ZBIORNIKI ŻELBETOWE
opracowano na podstawie:
ZBIORNIKI PODZIEMNE ŻELBETOWE
Tomasz Przymusiak
prowadzący: dr inż. Tomasz Oleszkiewicz
POLITECHNIKA POZNAC
SKA
WYDZIAA
ARCHITEKTURY, BUDOWNICTWA
i Inżynierii ŚRODOWISKA
Dr inż. Wojciech Słomka, Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska
Rys historyczny
" W dawnych czasach w celu zgromadzenia wody do picia
stosowano cysterny wykute w skale.
" Wraz z rozwojem i umiejętności obróbki drewna stosowano
do tego celu zbiorniki drewniane, które pod postacią
beczek przetrwały do dnia dzisiejszego.
" Rewolucja związana z odkryciem stali oraz rozwojem
przemysłu metalurgicznego i wprowadzeniem wyrobów
walcowanych spowodowała rozwój zbiorników blaszanych,
wykonywanych pod różnymi postaciami.
Zbiorniki te, choć wrażliwe na korozję stosowane są do
dzisiaj miedzy innymi ze względu na łatwość i szybkość
wykonania.
" Przed I WojnąŚwiatową zapoczątkowano wykonanie
zbiorników żelbetowych. Jednak zastosowanie ich na
szeroką skalę nastąpiło
w okresie międzywojennym.
" Rosnące wymagania dotyczące szczelności oraz ich
coraz większe rozmiary zmuszały inżynierów do
poszukiwania nowych rozwiązań konstrukcyjnych,
które przyczyniły się do opracowania przez E.
Freyssineta koncepcji zbiornika sprężonego.
" Koncepcja ta, ze względu na wyeliminowanie blachy
stalowej jako elementu konstrukcyjnego, spowodowała
szybki rozwój tej technologii
STOSOWANE KSZTAA
TY
Kształt zbiornika ma wpływ na sposób jego
projektowania i wykonania.
Przy wyborze kształtu zbiornika należy brać
pod uwagę następujące czynniki:
przeznaczenie zbiornika,
pojemność i wymiary zbiornika,
stosowany materiał
(żelbet lub beton sprężony),
sposób wykonania,
sposób posadowienia.
KSZTAA
TY
Kształt rzutu zbiornika może być:
kołowy,
prostokątny,
wieloboczny lub
nieforemny.
Najczęściej stosowany jest rzut kołowy, prostokątny lub
kwadratowy.
Badania wykazały, że najbardziej korzystne są zbiorniki
o rzucie kołowym, o pojemności od 50 do 5000 m3.
Przy większej pojemności celowe jest budowanie zbiorników prostokątnych.
Ekonomiczna wysokość zbiorników walcowych wynosi:
3,5 m przy pojemności od 50 do 500 m3 i
4,5 m przy pojemności od 600 do 2000 m3.
KSZTAA
TY
Z punktu widzenia usytuowania poziomu dna w
stosunku do terenu, zbiorniki dzielą się na:
podziemne,
naziemne lub
wyniesione (wieże ciśnień).
W zależności od przeznaczenia zbiorniki mogą być
zamknięte lub otwarte.
Przy większych objętościach (powyżej 5000 m3)
i wysokościach do 5 m zbiorniki podziemne projektuje
się z przekryciem w postaci stropu opartego na
słupach umieszczonych wewnątrz zbiornika.
KSZTAA
TY
Przy mniejszych objętościach i wysokościach powyżej
5 m stosuje się przekrycie oparte na ścianie
zewnętrznej.
W niektórych konstrukcjach przekrycie jest powłoką
kulistą lub stożkową, nawet przy większych wymiarach
zbiornika w rzucie.
Wynika stąd, że konstrukcja przekrycia decyduje o
sposobie rozwiązania konstrukcji dna.
W przypadku stosowania słupów wewnątrz zbiornika
powstają trudności przy uszczelnieniu dna wmiejscach
przenikania słupów.
