FUNDAII DE MARE ADNCIME - CHESOANE

n cazul unor fundaii acionate de ncrcri verticale i orizontale importante,

rezemarea sigur ca i asigurarea unei bune stabiliti se realizeaz, de obicei prin

alegerea unor straturi de fundare mai compacte care se gsesc uneori la mari adncimi.

n cazul pilelor de poduri, necesitatea coborrii cotei de fundare este impus de multe

ori i de condiia de evitare a subsplrilor fundaiilor prin aciunea curenilor de ap.

Apar i situaii cnd straturile bune de fundare se gsesc la adncimi foarte mari nct

sunt necesare fundaiile de adncime. La calculul acestor fundaii este posibil s se

in seama i de rezistena pmntului pe suprafeele laterale ale fundaiei, att la

preluarea sarcinilor orizontale ct i a celor verticale. Prin msuri speciale de execuie

se poate realiza un contact bun ntre fundaie i terenul nconjurtor.

n prezent se folosesc urmtoarele tipuri de fundaii de adncime: fundaii pe

chesoane (puuri) deschise, fundaii pe chesoane cu aer comprimat i fundaii pe piloi

i/sau coloane.

Chesoanele spunt elemente de construcii sub forma unor cutii avnd suprafaa n

plan de forme diferite Acestea sunt coborte n teren prin excavarea pmntului din interior

pn se ncastreaz ntr-un teren bun de fundare. Prin umplerea aceatora cu beton sau balast

se realizeaz un bloc masiv de fundaie sau un suport pentru fundaii pe care reazem

elementul de suprastructur (pil de pod, culee, stlpi metalici sau de beton armat etc.).

Datorit faptului c ele sunt coborte pn se ncastreaz n terenul bun de fundare,

care prezint siguran mpotriva, afuierii, situat mult sub nivelul terenului natural sau al

fundului rurilor acest sistem este cunoscut i sub denumirea de fundaii de adncime.

Se cunosc dou categorii de chesoane:

a) chesoane deschise

b) chesoane cu aer comprimat

Deosebirea esenial ntre ele const n faptul c, chesonul cu aer comprimat are la

partea inferioar o camer separat n care se introduce aer comprimat.

Fiecare din cele dou categorii de chesoane prezint domenii de utilizare specifice.

Utilizarea chesoanelor deschise este recomandat n toate cazurile n care sunt

necesare fundaii de adncime i anume:

- stratul cu capacitate portant suficient este situat ntre cotele de la -4,00 m la -

(10-15) m;

- nivelul apei subterane este ridicat, cu posibiliti sczute de coborre n timpul

execuiei sau n exploatare;

- posibiliti reduse de evazare a fundaiei de suprafa, aezat pe un teren de

fundare cu capacitate portant sczut;

- nu avem posibiliti de mbuntire a capacitii portante a terenului de fundare;

- costul fundaiei de adncime este mai redus ca al fundaiei de suprafa, aezat pe

teren mbuntit;

- adncimea de afuiere a stratelor de teren situate sub fundul rurilor este mai mare

de 3-5m;

Acest sistem se adopta i atunci cnd datorit unor condiii constructive nu avem un

spaiu suficient care s permit introducerea utilajelor de batere sau de excavare a piloilor

sau baretelor sau cnd construciile nvecinate nu pot suporta vibraii sau ocuri produse de

utilajele de nfigere a piloilor sau cnd e necesar realizarea unui bloc masiv de fundare pe o

zon relativ redus sau cnd conlucrarea mai multor piloi nu poate fi asigurat.

Chesoanele deschise sunt indicate pentru fundarea n ruri i ci navigabile acolo unde

terenul este constituit predominant din argile moi, prafuri, nisipuri sau pietriuri, deoarece

acestea pot fi uor excavate prin dragare din puuri deschise i nu opun rezisten mare prin

frecare lateral n timpul coborrii chesonului.

Un domeniu larg de folosire al chesoanelor deschise l avem i n realizarea sistemelor

de susinere al masivelor de pmnt alunectoare, la care apar importante sarcini orizontale.

Acest sistem da rezultate bune i acolo unde folosirea metodei de fundare pe piloi

devine inaplicabil din cauza dificultilor ntmpinate n teren (bolovni, blocuri de piatr,

diferite obstacole etc.).

Execuia pe baz de chesoane cu aer comprimat se folosete n toate cazurile specificate

pentru chesoanele deschise, n condiiile n care nivelul apei subterane este ridicat, iar

coborrea chesonului deschis este dificil sau costisitoare n condiiile n care se cer realizate

spturi i turnri de betoane n uscat.

Totui adcimea maxim pentru care poate fi utilizat aoest sistem de fundare este

limitat la adncimea la care presiunea hidrostatic a apei subterane nu depete valorile

maxime admise ale presiunii aerului comprimat din interiorul camerei de lucru dictate de

valorile suportate de om, care sunt de 2-3 atm.

Descriere i elemente constructive. Seciunea transversal a chesoanelor

deschise este variat. Dac sunt circulare, au diametre de 1 ... 1,5 m pn la 6 m, n

cazuri excepionale chiar mai mult. De obicei puurile se amplaseaz la intersecia

zidurilor n punctele de concentrare a eforturilor(figura 1).

Uneori chesoanele au form ptrat, rectangular, oval, cu sau fr casete

(figura 2). Forma i dimensiunile n plan sunt dictate de construcia care urmeaz a se

ridica deasupra.

