1. art and entertainment
2. visual art and design
3. design

Anmälan:
www.befoonline.org
Sista anmälningsdagen: 2 februari 2015
Vägbeskrivning:
Se www.sl.se
Seminarium om Eurokod
5 februari 2015, kl. 13.00–17.00
Plats: ÅF
Frösundaleden 2A, Solna
Lokal: Renen
Avgift: 250 kr exkl. moms.
Namnbrickor för anmälda deltagare kommer att finnas vid
registreringsdisken i entrén
Anmälan är bindande.
PROGRAM
Kl. 13.00

Inledning

Hur ska vi verifiera vår design?

Hävdvunna metoder

Partial-koefficientmetoden/Sannolikhetsbaserade
beräkningar

Observationsmetoden

Geoteknisk kategori
Ca kl. 14.40 FIKAPAUS

Gruppdiskussion. Olika metoders tillämpning på
några typiska bergmekaniska problem

Redovisning och sammanfattande diskussion
Kl. 17.00 Avslut
Om Innehållet
2013 anordnade BeFo ett första seminarium om Eurokod.
Seminariet blev välbesökt och ett efterföljande seminarium
efterfrågades då frågetecken kring arbetet med Eurokod 7 ännu
behöver rätas ut.
Eurokod 7 (EC7) gäller i Sverige och arbetet med en revidering
av Eurokod 7 pågår. Bergarbeten kommer att finnas med i ett
kapitel i EC7 som rör undermarksarbeten. Från svensk sida
deltar Prof. em. Håkan Stille i det internationella arbetet med att
anpassa EC7 för att passa bergmekanikers behov. Vi samlas på
ett seminarium för att få en uppdatering om läget och ge svenska
synpunkter och kommentarer från branschen.
Seminarium / Workshop 5 feb 2015
Eurokod
• Seminarium om Eurokod april 2013
• Vad händer med EC7 internationellt?
• Hur jobbar svenska ingenjörer inom
bergbranschen?
Seminarium / Workshop 5 feb 2015
Eurokod
•
13.00 Inledning, Per Tengborg / BeFo
Lägesrapportering, Håkan Stille / KTH & Geokonsult Stille
•
Hur ska vi verifiera vår design? Fredrik Johansson / KTH och
Robert Swindell / Trafikverket
•
Hävdvunna metoder, Roger Olsson / Cowi Norge
•
Partialkoefficientmetoden / Sannolikhetsbaserade beräkningar,
Håkan Stille / KTH & Geokonsult Stille
•
Observationsmetoden, Johan Spross / KTH
•
Geoteknisk kategori, Håkan Stille / KTH & Geokonsult Stille
•
14:40 FIKA
•
Gruppdiskussion, Alla
•
Redovisning och sammanfattande diskussion, Per Tengborg / BeFo och
Robert Swindell / Trafikverket
•
17:00 SLUT
VÄLKOMNA!
EC7 and Rock Mechanics
Håkan Stille
BeFo workshop 2015-02-05
Background
• The New Eurocode for Geotechnical design EN
1997-1 was introduced in Europe during 2010.
• In many countries rock slopes, rock tunnels and
rock caverns have been assessed to this category.
• In other countries it has been argued that these
types of rock mechanic problems have to fall
outside the scope of the code.
• Work is going on to harmonize and revise the
Code
Evolution group 13-Rock Mechanics
• J.P. Harrison (convenor, UK);
• L. Alejano (Spain); A. Bedi (UK); A.M. Ferrero
(Italy); L. Lamas (Portugal); J F. Mathier
(Switzerland); R. Migliazza (Italy);
R. Olsson (Norway); A. Perucho (Spain); A.
Sofianos (Greece); H. Stille (Sweden); D. Virely
(France)
• Detailed recommendations have been given to
TC250/SC7
EC 7 of today
• The code is not in general applicable for rock
mechanics design.
