Nadzór autorski projektanta przy realizacji obiektów, szczególnie tych skomplikowanych, jest zdecydowanie niezbędny.
Fot. 1 | Widoczne przecieki w miejscu powstałych rys od zewnętrznej strony w zewnętrznym płaszczu reaktora (zauważone 10 grudnia)
Fot. 2 | Widoczne iniekcje powstałych rys oraz obszar naprawy przecieków
68
iNŻYNier BudowNictwa
technologie
zewnętrznego i walcowej ściany tego płaszcza. Betonowanie fundamen-tu płaszcza zewnętrznego rozpoczę-to 26 czerwca, narozpoczę-tomiast berozpoczę-tono- betono-wanie ściany płaszcza zewnętrznego
− 2 sierpnia, czyli po 38 dniach po wyko-naniu ławy fundamentowej. Rozszalowa-nie fundamentu zewnętrznego nastąpiło po 5 dniach od chwili rozpoczęcia beto-nowania, natomiast ściany zewnętrznej po 24 dniach od chwili betonowania.
Opis uszkodzeń zbiornika
Podczas przeprowadzania (w grudniu) próby szczelności wykonanego reaktora po wypełnieniu zbiornika wodą do pozio-mu 3,5 m zauważono ślady przecieków na ścianie płaszcza zewnętrznego. Układały się one w regularny ciąg pionowych linii roz-mieszczonych na zewnętrznej powierzchni płaszcza reaktora, w jego dolnej części, wzdłuż całego obwodu. Na fot. 1 poka-zano zarejestrowane podczas sprawdzenia
szczelności wybra-ne miejsca przecie-ków.
Długość zauważo-nych przecieków była różna, nie przekraczała na ogół 1,0 m. Miejsca przecieków tworzy-ły charakterystyczny kształt trójkątów;
najszersze były na dole, przy połącze-niu z fundamen-tem i zanikały stop-niowo ku górze.
Według informacji wykonawcy inten-sywność przecie-ków była niewielka i zmniejszała się w czasie. Miejsca przecieków uwi-doczniły pionowe rysy, wcześniej nie-zauważone.
Uszkodzenia płaszcza zewnętrznego, w postaci pionowych rys, zauważono następnego dnia po rozpoczęciu próby
szczelności − po 166 dniach od momen-tu wykonania fundamenmomen-tu zewnętrznego i 129 dniach od chwili rozpoczęcia beto-nowania płaszcza zewnętrznego (fot. 1).
Zauważone rysy rozpoczynały się od styku płaszcza z fundamentem i rozwijały się w kierunku pionowym na wysokość ok.
1 m. Rozstaw wynosił ok. 1 m, a ich układ był dość regularny wzdłuż całego obwo-du zewnętrznego płaszcza.
Autorzy nie mieli możliwości oszacowania szerokości rozwarcia rys, ponieważ w dniu wizji lokalnej została już zakończona in-iekcja tych rys (fot. 2). Biorąc pod uwagę charakter zauważonych przecieków, moż-na przypuszczać, że ich rozwarcie było największe w dolnej, przyfundamentowej, części płaszcza i zmniejszało się stopniowo ku górze. Istnienie przecieków wskazuje na przelotowy charakter powstałych rys. Na podstawie uzyskanych informacji o niewiel-kiej intensywności przecieków i jej zmniej-szaniu się w czasie można domniemywać, że szerokość rozwarcia rys była niewielka.
analiza przyczyn powstałych uszkodzeń
Na podstawie przeprowadzonych obliczeń kontrolnych można stwierdzić, że przyczyną rys. 1 | Szkic żelbetowego zbiornika oczyszczalni ścieków:
a) rzut zbiornika, b) przekrój porzeczny zbiornika
20
odkształcenie skurczowe w fundamencie odkształcenie skurczowe w płaszczu zbiornika
przyrost odkształcenia skurczowe w fundamencie od chwili rozpoczęcia betonowania płaszcza różnica między odkształceniem skurczowym płaszcza i fundamentu
dni
Przebieg odkształceń skurczowych w fundamencie i płaszczu zewnętrznym reaktora
a)
b)
technologie
powstałych rys nie mogło być jedynie obcią-żenie technologiczne parciem cieczy. Zbior-nik zaprojektowano w ten sposób, że panu-jąca maksymalna siła rozciągapanu-jąca płaszcz zewnętrzny, wywołana parciem cieczy, była mniejsza od siły rysującej, wyznaczonej przy założeniu fazy I. Charakter rys oraz infor-macje na temat terminów betonowania poszczególnych elementów zbiornika skła-niały do postawienia hipotezy, że główną przyczyną powstałych uszkodzeń mógł być skurcz betonu. W celu sprawdzenia tej hi-potezy przeprowadzono analizę
odkształ-ceń skurczowych w fundamencie i ścianie zewnętrznej reaktora w okresie, jaki upły-nął od chwili rozpoczęcia betonowania do dnia, w którym stwierdzono występowanie przecieków. W tab. 1 przedstawiono proce-durę wyznaczania odkształceń wywołanych skurczem betonu według metody wpro-wadzonej do PN-B-03264:2002. Podane w tabeli wartości odnoszą się do płaszcza zewnętrznego zbiornika po 129 dniach od chwili rozpoczęcia betonowania. Zbrojenie obwodowe ściany zmniejsza nieco warto-ści odkształceń, co zostało uwzględnione
w obliczeniach zgodnie z [4]. Podobne obli-czenia przeprowadzono dla pierścienia fun-damentowego po 38 i 166 dniach od chwili rozpoczęcia betonowania fundamentu.
