Postadresse Boks 122, 2027 Kjeller Besøksadresse Gunnar Randers vei 12 Telefon 480 50 480 Notat nummer: Dato 21.02.2011 KVT/KH/2011/N008

Notattittel: – bru Vurdering av ekstremvind Kunde:

Statens Vegvesen Region nord Kundens referanse: Nils Petter Rusånes

Sammendrag: Ekstremvind med 10, 50 og 100 års returperiode for 10 minutters middelvind, 1 minutts middelvind og 3 sekunders vindkast for 8 retninger er estimert for 10 til 30 m høyde for planlagt bru over Gryllefjorden, Torsken kommune på . Tilhørende turbulensintensitet og omregningsmulighet til andre høyder er gitt. Norsk standard for vindlaster er benyttet i kombinasjon med generell kunnskap om vindforholdene i norske fjordstrøk og informasjon om de spesielle kastevindene i Gryllefjord. Forbehold: Selv om det i arbeidet i dette notatet, så langt vi kjenner til, er benyttet oppdaterte analysemetoder, og vi i vårt arbeid forsøker å gi et så godt resultat som mulig, kan Kjeller vindteknikk AS ikke holdes ansvarlig for resultatene i notatet eller for framtidig bruk av det, og heller ikke for eventuelle direkte eller indirekte tap som skyldes eventuelle feil i notatet. Et notat er en forenklet rapport. Notatet har ikke vært igjennom en intern review prosess på samme måte som en rapport

Revisjonshistorie Utgave Dato Kommentar Distribusjon 1 21.02.11

Navn Dato Signatur Utarbeidet av Knut Harstveit 21.02.11

KVT/KH/2011/N008

Introduksjon

Vinden ved den planlagte brua over Gryllefjorden i Torsken kommune, Troms fylke, estimeres ved bruk av standarder for vindlaster og generell kunnskap om vindforholdene i norske fjordstrøk. Bruområdet ligger på vestsida av Senja.

Metode For å komme fram til ekstremvindestimater på stedet er Norsk standard NS- EN 1991-1-4:2005+NA:2009 [1] med 30 m/s som referansevind for Torsken kommune benyttet. Regionale koeffisienter på 0.9 for N, Ø, SØ, S og NV samt 1.0 for SV og V, gjeldende for ytre del av Troms er også hentet fra [1].

Generelt vil dette avstedkomme 10 minutters middelvind på 30 m/s og vindkast på 45 m/s på et referanseterreng. Men terrenget i området er preget av svært bratte fjellsider og vil generere turbulens, til dels svært sterk turbulens med redusert middelvind og forsterkede vindkast som resultat.

Statsmeteorolog Aud Åse Thomassen beskriver et fenomen i tidsskriftet Været (Nr. 3 1984) som opptrer ved sterke nordnordøstlige vindfelt i tettstedet Gryllefjord og på fjorden utenfor. Hun beskriver en situasjon 15.november 1983 da det blåste sterk kuling på kysten av Senja. Dette er sterk vind, men ingen ekstremsituasjon. Men i denne situasjonen ble en lastebil løftet fra kaia på Gryllefjord av vinden og blåst på sjøen, og det forekom flere andre vindskader. Thomassen skriver videre at det ofte løper virvelvinder utover fjorden i slike situasjoner.

Folk synes å mene at vinden støter mot fjellet sør for Gryllefjord og slår tilbake ned mot fjorden. Den fysiske årsaken er nok noe annerledes. Trolig er fjellet Gommen - Jesla ansvarlig for å omfordele vindenergien. Vinden blåser rundt Jesla og også over Reålskaret og kan på lesiden bli satt i skarp virvlende bevegelse som lett trenger ned mot Gryllefjord (Figur 1). Det må antas at vindkastene på stedet kan bli svært sterke i ekstreme nordøstlige situasjoner.