Typy zbiorników w rzucie prostokątnym
Typy zbiorników
a) w rzucie prostokątnym
b) częściowo zagłębionych w gruncie o przekroju kołowym podziemnych
Podział ze względu na przeznaczenie
a) stosowane przy oczyszczaniu wody i ścieków,
b) używane na wodę pitną, przemysłową
i przeciwpożarową,
c) stosowane w przemyśle chemicznym,
d) stosowane w przemyśle spożywczym,
e) stosowane w przemyśle mineralnym, np.:
w cementowniach, w budynkach flotacyjnych,
f) używane do przechowywania produktów naftowych,
g) baseny pływackie itd.
Inne typy zbiorników
Zbiorniki o kształtach specjalnych mają formy
podyktowane względami technologicznymi.
Metody obliczeń statycznych zbiorników sprężonych
nie różnią się od metod stosowanych przy zbiornikach
żelbetowych, natomiast sposób ich konstruowania
oraz wykonania odbiega bardzo znacznie.
Zbiorniki wyniesione (wieże ciśnień) przedstawiają
odrębną grupę z uwagi na problemy konstrukcyjne
związane z konstrukcją wsporczą.
Charakterystyka zbiorników o przekroju prostokątnym
Zbiorniki prostokątne są na ogół mniej ekonomiczne od
zbiorników kołowych.
Wynika to
" z jednej strony z mniej korzystnego stosunku obwodu do
powierzchni, a
" z drugiej - z obecności w ścianach zbiorników
prostokątnych oprócz sił rozciągających także znacznych
momentów.
W zakładach, gdzie technologia wymaga znacznej liczby
zbiorników połączonych ze sobą lub obok siebie stojących
(przemysł garbarski, papierniczy, farbiarski, browarniczy,
roszarniczy, wikliniarski)
zbiorniki prostokątne są korzystniejsze od kołowych ze
względu na łatwiejsze połączenie i lepsze wykorzystanie
miejsca.
Charakterystyka zbiorników o przekroju prostokątnym
Zbiorniki mogą być:
 otwarte lub zamknięte,
 jednokomorowe lub wielokomorowe .
Te ostatnie są na ogół rozwinięte w jednym poziomie.
Zdarzają się jednak zbiorniki wielokomorowe
wielopiętrowe (przemysł winiarski, spożywczy,
roszarniczy).
Zbiorniki prostokątne są stosowane jako:
 zbiorniki podziemne lub
 częściowo zagłębione w ziemi.
Dno i przekrycie zbiorników prostokątnych
Dno zbiorników jest zwykle płaskie o konstrukcji
płytowej lub przy większych rozmiarach płytowo-
żebrowej.
Przy większych zbiornikach przekrytych stosuje
się także odwrócone stropy grzybkowe, łupiny
walcowe i łupiny klasztorne, zwłaszcza przy
zagłębieniu dna znacznie poniżej poziomu wody
gruntowej.
W związku z wymaganiami technologicznymi
ukształtowanie dna musi być niekiedy
urozmaicone, np.: przy basenach pływackich,
osadnikach itp.
Przy zbiornikach odkrytych naziemnych lub częściowo zagłębionych w
ziemi, o większych wymiarach w rzucie, rozdziela się z reguły konstrukcję
ścian i dna dylatacjami,
a ściany pracują wtedy jako ściany oporowe.
Ściany zbiorników zamkniętych są przeważnie dołem połączone
monolitycznie z dnem, górą z przekryciem w sposób sztywny lub
przegubowy, rzadko ze swobodnym przesuwem.
Konstrukcja ich jest płytowa, płytowo-żebrowa,
rzadziej w postaci łupin walcowych opartych na żebrach.
Konstrukcja przekrycia jest podobna do konstrukcji dna
- a więc płytowa przy małych zbiornikach,
przy większych - płytowo-żebrowa, w postaci stropu grzybkowego,
rzadziej w postaci sklepień walcowych lub klasztornych opartych na
żebrach.
