En byggkonsults arbete för ett hållbart byggande - Costin Pacoste, ELU Konsult. Presenterat på Betongföreningens årsmöte den 9 april på Birger Jarl Conference.

1. EN BYGGKONSULTS
ARBETE FÖR ETT HÅLLBART
BYGGANDE
C o s t i n P a c o s t e & J o h a n H o f s t e d t

2. EN KONSTRUKTÖRS ARBETE
Vi ska titta på tre viktiga delar:
 Dimensionering – optimering med avseende på IK. och MP.
(givna dimensioneringsförutsättningar)
 Vi måste också våga ifrågasätta och diskutera
förutsättningarna för projektet
 Vad kan vi göra på material sida

3. DIMENSIONERING
Optimering – enligt två kriterier
 Investeringskostnad (IK.)
 Miljöpåverkan (MP.)
Var för sig
eller
samtidigt
(multi-objective)

4. VAD ÄR OPTIMERING
Optimeringen är en process som går ut på att hitta en uppsättning variabler som
uppfyller visa restriktioner och bivillkor så att motsvarande värde på en given funktion
blir så litet (eller stort) som möjligt.
Teori i matematisk form
Input Variabler: x = [x1, x2, ..., xn] ∈ Rn
(spännvidd, stödplacering, höjd, tvärsnitts form och mått, armeringsmängd, etc)
Bivilkor: Kan skrivas som:
gi(x) ≤ 0, i = 1, 2, ..., m
hj(x) = 0, j = 1, 2, ..., r
(avser samtliga krav i brott, bruk & utmattning, byggbarhetsaspekter, etc.)
Målfunktion: Minimera f(x)
(investeringskostnad, miljöpåverkan, mängder, etc.)
Problem: Stort glapp mellan teori och implementering i praktiskt konstruktörsarbete
En serie projekt – ELU & KTH med finansiering från Trafikverket och ELU

5. FÖRSTA PROJEKTET – PLATTRAM BROAR
 Använd realistiska 3D modeller.
 Utför en komplett och detaljerad dimensionering (brott, bruk & utmattning)
 Betrakta MP och IK var för sig (”single objective”)
 Studera sambandet mellan en optimerad lösning med avseende på MP
och en med avseende på IK.
Wing wall
Edge beam Bridge deck
Haunch
Frame leg
Foundation

6. OPTIMERING LOOP
1. Modellering, Geometri1. Modellering, Geometri
2. Laster2. Laster
3. Analys, tvärsnitskrafter3. Analys, tvärsnitskrafter
4. Dimensionering4. Dimensionering5. Berräkna mängder
Betong, form, armering, pålar
5. Berräkna mängder
Betong, form, armering, pålar
6. Utvärdera MP eller IK
målfunktionen
6. Utvärdera MP eller IK
målfunktionen
7. Kontrollera toleranskrav7. Kontrollera toleranskrav
Optimerad
lösning
DESIGN ROBOT
OPTIMERING
Input
variabler
Bivillkor
(ULS, SLS, etc)
OK!

7. SAMMANFATTNING AV RESULTAT
Målfunktions
Tf1
(m)
Tf2
(m)
Tr1
(m)
Tr2
(m)
Hf1
(m)
Bf1
(m)
Tw1
(m)
Tw2
(m)
Betong IK (SEK)
MP EcoV.
(SEK)
MP EcoTax
(SEK)
EcoValue 0.38 0.38 0.38 0.45 0.65 0.15 0.30 0.30 C50/60 722000 93648 39520
EcoTax 0.38 0.38 0.38 0.45 0.65 0.15 0.30 0.30 C50/60 722000 93648 39520
Investment cost 0.40 0.40 0.40 0.40 0.50 0.50 0.30 0.30 C35/45 705343 97574 42350
Optimering m.a.p. IK – förbättring på ca. 20% (MP – ca. 12%)
Optimering m.a.p. MP – förbättring på ca. 15% (IK – ca. 17%)
Miljöpåverkan för den optimerade lösningen
o Metod: ReCiPe med mittpunkt
o Databas: Ecoinvent
o Vägningsmetod: Ecovalue
Marine ecotoxicity
Marine eutrophication
Terestrial acidification
Photochemical oxidants
Human toxicity
GWP – global warming pot.

8. PROJEKT 2: BALKBROAR
Design robot enligt samma procedur som för plattram broar – automatisk design!
Indata:

9. OPTIMERING I TVÅ ETAPPER
Etapp 2 – optimera:
 tärsnittsmått
 armeringsmängd
Etapp 1 – optimera:
 Pelarnas placering (spännvider)
 Lager typ och placering

10. CASE STUDY – NORRTÄLJE BRON
h1
h2
b3b2b1
h3
Edge beam
Cantilever
• b3 = 2690 mm
• h3 = 200 mm
• h2 + h3 = 350 mm
• b2 / h1 = 0.38
• htot = 1150 mm & 1650 mm

