REZERVOARE DIN BETON ARMAT

ASPECTE TEHNOLOGICE

Prin rezervoare se înţeleg recipientele având capacităţi de depozitare mai mari de 3 m3, forme şi dimensiuni variate şi diferite, executate din diferite materiale şi destinate recepţionării, depozitării, desfacerii şi prelucrării tehnologice a diferitelor produse în stare lichidă sau semilichidă. Recipientele cu capacităţi reduce (de obicei, între 3 m3 si 100 m3), destinate transportului diferitelor medii aflate în stare lichidă sau semilichidă, se numesc cisterne.

În cadrul unei anumite variante de depozitare, alegerea tipului corespunzător de rezervor se face în funcţie de mai mulţi factori, dintre care cei mai importanţi sunt următorii:

- condiţiile de lucru impuse şi condiţiile climatice;

- caracteristicile constructive ale rezervoarelor de diferite tipuri;

- indicatorii tehnico-economici ai proiectării, construcţiei, montajului şi exploatării (întreţinerii) rezervoarelor;

Din punctul de vedere al condiţiilor de lucru, rezervoarele trebuie să corespundă următoarelor cerinţe;

- să fie impermeabile şi etanşe în raport cu produsul depozitat;

- să nu se aprindă, să fie durabile şi puţin sau de loc sensibile la acţiunea chimică, electrochimică sau mecanică a produsului depozitat;

- să permită o uşoară curăţare de depuneri, precipitări sau decantări;

- să fie prevăzut cu echipamentul necesar, coreapunzător atât umplerii (încărcării), cât şi golirii (descărcării) lor;

- să asigure o perfectă securitate a depozitării produsului;

- să fie eoonomice în exploatare şi usor de deservit, supravegheat, controlat etc.

Având în vedere caracteristicile constructive, rezervoarele trebuie să corespundă următoarelor cerinţe:

- soluţiile constructive adoptate şi formele rezervoarelor să fie simple, iar în cazul rezervoarelor cilindrice verticale, să asigure posibilitatea montării şi funcţionării corecte a capacelor plutitoare, ecranelor plutitoare etc.;

- capacitatea lor de depozitare să fie optimă;

- construcţia rezervoarelor să permită executarea şi montarea rapidă a tuturor elementelor lor componente, iar dimensiunile semifabricatelor să se înscrie în limitele gabaritelor transportabile pe drumuri, şosele auto, autostrăzi, calea ferată etc.;

- dimensiunile rezervoarelor şi ale elementelor lor componente să fie tipizate;

- să fie folosite, la maximum şi în mod efectiv, caracteristicile mecanice ale materialelor de construcţie, făra a diminua capacitatea portantă a rezervorului, asigurându-se, astfel, un consum specific de metal minim.

Indicatorii tehnico-economici ce se pot menţiona, în cazul rezervoarelor sunt:

- costul rezervorului propriu-zis;

- costul instalaţiilor anexe ale parcului de rezervoare (instalaţiile de protecţie, prevenire şi combatere a incendiilor; conducte tehnologice; conducte de apă şi canalizare; conducte de încălzire etc.), bineînţeles, raportal la fiecare rezervor în parte;

- consumul de metal (în special sub formă de tablă şi profiluri);

- consumul de beton şi de beton armat;

- volumul lucrărilor de construcţie etc.

Clasificarea rezervoarelor

Construcţia de rezervoare, de diferite tipuri, forme şi dimensiuni, s-a dezvoltat, pe plan mondial, în concordanţă cu cerinţele activităţii industriale în diferite domenii, în pas cu tehnica modernă.

S-a ajuns, astfel, să se dispună de o mare varietate de soluţii constructive de rezervoare. Clasificarea lor se poate face după numeroase criterii, urmând a se trata numai criteriile de clasificare determinante.

a) După poziţia faţă de suprafaţa solului, se deosebesc:

- rezervoarele de suprafaţă (rezervoarele supraterane), din categoria cărora fac parte rezervoarele montate direct pe sol sau deasupra solului (supraînălţate), precum şi rezervoarele îngropate pe mai puţin de jumătate din înălţimea lor;

- rezervoarele semiîngropate, din categoria cărora fac parte rezervoarele îngropate pe mai mult de jumătate din înălţimea lor, fară ca nivelul maxim al produsului depozitat să depăşească înălţimea de 2 m faţă de suprafaţa solului;

