Projektering

Från fyrwiki
Hoppa till: navigering, sök

Projektering, planering av byggande / uppförande. Här nedan exemplifierad med saxade delar av projekteringen av:

1) Farstugrundens kassunfyr

2) Falsterborev kassunfyr (Sandflyttans fyr)

3) Brofjordens fyrar Dynabrott och Brandskärsflak

Som av en händelse råkar dessa vara byggda på fyrfabriken Jävre-Sandholmen

Bygget av den första svenska större kassunfyren var det av Ölands Södra Grund, som beskrivs i ord och bild på sin egen sida. Klicka här för Ölands Södra Grund

Projekberättelserna nedan inleds med en till svenska översatt publikation "Experiences of offshore lighthouses in Sweden" författad av Erling Reinius, Stig Haggård och Edgars Ernstsons, där bakgrund och överväganden till de svenska kassunfyrarna diskuteras och redovisas.


SweFlag.jpg Symbol kassfr.jpg Lur ritad.jpg Blixtsymbol.jpg Symbol racon.jpg Vantskruv.jpg Fotogenlamp ritad.jpg KanalSymbol.jpg

PiteRönnskär karta ritad.jpg
Pålbädd för och bygget av en kassunfyr, i detta fall Sydostbrotten kassunfyr. Signerad Gellerstad
Laddar karta ...


Remmargrund. Arkiv G Kjellgren
Norra Fällbådan. Foto Åke Brandt
Nygrån gamla fyren med brottytan markerad i rött. Arkiv G Kjellgren
Nygrån gamla fyren liggande på isen. Arkiv G Kjellgren

Experiences of offshore lighthouses in Sweden

Föfattare: Erling Reinius, Stig Haggård och Edgars Ernstsons

I översättning:

I Sverige har man de senaste 30 åren byggt många utsjöfyrar med bottenkassun och cylindriskt torn som överdel. I flertalet fall har de ersatt fyrskepp och bojar, detta för att ge en mer tillförlitlig drift vintertid men även för att ge minskad driftkostnad.

Den första stora utsjöfyren var Ölands Södra Grund som byggdes åren 1947-1951. Den står i Östersjön på 12 m djup omkring 22 km från närmaste land. Bottenkassunen tillverkades i skyddade vatten, bogserades till sin plats och sänktes på en förberedd havsbotten. Det fortsatta bygget med överdel med bostäder och installation av utrustning utfördes på plats, allt detta tog lång tid på grund av besvärliga transporter på grund av väder och sjöhävning. Fyren var ursprungligen bemannad men är nu utan personal och automatiserad. 1970 försågs den med en helikopterplatta på toppen.

Erfarenheten från uppförandet av denna utsjöfyr visar att så mycket som möjligt av bygget skall utföras i anslutning till land. Det farliga och kostsamma arbetet till havs bör reduceras till ett minimum.

Teleskopfyrar

Därför utvecklades metoder där man kunde utföra byggande, såväl som installation, i anslutning till land för att sedan bogsera hela härligheten till sin avsedda plats. Tidigt utvecklades teleskopmetoden. Enligt denna byggs en separat kassun innanför en yttre kassun. Detta ger en låg tyngdpunkt och tillfredsställande flytstabilitet för bogseringen. Efter placering på sin plats lyfts den inre kassunen till avsedd höjd med hjälp av inpumpat vatten och domkrafter. Därefter fylls den yttre kassunen med sand och grus. Första gången metoden prövades var 1958 på fyren Grundkallen. Fram till 1970 har teleskopmetoden använts för totalt 8 svenska utsjöfyrar.

Fig 1 visar fyren Svenska Björn i Stockholms skärgård i Östersjön. Den kom på plats 1968. Den konstruerades för att vara bemannad, därför den inre kassunens stora diameter med plats för boutrymme. Men sedan 1969 är den obemannad och fjärrmanövrerad via radio. Följande data för Svenska Björn kan vara av intresse:

Diameter ytterkassun, m 23
Diameter innerkassun, m 12
Diameter torn, m 4,6
Tornets höjd ö.h, m 32
Bottendjup, m 13,5
Beräknad högsta våg, m 14
Beräknad max horisontell vågkraft, ton 3.800
Antaget max istryck, ton 4.000
Kostnad bygge, kronor 4.040.000
Kostnad utrusning, kronor 670.000
Total kostnad, kronor 4.710.000

En nackdel med teleskopmetoden är att den yttre kassunen behöver vara ganska stor för att ge flytstabilitet under bogseringen. En stor diameter resulterar i stora vågkrafter och högre istryck. Som om inte detta var nog har ny teknik gjort det möjligt att ha utsjöfyrarna obemannade och därför behövs inte den tilltagna diametern för bostadsutrymmena.

Fångdamm

För obemannade fyrar kan en annan konstruktionsmetod användas. Man minskar diametern på bottenkassunen samt förser den med en tillfällig cirkulär vägg ovanpå. På så vis får fyren tillfredsställande flytstabilitet. 14 utsjöfyrar har till dags dato byggts enligt denna metod med s.k. fångdamm.