• In this is also included hydro-geological
applications
• The discussed applications are without
exception soil mechanics design
• The general rules except defintions of
geotechnical category can be accepted
Highest priority
• Soil mechanics and rock mechanics are two
equal subjects for the geotechnical design and
the code has to be rewritten based on this fact
• Tools to verify the design are slightly different
• Tools and means with ground investigations
are different
• Tools and means with control are different
Suggestion Restructure of EC7
1. General rules
- General
- Basis for geotechnical design
- Design by calculations
- Design by prescriptive measures
- Design by testing
- Design by observational method
• 2. Ground investigation
- General
- Principles
- Investigations of soils
- Investigations of rocks
- Investigations of ground water situation
- Insitu stress measurments
• 3. Design of geotechnical constructions
• 3.1 Foundations
• 3.2 Retaining structures
• 3.3 Slopes, cuttings and embankments
• 3.4 Soil and rock improvements
• 3.5 Underground structure
( each chapter contains general aspects, limit states,
action and design situations, design methods and
considerations, structural design and execution)
Specific rock engineering
considerations
• Ground investigations (costly and impossible)
• Rock mass properties (lab testing is not
applicable, emperical based)
• Partial factors (not possible, rock structure
interaction)
• Prescriptive measures ( very common)
• Observational method (very common but in
an extended form)
Conclusion
• Rock Mechanical society wants to be an equal
part to soil mechancis and that EC7 should be
applicable for us. We want to take active part
in development of
- Prescriptive measures
- Observational method
- Probabilistic based design
Dimensionering och verifiering av
teknisk lösning
Workshop Eurokod, ÅF 2015-02-05
Fredrik Johansson
Division of Soil and Rock Mechanics, Royal Institute of Technology KTH
Metoder för verifiering av gränstillstånd
”Enligt EN 1997-1 ska det för varje geoteknisk
dimensioneringssituation verifieras att inget relevant
gränstillstånd överskrids.”
”Gränstillstånden bör kontrolleras genom en, eller en
kombination, av följande metoder
•
•
•
•
genom beräkningar (analytiska, numeriska,
halvempiriska)
införande av hävdvunna metoder
en observationsmetod
modellförsök och provbelastningar”
Geoteknisk kategori
En 1997-1 ”För att fastställa minimikrav på omfattning och
innehåll för de marktekniska undersökningarna,
beräkningarna och byggkontrollen ska komplexiteten hos
varje geoteknisk dimensionering identifieras tillsammans
med tillhörande risker.”
”För att upprätta dimensioneringskrav får tre geotekniska
kategorier, 1, 2 och 3, införas.”
Geoteknisk kategori är en viktig faktor för hur vi väljer att
utföra vår dimensionering.
I dagsläget är skrivningen i Eurokod för val av GK inte
tillämpbar på tunnlar. Hur bör vi välja GK och hur bör det
styra det vilka metoder vi använder vid dimensionering?
Gränstillstånd – Metodik för val av metod
Geotekniska förutsättningar
Geotekniska undersökningar
Projektspecifika krav och restriktioner
Problemanalys
Dimensioneringssituation
Styrande geotekniska förutsättningar
Analys av metod för kontroll av gränstillstånd
Bedömningar om det bärande huvudsystemets beteende
Bedömningar om rådande osäkerheter
Ekonomisk och teknisk utvärdering utifrån ställda krav på bärförmåga, stadga,
beständighet och täthet
Beslut
Metod för kontroll av gränstillstånd
(Efter IEG rapport 5:2010)
Vilka metoder bör användas och när?
Dimensionering och initiell
utformningen av teknisk
lösning sker ofta innan drivning
av tunnel påbörjats.
Innebär osäkerheter i
dimensioneringsförutsättningar,
vilka bör kontrolleras i samband
med tunneldrivning innan
slutlig teknisk lösning väljs.
När slutlig teknisk lösning valts
bör förväntat beteende
kontrolleras.
TRV Projekteringshandbok Bergkonstruktioner
2014 (Granskningsversion)
Vilka metoder bör användas och när?
Kan en förstärkning baseras på
verifiering av gränstillstånd med
enbart en metod, exempelvis
beräkningar? (Om ja, när?)
Bör bergmekanisk dimensionering
alltid utföras inom ramverket för
observationsmetoden, där obs
metoden kombineras med
beräkningar och hävdvunna
metoder?
Krävs i så fall en strikt tillämpning
av observationsmetoden enligt
Eurokods definition?
TRV Projekteringshandbok Bergkonstruktioner
2014 (Granskningsversion)
Hävdvunna metoder
Roger Olsson
Stockholm 5. Februari 2015
1
5 FEBRUAR 2015
EUROKODE 7
Vad är hävdvunna metoder?
(prescriptive measure)
› Enligt Merriam Webster dictionary,
› Prescriptive: regler, anvisningar eller instruktioner om hur du ska göra något,
baserat på långa sedvanor.
› Measure: en uppskattning av vad som kan förväntas (av en situation).
› Associated with: erfarenhet, empiriska metoder och väl accepterade praktiska
geotekniska lösningar.
2
5 FEBRUAR 2015
EUROKODE 7
Geoteknik – ett enkelt hus på en platt terräng och där
grundförhållen är kända.
3
5 FEBRUAR 2015
EUROKODE 7
Andra mindre
geotekniska
arbeten
4
5 FEBRUAR 2015
EUROKODE 7
Enkel fundamentering på berg?
