Plats: ÅF Frösundaleden 2A Lokal - svbergteknik.se · Seminarium / Workshop 5 feb 2015 Eurokod •Seminarium om Eurokod april 2013 •Vad händer med EC7 internationellt? •Hur

Anmälan:

www.befoonline.org Sista anmälningsdagen: 2 februari 2015

Vägbeskrivning:

Se www.sl.se

Avgift: 250 kr exkl. moms.

Namnbrickor för anmälda deltagare kommer att finnas vid

registreringsdisken i entrén

Anmälan är bindande.

Seminarium om Eurokod

5 februari 2015, kl. 13.00–17.00

Plats: ÅF

Frösundaleden 2A, Solna

Lokal: Renen

http://www.befoonline.org/

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-geologicalapplications

• The discussed applications are withoutexception soil mechanics design

• The general rules except defintions of geotechnical category can be accepted

Highest priority

• Soil mechanics and rock mechanics are twoequal 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 investigationsare 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 engineeringconsiderations

• Ground investigations (costly and impossible)

• Rock mass properties (lab testing is not applicable, emperical based)

• Partial factors (not possible, rock structureinteraction)

• Prescriptive measures ( very common)

• Observational method (very common but in an extended form)

Conclusion

• Rock Mechanical society wants to be an equalpart 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

Problemanalys

Dimensioneringssituation

Styrande geotekniska förutsättningar

Geotekniska förutsättningar

Geotekniska undersökningar

Projektspecifika krav och restriktioner

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)

5 FEBRUAR 2015

EUROKODE 71

Hävdvunna metoder

Roger Olsson

Stockholm 5. Februari 2015

5 FEBRUAR 2015

EUROKODE 72

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.

5 FEBRUAR 2015

EUROKODE 73

Geoteknik – ett enkelt hus på en platt terräng och där grundförhållen är kända.

5 FEBRUAR 2015

EUROKODE 74

Andra mindre geotekniska arbeten

Enkel fundamentering på berg?

5 FEBRUAR 2015

EUROKODE 75

Text in EC 7 – two rules, number 1:

5 FEBRUAR 2015

EUROKODE 76

› (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.

Text in EC 7 – two rules, number 1, forts.:

5 FEBRUAR 2015

EUROKODE 77

› (B)These involve conventional and generally conservative rules in the design, and attention to specification and control of materials, workmanship, protection and maintenance procedures".

Text i EC 7 – två regler, nummer 2:

5 FEBRUAR 2015

EUROKODE 78

› "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".

Comparable experience as defined in 1.5.2.2 of EC7:

5 FEBRUAR 2015

EUROKODE 79

›"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".

From GEO in Hong Kong

5 FEBRUAR 2015

EUROKODE 710

• 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

5 FEBRUAR 2015

EUROKODE 711

Tumregler för design av injekteringsskärmar under

damer.

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.

5 FEBRUAR 2015

EUROKODE 712

Hoek E. 1999. Putting numbers to geology — an engineer's viewpoint.

Classification systems vs rock support

5 FEBRUAR 2015

EUROKODE 713

Rock mass class

Excavation Rock bolts (20 mm diameter, fully grouted)

Shotcrete Steel sets

I - Very good rock RMR: 81-100

Full face, 3 m advance. Generally no support required except spot bolting.

II - Good rock RMR: 61-80

Full face , 1-1.5 m advance. Complete support 20 m from face.

Locally, bolts in crown 3 m long, spaced 2.5 m with occasional wire mesh.

50 mm in crown where required.

None.

III - Fair rock Top heading and bench Systematic bolts 4 m 50-100 mm None.

RMR: 41-60 1.5-3 m advance in top heading. Commence support after each blast. Complete support 10 m from face.

long, spaced 1.5 - 2 m in crown and walls with wire mesh in crown.

in crown and 30 mm in sides.

IV - Poor rock Top heading and bench Systematic bolts 4-5 100-150 mm Light to medium ribs

RMR: 21-40 1.0-1.5 m advance in top heading. Install support concurrently with excavation, 10 m from face.

m long, spaced 1-1.5 m in crown and walls with wire mesh.

in crown and 100 mm in sides.

spaced 1.5 m where required.

V – Very poor rock RMR: < 20

Multiple drifts 0.5-1.5 m advance in top heading. Install support concurrently with excavation. Shotcrete as soon as possible after blasting.

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.

RMR, Q-system, RMi, etc

- Shape: horseshoe- Width: 10 m- Vertical stress:

< 25 MPa- Drill & Blast

Rock Mass Rating system (Bieniawski, 1989)

Q-system

5 FEBRUAR 2015

EUROKODE 714Originally Barton, Lien, Lunde (1973)

5 FEBRUAR 2015

EUROKODE 715

Rockmass

class

Rock condition

Q-value

Rock support class

Permanent support

A/B Minor jointed rockmass.

Average joint space > 1m.

Q = 10 – 100

Rock support class I

- spot bolting

- Sprayed shotcrete B35 E700,

Thickness 80 mm, down to 2 m above the floor

C Moderate jointed rockmass.

Average joint space, 3 – 1 m.

Q = 4 – 10

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

D Dense jointed rockmass or

stratified schist rockmass.

Average joint space < 0,3 m.

Q = 1 – 4

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

E Very poor rockmass quality

Q = 0,1 – 1 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

F Extremely poor rockmasse

quality.