En av dessa är utsjöfyren Gustav Dalén, fig 2, byggd 1966-67. Fyren är försedd med en landningsplatta för helikopter ovanpå på tornet. Även om fyren drivs obemannad har den utrymmen för övernattning för besökare. Följande data kan vara av intresse:

Diameter ytterkassun, m 23
Diameter undre del av tornet, m 7,2
Diameter övre del av tornet, m 4,6
Tornets höjd ö.h, m 25,5
Bottendjup, m 16
Beräknad högsta våg, m 13
Beräknad max horisontell vågkraft, ton 2.450
Kostnad bygge intill land, kronor 1.400.000
Kostnad bygge utanför land, se nedan, kronor 1.050.000
Kostnad utrustning, kronor 750.000
Total kostnad, kronor 3.200.000
Kostnad fångdamm (kan användas flera gånger), kronor 600.000

Det som ovan benämns ”Kostnad bygge utanför land” utgörs av preparering av havsbotten genom sprängning, utjämning med grus och sand, bogsering av fyren och sänkning, bortmontering och retur av fångdammen, sandfyllning, injektering och täckning av sanden med betong samt stenfyllning runt kassunen (= erosionsskydd). Vad som inte är inräknat är kostnad för platsundersökning och planering.

Vågkrafter

Vågors höjd och perioder framför en fyr beräknas baserat på vindhastighet, avstånd och djup men även diffraktion och refraktion. Högsta höjd på våg antas vara 1,8 gånger signifikant våghöjd. Ibland har även större vågor undersökts. Åtskilliga hydrauliska modeller har provats för att finna horisontella och vertikala vågkrafter samt inverkan av vågsvall och sprut på olika strukturer, bottenförhållanden och vågdimensioner.

För större bottendjup är den farligaste vågen den högsta. För mindre djup hinner den stora vågen bryta innan den når fyren och har då vid ankomst förlorat mycket av sin energi. I sådana fall ger de resulterade mindre vågorna det största vågtrycket. För några fyrar har beräkningar baserats på liknande fall utan att egna modellförsök utförts.

Vågsvall och spray är speciellt besvärande på vintern genom att täcka fyren med is. Modellförsök har visat att genom att förse tornet med en balkong runt tornet kastas vågsvall utåt igen och på så vis minskar risken för att tornets övre delar skall täckas med is.


Modellförsök av vågkrafter

Modelltesterna utfördes hos Kungl Tekniska Högskolan. En av de använda vågrännorna där har en bredd på 1,2 m och ett djup av 0,6 m och en annan har en bredd av 3 m och ett djup av 1,2 m.

En modell av fyren Ölands Södra Grund användes för mätningar av vågtryck. Sjöbotten bestod av krossad sten som ännu inte täckts med betong. Tryckceller som placerats längs fyrens botten visade att lyftkraften varierade nästan linjärt med vattentrycket på framsidan respektive på frånsidan och att lyftkraften var synkron med vågorna.

Uppmätt vågtryck i laboratoriet och i verkligheten stämde väl överens. Emellertid var modellens uppmätta kraft ibland 10-20 % högre än verklighetens. Orsaken kan vara att modellens vågor var sinusformade medan verklighetens brantare har mindre vatten i vågens efterkant.

På grund av god överensstämmelse mellan laboratorium och verklighet genomfördes inga fler tester på andra utsjöfyrar.

Istryck

Istrycket på en utsjöfyr kan orsakas av packis i rörelse, eller av ett helt isflak där fyren är infryst, eller av kollision med ett stort isflak. Fig 3 visar fyren Grundkallen i is som rör sig.

För projektering antas istrycket på den svenska västkusten motsvara 50-100 ton/m av fyrens diameter medan den i Bottenviken antas vara 150-200 ton/m. Dessa antaganden baseras på erfarenheter och uppskattningar från modeller i packis. Inga mätningar har dock utförts på verkliga utsjöfyrar.

Som exempel på observationer av istryck kan nämnas dels kollapsen av fyren Nygrån i norra Sverige och dels glidningen av fyren Tainio i Finland.

Istryck på Nygrån

Utsjöfyren Nygrån konstruerades 1958, se fig 4. Det var en bottenkassun med 14 m diameter förankrad på 5 m djup. På ett vattendjup av 1 m var ett vertikalt torn med 2,5 m diameter förbundet med kassunen. Fyren var konstruerad för att tåla ett istryck av 375 ton, motsvarande 150 ton/m, som träffade 0,5 m över vattenytan. Under vintern 1968-69 knäcktes emellertid tornet i skarven mellan torn och kassun och tornet föll ner på isen. De ytligare armeringsjärnen visade typiska tecken på utmattning. Brottlasten beräknades ha varit c:a 800 tonm.

Observationer gav vid handen att packis av ansenlig tjocklek hade glidit uppåt på den koniska bottenkassunen. Väggsprickor från dragbelastning, belägna 2 m över brottet visar på packisens omfattning. Av detta sluts att centrum för ismassans tryck låg högre upp än vad som antagits vid projekteringen.

Om packisen var 6 m tjock och istrycket var horisontellt och hydrostatiskt jämnt fördelat borde centrum för istrycket ha legat 2,0 m högre upp än brottytan samt att totala trycket på tornet ha varit 400 ton. 2 m ovanför brottet torde vridmomentet ha varit 240 tonm och dragspänningen i betongen varit tillräckligt stor för att resultera i de observerade sprickorna. Med dessa antaganden blir istrycket c:a 400 ton motsvarande c:a 160 ton per meter diameter.

