REZERVOARE

REZERVOARE1. DefiniiePrin rezervoare se neleg recipientele avnd capaciti de depozitare mai mari de 3 m3, forme i dimensiuni variate i diferite, executate din diferite materiale i destinate recepionrii, depozitrii, desfacerii i prelucrrii tehnologice a diferitelor produse n stare lichid sau semilichid. Recipientele cu capaciti reduce (de obicei, ntre 3 m3 si 100 m3), destinate transportului diferitelor medii aflate n stare lichid sau semilichid, se numesc cisterne.n cadrul unei anumite variante de depozitare, alegerea tipului corespunztor de rezervor se face n funcie de mai muli factori, dintre care cei mai importani sunt urmtorii: condiiile de lucru impuse i condiiile climatice; caracteristicile constructive ale rezervoarelor de diferite tipuri; indicatorii tehnico-economici ai proiectrii, construciei, montajului i exploatrii (ntreinerii) rezervoarelor;Din punctul de vedere al condiiilor de lucru, rezervoarele trebuie s corespund urmtoarelor cerine; s fie impermeabile i etane n raport cu produsul depozitat; s nu se aprind, s fie durabile i puin sau de loc sensibile la aciunea chimic, electrochimic sau mecanic a produsului depozitat; s permit o uoar curare de depuneri, precipitri sau decantri; s fie prevzut cu echipamentul necesar, coreapunztor att umplerii (ncrcrii), ct i golirii (descrcrii) lor; s asigure o perfect securitate a depozitrii produsului; s fie eoonomice n exploatare i usor de deservit, supravegheat, controlat etc.Avnd n vedere caracteristicile constructive, rezervoarele trebuie s corespund urmtoarelor cerine: soluiile constructive adoptate i formele rezervoarelor s fie simple, iar n cazul rezervoarelor cilindrice verticale, s asigure posibilitatea montrii i funcionrii corecte a capacelor plutitoare, ecranelor plutitoare etc.; capacitatea lor de depozitare s fie optim; construcia rezervoarelor s permit executarea i montarea rapid a tuturor elementelor lor componente, iar dimensiunile semifabricatelor s se nscrie n limitele gabaritelor transportabile pe drumuri, osele auto, autostrzi, calea ferat etc.; dimensiunile rezervoarelor i ale elementelor lor componente s fie tipizate; s fie folosite, la maximum i n mod efectiv, caracteristicile mecanice ale materialelor de construcie, fra a diminua capacitatea portant a rezervorului, asigurndu-se, astfel, un consum specific de metal minim.Indicatorii tehnico-economici ce se pot meniona, n cazul rezervoarelor sunt: costul rezervorului propriu-zis; costul instalaiilor anexe ale parcului de rezervoare (instalaiile de protecie, prevenire i combatere a incendiilor; conducte tehnologice; conducte de ap i canalizare; conducte de nclzire etc.), bineneles, raportal la fiecare rezervor n parte; consumul de metal (n special sub form de tabl i profiluri); consumul de beton i de beton armat; volumul lucrrilor de construcie etc.

