beton in triebwasserstollen longevità e possibili danni del calcestruzzo

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BETON IN
TRIEBWASSERSTOLLEN
LANGLEBIGKEIT UND SCHÄDEN
LONGEVITÀ E POSSIBILI
DANNI DEL CALCESTRUZZO
1
INHALT / CONTENUTI
1. Technische Lebensdauer / vita utile
2. Grundlagen der Sicherheitstheorie /verifiche della sicurezza
3. Beton in Triebwasserstollen / calcestruzzo
4. Schäden /danni
5. Vorschläge von Massnahmen / proposte di misure
2
TECHNISCHE LEBENSDAUER / VITA UTILE
21.04.2016
3
DIFFERENZIERTE SICHERHEITSBETRACHTUNG
VALUTAZIONE DIFFERENZIATA DELLA SICUREZZA
Sicherheitsindex – indice di sicurezza: ß
Versagenswahrscheinlichkeit / probabilità di rottura Pf
f(x)
Einwirkungen
Impatti - carichi
Widerstände
Resistenza - materiali

x
VERSAGENSWAHRSCHEINLICHKEIT
PROBABILITÀ DI ROTTURA
   
Z
probability
density
R
 Z2   R2   E2
Z

Z
Einwirkungen E
E
Widerstand R
BEMESSUNGSKRITERIEN UND
NACHWEISE
Rk
R
 Sk   S
Rk Charakteristischer Wert des Widerstandes
Sk Charakteristischer Wert der Einwirkung
 Teilsicherheitsbeiwert (1,0) für das Risiko gemäß pf
SICHERHEITSINDEX ß PRO JAHR
INDICE DELLA SICUREZZA ALL’ANNO
Sicherheitsindex, ß
Versagensw.
pf
Sicherheitsindex, ß
Versagensw.
pf
7.03
10-12
5.19
10-7
6.71
10-11
4.75
10-6
6.36
10-10
4.26
10-5
5.99
10-9
Gebrauchst
Esercizio
3.72
10-4
5.61
10-8
SLS / year
3.09
10-3
Tragfähigkeit
Stato ultimo
Gilt nur für Normalverteiung
7
ZEITLICHE ENTWICKLUNG
SVILUPPO NELL‘ARCO TEMPORALE
R, S
Widerstände
Einwirkungen
0
t(R,S)
Jahre 50 anni
ZUVERLÄSSIGKEITSKLASSEN
CATEGORIE DI AFFIDABILITÀ
Abhängig von den Auswirkungen eines Versagens
In funzione delle conseguenze di una rottura
Mindestwert des Sicherheitsindex
Zuverlässigkeits Bezugszeitraum 1
Jahr
klasse
Bezugszeitraum
50 Jahr
RC 3 (CC3)
5,2
4,3
RC 2 (CC2)
4,7
3,8
RC 1
4,2
3,3
ZUVERLÄSSIGKEITSKLASSEN
CATEGORIE DI AFFIDABILITÀ
• Eigentümer legt die Zuverlässigkeitsklasse
und damit auch die Schadensfolgeklasse
(Bauwerksqualität) fest;
• Il propiertario decide sulla categoria di
affidabilità e di conseguenza sulla qualità
dell‘opera
Höhere CC = höhere Kosten
= (höhere technische Lebensdauer)
Maggiori costi = maggiore durata della vita utile
INHALT
1. Was ist die Technische Lebensdauer / vita utile
2. Grundlagen der Sicherheitstheorie /teoria
3. Beton in Triebwasserstollen / calcestruzzo
4. Schäden /danni
5. Vorschläge / proposte
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LEBENSDAUER VON WASSERKRAFTANLAGEN
STRUKTUR + AUSRÜSTUNG:
Struktur, Ausbau
Lebensdauer
[Jahre]
Inspektion
Stollenstruktur
> 100
> 30 - 50
Periodische Inspektion,
Periodische Inspektion
(jährlich)
> 50
Periodische Inspektion,
Monitoring
> 25 - 50