Det horisontella istrycket måste även ha verkat på kassunen, och det totala istrycket måste ha varit mer än 400 ton, motsvarande ett friktionsindex över 0,57 mot sjöbotten. Emellertid hade inte kassunen kanat i sidled.

Istryck på Tainio

Utsjöfyren Tainio i södra Finland har en bottenkassun med 14 m diameter och ett torn med 3,5 m diameter. Det placerades på en förberedd havsbotten i oktober 1966. En kraftig vinter avbröt emellertid fortsatta arbeten. Ingen injektering hann göras av bädden bestående av sten. En del av betongen för övertäckning samt sand för fyllning av kassunen hann inte heller slutföras. I februari 1967 hade fyren knuffats sidledes en sträcka av 14 meter mot SE. Temperaturen hade i flera veckor varit ovanligt låg, -10 till -26 grader, och den starka vinden, 6 Beaufort från NW, gav upphov till isdrift. Vid inspektion en vecka senare hade packisen på tornets västsida en tjocklek av 3,5 – 4 m, överkanten låg 0,5 m över vattenytan. Längre bort från fyren hade flaken med svartis en tjocklek av 0,65 m.

Vikten av fyren där den stod beräknades till 780 ton. Friktionskoefficienten mellan bädden och fyrens botten var inte känd. Prov har visat värden kring 0,56 mellan betong och makadam men även så lågt som 0,3 om armeringsjärnen blottlagts. Sålunda, den horisontella kraften kan ha legat mellan 233 och 436 ton. Det lägre motsvarar 67 ton per meter cylindrisk torndiameter och det högre 125 ton per meter.

Erosion

De flesta utsjöfyrar står på berg eller sten. Efter injektering av bädden har erosion inte varit något problem.

För mjukt underlag undersöks marken avseende bärförmåga och motståndskraft mot strömningen från passerande vågor så att fyrens grundläggning inte äventyras. Fyrar på mjukt underlag ges skydd mot erosion med sten och block som placeras runt bädden. Dessa måste ha tillräcklig storlek för att motstå strömningen från vågor som passerar.

I nära framtid kommer utsjöfyren Falsterborev att placeras på sandbotten med ett djup av 18 m. Omfattande modellförsök har gjorts där placering på de alternativa djupen 12 m och 18 m har undersökts. Den största signifikanta vågen vid svår storm på den senare placeringen beräknas ha en höjd av 4-5 m och en period av 9,5 s. Modelleringarna gjordes för olika vågor med höjd upp till 9,5 m vid 18 m djup och perioder upp till 13,5 s. Flöden med hastighet 1 knop har mätts från fyrskeppet nära sandbanken och kunde reproduceras i försöken. För att ge litet motstånd mot vågor och flöden och för att ge låga strömningshastighet nära kassunen borde byggnaden ha en låg bottenkassun och ett torn med liten diameter.

För 18 m djup kan ett erosionsskydd ha mindre storlek på stenarna jämfört med för 12 m djup. Långtidseffekt av vågor och undervattensströmmar studerades med användning av plastsand. Om erosionsskyddets blockstorlek och omfattning runt fyren gjordes tillräcklig uppträdde ingen erosion med undantag av i modellförsöken ett litet ställe utanför kassunen, fig 6.


Farstugrunden

Farstugrunden. Foto Tomas Isaksson-Savela
Farstugrunden vertikalsektion. Vänstra delen visar med, högra utan fångdamm. Arkiv G Kjellgren 1972
Vertikalsektion för Norströmsgrund kassunfyr. Vänstra delen visar med, högra utan fångdamm. Arkiv G Kjellgren
Fladen kassunfyr med besök på helikopterplattan. Arkiv G Kjellgren

1. Syftet med fyren är dels att förbättra angöringen av Luleåområdet och dels att ersätta viktiga bojstationer

2. Fyrbyggnad i likhet med fyren Norströmsgrund.

3. Fyren skall utrustas med anordningar för fyrljus, mistsignal, radiofyr, racon och fasadbelysning. Elkraften avses alstras på fyren genom lokala elverk, då avståndet till land gör att en kabelanläggning ur såväl ekonomisk som teknisk synpunkt ej är lämplig. Fyren förutsätts bli obemannad och all apparatur helautomatisk. För kontroll av fyren anordnas radioförbindelse mellan fyren och Luleå lotsplats.

Plan

Angående bottenfast fyr på Farstugrunden samt indragning av farled m.m.

Utformning

... bottenfast fyr ... på Farstugrunden bör ... utformas enligt nedan.

Namn: Farstugrunden

Läge: C:a 65° 19,83’ N, 22° 45,30’ O på c:a 14 m vattendjup. Bottenförhållandena undersökta av …

Karaktär: K 4s

Sektorer: (10 st med vita, röda och gröna sektorer och med specade bäringar)

Ljusstyrkor: C:a 150.000 cd för vitt, 80.000 / 25.000 cd för rött resp. 50.000 / 20.000 för grönt sken

Fyrbyggnad: I likhet med fyren Norströmsgrund. Fasadbelysning.

Färgsättning: Orange.

Lyshöjd: C:a 27 m.

MS: Nautofoner, riktade NV-vart och SO-vart, 3 ljud var 60s.

RC: Igenkänningssignal FA = ..-. .- . Fyren utrustas med racon.