5
5 FEBRUAR 2015
EUROKODE 7
Text in EC 7 – two rules, number 1:
› (A)"In design situations when calculation models are
not available or not necessary, exceeding limit
states may be avoided by the use of prescriptive
measures.
-
A long tunnel with rock support, (a few sections have been calculated, the remaining
sections will be designed according to Prescriptive measures or the Observation
method).
-
A rock cut where a minor key block is exposed and practice is used to design the rock
support.
6
5 FEBRUAR 2015
EUROKODE 7
Text in EC 7 – two rules, number 1, forts.:
› (B)These involve conventional and generally
conservative rules in the design, and attention
to specification and control of materials,
workmanship, protection and maintenance
procedures".
7
5 FEBRUAR 2015
EUROKODE 7
Text i EC 7 – två regler, nummer 2:
› "Design by prescriptive measures may be used
where comparable experience, as defined in
1.5.2.2 makes design calculations
unnecessary. It may also be used to ensure
durability against frost action and chemical or
biological attack, for which direct calculations
are not generally appropriate".
8
5 FEBRUAR 2015
EUROKODE 7
Comparable experience as defined in 1.5.2.2 of EC7:
›"documented or other clearly established
information related to the ground being considered
in design, involving the same types of soil and rock
and for which similar geotechnical behaviour is
expected, and involving similar structures.
Information gained locally is considered to be
particularly relevant".
9
5 FEBRUAR 2015
EUROKODE 7
From GEO in Hong Kong
10
5 FEBRUAR 2015
EUROKODE 7
•
Pre-determined,
experience-based
prescriptive
measures
•
Suitable conservative
modules of works
•
Solutions without
need for detailed
ground investigations
and design analysis
•
Design has to be
done by professional
qualified engineers
with experienced form
Hong Kong.
Dam injektering
Tumregler för design av injekteringsskärmar under
damer.
11
5 FEBRUAR 2015
EUROKODE 7
Hoek (1999) övervägde och använda seg av empiriske metoder
(og därmed hävdvunna metoder) i bergbyggnad. Val av design
metod är beroende på bergmassans sammansättning och
uppförande.
12
5 FEBRUAR 2015
EUROKODE 7
Hoek E. 1999. Putting numbers to geology — an engineer's viewpoint.
Classification systems vs rock support
RMR, Q-system, RMi, etc
Rock mass
class
Excavation
I - Very good
rock RMR: 81100
II - Good rock
RMR: 61-80
Full face, 3 m advance.
III - Fair rock
RMR: 41-60
Top heading and bench
1.5-3 m advance in top heading.
Commence support after each
blast. Complete support 10 m
from face.
Top heading and bench
1.0-1.5 m advance in top
heading. Install support
concurrently with excavation, 10
m from face.
Multiple drifts 0.5-1.5 m
advance in top heading. Install
support concurrently with
excavation. Shotcrete as soon
as possible after blasting.
IV - Poor rock
RMR: 21-40
V – Very poor
rock RMR: < 20
13
5 FEBRUAR 2015
EUROKODE 7
Full face , 1-1.5 m advance.
Complete support 20 m from
face.
Rock bolts (20 mm
Shotcrete
Steel sets
diameter, fully
grouted)
Generally no support required except spot bolting.
Locally, bolts in crown
3 m long, spaced 2.5
m with occasional
wire mesh.
Systematic bolts 4 m
long, spaced 1.5 - 2 m
in crown and walls
with wire mesh in
crown.
Systematic bolts 4-5
m long, spaced 1-1.5
m in crown and walls
with wire mesh.
50 mm in
crown where
required.
None.
50-100 mm
in crown and
30 mm in
sides.
None.
100-150 mm
in crown and
100 mm in
sides.
Light to medium ribs
spaced 1.5 m where
required.
Systematic bolts 5-6
m long, spaced 1-1.5
m in crown and walls
with wire mesh. Bolt
invert.
150-200 mm
in crown, 150
mm in sides,
and 50 mm
on face.
Medium to heavy ribs
spaced 0.75 m with
steel lagging and
forepoling if required.
Close invert.
- Shape: horseshoe
- Width: 10 m
- Vertical stress:
< 25 MPa
- Drill & Blast
Rock Mass Rating system (Bieniawski, 1989)
Q-system
14
5 FEBRUAR 2015
EUROKODE 7
Originally Barton, Lien, Lunde (1973)
Adopted by
the
Norwegian
Road
Authority
Publication 021
Road tunnels
15
5 FEBRUAR 2015
EUROKODE 7
Rockmass Rock condition
class
Q-value
Minor jointed rockmass.
A/B
Average joint space > 1m.