Alteori, chesoanele deschise se folosesc nu numai ca elemente de fundaii, ci i

pentru realizarea prii subterane a construciei. n asemenea cazuri, corpul chesonului

dup ce a ajuns la cot, nu se mai umple cu beton, ci i se d o anumit destinaie (de

exemplu: casa mainilor la turnul-elevator al silozurilor, garaj subteran, etc.).

Fig. 1. Fundarea unei cldiri pe puuri:

1 pu; 2 umplutur din beton.

Fig. 2. Chesoane deschise n seciune orizontal.

n seciune vertical, chesoanele deschise pot avea faa exterioar a pereilor

dreapt, dreapt cu retragere sau teit (fig. 3, a, b i c). Avantajele primului tip l

constituie posibilitatea utilizrii aceluiai set de cofraje pe ntreaga nlime. n

schimb, frecarea pe suprafaa lateral este foarte mare. La chesoanele cu faa

exterioar dreapt cu retrageri, frecarea este mult mai redus.

Pereii laterali asigur preluarea ncrcrilor transmise de terenul sprijinit. Ei

pot fi executai avnd mai multe forme n seciune vertical, figura 3.

a b c

Figura 3. Chesoane deschise n seciune vertical

Pereii verticali se execut uor i asigur o bun ghidare a chesonului, dnd

ns natere la frecri mari pe suprafaa lateral. Micorarea acesteia se poate face prin

nclinarea pereilor sau executarea lor n trepte (retragerea minim 12,5 cm).

Executarea n trepte complic ns lucrrile de cofrare. Executarea unor trepte n

interior nu se recomand cnd excavarea pmntului se face sub ap. O soluie mai

indicat este realizarea unei ngrori a pereilor la baz pe o nlime de 0,50 1,50m

care asigur o reducere important a frecrii.

Pentru a o micora i mai mult se poate injecta ap sub presiune n spaiul

dintre cheson i pmnt sau se poate umple acest spaiu cu o suspensie din argil

(noroi bentonitic)a crei scurgere pe sub cuitul chesonului trebuie mpiedicat prin

prevederea unui dop de argil cu pietri la vrf, (figura 4).

Figura. 4. Cheson deschis prevzut cu instalaie de injectat argila.

Grosimea pereilor se adopt constructiv, urmnd s se verifice prin calcul.

Pentru chesoanele deschise din beton armat se recomand ca grosimea pereilor s se

ia: 0,10[ ]12

Dm ,

iar pentru chesoanele din beton simplu

0,10[ ]10

Dm

La realizarea fundaiilor construciilor civile, industriale, etc., n afara unor

chesoane turnate monolit sunt folosite i chesoane realizate din inele prefabricate. n

acest caz este turnat la faa locului numai cuitul i primul tronson de la baza. Pe

msura ptrunderii n teren sunt adugate noi tronsoane prefabricate, nelegate ntre

ele, sau legate prin sudarea armturilor longitudinale i betonarea rostrului. Sistemul

asigur reducerea duratei de execuie.

Cuitul chesonului este elementul care uureaz coborrea chesonului,

nvingnd rezistena pmntului din planul tlpii. Forma, dimensiunile i modul de

alctuire a cuitului sunt determinate de natura pmnturilor ce trebuie strbtute i de

dimensiunile pereilor chesonului. Pentru pmnturi rezistente cum sunt pietriurile,

nisipurile ndesate i argilele de consisten tare, cuitul se realizeaz sub forma unui

unghi ascuit, de 25 - 30. n pmnturile ce opun rezisten sczut, cum sunt

nisipurile afnate, argilele de consisten redus sau mlurile, unghiul se mrete mult,

o dat cu lirea tlpii orizontale. La pereii cu grosimi pn la 0,80m, vrful cuitului

se realizeaz dintr-o singur suprafa nclinat, la grosimi mai mari se recurge la 2

3 suprafee plane, de nclinare variat. Cuitul este prezzut cu o armare puternic, iar

talpa i vrful se protejeaz prin intermediul unor profile metalice, ancoraten masa de

beton. Dac rezistena pmntului necesit un cuit ascuit, se poate concepe un ti

dintr-o combinaie de profile metalice asamblate prin sudur. Soluiile specifice pentru

fiecare din cazurile enumerate sunt schiate n figura 5.

Figura 5. Detalii de cuit: a n terenuri medii; b n terenuri tari; c n terenuri

moi.

Pereii interiori dau chesonului o rigiditate mai mare. Talpa acestora se face cu

0,50 m deasupra pereilor de contur. Ei se amplaseaz astfel nct s asigure o distan

limit de 2,50 m ntre doi perei vecini.

Fundul chesonului, se realizeaz n funcie de scopul chesonului: fundaie sau

spaiu pentru staii de pompe. n primul caz dopul de beton se toarn n uscat sub

nivelul apei imediat dup ce chesonul a ajuns la cot. n al doilea caz acesta se

realizeaz din mai multe straturi, figura 6. Grosimea acestuia se determin din condiia

de echilibrare a presiunii apei:

0,8w

b w

Ht H

n care:

H nlimea coloanei de ap;

b greutatea volumic a betonului folosit.