- rezervoarele îngropate, din categoria cărora fac parte rezervoarele în care nivelul maxim posibil al produsului depozitat se află cu 0,2 m sub nivelul solului.

b) După forma geometrica:

- rezervoare cilindrice verticale (fig. 1.1) sau orizontale (fig. 1.2)

- rezervoare sferice (fig. 1.3);

- rezervoare sferoidale (fig. 1.4);

- rezervoare torosferoidale (fig. 1.5);

- rezervoare paralelipipedice;

- rezervoare de formă specială (fig. 1.6);

c) După capacitatea de depozitare:

- rezervoare de capacitate mică, până la 100 m3, cu capac conic susţinut de o construcţie metalică uşoară;

- rezervoare de capacitate mijlocie şi mare, între 100 m3 şi 50000 m3, cu capac plat pe construcţie metalică cu forme - pentru 100 ... 1000 m3, cu capac conic pe grinzi şi stâlpi de susţinere - pentru 1000 ... 5000 m3 şi cu capac bombat, cu capac în formă de umbrelă sau cu capac plat pe stâlpi - pentru 30000 ... 50000 m3;

- rezervoare de capacitate foarte mare, de peste 50000 m3;

d) După natura materialelor din care se execută:

- rezervoare metalice, cuprinzând rezervoarele sudate şi nituite, cilindrice verticale sau orizontale, sferice, sferoidale şi sub forme şi construcţii speciale;

rezervoare nemetalice, cuprinzând rezervoarele din beton, beton armat, piatră, cărămidă, pământ, materiale plastice obişnuite sau armate etc.;

e) După presiunea interioară maximă de depozitare:

- rezervoare de joasă presiune, denumite şi rezervoare atmosferice, care sunt, în general, rezervoare cilindrice verticale;

- rezervoare de medie presiune, din categoria cărora fac parte, în general, rezervoarele cilindrice orizontale, rezervoarele sferoidale, rezervoarele cilindrice verticale cu capac bombat etc.;

- rezervoare de presiune ridicată, din categoria cărora fac parte rezervoarele cilindrice orizontale de construcţie specială, rezervoarele sferice şi alte rezervoare de construcţie specială.

Fig. 1.1 Rezervoare cilindrice verticale.

Fig. 1.2 Rezervoare cilindrice orizontale.

Fig. 1.3 Rezervorul sferic Fig. 1.4 Rezervorul sferoidal axial simetric

Rezervoarele cilindrice verticale de depozitare atmosferică.

Urmărindu-se formele constructive de rezervoare atmosferice cilindrice verticale, se poate constata o mare varietate a acestora, dintre care cele mai importante sunt: rezervoarele atmosferice cu capac fix (forma capaoului fiind plată, conică sau bombată, denumite şi rezervoare de tip standard; rezervoarele atmosferice cu capac plutitor, de mare şi foarte mare capacitate; rezervoarele atmosferice cu capac respirator (rezervoarele cu capac autoportant fără moment).

Din punct de vedere constructiv, mantaua şi fundul acestor rezervoare se soluţionează în mod identic, de la caz la caz diferind doar construcţia capacului.

Rezervoarele cilindrice verticale cu capac fix sunt rezervoare mult utilizate în practica curentă, datorită simplităţii construcţiei şi problemelor de montaj uşor rezolvabile. Aceste rezervoare sunt echipate cu dispozitive de deservire şi exploatare comune echipamentului obligatoriu al rezervoarelor atmosferice. În figura 1.7 se prezintă, schematic, structurarea constructivă a unui rezervor atmosferic cu capac fix.

În general, aceste rezervoare se compun din fund, manta, construcţie metalică de susţinere şi capac.