Nå vil det være svært varierende vindforhold over korte avstander i området, og det kan være helt annerledes vind ved brua. Likevel må vi regne med at vinden der også kan bli svært sterk. Tenker vi oss et nordvestlig vindfelt i stedet for et nordøstlig, kan virvlene meget lett treffe bruområdet i stedet for Gryllefjord. Også sterke vindfelt fra nord, sørøst, sørvest og vest kan generere virvler som gir sterke vindkast ved brustedet fordi vindfeltene passerer bratt og uregelmessig terreng (Figur 1). EN 1991- 1-4:2005+NA:2009 har en passus om bratt terreng og turbulensforsterkning,

2 KVT/KH/2011/N008 som typisk gir 75 % turbulensintensitetsforsterkning i soner bak svært bratt terreng.

Dersom vi holder oss til Norsk standard med 75% turbulensintensitets- forsterkning bak de bratte fjellene, kan vi få estimater av middelvind og vindkast for vind langs fjorden fra V-NV og Ø-SØ. For vestlig vind er der noe lavere respons fordi fjellene der ligger langt mot vest; derfor antas en reduksjon til 90% av middelvinden, mens 75% turbulensforsterkning beholdes. Vestlig vind kan likevel bli svært sterk da den er svært sterk før terrengmodifikasjonen inntrer.

Figur 1 Gryllefjord med inntegnet brukrysning og ulike vindretninger inn mot problematiske fjellformasjoner. Røde piler indikerer NNØ – vind mot fjellet Jesla, og røde virvler nedslag mot Gryllefjord ved denne retningen. Svarte piler antyder vind mot fjell som kan gi problemtiske virvler mot brua (N - NØ – SV - V – NV).

3 KVT/KH/2011/N008

Fra N til NØ og S til SV blir forholdene noe annerledes. Den trange fjorden og de høye fjellene gjør at selve vindfeltet ikke lett trenger ned i fjorden og middelvinden blir redusert. Derimot øker turbulensintensiteten, og vindkasthastigheten blir forholdsvis høy.

Denne situasjonen regner vi på ved å sette 0.75 (NØ og SV) og 0.5 (N og S) som skjermingskoeffisienter og tilsvarende 1.75/0.75=2.33 og 1.75/0.5=3.5 som turbulensintensitetsforsterkning. Høydeøkningen antas da tilnærmet uendret, men dette gjelder kun for små høydeøkninger over fjordflaten.

En må anta store usikkerheter og at vindkastene for noen av retningene kan være konservativt estimert. De mange mulighetene for vindpassasjer med passering av bratte og uregelmessige fjell (se Figur 1), sammen med informasjonen fra Gryllefjord sentrum, gjør imidlertid at det er grunn til å tro at estimert kastverdi på over 50 m/s er et fornuftig valg av 50 – års verdien av 3 sec vindkast på stedet.

Ligningene under bygger på filosofien i [1], men er satt på eksponentiell form. Lign. 1-4 kan brukes for andre nivåer enn de angitte.

n Uz() ⎛ z ⎞ = ⎜ ⎟ lign. 1 Um()10⎝ 10m⎠ −n Iz() ⎛ z ⎞ u = ⎜ ⎟ lign. 2 Imu ()10⎝ 10m⎠ −n Gf() z −1 ⎛ z ⎞ = ⎜ ⎟ lign. 3 Gf()10 m − 1⎝ 10m⎠

Turbulensintensiteten og 1 min kastfaktor er gitt ved

Gf −1 Gf −1 I = 3−5s = 1min lign. 4 u 2.5 1.15 og lign.2 og 4 gir også grunnlag for å beregne n i lign.1 for vindkast med varighet 3- 5 s, U3-5s og 1min, U1min, når n(Iu) er antatt lik den antatt kjente n(U10min).

Bemerk at 75% turbulensforsterkning gir vindkastforsterkning på 25% (3-5 sek) og 13% (1 minutt) fra lign.4.

I tabellene er det angitt kastfaktorer til 3-5 s og 1 min vindkast som passer overens med vind over en referanseflate med turbulensforsterkning fra bratt terreng. Også høydeøkningen er noe større enn på fritt hav, særlig ved vind på tvers av sundet. Tabellen angir vind i ulike høydenivåer.

4 KVT/KH/2011/N008

Resultater

50 års verdi av 10 min middelvind på tvers og på langs av brua i 14.5 m høyde blir da begge 51 m/s og tilsvarende 3 sekunders vindkast 51 m/s. Øvrig informasjon finnes i tabell 1 til 3.

Tabell 1a Ekstremvindforhold og turbulensparametre ved vindretning fra nord.