Figura 6. Detaliu fund cheson

Este evident c un asemenea mod de proiectare conduce la dimensiuni prea

acoperitoare; practica a dovedit c grosimea dopului poate fi mult mai redus, ntruct

se dezvolt i o frecare lateral, iar dopul lucreaz ca o plac supus la ncovoiere.

Grosimea dopului se reduce n funcie de dimensiunile n plan, pn la t=(0,15 0,40)

H. Dopul se realizeaz ca radier din beton armat.

Executarea i lansarea chesoanelor deschise

Chesoanele deschise pot fi executate i lansate n uscat sau n ap.

n cazul n care execuia are loc la uscat, se deschide o sptur pn la

aproximativ 0,50 m deasupra nivelului apei subterane. Apoi, pe conturul pereilor se

dispun grinzi scurte (traverse) deasupra crora se ridic cofrajul primului tronson al

chesonului. n figura 7se arat trei modaliti de susinere a cofrajului cuitului: cu

contrafie (figura 7a), de taluzul debleului (figura 7b), sau de taluzul unei umpluturi

din balast (figura 7c).

Figura 7. Variante de susinere a cofrajului cuitului: a cu contrafie; b de taluzul

debleului; c de taluzul unei umpluturi de balast.

Dup montarea armturilor se toarn betonul pe nlimea primului tronson. La

aproximativ 10 15 zile de la turnare se decofreaz. Pentru a ncepe coborrea

chesonului trebuie n prealabil scoase traversele de sub cuit. Fiecare travers se

reteaz de la exterior (figura 8), apoi prin pendulare n jurul muchiei interiorare este

extras de sub cuit. Pentru o ncrcare ct mai uniform a traverselor i evitarea

nclinrii, traversele se extrag respectndu-se simetria.

n final chesonul rmne rezemat numai pe 4 traverse (figura 9).

Figura 8. Scoaterea traverselor de sub

cheson: a traversa sub cuit; b traversa

se scoate de sub cuit.

Figura 9. Schema de rezemare a chesonului:

a rezemarea iniial; b rezemare pe patru

traverse; c diagrama de momente.

Pereii chesonului trebuie verificai la solicitrile care apar n aceast condiie

de rezemare. Ultimele patru traverse se extrag deodat. Cuitul venind n contact cu

pmntul, chesonul ptrunde prin proprie greutate pe o anumit adncime. Apoi, este

necesar sparea pmntului din interior pentru coborrea n continuare a chesonului.

Sparea se poate executa mecanic (cu graifr, prin hidromecanizare etc.) sau

manual, dac dimensiunile n plan ale chesonului (i deci volumul de excavat) sunt

reduse, iar cantitatea de ap infiltrat este mic. Sparea se face de la centru spre

margine, respectndu-se simetria. n figura 10 sunt artate trei tipuri de spturi sub

cuit, care se aplic n diferite condiii de teren: nisipuri (figura 10 a), pmnturi

argiloase (figura 10 b), i pmnturi compacte (argile tari, marne etc.) n figura 10 c.

Figura 10. Diferite moduri de spare sub cuit n funcie de natura terenului: a

nisipuri; b pmnturi argiloase; c pmnturi compacte.

Pe msura spturii, chesonul coboar. Dac greutatea proprie nu este

suficient pentru a asigura coborrea chesonului, deasupra pereilor se amenajeaz o

platform pe care se pune un lest. Dup coborrea chesonului pe adncimea

corespunztoare nlimii primului tronson se ntrerupe sparea i se toarn n cofraje

cel de-al doilea tronson. Dup ntrirea betonului i decofrare se reia ciclul. La

atingerea cotei de fundare prescrise se betoneaz ntregul spaiu interior sau, dac

acestuia i se d o utilizare, numai un dop din beton la baza chesonului. n figura 11

sunt artate principalele faze de execuie a spturii i de lansare ale unui cheson

executat la uscat.

Figura 11. Fazele de execuie ale unei fundaii sub form de cheson deschis: a

execuia cuitului i a primului tronson; b sparea cu graifrul concomitent cu coborrea

primului tronson; c turnarea celui de-al doilea tronson; d coborrea la cot; e

betonarea chesonului.

Cnd amplasamentul este acoperit de ap (la poduri, porturi etc.), pentru

executarea chesoanelor deschise se poate adopta una din urmtoarele soluii:

- executarea unei insule artificiale (de obicei un batardou) pe care se

execut i se coboar chesonul, la fel ca i pe uscat (figura 12);

- n cazul chesoanelor celulare (casetate) s-a aplicat procedeul plutirii cu

ajutorul unui fund fals. Celulele se acoper cu calote sferice metalice, prinse etan de

pereii chesonului. nuntru se introduce aer comprimat care menine n interiorul

celulelor un nivel de ap mai sczut dect cel din exterior. Odat chesonul ajuns la

locul de coborre, se reduce presiunea din interior, apa se ridic, iar chesonul coboar

(figura 13).

Figura 12. Cheson deschis executat la faa

locului prin executarea unui batardou: 1 -

batardou

Figura 13. Chesoane deschise lansate prin

plutire cu ajutorul unui fund fals.

