94

FUNDATII PE PILOTI, COLOANE, BARETE

Notiuni generale

Pilotii, coloanele si baretele sunt elementele structurale care alcatuiesc fundatiile de adancime.

Dupa modul de transmitere a incarcarilor la terenul de fundare, fundatiile pe piloti, coloane si barete sunt fundatii INDIRECTE.

PILOTI COLOANE BARETE

Sectiune:

Patrata sau circulara, B

Sectiune:

Circulara, B

Sectiune:

Alungita, b si l

Lungime, Lp; Fisa, L; Lp > L

Lungime, Lp; Fisa, L; Lp > L

Lungime, Lp; Fisa, L; Lp > L

L / B ≥ 15 L / B ≥ 10 L / b ≥ 8

In general, in calcul, pilotii, coloanele si baretele se denumesc generic „piloti”.

95

Exemple de utilizare a fundatiilor pe „piloti”

Fundatii pentru constructii pe pamant

2. Piloti de diametru mic; 3. Radier;

4. Pamant compresibil 1. Pilot de diametru mare; 3. Radier; 4. Pamant compresibil; 5. Pamant practic incompresibil

96

Fundatii pentru constructii pe apa

Fundatia pentru o pila de pod Fundatia pentru o platforma fixa de foraj marin

97

Fundatii pentru lucrari de sustinere

98

Clasificarea pilotilor

1. Dupa modul de transmitere a incarcarii axiale

Piloti FLOTANTI : P = Pl + Pv

Piloti PURTATORI PE VARF (BAZA): P = Pv

99

2. Dupa modul de executie Piloti PREFABRICATI Piloti EXECUTATI PE LOC

BATERE

Tubaj

FORARE

Tubaj

VIBRARE

Tubaj Fara tubaj

Fara tubaj

In uscat Cu tubaj

Recuperabil

Cu tubaj

Recuperabil Sub noroi de foraj

Nerecuperabil

Nerecuperabil Cu burghiu continuu

Cu tubaj

Recuperabil Nerecuperabil

100

3. Dupa efectul asupra terenului de fundare

Piloti de INDESARE

Piloti de DISLOCUIRE

101

4. Dupa material

Lemn; Beton simplu; Beton armat monolit; Beton armat prefabricat; Otel.

102

Clasificarea fundatiilor pe piloti 1. Pozitia radierului fata de nivelul terenului

Fundatii cu RADIER JOS (ingropat)

2. Piloti; 3. Radier 1. Piloti; 2. Radier

103

Fundatii cu RADIER INALT

1. Piloti; 2. Radier Structura metalica – „jacket”

104

2. Actiuni predominante

DIRECTE (Piloti activi)

INDIRECTE (Piloti activi / pasivi)

Frecare negativa Presiuni laterale

105

PILOTI PREFABRICATI

Piloti de LEMN

Lemn de rasinoase: brad, pin etc.

Lungime ≤ 15m

Forma : tronconica

Sectiunea la varf ≥ 15cm.

Pamanturi argiloase de consistenta redusa: piloti flotanti

106

Protectia capului pilotului Protectia varfului pilotului

Inel de otel, introdus la cald.

h = 5...10cm.

Trunchi de piramida cu 4 fete, „incaltat” cu un sabot de otel.

h = 2B + cca 5cm.

107

Piloti de METAL (OTEL)

Otel de calitate speciala.

Lungime: se pot realiza din tronsoane imbinate prin sudura.

Greutate relativ mica prin raport cu lungimea.

Sectiunea: circulara sau compusa.

Varf cu terminatie elicoidala (pentru forte de smulgere mari)

108

Piloti de BETON ARMAT

Beton armat prefabricat sau precomprimat.

Beton minim C25/30

Armatura OB37, PC 52, S500s

Greutate mare prin raport cu lungimea.

Lungimea maxima, m

Sectiunea: circulara, patrata, poligonala. Beton armat prefabricat Beton armat precomprimat

B = 0,20m 6 -

B = 0,30m 15 16

B = 0,40m 18 20

109

Armarea pilotilor – Schemele de calcul

Confectionare / Depozitare Transport Punere pe pozitie

110

Metode de INTRODUCERE A PILOTILOR PREFABRICATI

1. Baterea

2. Vibrarea + Subspalarea

3. Presarea

4. Insurubarea Infigerea prin BATERE

BERBEC (mai) – Piesa (obiect) grea cu care se aplica lovituri succesive pe pilot:

- cu cadere libera (lemn, fonta) – frecventa max. 10 lovituri/min; masa ≤ 10t; h ≅ 1m

- cu abur : ⇒ cu simpla actiune - frecventa max. 60 lovituri/min

⇒ cu dubla actiune - frecventa 100 ÷ 240 lovituri/min

- Diesel - frecventa max. 60 lovituri/min

111

Protectia capului pilotului

1. Piesa metalica – casca

2. Lemn de esenta tare (stejar) – fibra lemnului este verticala

3. Lemn de esenta moale (brad) – fibra lemnului este orizontala

4. Material textil (pâslă)

5. Pilot

112

Berbec cu cadere libera Berbec cu abur Berbec Diesel

(cu explozie interna) Cu simpla actiune Cu dubla actiune

113

SONETA – Instalatie care permite ghidarea si ridicarea berbecului si mentine pilotul in pozitie corecta in timpul baterii.

