Υδραυλικές κατασκευές - φράγματα

Transcript

1 Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος Υδραυλικές κατασκευές - φράγματα Φράγματα από Κυλινδρούμενο Σκυρόδεμα (RCC) Ιωάννης Στεφανάκος, Λέκτορας Καθηγητής ΕΜΠ Σχολή Πολιτικών Μηχανικών

2 Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

3 ΕΜΠ - ΣΧΟΛΗ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ & ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ 9 ο Εξάμηνο ΥΔΡΑΥΛΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ - ΦΡΑΓΜΑΤΑ Φράγματα από Κυλινδρούμενο Σκυρόδεμα (RCC) Διδάσκων: Ι.Π. Στεφανάκος

4 Γιατί Κυλινδρούμενο Σκυρόδεμα; (RCC) 1. Ταχύτητα κατασκευής (φράγμα ύψους 95 m και όγκου m 3 κατασκευάστηκε σε 14,5 μήνες - 50 εργάσιμες εβδομάδες) 2. Αποφυγή χρήσης ξυλοτύπων και οπλισμού 3. Ελαχιστοποίηση των απαιτήσεων ψύξης και δόνησης του συμβατικού σκυροδέματος 4. Δυνατότητες χρήσης παραπροϊόντων της βιομηχανίας, όπως ιπτάμενες τέφρες, σκωρίες ή φυσικές ποζολάνες, με παράλληλη μείωση της χρήσης τσιμέντου 4

5 Τύποι RCC 1. Περιεκτικότητα σε υδραυλικές κονίες μεγαλύτερη των 150 kg/m 3 (High-paste RCC) 2. Περιεκτικότητα σε υδραυλικές κονίες μεταξύ των 100 και 149 kg/m 3 (Medium-paste RCC) 3. Περιεκτικότητα σε υδραυλικές κονίες μεταξύ των 120 και 130 kg/m 3 (Το Ιαπωνικό RCD) 4. Περιεκτικότητα σε υδραυλικές κονίες μικρότερη των 99 kg/m 3 (Συμμετρικά φράγματα RCC συμπαγούς επίχωσης) (Lean RCC και FSHD) 5

6 Κονίες 1. Τσιμέντο Portland 2. Ιπτάμενες τέφρες 3. Φυσικές ποζολάνες 4. Σκωρίες υψικαμίνων 6

7 Τύποι Ποζολάνης 1. Ιπτάμενη τέφρα υψηλής περιεκτικότητας σε ασβέστιο (Class C) 2. Ιπτάμενη τέφρα χαμηλής περιεκτικότητας σε ασβέστιο (Class F) 3. Φυσικές ποζολάνες (Class N) 7

8 Upper Stillwater (1) (Μεγάλο μήκος στέψης και βαθμίδες υπερχειλιστή κατάντη) Εικόνα 1: Το πρώτο high-paste RCC 8

9 Upper Stillwater (2) (Παροχή Σχεδιασμού Υπερχειλιστή 425 m 3 /sec) Εικόνα 2: Υπερχειλιστής σε λειτουργία 9

10 Πλατανόβρυση (1) (50 kg/m 3 τσιμέντο, 225 kg/m 3 ιπτάμενη τέφρα) Εικόνα 3: Το μοναδικό RCC με μεγάλη αναλογία τέφρας Class C 10

11 Πλατανόβρυση (2) (Παροχή Σχεδιασμού Εκχειλιστών m 3 /sec ) Εικόνα 4: Κατάντη όψη 11

12 Χαρακτηριστικά Φραγμάτων Βαρύτητας από Κυλινδρούμενο Σκυρόδεμα (RCC) 1. Τα μεγάλης περιεκτικότητας σε υδραυλικές κονίες (high-paste) μπορούν να παραλάβουν σημαντικές εφελκυστικές τάσεις, άρα να αντέξουν σε ισχυρές σεισμικές καταπονήσεις 2. Τα μικρής περιεκτικότητας σε υδραυλικές κονίες (lean ή FSHD) έχουν μεγάλη διατομή και μεγάλη επιφάνεια θεμελίωσης, άρα δεν αναπτύσσουν εφελκυστικές τάσεις ενώ μπορούν να θεμελιωθούν και σε μέτριας ποιότητας βράχους 3. Και οι δύο τύποι δίνουν δυνατότητα ενσωμάτωσης του υπερχειλιστή στο φράγμα, άρα σημαντική οικομική και λειτουργική βελτίωση στο έργο 12

