3. Noiuni despre rezervoare din beton armat3.1. GeneralitiRezervoarele din beton armat sunt destinate nmagazinrii unui lichid oarecare, de obicei ap.Proiectarea rezervoarele trebuie s aib n vedere urmtoarele aspecte: atenie deosebit pentru asigurarea impermeabilitii - care se realizeaz prin folosirea unui beton compact, aplicarea unui strat de mortar torcretat la interior, a unei hidroizolaii adecvate, sau prin precomprimare; amplasarea lor pe terenuri de fundare stabile, deoarece radierul rezervorului are o suprafa mare i rigiditatea lui la ncrcri gravitaionale este redus; este necesar un studiu atent a terenului din punct de vedere al tasrilor inegale - pentru a evita apariia eventualelor fisuri care pot duce la pierderea impermeabilitii.Rezervoarele se pot clasifica dup mai multe criterii dintre care amintim: Dup destinaia rezervoarelor putem distinge:- rezervoare pentru ap potabil;- rezervoare pentru ap industrial;- cuve i bazine din cadrul staiilor de tratare a apei;- cuve i bazine din cadrul staiilor de epurare a apelor uzate. Dup poziia lor fa de sol deosebim urmtoarele tipuri de rezervoare:- de suprafa;- semi ngropate;- ngropate. Dup forma n plan:- dreptunghiular;- poligonal;- circular. Dup modul de acoperire rezervoarele pot fi:- descoperite;- acoperite.Alegerea formei i a dimensiunilor rezervorului se va face innd seama de o serie de factori printre care:- fluxul tehnologic pe care-l deservete:- amplasarea rezervorului (suprafaa disponibil n plan);- modul de lucru static;- tehnologia de execuie i exploatare;- economicitatea soluiei.Tendina este ca pentru o capacitate dat, forma s fie astfel aleas nct s necesite un consum minim de material de construcie. Forma optim n plan pentru a se asigura un consum minim de material i pentru optimizarea strii de eforturi interioare este cea circular, n ajutorul acestei afirmaii, un calcul comparativ arat c pentru un volum V. la o nlime H i o suprafa de baz rezultat S, lungimea perimetral a rezervorului este de 3,58 x S1/2 pentru forma circular, 4 x S1/2 pentru forma ptrat, i > 4 x S1/2 pentru forma dreptunghiular.3.2. Soluii constructiveAlctuirea constructiv a rezervoarelor trebuie s conduc la realizarea unor structuri care pot prelua n bune condiii solicitrile datorate aciunilor la care sunt supuse pe durata execuiei i n exploatare, astfel nct s se asigure cerinele fundamentale de rezisten, stabilitate, durabilitate i etaneitate.Rosturile de tasare se prevd datorit faptului c fundaia stlpului central i fundaia inelar a peretelui lucreaz individual transmind la teren pe toat durata de exploatare a construciei, ncrcri importante. Prevederea rostului de tasare face ca solicitrile elementelor menionate s fie simple, uor de controlat n calcul i astfel se nltur pericolul fisurrii plcii de fund datorit tasrilor inegale, a contraciei betonului, sau datorit variaiilor de temperatur. n cazul rezervoarelor circulare, cnd terenul de fundare nu prezint pericol de tasri inegale i este capabil s preia presiunile date de apa nmagazinat i de greutatea construciei, se comport ca o plac plan sau curb pe mediul elastic.n cazul rezervoarelor ngropate, ntre umplutura de pmnt i pereii rezervorului se dispune o izolaie hidrofug realizat din carton bitumat. Aceast soluie este recomandat atunci cnd nivelul apei subterane este sub cota de fundaie a radierului.Cnd nivelul apei subterane este ridicat se realizeaz rezervorul n sistem cuv sau se coboar nivelului apei freatice sub nivelul radierului prin executarea de drenuri. n ceea ce privete compartimentarea rezervoarelor, acestea se mpart n general n dou compartimente, deoarece n timpul curirii unui compartiment cellalt s poat fi folosit.Alegerea amplasamentului, mpreun cu alte date privind funcionarea rezervorului - capacitatea rezervorului, poziia rezervorului fa de nivelul terenului - sunt stabilite de inginerul tehnolog urmrindu-se ncadrarea optim n schema tehnologica a ansamblului din care face parte rezervorul.Soluii de fundare. La stabilirea soluiilor de fundare se va ine cont de concluziile studiului geotehnic i n special de