CAPITOLUL 3 CONSTRUCTII DE ACOSTARE(c8)3.1. CHEURMRTTCALE DE GREUTATB

Cheurile verticale de greutate, a caror stabilitate este asigurata de greutatea proprie, transmitincarcarile direct la terenul de fundatie, care trebuie sa fie rezistent si inafuiabil. De obicei se depune intrebaza (talpa) lor si terenul de fundatie un strat de anrocamente, care serveste la repartitia incarcarii si dacaeste cazul, la micsorarea inaltimii cheului. In fata cheului fundul bazinului poate fi protejat impotrivaafuierilor prin extinderea patului de anrocamente sau mai rar cu saltele de fascine. [n terenurile slabe seprocedeaza la dragarea fuldului pe adincimi si latimi uneori foarte mari si la inlocuirea materialuluidislocuit cu nisip grosier obtinut prin dragaj.

.

Fig.3.1.Asezarea anrocamentelor in spatele cheului.

Daca terenul rezistent de fundatie se gaseste la o adincime de cfucaZ -

6 m sub nivelul fundalieibazinului, incarcarile cheului pot fi transmise la acel strat prin intermediul unor piloti scurti.

Pentnr micsorarea impingerii pamanfului se asaza de obicei in spatele cheurilor un masiv deanrocamente. Tipul a. (fig.3.1) nu este economic. El poate fi acceptat numai in cazul unui taluz foarteabrupt (de exemplu stanca" linia punctata m - n). Masivul de tipul c. are un efect de descarcare prea mic.Cel mai indicat este tipul b. la care s-a prevazut si un filtru invers necesar in toate cazurile in careumplutura de pamant din spate se ralizeaza cu material fin. Tipul d. este mai economic insa presupuneexecutarea in paralel a masivului de anrocamente si a umpluturii de pamant.

Datorita formei aproape dreptunghiulare a cuplei maestre a multor nave, paramentrul cheurilorverticale poate avea numai un fruct (inclinare spre apa) mic (circa 1:20). care contribuie la marireastabilitatii. Acelasi efect se poate obtine printr-un iesind (0,50

- I ,00 m) al zidanei cheului labaza.

Stabilitatea cheurilor verticale se verifica cu metodele generale utilizate la zidurile de sprijin

3.1.1 Cheuri verticale de greutate din zidarie de piatra sau beton (monolite)Aceste cheuri au forma caracteristica a zidttd,.lor de sprijin. Un asemenea tip este cheul de la

Liverpool (fig. 3.2) constuit din beton. avind inaltimea de 15,28 m si fundat pe stanca. Proeminenta

superioara usureaza acostarea si fereste corpul cheului de lovituri. Drenurile asigura scurgerea apelor dinspatele cheurilor. prin barbacane.

Fig 3.2.Cheu vertical de greutate. monolit

In porturile romanesti de la Dunare, datoria naturii aluvionare a malurilor si albiei, cheurileverticale de greutate constitue o exceptie. Se pot cita cele din bazinul Plantelor din portul Giurgiu fi.mdatpe stanca si cheul din portul Orsova.

In cele mai multe din cazuri cheurile s-au executat in uscat, la adapostul unor batardouri dinpalplanse de lemn sau metalice. Palplansele de lemn s-au taiat de obicei la nivelul fundului apei, pereteledinspre apa constituind in acest fel o protectie a cheului impotriva afuierilor. In majoritatea cazurilorpalplansele metalice s-au recuperat in intregime. Datorita dificultatilor de executie, asemenea cheuri seconstruiesc astazi relativ rar.

Batardourile, care sunt extrem de costisitoare la adincimi mari de apa pot fi evitate prin utilizareametodelor de constructie si fundare cu chesoane cu aer comprimat sau deschise. Daca traseul cheului segaseste pe uscat chesonul se construieste chiar pe amplasament. In acest fel a fost lansat unul din celemai mari chesoane (43 x 14 m) pentru constructia unui cheu de greutate din portul Le Havre avand 21,50m inaltime deasupra fundului apei. Platformele de lucru se amenajeaza la o cota cat mai joasa pentru amicsora la maximum cursa chesonului. Nivelul panzei &eatice poate fi coborat apreciabil si cu ajutorulunor puturi forate in exterior.

