«Εφαρμογή εκτοξευόμενου σκυροδέματος ως τελική επένδυση σηράγγων: το παράδειγμα των Yδροηλεκτρικών Έργων της ΔΕΗ ΑΕ»

Σωτηροπούλου, Δήμητρα; Sotiropoulou, Dimitra

dc.contributor.author	Σωτηροπούλου, Δήμητρα
dc.contributor.author	Sotiropoulou, Dimitra
dc.date.accessioned	2024-11-08T09:21:02Z
dc.date.available	2024-11-08T09:21:02Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60395
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28091
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	εκτοξευόμενο σκυρόδεμα	el
dc.subject	μόνιμη επένδυση	el
dc.subject	υδροηλεκτρικά έργα	el
dc.subject	shotcrete	en
dc.subject	final lining	en
dc.subject	hydroelectric projects	en
dc.title	«Εφαρμογή εκτοξευόμενου σκυροδέματος ως τελική επένδυση σηράγγων: το παράδειγμα των Yδροηλεκτρικών Έργων της ΔΕΗ ΑΕ»	el
dc.title	“Application of shotcrete as tunnel final lining: The example of Hydroelectric Projects of the Public Power Corporation”	en
dc.contributor.department	Σχεδιασμός και Κατασκευή Υπόγειων Έργων Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Υπόγεια Έργα	el
heal.classification	Σχεδιασμός και κατασκευή σηράγγων	el
heal.classification	Μόνιμη επένδυση σηράγγων από εκτοξευόμενο σκυρόδεμα	el
heal.classification	Υδροηλεκτρικά Έργα	el
heal.classification	Underground Works	en
heal.classification	Tunnel Design and Construction	en
heal.classification	Final shotcrete tunnel lining	en
heal.classification	Hydroelectric Projects	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-06
heal.abstract	Ένα από τα μέτρα υποστήριξης για την προσωρινή και μόνιμη επένδυση υπόγειων έργων αποτελεί το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, ινοπλισμένο ή μη, με ή χωρίς ενσωματωμένο δομικό πλέγμα, κυρίως σε σήραγγες, θαλάμους, φρέατα και στοές. Η υποστήριξη από εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, προσδίδει στα υπόγεια έργα όλα τα πλεονεκτήματα των μηχανικών ιδιοτήτων του υλικού, αλλά και του τρόπου εφαρμογής του, τόσο στο τελικό αποτέλεσμα όσο και στη διαδικασία κατασκευής τους. Συγκεκριμένα, λόγω της σύστασής του και εξαιτίας του χαμηλού συντελεστή νερού προς τσιμέντο (Ν/Τ) αποτελεί υλικό υψηλών αντοχών, ενώ δεν απαιτείται κατά την εφαρμογή του τοποθέτηση ξυλότυπου, μειώνοντας με αυτόν τον τρόπο τους χρόνους και το κόστος κατασκευής. Λόγω του τρόπου διάστρωσής του με εκτόξευση υπό πίεση, εφαρμόζεται με την ίδια ευκολία ακόμη και σε επιφάνειες με μεγάλες κλίσεις ή κατακόρυφες. Παρουσιάζει πολύ καλή πρόσφυση με τις υφιστάμενες στρώσεις σκυροδέματος και με τους βραχώδεις γεωλογικούς σχηματισμούς. Η δε παρουσία των ενσωματωμένων ινών στο εσωτερικό του μείγματός του αυξάνει την ολκιμότητα, την ανθεκτικότητα και την αντοχή του εκτοξευμένου σκυροδέματος, ενώ περιορίζει το φαινόμενο της ρωγμάτωσης, είτε πριν την έναρξή της δημιουργίας των αρχικών μικρορωγμών είτε περιορίζοντας την εμμονή των ήδη διαμορφούμενων ασυνεχειών. Η επίδραση του υλικού και του σχήματος των ινών στις μηχανικές ιδιότητες του εφαρμοζόμενου δομικού υλικού προσελκύει ακόμη και σήμερα το ενδιαφέρον της παγκόσμιας έρευνας. Ένα πολύ σημαντικό πλεονέκτημα αποτελεί το γεγονός ότι δύναται σε κάθε περίπτωση να δώσει την επιθυμητή τελική επιφάνεια στην κατασκευή, καθώς επιστρώνεται και μορφοποιείται κατά το οριζόμενο στα σχέδια μελέτης τελικό αισθητικό αποτέλεσμα και το καθορισμένο είδος χρήσης και λειτουργίας του έργου. Στην παρούσα Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία καταγράφηκαν περιπτώσεις, κατά τις οποίες χρησιμοποιήθηκε το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα ως τελική επένδυση σηράγγων ανά τον κόσμο, καθώς και η ποιοτική εξέλιξή του συν τω χρόνω. Αναλύθηκαν οι μέθοδοι σχεδιασμού του, οι οποίες αρκούνται μέχρι και σήμερα σε εμπειρικές μεθόδους και εργαστηριακά αποτελέσματα, όπως η μέθοδος Q, η μέθοδος RMR. Παρατίθενται