Finita elementsimuleringar för Norvik hamn

Sammanfattning: Norvik hamn är en nybyggd ro-ro- och containerhamn placerad på de bästa läget i Östersjön. Norvikhamn ligger endast några kilometer från Nynäshamn och med hjälp av korta infarter och effektivatransportförbindelser ger den direkt tillgång till hela stockholmsområdet. Hamnen är utrustad med enså kallad markstensbeläggning. Det översta slitlagret av beläggningen består av en decimeter tjockamarkstenar, varpå sand, asfalt och bergkross ligger under. Beroende på hur de geotekniskaförhållandena sett ut sedan innan så skiljer sig undergrunden en aning. På vissa platser bestårundergrunden av berg som betecknas med M1 och på andra platser består den av krossat sprängstensom då betecknas med M2. Den sista undergrunden betecknas med M3 och består av sprängsten samtett tjockt lager lera. Denna studie har undersökt hur hållbarheten hos beläggningsinfrastrukturen iNorvik hamn kan förbättras. Detta har gjorts genom att hitta fyra kritiska områden som har stimuleratsi Comsol Multiphysics. Dessa kritiska områden består av containerparken på beläggning M1, en ytabestående av beläggning M2 där lastbilar åker när de gör av och på ro-ro färjorna, vid en övergångmellan M1 och M2 där lastbilar kör samt vid en kurva på beläggning M2. Genom att öka och minskalaster och hastigheter har resultat tagits fram som jämför hur beläggningen påverkas vid dessaändringar. De skador som har legat i fokus för denna avhandling är ojämnheter och sårbildningar, mendet finns även andra skador som glidning av stenar samt skador i anslutning till brunnar som också ärrelevant för denna typ av beläggning.Den första simuleringen bestod av att jämföra hur stor skillnaden blev i förskjutning och spänning närbeläggningen lastades med 2 max lastade containrar och 1 max lastad container. Den procentuellaskillnaden i både förskjutning och spänning blev cirka 50 procent.Den andra undersökningen som gjordes var att testa huruvida fogsandens elasticitetsmodul påverkadebeläggningens hållfasthet. Denna simulering gjordes med anledning av att fukt och slitage minskarfoksandens elasticitetsmodul. Genom att göra tre simuleringar där e-modulen var 0,1 GPa, 5 GPa och35 GPa blev resultatet att mellan 0,1 GPa och 5 GPa minskade förskjutningen och spänningen med37,7 procent samt 48,2 procent. Mellan e-modulerna 5 GPa och 35 GPa minskade förskjutningen ochspänningen med 4,93 procent samt 5,78 procent.Tredje simuleringen bestod i att jämföra tre olika laster från lastbilar på beläggning M1. Syftet meddenna simulering var att jämföra den med samma simuleringar från beläggning M2 och vid enövergång mellan beläggning M1 och M2. Gällande deformationen är den procentuella skillnadenmellan 800 kPa och 500 kPa en minskning på 37,4 %, skillnaden i spänning för samma last är enminskning på 37,2 %. Den procentuella skillnaden i förskjutning mellan 800 kPa och 1000 kPa är enökning på 25,1 % och skillnaden i spänning är en ökning på 25,0 %.Den fjärde simulering var att undersöka hur tre olika laster påverkade förskjutningen och spänningenpå beläggning M2. Dessa laster var 500 kPa, 800 kPa och 1000 kPa. Hastigheten var 5 m/s och dettagjordes under 10 000 cykler. Mellan 800 kPa och 500 kPa minskade förskjutningen och spänningenmed 37,6 procent samt 33,3 procent. Mellan 800 kPa och 1000 kPa ökade förskjutningen ochspänningen med 25,4 procent samt 23,0 procent.Den femte simuleringen gjordes på exakt samma sätt som den femte fast med skillnaden att de kritiskaområdet var en övergång mellan beläggning M1 och M2. I detta fall minskade förskjutningen ochspänningen mellan 800 kPa och 500 kPa med 44 procent samt 31 procent. Mellan 800 kPa och 1000kPa ökade förskjutningen och spänningen med 25,5 procent samt 20,5 procent.Den sjunde och sista simuleringen som gjort var att jämföra tre olika skjuvkrafter vid en kurva hosbeläggning M2. Denna simulering gjordes i 3D där både lasten och skjuvkraften är medräknad.Eftersom att skjuvkraften är beroende lasten och hastigheten så har lasten antagits vara konstant, 800kPa, medans hastigheten har ändrats. Hastigheterna som antogs var 1,5 m/s, 3 m/s och 5 m/s. Dessahastigheter medförde skjuvkrafterna 2,1 kN, 8,4 kN och 23,5 kN. Resultaten från denna simuleringhar bestått i förskjutning i z-led, förskjutning i x-led samt spänning. De procentuella skillnadernamellan 1,5 m/s och 3 m/s var en ökning på 29 procent, 103 procent och 38 procent i z-led, x-led ochspänning. Den procentuella skillnaderna mellan 3 m/s och 5 m/s var en ökning på 34 procent, 60procent och 53 procent i z-led, x-led och spänning.För de simuleringar som gett upphov till skada och plastisk deformation har resultaten från dessasamlats under appendix.