seismicitatea terenului.Grosimea minim a plcii radierului rezervorului va fi de 20 cm, dar ea se stabilete prin calcul n funcie de solicitri, de clasa i gradul de impermeabilitate a betonului i de presiunea exercitat de lichidul nmagazinat.Se va evita amplasarea pe versani cu pante abrupte, pe terenuri instabile, sensibile la alunecare i umezire, pe terenuri contractile, pe terenuri cu compresibilitate mare, pe terenuri cu nivel ridicat al apei subterane sau care prezint agresivitate faa de beton. Nu este permis fundarea direct pe nisipuri lichefiabile.Se recomand fundarea direct a recipienilor pe terenuri omogene, cu caracteristici fizico-mecanice corespunztoare presiunii efective pe teren.Alegerea formei i dimensiunilor rezervoruluiLa alegerea formei rezervorului trebuie s se in seama de o serie de factori printre care:- fluxul tehnologic pe care l deservete;- suprafaa n plan disponibil pentru amplasare;- proprieti structurale, starea de eforturi;- tehnologia de execuie i nu n ultimul rnd preul de cost.Dimensiunile n plan ale rezervoarelor se limiteaz din condiii de deformaie i fisurare. Astfel, pentru rezervoarele cilindrice din beton armat monolit, se recomand ca diametrul s nu fie mai mare de 25-30 m. La rezervoare cilindrice cu perei prefabricai precum i la rezervoarele precomprimate radial, diametrele se pot alege pn la 60 m.La alegerea formei radierului i fundaiilor se va urmri:- libera deplasare din contracie;- evitarea schimbrilor brute de seciune:- asigurarea condiiilor optime de executare a hidroizolaiilor i a proteciilor anticorosive;- adaptarea unei forme care asigur scurgerea apei la golire.Asigurarea condiiilor de exploatareLa rezervoarele ngropate, asupra crora acioneaz numai umiditatea natural a pmntului, se va prevedea la exterior pe perei o izolaie hidrofug din membrane hidroizolante, sau pnz bituminat cu dou straturi de bitum topit.Etaneitatea este una dintre cerinele de baz ale funcionrii normale a rezervoarelor. O etaneizare corect asigur pentru rezervoare un volum perfect nchis rare scurgeri necontrolate.n cazul rezervoarelor pentru nmagazinarea apei etaneizarea pereilor se poate realiza prin mai multe procedee: Realizarea unui beton de clasa Bc30 (C 25/30) cu permeabilitate redus, gradul de impermeabilitate P 8-10. Limitarea deschiderii fisurilor la 0,1 mm pe feele n contact cu apa. La structurile precomprimate fisurarea este practic inexistent. Tencuieli impermeabile care se aplic n 3-6 straturi succesive la interiorul rezervorului, iar la sfrit se aplic un strat subire de finisaj din glet de ciment. Pelicule hidroizolante care asigur impermeabilitatea i rezistena chimic, sunt straturi de izolaie elastic, aplicate de obicei peste un strat suport din mortar de ciment (de 2-3 cm aplicat prin torcretare), sub form de:a.vopsele pe baz de clor cauciuc;b.rini epoxidice;c.mase de paclu pe baz de polimeri din rini perclor-vinilice sau epoxidice, simple sau armate cu esturi din fibre de sticl;d.placaje cu faian sau gresie;e.izolaii cu folii de plumb, PVC. i altele, fixate pe pereii de beton.n cazurile n care se nmagazineaz ape uzate cu efect corosiv asupra betonului, pe faa interioar a peretelui rezervorului se aplic o protecie anticorosiv.3.3. Aciuni i principii de calculCalculul strii de eforturi i deformaii a structurilor de rezervoare din beton armat, verificarea siguranei structurale la diferite stri limit, se face lund n considerare toate aciunile i combinaiile cele mai defavorabile, practic posibile, ale acestora. Aciunile posibile sunt urmtoarele: greutatea proprie a rezervorului i a elementelor constitutive ale structurii, presiunea lichidului din rezervor, greutatea i mpingerea pmntului, suprapresiunile verticale de exploatare, presiunea apei subterane, efectul temperaturii, contracia i curgerea lent a betonului, aciunile climatice: zpad i vnt, precomprimarea (n cazul rezervoarelor precomprimate), aciunile seismice.Presiunea lichidului este direct proporional cu adncimea coloanei de lichid i cu greutatea specific a acestuia.Presiunea dat de pmnt se poate evalua n conformitate cu