När fyren trätt i funktion

Sedan fyren Farstugrunden trätt i funktion kommer följande säkerhetsanstalter att indragas:

  1. . Radiofyren Rödkallen och mistsignalen vid samma fyr.
  2. . Lys- och ljudbojen Farstugrunden samt trattremmaren med kon och klot.
  3. . ”Marakallenleden” med 6 lys- och ljudbojar samt 11 remmare.
  4. . Lys- och ljudbojen Falkens Grund, c:a 11 M OSO om Norströmsgrund.

(datum)

(sign)


Allmänna förutsättningar och utrustning

1. Allmänna förutsättningar

Fyren skall utrustas med anordningar för fyrljus, mistsignal, radiofyr, racon och fasadbelysning. Elkraften avses alstras på fyren genom lokala elverk, då avståndet till land gör att en kabelanläggning ur såväl ekonomisk som teknisk synpunkt ej är lämplig. Fyren förutsätts bli obemannad och all apparatur helautomatisk. För kontroll av fyren anordnas radioförbindelse mellan fyren och Luleå lotsplats.

2. Fyrljusanläggningen

Då fyren kommer att förses med helikopterlandningsplatta avses fyrljuset erhållas genom arrangemang av sealed-beam-lampor. Anläggningen utförs i likhet med Norströmsgrund, det vill säga med dubblerat lamparrangemang matat från var sin tyristorstyrning, varigenom heldubblerad och av varandra oberoende utrustning erhålls. Fyrljuskaraktär K4s (2+2). Tändning och släckning skall normalt ske genom fotocellutrustning, men manövrering skall även kunna ske från kontrollstationen (dagerfyring och manövrering). Ljusöppningarna förses i erforderlig omfattning med elvärmerutor. Skärmning i princip enligt (tidigare) förslag.

3. Fasadbelysning

För att underlätta avståndsbedömningen till fyren under mörker anordnas fasadbelysning av SjöV:s standardutförande med fotocellstyrning.

4. Landningsljus

Landningsljus (fotocellstyrt) anordnas för helikopterplattan jämte en röd och grön lampa till ledning för helikopterlandning.

5. Kraftförsörjningen

Elkraften skall erhållas från ettdera av 3 st dieselgeneratoraggregat, om c:a 50 hk, 45 kVA, 400/230V, 3-fas, 50 p/s. För aggregaten anskaffas instrumentskåp innehållande dubblerad start- och stopputrustning jämte övervakningsanordningar. Vid fel skall igång varande aggregat omedelbart stoppas och blockeras för vidare start samt nästa i tur stående aggregat startas. Vid normal drift skall aggregaten automatiskt skiftas efter c:a 200 tim drift. Motorerna skall vara försedda med oljetråg för 1000 tim drift. Kylningen av aggregaten anordnas med separata cellkylare, som förbindes med ventilationssystemet via separata trummor och fläktar. (system enligt Nordvalen – Svinbådan). För fördelning av elkraften anskaffas ett särskilt fördelningsskåp, även med utrustning för inkoppling av aggregaten för manuell drift. För brännoljebehovet anordnas separata tankar om c:a 8 m3 för varje aggregat. I reserv skall på fyren finnas en dieselmotor och en generator för reservändamål.

6. Mistsignalanläggning med dimdetektorer

Ljudsändarna skall utgöras av 2 st 2-grupps nautofoner riktade i nordväst och sydost. En enhet i vardera gruppen skall matas med separat givareutrustning, varigenom ernås att ljudverkan erhålles i båda riktningarna med endast halva anläggningen i drift. Grupperna skall kunna hållas i drift samtidigt eller var för sig oberoende av varandra. Till- och frånslag skall normalt ske automatiskt genom dimdetektorer typ RTM, varav en riktad nordvart och en sydvart.

Då anläggningen skall vara helautomatisk och även anpassad för fjärrkontroll erfordras speciell utrustning härför. Manövrering skall kunna ske via fjärrmanöver vid fel på automatiken , varvid även teckengivareskifte skall kunna utföras genom inkopplingsföljden. (Mist 1 först = teckengivare 1, Mist 2 först = teckengivare 2). Mistsignalkaraktär: 3 ljud var 60 s (4+4+4+4+4+4+40).

7. Radiofyranläggningen

Radiofyr i heltransistoriserat utförande av AGA:s tillverkning typ MAFS 607 installeras. Anläggningen är dubblerad med separat tid- och teckenverk samt anordningar för fjärrmanövrering. Strömförsörjningen anordnas med separata batterier och likriktare för envar av enheterna. Antennanläggning (gemensam för båda sändarna) med avstämningsenhet, genomföringar m.m. utföres enligt SjöV:s standard för fyrar med helikopterlandningsplatta. Upptiningstransformator för avisning av antennen installeras. Igenkänningssignal prel F A (.._. .- ).

8. Racon

För att med radar kunna identifiera fyren installeras 3 cm:s racon-anläggning.

9. Fjärrkontrollanläggningen

För kontroll och övervakning anordnas radiolänk (380 MHz) mellan fyren och kontrollstation och överförningen av informationer och manövrar utföres enligt telegramprincipen. Följande manövrar och indikeringar skall kunna överföras.

10. VHF-station

VHF-radiostation installeras för samtal med kontrollstation och tjänstebåtar jämte kustradiostation.

11. Rundradiomottagare

För avlyssning av tidssignalen samt för servicepersonal anskaffas en rundradiomottagare.

