Miesięcznik Polskiego Związku
Inżynierów i Techników Budownictwa
ISSN 0021-0315

HALICKA A., FRANCZAK D.: Projektowanie zbiorników żelbetowych. Zbiorniki na ciecze. Tom 2.Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013. Stron 367.

Na początku 2013 roku ukazał się drugi tom podręcznika pt. „Projektowanie zbiorników żelbetowych. Zbiorniki na ciecze”, który wraz z pierwszym tomem pt. Projektowanie zbiorników żelbetowych. Zbiorniki na materiały sypkie” (ukazał się w 2011 r.) stanowi  kompendium wiedzy z zakresu prezentowanej problematyki.

  

 

 

W ostatnich latach buduje się coraz więcej zbiorników w oczyszczalniach ścieków, stacjach uzdatniania wody, jako osadniki przy realizacji kanalizacji deszczowej, w biogazowniach, gospodarstwach rolnych, zakładach przemysłowych, rafineriach itp. Projektowanie zbiorników żelbetowych wymaga dużej wiedzy z zakresu mechaniki budowli, wytrzymałości materiałów, konstrukcji żelbetowych, technologii betonu oraz procesów technologicznych związanych z eksploatacją poszczególnych rodzajów obiektów, w zależności od ich przeznaczenia.

O trudnościach i problemach występujących przy projektowaniu i realizacji zbiorników żelbetowych najlepiej świadczą referaty, wygłaszane na konferencjach „Awarie budowlane” oraz konferencjach poświęconych zbiornikom (w 2012 roku odbyła się w Karpaczu już XIV tego rodzaju konferencja). Na konferencjach tych każdorazowo są przedstawiane awarie zbiorników żelbetowych, najczęściej nowo wybudowanych.

Trzeba nadmienić, że w ostatnich 25 latach ukazały się jedynie cztery wydawnictwa książkowe dotyczące zbiorników żelbetowych, w których autorami byli: A. Stachowicz i W. Ziobroń (1986), J. Kobiak i W. Stachurski (1991), K. Grabiec (1999), P. Lewiński (2011). Pozycji autorstwa Kaliksta Grabca pt. „Żelbetowe konstrukcje cienkościenne” (PWN Warszawa-Poznań 1999) autorki nie wymieniły w bibliografii recenzowanej książki.

Trudności w projektowaniu zbiorników żelbetowych zostały w ostatnim czasie spotęgowane przez konieczność wykonywania obliczeń zgodnie z Eurokodami, przy jednoczesnym braku na rynku wydawniczym odpowiednich publikacji. Recenzowany podręcznik wypełnił więc lukę w literaturze z tego zakresu.  

Omawiany tu tom drugi pracy został podzielony na dwie części. Część pierwsza pt. „Kształtowanie, obciążenia i siły wewnętrzne, wymiarowanie, konstruowanie i zbrojenie” obejmuje 11 rozdziałów, natomiast część druga pt. „Przykłady obliczeniowe” zawiera 8 przykładów liczbowych. Bibliografia zawiera 136 pozycji obejmujących monografie, podręczniki i artykuły, 25 norm europejskich i krajowych oraz 11 pozycji materiałów firmowych.

Rozdział 1 zatytułowany „Specyfika żelbetowych zbiorników na ciecze” opisuje rodzaje zbiorników ze względu na przeznaczenie i położenie w stosunku do poziomu terenu, a także z uwagi na ich kształt. Omówiono klasy szczelności wg EC2-3 oraz wskazano na specyficzne problemy, jakie występują przy projektowaniu zbiorników, takie jak różnorodność oddziaływań, wrażliwość modelu obliczeniowego wynikająca z przestrzennej pracy statycznej  ustroju i przyjętego modelu podłoża, a także trudne warunki eksploatacji.

Rozdział 2 pt. „Geometria i kształty zbiorników jako konsekwencja ich funkcji – wybrane przykłady” poświęcono charakterystyce zbiorników stosowanych w oczyszczalniach ścieków (piaskowniki, osadniki, bioreaktory, złoża biologiczne, wydzielone komory fermentacyjne, przepompownie ścieków), zbiorników wodociągowych (ujęć wody, w stacjach uzdatniania, zbiorniki wody czystej, zbiorniki wieżowe), zbiorników na gaz płynny, zbiorników w biogazowniach, a także basenów pływackich.

