REZERVOARE DIN BETON ARMAT ŞI PRECOMPRIMAT

Transcript

1 1 REZERVOARE DIN BETON ARMAT ŞI PRECOMPRIMAT 1. GENERALITĂŢI Rezervorele din beton rmt sunt destinte înmgzinării unui lichid orecre, de obicei pă. Proiectre rezervorele trebuie să ibă în vedere următorele specte: tenţie deosebită pentru sigurre impermebilităţii - cre se relizeză prin folosire unui beton compct, plicre unui strt de mortr torcrett l înterior, unei hidroizolţii decvte, su prin precomprimre; relizre protecţiei împotriv lichidelor gresive, prin plicre în interior unui strt de sticlă, porţeln su cermic; mplsre lor pe terenuri de fundre stbile, deorece rdierul rezervorului re o suprfţă mre şi rigiditte lui l încărcări grvitţionle este redusă; este necesr un studiu tent terenului din punct de vedere tsărilor inegle - pentru evit priţi eventulelor fisuri cre pot duce l pierdere impermebilităţii; Rezervorele se pot clsific după mi multe criterii dintre cre mintim: - după mplsre (subterne, de suprfţă, de înălţime) - după formă (rezervore prismtice, cilindrice, orecre) - din punct de vedere l protecţiei (rezervore coperite, descoperite) - din punct de vedere l execuţiei şi l mterilului folosit (rezervore monolite din beton rmt, din beton precomprimt su prefbricte) Alegere formei rezervorului se fce în funcţie de mi mulţi fctori: cntitte de lichid depozittă, ntur lichidului, clcule tehnico-economice etc. În czul rezervorelor îngropte între umplutur de pământ şi pereţii rezervorului se dispune o izolţie hidrofugă reliztă din crton bitumt. Acestă soluţie este recomndtă tunci când nivelul pei subterne este sub cot de fundţie rdierului. Când nivelul pei subterne este ridict se relizeză rezervorul în sistem cuvă su se coboră nivelului pei fretice sub nivelul rdierului prin executre de drenuri. În cee ce priveşte comprtimentre rezervorelor, ceste se împrt în generl în două comprtimente, deorece în timpul curăţirii unui comprtiment celăllt să potă fi folosit. (2) cmer vnelor (1) comprtiment (2) (1) Determinre rportelor optime între dimensiunile rezervorelor este o problemă de suprfţă minimă construită l o cpcitte dtă în tem de proiectre şi o înălţime lesă. Astfel în czul rezervorelor dreptunghiulre cu două comprtimente, condiţi este c perimetrul în secţiune orizontlă să ibă o vlore minimă, rezultând stfel b 1,33. În czul rezervorului cilindric, rportul R/h rezultă din condiţi c pentru un volum dt suprfţ să fie minimă. Rezervor ochelri Rezervor concentric

2 2 2. ÎNCĂRCĂRI Eforturile ce pr în elementele rezervorului se dtoreză greutăţii proprii, presiunii pei din rezervor, subpresiune pei subterne, greutte şi împingere pământului, încărcări climtice, vriţii de tempertură, seism. Grupările şi combinţiile de ipoteze se fc conform CR (EC0) Bzele proiectării structurilor în construcţii. În czul rezervorelor îngropte, pe supr pereţilor rezervorului cţioneză împingere pei din interior, şi ce pământului din exterior. Cu ceste 2 încărcări se vor consider 2 ipoteze de încărcre: ip.1 rezervor gol - şi ip.2 rezervor plin. Aceste 2 ipoteze se iu diferit funcţie de ntur terenului: Pentru terenuri nisipose o Ip.1 rezervor gol - împingere pământului; o Ip.2 - rezervor plin - presiune lichidului şi jumătte din împingere pământului. Pentru terenuri rgilose (ce se pot contrct şi desprinde de pe suprfţ peretelui): o Ip.1 rezervor gol - împingere pământului; o Ip.2 - rezervor plin - presiune lichidului. 3. REZERVOARE PRISMATICE Din punct de vedere l clculului rezervorele se pot consider de dimensiuni mici şi de dimensiuni mri în pln. 3.1 Rezervore de dimensiuni mici L rezervorele mici, elementele se pot reliz din plăci cu lturile de 2,5-5 m. Plc de coperiş se rmeză de obicei cruciş (b 1,33 ), clculul făcându-se l cţiune greutăţii proprii, greutăţii pământului, încărcărilor din zăpdă, crosbil etc. E Rdierul se rmeză de semene pe două direcţii ir clculul se fce l cţiune presiunii pe teren genertă de pereţi R. R = P + G p + E v [KN/ml] P în cre: P este încărcre dusă de E v coperiş; G p - greutte peretelui; G p E v - component verticlă împingerii pământului. R rdier În mod simplifict se pote dmite clculul rdierului l o încărcre uniform distribuită q r, de vlore constntă (czul - din figură) dcă rigiditte rdierului este mre fţă de ce terenului. L rdiere de rigiditte () q r redusă, presiunile în câmp vor fi mi (b) mici, crescând spre rezeme (czul b din figură). În czul încărcre rdierului se determină stfel:

3 3 R U q r = [KN / m 2 ] A în cre: U este perimetrul pereţilor şi A este suprfţ rdierului. Clculul plăcilor ce formeză pereţii lterli se fce în funcţie de rportul lturilor. Dcă rportul H/(b) este între 0,5 şi 2 si = b tunci clculul se pote fce seprt pentru fiecre plcă, funcţie de modul de rezemre, cu metode simplificte de clcul metod coeficienţilor (c l buncăre). Dcă diferenţ dintre şi b este mi mre de 20%, se izoleză prin fâşii centrle, cdre orizontle şi verticle, c în figur de mi jos. 1 p b,2 p c,1 p b,2 cdru orizontl - p c b 2 p b b cdru verticl trnsversl - b cdru verticl longitudinl - c p c c Încărcările ce revin cestor cdre, p b şi p c, se determină din condiţiile de eglitte săgeţilor în punctele de intersecţie fâşiilor, notte în figur de mi sus cu 1 şi 2 (pe celeşi principii pe cre s- demonstrt reprtiţi încărcărilor l plăcile rmte pe 2 direcţii). Pentru cdrul orizontl presiunile se clculeză din presiunile ferente cdrului trnsversl şi longitudinl, l nivelul considert l cdrului orizontl. Presiune în pln orizontl p b,2 se clculeză din presiune cdrului trnsversl b cu vlore mximă p b, l nivelul punctului 2 şi p c,1 se clculeză din presiune cdrului longitudinl c cu vlore mximă p c, l nivelul punctului 1. În figură este prezentt czul rezervorului cu comprtimentul din stâng încărct şi cel din drept gol czul ce dă solicitările de încovoiere mxime în pereţii verticli interiori şi exteriori. Presiunile mxime p b (pe cdru verticl trnsversl) şi p c (pe cdru verticl longitudinl) sunt mi mici decât presiune p- dtă de împingere pământului su de presiune lichidului din rezervor. 3.2 Rezervore de dimensiuni mri contrforţi contrfort H H () nervuri (b)