2. Clasificarea rezervoarelor Construcia de rezervoare, de diferite tipuri, forme i dimensiuni, s-a dezvoltat, pe plan mondial, n concordan cu cerinele activitii industriale n diferite domenii, n pas cu tehnica modern.S-a ajuns, astfel, s se dispun de o mare varietate de soluii constructive de rezervoare. Clasificarea lor se poate face dup numeroase criterii, urmnd a se trata numai criteriile de clasificare determinante.a) Dup poziia fa de suprafaa solului, se deosebesc:-rezervoarele de suprafa (rezervoarele supraterane), din categoria crora fac parte rezervoarele montate direct pe sol sau deasupra solului (supranlate), precum i rezervoarele ngropate pe mai puin de jumtate din nlimea lor;-rezervoarele semingropate, din categoria crora fac parte rezervoarele ngropate pe mai mult de jumtate din nlimea lor, far ca nivelul maxim al produsului depozitat s depeasc nlimea de 2 m fa de suprafaa solului;-rezervoarele ngropate, din categoria crora fac parte rezervoarele n care nivelul maxim posibil al produsului depozitat se afl cu 0,2 m sub nivelul solului.b) Dup 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 form special (fig. 1.6); c) Dup capacitatea de depozitare:-rezervoare de capacitate mic, pn la 100 m3, cu capac conic susinut de o construcie metalic uoar;-rezervoare de capacitate mijlocie i mare, ntre 100 m3 i 50000 m3, cu capac plat pe construcie metalic cu forme - pentru 100 ... 1000 m3, cu capac conic pe grinzi i stlpi de susinere - pentru 1000 ... 5000 m3 i cu capac bombat, cu capac n form de umbrel sau cu capac plat pe stlpi - pentru 30000 ... 50000 m3;-rezervoare de capacitate foarte mare, de peste 50000 m3;d) Dup natura materialelor din care se execut:-rezervoare metalice, cuprinznd rezervoarele sudate i nituite, cilindrice verticale sau orizontale, sferice, sferoidale i sub forme i construcii speciale;- rezervoare nemetalice, cuprinznd rezervoarele din beton, beton armat, piatr, crmid, pmnt, materiale plastice obinuite sau armate etc.; e) Dup presiunea interioar maxim de depozitare:-rezervoare de joas presiune, denumite i rezervoare atmosferice, care sunt, n general, rezervoare cilindrice verticale;-rezervoare de medie presiune, din categoria crora fac parte, n general, rezervoarele cilindrice orizontale, rezervoarele sferoidale, rezervoarele cilindrice verticale cu capac bombat etc.;-rezervoare de presiune ridicat, din categoria crora fac parte rezervoarele cilindrice orizontale de construcie special, rezervoarele sferice i alte rezervoare de construcie special.

Fig. 1.1 Rezervoare cilindrice verticale.

Fig. 1.2 Rezervoare cilindrice orizontale.

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

3. Rezervoarele cilindrice verticale de depozitare atmosferic.Urmrindu-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 plat, conic sau bombat, denumite i rezervoare de tip standard; rezervoarele atmosferice cu capac plutitor, de mare i foarte mare capacitate; rezervoarele atmosferice cu capac respirator (rezervoarele cu capac autoportant fr moment).Din punct de vedere constructiv, mantaua i fundul acestor rezervoare se soluioneaz n mod identic, de la caz la caz diferind doar construcia capacului.Rezervoarele cilindrice verticale cu capac fix sunt rezervoare mult utilizate n practica curent, datorit simplitii construciei i problemelor de montaj uor rezolvabile. Aceste rezervoare sunt echipate cu dispozitive de deservire i exploatare comune echipamentului obligatoriu al rezervoarelor atmosferice. n figura 1.7 se prezint, schematic, structurarea constructiv a unui rezervor atmosferic cu capac fix. n general, aceste rezervoare se compun din fund, manta, construcie metalic de susinere i capac.Clasificarea acestor tipuri de rezervoare se poate face dup mai multe criterii, i anume:a) dupa forma capacului:-rezervoare atmosferice cu capac plat, la care unghiul fcut de capac i orizontal () este mai mic de 3;-rezervoare cu capac conic, la care = 7 ... 15;-rezervoare cu capac autoportant, fr moment (fig. 1.8);-rezervoare cu capac fix i ecran plutitor rigid cu ponton inelar (fig. 1.9);-rezervoare cu capac bombat;b) dup construcia metalic de susinere a capacului: rezervoare cu construcie metalic de tip ferme i stlpi intermediary; rezervoare de construcie metalic de tip ferme i stlp central; rezervoare cu construcie metalic autoportant; rezervoare far construcie metalic (cu capac autoportant);c) dup modul de realizare constructiv a mantalei: rezervoare cu manta d econstrucie normal, din virole sudate, fie cap la cap, fie telescopice, fie alternante; rezervoare cu manta execuatte prin sudare elicoidal; rezervoare cu manta realizat din rulouri prefabricate n uzin (cu manta rulat);d) dup modul de rezemare: rezervoare montate pe fundaie continu din beton cazul rezervoarelor de mic capacitate; rezervoare montate pe fundaie de tip pat elastic; rezervoare montate pe fundaie elastic cu inel de beton.

