DS/EN DK NA:2012-høring Følgeartikel: Brudgrænsetilstande, dimensioneringsmetoder og deres partialkoefficienter

Transkript

1 DS/EN DK NA:2012-høring Følgeartikel: Brudgrænsetilstande, dimensioneringsmetoder og deres partialkoefficienter Fra den spæde start til en artikel, til den første gang blev præsenteret ved DGF-møde og videre frem til fremlæggelsen for S-1990, er der foretaget mange og væsentlige justeringer Forfatterpanelet: Per Bjerregaard Hansen, GEO Carsten Sørensen, COWI Ole Møller, Aarsleff Ønsker at rette tak til: Hans Henrik Ebsen Christensen, Rambøll for inspirerende / øjenåbnende input Jacob Philipsen, Rambøll for kommenteringer til præsentationen

2 DS/EN DK NA:2012-høring Berlingske, tirsdag skriver:

3 DS/EN DK NA:2012-høring Følgeartikel: Brudgrænsetilstande, dimensioneringsmetoder og deres partialkoefficienter Hvad er så det nye og hvad er blot omskrivninger Lidt historik omkring partialkoefficienter hvad sagde vores normfædre De nye partialkoefficienter partialkoefficient direkte på lastvirkningen Nuancering af de nuværende partialkoefficienter KFI konsekvensklasser dimensioneringsmetode 3 Uddybning vedr. UPL-undersøgelsen forudsætninger for valg mellem to sæt partialkoefficienter ballastering og/eller forankring Konstruktionslast versus geoteknisk last

4 DS/EN DK NA:2012-høring Følgeartikel: Brudgrænsetilstande, dimensioneringsmetoder og deres partialkoefficienter Hvad er så det nye vedr. ULS - STR/GEO-undersøgelsen: Dimensioneringstilfælde 3 skal gælde for alle konstruktioner og konstruktionsdele Med LK 1-4 har vi fået et gennemskueligt system af lastkombinationer Med LK 5 har vi lukket en sikkerhedsbrist K FI faktorer skal, beroende på den specifikke lastkombination, indregnes i partialkoefficienterne for kun en af grupperingerne last, lastvirkning eller jordparametre/modstandsevner Hvad er så det nye vedr. ULS UPL-undersøgelsen: Intet nyt men væsentlige præciseringer

5 Nyt omkring dimensioneringsmetode Tabel A.3-1 og A.3-2, Partialkoefficienter for STR/GEO dimensionering Dimensioneringsmetode 3 Grænsetilstand STR/GEO STR Lastkombination Last, 2.6a og 2.6b F A1* eller A2 x K FI x K FI x x x Lastvirkning, 2.6b E x K FI Jordparametre, 2.7a M M2 x x K FI x Modstandsevne, 2.7b R R3 x x K FI x

6 Lidt historik omkring partialkoefficienter I 1956: Ved fastsættelsen af de forskellige partialsikkerheders størrelse bør man dels tage hensyn til usikkerheden på bestemmelsen af den omhandlede belastning eller styrke, og dels bør man forsøge at fastlægge et sådant system af partialsikkerheder, at man i gennemsnit får bedst mulig overensstemmelse med allerede udførte konstruktioner, hvis dimensioner erfaringsmæssigt har vist sig at være rimelige. Citat fra Geoteknisk Instituts Bulletin 1, J. Brinch Hansen, 1956: Brudstadieberegning og partialsikkerheder i geoteknikken JBH s oplæg til partialkoefficienter: Egenvægt n g = 1,0 Nyttelast n p = 1,5 Kohæsionsjord n c = 1,5 1,7 Rammeformel n b = 2,

7 Lidt historik omkring partialkoefficienter I 1956: Foruden de anførte partialsikkerheder på egenvægte og nyttelast, må der også indføres partialsikkerheder på eventuelle andre belastninger. Den vigtigste af disse er vandtryk --- SAND, n μ = 1,2 --- og hvordan ræsonnerede J. Brinch Hansen så i de tider, hvor han introducerede partialsikkerheder i geoteknikken, mens statikerne fortsat opererede med tilladelige spændinger? St 37: r = 1300 kg/cm 2 n μ = 1,2 r = 1625 kg/cm % = 1950 kg/cm 2 SAND, n μ = 1,2 n stål 37 = 2400/1950 = 1,2 Partialkoefficient på byggematerialer: Flydespænding / Till. Sp %

