FUNDAŢII PE CHESOANE Chesoanele sunt elemente de construcţie sub

forma unor cutii de beton armat, coborâte în teren prin săparea pământului din interiorul lor şi umplute ulterior cu beton. Se crează astfel un bloc de fundaţie care acţionează ca o fundaţie directă, asigurând transmiterea încărcărilor de la suprastructură la terenul

bun de fundare, figura 10.1.

Se cunosc câteva categorii de chesoane: a) chesoane deschise. b) chesoane cu aer comprimat: au la partea

superioară un planşeu de beton armat, iar în interor aer comprimat, cu rolul de a permite chesonului să rămînă uscat in interior.

c) chesoane plutitoare: folosite la construcţii hidrotehnice, pentru poduri.

Utilizarea chesoanelor deschise este reclamată în toate cazurile în care sunt necesare fundaţii de adâncime:

a) În cazul în care terenul bun de fundare se găseşte la adâncimi mai mari de 5...8m.

b) Atunci când nivelul apei subterane este ridicat.

c) La pământuri afuiabile la care soluţiile de sprijinire sunt foarte scumpe.

d) Atunci când incărcările orizontale sunt mari: la consolidarea versanţilor, la sprijiniri de maluri.

e) În cazul ăn care datorită prezenţei în straturile superioare a materialului lemnoas, a pietrelor, nu se poate folosi soluţia de fundare pe piloţi.

Soluţia de fundare pe chesoane nu se poate folosi în vecinătatea unor construcţii atunci când sunt posibile afuieri ale pământului (când avem nisipuri fine, prăfoase, etc.).

Fundaţii pe chesoane deschise. Conformarea chesoanelor deschise. Chesoanele au forma unor cutii fără fund, executate din beton, beton armat sau metal, care asigură sprijinirea pereţilor săpăturii şi executarea lucrărilor de excavaţii la adăpostul pereţilor chesonului, Figura 10.1. Forma în plan a chesonului depinde de baza construcţiei care sprijină pe el. Se recomandă ca acestea să aibă o formă simetrică fiind executate singular sau cuplate. Ca secţiune transversală, chesoanele din beton pot fi (Figura 10.2.): pătrate, dreptunghiulare, circulare, eliptice, etc.

Figura 10.2.

Chesoanele de secţiune circulară sunt cunoscute şi sub denumirea de puţuri. Ele pot fi realizate ca şi elemente monolite (la suprafeţe mari) sau din elemente prefabficate (inele prefabricate). Pentru preluarea încărcărilor transmise de elementele suprastructurii, sistemul de fundare pe puţuri se realizează din: puţuri din elemente prefabricate, centru din beton armat care leagă puţurile. Ele se dispun la colţurile clădirii, la intersecţiile pereţilor şi în lungul acestora atunci când

aceştia sunt acţionaţi de valoari ale încărcărilor extreme, Figura 10.3.

Figura 10.3.

Un cheson deschis are următoarele elemente, Figura 10.4: • pereţii chesonului (1), • cuţitul (2), • pereţii interiori (3), • fundul chesonului (4), • radierul din beton armat superior (5). •

Pereţii chesonului asigură preluarea încărcărilor transmise de terenul sprijinit în timpul lovirii în teren a chesonului. În secţiune verticală ei pot avea: (Figura 10.5.):

a. secţiune constantă pe înălţime, b. secţiune în trepte, c. secţiune variabilă pe înălţime.

Figura 10.5.

Pereţii verticali se execută uşor şi asigură o bună

ghidare a chesonului, având frecare mare pe suprafaţa laterală. Micşorarea acestora se poate face prin închiderea pereţilor, executarea lor în trepte sau executarea unei retrageri la partea superioară a cuţitului.

Spaţiul dintre perete şi teren poate fi umplut cu suspensie de argilă (noroi bentonitic) a cărui scurgere pe sub cuţit trebuie împiedicată prin prevederea unui dop de argilă cu pietriş la vârf, Figura 10.4.

Grosimea pereţilor se adoptă iniţial constructiv, urmând să se verifice prin calcul:

pentru chesoane cu perete de beton armat pentru chesoane cu perete de beton armat

unde D –diametrul interior al secţiunii chesonului Cuţitul chesonului este elementul care uşurează coborârea, învingând rezistenţa pământului din planul tălpii. Cuţitul se realizează sub forma unui unghi ascuţit având:

cm

mD

mD

40

1,012

1,010

≥

+=

+=

δ

δ

δ

α=55 – 650 – pietrişuri, nisipuri îndesate, argile consistente, α=500 – pământuri cu rezistenţă scăzută (lărgirea tălpii).