4 4 Dcă rezervorul prismtic re dimensiuni mri, pereţii se rigidizeză cu elemente verticle (contrforţi) şi orizontle (nervuri) ce se execută spre exterior. Contrforţii pot continu şi sub rdier (fig. de mi sus). L înălţimi H < 3 m, rigidizre pereţilor se fce numi cu contrforţi. Distnţ dintre contrforţi se lege stfel c pnourile de perete dintre contrforţi să se rmeze pe două direcţii. L rezervorele descoperite, contrforţii se legă cu o grindă orizontlă l prte superioră rezervorului. În czul înălţimilor mri H > 3 m, pereţii se rigidizeză cu contrforţi şi nervuri orizontle. Acestă soluţie este mi puţin folosită. Nervurile se dispun l distnţe cuprinse între 1,5...3 m, stfel c pereţii să lucreze c şi plnşeele cu grinzi principle (contrforţi) şi grinzi secundre (nervurile orizontle), cu plc rmtă pe o direcţie. Este rţionl c nervurile să se dispună p prte superioră l distnţe mi mri, pentru c încărcre să fie proximtiv eglă pe fiecre nervură. i E Contrfortul se clculeză l încovoiere cu forţă tăietore. Armătur se şeză spre exteriorul contrfortului şi rezultă din ipotez rezervorului gol încărct cu presiune terenului. În figur de mi sus, F este forţ totlă din împingere pământului şi încărcre grvitţionlă, până în secţiune i-i considertă. Din echilibrul forţelor interiore cu cele exteriore (scris fţă de punctul de plicţie forţei de compresiune N b ) putem determin ri de rmătură A. Eglând momentul exterior cu cel interior se deduce, din expresi forţei N = A R, ri de rmătură ce se v dispune în zon întinsă contrfortului: unde: F e N F e = N z N = A = z R F este forţ exterioră în secţiune considertă; E - component din împingere pământului până în secţiune considertă; G - component din greutte proprie până în secţiune considertă Acoperişul şi rdierul se execută sub formă de plnşee introducându-se stâlpi între cre se dispun constructiv pereţi din beton rmt, cu rol de şicne pentru circulţi pei. Acoperişul se execută c plnşeu cu grinzi su c plnşeu ciupercă. Rdierul se relizeză sub formă de plnşeu ciupercă, din motive de explotre rezervorului, nu se dispun grinzi l prte inferioră pt. nu se cre spţii cu depunere de nămol şi impurităţi greu de curăţt.

5 5 Plnşeu cu grinzi pe 2 direcţii Plnşeu ciupercă Plnşeu ciupercă întors - rdier Plnşeu de coperiş şi rdier l rezervorele mri Plnşeu de coperiş este încărct uniform din greutte proprie şi greutte pământului ir rdierul se clculeză l presiune pe teren produsă de încărcările duse de stâlpi şi pereţi. Simplifict, presiunile se pot uniformiz pe suprfţ rdierului, c l rezervorele mici. 3.3 Alcătuire şi rmre rezervorelor prismtice. Acoperişurile şi rdierele se lcătuiesc şi rmeză c plăci izolte su plnşee. Rdierul se şeză pe un strt de beton de eglizre de cm cu pnt de 1 % spre punctul de golire. Pereţii se pot execut cu grosime vribilă şi se rmeză dublu. Pentru uşurinţ execuţiei peretele se execută constnt, vriind rmre prin modificre distnţelor dintre rmături. L colţurile întinse rmătur se duce drept şi se ncoreză în prte opusă peretelui pentru e evit smulgere. L intersecţiile pereţilor verticli se prevăd vute de cm lăţime cre se rmeză cu cel puţin 7 bre pe metru de celşi dimetru c şi rmăturile din perete. Fundţi rezervorului se scote în consolă.

6 4. REZERVOARE CILINDRICE Rezervorele cilindrice sunt mi economice decât cele prismtice, pereţii verticli lucrând în stre de membrnă dor cu eforturi xile inelre N θ şi eforturi verticle N x. 4.1 Stre de membrnă 6 O plcă plnă (cu coordontele X şi Y) lucreză în stre de încovoiere în cre se dezvoltă solicitările xile (N x şi N y ) şi tngenţile (N xy = N yx ) din plnul plăcii, momentele încovoietore (M x şi M y ) şi forţele tăietore (T x şi T y ) perpendiculre pe plcă. O plcă curbă re o comportre spţilă şi o rigiditte mult mi mre decât plăcile plne. Din cest motiv se pote definii o stre de solicitre numită stre de membrnă - SM, crcteriztă prin bsenţ eforturilor crcteristice încovoierii momente şi forţe tăietore. Stre de membrnă plăcilor curbe subţiri, forte fvorbilă dtorită eliminării încovoierii, pote ve loc dcă se respectă următorele condiţii: 1) grosime plăcii este mică ( mx cm) şi nu re vriţii bruşte, în trepte 2) încărcările sunt reprtizte continuu pe suprfţ plăcii şi nu vem forţe concentrte 3) rezemele plăcii nu împiedică deformre plăcii şi recţiunile sunt dor în plnul plăcii Dcă primele 2 condiţii sunt stisfăcute, condiţiile 3 sunt greu de stisfăcut deorece peretele cilindric este monolit cu rdierul (fundţi circulră rezervorului) şi cu o grindă inelră de rigidizre l prte superioră. Aceste 2 elemente împiedică deformre în pln orizontl peretelui cilindric. Se creză în propiere cestor elemente o zonă în cre pr şi eforturile specifice încovoierii (momente şi forţe tăietore), numită zonă de perturbre stării de membrnă PSM. L plăcile cilindrice, fţă de cele plne, x Y devine curbă crcteriztă de unghiul θ. Astfel în SM solicitările sunt - N x, N θ şi N xθ = N θx. Având în vedere că încărcre (P) este xil simetrică în tote ipotezele de încărcre prezentte mi sus, eforturile tngenţile din plnul cilindrului N xθ = N θx se nuleză. Eforturile ce rămân în SM sunt dor N x şi N θ. În zonele PSM pr şi eforturile de încovoiere după direcţi verticlă (dtorită împiedicării deformţiilor din pln orizontl) M x şi T x. Celellte eforturi de încovoiere (moment şi forte tăietore după θ) sunt nesemnifictive şi se neglijeză. CONCLUZIE - eforturi în pereţii rezervorelor cilindrice: SM - N x în fâşiile verticle - N θ în fâşiile su inelele orizontle PSM - N θ în fâşiile su inelele orizontle - N x în fâşiile verticle - M x şi T x în fâşiile verticle (P) P i θ x i () (b) (c) N x N θ X perete H NU AŞA NU AŞA rdier