8 Lidt historik omkring partialkoefficienter I 1956: Foruden de anførte partialsikkerheder på egenvægte og nyttelast, må der også indføres partialsikkerheder på eventuelle andre belastninger. Den vigtigste af disse er vandtryk --- VAND, n v =? --- og hvordan ræsonnerede J. Brinch Hansen så i de tider, hvor han introducerede partialsikkerheder i geoteknikken, mens statikerne fortsat opererede med tilladelige spændinger? St 37: r = 1300 kg/cm 2 SAND, n μ = 1,2 nv = 1,0 r = 1300 kg/cm % = 1600 kg/cm 2 nv = 1,2 r = 1625 kg/cm % = 1950 kg/cm 2 n stål 37 = 2400/1950 = 1,2 Partialkoefficient på vandtryk n v = 1,

9 Lidt historik omkring partialkoefficienter Foreløbig norm: Fundering og jordtryk, 1952, 1957 introducerede ikke partialkoefficientsystemet Men det gjorde DS 415, 1. udgave, 1965 og herfra citeres: For dog at have fornøden sikkerhed også for sådanne konstruktioner, hvor egenvægt og vandtryk er dominerende, ---- tillægsregel: Konstruktionen skal ligeledes være stabil i et nominelt brudstadium, hvor drivende egenvægte og/eller vandtryk multipliceres med partialkoefficient f g = f p = 1,2, medens alle andre partialkoefficienter sættes lig 1,

10 Lidt historik omkring partialkoefficienter DS 415, 1977, 1984 og 1998 samt gældende DS/EN DK NA:2009: Sikkerhedsvurderingen for konstruktioner, hvor tyngden af konstruktionsdele og vand er de dominerende kræfter, kræver særlige overvejelser. En rent kvalitativ angivelse som vi gerne vil kvantificere. Og her giver DS/EN os værktøjet

11 --- og så er vi fremme ved 2012 DS/EN , (2): I nogle situationer kan anvendelse af partialkoefficienter på laster fra jord, eller laster der overføres gennem jord (som fx jord- eller vandtryk), medføre regningsmæssige værdier, der er urimelige eller endda fysisk umulige. I disse tilfælde kan partialkoefficienterne anvendes direkte på lastvirkninger, der er udledt af lasternes repræsentative værdier. UPL STR G = 1,0 G = 1,0 W = 1,05 W = 1,0 γ G G G 1,05 W E = 1,2 γ W W

12 --- og så er vi fremme ved 2012 Men inden vi kommer for godt i gang, så lad os repetere geoteknikerens grundholdning, med et citat, der har stået i de danske normer siden 1977: --- hvor tyngde af konstruktionsdele og vand er de dominerende kræfter, er det hensigtsmæssigt ad konstruktiv vej at opnå veldefinerede beregningsforudsætninger med tilhørende lille regningsmæssig sikkerhed frem for at kunne eftervise en større regningsmæssig sikkerhed med usikkert fastlagte forudsætninger

13 Ny lastkombination DS/EN , (1), Regningsmæssige lastvirkninger: E d = E{ F F rep ; X k / M ; a d } (2.6a) gældende for lastkombination 1-4 E d = E E{F rep ; X k / M ; a d } (2.6b) gældende for lastkombination 5 DS/EN , (1), Regningsmæssig modstand: R d = R{ F F rep ; X k / M ; a d } (2.7a) gældende for dimensionering af direkte fundering, stabilitet og jordtryk R d = R{ F F rep ; X k ; a d }/ R (2.7b) gældende for dimensionering af pæle og ankre

14 Ny lastkombination I den ny lastkombination 5 er partialkoefficienten for lastvirkning E = 1,2 K FI, mens der samtidig regnes med G = 1,0 for permanent last og Q = 0 for variabel last, samt M = R = 1,0 for jordparametre og modstandsevne. DS/EN DK NA 2012, A.3.1(4): NOTE 1 - Lastkombination 5 anvendes ved eftervisning af STR for konstruktionsmaterialer, som indgår i geotekniske konstruktioner. I denne eftervisning benyttes de sædvanlige partialkoefficienter for konstruktionsmaterialerne anført i de respektive konstruktionsnormer. Denne lastkombination vil typisk være dimensionsgivende for geotekniske konstruktioner, hvor vandtryk udgør en væsentlig del af lasten. NOTE 2 - Ligevægtsbetragtninger i en geoteknisk konstruktion skal gælde for last- og kraftfordelingen før indregning af partialkoefficient for lastvirkning