Principala problem la coborrea chesoanelor deschise, indiferent de mijlocul

care se utilizeaz, este asigurarea unei perfecte verticaliti a chesonului. nclinarea

chesonului duce la nepenirea acestuia n pmnt. Exist de asemenea riscul ca,

datorit frecrii mari, chesonul s rmn suspendat, n loc de a mai rezema, prin

intermediul cuitului, pe pmntul de la baz. Sparea hidromecanizat (de pild cu

hidroelevatorul) sub nivelul apei, n nisipuri, nisipuri fine prfoase, prafuri nisipoase,

poate produce antrenarea hidromecanic a pmntului de sub cuitul chesonului. n

asemenea situaii, sparea trebuie ncetat, chesonul se umple cu ap la o cot mai

ridicat (figura 14) dect a apei din jur (pentru a determina un curent de ap

descendent care s contribuie la ndesarea pmntului), iar n continuare sparea se

execut cu graifrul sau hidromecanizat(figura 15, a i b), urmat de betonare cu

ajutorul plniei (figura 15, c).

Figura 14. Executarea spturilor ntr-un pu: a eliminarea apei direct; b formarea unui

curent de ap invers.

Figura 15. Sparea cu graifrul, sparea hidromecanizat i betonarea: a sparea sub ap

cu graifr; 1 batardou; 2 pilot; b sparea hidromecanizat sub ap ntr-un cheson

deschis; 1 batardou; 2 pilot; 3 hidroelevator; 4 staie de pompare; c betonarea sub

ap cu plnie fix.

Calculul chesoanelor deschise.

Calculul chesoanelor se face n dou etape. n prima etap, calculul ntregii

fundaii se refer la starea de exploatare i se desfoar ca n cazul unei fundaii

rigide; se alege adncimea de fundare, se determin mrimea presiunii admise i se

verific dimensiunile fundaiei.

Dimensiunile n plan ale puului (a i b) se determin n funcie de dimensiunile

construciei:

a=a0+2mH,

b=b0+2mH,

unde:

a0 i b0 sunt dimensiunile n plan ale construciei;

m este grosimea peretelui exterior al puului;

H adncimea de coborre a puului.

Eforturile pe teren se determin cu relaia

1,2

yx

x y

MMPp

S W W

,

unde:

P eset rezultanta forelor verticale;

S mrimea suprafeei de rezemare;

Mx i My sunt momentele fa de axele principale ale suprafeei de rezemare;

Wx i Wy modulii de rezisten ai suprafeei de rezemare fa de axele ei

principale.

La determinarea eforturilor unitare pe talpa fundaiei, se poate considera

ncastrarea elastic a fundaiei n terenul de fundare n cazul n care chesonul este

cobort mai mult de 5,00 m n teren, de la cota cea mai joas a afuierilor posibile. n

cazul rezemrii pe roc tare nu se mai consider ncastrarea elastic.

A doua etap de calcul se refer la determinarea sarcinilor ce acioneaz

asupra chesonului n timpul execuiei, cnd puul nu este nc umplut cu beton. Uneori

aceasta coincide i cu situaia din timpul exploatrii (chesoane de captare apa, case de

pompe etc.).

n cadrul acestei etape se determin prin calcul urmtoarele elemente:

- grosimea pereilor chesonului;

- dimensiunea golurilor pentru excavarea i ndeprtarea pmntului;

- greutatea chesonului care s asigure o coborre nentrerupt;

- seciunea cuitului.

Primele trei probleme se rezolv n aa fel nct s se respecte urmtoarele

condiii:

- pereii s nu fie prea groi, mpiedicnd n acest fel o bun desfurare a

excavaiei, dar nici prea subiri, reducnd astfel greutatea chesonului, care ar putea fi

blocat la naintare de forele de frecare;

- s existe o coresponden ntre grosimea pereilor ia golurilor, astfel nct s

lucreze n condiii bune la ncovoiere.

Aciunile care se iau n considerare la calculul puurilor sunt:

-greutatea proprie a chesonului, pe baza schemei adoptate, care se reevalueaz

la calculul definitiv dac apar diferene mai mari de 5%;

-presiunea lateral a pmntului la nivelul cuitului, care se calculeaz cu

relaia

E a ap HK qK

n cazul existenei apei subterane presiunea se calculeaz tinnd seama de

prezena apei:

E wp p p ,

unde:

este greutatea volumic a terenului;

q suprancrcarea la nivelul terenului;

Ka coeficientul de mpingere activ a pmntului;

pw presiunea apei.

n cazul terenurilor submersate, se are n vedere dac terenul este coeziv sau

nu. Pentru terenurile necoezive, n calcul se ia =(s-w)(1 n) n loc de , iar la

diagrama de presiuni se adaug presiunea apei pw.

Pentru pmnturile coezive, n relaia E a ap HK qK se lucreaz cu sat, adic

cu valoarea greutii volumice a pmntului saturat cu ap, care se determin cu

relaia

(1 )sat s wn n

Presiunea apei la pmnturile coezive se reduce cu un coeficient astfel nct la

vrful cuitului, valoarea presiunii se ia de 0,70 wh.

n ambele cazuri, presiunea apei se reduce 50% cnd se lucreaz n cheson fr

epuismente.

Diagramele de presiuni sunt date n figura 16, apentru pmnturi necoezive,

respectiv n figura 16, b pentru cele coezive.

Distana dintre pereii puului se ia n aa fel nct utilajul de spat s poat

lucra n condiii bune; astfel se recomand ca dimensiunile celulelor s fie cuprinse

ntre 2,00 x 2,00mi 4,00 x 4,00m.

Dup ce s-a fixat poziia pereilor se determin grosimile predimensionate ale

pereilor.