Vârful se protejează prin intermediul unor profile metalice ancorate în masa betonului din perete. Fundul chesonului se realizează funcţie de scopul chesonului: fundaţie sau spaţiu oentru staţie de pompe. În primul caz, dopul de beton se toarnă în uscat, sub nivelul apei, imediat după ce chesonul a ajuns la cotă. În al doilea caz, acesta se realizează în mai multe straturi, Figura 10.5.

Figura 10.5. Grosimea fundului chesonului se determină din condiţia de echilibru a subpresiunii apei:

H8.0H

twb

w ≅γ−γ

⋅γ≥

În care H – înălţimea coloanei de apă, γb – greutatea volumică a betonului.

Luând în considerare efectul de boltă al plăcii, grosimea acesteia se poate reduce până la: t=(0,15...0,40)D. Dopul se realizează ca radier de beton armat.

Calculul fundaţiilor pe chesoane. 1. Solicitări asupra chesonului.

Forţele care acţionează asupra unui cheson sunt, Figura 10.6.:

a) Încărcările din suprastructură: N, M, T. La dimensionarea undaţiilor pe chesoane se vor adopta încărcări de calcul (n=1,1).

b) Greutatea proprie a chesonului calculată în ipoteza chesonului gol, G, sau a chesonului plin, Gf. Se vor adopta încărcări de calcul (n=1,1).

c) Împingerea activă a pîmântului asupra peretelui chesonului. Se calculează în ipoteza chesonului gol (la coborârea chesonului), ca împingere activă.

Figura 10.6.

2. Determinarea suprafeţei în plan a chesonului se face ca în cazul fundaţiilor directe, considerând chesonul un bloc de beton simplu. Predimensionarea:

accef pA

Gp ≤

+= , în cazul predimensionării

pacc=pconv. Verificarea se face în metoda presiunilor

convenţionale, în metoda stării limită de deformaţie sau în metoda stării limită de capacitate portantă (la poduri, stabilizări de versanţi, în zone seismice importante).

Valorile încărcărilor N şi Gc se vor stabili ca încărcări de calcul (n=1,1). Valoarea presiunii

acceptabile pentru terenul de fundare se va stabili conform recomandărilor normativului NP115-05.

3. Determinarea grosimii pereţilor chesonului. Verificarea la coborâre a chesonului, din care

rezultă grosimea pereţilor se face pentru toate tronsoanele de turnare, condiţia trebuind îndeplinită opentru toate etapele de coborâre a chesonului.

Se impune condiţia de coborâre: greutatea chesonului trebuie să fie atât de mare încât chesonul să coboare sub greutate proprie, Figura 10.10.

[ ] )(15.1 FRWPG s +≥−+ , unde G – este greutatea proprie a chesonului, în diferite etape de coborâre, (n=1,1).

P – încărcări exterioare de calcul,

W – subpresiunea apei, funcţie de natura terenului wpAW ⋅= , unde A - aria secţiunii tălpii chesonului pw – subpresiunea apei, determinată conform

recomandărilor anterioare. F – rezultanta forţelor de frecare dintre suprafaţa

laterală a peretelui şi terenul înconjurător, Rs – reacţiunea pîmântului dezvoltată pe cuţitul

chesonului.

Figura 10.10.

Calculul armăturii chesoanelor deschise. Chesoanele sunt întotdeauna elemente de beton

armat, armarea lor făcându-se cu armătură longitudinală şi transveraslă.

Armarea chesonului.

Calculul armăturii verticale (1) se face considerând chesonul blocat la 0,65H şi acţionat de greutatea proprie (cu valoare de calcul). Calculul se face din condiţia de întindere centrică, Figura 10.14. Acoperirea cu beton a armăturii este de minim 50mm.

Calculul armăturii orizontale (2). Armătura

orizontală se dispune la exterior şi se dimensionează pentru a prelua împingerea dată de pământ asupra chesonului. Ea se calculează pentru solicitările care acţionează asupa unei fâşii de 1,00m situate imediat deasupra cuţitului, Figura 10.15.

Figura 10.14. Figura 10.15.

Calculul armării peretelui se face în două ipoteze:

Ipoteza 1: premergătoare lansării chesonului (solicitări de montaj).