Soneta de lemn pentru berbec cu cadere libera

1. Lumanare

2. Berbec

3. Troliu

4. Pilot

114

Soneta Delmag pentru berbec Diesel

1. Lumanare

2. Berbec Diesel

3. Pilot

a, b, c – fazele de executie

115

CONDITII DE BATERE QH = Pe + Qh + ααααQH QH – lucrul mecanic total Pe – lucrul mecanic util Qh – lucrul mecanic consumat prin recul ααααQH – lucrul mecanic consumat prin efecte secundare (strivire, zgomot, caldura)

Q – greutatea berbecului H – inaltimea de cadere P – rezultanta reactiunilor mobilizate de pamant e – adancimea de infigere a pilotului sub efectului unei lovituri h – reculul berbecului (revenire elastica) αααα - coeficient de ciocnire intre berbec si pilot

α = 1 – c2 0 ≤ c ≤ 1; c = 0 pentru ciocnire perfect plastica; c = 1 pentru ciocnire perfect elastica

1 + Q

q q – greutatea pilotului

Pentru ca baterea sa fie cat mai eficienta trebuie ca αQH sa fie cat mai mic ⇒ α cat mai mic ⇒ Q/q cat mai mare. Pentru ca pilotul sa nu se deterioreze in timpul baterii, raportul Q/q se limiteaza la:

Q/q ≤ 2,5 la pilotii de lemn; Q/q ≤ 1,5 la pilotii de beton armat.

Cu cât frecventa de batere este mai mare, eficienta creste pentru ca rezultanta reactiunilor mobilizate de pamânt, P, este mai mica.

116

Infigerea prin VIBRARE

Se foloseste un utilaj vibrator:

- vibrator subsonic cu frecventa 300 ÷ 1500 cicluri/minut - vibrator sonic cu frecventa 3000 ÷ 8000 cicluri/minut

1. Motor electric

2. Discuri cu excentric

3. Dispozitiv de prindere a vibratorului pe capul pilotului

4. Pilot

117

Fazele de executie

a. Prinderea de pilot a centurii legata la vibrator

b. Ridicarea pilotului c. Asezarea pilotului pe pozitie

d. Asezarea dispozitivului de prindere (mandrina)

e. Infigerea pilotului

118

Infigerea prin PRESARE Procedeul se foloseste la lucrari de subzidire. Pilotii sunt formati din tronsoane (h = 0,8...1,0m) care se aseaza unul peste celalalt, fara a fi solidarizate intre ele. Primul tronson are varf. Infigerea se face cu o presa hidraulica.

1. Fundatie existenta 2. Placa de repartitie 3. Presa hidraulica 4. Tronson de capat 5. Tronson de varf (primul tronson de pilot) 6. Tronson curent

119

Infigerea prin INSURUBARE Procedeul se foloseste doar pentru pilotii prevazuti la baza cu o terminatie elicoidala (piloti metalici).

SUBSPALAREA Subspalarea este un procedeu auxiliar folosit mai ales in cazul introducerii pilotilor prin batere.

Subspalarea consta in introducerea in pamant a unui jet de apa sub presiune mare care afaneaza, disloca si antreneaza pamantul de sub varful pilotului. Jetul de apa se opreste cu cca. 2m deasupra cotei finale. 1. Berbec 2. Cabluri 3. Conducte 4. Tevi metalice cu diametrul de cca 40mm, care depasesc varful pilotului cu cca 25cm; tevile se pot aseza si in interiorul pilotului 5. Pilot

120

PILOTI EXECUTATI PE LOC PRIN BATERE - PILOTI DE INDESARE

Piloti executati fara tubaj – Tehnologia COMPRESOL Se executa in pamanturi coezive, deasupra apei subterane (in uscat). Peretii gaurii se pot mentine verticali pe toata perioada de executie a pilotului. Executarea gaurii se face prin infigerea in pamant a unui mai de fonta prin cadere libera. Masa maiului: 1,5...2,5tone. Inaltimea de cadere: 15...18m. Adancimea gaurii: max. 6m. Gaura se umple cu beton simplu turnat in portii care se compacteaza prin batere cu maiul cu baza plata (intors).

121

1. Maiuri pentru formarea gaurii 2. Mai pentru compactarea betonului 3. Cablu (troliu) 4. Tub scurt de protectie 5. Gaura in curs de executie

b. Maiuri de fonta

a. Utilajul in pozitie de lucru

122

Piloti executati fara tubaj – Tehnologia PICONI Se executa in pamanturi coezive uscate – PSU. Peretii gaurii se pot mentine verticali pe toata perioada de executie a pilotului. Executarea gaurii se face prin infigerea in pamant a unui mai metalic de forma speciala (trunchi de con cu vârf conic) prin cadere libera, culisând de-a lungul unei lumânări.

Masa maiului: 3,5...4tone. Inaltimea de cadere: 6...7m. Adancimea gaurii: max. 6m. Gaura se umple cu beton simplu turnat in portii care se compacteaza prin batere cu maiul.

123

Fazele de executie

a. Asezarea pe pozitie a sablonului (1) b. Executarea gaurii cu maiul (2) c. Turnarea primei portii de beton vartos (3) d. Formarea bulbului prin compactare (4) e. Umplerea gaurii cu beton (5)

124

Piloti executati cu tubaj recuperabil – Tehnologia FRANKI Se executa in orice fel de pamanturi, indiferent de prezenta apei subterane. Se utilizeaza un utilaj denumit soneta Franki. Peretii gaurii sunt sustinuti de un tubaj metalic – teava Ø 520mm x 27mm si lungimea de 15m. Executarea gaurii se face prin infigerea in pamant prin batere a tubajului metalic. Baterea se face cu un mai cilindric care cade in interiorul tubajului asupra unui dop de beton uscat. Masa maiului: 3tone. Inaltimea de cadere: 3...8m. Adancimea gaurii: max. 15m. In tubaj se introduce carcasa de armatura. Betonarea se face cu beton turnat in portii care se compacteaza prin batere cu maiul. Tubajul se extrage din pamant, pe masura ce se betoneaza pilotul.

125

Fazele de executie I. Instalarea tubajului pe pozitie; formarea dopului la baza tubajului II. Fazele de infigere a tubajului in pamant III. Suspendarea tubajului prin cablurile de blocaj; spargerea si evacuarea dopului – zona de garda min. 20cm IV. Formarea bulbului la baza din beton compactat prin batere cu maiul V. Introducerea carcasei; turnarea betonului in portii compactate prin batere si ridicarea tubajului – zona de garda min. 30cm VI. Pilotul Franki 1. Tubaj 2. Mai 3. Dop de beton 4. Cabluri de blocare 5. Carcasa de armatura 6. Bulb 7. Beton compactat 8. Zona de garda 9. Armatura de solidarizare a pilotului cu radierul

126

Defecte de executie

1. Nerespectarea zonei de garda

1. Pilot

2. Strat de pamant intercalat in

corpul pilotului

Diagrama de incarcare – tasare

caracteristica pentru un pilot rebutat

127

2. Desprinderea pilotului de bulb prin ridicarea pamantului (in argile saturate de consistenta ridicata)

a.

