COSURI DE FUM

COSURI DE FUM

fdbrgbrgbrfbvdfvdfvedf

GENERALITATI

Definitie si rol

Cosurile de fum sunt constructii speciale, realizate din zidarie de caramida, beton armat sau metal care au rolul de a evacua in atmosfera la mare inaltime gazele si fumul ce rezulta din ardere, asigurand totodata tirajul necesar arderii.

Clasificari

Cosurile de fum pot fi clasificate pe baza urmatoarelor criterii:

dupa forma:

cilindrice;

tronconice;

tronconice din mai multe tronsoane inscrise intr-un hiperboloid;

dupa temperatura gazelor:

cosuri reci (t 100oC);

cosuri calde (t = 100oC - 300oC);

cosuri fierbinti (t > 300oC);

dupa realizarea protectiei:

cosuri necaptusite;

cosuri captusite cu izolatie intre peretele de beton si zidaria de protectie;

cu spatii de aer neventilate;

cu spatii de aer ventilate.

Elemente componente

Elementele componente ale cosurilor de fum (fig.1) sunt:

corpul cosului cu izolatia termica si captuseala din zidarie;

planseul deasupra cenusarului cu gratarul;

cenusarul;

fundatia;

elementele anexe alcatuite din paratraznet, scari de acces, centuri de siguranta, balcoane de vizitare si sisteme de semnalizare.

Fig.1 Elemente componente ale cosului de fum

Accesorii

Cosurile de fum sunt prevazute cu urmatoarele accesorii:

balizaj optic realizat pentru ziua prin vopsire, iar pentru noapte printr-o lumina rosie (fig.2);

paratraznet legat cu doua cabluri la pamant;

scari si platforme metalice, protejate contra coroziunii;

filtre mecanice sau electrice pentru cenusa volanta (masura de protectie impotriva poluarii).

Fig. 2 - Cos de fum din elemente prefabricate- balizaj optic

B. ASPECTE TEHNICE SI CONSTRUCTIVE

Aceste constructii se caracterizeaza prin inaltimea mare in raport cu dimensiunile sectiunii transversale.

Corpul cosului poate fi executat din beton armat monolit, din elemente prefabricate zidite, legate prin staplisori si centuri turnate monolit, sau din elemente prefabricate asamblate prin precomprimare.

Fundatiile cosurilor de fum, inclusiv corpul cenusarului si zona de legatura a corpului cosului cu canalul de fum, se executa totdeauna din beton armat monolit.

Comparativ cu cosurile de fum din caramida, cele din beton armat au greutati mai reduse, permit metode industriale de executie (glisare sau prefabricare) si au o stabilitate mai mare datorita caracterului monolit.

Introducerea cofrajelor glisante si a prefabricatelor a largit tot mai mult domeniul de folosire a betonului armat la realizarea cosurilor de fum. Posibilitatea de asamblare a elementelor prefabricate, prin precomprimare, permite executarea cosurilor de fum, in pozitie orizontala, atunci cand inaltimea lor nu depaseste 60 m.

Forma obisnuita a cosurilor de fum este cea tronconica. Cosurile de fum din elemente prefabricate au in general forma cilindrica.

Rezolvarea de catre specialisti a glisarii sistemelor cu sectiune variabila conica a permis largirea domeniului de folosire a cofrajelor glisante la cosurile de fum de toate categoriile.

Forma tronconica prezinta fata de forma cilindrica urmatoarele avantaje esentiale: stabilitatea la rasturnare mai mare, silueta trunchiului cosului rezulta mai zvelta, imbuntatindu-se aspectul arhitectonic al complexelor industriale in mijlocul carora se construiesc cosurile de fum, rezistenta la actiunea vantului este mai redusa, materialele sunt distribuite mai rational pe inaltimea constructiei, ducand astfel la reducerea consumului de beton si armatura; greutatea proprie se reduce, ceea ce se rasfrange favorabil asupra costului fundatiilor.

