Novapoint Användarträff 2016

1. BIA Foundations for tomorrow’s infrastructure
BIA Fundamentering av fremtidens infrastruktur

2. Rolf Sandven, Prosjektleder Geofuture II (Multiconsult)
Suzanne Lacasse, Prosjektleder GeoFuture I (NGI)
Novapoint Användarträff 2016
GEOFUTURE - BERÄKNINGS- OCH
VISUALISERINGSVERKTYG FOR 1D-3D
ANALYSER
I: Prosjektbeskrivelse og
beregningsmoduler
II: Fokus på peleberegninger

3. Del I (Rolf Sandven):
• Orientering om GeoFuture I og II prosjektene
• Bakgrunn og motivasjon for utviklingen
• GeoSuite – et dimensjoneringsverktøy
 Eksempler på eksisterende og nye beregningsmoduler
3D geoteknisk datamodell
Stabilitet
Setning
Bæreevne
Wizard
Del II (Suzanne Lacasse):
• Fokus på peleberegninger
– Løsninger for GS Piles
– Eksempel på analyse
– Wizard tilpasset peleanalyser
– Planlagt utvikling
Plan for presentasjonen

4. Prosjektets hovedmålsetning: Utvikling av fullt implementert,
integrert programvare med 1D, 2D og 3D beregningsmoduler for
de vanligste geotekniske problemstillinger.
Fagfeltet Geoteknikk integreres i BIM-løsninger for BAE-bransjen,
sammen med øvrige byggfag.

5. Geoteknikk i 1, 2 og 3 dimensjoner
• BIM (Building Information Model) for interaksjon med andre byggfag
• Nytt/bedre prosjekteringsverktøy som reduserer faren for
prosjekteringsfeil og byggskader.
• Bidra til et bedre og mer effektivt, integrert samspill mellom
tiltakshavere, konsulenter og entreprenører.
• Den nye programvaren inkluderer en Wizard for bearbeiding av
grunnforholdsdata med presentasjon i brukervennlige grensesnitt.
 Forbedret bestemmelse av beregningsparametre med tilpasset bruk av
statistiske metoder som assistanse til geotekniske analyser.
• Dette skal gjøre dimensjoneringsverktøyet attraktivt for bruk til både
enkle og avanserte geotekniske 1D, 2D og 3D analyser.
• 3D visualisering av grunnforhold, inputdata og beregningsresultater
GeoFuture - målsetning

6. • Hovedideen med programpakken
GeoSuite har vært å utvikle og anvende
et integrert verktøy for geoteknisk
prosjektering og design
• Programvaren søker å oppnå en balanse
mellom forenklede metoder og
avanserte analyser
• GeoSuite ble først utviklet via 2
tidligere NFR prosjekter, i samarbeid
mellom de største geotekniske miljøer i
Norge, samt svenske aktører
• Utviklingen av programvaren fortsetter i
prosjektene GeoFuture I og II
GeoSuite - vårt designverktøy

7. Prosjekt Periode Prosjekteier Finansiering
GeoSuite I 2002 - 2005 NGI NFR, prosjektpartnere
GeoSuite II 2007 - 2010 Vianova NFR, prosjektpartnere
GeoFuture I 2011 - 2015 NGI NFR, prosjektpartnere
GeoFuture II 2015 - 2019 Multiconsult NFR, prosjektpartnere
GeoFuture - prosjekthistorikk

8. Partner Status
Multiconsult Rådgivende ingeniørfirma, prosjekteier GeoFuture II
Geovita Rådgivende ingeniørfirma
Norconsult Rådgivende ingeniørfirma
COWI Rådgivende ingeniørfirma (GeoFuture II)
Sweco Norge Rådgivende ingeniørfirma (GeoFuture II)
Rambøll Rådgivende ingeniørfirma (GeoFuture II)
Skanska Entreprenør (GeoFuture I)
AutoGraf Ekonomisk
Förening (AGEF) (S)
Svensk interesseforening for ingeniørfirma og
entreprenører
Vianova Systems Programvareutvikler
Vianova GeoSuite (S) Programvareutvikler
GeoFuture I og II - prosjektpartnere

9. Partner Status
NGI Forskningsinstitutt, prosjekteier GeoFuture I
SINTEF Forskningsinstitutt
Statens vegvesen Offentlig etat
Jernbaneverket Offentlig etat
NTNU Norges teknisk-naturvitenskapelige
universitet
GeoFuture I og II - prosjektpartnere