Introducerea tubajului pentru pilotul central produce ridicarea suprafetei terenului (umflarea pamantului); pe pilotii adiacenti apar solicitari de smulgere

b.

Defecte in piloti:

1. fisuri

2. desprinderea pilotului de bulb

128

Piloti executati cu tubaj nerecuperabil – Tehnologia RAYMOND Se executa in orice fel de pamanturi, indiferent de prezenta apei subterane. Se utilizeaza un utilaj denumit soneta Raymond. Peretii gaurii sunt sustinuti de un tubaj metalic din tabla subtire cu nervuri de rigidizare, de forma tronconica. Executarea gaurii se face prin infigerea in pamant prin batere a tubajului metalic. Baterea se face cu un mai care cade pe o mandrina de otel tronconica introdusa in tubaj. Dupa introducerea pana la cota a tubajului, mandrina se extrage. In tubaj se toarna beton in portii, care se poate compacta prin batere cu mandrina.

In general, pilotul nu se armeaza.

129

Fazele de executie

1. Mai

2. Placa de batere

3. Mandrina

4. Tubaj

5. Beton

130

Piloti executati cu tubaj nerecuperabil – Tehnologia cu tubaj tronsonat Se executa in orice fel de pamanturi, indiferent de prezenta apei subterane. Reprezinta o alternativa mult mai ieftina la pilotii Raymond. Peretii gaurii sunt sustinuti de un tubaj alcatuit din tronsoane tubulare de beton simplu prefabricat. Baterea se face cu un mai care cade pe o mandrina de otel cilindrica. Tronsoanele tubulare, prevazute cu inele metalice pentru infiletare, se monteaza de-a lungul mandrinei. Dupa introducerea pana la cota a tubajului, mandrina se extrage. In tubaj se introduce carcasa de armatura si se betoneaza. Betonul nu se compacteaza.

131

Etapele de executie

1. Mandrina 4. Mai 6. Carcasa de armatura 2. Tronsoane tubulare 5. Cap de batere 7. Beton 3. Vârf de beton armat

132

PILOTI EXECUTATI PE LOC PRIN FORARE - PILOTI DE DISLOCUIRE Piloti executati fara tubaj In uscat– Tehnologiile SALZGITTER si CALWELD Se executa in pamanturi coezive, deasupra apei subterane (in uscat).

Peretii gaurii se pot mentine verticali pe toata perioada de executie a pilotului. Gaura se realizeaza prin forare cu utilaje de foraj rotative (foreze).

Utilajele de foraj se deosebesc, in principal, prin modul in care forezelele descarca pamantul scos la suprafata.

Caracteristicile pilotilor Diametru (m) Lungime (m)

SALZGITTER 0,60; 0,80 ≤ 20

CALWELD 0,60 ÷ 3,00 ≤ 30

In foraj se introduce carcasa de armatura. Betonarea se face cu beton turnat continuu; betonul nu se compacteaza.

133

Foreza SALZGITTER Foreza CALWELD

Forarea Evacuarea pamantului 1. Masa rotativa; 2. Tija rigida; 3. Foreza

1. Foreza; 2. Tija rigida; 3. Cablu; 4. Troliu; 5. Utilaj transportor

134

Fazele de executie Forarea Introducerea carcasei Betonarea Pilot

1. Masa rotativa; 2. Tija rigida; 3. Foreza CALWELD; 4. Carcasa de armatura; 5. Pâlnie de betonare; 6. Pilot

135

Sub noroi de foraj (noroi bentonitic)– Tehnologii cu circulatia continua a noroiului

Se executa in orice fel de pamanturi, indiferent de prezenta apei subterane. Peretii gaurii sunt sustinuti de noroiul de foraj. Executarea gaurii se face prin forare continua. Pamantul forat amestecat cu noroi (detritus) este evacuat de catre noroiul bentonitic care circula continuu. In foraj se introduce carcasa de armatura. Betonarea se face cu beton turnat continuu (metoda CONTRACTOR); betonul nu se compacteaza.

Diametru: 0,60 ÷ 1,80m

Lungime: ≤ 40m

136

Noroiul de foraj (noroiul bentonitic) este o suspensie de bentonita in apa.

Bentonita este un material pulverulent fabricat din argila montmorillonitica.

Densitate: ρ = 1,05 ÷ 1,10 g/cm3

Efectul stabilizator al noroiului bentonitic se manifesta prin:

1. Presiunea exercitata de coloana de noroi bentonitic asupra pamantului

2. Formarea unei zone impermeabile la suprafata verticala a pamantului - „TURTA” (CAKE)

Ca urmare a tendintei suspensiei bentonitice de a patrunde in pamantul permeabil din jur, particulele de bentonita colmateaza porii pamantului pe o adancime de 1 ÷ 3 cm.

Totodata, particulele de bentonita se depun pe peretii gaurii, formand o „membrana” impermeabila (foarte subtire) care permite ca presiunea exercitata sa se „concentreze” pe suprafata pamantului.

Efectul stabilizator al noroiului bentonitic, manifestat prin cele doua componente, nu justifica in totalitate stabilitatea pamantului.

137

Efectul stabilizator al noroiului bentonitic se suprapune peste efectul de bolta.

Presiunea pe care pamantul o exercita asupra peretelui circular al gaurii forate este mai mica decat presiunea activa ca urmare a manifestarii efectului de bolta, cunocut din mecanica structurilor.

O parte din impingerea activa se „scurge” prin pamantul din jurul gaurii forate.