13 Εκχειλιστές πάνω σε Φράγματα Βαρύτητας (Πλεονεκτήματα - Μειονεκτήματα) Πλεονεκτήματα Αποφυγή πρόσθετων εκσκαφών και σκυροδεμάτων για την του ή των εκχειλιστών στα αντερείσματα κατασκευή Μεγαλύτερο διαθέσιμο μήκος για τη στέψη του υπερχειλιστή (μικρότερο φορτίο, δηλαδή μικρότερο ύψος φράγματος) Δυνατότητα διαχείρισης πλημμυρών με μεγάλες παροχές αιχμής (με ή χωρίς τη χρήση θυροφραγμάτων) Αποφυγή εκχειλιστών σηράγγων όταν τα αντερείσματα είναι απότομα Ευνοϊκός προσανατολισμός των έργων υπερχείλισης και αποτόνωσης της ενέργειας, ως προς την κοίτη του ποταμού Δυνατότητα αποτόνωσης σημαντικού ποσοστού της ενέργειας της πλημμύρας, πάνω στο κατάντη πρανές του φράγματος (βαθμίδες) Περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα 13

14 Εκχειλιστές πάνω σε Φράγματα Βαρύτητας (Πλεονεκτήματα - Μειονεκτήματα) Μειονεκτήματα Αποτόνωση ενέργειας πλημμύρας πλησίον του κατάντη ποδός θεμελίωσης του φράγματος (κίνδυνος υποσκαφής) Χρονική εξάρτηση κατασκευής φράγματος και εκχειλιστή Περιορισμοί στη θέση τοποθέτησης σταθμού παραγωγής Γενικό Συμπέρασμα Τα φράγματα βαρύτητας από RCC μπορούν να έχουν σχεδόν πάντοτε τον εκχειλιστή πάνω στο σώμα τους Αυτό είναι ένα ιδιαίτερα σημαντικό πλεονέκτημα των φραγμάτων βαρύτητας από RCC 14

15 Εκχειλιστές πάνω σε Φράγματα Βαρύτητας Σχήμα 1: Τυπική Διατομή με το Σταθμό Παραγωγής Αμέσως Κατάντη 15

16 2% +248,50 Εκχειλιστές πάνω σε Φράγματα Βαρύτητας Αξονας φράγματος Αξονας γέφυρας ΑΣΠ+247, , ,70 Α.Σ.Λ.+240, , , Πλευρικός τοίχος υπερχειλιστή Κ.Σ.Λ.+215,00 1 0,75 1 R , ,00 Εργο εκτόξευσης Α.Σ.Φ.+282 Αρχική επιφάνεια εδάφους 1,25 1,5 1,5 1, , Λεκάνη αποτόνωσης , , , ΤΥΠΙΚΗ ΔΙΑΤΟΜΗ ΣΤΟΝ ΥΠΕΡΧΕΙΛΙΣΤΗ Σχήμα 2: Τυπική Διατομή με το Σταθμό Παραγωγής Απομακρυσμένο 16

17 ,5:1 +210, , , , , , , , , , ,00 Εκχειλιστές πάνω σε Φράγματα Βαρύτητας & αγωγού προσαγωγής ΜΥΗΕ Φ3 +210, , , ,00 Φ2 (O:K) 1,25:1 1,25:1 (O:K) , , , ,00 1,25:1 +220, , ,00 (O:K) +200,00 Αξονας φράγματος +220,00 Αξονας δρόμου +250,00 (O:K) Αξονας υπερχειλιστή +210, ,00 Φ ,00 Ε2 +175,00 1,5:1 (O:K) Οικίσκος εκκενωτή πυθμένα +185, Ε ,25: Οικίσκος ΜΥΗΕ (O:K) +160,00 1,25:1 (O:K) ,5:1 (O:K) Σχήμα 3: Τυπική Κάτοψη 17

