Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να είναι) είναι) τα γεωτεχνικά έργα τα γεωτεχνικά έργα Μια πιθανοτική θεώρηση της ασφάλειας των τεχνικών έργων Μ. Καββαδάς, Μ. Καββαδάς, Αναπλ. Καθηγητής Αναπλ. Καθηγητής ΕΜΠ ΕΜΠ Ειδική Ομιλία Ειδική Ομιλία Βόλος, 29/9 – 1/10/2010 Βόλος, 29/9 – 1/10/2010
36
Embed
Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να είναι) τα γεωτεχνικά έργα
Βόλος, 29/9 – 1/10/2010. Ειδική Ομιλία. Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να είναι) τα γεωτεχνικά έργα Μια πιθανοτική θεώρηση της ασφάλειας των τεχνικών έργων. Μ. Καββαδάς, Αναπλ . Καθηγητής ΕΜΠ. Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να είναι) τα γεωτεχνικά έργα - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να είναι)Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να είναι)τα γεωτεχνικά έργατα γεωτεχνικά έργα
Μια πιθανοτική θεώρηση της ασφάλειας των τεχνικών έργων
Μ. Καββαδάς, Μ. Καββαδάς, Αναπλ. Καθηγητής ΕΜΠΑναπλ. Καθηγητής ΕΜΠ
Ειδική ΟμιλίαΕιδική Ομιλία
Βόλος, 29/9 – 1/10/2010 Βόλος, 29/9 – 1/10/2010
Περιεχόμενο της παρουσίασης :
1. Τι σημαίνει «ασφαλές έργο»
2. Εκτίμηση του «βαθμού ασφάλειας» των έργων, δηλαδή εκτίμηση της πιθανότητας αστοχίας (risk assessment)
3. Επιλογή του «αποδεκτού βαθμού ασφάλειας» των έργων, δηλαδή της αποδεκτής πιθανότητας αστοχίας (risk management)
4. Πιθανοτική θεώρηση του σεισμικού κινδύνου
Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να είναι)Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να είναι)τα γεωτεχνικά έργατα γεωτεχνικά έργα
Μια πιθανοτική θεώρηση της ασφάλειας των τεχνικών έργων
1. Τί σημαίνει : «1. Τί σημαίνει : « ασφαλές έργοασφαλές έργο »»
Συνήθης άποψη της κοινής γνώμης :
Ένα τεχνικό έργο που έχει άρτια και επαρκή :1.Μελέτη (σύμφωνη με την επιστήμη και τους κανονισμούς)2.Κατασκευή (σύμφωνη με την μελέτη και τις προδιαγραφές)είναι απολύτως ασφαλές.
Η παρούσα ομιλία δεν εξετάζει θέματα ασφάλειας των έργων λόγω σφαλμάτων Μελέτης ή Κατασκευής, αλλά εξετάζει την ασφάλεια των «άρτιων» τεχνικών έργων
Τί σημαίνει : «Τί σημαίνει : « ασφαλές έργοασφαλές έργο »»
Ερώτηση : Ένα «άρτιο» έργο είναι απολύτως ασφαλές ????
Απάντηση : Όχι !!!! Ένα «άρτιο» έργο έχει την ασφάλεια που παρέχουν (και θεωρούν ως αποδεκτή) οι Κανονισμοί με τους οποίους μελετήθηκε•Ποιά είναι αυτή η ασφάλεια ? -> Μέρος 2•Ποια πρέπει να είναι αυτή η ασφάλεια ? -> Μέρος 3
Ερώτηση : Γιατί τα «άρτια» έργα δεν είναι απολύτως ασφαλή ?
Απάντηση :(1) Διότι το κόστος ενός «απολύτως ασφαλούς» έργου είναι δυσανάλογα μεγάλο σε σχέση με τις οικονομικές δυνατότητες της πολιτείας (και των πολιτών)
(2) Διότι καμιά ανθρώπινη δραστηριότητα δεν είναι απολύτως ασφαλής
Ερώτηση : Γιατί η ασφάλεια των έργων αποτελεί κύριο θέμα τελευταίως ;
Απάντηση :
1. Οι οικονομικές συνθήκες έχουν βελτιωθεί και η ανθρώπινη ζωή αξιολογείται σήμερα περισσότερο (συχνά θεωρείται «ανεκτίμητη»).