Q = 0,01 – 0,1

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

G Exceptionally poor rockmass

quality, mainly soil Q < 0,01

Rock support class VI

- Excavation and permanent rock support has to be

dimensioned special.

Adopted by

the

Norwegian

Road

Authority

Publication 021Road tunnels

5 FEBRUAR 2015

EUROKODE 716

Olsson & Palmstøm, 2014

5 FEBRUAR 2015

EUROKODE 717

Tack för meg!

Partial factors in rock mechanics

Professor Håkan Stille


Principles

• Ultimate and serviceability limit states approach• Design values

• 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

* k

R

RR

* *R E*

k EE E

Design approach DA1, DA2 and DA3

Theoretical background

xki is the characteristic value of variable imi is the mean of variable iai is the sensitivity factor of variable isi is the standard deviation of variable i

* kk i i

m

XX m a s

What do we mean by characteristic value?

• 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

(1 cov )

km

i i i

X

m a

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

ULS- safety margin

Partial factors to action effect Strength/stress

Max deformation

Partial factors will give an unsafe design

True safety margin Partial factor on the strength will be unsafe

Max deformation

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 probabilisticmethods



Necessary building-blocksEurocode acceptance

Accepted methodsDefined acceptance limits

Handling uncertaintiesTypes of uncertaintiesDescribing uncertainties

Calculation methodsReliability 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)

(1 cov )

km

i i i

X

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 maybe associated with the three consequencesclasses CC1, CC2 and CC3.

Minimum values for safety index

• K

• Safety index for class RC2

Reliability class 1 year ref.period 50 years ref period

RC3 5.2 4.3

RC2 4.7 3.8

RC1 4.2 3.3

• 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?

2015-02-05 2OBSERVATIONSMETODEN – JOHAN SPROSS

Bakgrund

Observationsmetoden utvecklades av Terzaghi och Peck vid

mitten av 1900-talet, som ett svar på hur man kan hantera

osäkerheterna i geoteknisk konstruktion.

• Ett sätt att undvika att vara alltför konservativ eller alltför

risktagande.

• Peck (1969)


Dyrt och slösaktigt

Farligt!

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.

2015-02-05OBSERVATIONSMETODEN – JOHAN SPROSS 4

Parameter

Gräns acceptabelt

beteende

Tä

the

tsfu

nktion

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 kontra konventionell dimensionering


Kritiska designfrågor, t.ex. typ av

brottmod

Finna designparametrar och

osäkerheter

Analys av designproblem, t.ex.

uppfylla erforderlig stadga

Bedömningar om bergmassans och

bärande huvudsystemets beteende

Välj designmetod som bäst

uppfyller ställda krav och villkor

Återkoppling till

design – ta annan

förberedd lösning

Verifiera

teknisk lösning

Annan

designmetod

Observations-

metoden

5 krav att uppfylla före byggstart

(i) Acceptabla gränser för beteendet skall bestämmas.


Parameter

Gräns acceptabelt beteende

Tä

the

tsfu

nktion


(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;


Parameter


Tä

the

tsfu

nktion

Sannolikheten för att det

verkliga beteendet ligger

inom de acceptabla grän-

serna

Gräns möjligt beteende


(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!];


Parameter


Tä

the

tsfu

nktion

?


(iv) Responstiden hos mätinstrumenten och i sättet att

analysera resultaten skall vara tillräckligt snabbt för att

möjliggöra förändringar i systemet;



(v) En plan för korrigerande åtgärder skall upprättas, vilken

kan följas om uppföljningen visar ett beteende som ligger

utanför acceptabla gränser.


Parameter


Tä

the

tsfu

nktion

Vad ska vi göra, om det verkliga

beteendet ligger här?

I byggskedet

(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.


Parameter


Tä

the

tsfu

nktion

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.”


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?


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?


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?


Geotechnical Category


BeFo Workshop

2015-02-05

Basis of geotechnical design inEN 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 stucturesor parts of structures, which fall outside the limits of Geotechnical categories 1 and 2.

• Geotechnical categories should normally includealternative provisions and rules to those in thisstandard.

• All tunnels, which is not constructed in hard, non-fractured rock and not subjected to special watertightness or other requirements belongs to GK3

Rock mechanics design situation

• Connected to both execution (constructionwork) and behaviour of the permanent structure.

• Both situations are associated with complexityand 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 Geotechnicalcategory for construction

Permanent structures, complexity and risk

• Consequence of failure

• Probability of failure depends on the quality ofrock mass

Determination of the geotechnicalcategory 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 checksfor 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 2: Ras i blockig bergmassa

Typfall 3: Spalling 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

Types of Construction. Examples

Assessed degree of Ground Uncertainty (before encountered)

Low Medium High

Low - Foundations 1 1 2 2

Medium - Foundations where blasting is involved - Tunnels and small - moderate rock cuttings

1 2 2 2 3

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

2 2 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

Types of Usage. Examples Ground Quality

Good Fair Poor

Low - Simple foundations - Water tunnels, mine drifts - Moderate rock cuttings

1 1 2

2

Moderate - Partly complicated foundations - Low traffic road- and railway tunnels - High rock cuttings, storage caverns in rock

1 2

2 2 3

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

2 2 3

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.

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.

Documents

Plats: ÅF Frösundaleden 2A Lokal - svbergteknik.se · Seminarium / Workshop 5 feb 2015 Eurokod •Seminarium om Eurokod april 2013 •Vad händer med EC7 internationellt? •Hur