Charakterystyka zbiorników o przekroju kołowym
Zbiorniki tego typu dzielą się na dwie grupy zbiorników
utworzonych przez powłoki obrotowe:
o pionowej osi obrotu oraz
o poziomej osi obrotu.
Powierzchnie ich utworzone są przez obrót linii krzywej, prostej
lub łamanej  zwanej tworzącą - dookoła osi obrotu.
Zbiorniki o poziomej osi obrotu (najczęściej o kształcie
walcowym) wykonuje się głównie ze stali.
W zależności od rodzaju tworzącej rozróżniamy powłoki w
kształcie kopuł, walców lub stożków, z których konstruuje się
ścianki boczne, przekrycia oraz dna zbiorników.
W odróżnieniu od zbiorników prostokątnych istnieje tu duże
zróżnicowanie typów spotykanych kształtów.
Charakterystyka zbiorników o przekroju kołowym
Zbiorniki podziemne mają na ogół ścianki walcowe o
przekryciach płytowych bezsłupowych - dla małych wymiarów
zbiornika w rzucie,
grzybkowych - dla większych wymiarów przekrycia,
czy też żebrowych (np. z jednym słupem w środku).
Do bardziej ekonomicznych przekryć należą powłoki:
w kształcie kopuł,
powłoki torusowe lub
obrotowe sklepienia cylindryczne.
Dno mogą stanowić:
płyty kołowe,
odwrócone stropy płytowo - żebrowe, bądz
grzybkowe;
rzadziej spotyka się tu powłoki kuliste i stożkowe .
W razie konieczności stałego przechowywania cieczy
" buduje się kilka mniejszych zbiorników lub
" konstruuje się zbiorniki o więcej niż jednej komorze
(najczęściej dwukomorowe);
stwarza to możliwość korzystania z jednej z komór
przy ewentualnej naprawie czy konserwacji drugiej.
Zbiorniki o przekroju kołowym mogą mieć ściany
boczne monolityczne lub prefabrykowane.
Zbiorniki o ścianach bocznych prefabrykowanych
wykonuje się z zasady jako sprężone.
Zbiorniki monolityczne mogą być sprężone lub nie, w
zależności od wielkości sił wewnętrznych w ścianach.
Schematy zbiorników dwukomorowych podziemnych
Przekrycia zbiorników
Najbardziej ekonomicznymi przekryciami zbiorników o
przekroju kołowym  ze względu na znaczne oszczędności stali
i betonu w porównaniu z innymi przekryciami  są powłoki
cienkościenne w kształcie kopuł.
Ujemną cechą tych przekryć o konstrukcji monolitycznej jest
konieczność dużej dokładności wykonania oraz bardzo często
duże zużycie drewna przy wykonaniu deskowań; duża
pracochłonność tych robót wydłuża czas realizacji.
Tych ujemnych cech można uniknąć, stosując powłokę
prefabrykowaną tak skonstruowaną, aby była zapewniona
przestrzenna praca, całości konstrukcji.
Niewykorzystane przeważnie naprężenia i daleki na ogół od
wartości granicznych na wyboczenie (przy stosowanych
rozpiętościach) stosunek grubości powłoki do promienia jej
krzywizny upoważniają do stosowania tego rodzaju przekrycia
nawet przy znacznych obciążeniach
(w zbiornikach podziemnych rozpiętości przekryć kopułowych
dochodzą do 20 m i więcej).
Przekrycia zbiorników
Powszechnie stosowanym sposobem podparcia kopuły na
Powszechnie stosowanym sposobem podparcia kopuły na
ścianach cylindrycznych jest podparcie za pośrednictwem
ścianach cylindrycznych jest podparcie za pośrednictwem
wydzielonego wieńca pierścieniowego, który przejmuje rozpór
wydzielonego wieńca pierścieniowego, który przejmuje rozpór
przekrycia.
przekrycia.
