PILOŢI, PILOŢI FORAŢI DE DIAMETRU MARE, COLOANE

Pilot - Elemente structurale de fundare în adâncime, caracterizate printr-un raport mare - de obicei peste 15, între lungime şi latura secţiunii transversale sau diametru.

Pilot forat de diametru mare, fig.1.1b, este atribuit piloţilor realizaţi prin forarea unei găuri cu diametrul de 600mm sau mai mare, introducerea unei carcase de armături şi umplerea cu beton.

Coloanele, fig.1.1c, sunt elemente de fundare alcătuite din tuburi de beton armat, precomprimat sau ţevi metalice introduse în teren prin vibrare, pe măsura evacuării pământului din interior /5/. Şi în cazul coloanelor raportul D/d prezintă valoare mare, fiind de regulă mai mare ca 10.

Scopul este de a transfera încărcările ce le revin, masei de pământ prin repartiţia acestora în lungul lor şi/sau aplicarea directă pe stratul în care se găseşte vârful sau baza elementelor. În primul caz sunt definite drept elemente flotante, iar în cel de al doilea, elemente purtătoare pe vârf (1.1d, f).

Fig.1.1. Elemente de fundare în adâncime: a-piloţii; b-piloţi foraţi de diametru mare; c-coloana; d-pilot flotant; e-pilot purtător de vârf.

Utilizare:- Cu scopul de a transfera încărcările verticale şi orizontale ale suprastructurii,

straturilor de pământ ce constituie terenul cu care vin în contact (fig.1.2-1.7).- Pentru a prelua forţe de subpresiune sau răsturnare în cazul radierelor de subsol

situate sub nivelul apei sau picioarelor de rezemare a construcţiilor înalte (turnuri de televiziune, coşuri de răcire, fum, castele de apă, etc.).

- Compactarea depozitelor afânate, slab coezive şi necoezive, prin efectul combinat al deplasării pământului din zona ocupată de pilot şi al vibrării pe durata activităţii de lucru.

- Pentru controlul tasărilor, atunci când fundaţiile izolate sau radierele sunt rezemate pe pământuri aflate în vecinătatea malurilor, cornişelor, taluzurilor sau pe straturi puternic compresibile - fig.1.2.

- Pentru a rigidiza pământul aflat sub fundaţiile de maşini în vederea controlului atât a amplitudinii vibraţiilor cât şi al frecvenţei sistemului maşină-fundaţie - teren de fundare.

- Ca o siguranţă suplimentară la rezemarea culeelor şi pilelor de pod atunci când asigurarea unei rezemări corecte constituie o problemă.

- Pentru realizarea platformelor marine unde trebuie asigurată transmiterea încărcărilor la straturile de pământ aflate sub apă. Acestea constituie cazul unor piloţi parţial încastraţi supuşi la sarcini verticale şi orizontale cu posibilitatea de flambare.

- Asigurarea stabilităţii masivelor de pământ aflate în proces de alunecare, intrând în alcătuirea diferitelor soluţii de consolidare (fig.1.9).

- Cu rol de elemente de infrastructură în unele dintre soluţiile de realizare a fronturilor de acostare (cheiuri şi dane portuare maritime şi fluviale), construcţiilor de dirijare, estacadelor - fig.1.7.

Fig.1.2. Construcţie înaltă fundată pe piloţi, în condiţii deosebite de amplasament.

Fig.1.3. Soluţie de utilizare a piloţilor pentru construcţii de locuinţe.

Fig.1.6. Traversare tubulară fundată pe piloţi înclinaţi.

Fig.1.7. Piloţi metalici d=122 cm, utilizaţi în structuri portuare.

Această soluţie tehnică reuneşte mai multe elemente ce sunt solidarizate la partea superioară, de regulă printr-un radier, ceea ce defineşte o grupă de piloţi.

Fig.1.4. Arc de copertină pentru construcţie industrială, cu deschidere de 50m, cu rezemare pe piloţi.

Fig.1.5. Pilă pentru pod fundată pe piloţi

Fig.1.8. Soluţie de fundaţie pe piloţi - structură cu stâlpi prefabricaţi.

Fig.1.9. Utilizarea piloţilor foraţi de diametru mare în consolidarea alunecărilor de teren.

Clasificare :

• După natura materialului din care sunt executaţi, piloţii pot fi: din lemn, din metal,din beton simplu, din beton armat sau precomprimat şi piloţi compuşi. Piloţii compuşi sunt utilizaţi în situaţii speciale şi pot fi alcătuiţi din: lemn şi beton simplu, lemn şi beton armat, beton simplu şi metal, etc;

• După efectul pe care procedeul de punere în operă a pilotului îl are asupra terenului din jur, piloţii pot fi: de dislocuire şi de îndesare. Un pilot de dislocuire se realizează printr-o tehnologie de dislocuire şi îndepărtare a unui volum de pământ egal cu volumul pilotului, tehnologie care nu afectează semnificativ starea terenului de fundare din jur (fig.1.10).

Pilotul de îndesare rezultă atunci când prin modul de punere în operă sau tehnologia de execuţie a lui se realizează compactarea pământului din jurul şi de la baza pilotului (fig.1.10b).

• După forma şi variaţia secţiunii transversale, piloţii pot fi: cu secţiune transversală constantă şi cu secţiune transversală variabilă continuă, cu evazare la bază (fig.1.11) şi cu evazări multiple. După forma secţiunii transversale piloţii pot fi de secţiune circulară, pătrată, dreptunghiulară, trapezoidală, triunghiulară, poligonală cu sau fără gol central. Piloţii cu variaţie continuă a secţiunii transversale prezintă forma unor trunchiuri de con (fig.1.12) sau piramidă (fig.1.13).

Fig.1.10. a - Piloţi de dislocuire; b - pilot de îndesare.

• După modul de execuţie piloţii pot fi: prefabricaţi şi executaţi pe loc cu sau fără elemente prefabricate (fig.1.11a şi fig.1.11b).

- Piloţii prefabricaţi se confecţionează în atelier, din lemn, metal, beton armat sau beton precomprimat şi se înfig în teren prin batere, presare, vibrare, vibropresare, înşurubare cu sau fără subspălare.

- Piloţii executaţi pe loc sunt acei piloţi la care corpul, în totalitate sau în cea mai mare parte se realizează prin turnarea betonului într-o gaură efectuată chiar pe locul pe care trebuie să-l ocupe.

Fig.1.11. Piloţi foraţi cu evazare la bază: a - integral monolit;b - cu elemente prefabricate.

Piloţii executaţi pe loc pot fi realizaţi prin unul din următoarele procedee: forare, batere, vibrare şi vibropresare.

Forarea constând în realizarea găurii prin folosirea de utilaje de forare, permite executarea piloţilor foraţi care pot fi clasificaţi după mărimea diametrului, modul de susţinere a pereţilor găurilor.

Fig.1.12. Câteva tipuri de piloţi executaţi pe loc şi adâncimea pe care se extind în mod curent: a - pilot Western fără cămăşuială; b,c - pilot Franki cu bulb, fără şi respectiv cu cămăşuială; d - pilot cu cămăşuială tubulară sudată; e - pilot Western cu cămăşuială; f - pilot Monotub; g - pilot standard tip Raymond;h - pilot Raymond conic în trepte.

Fig.1.13. Piloţi din beton armat piramidali: a - forme recomandate; b - armare pilot; a1, a7 - piloţi tip stâlp, a1, a3 - piloţi, a4 - piloţi de îndesare, a5 - pilot pahar, a6 - pilot radier, soclu.

- După mărimea diametrului aceştia pot fi: cu diametru mic, când acesta prezintă valori de până la 600mm, şi cu diametru mare în caz contrar.

