Frankring i berg fr Karlatornet ULF LINDFORS NATIONELL

Förankring i berg för Karlatornet ULF LINDFORS, NATIONELL SPECIALIST BERGTEKNIK/BERGMEKANIK

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET Utförare: Diego Lope Álvarez, Jolanta Świtała, Linda Jonsson Internstöd och granskning: Mikael Svartsjaern, Jonny Sjöberg (Vid uppdragets genomförande alla på Itasca Consultants AB) Åsså jag. . Ulf Lindfors Då: Itasca Consultants AB Nu: ÅF-Pöyry (o gör ungefär samma sak. . ) Ulf. lindfors@afconsult. com, +46 70 639 73 70 2

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET Varför analyser av berg? Bakgrund: Stort hus på pålar genom lera ner på berg Egentligen är allt berg bra i Sverige? Eller? Vad kan hända? Vad vill vi undvika? Jo vi vill undvika: - Storskaliga stabilitets/bärighetsproblem i slänten pga kraftiga deformationer eller att sk skjuvband skapas under hela pålningen - Så stora enskilda stabilitetsproblem bland pålarna att de i sig påverkar den enskilda pålens funktion och sedan i slutändan skapa stabilitets/bärighetsproblem. 3

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET Varför analyser av berg? 1. Är det byggbart överhuvudtaget? 2. Fungerar de i förväg valda längden på pålarna (8 -10 m)? 3. Går det att reducera längderna på pålarna? I så fall hur mycket? Dvs ta fram en så gynnsam påldesign map pållängder. 4. Vad händer om någon påle måste flyttas lite? Fungerar lösningen fortfarande eller måste vi justera längderna? - Arbetet sker parallellt med övrigt designarbete 4

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET Vad gjordes i grova drag Totalt gjordes: 3 större omtag i projektet dvs: I. Framtagande av påldesign mot trycklaster II. Framtagande av påldesign mot draglaster III. Slutlig kontroll av korrigerad påldesign I det ingick: • Insamling av data • Kinematiska analyser • 2 D och 3 D analyser, både som kontinuum och diskontinuum analyser, totalt över 100 olika beräkningsfall Vi ska titta på ett axplock vad som gjordes. . 5

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET I. Framtagande av påldesign mot trycklaster 6

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT TRYCKLASTER 7

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT TRYCKLASTER 8

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT TRYCKLASTER Hoppar över den, kortfattat var den: Intakt berg relativt OK Sprickor kan ställa till det om låg friktionsvinkel och fel orientering… 10

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT TRYCKLASTER Konceptuell modell med fiktivt sprickplan 11

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT TRYCKLASTER Konceptuell modell med fiktivt sprickplan 12

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT TRYCKLASTER Några slutsatser: Anläggningen är byggbar, tolkat på konceptuella sprickplan Det är viktigt lokalisera områden med låg hållfasthet (intakt berg/sprickplan) ger möjlighet för optimering av påldesign + reducerar osäkerheter Sprickparametrarna har störst påverkan i resultaten En spricka med stupning flackare än släntens lutning är det mest kritiska fallet Några rekommendationer: Skapa en detaljerad bergmodell Utför tredimensionella stabilitetsanalyser Studera effekten av olika pållängder Kontrollera stabiliteten kring enskild påle 13

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT TRYCKLASTER 14

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT TRYCKLASTER Finns inte en enda helt plan struktur som täcker hela området för grundläggningen Bergslänten formad i stegvisa hopp (1. 5– 2 m) i höjdled och sprickplanens längder varierar 1 - 10 -tal meter 3 huvudsprickgruppper: SG 1, SG 7 och Foliation Sprickgrupperna har olika sprickavstånd och friktionsvinklar Längden är en faktor som kommer att vara viktig för stabilitet av slänten, och därför bör någon form känslighetsanalys beträffande spricklängden utföras 15

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT TRYCKLASTER Detta blir vår ”grundmodell” för fortsatta analyser 16

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT TRYCKLASTER 17

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT TRYCKLASTER 18

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT TRYCKLASTER Fall 3, snitt P 5. Skjuvdeformationer i bergmassan, där placering av pålar P 32 P 36 redovisas som vertikala svarta linjer DET SER JU JÄTTEBRA UT! 19

