HYDZIK JEDNACZ, Magisterka, technologia betonu
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Joanna HYDZIK, Paweł JEDNACZ
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, AGH, Kraków
email: hydzik@agh.edu.pl, pjgeotec@agh.edu.pl
Betony wysokowartościowe – zakres możliwych zmian
w obudowach szybów w oparciu o zasady projektowania
wg PN-G-05015:1997
Słowa kluczowe
beton wysokowartościowy – obudowa szybu
Key words
high performance concrete – the lining of shaft
Streszczenie
Powszechne stosowanie betonów wysokowartościowych w budownictwie lądowym nasu-
wa pytanie o możliwość zastosowania tych betonów w budownictwie podziemnym. Niewątp-
liwe zalety betonu wysokowartościowego, sprawiają, iż materiał ten użyty może zostać
w ekstremalnie trudnych warunkach nie wyłączając środowiska agresywnego. Niniejszy arty-
kuł przedstawia analizę możliwości zamiany betonu zwykłego na beton BWW w budow-
nictwie szybowym, na przykładzie obudowy zespolonej z dwóch kolumn betonowych, według
zasad podanych w PN-G 05015:1997.
1. Wprowadzenie
Szerokie wprowadzenie betonów wysokiej wytrzymałości do budownictwa szybowego,
zwłaszcza realizowanego w warunkach wymagających specjalnych metod głębienia, może
przynieść bardzo wiele pozytywnych zmian, a być może nawet zmianę podejścia do konstruo-
wania obudów o wysokiej nośności, dobrej wodoszczelności i trwałości.
Poniżej przedstawiona została analiza możliwości wprowadzenia betonu BWW w miejsce
betonu zwykłego do obudowy szybów w świetle obowiązujących normatywów jej projektowa-
nia. Do zobrazowania możliwości płynących z takiej zamiany przeanalizowano wymagane
grubości obudowy zespolonej złożonej z dwóch kolumn betonowych wykonanych z betonów
nowej generacji.
111
HYDZIK J., JEDNACZ P.: Betony wysokowartościowe – zakres możliwych zmian...
2. Betony wysokowartościowe
Jedną z definicji betonu wysokowartościowego podaje Aïtcin (Aïtcin 2000). Określa on
BWW jako beton o niskim wskaźniku woda/składnik wiążący oraz zoptymalizowanym wskaź-
niku kruszywo/składnik wiążący w celu kontrolowania stabilności wymiarowej, który poddany
jest stosownej pielęgnacji wodą.
Betony wysokowartościowe – BWW – obejmują betony cementowe na kruszywach natu-
ralnych z odpowiednimi dodatkami i domieszkami. Betony te charakteryzują się dobrą urabial-
nością świeżej mieszanki betonowej, utrzymywaną przynajmniej przez 1 godzinę, wytrzy-
małością na ściskanie po 28 dniach co najmniej 60 MPa oraz wysoką trwałością. Metodą
otrzymania BWW jest uzyskanie szczelnej struktury zaczynu przez redukcję stosunku W/C
oraz uszczelnienie wypełnienia stosu okruchowego kruszywa fazą mikroziarnistą. Stosuje się
dodatek pyłów krzemionkowych, popiołów lotnych oraz mielonego granulowanego żużelu.
Betony te charakteryzuje zagęszczona matryca o wysokiej wytrzymałości i dobrym wiązaniu
z powierzchnią ziaren kruszywa grubego. Mechaniczne właściwości tych betonów wynikają
z dużej jednorodności struktury, braku lokalnych osłabień w postaci porów powietrznych po
wolnej wodzie oraz rys skurczowych (Kaszyńska 2002).