Υπάρχουν λοιπόν οι διαθέσιμοι πόροι για βελτίωση της ασφάλειας των έργων
2. Οι νομικές συνέπειες σε θέματα επαγγελματικής ευθύνης έχουν αυξηθεί.
3. Τα ΜΜΕ συχνά καλλιεργούν (ή εκμεταλλεύονται) υπέρμετρα την εγγενή «επισφάλεια» (πιθανότητα αστοχίας 0) των τεχνικών έργων, δημιουργώντας πλασματικές εντυπώσεις στην κοινή γνώμη (για όλα φταίνε οι Μηχανικοί …)
Τί σημαίνει : «Τί σημαίνει : « ασφαλές έργοασφαλές έργο »»
Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να είναι)Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να είναι)τα γεωτεχνικά έργατα γεωτεχνικά έργα
Μια πιθανοτική θεώρηση της ασφάλειας των τεχνικών έργων
Περιεχόμενο της παρουσίασης :
1. Τι σημαίνει «ασφαλές έργο»
2. Εκτίμηση του «βαθμού ασφάλειας» των έργων, δηλαδή εκτίμηση της πιθανότητας αστοχίας (risk assessment)
3. Επιλογή του «αποδεκτού βαθμού ασφάλειας» των έργων, δηλαδή της αποδεκτής πιθανότητας αστοχίας (risk management)
4. Πιθανοτική θεώρηση του σεισμικού κινδύνου
Συνήθη ερωτήματα :1. Πώς συσχετίζεται ο συντελεστής ασφαλείας με την πιθανότητα αστοχίας
FS - pf ? Δηλαδή, ποιά είναι η πιθανότητα αστοχίας ( pf ) ενός έργου που
έχει σχεδιασθεί με συντελεστή ασφαλείας FS (π.χ. 1.5) ?
2. Εάν αυξηθεί ο συντελεστής ασφαλείας κατά τι (π.χ. από 1.5 σε 1.75), πόσο μειώνεται η πιθανότητα αστοχίας ? Δηλαδή, τί κερδίζω σε ασφάλεια έναντι του πρόσθετου κόστους ?
3. Ποιός πρέπει να είναι ο αποδεκτός συντελεστής ασφαλείας, δηλαδή πώς οι Κανονισμοί καθορίζουν την αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας ? (Μέρος 3)
Η ασφάλεια των έργων συνήθως εκφράζεται μέσω του συντελεστή ασφαλείας (FS) :
2. Εκτίμηση του «βαθμού ασφάλειας» των έργων 2. Εκτίμηση του «βαθμού ασφάλειας» των έργων
FS = (αντοχή) / (φόρτιση) > FSαποδ
FS=C/A > 1.50
FSαποδ δίνεται στους Κανονισμούς
Συνεπώς, οι Κανονισμοί καθορίζουν (μηχανιστικά) το επίπεδο ασφάλειας των έργων
C
A
Πιθανότητα αστοχίας των τεχνικών έργων Πιθανότητα αστοχίας των τεχνικών έργων - - Σχέση Σχέση FS - pFS - pff
Άρα :C = C (F, X) , Α = Α (F, X) είναι τυχαίες μεταβλητές
pf P (FS < 1) pfa
FS = C / Α = τυχαία μεταβλητή
pf = P (FS < 1)
C
A
1. Πόση ασφάλεια αντιστοιχεί στον FS=1.5 (ποιά η πιθανότητα αστοχίας);
2. Πόση είναι η πρόσθετη ασφάλεια αν αυξήσω τον FS από 1.5 σε 1.75 (σε σχέση με το πρόσθετο κόστος) ;
3. Ποιά είναι η αποδεκτή ασφάλεια (γιατί FS=1.5 και όχι 1.6 ή 1.01) ;
Συντελεστής ασφαλείας
(FS)
Κόστος ορύγματος
(εκατ. Ευρώ)
Πιθανότητα
αστοχίας
(%)
1.21.31.41.51.61.75
1.01.21.62.23.04.0
31 %10 %3 %1 %
0.43 % 0.2 %
0.1%
2. Εκτίμηση του «βαθμού ασφάλειας» των έργων 2. Εκτίμηση του «βαθμού ασφάλειας» των έργων Παράδειγμα : Ευστάθεια πρανούς ορύγματος
Με αλλαγή της κλίσης του πρανούς,αλλάζει ο FS και το κόστος C
AFS = C/A
(1) Επιλέγονται (τυχαίες) τιμές των παραμέτρων (F,X) με βάση την στατιστική κατανομή τους
