Curs 12 - Fundatii Pe Chesoane, Barete - Ian 2012 [PDF]

Zitiervorschau

7.2. Fundații pe chesoane

1. Generalități
Chesoanele sunt elemente de

construcție 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 fundație care acționează ca o fundație directă, asigurând transmiterea încărcărilor de la suprastructură la terenul bun de fundare.

1. Generalități
Se cunosc câteva categorii de chesoane:
chesoane deschise.
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.
chesoane plutitoare: folosite la construcții hidrotehnice, pentru poduri.
Utilizarea chesoanelor deschise este reclamată în cazurile în care sunt

necesare fundații de adâncime:


În cazul în care terenul bun de fundare se găseşte la adâncimi





mai mari de

5...8m. Atunci când nivelul apei subterane este ridicat. La pământuri afuiabile la care soluțiile de sprijinire sunt foarte scumpe. Atunci când incărcările orizontale sunt mari: la consolidarea versanților, la sprijiniri de maluri. În cazul în care datorită prezenței în straturile superioare a materialului lemnoas, a pietrelor, nu se poate folosi soluția de fundare pe piloți.


Soluția de fundare pe chesoane nu se poate folosi în vecinătatea unor

construcții atunci când sunt posibile afuieri ale pământului (când avem nisipuri fine, prăfoase, etc.).

2. Fundații pe chesoane deschise 1. Conformarea chesonului
Chesoanele au forma unor cutii fără fund, executate din beton, beton

armat sau metal, care asigură sprijinirea pereților săpăturii şi executarea lucrărilor de excavații la adăpostul pereților chesonului.
Forma în plan a chesonului depinde de baza construcției 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 : pătrate, dreptunghiulare, circulare, eliptice, etc.

2. Fundații pe chesoane deschise 1. Conformarea chesonului
Chesoanele de secţiune circulară sunt cunoscute şi sub denumirea de

puţuri. Ele pot fi realizate ca şi elemente monolite (la suprafețe mari) sau din elemente prefabficate (inele prefabricate).
Pentru preluarea încărcărilor transmise de elementele suprastructurii, sistemul de fundare pe puţuri se realizează din: puțuri din elemente prefabricate, centuri din beton armat care leagă puțurile. Ele se dispun la colțurile clădirii, la intersecțiile pereților şi în lungul acestora atunci când aceştia sunt acționați de valoari ale încărcărilor extreme.

2. Fundații pe chesoane deschise 1. Conformarea chesonului

Un cheson deschis are următoarele elemente:


pereții chesonului (1),
cuțitul (2),
pereții interiori (3),
fundul chesonului (4),
radierul din beton armat superior (5).

2. Fundații pe chesoane deschise 1. Conformarea chesonului

Pereţii chesonului asigură preluarea încărcărilor transmise de terenul sprijinit în timpul lovirii în teren a chesonului. În secțiune verticală ei pot avea:
secțiune constantă pe înălțime,
secțiune în trepte,
secțiune variabilă pe înălțime.
Pereţii verticali se execută uşor şi asigură o bună ghidare a chesonului, având

frecare mare pe suprafața laterală. Micşorarea grosimii acestora se poate face prin închiderea pereților, executarea lor în trepte sau executarea unei retrageri la partea superioară a cuțitului.
Spațiul dintre perete şi teren poate fi umplut cu suspensie de argilă (noroi

bentonitic) a cărui scurgere pe sub cuțit trebuie împiedicată prin prevederea unui dop de argilă cu pietriş la vârf.

2. Fundații pe chesoane deschise 1. Conformarea chesonului

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



D δ = + 0,1m 10 D δ = + 0,1m 12 δ ≥ 40cm

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


unde D –diametrul interior al

secțiunii chesonului

2. Fundații pe chesoane deschise 1. Conformarea chesonului

Cuţitul chesonului este elementul care uşurează coborârea, învingând rezistența pământului din planul tălpii. Cuțitul se realizează sub forma unui unghi ascuțit având:
α=(55 – 65)0 – pietrişuri, nisipuri îndesate, argile consistente,
α=500 – pământuri cu rezistență scăzută (lărgirea tălpii).