U10min U1min U3-5s N [m/s] [m/s] [m/s] Turbulensparametre 100 100 z [m] 10 år 50 år 100 år 10 år 50 år år 10 år 50 år år Iu Gf3-5s Gf1min 10.0 12.2 13.5 14.0 19.8 22.0 22.9 28.8 32.0 33.3 0.55 2.37 1.63 12.3 12.6 14.0 14.5 20.2 22.5 23.4 29.2 32.5 33.8 0.53 2.33 1.61 14.5 12.9 14.4 14.9 20.6 22.9 23.8 29.6 32.9 34.2 0.52 2.29 1.59 16.8 13.2 14.7 15.3 20.9 23.2 24.1 29.9 33.2 34.5 0.50 2.26 1.58 19.0 13.5 15.0 15.6 21.2 23.5 24.5 30.2 33.5 34.9 0.49 2.23 1.57 21.3 13.8 15.3 15.9 21.4 23.8 24.8 30.4 33.8 35.2 0.48 2.21 1.56 23.5 14.0 15.5 16.2 21.7 24.1 25.0 30.7 34.1 35.4 0.48 2.19 1.55 25.8 14.2 15.8 16.4 21.9 24.3 25.3 30.9 34.3 35.7 0.47 2.17 1.54 28.0 14.4 16.0 16.6 22.1 24.5 25.5 31.1 34.5 35.9 0.46 2.16 1.53 30.3 14.6 16.2 16.8 22.2 24.7 25.7 31.2 34.7 36.1 0.46 2.14 1.53 n 0.16 0.16 0.16 0.10 0.10 0.10 0.07 0.07 0.07 0.16

Tabell 1b Ekstremvindforhold og turbulensparametre ved vindretning fra nordøst.

U10min U1min U3-5s NØ [m/s] [m/s] [m/s] Turbulensparametre 100 100 z [m] 10 år 50 år 100 år 10 år 50 år år 10 år 50 år år Iu Gf3-5s Gf1min 10.0 18.2 20.3 21.1 26.8 29.7 30.9 36.8 40.9 42.5 0.41 2.02 1.47 12.3 18.8 20.9 21.8 27.4 30.4 31.7 37.4 41.6 43.2 0.39 1.99 1.45 14.5 19.4 21.5 22.4 27.9 31.0 32.3 38.0 42.2 43.9 0.38 1.96 1.44 16.8 19.8 22.0 22.9 28.4 31.5 32.8 38.4 42.7 44.4 0.37 1.94 1.43 19.0 20.3 22.5 23.4 28.8 32.0 33.3 38.8 43.2 44.9 0.37 1.92 1.42 21.3 20.6 22.9 23.8 29.2 32.4 33.7 39.2 43.6 45.3 0.36 1.90 1.41 23.5 21.0 23.3 24.2 29.5 32.8 34.1 39.6 44.0 45.7 0.35 1.89 1.41 25.8 21.3 23.7 24.6 29.8 33.2 34.5 39.9 44.3 46.1 0.35 1.87 1.40 28.0 21.6 24.0 25.0 30.1 33.5 34.8 40.2 44.6 46.4 0.34 1.86 1.40 30.3 21.9 24.3 25.3 30.4 33.8 35.2 40.5 44.9 46.7 0.34 1.85 1.39 n 0.16 0.16 0.16 0.11 0.11 0.11 0.08 0.08 0.08 0.16

5 KVT/KH/2011/N008

Tabell 1c Ekstremvindforhold og turbulensparametre ved vindretning fra øst.