W tab. 2 przedstawiono wartości całkowi-tych odkształceń skurczowych fundamentu i ściany zewnętrznej zbiornika w charak-terystycznych punktach czasowych. Na wykresie pokazano przebieg odkształceń skurczowych w fundamencie i płaszczu zewnętrznym reaktora od momentu rozpo-częcia betonowania fundamentu do chwili zauważenia przecieków.
Nazwa wielkości Wzór Wartość
wytrzymałość charakterystyczna betonu [MPa] fck 30
wytrzymałość średnia betonu [MPa] fcm 38
moduł sprężystości stali Es 200000
średni moduł sprężystości betonu Ecm 32000
moduł sprężystości betonu na rozciągania na początku wysychania Ecm (ts) 32000
wiek betonu w chwili rozpoczęcia wysychania ts 24
współczynnik pełzania φ(∞,to ) 1,6
stosunek modułów sprężystości (stali do betonu) αe (ts) = Es
Ecm(ts) 6,25
stopień zbrojenia As1 ρ1 0,0033
stopień zbrojenia As2 ρ2 0,0033
wiek betonu w rozważanej chwili t 129
współczynnik zależny od rodzaju cementu βsc 5
wilgotność [%] RH [%] 50
miarodajny wymiar przekroju elementu [mm] ho= 2Ao
u 400
funkcja określająca przyrost skurczu w czasie βds (t – ts) = t – ts 0,5
0,35h2o + t – ts
0,135664689
współczynnik zależny od wilgotności względnej powietrza βRH = 1,55
1– RH 3
100 1,35625
końcowe odkształcenie skurczowe betonu od wysychania εcsd ∞ = [160 + βsc (90 – fcm)]∙10-6∙βRH 0,000569625
funkcja określająca przyrost skurczu autogenicznego βas (t) = 1 – e-0,2√t 0,896849206
końcowe odkształcenie skurczu autogenicznego εcsd ∞ = 2,5(fck – 10)∙10-5, 0,00005
odkształcenie skurczowe spowodowane wysychaniem εcsd, ∞ (t,to) = εcsd, ∞ βds (t–to) 0,0000773 odkształcenie skurczowe spowodowane skurczem autogenicznym εcsa(t) = εcsa, ∞ βas (t) 0,0000448
całkowite odkształcenie skurczowe betonu εcs(t,ts) = εcsd(t,ts)+εcsa(t ) 0,000122
funkcja starzenia (dla skurczu, β = 0,8) β 0,8
α3 = αe (ts)∙(ρ1+ ρ2)
1+αe(ts)∙ (ρ1+ ρ2) 0,040
współczynnik relaksacji naprężeń skurczowych wskutek pełzania betonu k3 = 1
1+βα3φ(∞, t0) 0,95
całkowite odkształcenie skurczowe elementu żelbetowego εcsRC(t,ts) = εcs(t,ts)∙(1 – α3)k3 0,000112
naprężenie w betonie [MPa] σcs'' = εcs (t,ts)Ecmα3k3 0,15
naprężenie w zbrojeniu [MPa] <σcs'' = –εcs (t,ts)Es(1 – α3)k3 -22,31
tab. 1 | Wyniki obliczeń odkształceń płaszcza zewnętrznego reaktora, wywołanego skurczem, po 129 dniach od chwili rozpoczęcia betonowania
70
iNŻYNier BudowNictwa
technologie
Na wykresie pokazany jest przyrost na-prężeń skurczowych w fundamencie od chwili rozpoczęcia betonowania płaszcza zewnętrznego do momentu zauważenia przecieków, a także różnica między od-kształceniami
skur-czowymi płaszcza a przyrostem od-kształceń skurczo-wych w fundamen-cie zbiornika.
