Aspecte generale privind proiectarea

i execuia fundaiilor

Curs nr. 1

Prof. dr. ing. BOU Nicolae

I.1. Definiia Sistemului structural

Sistem structural - ansamblul elementelor care asigur rezistena i stabilitateaconstruciei sub aciunea ncrcrilor statice i dinamice, inclusiv cele seismice.

- Suprastructura (S) ansamblul elementelor de rezisten situate deasupra infrastructurii;

- Substructura (B) zona poziionat ntre suprastructur i fundaii;

- Fundaia (F) ansamblul elementelor structurale care asigur transmiterea n bune condiii de rezisten i stabilitate a sarcinilor exterioare la terenul de fundare;

- Terenul de fundare (T) reprezint suportul construciei, sau volumul de roc sau de pmnt care resimte influena construcieirespective, sau n care pot avea loc fenomene care s influenezeconstrucia.

Substructura i fundaiile formeaz infrastructura construciei. Dac substructura lipsete, atunci infrastructura este alctuit

numai din fundaii.

Fig.1 Componentele sistemului structural: Suprastructura S;

Substructura B; Fundaiile F; Terenul de fundare T; nfrastructura

I.2. Cerine privind proiectarea sistemului de fundare

Se va ine cont de conlucrarea dintre fundaii i suprastructur; Se vor lua n considerare ncrcrile proprii, cele transmise de suprastructur i de terenul de fundare. Se vor impune condiiile de verificare la strile limit ultime i ale exploatrii normale. Infrastructura se va proiecta astfel nct s fie solicitat n domeniul elastic de comportare.

I.3. Factori de care depinde alegerea sistemului de fundare

I.3.1. Sistemul structural al construciei. tipul de structur (monolit, prefabricat, pe cadre, sau pe diafragme...);

dimensiunile elementelor ce formeaz att suprastructura, ct i substructura: deschideri, travei, nlimi... materiale preconizate a se folosi: beton, metal, zidrie... aciunile transmise la nivelul superior al fundaiei, natura lor i combinaiile cele mai defavorabile n gruprile fundamentale i speciale de ncrcri; mecanismul de disipare a energiei induse de aciunea seismic (poziia zonelor potenial plastice, eforturile transmise fundaiilor...) sensibilitatea la tasri a sistemului structural.

I.3.2. Condiiile de teren.

proprietile i structura terenului de fundare de pe amplasamentul construciei, stratificaia i caracteristicile fizico-mecanice ale pmntului i evoluia acestora n timp; condiiile de stabilitate general a terenului n cazul ampalsamentelor n pant cu potenial de alunecare; condiii hidrogeologice (nivelul i variaia sezonier a apelor subterane, agresivitatea i circulaia apei n pmnt); condiiile hidrologice (poziionarea apelor de suprafa, riscul de inundare, posibilitatea de afuiere).

I.3.3. Condiiile de exploatare ale construciei

eforturile transmise la nivelul fundaiilor din sarcini statice, i dinamice, combinaiile lor i ipotezele de ncrcare; posibilitarea pierderilor de ap sau substane chimice din instalaiile sanitare sau industriale; nclzirea terenului n cazul construciilor cu degajri mari de cldur (cuptoare, furnale...); degajri de gaze agresive care polueaz apele meteorice i accentueaz agresivitatea chimic a apelor subterane; influena deformaiilor terenului de fundare asupra exploatrii normale a construciei; limitarea tasrilor n funcie de cerinele tehnologice specifice.

I.3.4. Condiiile de execuie ale infrastructurii

forma i adncimea spturii pentru realizarea fundaiilor i modul de asigurare a stabilitii acesteia; expertizarea construciilor din vecintate ce pot fi afectate de lucrrile de excavaie a infrastructurii (alunecarea pereilor, afuierea sau tasarea terenului la realizarea epuismentelor...);

sistemul de drenaje i epuismente; prezena reelelor de ap-canal, gaze, energie electric, telefonie;

impactul realizrii construciilor n excavaii adnci asupra cldirilor din vecintate

I.4. Factori ce condiioneaz alegerea adncimii de fundare

Adncimea de fundare - Df - este distana la care este aezat talpa fundaiei fa de nivelul terenului natural sau sistematizat.

Depinde de:

destinaia tehnologic a construciei; adncimea de nghe; capacitatea portant a terenului de fundare i deformabilitateasa;

cota de fundare a cldirilor nvecinate; caracterul stratificaiei pmntului i poziia nivelului apelor subterane.

I.4.1. Destinaia tehnologic a construciei

La cldiri cu subsoluri nenclzite, adncimea minim defundare pentru pereii exteriori este de 100 cm sub nivelulpardoselii subsolului, iar la subsolurile nclzite, de cel puin 50cm.