15 Ny lastkombination Men der indgår slet ikke F ( G og Q ) i DS/EN , ligning (2.6b) for lastvirkning: E d = E E{F rep ; X k / M ; a d } for lastvirkning gældende for lastkombination men det er ikke overensstemmende med DS/EN 1990 ligning (6.9a) for lastvirkning (jf. note 8) til tabel A.3-1 og -2: E d = Sd E{ g,j G k,j ; q,1 Q k,1; q,i ψ 0,i Q k,i } --- så underforstået, at F ( G og Q ) = 1,0, - jf. DS/EN anneks B Ergo, vi bevarer en stringent parallelisering af de 5 lastkombinationer Lidt efterredigering af såvel artikel som DK NA forestår

16 Ny lastkombination Den nye LK 5 tager højde for: den manglende kvantificering af sikkerheden for vandtryksdominerede konstruktioner en ubalance i den globale sikkerhed for visse geotekniske konstruktioner, som følge af ændringer af partialkoefficienterne i 1998/2009: - Øget for konstruktionslast G = 1,0 > 1,2 Q = 1,3 > 1,5 - Reduceret for konstruktionsmaterialer C = 1,8 > 1,45 (beton) S = 1,4 > 1,20 (armering m = 1,28 >1,10 (stål) - Uændret for jords modstandsevne

17 Ny lastkombination De 5 lastkombinationer i fællig tilgodeser den globale sikkerhed for geotekniske konstruktioner med dominerende konstruktionslast blev sikkerhedsniveauet øget i 1998/ og det lever vi med med dominerende vandtryk blev sikkerhedsniveauet reduceret i 1998/ men det tager LK 5 højde for også for nogle rent jordtryksdominerede blev sikkerhedsniveauet reduceret i 1998/ også her tager LK 5 over LK 5 er kun dimensionsbestemmende for styrken, og ikke for størrelsen

18 --- nu lidt historik omkring dimensioneringsmetoder og konsekvensklasser I de tidligere, rent danske konstruktionsnormer var der taget hensyn til sikkerhedsklasserne ved at påføre faktorer på materialernes partialkoefficienter. Det blev afgørende ændret i DS/EN DK NA:2009: KFI for nogle konstruktionstyper og dimensioneringsmetoder er påført lastsiden (dimensioneringsmetode 2) og for andre konstruktionstyper og dimensioneringsmetoder er påført materialesiden (dimensioneringsmetode 3) Dette system er ikke stringent, hvad angår sikkerheden for geotekniske konstruktioner, hvor der indgår kombinationer af jordtryk, direkte fundering og/eller pælefundering og/eller ankre; dvs. hvor der i en og samme dimensioneringsproces skal anvendes begge dimensioneringsmetoder

19 Nyt omkring dimensioneringsmetode DS/EN DK NA:2012-høring, A.3.1 (1)P Partialkoefficienter ( ) og konsekvensfaktorer (K FI ) er angivet i tabel A.3-1 for direkte fundering, jordtryk og stabilitet og i tabel A.3-2 for pæle og ankre. (2)P Til eftervisning af strukturelle (STR) og geotekniske (GEO) grænsetilstande skal dimensioneringsmetode 3 anvendes med: Kombination: (A1* eller A2 ) + M2 + R3 og med de i tabel A.3-1 og A.3-2 angivne partialkoefficienter for last ( F ) eller lastvirkning ( E ), for jordparametre ( M ) og for modstandsevne ( R ). * for konstruktionslaster for geotekniske laster Er dette system så mere stringent?

20 Nyt omkring dimensioneringsmetode Et beregningsmæssigt stringent system: Dimensioneringsmetode 3 skal gælde for alle konstruktioner og konstruktionsdele KFI faktorer skal, beroende på det specifikke lasttilfælde, indregnes i partialkoefficienterne for kun en af grupperingerne last, lastvirkning eller jordparametre/modstandsevner Er det også sikkerhedsmæssigt stringent? Og her må svaret blive et betinget nej