Vârful se protejează prin intermediul unor profile metalice ancorate în

masa betonului din perete.

2. Fundații pe chesoane deschise 1.

Conformarea chesonului

Fundul chesonului se realizează funcţie de scopul chesonului: fundație sau spațiu pentru stație 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.
Grosimea fundului chesonului se determină din condiția de echilibru a subpresiunii apei: γw ⋅H t≥ ≅ 0.8H γb − γw În care

H – înălțimea 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.

2. Fundații pe chesoane deschise 2. Proiectarea fundațiilor pe chesoane deschise a. Solicitări asupra chesonului
Forțele care acționează asupra unui cheson sunt:
Încărcările din suprastructură: N, M, T. La dimensionarea fundațiilor pe

chesoane se vor adopta încărcări de calcul .
Greutatea proprie a chesonului calculată în ipoteza chesonului gol, G, sau a chesonului plin, Gf. Se vor adopta încărcări de calcul.
Împingerea pământului asupra peretelui chesonului. Se calculează în ipoteza chesonului gol (la coborârea chesonului), ca împingere activă.

2. Fundații pe chesoane deschise 2. Proiectarea fundațiilor pe chesoane deschise a. Solicitări asupra chesonului
Calculul împingerii se face în teoria lui Rankine, cu toate că sunt

îndeplinite condițiile luării în considerare a împingerii în stare de rapaos. p ia = γzk a ( daN / ml ) + qk a în care
Dacă terenul străbătut de cheson este stratificat calculul se face folosind caracteristici ponderate: γ h + ... + γ n hn γp = 1 1 , h1 + ... + hn tgφ1h1 + ... + tg φn hn tgφ p = . h1 + ... + hn
La evaluarea presiunii active a pământului se va lua în calcul o suprasarcină q=10kN/m2.


Dacă pe înălțimea peretelui apare un nivel de apă subterană, în

calculul presiunii active a pământului sub nivelul apei subterane se va înlocui greutatea volumică γ cu greutatea volumică în stare submersată γ’ sau saturată γsat.

2. Fundații pe chesoane deschise 2. Proiectarea fundațiilor pe chesoane deschise a. Solicitări asupra chesonului
Presiunea hidrostatică a apei se calculează în două ipoteze,

funcție de metoda de excavare a pământului din interiorul chesonului: a. Săpătură în uscat, cu evacuarea apei prin epuisment: pw=(0,7-0,8) ha γw - la terenuri coezive şi pw=1,0 ha γw - la terenuri necoezive. b. Coborârea chesonului prin realizarea săpăturii sub nivelul apei, fără epuisment. pw=(0,7-0,8) ha γw . La evaluarea acestei presiuni trebuie să luăm în considerare şi procesele de curgere subterană din timpul executării săpăturii.

2. Fundații pe chesoane deschise 2. Proiectarea fundațiilor pe chesoane deschise a. Solicitări asupra chesonului
Rezistenţa pământului de sub cuţit, care apare în timpul coborârii chesonului.

Valorile rezistenței pământului se pot calcula cu relația:

în care q=aγ, a – valoarea împingerii maxime a cuțitului în teren, care poate fi admisă egală cu (0,30-0,50)m.


Pentru determinarea Rsmax – se folosesc relațiile de calcul a capacității portante a

unei fundații la care terenul din exterior este supus unei suprasarcini uniform distribuite q
Dacă se sapă sub cuțit Rs=0

2. Fundații pe chesoane deschise 2. Proiectarea fundațiilor pe chesoane deschise b. Determinarea suprafeței în plan a chesonului
Determinarea suprafeţei în plan a chesonului se face ca și în cazul fundațiilor

directe, considerând chesonul un bloc de beton simplu.
Predimensionarea: pef≤ pacc , în cazul predimensionării pacc=pconv.
Verificarea se face conform SR EN 1997, la starea limită ultimă SLU - GEO (starea limită de capacitate portantă) și la starea limită de deformație SLS
Valorile încărcărilor N şi Gc se vor stabili ca încărcări de calcul.
Valoarea presiunii acceptabile pentru terenul de fundare se va stabili conform

recomandărilor normativului SR EN 1997.
La stabilirea capacității portante se poate considera și frecarea pe suprafaţa laterală

a chesonului
Se neglijează atunci când Bcheson>Hcheson
Se neglijează atunci când terenul din jur poate fi afuiat,
Se neglijează pentru pereți cu retrageri
Se neglijează atunci când pământul din jurul chesonului este moale sau contractil.