Q = 10 – 100
C
Moderate jointed rockmass.
Average joint space, 3 – 1 m.
Q = 4 – 10
D
Dense jointed rockmass or
stratified schist rockmass.
Average joint space < 0,3 m.
Q=1–4
Very poor rockmass quality
Q = 0,1 – 1
E
F
Extremely poor rockmasse
quality.
Q = 0,01 – 0,1
G
Exceptionally poor rockmass
quality, mainly soil Q < 0,01
Rock support class
Permanent support
Rock support class I
- spot bolting
- Sprayed shotcrete B35 E700,
Thickness 80 mm, down to 2 m above the floor
Rock support class II
- Systematic bolting(c/c 2 m),
anchored, pre-tensioned, grouted
- Sprayed shotcrete B35 E700,
Thickness 80 mm, down to the floor
Rock support class III
- Sprayed shotcrete B35 E1000, thickness 100 mm or more
- Systematic bolting (c/c 1,5 m), anchored,
Anchor bolts grouted by the time or grouted directly
Rock support class IV
- Spiling bolts when Q < 0,2, ø25 mm, maximum c/c 300 mm
- Sprayed shotcrete B35 E1000, thickness 150 mm
- Systematic bolting, c/c 1,5 m, grouted
- Reinforced ribs of sprayed concrete when Q < 0,2,
Rib dimension E30/6 ø20 mm, c/c 2 – 3 m,
Systematic bolts for the ribs c. 1,5 m, length 3 – 4 m
- Floor cast shall be evaluated
Rock support class V
- Spiling bolts, c/c 200 – 300 mm, ø32 mm
or bar (self-drilled ).
- Sprayed shotcrete B35 E1000, thickness 150 – 250 mm
- Systematic bolting, c/c 1,0 – 1,5 m, grouted
- Reinforced ribs of sprayed concrete,
Rib dimension D60/6+4, ø20 mm, c/c 1,5 – 2 m,
Systematic rockbolts for the ribs c. 1,0 m, length 3 – 6 m
- Reinforced floor cast, arrow height minimum 10 % of
tunnel width
Rock support class VI
- Excavation and permanent rock support has to be
dimensioned special.
16
5 FEBRUAR 2015
EUROKODE 7
Olsson & Palmstøm, 2014
Tack för meg!
17
5 FEBRUAR 2015
EUROKODE 7
Partial factors in rock mechanics
Professor Håkan Stille
BeFo workshop 2015-02-05
Principles
• Ultimate and serviceability limit states approach
• Design values R*  E *
R 
*
Rk
R
E *  Ek  E
• The characteristic value of a material parameter
will in general be a 5% fractile value, a
geotechnical parameter shall be selected as a
cautious estimate of the value affecting the
occurrence of the limit state
Design approach DA1, DA2 and DA3
Theoretical background
X  mk  a i s i 
*
Xk
m
xki is the characteristic value of variable i
mi is the mean of variable i
ai is the sensitivity factor of variable i
si is the standard deviation of variable i
What do we mean by characteristic
value?
m 
Xk
mi (1  a i  covi )
• If characteristic value is equal to mean value it
will give variable partial factor
• If characteristic value will be a fractile
µ(1-kcov) the partial factor may be chosen as
constant
Requirements for using the partial factor
method
• Bearing capacity R and loading effect S are
independent of each other like the load on a
bridge and the strength of the concrete.
• The sensitivity factors are more or less
independent of the value of the parameters
and can be regarded as constant for a given
type of problem
Special issues
• Sensitivity factors may vary with the
uncertainties of the parameters
• Mean value and standard deviation depends
on level of knowledge, type of problem and
spatial variability.
• Subjective assessment of the parameters
Partial factor method
Safety margin
Partial factors on action effect may give
over-safe design
Partial factors to
action effect
Strength/stress
ULS- safety
margin
Max
deformation
Partial factors will give an unsafe design
True safety margin
Max deformation
Partial factor
on the
strength will
be unsafe
Supplement for geotechnical design
• In some design situations, the application of
partial factors to actions coming from or
through the soil (rock) could lead to design
values, which are unreasonable or even
physically impossible
• This is typical for rock- structure interaction
problems in tunnel support
• The partial factors may be applied directly to
the effect of actions
Block stability problem
Conceptual model
All stages occur at once but for the ease of understanding it divides into stages
Application of the new analytical
solution to sensitivity analysis
Limit state function
Critical sensitivity factors
Conclusion: If Block stability should be analyzed with partial factor the uncertainty in
top apical angle and friction angle must both be small and known otherwise will the
Sensitivity factors not be constant
Conclusion
• Is partial factor applicable in rock mechanics?