Beton wysokowartościowy charakteryzuje się wysoką trwałością związaną z bardzo niską
nasiąkliwością, mrozoodpornością oraz wysoką wodoszczelnością. Badane przez (Giergiczny
i in. 2002) betony wykazały pełną wodoszczelność przy ciśnieniu wody wynoszącym 2 MPa
i głębokości wnikania nie większej niż 2 cm. Zatem stopień wodoszczelności przedstawionych
betonów oceniono jako dużo wyższy niż W20. Aïtcin (Aïtcin 2000) wskazuje, że dla betonu
o wskaźniku wodno-cementowym wynoszącym 0,4 przepływ wody praktycznie ustaje, bez
względu na grubość próbki i wielkość przyłożonego ciśnienia. Zmiany związane z dodatkiem
mikrokrzemionki do betonu powodują znaczny wzrost wytrzymałości oraz obniżenie prze-
puszczalności dla wody i gazów. Dodanie pyłów krzemionkowych w ilości 10% masy cemen-
tu, zmniejsza współczynnik przepuszczalności dla gazów z 3·10
-11
m/s dla betonu bez mikro-
krzemionki do 1,5·10
-15
m/s (Kurdowski, Małolepszy 1999).
Rozwój superplastyfikatorów i wdrożenie nowych możliwości technologicznych doprowa-
dziły do rozwoju technologii betonu samozagęszczalnego
SCC
(
Self Compacting Concrete
).
Termin ten jest powszechnie stosowany do betonów, które oprócz właściwości wytrzymałoś-
ciowych i trwałości posiadają specyficzne właściwości reologiczne mieszanki, zapewniające
formowanie betonu bez jego wibracyjnego zagęszczania. Szczególne właściwości tych beto-
nów, to przede wszystkim: upłynnienie i homogenizacja, prawie całkowite wyprowadzenie
powietrza z mieszanki betonowej, zdolność do szczelnego wypełnienia formy oraz dokładnego
otulenia zbrojenia (Giergiczny i in. 2002).
3. Zakres możliwych zmian w konstrukcji obudów szybowych
Betony wysokiej wytrzymałości można zastosować do wykonywania obudowy wyrobisk
podziemnych, tj. szybów, komór oraz tuneli. Szczególnie, w przypadku obudowy szybów, zdo-
minowanej obecnie przez beton zwykły, wprowadzenie betonu wysokowytrzymałego, pozwo-
liłoby na znaczące ograniczenie grubości obudowy, a w przypadku szybów głębionych metodą
mrożeniową również zmiany podejścia do problemu zapewnienia odpowiednich warunków dla
hydratacji cementu. Zastosowanie tego materiału pozwoliłoby na:
112
Krakowska Konferencja Młodych Uczonych 2007
a)
zmniejszenie grubości obudowy betonowej pojedynczej (w odcinkach głębionych meto-
dą zwykłą),
b)
zastąpienie obudowy zespolonej złożonej przykładowo z dwóch kolumn betonowych:
zewnętrzna z betonu lekkiego i wewnętrzna z betonu BWW, taką samą konstrukcją ale
o znacznie zmniejszonej sumarycznej grubości,
c)
zastosowanie obudowy panelowo-betonowej z warstwą izolacyjną do znacznie trudniej-
szych warunków (o większych obciążeniach od skał i od wody),
d)
zastąpienie obudowy wielowarstwowej z warstwą izolacyjną obudową jednowarstwową
z betonu wodoszczelnego,
e)
zastąpienie obudowy betonowo-tubingowej obudową panelowo-betonową z betonów
wysokowartościowych i wodoszczelnych,
f)
poprawę jakości obudowy monolitycznej poprzez stosowanie betonów samozagęszczal-
nych (SCC).
Przykładem potwierdzającym wprowadzenie już tych rozwiązań było pogłębianie szybu
Leon IV w kopalni „Rydułtowy”, gdzie z dobrym skutkiem, zastąpiono obudowę dwuwarstwo-
wą z folią izolacyjną w środku, odpowiednio wytrzymałą i wodoszczelną obudową betonową
jednowarstwową (Kostrz i in. 2000).
Normowy wymóg wznoszenia w szybach obudowy o minimalnej grubości równej 0,25 m
ogranicza zakres wprowadzenia betonów wysokowartościowych. Na rysunku 1 przedstawiono
za (Czaja 2001 i 2002a) zmianę koniecznej grubości betonowej obudowy pojedynczej w szybie
o średnicy 7,5 m i przy obciążeniu obliczeniowym równym 3 MPa. Przypadek ten wyraźnie
pokazuje, że obudowa z betonu klasy C70/85 ma trzykrotnie mniejszą grubość niż z betonu
C25/30.