Daca traseul cheului se gaseste in interiorul suprafetelor de apa ale portului, se uttlizeaza chesoaneplutitoare. In figura 3.3 este figurat dispozitivul plutitor utilizat in portul Anvers pentru constructia unuicheu vertical avand 17,22 m inaltime si pentru o intreaga alta serie de cheuri, construite ulterior.Chesoanele lansate aveau 29,87 m lungime si 9,50 m latime. In figura 3.4 se arata lansarea chesonului sifazele de executie ale cheului monolit din Glasgow construit in anul 1950. Constructia si lansarea

2

chesonului s-a facut pe un esafodaj amenajat in fata vechiului cheu. Chesoanele erau de otel si aveaudimensiunile (21,33 x7,62x3,23).Deasupra &esonului, pe masura coborarii, se montau cofrajele pentruturnarea zidului de beton.

Fig 3.3.Cheu vertical de greutate monolit executat cu cheson cu aer comprimat.

Fig 3.4.Fazele de constructie ale unui cheu fundat pe chesoane cu aer comprimat

3.1.2 Cheuri pe pitePilele sunt structuri de beton armat, foarte rar metalice, de forma paralelipipedica sau cilindrica,

goale in interior, care se introduc pana la nivelul rocii de fundatie dupa metoda chesoanelor deschise.Dimensiunile transversaie sunt mari (circa 8

- 20 m), astfel incat sa asigure stabilitatea cheului prin

gteutatea proprie si a umpluturii de nisip sau beton din interioarul lor. Pilele pot fi compartimentate indoua sau mai multe puturi. La partea inferioara sunt prevazute cu cutite care usureaza patrundereachesonului in teren. Deasupra nivelului normal al apelor din port se construieste o suprastructura de betoncare solidarizeazapilele. Cheurile pe chesoane nu mai sunt economice daca stratul rezistent de fundatie segaseste la o adincime mai mare de 5

- 8 m sub fundul bazinului. Dintre cheurile de acest tip se citeaza:

Cheul din portul Londra (Royal Victoria Dock). construit in anul 1940, este alcatuit din 42 de pilecu sectiuneapatrata de 7,48 m latura (frg 3.5). Lapartea inferioara peretii pilelor sunt de beton armat pe

{fecd de otoput,,ofw'in borh :.- frolggdlgpefr-r--

Solastfietm ant ot

SftI M-ilFig 3.5.Cheu vertical de greutate din pile paralelipipedice.

3,05 m inaltime. Executarea si lansarea pilelor s-a facut de pe o platforma speciala amenajata situata subnivelul apelor din port. Dupa executarea tronsonului inferior de beton armat si scufundarea lui prin saparesi incarcare, s-a turnat un nou tronson de 3,05 m din beton simplu. Ultimele operatii de turnare siscufundare s-au facut intr-o a treia etapa pe restul inaitimii (inaltimea totaia a pilei 9,36 m).Compartimentele din fata au ramas goale (pentru stabilitate) si au fost acoperite cu o placa de beton armatpeste care s-a turnat suprastructura continua din beton. Celulele din spate s-au umplut cu nisip. Inaltimeatotala a cheului deasupra fundului 10,50 m .

Cheul de pile cilindrice utilizat la reconstructia cheului Florida din portul Le Havre terminat in1963 (fig 3.6). Caracteristicile: lungimea 600m, inaltimea totala de constructie 26,00 m, inaltime deasuprafundului 21,50 m, diamentrul coloanelor 11,00 m. Destinatia, trafic de marfuri generale cu vase rapide delunga cursa. Incarcare utila 3 tfhlrf , incarcarea macaraleior 8 roti a 30 tf. Tractiunea in bolarzi 100 tf lafiecare 25m. Impingerea navelor la acostare 300 tf (concentrata). Grosimea peretilor coloanelor cilindrice4,92 m, cu 40 de alveole verticale de 0,70 m diamentru. Teren de fundatie nisip (de la

