Εσπερίδα ΑΞΟΝΟΣΥΜΜΕΤΡΙΚΩΝ ΦΡΑΓΜΑΤΩΝ ΣΚΛΗΡΟΥ ΕΠΙΧΩΜΑΤΟΣ Αθήνα 27 Σεπτεµβρίου 2012 ΦΡΑΓΜΑΤΑ ΑΚΣΕ: ΑΞΟΝΟΣΥΜΜΕΤΡΙΚΑ ΚΥΛΙΝ ΡΟΥΜΕΝΟΥ Ν. Ι.

Transcript

1 Εσπερίδα ΑΞΟΝΟΣΥΜΜΕΤΡΙΚΩΝ ΦΡΑΓΜΑΤΩΝ ΣΚΛΗΡΟΥ ΕΠΙΧΩΜΑΤΟΣ Αθήνα 27 Σεπτεµβρίου 202 ΦΡΑΓΜΑΤΑ ΑΚΣΕ: ΑΞΟΝΟΣΥΜΜΕΤΡΙΚΑ ΚΥΛΙΝ ΡΟΥΜΕΝΟΥ ΣΚΛΗΡΟΥ ΕΠΙΧΩΜΑΤΟΣ Ν. Ι. ΜΟΥΤΑΦΗΣ

2 Αρχαία φράγµατα - Χωµάτινα Sadd el-kafara Αίγυπτος π.χ. ή π.Χ. Γεώφραγµα µε λιθόθετες εξωτερικές ζώνες Από: Internet

3 Αρχαία φράγµατα - Λιθόθετα Nineveh Ιράκ 703 π.χ. Από: N. Smith Sennacherib Ιράκ 700 π.χ. Από: Ν. Καζίλη

4 Αρχαία φράγµατα (Ρωµαϊκά) - Λιθόχτιστα Φρ. Cornalvo Ισπανία ος ή 2 ος αιώνας µ.χ. Φράγµα Proserpina Ισπανία ος αιώνας µ.χ. Από: Internet

5 Φράγµατα λιθόκτιστα (masonry) 50% των φραγµάτων βαρύτητας πριν το 930 Εφεύρεση τσιµέντου τύπου Portland 892 άλλαξε τις πρακτικές κατασκευής φραγµάτων και άρχισε η χρήση σκυροδέµατος

6 ο ήµισυ 20 ου αιώνα τα φράγµατα από συµβατικά συµπυκνούµενο σκυρόδεµα αντικατέστησαν τα λιθόκτιστα στο δυτικό κόσµο. Συνεχίστηκε η κατασκευή κτιστών φραγµάτων στις χώρες µε φτηνά εργατικά

7 Φράγµα Μαραθώνα Κυκλώπειο Σκυρόδεµα & επένδυση µαρµάρου 93 Από: ΕΥ ΑΠ 7

8 Αλµατώδης ανάπτυξη χωµατουργικών µηχανηµάτων µετά το940 Σταδιακή µείωση νέων φραγµάτων βαρύτητας µεταξύ 960 και 980 στο δυτικό κόσµοκαι σταδιακά, κυριαρχία των χωµάτινων και λιθόρριπτων φραγµάτων Έκρηξη κατασκευής στην Ελλάδα

9 Χρήση χωµατουργικών µηχανηµάτων σε φράγµατα βαρύτητας Έναρξη εφαρµογής του κυλινδρούµενου σκυροδέµατος (RCC) και σταδιακή εκτόπιση του συµβατικά συµπυκνούµενου σκυροδέµατος (CVC) Σήµερα, πρακτικάόλαταφράγµατα βαρύτητας κατασκευάζονται από RCC (αναγέννηση των φραγµάτων βαρύτητας)

10 Βιοµηχανοποιηµένε ς χώρες Μη βιοµηχανοποιηµένες χώρες Αριθµός µεγάλων φραγµάτων Βαρύτητας 22% 4% Τοξωτά 6% 4% Αντηρριδωτά 3% - Σύνολον φραγµάτων Σκυροδέµατος 3% 8% Γεωφραγµάτων 69% 92% Πηγή: ICOLD Bulletin

11 Αρχές δεκαετίας του 90 Londe & Lino: A new concept for RCC (992) Έναρξη εφαρµογής φραγµάτων Αξονοσυµµετρικων Κυλινδρούµενου Σκληρού Επιχώµατος (ΑΚΣΕ) Stevens & Linard. The Safest Dam, (2002) Περαιτέρω ώθηση στα φράγµατα ΑΚΣΕ (3%)