Rozdział 3 zatytułowany „Oddziaływania i obciążenia wywierane na zbiorniki” dotyczy podstawowych oddziaływań (obciążeń), z jakimi można się spotkać przy projektowaniu zbiorników na ciecze. Są To: obciążenie wywierane przez magazynowaną ciecz, obciążenie gruntem ścian i przekrycia, oddziaływanie podłoża gruntowego na konstrukcje zbiornikowe (podłoże nieodkształcalne, podłoże sprężyste, półprzestrzeń sprężysta). Dosyć szczegółowo omówiono obciążenia: wiatrem, śniegiem oraz temperaturą.   W końcowej części tego rozdziału zawarto informacje dotyczące skurczu oraz pełzania betonu, a także jego samoocieplenia podczas hydratacji cementu. Pokazano, jak te odkształcenia wymuszone należy uwzględniać na etapie projektowania zgodnie z zaleceniami eurokodów.

Rozdział 4 pt. „Zbiorniki o przekroju kołowym” poświęcono w głównej mierze obliczaniu sił wewnętrznych w tego rodzaju zbiornikach. Podano zależności opisujące stan błonowy powłok cylindrycznych, kulistych, stożkowych. Omówiono także stan momentowy powłok. Przedstawiono również zależności pozwalające uwzględnić różne rodzaje połączeń ścian z dnem oraz z wieńcem, a także kopuł przekrywających zbiorniki połączonych z powłoką monolitycznie lub za pośrednictwem wieńca.

Rozdział 5 zatytułowano „Zbiorniki prostopadłościenne”. Przedstawiono metodę obliczania sił wewnętrznych, traktując zbiornik prostopadłościenny jako złożony z wydzielonych płyt. Zamieszczono współczynniki do obliczania momentów zginających wybranych schematów płyt zaczerpnięte głównie z monografii J. Kobiaka i W. Stachurskiego. Nie wspomniano o innych popularnych tablicach dotyczących płyt o różnych schematach i różnych współczynnikach Poissona. W rozdziale tym opisano sposób postępowania metodą Crossa, zmierzającą do wyrównania momentów zginających występujących we wspólnym narożu zbiorniku, gdzie stykają się  płyty o różnych wymiarach, przy których z tablic otrzymano różniące się wartościami momenty zginające.

Rozdział 6 pt. „Obliczanie sił wewnętrznych metodą elementów skończonych” zawiera informacje podstawowe dotyczące wykonywania obliczeń tą metodą oraz modelowania konstrukcji, obciążeń i podłoża gruntowego.

Rozdział 7 zatytułowany „Wymiarowanie zbiorników” opisuje kombinacje obciążeń, jakie należy uwzględniać w obliczeniach w stanach granicznych nośności oraz użytkowalności. W rozdziale tym podano również kilka istotnych uwag dotyczących obliczania szerokości rozwarcia i rozstawu rys oraz określenia potrzebnego przekroju zbrojenia minimalnego ze względu na zarysowanie. W końcowej części rozdziału omówiono ogólnie obliczenia zbiorników w aspekcie współpracy z podłożem gruntowym.

Rozdział 8 nosi tytuł „Szczegóły konstrukcyjne”. Dotyczy układu i rozmieszczenia zbrojenia w poszczególnych elementach składowych zbiornika, takich jak dno i fundamenty, ściany i przekrycia. Zamieszczono liczne czytelne rysunki ilustrujące rozmieszczanie zbrojenia w tych elementach. Znaczną część rozdziału poświęcono przerwom roboczym i dylatacjom w zbiornikach. Podano zasady ich rozmieszczania, kształtowania i konstruowania.

            Rozdział 9 zatytułowano „Wykonawstwo zbiorników”. Zawarto informacje dotyczące deskowań systemowych, zwracając przy okazji uwagę na sposoby prawidłowego uszczelnienia stref ściągów w deskowaniach. Przedstawiono również uwagi dotyczące właściwości betonu w aspekcie zastosowania do budowy zbiorników. Podano też uwagi dotyczące uszczelniania powierzchni ścian i dna zbiorników, a także przejścia rurociągów przez ściany i dno.

Rozdział 10 zatytułowano „Szczegóły konstrukcyjne zbiorników”. Poruszono problemy związane z realizacją zbiorników prefabrykowanych, zbiorników realizowanych w formie studni opuszczanych i zbiorników sprężonych. Stosunkowo dużo uwagi poświęcono obliczaniu studni opuszczanych. Omówiono warunki pogrążalności oraz zapewnienia stateczności na wypór. Przedstawiono sposób obliczania momentów zginających i sił normalnych w płaszczu studni oraz podano uwagi dotyczące obliczania korka dennego i płyty dennej. Końcową cześć rozdziału poświęcono zbiornikom sprężonym. Pokrótce omówiono technologię sprężania i dosyć szczegółowo projektowanie zbiorników sprężonych.