- După modul de susţinere a pereţilor găurilor, piloţii executaţi pe loc prin forare pot fi: foraţi în uscat şi netubaţi; foraţi sub noroi, foraţi cu tubaj recuperabil şi foraţi cu tubaj nerecuperabil.

Piloţii realizaţi prin forare sunt, indiferent de modul de susţinere al pereţilor sau diametru, piloţi de dislocuire.

Fig.1.14. Soluţii cu piloţi foraţi de diametru mare în cazul estacadelor.

• După direcţia solicitării în raport cu axa longitudinală, piloţii pot fi: supuşi la solicitări axiale de compresiune sau smulgere (fig.1.14c), supuşi la solicitări transversale (fig.1.9) şi supuşi la solicitări axiale şi transversale (fig.1.13 a şi b).

• După modul de transmitere a încărcărilor axiale la teren, piloţii pot fi: purtători pe vârf (fig.1.15 a1) şi piloţi flotanţi (fig.1.15 a2, b).

• După poziţia radierului în raport cu suprafaţa terenului natural sau amenajat :- fundaţii cu radier jos (fig.1.15a), pentru care radierul este total sau parţial îngropat,

piloţii în acest caz fiind denumiţi piloţi adânci;- fundaţii cu radier înalt, la care talpa radierului se află deasupra nivelului terenului

(fig.1.15b), piloţii fiind denumiţi piloţi înalţi sau cu capăt liber.

Fig. 1.15. Fundaţiile pe piloţi: a - cu radier jos; b - cu radier înalt;a1 - cu piloţi purtători pe vârf; a2 şi b - cu piloţi flotanţi.

ALCĂTUIREA CONSTRUCTIVĂ ŞI PROCEDEE DE PUNERE ÎN OPERĂ A PILOŢILOR PREFABRICAŢI

2.1. PILOŢI PREFABRICAŢI, ALCĂTUIRE, CONSTRUCTIVĂ

2.1.1.Piloţi realizaţi din lemn.

Se folosesc la realizarea unor lucrări cu caracter provizoriu Se foloseşte lemnul rotund sau ecarisat din esenţe răşinoase (brad, pin) şi foioase (stejar).

Trunchiul lemnos trebuie să îndeplinească următoarele cerinţe (fig. 2.1.a):- un diametru minim la partea inferioară, di şi superioră ds de 15cm şi respectiv

25cm pentru lungimi de până la 7-8m;- un diametru di şi ds de 15cm şi respectiv 30cm când lungimea este mai mare de 7-

8m;- să fie rectiliniu astfel ca linia ce uneşte punctele de centru ale secţiunilor de capăt

să rămână în cuprinsul elementului sau fără a depăşi o săgeată de 1% din lungime;- să prezinte o variaţie uniformă a secţiunii transversale de 10mm/m.

Aceste condiţii sunt satisfăcute de materialul lemnos din esenţa răşinoase, în domeniul lungimilor de până la 15-20m şi până la 8m pentru cel din esenţa foioase.

Utilizare:

- Piloţi flotanţi în pământuri coezive şi slab coezive de consistenţă redusă. Prezenţa pământurilor necoezive - nisipuri, pietrişuri, bolovănişuri - poate conduce la ruperea piloţilor pe durata înfigerii. Totodată capacitatea de preluare a sarcinii axiale de compresiune poate fi limitată de condiţia evitării prin rupere prin flambaj (fig.2.2).

- Piloţi lucrând în totalitate în apă sau protejat prin creozotare pe zona expusă alternanţelor umezire-uscare (fig.2.3).

- La lucrări provizorii sau definitive uşoare, ce transmit încărcări predominanta verticale, dat fiind capacitatea redusă de preluare a sarcinilor de circa 200-300kN, funcţie de diametru, lungime şi stratificaţie.

- În realizarea piloţilor compuşi lemn - beton

Fig.2.1. Piloţi din lemn

Piloţii din lemn au avantajul unor greutăţi reduse, a manipulării şi punerii în operă relativ uşor. Ca dezavantaje se remarcă: pericolul degradării în timp, capacităţi portante reduse, ineficienţa folosirii masei lemnoase în acest scop.

Fig.2.3. Piloţi compuşi din lemn şi beton, posibilităţi de realizare din lemn şi beton, posibilităţi de realizare a îmbinărilor când pilotul de lemn este realizat dintr-un trunchi (a) sau mai multe (b)

2.1.2. Piloţii din beton armat şi beton precomprimat

În mod curent, când pilotul este realizat dintr-o singură bucată, se asigură lungimi între 3 şi 20 m . Realizarea din tronsoane şi îmbinare cap la cap poate conduce la obţinerea unor lungimi performante de până la 100m.

Dimensiunile secţiunii transversale sunt cuprinse în intervalul 20-60cm, modulate la multiplu de 5cm şi sunt recomandate pentru piloţi cu secţiunea pătrată, dreptunghiulară şi poligonală plină sau inelară.

Piloţii din beton armat sunt realizaţi din beton de clasă minimă C18/22,5, prin turnare în tipare metalice sau din tegofilm. Piloţii precomprimaţi sunt realizaţi din beton de clasă minimă C25/30.

La noi în ţară, dimensiunile la care sunt realizaţi piloţii din beton armat şi beton precomprimat de secţiune poligonală, pătrată, dreptunghiulară şi de secţiune inelară, corespund valorilor din tabelul 2.1 şi respectiv 2.2. Curent, piloţii sunt realizaţi cu secţiune transversală constantă pe întreaga lungime.

Tabelul 2.1. Tabelul 2.2Secţiunea Lungimea în m Diametru Grosimea

pereteluiLungimea

în cm2 armat precomprimat în cm în cm în m20x2025x2530x3035x3540x4045x45

4…64…85…159…1713…20

-

--

8…1610…1613…2015…20

20253035404550

4556778

3 şi 45…75…127…148…159…1510…15

Armarea piloţilor are în vedere condiţiile de solicitare ce apar pe durata depozitării, manipulării, introducerii lor în pământ şi exploatării.

Pe durata de depozitare şi manipulare solicitările sunt determinate de însăşi greutatea proprie a pilotului.

Fig.2.4. Scheme statice de solicitare sub greutate proprie.

Pe baza solicitărilor furnizate de aceste scheme se determină armătura longitudinală a pilotului. Curent aceasta constă din 4 bare pentru piloţi cu latura de până la 35 cm şi opt bare la latura mai mare. Pentru armarea în sens longitudinal se utilizează bare din OB 37 sau PC 52 la diametru de 14…32 mm.

Fig.2.5. Piloţi din beton armat: a) cu secţiune plină; b) cu gol, central

Armarea transversală constă din strieri sau fretă realizate din OB 37 sau PC 52 la diametru de 8mm şi respectiv 6mm cu distanţa de dispunere respectiv pasul diferit în sensul longitudinal pilotului (fig.2.5 a şi b). Pentru piloţii înfipţi în teren prin batere, zonele extreme ale acestuia, capul şi vârful, sunt asigurate pentru evitarea distrugerii lor sub acţiunea loviturilor repetate ale berbecului sonetei şi respectiv a eventualelor obstacole ce pot fi întâlnite.

Acoperirea cu beton a armăturii, conform este de 5cm.

Piloţii din beton precomprimat constituie o variantă mai economică în raport cu cei din beton armat. Pentru o aceeaşi secţiune consumul de metal se reduce cu circa 50%. Ei sunt realizaţi curent, cu secţiune transversală plină, integral sau parţial precomprimaţi, cu forme ale secţiunii transversale, pătrate, triunghiulare, trapezoidale (fig.2.6) şi de stea /6/. Când piloţii au latura mai mare de 50cm este mai economic să se creeze un gol interior.

Armarea longitudinală se poate realiza fie din bare de oţel sau fascicole de sârmă, fie prin combinarea acestora, fig.2.6, secţiunile 1-1, 3-3 şi respectiv 2-2. Armătura longitudinală poate fi dispusă axial sau cu poziţii perimetrală la partea superioară şi strânsă la cea inferioară - fig.2.6 a şi respectiv 2.6 b şi c.