Inaltimea cosurilor de fum rezulta din conditii functionale; cosul trebuie sa asigure tirajul necesar evacuarii gazelor la o anumita inaltime de la nivelul terenului, pentru a asigura protectia terenului si constructiilor vecine de actiunea nociva a gazelor.

Sectiunile transversale de la capatul superior al cosului sunt defavorabil solicitate la momentele produse de actiunea vantului ce actioneaza in planul orizontal.

La cosurile inalte de mare capacitate, la partea superioara, se prevad podeste de circulatie, necesare diferitelor interventii.

TIPURI DE COSURI DIN BETON

Corpul cosurilor de fum din beton

cosurile de fum din beton turnat monolit

Cosurile de fum din beton monolit de forma tronconica si cilindrica se executa folosind cofrajele glisante. In ultima vreme se executa peretele cosului concomitent cu izolatia termica, ceea ce aduce simplificari tehnologice importante.

Recomandarile comitetului 307 ACI prevad grosimea minima a peretelui de 17,5 cm pentru cosuri cu diametrul interior di 6 m, aceasta majorandu-se cu 1 cm pentru fiecare metru in plus. La executia peretelui se folosesc clase de beton ridicate, peste C 16/20. Stratul de protectie al armaturii este de minimum 3 5 cm. Pentru a feri betonul de influenta corosiva a gazelor care ar putea patrunde prin rosturile captuselii, suprafata interioara se protejeaza cu o tencuiala sclivisita, executata cu ciment metalurgic.

Grosimea minima a peretilor este impusa de conditiile de turnare: ea nu va cobora la cosurile de fum turnate cu cofraje glisante sub 15 cm. Grosimea maxima este de obicei de 30 cm, putand ajunge in portiunea unde patrund canalele de fum pana la 50 cm.

Pentru a asigura o rigiditate suficienta a cosurilor de fum, este necesar ca raportul intre inaltimea cosului si diametrul exterior maxim sa nu depaseasca (H:D 20).

Pentru rezemarea zidariei de caramida se scot in partea interioara a peretelui cosului de fum console, dispuse din 10 in 10 m. Inaltimea consolelor este egala cu circa 1,25 m, iar latimea pragului pentru rezemarea caramizilor si realizarii spatiului pentru izolatia termica, la partea superioara, cu 18 25 cm (v.fig.3).

Fig.3 - Detalii constructive:

a console si izolatie termica; b capul cosului

1 rost de temperature; 2 consola; 3 peretele cosului; 4 armatura verticala; 5 armature inelara; 6 placi din ceramica speciala; 7 captuseala; 8 armatura de rezistenta din consola; 9 armatura orizontala

Inelele in dreptul consolelor, datorita ingrosarii peretelui in aceasta zona, sunt mult mai rigide, ceea ce face ca tensiunile rezultate din efectul de temperatura sa fie mai mari. Pentru a micsora eforturile rezultate datorita variatiei temperaturii pe grosimea si inaltimea peretelui, consolele sunt prevazute pe toata inaltimea lor cu rosturi verticale de dilatatie cu grosimea de 25 mm, dispuse la distanta de 50 cm. Consolele la cosurile cilindrice au forma inelara cu aceeasi grosime pe inaltimea de 12 15 cm.

Pe conturul care limiteaza golurile de acces si cele care se executa pentru legatura cosului cu canalul de fum, peretele corpului cosului de fum se ingroasa sub forma unui rebord. In cazul cand pe o anumita inaltime a cosului de fum golurile ocupa o suprafata importanta fata de suprafata plina, peretele se ingroasa pe toata suprafata in portiunea care cuprinde golurile, inclusiv o zona inelara deasupra si dedesubtul acestora, pe o inaltime de 1 2 m.

