Pile foundations provide support to structure by distributing external loads to deeper and firmer soil layers. The most efficient installation method consists in driving piles into the soil using impact hammers. However, the presence of obstructions inside the soil can compromise an efficient pile driving operation. A natural type of obstructions in glacial soils are boulders, rock fragments resulting from glacial erosion. The random presence of boulders within the soil can severely damage the piles, compromise their structural integrity and leading to structural failure, referred to as premature pile refusal. 

Large uncertainties related to the spatial distribution of boulders, their geometric properties and mechanical resistance, as well as the variability of the soil layers and the dynamic interaction between pile and boulders in firm soil, aggravate the complexity of the problem. Failing to properly quantify the risk of premature refusal can cause large additional costs and delays, as well as inefficient use of environmental resources, for a given construction project. 

The current approaches available to practicing engineers are ambiguous and mostly deterministic, relying mainly on practical experience. The construction industry especially in Sweden, where a large part of the landscape is covered in a glacial soil known as till, could greatly benefit from a risk-based approach that accurately and systematically identify and model the significant sources of uncertainties of the problem, while remaining intuitive, practical and simple to use. Such an approach is especially crucial in the design stage, to select the most suitable pile material and installation method for specific soil conditions, towards more economical and sustainable pile design solutions. 

This licentiate thesis presents a systematic method to analyse the risk of premature refusal during pile driving in glacial till. This includes the development of a one-dimensional homogeneous Poisson process to probabilistically model the presence of boulders and the variability of the soil layers thickness along the pile driving direction. This thesis also presents a cost model to identify and quantify the key economic implications of premature refusal, to achieve a better balance in pile design between cost, construction time and environmental efficiency.  

Pålgrundläggning innebär att man fördelar laster från en överbyggnad till djupare och fastare jordlager. Den mest effektiva installationsmetoden är att slå ned pålar i marken med hjälp av en snabbslående hejare. Förekomst av hinder i jorden kan dock försvåra installationen. Ett naturligt hinder i glaciala jordar är block, vilka bildats genom glacial erosion. Den slumpmässiga förekomsten av block i marken kan allvarligt skada pålen vid installationen, vilket leder till så kallad bortslagning av påle. 

Stora osäkerheter kring blockens rumsliga fördelning, deras geometriska och mekaniska egenskaper, variationen i jordlagertjocklek och den dynamiska samverkan mellan påle och block i fast jord, bidrar till att försvåra problemet ytterligare. Att inte korrekt kvantifiera risken för bortslagning kan leda till betydande kostnadsökningar, förseningar i projektet och ineffektiv resursanvändning ur miljösynpunkt. 

De bedömningsmetoder som idag står till buds för praktiserande ingenjörer är otydliga och till största delen deterministiska, ofta baserade på erfarenhetsmässiga tumregler. Byggbranschen – särskilt i Sverige, där stora delar av landskapet är täckt av den glaciala jordarten morän – skulle därför ha stor nytta av en riskbaserad metod som identifierar och modellerar de viktigaste osäkerhetskällorna på ett noggrant och systematiskt sätt, men som samtidigt är intuitiv, praktisk och lätt att tillämpa. Ett sådant angreppssätt är särskilt avgörande i projekteringsskedet, för att välja lämplig påltyp och installationsmetod utifrån specifika jordförhållanden – i syfte att möjliggöra mer ekonomiska och hållbara pålningslösningar. 

Denna licentiatuppsats presenterar en systematisk metod för att analysera risken för bortslagning av pålar i morän. Arbetet omfattar bland annat utvecklingen av en sannolikhetsbaserad modell, baserad på en endimensionell Poisson-process, som modellerar förekomsten av block och variationen i jordlagrets mäktighet. Uppsatsen innehåller även en kostnadsmodell som identifierar och kvantifierar de viktigaste ekonomiska konsekvenserna av bortslagning, för att uppnå en bättre balans mellan kostnad, byggtid och miljömässig effektivitet i dimensioneringsarbetet.