Fig. 2.6. Piloţi precomprimaţi cu secţiune plină fără armătură transversală: a) de secţiune pătrată sau trapezoidală cu armătură dispusă axial;

b), c) de secţiune triunghiulară şi trapezoidală cu armătură strânsă la vârful pilotului.

Armătura transversală este plasată mai des în zonele extreme ale pilotului, cap şi vârf – fig.2.6, în scopul evitării distrugerii acestora pe durata baterii.

2.1.3. Piloţii din metal

Aceştia sunt realizaţi prin utilizarea de ţeavă metalică, palplanşe şi profile din oţel laminat, singulare sau ansamblate prin sudură. Astfel se pot obţine diverse forme pentru secţiunea transversală apiloţilor – fig.2.7. În general, acestea corespund unor secţiuni H şi I, casetate şi tubulare.

Fig.2.7. Piloţi metalici, forme ale secţiunii transversale.

Realizarea piloţilor din metal prezintă o serie de avantaje dar şi dezavantaje şi anume:

⇒ Asigurarea lungimii dorite prin folosirea unui singur tronson când acesta este de 10-30m, sau prin îmbinare cap la cap a diferitelor tronsoane dacă se depăşeşte valoarea de 30m. Îmbinarea între tronsoane se poate realiza prin utilizarea unor eclise fixate prin sudură (fig.2.8 a) sau cu ajutorul şuruburilor sau niturilor (fig.2.8 b) pentru piloţii cu secţiunea H. La piloţii tubulari se poate accepta soluţia cu manşon la interior sau exterior fixat prin sudură (fig.2.8 c).

⇒ O uşoară manipulare, introducere în teren şi capacitate ridicată de preluare a încărcărilor, atât prin rezistenţa sporită a materialului – curent de ordinul a 80MN/m2, cât şi prin conclucrarea cu terenul – obişnuit între 400-1200KN.

⇒ O bună comportare atât sub încărcări axiale de compresiune sau tracţiune, cât şi în raport cu cele transversale. Acest lucru este favorizat şi de posibilitatea umplerii cu beton a interiorului piloţilor de secţiune casetată şi tubulară închişi la partea inferioară sau, în cazul piloţilor deschişi la partea inferioară introduşi în special în terenurile argiloase, de formarea unui dop de pământ îndesat, asigurându-se astfel condiţiile ca pilotul să lucreze ca un pilot cu secţiune plină.

Fig.2.8. Soluţii privind îmbinarea cap la cap.

⇒ Posibilitatea ataşării unui vârf elicoidal piloţilor tubulari ceea ce favorizează introducerea în teren prin înşurubare şi deci eliminarea oricărei surse de vibraţii şi o sporire a capacităţii de prelucrare a încărcărilor axiale de compresiune sau tracţiune.

⇒ Reducerea în timp, ca urmare a fenomenului de coroziune, a capacităţii de preluare a sarcinilor ce-i revin.

⇒ Un efect scăzut de îndesare a pământului aflat în vecinătate, mai ales atunci când piloţii sunt deschişi, prin dislocuirea unui volum redus de pământ.

⇒ Costul ridicat al metalului, ceea ce face ca la noi în ţară să fie mai puţin utilizaţi deşi, în statele puternic industrializate folosirea lor constituie o practică obişnuită pentru situaţiile ce îi impun, piloţii fiind realizaţi ca elemente standardizate, livraţi cu piese speciale ce au rol de vârf (fig.2.9 b). În lipsa acestora, pentru sporirea rigidităţii în zona vârfului şi totodată pentru creşterea efectului de îndesare se pot accepta soluţii de tipul celor din fig.2.9 a.

Fig.2.9. Soluţii privind amenajarea vârfului piloţilor metalici:a – prin rigidizare şi închidere cu piese metalice sudate;

b – utilizarea de vârfuri ca forme impuse de secţiunea transversală a pilotului.

2.1.4. Piloţii înşurubaţi

Astfel de piloţi sunt concepuţi în două variante constructive şi anume:

- sub forma unor piloţi lungi, alcătuiţi dintr-un corp tip pilot din beton armat sau tub metalic, căruia i se ataşează la partea inferioară un vârf sub formă de sabot metalic prevăzut cu aripioare elicoidale – fig.2.10 şi 2.11

- sub forma unor piloţi scurţi sau elicoidali realizaţi din beton armat prin turnare în forme speciale, având filetul elicoidal extins pe majoritatea lungimii acestora (fig.2.12).Sabotul elicoidal prezintă 1,25 spire la un diametru de 3-3,5 ori diametrul corpului, de regulă 0,40-1,2 m.

Acest tip de piloţi se foloseşte în terenurile de consistenţă redusă, înşurubarea realizându-se mecanic sau manual pentru piloţi lungi şi respectiv scurţi.

Piloţii scurţi de tip elicoidal, fig.2.12 a, pot fi utilizaţi pentru fundarea construcţiilor de locuinţe cu unul sau două niveluri, la susţinerea jgheaburilor pentru irigaţii, fig.2.12 b, la clădiri provizorii după care pot fi recuperaţi, la realizarea unor sisteme de ancorare pe stâlpii liniilor electrice, la consolidarea alunecărilor de mică adâncime.

Piloţii înşurubaţi prezintă următoarele avantaje:

- Introducerea rapidă în teren în absenţa vibraţiilor ceea ce permite utilizarea lor în cazul amplasamentelor aflate în vecinătatea construcţiilor existente.

Fig.2.10. Piloţi înşurubaţi din beton armat: a - corp inelar; b - vârf elicoidal pentru corpul inelar; c - vârfuri elicoidale pentru corpuri cu secţiune plină.

Fig.2.11. Piloţi înşurubaţi cu corp din tub metalic: a - cu vârf metalic din tablă groasă; b - cu vârf metalic din tablă subţire umplut cu pastă de ciment.

- O bună comportare sub solicitări axiale de compresiune şi smulgere în raport cu alte categorii de piloţi dar la aceleaşi caracteristici geometrice - lungime şi secţiune transversală. Acest fapt se datorează prezenţei părţii filetate care antrenează în conlucrarea pilot-teren un volum mai mare de pământ.

Fig.2.12. Piloţi elicoidali din beton armat: a - formă şi secţiuni; b - exemple de utilizare.

2.2. PROCEDEE DE PUNERE ÎN OPERĂ A PILOŢILOR PREFABRICAŢI

2.2.1. Înfigerea piloţilor prin batere2.2.1.1 Executarea înfigerii prin batere

Baterea constă în aplicarea unor lovituri repetate pe capul pilotului de către o piesă numită berbec. Aceasta se realizează, în mod obişnuit, cu ajutorul unor instalaţii mecanice numite sonete..

Sonetele sunt prevăzute cu berbeci realizaţi din fontă ce au masa înte 1 şi 10 t, aceasta fiind limitată, de sarcina maximă a troliului cu tambur dublu ce realizează ridicarea berbecului. Ele asigură baterea piloţilor atât cu axa verticală cât şi înclinată.

Principalul dezavantaj al sonetelor echipate cu berbeci cu cădere liberă este redusa frecvenţă a loviturilor (5 – 10 lovituri/minut) şi a lungimii de ghidare necesară în faza iniţială de înfigere a pilotului, pentru asigurarea unei înălţimi suficiente de cădere pentru berbec.

Fig.2.14. Berbec cu cădere liberă: a – cu ridicare manuală; b – cu ridicare mecanică.

Sonetele echipate cu berbeci acţionaţi cu abur, aer comprimat sau de tip diesel se impun a fi folosite mai ales în cazul lucrărilor cu număr mare de piloţi, reducându-se astfel durata de punere în operă a acestora.