138

Starea teoretica de presiuni Presiunile hidrostatice (apa-noroi) Starea reala de presiuni

139

Forare cu circulatia directa a noroiului bentonitic

1. Platforma de lucru 2. Masa rotativa 3. Tub metalic: - protejeaza partea superioara a gaurii forate - dirijeaza noroiul bentonic + detritusul catre bazin 4. Tija rigida: - transmite miscarea rotativa la sapa de foraj - permite injectarea noroiului bentonitic 6. Sapa de foraj (foreza) 7. Bazin pentru noroiul bentonitic 8. Detritus 9. Conducta pentru noroi (5). Pompa de injectie a noroiului bentonitic inspre conducta (9)

140

Forare cu circulatia indirecta a noroiului bentonitic

1. Platforma de lucru 2. Masa rotativa 3. Tub metalic: - protejeaza partea superioara a gaurii forate - dirijeaza noroiul bentonic de la bazin catre gaura forata 5. Tija rigida: - transmite miscarea rotativa la sapa de foraj - permite aspiratia noroiului bentonitic 6. Sapa de foraj (foreza) 7. Bazin pentru noroiul bentonitic 8. Detritus 10. Conducta pentru noroi 11. Instalatie de aer 12. Valve de aer (9). Pompa de injectie a noroiului bentonitic inspre conducta (10)

141

Fazele de executie

I. Forarea gaurii fara intreruperi pana la cota finala, in prezenta noroiului bentonitic

II. Curatirea fundului gaurii de depunerile de detritus prin circularea noroiului pana cand suspensia ramane la densitate constanta

III. Introducerea carcasei de armatura (nu este permisa rezemarea pe fundul gropii)

IV. Betonarea continua pana la umplerea completa a gaurii; betonarea se face sub noroi bentonitic, cu metoda pâlniei fixe ridicatoare (Contractor)

142

Sub noroi de foraj (noroi bentonitic)– Tehnologia KELLY - BARETE

Se executa in orice fel de pamanturi, indiferent de prezenta apei subterane. Peretii gaurii sunt sustinuti de noroiul de foraj. Executarea gaurii se face prin excavare in etape succesive. Pamantul forat amestecat cu noroi (detritus) este evacuat de bena utilajului. Se pot realiza barete simple sau compuse. In foraj se introduce carcasa de armatura. Betonarea se face cu beton turnat continuu (metoda CONTRACTOR); betonul nu se compacteaza.

143

Barete simple

Barete compuse

- se executa din mai multi pasi de sapare

- se armeaza cu o singura carcasa de armatura

- se betoneaza simultan cu 2 sau 3 pâlnii fixe Contractor

b = 0,60 ÷ 1,20m

l = 2,20 ÷ 2,80m

b = 0,60 ÷ 1,20m

l = 5,50 ÷ 7,60m

L ≤ 40,0m

144

1. Utilaj purtator

2. Graifar cu bena (in pozitie ridicata si coborata)

3. Ghidaj

4. Prajina (montant) Kelly

5. Brat oscilant

145

146

147

Cu burghiu continuu –Tehnologia CFA (Continuous Flight Auger)

1. Platforma de lucru

2. Montant de ghidaj (lumânare)

3. Tija rigida: - transmite miscarea rotativa burghiului - permite introducerea betonului care iese in gaura pe la baza burghiului 4. Burghiul continuu 5. Limita zonei forate

1. Zona betonata

2. Detritus

3. Coloana de aductie

a betonului

Betonul iese pe la baza

tijei si umple gaura,

pe masura ce burghiul

este extras.

Carcasa de armatura

se introduce dupa

terminarea betonarii.

148

149

Piloti executati cu tubaj recuperabil - Tehnologia BENOTO Se executa in orice fel de pamanturi, indiferent de prezenta apei subterane.

Se utilizeaza instalatia Benoto sau 2 utilaje independente (infigerea / extragerea tubajului respectiv forarea pamantului).

Peretii gaurii sunt sustinuti de un tubaj metalic alcatuit din tronsoane care se imbina cu bolturi: - Diametrul: 0,88 sau 1,08m - Lungimea tronsoanelor: 2, 4 sau 6m.

Tubajul este deschis la ambele capete.

Infigerea in pamant a tubajului se face printr-o miscare combinata (luvoaianta), compusa din: - semirotiri in jurul axei verticale - translatii (du-te vino) pe verticala.

Dopul de pamant format in interiorul tubajului se sapa cu un graifar monocablu (hammer-grab).

In tubaj se introduce carcasa de armatura.

Betonarea se face in uscat sau sub apa, dupa caz.

Tubajul se extrage din pamant, cu aceeasi miscare luvoaianta, pe masura ce se betoneaza pilotul. Zona de garda (nivelul betonului in tub fata de baza tubului) este de min. 2,0m.

150

Fazele de executie

1. Tubaj 2. Cablu 3. Hammer-grab 4. Prese hidraulice 5. Pâlnie de evacuare

Saparea dopului Ridicarea detritusului Evacuarea detritusului

151

Instalatia BENOTO

152

153

Piloti executati cu tubaj nerecuperabil - COLOANE

Clasificare

Denumire Diametru

(m) Grosimea peretelui tubajului

(cm) Lungimea unui tronson

(m) 1 Piloti-coloane 0,6 – 1,6 8 - 12 8 - 12 2 Coloane propriu-zise 1,6 - 2,4 12 6 - 12 3 Puturi coloane 2,4 - 6 12 - 16 4- -6

Se executa in orice fel de pamanturi, indiferent de prezenta apei subterane. Peretii gaurii sunt sustinuti de un tubaj de beton armat prefabricat alcatuit din tronsoane care se imbina cu flanse bulonate. Primul tronson este prevazut cu un cutit (vezi Chesoane).

Infigerea in pamant a tubajului se face prin vibrare.

Dopul de pamant format in interiorul tubajului se sapa cu un graifar monocablu.

Betonarea se face in uscat sau sub apa, dupa caz, cu metoda Contractor.