Se determin greutatea chesonului i se verific dac este asigurat o coborre

continu. Condiia este:

Q F.

Se recomand ca raportul : 1,15Q

F ,

unde:

Q este greutatea chesonului din care se scade subpresiunea apei;

F rezistena la naintare prin frecare pe pereii chesonului.

Se consider c pn la adncimea de 5,0 m fora de frecare variaz liniar, cot

dup care se poate considera c rmne constant (figura 17):

( 2,5)F U H f ,

unde:

U este perimetrul chesonului;

H adncimea de coborre;

f coeficient de frecare (tabelul 1 )

Figura 16. Diagramele de solicitare a chesonului : a pentru pmnturi necoezive; b

pentru pmnturi coezive.

Figura 17. Variaia forei de frecare pe nlimea H a chesonului.

n cazul terenurilor neomogene, pentru f se ia valoarea:

i if hfh

n cazul chesoanelor cu perei nclinai cu un unghi se determin coeficientul

de frecare f:

' sinf f

Tabelul 1 Coeficientul de frecare pe pereii chesoanelor deschise

Tipul materialului Natura terenului f, n kN/m2

Perei din lemn prelucrai

brut

Nisip sau pietri 30,0

Argil 25,0

Tabl din oel cu nituri Nisip sau pietri 25,0

Argil 15,0

Beton tencuit brut sau

netencuit

Argile i argile nisipoase de

plasticitate medie

12,0 20,0

Argile de plasticitate mare i

argile cu pietri

25,0 50,0

Nisip argilos i ml 12,0 25,0

Nisip fin 15,0 20,0

Nisip mijlociu 20,0 25,0

Pietri 20,0

Nisip mare cu pietri 30,0

Nisip curgtor 12,0 25,0

Calculul de rezisten se efectueaz n urmtoarele ipoteze :

I. ncovoierea primului inel sub aciunea greutii proprii.

II. ncovoierea n sens orizontal sau aciunea pmntului i a apei din exterior.

III. Traciunea pe vertical n perei datorit nepenirii chesonului la partea

superioar.

Ipoteza I. Dup ndeprtarea cofrajelor, primul tronson este inut pe calaje din

lemn care se ndeprteaz treptat, rmnnd pn la urm doar patru puncte de sprijin.

Pe ct posibil, punctele de sprijin se amplaseaz n aa fel nct s se realizeze

egalitate ntre momentele pe rezem i n cmp (figura 18) ; n acest sens deschiderea

se alege 0,7 a la un raport a/b1,5.

n timpul coborrii pot aprea situaii mai defavorabile cnd se ntlnesc

diverse obstacole, care creeaz puncte de spijin. (figura19).

Ipoteza a II-a. n cadrul acestei ipoteze se ntlnesc mai multe cazuri:

a) Chesonul se gsete la o cot de proiect, terenul de sub cuit este ndeprtat,

greutateachesonului fiind echilibrat de fora de frecare pe perimetru. Asupra

chesonului acioneaz presiunea pmntului i a apei din (figura 20).

Figura 18. Schema de calcul n ipoteza rezemrii chesonului pe calaje de lemn.

Figura 19. Schema de calcul n ipoteza apariiei unui obstacol n timpul coborrii : a

rezemare pe contur; b rezemare n zona central.

b) Chesonul se gsete la cota H/2 i la partea superioar are un inel gata betonat

de 4 6 m nlime. Pereii exteriori se consider nfipi pe 1,0 m n teren. n calcule

nu se consider ncrcarea transmis de pereii interiori (despritori).

Greutatea chesonului este echilibrat de forele de frecare i reaciunea R de

sub cuit. Fora de frecare are ca limit superior valoarea 0,5 Ea(unde Ea este

mpingerea activ a pmntului). Asupra pereilor acioneaz mpingerea pmntului

i a apei (figura 21).

c) Uneori trebuie s se fac i o verificare n ipoteza c s-ar transforma chesonul

deschis ntr-un cheson cu aer comprimat (figura 22).n cadrul ipotezei a II-a, calculul

pereilor se face considerndu-se o fie de 1,0 m nlime din pereii de pe contur,

care se asimileaz cu un cadru orizontal nchis avnd reazeme n punctele de contact

cu pereii interiori (figura 23). Fia cea mai solicitat este cea deasupra cuitului, care

preia mpingerea exercitat asupra cuitului, fiind solicitat i la torsiune.

Figura 20. Schema de calcul pentru peretele

chesonului.

Figura 21.Schema de calcul a chesonului la

coborre.

Solicitrile se determin n funcie de alctuirea constructiv a cadrului orizontal.

Dup mrimea momentului se determin necesarul de armtur orizontal.

Chesoanele cu seciune circular, sub aciunea unei presiuni radiale uniforme p,

sunt solicitate n seciune orizontal numai la compresiune, astfel c armtura

orizontal se stabilete din considerente constructive.

Ipoteza a III-a. n timpul coborrii se poate ntmpla s rmn chesonul

agat la partea superioar din cauza frecrii dintre pereii de contur i pmnt. n

aceast ipotez se determin armtura longitudinal din pereii chesonului.

Figura 22. Schema de calcul a chesonului n ipoteza

transformrii ntr-un cheson cu aer comprimat.

Figura 23. Schema de calcul a

pereilor n plan orizontal.

n mod convenional se calculeaz armtura longitudinal la o for de

ntindere egal cu greutatea chesonului, corespunznd ipotezei c partea suspendat

are o lungime egal cu 0,54H. Se consider c eforturile de frecare variaz liniar de-a

lungul peretelui chesonului (figura 24).