Folosirea lor în condiţii eficiente pentru înfigere impune ca raportul dintre greutatea maiului şi a pilotului să fie între 0,5 şi 1.

Fazele principale de operare cu soneta sunt:- ridicarea pilotului de la sol şi aducerea lui în poziţia verticală pe punctul de înfigere,

materializat pe teren printr-un ţăruş;- alinierea pilotului la glisiera lumânării şi asigurarea lui de aceasta, coborârea şi

înfigerea sub greutate proprie;- coborârea capişonului şi a berbecului;- efectuarea baterii prin punerea în lucru a berbecului.

2.2.2. Înfigerea piloţilor prin vibrare

Tehnica vibrării s-a impus, în special în ultimii ani, ca procedeu de înfigere în teren a diferitelor elemente cum sunt palplanşeele, piloţii, coloanele etc. Utilajul de lucru, soneta, este dotată în acest caz, cu un echipament numit vibroînfigător. Forţa perturbatoare lucrează alături de greutatea pilotului suplimentând forţa gravitaţională.

Pătrunderea pilotului este însoţită şi de:

- acţionarea în contratimp a greutăţilor excentricilor;- transformarea pământului din imediata vecinătate a pilotului într-un fluid vâscos.

Înfigerea piloţilor prin vibrare dă rezultate bune în cazul depozitelor necoezive şi slab

coezive. Nu se recomandă în cazul argilelor plastice sau în pămînturile cu componente granulare mari - bolovani, blocuri, fragmente de rocă.

Utilizarea vibrării, acolo unde pămînturile o permit, prezintă următoarele avantaje:- prezenţa unor vibraţii reduse în raport cu înfigerea prin batere indiferent de tipul

berbecului folosit;- poluare sonoră redusă;

-realizarea unor viteze mari de penetrare a pilotului, de peste 50 mm/s.

2.2.3. Procedee auxiliare pentru înfigerea piloţilor

Atunci când, în anumite condiţii de teren, procedeele de bază - batere, vibrare, presare, nu asigură coborârea la cotă a pilotului sau o viteză dorită de avansare a pilotului, ele pot fi completate cu unele procedee auxiliare, cum sunt: subspălarea şi electroosmoza.

Cele două procedee au drept scop reducerea rezistenţei opusă de pămînt la avansarea pilotului, subspălarea fiind aplicabilă în cazul pământurilor slab coezive şi necoezive, iar electroosmoza în cazul celor coezive.

Subspălarea, constă în dislocarea şi antrenarea particulelor de pământ din zona vârfului pilotului de către un jet de apă sub presiune.

În acest scop pilotul, fie că prezintă în componenţă orificii verticale sau ţevi speciale numite lănci prin care apa este dirijată la presiunea ce produce desfacerea şi antrenarea pământului. Ţevile prezintă diametrul de 40-45 mm şi se termină cu un vârf îngust prin care apa iese la presiuni de 7-20 bari /5/..

Ulterior lăncile sunt coborâte şi menţinute sub cota vârfului pilotului cu 0,25 m, astfel ca prin dislocarea şi antrenarea pămîntului să se reducă rezistenţa la înaintare.

Întrucât înfigerea prin subspălare este însoţită de o puternică afânare a pământului, trebuie oprită cu 1-2 m deasupra cotei finale la care urmează a fi coborât pilotul, aducerea la cotă fiind realizată prin batere sau vibrare.

Electroosmoza defineşte fenomenul de tranzitare a unei membrane poroase, de către un lichid, în prezenţa unei diferenţe de potenţial. Acest fenomen se produce şi în pământ atunci când se introduc doi conductori ce se leagă la bornele unei surse de curent continuu. Apa se va deplasa de la anod la catod având ca rezultat o creştere a umidităţii pămîntului din jurul acestuia. Dacă rolul celor doi conductori îl joacă doi piloţi de beton armat echipaţi cu electrozi, sau din metal utilizat direct ca electrozi, atunci pilotul-catod va beneficia de o reducere a frecării ca urmare a creşterii umidităţii şi va fi uşor înfipt în pământ până la cota dorită. Dacă se inversează polaritatea, apa va fi reorientată spre celălalt pilot, favorizînd baterea lui şi totodată o mai bună aderenţă a pămîntului la suprafaţa pilotului înfipt anterior.

2.2.4. Fenomene ce au loc la înfigerea piloţilor

Înfigerea piloţilor prefabricaţi în teren produc o dislocuire şi împingere laterală a pământului din zona pe care aceştia o ocupă. În acelaşi timp, baterea şi vibrarea constituie surse de solicitare dinamică a terenului pe durata înfigerii piloţilor. Prin urmare înfigerea are ca rezultat o modificare a condiţiilor de stare ale pământurilor, ce se resimte pe o anumită zonă din teren aflată în vecinătatea piloţilor, fig.2.19.

Aceste modificări sunt caracterizate prin procese distincte de: distrugere a structurii, reorientare a particulelor, îndesare, deplasare a apei, deplasări ale terenului, schimbarea stării de tensiuni, a rezistenţei pămîntului, manifestarea lor fiind diferită în cuprinsul zonei de influenţă a pilotului. Se consideră că volumul de pământ în care se resimt efectele înfigerii pilotului se poate împărţi în patru zone, fig.2.19.

- zona 1 este reprezentată de un înveliş subţire de pămînt, de 2-10 mm, care este antrenat de pilot în direcţia lui de deplasare, prezentînd o structură distrusă şi o stare foarte îndesată;

- zona 2 prezintă o grosime de (0,7-3)d, având în alcătuire pămînt cu structură complet distrusă, aflat într-o stare de îndesare puternică la limita cu zona 1, condiţii de stare ce sunt mai puţin pregnanate la limita cu zona următoare 3. Îndesarea pământului, creşterea eforturilor după direcţia orizontală, determină modificări ale presiunii apei din pori şi în consecinţă deplasarea ei spre zonele exterioare. La nivelul suprafeţei terenului limita zonei este marcată printr-un punct de ridicare maximă;

Fig.2.19. Limitele zonelor de influenţă la baterea piloţilor

- zona 3, apreciată la grosimi de (5-6)d, se caracterizează printr-o structură practic nederanjată a pământului, o uşoară afânare sub aspectul eforturilor de întindere şi alunecare, o creştere a umidităţii. La nivelul suprafeţei terenului, zona 3 se extinde după punctul de ridicare maximă a acesteia, suprafaţa prezentînd o formă convexă;

- zona 4 cu grosime de (8-12)d se caracterizează prin păstrarea aproape neschimbată a structurii, stării şi proprietăţilor iniţiale ale pămîntului.

Sub vârful pilotului se formează un bulb sferic de pămînt îndesat de mărime (2-4)d,

favorizând comportarea pilotului la încărcarea lui cu sarcini axiale de compresiune.

Extinderea zonelor, intensitatea proceselor menţionate sunt funcţie de natura terenului, condiţiile iniţiale de stare, metoda de înfigere şi cota la care se situează vârful pilotului.

Pământurile necoezive, vor manifesta răspunsuri mult diferite în raport cu pământurile coezive argiloase atât pe durata baterii, cât şi ulterior la încărcarea pilotului cu sarcinile ce-i revin.

După observaţiile şi măsurătorile unor autori, în cazul piloţilor înfipţi în nisipuri de îndesare medie sunt evidenţiate modificări numai până la o distanţă de 6r faţă de axa pilotului.

Înfigerea pilotului afectează practic terenul învecinat numai prin formarea zonelor 1 şi 2, constând în antrenarea în jos a nisipului şi comprimarea lui în lateral.

Urmare a acestora apar deplasări orizontale, reducerea şi creşterea locală a porozităţii şi respectiv a unghiului de frecare interioară.

