Beräkning av bergkoners bärförmåga för förankringar

Artikelförfattare: Lucas Dingle, ELU konsult, Svante Grönqvist, Försvarsmakten, Ander Beijer Lundberg, ELU Konsult & KTH, Henrik Posay, Mayor, ELU Konsult och Erika Tudisco, Lunds Tekniska Högskola

Förankringar i jord eller berg är en vanligt förekommande metod för att uppta draglaster i olika konstruktioner. De används i bland annat byggnader, broar, stödmurar och vindkraftverk. Vid dimensionering utförs vanligtvis en kontroll av bergets bärförmåga, ett scenario där brottlasten uppnås när en kon av berg dras loss från övrig bergmassa. Praxis idag är att använda en metod för beräkning av bergkonens bärförmåga som är väldigt konservativ: Både bergkonens geometriska utbredning och det faktum att bergets hållfasthet inte ingår i beräkningsmodellen gör att den ”verkliga” bärförmågan i de flesta fall är betydligt större än den som tillgodoräknas vid dimensionering. I denna artikel diskuteras olika analytiska beräkningsmodeller som studerats och jämförts med en numerisk beräkning inom ett examensarbete vid LTH.

I många typer av konstruktioner förekommer draglaster som överförs till marken. Dessa härstammar ifrån våg- och vind­laster, trafiklaster eller islaster, och påverkar bland annat byggnader, broar, stöd­murar, vattentorn eller vindkraftverk. Det finns många olika metoder för att han­tera draglasterna, bland annat genom kon­struktionens egentyngd, jordtryck, eller olika typer av förankringar (som också förkortas som ”stag”, något som används i vissa delar av den följande texten). Eftersom den skandinaviska bergmassan har en väldigt hög hållfasthet används i stora delar av landet bergförankringar. Dessa utgörs av ett stålelement som kan ta stora draglaster som gjuts fast i om­kringliggande berg.

Det finns en mängd olika metoder för installation och projektering av förank­ringar. Vid dimensioneringen av förank­ringarnas bärförmåga genomförs en verifiering av bärförmågan för ett antal brott­moder, som visas i Figur 1. Brott kan uppstå i stag, mellan stag och bruk (cement­suspension, här används ordet bruk som förkortning), mellan bruk och berg, och i berg. Brott i stag kan bestämmas ifrån stagmaterialets bärförmåga. Brott mellan stag och bruk och mellan bruk berg beror på brukets egenskaper, men också till stor del på utförandet av gjutningen. Brott i berg (och jord) beror på bergets bärförmåga och geometri.

Brott i berget kontrolleras oftast genom att en teoretisk bergkon antas, där egen­tyngden av bergkonen samt tyngden av ovanliggande jord utgör den mothållande kraften. Denna metod presenteras i Pål­kommissionens rapport 97 [1], den kallas här för ”bergkonsmetoden”.

Den svenska berggrunden består huvudsakligen av prekambriskt berg med mycket hög hållfasthet, något som inte be­aktas i bergkonsmetoden. Detta gör att beräkningen av brottlasten för brottmod (D) i Figur 1, bergets bärförmåga, i de flesta fall förmodligen är väldigt konser­vativ, vilket leder till resursslöseri i de fall brottmod (D) är dimensionerande. Detta gäller främst förankringar med liten jordtäckning, där användandet av bergkonsmetoden gör att förankringar monteras onödigt långt in i berget. Detta har studerats i ett examensarbete vid LTH [2], vilket dels innefattat en jämförande studie av olika beräkningsmodeller, dels en numerisk simulering av bergförank­ringar med olika egenskaper för berg­grunden. Här redovisas delar av detta ex­amensarbete i syfte att visa att användandet av andra beräkningsmetoder kan vara ekonomiskt fördelaktiga.

Läs hela artikeln i Bygg & teknik 1/2025

Teckna en prenumeration HÄR