• Or how should we carry out the design?
Design based on probabilistic
methods
Professor Håkan Stille
BeFo workshop 2015-02-05
Necessary building-blocks
Eurocode acceptance
Accepted methods
Defined acceptance limits
Handling uncertainties
Types of uncertainties
Describing uncertainties
Calculation methods
Reliability calculations
Support in Eurocode 1990 for using
reliability-based design
3.5 Limit state design
.5) As an alternative, a design directly based on probabilistic methods may be used.
•
•
NOTE 1 The relevant authority can give specific conditions for use.
NOTE 2 For a basis of probabilistic methods, see Annex C.
C4 Overview of reliability methods
– full probabilistic methods (Level III), and
– first order reliability methods (FORM) (Level II).
Theoretical background
• Probability of failure, pf
• Safety index, β
• Partial factors, γ
Pf =Φ(-β)
m 
Xk
i (1   i  covi )
Consequences classes (EN1990)
Consequemces class
Description
CC1
High consequences for loss of human life, or economic, social
or environement consequences very great
CC2
Medium consequences for loss of human life, or economic,
social or environement consequences considerbale
CC3
Low consequences for loss of human life, or economic, social
or environement consequences small or negligible
Reliability classes
• The reliability classes (RC) may be defined by
the β reliability index concept
• Three reliability classes RC1, RC2 and RC3 may
be associated with the three consequences
classes CC1, CC2 and CC3.
Minimum values for safety index
• KReliability class
1 year ref.period
50 years ref period
RC3
5.2
4.3
RC2
4.7
3.8
RC1
4.2
3.3
• Safety index for class RC2
• Limit states can be defined
• Analytical solutions
– First order reliability methods- mean value and
standard deviations gives safety index
– Monte Carlo simulations gives probablity of failure
• Numerical solutions
– Point estimate, - mean value and standard deviations
gives corresponding values for required parameters
– Stocastic FEM
Issues to be discussed
•
•
•
•
Can probabilistic methods be used?
Do we need courses and educations?
Interpretation of the concept of probability?
Bayesian approach?
KTH ROYAL INSTITUTE
OF TECHNOLOGY
Observationsmetoden –
Vad, när, hur?
Johan Spross – BeFo Eurokodseminarium 2015
Observationsmetoden – Har du
använt den?
OBSERVATIONSMETODEN – JOHAN
SPROSS
2015-02-05
2
Bakgrund
Observationsmetoden utvecklades av Terzaghi och Peck vid
mitten av 1900-talet, som ett svar på hur man kan hantera
osäkerheterna i geoteknisk konstruktion.
Farligt!
• Ett sätt att undvika att vara alltför konservativ eller alltför
risktagande.
Dyrt och slösaktigt
• Peck (1969)
OBSERVATIONSMETODEN – JOHAN
SPROSS
2015-02-05
3
Vad är observationsmetoden?
Eurokodens portalparagraf för metoden:
(1) När förutsägelsen av det geotekniska beteendet är svår
kan det vara lämpligt att tillämpa den metod som benämns
'observationsmetoden', där dimensioneringen följs upp under
byggnadsskedet.
Täthetsfunktion
Gräns acceptabelt
beteende
Parameter
OBSERVATIONSMETODEN – JOHAN SPROSS
2015-02-05
4
Observationsmetoden – en översikt
• Börja med en preliminär design utifrån den information
som finns tillgänglig om bergmassan.
• Gör planer för
(1) hur man ska observera bergets / konstruktionens
beteende under byggtiden,
(2) vilka åtgärder man ska vidta om konstruktionens
beteende är oacceptabelt.
• Följ planerna under byggtiden och sätt in åtgärder om så
behövs.
OBSERVATIONSMETODEN – JOHAN
SPROSS
2015-02-05
5
Observationsmetoden kontra
konventionell dimensionering
Kritiska designfrågor, t.ex. typ av
brottmod
Finna designparametrar och
osäkerheter
Återkoppling till
design – ta annan
förberedd lösning
Analys av designproblem, t.ex.
uppfylla erforderlig stadga
Verifiera
teknisk lösning
Bedömningar om bergmassans och
bärande huvudsystemets beteende
Välj designmetod som bäst
uppfyller ställda krav och villkor
Annan
designmetod
OBSERVATIONSMETODEN – JOHAN SPROSS
Observationsmetoden
2015-02-05
6
5 krav att uppfylla före byggstart
(i) Acceptabla gränser för beteendet skall bestämmas.