PILOŢI EXECUTAŢI PE LOC

Execuţia piloţilor la faţa locului presupune, în general, următoarele faze principale:

- Realizarea printr-un procedeu de lucru a găurii ce urmează să fie ocupată de corpul pilotului. Procedeele cunoscute sunt: baterea, vibrarea sau vibropresarea şi forarea. Procedeul de lucru este direct subordonat condiţiilor de teren şi caracteristicile geometrice ale pilotului.

- Plasarea în gaura formată a unei carcase de armătură, cu extindere parţială sau totală pe adâncimea acesteia funcţie de condiţiile de solicitare ale pilotului;

- Betonarea corpului prin folosirea unor tehnologii corespunzătoare, aflate în corelaţie cu condiţiile de teren şi procedeul de realizare a găurii.

3.1. Piloţi executaţi pe loc prin batere

Piloţii executaţi pe loc prin batere sunt piloţi de îndesare la care gaura se realizează printr-o deplasare forţată a pământului din spaţiul acesteia, fără a fi evacuat la exterior. Formarea găurii este posibilă, funcţie de condiţiile de teren, cu sau fără folosirea de elemente tubulare pentru susţinerea pereţilor acesteia. Sub acest aspect, piloţii executaţi pe loc prin batere pot fi: netubaţi, cu tubaj recuperabil şi cu tubaj nerecuperabil.

3.1.1. Piloţi executaţi pe loc prin batere, netubaţi

Realizarea acestora este posibilă acolo unde pământurile în care se formează gaura prezintă coeziuni suficient de mari, ceea ce permite menţinerea geometriei acesteia până la finalizarea betonării corpului. Formarea găurii se poate executa cu procedeul Compresol sau prin ştanţare cu ajutorul unui mai tronconic prevăzut cu vârf conic - fig.3.1.

Procedeul Compresol constă în aplicarea de lovituri succesive pe locul ocupat de pilot, de către maiuri din fontă de greutate 15-25 kN ce sunt ridicate şi lăsate să cadă liber de la înălţimi de 15-18 m.

Gaura formată, prin presarea laterală şi în jos a pământului, este apoi umplută cu beton ce se compactează cu maiul cu plată. Un astfel de procedeu permite realizarea unor piloţi cu lungime, de obicei, de cel mult 5-6m. Un astfel de procedeu se utilizează şi la fundarea pe pământuri loessoide, caz în care gaura este umplută cu pământ compactat, elementele obţinute fiind denumite piloţi sau coloane de pământ.

Procedeul de formare a găurii prin ştanţare constă în utilizarea unui mai tronconic cu greutatea de 35-40kN, care este lăsat să cadă liber de la înălţime de 6-7m, culisând în lungul unei lumânări ataşată utilajului de ridicare.

Fig.3.1. Principalele faze de execuţie ale piloţilor netubaţi. a - cu procedeul Compresol; b - cu mai de formă tronconică.

După ştanţarea găurii la forma maiului, se toarnă pe o înălţime de 0,6-1,2m, beton vârtos sau pietriş, ce este apoi bătut cu acelaşi mai pentru formarea unui bulb. După formarea bulbului se toarnă în gaură porţii succesive de beton vârtos, compactat prin lovituri aplicate cu maiul, până la umplerea completă a acesteia. Piloţii astfel realizaţi, prezintă lungimi reduse, formă conică şi sunt denumiţi piconi. Efectul de îndesare, existenţa bulbului, fac ca piconii să prezinte o foarte bună comportare sub solicitări axiale de compresiune.

3.1.2. Piloţi executaţi pe loc prin batere cu tubaj recuperabil

La această categorie de piloţi formarea găurii rezultă prin baterea în teren a unui tub metalic cu capăt închis sau prevăzut cu dop de beton, sabot metalic sau vârf prefabricat din beton armat. Realizarea corpului pilotului, prin compactarea unor porţii de beton sau turnare integrală, este însoţită respectiv urmată de recuperarea tubajului metalic.

Tehnologia de realizare a acestora presupune în general următoarele faze principale:I - aducerea pe locaţia dorită a utilajului de batere, şi poziţionarea pe verticală a

tubulaturii metalice, echipată corespunzător funcţie de tipul pilotului;II - formarea găurii pe adâncimea dorită, prin aplicarea de lovituri succesive;III - pregătirea tubulaturii pentru formarea corpului pilotului;IV - introducerea în interiorul tubulaturii a carcasei de armătură;V - formarea corpului pilotului prin compactare sau turnare de beton cu recuperarea

tubulaturii metalice.

Fig.3.2. Executarea piloţilor Franki: 1 - tub metalic; 2 - dop din beton uscat;3 - berbec; 4 - cabluri pentru extragerea tubului; 5 - carcasă metalică; 6 - bulb; 7 - beton de siguranţă, deasupra bazei tubului; 8 - beton compact în corpul pilotului; 9 - zona din

carcasa de armătură pentru solidarizarea pilotului cu radierul

3.1.3. Piloţii executaţi pe loc prin batere, cu tubaj nerecuperabil

Această categorie reuneşte tipurile de piloţi la care formarea găurii este rezultatul introducerii prin batere, pe locaţie dorită, a unei tubulaturi ce rămâne în componenţa corpului pilotului. Tubulatura, având în primul rând rol în formarea găurii şi menţinerea geometriei ei, poate fi: sub forma unui tipar metalic din tablă subţire cu nervuri de rigidizare - cazul piloţilor Raymond, fig.3.6. a, realizată din ţeavă metalică, fig.3.6 b sau sub forma unor inele prefabricate din beton simplu, fig.3.6 c. Folosirea ţevii metalice sau a inelelor prefabricate din beton simplu impune prezenţa unui vârf prefabricat.

Fig.3.6. Piloţi executaţi pe loc prin batere, cu tubaj nerecuperabil: a - piloţi tip Raymond; b - piloţi cu tubaj din ţeavă; c - piloţi cu tubaj din tronsoane de beton prefabricate.

3.2. Piloţi executaţi pe loc prin vibrare şi vibropresare

Utilizarea echipamentelor vibratorii pentru înfingerea tubulaturii în scopul formării găurii şi recuperarea şi pe durata realizării corpului pilotului, prezintă unele avantaje şi anume:

- viteze sporite de execuţie în raport cu alte tehnologii de realizare a piloţilor în situ;- acoperirea unor grosimi, relativ mari, de până la 30m, ale pachetului de pământuri

nefavorabile de fundare, pentru o execuţie a piloţilor la diametre curent, de până la 50cm;- asigurarea unei stări de îndesare asupra pământului din jurul pilotului şi a pilotului

şi a betonului se formează corpul acestuia.

3.3. Piloţi executaţi pe loc prin forare, coloane

Tehnologia de execuţie prin forare permite realizarea curentă a unor piloţi cu diametrul mai mare de 600mm, cunoscuţi (STAS 2561/4-85) sub denumirea de piloţi foraţi de diametru mare. Etapele principale în execuţia lor constau în realizarea prin forare a găurii, introducerea carcasei de armătură şi umplerea cu beton. Prin raport cu efectul pe care modul de execuţie îl are asupra terenului înconjurător, piloţii foraţi sunt piloţi de dislocuire.

Unele particularităţi privind susţinerea pereţilor găurilor definesc piloţii executaţi în urcat sau netubaţi, foraţi sub noroi, foraţi cu tubaj recuperabil şi foraţi cu tubaj nerecuperabil. După variaţia secţiunii transversale, piloţii foraţi pot fi: cu secţiune transversală constantă, cu secţiune transversală variabilă, cu evazare la bază şi cu evazări multiple. Prin raport cu modul de transmitere a încărcărilor axiale la teren, piloţii foraţi pot fi: purtători pe vârf şi flotanţi.