Clasificarea acestor tipuri de rezervoare se poate face după mai multe criterii, şi anume:

a) dupa forma capacului:

- rezervoare atmosferice cu capac plat, la care unghiul făcut de capac şi orizontală (α) este mai mic de 3°;

- rezervoare cu capac conic, la care α= 7° ... 15°;

- rezervoare cu capac autoportant, fără moment (fig. 1.8);

- rezervoare cu capac fix şi ecran plutitor rigid cu ponton inelar (fig. 1.9);

- rezervoare cu capac bombat;

b) după construcţia metalică de susţinere a capacului:

– rezervoare cu construcţie metalică de tip ferme şi stâlpi intermediary;

– rezervoare de construcţie metalică de tip ferme şi stâlp central;

– rezervoare cu construcţie metalică autoportantă;

– rezervoare fară construcţie metalică (cu capac autoportant);

c) după modul de realizare constructivă a mantalei:

– rezervoare cu manta d econstrucţie normală, din virole sudate, fie cap la cap, fie telescopice, fie alternante;

– rezervoare cu manta execuatte prin sudare elicoidală;

– rezervoare cu manta realizată din rulouri prefabricate în uzină (cu manta rulată);

d) după modul de rezemare:

– rezervoare montate pe fundaţie continuă din beton – cazul rezervoarelor de mică capacitate;

– rezervoare montate pe fundaţie de tip pat elastic;

– rezervoare montate pe fundaţie elastică cu inel de beton.

Alegerea formei şi dimensiunilor rezervorului

La alegerea formei rezervorului trebuie să se ţină seama de o serie de factori printre care:

- fluxul tehnologic pe care îl deserveşte;

- suprafaţa în plan disponibilă pentru amplasare;

- proprietăţi structurale, starea de eforturi;

- tehnologia de execuţie şi nu în ultimul rând preţul decost.

Criteriul de economicitate este condiţionat de minimizarea suprafeţei peretelui recipientului şi de optimizarea stării de eforturi din perete. Din acest punct de vedere se recomandă forma în plan circulară. Dacă, totuşi, din motive de altă natură (funcţională, tehnologică, amplasare etc.) se adoptă forma dreptunghiulară, se recomandă ca raportul laturilor să fie cât mai aproape de l, forma ideală din acest punct de vedere fiind cea pătrată, care asigură limitarea efectelor de torsiune generală sub acţiunea seismică.

La alegerea soluţiei prefabricate a pereţilor rezervoarelor paralelipipedice (dacă o asemenea soluţie se impune) este obligatorie prevederea următoarelor măsuri:

- zonele de colţ şi de legături (rosturi verticale) se vorexecuta în soluţie monolită;

- dimensionarea şi alcătuirea rostuirilor se va face având labază verificări experimentale concludente.

Înălţimea rezervorului este dictată în primul rând de considerente de ordin funcţional. Astfel pentru rezervoarele de apă potabilă înălţimea se va alege între 2 m şi 6 m (până la 11 m în cazuri excepţionale). Din punct de vedere al stării de eforturi şi asigurarea etanşeităţii se recomandă să se adopte înălţimi ale peretelui cât mai reduse, bineînţeles, în limitele cerinţelor funcţionale şi a terenului pus la dispoziţie.

Dimensiunile în plan ale rezervoarelor se limitează din condiţii de deformaţie şi fisurare. Astfel, pentru rezervoarele cilindrice din beton armat monolit, se recomandă ca diametrul să nu fie mai mare de 25-30 m. La rezervoare cilindrice cu pereţi prefabricaţi precum şi la rezervoarele precomprimate radial, diametrele se pot alege până la 60 m.

La alegerea formei radierului şi fundaţiilor se va urmări:

- libera deplasare din contracţie;

- evitarea schimbărilor bruşte de secţiune:

- asigurarea condiţiilor optime de executare a hidroizola-ţiilor şi a protecţiilor anticorosive;

- adaptarea unei forme care asigură scurgerea apei la golire.

Prevederi privind alcătuirea constructivă

Alcătuirea constructivă a rezervoarelor trebuie să asigure preluarea în bune condiţii a solicitărilor care apar în timpul execuţiei şi exploatării rezervorului, în condiţii de etanşeitate.

Grosimea pereţilor exteriori se stabileşte prin calcul, dar nu va putea fi mai mică de:

- 15 cm pentru pereţii din elemente prefabricate cu înălţimea h = 4 m;

- 17 cm pentru pereţii din elemente prefabricate cu înălţimea h = 6 m;

-19 cm pentru pereţii din elemente prefabricate cu înălţimea h = 6 m.

La alcătuirea rezervoarelor din beton armat, monolite sau prefabricate, respectiv cu radier monolit şi cu suprastructura prefabricată, apare ca necesara prevederea unor rosturi, care pot fi de mai multe tipuri:

- rosturi de contracţie, de lucru, sau de tasare, prevăzute înradier;

- rosturi verticale în pereţi, respectiv rosturi de îmbinare aprefabricatelor de perete;

- rosturi orizontale, de legătură între perete-fundaţie (radier).