Analiza odkształceń skurczowych w fun-damencie i
ścia-nie zewnętrznej potwierdziła postawioną wcześniej hipotezę, że skurcz betonu sta-nowił główną przyczynę powstałych uszko-dzeń w ścianie zewnętrznej zbiornika. Be-tonowanie płaszcza zewnętrznego reaktora (na którego powierzchni stwierdzono prze-cieki spowodowane rysami) rozpoczęto po 38-dniowej przerwie od chwili zabetono-wania pierścieniowego fundamentu płasz-cza zewnętrznego. W ciągu tego okresu w pierścieniowym fundamencie wystąpiła
już znaczna część skurczu betonu. Jak wy-nika z obliczeń (patrz tab. 2), w chwili roz-poczęcia betonowania płaszcza zewnętrz-nego całkowite odkształcenie skurczowe fundamentu (z uwzględnieniem zbrojenia) wynosiło 0,000064 ( 0 , 0 6 4 m m / m ) . W chwili rozpoczęcia próby szczelności, 9 grudnia, całkowite odkształcenie skur-czowe fundamentu wynosiło 0,000105 (0,105 mm/m). Przy-rost odkształcenia skurczowego funda-mentu od chwili rozpoczęcia betonowania płaszcza zewnętrznego do dnia przeprowa-dzenia próby szczelności reaktora osiągnął wartość 0,000105 – 0,000064 = 0,000043 (0,043 mm/m). W tym czasie (129 dni) od-kształcenie skurczowe zewnętrznego płaszcza reaktora wyniosło 0,000112 (0,112 mm/m), było więc znacznie większe aniżeli przyrost odkształcenia fundamentu. Różnica tych od-kształceń, wynosząca 0,000112 - 0, 000043
= 0,0000684 (0,0684 mm/m), stanowi mia-rę oporu zewnętrznego, z jakim fundament przeciwstawia się swobodnym odkształce-niom skurczowym płaszcza. Tego typu opór wywołuje zawsze naprężenia rozciągające w betonie, którego odkształcenia skurczowe są krępowane. Podkreślane jest to zgodnie w pracach [1, 2, 3, 4].
W celu oszacowania skutków krępujące-go działania fundamentu na zewnętrzny płaszcz reaktora wpływ ten wymode-lowano w obliczeniach statycznych za pomocą równomiernego obniżenia tem-peratury płaszcza zbiornika o wartość 105∙0,0000684 = 6,84oC.
Obliczenia wykonano dla zewnętrznego płaszcza walcowego reaktora biologicznego, analizując cały układ, wykorzystując metodę elementów skończonych. Przyjęto, że ściana płaszcza z ławą fundamentową połączona jest przegubowo. Obliczenia statyczno-wy-trzymałościowe wykonano przy zastoso-waniu komercyjnego programu obliczenio-wego. Przyjęto powłokowy typ konstrukcji, o sześciu stopniach swobody. Zastosowano siatkę elementów skończonych prostokątną.
Wykorzystano czworokątne czterowęzłowe, powierzchniowe elementy skończone.
Jak wynika z obliczeń (patrz rys. 2), takie obniżenie temperatury, adekwatne do wartości oporu stawianego przez wcze-śniej wykonany fundament odkształce-niom skurczowym płaszcza, prowadzi do powstania naprężeń rozciągających w be-tonie płaszcza, których maksymalna war-tość wynosi 2,20 MPa. Po uwzględnieniu zbrojenia, analizując przekrój w fazie Ia, naprężenia te wynoszą 2,11 MPa.
Skurcz betonu powoduje również naprę-żenia rozciągające w betonie (i ściskające w stali) wskutek wewnętrznego oporu stawianego przez niepodlegające skurczo-wi zbrojenie. Na podstaskurczo-wie obliczeń (tab.
1), zgodnie z [4], opór stawiany przez zbrojenie płaszcza po uwzględnieniu re-laksacji betonu wskutek pełzania mógł wywoływać w chwili przeprowadzania próby szczelności dodatkowe naprężenia rozciągające o wartości 0,15 MPa.
Liczba dni liczona od rozpoczęcia betonowania
5 0,000017 – Rozszalowanie fundamentu
38 0,000062 0,000000 Rozpoczęcie betonowania ściany
zewnętrznej
62 0,000074 0,000031 Rozszalowanie ściany
zewnętrznej
166 0,000105 0,000112 Stwierdzenie występowania
przecieków rys. 2 | Naprężenia obwodowe w płaszczu zewnętrznym zbiornika wywołane obniżeniem
temperatury o 6,84oC