3.3.1. Piloţi foraţi în uscat, netubaţi

Acest procedeu se acceptă în situaţiile în care amplasamentele sunt constituite din pământuri cu coeziune suficient de mare iar apa subterană nu se găseşte la adâncimea de forare. În aceste condiţii, pe durata forării şi până la betonarea pilotului, pereţii găurii pot să-şi păstreze stabilitatea.

Execuţia unui pilot forat în uscat, exemplificată pe schema tehnologică din fig.3.12, prezintă următoarele faze:

- Forarea găurii, durata şi depinzând de natura terenului, dimensiunile acesteia şi performanţele utilajului, fig.3.12 a.

- Lărgirea bazei găurii de foraj pentru piloţii cu baza lărgită, fig.3.12. a. Dispozitivele utilizate în acest sens asigură dimensiuni ale bazei pilotului de 2-3 ori mai mari decât cele ale secţiunii curente. După finalizarea forării se procedează la curăţirea găurii.

Fig.3.11. Realizarea găurii prin forare, cu echipamente:Salzgitter - a şiCalweld - b, a1 - forare; a2 - evacuarea pământului.

1 - sapa; 2 - tijă; 3 - cablu; 4 - troliu; 5 - excavator; 6 - masă rotativă.

- Introducerea carcasei de armătură şi suspendarea ei la nivelul suprafeţei terenului astfel ca să nu rezeme pe fundul săpăturii şi să asigure condiţiile de legătură a pilotului cu radierul, fig.3.12 b.

- Formarea corpului pilotului prin betonare, operaţie ce trebuie parcursă cu atenţie pentru a se evita segregarea betonului, antrenarea pământului din pereţii găurii. În acest sens, se recomandă utilizara sistemului pâlnie cu burlane de dirijare a betonului, fig.3.12 c, folosirea pompei de beton cu coborârea furtunului pe fundul găurii.

Fig. 3.12. Fazele principale ale execuţiei piloţilor foraţi în uscat, cu bază lărgită.

3.3.2. Piloţi executaţi prin forare sub noroi

Forarea în prezenţa unor pământuri slab coezive şi necoezive aflate în prezenţa apei impune asigurarea stabilită pereţilor găurii până la betonarea spaţiului interior. Una din posibilităţi o constituie forarea găurii în prezenţa unei suspensii de apă cu bentonită (argilă cu un conţinut de montmorillonit de peste 60%), denumită noroi de foraj.

Etapele ce intervin în execuţia unui pilot forat sub noroi sunt următoarele:- forarea găurii pe adâncimea prevăzută;- curăţirea bazei forajului prin recircularea noroiului până ce densitatea acestuia

rămâne constantă, apropiată de cea la care a fost preparat;- introducerea carcasei de armătură;- betonarea găurii prin sistemul contractor.

Fig.3.14. Instalaţii de forare în prezenţa noroiului bentonitic: a - cu circulaţie directă; b - cu circulaţie inversă. 1 - sapă; 2 - tijă; 3 - noroi; 4 - masa rotativă; 5 - cap de injectare-aspirare; 6 - pompă; 7 - bazin; 8 - sită; 9 - tub metalic; 10 - bazin cu evacuare gravitaţională şi de decantare a materialului dislocat.

3.3.3. Piloţi executaţi prin forare cu tubaj recuperabil

Procedeul de forare în prezenţa unei tubulari ce asigură stabilitatea pereţilor, cu recuperarea ei pe durata betonării, prezintă o largă răspândire în realizarea piloţilor de diametru mare. Acest procedeu de forare poate fi utilizat în orice condiţii de teren, sapa adoptâdu-se funcţie de natura stratului străbătut.

Instalaţiile realizează foraje, cu diametru ce variază între 0,8-2,0m, de adâncime până la 80m, la un unghi de înclinare faţă de verticală de până la 12°.

Tubajul introdus în pământ pe durata săpării, fig.3.15 a, şi recuperat în timpul betonării, fig.3.15 d, este alcătuit din tronsoane metalice cu posibilitatea de îmbinare, primul tronson dispunând de o coroană dinţată cu rol de cuţit.

Realizarea unui pilot cu instalaţia Benoto constă în parcurgerea următoarelor faze:

- săparea pământului pe poziţia ocupată de pilot;- lărgirea bazei şi curăţirea forajului înainte de începerea betonării - intervalul de

timp între terminarea găurii şi începerea betonării nu trebuie să depăşească 36 ore;- coborârea carcasei de armătură;- betonarea găurii şi recuperarea coloanei metalice.Săparea se realizează concomitent cu înfingerea tubajului urmărindu-se ca baza

tubului să se afle în permanenţă sub cea a găurii săpate.

Fig.3.15. Schema de principiu privind forarea cu utilajul Benoto: a - înfingerea tubului; b,c - săparea pământului pe măsura avansării tubului; d - recuperarea tubajului o dată cu betonarea; e - lărgitor tip Benoto

3.3.4. Piloţi executaţi pe loc prin forare cu tubaj nerecuperabil - Coloane

Pilotul forat cu tubaj nerecuperabil este definit pilotul la care săparea se face în uscat sau sub apă, iar susţinerea pereţilor este asigurată cu ajutorul unui tub care nu se recuperează. Coloana este definită ca fiind un element prefabricat tubular cu diametru de peste 1,0m.

După, coloanele sunt caracterizate prin următoarele particularităţi:

- utilizarea unor tuburi de beton armat sau precomprimat cu pereţi subţiri - numite coloane, realizate în tronsoane independente, de dimensiuni convenabile pentru transport şi manipulare şi prevăzute cu flanşe pentru îmbinarea lor pe măsura introducerii în pământ;

- folosirea metodei vibrării pentru introducerea coloanelor în terenuri nestâncoase şi a unor metode de evacuare a pământurilor din interior, impuse de natura pământurilor străbătute;

- utilizarea tehnicii de forare pentru încastrarea coloanelor în straturile stâncoase sau semistâncoase;

- posibilitatea efectuării tuturor lucrărilor de la suprafaţă;

- un grad ridicat de mobilizare a proprietăţilor mecanice ale pământurilor ce alcătuiesc terenul de fundare şi ale materialelor din care este realizată coloana.

Fig.3.16. Tronson de coloană cu amenajarea capetelor pentru îmbinarea prin flanşe

Determinarea încărcărilor critice pe baza unor valori de calcul, pentru rezistenţa pe suprafaţa laterală şi pe vârf

O astfel de cale este admisă în fazele preliminare de proiectare pentru toate tipurile de construcţii şi în faza proiect de execuţie pentru construcţii de clasă de importanţă redusă şi când numărul necesar de piloţi este mic (< 100).

Cele două componente ale încărcării critice, P1 şi Pv sunt determinate după cum urmează:

P1 = UΣ fi Li şi Pv = pv ⋅ ARezistenţa de calcul pe suprafaţa laterală a pilotului în dreptul stratului "i" (fi)

acceptate pentru piloţi prefabricaţi şi executaţi pe loc este dată în tabelul 4.11.Rezistenţa de calcul pe vârf este dată în tabelul 4.12 şi 4.13 pentru piloţi prefabricaţi

şi respectiv piloţi foraţi de diametru mare lucrând ca elemente flotante cu baza pământuri coezive.