- 13 la

- 15 m);

marna rezistenta sub (-20 m).Incarcarea pilelor s-a presupus ca se transmite si prin intermediul dopului de pamant nederanjat

ramas in interiorul pilei dupa introducerea acesteia la cota definitiva, datorita unui efect de bolta alfrecarilor laterale. Suprastructura este alcatuita dintr-o dala inclinata de beton armat care suporta rambleuisi dintr-o dala verticala care formeaza frontul de acostare, cele doua dale sunt legate prin nerwuriprefabricate. Intre doua pile cilindrice se lasa construcitv, un interval de 1,00 m. Acest interval este inchiscu doua piese joantive in forma de piloti, care imperechiate in sectie transversala formeaza doua alveolelaterale si una centrala. Pilele si joantele sunt in intregime prefabricate. In prima faz4 pilele cilindrice aufost executate pe o inaltime de 4,80 m. Elementele astfel realizate avand o greutate de circa 180 tf au fostridicate de pe amplasament si transportate la mare inalta cu ajutorul unei macarale plutitoare de 200 tf. peo platforma joasa, a carei cota a fost astfel aleasa incat sa permita turnarea in continuare a pilei pe inca 6m inaltine.

?r'Cote de druoar fl"Nm-+*F_

itrnu*t il ruau P-0

Fig 3.6.Cheu vertical de greutate din pile cilindrice cu alveole de excavare prin pereti:1-coloana cilindrica de beton armat; 2-alveole pentru executarea sapaturilor de infingere; 3-console la25m;4- filtru invers; 5- dispozitiv de protectie;6-plan de comparatie;7. 8- nivelul mareelor joase si inaltede echinox.

Pentru rcalizarca inaltimii totale de 19,50 m a pilei, s-a procedat la o noua deplasare pe oplatforma joasa. In ultimele doua faze ca si pentru transportul pe amplasamentul de lansare, pe langamacaraua plutitoare de 200 t mentionata mai sus, s*au utilizat si flotori cilindrici de metal, cu rezemare lapartea superioara pe o centura prevazuta in interiorul pilelor.

Saparea s-a executat prin interiorul alveolelor practicate in peretii pilelor, fie cu ajutorul unuidispozitiv percutor cu pene fie cu ajutorul unui dispozitiv hidromecanic. Acestea erau fixate pe un axvertical asezatin centrul pilei.

Introducerea pilelor in teren a fost ajutata de un lest de apa situat sub platforma de lucru. Este deremarcat ca saparea se facea numai sub peretii pilelor, pamintul din interior ramanand nederanjat, ceea cea marit apreciabil capacitatea portanta a fundatiei. Dupa ce pila a ajuns la cota definitiva s-a trecut labetonarea alveolelor. Aceeasi tehnologie de sapare si umplere s-a utilizat si pentru joante (cu exceptiaunei portiuni din alveola centrala, care se lasa goala pentru scurgerea apelor din drenul amenajat inspatele cheului). Suprastructura s-a turnat pe amplasament.

,rfcfiailf tNPuiJ

Fig 3.7.Cheu vertical de greutate din pile cilindrice(excavure prin interior):l-cheson din beton armat; 2-bolard de 100tf; 3-nivei de golire accidentala a bazinului; -depont de liniaintai(incarcatura utila 20 tflm2 ).

Cheul pe pile cilindrice construit pentru traficul de minereuri in portul Dunkerque in anul 1963({ig. 3.7) se deosebeste de tipul descris mai inainte, prin metodele de executie si in special prin aceea capentru lansare se excaveaza tot volumul de pamant din interiorul pilei (metoda chesonului deschis). Deasemenea, difera si dispozitivul constructiv al joantelor. Pilele au diamentrul exterior de 19 m si glosimea