Îngroşarea elementelor prefabricate de perete, spre zona rostului de îmbinare vertical, va fi de minim 20 cm.

Alcătuirea rosturilor permanente trebuie să asigure etanşeitatea rezervorului, în concordanţă cu ipotezele de calcul şi compatibilitate cu deformaţiile elementelor, atât în timpul executării lucrării, cât şi pe durata exploatării. La alegerea materialului de etanşare se va ţine seama de natura lichidului înmagazinat.

Realizarea pereţilor

In funcţie de mărimea şi forma rezervorului, se adoptă una din soluţiile de realizare a peretilor, in tronsoane orizontale sau în tronsoane verticale.

Varianta cu tronsoane orizontale fără refolosirea cofrajelor

Observaţie

Această variantă se utilizează de regulă pentru rezervoare de capacităţi mici si mijlocii.

Tehnologia acestei variante presupune cofrarea integrală a feţei interioare a peretelui rezervorului. Faţa exterioară se cofrează progresiv, cu panouri de cca.1,00 m înaltime, montate pe măsura punerii in lucrare a betonului.

Principalele operaţii tehnologice sunt urmatoarele:

montarea cofrajului pe faţa interioară a peretelui (poate fi cofraj din lemn sau metal);

verificarea si asigurarea stabilităţii si verticalităţii acestui cofraj;

montarea armăturii şi a pieselor ce rămân înglobate în beton (teci, plăcuţe metalice, etc.);

montarea panourilor pe tronsonul I al feţei exterioare;

verificarea verticalităţii cofrajului în ansamblu, a stabilităţii şi etanşeităţii lui;

betonarea primului tronson; aceasta se face continuă şi în straturi de cca. 50 cm, betonul compactându-se cu mare atenţie;

Observaţie

Dacă intervalul de betonare între două straturi depăşeşte 2 ore, se tratează suprafaţa betonului vechi prin udare abundentă cu apă, se aşteaptă zvântarea, apoi se aplică un strat de mortar de ciment (1 … 2 cm grosime), cu dozajul 1:3.

montarea panourilor pe tronsonul al doilea al feţei exterioare şi betonarea acestuia, ş.a.m.d.;

decofrarea pereţilor rezervorului (aceasta nu se realizează de regulă mai devreme de 14 zile);

protejarea betonului prin menţinerea umidităţii (se face până la 28 zile, iar dacă este vânt sau soare, feţele pereţilor se protejează cu prelate);

Această metodă implică manoperă mare şi blocarea unui număr însemnat de panouri de cofraj în şantier.

Varianta cu tronsoane orizontale cu refolosirea cofrajelor

(cofraje păşitoare)

Această variantă presupune refolosirea cofrajelor pe nivele de betonare (de regulă un rezervor are 2 … 3 nivele de betonare).

Principalele operaţii tehnologice sunt următoarele:

montarea cofrajului pe faţa interioară a peretelui, pentru primul nivel de betonare;

montarea armăturii şi a pieselor înglobate;

montarea cofrajului pe faţa exterioară a peretelui, pentru primul nivel de betonare;

asigurarea verticalităţii, stabilităţii şi etanşeităţii cofrajului pentru primul nivel de betonare;

punerea în lucrare a betonului în primul nivel de betonare, cu compactarea atentă a acestuia;

aşteptarea obţinerii rezistenţei minime de decofrare a nivelului I de betoane;

demontarea cofrajului de pe nivelul I de betonare;

curăţarea şi spălarea abundentă cu apă a zonei betonate vechi peste care se betonează nivelul II;

după zvântare, pe această suprafaţă se aplică un strat de mortar de ciment de (1 … 2 cm grosime), cu dozaj 1: 3

Varianta cu tronsoane orizontale

Pentru această variantă se pot utiliza cofraje demontabile (manoperă mare) sau sisteme de cofraje rulante (panourile mari având înalţimea rezervorului şi deplasându-se pe orizontală pe o cale proprie de rulare).

