vinkel Max kraft [kn] Max utböjning [m] Energi [knm] 30 3700 0.52 1200 45 3700 0.86 2500 60 - - 5600 75 - - 7200 90 - - 7600 Deplacement: 2176 m 3, fart 5 knop, fjäderstyvhet 3645 kn vid 72 % utböjning. vinkel Max kraft [kn] Max utböjning [m] Energi [knm] 30 5100 0.4 1100 45 5700 0.61 2500 60 - - 5700 75 - - 7200 90 - - 7600 Deplacement: 2176 m 3, fart 5 knop, fjäderstyvhet 5680 kn vid 72 % utböjning. SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 38

Påsegling med stort typfartyg vinkel Max kraft [kn] Max utböjning [m] Energi [knm] 30 - - 2300 45 - - 4600 60 - - 12600 75 - - 15000 90 - - 17000 Deplacement: 4800 m 3, fart 5 knop, fjäderstyvhet 1855 kn vid 72 % utböjning. vinkel Max kraft [kn] Max utböjning [m] Energi [knm] 30 3700 0.8 2300 45 - - 4600 60 - - 12000 75 - - 16000 90 - - 17000 Deplacement: 4800 m 3, fart 5 knop, fjäderstyvhet 3645 kn vid 72 % utböjning. vinkel Max kraft [kn] Max utböjning [m] Energi [knm] 30 5700 0.59 2200 45 5700 1.0 4700 60 - - 12000 75 - - 16000 90 - - 17000 Deplacement: 4800 m 3, fart 5 knop, fjäderstyvhet 5680 kn vid 72 % utböjning. SSPA RAPPORT Nr: 2008 5019 39