6

,tfcrtailt mA$vcfriAlt

peretilor de 40 cm. Legatura intre doua pile consecutive se face betonand dupa excavare, alveola formatade nervurile laterale. Suprastrucutura consta dintr-un masiv de beton prelungit in jos printr-o placa debeton armat de grosime variabila. In felul acesta acostarea navelor se face de-a lungul unui perete verticalcontinuu, intre cotele +9,00 m si +3,80 m. Boiarzii altemativ simpli sau dubli (100 tf respectiv 150 t0sunt fixati in axa fiecarei joante, la 20,55 m distanta. Calea macaralei rezema pe suprastrucutura de betonarmat din fata cheului si pe o grinda de beton armat asezate tot pe pile, mai in spate, ceea ce constituieunul dintre principalele avantaje ale sistemului. Turnarea si lansarea pilelor s-a facut la uscat, de pe oplatforma sapata Ia -5,00 m. Pentru aparareaincintei de lucru de infiltratii s-au prevazut epuismente.

3.1.3. Cheuri din masive gigante (chesoane plutitoare)Chesoanele din beton sunt structuri celulare deschise la cap6tul superior, executate la uscat, aduse

prin plutire in amplasament qi scufundate in pozi{ia respectivi. DupI scufundare, capdtul superior trebuiesE rim6ni deasupra nivelului minim al apei, incluzdnd qi inll{imea valurilor. Suprastructura poate fi uncoronament din beton simplu turnat pe loc, sau un radier cu zid intors inspre acvatoriu, din beton trmat(ca la digurile din masive gigante). Chesoanele pot avea diferite secliuni: dreptunghiulari (cea maifolositfl, circulari sau combinalii ale acestora.

Pentru aplicarea acestei solulii este necesar si fie asigurate condilii tehnologice de execu{iecare sE {in6 seama de greutatea gi dimensiunile diferite ale structurii. Dou[ condilii importante suntasigurarea unui numbr suficient de chesoane (in general min. 20 de buc6!i) pentru afi lansate, tinAndseama de costurile mari ale lucrdrilor temporare, qi asigurarea unei addncimi a apei suficiente pentruplutire. Condiliile de fundare sunt aceleaqi capentru cheurile din beton masiv tumat monolit qicheurile din blocuri prefabricate. Totugi, dacd terenul de fundare este foarte slab, in locul patuluidin material granular se preferd injectarea sub radier a unei suspensii de ciment.

Fabricarea chesoanelor este de asemenea o operaliune delicatd, avdnd in vedere dimensiunileelementului gi volumul de beton ce trebuie pus in oper6. Aceast6 operalie se poate face in mai multemoduri:

a) pe o plaj[ situatd in apropierea amplasamentului final, apoi lansarea la apdpe un plan inclinat (deexemplu, pe o calS existentS. de lansare-ridicare nave), sincrolift, cu ajutorul unei macarale titan sau prins[parea controlatd a terenului in fata chesonului;b) ia spatele unui mol , prin s6parea acestuia gi plutirea chesonului in ap6 addnc[;c) intr-un doc uscat;d) intr-un bazin-doc.

Celulele se umplu cu nisip, cele dinspre apa eventual cu beton, pentru a rezista in mai buneconditii loviturii navelor de mare tonaj. Pentru economia de beton aceste compartimente pot avea o latimemai redusa; eventual se ingroasa mai mult numai peretele exterior. Masivele gigante depasesc cu 0,50 -1,00 m nivelul normal al apelor din bazin. Peste ele se toarna la uscat o suprastructura continua de beton.Dimensiunile transversale ale masivelor gigante depind de inaltimea si conditiile de stabilitate a cheului.

7

Lungimea lor este limitata in general de tehnologia confectionarii, lansarii in apa, transportului si asezariipe amplasament.

A

Fig 3.8.Tipuri de cheu vertical de greutate din masive gigante cu sectiune transversala simetricaCheurile din masive gigante sunt indicate numai daca se poate asigura executia 1or in serie (cel

putin 20 de masive) si transportul prin plutire pe un senal cu adancimi pentru pescajul ior mare (circa 0,5din inaltime).Deoarece masivele gigante se utilizeaza aproape exclusiv in porturile maritime, avantajul lor principalconsta in posibilitatea confectionarii Ia uscat, pe scara industriala transportul si fixarea pe amplasamentrelativ simple, fara macarale plutitoare, fara manopera complicata de scafandri.

