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