οι ισχύοντες Διεθνείς Κανονισμούς και Πρότυπα, όπως το Πρότυπο ASTM, ομοίως από εμπειρικά στοιχεία. Επιπλέον, γίνεται αναφορά στο σχεδιασμό του υλικού με τη βοήθεια αναλυτικών εξισώσεων, που βασίζεται σε προσομοιώσεις υποβαλλόμενων σε φόρτιση προσομοιωμάτων υλικού και εξαγωγή αποτελεσμάτων με πεπερασμένα στοιχεία. Στη συνέχεια, αναλύεται ο μηχανισμός ενίσχυσης του εκτοξευόμενου σκυροδέματος με ίνες από χάλυβα, ο οποίος βασίζεται στη θεωρία σύνθετης μηχανικής και στη θεωρία απόστασης ινών. Οι εν λόγω θεωρίες αποτελούν τους δύο βασικούς πυλώνες, όλων των υπόλοιπων αναλύσεων που έχουν αναπτυχθεί μέχρι σήμερα στη Διεθνή Βιβλιογραφία. Από τα πιο σημαντικά στοιχεία που επηρεάζουν το σχεδιασμό, την εφαρμογή και το χρόνο ζωής του υλικού που εξετάζεται είναι οι διαβρωτικοί παράγοντες και ο τρόπος που αυτοί επενεργούν στο ινοπλισμένο - ή μη - εκτοξευόμενο σκυρόδεμα από τη στιγμή της εφαρμογής του και για όλο το χρόνο ζωής του εκάστοτε έργου. Τα διάφορα φαινόμενα διάβρωσης ξεχωριστά, οι αιτίες που τα προκαλούν, ο μηχανισμός εξέλιξής τους, τα άμεσα αλλά και τα τελικά αποτελέσματα τόσο στη μικροδομή του υλικού όσο και στο σύνολο της κατασκευής που αυτό εφαρμόζεται είναι κάποια από τα σημεία που αναλύθηκαν στην παρούσα Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία. Η παρουσία ύδατος και οι εκάστοτε περιβαλλοντικές συνθήκες συνδέονται άρρηκτα με τη διαμόρφωση και την εξέλιξη των φαινομένων διάβρωσης στο εσωτερικό και στην επιφάνεια του εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Στη συνέχεια, εξετάστηκε εκτενώς η εφαρμογή του εκτοξευόμενου σκυροδέματος, ινοπλισμένου ή μη, ως μόνιμη επένδυση υπόγειων έργων στην Ελλάδα. Διαπιστώθηκε ότι κατά κύριο λόγο η πλειοψηφία τους ανήκει στη Δημόσια Επιχείρηση Ηλεκτρισμού (ΔΕΗ ΑΕ), όπου και γίνεται εκτενής αναφορά κατόπιν συλλογής ιστορικών, τεχνικών και κατασκευαστικών στοιχείων των Υδροηλεκτρικών Έργων. Χαρακτηριστικό είναι ότι υπάρχουν περιπτώσεις σηράγγων που εφαρμόστηκε εκτοξευόμενο σκυρόδεμα ως προσωρινή επένδυση, λειτουργώντας επιτυχώς για πολλά έτη ως μόνιμη επένδυση και μέχρι η τελευταία να κατασκευαστεί, όπως για παράδειγμα στο Υδροηλεκτρικό Έργο του Μετσοβίτικου. Καταγράφηκε ταυτόχρονα η σύσταση μείγματος εκτοξευόμενου σκυροδέματος, οι κοκκομετρικές καμπύλες διαβάθμισης των αδρανών που χρησιμοποιήθηκαν στην παραγωγή του, ο τρόπος εφαρμογής του, ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε και γενικότερα το σύνολο των Τεχνικών Προδιαγραφών για τα υπόγεια έργα της ΔΕΗ ΑΕ, με έμφαση στην προσωρινή (ελλείψει μόνιμης τελικής επένδυσης) και μόνιμη επένδυση σηράγγων από εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, ινοπλισμένο ή μη. Καταγράφηκαν οι Πρότυπες Προδιαγραφές, οι οποίες όρισαν και τα όρια αντοχής του υλικού σε θραύση, κάμψη, ρωγμάτωση και οι Πρότυπες Δοκιμές που εκτελέστηκαν στο παρελθόν, πριν την κατασκευή των καταγεγραμμένων έργων. Επιπλέον, συλλέχθηκαν στοιχεία που αφορούν συντηρήσεις, σχέδια, κατασκευαστικές λεπτομέρειες, δοκιμές αντοχής σε θραύση εκτοξευμένου σκυροδέματος και φωτογραφικό υλικό της παρούσας κατάστασης σηράγγων που επιλέχθηκαν. Από τα στοιχεία που συγκεντρώθηκαν και ελλείψει καταγεγραμμένων συντηρήσεων αστοχιών, η γενική εικόνα για τις μηχανικές ιδιότητες του εκτοξευμένου σκυροδέματος συν τω χρόνω είναι πολύ καλή και η εφαρμογή του χωρίς ιδιαίτερα προβλήματα, ανεξάρτητα από τις εναλλαγές των γεωλογικών σχηματισμών και την παρουσία ύδατος στις κατασκευές που χρησιμοποιήθηκε ως υλικό διαμόρφωσης της επένδυσης, μόνιμης και προσωρινής.	el