Periodische Inspektion,
Monitoring
ca. 10
Periodische Inspektion
(täglich, monatlich)12
Rohrleitungen
Ausrüstung
Turbinen
Verschleissteile, Schaufeln
VERSCHIEDENE AUSFÜHRUNGSVARIANTEN
VON DRUCKSTOLLEN AUS BETON
VARIANTI DI ESECIZIONE
• Bewehrte Innenschale
• unbewehrte Innenschale mit
Abdichtung bergseitig
• unbewehrte Innenschale ohne
Abdichtung mit Injektion des
Gebirges (Contact und
Consolidation Grouting)
• Spritzbeton
PROBLEME V0N UNBEWEHRTEN SCHALEN
PROBLEMI CON IL CALCESTRUZZO NON ARMATO
• Bei Alkali-Silika reaktivem
Gestein im Regelfall
eingeschränkte Zementwahl ->
zum Teil erhöhter
Wasseranspruch
• Gesteinskörnung aus
Tunnelausbruchsmaterial -> zu
viele und schwankende Feinteile
• Wassergehalt zu hoch und stark
schwankend
KÖRNUNGSLINIEN AUS AUSBRUCHMATERIAL
CURVA GRANULOMETRICA
FEINANTEILE LIMITIEREN (< 0,063 MM): < 3 %
RISSE BEI UNBEWEHRTEN
INNENSCHALEN
• horizontale und radiale Risse f(wenig wirksame
Zusatzmittel + mangelhafte Nachbehandlung)
• Sanierungsarbeiten und Rissinjektionen erforderlich
• Rissverfüllungen im Zuge der GebirgsVorspanninjektionen
• Risssanierung mittels unterschiedlicher Injektionsverfahren
UNTERSUCHUNGSMETHODEN
METODI DI ISPEZIONE
• Stollenbesichtigung
• Bohrkernentnahmen: Druckfestigkeit, Los Angeles
• Betontechnologische Begutachtungen
• Stollenaufnahme mit Wasserproben
• Geodätische Vermessung
• Refraktionsseismische Untersuchung der Gesteine
• 3D-Laserscan / Digitale Photogrammetrie
ERFAHRUNG + DIGITALISIERUNG + STATISTIK
DIGITAL
PHOTOGRAMMETRIC
PICTURE
BASED ON
EXPERIENCE AND STATISTICS
18
DIGITALE PHOTOGRAMMETRIE
LASERSCAN
3D – DIGITAL PICTURE RECORDING
19
URSACHEN – SCHÄDEN: BETON
• Gewinnung aus Steinbruch vor Ort
• Zuviele Feinanteile
• Schäden
•
•
•
•
Abrasions im Geschiebebereich
Kavitationen im Beton
Alkali Silica- und Alkali Dolomit Reaktion
Reduzierende Dauerstandsfestigkeit etc
URSACHEN – SCHÄDEN: STAHLBETON
CAUSE - DANNI
• Hohlstellen, Lunker
• schlechte Einbettung der
Bewehrung
• hohe Wassereindringtiefen
• hohe Karbonatisierung in
Wasserwechselzonen
• reduzierte Dauerhaftigkeit und
Festigkeit
• erhöhte Rissneigung an
Schwachstellen
RISSSANIERUNG – RISANAMENTO FESSURE
• Rissbreiten > 0,3 mm – larghezza della fissura
 Injektion ohne Druck / iniezione senza pressione
 Injection mit 1 to 3 bar /iniezione con 1 a 3 bar
SANIERUNG VON BETONSCHALEN
RISANAMENTO DEL RIVESTIMENTO IN CLS
• Identifizierung der wesentlichen
Schadstellen durch Experten vor Ort
• Sanierung mit vertretbarem Aufwand
• Auswahl geeigneten Maßnahmen
• Rissinjektion in Beton mit PU,
Acryl, Epoxy, Zement, anhängig
von Rissbreite, Orientierung,
Lage und Verformungsverhalten
im Betrieb