Dac terenul este nclinat i construcia are o suprafa mic n plan, adncimea de fundare se ia n axul construciei respective.

1 cuzinet; 2 bloc fundaie; 3 pardoseal;4 perete

Fig.I.2. Adncimea de fundare

la cldiri fr subsol (stnga).

Fig.I.3. Adncimea de fundare la

cldiri cu subsol (dreapa).

Fig.I.4. Adncimea de fundare

n cazul unui teren nclinat

.

I.4.2. Adncimea de nghe

Adncimea de fundare trebuie s depeasc adncimea denghe din zon, cu 10 20 cm.Adncimea maxim de nghe se exprim prin geoizoterma de 00Ccare indic adncimea maxim, n cm, pn la care temperaturilepot atinge valori 00C.

.

321lpl NCqNBNmP cccqqqcr iCNiqNiNBP

I.4.3. Capacitatea portant a terenului i deformabilitatea sa

Relaiile de calcul ale capacitii portante a terenului de fundare pentru starea limit de deformaii (ppl) respectiv pentru starea limit de capacitate portant (pcr) sunt (STAS 3300/285):

La pmnturile contractile adncimea de fundare se va plasa sub 1,50 m pentru terenuri cu nivelul hidrostatic subteran la o adncime

mai mic de 2,00 m i sub 2,00 m cnd nivelul apei este la o adncime mai mare de 2,00 m. Aceste adncimi reprezint zonele pn la care au loc variaii sezoniere de umiditate, ce produc variaii de volum ale argilelor.

Pentru pmnturi macroporice sensibile la umezire, adncimea de fundare se stabilete n funcie de clasa construciei respective, de numrul de nivele i de poziia fundaiei n cadrul cldirii.

I.4.4. Cota de fundare a cldirilor nvecinate

Fig.I.6. Fundaii nvecinate dispuse la cote diferite

La pmnturile necoezive iar la cele sub nivelul apeisubterane 0,55 .

Fig.I.7. Executarea taluzrii sub fundaii nvecinate

Fig.I.8. Teren bun de fundare cu variantele poziiei nivelului apei subterane:

Fig.I.9. Teren bun de fundare la adncimea h cu variantele poziiei

nivelului apei subterane

a ap subteran la adncime mare;

b ap subteran la adncime mic;c amplasament submersat

Fig.I.10. Teren bun de fundare la

suprafa cu variantele poziiei nivelului apei subterane

Fig.I.11. Teren de fundare necorespunztor

a ap subteran la adncime mare;

b ap subteran la adncime mic;c amplasament submersat

I.5. Materiale utilizate la executarea fundaiilor

a. Pmntul se folosete la executarea fundaiilorconstruciilor agrozootehnice, la unele cldiri din mediul rural cumaxim un nivel, la diguri, terasamente i drumuri, ca material deumplutur. n general aceste construcii au un caracterprovizoriu. Pentru ca sensibilitatea la aciunea ngheului idezgheului, la contracie i umflare, s fie sczut, pmnturiletrebuie s fie alctuite din mai multe fraciuni.

b. Lemnul se folosete la lucrrile provizorii i auxiliare:sprijinirea pereilor spturilor, palplane, piloi, etc. Pentru a-imri durata de funcionare i durabilitatea la valorile prescriselemnul se folosete numai n medii uscate sau umede. n mediicu regim alternant de umezeal se utilizeaz dup ce s-a vopsitcu soluii protectoare din substane bituminoase, sau s-aimpregnat cu rini epoxidice.

c. Piatra se folosete mai mult n zonele de deal i de muntepentru a reduce costul transportului.

d. Crmida se folosete mai ales la executarea subzidirilor. Trebuie s fie bine ars, s aib o rezisten medie la compresiune de cel puin 120 daNcm2, de preferin dublu presat. Se folosete i n medii agresive pentru ciment.e. Betonul se folosete la executarea fundaiilor ca beton ciclopian, beton simplu sau armat. f. Betonul ciclopian se folosete n elementele masive de fundaie ce nu sunt supuse la solicitri importante i nu sunt expuse la aciunile mediilor agresive.

n construcia elementelor de fundaie alctuite din beton simplu se folosete clasa minim de beton C4/5 pentru umpluturi, egalizri i C8/10 pentru bloc de fundare inclusiuv la fundaiile tip bloc i cuzinet.