U10min U1min U3-5s Ø [m/s] [m/s] [m/s] Turbulensparametre 100 100 z [m] 10 år 50 år 100 år 10 år 50 år år 10 år 50 år år Iu Gf3-5s Gf1min 10.0 24.3 27.0 28.1 33.5 37.2 38.7 44.2 49.1 51.1 0.33 1.82 1.38 12.3 25.1 27.9 29.0 34.3 38.1 39.6 45.1 50.1 52.1 0.32 1.79 1.36 14.5 25.8 28.7 29.9 35.0 38.9 40.4 45.8 50.8 52.9 0.31 1.77 1.35 16.8 26.5 29.4 30.6 35.6 39.6 41.2 46.4 51.5 53.6 0.30 1.75 1.35 19.0 27.0 30.0 31.2 36.2 40.2 41.8 46.9 52.2 54.2 0.30 1.74 1.34 21.3 27.5 30.6 31.8 36.7 40.8 42.4 47.4 52.7 54.8 0.29 1.72 1.33 23.5 28.0 31.1 32.3 37.1 41.3 42.9 47.9 53.2 55.3 0.28 1.71 1.33 25.8 28.4 31.6 32.8 37.6 41.7 43.4 48.3 53.7 55.8 0.28 1.70 1.32 28.0 28.8 32.0 33.3 38.0 42.2 43.9 48.7 54.1 56.3 0.28 1.69 1.32 30.3 29.2 32.4 33.7 38.3 42.6 44.3 49.1 54.5 56.7 0.27 1.68 1.31 n 0.16 0.16 0.16 0.12 0.12 0.12 0.09 0.09 0.09 0.16

Tabell 1d Ekstremvindforhold og turbulensparametre ved vindretning fra sørøst.

U10min U1min U3-5s SØ [m/s] [m/s] [m/s] Turbulensparametre 100 100 z [m] 10 år 50 år 100 år 10 år 50 år år 10 år 50 år år Iu Gf3-5s Gf1min 10.0 24.3 27.0 28.1 33.5 37.2 38.7 44.2 49.1 51.1 0.33 1.82 1.38 12.3 25.1 27.9 29.0 34.3 38.1 39.6 45.1 50.1 52.1 0.32 1.79 1.36 14.5 25.8 28.7 29.9 35.0 38.9 40.4 45.8 50.8 52.9 0.31 1.77 1.35 16.8 26.5 29.4 30.6 35.6 39.6 41.2 46.4 51.5 53.6 0.30 1.75 1.35 19.0 27.0 30.0 31.2 36.2 40.2 41.8 46.9 52.2 54.2 0.30 1.74 1.34 21.3 27.5 30.6 31.8 36.7 40.8 42.4 47.4 52.7 54.8 0.29 1.72 1.33 23.5 28.0 31.1 32.3 37.1 41.3 42.9 47.9 53.2 55.3 0.28 1.71 1.33 25.8 28.4 31.6 32.8 37.6 41.7 43.4 48.3 53.7 55.8 0.28 1.70 1.32 28.0 28.8 32.0 33.3 38.0 42.2 43.9 48.7 54.1 56.3 0.28 1.69 1.32 30.3 29.2 32.4 33.7 38.3 42.6 44.3 49.1 54.5 56.7 0.27 1.68 1.31 n 0.16 0.16 0.16 0.12 0.12 0.12 0.09 0.09 0.09 0.16

6 KVT/KH/2011/N008

Tabell 1e Ekstremvindforhold og turbulensparametre ved vindretning fra sør.

U10min U1min U3-5s S [m/s] [m/s] [m/s] Turbulensparametre 100 100 z [m] 10 år 50 år 100 år 10 år 50 år år 10 år 50 år år Iu Gf3-5s Gf1min 10.0 12.2 13.5 14.0 19.8 22.0 22.9 28.8 32.0 33.3 0.55 2.37 1.63 12.3 12.6 14.0 14.5 20.2 22.5 23.4 29.2 32.5 33.8 0.53 2.33 1.61 14.5 12.9 14.4 14.9 20.6 22.9 23.8 29.6 32.9 34.2 0.52 2.29 1.59 16.8 13.2 14.7 15.3 20.9 23.2 24.1 29.9 33.2 34.5 0.50 2.26 1.58 19.0 13.5 15.0 15.6 21.2 23.5 24.5 30.2 33.5 34.9 0.49 2.23 1.57 21.3 13.8 15.3 15.9 21.4 23.8 24.8 30.4 33.8 35.2 0.48 2.21 1.56 23.5 14.0 15.5 16.2 21.7 24.1 25.0 30.7 34.1 35.4 0.48 2.19 1.55 25.8 14.2 15.8 16.4 21.9 24.3 25.3 30.9 34.3 35.7 0.47 2.17 1.54 28.0 14.4 16.0 16.6 22.1 24.5 25.5 31.1 34.5 35.9 0.46 2.16 1.53 30.3 14.6 16.2 16.8 22.2 24.7 25.7 31.2 34.7 36.1 0.46 2.14 1.53 n 0.16 0.16 0.16 0.10 0.10 0.10 0.07 0.07 0.07 0.16

Tabell 1f Ekstremvindforhold og turbulensparametre ved vindretning fra sørvest.

