Brottmekanismer och bärförmåga för sprutbetong utsatt för blocklast

Vilka brottmekanismer är det som styr bärförmågan för en bultförankrad sprutbetongförstärkning och hur påverkas förstärkningens bärförmåga av att enskilda prover ej uppfyller ställda krav avseende tjocklek eller vidhäftningshållfasthet? Dessa frågor har studerats och besvarats i ett nyligen avslutat doktorandprojekt [1] genomfört på avdelningen för Betongbyggnad på Kungliga Tekniska Högskolan. Ett ramverk för numeriska simuleringarna har utvecklats för att studera sprutbetongens bärförmåga och särskild fokus har lagts på att studera hur vanligt förekommande variationer i sprutbetongtjocklek och vidhäftningshållfasthet påverkar förstärkningens bärförmåga och strukturella beteende.

I en artikel av Bjureland med flera [2] analyserades en stor mängd data ifrån bygget av Citytunneln i Stockholm. Ett av artikelns syften var att föreslå statistiska fördelningar för variationerna i sprutbetongens tjocklek och vidhäftningshållfast. Data för sprutbetongens tjocklek bestod av mätningar från mer än 6000 borrade hål och för vidhäftningen analyserades mer än 300 testresultat. För det studerade projektet [2] hade man kravställt att vidhäftningshållfasthetens medelvärdet från en serie om tre prover måste överstiga 0.5 MPa. Inga krav fanns ställda på enskilda värden. Fördelningen av vidhäftningshållfastheten kunde med god noggrannhet beskrivas med en normalfördelning med medelvärdet och standardavvikelsen på 0.8 respektive 0.3 MPa. Sannolikheten att en serie med tre prover ej ska uppfylla det ställda kravet kan, med ett antal förenklingar, beräknas med en Monte Carlo simulering. Beräkningen baseras på att vidhäftningshållfastheten är oberoende av varandra och för varje simulering hämtas tre slumpmässiga värden från normalfördelningen. Därefter beräknas dess medelvärde vilket jämförs med det kravställda värdet på 0.5 MPa. Utfallet av denna Monte Carlo simulering med totalt 30000 simuleringar visar att sannolikheten att en testserie inte är godkänd är omkring 4 procent.

För att sprutbetongens tjocklek ska vara godkänd krävs att medelvärdet i fem närliggande borrpunkter ska vara lika med eller överstiga beställd tjocklek. Vidare gäller det att varje individuellt prov måste uppnå 80 procent av den kravställda tjockleken. Variationerna i sprutbetongens tjocklek kunde med god noggrannhet beskrivas med en log-normal fördelning [2]. Medelvärdet för tjockleken var omkring 20 till 30 mm mer än den kravställda tjockleken, vilket visar en tydlig tendens att för mycket sprutbetong används. Dock är variationerna i tjocklek stora vilket leder till att sektioner med för liten tjocklek existerar. I figur 1 visas den kumulativa fördelningen, det vill säga sannolikheten att en viss tjocklek uppnås, för sprutbetongens tjocklek för de tre kravställda tjocklekarna 50, 75 respektive 100 mm. I den högra figuren har starten på kurvan zoomats in och kravet för varje individuellt prov har markerats. Här framgår det att sannolikheten att kravet för ett individuellt prov av tjockleken inte uppfylls varierar mellan 4 och 13 procent för det studerade fallen.

Sammanfattningsvis visar analysen av fältdatan från detta projekt [2] att kraven med avseende på sprutbetongens tjocklek och vidhäftningshållfasthet oftast uppfylls. Dock existerar mindre lokala sektioner där dessa två parametrar inte uppfylls. Det är därmed väldigt viktigt att förstå om, och i så fall hur, detta påverkar sprutbetongens bärförmåga. Om bärförmågan styrs av lokala sektioner där sprutbetongens tjocklek eller vidhäftningshållfasthet är låg måste vi bli bättre på att undvika och upptäcka dessa sektioner.

Läs hela artikeln i Bygg & teknik 6/2020.

Artikelförfattare
Andreas Sjölander,  Postdoktor, KTH, Avdelningen för Betongbyggnad