Numerical simulations of shear properties of ice rubble: A shear box experiment

publishedVersio

Large-scale shear test of brash ice

A large-scale shear apparatus has been originally developed and built to test the mechanical properties of coarsegrained material. It was used to evaluate the shear behaviour of brash ice. The brash ice blocks were collected at Luleå harbour in two separate measuring campaigns in March 2020 and March 2021. The shear cylinder was loaded with brash ice in Luleå port in two different locations for the two test campaigns, and the displacementcontrolled shear tests were conducted. A vertical actuator was used to set a constant normal load and then a horizontal actuator was used to move the shear swing. In this setup, time, forces, and displacements were recorded at the forward and return stroke of the horizontal actuator. In total 6 shear cycles on two brash ice samples with axial stress of 4.8 kPa, 2 kPa and 1 kPa were performed. The test data was analysed to determine the relationship between shear stress and shear strain. The macro-porosity and confining axial force were found to be the most influential factors in determining the strength and deformation of the brash ice. Furthermore, an attempt has been made to estimate a few parameters of a material model known as the Continuous Surface Cap Model.publishedVersio

Evaluation of global ice load impacts based on real-time monitoring of ship motions

publishedVersio

Morphologies of ridges surveyed off Svalbard and in Fram strait, 2011 and 2012 field expeditions

publishedVersio

Field measurements on the behavior of brash ice

The behavior and properties of brash ice are important issues for the design of ice-going vessels. Heavy brash ice conditions may cause vessels to be dependent on ice-breaker assistance and time delays in the shipping schedule. Brash ice properties are not well studied and full-scale field data are missing in order to verify numerical models on brash ice and broken sea ice in general. The recent study describes new field equipment for testing brash ice and its functionality is tested on brash ice produced by the Swedish Ice-breaker Oden during ice management operations in the Barents Sea. The equipment consists of a big collector, connected to a crane, which is lowered below the brash ice cover. The brash ice mass above is pulled up by the crane and the force required for pulling is measured. A series of 18 field tests were performed and presented. Strengths and weaknesses of the method were evaluated. Ice blocks sizes were measured. The peak load during pull-up was often at least twice the weight of the lifted ice blocks when the blocks were interlocked. For free floating blocks, the peak load conformed to the weight of the blocks.publishedVersio

Functional analysis of the sewer system for wastewater treatment plant of the GVD municipalities

