CAPITOLUL 8

CHESOANE DESCHISE

8.1. Chesoane deschise i cu aer comprimat

Chesoanele constituie o alternativ pentru fundarea construciilor atunci cnd: - amplasamentele ofer condiii defavorabile privind portana i deformabilitatea straturilor din zona de suprafa, prezint apa subteran cu nivel la cote ridicate sau sunt acoperite de ape de suprafa; - intervin solicitri verticale excentrice i orizontale mari ce impun ncastrarea construciei n teren prin asigurarea unor adncimi de fundare mari. Fundarea construciilor cu ajutorul chesoanelor reprezint o soluie de fundare direct n adncime, transferul la teren al ncrcturilor fcndu-se prin intermediul straturilor pe care acestea reazem. Chesoanele sunt concepute sub forma unor elemente cu gol ce permit excavarea pmntului n scopul atingerii cotei la care se situeaz stratul portant. Ele apar sub forma unor cutii special amenajate la care lipsesc prile inferioar i superioar.

Fig. 8.1. Chesoanele deschise (a) i cu aer comprimat (b)

Alctuirea constructiv a chesoanelor trebuie s asigure:

- condiii optime i de siguran privind tehnologia de ndeprtare a pmntului diferitele situaii de amplasament;

- coborrea la cota dorit sub efectul greutii proprii, n cuplaj cu eventuale msuri privind diminuarea forelor de rezisten sau a creterii celor de naintare;

- evitarea unor deteriorri, posibil s apar n timpul coborrii ca urmare a prezenei n teren a unor componente grosiere (blocuri, bolovani etc.);

Sub raportul alctuirii constructive de ansamblu, chesoanele sunt definite ca fiind deschise i cu aer comprimat sau pneumatice (fig.8.1.).

Chesoanele deschise se utilizeaz cu rol de fundaii de adncime att n terenuri uscate ct i aflate n prezena apei, atingndu-se adncimi de coborre performane - spre exemplificare 51m sub nivelul apei la podul Cokland din San Francisco. Excavarea la interiorul chesonului se realizeaz n uscat sau n prezena apei, manual sau mecanizat. Atunci cnd chesoanele deschise sunt introduse n terenuri cu ap freatic sparea n uscat impune coborrea nivelului apei, condiie ce nu poate fi asigurat n multe dintre situaiile

159

practice. Sparea sub ap poate fi executat cu ajutorul graiferelor, prin hidromecanizare sau sistem air-lift, mai ales cnd chesonul strbate straturi moi slab legate - mluri, nisipuri, balast afnat cu particole de dimensiuni mici, nisipuri argiloase etc.

Folosirea chesoanelor deschise ca soluie de fundare nu se recomand atunci cnd ele se vor ncastra n straturi acvifere necoezive sau plastic moi, aflate la o aceeai cot sau la o cot apropiat celei de fundare a unor construcii deja executate. n astfel de situaii exist pericolul antrenrii pmnturilor necoezive, plastice moi din zona fundaiilor realizate anterior.

Fig.8.2. Chesoane deschise de seciune circular i diametru redus (puuri) folosite ca soluie de fundare a - dispunere n plan; b - seciune vertical, 1 - stlp, 2 - cuzinet, 3 - cheson, 4 - umplutur de beton, 5 - grind pentru perei, 6 - beton de egalizare, 7 - pardoseal

Chesoanele sunt admise att ca soluie de fundare, fig.8.2, dar pot fi utilizate i drept

construcii independente, adecvat echipate pentru a rspunde anumitor funcionaliti, cum ar fi: staii de pompare, captri de ap din surse subterane sau de suprafa, fig.8.3.

8.2. Chesoane deschise. Alctuire constructiv, clasificare Alctuirea constructiv a chesoanelor este subordonat n principal urmtoarelor

aspecte: - condiiilor pe care trebuie s le asigure pe durata realizrii i coborrii lor n teren; - destinaia pe care o au pe durata exploatrii; - condiiile ce le ofer amplasamentele pe care sunt coborte i n prezena crora urmeaz s lucreze. Chesoanele deschise, funcie de dimensiunile la care urmeaz a fi realizate, sunt concepute ca elemente necompartimentate (fig.8.5a) sau compartimentate (fig.8.5.b), prezentnd diferite forme ale seciunii transversale: ptrat, rectangular, circular, rectangular racordat cu pereii semicirculari.

160

Fig.8.5. Chesoane deschise masive: a - necompartimentate; b - compartimentate

Dimensiunile i forma n plan trebuie s: - rspund formei construciei sau elementului de construcie pentru care se svrete ca fundaie; - asigure criteriile cerute prin proiectare i dac este cazul gabaritelor spaiilor tehnologice prevzute; - asigure o repartiie simetric a greutii prin raport cu axa vertical a chesonului ce permite o mai corect coborre la cot. Condiiile de amplasament, sub aspect tehnologico-geotehnic i al prezenei apei subterane sau de suprafa, au determinat alctuirea chesoanelor deschise sub form de: - chesoane masive; - chesoane uoare; - chesoane de tip special. Chesoanele grele sau masive, fig.8.5, se folosesc atunci cnd amplasamentele sunt caracterizate prin straturi portante, situate la adncimi mari, pn la care urmeaz a fi penetrate orizonturi din pmnturi care prezint frecri laterale mari. Condiia de coborre a chesonului la adncimea stratului portant impune asigurarea unei greuti mari pe unitatea de suprafa, ceea determin utilizarea unor volume mari de

beton, ncorporate n cheson n faza iniial a execuiei.