2. Fundații pe chesoane deschise 2. Proiectarea fundațiilor pe chesoane deschise c. Verificarea condiției de coborâre (Determinarea grosimii pereților)
Verificarea la coborâre a chesonului, din care rezultă grosimea pereţilor se face

pentru toate tronsoanele de turnare, condiția trebuind îndeplinită opentru toate etapele de coborâre a chesonului.


Se impune condiția de coborâre: greutatea chesonului trebuie să fie atât de mare încât

chesonul să coboare sub greutate proprie.


G – este greutatea proprie a chesonului, în diferite etape de coborâre,
P – încărcări exterioare de calcul,
W – subpresiunea apei, funcție de natura terenului

unde A - aria secțiunii tălpii chesonului pw – subpresiunea apei, determinată conform recomandărilor anterioare.
F – rezultanta forțelor de frecare dintre suprafața laterală a peretelui şi terenul înconjurător, calculată funcție de forma peretelui,materialul din care este realizat, natura terenului
Rs – reacțiunea pîmântului dezvoltată pe cuțitul chesonului.

2. Fundații pe chesoane deschise 3. Armarea chesoanelor deschise


Chesoanele sunt întotdeauna elemente de beton armat, armarea lor făcându-se cu armătură longitudinală şi transveraslă


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 condiția de întindere centrică. 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 acționează asupa unei fâşii de 1,00m situate imediat deasupra cuțitului.

2. Fundații pe chesoane deschise 3. Armarea chesoanelor deschise Calculul armării peretelui se face în trei ipoteze: I: premergătoare lansării chesonului (solicitări de montaj). Se consideră în această ipoteză realizat primul tronson al chesonului la suprafața terenului, rezemat în patru sau mai multe secțiuni şi încărcat cu sarcina repartizată provenită din greutatea proprie.
Pentru chesoanle dreptunghiulare, sarcina repartizată are intensitatea: p = d ⋅ h1 ⋅ γ
Ipoteza

b


Pentru

determinarea momentelor incovoietoare maxime, se considera cadrul ca o grindă rezemată pe două reazeme.

2. Fundații pe chesoane deschise 3. Armarea chesoanelor deschise Calculul armării peretelui se face în trei ipoteze:
Ipoteza II. Chesonul este coborât la cota

din proiect. Terenul de sub cuțit este săpat, greutatea chesonului fiind echilibrată de forţa de frecare pe perimetrul (Rs=0). Asupra chesonului acționează împingerea activă a pământului şi presiunea apei.
Pentru calculul armăturii chesonul se

consideră un cadru închis având laturile egale cu axele mediane a pereților şi încărcat în planul său de o presiune medie obținută prin însumarea împingerii pământului cu presiunea apei.

2. Fundații pe chesoane deschise 3. Armarea chesoanelor deschise Calculul armării peretelui se face în trei ipoteze:
Ipoteza III. Chesonul este coborât numai pâna la cota

(H/2), la partea superioară are un inel betonat de 4-6 m. Pereții chesonului se înfig în teren pe o adâncime de 1,0m. În acest caz, chesonul este echilibrat de forţele de frecare (F) şi reacţiunea terenului pe cuţit (Rs).
Forţa de frecare are în această ipoteză valoare F ≤ 0,5 Pa maximă: în care: Pa - este împingerea activă a pământului .
Eforturile de calcul se determină luând o fâşie de 1m

situată deasupra cuțitului şi considerată încărcată în planul ei cu rezultanta dintre presiunea activă medie a pământului şi presiunea medie a apei pe această fâşie.

