Lite klimaskade på bygninger og anlegg i Arktis

Oppvarming av permafrost de siste 20-30 år har i liten grad påvirket bygningsmassen i Arktis.

Det er populært å hevde at pågående oppvarming av permafrost har medført store skader på bygningsmassen i Sibir og andre fjerntliggende områder. Videre blir det hevdet at mye av bygningsmassen vil bli ødelagt i løpet av de neste 30 år hvis ikke det gjøres betydelige tiltak de nærmeste årene. Disse utsagnene er misvisende og basert på utilstrekkelig kunnskap om hvordan konstruksjoner som er fundamentert på permafrost oppfører seg. 

Klimaendringer får ofte ”skylden for” skader på infrastruktur i permafrostområder. Det er imidlertid ikke mulig å påvise at observerte skader kan relateres direkte til den økningen i lufttemperatur som er observert de siste 20-30 årene over store deler av Arktis.

Avanserte beregninger

Fundamentering på permafrost forutsetter inngående kjennskap til permafrostens termiske og mekaniske egenskaper. Dette betyr at ingeniørene som arbeider i kalde strøk må ha kunnskap om dybde av aktivt lag (se boks), maksimal temperatur som oppstår i grunnen i løpet av året og i løpet av konstruksjonens levetid. Fundamentering på permafrost innebærer avanserte beregninger av forventet maksimal tykkelse av aktivt lag og forventet maksimal permafrosttemperatur ned til en dybde av 10 til 15 meter under overflaten. Det er i denne sammenhengen viktig å huske på at ”levetiden” til en konstruksjon i permafrostområder vanligvis er 20-50 år. Etter denne ”design-levetiden” må betydelig vedlikehold påregnes for å opprettholde konstruksjonen på samme nivå som det var planlagt for. Ofte er det økonomisk fordelaktig å bygge nytt fremfor å vedlikeholde gamle bygninger og konstruksjoner. Det er dermed et stort potensial for å tilpasse bygningsmassen til et endret klima.

Basert på beregningene av aktivt lag og permafrosttemperatur, beregnes bæreevnen til fundamentet, samt setninger og deformasjoner som vil oppstå i konstruksjonens levetid. Når en skade er oppstått på et bygg eller en konstruksjon er det mulig å bruke denne beregningsmetodikken for å sjekke årsakene til at skaden har skjedd. På denne måten kan det undersøkes om det er mulig at den observerte økningen av lufttemperatur kan ha forårsaket så stor svekkelse av permafrostens mekaniske egenskaper at skaden kunne oppstå. Til nå er det ikke dokumentert denne type sammenhenger, verken i våre Arktiske områder eller i Sibir. Noe av årsaken til dette er at den varme perioden observert i Arktis 1920-1940 er ”bakt inn i” ingeniørenes beregningsmodeller, og i stor grad dekker den oppvarmingen vi har observert de siste 20-30 år. I tillegg kan det svært ofte påvises at skadene er forårsaket av andre årsaker, se nedenfor.

Svalbard om 50 år

I forbindelse med ACIA-prosjektet, har vi gjort beregninger for hvordan forskjellige konstruksjoner vil oppføre seg under påvirkning av fremtidige klimascenarier. Et eksempel på dette er Svalbard Lufthavn, Longyearbyen. Ujevne setninger (se boks) av banelegemet har vært et problem siden åpningen i 1975. Dette var i hovedsak forårsaket av at rullebanen ble lagt lavt i terrenget slik at det ble nødvendig å fjerne naturlige masser og grave seg ned i terrenget isteden for å legge en fylling oppå terrenget, samt at detaljerte grunnundersøkelser og termiske analyser ikke ble utført (Instanes og Instanes, 1998). Deler av banen ble isolert i 1989, noe som reduserte problemene. På 10 meters dyp er det observert en temperaturøkning på cirka 0,5 °C i perioden 1980-2000; fra cirka -5 °C til -4,5 °C. I perioden 2000 til 2050 vil temperaturen kunne øke fra -4,5 °C til -2,0 °C, hvis oppvarmingen følger scenariet fra Meteorologisk institutt (Hanssen-Bauer et al., 2000). Beregningene viser imidlertid at det aktive laget ikke vil trenge ned i de is-rike lagene med stort potensial for setninger i løpet av denne perioden. I 2050 vil rullebanen være 75 år og det må da uansett forventes at betydelig vedlikehold er nødvendig for å opprettholde eller utvide funksjonskravene til konstruksjonen.

Årsaker til permafrostskader

Generelt sett er skader på konstruksjoner, bygninger og fundamenter i permafrostområder forårsaket av at:

-    byggearbeidene og konstruksjonen endrer varmebalansen mellom jord og atmosfære, noe som vanligvis betyr tilført varme til grunnen,

-    dimensjoneringskriteriene ikke dekker naturkreftene konstruksjonen faktisk blir utsatt for (opptredende naturlaster; for eksempel bygninger som plasseres i flomutsatte områder eller at det ikke tas hensyn til historiske meteorologiske data i dimensjonering),

-    grunnforhold avviker fra antagelsene ved planlegging og bygging (for eksempel at det ikke blir tatt hensyn til saltinnhold i permafrosten),

-    utførselen er ikke i henhold til dimensjoneringskriteriene,

-    vedlikehold er ikke utført,

-    konstruksjonen brukes på en måte som ikke var forutsatt i planleggingen og utførelsen (for eksempel bygninger som var forutsatt kalde blir oppvarmet).

Klimaendringer vil kunne akselerere problemer som allerede er oppstått på grunn av en eller flere av faktorene som er skissert ovenfor.

Det som er viktig å klarlegge er hvordan forskjellige typer av konstruksjoner påvirkes av endret klima. Enkelte typer infrastruktur er ikke særlig følsom for klimaendringer eller de kan på enkel måte tilpasses endrede klimaforhold (for eksempel bygninger fundamenter på grunn som ikke endrer volum når det tiner (tinestabil) eller som ikke er utsatt for flom eller skred). Andre typer infrastruktur kan være svært følsomme for endrede forhold eller konsekvensene ved skade er svært høy (konstruksjoner nær kystsonen og havnivå, i flom- og skredutsatte områder, eller i is-rike diskontinuerlige permafrostområder). I slike tilfeller er det nødvendig med mer detaljerte analyser og spesielle tiltak for å hindre skader på bygningsmassen.

Artikkel publisert i Cicerone nr.6, desember 2004