161

Elementele componente principale ale unui cheson deschis sunt: pereii laterali, cuitul i pereii interiori. Pe lng acestea, n anumite situaii pentru asigurarea coborrii chesonului la cot, pot s apar tuburi de splare, anuri n pereii chesonului i planeu pentru transformarea chesonului deschis n cheson cu aer comprimat. De asemenea, funcie de destinaie, chesonul poate prezenta n alctuire i elemente ca: fund, planee de compartimentare pe vertical a spaiului interior, goluri n pereii laterali i de compartimentare, scri metalice, etc. Pereii laterali sau exteriori definesc forma n plan a chesonului, delimiteaz spaiul interior n care se practic sptura, preiau presiunile exercitate de pmntul situat lateral i de ctre ap, asigur prin profilul lor dup direcia vertical reducerea forelor de frecare lateral, greutatea necesar coborrii chesonului la cot i o distribuie raional a materialului i vor rspunde unor cerine impuse prin destinaia chesonului. Dup direcia vertical pereii superiori pot prezenta seciuni similare celor din fig.8.9. remarcndu-se trei variante privind faa exterioar a peretelui i anume: vertical (fig.8.9.a), cu retrageri (fig.8.9.b) i nclinat sau n fruct (fig.8.9.b).

Cele trei variante privind faa exterioar a pereilor laterali prezint unele avantaje i dezavantaje prin raport cu mobilizarea forelor de frecare lateral, a presiunii pe care pmntul o exercit i mrimea tasrilor ce apar la nivelul suprafeei terenului nconjurtor pe durata coborrii.

Pereii realizai conform fig.8.9.a. mobilizeaz frecri laterale i presiuni mari, fac ca tasrile suprafeei terenului s fie reduse. Pereii laterali realizai cu retrageri sau nclinai fa de vertical mobilizeaz frecri laterale i presiuni reduse dar determin tasri semnificative ale suprafeei terenului nconjurtor. Lund n discuie coborrea chesonului n teren se precizeaz c realizarea pereilor nclinai atrage riscuri mai mari privind scoaterea din vertical prin raport cu celelalte variante.

Sub aspectul execuiei chesonului apar ca dezavantajoase soluiile n care profilul peretelui variaz ca grosime, urmare a prezenei treptelor de retragere sau a nclinrii peretelui, prin modificarea cofrajului. In final se poate spune c profilul cu trepte de retragere ar fi cel mai convenabil. Grosimea pereilor exteriori se stabilete prin calcul, recomandndu-se valori de 0,6-0,1m dar nu mai mic de 0,4m. Treptele de retragere sunt acceptate la valori de 5-15cm, prima retragere situndu-se la nlimea de 0,3-5,0m deasupra bazei chesonului. Pereii interiori intervin la chesoanele ce prezint dimensiuni mari n plan pentru reducerea solicitrilor n pereii laterali, asigurarea n acelai timp a compartimentrii cerute prin destinaia acestora i sporirea rigiditii lor. Funcie de dimensiunile chesonului pereii interiori pot ocupa poziii att dup direcia transversal, ct i longitudinal (fig.8.5.b3).

Pereii interiori se realizeaz la grosime minim de 0,25m, sunt prevzui cu ferestre de comunicare ntre compartimente i prezint la partea inferioar o amenajare tip cuit a crui buz se va gsi cu cel puin 0,5m deasupra celei a cuitului pereilor exteriori.

Se recomand ca ferestrele s fie de dimensiuni de cel puin 1,0*1,0m iar lungimea minim dintre perei de 2,5m pentru a se putea asigura condiii de separare mecanic a pmnturilor din interior.

162

Fig.8.9. Profilul pereilor laterali dup direcia vertical

Cuitul chesonului reprezint amenajarea prii interioare a pereilor acestuia conceput pentru a: - se evita deteriorarea lor n procesul de coborre urmare a prezenei n teren a unor uniti izolate tari, reprezentate de resturi de beton, resturi de roc, bolovani blocuri, orizonturi subiri gresificate etc.; - asigura o suprafa redus de rezemare a chesonului cu straturile de pmnt ce sunt strbtute pe durata coborrii i prin urmare rezistenei minime la naintare; - realizarea, decuparea i refularea pmntului n interiorul chesonului atunci cnd, prin excavare sunt asigurate condiii ca forele ce determin naintarea s depeasc pe cele care se opun; - asigur, dac este cazul, o reducere a forelor de rezisten, prin ncorporarea tubulaturii de splare prin care este dirijat apa sub presiune ce antreneaz materialele nelegate i diminueaz rezistena lateral ce se manifest ntre pereii chesonului i terenul nconjurtor.

