CURS 1

REMEDIEREA ŞI CONSOLIDAREA FUNDAŢIILOR

Bibliografie: 1. Tologea, S., Probleme privind patologia şi terapeutica construcţiilor, Ed. Th., Bucureşti2. Popa, A., Calculul structurilor de rezistenţă pe mediu elastic, Ed. LIT, Cluj-Napoca, 1993.3. Păunescu, M., Pop, V., Silion, T., Geotehnică şi fundaţii, EDP, 1982.4. Păunescu, M., Marin, M., Soluţii moderne pentru fundările directe, Ed. Facla, 1986.5. Arsenie, G., Soluţii de consolidare a construcţiilor avariate de cutremur, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1997.6. Ana Monica Grămescu, A. Daniela Barbu, Repararea şi consolidarea

construcţiilor, Ed. AGIR, Bucureşti, 2008.

Tendinţe actuale şi perspective de dezvoltare a sistemelor de fundare

Progresul în domeniul construcţiilor se poate realiza pe următoarele direcţii:- introducerea unor materiale noi de construcţie;- perfecţionarea tehnologiilor de execuţie;- perfecţionarea metodelor de calcul şi dimensionare a structurii de rezistenţăProblema rezolvării infrastructurii construcţiilor este foarte complexă datorită diversităţii

foarte mari a terenurilor de fundare, a tipurilor structurii de rezistenţă a construcţiilor şi problemelor tehnologice de execuţie, în special în cazul amplasării construcţiei pe terenuri dificile, în zone seismice puternice, construcţii cu încărcări foarte mari etc. Interesul pentru soluţionarea optimă rezultă şi din costul ridicat al infrastructurii construcţiilor, care la clădirile obişnuite până la P+4E poate fi cuprins între 10 şi 15% din valoarea totală, pentru construcţiile industriale între 15 şi 25%, iar pentru viaducte şi poduri 50%.

FUNDAŢII DIRECTE - fundaţii continue sub pereţi portanţi - fundaţii izolate sub stâlpi - grinzi de fundare - reţele de grinzi de fundare - radiere generale

La ora actuală, majoritatea fundaţiilor se execută din beton armat; la clădirile cu parter şi 2 - 3 etaje se pot folosi fundaţii continue din beton simplu prevăzute cu centuri din beton armat.

Clasa minimă de beton este de C12/15; tipul de beton se alege în funcţie de agresivitatea terenului şi a apelor subterane (clasa de expunere).

Fundaţiile continue se pot executa din beton turnat monolit sau din elemente prefabricatedin beton. Se pot executa elevaţii plane sau spaţiale din beton armat

prefabricate, iar tălpile pot fi confecţionate în fabrici de prefabricate. Realizări deosebite în ultimii 30 de ani sunt în Rusia, Franţa, România, Ungaria, Germania etc.

Fundaţiile izolate pentru stâlpi pot fi: - realizate din beton armat turnat monolit;- parţial prefabricate (talpă monolită şi pahar prefabricat)- pahar prefabricat dintr-o singură bucată pentru a

face legătura cu terenul de fundare şi a se adapta la capacitatea portantă a acestuia, paharul se montează pe un bloc de beton armat turnat monolit.

1

Grinzile de fundare pentru stâlpi se pot realiza din betona armat turnat monolit sau elemente prefabricate.

Radierele generale de obicei se execută din beton armat turnat monolit, dar în ultimul timp se pot folosi plăci curbe prefabricate care se asamblează pe

şantier. Rezultate deosebite sunt în Rusia, India, SUA, Franţa, Germania, România, Ungaria.De obicei, radierele sunt folosite la construcţii cu încărcări mari sau cele amplasate pe terenuri dificile (ex.: turnuri de televiziune, castele de apă, turnuri de răcire etc.).

CURS 2

Fundaţiile ştanţate O direcţie nouă privind realizarea fundării directe o reprezintă ştanţarea gropilor pentru fundaţii. Terenul pentru fundare este un

material poros (n = 30 - 45 %, în cazul pământurilor macroscopice n putând ajunge la 65%), care prin ştanţare permite obţinerea spaţiului necesar turnării unor fundaţii din beton sau montarea unor elemente prefabricate pentru fundaţii.

Ştanţarea se poate realiza cu maiuri sub formă de trunchi de con sau prismatice, introduse în teren prin batere şi vibrare. În acest mod, terenul se îndeasă în adâncime şi în lateral, contribuind la îmbunătăţirea caracteristicilor fizico-mecanice ale terenului de fundare.

Z.C - zonă compactatăm - maibm - diametrul mediu al maiului măsurat la h/2G.S. - groapă ştanţată

Ştanţarea gropilor de fundaţie se poate face atât în terenuri normale (bune de fundare) cu pcalc. > 2 daN/cm2, cât şi în terenuri dificile (slabe).

În cazul terenurilor dificile (terenuri cu tasări mari şi cu capacitate portantă redusă) pentru a mări efectul compactării după ştanţarea gropii, acestea se umplu

cu balast şi se reştanţează (se reia procesul de batere sau vibrare) contribuind la îmbunătăţirea caracteristicilor fizico-mecanice ale terenului de fundare. În această situaţie se obţine un bulb din balast care determină creşterea capacităţii portante a terenului de fundare.

Ştanţarea gropii de fundare se poate aplica pentru fundaţii izolate sub stâlpi sau pentru fundaţii continue sub pereţi portanţi.

Prin ştanţarea gropilor de fundaţii se obţin economii la:- volumul de beton, de 25 - 30%;- volumul de transport a pământului din săpături, care scade cu 30 - 40%;- preţul de cost, care scade cu 20 - 25%.