Täthetsfunktion
Gräns acceptabelt beteende
Parameter
OBSERVATIONSMETODEN – JOHAN SPROSS
2015-02-05
7
5 krav att uppfylla före byggstart
(ii) Gränserna för möjligt beteende skall beräknas och det
skall visas att sannolikheten för att det verkliga beteendet
ligger inom de acceptabla gränserna är godtagbar;
Sannolikheten för att det
verkliga beteendet ligger
inom de acceptabla gränserna
Täthetsfunktion
Gräns möjligt beteende
Gräns acceptabelt beteende
Parameter
OBSERVATIONSMETODEN – JOHAN
SPROSS
2015-02-05
8
5 krav att uppfylla före byggstart
Täthetsfunktion
(iii) En plan för uppföljning skall tas fram som skall visa om
det verkliga beteendet ligger inom acceptabla gränser.
Uppföljningen skall på ett tillräckligt tidigt stadium klargöra
detta och med tillräckligt korta tidsintervall för att
framgångsrikt kunna vidta korrigerande åtgärder [sic!];
Gräns acceptabelt beteende
?
Parameter
OBSERVATIONSMETODEN – JOHAN SPROSS
2015-02-05
9
5 krav att uppfylla före byggstart
(iv) Responstiden hos mätinstrumenten och i sättet att
analysera resultaten skall vara tillräckligt snabbt för att
möjliggöra förändringar i systemet;
OBSERVATIONSMETODEN – JOHAN
SPROSS
2015-02-05
10
5 krav att uppfylla före byggstart
(v) En plan för korrigerande åtgärder skall upprättas, vilken
kan följas om uppföljningen visar ett beteende som ligger
utanför acceptabla gränser.
Täthetsfunktion
Gräns acceptabelt beteende
Vad ska vi göra, om det verkliga
beteendet ligger här?
Parameter
OBSERVATIONSMETODEN – JOHAN
SPROSS
2015-02-05
11
I byggskedet
Täthetsfunktion
(3)P Under byggnadsskedet skall uppföljningen utföras som
planerat.
(4)P Resultaten av uppföljningen skall utvärderas vid
lämpliga steg och de planerade korrigerande åtgärderna skall
vidtas om gränserna för beteendet överskrids.
Gräns acceptabelt beteende
Parameter
OBSERVATIONSMETODEN – JOHAN
SPROSS
2015-02-05
12
Reparera och byt ut utrustning om så behövs
(5)P Uppföljande instrumentering skall antingen bytas ut eller
utökas om den inte ger tillförlitliga data av avsett slag eller i
tillräcklig mängd.”
OBSERVATIONSMETODEN – JOHAN
SPROSS
2015-02-05
13
Några baskrav vid tillämpning
Konstruktionens design måste gå att ändra.
Observerad parameter måste vara relevant för
konstruktionens säkerhet.
Observerad parameter måste kunna relateras till ett
acceptabelt beteende.
Konstruktionen
Optimeringsproblemet – hur vet man om
observationsmetoden ger den bästa lösningen?
OBSERVATIONSMETODEN – JOHAN SPROSS
2015-02-05
14
Oklarheter i dagsläget
• Vilken säkerhetsnivå får den färdiga konstruktionen?
(Beta, säkerhetsfaktor, etcetera?)
– Eller behövs ingen säkerhetsmarginal hos den färdiga
konstruktionen när observationsmetoden använts?
• Hur ska man bedöma sannolikheten för acceptabelt
beteende i 2-(ii) när man bygger i berg?
– Är det nödvändigt?
OBSERVATIONSMETODEN – JOHAN SPROSS
2015-02-05
15
Avslutning observationsmetoden
• Ett ramverk för att hantera osäkerheter.
• Hanterar risker genom att ha åtgärdsplaner för oönskade
händelser.
• Kan ifrågasättas om det är en egen dimensioneringsmetod
– hur garanteras tillräcklig säkerhet?
OBSERVATIONSMETODEN – JOHAN
SPROSS
2015-02-05
16
Geotechnical Category
Professor Håkan Stille
BeFo Workshop
2015-02-05
Basis of geotechnical design in
EN 1997-1:2004 section 2
• In order to establish minimum requirements for the
extent and content of geotechnical investigations,
calculations and construction control checks, the
complexity of each geotechnical design shall be
identified together with the associated risks
• A preliminary classification of a structure according to
Geotechnical Category should normally be performed
prior to the geotechnical investigations. This category
should be checked and changed, if necessary, at each
stage of the design and construction process.
• The various design aspects of a project can
require treatment in different Geotechnical
Categories. It is not required to treat the whole of
the project according to the highest of these
categories
• Geotechnical category 1 should only include small
and relatively simples structures with negligible
risk
• Geotechnical category 2 should include
conventional types of structures and foundations
with no exceptional risk.
