Beständiga konstruktioner Livslängds- och beständighetsaspekter på de svenska tunnlarna och broarna Författare: Bernt Freiholtz Vägverket/ Trafikverket fram till 2012, nu ConBef AB, bernt.freiholtz@conbef.se Elisabeth Helsing Trafikverket, Underhåll, Anläggningsutveckling elisabeth.helsing@trafikverket.se 1
Beständiga konstruktioner i Sverige Innehåll: Bakgrund och krav på beständighet och livslängd Erfarenheter för berg- och bergförstärkning, betongkonstruktioner och installationer Exempel Förbifart Stockholm LCC-aspekter- forskningsprojekt Framtiden? 2
vad är kapitalet? Sveriges bro- och tunnelbestånd på det statliga vägnätet är ca 17 000 broar och 30 tunnlar Återanskaffningsvärdet för broarna kan uppskattas till 100 000 Mkr Stor potential i att kunna använda broarna och tunnlarna under en längre livslängd Det är Trafikverkets uppgift att förvalta broarna och tunnlarna på det statliga vägnätet 3
Instruktion för Trafikverket Uppgifter: 1 Trafikverket ska med utgångspunkt i ett trafikslagsövergripande perspektiv ansvara för den långsiktiga infrastrukturplaneringen för vägtrafik, järnvägstrafik, sjöfart och luftfart samt för byggande och drift av statliga vägar och järnvägar. Trafikverket ska verka för en grundläggande tillgänglighet i den interregionala kollektivtrafiken. Trafikverket ska med utgångspunkt i ett samhällsbyggnadsperspektiv skapa förutsättningar för ett samhällsekonomiskt effektivt, internationellt konkurrenskraftigt och långsiktigt hållbart transportsystem. Trafikverket ska verka för att de transportpolitiska målen uppnås.. 4. utveckla, förvalta och tillämpa metoder och modeller för samhällsekonomiska analyser inom transportområdet, inklusive efterkalkylering och successiv kalkylering, 4
Det svenska regelverkssystemet Lag Förordning Föreskrift Riksdagen stiftar lag Regeringen beslutar om förordning Myndigheterna ger ut föreskrifter och allmänna råd 5
Nordiska Kommittén för Byggbestämmelser (NKB): redan för ca 40 år sedan! 6
Trafikverkets anläggningsstyrning Ett internt regelverk för styrning av funktioner, egenskaper och prestanda samt i vissa fall av effekter hos Trafikverkets anläggningar Myndighetsföreskrift Övergripande krav Krav Råd 7
TRVFS gäller för vägar, men inte för tunnlar 8
AMA, Allmän material- och arbetsbeskrivning AMA Anläggning 10 är ett branschgemensamt dokument som numera används av Trafikverket För generalentreprenader gäller att den tekniska beskrivningen är en specifikation av beställningen och beskrivningen ansluter till AMA Anläggning 10 och TRVAMA Anläggning 10 samt AMA-nytt För totalentreprenader utgör dessa dokument rådstext till kravformuleringarna för material, utförande och kontroll. TRVAMA Anläggning 10 är Trafikverkets ändringar och tillägg till AMA Anläggning 10 9
För tunnlar Övergripande krav: är ännu inte publicerade Krav: TRVK Tunnel 11, Trafikverkets tekniska krav Tunnel, TRV publ nr 2011:087 Råd: TRVR Tunnel 11, Trafikverkets tekniska råd Tunnel, TRV publ nr 2011:088 Kontaktperson: Per Vedin 10
Här finns Trafikverkets regelverk 11