2. Fundații pe chesoane deschise 4. Calculul armării cuțitului Pentru calculul armăturii cuţitului se ia în considerare ipoteza a III-a de încărcare a chesonului, subdivizată în două cazuri:
Cazul III.1. Asupra cuțitului acționează

doar presiunile exterioare (împingerea pământului şi a apei). Pentru acest caz momentul încovoietor şi forța tăietoare se calculează în secțiunile I-I şi II-II.
Cazul III.2. În afară de presiuni, pe fețele laterale mai acționează şi recţiunea verticală. Secțiunea periculoasă este I-I sau II-II.
Pentru calculul solicitărilor în secțiunile periculoase, trebuie determintă reacțiunea R1 şi y.

1 R2 2 C 2 ⋅ p G−F R1 + R2 = R = u

R1 = C1 ⋅ p ;

=

- împingerea pământului de calcul; P - presiunea efectivă sub cuţit; G – greutatea totală a chesonului; F – forţa de frecare pe suprafaţa laterală a chesonului; u – perimetrul chesonului.

P

a

2. Fundații pe chesoane deschise 5. Executarea şi lansarea chesoanelor deschise
Chesoanele deschise pot fi executate şi lansate în uscat sau în apă.
În cazul în care execuția are loc în uscat, se deschide o săpătură până la circa 0,50m

deasupra nivelului apei subterane. Apoi pe conturul pereților se dispun grinzi scurte (traverse) deasupra cărora se ridică cofrajul primului tronson al chesonului.
După montarea armăturilor, se toarnă betonul pe înălțimea primului tronson. La circa 10…15 zile de la turnare se decofrează.
Pentru a începe coborârea chesonului trebuie în prealabil scoase traversele de sub cuțit. Fiecare traversă se retează de la exterior, apoi prin pendulare în jurul muchiei interioare este extrasă de sub cuțit. Pentru o încărcare cât mai uniformă a trverselor şi evitarea înclinării, traversele se extrag respectându-se simetria.
În final chesonul rămâne rezemat numai pe 4 traverse dispuse după un unghi de 900 între ele. Pereții chesonului trebuie verificați la solicitările care apar în această condiție de rezemare. Ultimele 4 traverse se extrag deodată.

2. Fundații pe chesoane deschise 5. Executarea şi lansarea chesoanelor deschise
Atunci când cuțitul vine 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 mecanizat(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 exterior, respectându-se simetria. Săparea sub cuţit, se aplică în diferite condiții de teren: nisipuri (a), pământuri argiloase (b) şi pământuri compacte (argile tari, marne etc.) (c).

2. Fundații pe chesoane deschise 5. Executarea şi lansarea chesoanelor deschise
Pe măsura săpării, chesonul coboară. Dacă greutatea proprie nu este suficientă

pentru a asigura coborârea chesonului deasupra pereților, se amenajează o platformă pe care se pune un lest.
După coborârea chesonului pe adâncimea corespunzătoare înălțimii 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 spațiul interior sau dacă acestuia i se dă o utilizare, numai un dop de beton la baza chesonului.
În figura sunt arătate principalele faze de execuție a săpăturii şi de lansare ale unui cheson executat în uscat.

2. Fundații pe chesoane deschise 5. Executarea şi lansarea chesoanelor deschise
Principala problemă la coborârea chesoanelor deschise indiferent de procedeul

care se utilizează, este asigurarea unei perfecte verticalităţi a chesonului. Înclinarea chesonului duce la înțepenirea acestuia în pământ.
Există, de asemenea, riscul ca datorită frecării mari, chesonul să rămână suspendat în loc de a mai rezema, prin intermediul cuțitului, pe pământ, la bază.
Săparea hidromecanizată sub nivelul apei în nisipuri, nisipuri fine, prăfoase, prafuri nisipoase, poate produce antrenarea hidrodinamica a pământului de sub cuțitul chesonului. În asemenea situații, 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 prezența unor obstacole în teren (blocuri de piatră, epave etc.) a căror înlăturare sub apă este dificilă sau chiar imposibilă. O soluție în aceste situații o constituie transformarea chesonului deschis în cheson cu aer comprimat.