• Geotechnical category 3 should include stuctures
or parts of structures, which fall outside the limits
of Geotechnical categories 1 and 2.
• Geotechnical categories should normally include
alternative provisions and rules to those in this
standard.
• All tunnels, which is not constructed in hard, nonfractured rock and not subjected to special water
tightness or other requirements belongs to GK3
Rock mechanics design situation
• Connected to both execution (construction
work) and behaviour of the permanent
structure.
• Both situations are associated with complexity
and risk of different types and magnitudes.
• (after Palmström and Stille 2014)
Construction, complexity and risk
• Degree of ground uncertainties
• Risk for severe accidents and losses
• Workers and environment (in tunnel and
surroundings)
• Temporary or initial structures
Determination of Geotechnical
category for construction
Permanent structures, complexity and
risk
• Consequence of failure
• Probability of failure depends on the quality of
rock mass
Determination of the geotechnical
category for the permanent structure
Issues to be discussed
• Definitions of the geotechnical categories for
execution and permanent structure
• Minimum requirements for the extent and
content of geotechnical investigations,
calculations and construction control checks
for each geotechnical category.
• With calculations means methods to verify the
design and its limit states
Några typiska dimensioneringssituationer
Diskutera tillämpbarheten av respektive dimensioneringsmetod (Grupp 1 Hävdvunna metoder, Grupp
2 Beräkningar, Grupp 3 Observationsmetoden) på nedan givna dimensioneringssituationer utifrån
olika antaganden om Geoteknisk kategori (se tabeller på nästa sida som ett stöd till diskussionen).
Stöds ert resonemang kring bergmekanisk dimensionering av Eurokod? Om inte, vad är ni osäkra på
och vad tycker ni är otydligt?
Typfall 1: Enstaka Blockutfall
Typfall 3: Spalling
Typfall 2: Ras i blockig bergmassa
Typfall 4: Liten bergtäckning
Geotechnical Category
Table 1: Determination of Geotechnical Category when the ground conditions are unknown. The ground
uncertainty is assumed based on the investigations results.
Excavation
Risk
Assessed degree of Ground Uncertainty
(before encountered)
Types of Construction. Examples
Low
Low
- Foundations
Medium
- Foundations where blasting is involved
- Tunnels and small - moderate rock cuttings
High
- Undersea tunnels
- Caverns with large span
- Low rock cover of underground excavations
in susceptible areas
- High rock cuttings
- Excavation may influence on nearby settlements
Medium
1
1
1
2
2
2
2
2
High
2
2
3
3
3
Degree of Ground Uncertainty (before the ground has been encountered in the excavation):
Low: Clear and simple geology and ground conditions. Ground parameters can be easily found. Experience from similar
ground conditions can be documented.
Medium: Clear geology and ground conditions. Methods exist to assess ground conditions and for dimensioning.
Acceptable experience from other similar ground conditions and constructions can be documented.
High: Unclear geology and/or ground conditions with potential for problematic tunnel excavation. There are limited
possibilities to assess the ground conditions.
Excavation Risk:
Low: No risk. Safe, straight forward excavation.
Medium: Some probability for loss.
High: Possibility for severe accident(s) and loss. Accidents and loss can be injuring incidents and/or disasters, such as
collapse, water ingress, damage to nearby constructions, etc.
Table 2: Determination of Geotechnical Category when the ground conditions are known (after encountered in
the excavation).
Level of Usage
Requirements
Ground Quality
Types of Usage. Examples
Low
- Simple foundations
- Water tunnels, mine drifts
- Moderate rock cuttings
Moderate
- Partly complicated foundations
- Low traffic road- and railway tunnels
- High rock cuttings, storage caverns in rock
High
- Complicated foundations; Very high rock cuttings
- High velocity railway tunnels and heavy traffic road tunnels
- Underground railway and hydropower stations
- Areas with potential for severe landslide
- The construction may cause damage on nearby settlements
Good
1
Fair
1
2
1
2
2
2
2
Poor
2
3
Level of Usage Requirements:
Low: Limited requirements as long as the project functions during its lifetime. For water tunnels, e.g., downfall of
fragments and single blocks are often accepted.
Moderate: Minor maintenance/control is accepted within lifetime of construction.
High: No damage or deterioration of the construction is accepted during its lifetime.
Ground Quality is to be defined according to a preset classification. Ground classes in
classification systems may be used.
2
3
3
Sammanfattning gruppdiskussion: Observationsmetoden
Gruppen diskuterade två olika fall, där gruppmedlemmar deltagit i projekt där observationsmetoden
använts:
-
Ett projekt där man såg en risk för att mycket stora block skulle kunna finnas i tunneltaket.