(2) Υπολογίζεται η αντοχή C=C(F,X) και η ένταση Α=Α(F,X) που αντιστοιχεί στις τιμές αυτές. Υπολογίζεται ο συντελεστής ασφαλείας FS=C/A
(3) Η διαδικασία επαναλαμβάνεται πολλές φορές, με διαφορετικές τιμές των παραμέτρων F, X
(4) Mε τον τρόπο αυτό υπολογίζεται η κατανομή του FS (ιστόγραμμα)(5) Η πιθανότητα αστοχίας p(f) υπολογίζεται από το εμβαδόν της κατανομής του FS
pf = P (FS < 1)
Υπολογισμός της πιθανότητας αστοχίας (Υπολογισμός της πιθανότητας αστοχίας (ppff))
1. Μέθοδος προσομοίωσης 1. Μέθοδος προσομοίωσης Monte-CarloMonte-CarloΑν είναι γνωστές οι κατανομές των παραμέτρων (F, X) που επηρεάζουν το πρόβλημα (π.χ. γωνία τριβής, συνοχή, ειδικό βάρος κλπ) τότε :
ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑ : Η ανάγκη εκτέλεσηςπολλών επαναλήψεων (απαιτείται Η/Υ)
Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να είναι)Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να είναι)τα γεωτεχνικά έργατα γεωτεχνικά έργα
Μια πιθανοτική θεώρηση της ασφάλειας των τεχνικών έργων
Περιεχόμενο της παρουσίασης :
1. Τι σημαίνει «ασφαλές έργο»
2. Εκτίμηση του «βαθμού ασφάλειας» των έργων, δηλαδή εκτίμηση της πιθανότητας αστοχίας (risk assessment)
3. Επιλογή του «αποδεκτού βαθμού ασφάλειας» των έργων, δηλαδή της αποδεκτής πιθανότητας αστοχίας (risk management)
4. Πιθανοτική θεώρηση του σεισμικού κινδύνου
Κατηγορία Ι : Η αστοχία συνήθως δεν περιλαμβάνει απώλειες ζωής ή μακροχρόνιες επιπτώσεις στο περιβάλλον (π.χ. οδικά και σιδηροδρομικά επιχώματα, έργα αντιστηρίξεως, αντλήσεις). Στην κατηγορία αυτή ανήκουν τα συνήθη γεωτεχνικά έργα
Κατηγορία ΙΙ : Η αστοχία μπορεί να προκαλέσει περιορισμένες απώλειες ζωής ή περιορισμένης έκτασης περιβαλλοντικές επιπτώσεις (π.χ. συνήθη φράγματα)
Κατηγορία ΙΙΙ : Η αστοχία μπορεί να προκαλέσει μεγάλες απώλειες ζωής ή εκτεταμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις (π.χ. μεγάλα φράγματα, μεγάλες χημικές βιομηχανίες, πυρηνικά εργοστάσια)
3. 3. Αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας των τεχνικών έργωνΑποδεκτή πιθανότητα αστοχίας των τεχνικών έργων
UK Health and Safety Executive (1999)
US Presidential Commission on Risk Assessment / Risk Management (1997)
Από πλευράς αποδεκτής ασφάλειας τα τεχνικά έργα διακρίνονται σε τρεις κατηγορίες :
Έργα κατηγορίας Έργα κατηγορίας ΙΙ (χωρίς απώλειες ζωής) : Οικονομικά κριτήριαΣύγκριση κόστους και επιτυγχανόμενου αποτελέσματος
Συνήθως, η αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας είναι : pf = 1-10%
Οι συντελεστές ασφαλείας των κανονισμών αναφέρονται κυρίως σ’ αυτά τα έργα και στοχεύουν στις ανωτέρω πιθανότητες αστοχίας
Έργα κατηγορίας Έργα κατηγορίας ΙΙΙΙ («μικρές» απώλειες ζωής) : Κοινωνικά κριτήρια