18 Βασικά στοιχεία σχεδιασμού φραγμάτων RCC υψηλής περιεκτικότητας σε κονίες (High-paste) 1. Απαιτείται λεπτομερής θερμική μελέτη για καθορισμό του αριθμού των αρμών διαστολής 2. Επιβάλλονται περιορισμοί στην θερμοκρασία του μείγματος (π.χ. Πλατανόβρυση T max = 13 o C, T min =5 o C, με χρήση πάγου) 3. Μπορούν να αντέξουν ακόμη και ισχυρές σεισμικές καταπονήσεις γιατί έχουν τη δυνατότητα ανάληψης και εφελκυστικών τάσεων 4. Η διάστρωση και συμπύκνωση του σκυροδέματος γίνεται χωρίς διακοπή σε στρώσεις των 30 cm 5. Απαιτείται αυστηρός και συνεχής ποιοτικός έλεγχος των υλικών και των μεθόδων κατασκευής 6. Το όλο σώμα του φράγματος είναι και το αδιαπέρατο στοιχείο του 18

19 Είδη και συνθέσεις σκυροδεμάτων φράγματος RCC υψηλής περιεκτικότητας σε κονίες (High-paste) Νερό (kg/m 3 ) Τσιμέντο Portland I- 45 (kg/m 3 ) Ιπτάμενη Τέφρα (kg/m 3 ) Είδος Σκυροδέματος Λεπτόκοκκα Αδρανή (kg/m 3 ) Χονδρόκοκκα Αδρανή (kg/m 3 ) Μέγιστος Κόκκος Αδρανών (mm) Κυλινδρούμενο (RCC) Ισοπέδωσης (Leveling) Στοιχείων Όψεως (Facing)

20 Σχήμα 4: Έκλυση θερμότητας κατά την υδρόλυση τσιμέντου και μίγματος τσιμέντουιπτάμενης τέφρας 20

21 Θερμοκρασίες στο σώμα του φράγματος (1) Σχήμα 5: Θερμοκρασίες στη διατομή του φράγματος 21

22 Θερμοκρασίες στο σώμα του φράγματος (2) Σχήμα 6: Θερμοκρασίες στη διατομή του φράγματος 22

23 Θερμοκρασίες στο σώμα του φράγματος (3) Σχήμα 7: Θερμοκρασίες στη διατομή του φράγματος 23

24 Θερμοκρασίες στο σώμα του φράγματος (4) Σχήμα 8: Θερμοκρασίες στη διατομή του φράγματος 24

25 Σχήμα 9: Μεταβολές της θερμοκρασίας με το χρόνο σε διάφορες θέσεις του φράγματος 25

26 Σχήμα 10: Τρισδιάστατα μοντέλα αντοχής σκυροδέματος - τύπου ιπτάμενης τέφρας - περιεκτικότητας σε νερό 26

27 Σχήμα 11: Εφελκυστικές τάσεις στο σώμα του φράγματος 27

28 Σχήμα 12: Θλιπτικές τάσεις στο σώμα του φράγματος 28

29 Βασικά στοιχεία σχεδιασμού συμμετρικών φραγμάτων συμπαγούς επίχωσης (FSHD) 1. Δεν απαιτούνται αρμοί διαστολής 2. Μπορούν να αντέξουν σεισμικές καταπονήσεις χωρίς την εμφάνιση εφελκυστικών τάσεων 3. Διακοπές των εργασιών δεν δημιουργούν ιδιαίτερο πρόβλημα στην ποιότητα του έργου 4. Αρκεί ένας στοιχειώδης ποιοτικός έλεγχος των υλικών και των μεθόδων κατασκευής 5. Η ανάντη παρειά του φράγματος καλύπτεται από πλάκα σκυροδέματος (αδιαπέρατο στοιχείο) 6. Ακόμη και μαλακός βράχος αρκεί για τη θεμελίωση 29

30 Σχήμα 13: Σύγκριση μεταξύ φράγματος συμβατικού RCC (High-paste) και φράγματος σκληρού επιχώματος FSHD (Hard-fill) 30

31 Ταχύτητα κατασκευής: (V=10.000m 3, H=12m) Εικόνα 5: Αυτό το φράγμα κατασκευάστηκε σε 17 ημέρες!!! 31

32 ΕΜΠ - ΣΧΟΛΗ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ & ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ 9 ο Εξάμηνο Ευχαριστώ Φράγματα από Κυλινδρούμενο Σκυρόδεμα (RCC) Διδάσκων: Ι.Π. Στεφανάκος

33 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Εικόνα 1: Το πρώτο high-paste RCC, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." Εικόνα 2: Υπερχειλιστής σε λειτουργία, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." Εικόνα 4: Κατάντη όψη, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." 33

34 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.