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
Klasa betonu
`
Rys. 1. Porównanie grubości obudowy o tej samej nośności, w zależności od wytrzymałości
zastosowanego betonu (Czaja 2001).
113
HYDZIK J., JEDNACZ P.: Betony wysokowartościowe – zakres możliwych zmian...
W związku z tym, zwiększenie klasy wytrzymałości betonu pozwala na znaczne zmniejsze-
nie objętości zużytej mieszanki betonowej potrzebnej do wykonania 1 mb obudowy szybu oraz
zmniejszenie objętości wyłomu. Prowadzi to do przede wszystkim znacznego obniżenia kosz-
tów (Czaja 2001). Biorąc powyższe pod uwagę można stwierdzić, że grubość obudowy szybu
powinna być minimalna w zrozumieniu normy PN-G-05015, natomiast jej nośność może być
regulowana wytrzymałością betonu.
4. Analiza teoretycznej grubości obudowy zespolonej szybu wykonanej z betonów nowej
generacji
Zakładając, że dysponujemy w przodku szybowym warunkami pozwalającymi uzyskać be-
ton wysokiej klasy – minimum C70/85 sprawdzono wpływ zmiany klasy wytrzymałości beto-
nów na grubość obudowy szybowej zespolonej, złożonej z dwóch współpracujących ze sobą
elementów konstrukcyjnych (kolumn betonowych wg PN-G-05015 p. 2.3.2.) połączonych
sztywno (rys. 2.). Kolumnę zewnętrzną stanowi obudowa wstępna z betonu żwirowego lub be-
tonu lekkiego wysokowartościowego, natomiast obudowę ostateczną stanowi cylinder wyko-
nany jednym odcinkiem z dołu do góry z monolitycznego betonu wysokowartościowego. Ko-
lumna zewnętrzna układana na mokro z betonu monolitycznego nie wymaga dodatkowej war-
stwy wyrównawczej.
Metodykę określenia i sprawdzenia grubości poszczególnych warstw obudowy zespolonej
podaje PN-G-05015:1997. Na tej podstawie grubość obudowy ustala się w zależności od wiel-
kości stosunku modułów sprężystości kolumny zewnętrznej i obudowy ostatecznej
E
bz
.
E
bw
Znając obciążenie obliczeniowe na obudowę szybu
p
i właściwości zastosowanych ma-
teriałów określa się wielkość ciśnienia reakcji
p
R
,
które obciąża obudowę ostateczną i o tę samą
wartość zmniejsza obciążenie działające na obudowę wstępną (
p
bw
= p – p
R
)
Wielkość reakcji obudowy
p
R
dana jest wzorem:
p
=
2
p
(1)
R
1
+
ν
E
r
2
−
r
2
(
−
2
ν
)
r
2
+
a
2
(
−
2
ν
)
r
2
+
r
2
bz
bz
bw
bz
×
×
bz
bw
×
bw
+
bz
bz
1
−
ν
E
r
−
a
r
(
−
ν
)
r
2
2
2
2
2
bw
bz
bz
bw
bz
bz
w którym:
p
– obciążenie obliczeniowe działające na obudowę szybu, MPa,
a
–
promień szybu w świetle obudowy, m,
r
bw
– promień zewnętrzny wewnętrznej kolumny obudowy zespolonej, m,
r
bz
– promień zewnętrzny obudowy zespolonej, m,
ν
bw
, ν
bz
– współczynniki odkształcenia poprzecznego wewnętrznej i zewnętrznej kolumny
obudowy zespolonej (przyjęto dla betonów nowej generacji wg Neville ν = 0,16),
E
bw
,
E
bz
– współczynniki sprężystości wewnętrznej i zewnętrznej kolumny obudowy ze-
spolonej (przyjęto dla BWW wg PN-B-03264 i dla betonów LC wg Neville), MPa.
114
Krakowska Konferencja Młodych Uczonych 2007
Obudowa
ostateczna
p
p
Obudowa
wstępna
GÓROTWÓR
Rys. 2. Schemat analizowanej obudowy zespolonej szybu.