7.3. Fundații pe barete

7.3. Fundații pe barete
Baretele sunt elemente structurale de fundare executate prin excavarea în teren a unei găuri cu secțiune cvasirectangulară în care se toarnă beton.
Domeniul de aplicare a baretelor este acelaşi cu cel al piloților forați de

diametru mare. Acest sistem de fundare se adoptă numai dacă prezintă avantaje tehnico-economice în comparație cu alte sisteme de fundare de adâncime.
Utilizarea baretelor este indicată, în general, atunci când sunt întrunite următoarele condiții:
stratificaţia stabilită pe amplasament cuprinde în suprafață pământuri

puternic compresibile (pământuri argiloase sau prăfoase de consistență redusă, nisipuri afânate, mâluri, turbă etc.);
cu utilajele disponibile se poate asigura încastrarea baretei într-un strat cu capacitatea portantă ridicată, puțin compresibil (nisipuri sau pietrişuri îndesate, argile tari, roci stâncoase sau semistâncoase etc.);
structura transmite fundației încărcări axiale şi transversale mari care nu pot fi preluate cu alte sistene de fundare de adâncime şi nici prin adoptarea unor sisteme de fundare de suprafață pe teren îmbunătățit.

7.3. Fundații pe barete Prescripţii generale de proiectare 1. Materiale
Marca betonului min C12/15
Armăturile baretelor se vor realiza din OB 37 sau PC 52 2. Alcătuirea baretei a. Dimensiunile secţiunii orizontale sunt determinate de caracteristicile utilajelor cu care se execută săparea.
Lățimea baretei este de 0,60...1,00 m,
Lungimea min. a unui panou este de 2,00...2,70 m (Kelly, ESGH) respectiv 3,50-3,80 m (ELSE).
Prin dispunerea mai multor panouri pe direcție perpendiculară sau sub diferite unghiuri se pot obține forme variate în plan ale secțiunii (I, L, K, T, Z etc.), în concordanță cu mărimea şi natura solicitărilor transmise de suprastructură

Barete – forme in plan

Barete – tehnologia de executie

Utilaj de forare

7.3. Fundații pe barete Prescripţii generale de proiectare b. Adâncimea baretei (dimensiunea pe verticală)
depinde de nivelul la care se întâlneşte stratul portant sau, în general, de cota până la care se apreciază că prin efectul combinat al frecării pe suprafața laterală şi al rezistenței în planul bazei, bareta transmite la teren încărcarea care-i revine.
Adâncimea de pătrundere a baretei în stratul portant va fi de cel puţin 3b(b lățimea baretei).

3. Armarea baretelor
Se face cu carcase de armătură pe întreaga adâncime a baretelor,
La baretele solicitate numai la compresiune se admite ca armarea să se facă

numai la partea superioară, pe o distanță egală cu 1/3 din fişă dar nu mai puțin de 3m.
În acest caz, se vor prelungi 1/3 din numărul barelor longitudinale până la talpa

baretei pentru evitarea ridicării carcasei în timpul betonării şi pentru verificarea adâncimii tranşeii excavate.


La baretele solicitate şi la încovoiere, secțiunea de armătură se va adopta

corespunzător solicitărilor din baretă.

7.3. Fundații pe barete Prescripţii generale de proiectare 3. Armarea baretelor
Diametrele minime care se vor adopta pentru barete de armătură sunt:
armătura longitudinală de rezistență: Ø14-OB 37, Ø12-PC 52;
armătura transversală (etrieri ) Ø10-OB 37;
armătura pentru barete de rigidizare:



la lățimi de 0,60 m: Ø14-OB 37; la lățimi de 0,80 m şi 1,0 m: Ø16-OB 37;


armătura din agrafe şi cârlige de susținere minimum Ø8-OB 37.


Distanța minimă dintre barele de armătură va fi de 15 cm.
Grosimea stratului de acoperire cu beton a carcasei de armătură,

măsurată de la fața exterioară a barelor de rezistență se va lua de cel puțin 7 cm, iar în cazul terenurilor cu agresivitate de cca. 10 cm.

7.3. Fundații pe barete Prescripţii generale de proiectare 4. Dispunerea baretelor în radier
Corpul baretei va pătrunde în radier pe o lungime de cel puțin 10cm, fără

a se ține seama de betonul de egalizare.


Barele longitudinale ale carcasei de armătură se vor ancora în radier pe o

lungime de cel puțin 40d, unde d este diametrul barei.


Distanța dintre fața baretei şi marginea radierului se va lua de cel puțin

25cm.