La chesoanele circulare armtura longitudinal trebuie s preia i eforturi care

se nasc n seciuni verticale, cnd n timpul coborrii chesonului nu mai este sprijinit

pe ntregul perimetru de baz. Chesonul se consider sprijinit ca n figura 25.

Cuitul chesonului se calculeaz n ipoteza a II-a, n urmtoarele situaii:

-asupra cuitului acioneaz doar presiunile exterioare pmnd + ap;

-n afar de presiunea exterioar, asupra cuitului mai acioneaz i reaciunea

vertical a terenului i cea pe latura sa nclinat (figura 26, b).

Figura 24 Schema de calcul a armturii

longitudinale n ipoteza suspendrii

chesonului n timpul coborrii.

Figura 25. Ipoteza de rezemare a chesonului

circular pentru calculul armturii

longitudinale: 1 puncte de reazem

Figura 26.Schema de calcul al cuitului chesonului.

Seciunea periculoas este seciunea I I, iar n cazul existenei unui an,

seciunea II II, dac anul este la o distan mai mic de 0,25 m de partea superioar

a prii nclinate a cuitului. Reaciunea terenului se calculeaz tinndu-se seama de

fora de frecare pe pereii exteriori, care ns s nu depeasc jumtate din valoarea

mpingerii pmntului.

Fundaii pe chesoane cu aer comprimat

Chesoanele cu aer comprimat se doesebesc de cele deschise prin aceea c la o

nlime de 2,0 2,50 m de la vrful cuitului se execut un planeu de beton armat,

crendu-se o camer nchis - camer de lucru n care sptura se execut n

condiiile existenei unei presiuni de aer. Sub influena presiunii din camera de lucru,

apa din interiorul chesonului este eliminat, putndu-se executa sptura n uscat.

Adncimea maxim pn la care se poate executa un cheson cu aer comprimat este de

35 m, corespunztoare presiunii maxime a aerului la care omul mai poate lucra (3,5

atm).

Chesoanele cu aer comprimat pot fi clasificate dup mai multe criterii:

a) Dup materialul din care este realizat camera de lucru:

-chesoane din beton armat;

-chesoane metalice

b) Dup soluia constructiv:

-chesoane masive, figura 27, a;

-chesoane cu goluri n tavan, figura 27, b.

c)Dup modul de execuie i coborre:

- chesoane coborte de la nivelul terenului;

- chesoane plutitoare.

Figura 27 .Tipuri de soluii constructive ale chesoanelor.

Metoda chesonului cu aer comprimat s-a dezvoltat din cea a puului deschis,

care nu poate fi aplicat cnd, pe lng sparea sub ap, apar obstacole greu de

ndeprtat. n asemenea cazuri, o metod care d rezultate bune este aceea a

chesonului cu aer comprimat.

Chesonul cu aer comprimat se compune din trei pri principale: camera de

lucru, tubul de legtur i campana (figura 28).

nchesonul cu aer comprimat se menine o presiune egal cu presiunea

hidrostatic la nivelului cuitelor, dnd posibilitatea muncitorilor din camera de lucru

de a executa sparea terenuluin condiiile terenuluiuscat.

Dup coborrea sub nivelul apei este pus n funciune instalaia de aer

comprimat. Presiunea n camera de lucru se determin cu relaia:

10,3

100p h ,

unde:

p presiunea aerului comprimat, n daN/cm2;

w greutatea specific a apei, kN/m3;

h nlimea coloanei de ap, n m.

Campana servete pentru introducerea i scoaterea pesoanelor i a materialelor

din cheson. Introducerea muncitorilor se face n modul urmtor (figura 29) :

presupunnd c n compartimentul B al campanei aerul se gsete la presiunea

necesar pentru a menine n cheson nivelul apei la nlimea cuitelor, capaculi

robinetul dintre compartimentele A i B se nchid i se deschide robinetul dintre

camera A i exterior. Dup ce presiunea s-a egalat, se deschide capacul

compartimentului A.

Figura 28 Cheson cu aer comprimat: 1

campan; 2 tub de legtur; 3 camer de

lucru.

Figura 29 Campana instalaiei de lansare a

chesonului : 1 scripete; 2 tub de legtur;

3 capac pentru acces beton; 4 pip

pentru evacuarea pmntului spat; 5

capacul tubului de legtur; 6 capacul

dintre compartimetul A i B; 7 u de acces

a personalului.

Muncitorii intr n n compartimentul A. Se nchide apoi capacul i robinetul

compartimentului A, se deschide robinetul dintre compartimentul A i B, se egaleaz

n timp mai ndelungat, presiunea din A cu cea din B i dup aceea, se deschide

capacul dintre cele dou compartimente. Muncitorii intr n compartimentul B, iar

prin capacul tubului de legtur i scara din tub intr n camera de lucru. Aici,

muncitorii procedeaz la sparea pmntuluin dreptul cuitelor. Chesonul, datorit

greutii proprii, se scufund treptat pn la nivelul stratului rezistent. Ieirea

muncitorilor din camera de lucru se face egalnd presiunea dintre compartimetul B i

A. Se deschide capacul dintre cele dou compartimente i muncitorii trec n

compartimentul A. Se nchide capacul i robinetul dintre compartimente i se deschide

robinetul ce face legtura cu exteriorul pentru egalarea presiunii din A cu aceea din

exterior. Aceast egalarea ns se face un timp mai ndelungat, care n funcie de

mrimea presiunii din camera de lucru, poate fi sporit pn la 70 min. Cu ocazia

intrrii i ieirii muncitorilor din cheson trebuie respectate riguros prescripiile de

securitate a muncii, pentru a evita accidente cu urmri grave ce ar putea apare.