10. Prosjektorganisasjon GeoFuture II
GeoFuture styre
Styreleder: Torbjørn Johansen
Styrenestleder: Roald Aabøe
Prosjektleder: Rolf Sandven
Prosjektnestleder: Suzanne Lacasse
Prosjektadministrator:
Pernille Wahlberg
DP B
3D modell
DP A
Dataflyt
DP C
Wizard
Soil
profile
Statistic
s
DP D
GOM
datamodell
DP G
Stabilitet
DP H
Utløp
DP F
3D
Utgraving
DP H
Uttesting
DP E
Peler
Rådgivende utvalg:
Steinar Nordal, Minna Karstunen,
Torbjørn Johansen, Cathrine Engen,
Kristian Aunaas, Marius Sekse

11. Aktør Innbetaling Egeninnsats Totalsum
Rådgivende ingeniører 2,700 3,600 6,300
Programvareutviklere 2,000 600 (2,500) 2,600
Interesseforeninger 400 (300) 400
Sum støtteberettiget beløp 5,100 4,200 9,300
Norges forskningsråd (NFR)
40 % av støtteberettiget beløp
0 0 6,400
Private
forskningsorganisasjoner
1,200 5,000 6,200
Offentlige institusjoner og
universiteter
800 900 1,700
Totalbudsjett for prosjektet 7,100 12,900 26,400
GeoFuture II - prosjektøkonomi
Alle tall i NOK

12. Delprosjekter i GeoFuture med geotekniske problemstillinger
De faglige delprosjekter i GeoFuture prosjektet er:
• Utvikling av interaktiv observasjonsmodell GOM for organisering av boredata
fra geotekniske undersøkelser
• Wizard for bestemmelse av inputdata som grunnlag for geotekniske analyser.
Kommuniserer og samvirker med GOM
• Utvikling av 3D FEM regnemotor som grunnlag for geotekniske analyser
• Ny effektivspenningsbasert materialmodell for skandinaviske grunnforhold
(PhD, NTNU)
• Bæreevne - Analyse av bæreevne for konstruksjoner
• Setninger - Analyse av setninger for konstruksjoner
• Utgravninger - Analyse av byggegroper og utgravninger
• Peler - Analyse av enkeltpelers og pelegruppers bæreevne
• Stabilitet - Stabilitetsanalyser for drenerte og udrenerte analyser
• Utløpsvurderinger - vurdering av løsneområde og utløpsdistanse for skred
• Uttesting - Uttesting og verifikasjon av beregningsmoduler
GeoFuture I og II - faglig innhold

13. Wizard
Soil profile
“Datatolkning”
Statistisk
analyse av
parametre
GeoFuture II - GOM og Wizard

14. Geoteknisk datamodell
Ground Observation Model (GOM)
• Gir oversikt over utførte
grunnundersøkelser i et område
• Basert på informasjon i SOSI-format
• Muligheter for 2D og 3D visualisering av
grunnforhold med laggrenser
• Samvirke med Wizard for presentasjon av
jordprofiler og parametre
• Modellen kan vises sammen med
prosjektdetaljer som for eksempel
veglinje eller planlagte bygninger, ref.
presentasjon Anders Rosenquist (H4,
14.00-14.45)
GeoFuture - faglige delprosjekter - eksempler

15. Wizard Soil Profiles og Statistics
GeoFuture - faglige delprosjekter - eksempler
Brukerdefinert

16. Utvikling av brukerstøtte og app-løsninger i GeoSuite
• Utdrag av boringer fra grunnforholdsmodell for visning på mobil-app
• Kobling mot nye databaser (SVV) for uthenting av data
• Tettere integrasjon mot prosjektdetaljer, for eksempel veglinje, byggetomt
• Tilbakeføring av observasjonsdata fra befaringer
GeoFuture - faglige delprosjekter - eksempler

17. GeoFuture - 3D regnemodell
Hvorfor 3D FEM beregninger?
Sikrere beregninger i forhold til 3D forenklede analyser
 Bedre design med hensyn på sikkerhet og økonomi
Dagens teknologi gjør dette mulig
 Raskere datamaskiner
 3D FEM programmer som for eksempel Plaxis og
Abaqus har allerede vært benyttet i mer enn 25 år
FEM integrert i geoteknisk analyseverktøy
 GeoSuite er velegnet for integrering av slike
programmer
 Dataflyt fra felt/lab til lagring av resultater gjennom
en 3D datamodell
 Spesialtilpasset til ulike geotekniske problem-
stillinger gjennom enkle brukergrensesnitt,
tilpasset nasjonale problemstillinger og input data