7 4.2 Rezervore din beton rmt Clculul rezervorelor cilindrice L tote rezervorele eforturile după direcţi verticlă x se determină pe fâşii unitre verticle, cu relţi: N x = R / 2 π r unde R este sum încărcărilor grvitţionle, l nivelul considert şi r este rz rezervorului. REZERVOARE MICI L rezervorele mici, cu dimetrul D 5 m, coperişul şi rdierul se execută sub form de plăci plne circulre ir clculul lor se fce fără se ţine sem de legătur cu coperişul şi rdierul fără se ţine cont de zonele de perturbre stării de membrnă. Solicitările de clcul sunt cele din inelele unitre: N θ = P i r P i fiind presiune pei su împingere pământului l nivelul considert şi r rz rezervorului. REZERVOARE MARI L rezervorele mri cu D = 5 20(30) m coperişul se execută sub formă de cupolă. Cupol pote fi legtă monolit de perete, cz în cre l clculul eforturilor în stre de membrnă se dugă eforturile dtorte perturbării stării de membrnă, provoctă de legătur monolită cu peretele. Aceste eforturi pr după direcţi verticlă x şi se clculeză pe fâşii verticle unitre M x şi T x. Rdierul pote fi relizt sub form unei plci plne circulre su sub form unor cupole răsturnt, în funcţie de ntur terenului de fundre. Dc nu există subpresiune pei tunci peretele se pote rezem pe o grindă inelră seprtă de plc rdierului. Rezervorele cu dimetrul D > 20 30m sunt prevăzute cu stâlpi intermediri rezultând pentru coperiş şi rdier plnşee ciupercă Metodă exctă de clcul. Pereţii cilindrici i rezervorelor mri se clculeză în teori elstică exctă, l cţiune presiunii pei şi împingerii pământului. Dcă încărcările nu sunt simetrice xil eforturile cre pr sunt: N x, N θ, N xθ, M x, M θ, M xθ, T x, şi T θ. Dcă încărcările sun simetrice xil tunci se clculeză dor solicitările N x, N θ, N xθ, M x, T x. Clculul sub cţiune presiunii pei, l unui perete cilindric încstrt în rdier, rticult su simplu rezemt l prte superioră, stfel încât să se potă depls limitt, se fce folosind metod eforturilor.