U10min U1min U3-5s SV [m/s] [m/s] [m/s] Turbulensparametre 100 100 z [m] 10 år 50 år 100 år 10 år 50 år år 10 år 50 år år Iu Gf3-5s Gf1min 10.0 20.3 22.5 23.4 29.7 33.1 34.4 40.9 45.4 47.3 0.41 2.02 1.47 12.3 20.9 23.3 24.2 30.4 33.8 35.2 41.6 46.2 48.1 0.39 1.99 1.45 14.5 21.5 23.9 24.9 31.0 34.5 35.9 42.2 46.9 48.7 0.38 1.96 1.44 16.8 22.0 24.5 25.5 31.5 35.0 36.5 42.7 47.4 49.3 0.37 1.94 1.43 19.0 22.5 25.0 26.0 32.0 35.6 37.0 43.2 47.9 49.9 0.37 1.92 1.42 21.3 22.9 25.5 26.5 32.4 36.0 37.5 43.6 48.4 50.4 0.36 1.90 1.41 23.5 23.3 25.9 26.9 32.8 36.5 37.9 44.0 48.8 50.8 0.35 1.89 1.41 25.8 23.7 26.3 27.3 33.2 36.8 38.3 44.3 49.2 51.2 0.35 1.87 1.40 28.0 24.0 26.7 27.7 33.5 37.2 38.7 44.6 49.6 51.6 0.34 1.86 1.40 30.3 24.3 27.0 28.1 33.8 37.6 39.1 44.9 49.9 51.9 0.34 1.85 1.39 n 0.16 0.16 0.16 0.11 0.11 0.11 0.08 0.08 0.08 0.16

7 KVT/KH/2011/N008

Tabell 1g Ekstremvindforhold og turbulensparametre ved vindretning fra vest.

U10min U1min U3-5s V [m/s] [m/s] [m/s] Turbulensparametre 100 100 z [m] 10 år 50 år 100 år 10 år 50 år år 10 år 50 år år Iu Gf3-5s Gf1min 10.0 24.3 27.0 28.1 33.5 37.2 38.7 44.2 49.1 51.1 0.33 1.82 1.38 12.3 25.1 27.9 29.0 34.3 38.1 39.6 45.1 50.1 52.1 0.32 1.79 1.36 14.5 25.8 28.7 29.9 35.0 38.9 40.4 45.8 50.8 52.9 0.31 1.77 1.35 16.8 26.5 29.4 30.6 35.6 39.6 41.2 46.4 51.5 53.6 0.30 1.75 1.35 19.0 27.0 30.0 31.2 36.2 40.2 41.8 46.9 52.2 54.2 0.30 1.74 1.34 21.3 27.5 30.6 31.8 36.7 40.8 42.4 47.4 52.7 54.8 0.29 1.72 1.33 23.5 28.0 31.1 32.3 37.1 41.3 42.9 47.9 53.2 55.3 0.28 1.71 1.33 25.8 28.4 31.6 32.8 37.6 41.7 43.4 48.3 53.7 55.8 0.28 1.70 1.32 28.0 28.8 32.0 33.3 38.0 42.2 43.9 48.7 54.1 56.3 0.28 1.69 1.32 30.3 29.2 32.4 33.7 38.3 42.6 44.3 49.1 54.5 56.7 0.27 1.68 1.31 n 0.16 0.16 0.16 0.12 0.12 0.12 0.09 0.09 0.09 0.16

Tabell 1h Ekstremvindforhold og turbulensparametre ved vindretning fra nordvest.

