Med slankere konstruktioner, bevidst valg af beton med høj styrke og mere grøn cement kan man designtoptimere broer, viser cases med to eksisterende betonbroer på Holbækmotorvejen
Rambøll har for Vejdirektoratet regnet på hvordan man kan optimere på design, konstrukti- on og materialer på to broer over Holbækmotorvejen fra 2010-11. Broen ved Vindingevej har brodæk i in-situ støbt beton.
Foto: Erik BrahlI forlængelse af den danske målsætning om at reducere udledningen af drivhusgasser med 70 procent i 2030 i forhold til niveauet i 1990 skal Vejdirektoratet på en tilsvarende måde bidrage med byggeri af veje, anlæg og broer. Vejdirektoratet og Banedanmark arbejder derfor med at udvikle værktøjer, der kan beregne og dokumentere anlægskonstruktioners CO2-aftryk og med at skabe viden om, hvordan reduktionerne bedst kan hentes i praksis.
Vejdirektoratet udbød i april i år en opgave om designoptimering af to eksisterende broer, som er blevet gennemført af Rambøll i samarbejde med betonekspert Christian Munch-Petersen fra Emcon. De to broer over Holbækmotorvejen omkring Roskilde er opført i 2010-2011. Broen ved Vindingevej er opført med in-situ støbt efterspændt betondæk, mens broen ved Vesterled er opført med brodæk i forspændte OT-betonelementer. Der er tale om tofagsbroer med en lukket fritrumsprofil understreget af langsgående massive ende-vægge og en massiv midtervæg.
Tværsnittet af brodækket har skrå undersider fra kantbjælken til den plane underside.
En dansk bro har en forventet levetid på mindst 120 år, så når man regner på en bros samlede CO2-aftryk, skal man i princippet analysere broen gennem hele dens levetid. Rambøll valgte dog at koncentrere sig om de faser af broens levetid, der
indbefatter produktion og opførelse, da det er her hovedparten af udslippet sker. Ligeledes valgte man at have hovedfokus på brugen af beton, da cementen er den hovedansvarlige for betons store CO2-aftryk.
– Da betonen er ansvarlig for det meste udslip, så handler det om at begrænse mængden af beton. Når man begrænser mængden af beton, så får du samtidig lavere vægt af konstruktionerne. Lavere vægt giver mindre dimensioner af de bærende dele af broen, så på den måde kommer man ind i en positiv spiral. Kernen i vores løsning har været at optimere design og konstruktion for at begrænse mængden af beton mest muligt. Vi har dog også kigget på at optimere anvendelsen af selve betonen. Det er ikke nødvendigt at bruge den mest højtydende beton med hensyn til styrkeog miljøklasse i alle dele af konstruktionen, så her er også en del at hente, siger Hans Henrik Christensen, chefrådgiver hos Rambøll.
Til beregning af CO2-aftrykket har teamet benyttet Vejdirektoratets nye værktøj InfraLCA, men har dog i et vist omfang måttet lave sine egne input, da der endnu ikke eksisterer specifikke EPD’er for alle anvendte materialer og produkter i værktøjet.
I beregningerne har man bl.a. erstattet den massive midtervæg (her Vindingevej), der bærer broen med to, tre eller fire slanke søjler. Sidstnævnte gav det bedste resultat i kombination med et lettere ribbedæk med fire bjælker.
Rambøll har slanket konstruktionerne, hvor det er muligt. Den massive midtervæg, der bærer
broen, har man erstattet med to, tre eller fire slanke søjler, hvor sidstnævnte gav det bedste resultat i kombination med et lettere ribbedæk med fire bjælker. De massive endevægge i beton blev ligeledes omdannet til en tyndere væg med ribber på bagsiden.
– Et andet trick vi benyttede, handler om forbindelsen mellem brodæk og de bærende endevægge. På de eksisterende broer er anvendt lejer, der kan optage brodækkets bevægelser. Men hvis vi støber dæk og endeunderstøtning sammen, så får vi en monolitisk konstruktion, der fungerer som en ramme, der kan optage kræfterne fra trafiklasten mere optimalt, og det bidrager også, forklarer konstruktionsingeniør Anamaria Gatej.
Samlet set gav den optimerede løsning for in-situ broen ved Vindingevej en CO2-reduktion på 44 procent. På elementbroen ved Vesterled er man gået lidt anderledes til værks på grund af dækkets elementopbygning. Her er den samlede reduktion tilsvarende endt på 30 procent.
Ifølge Anamaria Gate vil man også kunne opnå yderligere reduktioner, når det gælder de yderste bjælker og udkragningerne.
Kigger man på CO2-aftrykket fra den beton, der blev brugt til broerne i 2010, så er det ikke meget forskelligt fra den 1990-baseline, som klimalovens 70 procent reduktion tager udgangspunkt i. Ser man imidlertid på CO2-udslippet for den anvendte beton, hvis denne beton blev produceret i 2021, er der sket et markant fald. For brodækket på broen ved Vindingevej 550 mod 347 kg CO2/m3. For brodækket på broen ved Vesterled er tallene tilsvarende 700 mod 445 kg CO2/ m3. Faldet skyldes udviklingen inden for cementproduktion, så allerede her opnår man markante reduktioner.
I LCA-beregningerne er anvendt en type beton, som betonekspert Christian Munch-Petersen har udvalgt. Med kun 280 kg CO2/m3 har betonen et meget lavt CO2-aftryk. I fremtiden vil det formentligt blive muligt at komme endnu længere ned med nye betontyper, herunder FUTURECEM™, men denne type er endnu ikke godkendt til brug i anlægsprojekter af denne karakter. Ved at optimere anvendelsen af betonen således, at der kun benyttes beton med højere styrke, hvor nødvendigt – og kun svarende til ekstra aggressiv miljøklasse, hvor nødvendigt – vil det også være muligt at opnå reduktioner her.
I LCA-beregningerne tager Rambøll desuden udgangspunkt i, at der anvendes en armering produceret i Europa med lavest muligt CO2-aftryk.
I det samlede LCA-regnskab, hvor også drift og vedligehold medtages, er der en reduktion af CO2-aftrykket på op til 18 procent, hvis man sammenligner produktionen af cement i 2021 med 2010. Den geometriske optimering giver yderligere en reduktion på op til 29 procent for de to broer. Når man tillægger reduktionen, der stammer fra materialevalg – altså beton og armering – opnås en samlet reduktion på næsten halvdelen af CO2-udslippet på opførelsestidspunktet.
– Det er faktisk en meget stor reduktion. Vi har arbejdet inden for rammerne af Eurocodes og de danske nationale annekser, men vi er gået lige til kanten, og det kræver metoder og viden lidt udover det sædvanlige, siger Anamaria Gatej
De to broer er næsten identiske, men broen ved Vesterled har et brodæk, der er opbygget i elementer, hvilket har betydet, at Rambøll er gået lidt anderledes til værks med optimeringen. Den opnåede CO2-besparelse på broen ved Vesterled er markant, men noget lavere end for broen ved Vindingevej.
Infra LCA
Vejdirektoratets nye LCA-model InfraLCA anvendes til at analysere og beregne miljøpåvirkningen og CO2-fodaftryk fra de produkter og materialer samt transport og arbejder, der anvendes i Vejdirektora- tets anlægsprojekter. Målet er bl.a., at Vejdirektora- tet skal være i stand til at opstille krav til CO2-reduk- tion i forbindelse med planlægning, anlæg samt drift- og vedligehold af veje. InfraLCA vil på sigt gøre det muligt for VD at teste om deres leverandører rent faktisk overholder de krav til CO2-reduktion som opstilles.