Gura cosului este locul cel mai expus coroziunii, din cauza formarii acizilor la contactul gazelor cu umiditatea atmosferica, motiv pentru care se protejeaza. Se pot folosi placi protectoare din basalt artificial, inele de beton special, caramizi antiacide, inele de fonta sau alte metale anticorozive (fig.4)

Fig.4 - Detalii de alcatuire a gurii cosului

1 placa de otel; 2 rost de dilatare; 3 element de fonta; 4 tabla de otel; 5 izolatie elastica; 6 zidarie de protectie; 7 izolatie termica; 8 perete din beton turnat monolit; 9 element prefabricat; 10 placa de plumb; 11 jgheab perforat; 12 placa de protectie

O atentie deosebita trebuie acordata armarii in jurul golurilor prevazute pentru canalul de fum (fig.5).

Fig. 5 - Armatura suplimentara in jurul golurilor

Captuseala de protectie din zidarie se fragmenteaza pe inaltimea cosului in tronsoane de 8 12 m, ce se descarca prin intermediul unor console inelare pe peretii de beton armat (fig.6).

Fig.6 - Captuseala si termoizolatia cosului

1 perete din beton armat; 2 termoizolatie; 3 consola; 4 azbest; 5 rost de dilatatie; 6 plasa de rabit; 7 zidarie refractara;

Grosimea captuselii variaza intre 12 cm la partea superioara si 25 cm la partea inferioara a cosului. Captuseala trebuie sa se poata deforma liber in sens vertical si orizontal fara a produce eforturi in beton. Pentru a evita eforturi suplimentare din temperatura datorita variatiei bruste a grosimii peretelui, normele recomanda fragmentarea radiala, din metru in metru, a consolelor. Protectia consolelor de beton armat se face cu o fasie de azbest sau prin scoaterea zidariei de caramida refractara in consola. Stratul de izolatie termica rezulta din calcul termotehnic, avand o grosime variabila de 5 25 cm, se prevede la cate 2,5 m o plasa de rabit orizontala.

Functia de rezistenta a cosului poate fi separata de functia de eliminare a gazelor, captuseala interioara (de zidarie sau beton refractar) executandu-se independent, astfel incat cosul de fum se compune din doua tuburi concentrice. In cazul realizarii captuselii interioare din zidarie, aceasta se executa dupa principii similare ca la constructia furnalelor, in exterior fiind prevazuta cu benzi de otel pentru marirea rezistentei la intindere. Distanta intre captuseala si peretele de beton trebuie sa asigure deformatia lor libera (la 200 m inaltime rezulta aproximativ 50 cm). Tubul interior trebuie calculat la greutatea proprie pe intreaga inaltime, la actiunea cutremurului si a variatiilor de temperatura.

S-au executat cosuri de fum cu cele doua tuburi concentrice legate elastic intre ele, tubul interior preluand eforturile unitare din variatiile de temperatura, iar cel exterior eforturile unitare din vant si cutremur (fig. 7).

Fig.7 - Cos de fum cu separarea functiei de rezistenta de cea de eliminare a gazelor:

1 grinda inelara; 2 stalpi de beton armat; 3 perete de beton armat; 4 captuseala; 5 izolatie termica; 6 foaie de plumb.

Peretii cosului se armeaza cu bare longitudinale verticale si inelare. Atat armatura inelara cat si cea verticala se dispune, ca regula generala, inspre exterior.. Armatura inelara realizata din bare independente se dispune in interior fata de armatura verticala (fig. 8) (aceasta este determinata de conditiile de executie). Distanta maxima intre barele inelare nu depaseste 20 cm (5 8 bare cu diamterul de 8 16 mm pe metru).

Fig.8 - Detalii de armare la cosurile de fum

1 armatura verticala; 2 armature orizontala; 3 mustati din fundatii;

4 armarea in vecinatatea golurilor.

Uneori, pentru cosurile puternic solicitate, mai cu seama pentru portiunea de baza a cosului, peretii se armeaza cu armatura dubla.

Stratul de acoperire al armaturii cu beton are grosimea de 30 mm, pentru armatura cu diametrul pana la 20 mm, si 35 40 mm, pentru armatura cu diametrul mai mare de 20 mm.