Pmntul spat se evacueaz prin pipa care face legtura dintre compartimentul

B i exterior. Pipa este prevzut cu dou capace legate printr-un dispozitiv care nu

permite deschiderea lor simultan.

Betonul se introduce printr-o ecluz situat pe partea superioar a campanei.

Introducerea betonului cu ajutorul celor dou capace i dou robinete se face dup

principiul descris la ecluzarea persoanelor.

Materialele se ridic i se coboar prin tub cu ajutorul unui cablu trecut peste

un scripete i manevrat de un motor electric.

Principalele pri componente ale unei instalaii de coborre a chesonului cu

aer comprimat sunt prezentate n figura 30.

Chesonul propriu-zis delimiteaz un spaiu denumit camer de lucru cu o

nlime de cel puin 2,20m. Camera de lucru comunic cu suprafaa prin intermediul

unui tub metalic care servete att pentru accesul muncitorilor n cheson (n care scop

este prevzut cu o scar), ct i la evaluarea materialului rezultat din sptur. La

chesoane cu suprafee mari, de peste 100 m2, se pot prevedea tuburi separate pentru

dou funciuni.

Figura 30. Instalaie pentru coborrea chesonului cu aer comprimat: 1 cheson propriu-zis;

2 camera de lucru; 3 co; 4 sas; 5 conduct de aer comprimat; 6 filtru de aer; 7

staie de compresoare; 8 rezervoare de aer; 9 separator de ulei; 10 zidrie.zidrie.

Pe prima poriune deasupra tavanului, tubul (sau coul) are peretele din beton

armat, din care sunt lsate musti pentru sudarea n continuare a prii metalice

formate din tronsoane mbinate etan cu flane la exterior. Seciunea tubului este

circular sau eliptic. Tubul face legtura cu sasul, ecluza sau campana, o construcie

din tole metalice avnd o camer central i una sau dou camere laterale, toate unite

prin conducte cu instalaia de aer comprimat. Instalaia de aer comprimat cuprinde un

filtru de aer, staia de compresoare, rezervoarele de aer i un separator de ulei.

Instalaia trebuie dimensionat att pentru asigurarea presiunii n camera de lucru, ct

i pentru compensarea piederilor. La calculul debitului de aer se ine seama c o

persoan aflat n camera de lucru consum 30 m3/h la o presiune de peste 0,5 bar.

De jur mprejurul tubului i deasupra chesonului propriu-zis pe msura sprii

pmntului, pentru a asigura greutatea necesar coborrii, se realizeaz o zidrie din

beton, fie pe ntreaga suprafa, fie, atunci cnd coborrea nu necesit o asemenea

greutate, la nceput doar sub form de cutie a crei umplere se face dup atingerea

cotei finale.

Principalele faze la execuia unei fundaii sub form de cheson cu aer

comprimat sunt:

-construirea chesonului propriu-zis, asemntor cu cea a unui cheson deschis

(figura 31, a);

-montarea pe un prim tronson a tubului de legtur i a sasului (figura 31,b);

-sparea n camera de lucru concomitent cu nlarea zidriei de deasupra

tavanului (figura 31,c). Pn la atingerea nivelului apei subterane sparea se execut

ca la un cheson deschis. n mod obinuit sptura n cheson se execut manual. n

pmnturi necoezive sau cu coeziune redus, se folosete i sparea hidromecanizat.

- dup ce chesonul coboar pe o adncime corespunztoare lungimii primului

tronson de tub, oamenii sunt evacuai din camera de lucru, iar sasul se desface pentru

a se putea intercala un nou tronson de tub (figura 31, d);

- dup atingerea cotei de fundare prevzute (figura 31, e)se betoneaz i camera

de lucru. Se demonteaz sasul i tubul de legtur i se betoneaz spaiul ocupat de

tub(figura 31, f).

Figura. 31. Fazele de execuie ale unei fundaii sub form de cheson cu aer comprimat.

Normele de protecie a muncii sunt foarte severe la lucrul n chesonul cu aer

comprimat. Organismul uman nu poate suporta presiuni mai mari de 3 3,5 bar, ceea

ce limiteaz adncimea pn la care poate fin dus chesonul sub nivelul liber al apei la

30 35m.

Durata schimbului de lucru se reduce pe msura creterii presiunii (la 3,5

bar=2h). Organismul trebuie obinuit treptat cu condiiile de presiune ridicat la

intrarea n schimb i cu revenirile la presiunea atmosferic, la ieirea din schimb.

Se prevd urmtoarele durate ale acestor procese:

Presiunea,

n bar

Ecluzarea,

n min.

Dezecluzarea,

n min.