W zbiornikach podziemnych rozpór kopuły bywa na ogół duży ze
W zbiornikach podziemnych rozpór kopuły bywa na ogół duży ze
względu na znaczne obciążenie (grunt nasypowy, obciążenie
względu na znaczne obciążenie (grunt nasypowy, obciążenie
użytkowe naziomu) oraz z uwagi na najczęściej stosowany
użytkowe naziomu) oraz z uwagi na najczęściej stosowany
płaski kształt kopuły.
płaski kształt kopuły.
Przy tego rodzaju połączeniu ze ścianami bocznymi przyjmuje
Przy tego rodzaju połączeniu ze ścianami bocznymi przyjmuje
się, że przekrycie kopułowe pracuje niezależnie od cylindrycznej
się, że przekrycie kopułowe pracuje niezależnie od cylindrycznej
części zbiornika, przekazując na nią jedynie pionową reakcję
części zbiornika, przekazując na nią jedynie pionową reakcję
jako składową pionową siły południkowej kopuły przy wieńcu;
jako składową pionową siły południkowej kopuły przy wieńcu;
składowa pozioma tej siły oddziałuje tu na wieniec,
składowa pozioma tej siły oddziałuje tu na wieniec,
w którym powłoka jest sprężyście zamocowana, oraz za jego
w którym powłoka jest sprężyście zamocowana, oraz za jego
pośrednictwem i na kopułę.
pośrednictwem i na kopułę.
Aby zmniejszyć ten wpływ wieńca na powłokę, stosuje się często
Aby zmniejszyć ten wpływ wieńca na powłokę, stosuje się często
jego sprężanie.
jego sprężanie.
Kopuła może być również monolitycznie połączona ze ścianami
Kopuła może być również monolitycznie połączona ze ścianami
cylindrycznej części zbiornika za pomocą wieńca ukrytego, bądz

cylindrycznej części zbiornika za pomocą wieńca ukrytego, bądz

bez niego.
bez niego.
Sposoby podparcia przekrycia kopułowego
na ścianie cylindrycznej
a) za pomocą wieńca wydzielonego,
b) za pomocą wieńca ukrytego,
c) bez wieńca
Zbiorniki podziemne, a wody gruntowe
W zbiornikach podziemnych, posadowionych na
gruncie o wysokim poziomie wód gruntowych, rzadziej
stosuje się przekrycia cienkościenne, gdyż wobec
braku podparcia dna wewnątrz przestrzeni użytkowej
wypór wody wywołuje nieraz znaczne momenty
zginające w płycie dennej. W tych przypadkach
bardziej racjonalne są:
przekrycia płytowo-żebrowe,
stropy grzybkowe, bądz
też
zbiorniki o kształtach specjalnych, jak:
 torusy koliste,
 eliptyczne, czy
 zbiorniki dwukopułowe.
Ściany boczne zbiorników
Ścianami bocznymi zbiorników są najczęściej powłoki
cylindryczne.
W niskich zbiornikach przyjmuje się stałą ich grubość na całej
wysokości,
w wyższych natomiast poszerza się je od góry liniowo ku dołowi,
bądz
poszerzenie to wykonuje się tylko w dolnej ich części.
Oparcie ścian cylindrycznych na konstrukcji dennej może być
monolityczne bądz
przegubowe, rzadziej przegubowo-
przesuwne (np. przy sprężonych ścianach prefabrykowanych).
Ściany te w zbiornikach podziemnych
mogą współpracować z konstrukcją denną lub
mogą być oddzielone od bocznych ścian (lub ich
fundamentu) szczeliną dylatacyjną, opierając się
bezpośrednio na gruncie poprzez ławy pierścieniowe.
W przypadku monolitycznego połączenia ścian
bocznych z konstrukcją denną oparcie to
zazwyczaj ma warunki zamocowania
sprężystego (częściowego), natomiast przy
nieodkształcalnej konstrukcji dennej (np. duży
przekrój ławy fundamentowej) - zamocowania
pełnego.