Krav på beständighet och livslängd Grundläggande krav finns i Plan och bygglagen; 8 kap. Krav på byggnadsverk, byggprodukter, tomter och allmänna platser:. 4 Ett byggnadsverk ska ha de tekniska egenskaper som är väsentliga i fråga om 1. bärförmåga, stadga och beständighet, ( totalt 9 punkter)... 5 Kraven i 4 ska uppfyllas på så sätt att de 1. uppfylls vid nybyggnad, ombyggnad och annan ändring av en byggnad än ombyggnad, och 2. med normalt underhåll kan antas komma att fortsätta att vara uppfyllda under en ekonomiskt rimlig livslängd. 14 Ett byggnadsverk ska hållas i vårdat skick och underhållas så att dess utformning och de tekniska egenskaper som avses i 4 i huvudsak bevaras... 12
TRV krav på beständighet och livslängd För tunnlar, se TRVK En tunnel ska utformas, dimensioneras och utföras så att skadlig nedbrytning förhindras under den tekniska livslängd som anges i tabell B.1-1. Med skadlig nedbrytning avses även skador på grund av biologiska angrepp samt urlakning av injekteringsmedel. Vid tillämpning av de nationella valen får L 20, L 50 och L 100 i SS-EN 1992-1-1 anses motsvara en teknisk livslängd lika med 40, 80 respektive 120 år. Anordningar och åtgärder som förhindrar inläckning av vatten och som inte är åtkomliga och utbytbara ska ha samma livslängd som det bärande huvudsystemet. Krav på teknisk livslängd avser ett helt system av anläggningsdelar eller installationer. Det får förutsättas att vissa komponenter, exempelvis slitdelar eller datorkomponenter, kan behöva renoveras eller bytas under den angivna tekniska livslängden. Om byggherren så anger får andra anläggningsdelar än bärande huvudsystem utformas och dimensioneras för andra tekniska livslängder än vad som anges i tabell B.1-1. Om en kortare teknisk livslängd än den i tabell B.1-1 angivna tillämpas ska motivering ske via LCC-analys och anläggningen utformas så att anläggningsdelen är åtkomlig för underhåll. För broar och övriga byggnadsverk: i princip lika, krav ges för respektive konstruktion (normalt 120 år) 13
TRV krav på livslängd för tunnlar; Tabell B.1-1 teknisk livslängdsklass TLK 14
Förutsättningar för att uppnå livslängden Exponeringsklasser enligt den europeiska betongstandarden SS-EN 206-1 tillsammans med den svenska anpassningen SS 13 70 03 och täckskiktsstandarden SS 13 70 10 Materialkrav, utförandekrav och kontrollkrav ges i AMA Anläggning 10 tillsammans med Trafikverkets tillägg TRVAMA Anläggning 10 Val av exponeringsklasser för tex. en tunnel finns i TRVK Tunnel 11, Bil 5 15
Exponeringsklasser för en tunnel (TRVK Tunnel 11, Bil 5) 16
Konstruktionsredovisningen (ex. för bro) Konstruktionsredovisningen ska minst omfatta: -Arbetsritningar -Beskrivningar -Redogörelse för förutsättningar och metoder för dimensionering -Konstruktionsberäkningar Ritningar ska innehålla uppgift om förutsatt teknisk livslängd Redogörelsen för förutsättningar och metoder för dimensionering ska vara en kortfattad redovisning av dimensioneringen vad beträffar förutsättningar och genomförande. Två av de totalt 13 punkterna är: Utformning och dimensionering för beständighet En beskrivning av hur utformning och dimensionering med avseende på beständighet kommer att utföras. Denna ska bl.a. innehålla en förteckning över förutsatta tekniska livslängder och miljöer. Drift och underhåll En redovisning av hur framtida drift och underhåll kan utföras om detta avviker från det som anges i TK Brounderhåll. Konstruktionsberäkningen ska verifiera att bärverket har krävd bärförmåga, stadga och beständighet. 17
Repetition av kraven på beständighet/livslängd: Bakgrund till kraven Hur kraven ser ut i princip och var vi kan hitta dom Hur vi verifierar kraven Hur vi dokumenterar kraven 18