U10min U1min U3-5s NV [m/s] [m/s] [m/s] Turbulensparametre 100 100 z [m] 10 år 50 år 100 år 10 år 50 år år 10 år 50 år år Iu Gf3-5s Gf1min 10.0 24.3 27.0 28.1 33.5 37.2 38.7 44.2 49.1 51.1 0.33 1.82 1.38 12.3 25.1 27.9 29.0 34.3 38.1 39.6 45.1 50.1 52.1 0.32 1.79 1.36 14.5 25.8 28.7 29.9 35.0 38.9 40.4 45.8 50.8 52.9 0.31 1.77 1.35 16.8 26.5 29.4 30.6 35.6 39.6 41.2 46.4 51.5 53.6 0.30 1.75 1.35 19.0 27.0 30.0 31.2 36.2 40.2 41.8 46.9 52.2 54.2 0.30 1.74 1.34 21.3 27.5 30.6 31.8 36.7 40.8 42.4 47.4 52.7 54.8 0.29 1.72 1.33 23.5 28.0 31.1 32.3 37.1 41.3 42.9 47.9 53.2 55.3 0.28 1.71 1.33 25.8 28.4 31.6 32.8 37.6 41.7 43.4 48.3 53.7 55.8 0.28 1.70 1.32 28.0 28.8 32.0 33.3 38.0 42.2 43.9 48.7 54.1 56.3 0.28 1.69 1.32 30.3 29.2 32.4 33.7 38.3 42.6 44.3 49.1 54.5 56.7 0.27 1.68 1.31 n 0.16 0.16 0.16 0.12 0.12 0.12 0.09 0.09 0.09 0.16

8 KVT/KH/2011/N008

Tabell 2 Ekstremvindforhold og turbulensparametre i 10 m høyde N NØ Ø SØ S SV V NV

U10min[m/s], 10 år, 10m 12.2 18.2 24.3 24.3 12.2 20.3 24.3 24.3

U10min[m/s], 50 år, 10m 13.5 20.3 27.0 27.0 13.5 22.5 27.0 27.0

U10min[m/s], 100 år, 10m 14.0 21.1 28.1 28.1 14.0 23.4 28.1 28.1

n(U10min) 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16

Iu 0.55 0.41 0.33 0.33 0.55 0.41 0.33 0.33

U3-5s[m/s], 10 år, 10m 28.8 36.8 44.2 44.2 28.8 40.9 44.2 44.2

U3-5s[m/s], 50 år, 10m 32.0 40.9 49.1 49.1 32.0 45.4 49.1 49.1

U3-5s[m/s], 100 år, 10m 33.3 42.5 51.1 51.1 33.3 47.3 51.1 51.1

n(U3-5s) 0.07 0.08 0.09 0.09 0.07 0.08 0.09 0.09

Tabell 3 Ekstremvindforhold og turbulensparametre i 14.5 m høyde N NØ Ø SØ S SV V NV U10min[m/s], 10 år 12.9 19.4 25.8 25.8 12.9 21.5 25.8 25.8 U10min[m/s], 50 år 14.4 21.5 28.7 28.7 14.4 23.9 28.7 28.7 U10min[m/s], 100 år 14.9 22.4 29.9 29.9 14.9 24.9 29.9 29.9

n(U10min) 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16

Iu 0.52 0.38 0.31 0.31 0.52 0.38 0.31 0.31 U3-5s[m/s], 10 år 29.6 38.0 45.8 45.8 29.6 42.2 45.8 45.8 U3-5s[m/s], 50 år 32.9 42.2 50.8 50.8 32.9 46.9 50.8 50.8 U3-5s[m/s], 100 år 34.2 43.9 52.9 52.9 34.2 48.7 52.9 52.9

n(U3-5s) 0.07 0.08 0.09 0.09 0.07 0.08 0.09 0.09

Kommentarer

Dersom det er av stor betydning å få redusert usikkerheten i estimatene, kan det vurderes målinger på stedet. Det beste stedet er antagelig Sildevikklubben, 1 km vest for bruområdet. Her kan man med en enkel og rimelig 10 m mast måle i bruhøyde og unngå en del av friksjonsbremsingen langs land. Selv om forholdene endrer seg også fra klubben mot brua, vil dette gi et forbedret datagrunnlag i forhold til estimeringen.

Et annet alternativ er modellering. Men mye av årsaken til de sterke vindkastene ligger i skarp 3D avløsning omkring meget små terrengpunkter, ansees aktuelle modeller å ha stor usikkerhet og kan ikke anbefales uten samtidig målinger.

9