2

SISTEME DE FUNDARE INDIRECTE

În ultimii 30 - 40 de ani, tehnologiile de execuţie a piloţilor s-au dezvoltat foarte mult, fapt care a permis utilizarea acestora, în cazul fundării construcţiilor pe terenuri dificile ajungându-se la adâncimi de 50 - 60 m. Sistemele de fundare pentru platformele marine realizate pe piloţi din metal s-a dezvoltat foarte rapid. De exemplu, în România s-au executat piloţi cu lungimea de 120 m, dintre care 60 m în pământ, cu diametrul de 1000 - 1200 mm. În S.U.A. s-au construit piloţi cu lungimea de 375 m, 116 m în teren, cu diametrul 1200 mm (pentru platformele marine).

Piloţii din beton armat prefabricaţi sunt folosiţi în special la clădirile cu încărcări mari şi se execută de obicei din tronsoane cu lungimea de 10 până la 24 m, care se îmbină pe măsură ce se introduc în teren.

Piloţii din beton armat turnaţi la faţa locului se pot executa cu adâncimi de 75 - 100 m şi diametre 120 - 150 cm. de exemplu, clădirea Burj Dubai are piloţi cu lungime de 50 m, diametrul 1,5 m, şi per total sunt 129 bucăţi Un astfel de pilot are o capacitate portantă foarte mare (sute de tone), în funcţie şi de rezistenţa rocilor pe care descarcă vârful lor.

În viitor, vor căpăta o extindere foarte mare atât piloţii prefabricaţi, cât şi cei executaţi la faţa locului pentru clădirile cu încărcări mari amplasate pe terenuri dificile sau în zone seismice. Sistemul de fundare pe piloţi conferă rezistenţă şi stabilitate pentru ansamblul suprastructură-fundaţie-teren de fundare.

În ultimul timp, datorită lipsei de spaţiu, în marile oraşe ale lumii se impune realizarea unor clădiri înalte cu 5 - 10 şi mai multe subsoluri (parcaje). Pentru realizarea subsolurilor clădirilor cu înălţimi mari, se folosesc tehnologii speciale, care formează incinte executate din pereţi mulaţi (îngropaţi) sau incinte executate din piloţi secanţi, tangenţi etc. În cazul terenurilor cu rezistenţe bune sau a rocilor compacte, pentru realizarea incintelor se folosesc ancorajele.

ÎMBUNĂTĂŢIREA TERENULUI DE FUNDARE

Extinderea oraşelor şi a localităţilor a impus în ultimii 20 - 30 de ani realizarea de construcţii şi pe terenuri slabe de fundare (terenuri cu capacitate portantă scăzută şi tasări mari). La alegerea sistemului de fundare, din punct de vedere tehnico-economic se pot parcurge următoarele variante:

1. Fundarea directă pe terenul natural2. Fundarea directă pe ternul îmbunătăţit, dacă nu este posibilă varianta de la punctul 13. Sisteme de fundare indirecte (piloţi, coloane, barete etc.). Sistemele de fundare pe

piloţi sunt cele mai costisitoare şi necesită timpul cel mai mare pentru realizare.Pentru îmbunătăţirea terenurilor slabe de fundare sunt utilizate maiuri grele şi supergrele,

care cad de la înălţimi de 5 - 10 m (sau mai mult), coloane şi ploturi executate din materiale granulare (balast, piatră spartă, folosind utilaje vibratoare sau tehnica vibropresării), coloane vibroflotante etc. Prin execuţia coloanelor din materiale granulare, a ploturilor etc., se îmbunătăţesc caracteristicile fizico-mecanice ale terenurilor, se schimbă curba granulometrică a acestora, contribuind în final la creşterea capacităţii portante şi la reducerea tasărilor.

În cazul nisipurilor lichefiabile, coloanele din balast şi ploturile au efecte foarte bune deoarece îmbunătăţesc curba granulometrică din zona activă a fundaţiilor

În viitor vor căpăta dezvoltare construcţiile subterane pentru spaţii de producţie, birouri, spitale şi chiar locuinţe; aceasta se justifică atât din d.p.d.v. al protecţiei mediului, cât şi datorită costurilor de întreţinere în timpul exploatării (de ex., metrourile).

3

ELEMENTE DE INTERACŢIUNE CONSTRUCŢIE-TEREN

Definirea sistemului suprastructură-infrastructură-teren de fundare

În general, o construcţie se compune din următoarele elemente: - suprastructură,- infrastructură (fundaţii)- terenul de fundare

S - suprastructurăS.F. - sistem de fundaţiiT.F. - teren de fundareZ.A. - zona activă

Suprastructura construcţiilor - poate fi în cadre din b. a. sau metal, din pereţi portanţi de cărămidă, panouri mari din b. a., diafragme din b.a. sau structură mixtă cadre-diafragme din b. a.Suprastructura are rolul de a prelua

încărcările verticale şi orizontale care apar în timpul exploatării construcţiei şi a le transmite la sistemul de fundare. Ea se studiază la disciplinele Clădiri civile, construcţii din b.a., metal, lemn etc.

Sistemul de fundare - are rolul de a prelua încărcările de la suprastructură şi a le transmite la terenul de fundare, astfel încât să nu se depăşească capacitatea portantă a terenului, iar tasările să fie mai mici decât deformaţiile admise de suprastructura clădirii. La ora actuală se folosesc fundaţii directe în cazul terenurilor normale şi bune de fundare (fundaţii continue, izolate, pe reţele de grinzi, radiere generale etc.) şi fundaţii indirecte în cazul terenurilor dificile (piloţi, coloane, barete etc.).

Cu studiul fundaţiilor se ocupă disciplina intitulată Fundaţii Alegerea sistemului de fundare este dictată atât de tipul suprastructurii construcţiilor, dar mai ales de stratificaţia şi rezistenţa terenului de fundare.