Η πολιτεία οφείλει να εξασφαλίζει κάποια ελάχιστη αποδεκτή ασφάλεια σε όλα τα άτομα, ανεξαρτήτως του κόστους των έργων και της γενικότερης ωφέλειας του κοινωνικού συνόλου
Συνήθως, η αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας είναι : pf = 0.1-1%
Έργα κατηγορίας Έργα κατηγορίας ΙΙΙΙΙΙ («μεγάλες» απώλειες ζωής) : Τεχνικά κριτήριαΕφόσον γίνει αποδεκτή η κατασκευή τέτοιων έργων, ο βαθμός ασφάλειας θεωρείται ικανοποιητικός εάν στη μελέτη και κατασκευή τους χρησιμοποιείται η πλέον σύγχρονη επιστήμη και τεχνολογία
Συνήθως, η αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας είναι : pf = 0.0001–0.001 %
Κριτήρια καθορισμού της αποδεκτής πιθανότητας αστοχίαςΚριτήρια καθορισμού της αποδεκτής πιθανότητας αστοχίας
Αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας των τεχνικών έργωνΑποδεκτή πιθανότητα αστοχίας των τεχνικών έργων
Έργα κατηγορίας Ι (χωρίς απώλειες ζωής) : Οικονομικά κριτήρια
Ο αποδεκτός βαθμός ασφάλειας αντιστοιχεί στην ελαχιστοποίηση του συνολικού αναμενόμενου κόστους
• Πρόκειται για το γνωστό “calculated risk” (Casagrande, 1964)
pf = πιθανότητα αστοχίας του έργου (στη διάρκεια της ζωής του)
Cc = κόστος κατασκευής, λειτουργίας και συντήρησης του έργου
Είναι συνάρτηση του pf
Cf = κόστος συνεπειών σε περίπτωση αστοχίας (αποζημιώσεις,
πρόστιμα, αντικατάσταση του έργου, διαφυγόντα κέρδη, περιβαλλοντική αποκατάσταση, κλπ). Συνήθως, είναι ανεξάρτητο
του pf
Σκοπός : ελαχιστοποίηση του συνολικού αναμενόμενου κόστους
Whitman. R.V. 1984. Evaluating calculated risk in geotechnical engineering. J. Geotech. Engng, ASCE 110(2), 145-186.
Ετήσια αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας (pf1)ως προς τον αναμενόμενο αριθμό θανάτων ανά ατύχημα
Για φράγματα με λ = 1%, pf1 = 10-4
Για διάρκεια ζωής του έργου t=75 έτη : pf = 0.75 %
pf1 = 10-4
ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Ι ΙΙ ΙΙΙ
Οι Κανονισμοί καθορίζουν τους
αποδεκτούς συντελεστές ασφαλείας
με βάση τις «αποδεκτές»
πιθανότητες αστοχίας50
Swiss Federal Office for Water and Geology
(2003)
λ
1 %5 %ο
1 %ο
Ελβετικές αρχές αντισεισμικού σχεδιασμού φραγμάτων ταμίευσης νερού
(2003)
Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να είναι)Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να είναι)τα γεωτεχνικά έργατα γεωτεχνικά έργα
Μια πιθανοτική θεώρηση της ασφάλειας των τεχνικών έργων
Περιεχόμενο της παρουσίασης :
1. Τι σημαίνει «ασφαλές έργο»
2. Εκτίμηση του «βαθμού ασφάλειας» των έργων, δηλαδή εκτίμηση της πιθανότητας αστοχίας (risk assessment)
3. Επιλογή του «αποδεκτού βαθμού ασφάλειας» των έργων, δηλαδή της αποδεκτής πιθανότητας αστοχίας (risk management)
4. Πιθανοτική θεώρηση του σεισμικού κινδύνου
ΠΙΘΑΝΟΤΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΤΟΥ ΣΕΙΣΜΙΚΟΥ ΚΙΝΔΥΝΟΥΠΙΘΑΝΟΤΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΤΟΥ ΣΕΙΣΜΙΚΟΥ ΚΙΝΔΥΝΟΥΟ Αντισεισμικός Σχεδιασμός των (γεω)τεχνικών έργων γίνεται μέσω :
