Siguranta in exploatare a rezervoarelor precomprimate afectate de erori de executie

Rezervoarele sunt constructii speciale destinate inmagazinarii lichidelor si gazelor sub presiune sau a diverselor materiale in stare pulverulenta / granulara (ciment, zahar, mase plastice etc.).

Rezervoarele cunosc un domeniu larg de utilizare in practica, intrucat deservesc multiple procese industriale (fermentatie, decantare, omogenizare, impregnare, inmuiere), cel mai frecvent fiind intalnite in lucrari de alimentare cu apa, canalizari, irigatii, purificarea apelor uzate etc.

Aceasta multitudine de functiuni a impus o gama variata de sisteme constructive, la care se folosesc diverse materiale, procedee si tehnologii de executie.

In cazul rezervoarelor cu inaltimea relativ mare fata de caracteristicile geometrice in plan, forma cilindrica este net avantajoasa, comparativ cu cea prismatica, deoarece in pereti se dezvolta preponderent forte axiale (N_h), exceptie facand zonele situate la extremitati, unde existenta legaturilor de continuitate cu radierul si planseul de acoperire genereaza momente incovoietoare (M_V).

Chiar in situatia cea mai complexa de solicitare cand peretele este incastrat in radier, intrucat cele doua eforturi sectionale actioneaza in planuri diferite, eforturile unitare produse nu se insumeaza algebric, acestea actionand asupra unor sectiuni diferite. Astfel, eforturile unitare normale de intindere, cauzate de efortul N_h, se dezvolta normal pe sectiunile verticale ale peretilor (fig. 1a), necesitand introducerea unei armari orizontale, situata la distante variabile pe inaltime (fig.5), in timp ce tensiunile de intindere si compresiune produse de M_V apar in sectiuni orizontale, impu­nand prevederea armaturilor verticale, echidistante pe lungimea perimetrului. In cazul rezervoarelor prismatice, datorita efectului de cadru in plan orizontal, sub actiunea impingerilor exercitate de la interior sau exterior, apar momente inco­voietoare orizontale M_h (fig. 1b), care genereaza eforturi unitare axiale ce actioneaza aceleasi sectiuni (verticale) ca si tensiunile produse de eforturile N_h. In consecinta, efec­tele celor doua eforturi sectionale se insumeaza algebric, putand determina concentrari importante de tensiuni pe unele din fibrele extreme ale peretilor.

Rezervoarele de medie si mare capacitate, cele mai des intalnite in practica si care prezinta o importanta aparte in cadrul complexelor industriale, devin rationale si totodata realizabile numai atunci cand sunt executate din beton armat si beton precomprimat.

Intrucat pericolul de fisurare in exploatare, cel mai important dezavantaj al betonului armat, poate fi eliminat prin folosirea sistemelor precomprimate, acestea au captat, in foarte scurt timp, atentia specialistilor.

Daca se are in vedere faptul ca forma circulara in plan a rezervoarelor se preteaza cel mai bine diverselor tehnologii de preintindere a armaturilor ce servesc la reali­zarea starilor initiale de tensiuni in beton (fig. 2, 3, 4, 5), este evident motivul pentru care rezervoarele cilindrice din beton precomprimat au cunoscut in practica cea mai larga sfera de raspandire.

Este firesc ca tocmai aceste sisteme constructive sa fie confruntate cu cele mai multe si, totodata, cele mai spectaculoase erori de executie.

Obiectivul cercetarii

Obiectivul cercetarii initiale in cazul de fata a fost inspirat de necesitatea solutionarii rapide si in conformitate cu normele de proiectare si executie, valabile in tara noastra si pe plan euro-international, a unei situatii inedite, care a aparut in procesul de expertizare a mai multor obiective industriale, ce urmau sa fie reabilitate structural si functional (fig. 1). Concret, ne referim la o serie de metantancuri, construite in urma cu trei decenii.

In conditiile actuale, ca urmare a desfasurarii unor actiuni complexe si pe scara nationala de eficientizare a statiilor de epurare, pe baza unor tehnologii moderne, a fost necesar sa se recurga, in prima instanta, la analiza starii tehnice a tuturor componentelor fluxului tehnologic. In cadrul acestora, unele obiective au fost folosite partial sau intermitent, iar altele nu au fost utilizate timp indelungat, din cauza supra­dimensionarii capacitatilor de prelucrare. Pe parcursul desfasurarii activitatii de expertizare, s-au constatat, printre alte erori de executie, o serie de neconcordante intre modul de armare existent si cel preconizat in proiect. Aceasta situatie ridica temeinice semne de intrebare privind posibilitatile de care dispun obiectivele respective, de a prelua, in conditii de siguranta deplina, solicitarile generate de noile echipamente (de regula, avand gabarite sporite) ce urmeaza a fi introduse.