4

(continuare) CURS 3

Alegerea sistemului de fundare este dictată atât de natura şi caracteristicile terenului de fundare, cât şi de tipul suprastructurii construcţiei

p - presiunea pe talpa fundaţiei până la terminarea construcţiei

s - tasareaA - argileN - nisipuri necoezive

Desfăşurarea tasărilor în timp

În cazul pământurilor nisipoase, tasările construcţiilor se consumă în proporţie de 70-80% în timpul execuţiei În schimb, în cazul pământurilor argiloase, tasările continuă mult timp şi după aceea (ex.: turnul din Pisa). În cazul interacţiunii dintre construcţie şi teren, periculoase sunt tasările diferenţiate deoarece acestea conduc la modificări ale stării de tensiune şi deformaţie, atât la nivelul fundaţiei, cât şi în suprastructură.

s2 > s1

Cadru cu noduri rigide

Cadru cu reazem articulat pe stâlp -în acest caz, tasările nu mai schimbă starea

de tensiuni şi deformaţii în cadrul de rezistenţă

s2 > s1

① Diagrama de momente pe riglă fără interacţiune (nu avem tasări diferenţiate)Să presupunem că stâlpul central se

tasează mai mult decât cele marginale. În acest caz, are loc o încărcare a stâlpilor marginali cu +ΔP şi o scădere a încărcărilor axiale în stâlpul central cu -2ΔP.② Diagrama de momente pe riglă, în

cazul că avem interacţiune şi teren (avem tasări diferenţiate). Analizând diagrama 2, se constată că pe reazemul central scad momentele pe riglă, iar pe reazeme marginale, momentele pe riglă cresc; rezultă că dacă dimensionarea grinzii s-ar fi făcut fără considerarea interacţiunii construcţie-teren, pe reazemele marginale, grinda ar fi fost subdimensionată, existând riscul cedării acesteia.

5

ETAPELE DE CALCUL ÎN INTERACŢIUNEA CONSTRUCŢIE-TEREN(Mod de calcul simplificat)

Orice construcţie se poate asimila cu o grindă sau o placă rezemată pe mediu elastic; se lucrează cu rigiditatea echivalentă a construcţiei.

Prin încărcare, grinda ajunge în poziţia A-A’.

(EI)echiv – rigiditatea la încovoiere a grinzii echivalente a construcţiei reale.

Z – deformaţia din încovoiere a grinzii aşezate pe mediu elastic.

W – tasarea terenului de fundare datorită încărcării aduse de construcţie (grinda echivalentă).

q(x) – provenite din încărcări aduse de construcţie (Pi, Qi).

Interacțiunea teren-construcție

În prima fază, se predimensionează grinda echivalentă.Se determină B – lăţimea de contact cu terenul de fundare, L – lungimea construcţiei,

H – echivalent – înălţimea echivalentă a construcţiei. Din aceste date, va rezulta (EI)echiv.Dacă se consideră un mediu elastic de tip Winkler, avem presiunea de contact

p(x) = ks · W(x), în ipoteza Z(x) = W(x) (2)

În acest caz, ecuaţia fibrei medii deformate a construcţiei are forma:

EI echivd 4 Wdx4 k s W=q x (1)

Ipoteza (2) ne arată că deformaţiile grinzii întotdeauna în procesul de conlucrare sunt egale cu deformaţiile terenului de fundare (deformaţiile grinzii urmăresc deformaţiile terenului de fundare).

Orice problemă de interacţiune în final ne permite să determinăm presiunile de contact dintre construcţie şi teren cu relaţia (1) (este, deci, o problemă de contact).

Etapele de rezolvare:

1. Predimensionarea grinzii echivalente.2. Găsirea unor relaţii pentru Z(x) şi W(x) în funcţie de încărcările care acţionează

asupra construcţiei:Z x=F1[q x − p x ]

EI echivd 4 Wd x4 =q x− p x

W x=F2[ px ]

3

(1')

46

3. Pe baza consideraţiilor de mai sus se scrie sistemul de ecuaţii (ecuația de echilibru și ecuația de continuitate):

(5) { Σq x=Σpx [ΣM ]q x=[ΣM ] p x

Z x =W x

- ecuația de echilibru

- ecuația de continuitate

(5) reprezintă un sistem de ecuaţii din a cărui rezolvare rezultă W(x), p(x), M(x), T(x) în lungul grinzii.

Dacă ştiu W(x), cunosc şi p(x) din ipoteza lui Winkler, unde k(s) este coeficientul de pat (sau al lui Winkler) în daN/cm3.

k s=p x

W x daN /cm2

cm= daN

cm3 ks – presiunea necesară producerii unei tasări unitare

Cu valoarea lui p(x) şi W(x) se verifică dimensiunile în plan ale suprafeţei de contact dintre construcţie şi teren.

Cu valoarea momentului şi forţei tăietoare din lungul grinzii echivalente, se calculează ariile de armătură din elementele sistemului de fundare şi se verifică suplimentar starea de tensiune din elementele suprastructurii în zona de contact dintre suprastructură-sistem de fundare.

Exemplu: Pentru o structură în cadre, se face un calcul clasic prin modelarea acesteia încastrată perfect în fundaţii, într-o primă fază; în faza a doua, se calculează tasările diferenţiate şi se introduce ca ipoteză o cedare de reazem pe structura neîncărcată (tot pe modelul iniţial). Cedarea de reazem se ia ca valoare diferenţa maximă dintre tasările fundaţiilor stâlpilor.

În faza a III-a, se suprapune starea de eforturi şi deformaţii obţinute în fazele I şi II.O metodă mult mai apropiată de realitate ar fi să se modeleze atât suprastructura, sistemul

de fundare şi terenul de fundare folosind elemente finite (calcul foarte laborios).

7

IPOTEZE ŞI TEORII DE CALCUL APLICATE ÎN MECANICA PĂMÂNTULUI

Cercetări teoretice şi experimentale au arătat că pe un anumit domeniu din curba de încărcare-tasare, caracteristică pământurilor, acestea pot fi asimilate cu un mediu continuu, elastic, omogen şi izotrop. Această asimilare a pământurilor ne permite să simplificăm calculele şi să facem suprapunere de efecte.

