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 11 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 pi bi M‘ i,i+1 mi M‘‘ i,i+1 pi+1 Degradation function Gamma-process bi+1 mi+1 Bayesian Update mi+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 29 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