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT TRYCKLASTER 20

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT TRYCKLASTER Analysen gjordes med: Intakt berg B C 1 Sprickplan… SER JÄTTEBRA UT! FOS > 2 21

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT TRYCKLASTER Analysen gjordes med: B C 3 Sprickplan… 22

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT TRYCKLASTER Fall 3 C, snitt P 5. Skjuvdeformationer i bergmassan, där placering av pålar P 32 P 36 redovisas som vertikala svarta linjer SER JÄTTEBRA UT! 23

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT TRYCKLASTER Extremlast = lastfall som teoretiskt kan sammanställas men aldrig inträffa Extremlast = en kombination av flera hundra olika lastfall som inte alla kan inträffa samtidigt Extremlast = sammanställt med maximal vindlast (ger 10 -20% av den dimensionerande brottlasten i varje påle) åt alla håll samtidigt under hela byggnadens livslängd För att kontrollera stabiliteten för denna extremlast genomfördes analyser med de framtagna optimerade påldjupen 24

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT TRYCKLASTER Fall 3 C, snitt P 5. Skjuvdeformationer i bergmassan, där placering av pålar P 32 -P 36 redovisas som vertikala svarta linjer. SER JÄTTEBRA UT! 25

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET II. Framtagande av påldesign mot draglaster 26

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT DRAGLASTER Varför: Leran skapar en enorm lyftkraft pga svällning Lyftkraften varierar på olika pålar Berg och främst sprickplan har dålig hållfasthet mot draglast… Angreppssätt: Bergmassans reaktion på draglasterna studeras konceptuellt för en enskild påle (notera annan modell!) Klassisk pålutformning Alternativ pålutformning Analyserna gör på både en klassiskt pålutformning samt en alternativ design med smala stålkärnepålar under betongpålen 27

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT DRAGLASTER Analysen: Utförs med FLAC 3 D Ett konceptuellt sprickplan I övrigt samma geologiska och geomekaniska förhållanden som tidigare analyser Analyserna enbart i slutstadiet av installationen dvs enbart statiska analyser Totalt 37 olika beräkningsfall för klassiskt utformning Totalt 4 olika beräkningsfall med 10 olika längder på stålkärnepålarna (tot 40!) för den alternativa påldesignen 28

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET - FRAMTAGANDE AV PÅLDESIGN MOT DRAGLASTER Beräknad plasticering i bergmassan för Fall 10, håldjup 4 m, dragkraft 5 MN Beräknad plasticering i bergmassan för Fall B, håldjup 2 m, stålkärnor 3 st längd 4 m, dragkraft 5 MN 29

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET III. Slutlig kontroll av korrigerad påldesign 30

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET – SLUTLIG KONTROLL AV KORRIGERAD PÅLDESIGN Varför: Kontroll om kombinationen drag- och tryckbelastning tillsammans skapade problem Några pålar hade flyttats något Angreppssätt: Samma 3 D modell som tidigare fast med några pålar flyttade I övrigt samma geologiska och geomekaniska förhållanden som tidigare analyser Pålarna belastades först i drag sedan i tryck 31

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET – SLUTLIG KONTROLL AV KORRIGERAD PÅLDESIGN SÅ: Samma lika… …utom pålarnas läge o lasten… …Modell (3 DEC) …geomekaniska förhållanden 32

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET – SLUTLIG KONTROLL AV KORRIGERAD PÅLDESIGN Resultat: Inga sammanhängande skjuvzoner = global stabilitet! Små deformationer kring varje påle = lokal stabiltet! Inga stabilitetsproblem ur bergmekanisk synvinkel! Snitt 8 plasticering Skjuvtöjning 33

FÖRANKRING I BERG FÖR KARLATORNET STORT TACK TILL! Vår beställare: Norconsult (Bengt och Tomas)/ GEOS (Joel) Våra projektkollegor: VBK (Andreas och Erik) Sist men inte minst vår Huvudman: Serneke (Christian och Magnus) Ulf Lindfors Ulf. lindfors@afconsult. com, +46 70 639 73 70 34