Ipoteza mediului continuu Pământurile (terenul de fundare) sunt medii trifazice alcătuite din faza solidă, lichidă şi

gazoasă. Ele sunt medii discrete la care părţile de fază solidă sunt formate din roci sau minerale. Cu toate acestea, terenul de fundare poate fi asimilat cu un mediu continuu, deoarece există o diferenţă foarte mare între dimensiunile fundaţiilor (dimensiuni de ordinul zecilor de centimetri sau chiar al metrilor) şi dimensiunile particulelor de fază solidă, care au valori maxime de 2 mm. Încercările experimentale au arătat că nu sunt introduse erori prin faptul că terenul se asimilează cu un mediu continuu.

Ipoteza mediului elastic

Deformaţia la pământuri

Schema de încărcare cu placa (fundaţia de probă)

Lestul se realizează din prefabricate din beton, şine de cale ferată etc.CRM - cadru rigid metalic care susţine lestul pe picioare realizate din elemente prefabricate de beton.d - latura sau diametrul plăcii de încărcare (a fundaţiei de probă)CFF - cadru de fixare fleximetreF1, F2, F3 - fleximetre (plăcile) cu care se măsoară tasările fundaţiei sub încărcări

Încărcarea plăcii se face în trepte, cu valori între 0,2 – 1 daN/cm2, cu minim 4 trepte (pe fiecare încercare). Sub fiecare treaptă se măsoară tasările stabilizate (se fac 3citiri consecutive la flexometre, la interval de 1 h). Tasarea se consideră stabilizată atunci când diferenţa dintre citiri este mai mică de o sutime de milimetru. Cu valorile de la treptele de presiune şi tasările stabilizate, se trasează curba de încărcare-tasare (p-s).

8

Putem avea următoarele situaţii:

a. Curbă cu domeniu de proporţionalitate.

b. Curbă fără domeniu de proporţionalitate.

Curbele p-s

(si+1 - si) > 1,5 (si - si-1) (6)

În cazul (a), în curba p-s, se distinge în mod clar un domeniu liniar 0-1, care poate fi aproximat cu o dreaptă. Pe acest domeniu 0-1 există proporţionalitate între tasări şi deformaţii. Se poate aplica teoria elasticităţii (terenul de fundare poate fi asimilat cu un mediu elastic pe domeniul 0-1).

În cazul (b) nu mai există proporţionalitate între încărcări şi tasări. În acest caz, se iau perechi de câte 3 puncte si-1, si, si+1 şi acolo unde este îndeplinită relaţia (6), se consideră că s-a atins domeniul de proporţionalitate. Nu mai este o suprapunere între curba p-s şi dreapta 0-1; cu toate acestea, pe sectorul 0-1, pământul poate fi asimilat cu un mediu elastic.

(continuare) CURS 4

În cazul pământului (terenul de fundare) deformaţiile remanente sunt mult mai mari decât deformaţiile elastice.

Pornind de la observaţia anterioară, pentru a determina domeniul de proporţionalitate, în curba caracteristică p-s, se fac încercări cu placa de probă sau pe fundaţii reale, după procedeul menţionat în cursul anterior.În principiu, se încarcă placa în trepte până la cel puţin 1/3 – 1/2 din presiunea critică, după care placa se descarcă.

Curba caracteristică a pământurilor p-s sr – tasări remanentesel – tasări elastice sr >> sel

Curba (3) continuă practic ramura (1) de la punctul de începere a descărcării.Din ultimul grafic, reţinem partea elastică, curba (2), 0 a b, iar din curba terenului, prin origine, ducem o paralelă la curba a b.pl şi sl – care corespund domeniului de proporţionalitate şi reprezintă zona în care pământul poate fi asimilat cu un mediu elastic.

Curba de încărcare p-s9

Segmentul 0-c corespunde domeniului în care putem aplica teoria elasticităţii. Domeniul 0-c este cel mai apropiat de realitate în deoarece curba p-s am considerat numai deformaţiile elastice ale terenului (revenirea după descărcare).

Pe domeniul elastic 0-c putem aplica teoria lui Hooke generalizată pentru pământuri.

{σ} = {D} · {ε} (1)

σ – tensorul tensiunilor σx, σy, σz, τxy, τyz, τzx ...ε – tensorul deformaţiei specifice εx, εy, εz, γxy, γxz, γyz ...Et – modulul de deformaţie a terenului pentru 0-cνt – coeficientul deformaţiei laterale (coeficientul lui Poison)D – matricea de deformabilitate a terenului

[D ]=E t

1νt 1−2ν t [1−ν t νt ν t 0 0 0

νt 1−νt ν t 0 0 0νt νt 1−νt 0 0 0

0 0 01−2νt

2 0 0

0 0 0 01−2ν t

2 0

0 0 0 0 0 1−2ν t 2

] (2)

Pentru determinarea cu modul de deformaţie transversal al pământului:G=

E t

2 1ν t

În acest fel, calculele se simplifică; se pot face suprapuneri de efecte şi putem rezolva problema de interacţiune construcţie-teren cu elemente finite.

Ipoteza mediului omogen

Terenul de fundare, ca suport al construcţiilor, este stratificat (argile, prafuri, nisipuri sau orice combinaţii dintre acestea), deci nu este un mediu omogen; cu toate acestea, nu se introduc erori fundamentale dacă îl considerăm un mediu omogen. Terenul este un mediu stratificat.

10

Cercetări recente şi măsurători pe construcţii reale au arătat că se obţin rezultate mai apropiate de realitate dacă se lucrează cu un modul de deformaţie al terenului variabil cu adâncimea.

Etz = Et mediu (1 + α · z) unde α = 0,05 ... 0,2 ... 0,5 (3)

Etz – modulul de deformaţie al stratului variabil cu adâncimea;Et mediu – modulul de deformaţie mediu pentru stratul respectiv;α – coeficient determinat experimental, care s-a dovedit corect pentru α = 0,2;z – adâncimea.