Rozdział 11 pt. „Awarie i naprawa zbiorników” przedstawia przyczyny uszkodzeń zbiorników, diagnostykę zbiorników żelbetowych oraz sposoby napraw i wzmacniania.

Część druga podręcznika zawiera przykłady obliczeniowe: P1 – Naziemny zbiornik cylindryczny na ciecz; P2 – Naziemny zbiornik cylindryczny na ciecz- analiza w stadiach przedeksploatacyjnych; P3 – Naziemny zbiornik cylindryczny na ciecz o temperaturze 30oC; P4 – Wymiarowanie zbiornika ścian naziemnego cylindrycznego zbiornika na ciecz; P5 – Naziemny cylindryczny zbiornik na ciecz przekryty kopułą kulistą; P6 – Podziemny cylindryczny zbiornik na ciecz przekryty kopułą kulistą; P7 – Zbiornik w formie studni opuszczanej; P8 – Zagłębiony otwarty zbiornik prostopadłościenny

Przykłady dobrano tak, aby pokazać sposób obliczeń zbiorników zarówno naziemnych, jak i podziemnych o różnych przekrojach (kołowych i prostokątnych). W większości przykładów skoncentrowano się na obliczeniach sił wewnętrznych w stadiach eksploatacyjnych. Jeden ze zbiorników poddano analizie w stadium przedeksploatacyjnym (przykład P2). Wykonano też przykładowe wymiarowanie zbiornika obciążonego momentami pochodzenia termicznego, zwracając szczególną uwagę na stan graniczny zarysowania (przykład P4). Obliczenia prowadzono, opisując każdy kolejny krok w nawiązaniu do wzorów przedstawionych w części pierwszej książki.

Obciążenia zbiorników przyjmowano zgodnie z Eurokodem 1 (obciążenia stałe, obciążenia temperaturą, wiatrem, ciśnieniem ciecz) oraz Eurokodem 7-1. Siły wewnętrzne obliczono w większości przypadków dwiema metodami – korzystając ze sposobów i metod tradycyjnych oraz metodą elementów skończonych. Obliczenia sił wewnętrznych metodą tradycyjną podawano z reguły w formie tabelarycznej. Do obliczeń MES wykorzystano komercyjny, inżynierski program Autodesk Robot Structural Analysis i w opisach używano nazewnictwa przyjętego w tym programie. Obliczenia wykonano, zakładając liniowość sprężystą materiału i sprężyste podłoże Winklera. W efekcie pokazano wykresy sił i momentów równoleżnikowych i południkowych. Jeśli obliczenia wykonano dwiema metodami, to podano wykresy porównawcze.

W pierwszych trzech przykładach skoncentrowano się na wyznaczeniu sił wewnętrznych w zbiornikach cylindrycznych. Dopiero w przykładzie czwartym (P4) po obliczeniu sił wewnętrznych pokazano sposób wymiarowania zbrojenia ścian. Żałować należy, że przykład ten nie kończy się rysunkiem przedstawiającym przyjęty układ zbrojenia.

Przykłady P7 i P8 ograniczono do obliczenia sił wewnętrznych. Nie przedstawiono wymiarowania zbrojenia oraz rysunków konstrukcyjnych.

Omawiany podręcznik jest przeznaczony w głównej mierze dla studentów kierunków budownictwo oraz inżynieria środowiska. Zapewne korzystać z niego będą także projektanci konstrukcji, a także inżynierowie pracujący w wykonawstwie.

Na szczególne podkreślenia zasługuje dostosowanie treści podręcznika do wymagań norm europejskich. Cenną rzeczą w każdym podręczniku są przykłady liczbowe. Wciąż aktualne jest bowiem motto, które znalazło się w podręcznikach Czyża z lat 60. XX wieku: Najtrudniejsze zadanie staje się łatwe, gdy jest pod ręką przykład liczbowy.

Jestem przekonany, że opiniowana książka znajdzie uznanie u czytelników, nakład w krótkim czasie zostanie wyczerpany, a Autorki przystępując do przygotowania drugiego wydania uzupełnią zamieszczone przykłady o wymiarowanie zbrojenia.

Autorkom podręcznika należą się podziękowania za podjęty trud, za wypełnienie luki na rynku wydawniczym z zakresu projektowania zbiorników na ciecze, szczególnie w okresie, gdy w obliczeniach należy uwzględniać ustalenia eurokodów.

                                                                                              Wiesław Buczkowski