1.Της σεισμικής επιτάχυνσης εδάφους (α) του ΕΑΚ σε συνδυασμό με την σπουδαιότητα του έργου
2.Της αναμενόμενης σεισμικής μετακίνησης τεκτονικών ρηγμάτων που διασχίζουν το έργο1. Σεισμική επιτάχυνση εδάφους (α) του ΕΑΚ (2000 &
2003) :
Κατά τον ΕΑΚ, το επίπεδο ασφάλειας του αντισεισμικού σχεδιασμού συνήθων έργων καθορίζεται από σεισμικά γεγονότα με πιθανότητα υπέρβασης 10% στα 50 χρόνια, δηλαδή με Μέση Περίοδο Επανάληψης Τ = 475 έτη (Poisson)
Επιρροή της σπουδαιότητας του έργου στον αντισεισμικό σχεδιασμό: αΙ = α γΙ
αΙ = Σεισμική επιτάχυνση εδάφους για έργα μεγάλης σπουδαιότητας Κατά τον Ευρωκώδικα 8-1 (εδάφιο 2.1.(4)), η σεισμική επιτάχυνση εδάφους (a) συνδέεται με την μέση περίοδο επανάληψης (Τ) του σεισμικού γεγονότος που την προκαλεί, με την προσεγγιστική σχέση :
Σπουδαιότητα γΙ αΓια Ζώνη
ΙΙ
Μέση περίοδος επανάληψης (ΤΙ)
Πιθανότητα υπέρβασης στα 50 έτη
Μικρή (Σ1) 0.85 0.20 290 έτη 15.7%
Συνήθης (Σ2) 1.00 0.24 475 έτη 10%
Μεγάλη (Σ3) 1.15 0.28 725 έτη 6.7 %
Πολύ Μεγάλη (Σ4) 1.30 0.31 1045 έτη 4.7 %
Επιρροή της σπουδαιότητας του έργου στον αντισεισμικό σχεδιασμό:
Οι Μελέτες Σεισμικής Επικινδυνότητας πρέπει να καταλήγουν στην «σεισμική επιτάχυνση εδάφους» για σεισμικά γεγονότα με τα ανωτέρω ΤΙ (αναλόγως της σπουδαιότητας του έργου).Σε ειδικά έργα που δεν καλύπτονται από τον ΕΑΚ (π.χ. φράγματα) μπορεί να αυξηθεί το Τ : Τ=1000 - 10000 έτη - βεβαίως για σχεδιασμό μή-κατάρρευσης (ΌΧΙ FS>1)
Σπουδαιότητα γΙ αΓια Ζώνη
ΙΙ
Μέση περίοδος επανάληψης (ΤΙ)
Πιθανότητα υπέρβασης στα 50 έτη
Μικρή (Σ1) 0.85 0.20 290 έτη 15.7%
Συνήθης (Σ2) 1.00 0.24 475 έτη 10%
Μεγάλη (Σ3) 1.15 0.28 725 έτη 6.7 %
Πολύ Μεγάλη (Σ4) 1.30 0.31 1045 έτη 4.7 %
1.60 0.38 2000 έτη 2.4 %
2.20 0.53 5000 έτη 1 %
2.75 0.66 10000 έτη 0.5 %
Για παράδειγμα, για Τ=5000 έτη :
2. Σεισμική μετακίνηση ρήγματος :Ο ΕΑΚ δεν αναφέρει το μέγεθος της σεισμικής μετακίνησης ενός ενεργού τεκτονικού
ρήγματος που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στις μελέτες των έργων.
Κατ’ αναλογία με την σεισμική επιτάχυνση, προτείνεται να χρησιμοποιείται η σεισμική μετακίνηση με την ίδια Μέση Περίοδο Επανάληψης (Τ).
Συνήθως, η σεισμική μετακίνηση (MD - m) ρήγματος εκτιμάται από το ενεργοποιούμενο μήκος του ρήγματος (SRL - km) με την σχέση :
Wells & Coppersmith (1994)
log (MD) = -1.38 + 1.02 log (SRL)
SRL
MD
Μήκος ρήγματος SRL=15 km
Ποιά είναι η μέση περίοδος (Τ) ενεργοποίησης του συνολικού μήκους του ρήγματος ?
log (MD) =-1.38 + 1.02 log (SRL)
Για ενεργοποιούμενο μήκος ρήγματος SRL=15 km MD = 66 cm
Παράδειγμα :
Παράδειγμα :
Ας θεωρηθεί ότι το μέγιστο μήκος του ρήγματος (SRLmax) ενεργοποιείται κάθε Τmax=5000 έτη (κατά μέσον όρο). Θα υπολογισθεί το SRL για περίοδο επανάληψης Τ.