Determining a suitable design value for the ice load acting on a concrete dam is still an open research question for the engineering and scientific communities. One potential improvement to today’s use of deterministic loads is to develop a data-driven forecast model for the ice load based on measurements. Previous research has shown that the ice load to some extent depends on the type and size of sensors used. Moreover, the load shows typically large fluctuations over time and depends most likely also on the mechanical properties of the ice and interacting structure and other parameters, e.g., water level fluctuations and ambient temperatures of air and water. Therefore, accurately predicting the ice load poses a significant challenge but will be explored in this paper. Based on several years of collected ice load data using a large custom-made steel panel, different prediction models and their potential practical use will be evaluated. The accuracy of the model is evaluated by comparing predictions to measured data, while the practical use is evaluated based on which parameters are required to accurately predict the load. Tested models include analytical models and regression models.

Fiberarmerad sprutbetong har sedan slutet av 80-talet använts för att förstärka svenska bergrum. Med några få undantag är all sprutbetong armerad med stålfiber. Detta är även situation idag trots att flertalet alternativa fibermaterial finns på marknaden. Trots att det strukturella beteendet efter uppsprickning skiljer sig åt mellan fibertyperna har forskning visat att fiber av glas, basalt och polypropylen alla kan uppfylla de idag ställda kraven på bärförmåga. En stor anledning till att alternativa fiber inte används är att det finns osäkerheter kring hur bärförmågan för fiberarmerad sprutbetong påverkas efter lång tids exponering i tunnelmiljö. Tidigare forskning har ofta fokuserat på nedbrytning av individuella fiber i lösningar med höga salthalter eller pH värde. Sprutbetongens energiupptagande förmåga efter uppsprickning beror på fibertyp och styrs av en kombination av utdragning av fibrer från betongmatrisen samt deformation och brott i fibern. För att studera förändringar i bärförmåga över tid är det därför lämpligt att utsätta fiberarmerade provkroppar för exponering i olika miljöer och därefter testa bärförmågan. Detta har studerats i ett nyligen avslutat BeFo projekt där accelererande åldringsförsök har genomförts varefter bärförmågan utvärderades med Barcelonametoden.

Svenska bergrum förstärks oftast med fiberarmerad sprutbetong i kombination med bergbult. För trafiktunnlar används uteslutande stålfiber trots att flera alternativa fibermaterial idag finns tillgängliga på marknaden. Tidigare forskning har visat att dessa fibrer kan uppfylla de strukturella kraven som vanligen ställs på bärförmåga. Dock kvarstår det osäkerheter gällande fibrernas bärförmåga över tid och hur denna påverkas av exponering i tunnelmiljö. Syftet med denna rapport är att undersöka lämpliga metoder för att genomföra sådana studier med fiberarmerad sprutbetong. Det säkraste sättet att undersöka effekten av åldring hos sprutbetong är att genomföra långtidsprovning. Eftersom tekniska livslängden på svenska tunnlar vanligtvis är 120 år är dock detta både kostsamt och tidskrävande. Denna rapport sammanfattar kunskap från tidigare långtidsförsök och vad framtida långtidsförsök bör ta i beaktning. Ett snabbare sätt att studera åldring är att genomföra accelererad provning. Medan tidigare genomförda studier ofta fokuserar på åldring av betong och fibrer enskilt fokuserar denna rapport på att hitta en metod för att studera åldring av fiberarmerad betong som ett sammansatt material. Efter genomförandet av en provserie där fler än 80 provkroppar med fyra olika fibertyper exponerades för olika miljöer visas att Barcelonametoden, som är ett spräcktest av fiberarmerade kuber eller cylindrar, kan användas för att utvärdera förändringar i betongens energiupptagande förmåga. Metoden kan inte användas för att bestämma orsaken till förändringen men anses lämplig för att ge indikationer på vilka miljöer som vissa fibertyper är lämpliga eller mindre lämpliga för.

