Erosionsskydd

Typer av erosionsskydd

För att minimera erosionens verkan på, av naturen och människan skapade miljöer anläggs olika typer av erosionsskydd. De olika principerna for erosionsskydd kan delas upp i:

Vattenkraftindustrin i Sverige har främst tittat på hamnbyggnadskonsten och deras metoder for att skydda anläggningar mot erosion. Det är först på senare tid som direkta erfarenheter ifrån dammbyggnader har börjat återföras och användas vid de renoveringar som pågår och är på väg att påbörjas.

Reduktion av angripande laster

Denna metod går ut på att skydda genom att minska strömmande vatten och vågors eroderande kraft innan den når fram till det erosionskänsliga området. För att skydda mot strömmande vatten utförs vanligen konstruktioner som ändrar hastighetsfördelningen hos vattnet så att den eroderande kraften minskar närmast det erosionskänsliga området.
Principen för att minska vågornas eroderande kraft är att bygga upp vågbrytare parallellt med och en bit ifrån det erosionskänsliga området. Dessa utförs vanligen av sten, betong eller träpålar. Det förekommer även konstruktioner i form av pontoner som fungerar på så sätt att själva vågbrytaren sätts i rörelse av vågorna och därmed omvandlar energin.
Nackdelen med denna typ av erosionsskydd är främst att det blir väldigt stora konstruktioner om de ska utföras i djupa vattendrag och klara den kraft som isen utgör.
Detta gör denna princip olämplig att använda för att skydda vattenkraftdammars uppströmsslänter om det inte är frågan om grunda vattendrag. Metoden används främst till skydd av hamnar och naturliga stränder eller slänter.

Tillförsel av offermaterial

Denna metod bygger på att det som skall skyddas mot erosion kläs in i ett tjockt lager av ett material, ofta sand eller grus, som tillåts erodera. Detta lager bör göras tillräckligt tjockt så att det uppfyller de dammsäkerhetsmässiga krav som finns samt att de räcker under en relativt lång tidsperiod så att inte underhållsintervallen blir för täta.
Denna metod används idag for att skydda naturliga stränder. För att skydda vattenkraftdammar är den mindre lämpad då det krävs en flack slänt for att offermaterialet ska ligga kvar efter utläggningen. Möjligtvis är den tillämpbar på lägre dammar där det skulle kunna finnas några mervärden av att ha en flack slänt, till exempel att det passar in i landskapet.