Pentru calculul armăturii chesonul se consideră un

cadru închis având laturile egale cu axele mediane a pereţilor şi încărcat în planul său de o presiune medie obţinută prin însumarea împingerii pământului cu presiunea apei, figura 10.19.

Figura 10.19.

Calculul armăturii cuţitului Pentru calculul armăturii cuţitului se ia în considerare ipoteza ca supra cuţitului acţionează doar presiunile exterioare (împingerea pământului şi a apei). Executarea şi lansarea chesoanelor deschise Chesoanele deschise pot fi executate şi lansate în uscat sau în apă. În cazul în care execuţia are loc în uscat, se deschide o săpătură până la circa 0,50 m deasupra nivelului apei subterane. Apoi pe conturul pereţilor se dispun grinzi scurte (traverse) deasupra cărora se ridică cofrajul primului tronson al chesonului.

După montarea armăturilor, se toarnă betonul pe înălţimea primului tronson. La circa 10B15 zile de la turnare se decofrează. Pentru a începe coborârea chesonului trebuie în prealabil scoase traversele de sub cuţit. Fiecare traversă se retează de la exterior, figura 10.23, apoi prin pendulare în jurul muchiei interioare este extrasă de sub cuţit. Pentru o încărcare cât mai uniformă a trverselor şi evitarea înclinării, traversele se extrag respectându-se simetria.

Figura 10.23.

În final chesonul rămâne rezemat numai pe 4 traverse dispuse după un unghi de 090 între ele. Pereţii chesonului trebuie verificaţi la solicitările care apar în această condiţie de rezemare. Ultimele 4 traverse se extrag deodată. Cuţitul venind în contact cu pământul, chesonul pătrunde prin proprie greutate pe o anumită adâncime. Apoi este necesară săparea pământului din interior pentru coborârea în continuare a chesonului. Săparea se poate face mecanic (cu graifăr, prin hidromecanizare etc.) sau manual dacă dimensiunile în plan ale chesonului (şi deci volumul de excavat) sunt reduse, iar cantitatea de apă infiltrată este redusă. Săparea se face de la centru spre periferie, respectându-se simetria, figura 10.24. În figura 10.25. sunt arătate trei tipuri de săpături sub cuţit, care se aplică în diferite

condiţii de teren: nisipuri, figura 10.25.a, pământuri argiloase, figura 10.25.b şi pământuri compacte (argile tari, marne etc.) în figura 10.25.c.

Figura 10.24. Figura 10.25 Pe măsura săpării, chesonul coboară. Dacă greutatea proprie nu este suficientă pentru a asigura coborârea chesonului deasupra pereţilor, se amenajează o

platformă pe care se pune un lest. După coborârea chesonului pe adâncimea corespunzătoare înălţimii primului tronson, se întrerupe săparea şi se toarnă în cofraje cel de al doilea tronson. După întărirea betonului şi decofrare se reia ciclul. La atingerea cotei de fundare prescrise se betonează întregul spaţiul interior sau dacă acestuia i se dă o utilizare, numai un dop de beton la baza chesonului. În figura 10.26.sunt arătate principalele faze de execuţie a săpăturii şi de lansare ale unui cheson executat în uscat.

Figura 10.26.

Principala problemă la coborârea chesoanelor deschise indiferent de procedeul care se utilizează, este asigurarea unei perfecte verticalităţi a chesonului.

Înclinarea chesonului duce la înţepenirea acestuia în pământ. Există, de asemenea, riscul ca datorită frecării mari, chesonul să rămână suspendat în loc de a mai rezema, prin intermediul cuţitului, pe pământ, la bază. Săparea hidromecanizată sub nivelul apei în nisipuri, nisipuri fine, prăfoase, prafuri nisipoase, poate produce antrenarea hidrodinamica a pământului de sub cuţitul chesonului. În asemenea situaţii, săparea trebuie încetată, chesonul se umple cu apă la o cotă mai ridicată decât a apei din jur (pentru a determina un curent de apă descendent care să contribuie la îndesarea pământului), iar săparea în continuare se face cu graifărul sau hidromecanizat, urmată de betonare cu ajutorul pâlniei.

O altă dificultate care poate să apară la coborârea chesonului deschis o constituie prezenţa unor obstacole în teren (blocuri de piatră, epave etc.) a căror înlăturare sub apă este dificilă sau chiar imposibilă. O soluţie în aceste situaţii o constituie transformarea chesonului deschis în cheson cu aer comprimat.