18. Utvikling av ny jordmodell - leire
• Utvikling av effektivspenningsbasert 3D
materialmodell for skandinaviske leirer
• Del av PhD arbeid ved NTNU, presenteres i
2016
• Modellen kan blant annet håndtere :
 Anisotropi, stivhet ved små tøyninger, dilatans, ikke-
lineær oppførsel, destrukturering, strain-softening
og kryp
• Både drenerte, delvis drenerte og udrenerte
betingelser kan beregnes
• I praktisk bruk skal modellen kunne benyttes til:
 Stabilitetsanalyser, bæreevneanalyser, setnings- og
deformasjonsanalyser
GeoFuture - faglige delprosjekter - eksempler

19. Modul Setninger
• Eksisterer i GeoSuite, men utvides fra 1D til
2D/3D setningsberegning i GeoFuture
• Kan benyttes til beregning av
konsolideringssetning og kryp
• Konstant eller trapesformet lastmønster,
Boussinesq eller valgt fordeling av
tilleggsspenninger i dybden
• Ulike modeller for setningsberegning:
 Janbu (NTNU)
 Krykon
 Chalmers
 Selv-programmerte modeller
• Grafisk eller tabellarisk presentasjon av
beregningsresultater
GeoFuture - faglige delprosjekter - eksempler

20. Hvorfor 3D FEM setningsberegninger?
• Horisontal drenasje (i tillegg til vertikal)
• Horisontaltøyninger (skjærtøyninger/skjærmobilisering)
 Mer avanserte jordmodeller
• Lastspredning med dybden beregnes automatisk og mer riktig
• 3D geometri
 Varierende lagdeling
 Mer komplekse lastsituasjoner (flere fundamenter, andre
geometrier etc.)
GeoFuture - faglige delprosjekter - eksempler

21. Modul Bæreevne
• Beregning av bæreevne for fundamenter
utviklet i GeoFuture
 Enkle beregninger etter tradisjonell
bæreevneteori (V220, Brinch-Hansen)
 Avanserte elementmetodeberegninger for mer
kompliserte last- og grunnforhold (3D)
• Lett å skifte mellom enkle og avanserte
beregninger.
 Ideen er å kunne starte enkelt med mulighet for å
bygge på med detaljer ved behov
• Metoder og inputparametre kjent i bransjen
• Grafisk eller tabellarisk presentasjon av
resultater
GeoFuture - faglige delprosjekter - eksempler

22. Modul Stabilitet 2D/3D
• Benytter profiler med sonderingsresultater som
grunnlag for stabilitetsberegningene
• Iso-linjer for skjærfasthets- og poretrykksprofiler
• Håndterer både totalspennings- og
effektivspenningsanalyser
• Benytter Beast (Morgenstern-Price) og Simplified
Bishop-metoder som analysemodeller
Ny modul - Utløpsdistanse for skredmasser
• Utvides med vurdering av løsneområde og
utløpsdistanse av skredmasser i GeoFuture II
• Implementering av empiriske og numeriske
modeller
GeoFuture - faglige delprosjekter - eksempler

23. Modul Stabilitet 2D/3D
• Samme brukergrensesnitt i 2D
og 3D
• Automatisk nettgenerering
• Materialmodeller:
 NGI-ADP og Mohr Coulomb
• Automatisk beregning av kritisk
bruddflate og sikkerhetsfaktor
SF eller γm (c-φ reduksjon)
• 3D modell basert på GOM
utvikles i GeoFuture
«Automatisk»
GeoFuture - faglige delprosjekter - eksempler

24. Hvorfor 2D/3D FEM stabilitets- og bæreevneberegninger?
• Bestemmer kritisk bruddflate automatisk
• Kan ta hensyn til effektivspenningsendringer ved
utgraving/oppfylling
• Kan benytte mer avanserte modeller for modellering av
skjærfastheten i jorden
 Strain-softening, kryp og effekt av vannstrømning
• Kan modellere mer komplekse 3D geometrier
GeoFuture - faglige delprosjekter - eksempler

25. Modul 3D Utgravninger
• Utvikling av 2D/3D FEM-basert
beregningsmodell
• Implementering av materialmodeller
• Utvikling av programrutine for generering
av elementnett
• Inneholder formuleringer for jord-,
struktur- og forankringselementer
• Behandling av vann i byggegrop –
utpumping
• Utvikling av grensesnitt for input/output,
samvirke med Wizard
GeoFuture - faglige delprosjekter - eksempler

26. 3D modell for utgravinger/spunt
GeoFuture - faglige delprosjekter - eksempler