heal.abstract	Fiber - reinforced (or not), included integrated structural steel mesh (or not), shotcrete is a commonly used temporary and permanent lining of underground works, specially tunnels, chambers, shafts and adits. Shotcrete is a high-resistance, quick application and no formwork required material, reducing build time and total cost, due its mix composition and the low water-to-cement ratio (W/C). It is easily applicable, even at steep slopes or vertical surfaces, due to the spraying method. It is characterized by extremely high cohesion to the existing concrete layers and rock mass. Specially the fiber reinforced shotcrete shows increased ductility, durability and toughness, while controlling shrinking and cracking. Material and shape effect of fibers in shotcrete attracts the international research interests. Furthermore, reinforced fiber shotcrete final surface may be equal to fair-face concrete, if required, according to the approved designs and the general project’s use. Shotcrete final lining tunnels around the world and shotcrete final lining strength over time are specifically mentioned. A lot of empirical design methodologies and many laboratory analyses have been developed over the years, for example the Q method and the RMR method. International Standards, such as ASTM Standard and general construction procedures have also been applied and are included in this Thesis. Further simulations of more advanced material models have provided further results of shotcrete behavior, using the Finite Element Method (FEM). Additionally, Fiber reinforced shotcrete strengthening mechanism of materials is based on Composite Mechanics Theory and Fiber Spacing Theory. Among the most important effect on the design, application and life time of shotcrete are the corrosive factors, which causes the future construction’s wearing. The various corrosion phenomena causes, their microscopic and macroscopic mechanism and their final effects are the next point of this Postgraduate Diploma Thesis' analysis. The environmental conditions, such as the atmospheric air and final surface temperature, relative humidity (RH) and groundwater are inextricably linked to reinforced shotcrete internal and external deterioration process. Subsequently, the shotcrete permanent lining, fiber-reinforced or not, of underground projects in Greece was extensively researched. The majority of them belong to the Public Power Corporation (PPC SA) and this Postgraduate Diploma Thesis includes an extensive reference of historical, technical and construction data of these Hydroelectric Projects. It is important that there are cases of tunnels where temporary shotcrete lining was constructed and remained without any failures for many years as a permanent lining, as for example in the Metsovitiko Hydroelectric Project. This reference focused on shotcrete mixture’s composition, its aggregates gradation curves, the application method, the used equipment and generally Technical Specifications for the underground works, with an emphasis on the temporary and specially final shotcrete tunnels’ lining, fiber reinforced or not. The Specifications and Technical Standards listed also define the material ‘s fracture toughness, bending and tensile strength as well as the shotcrete’s quality tests. Additionally, data regarding construction’s maintenance, design, as build construction details, shotcrete fracture quality tests and a photo gallery of the existing condition of underground tunnels included. From data collected and in the absence of failure maintenance data records, the general conclusion is the high mechanical shotcrete tunnels’ final lining properties over time and its easy wet-mix process, regardless of the geological alternations and the presence of aquifer.	en
heal.advisorName	Γιούτα-Μήτρα, Παρασκευή
heal.committeeMemberName	Νομικός, Παύλος
heal.committeeMemberName	Βουγιούκας, Εμμανουήλ
heal.committeeMemberName	Γιούτα-Μήτρα, Παρασκευή
heal.academicPublisher	other	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	192
heal.fullTextAvailability	false