For tunnels in hard rock, fibre-reinforced shotcrete (sprayed concrete) is an essential part of the rock support system. Due to the complexity of estimating the load on the shotcrete, design philosophies and guidelines vary between countries. This also applies to fibre type, where some countries only allow fibres of a certain material. With this background, the suitability of using steel, synthetic and basalt fibres in shotcrete linings was studied in a recently finalized project. The aim was to evaluate the structural performance through experimental testing, investigate the environmental impact of the fibres and summarize the knowledge regarding the long-term performance of the fibres. The project has shown that all three fibres are suitable to use in tunnels from a structural perspective, but some questions regarding long-term performance still exist. From an environmental perspective, the choice of fibre type has, compared to shotcrete, a negligible effect on greenhouse gas emissions.

Structural integrity for energy dissipation of spillways is essential to maintain a high dam safety level. In some Swedish low-head facilities (< 15 m), damages appear also where flow velocities are expected to be too low to cause cavitation. To better understand the reason for damages a study including desktop survey, hydraulic scale model tests and numerical modelling with CFD has been initiated at Vattenfall R&D. Most common damages found in an inventory were erosion of bedrock in stilling basins, often in or adjacent to weak zones (clay filled cracks or crushed rock). Sometimes the damages progressed under concrete structures. A flow velocity above 15 m/s atthe end of the crest or at the intersection with the downstream water level seems to be a limit for when damages occur in the studied spillways. Scale model tests (1:17.5) of a case with damages has been performed to study the energy dissipation and potential causes for initiation of the damages. A CFD-model (OpenFOAM) of the same case, in model scale, has been set up to make a comparison. Measurements of flow velocities give that the tested scenario could cause flow velocities above 15 m/s in prototype scale. The pressures given by the CFD-model where in line with the ones from the model tests. From the model test the pressures, near the transition from the crest to the stilling basin, were low but not sub atmospheric. In the CFD-model the indicated risk for cavitation was high and in the same area as the real damages. Excluded from both model tests and CFD-model is the fact that cracks where visible in the real structure. Therefore, it cannot be ruled out that the initiation of damages also was stagnation pressure in the cracks. The study will continue with further tests with more pressure gauges and simulations. and the validation of the numerical model and conclusions presented are therefore preliminary.

Concrete dams in cold regions are designed to resist static loads from the ice sheet forming on the reservoir. Current guidelines suggest design ice loads of 50-250 kN/m based solely on geographical location, overlooking site-specific conditions. For many dams, this constitutes a considerable part of the total horizontal load and could theoretically cause problems with stability, especially for lower dams. However, the knowledge about the actual magnitude of ice loads remains limited, and no stability failure initiated by ice loads has been reported. This paper presents results from ice load measurements using a 1 X 3 m2 load panel installed at two dams in Sweden. The results from ice load measurements are presented alongside external factors such as water level, ambient temperatures, precipitation, and ice thickness, offering a more comprehensive understanding of the variables affecting ice loads on concrete dams. 

Fibre-reinforced shotcrete (sprayed concrete) is an essential part of the rock support for tunnels in hard rock. In Sweden, steel fibres have exclusively been used to reinforce shotcrete in traffic tunnels since the 1980s. Today, several alternative fibres exist on the market, e.g. basalt and synthetic fibres. These alternative fibres could potentially offer improvements such as reduced environmental impact or a reduced need for maintenance and repair. Therefore, this report focuses on investigating the performance of shotcrete reinforced with fibres made of steel, basalt and synthetic. A large experimental campaign, including cast and sprayed beams and panels, was performed to investigate the structural capacity and sprayability of shotcrete reinforced with various dosages of each fibre type. Numerical simulations using the finite element method were performed to investigate the impact of different test methods, i.e. comparing beams and panels. A literature study was performed to investigate how the design philosophies of rock support affect the required dosages of fibres and the potential problems regarding the durability of each fibre type.