Pentru a simplifica calculele, practica a dovedit că în loc să lucrăm cu 2 – 3 straturi sau mai multe, care se află în zona activă a fundaţiilor, se poate lucra cu un singur strat echivalent, constant sau variabil, valabil pentru toate straturile din zonă.

(4)

Hact – înălţimea zonei active;hi – grosimea stratului de teren din zona activăEti – modulul de deformaţie al fiecărui strat din zona activă

În acest fel, în loc să lucrăm cu 3 moduli de deformaţie, lucrăm cu unul singur.Pentru a ne apropia şi mai mult de realitate (componenta reală a construcţiei), putem lucra

cu un modul de deformaţie echivalent variabil cu adâncimea, care se determină tot cu relaţia (4).Dacă la calculul fundaţiilor pe mediu elastic (deformabil) se lucrează cu metoda Winkler

(coeficientul de pat ks), atunci, de asemenea, se poate lucra cu ks echivalent constant pe toată adâncimea zonei active sau variabil cu adâncimea.

k s=pl

sl

(daN/cm3)

(pentru a avea o tasare de 1 cm, trebuie săîncărcăm terenul cu 1 daN/cm2)

Pentru un teren normal, ks = 4 – 7 daN/cm3

Aplicând teoria menţionată mai sus,atât Eteren, cât şi pentru ks nu se facerori grosolane dacă terenul esteasimilat cu un mediu omogen.

Ipoteza mediului izotrop În general, terenul de fundare nu este un mediu izotrop, dar nu se fac erori care să

denatureze rezultatele dacă terenul este considerat mediu izotrop deoarece încărcările dominante aduse de către construcţie aduse asupra terenului sunt cele verticale.

Eth = n · Etv unde Eth – modulul de deformaţie al terenului în direcţie orizontalăEtv – modulul de deformaţie al terenului în direcţie verticalăn – coeficient < 1 pentru pământuri normal consolidate

≥ 1 pentru pământuri supraconsolidate

11

E t echiv=H act

2

∑ hi

E ti2

TIPURI DE DEFORMAŢII ALE CONSTRUCŢIEI

Întotdeauna la proiectarea construcţiilor trebuie verificat dacă tasările efective sunt mai mici decât tasările admise de suprastructura construcţiei date de relaţia:

Δ ≤ Δ

Deformaţiile admise de suprastructura construcţiei Δ sunt precizate în STAS 3300/85.Pentru construcţii periculoase sunt tasările diferenţiate deoarece modifică starea de

eforturi şi deformaţii faţă de calculul convenţional.În cazul construcţiilor pot apărea: - tasarea absolută;

- tasarea medie;- tasarea relativă;- înclinarea construcţiilor;- încovoierea relativă a construcţiilor.

Tasarea absolută

Prin tasarea absolută se înţelege deplasarea pe verticală a unui punct de pe talpa fundaţiei, datorită deformaţiilor verticale ale terenului din zona activă. Pentru măsurarea tasărilor absolute, pe construcţii, în anumite puncte caracteristice se montează reperi de tasare care se urmăresc prin metode topografice. Acestea ne permit să comparăm valoarea tasărilor calculate teoretic cu valorile măsurate pe construcţia reală, văzând astfel concordanţa dintre ipotezele de calcul adoptate şi comportarea reală a construcţiei.

Tasarea medie - Este media aritmetică a minim 3 tasări determinate în puncte diferite.

Tasarea relativă

Se consideră două fundaţii izolate la distanţa l, care au tasările s1, respectiv s2.

s2 > s1

srel=Δs

l=

s2−s1

l

Întotdeauna tasările diferenţiate mari sunt periculoase pentru construcţii deoarece pot produce fisuri, crăpături sau scoaterea din funcţiune a clădirilor. Pentru a preveni tasările diferenţiate, pe lângă calculele teoretice precizate de normative, se impun o serie de măsuri constructive cum ar fi legarea fundaţiilor izolate între ele cu grinzi de echilibrare sau grinzi antiseismice, prevederea de centuri din b. a. la fundaţiile continue etc.

12

CURS 5

Înclinarea fundaţiilor (a construcţiilor)Datorită neomogenităţii terenului de fundare sau datorită momentelor încovoietoare mari,

o fundaţie sau o construcţie de rigiditate mare se poate roti cu unghiul θ.Rotirea fundaţiei este dată de relaţia:

tg θ=smax−smin

l

unde: θ - rotirea faţă de verticalăsmax - tasarea maximă pe o latură a fundaţiei sau a constr.smin - tasarea minimă pe latura opusăl - lungimea fundaţiei sau construcţiei

S-ar putea ca rotirea să se producă şi în cazul terenului omogen datorită momentelor şi forţelor tăietoare mari M şi T. Dacă terenul este neomogen, poate să apară smax şi smin mari datorită forţelor axiale N; în cazul solicitărilor complexe are loc o suprapunere de efecte.

Încovoierea relativă a construcţiilorLa clădirile mici, care au rigiditate relativ scăzută şi teren de fundare neuniform, poate să

apară încovoierea acestora.

i= fL=

s2−s1s3

2L

=2 s2−s1−s3

2 L

Încovoierea construcțiilor a. Încovoiere sub formă de covată

b. Încovoiere tip șa c. Încovoiere mixtăcovată-șa

Încovoierea construcţiilor se poate preveni încă din faza de proiectare prin introducerea unor rosturi de tasare, scurtarea construcţiilor şi prevederea unor măsuri constructive, cum ar fi: realizarea de fundaţii cu 2 centuri de b. a. (una la cota ±0,00 şi alta la talpa fundaţiei) sau armarea fundaţiei pe toată înălţimea. În cazul fundaţiilor izolate, acestea se conectează pe ambele direcţii cu grinzi antiseismice.