Investigatiile efectuate in teren au urmarit, in principal, identificarea caracteristicilor esentiale de armare, constand, in acest caz, din cabluri postintinse inglobate in peretii obiectivelor (fig. 2, 3). Cu aceasta ocazie, s-a constatat ca pozarea cablurilor orizontale (exista si fascicule verticale – fig. 5), din portiunea cilindrica a recipientilor, s-a facut cu abateri mari fata de prevederile proiectului.

Nu pot fi precizate cauzele care au generat aceasta grava greseala de executie si este hazardat sa se emita pareri asupra factorilor care au favorizat aparitia lor. In momentul de fata, aspectele mentionate sunt neesentiale, importanta fiind doar concluzia ca nerespectarea documentatiei de executie prezinta situatii alarmante din cauza faptului ca distanta dintre cabluri este, pe alocuri, de cateva ori mai mare decat cea consemnata in planse.

Aceste obiective nu se gasesc in stare de avarie si nici nu pre­zinta urme de deteriorare, deoa­rece s-au aflat in exploatare doar o perioada scurta de timp in faza initiala, ca urmare a folosirii statiei la nivel scazut, fata de capacitatea proiectata.

Avand in vedere ca, in ultimele decenii, la noi in tara s-a construit mult si nu intotdeauna conform normelor si documentatiei tehnice aferente, exista o probabilitate destul de ridicata ca in cadrul actiunilor de modernizare a unor obiective similare, sa apara situatii de acelasi gen cu cea semnalata.

Faptul ca, in literatura de specia­litate din tara si strainatate, nu sunt prezentate aspecte asemanatoare nu inseamna ca specialistii in domeniu nu s-au confruntat cu probleme similare, ci doar ca, din diverse motive, nu le-au facut publice.

Caracteristici ale programului de cercetare

Dificultatile practice pe care le implica diagnosticarea starii tehnice a obiectivelor construite, care se gasesc in situatii similare celei semnalate, ne-au determinat sa initiem un program de cercetare complet vizand elaborarea unei metodologii de calcul, capabile sa ofere specialistilor in domeniu conditii favorabile de definire corecta si rapida a nivelului de siguranta in exploatare a rezervoarelor precomprimate, fara a recurge la studii experimentale.

Evaluarea starii de degradare a constructiilor din beton armat si beton precomprimat se face, de regula, apeland la incercari de laborator sau urmarind comportarea in situ a obiectivelor suspectate ca pre­zinta vicii ascunse ale structurii interne.

Aceste operatii necesita timp si cheltuieli materiale insemnate. Folosind astfel de metode pentru a concluziona asupra caracteristicilor reziduale de rezistenta si deformabilitate a constructiilor, se obtin, in majoritatea situatiilor, rezultate neconcludente, afectate de erori generate de diferentele apreciabile dintre conditiile standard si cele inregistrate in procesul de executie sau de extrapolari nejustificate, cum ar fi similitudinea dintre caracteristicile mecanice ale structurilor superficiale si cele prezente in profunzime.

Unele procedee de investigare avansate, capabile sa furnizeze informatii cu un grad de credibilitate sporit, cum ar fi extragerea si incercarea de carote, nu sunt totdeauna aplicabile (cazul recipientilor de inmagazinare a lichidelor sau al conductelor de transport al acestora) si necesita un volum sporit de timp si operatii, ceea ce conduce la cheltuieli insemnate.

Deficientele studiilor experimentale pot fi atenuate, iar rezultatele acestora devin reprezentative, in masura in care informatiile obtinute se preteaza unei prelucrari statistice, metodologie acceptata in momentul de fata fara rezerve, in cadrul activi­tatilor de cercetare stiintifica.

Din acest motiv, preconizam ca evaluarea tensiunilor ce se dezvolta la un anumit nivel de incarcare si de acumulare a erorilor sau greselilor inerente oricarei activitati de executie sa se obtina prin calcul si nu pe cale experimentala.

Aceasta modalitate de solutionare a problemei nivelului de siguranta in exploatare a unor structuri cu un inalt grad de complexitate prezinta suficienta credibilitate, deoarece opera­tiile de determinare a starilor de tensiuni se deruleaza in domeniul elastic care permite aplicarea princi­piului suprapunerii efectelor.

Realismul solutiei propuse consta in faptul ca se bazeaza pe un procedeu simplu si usor de abordat. In esenta, acesta consta in par­curge­rea inversa a etapelor unui proces de proiectare obisnuit.