Rezervoare din beton armat Rezervoare metalice Rezervoare din beton armat prefabricat4. Alcatuire si armare Proiectarea rezervoarelor din beton necesit s se acorde atenie nu numai la cerinele de rezisten, dar la cerinele de intretinere. Un rezervor bine conceput trebuie s fie n msur s reziste la sarcinile aplicate, fr fisuri, care ar permite scurgeri. Obtinerea unui rezervor sigur din punct de vedere structural si care nu va curge, se realizeaz prin utilizarea unei cantitati si distributii de armare respectiv spaierea corect i detalierea rosturilor de construcie, precum i utilizarea de beton de calitate folosind practici adecvate de construcie.1. Cantitatea, dimensiunea, i distana dintre bare de armare are un mare efect asupra gradului de fisurare.2. Cantitatea de armare utilizata trebuie s asigure rezistenta si funcionarea, inclusiv efectele de temperatur i contracie.3. Proiectantul trebuie s furnizeze detalii adecvate pentru a se asigura c fisurarea va avea loc in rosturi i c rosturile sunt n mod corespunztor izolate la scurgerie.4. Dimensiunea barelor ar trebui s fie aleasa cunoscnd faptul c fisurarea poate fi mai bine controlat prin utilizarea unui numr mai mare de bare de diametre mici, dect mai puine bare cu diametru mai mare.5. Distana dintre bare ar trebui s fie limitat la un maxim de 30 cm.6. Acoperirea minim de beton pentru armarea n peretele rezervorului trebuie s fie de cel puin 5 cm.7. Grosimea peretelui trebuie s fie suficient pentru a impiedica fisurarea betonului. n cazul n care betonul se fisureaza, inelul de oel trebuie s fie n msur s preia toata tensiunea.8. Este de dorit s se utilizeze un oel cu rezistenta admisibila mai mare, astfel nct mai puin de oel este utilizat, rezultnd ntr-o mai mica impiedicare a contracilor i tensiuni mai mici de intindere n beton.9. Lungimea necesar a imbinarii este o funcie de mai muli factori. Lungimea depinde de clasa de imbinare cerute, acoperirea, distana dintre bare adiacente, precum i dimensiunea de bara. Ali factori care afecteaz lungimea de jontare includ: tipul de beton utilizat (uor sau normal), acoperire barelor, precum i cantitatea de beton turnat sub bara. Acoperisurile si radierele se armeaza ca placi izolate sau plansee. Grosimea minima a placii pentru radiere tip planseu ciuperca este de 15-20 cm functie de distanta dintre stilpi (3-4 m). Se asaza pe un strat de 5-10 cm de beton de egalizare cu panta 1% spre punctul de golire.Peretii se pot executa cu grosime variabila (10-20 cm), dublu armati (pentru alternanta incarcarilor). Pentru usurinta executiei se poate pastra grosimea constanta, micsorind procentul de armare pe inaltime prin micsorarea numarului de bare.

5. Rezervoare cilindriceIn cazul rezervoarelor mici (r=2,5m), acoperisul si radierul se pot executa sub forma unor placi plane circulare. Peretii cilindrici se pot calcula fara a tine seama de legatura cu acoperisul si radierul, determinindu-se numai efortul inelar n = pRunde: p- impingerea pamintului sau a apei R- raza rezervoruluiIn cazul rezervoarelor mici (r=2,5m), acoperisul si radierul se pot executa sub forma unor placi plane circulare. Peretii cilindrici se pot calcula fara a tine seama de legatura cu acoperisul si radierul, determinindu-se numai efortul inelar n = pR.Unde: p- impingerea pamintului sau a apei R -raza rezervoruluiLa rezervoare cu diametre intre 5-30m acoperisul se executa sub forma unei cupole, de obicei sferice.

Cupola poate fi simplu rezemata sau monolitizata cu peretii. Radierul se poate executa sub forma unei placi plane, grinzi inelare sau cupola rasturnata, functie de caracteristicile terenului de fundare.Rezervoarele cilindrice mari sunt prevazute cu stilpi intermediari transformindu-se in plansee ciuperca (asemanator si rezervoarele intermediare cu inaltime limitata).