Dla tak obliczonej wartości ciśnienia reakcji pomiędzy kolumnami obudowy wstępnej
i ostatecznej, grubości poszczególnych kolumn obudowy zespolonej należy sprawdzić stosując
wzory na grubość obudowy betonowej dla różnych wartości obciążenia:
a)
na grubość kolumny zewnętrznej (betonowej z betonu lekkiego):
d
=
r
(
R
bbz
−
1
(2)
bz
bw
R
−
m
(
p
−
p
)
3
bbz
R
b)
na grubość obudowy ostatecznej – kolumny wewnętrznej z betonu BWW
d
=
a
⎜
⎝
R
bbw
−
1
⎟
⎠
(3)
bw
⎜
⎟
R
−
m
p
3
bbw
R
gdzie:
d
bz
, d
bw
– obliczone grubości kolumny zewnętrznej i wewnętrznej obudowy zespolonej, m,
R
bbz
, R
bbw
– wytrzymałości obliczeniowe betonu na kolumnę zewnętrzna i wewnętrzną
(przyjęto wg PN-B-03264), MPa,
m
– współczynnik korekcyjny (przyjęto wg PN-G-05015 – m = 1,1),
pozostałe
– jak powyżej.
W praktyce projektowej, grubości obudowy ostatecznej winna być sprawdzona po określe-
niu wielkości jej obciążenia
p
R
, które już jest uzależnione od przyjętej grubości obudowy
wstępnej i obudowy ostatecznej. Obliczenia, zatem należy wykonać przyjmując założoną
grubość poszczególnych kolumn, a za poprawne przyjąć te wartości, które nie przekraczają
założonych grubości.
Obecnie, praktycznie w szybach zawodnionych już przy ciśnieniach obliczeniowych suma-
rycznych powyżej 2,0 MPa, projektanci uciekają się do obudowy tubingowo-betonowej. Jest to
obudowa bardzo odporna na wysokie ciśnienia wody i jedyna, która sprawdziła się w skałach
115
⎛
⎞
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl chiara76.opx.pl
Joanna HYDZIK, Paweł JEDNACZ
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, AGH, Kraków
email: hydzik@agh.edu.pl, pjgeotec@agh.edu.pl
Betony wysokowartościowe – zakres możliwych zmian
w obudowach szybów w oparciu o zasady projektowania
wg PN-G-05015:1997
Słowa kluczowe
beton wysokowartościowy – obudowa szybu
Key words
high performance concrete – the lining of shaft
Streszczenie
Powszechne stosowanie betonów wysokowartościowych w budownictwie lądowym nasu-
wa pytanie o możliwość zastosowania tych betonów w budownictwie podziemnym. Niewątp-
liwe zalety betonu wysokowartościowego, sprawiają, iż materiał ten użyty może zostać
w ekstremalnie trudnych warunkach nie wyłączając środowiska agresywnego. Niniejszy arty-
kuł przedstawia analizę możliwości zamiany betonu zwykłego na beton BWW w budow-
nictwie szybowym, na przykładzie obudowy zespolonej z dwóch kolumn betonowych, według
zasad podanych w PN-G 05015:1997.
1. Wprowadzenie
Szerokie wprowadzenie betonów wysokiej wytrzymałości do budownictwa szybowego,
zwłaszcza realizowanego w warunkach wymagających specjalnych metod głębienia, może
przynieść bardzo wiele pozytywnych zmian, a być może nawet zmianę podejścia do konstruo-
wania obudów o wysokiej nośności, dobrej wodoszczelności i trwałości.
Poniżej przedstawiona została analiza możliwości wprowadzenia betonu BWW w miejsce
betonu zwykłego do obudowy szybów w świetle obowiązujących normatywów jej projektowa-
nia. Do zobrazowania możliwości płynących z takiej zamiany przeanalizowano wymagane
grubości obudowy zespolonej złożonej z dwóch kolumn betonowych wykonanych z betonów
nowej generacji.
111
HYDZIK J., JEDNACZ P.: Betony wysokowartościowe – zakres możliwych zmian...