teoria mpingerii pmnturilor, a lui Coulomb. mpingerea astfel calculat trebuie suplimentat cu o suprasarcin uniform distribuit de minimum 300 daN/mp, respectiv minimum 500 daN/mp n caz de suprafa circulabil.3.3.1. Aciunea seismicProiectarea rezervoarelor paraseismice implic parcurgerea urmtoarelor etape: verificarea structurii de rezisten (perete, radier, acoperi, stlp central sau stlpi intermediari) cu considerarea presiunilor hidrodinamice i a forelor de inerie induse n structur, corespunztoare rspunsului seismic al ansamblului, n acceleraii i n deplasri; verificarea lunecrii rezervorului (perete i radier) pe suprafaa de contact radier-teren de fundare sub aciunea forei seismice totale; n cazul n care aceast exigen nu este satisfcut, se trece la dimensionarea sistemului de ancorare a ansamblului; verificarea presiunilor normale pe teren lund n considerare i efectul momentului ncovoietor produs de fora seismic total; verificarea stabilitii la rsturnare a rezervorului, mai ales la rezervoarele nalte, respectiv verificarea ancorajelor cu terenul daca este cazul. Variaia de temperatur acioneaz, n general, doar asupra rezervoarelor supraterane.Presiunea hidrodinamic se determin att pentru rspunsul n acceleraii ct i pentrurspunsul n deplasri.Rspunsul mixt presupune micarea lichidului nsoit de dou efecte semnificative:i) de impuls (este dat de partea de lichid care se mica n faz cu structura de rezisten a rezervorului i genereaz presiuni hidrodinamice de impuls p, ce acioneaz pe peretele i radierul rezervorului);ii) de oscilaie sau convecie (este dat de acea parte a lichidului a crei micare se face cu o perioad proprie de vibraie, diferit de cea a structurii de rezisten, producnd presiunea de convecie pc).Pentru evaluarea rspunsului sistemului rezervorului la aciunea seismic trebuie utilizat o metod raional bazat pe soluia ecuaiilor hidrodinamice i condiii de margine corespunztoare.n timpul unui seism major, structura de rezisten a rezervorului (peretele cilindric, acoperiul i radierul) trece din starea de repaus n starea de micare, prin vibraii forate ale ansamblului.Micarea lichidului conduce la modificarea presiunilor interne, presiunile hidrostatice permanente fiind nsoite de presiuni hidrodinamice, suplimentare.Pentru analiza micrii lichidului i efectelor acesteia se accept urmtoarele ipoteze simplificatoare:a) lichidul se consider perfect, omogen i incompresibil;b) micarea lichidului este continu, irotaional i cu suprafaa liber;c) se admite ca structura de rezisten a rezervoarelor cu nlimi mici i medii este rigid.n mod curent, rezervoarele din beton armat sau precomprimat, caracterizate prin H/r < 2 (H - nlimea rezervorului; r - raza rezervorului) satisfac condiiile enumerate mai sus. Modelul care este utilizat la determinarea efectelor aciunii seismice trebuie s reproduc corect rigiditatea, rezistena, amortizarea, masa i proprietile geometrice ale structurii de nmagazinare i trebuie s ia n considerare rspunsul hidrodinamic al lichidului din interior i, dac este necesar, efectele interaciunii cu terenul de fundare.Pentru evaluarea rspunsului sistemului rezervorului la aciunea seismic trebuie utilizat o metod raional bazata pe soluia ecuaiilor hidrodinamice i condiii de marginecorespunztoare.n particular, calculul trebuie s ia n considerare n mod corect urmtoarele, dac suntrelevante: componentele convective i impulsive ale micrii lichidului; deformaia mantalei rezervorului datorit presiunilor hidrodinamice i efectele interaciunii cu componenta impulsiv; deformabilitatea terenului de fundare i cu modificarea rezultat a rspunsului efectele acoperiului flotant, dac sunt importante.n cazul rezervoarelor de beton cptuite cu o membran de etaneitate, deschiderile fisurilor tranzitorii din beton nu depesc o valoare pentru care deformaia local a cptuelii poate atinge mai mult de 50% din alungirea sa uniform ultim.Trebuie verificat ca n situaia seismic de calcul, incluznd deplasrile relative acceptate, plastificarea se limiteaz la conducte i nu se extinde i la legtura sa cu rezervorul, chiar dac este considerat la