Calculul peretilor rezervoarelor cilindrice se face in ipotezele teoriei elasticitatii, la actiunea impingerii apei, respectiv pamintului. Calculul unui perete cilindric incastrat, rezemat sau articulat de radier sub actiunea presiunii apei se face folosind metoda eforturilor. Sistemul de baza se obtine prin sectionarea peretelui la nivelul legaturii cu placa de baza. Pentru ca sub actiunea presiunii apei placa de baza si conturul peretelui sa aiba aceleasi deformatii asupra lor trebuie sa actioneze o forta orizontala radiala r si un moment m uniform distribuite.

Se calculeaza eforturile n0 produse in sistemul de baza de catre incarcarea exterioara si nr=1 , nm=1 de catre necunoscutele unitare.Eforturile finale se calculeaza din relatii de forma:n = n0 + r*nr=1 +m*nm=1

6. Rezervoare precomprimateImpingerea pamintului produce o precomprimare naturala a peretilor rezervoarelor, mai puternica in conditiile in care sectiunea verticala este tronconica. Peretele rezervorului se realizeaza in general cu grosime constanta, cu precomprimare pe orizontala (la rezervoare mari si pe verticala).Pentru reducerea momentelor de incovoiere din imbinarea perete radier se recomanda realizarea unei rezemari alunecatoare.

Moduri de precomprimarePrecomprimarea cu bare sau fascicule izolate Barele sau fasciculele folosite se fragmenteaza pentru a reduce pierderile de tensiune prin frecare. Capetele armaturii se ancoreaza decalat de la un rind la altul pentru a obtine o precomprimare cit mai uniforma.

Precomprimarea prin infasurare La rezervoare de dimensiuni mari se foloseste precomprimarea prin infasurare sub tensiune a unei sirme de otel superior cu 2-5 mm. Se utilizeaza 2 carucioare, unul se deplaseaza pe coronament iar celalalt, suspendat, efectueaza infasurarea.

Din loc in loc sirma se prinde de peretele rezervorului pentru ca in cazul ruperii sa nu se produca o desfasurare completa. Protectia sirmelor de pretensionare se face prin torcretate.

Principalele avantaje sunt: simplificarea operatiunilor de armare si betonare, utilizarea mai rationala a otelului de inalta rezistenta, reducerea manopereiCalculul peretilor cilindrici precomprimati distributia optima a armaturii de precomprimare pe inaltimea peretelui starea de eforturi in sectiunea precomprimarii eforturi secundare temporare si permanente datorate precomprimariiPrecomprimarea pe orizontala are ca scop reducerea eforturilor de intindere n produse de presiunea lichidului. Precomprimarea poate sa fie: conforma pa = pp . Daca rezervorul este plin, in pereti nu apar eforturi:

afina in concordanta cu variatia incarcarii. Este mai economica. In cazul rezervorului gol eforturile sunt mai mici ca in cazul anterior dar, in cazul rezervorului plin nu se ajunge la eforturi nule in pereti.

7. Rezervoare prefabricate

Prin prefabricare se obtin reduceri importante la consumul de materiale (15-20% la beton, 10-15% la otel) si manopera (25-30%). De asemenea se reduc termenele de executie.Se prefabrica mai ales peretii si acoperisurile.Peretii se pot realiza in 2 variante: din panouri cu rosturi verticale din panouri cu rosturi verticale si orizontaleRosturile dintre panourile verticale sunt: 1. de grosime redusa (1-5 cm)Se utilizeaza in general la peretii asamblati prin precomprimare. Necesita volum mic de beton turnat pe santier, determina deformatii inelare reduse, reduc timpul intre inchiderea rosturilor si inceperea precomprimarii.2. puternic evazate ( 10 cm). Se pot utiliza betoane de consistenta plastica pentru inchiderea lor. Acoperirea rezervoarelor se poate face cu cupole din elemente prefabricate sau, daca acoperisul reazema pe stilpi intermediari, cu chesoane de latime variabila sau grinzi T precomprimate cu talpa de latime variabila.