Calculul capacităţii portante se face în acest caz pe baza următoarelor relaţii:− pentru pilot flotant prefabricat:

R = k(m1P1 + m2Pv) (4.30a)

− pentru pilot flotant de diametru mare:

R = k(m3P1 + m4Pv) (4.30b)

Capacitatea portantă a unui pilot solicitat la smulgere

Capacitatea portantă a piloţilor solicitaţi la smulgere este determinată numai de rezistenţa pe suprafaţa laterală şi este dată de relaţia:

Rsm = k.m.Pcr sm (4.32)în care k - coeficient de omogenitate, m - coeficient al condiţiilor de lucru şi Pcr sm - forţa

critică la smulgere.Valoarea Pcr sm poate fi stabilită după cum urmează:- prin încercări statice pe piloţi de probă solicitaţi la smulgere, caz în care k = 0,4 şi m =

1;- pe baza valorilor întabelate ale rezistenţei pe suprafaţa laterală (tabelul 4.11), caz în

care k = 0,7 şi m = 0,6. În condiţiile aliniatului 2 relaţia de calcul pentru un pilot de secţiune constantă este:

Pcr sm = U ∑ fi.li (4.33)

Capacitatea portantă la încărcări orizontale a unui pilot vertical

Capacitatea portantă a piloţilor verticali solicitaţi la forţe orizontale este determinată cu relaţia:

Pcr = k.m.Pcr or (4.34)Forţa critică orizontală, Pcr or poate fi stabilită după cum urmează /25/:

- cu valoare furnizată de încercările pe piloţi de probă cu valoarea furnizată de relaţiile:

0

cap

orcr l

M2P = pentru pilot încastrat în radier (4.35 a)

0

cap

orcr l

MP = pentru pilot considerat articulat în radier (4.35

b)în care: Mcap - momentul încovoietor capabil al secţiunii pilotului

l0 - lungimea convenţională de încastrare, luată conform tabelului 4.16.

Tabelul 4.16Denumirea pământului l0

Nisipuri afânate şi pământuri coezive Ic ≤ 0,5 4dNisipuri de îndesare medie şi pământuri coezive cu

0,5 ≤ Ic ≤ 0,753d

Nisipuri şi pietrişuri îndesate, pământuri coezive având0,75 ≤ Ic ≤ 1

2d

Pământuri coezive şi tari având Ic > 1 1,5d

Relaţiile sunt aplicabile în cazul radierelor joase, dacă fişa pilotului depăşeşte valoarea 5l0.

COMPORTAREA PILOŢILOR ÎN GRUP, FUNDAŢII PE PILOŢI

În majoritarea situaţiilor soluţia de fundare cu piloţi are în

componenţă un anumit număr de piloţi, ce formează o grupă care

trebuie să asigure satisfacerea criteriilor impuse prin calculul la stări

limită. Sunt rare situaţiile în care piloţii apar ca elemente izolate în

alcătuirea soluţiei de fundare. Acestea ar corespunde cazurilor în care

elementele prezintă capacităţi portante mari – piloţi foraţi de diametru

mare, coloane – prin raport cu încărcările ce le revin.

La alcătuirea grupei de piloţi este necesar să se cunoască:

capacitatea portantă a grupei de piloţi, numărul necesar de piloţi,

modul de dispunere în plan a acestora, orientarea piloţilor în scopul

utilizării eficiente a capacităţii lor portante prin raport cu diferitele

încărcări, solicitările ce revin sub încărcări şi realizarea constructivă a

radierului.

6.1. Comportarea piloţilor în grup sub încărcări verticale,

capacitatea portantă a grupei prin raport cu cea a pilotului izolat

Comportarea piloţilor în grup este puţin diferită prin raport cu a

piloţilor priviţi ca elemente izolate, diferenţă determinată de natura

pământurilor, tipul pilotului şi modul de transfer a încărcărilor, la terenul

în prezenţa căruia aceştia lucrează. Pentru piloţi purtători pe vârf, la

care încărcarea verticală este transferată aproape în totalitate unui

strat rezistent de deformabilitate redusă, fig.6.1a, comportarea piloţilor

în grup este similară celor izolaţi. Dată fiind mobilizarea frecării laterale

la valori nesemnificative piloţii nu se influenţează reciproc.

Fig.6.1. Fundaţie pe piloţi: a – purtători pe vârf; b - flotanţi

În cazul piloţilor flotanţi, pentru care transferul la teren a încărcării

verticale are loc în principal prin frecare laterală, realizarea grupei îi

poate aduce într-o stare de interacţiune reciprocă. Acest lucru face ca

eforturile verticale pe planul vârfurilor pilotţilor şi prin urmare tasările

ce au loc, sub o aceeaşi încărcare verticală pe pilot, P, să fie diferite

prin raport cu cele ale pilotului considerat izolat, fig.6.2. Factorul

principal ce determină modificările de comportare ale piloţilor, în acest

caz îl constituie distanţa la care se dispun piloţii, existând o valoare a

acesteia care odată depăşită face ca influenţele să fie practic

neglijabile.

Fig.6.2. Eforturi verticale şi tasări pentru pilot flotant izolat şiîn grup sub încărcări verticale

Grupa de piloţi încărcată cu forţe preponderente verticale.Când grupa de piloţi este solicitată de acţiuni preponderente verticale (H<0,1V),

numărul necesar de piloţi se estimează din condiţia de preluare a componentei verticale V şi a momentului M, cu relaţia:

n ≅ β V

Rg+1 sau 2 piloţi (6.16)

unde:β =1 pentru o încărcare centrică a grupei de piloţi;β =1,15-1,30 în situaţia încărcării excentrice, funcţia de mărimea excentricităţii în

raport cu axele principale ale secţiunilor piloţilor ce alcătuiesc grupa, în planul suprafeţei inferioare a radierului;

Rg - capacitatea portantă a pilotului încărcat cu forţe axiale de compresiune, lucrând în grup, dacă se acceptă aprioric o repartizare a piloţilor la distanţe cuprinse între limitele minimă şi maximă admisă, în caz contrar se acceptă Rg=R, capacitatea portantă a pilotului izolat.

Suplimentar, se poate lua în discuţie şi condiţia de preluare a componentei orizontale pusă sub forma m⋅ n Rcr>H sau

n > H

m Rcr⋅ (6.17)

în care: m=0,9 şi Rcr– capacitatea portantă a pilotului vertical la forţe orizontale.

Repartizarea piloţilor în formarea grupei urmăreşte ca încărcarea totală să fie distribuită, pe cât posibil, în mod egal fiecărui dintre ei. În cazul unor excentricităţi reduse a încărcării centrice, se preferă o dispunere simetrică a piloţilor astfel ca axele de simetrie ale radierului să coincidă cu axele principale ale secţiunii piloţilor în planul părţii inferioare a radierului.

Fig.6.13. Încărcarea grupei cu forţe predominant vertical

Fig.6.14. Fixarea poziţiei şirurilor de piloţi, încărcării excentrice după o singură direcţie: a - excentricitate constantă; b - variabilă

În cazul unor excentricităţi semnificative, o dispunere simetrică devine dezavantajoasă privind utilizarea capacităţii portante a piloţilor. În ideea încărcării piloţilor cât mai egal şi în consecinţă a utilizării raţionale a capacităţii lor portante, cu spaţierea lor între limitele minime şi maxime admise, se poate utiliza construcţia grafică din fig.6.14 a. Construcţia urmăreşte repartizarea volumului presiunilor ce s-ar dezvolta la contactul radier-teren în mod egal şirurilor de piloţi. După determinarea presiunilor în ipoteza distribuţiei plane se procedează la:

– fixarea punctului E;– trasarea semicercului de diametru AE;– rabaterea punctului B pe semicerc (B1) prin fixarea piciorului compasului în

punctul E;– alegerea unei drepte paralele cu AE şi delimitarea segmentului A1B2;– împărţirea lui A1B2 în segmente de aceeaşi mărime funcţie de numărul şirurilor de

piloţi după direcţia tratată (A1C1=C1D1= ... = F1B2= A1B2/k);– fixarea pe semicerc a punctelor de tip C2, D2, ... la intersecţia acestuia cu direcţia

normală pe A1B2, dusă din punctele C1, D1, F1, ...;– rabaterea punctelor C2, D2, ... pe dreapta AE - punctele marcate cu 1, 2, 3, ....,

păstrând piciorul compasului în E;- delimitarea în diagrama presiunilor de contact a unor zone în care rezultanta

acestora are o aceeaşi mărime cu extindere limitată de punctele A-1, 1-2, 2-3, ....Piloţii ce formează şirul aferent unei zone urmează a ocupa poziţii în dreptul

centrului de greutate a acesteia.