27. Takk for oppmerksomheten!
www.geofuture.no
Suzanne Lacasse fortsetter presentasjonen med
Fokus på Peler

28. Del I:
• Orientering om GeoFuture I og II prosjektene
• Bakgrunn og motivasjon for utviklingen
• GeoSuite – et dimensjoneringsverktøy
– Eksempler på eksisterende og nye beregningsmoduler
• 3D geoteknisk datamodell
• Stabilitet
• Setning
• Bæreevne
• Wizard
Del II:
• Fokus på peleberegninger
– Løsninger for GS Piles
– Eksempel på analyse
– Wizard tilpasset peleanalyser
– Planlagt utvikling
Plan for presentasjonen

29. Geosuite Peler
Pelegruppeberegninger for bruer.
Programmet benyttes til å analysere interaksjonen
mellom lineære superstrukturer og dens ikke-lineære
pelefundament for statiske lasttilfeller.
Typiske bruksområder:
• Pelegrupper for
brufundamenter og landkar
• Pelegrupper for
støttemurer
• Pelegrupper for kulverter
• Analyse av enkeltpeler

30. Geosuite
Peler
SPLICE ”pakken”
• SPLICE regnemotor: Løser
kombinerte struktur/pel/jord
systemer. Mottar laster og
henter input fra GENSOD og
PILGEN
• GENSOD: Genererer jord-
data for SPLICE
• PILGEN: Genererer peledata
for SPLICE
• Materialmodell: API
• Materialmodell:
NTNU modell
fra Group PSI

31. Geosuite:
Modellere enkeltpel
med påførte laster
Struktur/global analyse:
Pelene er innspent ved
maksimalt moment
Angi dybde til maks moment
Laster
Geosuite:
Peleberegning
Sammenligne opprinnelig
input til globalanalysen
med peleberegningen
Output
Enkeltpel
Ny runde
OK
Samsvar
?
Ja
Nei

32. Geosuite:
Modellere pelegruppe med
påført horisontal- og
vertikallast og moment
Struktur/global analyse:
Stivhetsmatrisen benyttes i
overgangen mellom
fundament og topp pel
Etablere stivhetsmatrise
Laster
Geosuite:
Ny pelegruppeberegning
med oppdaterte laster
Sammenligne
deformasjoner fra
pelegruppeberegningene
og fra globalanalysen
Ny runde
OK
Output
Samsvar
?
Ja
Nei
Pelegruppe

33. Ny bro
Eksempel beregning med GS Piles

34. Eksempel beregning med GS Piles

35. Eksempel beregning med GS Piles

36. Jordprofil
• Dybde til berg: 30-50m
• 1-2 m fyllmasser (sandig)
• 1-3 m tørrskorpe leire, høy
fasthet
• Homogen siltig leire med Ip =
15%, kvikk 12-25m
• 1-15m morenelag over berg
• Grunnvann: 3m under
terreng

37. Beregninger, før peledesign
• Stabilitetsberegninger av eksisterende skråninger:
Avlastning av terrenget på topp av skråningen.
• Bygging av brofundament: Utgraving med 1:2 helning
maks, tilbakefylling av skråningene.
• Boring av foringsrør for stålkjernepelene, med risiko for
omrøring og erosjon/utspyling av leire
• Bruke mer skånsom boremetode (ingen luftspyling,
rørene roteres og presses skånsomt, med kun svakt
vannspylingstrykk). Kontroll på byggeplass av en
sakkyndig.
Og da er vi klare for peleberegningene

38. Spissbærende stålkjernepeler til berg
Diameter = 150 - 180mm
Akse 4: 10 peler, diameter 150mm

39. Peleberegninger
EUROCODE standarder
– Prosjektering av konstruksjoner
– Geoteknisk prosjektering
– Stålkonstruksjoner
– Seismisk påvirkning
• Jordmodell: NTNU med anbefalte verdier
• Skjærstyrke

40. su (kPa)
p’0 (kPa)
Skjærstyrke profil, Akse 4

41. Peleberegninger
• EUROCODE standarder (prosjektering av konstruksjoner,
geoteknisk prosjektering, stålkonstruksjoner, seismisk
påvirkning)
• Jordmodell: NTNU med anbefalte verdier av NTNU.
• Skjærstyrke
• Peletopp med fast innspenning til fundamentet
• Fjær med høy stivhet ved pelespissene
• Flere pelekonfigurasjonene ble prøvd: Valgt konfigurasjon
er basert på dimensjonerende laster, deres retning og
krav til deformasjoner
• Kapasitetskontroll til slutt