13

CAZURILE DE CEDARE A TERNURILOR DE FUNDARE

În funcţie de natura şi rigiditatea sistemului de fundare, cedarea poate fi:1. cedare completă sau cedare generală2. cedare prin poansonare3. cedare locală

1. Cedarea generală (completă) a terenului de fundare În cazul fundaţiilor rigide sau de mare rigiditate

Prin creşterea încărcării exterioare P se ajunge la valoarea pcr. În cazul terenurilor de fundare foarte bune (nisipuri compacte, argile cu indice de consistenţă ridicat, balast compactat), în teren se formează suprafeţe de rupere care ajung până la nivelul terenului natural din jurul fundaţiei.

Cedarea generală

τef - rezistenţa la forfecare a pământului S.R. - suprafaţa de rupere

τf - eforturi tangenţiale efective

În teren se formează trei prisme de pământ:

Prismul conlucrează cu talpa fundaţiei, B, şi acţionează cu creşterea încărcării ca o pană care produce despicarea terenului de subfundaţie. Aceasta se află în stadiul împingerii active.

Prismul face trecerea de la împingerea activă (prismul ) la rezistenţa pasivă a pământului (prismul ). La prismul , suprafaţa de rupere se aproximează de obicei cu o spirală logaritmică.

Prismul se află în faza rezistenţei pasive a terenului, care tinde să se opună refulării acestuia.Suprafeţele de rupere în acest caz sunt clar evidenţiate.Analizând curba p-s, se constată un domeniu de proporţionalitate foarte mare, iar ruperea

terenului este casantă, caracteristică terenurilor foarte bune.

2. Cedarea prin poansonare

Este caracteristică terenurilor foarte slabe (nisipuri afânate, argilele şi prafurile neconsolidate, umpluturile necompactate etc.); prin creşterea încărcării pe fundaţie, aceasta înaintează în teren ca un piston, fără să fie puse în evidenţă suprafeţe de rupere, ca în cazul precedent.

14

Analizând curba p-s, se constată că lipseşte domeniul de proporţionalitate; pentru cedarea terenului de fundare, trebuie ales un criteriu de deformaţie; de obicei, se consideră că s-a ajuns la valoarea pcr când tasările sunt aproximativ egale cu 0,1 din B. În acest caz evident este numai prismul , care conlucrează cu talpa fundaţiei. Prismele şi nu se pot evidenţia.

3. Cedarea locală Este specifică terenurilor normale cu capacitate portantă medie (nisipuri cu îndesare

medie, pământuri cu indice de consistenţă medie etc.). Cedarea locală este un caz intermediar între cedarea generală şi prin poansonare.

În curba caracteristică p-s se distinge un domeniu de proporţionalitate de dimensiune mai mică decât în cazul cedării generale. Se disting numai prismele de tip şi . Suprafeţele de rupere nu ajung la nivelul terenului, ci se închid în teren. Şi în această situaţie, pentru stabilirea lui pcr se poate accepta un criteriu al deformaţiilor.

Curba p-s pentru cedarea locală

Întotdeauna în cazul cedării terenului de fundaţie, trebuie să stabilim care a fost modul de rupere, în funcţie de cazurile precizate mai sus. La consolidarea fundaţiilor prin diferite soluţii, trebuie să avem în vedere faptul că terenul de sub fundaţia veche (existentă) s-a consolidat.

B2 > B1

E t1E t2

B1 – lăţimea fundaţiei vechiB2 – lăţimea fundaţiei după consolidareE t1

– modulul de deformaţie al terenului sub fundaţia veche, care în timp a crescut datorită consolidării terenului cu un procent cuprins între 10 – 20%.

E t2– modulul de deformaţie al terenului în afara zonei active a fundaţiei vechi.

După consolidarea fundaţiei vechi, lăţimea tălpii creşte de la B1 la B2, zona activă creşte (v. figura alăturată), tasările se reiau după consolidarea fundaţiilor, deci vor creşte.

Întotdeauna la consolidarea fundaţiilor trebuie să ţinem cont şi de noile tasări probabile care apar după aceea.

15

PIERDEREA STABILITĂȚII ŞI DEGRADAREA FUNDAȚIILOR

Aspecte generale Terenul de fundare din zona activă a fundaţiilor şi fundaţiile construcţiilor au un rol foarte

mare în asigurarea rezistenţei şi stabilităţii de ansamblu a clădirilor pe toată durata de exploatare a acestora.

La proiectarea şi executarea fundaţiilor noi trebuie să cunoaştem foarte bine caracteristicile fizico-mecanice ale terenului, capacitatea portantă a straturilor din zona activă, nivelul apei subterane, agresivitatea terenului şi apelor subterane faţă de betoanele şi armăturile din fundaţii etc. Alegerea sistemului de fundare depinde atât de natura terenului de fundare şi starea acestuia, cât şi de tipul suprastructurii. Întotdeauna alegerea sistemului de fundare se va face astfel încât să fie asigurată condiţiile de rezistenţă şi stabilitate ale construcţiilor.

Până la începutul secolului XX, proiectarea construcţiilor se făcea după metode empirice, iar terenul de fundare se studia numai în faza execuţiei gropilor de fundaţie, pe baza experienţei construcţiilor. Meseria de constructor era un secret de familie. Din această cauză, în timp, au fost multe accidente, unele cunoscute, iar foarte multe au rămas necunoscute.

Accidentele în construcţii au diverse cauze, care pot proveni din:- cunoaşterea insuficientă a terenului de fundare;- proiectarea necorespunzătoare a fundaţiilor;- execuţia defectuoasă a fundaţiilor;- întreţinerea necorespunzătoare a construcţiilor şi a fundaţiilor în timpul exploatării

clădirilor.În general, în cazul accidentelor în construcţii, nu există numai o singură cauză; de cele

mai multe ori, se suprapun mai multe.La elaborarea expertizelor construcţiilor, întotdeauna trebuie să analizăm punctele

menţionate mai sus.