Livslängdsdimensionering av betongkonstruktioner Grundläggande dimensioneringskriterier Brottsäkerhet Funktion vid normal användning Beständighet (att brottsäkerhet och normal funktion ska gälla under hela livslängden) Strategier för beständighet Minska exponeringen; inklädnad, membran, ytskydd Beständiga delmaterial; rostfri armering, icke-reaktiv ballast, sulfatresistent el. lågalkaliskt cement Motverka nedbrytningen; katodiskt skydd, lufttillsättning Dimensionering för önskad livslängd Betongföreningens Vägledning om livslängdsdimensionering, rapport nr 12, behandlar Initiering av armeringskorrosion genom klorider Initiering av armeringskorrosion genom karbonatisering Inverkan av korrosion genom uppsprickning/spjälkning av täckande betongskikt Endimensionell inträngning. 19
Lasteffekt-bärförmåga eller miljöpåverkan-beständighet Illustration av den statistiska variationen hos en lasteffekt och motsvarande bärförmåga 20
Betong Översikt av användning av cement och tillsatsmaterial samt krav på omgivningsmiljö i modern tid i Sverige 21
Generella krav i Sverige Speciella krav för broar Miljödiff. Tillsatser i betong Inga Inga Cementmängd, täckskikt Hållf.klass, täckskiktsklass 6 miljöer hållf, luft vattent., täckskikt Inga standardiserade (ev efter särskilt godkännande) 6 miljökl. hållf., vattentäthet, vct, luft, täckskikt (3 miljöer), sprickvidd Lufthalt täckskikt 4+4 kl. vct frost vattent täckskikt 18 exp. kl. vct,frostres, täckskikt, sammans. Flygaska, slagg, silikastoft (Användningsreglerna utvecklas successivt) Cement PC, Slaggc PC A&B, Slaggc, Aluminatc. PC-LH, SH, ST Slaggcement, Aluminatc. E-cement PC-LH, SH, ST Slaggcement PC-LH, SH, ST M-cem (35% tills) Blandcement 9 cem. 11 cement 1926 1934 1943 1949 1960 1965 1979 1982 1988 Statliga cementbestämmelser B1 B5-B6 BBK 79 Rev. B1 Rev. BBK 79 Inga tunnelregler i Sverige 1994 BBK94 ENV 197 2003 EN 206 2008 SS Utg 4 Tunnelkrav 22
Betong TRV (Vägverket) har sedan mitten av 1980-talet varit restriktivt till användning av tillsatsmaterial och de senaste 10 åren är kraven strängare för betong i våra broar och tunnlar än vad som gäller enligt svensk standard. Viss osäkerhet om beständighet, i synnerhet mot frost, hos betong med tillsatsmaterial och dels på att vi förväntar oss en längre livslängd. Det cement som använts de senaste 25 åren (ett sulfatbeständigt och lågalkaliskt portlandcement), tillsammans med de restriktiva reglerna beträffande tillsatser visar tydligt att dessa regler ger en betong som motstår dagens miljöexponering med utmärkt resultat. En översyn pågår för att avgöra om kraven kan mildras utan att beständigheten försämras. 23
Praktiska erfarenheter Den mest påverkande miljöfaktorn är vatten: Vatten som fryser, vatten som spränger, vatten som lakar ur, vatten som löser klorider och andra kemiska ämnen och angriper konstruktioner, vatten som blir kvar länge och ökar angreppstiden, vatten som sprider och ökar angreppsområdet, vatten som försvagar material, vatten som förutsättning för biologiska angrepp, vatten som kortsluter funktioner,..! 24
Svåra delar vid bergtunnel Betongportal Tösalt + frostcykler + uppsprickning Sprutbetong, speciellt på förskärningar Vattentätning Istappar 25
Vanliga tunnelskador 26
Svåra delar vid bro http://www.trafikverket.se/foretag/bygg-a-och-underhalla/branschsamarbete/ Fornyelse-i-anlaggningsbranschen-FIA/FIA-dokumentation/FIAs-bilderbocker/ 27