Betonul zonei de varf a cosului se protejeaza de fum in exterior prin captusirea lui cu tabla, realizandu-se astfel un guler metalic, prin acoperirea betonului cu diferite substante de protectie, prin vopsire sau inlocuirea betonului cu zidarie de caramida antiacida.

La cosurile reci, vaporii pot condensa si in interiorul cosului, mai cu seama la partea superioara, favorizand patrunderea prin captuseala a agentilor agresivi la peretele de beton. In aceste situatii este necesar a se lua masuri de protectie suplimentare; astfel se pot produce degradari importante ale peretilor cosului de fum intr-un interval redus de timp.

cosuri de fum realizate cu elemente prefabricate

Cosuri de fum cu boltari prefabricati cu stalpisori dispusi intre elementele prefabricate, turnati din beton monolit (fig. 9, a);

Cosuri de fum cu boltari prefabricati cu si samburi de beton armat (fig. 9,b);Cosuri de fum din clavouri (fig.9,c);Cosuri de fum turnate din beton armat monolit la care cofrajul este executat din placi prefabricate (fig9,d).

Fig.9 Cosuri alcatuite din elemente prefabricate

1 boltisoare prefabricate; 2 clavouri; 3 elemente de cofraj prefabricate; 4 mustati orizontale sau armature orizontale; 5 armature verticala; 6 beton turnat monolit; 7 mortarCosuri de fum cu boltari prefabricati cu stalpisori dispusi intre elementele prefabricate, turnati din beton monolit Solidarizarea pe orizontala se realizeaza prin inele monolite care impreuna cu stalpisorii leaga elementele prefabricate sau prin intermediul armaturii orizontale ale boltarilor care se innadesc in dreptul corpului stalpului.

Dezavantajul acestor sisteme consta in faptul ca, la executarea stalpisorilor si a inelelor, este necesar a se folosi cofraje laterale, ceea ce face ca lipsurile sistemului monolit de turnare a betonului, din acest punct de vedere, sa nu fie eliminate decat in parte.

Cosuri de fum cu boltari prefabricati cu si samburi de beton armat

Legatura pe orizontala se realizeaza prin inele monolite care, impreuna cu samburii de beton, leaga boltarii, alcatuind o structura capabila (pentru cosurile de fum de anumite diametre si inaltimi) sa preia in bune conditii solicitarile ce provin din actiunea vantului, efectul temperaturii si actiunea greutatii proprii.

Dezavantajul acestor sisteme, astazi foarte putin folosite, consta in aceea ca dimensiunile stalpisorilor verticali sunt reduse la valori minime. De asemenea, turnarea acestor samburi si a legaturilor verticale este dificila. Sistemul poate fi folosit pentru cosuri de inaltime redusa.

Cosuri de fum din clavouri

Pentru a se elimina cele doua dezavantaje intalnite la sistemele prezentate anterior, s-a imaginat un tip de element prefabricat sub forma de clavou, care, pe de o parte, elimina necesitatea folosirii cofrajelor pentru realizarea stalpisorilor verticali iar pe de alta parte, asigura realizarea oricarei inaltimi a sectiunii stalpisorilor. Clavourile se executa din beton slab armat. Dimensiunile lor sunt variate in asa mod incat sa se poata realiza forme tronconice; orizontal, legaturile se realizeaza prin inele din otel-beton dispuse intre clavouri sau prin innadirea mustatilor care ies din elementele prefabricate.

Datorita avantajelor pe care le prezinta acest tip de prefabricat, s-au putut realiza, in sistemul acesta, cosuri de fum cu inaltimea pana la 100 m. In tara noastra, cosurile de fum din clavouri au fost larg folosite la constructia termocentralelor mari si in cadrul altor complexe industriale.

Cosuri de fum turnate din beton armat monolit la care cofrajul este executat din placi prefabricate

Acest sistem se bucura de avantajul structural care se realizeaza la cosurile turnate din beton monolit, insa este foarte costisitor si, practic, greu de realizat.