CHESOANE DESCHISE

8.1. Chesoane deschise şi cu aer comprimat

Chesoanele constituie o alternativă pentru fundarea construcţiilor atunci când:- amplasamentele oferă condiţii defavorabile privind portanţa şi deformabilitatea

straturilor din zona de suprafaţă, prezintă apa subterană cu nivel la cote ridicate sau sunt acoperite de ape de suprafaţă;

- intervin solicitări verticale excentrice şi orizontale mari ce impun încastrarea construcţiei în teren prin asigurarea unor adâncimi de fundare mari.

Fundarea construcţiilor cu ajutorul chesoanelor reprezintă o soluţie de fundare directă în adâncime, transferul la teren al încărcăturilor făcându-se prin intermediul straturilor pe care acestea reazemă.

Chesoanele sunt concepute sub forma unor elemente cu gol ce permit excavarea pământului în scopul atingerii cotei la care se situează stratul portant. Ele apar sub forma unor cutii special amenajate la care lipsesc părţile inferioară şi superioară.

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

Alcătuirea constructivă a chesoanelor trebuie să asigure:- condiţii optime şi de siguranţă privind tehnologia de îndepărtare a pământului

diferitele situaţii de amplasament;- coborârea la cota dorită sub efectul greutăţii proprii, în cuplaj cu eventuale măsuri

privind diminuarea forţelor de rezistenţă sau a creşterii celor de înaintare;- evitarea unor deteriorări, posibil să apară în timpul coborârii ca urmare a prezenţei

în teren a unor componente grosiere (blocuri, bolovani etc.);

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

Chesoanele deschise se utilizează cu rol de fundaţii de adâncime atât în terenuri uscate cât şi aflate în prezenţa apei, atingându-se adâncimi de coborâre performante - spre exemplificare 51m sub nivelul apei la podul Cokland din San Francisco. Excavarea la interiorul chesonului se realizează în uscat sau în prezenţa apei, manual sau mecanizat. Atunci când chesoanele deschise sunt introduse în terenuri cu apă freatică săparea în uscat impune coborârea nivelului apei, condiţie ce nu poate fi asigurată în multe dintre situaţiile practice. Săparea sub apă poate fi executată cu ajutorul graiferelor, prin hidromecanizare sau sistem air-lift, mai ales când chesonul străbate straturi moi slab legate - mâluri, nisipuri, balast afânat cu particole de dimensiuni mici, nisipuri argiloase etc.

Fig.8.2. Chesoane deschise de secţiune circulară şi diametru redus (puţuri) folosite ca soluţie de fundare a - dispunere în plan; b - secţiune verticală, 1 - stâlp, 2 - cuzinet, 3 - cheson, 4 - umplutură de beton, 5 - grindă pentru pereţi, 6 - beton de egalizare, 7 - pardoseală

Chesoanele sunt admise atât ca soluţie de fundare, fig.8.2, dar pot fi utilizate şi drept construcţii independente, adecvat echipate pentru a răspunde anumitor funcţionalităţi, cum ar fi: staţii de pompare, captări de apă din surse subterane sau de suprafaţă.

De asemenea chesoanele sunt acceptate ca sisteme constructive în soluţiile de stabilizare a alunecărilor de teren, de alcătuire a cheiurilor portuare (fig.8.4) etc.

8.2. Chesoane deschise. Alcătuire constructivă, clasificare

Dimensiunile şi forma în plan trebuie să:- răspundă formei construcţiei sau elementului de construcţie pentru care se

săvârşeşte ca fundaţie;- asigure criteriile cerute prin proiectare şi dacă este cazul gabaritelor spaţiilor

tehnologice prevăzute;- asigure o repartiţie simetrică a greutăţii prin raport cu axa verticală a chesonului ce

permite o mai corectă coborâre la cotă.

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

Elementele componente principale ale unui cheson deschis sunt: pereţii laterali, cuţitul şi pereţii interiori.

După direcţia verticală pereţii superiori pot prezenta secţiuni similare celor din fig.8.9. remarcându-se trei variante privind faţa exterioară a peretelui şi anume: verticală (fig.8.9.a), cu retrageri (fig.8.9.b) şi înclinată sau în fruct (fig.8.9.b).

Grosimea pereţilor exteriori se stabileşte prin calcul, recomandându-se valori de 0,6-0,1m dar nu mai mică de 0,4 m. Treptele de retragere sunt acceptate la valori de 5-15 cm, prima retragere situându-se la înălţimea de 0,3-5,0 m deasupra bazei chesonului.

Fig.8.9. Profilul pereţilor laterali după direcţia verticală

Cuţitul chesonului reprezintă amenajarea părţii interioare a pereţilor acestuia concepută pentru a:

- se evita deteriorarea lor în procesul de coborâre urmare a prezenţei în teren a unor unităţi izolate tari, reprezentate de resturi de beton, resturi de rocă, bolovani blocuri, orizonturi subţiri gresificate etc.;

- asigura o suprafaţă redusă de rezemare a chesonului cu straturile de pământ ce sunt străbătute pe durata coborârii şi prin urmare rezistenţei minime la înaintare;

- realizarea, decuparea şi refularea pământului în interiorul chesonului atunci când, prin excavare sunt asigurate condiţii ca forţele ce determină înaintarea să depăşească pe cele care se opun;

- asigură, dacă este cazul, o reducere a forţelor de rezistenţă, prin încorporarea tubulaturii de spălare prin care este dirijată apa sub presiune ce antrenează materialele nelegate şi diminuează rezistenţa laterală ce se manifestă între pereţii chesonului şi terenul înconjurător.

Elementele cuţitului, fig.8.10, - buza (b, b1), înălţimea (hc), unghiul de înclinare a teşiturii cu verticala (α ) sunt fixate de natura şi condiţiile de stare ale pământurilor străbătute de cheson până la stratul de rezemare. În acest sens se recomandă:

− pentru buza cuţitului, b = 15÷ 20cm în cazul terenurilor tari şi b = 20÷ 40cm pentru terenurile moi;

− pentru înclinarea teşiturii, α = 30o în cazul terenurilor tari, α = 45o când terenurile se află în stare plastic consistentă-vârtoasă şi α = 60o atunci când pământurile străbătute prezintă a stare plastic moale;

− o înălţime a cuţitului după direcţie verticală hc = 0,60cm pentru toate categoriile de terenuri, atât la pereţi interiori, cât şi laterali.

Fig.8.11. Soluţii privind alcătuirea cuţitului chesonului

8.3. Execuţia şi coborârea chesoanelor în teren

Lansarea chesonului constă din următoarele etape principale:

− execuţia propriu-zisă a chesonului similar oricărui element de beton armat, activităţile fiind desfăşurate în condiţii de uscat;

− aducerea şi fixarea pe poziţie în cadrul amplasamentului dat;− coborârea chesonului la cotă.

Fig. 8.14. Faze privind execuţia şi coborârea chesonului.a - confecţionarea şi scoaterea traverselor; b - coborârea la cotă.

Fig. 8.17. Săparea în cheson

Condiţia de coborâre

Condiţia de înaintare a chesonului este exprimată sub forma:F

Fa

r≥ 115, (8.15)

unde:

Fa − forţa ce asigură înaintarea;Fr − reprezintă rezistenţa la înaintare.Forţele Fa şi Fr sunt estimate pentru o aceeaşi valoare Uc a lungimii de calcul a

perimetrului chesonului.Asigurarea condiţiei (8.15) impune valoarea definitivă a grosimii forţelor, eventual

sarcina de testare şi măsurile necesare diminuării rezistenţei la înaintare,