Kaivantojen turvallisuus Riskien hallintaa kaivantosuunnittelussa ja toteutuksessa

Transkriptio

1 Kaivantojen turvallisuus Riskien hallintaa kaivantosuunnittelussa ja toteutuksessa Leena Korkiala-Tanttu Sisältö Luotettavuuden ja vaikutuksen huomioonottaminen Eurokoodin mukaan Seurantamenetelmä ja sen soveltaminen Risk Based Design perusperiaatteet Riski = todennäköisyys x vaikutus 2

2 Luotettavuuden ja vaikutusten huomioonottaminen Eurokoodissa Seuraamusluokat CC Luotettavuusluokat RC Seuraamusluok Kuvaus Esimerkkejä ka seuraamuksista CC3 (K FI =1,1) Suuria määriä ihmishenkien menetyksiä tai hyvin suuria taloudellisia tai Yli 8-kerroksiset asuin- ja liikerakennukset Teatterit, urheiluhallit, katsomot yms. ympäristövahinkoja CC2 (K FI =1,0) Keskisuuria määriä ihmishenkien menetyksiä tai Rakennukset ja rakenteet, jotka eivät kuulu luokkiin CC3 tai CC1 merkittäviä taloudellisia tai ympäristövahinkoja CC1 (K FI =0,9) Vähäisiä seuraamuksia 1- ja 2-kerroksiset rakennukset, joissa TÄTÄ LUOKKAA EI KÄYTETÄ KAIVANTOSUUNNITTELUSSA! oleskelee ihmisiä vain tilapäisesti, kuten esim. 3 varastot Seurantamenetelmä Observational method Kaivanto-ohje ei mainitse menetelmää, Eurokoodin yleiset ohjeet antavat mahdollisuuden käyttää tätä 4 Patel 2005

3 Seurantamenetelmä Jatkuva ja hallittu suunnittelu, työn monitorointi ja arviointi Mahdollistaa ennalta määriteltyjen muutosten tekemisen rakentamisen aikana tai sen jälkeen Monitorointi on aktiivinen osa suunnittelua, ei pelkästään työn oikeellisuuden seurantaa Suunnittelu perustuu usein numeerisiin mallinnuksiin (seurataan siirtymiä ja jännityksiä) ja mallinnusten päivitykseen havaintojen perusteella Jatkotoimenpiteet määrittyvät monitoroinnin tulosten mukaan Tavoite kustannusten vähentäminen ja hallinta Suurin hyöty: erittäin vaativat ja toteutukseltaan epävarmat kohteet 5 Esimerkkikohteita Geotechnet Tie- ja ratapenkereiden rakentaminen heikolle pohjamaalle tai siirtymäherkille alueille Olemassa olevien anturoiden läpi tehtävät uudet perustukset Syvät tai vaativat kaivannot, mm. sivusiirtymien hallinta Tunneleiden rakentaminen Olemassa olevien perustusten (paalujen) uudelleen käyttö 6

4 7 Seurantamenetelmän avulla voidaan hallita Geologisia riskejä ts. paikallista ominaisuuksien tai olosuhteiden vaihtelua Parameterien ja mallinnuksen vaihtelua Pohjanvahvistusmenetelmien onnistumista Rakentamiseen liittyviä riskejä Tavoitteena kustannusten ja riskien hallinta 8

5 Todennäköisyyspohjainen suunnittelu Reliability Based Design = RBD Nykyiset suunnittelumenetelmät riittävät yleensä ja toimivat melko hyvin Miksi tarvetta muuttaa? Merkittäviä parannuksia suunnittelussa voidaan tehdä, erityisesti vaativissa kohteissa, jolloin myös riskit tunnistetaan paremmin Eurokoodi sallii todennäköisyyspohjaisen suunnittelun Kaivanto-ohjeissa ei mainintaa asiasta 9 Osavarmuusajattelun periaatteet ja menetelmän kehitystilanne Osavarmuus sijoitetaan yleensä kuormiin ja/tai maaparametreihin Osavarmuusluvut ovat kokemusperäisiä eli empiirisiä Suurempi epävarmuus suurempi osavarmuusluku Myös mitoitusmenetelmät voivat sisältää epävarmuutta, jota eivät nykyiset menetelmät ota huomioon ollenkaan Rakennepuolella RBD:n kehitys on ollut nopeaa sekä teorian että käytännön puolella Geotekniikassa ollaan aloittelemassa, toistaiseksi ei systemaattista lähestymistapaa 10

6 Kokonaisvarmuuskerroinmenetelmä 11 Rajatilamenetelmät (esim. Eurokoodi). Menetelmä ei kerro miten turvallinen ratkaisu on? 12

7 RBD, määrittää riskin suuruuden 13 Sortuman todennäköisyys = A, B ja C:n yhdistelmä 14

8 Rakentaminen maksaa! Haasteena: vähentää kustannuksia samalla toimivuudella / ylläpidolla 15 Anturan koko, kun maan lujuutta on arvioitu erilaisin tilastollisin menetelmin 2,60 2,20 lower value, variance unknown 2,40 2,00 lower value, variance known medium value, variance unknown 2,05 1,70 2,15 1,80 medium value, variance known d = 1,80 b =? 1,85 1,55 linear regression, confidence interval 95 % a = 1,2 b =? H1, M1 Anturan koon pienennys > 50 % 16 Aineisto: C. Pohl b =? H2, M2

9 Materiaalien epävarmuudet Maa- ja kallioparametrien määritys ja maaperän mallinnus ovat ne avaintekijät, jotka erottavat geotekniikan rakennesuunnittelusta Yksikään nykyisistä geoteknisistä suunnittelumenetelmistä ei ota tätä yksikäsitteisesti huomioon. Look (think hard) what is in the ground! 17 Materiaaliominaisuuksien avainasioita Geotekninen vaihtelevuus (varianssi) kuvaa maa- ja kallioperän ominaista luonnetta Varianssin määritys vaatii huolellisen arvioinnin aineistosta Riittävien pohjatutkimuksien pitäisi pienentää parametrien epävarmuutta kustannukset pienenevät Kuormituskokeiden pitäisi pienentää mallien epävarmuutta kustannusten pieneminen Ja jos kustannukset eivät pienenisikään, riskit (kustannus, aikataulu, työturvallisuus jne.) pienenevät 18

10 Materiaalidatan laatu Betoni (puristuslujuus) (ACI 1965) COV < 10% erinomainen COV = 10 15% hyvä COV = 15 20% tyydyttävä COV > 20% huono Savet (suljettu leikkauslujuus) (EPRI TR105000) COV = 10 30% hyvä COV = 30 50% keskimääräinen 10-70% COV = 50 70% huono 10-20% 19 Yhteenveto Suomessa ei juuri käytetä RBD tai seurantamenetelmää Molemmilla menetelmillä on paljon yhteistä Tavoitteena molemmissa kokonaiskustannusten ja riskien hallinta Seurantamenetelmä soveltuu erittäin vaativiin kohteiden suunnitteluun ja toteutukseen, joihin ei olemassa luotettavia suunnittelumenetelmiä tai niiden käyttö johtaa kalliisiin ratkaisuihin RBD sopii tavanomaisempaankin suunnitteluun, ei kuitenkaan korvaa perinteisiä menetelmiä Molemmat menetelmät edellyttävät hyviä pohjatutkimustietoja ja ne lisäävät suunnittelutyötä Odotettavissa olevat hyödyt ilmeisiä erityisesti kaivantokohteissa 20

11 Kiitos! 21