Płytowe dna zbiorników podziemnych, są na
ogół płaskie.
Gdy wysoki poziom wody gruntowej powoduje
powstawanie dużych momentów zginających w płaskiej
płycie dennej, rozpiętość jej można zmniejszyć przez
zastosowanie np. ścian bocznych, składających się z
dwóch części - walcowej i stożkowej.
Można także wykonać dno w kształcie sklepień bądz

cylindrycznych odwróconych lub odwróconej kopuły.
Gdy grunt, na którym posadawia się zbiornik, ma
odpowiednią nośność, wówczas przy braku wody
gruntowej najlepiej jest wykonać pierścieniowy
fundament, a płytę denną oddylatować całkowicie od
konstrukcji zbiornika.
Trzy rozwiązania prefabrykowanego przekrycia zbiorników
a) z płyt panwiowych na podciągach sprężonych,
b) z dużych płyt opartych na słupach,
c) z dużych płyt opartych na słupach z głowicą
Sposoby zbrojenia ścian zbiorników prostokątnych
a), b), c), d), e), f) przekroje poziome,
g) przekrój pionowy
Sposoby połączenia ścian z dnem w zbiornikach
wykonanych: a) na mokro,
b) z prefabrykatów
Czterokomorowy zbiornik Sposoby wykonania płyty
podziemny z dnem i dennej:
przekryciem z łupin
a) z oparciem słupów na
klasztornych
rozdzielonych płytach
b) z ukształtowaniem dna
w postaci niecki
Dylatacje i sposoby posadowienia
Ważną sprawą dla konstrukcji zbiorników jest prawidłowe
rozmieszczenie dylatacji.
Zbiorniki małe nie wymagają przerw, natomiast większe, ze
względu na skurcz i zmiany temperatury, powinny być
zdylatowane.
Ponieważ szczeliny dylatacyjne są trudne do uszczelnienia,
wskazane jest ograniczanie ich liczby i długości.
Stosujemy dwojakiego rodzaju przerwy:
przerwy konstrukcyjne, które pozostają kilka miesięcy otwarte
i których zadaniem jest niwelowanie znacznego skurczu
betonu oraz znacznych wahań temperatury przy
nieprzykrytym i nienapełnionym zbiorniku, oraz
przerwy dylatacyjne stałe, rozstawione w większych
odległościach.
A
Między przerwami konstrukcyjnymi zaleca się
rozstaw nie większy niż 12m.
Płytę denną dzieli się gęściej nawet, co 5 m.
Dobrym rozwiązaniem jest wykonanie dna w dwóch
warstwach płyt o grubości 10 cm, rozdzielonych np.
papierem bitumicznym; szczeliny warstwy górnej i
dolnej mijają się.
Odległość pomiędzy stałymi przerwami dylatacyjnymi
nie powinna być większa od 40m, oczywiście, jeżeli
przy tym zastosowano czasowe przerwy
konstrukcyjne.
Szerokość szczeliny dylatacyjnej wynosi od kilku
milimetrów do kilku centymetrów.
Przykłady konstrukcji zbiorników
Podziemny zbiornik na wodę trójkomorowy
Schemat ogólny zbiornika o pojemności 6000 m3 o
grzybkowej konstrukcji płyty przekrycia i płyty dennej
Szczegóły szczelin dylatacyjnych zbiornika
a) dylatacja między płytą a pierścieniem b) dylatacja dna
fundamentowym ściany,
Szczegóły szczelin dylatacyjnych zbiornika
Przerwa dylatacyjna
1 - beton, 2 - wkładka z blachy,
3- wypełnienie asfaltem, 4 - blacha
Szczegóły szczelin dylatacyjnych zbiornika
Wkładka elastyczna do uszczelniania
dylatacji w zbiornikach żelbetowych