12. Batterier.

För dieselgeneratoraggregaten anordnas separat startbatterier och för startautomatiken och övrig utrustning dubbla manöverbatterier, samt ett mindre nödbatteri.

13. Likriktare

För underhållsladdning av start- och manöverbatterier anskaffas lämpliga konstantspänningslikriktare, förslagsvis av LM Ericssons fabrikat.

14. Nödbelysning

Viktigare lampor (trappljus och maskinrum) skall vid nätbortfall kunna inkopplas till ett separat batteri.

15. Kraft- och belysningsinstallationen.

För fördelning och avsäkring anskaffas erforderliga elcentraler, brytare, uttag, kabel och övrig installationsmateriel. Installationsritningar och materialspecifikationer utarbetas genom XX-sektionens försorg.

16. Verktygsutrustning

Mema handborrmaskin med bänkställ och övrig utrustning anskaffas. Övriga handverktyg för maskiner som elutrusningen anskaffas i erforderlig omfattning.

17. Kostnadskalkyl

Administration 110 000
Lokalkraft med tillbehör 225 000
Fyrljus 135 000
Mistsignal med dimdetektor 115 000
Radiofyr 90 000
Fjärrkontroll 75 000
Radiokommunikation 15 000
Installationer utomstående 100 000
Diverse och oförutsett 35 000
SUMMA KRONOR 910 000

(datum)

(sign)


Konstruktion, dimensionering och byggande

Förutsättningar och utförande

1. Uppförandet av Farstugrundets fyr ... dels förbättra angöringen av Luleåområdet och dels att ersätta viktiga bojstationer med bottenfasta fyrar.

2. Fyren har projekterats på grundval av uppgifter dels betr. säkerhetsanstalters fyrtekniska prestanda och dels betr. bottenundersökningar.

3. Med uppfyllande av de krav som ställts för utformning och utrustning av rubr fyr föreslår vi att fyrbygget utföres lämpligast som s.k. gravitationsfyr, typ Västra Banken, Norströmsgrund, dock med de modifikationer som det mindre vattendjupet, fyrplatsens läge och utrustningen av fyren nödvändiggör.

4. Byggandet av fyren planeras ske enligt den sedvanliga metoden, dvs på pålbädd, under vinterperioden 1972-73 i Jävre-Sandholmen, där vattendjupet invid kaj är c:a 7 m vilket således begränsar djupgåendet av fyrkassunen vid sjösättningen till max 6,2 m.

För att åstadkomma erforderligt deplacement och tillfredsställande flytstabilitet vid bogsering och sänkning av kassunen, påbygges efter sjösättning dess yttre cylindervägg med en vattentät fångdamm av betong. Efter utsättning av fyren på grunden rives de provisoriska väggarna genom att de segmentvis fälls utåt sedan bultförbindningarna mellan de f ö fristående elementen lossats.

5. Före sjösättningen utföres alla betonggjutningar med undantag av radiella väggar över +5,0, isskyddet och fångdammen. Totalvikt av fyren vid sjösättning (på pålbädden) uppgår till c:a 2540 ton, djupgående c:a 6,11 m och metacentrumavstånd c:a 0,59 m.

6. Efter sjösättning och bogsering till hamn med lämpligt djup (S Haraholmen) utförs kompletterande arbeten.

  1. Pågjutning av bottendel c:a 146 m3 btg
  2. gjutning av fångdamm c:a 96 m3 btg
  3. gjutning av radiella väggar c:a 102 m3 btg
  4. ”isskydd” och gjutning av tornets yttre del 1,20 m till 15,80 m c:a 189 m3 btg

Efter avslutade arbeten gäller följande: total vikt av fyrkassunen efter kompletterande betonggjutningar m.m. 3856 ton, flytdjup c:a 9,28 m och flytstabilitet (metacentrumavstånd) c:a 0,66 m.

Vid sänkning på fyrplatsen blir minimalt metacentrumavstånd c:a +0,35 m. Sandfyllning i kassunen på platsen uppgår till c:a 2.100 m3 och över denna injekteringsbetong till c:a 300 m3.

7. Total vikt för färdig fyr, deplacement frånräknat, uppgår till c:a 5.080 ton.

Sänkt fyr ej riven fångdamm 2.520 ton.
Sänkt fyr med riven fångdamm utan sandfyllning 2.360 ton.

8. Dimensionerande belastningar.

a) Stabilitet mot iskrafter

Fyren har i första hand dimensionerats för en iskraft av c:a 2.500 ton som antages verka i medelvattenytan (nivån +14,0) eller fördelad på en bredd motsvarande fyrens diameter c:a 348 ton/m. Fyren Norströmsgrund kan däremot motstå totala iskraften upp till 2.000 ton eller fördelad på fyrens bredd c:a 270 ton/m.

Iskrafter:

Horisontalkraft 2.500 ton
Stjälpande moment 35.000 ton m
Max grundtryck 6,4 kg/cm2

b) Stabilitet mot vågkrafter:

Dimensionerande våg antas vara en brytande våg med höjden 13 m. Från våg- och stabilitetsberäkningar har följande värden erhållits:

Total horisontalkraft c:a 2.200 ton
Uppåtriktad vertikalkraft c:a 500 ton
Stjälpande moment c:a 28.000 ton m
Max grundtryck 4,4 kg/cm2

c) Stabilitet omedelbart efter rivning av fångdammen

Innan sandfyllningen utförts är fyrens tyngd i lugnvatten 2.360 Mp. Tillåtes tgy = 0,36 som motsvarande beräkning för fyren Finngrundet erhålles tillåten horisontalkraft till 850 Mp vilket ungefär motsvararar en våg med en höjd av c:a 6 m.