1. Peretele unui troson

2. Armatura

3. Flansa

4. Bulon

154

Fazele de executie

1. Primul tronson 2. Vibrator 3. Graifar 4. Al 2-lea tronson 5. Pâlnie de betonare

6. Beton turnat

155

Exemple de fundatii pe coloane

156

Incastrarea coloanelor in roca de baza

157

Saparea sub apa (piloti Benoto sau Coloane)

1. Tubaj

2. Pamant permeabil

Introducerea apei in tubaj pentru contrapresiune

Strat impermeabil la baza.

Verificare la ruperea hidraulica produsa de subpresiunea apei.

158

Defecte de executie

Pilot forat sub noroi bentonitic

Curatarea incorecta a fundului forajului de detritus

Prabusirea malului de pamant

Apa subterana sub presiune sau in miscare anuleaza efectul noroiului bentonitic

1. Pilot; 2. Strat moale (detritus)

159

Betonare incorecta

Contaminarea betonului cu noroi Ridicarea tubajului deasupra nivelului betonului

160

ETAPELE PROIECTARII FUNDATIEI PE PILOTI

I. Alegerea tipului de pilot Alegerea tipului de pilot, inclusiv calitatea materialului pilotului şi metoda de punere în operă trebuie să ţină seama de următoarele aspecte:

— încărcarea ce trebuie preluată de piloţi; — tipul, alcătuirea şi deformaţiile admisibile ale construcţiei proiectate;

— condiţiile specifice amplasamentului: vecinătăţi, instalaţii subterane etc.; — lungimea necesară a piloţilor; — utilajele de execuţie avute la dispoziţie; — viteza de execuţie; Criterii speciale Fundarea piloţilor purt ători pe vârf se adoptă în cazul în care terenul de fundare cuprinde straturi practic incompresibile la o adâncime accesibilă tipului de pilot utilizat. Utilizarea piloţilor fora ţi de diametru mare sau baretelor:

— fundaţia transmite terenului încărcări transversale mari; — baza piloţilor sau baretelor pătrunde într-un strat practic incompresibil.

161

Nu se recomandă utilizarea piloţilor de îndesare (piloţi prefabricaţi, piloţi executaţi pe loc prin batere, vibrare, vibropresare etc.) în cazul prezenţei unor straturi argiloase saturate de consistenţă ridicată, în care pot apare fenomene de ridicare a terenului la execuţia piloţilor, sau în zonele urbane unde vibraţiile pot afecta construcţiile învecinate.

II. Predimensionarea fundatiei pe piloti Determinarea prin calcul a capacitatilor portante ale pilotului izolat:

- capacitatea portanta axiala la compresiune - capacitatea portanta axiala la tractiune (smulgere) - capacitatea portanta transversala

Verificarea capacitatilor portante prin realizarea incercarilor pe piloti III. Alcatuirea fundatiei pe piloti Determinarea numarului necesar de piloti Dispunerea (pozitionarea) pilotilor in fundatie

Dimensionarea radierului pe piloti IV. Definitivarea proiectului – calculul la stari limita

162

Realizarea incercarilor pe pilotii de proba Încercările pe piloţi se realizează în vederea verificarii capacităţiilor portante stabile prin calcul, pentru toate categoriile de construcţii, înainte de începerea execuţiei piloţilor definitivi din lucrare. Piloţii de probă supuşi încercărilor în teren trebuie executaţi cu aceeaşi tehnologie şi cu aceleaşi utilaje avute în vedere în proiectul de execuţie al fundaţiilor pe piloţi.

Numărul total minim al pilo ţilor de diametru mic, d < 600mm, încercaţi static axial la compresiune: Numărul piloţilor conform proiectului ≤ 100 101…500 501…1000 1001…2000 Numărul piloţilor de probă încercaţi 2 3 5 6

Numărul total minim al pilo ţilor de diametru mare, d ≥≥≥≥ 600mm, în funcţie de solicitarile în exploatare:

Numărul de piloţi

din lucrare

Număr minim al piloţilor de probă în funcţie de modul de solicitare Solicitare axială Solicitare

transversală Compresiune Smulgere ≤ 40 1 1 1

41…100 2 2 2 101…200 3 2 2

≥ 201 3+ câte un pilot pentru fiecare sută de piloţi în plus

peste 200 2 2

163

Incercare axiala de compresiune cu platforma ancorata

1. Pilot de proba

2. Piloti de ancoraj (4 piloti)

3. Platforma din grinzi metalice asezate in cruce

4. Tarusi pentru sustinerea cadrelor de creferinta

5. Cadre de referinta

6. Presa hidraulica

7. Placa de repartitie a fortei

8. Microcomparatoare

164

165

166

Incercare axiala de compresiune cu platforma lestata

1. Pilot de proba

6. Presa hidraulica

9. Platforma lestata

10. Reazeme ale platormei

167

Incercare transversala cu 2 piloti solicitati simultan

1. Microcomparartoare

2. Presa hidraulica

3. Pilotii de proba

4. Cadre de referinta

5. Prelungitor

168

Modul de desfasurare a incercarii

- incarcarea se aplica in trepte de cca 1/15 1/10 din valoarea stabilita prin calcul - incarcarea se mentine constanta si se masoara deplasarea pilotului - se considera ca deplasarea s-a stabilizat atunci cand diferenta de deplasare pe durata a 90 de minute

(4 citiri la fiecare15 minute) este mai mica de 0,01mm - se trece la treapta superioara de incarcare

Incercarea se opreste atunci cand:

- dupa 24 ore deplasarea nu se stabilizeaza - deplasarea verticala totala devine mai mare decat 0,1B (soliciatare axiala) - deplasarea laterala totala devine egala cu 25mm (solicitare transversala)

Se defineste ca incarcare masurata, Rc,m, forta totala anterioara fortei la care incercarea s-a oprit.

169

Reprezentarea rezultatelor obtinute - Incercare axiala de compresiune

Tasarea, s, in functie de timp, t;

Incarcarea, P, in functie de timp,t;

Tasarea, s, in functie de incarcarea, P.