12 Τυπική διατοµήφράγµατος βαρύτητας από συµβατικά δονούµενου σκυροδέµατος ή RCC Άξονας φράγµατος Αντίσταση σε ολίσθηση και ανατροπή λόγω βάρους Ωθήσεις Κατακόρυφες δυνάµεις

13 Βελτίωση συνθηκών ευστάθειας φράγµατος βαρύτητας Άξονας φράγµατος Άξονας φράγµατος Άξονας φράγµατος Πρόσθετο βάρος νερού Πρόσθετο βάρος Σ Σ Πρόσθετη επιφάνεια θεµελίωσης

14 Βασικές απαιτήσεις φραγµάτων βαρύτητας Ελαχιστοποίηση όγκου (µείωση κόστους) : απότοµες παρειές φράγµατος Αντοχή υλικού (σε θλίψη και εφελκυσµό) υψηλότερη από τις αναπτυσσόµενες τάσεις Στεγανότητα Υλικά χαµηλής διαπερατότητας Απουσία ρωγµών

15 Επιπτώσεις βασικών απαιτήσεων Αντοχή σε εφελκυσµόκαι χαµηλή διαπερατότητα υλικού φράγµατος Υψηλή περιεκτικότητα σε τσιµέντο (κονίες) Υψηλό κόστος ανά m 3 Έκλυση θερµότητας Μονόλιθοι σε CVC Αρµοί σε RCC Κόστος & χρόνος

16 Έκλυση θερµότητας Αρµοί Συστολο/διαστολής Με µεταλλικές πλάκες RCC Μονόλιθοι CVC Από: Internet Από: ΥΗΠ/ ΕΗ

17 Μία νέα ιδέα: Κυλινδρούµενα αξονοσυµµετρικά από σκληρό επίχωµα Α.Σ.Α. Αξονας φράγµατος Κ.Σ.Α. λ λ Πλίνθος Άξονας πετάσµατος τσιµεντενέσεων

18 Κλίση ανάντη παρειάς φράγµατος Ροπή από πλευρική ώθηση = Ροπήαπότοβάροςτουνερού λ H όταν λ = 0,5 0.7 λη

19 Κατανοµή ορθών τάσεων σε οποιοδήποτε οριζόντιο επίπεδο φράγµατος RCC ( ή CVC), χωρίς σεισµό ΑΞΟΝΑΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ ΑΞΟΝΑΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ ΑΞΟΝΑΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ 0,8 0,8 0,8 Χωρίς νερό Ορθές τάσεις σε οριζόντιο επίπεδο Με νερό Ορθές τάσεις σε οριζόντιο επίπεδο Ανάλυση µε Π.Σ. Εφελκυστικές τάσεις µη επιτρεπτές Θλιπτικές τάσεις κατά πολύ µικρότερες από θλιπτική αντοχή

20 Κατανοµή ορθών τάσεων σε οποιοδήποτε οριζόντιο επίπεδο φράγµατος RCC ( ή CVC) µεσεισµό ΑΞΟΝΑΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ ΑΞΟΝΑΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ 0,8 0,8 Σεισµός Σεισµός Χωρίς νερό Με νερό Ορθές τάσεις σε οριζόντιο επίπεδο Εφελκυστικές τάσεις στα όρια της αντοχής σε εφελκυσµό Θλιπτικές τάσεις µικρότερες από τη θλιπτική αντοχή

21 Αντιµετώπιση εφελκυστικών τάσεων σε φράγµα RCC ΑΞΟΝΑΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ ΑΞΟΝΑΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ 0,8 0,8 Σεισµός Σεισµός Ζώνη RCC ενισχυµένη µε τσιµεντένεµα (GERCC) Ενίσχυση συγκόλλησης µεταξύ στρώσεων RCC

22 Φράγµα ΑΚΣΕ Ορθέςτάσειςχωρίςσεισµό Ορθές τάσεις στην επιφάνεια θεµελίωσης σ γ*h ΑΞΟΝΑΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ Α.Σ.Α. ΑΞΟΝΑΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ 0,75 0,75 0,75 Πλίνθος Άξονας πετάσµατος τσιµεντενέσεων Άξονας πετάσµατος τσιµεντενέσεων Θλιπτικές τάσεις µικρότερες από θλιπτική αντοχή Εφελκυστικές τάσεις ΕΝ µπορεί να αναπτυχθούν

23 Φράγµα ΑΚΣΕ Ορθές τάσεις µεσεισµό ΑΞΟΝΑΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ ΑΞΟΝΑΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ Α.Σ.Α. 0,75 Σεισµός 0,75 Σεισµός 0,75 Πλίνθος Άξονας πετάσµατος τσιµεντενέσεων Άξονας πετάσµατος τσιµεντενέσεων Θλιπτικές τάσεις µεγαλύτερες από θλιπτική αντοχή Εφελκυστικές τάσεις ΕΝ µπορεί να αναπτυχθούν