Mekaniskt stabila erosionsskydd

Mekaniskt stabila erosionsskydd kan utföras på flertalet olika sätt med olika material och metoder. Exempel på material som kan användas är sten, betong och asfalt. Gemensamt för metoderna är att det är genom skyddets vikt och/eller styrka som förekommande laster tas upp. De olika typerna av skydd som ingår i denna grupp skiljs huvudsakligen åt genom dess olika flexibilitet och genomsläpplighet.
Med flexibilitet menas erosionsskyddets förmåga att följa med i fyllningsdammens eventuella rörelser som kan uppkomma på grund av sättningar. God flexibilitet medför att erosionsskyddets funktion inte nedsätts av rörelser.
Med god genomsläpplighet menas att erosionsskyddet snabbt kan utjämna de varierande laster som vågor ger upphov till, och på så sätt förhindra den obalans och instabilitet som skulle kunna uppkomma. Det är dock inte nödvändigtvis så att ett genomsläppligt erosionsskydd skulle medföra högre stabilitet än ett icke genomsläppligt. Det icke genomsläppliga skyddet har minst lika bra skydd så länge det är helt tätt eller har god dräneringsförmåga av eventuellt läckvatten. Om läckvatten däremot skulle komma in är det stor risk för ett förhöjt porvattentryck inne i dammkroppen. En tredje faktor som är viktig för erosionsskyddets funktion är ytans råhet, d.v.s. ytans struktur.
Dessa erosionsskydd utförs av stenblock som är tillräckligt stora för att motstå de eroderande krafter som förekommer vid den aktuella platsen (vatten, is m.m.) Även lagertjockleken hos skyddet är av stor betydelse för funktionen. Under samma dimensioneringsförutsättningar gäller att kantiga block medger en lite mindre blockstorlek, ca 17 %, än runda. Detta på grund av att kantiga block ligger stadigare mot varandra.
Skydden blir flexibla och har god genomsläpplighet. Blocken kan ligga direkt på det material som ska skyddas. Men skulle materialet som skyddas vara för finkornigt finns dock möjligheten att det spolas fram runt de stora stenarna i erosionsskyddet. För att förhindra detta används ett övergångslager av tillräckligt finkornigt material för att förhindra det innanförliggande materialet från att spolas fram, och samtidigt så grovt att det inte heller kan spolas ut genom det yttre lagret.
Skulle det finnas för mycket finmaterial i stenmaterialet som används finns risk for att de större blocken kommer i rörelse på grund av att finmaterialet med tiden sköljs bort och därmed skapar tomrum. Rörelserna medför att blocken gnids mot varandra och en mekanisk nötning uppstår och därmed minskar skyddets livslängd. Detta i kombination med för små block anses vara en stor bidragande orsak till de stora renoveringsbehov som finns på denna typ av erosionsskydd i dagsläget.
Det rekommenderas att inte utföra denna typ av erosionsskydd under vattenytan på grund av grumling samt att det är svårt för maskinisten att arbeta under vattenytan med anledning av den begränsade sikten. Dock utförs den delen av skydden som ligger under damningsgränsen oftast under vattenytan i praktiken på grund av praktiska och ekonomiska orsaker.
Generellt gäller att alla erosionsskydd av sten utom glacis får en relativt rå yta vilket innebär att uppspolningshöjden blir upp till hälften jämfört med ett skydd av t.ex. betongplattor.
I Sverige rekommenderas denna typ av skydd att dimensioneras efter RIDAS. Livslängden på ett väl utfört erosionsskydd av stenmaterial bedöms överstiga 50 år.

Erosionsskydd på svenska vattenkraftdammar

I Sverige är nästan uteslutande alla erosionsskydd av homogena stenblock. På de äldre dammarna som byggdes under mitten av 1900-talet användes nästan bara oordnade erosionsskydd av i mer eller mindre osorterat material på uppströmsslänterna. Glacis används runt utskov och dammkoner där en slät yta är önskvärd. Vid dammrenoveringarna som Vattenfall utför i dagsläget utförs erosionsskydden antingen som ordnade homogena block eller enligt ”Norska modellen”.

Vanligt förekommande erosionsskydd i Sverige är:

Ordnade homogena block

Här ser man exempel på ordnade homogena block. Foto: Leif Kuhlin

Blocken läggs ut i slänten som en ordnad fyllning på så sätt att god kontakt mellan blocken uppstår. Den största ytan läggs parallell mot vattenytan. Då det inte finns några formkrav för blocken i normerna kan utseendet variera kraftigt.

Oordnade homogena block

Här är blocken tippade för att skydda stränder. Foto: Leif Kuhlin

Blocken i denna typ av erosionsskydd läggs ut eller tippas oordnat på den yta som skall skyddas. Förutom block av sten finns det ett antal olika förtillverkade betongelement för detta ändamål. Oordnade erosionsskydd kräver generellt större stenar än ordnade på grund av sämre låsning mellan blocken.

Norska modellen

Blocken, som ska vara långsmala, läggs ut i slänten som en ordnad fyllning med en lutning bakåt mot dammkroppen. Blocken ska placeras så att längdaxeln ligger vinkelrät ut från dammkroppen samt så att god kontakt uppstår.

Glacis

Glacis innebär att block med en flat yta, som ordnat i ett stabilt förband, staplas på varandra i lager, liksom en mur. Blockens plana yta skall ligga parallellt med släntens yta.