Sprickorna i fronten observerades och om de såg ogynnsamma ut, skulle åtgärder vidtas. I detta
fall hade man inte någon helt färdig åtgärd att sätta in direkt, utan man skulle vara tvungen att ta
fram denna lösning, om ett sådant block upptäcktes.
-
På Citybanan vid centralen användes observationsmetoden för att avgöra om en bergpelare
skulle kunna behållas, eller vara tvungen att ersättas av en betongpelare. Även här var det
sprickorna som observerades, men lösningen med betongpelare var framtagen. Att inte behöva
sätta in denna åtgärd sparade tre månader.
-
Observationsmetoden sågs av gruppen som en naturlig del av tunnelkonstruktion, och i vid
bemärkelse används den nästan hela tiden, dock inte i enlighet med Eurokoden. Att bara
observera sig till tillräcklig säkerhet sågs som tveksamt, metoden bör kombineras med andra
metoder, exempelvis beräkningar för att visa att en säkerhetsmarginal finns.
2015-02-05
Sammanfattning gruppdiskussion: Partialkoefficientmetoden och
Sannolikhetsbaserade metoder
En kommentar var att partialkoefficienter i vissa fall använts enbart på bärförmåga. Om man nu även använder
partialkoefficienter på lastsidan resulterar detta i en ökad kostnad utan att veta om det är nödvändigt.
Anledningen till detta är emellertid att säkerhetsnivån är okänd då partialkoefficienterna inte är kalibrerade
mot en säkerhetsnivå. Man har använt någon form av hybridlösning. Utan en teoretisk framräkning av
partialkoefficienter kan en optimering inte genomföras.
I samband med lastdiskussionen var en kommentar att yttre laster som verkar på bergytan som erhålls från
konstruktörer i de flesta fall innehåller en last uppräknad med partialkoefficienter.
Samtidigt diskuterades i vilken omfattning beräkningar verkligen behövs för enstaka bergblock. I de flesta fall
kan enstaka block observeras i tunneln och förstärkning bestämmas på plats. För enstaka större block kanske
beräkningar kan vara nödvändigt. En fråga som uppstod var också hur bultens bärförmåga försämras med tiden
och hur detta ska beaktas i en beräkning.
En förutsättning för att partialkoefficientmetoden skulle kunna användas är att last och bärförmåga kan
separeras. Det tydligaste exemplet på detta där en sådan approximation kan göras är för ett enstaka bergblock.
Utöver detta är de gränstillstånd där last och bärförmåga kan separeras begränsade, vilket innebär att
möjligheterna att använda partialkoefficienter inom bergmekaniken är begränsad såsom Håkan Stille också
beskrev i sin presentation.
Det diskuterades också om förstärkning med systematisk bultning och sprutbetong kunde innebära
gränstillstånd där partialkoefficientmetoden kunde användas. En kommentar som framkom i samband med
denna diskussion var att i de flesta fall görs beräkningar och samma förstärkning uppnås gång på gång. Kanske
kan denna typ av förstärkning enbart bestämmas med hävdvunna metoder. Det diskuterades också om
förstärkning med systematisk bultning och sprutbetong kunde innebära en för hög förstärkningsnivå och att en
bättre optimering av förstärkningen kanske kunde genomföras om en beräkning med brottsannolikhet kunde
användas.
Gruppen var överens om att sannolikhetsbaserade beräkningar skulle vara ett användbart verktyg, speciellt i
kombination med observationsmetoden, där osäkerheter kunde reduceras via observationer i byggskedet. På
så vid skulle större osäkerheter kunna accepteras under dimensionering, med vetskap om att osäkerheten kan
reduceras kraftigt i samband med observationer i byggfasen.
En svårighet med sannolikhetsbaserade metoder är till viss del även att kunskapen kring dessa metoder inom
industrin är begränsad och därmed svåra att implementera. För att använda sannolikhetsbaserade metoder i
branschen krävs en ökad kunskap om dessa metoder via kurser och beräkningsexempel. Ibland görs
känslighetsanalyser vid dimensionering och det poängterades att ”Point Estimate Method” kan vara en enkel
form av sannolikhetsbaserad dimensionering som till viss del liknar känslighetsanalysen.
Vid våra tunnelbyggen senaste decenniet har vi erhållit en stor mängd karteringsdata. Detta borde kunna
sammanställas statistiskt för att erhålla indata till sannolikhetsbaserade beräkningar av vissa gränstillstånd.
En slutlig kommentar var också att i viss utsträckning är förbättrade beräkningsmetoder inte enda området där
utveckling är nödvändigt. Inom organisation och ersättningsformer krävs också en utveckling i syfte att
reducera kostnader vid byggande i berg.