Installationer 28
Projekt Förbifart Stockholm Restid 15 minuter Väglängd 21 km varav 18 km i tunnel 6 körfält 140 000 fordon/dygn Byggtid 2013-2023 Kostnad 28 miljarder kronor, varav 80 % trängselskatt och 20 % statliga medel 29
Projekt Förbifart Stockholm Kravspecifikationerna följer Trafikverkets generella krav Några specialstudier Livscykelkostnadssanalys (LCCA) i valet väg/bro/tunnel Betongbeläggning väljs i huvudtunneln 30
Livscykelkostnader och i nästa steg även LCA, se TRV instruktion I praktiken görs LCC-beräkningar ännu enbart på anläggningsdels- eller komponentnivån. Man har kommit längst för broar och vägkonstruktioner Några referenser; ETSI http://etsi.aalto.fi/etsi3/ Portalen för LCA o. LCC för vägar http://www.webforum.com/lcclca BatMan, Vännen 31
32
Utveckling inom LCC Sex projekt pågår inom Trafikverket: LCC-analyser för vattenavledningssystem och bergförstärkning, BeFo Införa LCC-verktyget i förvaltningen (Byggtider LCCplanering), VTI LCC-aspekter på väginvesteringar, CDU Insamling av driftdata för beräkning av livscykelkostnader för väginvesteringar, SVEVIA AB Utveckling av Trafikverkets LCC system, VTI Befintliga vägutrustningars funktion och åldring, VTI 33
Framtiden Förändra fokus från byggnadsverket/tekniken till tjänsten, dvs. det som vi levererar till trafikanterna Leveransernas kvalitet mäts med indikatorer och dessa är nu under framtagande. 34
Leveranskvaliteterna är förmågan att uppfylla de transportpolitiska målen: Punktlighet Kapacitet Robusthet Transportsystemets förmåga att uppfylla eller leverera, planerade res- och transporttider samt förmågan att snabbt tillhandahålla rätt information vid störningar Transportsystemets förmåga att hantera efterfrågad volym av resor och transporter Transportsystemets förmåga att stå emot och hantera störningar Användbarhet Säkerhet Miljö och hälsa Transportsystemets förmåga att hantera kundgruppernas behov av transportmöjligheter Transportsystemets förmåga att minimera antalet omkomna och allvarligt skadade Transportsystemets förmåga att minimera negativ påverkan på klimat, landskap och hälsa samt förmågan att främja den positiva utvecklingen av dessa 35
Framtiden Alla aktörers kunskap och erfarenheter ska tas tillvara i bygg- och driftprojekt och i övrigt arbete: fler funktions- och totalentreprenader och mer branschgemensamt arbete Organisation: Successivt mer renodlad beställarroll för myndigheterna 36
Slutsatser Vi har kommit en bit på väg men mycket är kvar att göra. Projekt Varige konstruksjoner är ambitiöst och mycket intressant för oss, - kontakta gärna någon av Trafikverkets specialister! TACK FÖR UPPMÄRKSAMHETEN! 37
Några specialister i Trafikverket Broregler och allmänt; Ebbe Rosell Tunnelregler och allmänt; Per Vedin ebbe.rosell@trafikverket.se per.vedin@trafikverket.se Eurocode och betong; Elisabeth Helsing elisabeth.helsing@trafikverket.se Betong; Behnam Dalili behnam.dalili@trafikverket.se Stål; Hans Petursson hans.petursson@trafikverket.se Berg och tätning; Thomas Dalmalm thomas.dalmalm@trafikverket.se Berg; Mattias Roslin mattias.roslin@trafikverket.se Beläggning; Kenneth Lind kenneth.lind@trafikverket.se Installationer; Lars Elertson lars.elertson@trafikverket.se Livslängdskalkyler; Thomas Dalmalm thomas.dalmalm@trafikverket.se 38