CURS 6CAUZELE DEGRADĂRII FUNDAŢIILOR

Dintre cauzele principale, se menţionează:1. Acţiunea agresivă a apelor subterane şi a terenului de fundare.2. Alegerea unui sistem de fundare necorespunzător;3. Supraetajări ale clădirilor existente.4. Reducerea capacităţii portante a terenului prin umezire.5. Execuţia proastă a fundaţiilor (nerespectarea proiectului).6. Amenajări de subsoluri noi la clădirile existente.7. Realizări de lucrări sub clădirile existente (galerii pentru metrou, sisteme de canalizare etc.)8. Afuierea fundaţiilor (eroziunea) la pilele şi culeele de poduri9. Efectul vibraţiilor10. Nerespectarea adâncimii de îngheţ.11. Lipsa unor măsuri de precauţie la terenuri acvifere.12. Plantarea unor pomi în jurul construcţiilor

16

1. Acţiunea agresivă a apelor subterane şi a terenului de fundare La întocmirea proiectelor pentru noi sau pentru consolidarea clădirilor existente, prima

dată se realizează ridicarea topografică şi elaborarea de studii geotehnice, care, corelate, stabilesc dacă terenul de fundare prezintă stabilitate generală de ansamblu.

În studiile geotehnice, sunt prevăzute în mod obligatoriu următoarele:- stratificaţia terenului;- caracteristicile fizico-mecanice ale fiecărui strat;- nivelul apelor subterane (interesează nivelul maxim);- agresivitatea apelor subterane faţă de betoanele şi armăturile din fundaţii;- agresivitatea terenului;- zona seismică, conform Normativului P100-2006.

Pentru clădirile existente, se fac dezveliri ale fundaţiilor acestora, unde sunt precizate dimensiunile fundaţiilor, cota de fundare şi se fac teste pentru stabilirea clasei de beton din fundaţie.

Agresivitatea apelor subterane poate fi de natură carbonică, sulfatică sau mixtă. În funcţie de tipul de agresivitate, se alege tipul de ciment şi clasa betonului pentru realizarea fundaţiei noi sau pentru consolidarea fundaţiei existente. Clasa minimă de beton simplu este C12/15.

Pentru betoanele din elevaţia fundaţiilor de pe exteriorul clădirilor apare şi fenomenul de îngheţ-dezgheţ – clasa de expunere este XC4 +XF1. În acest caz, clasa minimă de beton este C25/30.

Dacă elevaţia este izolată cu polistiren pe exterior, atunci XF1 nu se mai ia în considerare (izolaţie sub cota terenului) şi se poate folosi chiar C12/15.

S-ar putea ca, în timp, terenul şi apele subterane să devină agresive datorită proceselor tehnologice din interiorul clădirii (ex.: industria chimică, tipografică etc.) prin infiltrarea în teren, accidental, a apelor şi substanţelor utilizate.

2. Alegerea unui sistem de fundare necorespunzător Alegerea sistemului de fundare se face ţinând cont, în primul rând, de natura terenului de

fundare şi, în al doilea rând, de tipul structurii construcţiei (cadre, diafragme, cadre-diafragme etc.).

De exemplu: pentru hale parter amplasate pe terenuri dificile, unde sunt posibile tasări diferenţiate, se pot alege structuri în cadre prevăzute cu articulaţii. În acest caz, tasările diferenţiate nu schimbă starea de tensiuni şi deformaţii din structura construcţiei.

17

La construcţiile cu solicitări (încărcări) mari, nu trebuie alese sisteme de fundare diferite.

În Franţa, o sală de sport a fost fundată pe piloţi (sistem de fundare indirect), iar tribuna legată de cadrul halei a fost fundată pe fundaţii directe pe umplutură. Tasările mari ale fundaţiei directe au condus la prăbuşirea halei. Datorită modului de lucru diferit al celor două sisteme de fundare, s-a produs schimbarea de eforturi şi tensiuni în cadrul principal al halei.

Problema se putea rezolva prin introducerea unei articulaţii între cadrul structurii halei sau realizarea fundaţiei tribunei tot pe piloţi.

În cazul terenurilor contractile, care au variaţii de volum, în funcţie de umiditate, se impune alegerea unor fundaţii adecvate (adaptate).

Deoarece la pământurile contractile pot să apară eforturi de întindere atât la partea superioară şi partea inferioară a elevaţiei, se introduc două centuri de b.a., astfel încât se măreşte rigiditatea sistemului de fundare.

În cazul fundării clădirilor cu structură de rezistenţă în cadre sau cadre-diafragme, pentru mărirea rigidităţii infrastructurii (sistemul de fundare), se folosesc reţele de grinzi din beton armat sau dacă fundaţiile sunt izolate, se leagă între ele cu grinzi de echilibrare sau grinzi antiseismice.

În cazul fundării construcţiilor pe perne de balast sau pe umpluturi neomogene, o mare atenţie se va acorda gradului de compactare. Se va urmări realizarea unui grad de compactare de 95%.

Fundație continuă pe terenuri contractile prevăzută cu 2 centuri de beton armat

3. Supraetajări ale clădirilor existente În multe cazuri, la construcţiile existente, în timp, se cere modernizarea prin supraetajare,

extindere, schimbarea destinaţiei (creşterea încărcărilor etc.). În aceste cazuri, trebuie verificată structura de rezistenţă şi capacitatea portantă a terenului şi a fundaţiei.

Dacă presiunile efective pe teren cresc faţă de situaţia existentă, atunci se poate interveni în două moduri:

- prin mărirea capacităţii portante a terenului de fundare, prin injecţii cu diferite soluţii, dacă terenul permite (nisipuri, nisipuri-prăfoase);

- prin mărirea suprafeţei fundaţiei existente, prin sub-betonare, supralărgire.

În timp, capacitatea portantă a terenului de fundare, sub încărcarea construcţiei existente, creşte cu 10 – 20%, datorită consolidării terenului de fundare.