1 5 8

2 12 24

3 22 55

Nerespectarea ndeosebi a timpilor de dezecluzarea poate conduce la accidente

grave. Dac timpul de acomodare este prea scurt, azotul dizolvat la presiunea ridicat

n snge nu poate fi evacuat n mod normal prin plmni, ci caut s ias direct prin

ncheieturi, provocnd inflamaii i dureri ascuite, sau prin creier i coloana

vertebral, provocnd moartea.

n prezent, utilizarea chesoanelor cu aer comprimat este mai rar, ca urmare a

dezvoltrii unor sisteme moderne de fundaii de adncime.

Chesoanele se execut din beton armat sau din oel. Chesonul propriu-zis este

compus din pereii laterali din jurul camerei de lucru, tavanul i pereii laterali

deasupra tavanului. Camera de lucru este mrginit de pereii laterali i de tavan. Pe

pereii laterali acioneaz, n afar de presiunea aerului din interior, presiunea apei i

mpingerea activ, care sunt de sens contrar cu presiunea aerului. La pmnturi din

argil, din cauza coeziunii, mpingerea este mic, n general se neglijeaz; n aceste

condiii, forele ce acioneaz asupra pereilor din interior spre exterior sunt mai mari

dect forele datorate presiuni apei. Pereii se consider ncastrai n tavan, fiind deci

solicitai la ncovoiere (ca o grind ncastrat la un capt). Momentul de ncastrare

produce n tavan un moment ncovoietor de acelai sens cu greutatea ce acioneaz

asupra tavanului. Zidria executat, dup ce se ntrete, contribuie i ea la rezistena

la ncovoiere a tavanului, admind o conlucrare n plan orizontal a straturilor de

zidrie suprapuse. Pentru a asigura aceast conlucrare, suprafaa orizontal a stratului

inferior se execut n dinisau se las musti din armtura betonului armat.

Pereii laterali ce trec deasupra tavanului se ridic cu 0,5 m deasupra apelor

mari i servesc la protejarea spaiului de deasupra tavanului, pentru ca executarea

zidriei s se poat face la uscat (figura 32).

Figura. 32. Diagramele de solicitare a chesonului.

Partea inferioar a pereilor laterali din jurul camerei de lucru se execut n

form de cuit, cum s-a vzut i la puurile deschise. Cuitului i se d a nclinare

corespunztoare naturii terenului. Pentru terenuri tari, nclinarea se d conform schiei

din figura 33, a. Pentru pmnturi moi a se vedea figura 33, b i c.

Figura 33. Diagramele de solicitare a cuitului: a cuit triunghiular; b cuit trapezoidal; c

cuit trapezoidal cu teitur.

Chesonul, n general, se construiete chiar pe locul unde urmeaz a fi cobort.

Lansarea chesoanelor se poate face similat celor deschise.

Pentru dimensionarea chesonului se iau diferite scheme de calcul, lund n

considerare solicitrile ce apar n decursul coborrii chesonului.

Cazul I. Chesonul decofrat se sprijin pe teren. Se ncepe lucrul i peste

plafornul chesonului se toarn primul strat de beton. De obicei, acest caz (pn la

ntrirea betonului) d ncrcarea cea mai defavorabil pentru dimensionarea

plafonului. Diagrama momentelor rezultat este majorat prin efectul mpingerii

pasive ce aparela cuitele nfipte n teren. Dup ce s-au turnat unul sau dou tronsoane

de beton i betonul s-a ntrit, nu se mai ia n considerare toat greutatea betonului, ci

numai greutatea corespunztoare unui corp parabolic de nlime egal cu din

limea chesonului (figura 34, a i b).

Cazul al II-lea. Cuitele sunt nfipte n teren impermeabil. Presiunea aerului n

interiorul camerei de lucru s-a redus la presiunea atmosferic (din cauza unui accident

sua n mod intenionat). Pmntul din jurul cuitelor fiind impermeabil, apa nu poate

ptrunde n interiorul camerei de lucru. Chiar dac pmntul are o oarecare

permeabilitate, ptrunderea apei nu inund interiorul camerei simultan cu eliminarea

presiunii aerului, mai ales cnd acesta se face n mod brusc. n lipsa forei

ascensionale, toat greutatea construciei se transmite terenului prin cuite. Sporete

deci n mod considerabil mpingerea pasiv aupra pereilor laterali, ceea ce va da un

moment ncovoietor mare pentru pereii chesonului.(figura 34, c).

Cazul al III-lea. Se deosebete de cel precedent numai prin aceea ca se

presupune un pmnt permeabil n jurul cuitelor, aa c apa ptrunde n camera de

lucru pe msura scderii presiunii aerului. Din exterior va aciona numai mpingerea

activ a pmntului (figura 35, a).

Figura 34 Diagrame de solicitri pentru

diferite faze de executare a fundaiei pe

cheson : a nceputul betonrii; b faza

intermediar; c faza final.

Figura35 Diagrame de solicitri pentru

ipoteza existenei unui strat permeabil sub

cuitele chesonului: a cu ap n cheson; b

cu aer n cheson.

Cazul al IV-lea. Chesonul a fost cobort sub nivelul apei, la o adncime

oarecare pn la fundul albiei n care s-au nfipt cuitele chesonului. Presiunea aerului

nu a intrat nc n aciune, aa c apa a inundat camera de lucru (figura 35, b).

Dei greutatea chesonului este mai redus dect n cazurile precedente (II i III)

totui, fiindc din exterior nu este micorat nici de mpingerea activ a pmntului,

nici de presiunea apei, n cele mai multe cazuri rezult solicitarea cea mai

defavorabil.