The test campaign revealed that all fibre types can achieve commonly used requirements regarding structural capacity. However, steel and basalt fibres seem to be more competitive if high residual strength is required at low deformations, while synthetic fibres are more competitive if large deformations are allowed. Thus, the design philosophy affects the potential of using certain fibre types. The results from the numerical simulations highlight that tests on panels could reduce the required dosage of fibres. This results from the longer fracture planes in the panels, which reduce the impact of local variations in the amount and orientation of fibres. For steel and basalt fibres, the shotcrete mix is important regarding durability. For steel, problems with corrosion are limited to locations of cracks since steel is initially protected from corrosion due to the alkaline environment in the shotcrete. Basalt fibres corrode in an alkaline environment and are therefore protected by a coating. Synthetic fibres seem to be chemically resistant to the environment in the shotcrete and tunnel. In conclusion, this report has identified that fibres made of basalt and synthetic can potentially be used in Swedish tunnels but also highlights some important topics for future studies.

Fiberarmerad sprutbetong är en viktig del av bergförstärkningen för tunnlar i hårt berg. I Sverige har stålfiber uteslutande använts som armering i sprutbetong sedan 1980-talet. Idag finns flera alternativ tillgängliga på marknaden, t.ex. basalt och syntetiska fiber. Möjligtvis kan dessa alternative fiber leda till en minskad klimatpåverkan eller ett minskat behov av reparation och underhåll av sprutbetongen. Därför fokuserar denna rapport på att utvärdera prestandan för sprutbetong armerad med stål, basalt och syntetiska fiber. För att utvärdera bärförmåga och sprutbarheten genomförde en stor experimentell studie som innehöll gjutna och sprutade balkar samt plattor armerade med olika fiber typer och doseringar. Numeriska simuleringar med finita element metoden genomfördes för att undersöka hur provmetoden, balkar och plattor, påverkade resultaten. En litteraturstudie genomfördes även för att undersöka hur design filosofin av bergförstärkningar påverkar rekommenderade doseringar av fiber samt potentiella problem med nedbrytning för de olika fibertyperna.

Resultaten från experimenten visade att alla fibertyperna can uppnå de vanligt använda kraven på bärförmåga. Däremot är fiber av stål och basalt vanligen mer konkurrenskraftiga när en hög residualbärförmåga krävs vid små deformationer medans syntetiska fiber är mer konkurrenskraftiga när stora deformationer tillåts. Strategin och metoden för att dimensionera sprutbetong påverkar därmed vilken fibertyp som kan vara lämplig. Resultat från numeriska simuleringar visar att fiberdoseringen kan minska om prover genomförs på plattor istället för balkar. Detta beror på att plattan har längre brottytor vilket minskar lokala effekter av fibermängd och orientating i sprickplanen. Sprutbetongens sammansättning är viktig för nedbrytningen av stål och basaltfiber. Stålfiber är skyddade mot korrosion av den alkaliska miljön och problematiken med korrosion är begränsad till sprucken sprutbetong. Basaltfiber korroderar dock i en alkalisk miljö och är skyddade mot detta genom en hinna runt fiberna. Syntetiska fiber tycks vara kemiskt stabila i en betong- och tunnelmiljö. Sammanfattningsvis har denna rapport visat att basalt och syntetiska fiber möjligen kan användas i svenska tunnlar men samtidigt lyfts några viktiga frågor för fortsatt forskning fram.

I Sverige har fiberarmerad sprutbetong sedan början av 80-talet varit den dominerande bergförstärkningsmetoden. Under alla dessa år har stålfiber nästan uteslutande använts i all sprutbetong i tunnelmiljö. Nu finns dock flera alternativa fiber tillgängliga på marknaden och med det ständigt pågående arbetet att minska klimatutsläppen från byggsektorn är frågan om alternativa fiber av syntet och basalt kan användas och reducera klimatpåverkan från tunnelbyggandet.