24 Παρατήρηση Χαµηλό επίπεδο τάσεων στη θεµελίωση (γ*h) εν απαιτείται υψηλή αντοχή πετρώµατος θεµελίωσης υνατότητα κατασκευής φραγµάτων ΑΚΣΕ σε ευρύτερο φάσµαπετρωµάτων

25 Παρατήρηση 2 Χαµηλό επίπεδο τάσεων στο σώµα (γ*h) εν απαιτείται υψηλή αντοχή υλικού φράγµατος Χρήση αδρανών χαµηλής αντοχής (ΟΧΙ αδρανή σκυροδέµατος) (µειωµένη αντοχή στη δοκιµή εκτριβής) (Σκληρό επίχωµακαιόχιισχνόrcc)

26 Παρατήρηση 3 Φράγµαύψους00 m, µέγιστες θλιπτικές τάσεις στη βάση 2,3 Mpa Με συντελεστή ασφάλειας 3 Απαίτηση θλιπτικής αντοχής: 7 Mpa Περιεκτικότητα σκληρού επιχώµατος σε τσιµέντο kg / m 3

27 εν µπορεί να αναπτυχθούν Παρατήρηση 4 στο σώµατουφράγµατος εφελκυστικές τάσεις (ακόµηκαιµεσεισµό) Πρακτικά µηδενική ευαισθησία σε σεισµικές καταπονήσεις υνατότητα κατασκευής ΑΚΣΕ σε περιοχές υψηλών σεισµικών καταπονήσεων

28 Παρατήρηση 5 Χαµηλή περιεκτικότητα σε τσιµέντο Πορώδες υλικού σκληρού επιχώµατος: 5% Υλικό σκληρού επιχώµατος: διαπερατό Θετικές και αρνητικές επιπτώσεις

29 Θετικές επιπτώσεις: Παρατήρηση 6 Φυσική αποστράγγιση σώµατος φράγµατος Αποφυγή ανάπτυξης πίεσης πόρων στο εσωτερικό του φράγµατος Αρνητικές επιπτώσεις: Ανάγκη κατασκευής στεγανού στοιχείου στην ανάντη παρειά του φράγµατος, π.χ. Πλάκα οπλισµένου σκυροδέµατος Μεµβράνη Εκτοξευόµενο σκυρόδεµα (σε φράγµατα µικρού ύψους) Ανάγκη κατασκευής πλίνθου

30 Επίπτωση στεγανοποίησης στην ανάντη παρειά του φράγµατος Ανάπτυξη ρωγµών αποδεκτή εν επηρεάζεται η ευστάθεια του φράγµατος εν υπάρχει διήθηση νερού εν απαιτείται η διαµόρφωση αρµών Σ/ εν απαιτείται η εγκατάσταση στεγανωτικών ταινιών σε αρµούς

31 Επίπτωση απουσίας αρµών στη διαµόρφωση γραµµών εκσκαφής θεµελίωσης φράγµατος CVC RCC ΑΚΣΕ

32 Επίπτωση απουσίας αρµών στη µέθοδο κατασκευής του φράγµατος CVC RCC ΑΚΣΕ

33 ιαβροχή, εκφόρτωση διάστρωση και συµπύκνωση υλικού Σ.Ε.

34 ειγµατοληψία υλικού ΚΣΕ

35 Σκληρότητα υλικού ΚΣΕ

36 Στρώσεις ΚΣΕ και ταχύτητα ανύψωσης φράγµατος Συνήθης πρακτική σε RCC Πάχος στρώσης 30 cm µετά τη συµπύκνωση Τάσεις για αύξηση του πάχους των στρώσεων Για ΑΚΣΕ πάχος 40 ή 45 cm Στόχος εφικτός 2 στρώσεις / ηµέρα Φράγµα 50 m κατασκευάζεται σε 60 ηµέρες

37 Παρατήρηση 7 Η ταχεία ανύψωση φράγµατος ΑΚΣΕ επιτρέπει τον περιορισµό των παραδοχών σχεδιασµού του συστήµατος εκτροπής υνατότητα κατάργησης του συστήµατος εκτροπής Τα φράγµατα ΑΚΣΕ είναι υπερπηδητά (µείωση των απαιτήσεων σχεδιασµού του συστήµατος εκτροπής) Πηγή: MD&a