9. Kostnader

Beräknade byggkostnader enligt föreliggande förslag uppgår till c:a 3.290.000 kronor. Kostnaden för elektrisk utrustning m.m. har enligt De uppskattats till 910.000 kronor. Totala anläggningskostnaden för fyren Farstugrunden uppgår således till c:a 4.200.000 kronor.

I avvaktan på att Kungl Maj:t ställer erforderliga investeringsmedel till SjöV:s förfogande utföres finansieringen med av AMS förskotterade medel inom ramen för ovan angivna belopp.

(datum)

(sign)

Falsterborev kassunfyr

Falsterborev kassunfyr sjösätts vid Jävre-Sandholmen. Arkiv G Kjellgren
Falsterborev kassunfyr efter sjösättning. Arkiv G Kjellgren
Falsterborev kassunfyr vertikalsektion. Vänstra delen visar med, högra utan fångdamm. Arkiv G Kjellgren 1972
Falsterborev kassunfyr just på plats. Arkiv G Kjellgren

Förutsättningar

… enligt preliminära planer kommer en bottenfast fyr att placeras 7-8 distansminuter sydväst om Falsterbo intill ett grundområde på sjökortet benämnt Sandflyttan. Botten i omgivningen kring de aktuella fyrlägena har vid flera tillfällen inspekterats av dykare, senast i augusti 1967, då även ett antal prover togs från bottenytan.

Preliminär utformning av fyren för ett grundläggningsdjup på 18 m framgår av ritning.

För planerade fyrbyggen gällerföljande förutsättningar:

  1. ) Grundläggning på sand och grundläggningsdjup c:a 18 m.
  2. ) Byggnadsplats: Jävre-Sandholmen.
  3. ) För att åstadkomma erforderligt deplacement och tillfredsställande flytstabilitet vid nedtrimning, bogsering och sänkning av fyrkassunen – påbygges efter sjösättning dess yttre cylindervägg en vattentät stålkonstruktion – fångdamm.

Första gången användes denna fångdamm för fyren Gustav Dalén kassunfyr – 1966. Härnäst kommande fyrbyggen där fångdammen skall användas för samma ändamål är Finngrunden och Västra Banken.

Djupgående vid sjösättning 6 m, vikt c:a G = 2725 ton och flytstabilitet hm = 1,0 m.

Efter sjösättning av kassunen utförs följande arbeten:

  • kompletterande betonggjutning (radiella väggar ovan +7,0 och ringen runt tornet vid rad. väggarnas ök)
  • trimning med sand c:a 330 m3
  • montage av fångdammen

Total vikt färdig fyr (exkl. fångdamm, inredning och fyllning) G = 3090 ton

  • Förberedelser till utsättning m.m. d.v.s. utbogsering av fyrkassunen till fyrplatsen antas ske från Karlshamn med ett djupgående på c:a 8,5 m, flytstabilitet hm = 0,58 m.
  • Minsta flytstabilitet hm vid sänkning 0,33 m.

Som kassunfyllning har föreslagits sand till c:a 3 m under kassunernas överkant, ett övergångslager av singel samt täckning med stenblock, d.v.s. i princip samma anordning som för erosionsskyddet.

Dimensionerande våg

Som dimensionerande för 18-m alternativet har valts en 10 m hög våg. Vågor med denna höjd kan anses vara de högsta vid ett stormtillfälle, då den signifikanta våghöjden är c:a 5,5 m. För att så grov sjöhävning skall uppstå fordras vind från ESE med en medelhastighet 10 m ö.h. överstigande c:a 30 m/s under 7 timmar. För jämförelse med dimensionerande vågor i andra farvatten bör det framhållas, att vågorna vid ett sådant stormtillfälle beräknas bli c:a 50 % högre i öppet vatten med så stort djup att ingen friktion eller annan effekt av bottenkänning uppstår.

De momentant största krafterna av de dimensionerande vågorna har beräknats grovt med ledning av modellförsöken avseende Hävringe-fyren (=Gustav Dalén) .

Följande stabilitetsvärden har erhållits:

Resultatens lutningsvinkel med vertikallinjen tg = 0,42. Grundpåkänning i genomsnitt med 1,8 kg/cm2. En beräkning av grundens bärförmåga enligt glidytebetraktelse med hänsyn till såväl horisontell som vertikal ytlast ger till resultat en medelbrottspänning på omkring 5 kg/cm2.

Säkerhet mot stjälpning c:a 2,5.

I enlighet med föreliggande arbetsplan för kommande fyrbyggnader under budgetåret … får vi härmed föreslå att styrelsen godkänner förslaget för Sandflyttans fyr och beslutar om fortsatt detaljprojektering och upprättande av arbetsritningar.

Kostnader

Beräknade byggnadskostnader enligt föreliggande förslag uppgår till c:a 2.700.000 kronor.

Kostnaden för elektrisk utrustning m.m. … c:a 900.000 kronor.

Totala anläggningskostnaden för Sandflyttans fyr uppgår således till c:a 3.600.000 kronor.

(ort, datum, sign)

Kostnader för utökning av tornet m.m.