170

Calculul capacitatilor portante ale pilotului izolat Capacitatea portantă axiala la compresiune Bazele teoretice si experimentale pentru axiale la compresiune

Capacitatea portanta in raport cu terenul de fundare depinde de:

- parametrii geotehnici ai stratelor de pamant strabatute de pilot si de la baza lui (compresibilitatea si rezistenta la forfecare);

- forma si dimensiunile pilotului (fisa si diametrul);

- tehnologia de executie;

- efectul asupra pamantului (piloti de indesare sau de dislocuire).

171

Diagrame de incarcare – tasare caracteristice

Piloti purtatori pe varf Piloti flotanti

P = Ab qb Ab - aria bazei qb – reactiunea normala (rezistenta) mobilizata pe baza

P = Ab qb + U Σ qs;i l i Ab - aria bazei qb – reactiunea normala (rezistenta) mobilizata pe baza U – perimetrul sectiunii transversale qs;i - rezistenţa de frecare mobilizata in stratul i l i – lungimea pilotului in stratul i (grosimea stratului i)

172

Valoarea de calcul a capacitatii portante la compresiune, Rc;d, se determina in functie de valoarea caracteristică a capaciţătii portante ultime la compresiune, Rc;k. Valoarea caracteristica se obtine: - pe baza rezultatelor incercarilor pe pilotii de proba

- prin metode de calcul prescriptive

- prin metode de calcul exacte

173

Capacitatea portantă stabilită pe baza rezultatelor incercarilor pe pilotii de proba Valoarea caracteristică Rc;k = Min {(Rc;m)med / ξ1 ; (Rc;m)min / ξ2 } Rc;k valoarea caracteristică a capaciţătii portante ultime la compresiune, Rc

Rc;m valoarea măsurată a lui Rc în una sau mai multe încărcări de probă pe piloţi

(Rc;m)med valoarea medie a lui Rc,m

(Rc;m)min valoarea minimă a lui Rc,m

ξ1, ξ2 coeficienti de corelare in functie de numarul pilotilor de proba

Valoarea de calcul Rc;d = (Rc;k) / γt

Rc;d valoarea de calcul a lui Rc γt coeficient parţial pentru rezistenţa totală a unui pilot de proba

174

Capacitatea portantă stabilită prin calcul (metode prescriptive)

1. Piloţi purtători pe vârf

Valoarea caracteristică Rb;k = Ab qb;k Rb;k valoarea caracteristică a rezistenţei pe bază a pilotului Ab suprafaţa bazei pilotului: qb;k valoarea caracteristică a presiunii pe bază:

Valoarea de calcul Rc;d = Rb;d = Rb;k / γb

Rc;d valoarea de calcul a lui Rc Rb;d valoarea de calcul a rezistenţei pe bază a pilotului γb coeficient parţial pentru rezistenţa pe bază a pilotului: γb = 1,4

175

2. Piloţi flotanţi

Valoarea caracteristică a rezistenţei pe bază Rb;k = Ab qb;k Rb;k valoarea caracteristică a rezistenţei pe bază a pilotului Ab suprafaţa bazei pilotului qb;k valoarea caracteristică a presiunii pe bază

Valoarea caracteristică a rezistenţei de frecare pe suprafaţa laterală Rs;k =Σ As;i qs;i;k = U Σ qs;i;k l i Rs;k valoarea caracteristică a rezistenţei de frecare pe suprafaţa laterală a unui pilot As;i suprafaţa laterală a pilotului în stratul i U perimetrul secţiunii transversale a pilotului l i lungimea pilotului în contact cu stratul i qs;i;k valoarea caracteristică a rezistenţei de frecare laterală în stratul i

176

Valoarea de calcul Relatia generala: Rc;d = Rb;d + Rs;d = Rb;k / γb + Rs;k / γs Rc;d valoarea de calcul a lui Rc Rb;d valoarea de calcul a rezistenţei pe bază a pilotului γb coeficient parţial pentru rezistenţa pe bază a pilotului Rs;d valoarea de calcul a rezistenţei de frecare pe suprafaţa laterală a pilotului γs coeficient parţial pentru rezistenţa prin frecare pe suprafaţa laterală a pilotului

Piloţi prefabricaţi Rc,d = Rb,d + Rs,d =Rb,k/γb;1 + Rs,k/γs;1 γb;1, γs;1 coeficienti parţiali de rezistenţă (în tabele) qb;k valoarea caracteristică a presiunii pe bază (în tabele) qs;i;k valoarea caracteristică a rezistenţei de frecare laterală în stratul i (în tabele)

177

Piloţi executaţi pe loc prin batere (de indesare) Rc,d = Rb,d + Rs,d= Rb,k/γb;2 + Rs,k/γs;2 γb;2, γs;2

coeficienti parţiali de siguranţă (în tabele)

qs;i;k valoarea caracteristică a rezistenţei de frecare laterală în stratul i (în tabele) qb;k valoarea caracteristică a presiunii pe bază (în tabele) Piloţi executaţi pe loc prin forare (de dislocuire) cu baza pe pământuri coezive qb k, = Nc cu;d +γd;1 D

Nc factor de capacitate portantă, Nc = 9 cu;d valoarea de calcul a coeziunii nedrenate γd;1 media ponderată, prin grosimile straturilor, a valorilor de calcul ale

greutăţilor volumice ale straturilor străbătute de pilot D fişa reală a pilotului (adâncimea la care se găseşte baza pilotului, măsurată

de la nivelul terenului natural)