2. Betony wysokowartościowe
Jedną z definicji betonu wysokowartościowego podaje Aïtcin (Aïtcin 2000). Określa on
BWW jako beton o niskim wskaźniku woda/składnik wiążący oraz zoptymalizowanym wskaź-
niku kruszywo/składnik wiążący w celu kontrolowania stabilności wymiarowej, który poddany
jest stosownej pielęgnacji wodą.
Betony wysokowartościowe – BWW – obejmują betony cementowe na kruszywach natu-
ralnych z odpowiednimi dodatkami i domieszkami. Betony te charakteryzują się dobrą urabial-
nością świeżej mieszanki betonowej, utrzymywaną przynajmniej przez 1 godzinę, wytrzy-
małością na ściskanie po 28 dniach co najmniej 60 MPa oraz wysoką trwałością. Metodą
otrzymania BWW jest uzyskanie szczelnej struktury zaczynu przez redukcję stosunku W/C
oraz uszczelnienie wypełnienia stosu okruchowego kruszywa fazą mikroziarnistą. Stosuje się
dodatek pyłów krzemionkowych, popiołów lotnych oraz mielonego granulowanego żużelu.
Betony te charakteryzuje zagęszczona matryca o wysokiej wytrzymałości i dobrym wiązaniu
z powierzchnią ziaren kruszywa grubego. Mechaniczne właściwości tych betonów wynikają
z dużej jednorodności struktury, braku lokalnych osłabień w postaci porów powietrznych po
wolnej wodzie oraz rys skurczowych (Kaszyńska 2002).
Beton wysokowartościowy charakteryzuje się wysoką trwałością związaną z bardzo niską
nasiąkliwością, mrozoodpornością oraz wysoką wodoszczelnością. Badane przez (Giergiczny
i in. 2002) betony wykazały pełną wodoszczelność przy ciśnieniu wody wynoszącym 2 MPa
i głębokości wnikania nie większej niż 2 cm. Zatem stopień wodoszczelności przedstawionych
betonów oceniono jako dużo wyższy niż W20. Aïtcin (Aïtcin 2000) wskazuje, że dla betonu
o wskaźniku wodno-cementowym wynoszącym 0,4 przepływ wody praktycznie ustaje, bez
względu na grubość próbki i wielkość przyłożonego ciśnienia. Zmiany związane z dodatkiem
mikrokrzemionki do betonu powodują znaczny wzrost wytrzymałości oraz obniżenie prze-
puszczalności dla wody i gazów. Dodanie pyłów krzemionkowych w ilości 10% masy cemen-
tu, zmniejsza współczynnik przepuszczalności dla gazów z 3·10
-11
m/s dla betonu bez mikro-
krzemionki do 1,5·10
-15
m/s (Kurdowski, Małolepszy 1999).
Rozwój superplastyfikatorów i wdrożenie nowych możliwości technologicznych doprowa-
dziły do rozwoju technologii betonu samozagęszczalnego
SCC
(
Self Compacting Concrete
).
Termin ten jest powszechnie stosowany do betonów, które oprócz właściwości wytrzymałoś-
ciowych i trwałości posiadają specyficzne właściwości reologiczne mieszanki, zapewniające
formowanie betonu bez jego wibracyjnego zagęszczania. Szczególne właściwości tych beto-
nów, to przede wszystkim: upłynnienie i homogenizacja, prawie całkowite wyprowadzenie
powietrza z mieszanki betonowej, zdolność do szczelnego wypełnienia formy oraz dokładnego
otulenia zbrojenia (Giergiczny i in. 2002).