Det er gjennomført en spørreundersøkelse og en funksjonsanalyse for å undersøke ledningsnettets funksjon i rensedistriktet til 5 renseanlegg i Øvre Eiker, Sande og Lier kommune ved henholdsvis Hokksund-, Lersbryggen- og Linnes renseanlegg. De nevnte kommunene er en del av Godt Vann Drammensregionen, et samarbeid blant 9 kommuner rundt Drammen med hensikt i å forbedre vannforsyning og avløpshåndtering. Funksjonsanalysen her baserer seg på analysedata av parametere som fosfor, nitrogen, BOF, KOF og SS. Ved å fremstille disse parameterne, der fosfor blir sett på som den mest sentrale, på ulike måter, kan styrker og svakheter for oppsamlingsnettet klarlegges. Dette forutsetter at vi benytter oss av riktigst mulige spesifikke tall. Disse er hentet fra Sydskogen-undersøkelsene som bygger på de faktiske forurensingskonsentrasjoner målt på 52 ukeblandprøver over et helt år og målt rett ut fra husveggene. Spørreundersøkelsen ble gjennomført delvis muntlig, og delvis skriftlig via e-mail i ettertid der enkelte uklarheter ble besvart. Spørsmålene gikk på hvordan inn- og utløpsprøver tas, prøvetype, hva slags prøvetaker som benyttes, hvordan prøvene lagres, returstrømmers innvirkning, industri og bedriftpåslipp. Det viste seg at spesielt Hokksund og Linnes ra gjennomførte sine prøvetakingsrutiner ganske likt. Dette fordi de begge har blitt akkreditert, og av samme firma; Rambøll. Lersbryggen renseanleggs avløpsvann vurderes overført til Holmestrand kommune, og har av den grunn ikke valgt å investere i de forbedringer som skulle til for å bli akkreditert. Alle anleggene tar ukeblandprøver for fosfor og nitrogen, og døgnblandprøver for BOF og KOF. Hokksund og Linnes renseanlegg har fra januar 2013 startet med rullerende prøvedager for døgnblandprøver. Dette innebærer enda mer arbeid og mye analysearbeid, for lite representative prøver. En døgnblandprøve påvirkes veldig ved «first-flush» effekter. Det tas 24 døgnblandprøver som tilsammen utgjør 7 % av dagene i året. Til samme analysekostnad utgjør ukeblandprøvene 46 % av dagene i året. Samtidig med at det tas døgnblandprøver for BOF og KOF, rapporteres det bare om gjennomsnittlig ukevannføring. Beregningsmetodene for tilførte personenheter PE er forklart nærmere senere i oppgaven. De bygger IKKE på at døgnblandprøver skal brukes i samme regnestykke som gjennomsnittlig ukevannføring. Dette blir helt feil. Ved Linnes er det enkelte avvik på over 50 % for tilførte PE, ved at det brukes døgnblandprøver opp mot gjennomsnittlig ukevannføring. Ved Hokksund er det avvik på over 30 %. Resultatene på døgnblandprøver fra Hokksund og Linnes ra viser lite tilfredsstillende resultater i forhold til hva man kan forvente av tilførte PE. Disse er beregnet på grunnlag av riktig døgnvannføring. Likevel gir det oss tilføringsgrader på langt over 100 prosent. For Hokksund renseanlegg kommer det veldig tydelig frem på figurene som illustrerer prosentvis fremmedvanninnlekking gjennom året, at snøsmeltingen tilfører anlegget store vannmengder i april. Ellers er det også sammenhenger mellom nedbør og fremmedvannmengder i Hokksund. Det er tydelig at ledningsnettet til Hokksund er sensitivt i forhold til nedbør og snøsmelting. Det må likevel nevnes at fremmedvannmengdene regnet i prosent av tilført vannmengde, selv uten snøsmelting og nedbør, sjelden er under 50 % fremmedvann

Funksjonsanalyse av avløpsnettet for renseanlegg for GVD kommuner

Det er gjennomført en spørreundersøkelse og en funksjonsanalyse for å undersøke ledningsnettets funksjon i rensedistriktet til 5 renseanlegg i Øvre Eiker, Sande og Lier kommune ved henholdsvis Hokksund-, Lersbryggen- og Linnes renseanlegg. De nevnte kommunene er en del av Godt Vann Drammensregionen, et samarbeid blant 9 kommuner rundt Drammen med hensikt i å forbedre vannforsyning og avløpshåndtering. Funksjonsanalysen her baserer seg på analysedata av parametere som fosfor, nitrogen, BOF, KOF og SS. Ved å fremstille disse parameterne, der fosfor blir sett på som den mest sentrale, på ulike måter, kan styrker og svakheter for oppsamlingsnettet klarlegges. Dette forutsetter at vi benytter oss av riktigst mulige spesifikke tall. Disse er hentet fra Sydskogen-undersøkelsene som bygger på de faktiske forurensingskonsentrasjoner målt på 52 ukeblandprøver over et helt år og målt rett ut fra husveggene. Spørreundersøkelsen ble gjennomført delvis muntlig, og delvis skriftlig via e-mail i ettertid der enkelte uklarheter ble besvart. Spørsmålene gikk på hvordan inn- og utløpsprøver tas, prøvetype, hva slags prøvetaker som benyttes, hvordan prøvene lagres, returstrømmers innvirkning, industri og bedriftpåslipp. Det viste seg at spesielt Hokksund og Linnes ra gjennomførte sine prøvetakingsrutiner ganske likt. Dette fordi de begge har blitt akkreditert, og av samme firma; Rambøll. Lersbryggen renseanleggs avløpsvann vurderes overført til Holmestrand kommune, og har av den grunn ikke valgt å investere i de forbedringer som skulle til for å bli akkreditert. Alle anleggene tar ukeblandprøver for fosfor og nitrogen, og døgnblandprøver for BOF og KOF. Hokksund og Linnes renseanlegg har fra januar 2013 startet med rullerende prøvedager for døgnblandprøver. Dette innebærer enda mer arbeid og mye analysearbeid, for lite representative prøver. En døgnblandprøve påvirkes veldig ved «first-flush» effekter. Det tas 24 døgnblandprøver som tilsammen utgjør 7 % av dagene i året. Til samme analysekostnad utgjør ukeblandprøvene 46 % av dagene i året. Samtidig med at det tas døgnblandprøver for BOF og KOF, rapporteres det bare om gjennomsnittlig ukevannføring. Beregningsmetodene for tilførte personenheter PE er forklart nærmere senere i oppgaven. De bygger IKKE på at døgnblandprøver skal brukes i samme regnestykke som gjennomsnittlig ukevannføring. Dette blir helt feil. Ved Linnes er det enkelte avvik på over 50 % for tilførte PE, ved at det brukes døgnblandprøver opp mot gjennomsnittlig ukevannføring. Ved Hokksund er det avvik på over 30 %. Resultatene på døgnblandprøver fra Hokksund og Linnes ra viser lite tilfredsstillende resultater i forhold til hva man kan forvente av tilførte PE. Disse er beregnet på grunnlag av riktig døgnvannføring. Likevel gir det oss tilføringsgrader på langt over 100 prosent. For Hokksund renseanlegg kommer det veldig tydelig frem på figurene som illustrerer prosentvis fremmedvanninnlekking gjennom året, at snøsmeltingen tilfører anlegget store vannmengder i april. Ellers er det også sammenhenger mellom nedbør og fremmedvannmengder i Hokksund. Det er tydelig at ledningsnettet til Hokksund er sensitivt i forhold til nedbør og snøsmelting. Det må likevel nevnes at fremmedvannmengdene regnet i prosent av tilført vannmengde, selv uten snøsmelting og nedbør, sjelden er under 50 % fremmedvann