För att erhålla extra utrymme (för att kunna göra fyren bemannad) har ett nytt förslag upprättats dels genom att öka tornhöjden från 43,5 till 48,50 m, dels genom att öka tornets inre diameter från 4,50 m till 5,0 m.

Preliminär utformning av en fyr med utökat torn enligt ovan framgår av bifogad ritning.

Fångdamm i betong

Enligt detta föreslås fångdammen utförd i betong, då det blir svårt, att med den i stål utan extra deplacement, erhålla erforderlig flytstabilitet.

Kostnader

Sammanställningen av preliminära kostnader för fyrförslaget … framgår av i den i detalj redovisade uppställningen. 1969 års prisnivå.

Här kan tilläggas att vi också har gjort en jämförelse med kostnaderna för en teleskopkassun med motsvarande tornstorlek. För den sistnämnda har kostnaderna grundats på ett utförande i princip som det förslag till teleskopkassunen som upprättades för Vinga utsjöfyr. Vi har funnit att teleskopalternativet blir minst 400.000 kronor dyrare än fångdammsalternativet.

(... spec ökade resp. minskade kostnader)

Anläggningskostnader

Beräknade kostnader för obemannad fyr (se tidigare förslag) = c:a 3.600.000 kronor

Merkostnader för bemannad fyr (enligt här utökat förslag) = c:a 320.000 kronor

Totalkostnader (bemannad) baserad på 1969 års prislista = 3.920.000 kronor

Totala kostnader (bemannad) enligt 1970 års prisläge = c:a 4.300.000 kronor

(ort, datum, sign)

Brofjordens fyrar Dynabrott och Brandskärsflak

Kassunfyrarna Brandskärsflak och Dynabrott klara att sjösättas i Jävre-Sandholmen. Arkiv G Kjellgren 1973
Brandskärsflak vertikalprojektion
Kassunfyrarna Brandskärsflak och Dynabrott på plats i Brofjorden. Arkiv G Kjellgren
Kassunfyrarna Brandskärsflak och Dynabrott i Brofjorden. Arkiv www.seniorseglaren.se

Förutsättningar och utförande

Navigerings- och manöverprov har verkställts från öppen sjö till platsen för det planerade oljeraffinaderiet i Brofjorden. Detta har resulterat i beslut från Kungl. Maj:t att verkställa uppförandet av de båda bottenfasta fyrarna Dynabrott och Brandskärsflak. De utgör de största ”säkerhetsanstalterna” för inseglingen till Brofjorden.

Fyrarna har projekterats på grundval av fyrtekniska prestanda, bottenundersökningar och modellförsök avseende vågkrafter. Med uppfyllande av ställda krav kan fyrarna i princip utföras lika, modifierat före vattendjup, läge och lyshöjd. Vald konstruktion är bottenförankrade betongkassuner med torn och helikopterplattform i betong.

SjöV har sedan 1960-talet av arbetsmarknadspolitiska skäl uppfört ett antal större kassunfyrar på pålbädd vid Jävre-Sandholmen, c:a två mil syd om Piteå. Vid denna arbetsplats finns därför erforderliga anordningar i form av bodar, förråd och maskiner samt en väl inövad arbetsledning och arbetarstam.

Byggandet av de båda fyrarna har utförts enligt den sedvanliga metoden d.v.s. på pålbäddar under vinterperioden 1971-72 i Jävre-Sandholmen. Där är vattendjupet invid kaj c:a 7 m, vilket således begränsar kassunernas djupgående vid sjösättningen till max 6,2 m.

För att åstadkomma erforderligt deplacement och flytstabilitet vid bogsering och sänkning påbygges de yttre cylinderväggarna med en vattentät fångdamm av betong. Efter utsättning av fyrarna på grunden rivs de provisoriska väggarna. Detta görs genom att lossa bultförbanden mellan segmenten och en efter en fälla dem utåt.

Efter sjösättning och bogsering till hamn med lämpligt vattendjup i Lysekil eller Brofjorden utförs kompletterande arbeten såsom pågjutning av betongplattan, gjutning av fångdammens övre del, isskyddet och helikopterplattan. Dessa betonggjutningar uppgår till 216 m3 för fyren Dynabrott och 246 m3 för Brandskärsflak.

Efter avslutade arbeten erhålls ett djupgående av 8,3 m. Med hänsyn till Flintrännans djupgående, som uppgår till c:a 7,1 m vid gynnsamt vattenstånd, kan den sista byggnadsetappen inte slutföras i Jävre-Sandholmen.

Grundläggningen på fyrplatsen sker i båda fallen på plansprängt berg som avjämnas med makadam. Beräknat grundläggningsdjup för fyren Dynabrott uppgår till c:a 11,7 m och för Brandksärsflak c:a 13,5 m. Fyrplatslägen m.m. framgår av ritning.

Därefter återstår på fyrplatsen arbete med

  1. injektering av bottenbäddarna
  2. borrning av hål för förankringsstål (Dynabrott 6 st, Brandskärsflak 8 st à diam 32 mm)
  3. fastsättning av förankringsstålen, uppspänning och injektering i foderrören. Uppspänningen sker med hänsyn till att en slutlig kraft av 50 ton per stål erhålls.