COSURI DE FUM DIN ELEMENTE PREFABRICATE INELARE DIN BETON REFRACTAR (FIG.10)

Fig.10 - Cos de fum alcatuit din inele prefabricate din beton refractar asamblate prin precomprimare

1 inelul prefabricat; 2 cabluri pretensionate; 3 fundatie pahar; 4 inelul de rezemare; 5 buloane de ancorare

Asamblarea inelelor se face in pozitie verticala cu ajutorul a doi piloni metalici si fixate de fundatia pahar prin intermediul unor buloane si al unui inel de rigidizare.

Fundatiile cosurilor de fum

Cosurile de fum fac parte din categoria constuctiilor inalte cu dimensiuni transversale reduse. Din acest motiv, la alcatuirea lor, este necesar a se da o mare atentie asigurarii stabilitatii; aceasta depinde de modul cum este realizata fundatia. De asemenea, la alcatuirea fundatiilor este necesar a se avea in vedere ca la cosurile de fum se transmit sarcini foarte mari pe o suprafata relativ redusa, corespunzatoare dimensiunilor bazei cosului si evazarilor care sunt limitate.

Fundatia care se adopta curent este in forma de radier general. In cazuri exceptionale, cand terenul de fundatie este foarte slab sau cand solicitarile transmise la teren sunt deosebit de mari, pentru cosuri cu inaltime foarte mare si sectiune transversala redusa, se folosesc fundatii pe radier pe piloti din beton armat batuti sau forati.

Adancimea fundatiilor cosurilor de fum este mai mare decat la alte constructii, fiind determinata de dimensiunile sectiunii canalului de fum, care se executa in mod obisnuit subteran, si de necesitatea rezemarii cosului pe un teren bun de fundare. Forma cea mai avantajoasa in plan a talpii fundatiei este circulara si numai in cazuri exceptionala patrata sau dreptunghiulara.

Radierul fundatiilor cosurilor de fum se executa din beton armat si uneori, pentru cosuri cu inaltime mica, din beton simplu. Pentru a asigura stabilitatea cosurilor de fum si a nu depasi presiunile sau deformatiile limita admise ale terenului, placa radierului care este legata cu baza corpului cosului este scoasa, fiind construita cu inaltimea variabila (fig.11,a). In cazul cand deschiderea consolei depaseste 3,5 4 m, grosimea ei devine prea mare si in acesta situatie folosirea unor nervuri dispuse radial devine rationala (fig.11,b).

Fig.11- Tipuri de fundatii pentru cosuri de fum

a radiere generale fara nervuri; b cu nervuri

In dreptul golului de legatura a cosului de fum cu peretii paharului fundatiei se executa uneori doua nervuri de intarire. Placa are grosimea de 30 100 cm, iar inaltimea nervurilor poate depasi chiar 5,00 m. Este necesar a se avea in vedere faptul ca nervurile se descarca in peretii cosului (peretii paharului fundatiei) care sunt supusi la eforturi de compresiune si incovoiere. Placa radierului se armeaza cu armatura dubla, dispusa radial si inelar, ca la armarea placilor circulare cu console (fig.12, a). In cazul fundatiilor cu nervuri, armaturile se dispun in consecinta (fig. 12, b)

O solutie moderna de realizare a fundatiilor cosurilor de fum se obtine prin folosirea sistemelor spatiale in forma de cupole tronconice cu inelul de baza precomprimat.

Fig.12, a Armarea fundatiilor cosurilor de fum

a fara nervuri;

1 peretii fundatiei paharului; 2 placa radierului; 3 consola placii; 4- nervuri; 5 armarea peretilor paharului de sustinere; 6 armatura nervurilor; 7 armatura radierului; 8 golul pentru canalul de fum

Fig.12, b Armarea fundatiilor cosurilor de fum

b cu nervuri;

1 peretii fundatiei paharului; 2 placa radierului; 3 consola placii; 4- nervuri; 5 armarea peretilor paharului de sustinere; 6 armature nervurilor; 7 armatura radierului; 8 golul pentru canalul de fum