I

,fec{iune in ploo

Secfrbne ia plan

Fig 3.9.Cheu vertical de greutate din masive gigante cu sectiunea transversala asimetrica.Cheurile de acest tip se pot executa intr-un timp record, in conditii rureori foarte grele, cum au fost

de exemplu, cele ale debarcarii trupelor anglo-franceze pe coasta Normandiei in ultimul razboimondial.In figura 3.8. a se arata tipul de masiv gigant construit inca din 1924

- 1927 in portul Gdynia

(Polonia). In porturile olandeze forma de trapez isoscel cubazamica la nivelul apei,:utilizata initial, a fostinlocuita cu forma dreptunghiulara (fig. 3.8.b. portul Rotterdam). Masivele gigantice cu sectiuninesimetrice (fig 3.9. portul Falcaguano), desi foarte economice si rationale din punct de vedere static, nuau dat rezultate din cauza dificultatii transportului si asezarii pe amplasament; masivele nu plutescvertical si pentru instaiarea lor a fost nevoie de macarale plutitoare puternice. Racordarea intre douamasive alaturate se face cu ajutorul unor renuri (1). care ulterior se betoneaza (fig. 3.10).

Fig 3.1O.Tipuri de racordari intre doua masive gigante

Celulele masivelor gigante, care au in general dimensiuni in plan si inaltimi mari, trebuie verfi.catela impingerea umpluturii de nisip sau piatra, tinand seama de efectul de siloz. Fara balast pescaiul

masiwlui gigant este T : +. in care D este deplasamentul egal cu greutatea masiwlui, L si BLBdimensiunile acestuia. Presupunand ca voluml de beton armat este circa 20% din volumul total almasivului, atunci G: 0,20 x 2400xL B Il si T: 0,480 H. Daca Hr este adincimea apei, y*u: 1 tflm3 sidaca suprafata inferioara a celulelor este de circa 0,9 LB inaltimea h a coloanei de apa care trebuieintrodusainmasivpentru asezarealuipefirndeste: 0,9LBh:(Hr-0,480H)LB. CuH= 1,1 H1, h-0,470 H1. Pentru masive gigante mai grele h:0,375 H1.

Pentru structurile de tip obisnuit momentele care se produc in orice sectiune din peretii exteriori intimpul lansarii, transportului si asezarii pe amplasament sunt totdeauna mai mari decat cele din timpulexploatarii. Deoarece armarea sectiunii peretilor se face totdeauna simetric, ipoteza de exploatare nu mai

trebuie luata in considerare nici pentru asezarea armaturii. Presiunile hidrostatice si hidrodinamice caredimensioneazaperetii exteriori fiind de foarte scurta durata in calculele de rezistenta se pot introducecoeficientii minimi de siguranta. Pe o inaltime egala cu 1,5 ori deschiderea 1or, peretii exteriori secalculeaza ca niste placi incastrate pe trei laturi (in placa de fund si pe peretii interiori). Deasupra acesteizone peretii exteriori se calculeaza ca o palca continua, care reazema pe peretii interiori.

Asupra fundului, in timpul lansarii, subpresiunea hidrostatica este sporita de rezistenta pe care apa

o opune afundarii masivului. In cazurile obisnuite valoarea totala a acestor subpresiuni este de 10 -

12

tflmL.In timpul exploatarii, presiunea pe talpa ajunge in unele puncte la 30 - 35 tf/n], cu mult mai maredecat precedenta. De aceea calculul talpii se face numai in ipoteza de exploatare, cu coeficienti desiguranta respectivi. Talpa se considera alcatuita dintr-o serie de placi incastrate pe peretii celulelor.

Peretii despartitori. pentru motive asemanatoare, nu se calculeaza decat in ipoteza asezarii peamplasament, cand unele celule pot fi umplute, celelalte celule vecine raman goale.