• Abdichtung mit Kunststoffbahnen
• Gebirgsinjektion, Verfüllung von
Klüften
VERSCHLEISS: ABRASION DES BETONS
USURA: ABRASIONE DEL CALCESTRUZZO
„Verschleiss“ im Einfluss von Geschiebefracht
Kritische Bauteile: Wehrrücken, Schussrinnen, Tosbecken,
Weniger kritisch: Triebwasserwege, da die Fracht gering ist
Verschleiss findet in der Betonmatrix an den Stellen mit
dem geringsten Widerstand statt – im Gegensatz zum
mechanischen Verschleiss wird die gesamte
Betonoberfläche und nicht nur die Kornspitzen beansprucht
MASSNAHMEN: ABRASION DES BETONS
MISURE CONTRO L‘ABRASIONE DEL CLS
Ziele
Erhöhten Verschleisswiderstand
dichte, hochfeste Zementsteinmatrix, in der die (harten)
Körnungen gut gebettet sind
Angepasste Sieblinie – dichte Bettung
Hartkorn vor allem bei der Feinfraktion
Wassergehalt so gering als möglich, möglichst tiefe
Einbaukonsistenz
Rezeptur mit Mikrosilikat (Mikrosilika)
Prüfung der Abrasion mittels Geschiebetrommel
ABRASIONSPRÜFUNG
Versuchsanordnung Geschiebetrommel nach Verbund-Richtlinie
Einbau von BetonProbeplatten 50x50x12
Befüllen der
Probetrommel mit
Wasser-GeschiebeGemisch
Rotation im
Wechselzyklus 24h
Prüfdauer
Bestimmung des
Masseverlustes je
Probeplatte
LEBENSDAUERBERECHNUNGEN MIT
MONITORING + INSPECTION + (ERFAHRUNG)
VERIFICA DELLA VITA UTILE INTEGRANDO
MONITORAGGIO E ISPEZIONE + (ESPERIENZA)
Transformation
System 1
data(x11, ...,x1n)
Xf1(x11, ...,x1n)
Measurement
System m
Transformation
System 1
data(xm1, ...,xmk)
Xfm(xm1, ...,xmk)
System Model 1
(e.g. FE-based)
M1(Xf1(x11, ...,x1n))
System Model m
(e.g. Knowledge Based)
Mm(Xfm(xm1, ...,xmk))
Pf (M1,...,Mm)
Measurement
System 1
OPERATIONAL INFORMATION
Decision Making and Maintenance
STRUCTURAL INFORMATION
Reliability based Analysis
DATA
27
MODELS FOR DEGRADATION + AGING
Actual Status
i-1
M‘ i-1,i
M‘‘ i-1,i
pi
bi
M‘ i,i+1
mi
M‘‘ i,i+1
pi+1
Degradation function
Gamma-process
bi+1
mi+1
Bayesian Update
mi+2
Monitoring
Adjustment
T
i-1
T
i
T
i+1
i+2
28
ZUSAMMENFASSUNG / CONCLUSIONE
1. Bauherr: Festlegung der Technischen Lebensdauer und der
Zuverlässigkeitsklasse mit Inspektion + Erhaltung
Committente: Definizione delle vita utile e della categoria di
affidabilità e manutenzione
2. Planer: Graduelle Sicherheitsbetrachtung, Betonqualität
Progettista: valutazione sulla graduale sicurezza e
definizione della qualità del Cls
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ZUSAMMENFASSUNG / CONCLUSIONE
3. Betreiber: Vorschriften für Monitoring, Inspektion, Erhaltung und Prognose
für die Nutzungsdauer
Gestore: Disposizioni per il monitoraggio, ispezione, manutenzione e
previsione per la vita utile
Danke - Grazie
30
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