3. Zakres możliwych zmian w konstrukcji obudów szybowych
Betony wysokiej wytrzymałości można zastosować do wykonywania obudowy wyrobisk
podziemnych, tj. szybów, komór oraz tuneli. Szczególnie, w przypadku obudowy szybów, zdo-
minowanej obecnie przez beton zwykły, wprowadzenie betonu wysokowytrzymałego, pozwo-
liłoby na znaczące ograniczenie grubości obudowy, a w przypadku szybów głębionych metodą
mrożeniową również zmiany podejścia do problemu zapewnienia odpowiednich warunków dla
hydratacji cementu. Zastosowanie tego materiału pozwoliłoby na:
112
Krakowska Konferencja Młodych Uczonych 2007
a)
zmniejszenie grubości obudowy betonowej pojedynczej (w odcinkach głębionych meto-
dą zwykłą),
b)
zastąpienie obudowy zespolonej złożonej przykładowo z dwóch kolumn betonowych:
zewnętrzna z betonu lekkiego i wewnętrzna z betonu BWW, taką samą konstrukcją ale
o znacznie zmniejszonej sumarycznej grubości,
c)
zastosowanie obudowy panelowo-betonowej z warstwą izolacyjną do znacznie trudniej-
szych warunków (o większych obciążeniach od skał i od wody),
d)
zastąpienie obudowy wielowarstwowej z warstwą izolacyjną obudową jednowarstwową
z betonu wodoszczelnego,
e)
zastąpienie obudowy betonowo-tubingowej obudową panelowo-betonową z betonów
wysokowartościowych i wodoszczelnych,
f)
poprawę jakości obudowy monolitycznej poprzez stosowanie betonów samozagęszczal-
nych (SCC).
Przykładem potwierdzającym wprowadzenie już tych rozwiązań było pogłębianie szybu
Leon IV w kopalni „Rydułtowy”, gdzie z dobrym skutkiem, zastąpiono obudowę dwuwarstwo-
wą z folią izolacyjną w środku, odpowiednio wytrzymałą i wodoszczelną obudową betonową
jednowarstwową (Kostrz i in. 2000).
Normowy wymóg wznoszenia w szybach obudowy o minimalnej grubości równej 0,25 m
ogranicza zakres wprowadzenia betonów wysokowartościowych. Na rysunku 1 przedstawiono
za (Czaja 2001 i 2002a) zmianę koniecznej grubości betonowej obudowy pojedynczej w szybie
o średnicy 7,5 m i przy obciążeniu obliczeniowym równym 3 MPa. Przypadek ten wyraźnie
pokazuje, że obudowa z betonu klasy C70/85 ma trzykrotnie mniejszą grubość niż z betonu
C25/30.
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
Klasa betonu
`
Rys. 1. Porównanie grubości obudowy o tej samej nośności, w zależności od wytrzymałości
zastosowanego betonu (Czaja 2001).
113
HYDZIK J., JEDNACZ P.: Betony wysokowartościowe – zakres możliwych zmian...
W związku z tym, zwiększenie klasy wytrzymałości betonu pozwala na znaczne zmniejsze-
nie objętości zużytej mieszanki betonowej potrzebnej do wykonania 1 mb obudowy szybu oraz
zmniejszenie objętości wyłomu. Prowadzi to do przede wszystkim znacznego obniżenia kosz-
tów (Czaja 2001). Biorąc powyższe pod uwagę można stwierdzić, że grubość obudowy szybu
powinna być minimalna w zrozumieniu normy PN-G-05015, natomiast jej nośność może być
regulowana wytrzymałością betonu.
4. Analiza teoretycznej grubości obudowy zespolonej szybu wykonanej z betonów nowej
generacji
Zakładając, że dysponujemy w przodku szybowym warunkami pozwalającymi uzyskać be-
ton wysokiej klasy – minimum C70/85 sprawdzono wpływ zmiany klasy wytrzymałości beto-
nów na grubość obudowy szybowej zespolonej, złożonej z dwóch współpracujących ze sobą
elementów konstrukcyjnych (kolumn betonowych wg PN-G-05015 p. 2.3.2.) połączonych
sztywno (rys. 2.). Kolumnę zewnętrzną stanowi obudowa wstępna z betonu żwirowego lub be-
tonu lekkiego wysokowartościowego, natomiast obudowę ostateczną stanowi cylinder wyko-
nany jednym odcinkiem z dołu do góry z monolitycznego betonu wysokowartościowego. Ko-
lumna zewnętrzna układana na mokro z betonu monolitycznego nie wymaga dodatkowej war-
stwy wyrównawczej.