178

Piloţi executaţi pe loc prin forare (de dislocuire) cu baza pe pământuri necoezive qb k, = α ( γd db Nγ + γd;1 Dc Nq ) α coeficient determinat în funcţie de gradul de îndesare ID al pământului de la baza pilotului (în tabele) γd valoarea de calcul a greutăţii volumice a pământului de sub baza pilotului γd;1 media ponderată a valorilor de calcul ale greutăţilor volumice ale straturilor străbătute de pilot db diametrul pilotului la nivelul bazei (db = B pentru piloti fara evazare la baza) Nγ, Nq factori de capacitate portantă determinaţi în funcţie de valoarea de calcul a unghiului de frecare

interioară, φ’d, al stratului de la baza pilotului (în tabele) Dc fişa de calcul a pilotului: Dc = β db dacă D ≥ β db sau Dc = D dacă D < β db β coeficient în funcţie de gradul de îndesare ID al pământului de la baza pilotului (în tabele)

179

Efectul de grup Efectul de grup apare in cazul pilotilor care alcatuiesc fundatia de adancime si se manifesta prin reducerea capacitatii portante axiale la compresiune. Reducerea capacitatii portante este cu atat mai mare cu cat distanta dintre piloti este mai mica. Efectul de grup nu se manifesta in cazul pilotilor purtători pe vârf şi piloţii flotanţi de îndesare având fişa integral cuprinsă în pământuri necoezive.

1. Pilot; 2. Radier; 3. Strat compresibil; 4. Strat incompresibil; 5. Zona de influenta

Piloti flotanti Zona de influenta Concentrarea eforturilor in planul bazei pilotilor

180

Rc;g = mu Rc;d

Rc;d valoarea de calcul corespunzatoare pilotului izolat mu coeficient de utilizare in grup mu = 1

pentru piloţii purtători pe vârf şi piloţii flotanţi de îndesare având fişa integral cuprinsă în pământuri necoezive

mu = f (r/r0 )

r/r0 ≥ 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 mu 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,70 0,60 r distanţa minimă (lumina) între 2 piloţi vecini r0 raza de influenţă a pilotului izolat în planul bazei: r0 = Σ li tgεi l i grosimea stratului i prin care trece pilotul εi = (φ’d /4)

181

Capacitatea portantă axiala la tracţiune (Rezistenta la tractiune)

Rezistenţa la tracţiune stabilită pe baza rezultatelor incercarilor pe pilotii de proba Valoarea caracteristică Rt;k = Min {(Rt;m)med / ξ1 ; (Rt;m)min / ξ2 } Rt;k valoarea caracteristică a lui Rt Rt;m

valoarea măsurată a lui Rt în una sau mai multe încărcări de probă pe piloţi

(Rt;m)med

valoarea medie a lui Rt,m

(Rt;m)min

valoarea minimă a lui Rt,m

ξ1, ξ2

coeficienti de corelare in functie de numarul pilotilor de proba

Valoarea de calcul

Rt;d = Rt;k / γs;t

Rt;d valoarea de calcul a lui Rt γs;t coeficient parţial pentru rezistenta totala a unui pilot de proba

182

Rezistenţa la tracţiune stabilită prin calcul (metode prescriptive)

Piloţi prefabricaţi

RU q l

t d

s k i

m s

i

,

,=⋅

⋅∑γ γ

1

γs;1 coeficient partial de siguranta (in tabele) γm coeficient parţial unic: γm = 2,4

Piloţi executaţi pe loc

RU q l

t d

s k i

m s

i

,

,=⋅

⋅∑γ γ

2

γs;2 coeficient partial de siguranta (in tabele) γm coeficient parţial unic: γm = 2,4

183

Capacitatea portantă transversala (Rezistenta transversală)

Rezistenţa la încărcare transversală stabilită pe baza rezultatelor incercarilor pe pilotii de proba

RR

tr d

tr k

tr,

,= γ

Rtr,k valoarea caracteristică a încărcării transversale, stabilită cu luarea în considerare a factorului

de corelare ξ dat in tabel în funcţie de numărul încărcărilor de probă

γtr coeficient parţial unic: γtr = 2

184

Rezistenţa la încărcare transversală stabilită prin calcul (metoda prescriptiva)

Valoarea caracteristică Ipoteze de calcul

- Pilotul se asimileaza cu o consola incastrata in pamant, avand o lungime conventionala, l0

- Lungimea conventionala de incastrare, l0, corespunde adancimii pentru care momentul incovoietor are valoarea maxima

- Incarcarea transversala ultima (de cedare) se defineste ca fiind forta pentru care momentul incovoietor devine egal cu momentul capabil al sectiunii de beton armat al pilotului

185

Rtr,k = 2

0

M

lcap

în cazul pilotului considerat încastrat în radier

sau

Rtr,k = M

lcap

0 în cazul pilotului considerat articulat în radier

l0 lungimea convenţională de încastrare; valorile l0 sunt date în tabel Mcap momentul încovoietor capabil al secţiunii pilotului, determinat conform reglementărilor

tehnice specifice privind calculul elementelor de beton armat

Valoarea de calcul

Rtr,d =

Rtr k

tr

,

γ

γtr coeficient parţial unic: γtr = 2

186

Alcatuirea fundatiei pe piloti Determinarea numarului necesar de piloti

Cazul incarcarii axiale de calcul, N, aplicata centric pe fundatie np = (N / Rc;d ) + 1...2 Cazul incarcarii axiale de calcul, N, aplicata excentric pe fundatie np = (1,3N / Rc;d ) + 1...2

Dispunerea (pozitionarea) pilotilor in fundatie

Distanţa minimă între axele piloţilor , măsurată în teren, este de:

→ s ≥ 3B în cazul piloţilor de îndesare → s ≥ 2B +0,03L în cazul piloţilor de dislocuire (valoare minimă recomandată) B diametrul sau latura mică a secţiunii pilotului L fişa reală a pilotului

187

Repartizarea piloţilor sub radierul fundaţiei se face, dupa caz, în rânduri paralele, radial, în şah sau în funcţie de modul de conformare a structurii de rezistenţă a construcţiei, pe baza valorilor solicitărilor preluate de piloţi.