8 8 Sistemul de bză se obţine prin secţionre peretelui l nivelul legăturii cu plc de bză, rezultând un perete cilindric simplu rezemt, cţiont de încărcările exteriore (presiune pei su/şi terenului - ) şi de necunoscutele r şi m din încstrre de l prte inferioră. L clculul peretelui cilindric simplu rezemt (sistemul de bză), cţiune încărcării exteriore se studiză în stre de membrnă - SM. L clculul plăcii de bză circulră, liberă l solicitre de încovoiere, cest pote fi considertă elstică su rigidă fţă de Fig clculul sttic exct în metod eforturilor peretele rezervorului. Deplsre rdilă fâşii sub cţiune lui r pote fi neglijtă, plc considerându-se rigidă l eforturi normle. Acest mod de rezolvre pote fi folosit numi dcă rezervorul este înlt, deci perturbările ce pornesc de l o mrgine se mortizeză până l mrgine opusă. Vlorile finle le eforturilor şi deplsărilor se obţin suprpunând vlorilor stării de membrnă pe cele din cţiune lui r şi m, pentru cre peretele cilindric lucreză în stre de încovoiere (zon de perturbre stării de membrnă). Pentru inelele orizontle rezultă o digrmă N θ cu vlore mximă l 2/3 H fţă de bză Metodă proximtivă de clcul (fig.4.2.3) Acestă metodă se plică l rezervorele cilindrice sub 300m 3 şi rportul între rză şi înălţime R/h = 0,5 2. Digrm presiunii orizontle din încărcre dtă de lichid şi/su împingere pământului se descompune în trei părţi, c în figur de mi jos. Suprfţ B +C se predă inelelor orizontle (ce lucreză în stre de membrnă) şi suprfţ A fâşiilor verticle ce Digrm de presiuni Rezervor cilindric Digrm de presiuni pt. clculul eforturilor n θ în inelele orizontle Digrm de presiuni (b su c) pt. clculul lui m x şi t x în fâşiile verticle H/3 (P ) (P b ) (P c ) C H/3 B H B+ 2/3 P mx su H/3 A () (b) (c) A A+B P mx = γ H Stre de membrnă n θ = P r (r = rză rezervor) P mx P mx Perturbre stării de membrnă m x şi t x Fig Încărcările (digrmele de presiuni) în metod proximtivă de clcul

9 9 lucreză în zon de perturbre stării de membrnă (o treime din înălţime, l bz peretelui rezervorului). Pentru se coperi imperfecţiune clcului, se pote c presiune reprtiztă fâşiilor verticle să se sporescă, considerând suprfţ A + B predtă fâşiilor verticle. Solicitre mximă în inele orizontle N θ mx rezultă l 1/3 din înălţime rezervorului (c şi în digrm relă determintă în clculul exct). Pentru clculul lui M x şi T x (solicitările de perturbre stării de membrnă) fâşiile verticle se consideră încstrte în rdier, su dcă rezervorul este coperit, încstrte în rdier şi simplu rezemte l nivelul coperişului Alcătuire şi rmre rezervorelor cilindrice Armre orizontlă rezultă din clculul de rezistenţă l eforturile de întindere N θ, ir grosime peretelui din respectre condiţiei privind deschiderile mxime dmisibile le fisurilor. Eforturile verticle N x fiind de compresiune sunt bine prelute de peretele de beton, rmăturile verticle dispunându-se constructiv, de regulă. Pentru elemente întinse centric su excentric cu mică excentricitte supuse presiunii unui lichid negresiv se limiteză deschidere fisurilor l f < 0,10mm. L elemente încovoite su comprimte excentric cu mre excentricitte, deschidere mximă fisurilor este de 0,20mm L rezervore mici rmătur se dispune sub formă de plsă l prte exterioră şi două plse l prte interioră în zon de perturbre stării de membrnă (pe o treime din înălţime rezervorului l prte inferioră su şi l prte inferioră şi l prte superioră, pe câte o treime din înălţime peretelui). Armătur verticlă de l prte inferioră este de rezistenţă şi re rolul de prelu momentele încovoietore M x. Dcă sunt îngropte (pre şi împingere pământului) rmre se fce cu două plse pe totă înălţime rezervorului. Înnădire brelor orizontle se pote fce legând cel mult 25% din totlul brelor într-o secţiune, prin petrecere pe o lungime de 40d. L rezervorele necoperite, inelul superior de rigidizre se lcătuieşte constructiv. L rezervorele cu grosime pereţilor peste 10cm rmătur se dispune sub formă de două plse pe totă înălţime rezervorului (perete cu rmre dublă).