8. Consideratii constructiveO atentie deosebita trebuie acordata asigurarii impermeabilitatii.Permeabilitatea oricarui beton uniform i bine compactat de reteta data depinde n principal de raportul apa-ciment: reterea raportului ap-ciment, implica cretere n permeabilitatea iar reducerea excesiva a raportului apa-ciment poate cauza dificulti de compactare. Pentru un amestec dat, exist o limit inferioar pentru raportul apa-ciment. Este eseniala selectarea unui amestec compatibil cu agregate disponibile, ale cror forme de particule i calitati pot avea o influen important asupra lucrabilitatii, si care trebuie s fie adaptate la mijloacele de compactare selectate. Este de dorit s se impuna un coninut de ciment suficient de mare pentru a se asigura c compactarea temeinic este obinut meninnd n acelai timp un raport suficient de sczut de ap-ciment. Cantitatea de ciment trebuie s se incadreze intre 330 kg/m3 de beton (din cerinte de rezistenta) si 530 kg/m3 de beton pentru a menine o contracie sczut.n seciunile groase este de obicei admisibila o reducere a coninutului de ciment pentru a limita creterea temperaturii datorate hidratarii cimentului.Impermeabilitatea crete cu vrsta de beton i este mbuntit prin perioade lungi de intarire umeda.

9. Controlul fisurariiFisurarea poate fi cauzata de blocarea contraciilor i dilatarii datorate temperaturii sau efectelor umiditatii betonului. O astfel de blocare poate fi cauzat de: interaciunea dintre armatura si beton n timpul contracie din cauza uscarii. condiiile de margine. condiiile difereniale predominante in masive de beton de grosimea mare. Utilizarea barelor de dimensiuni mici plasate n mod corespunztor, duce la fisuri mai apropiate, dar de deschidere mai mic.Riscul de fisurare ca urmare a efectelor de temperatur i de contracie pot fi reduse prin limitarea schimbri n coninutul de umiditate i temperatur la care structura n ansamblul su este supusa. Riscul de fisurare poate fi, de asemenea, minimizat prin reducerea blocajelor in extinderea liber a structurilor cu perei lungi sau fundate pe placi la sau sub nivelul solului, blocaje care pot fi minimizate prin asigurarea unui strat de alunecare. Acest lucru poate fi asigurat prin fundarea structurii pe un strat de beton plan, cu interpunerea unor materiale de rupere a legturii i de a facilita micarea.n cazul n care lungimea de structur este mare ar trebui s fie mprita n lungimi potrivite separate prin rosturi de miscare, n special n zonele unde seciunile se schimba.n cazul n care structurile stocheaza lichide fierbini, ar trebui s fie luate n considerare tensiunile cauzate de diferena de temperatur ntre interiorul i exteriorul rezervorului.Coeficientul de dilatare ca urmare a schimbrilor de temperatur poate fi luat ca 11 x 10-6 / C i coeficientul de contracie poate fi luat ca 450 x 10-6 pentru contracia iniial i 200 x 10-6 pentru contracia la uscare.10. Tipuri de imbinari ale peretilorComportamentul structural al peretilor rezervorelor, sub aciunea presiunii hidrostatice variaz n funcie de tipul de legatura ntre perete i alte elemente (placa de baz i acoperi dac este cazul). Exist trei tipuri principale de imbinari: libere (sau glisante), fixe i articulate. n practic, pot fi analizate combinatii ale acestor cazuri.1. Imbinare libera (alunecatore)Nu se impiedica micarea peretelui datorata presiunii de lichid

Pentru acest tip de imbinare linia elastic a peretelui este o linie dreapt i peretele rezist presiunii lichidului doar prin aciune inelara orizontala. Nu apar tensiuni nedeterminate. Pentru a asigura impermeabilitatea la ap n imbinare, poate fi introdusa o band de cupru in inbinarea dintre perete i podea.2. Incastrare (mbinare continu) n acest caz, nu se permite nici o deplasare intre perete si baz (sau acoperis). Peretele va prelua presiunea lichidului parial prin inel i parial prin consol (rezistenta combinata cu benzi verticale i orizontale). Apare un moment de legtur ntre perete i baz. Pentru a obine fixarea necesara, armarea verticala se extinde n ntreaga imbinare.