11. CASE STUDY – NORRTÄLJE BRON
0 50 100 150 200 250
Generations
0.8
0.85
0.9
0.95
1
1.05
Normalizedquantities Optimizing the Environmental impact
Investment Cost
Environment Cost
Concrete volume
Steel mass
Form work
pile length
Optimering med avseende på miljöpåverkan
Etapp 1 Etapp 2
Optimering med avseende på MP leder
inte till en högre IK!
IK
MP
DESIGN ROBOT – 15 000 lösningar; < 48 hours

12. CASE STUDY – NORRTÄLJE BRON
Material Optimerad lösning
MP för stål x 0.5
Optimerad lösning
MP för betong x 0.5
Skillnad (%)
Betong (m3) 930.5 1 032 -10,89
Stål (ton) 209 198 5,13
Pålar (m) 1 635 1695 -3,66
Form (m2) 1 932 2016 -4,35
MP (106 SEK) 1.672 1.755 -5.00
IK (106 SEK) 10.640 10.792 -1,42
Betong vs. armering
Om man minskar miljöpåverkan för stål får man en bättre
total effekt!

13. NÅGRA SLUTSATSER
 Både MP och IK leder till liknande lösningar – det som är bra för miljön är
oftast också billigare.
 MP är känsligare än IK med avseende på betongmängden men för både
MP och IK vad som driver optimeringsprocessen är armeringsmängden
 Att minska stålets miljöpåverkan ger en bättre totaleffekt än en
motsvarande minskning av betongens mp. Slutsatsen är dock baserad på
bara en “case study”
Vad kan en konsult göra:
o Trimma lösningen – optimera
o Diskutera och ifrågasätta förutsättningarna för projektet
o Noggrant val av betong/cement typ och armering

15. UTFORMNING ENLIGT FU
✚ 10 ELDU á 272 m3 = 2 720 m3 betong
(exklusive frontvägg)
✚ Enligt TRVs klimatkalkyl ”Anläggningsbetong”
-> 2 720*2,5*0,16 = 2 720*0,4 = 1 088 ton CO2e
-> motsvarar 1 088 000/2,68=405 970 liter bensin
(underskattat)
✚ Enligt TB; ”sidoutrymme” enligt Tunnel 11
-> XF3/XC3
Kan reduceras till 176 ton CO2e (-85%)
med dagens standarder!

16. UTFORMNING ENLIGT KFU3
✚ Uppvärmt utrymme i torrhet
Vilken exponeringsklass ska väljas?

17. SS137003, TABELL 5.3.2A

18. AKTUELLA CEMENT

19. EPD FÖR OLIKA CEMENT

20. ARMERING ENLIGT TRVS KLIMATKALKYL
✚ I TRVs klimatklkyl kan noteras
✚ Detta är orimligt
✚ Ska man tro på 1 och 2 får vi (0,4-0,352)/1,03 = 45 kg armering per
m3 betong, För lite!
✚ Ett mer rimligt värde på betongens CO2e är 352+134 = 486 kg CO2e/m3

21. HÅRDA SIFFRORMängder CO2e/m3
CO2 tot för olika alternativ

22. ✚ mängden armering
✚ armeringens GWP, fås via schablon eller via EPD
✚ mängden betong
✚ betongens cementinnehåll
✚ cementets GWP
✚ fås via cementets EPD
alternativt
✚ andelen klinker i cementet styrd av cementtyp (schablon)
✚ klinkerns GWP (schablon)
FAKTORER SOM STYR
KLIMATPÅVERKAN

23. ✚ Det behövs modifierade normer och regler där samhällets behov
av CO2-optimering beaktas
✚ Det behövs sprickberäkningsparametrar för alternativa cement.
Kunskap om dessa som tas fram i enskilda projekt bör spridas av
allmänna beställare så att inte kunskapen fastnar i en enskild
organisation
✚ Beställare måste börja efterfråga CO2-optimerade konstruktioner
✚ Det behövs ett nytt förhållningssätt till uttorkningstider i branchen
✚ Konstruktörerna måste utbildas i CO2 så de kan göra adekvata
CO2-konsekvensanalyser av olika dimensioneringsansatser
TANKAR FRAMÅT

24. 1. Dimensionera armeringen på normalt vis
2. Beräkna konstruktionens GWP utifrån
a. Beräknade armeringsmängder
b. TRVs schablon för armering
c. cementinnehåll för aktuell
exponeringsklass/vct enligt schablon
d. optimal cementtyp enligt SS137003
e. cementtypens schablonmässiga
klinkerinnehåll
3. Går det att justera förutsättningarna?
a. minska andelen ständig last om
sprickarmeringen slagit hårt enligt steg 1
b. minska betongmängderna?
c. utmana exponeringsklasserna?
d. kravställa armeringens GWP
e. kravställa typ av cement till ett med
bestämd EPD?
4. Gör om steg 1 till 3 till nöjaktigt resultat
uppnåtts
OBS:
 Steg 1+2 → ”optimerings loop” med givna
förutsättningar
 Steg 3 → ifrågasätta och diskutera
förutsättningarna
SAMMANFATTNING
KONSTRUKTÖRENS MILJÖARBETE

25. Tack för uppmärksamheten!