Huvuddata

Dynabrott Brandskärsflak
Bottenkassunens diameter, m 18 18,5
Vikt på pålbädd inkl fångdamm till 9 m höjd, ton 1.580 1.630
Djupgående efter sjösättning, c:a m 6,2 6,1
Flytstabilitet, m 0,63 0,93
Totalvikt efter kompletterande betonggjutningar, ton 2.110 2.220
Flytdjup efter pågjutningar, m 8,3 8,3
Flytstabilitet efter pågjutningar, m 0,56 0,59
Minsta metacentrumavstånd (flytstabilitet) vid sänkning av fyrkassunerna på fyrplatsen, m 0,40 0,34
Fyranas vikt vid lugnvatten, ton 1.220 1.250
Lyshöjden för de färdigställda fyrarna, m 25 25

Dimensionerande belastningar

Fyrarnas stabilitet redovisas i form av beräknad säkerhet mot glidnings- och stjälpningsrörelser. Av redogörelsen framgår att vågkrafterna är dimensionerade och att fyrarna genom sin tyngd och utan hänsyn till spännstålsförankringar förblir orubbade av vågor med höjder upp till 15 m. De största vågorna som kan nå fram till fyrarna genereras delvis inom ”Nordsjösektorn” 230-260 grad samt på Skagerack vid stormar med vindriktningar från SW till W. Med ledning av resultat från observationer av stormar i svenska farvatten under de senaste trettio åren har en sydvästlig till västlig storm med vindhastighet 30 m/s (10 m ö.h.) i 8 timmar antagits som dimensionerande. Under en sådan storm blir den signifikativa våghöjden drygt 8 m, vågperioden 12 s och den högsta våghöjden c:a 15 m, motsvarande en våglängd på djupt vatten c:a 225 m.

Från modellförsök och stabilitetsberäkningen har följande värden erhållits:

Total horisontal vågkraft för fyren Dynabrott uppgår till c:a Ph = 620 ton och uppåtriktad, vertikalkraft till c:a Pv = 160 ton (OBS genomsläpplig bottenbädd). För fyren Brandskärsflak erhålls Ph = 670 ton och Pv = 170 ton.

A) UTAN hänsyn till spännstålsförankring

1) Stabilitet mot glidning

  • Fyren Dynabrott: tg fi max = H / ( Gw – V) = 620 / (1220 - 160) = 0,59.

tg fi c:a 0,6 är ungefär lika med den friktionskoefficient mellan fyrbotten och makadambädden som kan påräknas utan hänsyn till större ojämnheter i anläggningsytan. Säkerhetsfaktorn är allts 1,0.

  • Fyren Brandskärsflak: tg fi max = 670 / (1250 – 170) = 0,62 (motsvarar säkerhetsfaktor c:a 1,0)

2) Stabilitet mot stjälpning

  • Fyren Dynabrott: Säkerhetsfaktorn n = Mstab / Mstjälp = 10400 tonm / 7690 tonm = 1,35
  • Fyren Brandskärsflak: Säkerhetsfaktorn n = Mstab / Mstjälp =10600 tonm / 8600 tonm = 1,2

B) MED hänsyn till spännstålsförankring

3) Stabilitet mot glidning

  • Fyren Dynabrott (6 st förankringar diam 32): tg fi = 620 / (1220 + 6x50 - 160) = 0,46, säkerhetsfaktor = 0,6 / 0,46 = 1,3
  • Fyren Brandskärsflak (8 st förankringar diam 32): tg fi = 670 / (1250 + 8x50 – 170) = 0,45, säkerhetsfaktor = 0,6 / 0,45 = 1,33

4) Stabilitet mot stjälpning

  • Fyren Dynabrott: Säkerhetsfaktorn n = Mstab / Mstjälp = 12920 tonm / 7690 tonm = 1,68 > 1,5
  • Fyren Brandskärsflak: Säkerhetsfaktorn n = Mstab / Mstjälp =14000 tonm / 8600 tonm = 1,6 > 1,5

Med utgångspunkt härifrån visas, att fyrarna med tillgodoräknande av förankringarna motstår upp till 30 % större vågkrafter utan att minsta glidningsrörelse behöver befaras och upp till 60 % större krafter utan att stjälpningsrörelse kan uppträda.

Stabilitet mot iskrafter

Med hänsyn till förankringarna kan fyrarna motstå totala iskrafter upp till 900 ton för Dynabrott och 1000 ton för Brandskärsflak, motsvarande c:a 170-190 ton per m i vattenlinjen. Detta är ungefär den storleksordning på iskraften som brukar ligga till grund för dimensionering av medelstora fyrar i Bottenhavet.

Grundtryck

Vid fyrarnas dimensionerande belastning uppgår grundtrycket till c:a 20 kg/cm2. OBS grundtrycket beräknas som en jämnt fördelad last.

Vid tryck av denna storleksordning kan i princip tillåtas på fast och sprickfritt berg.

Kostnader

Fyren Dynabrott:

  • Fyrbyggnadskostnader c:a 2.520.000 kronor
  • Elektrisk och mekanisk utrustning c:a 500.000 kronor
  • Total kostnad 3.020.000 kronor

Fyren Brandskärsflak:

  • Fyrbyggnadskostnader c:a 2.515.000 kronor
  • Elektrisk och mekanisk utrustning c:a 890.000 kronor
  • Total kostnad 3.405.000 kronor

(ort, datum, sign)


Jfr kassunfyr, Jävre-Sandholmen, Farstugrunden, Lule-leden, Bottenviken