Clasele minime de beton folosite pentru realizarea fundaiilor de beton armat sunt:

- C16/20 pentru toate tipurile de fundaii respectndu-se P100-1. In funcie de clasele de expunere se varespecta NE 012/1;-C25/30 betonul din sub-betonri la stlpi metalici.-Tipul de ciment se stabilete n funcie de NE 012/1.

g. Metalul se folosete att la realizarea fundaiilor din beton armat sub form de armtur, ct i la lucrrile auxililare de sprijinire a malurilor, la praiuri, palplane etc.

Oelul beton folosit este: OB37, PC52, PC60, STNB, BSt500S, BSt420S, etc.

Pentru asigurarea durabilitii se recomand s fie luai n considerare urmtorii factori:-Atacul chimic, unde elementele de fundaie sunt ngropate n pmnt permeabil, care permite percolarea apei subterane i a oxigenului;

-Coroziunea pe feele pereilor de palplane;-Atacul coroziunii de tip nepturi asupra oelului nglobat n beton fisurat sau poros (oel laminat).

Materiale auxiliare

La hidroizolarea fundaiilor se folosesc: bitumul, cartonul i pnza asfaltat, folie P.V.C., tabl de plumb i metal, etc.

n ultima perioad de timp se folosesc tot mai des geomembranele i geotextilele ca elemente filtrante, drenante i chiar de consolidare pentru terenurile de fundare. Aceste materiale sunt alctuite din fire, fibre de polimeri sintetici esute (pnze) sau neesute (mpslituri) i se ntlnesc la urmtoarele lucrri de pmnt: drenaje de mic adncime, la care geotextilele mbrac corpul drenului din piatr spart, aliminnd stratul exterior format din filtru invers sau dou-trei strate; cptuirea canalelor sau albiilor de ruri; rambleuri din material granular pe pmnturi argiloase, moi, la care o foaie de geotextil pus la baza umpluturii mpiedic ptrunderea materialului granular n formaiunea de baz n timpul compactrii; ramblee rutiere prin aezarea unei foi de geotextil direct pe stratul vegetal pentru a mri rigiditatea sistemului;

ramblee feroviare pe terenuri permeabile cu ap freatic la mic adncime, la care dou foi de geotextil aezate la baza fundaiei asigur drenarea i evacuarea spre drenurile longitudinale a apei subterane.

Geotextilele se mai folosesc la:

ranforsarea argilelor i nisipurilor, extinderea porturilor marine i fluviale, construcia de bazine (mpreun cu geomembranele), prevenirea degradrii drumurilor prin fenomenul de nghe-dezghe etc.

I.6. Clasificarea fundaiilor

a. n raport cu scopul i destinaia suprastructurii construciei,fundaiile sunt pentru:

construcii agrozootehnice: grajduri, depozite, cresctorii, etc.; cldiri civile i social-culturale: blocuri de locuine, spitale, teatre,

case de cultur, sli de sport etc.; construcii industriale: hale, silozuri, castele de ap, rezervoare,

couri de fum etc.; construcii speciale: turnuri de radio i televiziune, linii pentru

transportul energiei electrice etc.;

utilaje grele i maini; lucrri hidrotehnice: diguri, baraje, ecluze; ci de comunicaii i lucrri de art: drumuri, poduri, viaducte...

b. Funcie de adncimea la care este aezat talpa fundaiei fa de cota terenului natural sau amenajat:

fundaii de suprafa directe: D 3,00m sau De /B 1,5 unde D - adnciumea de fundare,

De - adncimea de ncastrare echivalent, B - limea fundaiei

fundaii de suprafa semincastrate: D > 3,00m sau 1,5 5 ntlnite n zone cu umpluturi, terenuri argiloase, terenuri mloase, prafuri afnate etc. Acestea se mai numesc i fundaii indirecte: piloi, barete, coloane, chesoane etc.

c. Fundaiile de suprafa (mic adncime, directe) pot fi clasificate dup forma lor n plan astfel: fundaii izolate sub stlpi: alctuite dintr-un bloc de beton sau alte materiale, bloc de beton simplu i cuzinet de beton armat, elastice, pahar.

fundaii continue sub ziduri sau diafragme fundaii continue sub iruri de stlpi ce leag mai muli stlpi de-a lungul unei direcii i repartizeaz pe teren sarcinile transmise de acetia. fundaii pe reele de grinzi ncruciate la care stlpii transmit terenului sarcinile prin grinzile aezate pe dou direcii fundaii pe radier general la care sarcinile sunt transmise pe ntreaga suprafa a construciei n proiecie orizontal fundaii sub ziduri cu descrcare pe rezeme fundaii speciale pentru ncrcri mari.

Fundaiile sub form de radier pot fi: sub form de plci drepte; sub form de plac i grinzi; sub form de planeu ciuperc i stlpi.