Dacă se folosesc panouri demontabile, operaţiunile tehnologice sunt urmatoarele:

montarea cofrajului pe tronsonul I, la faţa interioară a peretelui, pe toată înaţtimea acestuia şi asigurarea stabilităţii cofrajului;

montarea armăturilor şi a pieselor înglobate (inclusiv a piesei de etanşare dintre tronsoanele verticale);

montarea unui cofraj pe faţa exterioară a peretelui, cu înalţimea de 1,00 m;

betonarea acestei zone cofrate;

montarea cofrajului exterior de cca. 1,00 m, pentru a doua zona de betonare, ş.a.m.d.

Observaţie

Pentru reluările betonărilor, se procedează la prevederea straturilor de mortar de ciment de 1 … 2 cm grosime, cu dozaj 1:3.

Dacă se foloseste sistemul la care se cofrează pereţii rezervorului din tronsonul I pe toată înalţimea sa, betonarea se realizează cu un jgheab mobil deplasat pe cofraj şi alimentat din benă, sau cu pompa.

Observaţie

Între tronsoanele verticale se prevăd rosturi verticale cu laţimea de 15 … 30 cm. În aceste rosturi se poziţioneaza o tablă cu profil ondulat din cupru, încastrată în tronsoanele adiacente 20 … 30 cm.

Rostul se betonează la cca. 30 zile după realizarea pereţilor rezervorului.

Executare pereti monoliti

a) turnare dupa inele orizontale cu cofraj refolosibil mobil pe verticala;

b) turnarea pe tronsoane verticale cu cofraj refolosibil deplasat pe orizontala

Procedeul Mo-Ta-La elimină dezavantajul consumului sporit de materiale şi

nu necesită mărirea grosimii peretelui rezervorului. Fasciculele aşezate pe faţa

exterioară a peretelui, se ancorează într-o singură bară metalică verticală cu

diametrul minim de 70 mm. În timpul pretensionării unui fascicul, acesta este

susţinut de penduli aşezaţi din loc în loc. După pretensionare, efortul din fascicul se

transmite peretelui, treptat, pendul cu pendul, presele menţinându-se sub presiune

constantă pentru a compensa diferenţele de alungire. Fasciculele se protejează cu

mortar de ciment.

Procedeul Mo - Ta –La

1 – bara verticala de ancoraj; 2 – presa; 3 – pendul contrafrecarii

3. prin înfăşurare continuă a sârmelor pe exteriorul peretelui rezervorului

Acest procedeu se utilizează pentru rezervore de mari dimensiuni (10-45 m

diametru şi 10 m înălţime), prin înfăşurarea unei sârme de 2…5 mm din oţel

superior. Tensionarea se realizează prin diferite sisteme de maşini cu unul sau două

cărucioare. La cel cu două cărucioare, unul se deplasează pe marginea superioară a

peretelui, iar celălalt este suspendat şi realizează înfăşurarea sub tensiune a

sârmei. Înfăşurarea se face de sus în jos cu o viteză de 20, 40 sau 60 m/min. Din loc

în loc sârma se prinde de peretele rezervorului, pentru ca în cazul ruperii sârmei sau

la terminarea unui colac să nu se producă desfăşurarea completă. Înfăşurarea se

poate face pe baza unui program care fixează distanţa între spire şi modul de

înfăşurare (într-o treaptă sau mai multe trepte).

Procedeul de înfăşurare în mai multe trepte se aplică pentru a evita apariţia

unor momente de încovoiere respectiv forţe tăietoare mari în porţiunea de trecere

de la partea înfăşurată la cea neînfăşurată, ceea ce ar putea conduce la forfecarea

orizontală a peretelui rezervorului. Protecţia sârmelor se realizează cu ajutorul unui

mortar torcretat în grosime de 25-30 mm; în cazul mai multor straturi suprapuse de

armături, peste fiecare strat se aplică mortar torcretat de 10 mm grosime. Dacă

golurile prevăzute în peretele rezervorului sunt mici (100-200 mm), înfăşurarea se

continuă peste ele, ulterior sârmele deviindu-se ca să ocolească aceste goluri.

Golurile mari necesită întreruperea înfăşurării.

Avantajele acestui procedeu constau în simplificarea operaţiunilor de armare şi

betonare a peretelui rezervorului, utilizarea raţională a oţelului de înaltă rezistenţă,

absenţa frecărilor, reducerea manoperei, şi altele.

Schema infasurare sarma tensionata

1 – carucior superior; 2 – carucior suspendat; 3 – colac de sarma; 4 – sarma

pretensionata; 5 – lant Gall; 6 – reazem central; 7 - scara