21 Nyt omkring dimensioneringsmetode Og hvorfor er det sikkerhedsmæssigt ikke fuldstændigt stringent: fordi vi i nogle tilfælde henregner konstruktionslast til geoteknisk last, dvs. for LK 1, 2 og 3 vægter vi last fra konstruktionerne uens fordi det er en brist i stringensen omkring sikkerhedsopbygningen, at der for LK 5 regnes med normale partialkoefficienter for konstruktionsmaterialerne, mens der samtidig regnes med reducerede partialkoefficienter for jordparametre og modstandsevner men der rokkes ikke ved, at størrelsen af geotekniske konstruktioner bestemt ved LK 1-4 har en tilfredsstillende sikkerhed, uberoende af omlægningen af partialkoefficienter i 1998/2009. En gennemregning med de fem lastkombinationer tager højde for at den globale sikkerhed er opfyldt

22 Nyt omkring dimensioneringsmetode Hvad har vi så opnået: Med LK 1-4 har vi fået et gennemskueligt system af lastkombinationer Med LK 5 har vi lukket en sikkerhedsbrist Men er det en sikkerhedsmæssig brist, at vi ikke efterviser, at de nye snitkræfter kan optages med de normale partialkoefficienter for jordparametre og modstandsevner? Svaret er et betinget nej! Nej, fordi omlægningerne af partialkoefficienter i 1998/2009 ikke rokkede ved sikkerheden mht. bestemmelse af størrelsen af geotekniske konstruktioner. Betinget, fordi med (u)rette kan nogen anfægte den manglende sikkerhedsmæssige balance mellem konstruktionsmaterialer og geotekniske materialer

23 UPL-undersøgelsen DS/EN DK NA:2012-høring, A.4: --- har fået 4 nye punkter, som primært sigter mod en præcisering og entydig tolkning af de gældende punkter i UPL-undersøgelsen: Tabel A.4-1 repræsenterer grundtilfældet Tabel A.4-2 gælder kun for konstruktioner, hvor vandtryk er maksimeret ved overløbsarrangementer. Der må ikke medregnes stabiliserende adhæsionsog friktionskræfter langs konstruktionens sider NOTE - Overløbsarrangementer kan anordnes som en kombination af overløb via overkant af eller åbninger i vægge og/eller overløb via svanehalse gennem gulvkonstruktion. Der skal sikres fornøden kapacitet, både hvad angår mængder og fordeling hen over konstruktionen, ved anordning af dræn og bortledningselementer. Overløbsvand indgår som stabiliserende element, og må ikke bortpumpes før vandtrykket igen er stabiliseret i et acceptabelt niveau

24 UPL-undersøgelsen DS/EN DK NA:2012-høring, A.4: (8)P Ved anordning af trækelementer skal det sikres, at både det enkelte trækelement og gruppevirkningen af trækelementer inkluderer den effektive vægt af et jordvolumen, der mindst svarer til hhv. ξ R d og ξ ΣR d, hvor ξ er korrelationsfaktoren, er partialkoefficienten, og R d og ΣR d er den ved UPL undersøgelsen bestemte nødvendige regningsmæssige modstandsevne af hhv. det enkelte trækelement og gruppen af trækelementer. NOTE - Adhæsions- og friktionskræfter virkende for selve forankringen (trækelementerne) må tages i regning, også selv om stabiliserende adhæsionsog friktionskræfter langs den undersøgte konstruktion ikke må medtages ved anvendelse af partialkoefficienter efter tabel A.4-2. (9)P Fastlæggelsen af jordvolumen skal tage udgangspunkt i det niveau, hvor overførsel af kræfter fra trækelement til jord sikrer kompatibilitet mellem deformationer og kraftoverførsel

25 Konstruktionslast vs. Geoteknisk last DS/EN :2007: Klassifikation af laster 2.1(5) NOTE For detaljerede oplysninger om jordtryk se EN DS/EN : Geoteknisk last : Last overført til konstruktionen fra jord, opfyldning, stillestående vand eller grundvand. DS/EN : Geoteknisk last NOTE - Ved undersøgelser af skråningsstabilitet og totalstabilitet behandles laster på jorden (fx konstruktionslast, trafiklast) som geotekniske laster ved anvendelse af belastningsfaktorerne A2. En last, der ikke falder ind under kategorien geoteknisk last er pr. definition en konstruktionslast

26 Konstruktionslast vs. Geoteknisk last Lad os se på nogle eksempler: Konstr.last Geot.last Jordlast på tage og terrasser + - Jordballast over en vinkelstøttemurs hæl og tå - + Vandtryk på vinkelstøttemur - + Jordlast over et tunneldæk + + Og hvis den yderligere er vanddækket