Fig.I.12. Fundaie izolat

alctuit din bloc de beton simplu

Fig.I.13. Fundaie izolat bloc i cuzinetFig.I.14. Fundaie izolat elastic

Fig.I.16. Fundaie continu sub ziduri sau diafragme

Fig.I.17. Fundaie continu sub iruri de stlpi

Fig.I.15. Fundaie izolat tip pahar

Fig.I.19. Fundaie pe radier general.

Fig.I.18.

Fundaie pe reele de grinzi

Fig.I.20. Fundaie sub ziduri cu descrcare pe reazeme

1 grind; 2 reazem de descrcare

din beton simplu;

3 - zidrie de crmid.

Fig. I.21. Fundaie pentru ncrcri mari (fundaie izolat cu plac i contrafori).

a seciune vertical; b vedere n plan1 stlp; 2 contrafori; 3 plac de baz; 4 strat de egalizare.

a. b.

d. Fundaiile de adncime (indirecte) pot fi grupate astfel:

fundaii pe piloi, piloi la diametru mare, coloane.Piloii pot fi executai din lemn, beton armat, beton precomprimat sau din metal, cu seciune plin sau gol n seciunea transversal. Coloanele se execut n general din materiale granulare.

fundaii pe barete sau perei mulai. fundaii pe chesoane deschise sau puuri fundaii pe chesoane cu aer comprimat.

Fig.I.23. Forme de perei mulai i barete.

Fig.I.22. Piloi din beton armat.

Fig.I.24. Fundaii pe chesoane deschise.

Fig.I.25. Fundaii pe chesoane

cu aer comprimat.

e. Funcie de rigiditatea fundaiei, avem: fundaii rigide, caracterizate prin faptul c seciunea cea mai solicitat nu preia dect eforturi de compresiune, sau cel mult eforturi de ntindere i forfecare ce pot fi preluate de rezistena materialului din care este construit fundaia.

fundaii elastice realizate din beton armat, la care n seciunea cea mai solicitat pot apare tensiuni de ntindere i forfecare ce trebuie s fie mai mici dect rezistenele prescrise ale betonului armat. Au deformaii proprii comparabile cu ale terenului.

ftd

ftd

fcd

>0

f. Funcie de modul cum sunt luate n calcul forele care contribuiela stabilitatea ei avem:

fundaii rezemate pe teren ce transmit ncrcrile preluate de lasuprastructur numai prin presiunile de contact la nivelul presiuniide separaie dintre terenul de fundare i talpa fundaiei. Suntfundaiile asupra crora acioneaz numai fore verticale imomente ncovoietoare (forele orizontale sunt nule sauneglijabile);

fundaii asupra crora acioneaz i fore orizontale (saunclinate ce se descompun n fore orizontale i verticale) n afaracelor verticale i a momentelor ncovoietoare i care admit nexploatare mobilizarea rezistenei laterale a masivului de pmnt(mpingere pasiv notat cu Pp.Aceste situaii se ntlnesc la culeele podurilor i viaductelor, la fundaiile zidurilor de sprijin etc.

Fig.I.27. Aciuni a eforturilor exterioare asupra fundaiilor: a) fore verticale i momente ncovoietoare;

b) b) fore verticale i orizontale.

g. n raport cu poziia tlpii fundaiei fa de nivelul apelor subterane distingem:

fundaii executate n uscat. n cazul prezenei apei subterane, se recurge la o metod de eliminare, direct din sptur. fundaii executate sub nivelul apelor subterane.

Fig.I.28. Executarea fundaiilor sub ap: a) excavaia; b) turnarea betonului.

Fig.I.29. Umplutur de pmnt

sub ap1 miez de beton sau

argil

Fig.I.30. Fundaie din blocuri

prefabricate

amplasate sub

apa.

h. Dup modul de execuie, fundaiile se mpart n: fundaii monolite executate direct din sptur; fundaii prefabricate, realizate n ateliere de prefabricate sau pe piste special amenajate, transportate i montate la faa locului. Acestea pot fi executate ca fundaii definitive sau demontabile.i. n funcie de natura solicitrilor la care sunt supuse avem: fundaii supuse la solicitri preponderent statice (la construcii civile, agrozootehnice, social-culturale etc.);

fundaii supuse la solicitri dinamice (fundaii de maini).j. Dup materialul din care sunt executate, fundaiile se clasific n:

fundaii de pmnt stabilizat; fundaii din amestec de pmnt compactat; fundaii din lemn; fundaii din zidrie de piatr sau crmid cu sau fr mortar; fundaii din beton ciclopian; fundaii din beton simplu; fundaii din beton armat; fundaii din metal.