proiectarea de rezisten a conductei un factor de suprarezisten.3.3.1.1. Oscilaia lichiduluin absenta justificrilor explicite , trebuie prevzut un spaiu de gard cu o nlime cel puin egal cu nlimea calculat a valurilor produse de oscilaia lichidului. Trebuie prevzut un spaiu de gard cel puin egal cu nlimea calculat a valurilor produse de oscilaia lichidului, dac materialul nmagazinat este toxic sau dac deversarea sa poate provoca deteriorarea conductelor sau erodarea fundaiilor. Spaiul de gard mai mic dect nlimea calculat a valurilor produse de oscilaia lichidului poate fi suficient dac acoperiul este proiectat pentru presiunea de liftare asociat sau este prevzut un canal deversor pentru controlul deversrii. Se pot utiliza dispozitive de amortizare, ca de exemplu grilaje sau elemente verticale de separare, pentru a reduce oscilaiile lichidului.Calculul seismic al rezervoarelor supuse aciunilor seismice orizontale i verticale poate fi clasificat n structuri avnd urmtoarele caracteristici:a) form cilindric, cu ax vertical i seciune transversal circular sau dreptunghiular;b) fundaie rigid sau flexibil;c) ancorare total sau parial fa de fundaie.0 analiz riguroas a fenomenului de interaciune dinamic ntre micarea fluidului din interior, deformaia pereilor rezervorului i aceea a terenului de fundare, incluznd posibilitatea ridicrilor de pe sol, este o problem de o complexitate analitic considerabil necesitnd un efort i resurse de calcul neobinuite. Au fost propuse numeroase metode de analiz, valabile pentru anumite situaii de proiectare. Deoarece exactitatea lor depinde de problema abordat, o alegere corect a metodei de analiz necesit din partea proiectantului un nivel nalt de cunotine de specialitate. Este nevoie de atenie fa de importana pe care o are asigurarea unui nivel uniform de precizie de-a lungul ntregului proces de proiectare: de exemplu, nu este coerent alegerea unei soluii de precizie pentru determinarea presiunilor hidrodinamice, i ulterior neutilizarea unui model mecanic corespunztor de rafinat pentru rezervor (de exemplu un model de element finit), pentru evaluarea eforturilor produse de presiuni.3.3.1.2. Tipuri de rezervoare i modele de proiectare:1. Rezervoare verticale circulare rigide aezate pe teren, fixate de fundaieMicarea lichidului din interior ntr-un cilindru rigid poate fi exprimat ca suma a dou contribuii diferite, denumite "impulsiv" i respectiv "convectiv". Componenta "impulsiv" satisface exact condiiile de margine la contactul cu pereii i fundul rezervorului, dar conduce (incorect, datorit prezenei valurilor n rspunsul dinamic) la o presiune nul la nivelul iniial al suprafeei libere a lichidului n situaia de echilibru static. Termenul "convectiv" nu modific acele condiii de margine care sunt deja ndeplinite, ndeplinind n acelai timp condiia corect de echilibru la nivelul suprafeei libere. Momentul total fa de o ax perpendicular pe direcia de aciune a micrii seismice, M, imediat sub fundul rezervorului include contribuiile presiunilor exercitate pe pereii rezervorului i pe acelea exercitate pe fundul rezervorului. Momentul total M; imediat deasupra fundului rezervorului include numai contribuiile presiunilor exercitate pe pereii rezervorului. Valoarea de vrf a presiunii combinate asupra pereilor rezervorului datorit aciunii seismice orizontale i verticale poate fi obinut prin aplicarea regulii de la 3.2 din cadrul SR EN 1998-4-2007. Presiunea combinat este adugat la presiunea hidrostatic pe perete pe o parte a rezervorului (acolo unde peretele accelereaz ctre lichid) i sczute ca suciune pe partea opus. Presiunile dinamice ale pmntului i pnzei de apa freatic sunt considerate c acioneaz asupra oricrei poriuni ngropate a rezervorului i anume pe acea parte a rezervorului unde presiunea seismic este considerat suciune, Presiunile pmntului se calculeaz pe baza coeficientului mpingerii pmntului n stare de repaus.2. Rezervoare circulare verticale deformabile aezate pe teren, fixate de fundaieEste anormal din punct de vedere al coerenei s se considere rezervorul rigid (mai ales pentru rezervoarele