Calculul conduce insa la grosimi mici. Pentru asigurarea rigiditatii intregului masiv, grosimeaperetilor despartitori se ia 1/20 din latura celulei, dar nu mai putin de 15

- 20 cm. Peretii transversali se

asaza la distanta egala. Cei longitudinali se pot aseaza la distante diferite, preferabil simetric fata de axulmasivului. Dispozitia nesimetrica se poate adopta in cazul masivelor cu consola; repartizarea greutatilorse face in asa fel, incat talpa sa ramana perfect orizontala pana in momenful asezaii pe amplasament.

Celulele masivelor grgante se dimensioteazaastfel incat sa fie folosit efectul de siloz pentru

reducerea incarcarilor orizontale asupra peretilor

Este prezentat in continuare calculul presiunii pe peretii celulelor silozurilor conform ipotezelor lui Jansen(Mihul 1969),Scriind echilibrul unei prisme infinitezimale de dimensiune dz (fig 3.1i) rezulta:p,.S *\u.S.dz-{p, + dp,)S

- "f .po.P.dz = 0, in care

S este sectiunea celulei

P este perimetrul celuieif este coeficientul de frecare intre materialul de umplutura si peretele celuleiyu esto greutatea unitara a umpluturii

10

pz oste presiunea verticala a umpluturiiph:lep, este presiunea orizontala a umpluturiiku:tg2(45o-g/2) este coeficientul impingerii laterale a umpluturii

It,Fig. 3.11 Efectul de siloz

Facand inlocuirile in ecuatia de echilibru rezultasucesiv

y*. S. fu -

dp,. S - f -k - p,. P. dz =0

, do_*=___1p

T,_J.r sp,Integrand aceasta ultima ecuatie cu conditiile la limita 14; pr:0 rezulta

,-= Y' 's(;;it"'l''

- l' .t oF[.'-" )'^=++(r-'-fo"'"1JP\ iDin aceste ultime relatii rezulta ca variatia presirmilor orizontale si verticale este de forma exponential4cresterea presiunilor devine din ce in ce mai mica tinzand asimptotic catre un maxim care pentru Fe arevalorile

\

I

1l

D=Y'Sr;max -f .k, PY,S

Pt,*^ =]jPentru a gasi valoarea lui h (inaltimea silozului) pentru care presiunile pe pereti devin constante egalampresiunea maxima cu presiunea pamanhrlui in conditii normale(fara siloz)

T,, 'SPhno = ;i = y u ' k, 'h , de unde rezulta adancimea

.l,sh=__f .k, PDaca admitem ca umplerea ceruleror se rearizeaza cu nisip (,p:2go), avemf:tgep:0,53ko:tgz (4 5' -g/2) :g,3U ; rezultah=5.24!

.PDaca inaltimea masivului gigant (a celulei) este H, sh, atunci efectul de siloz nuare nici o influientaasupra comportarii structurii.

3.1.4. Cheuri de tip specialSe prezinta in continuare un cheu constnrit in portul Roterdam 11.2007.lnaltimea cheului este de 27 miaradancimea apei in fata cheului este de 22m. structura cheului este realizata pe o fundatie indirecta(diafragma din beton armat si retea de piloti) si este ancorata in mal.Pentru reducerea impiagerii pamantului asupra diafragmei, structura cheului (platforma) a fost rcalizatalao cota de 6,5m sub cota de circulatie a cheului pentru a lucra ca o platforma de descarare

tr.{flitt:5aP.Br*5 Iiit f(a

lr"r!ilidt

Sectiune transversala prin cheu

12

ntif!,tiI

.".ffi&:rt

.i,i; :Iqi:'.

!.a!---i,l,&11q"b"".&,#

l!&;.".,.-ffi

-t:'B#;l':&

t.-,: t

=- *'' **,

J &Irl* "..,

Cheul in timpul constructiei-in plan indepartat se vede structura realizata-in centrul imaginii se vad zone cu armatura platformei de descarcare montata-in plan apropiat se vede betonul de egalizare pentru montarea armaturii platformei si capetele

ilotilor si a lelor ce vor fi inglobate in structura de beton a cheului (platforma +capitel)

Vedere din spate (dinspre uscat) a ginzii capitel:?,

':

5.itr

Vedere a cheului terminat (cu pamantul din fata cheului excavat)