Metodykę określenia i sprawdzenia grubości poszczególnych warstw obudowy zespolonej
podaje PN-G-05015:1997. Na tej podstawie grubość obudowy ustala się w zależności od wiel-
kości stosunku modułów sprężystości kolumny zewnętrznej i obudowy ostatecznej
E
bz
.
E
bw
Znając obciążenie obliczeniowe na obudowę szybu
p
i właściwości zastosowanych ma-
teriałów określa się wielkość ciśnienia reakcji
p
R
,
które obciąża obudowę ostateczną i o tę samą
wartość zmniejsza obciążenie działające na obudowę wstępną (
p
bw
= p – p
R
)
Wielkość reakcji obudowy
p
R
dana jest wzorem:
p
=
2
p
(1)
R
1
+
ν
E
r
2
−
r
2
(
−
2
ν
)
r
2
+
a
2
(
−
2
ν
)
r
2
+
r
2
bz
bz
bw
bz
×
×
bz
bw
×
bw
+
bz
bz
1
−
ν
E
r
−
a
r
(
−
ν
)
r
2
2
2
2
2
bw
bz
bz
bw
bz
bz
w którym:
p
– obciążenie obliczeniowe działające na obudowę szybu, MPa,
a
–
promień szybu w świetle obudowy, m,
r
bw
– promień zewnętrzny wewnętrznej kolumny obudowy zespolonej, m,
r
bz
– promień zewnętrzny obudowy zespolonej, m,
ν
bw
, ν
bz
– współczynniki odkształcenia poprzecznego wewnętrznej i zewnętrznej kolumny
obudowy zespolonej (przyjęto dla betonów nowej generacji wg Neville ν = 0,16),
E
bw
,
E
bz
– współczynniki sprężystości wewnętrznej i zewnętrznej kolumny obudowy ze-
spolonej (przyjęto dla BWW wg PN-B-03264 i dla betonów LC wg Neville), MPa.
114
Krakowska Konferencja Młodych Uczonych 2007
Obudowa
ostateczna
p
p
Obudowa
wstępna
GÓROTWÓR
Rys. 2. Schemat analizowanej obudowy zespolonej szybu.
Dla tak obliczonej wartości ciśnienia reakcji pomiędzy kolumnami obudowy wstępnej
i ostatecznej, grubości poszczególnych kolumn obudowy zespolonej należy sprawdzić stosując
wzory na grubość obudowy betonowej dla różnych wartości obciążenia:
a)
na grubość kolumny zewnętrznej (betonowej z betonu lekkiego):
d
=
r
(
R
bbz
−
1
(2)
bz
bw
R
−
m
(
p
−
p
)
3
bbz
R
b)
na grubość obudowy ostatecznej – kolumny wewnętrznej z betonu BWW
d
=
a
⎜
⎝
R
bbw
−
1
⎟
⎠
(3)
bw
⎜
⎟
R
−
m
p
3
bbw
R
gdzie:
d
bz
, d
bw
– obliczone grubości kolumny zewnętrznej i wewnętrznej obudowy zespolonej, m,
R
bbz
, R
bbw
– wytrzymałości obliczeniowe betonu na kolumnę zewnętrzna i wewnętrzną
(przyjęto wg PN-B-03264), MPa,
m
– współczynnik korekcyjny (przyjęto wg PN-G-05015 – m = 1,1),
pozostałe
– jak powyżej.
W praktyce projektowej, grubości obudowy ostatecznej winna być sprawdzona po określe-
niu wielkości jej obciążenia
p
R
, które już jest uzależnione od przyjętej grubości obudowy
wstępnej i obudowy ostatecznej. Obliczenia, zatem należy wykonać przyjmując założoną
grubość poszczególnych kolumn, a za poprawne przyjąć te wartości, które nie przekraczają
założonych grubości.
Obecnie, praktycznie w szybach zawodnionych już przy ciśnieniach obliczeniowych suma-
rycznych powyżej 2,0 MPa, projektanci uciekają się do obudowy tubingowo-betonowej. Jest to
obudowa bardzo odporna na wysokie ciśnienia wody i jedyna, która sprawdziła się w skałach
115
⎛
⎞
[ Pobierz całość w formacie PDF ]