metalice). La rezervoarele flexibile presiunea fluidului este exprimat ca suma a trei contribuii, denumite ca "impulsiv", "convectiv" i "flexibil". Cea de a treia contribuie ndeplinete condiia c viteza radial a fluidului de-a lungul peretelui s fie egala cu viteza de deformare a peretelui rezervorului, precum i condiiile de vitez vertical zero la fundul rezervorului i presiune zero la nivelul suprafeei libere a fluidului. Cuplarea dinamica ntre componentele convectiv i flexibil este foarte slab, datorit diferenelor mari ntre frecvenele micrii de oscilaie i celei de deformare a peretelui, care permite calculul celei de a treia component independent de celelalte dou. Distribuia presiunii flexibile depinde de modurile de vibraie ale sistemului rezervor-fluid, printre care sunt de interes numai acelea care prezint o und pe circumferin.Distribuia radial a presiunii impulsive exercitat asupra fundului unui rezervor flexibil este calitativ aceeai ca i pentru presiunea impulsiv a unui rezervor rigid.3. Rezervoare dreptunghiulare3.1. Rezervoare dreptunghiulare rigide aezate pe teren, fixate de fundaiePentru rezervoarele la care pereii pot fi considerai rigizi, presiunea total este, de asemenea, indicat de suma unei contribuii impulsive i a unei contribuii convective.3.2 Rezervoare dreptunghiulare flexibile aezate pe teren, fixate de fundaieCa i n cazul rezervoarelor cilindrice cu seciune circular, flexibilitatea peretelui produce, n general, o sporire semnificativ a presiunilor impulsive, pstrnd, ntre timp, presiunile convective practic neschimbate. Studiile privind rspunsul seismic al rezervoarelor dreptunghiulare flexibile sunt puine la numr i rezultatele lor nu sunt prezentate ntr-o form potrivit pentru utilizarea n proiectare. Pentru calcul, o aproximaie sugerat const n utilizarea aceleiai distribuii pe vertical a presiunilor ca i n cazul pereilor rigizi dar nlocuind acceleraia terenului ag(t) cu acceleraia de rspuns a unui oscilator simplu avnd frecventa i fraciunea din amortizarea critic corespunztoare primului mod impulsiv al sistemului rezervor-lichid.3.3.2. Calculul i verificarea rezervoruluin cazul recipienilor, gruprile fundamentale i speciale se constituie pentru dou situaii de baz: rezervorul gol, acionat din exterior de mpingerea pmntului (cu eventuale suprapresiuni verticale i presiunea hidrostatic a pnzei freatice) i fora de precomprimare n faza final - n cazul rezervorului ngropat sau semingropat i rezervorul gol, acionat de fora de precomprimare n faza iniial - n cazul tuturor rezervoarelor indiferent de poziia lor fa de nivelul terenului; rezervorul plin, acionat de presiunea lichidului din interior n cazul rezervoarelor din beton armat, respectiv rezervorul plin acionat de presiunea lichidului i fora de precomprimare n faza final, dac rezervorul este precomprimat.Calculul se face n funcie de forma i alctuirea constructiv utiliznd metode numerice sau analitice, modelnd n mod adecvat conlucrarea dintre elementele structurii. Pentru rezervoarele cilindrice obinuite, calculul se face n teoria plcilor curbe subiriCalcule de verificare i dimensionare: verificarea i dimensionarea pereilor recipienilor se va face la starea limit de rezisten i la starea limit de deschidere a fisurilor; la recipienii din beton armat, deschiderea fisurilor se recomand s se limiteze la 0,1 mm; verificarea la stabilitate local i global a recipienilor: stabilitatea local a peretelui cilindric se va verifica la rezervoarele precomprimate n ipoteza rezervorului gol acionat de forele de precomprimare. La aceast aciune se adaug, n gruparea special, presiunea dinamic a pmntului, pentru rezervoarele ngropate; verificarea stabilitii globale la alunecare i rsturnare a rezervorului n timpul aciunii seismice (verificare stabilitii globale la alunecare i la rsturnare); verificarea stabilitii la plutire se impune n cazul rezervoarelor ngropate sau semingropate, cu nivelul apei subterane peste nivelul radierului. Condiia este ca greutatea rezervorului gol s fie mai mare dect suma presiunilor hidrostatice care acioneaz pe fundul rezervorului.