Fundatii izolate sub stalpi

Fundatii continue sub pereti portanti Fundatii generale

188

Dimensionarea radierului pe piloti Din punct de vedere constructiv, radierul pe piloti se alcatuieste in mod asemanator cu fundatia de suprafata careia i se substituie (fundatie izolata, continua sau radier general). Adâncimea de fundare a radierului se stabileşte în raport cu : → existenţa subsolurilor şi instalaţiilor subterane; → condiţiile geologice şi hidrogeologice ale amplasamentului (nivelul apelor subterane şi variaţia acestuia în timpul construcţiei şi al exploatării acesteia etc.); → posibilitatea de umflare prin îngheţ a pământurilor etc. Inaltimea radierului se determina din calcul. De regula, inaltimea radierului trebuie sa fie cel putin egala cu latura sau diametrul pilotilor, B. Calculul eforturilor sectionale (M, T) se face tinand cont de încărcările de la suprastructură şi reacţiunile din piloţi (axiale si transversale), corespunzatoare gruparilor de actiuni cele mai defavorabile. Armarea radierului se face cu respectarea normelor specifice elementelor de beton armat. Clasa betonului trebuie să fie minim C12/15 si va fi corelată cu clasa de beton din piloţi.

189

Distanţa între faţa exterioară a piloţilor marginali şi extremitatea radierului trebuie să fie de cel puţin 25 cm.

Lungimea părţii pilo ţilor cuprinsă în radierul de beton armat se determină în funcţie de tipul de solicitare şi de tipul şi diametrul armăturii longitudinale din corpul pilotului (nu se include în grosimea radierului stratul de beton de egalizare). În cazul fundaţiilor pe piloţi supuşi la solicitări axiale de compresiune şi la forţe orizontale care pot fi preluate de piloţii consideraţi articulaţi în radier, piloţii trebuie să pătrundă în radier cu capetele intacte pe o lungime de 5 cm, iar armăturile longitudinale ale piloţilor să se înglobeze în radier pe minimum 25 cm.

În cazul fundaţiilor pe piloţi supuşi la solicitări axiale de smulgere sau la forţe orizontale mari, care impun preluarea acestora prin piloţi consideraţi încastraţi în radier, piloţii trebuie să pătrundă în radier cu capetele intacte pe o lungime de cel puţin 10 cm, iar armăturile longitudinale ale piloţilor trebuie să se înglobeze în radier pe o lungime determinată prin calculul.

Articulaţie 1. Pilot; 2. Armatura; 3. Radier; 4. Beton de egalizare

Incastrare a ≥ 10cm; b – lungimea armăturile longitudinale ale piloţilor

190

Calculul fundatiei pe piloti la stari limita Calculul reacţiunilor in pilo ţi - Metode simplificate de calcul Nu se tine cont de interactiunea (conlucrarea) dintre radier – piloti – teren de fundare Ipotezele de calcul - radierul este infinit rigid - pilotii sunt bare rigide - incarcarile transmise de radier la piloti sunt preluate integral de piloti (se neglijeaza transmiterea

incarcarilor la teren prin baza radierului) - calculul solicitarilor se face independent pentru incarcarile axiale, respectiv transversale (se admite

suprapunerea de efecte)

191

Calculul reactiunilor axiale Cazul incarcarii verticale de calcul, N, aplicata centric pe fundatie

Smed = N / np

Toti pilotii se incarca cu o forta axiala de compresiune egala cu Smed.

192

Cazul incarcarii verticale de calcul, N, aplicata excentric pe fundatie

Excentricitatile fortei N sunt ex si ey fata de centrul de greutate al radierului.

Prin reducerea fortei N in centrul de greutate al radierului se obtin incarcarile transmise la baza radierului:

N; Mx = N ey; My = N ex Reactiunile axiale in piloti, Si, (compresiune sau tractiune) depind de pozitia pilotului, i, in fundatie.

2 2

y ix ii

i i

M xM yN

A n A y A xσ

⋅⋅= ± ±⋅ ∑ ∑

2 2

2 2

x ox i i

y oy i i

I n I A y A y

I n I A x A x

= ⋅ + ≈

= ⋅ + ≈∑ ∑

∑ ∑

2 2

y ix ii i

i i

M xM yNS A

n y xσ

⋅⋅= ⋅ = ± ±∑ ∑

193

Calculul reactiunilor transversale

Str = H / np

Toti pilotii se incarca cu o forta transversala egala cu Str.

194

Verificarile la starea limita ultima - SLU

Relaţia generală de verificare este: Si;d ≤≤≤≤ Rd

Si;d valoarea de calcul a reactiunii în pilotul i corespunzătoare stării limit ă ultime

Rd valoarea de calcul a capacitatii portante corespunzatoare

Solicitarea axiala Solicitarea

transversala Compresiune: Sc;i;d ≥≥≥≥ 0 Tractiune: St;i;d < 0

Sc;i;d ≤ Rc;d

sau

Sc;i;d ≤ Rc;g

St;i;d ≤ Rt;d Str;d ≤ Rtr;d

195

Verificarea la starea limita de exploatare – SLE (pentru structura suportată de piloţi)

Trebuie evaluată deplasarea verticală (tasarea) fundaţiei pe piloţii flotanti pentru condiţiile stărilor limită ale exploatării normale şi comparată cu valoarea tasării acceptabile:

s ≤≤≤≤ sacc s deplasarea verticală (tasarea) fundaţiei pe piloţi estimată/ calculată sacc deplasarea verticală (tasarea) acceptabilă pentru structura suportată de piloţi

196

În cazul fundaţiei cu piloţi verticali, fundaţia convenţională se consideră că are talpa orizontală la nivelul bazei piloţilor şi dimensiunile în plan egale cu:

În cazul fundaţiei cu piloţi înclinaţi fundaţia convenţională are dimensiunile în plan L’ şi B’ egale cu lungimea, respectiv lăţimea conturului

exterior al grupului de piloţi, măsurate în planul bazei piloţilor.

0'

0'

r2BB

r2LL

+=

+=

r0 raza de influenţă a pilotului

197

Limita zonei active se consideră la nivelul stratului elementar la care începe să se îndeplinească

condiţia: gzizi σσ 1.0≤