Är du säker?

En geoteknisk modell alltid ska åtföljas av en osäkerhetsmodell. Just nu är läget att lika ofta som vi börjar se 3D-modeller, lika sällan ser vi osäkerhetsmodeller. Det menar Mats Svensson på Tyréns.

I alla skeden av ett anläggnings- eller husbyggnadsprojekt har vi behov av att så noga som möjligt känna till den geotekniska modellen – både avseende geometri och mekaniska egenskaper. Och allt oftare använder vi oss av 3D-modeller, ibland till och med av animeringar eller interaktiva modeller där vi själva kan flyga eller vandra runt i modellen.

Ju snyggare modellen ser ut och ju fler funktioner verktyget den presenteras i erbjuder, desto lättare är det att ta den aktuella geomodellen för en absolut sanning och att den är med verkligheten helt överensstämmande. I detta ligger både risker och möjligheter som det börjar bli hög tid att analysera, hantera respektive utnyttja. Geomodellen behöver kompletteras med en modell som också beskriver osäkerheterna i den.

Avsaknad av en osäkerhetsmodell ger stora risker, medan en framtagen osäkerhetsmodell ger stora möjligheter. Riskerna handlar bland annat om feldimensioneringar och felaktiga mängdberäkningar, vilket till exempel orsakar ekonomiska, tidsmässiga och säkerhetsmässiga felbedömningar. Möjligheterna omfattar bland annat bättre precision i kostnadsbedömning, rätt bedömd riskpeng, optimering av undersökningsprogram och allmänt bättre kontroll och trygghet på alla plan under projektets gång (en ofta underskattad så kallad mjuk parameter).

Budskapet i denna artikel är således att en geoteknisk modell alltid ska åtföljas av en osäkerhetsmodell. Just nu är läget att lika ofta som vi börjar se 3D-modeller, lika sällan ser vi osäkerhetsmodeller.

Nyttan med en geoteknisk modell
En mycket viktig del i det geotekniska hantverket är att beskriva undermarksförhållandena så korrekt som möjligt, det vill säga att ta fram en modell över de geologiska och geotekniska förhållandena. Det innebär att både en geometrisk beskrivning (lagerindelning osv) samt en beskrivning av deformations- och hållfasthetsegenskaperna (M, ’_c osv) ska göras. Syftet med en geomodell varierar stort beroende på målgrupp – en geokonstruktör behöver värden på mekaniska parametrar för att kunna dimensionera en spont, medan det för aktörerna myndigheter, allmänheten, politiker och media är av mycket stor pedagogisk betydelse att kunna beskriva linjeval, metodval och dylikt i förhållande till en lättförståelig geomodell. I Figur 1 visas två olika typer av geomodeller, med olika målgrupp och syften.

Vi behöver en säker osäkerhetsmodell
Under utvecklingen av GeoBIM-konceptet, som syftar till maximal möjlighet att samtolka alla tillgängliga geotekniska data, förvalta dem över lång tid, samt att skapa bättre förutsättningar för att ta fram geomodeller i 3D, har behovet av osäkerhetsmodeller för geomodeller identifierats. Ett av skälen är att nu när det finns relativt enkla verktyg för att skapa geomodeller i 3D, finns det en risk för att de ”snygga” 3D-modellerna tas för en ”sanning” och inte granskas tillräckligt kritiskt.

Det är viktigt att vi geotekniker med ansvar för att beskriva förhållandena under mark också skaffar oss verktyg för att säkerställa att geomodellerna används på ett korrekt sätt. Ett fundamentalt verktyg är att följa Eurocodes inledande ”… alla tolkningar ska utföras av kompetenta personer…”. Ett annat verktyg är att geomodellerna kompletteras med osäkerhetsmodeller.

Säkra osäkerhetsmodeller ger förbättrade möjligheter till:

• Optimering av undersökningsprogram
• Bedömning av så kallad riskpeng
• Utnyttjande av geostatistiska dimensioneringsmetoder
• Metodval avseende stödkonstruktion, förstärkning, uttagsmetod, gv-sänkning
• Riskfördelning mellan olika aktörer i ett projekt.

Två typer av osäkerheter
Osäkerheterna i en geomodell i 3D behöver bestämmas för de två delarna geometri och mekaniska egenskaper, se ovan. Avseende osäkerheter för de mekaniska egenskaperna har geoteknikbranschen goda förutsättningar att inom en snar framtid ha modeller framme för hur de ska hanteras, främst genom forskning utförd vid KTH, se Prästings A, 2014 och Müller R. et al, 2014. Dessa modeller baseras på bla Multivariat Analys (MVA), och bland annat visar de att osäkerheterna minskar snabbare om man bestämmer samma egenskap med flera metoder än om man gör flera bestämningar med samma metod.

Utveckling och forskning avseende osäkerheterna för geomodellens geometri, det vill säga lagermäktigheter, sprickzoners utbredning och dylikt, behöver däremot få en ordentlig kickstart för att komma ikapp. Hög kompetens inom detta område finns i närliggande områden, bla inom gruv- och petroleum-branscherna, se till exempel Wellmann, J.F., et al., 2010. Denna bör utnyttjas.

Nyttan med en säker osäkerhetsmodell
I ett projekt finns det alltid och inom alla områden osäkerheter, vilket på olika sätt skapar en oro i organisationen. Osäkerheterna kan aldrig elimineras men genom att vara säker på hur stora de är skapar man möjligheter att hantera dem, vilket ger möjligheter till förbättringar på olika sätt, både ekonomiska, tekniska och sociala vinster. Två av dessa områden är Optimering av undersökningsprogram och Bedömning av så kallad riskpeng.

Optimering av undersökningsprogram
Kontinuerligt i ett projekt byggs det upp en geomodell, inledningsvis är den väldigt grov och baserad på befintligt kartmaterial och eventuella tidigare undersökningar. Redan i detta skede kan man dock med statistiska verktyg bestämma osäkerheterna både avseende geometri och egenskaper, och baserat på dessa ta fram ett kompletterande undersökningsprogram som förbättrar kunskapen om geomodellen där den gör mest nytta. Med geostatistiska modeller kan kostnaden för omfattningen av kompletterande undersökningar ställas mot besparingen det medför att uppnå olika nivåer på osäkerhet. Vilka metoder? Hur många punkter med varje metod? Var ska punkterna placeras?

Bedömning av riskpeng
I stora projekt utgör den så kallade riskpengen en stor del av den ursprungliga projektbudgeten, inte sällan framtagen via så kalladesuccessiv kalkylering, vilket är ett schablonmässigt förfarande baserat på ett medelvärde av olika personers ”gissningar”. Genom att med verifierade matematiska modeller belägga hur stora osäkerheterna för olika parametrar i geomodellen är torde riskpengen kunna sänkas i de flesta projekt. Oavsett om den höjs eller sänks så blir bedömningen med en säker osäkerhetsmodell mer träffsäker och det är betydligt tryggare att veta hur osäker man är än att bara vara osäker, vilket i sig medför kostnadsbesparingar.

Text: Mats Svensson, geoteknisk konsult, Tyréns

Referenser

Prästings A., 2014, Utvärdering av osäkerheter i geotekniska parametrar., Grundläggningsdagen 2014, sid 205-219

Müller R. et al, 2014, Extended multivariate approach for uncertainty reduction in the assessment of undrained shear strength in clays, Can. Geotech. J. 51: 231–245 (2014)

Wellmann, J.F., et al., 2010, Towards incorporating uncertainty of structural data in 3D geological inversion, Tectonophysics (2010)

Publicerad i Samhällsbyggaren nr 1 2017