Three years of measurements of first year ridges in the Barents sea and Fram strait

During three expeditions in March 2011, March 2012 and April/May 2013 with the Norwegian coastguard vessel “KV Svalbard”, two pressure ridges around Svalbard, one ridge in Fram Strait and three ridges in Olga strait have been studied with respect to ridge geometry and physical and mechanical properties. With a discrete measurement, which is of most interest here, information can be obtained on the overall size and shape of an individual ridge at one particular location, both above and below the waterline. This approach provides detailed quantitative information on both the sail and keel size and shape, of a specific ridge, as well as its porosity. It does not supply any information on ridge spacing. The results of individual profile measurements are discussed. Measurements of vertical profiles along the spine and transects perpendicular to the spine are presented for these ridges. The sail height, sail width, keel depth and keel width, consolidated layer thickness, rubble block sizes and porosities are examined for each ridge. The results presented in this paper contribute to more data in terms of geometry and morphology of the first-year ridge off Svalbard, in Fram Strait and Barents Sea. Compression and tensile strength properties are important input data for constitutive modelling. Still strength properties of ridged ice are not yet sufficiently investigated. Uniaxial compressive tests were performed with horizontal and vertical loading directions and the results from the testing of level ice and consolidated layer are summarized with consideration of total porosity.publishedVersio

Physical and mechanical properties of ice from a refrozen ship channel ice in Bay of Bothnia

Winter navigation in the North Sea is expanding with respect to vessel size and traffic volume. Icebreakers create routes for ice-going vessels by breaking the level ice cover. Repeated vessel passages in the fairways and harbors initiate the formation of brash ice. The brash ice has the ability to refreeze quickly. In the current work, a field study was conducted on a refrozen brash ice ship channel located in Marjaniemi harbor in Bay of Bothnia. Aim of this study is to evaluate the structure and the strength of ice in the fully refrozen ship channel. Ship channel geometry, ice temperature and salinity were assessed in the field. The ice thickness was in average 45 cm covered by a snow layer with an average of 20 cm. The temperature profiles showed approximately -15ᴼC at the ice surface and close to 0ᴼC in the depths above 10 cm. Salinity varied from 0 to 1.5 ppt. Ice texture, density and compressive strength of refrozen brash ice were measured in the laboratory on 200 mm diameter cores. The behavior of refrozen brash ice with random ice texture was more ductile and stronger in uniaxial compression compared to the adjacent level ice.publishedVersio

Laboratory testing of compressive and tensile strenght on level ice and ridged ice from Svalbard region

publishedVersio