3. Imbinarea articulata

Pentru evitarea transmiterea momentului ntre perete i baz se folosesc articulatiile care permit rotaia.Un perete rigid conectat la baza poate fi considerat articulat dac solul de dedesubt este susceptibil s se roteasc.n rezervoarele circulare adinci, cu perete conectat rigid la podea, presiunea lichidului va fi, preluata n principal printr-o aciune a inelului. Datorit fixarii peretelui la podea, deplasarea orizontal a peretelui, la baza, nu poate fi pe deplin dezvoltata i presiunea preluata prin aciunea inelara se va reduce la zero in punctul de fixare.O mic parte din presiunea lichidului de la baza peretelui, care nu a fost preluata n direcie orizontal printr-o aciune inelara va fi preluata n direcie vertical printr-o aciune de tip consola, actiune care determna aparitia de momente de ncovoiere n perete. n acest caz, tensiunea maxim in inel, T are loc la 0.8 - 0.9 H i este Tmax = 0.80 - 0.90 HR.Alte tipuri de mbinri la rezervoare de apDiferitele tipuri de rosturi pot fi clasificate n trei categorii:a) Rosturi de miscareb) Rosturi de construciec) Rosturi temporare deschise.a) Rosturi de miscare: Acestea necesit ncorporarea de materiale speciale, n scopul de a menine etanseitatea n timp ce permit micarea relativ ntre prile laterale ale rostului. Toate rosturile de miscare sunt n esen, articulatii flexibile. Rosturile de miscare sunt de trei tipuri(i) Rosturi de contracie(ii) Rosturi de de expansiune (iii) Rosturi de alunecare.(i) Rosturi de contracie: Un rost de contracie este un rost de micare tipic, care permite contractia betonului. Poate fi fie un rost de contracie complet, n care exist o discontinuitate att in beton cit i in oel, sau poate fi un rost de contracie parial, n care exist o discontinuitate a betonului, dar armatura este continua. n ambele cazuri, nu exist un spatiu iniial in rost, doar discontinuitatea realizata n timpul construciei. n primul tip se introduce o barier de etansare n timp ce n al doilea deschiderea rostului este umpluta cu mas de etanare i apoi peliculizata la exterior. O bariera de etansare este o fie din material impermeabil (cum ar fi un metal, policlorur de vinil sau de cauciuc). (ii) Rostul de expansiune: Acesta este un rost micare cu discontinuitate complet att n armatura cit i beton, i este destinat s permita fie extinderea fie contracia structurii. n general, un astfel de rost necesit prevederea unui decalaj iniial ntre pri adiacente ale unei structuri. Decalajul este umplut iniial cu o foaie compresibila sau benzi de materiale folosite ca distaniere. Cu un spatiu iniial de 30 mm, expansiunea sau contracia maxim pe care materialele de adaos o pot permite poate fi de ordinul a 10 mm. Umpluturi de rost disponibile n prezent nu pot, prin ele nsele funciona ca rosturilor de dilataie impermeabile. Ele pot fi privite ca distaniere pentru a oferi spatiu ntr-un rost de expansiune atunci cnd rostul este traversat de un element de etansare.

(iii) Rosturi de alunecare: sunt rosturi cu discontinuitate complet n armare si beton care se fac special pentru a facilita micarea relativ.

b) Rosturi de construcie

Sunt rosturi n beton introduse pentru facilitarea execuiei, la care se iau msuri speciale pentru a realiza continuitatea ulterioara fr permiterea micrii relative. Este, prin urmare, un rost rigid n contrast cu un rost de micare, care este flexibil. Trebuie luat n considerare limitarea numrului de astfel de rosturi i de a nu permite posibilitatea de infiltrare prin ele, ntr-un mod similar cu rosturile de dilataie.b) Rosturi temporare deschise: Un rost temporar deschis este un decalaj temporar intre pri ale unei structuri care, dup un interval adecvat i nainte ca structura s fie pus n funciune, este umplut complet cu mortar sau beton, cu includerea materialului de mbinare adecvat. Limea decalajului trebuie s fie suficient pentru a permite prilor s fie pregtite nainte de umplere. n cazul n care sunt luate msuri pentru a menine etaneitatea betonului ulterioare umplerii rostului, acest tip de rost poate fi considerat ca fiind echivalent cu un rost de contractie (parial sau complet).