Datele de intrare ale problemei sunt reprezentate de elementele ce definesc modul concret de alcatuire a unei structuri complexe, unde, in afara de caracteristicile mecanice si geometrice ale constructiei (rezistente mecanice, cantitati de materiale, modul de distributie a acestora in plan si in spatiu), sunt incluse o serie de deficiente acumulate in procesul de executie.

Scopul final al activitatii depuse este de a stabili starile de tensiuni ce se dezvolta in elementele constituente, cu precadere in beton, ca mod de distributie si intensitate, sub diverse tipuri, grupari si marimi de incarcari specifice, identificand starea de solicitare care satisface sau nu exigentele reglementarilor tehnice.

Concluziile rezultate sunt in masura sa defineasca gradul de sigu­ranta in exploatare, sub aspectul marimii intervalului de rezistenta disponibil pana la aparitia fisurilor.

Avantajul modului de abordare propus, sub aspectul conceptual, al costurilor si al duratei cercetarilor, este evident, daca se face comparatia cu procedeele clasice de solutionare a unor aspecte de acest gen si care se bazeaza pe incercari de laborator sau in situ.

Obiectivul stiintific al cercetarii ce va fi intreprinsa consta in definirea corecta si rapida a nivelului de siguranta pe care il prezinta in exploa­tare rezervoarele precomprimate existente, sub aspectul evitarii starii de fisurare.

In acest sens:

• se va elabora un set de programe de calcul cu ajutorul carora va fi posibil sa se efectueze verificari complexe privind siguranta in exploatare a rezervoarelor cilindrice precomprimate cu fascicule inglobate in pereti;

• se va efectua un studiu numeric detaliat al starilor de tensiuni din peretii rezervoarelor, in functie de caracteristicile geometrice si mecanice uzuale pentru astfel de constructii, tinand seama si de modul in care o serie de deficiente grave de executie pot influenta starea de solicitare a rezervoarelor;

• se vor intocmi tabele si grafice capabile sa permita identificarea cu usurinta a gradului de periculozitate prezentat de structurile complexe ce urmeaza a fi analizate din punct de vedere tehnic, in functie de categoria, importanta si gravitatea unor greseli de executie;

• vor fi elaborate recomandari si norme de proiectare, in baza carora se va aprecia pe criterii stiintifice, inca din faza de proiectare, marimea erorilor admisibile ce pot aparea in executie;

• vor fi definite criterii de evaluare a calitatii lucrarilor de executie a rezervoarelor din beton precomprimat si care urmeaza a fi puse la dispozitia specialistilor in domeniu; in baza acestora se vor adopta decizii obiective de diagnosticare a starii tehnice si se vor indica rapid solutii judicioase de reabilitare.

Sub aspectul stadiului actual al cunoasterii in care se gaseste tema propusa, se poate afirma ca subiectul prezinta o importanta deosebita, avand totodata caracter de noutate, deoarece permite evidentierea consecintelor rezultate in urma produ­cerii unor greseli de executie, dupa o anumita perioada de la intrarea in functiune a unor sisteme constructive complexe.

Originalitatea modului de abordare a cercetarii consta in faptul ca nu se urmareste elaborarea unor procedee de remediere a deficientelor constatate, ci identificarea rapida a gradului de insecuritate a unor constructii de importanta deosebita si care nu se preteaza unui studiu experimental, in vederea adoptarii celei mai judicioase solutii de interventie.

Bibliografie

1. Agent R. – Asigurarea calitatii constructiilor din beton prin proiec­tare, Revista „Constructii“ nr. 1, 1992.

2. Bob C. – Verificarea calitatii, sigurantei si durabilitatii construc­tiilor, Editura Facla, Timisoara, 1989.

3. Dima M., – Proiectarea statiilor de epurare, I.P.I., Iasi 1981.

4. Florea N., Patras M., – Beton armat. Calculul si alcatuirea elementelor structurale, Rotaprint, I. P. Iasi, 1991.

5. Gemanar C., Florea N., Mihai P., – Siguranta structurala a construc­tiilor din beton armat, Editura Cermi, Iasi, 2005.

6. *** Ghid privind investigarea starii tehnice a rezervoarelor, decantoarelor si metantancurilor in exploatare – Indicativ GT 052-02.

7. *** Instructiuni tehnice pentru proiectarea si executarea recipientilor din beton armat si beton precomprimat pentru lichide – P73-78.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 25 – aprilie 2007

Autori:
prof. dr. ing. Nicolae FLOREA,
s.l. dr. ing. Petru MIHAI,
Emilia NEAGU – Universitatea Tehnica „Gheorghe Asachi“ Iasi