42. Resultater
Karakteristiske laster og momenter i pelene
(maksimale beregnede karakteristiske verdier)

43. Resultater
Forskyvninger og rotasjoner
(maskimale beregnede verdier, pelefundament)

44. Beregnede krefter og momenter
Akse 4, ULS 11

45. Beregnede forskyvninger i pelene
Akse 4, ULS 11

46. Beregnede aksial- & skjærkraft, & moment
Pel 4, Akse 4, ULS 11

47. Peleprogram SPLICE (GeoSuite Piles)
Alt er ikke bare idyll!

48. Oppfatning av dagens GeoSuite Piles (GSP)
Fortranprogram som regnemotor,
utviklet på 80-tallet.

49. 3D kompatibelt
«Uendelige» muligheter,
«vanskelig» brukergrensesnitt
• God regnemotor, kompatibel for tilpasning
• 3D kompatibilitet
• Velkjent program, anerkjennelse i bransjen
• Brukervennlighet
• «Intuitivitet»
• Funksjonalitet
• Utdaterte jordmodeller

50. Brukererfaringer med GS Piles
• Programvare med store brukermuligheter
• Bred utbredelse i fagmiljøet
• Men:
– «Tynn» brukermanual, krevende for brukere
– Sammenheng programvare (SPLICE -> GS Piles)
– Jordmodeller
– Feilmeldinger er kryptiske
– Bør utformes mtp dokumentasjon; rapportgenerator
– Utnyttelsesgrad jord & peletverrsnitt kan være
misvisende
– Lange og slanke peler kan gi numeriske problemer

51. Hva bør forbedres?
Dokumentasjon av programvaren:
– Mer komplett brukermanual
– Beskrivelse av potensielle
feilmeldinger; hva er problemet og
hvordan vi løser dem?

52. Modul Peler
Videre utvikling:
• Harmonisering av programversjon
SPLICE
• Bedre styring av fjærstivheter og
inputdata
• Forbedret bæreevnemodul («axial
capacity»)
• Muligheter for beregning av
tverrsnittskapasitet
• Forbedret brukervennlighet og grafisk
presentasjon av data
GeoFuture – videre utvikling

53. Wizard for GS Piles
Geo-assistanse til brukeren
GeoSuite – et dimensjoneringsverktøy
INTROStab, INTROSett,
INTROBC
PARAMStab, PARAMSett,
PARAMBC
RESULTSStab, …..
INTROPiles
PARAMPiles
RESULTSPiles, …..

54. Wizard: Flytdiagram for beregninger
Brukerveiledning:
• Metode
• Prosedyre
• Anbefalinger
• Standarder
Nivå 1: Nødvendige parametere
Nivå 2: Anbefalte verdier og
korrelasjoner
Nivå 3: Tips og anbefalinger, f.eks.
effekt av prøveforstyrrelse, p’c.

55. Flytdiagram for GeoSuite Piles (1/2)

56. Flytdiagram for GeoSuite Piles (2/2)

57. Assistanse
med labforsøk

58. WIZARD - assistanse med valg av parametre
Nkt vs OCR Nkt vs Ip

59. Wizard – valg av jordparametere
Andersen & Schjetne, 2013

60. INTROPile Pile Calculation in Geofuture
Principle of Pile Calculation in GeoFuture
Fig. 1 : Peleveiledningen 2012
GENSOD : Generates soil data needed by SPLICE. ….
PILGEN: Pile geometry, dimension and rigidity (axial and
bending stiffness)…
SPLICE: Computing Engine where you put loads and the
program then calculates the forces, moments and lags in
piles, based on input in GENSOD and PILGEN. Results….
«SPLICE (and GS piles) model each pile as an elastic beam with a given
length, the piles are automatically divided into elements based on
length and diameter. The elements are interconnected by an "infinitely"
rigid plate in the top. …
Pile-soil interaction is calculated using nonlinear springs at each junction
between the pile elements in the soil volume….»

61. Vår plan og vår utfordring
GeoSuite skal være for ”hverdagsdimensjonering”:
Beholde en balanse mellom:
– Avanserte analyser, med avanserte
beregningsmetoder og jordmodeller
og
– Enklere metoder og modeller som likevel gir
realistiske og pålitelige svar.
Brukeren skal vite (via assistanse) hvilke typer
analyser som bør brukes, og hvordan de skal
anvendes.

62. Takk for oppmerksomheten!
www.geofuture.no
Takk til
• Norges forskningsråd
• GeoFuture alliansen
– Geovita AS,
– Multiconsult AS,
– Norconsult AS,
– Cowi AS,
– Sweco AS,
– Rambøll AS
– AG Programutveckling
Ekonomisk Förening (AGEF)
– ViaNova Systems AS
– ViaNova GeoSuite AB
– Skanska
– Vegdirektoratet
– Jernbaneverket
– SINTEF Byggforsk
– NTNU
– NGI