38 ιαµόρφωση ανάντη παρειάς φράγµατος Από τα πλέον ενδιαφέροντα θέµατα κατασκευής φραγµάτων ΑΚΣΕ Συνήθως η µέθοδος διαµόρφωσης επαφίεται στον κατασκευαστή του έργου Ιδιαιτερότητες λόγω κεκλιµένης επιφάνειας Αναφορές από άλλους οµιλητές

39 ιαµόρφωση κατάντη παρειάς φράγµατος Γραµµή αναφοράς Γραµµή αναφοράς ΚΣΕ Στερέωση στοιχείων για διάστρωση ΚΣΕ ΚΣΕ 0,9 Στρώσεις επιχώµατος

40 ιαµόρφωση πλίνθου σύµφωνα µε µέθοδο στεγανοποίησης φράγµατος Με πλάκα σκυροδέµατος Από: Υδροσύστηµα Μεµβράνη Με µεµβράνη 0,5 2 0,2

41 Λεπτοµέρεια περιµετρικού αρµού µεπλάκασκυροδέµατος εν απαιτείται ταινία χαλκού όπως στα ΛΑΠΣ Από: Υδροσύστηµα

42 Πλίνθος Πλάκα σκυροδέµατος κάτω από πλίνθο για περιορισµό της διήθησης προς το σώµατου φράγµατος Πλίνθος ΚΣΕ Άξονας πετάσµατος τσιµεντενέσεων

43 Πλίνθος Οπλισµός Στεγανωτικές ταινίες Άξονας πετάσµατος τσιµεντενέσεων Φ20/25 Στεγανωτική ταινία PVC πλάτους 240 mm Στεγανωτική ταινία PVC µε νευρώσεις, πλάτους 300 mm

44 Αποστραγγιστική στοά Τοιχώµατα στοάς χωρίς επένδυση Η στοά λειτουργεί ως µεγάλο αποστραγγιστικό άνοιγµα Άξονας στοάς 3 Προκατασκευασµένα στοιχεία 0,5 ΚΣΕ X πάχος στρώσεων ΚΣΕ Στρώσεις σκληρού επιχώµατος 0,45 Σκυροδέτηση επιτόπου

45 Αποστραγγιστική στοά Κατασκευαστικές λεπτοµέρειες Άξονας στοάς Άξονας στοάς Ξυλότυποι Ξυλότυποι Αντηρίδες ΚΣΕ Αντηρίδες Στρώσεις επιχώµατος ΚΣΕ ο Στάδιο Τοποθέτηση ξυλοτύπων 2ο Στάδιο ιάστρωση σκληρού επιχώµατος

46 Αποστραγγιστική στοά Κατασκευαστικές λεπτοµέρειες Άξονας στοάς Άξονας στοάς Προκατασκευασµένα στοιχεία ΚΣΕ ΚΣΕ ΚΣΕ ΚΣΕ Στρώσεις επιχώµατος Στρώσεις επιχώµατος Τάφρος αποστράγγισης µεταβλητού βάθους ΚΣΕ Σκυροδέτηση επιτόπου 3ο Στάδιο Σκυροδέτηση δαπέδου 4ο Στάδιο Τοποθέτηση προκατασκευασµένων στοιχείων

47 ιαπερατότητα υλικού Σ.Ε. σχετικά υψηλή

48 Παρατήρηση 8 Εξασφάλιση υψηλής διαπερατότητα σώµατος φράγµατος Εάν κατασκευάζεται ενισχυµένη ζώνη (GE) στην κατάντη παρειά του φράγµατος απαιτείται πρόβλεψη αποστράγγισης (σωλήνες αποστράγγισης)

49 H Αξονας φράγµατος Αξονας φράγµατος Αξονας φράγµατος 0,75 0,75 0, H H H H

50

51 Αξονας φράγµατος Αξονας φράγµατος Αξονας φράγµατος 0,75 0,75 H 0,75 2 H 2

52 Παρατήρηση 9 Οόγκοςγεωφράγµατος είναι 2,5 φορές ο όγκος φράγµατος ΑΚΣΕ Κόστος m 3 γεωφράγµατος << ΑΚΣΕ Γεώφραγµα πάντα οικονοµικότερο από ΑΚΣΕ Τότε γιατί ΑΚΣΕ; Σηµαντική µείωση κόστους υπερχειλιστή Μείωση κόστους συστήµατος εκτροπής ραµατική µείωση του χρόνου κατασκευής

53 Παρατήρηση 0 Είµαι πολύ ευχαριστηµένος που τα τελευταία χρόνια ασχολούµαι και µε φράγµατα ΑΚΣΕ γιατί µετά από 34 χρόνια ενασχόλησης µου µεγεωφράγµατα είχα αρχίσει να βλέπω παντού γεωφράγµατα µε πυρήνα και κελύφη

54