163

Elementele cuitului, fig.8.10, - buza (b, b1), nlimea (hc), unghiul de nclinare a teiturii cu verticala () sunt fixate de natura i condiiile de stare ale pmnturilor strbtute de cheson pn la stratul de rezemare. n acest sens se recomand: pentru buza cuitului, b = 1520cm n cazul terenurilor tari i b = 2040cm pentru terenurile moi; pentru nclinarea teiturii, = 30o n cazul terenurilor tari, = 45o cnd terenurile se afl n stare plastic consistent-vrtoas i = 60o atunci cnd pmnturile strbtute prezint a stare plastic moale; o nlime a cuitului dup direcie vertical hc = 0,60cm pentru toate categoriile de terenuri, att la perei interiori, ct i laterali. Buza cuitului pereilor interiori se poate fixa la o aceeai valoare cu cea a pereilor laterali sau mai mic innd seama de c grosimea celor dou categorii de perei este diferit. Cuitul chesonului este realizat ca element puternic armat i/sau protejat cu piese n diferite soluii, fig.8.11. Protecia cuitului poate fi asigurat cu ajutorul produselor laminate din oel n profil I, U, L, platband (fig.8.11 -1,2,3,4) sau prin confecionarea din tabl groas a unei cmi ce-l mbrac (fig.8.11-5,6,7), care sunt fixate de acesta prin ncorporarea n beton a unor ancoraje metalice.

Fig.8.11. Soluii privind alctuirea cuitului chesonului

8.3. Execuia i coborrea chesoanelor n teren

Chesoanele pot fi construite din beton armat, tabl de oel sau materiale combinate, dup necesiti. Chesoanele din beton armat reprezint o variant curent acceptat n practic, iar tehnologia de realizare i coborre n teren a acestora este subordonat curent condiiilor de amplasament unde sunt utilizate. Realizarea i coborrea n teren este

164

cunoscut sub denumirea de lansarea chesonului i const din urmtoarele etape principale: execuia propriu-zis a chesonului similar oricrui element de beton armat, activitile fiind desfurate n condiii de uscat; aducerea i fixarea pe poziie n cadrul amplasamentului dat; coborrea chesonului la cot. Soluia privind execuia propriu-zis a chesonului este selectat funcie de condiiile pe care le ofer amplasamentul definitiv n raport cu apele de suprafa. n cazul amplasamentelor neinundate, chesonul este confecionat, pe ntreaga lime sau n tronsoane, direct pe poziia prevzut n proiect, n urmtoarea succesiune a fazelor principale: amenajarea terenului pentru formarea unei platforme de lucru cu suprafaa orizontal; realizarea pe platforma de lucru a unui podest din traverse de material lemnos urmrind poziia n plan a pereilor laterali ai chesonului; cofrarea elementului (fig.8.14.a1) i introducerea carcasei de armtur avnd ataate piesele metalice cu rol de protecie a cuitului; betonarea i decofrarea dup 28 de zile de la betonare. Aducerea elementului n contact cu pmntul se face prin scoaterea traverselor rmase sub cuit (fig.8.14.a2), care sunt retezate la exterior i apoi extrase prin pendulare n jurul muchiei interioare.

Fig. 8.14. Faze privind execuia i coborrea chesonului.

a - confecionarea i scoaterea traverselor; b - coborrea la cot.

Coborrea ncepe n momentul aducerii n contact cu pmntul a chesonului, odat cu scoaterea simultan a ultimelor patru traverse, cnd are loc nfigerea cuitului n teren pe o anumit adncime.

165

Adncimea de ptrundere este condiionat de greutatea chesonului, i rezistena pe care o opune terenul sub cuit. Coborrea n continuare este asigurat prin sparea pmntului, care se desfoar cu ncepere din centru spre periferie cu respectarea simetriei, fig.8.17.a, pentru a se evita nclinarea i nepenirea chesonului.

Fig. 8.17. Sparea n cheson

8.4.2.2. Condiia de coborre Aducerea chesonului la cota dorit este posibil numai dac, rezultanta forelor ce

asigur naintarea este superioar rezultantei forelor ce se opun naintrii, n fiecare stadiu al coborrii, de la suprafaa terenului la adncimea final Ho. Rezultanta forelor ce asigur Fa i respectiv se opun Fr naintrii vor prezenta mrimi care depind de stadiul de coborre considerat, stadiul corespunztor adncimii finale reprezentnd situaia cea mai defavorabil pentru c, rezultanta forelor ce se opun naintrii are valoare maxim, fig.8.24.

Fig.8.24. Condiia de coborre a chesonului la cot

Condiia de naintare a chesonului este exprimat sub forma: FF

a

r 115, (8.15)

166

unde: Fa fora ce asigur naintarea;

Fr reprezint rezistena la naintare. Forele Fa i Fr sunt estimate pentru o aceeai valoare Uc a lungimii de calcul a perimetrului chesonului. Asigurarea condiiei (8.15) impune valoarea definitiv a grosimii forelor, eventual sarcina de testare i msurile necesare diminurii rezistenei la naintare,