De exemplu, la o clădire cu 2 – 3 etaje, se poate adăuga după 5 – 10 ani un etaj nou fără a lua măsuri de consolidare a fundaţiilor, deoarece terenul de fundare, în timp, s-a consolidat (dacă proiectul şi execuţia iniţială au fost corecte).

18

4. Reducerea capacităţii portante a terenului prin umezire Pământurile argiloase şi loessurile, în contact cu apa se înmoaie (scade capacitatea

portantă şi cresc tasările). În aceste condiţii, trebuie găsite soluţiile de remediere a degradărilor apărute în timp.

Exemplu: Oraşul Galaţi este aşezat pe loessuri cu grosime mare, iar nivelul apei subterane, în faza de execuţie a clădirilor (anii '50 – '60), era la mare adâncime, în afara zonei active a clădirilor. În timp, datorită pierderilor de apă din instalaţiile tehnico-edilitare, din reducerea evaporării apelor din teren prin construirea de drumuri, parcaje, platforme etc., nivelul

apei subterane a crescut, ajungând în zona activă a fundaţiilor clădirilor. Din acest moment, s-au declanşat tasări care nu au fost prevăzute în faza de proiectare datorită normativelor existente la acea vreme. Datorită acestui fapt, s-au produs tasări uniforme de 40 – 50 cm. Tasările fiind uniforme, structura de rezistenţă nu a avut de suferit, dar riscul a apărut la forfecarea canalelor, conductelor de apă, gaze etc. Pentru a preveni aceste riscuri, racordul conductelor şi canalelor la clădiri s-a făcut cu piese elastice.

Pentru scăderea din nou a nivelului apelor subterane, ar trebui să se execute o reţea de galerii pe sub construcţii, dar acestea sunt lucrări complicate şi costisitoare.

CURS 7

5. Executarea defectuoasă a fundațiilor În multe cazuri, în timpul executării fundațiilor, pot să apară excentricități, lipsă de

armături, dimensiuni mai mici față de cele prevăzute în proiect. În cazul construcțiilor cu suprastructură din beton armat (cadre, diafragme, structuri compuse etc.) se pot prelua excentricități datorită trasării greșite a axelor de 5 – 10 cm. În schimb, la construcțiile la care suprastructura este realizată din prefabricate de beton armat sau structură din oțel, atunci excentricitățile sunt de ordinul milimetrilor până la maximum 1 – 2 cm.

În cazul unor excentricități mari, dacă acestea sunt descoperite la timp, se demolează fundația și se toarnă pe poziția corectă.

Exemple:

- se fură din armătură;- se fură din cota fundației.

La executarea săpăturilor, se poate să nu se respecte cota de fundare și dimensiunile în plan ale fundației. În acest caz, capacitatea portantă a fundației nu mai este cea corespunzătoare și sunt periclitate rezistența și stabilitatea de ansamblu ale construcției.

19

În multe situații, nu este respectată clasa betonului; fie se aduce un beton de clasă inferioară, fie la turnarea betonului se adaugă apă, modificând raportul A/C; în aceste condiții, nu se mai realizează clasa betonului.

6. Amenajări de subsoluri noi la construcții existente În multe cazuri, beneficiarul cere proiectantului realizarea unor subsoluri noi la clădirile

existente sau mărirea înălțimii subsolurilor existente. Sub-betonarea se poate face din interiorul sau exteriorul clădirii, pe tronsoane cu lungimea de cca 1 m, executate în două sau trei faze. În cazul clădirilor vecine, cotele de fundare trebuie să fie la aceeași adâncime față de nivelul terenului.

Dacă nu se respectă detaliul alăturat, vor apărea fisuri la fundațiile vecinului.

Rost minim 4 cmtasare antiseismică

tg ψ = tg Φ + c/p — se neglijează,

deci: ψ ≈ Φ

Talpa fundației sub-betonate trebuie să fie mai jos decât talpa subsolurilor nou create cu minim 40 – 50 cm din condiția de refulare a terenului de fundare și datorită unor inundații accidentale, care conduc la înmuierea terenului de fundare și pot da naștere la tasări diferențiate.

7. Realizarea de lucrări sub clădirile existente În această categorie intră:- consolidarea clădirilor vecine;- realizarea de galerii de metrou în apropierea sau sub

construcțiile existente;- realizarea de canale pentru instalații tehnico-edilitare etc.Înainte de executarea lucrărilor menționate, fundațiile

clădirilor din vecinătate se consolidează prin injecții cu diferite soluții bazate, în general, pe lapte de ciment și silicat de sodiu, în funcție și de natura terenului de fundare.

Dacă nu se iau măsuri de consolidare a terenului de fundare, în timp pot să apară fisuri, crăpături și se pot simți vibrații în timpul funcționării metroului (creând disconfort).

Consolidarea fundațiilor cu injecții20

8. Afuierea fundațiilor la pile și culee de poduri În timpul viiturilor mari, terenul din jurul fundațiilor pilelor

și culeelor de poduri este spălat (erodat) datorită curentului de apă. La proiectarea pilelor și culeelor podului, se face un calcul hidraulic la care se stabilesc cota de fundare minimă, luând în considerare afuierea (cota de fundare a unei pile de pod trebuie să intre în teren cât înălțimea maximă a unei viituri). Lucrările de consolidare sau refacere în cazul podurilor durează mult timp și necesită costuri foarte mari. La acest gen de lucrări, de la început trebuie găsite soluțiile corecte de fundare, aspectul economic trebuie să fie pe planul doi.

9. Efectul vibrațiilor Fundațiile clădirilor pot fi afectate de vibrațiile produse de mașini sau de mișcările

seismice ale terenului. Vibrațiile se transmit foarte bine prin terenurile în care nivelul apelor subterane este ridicat, deoarece la presiuni mici apa este incompresibilă. Din cauza vibrațiilor, pot să apară tasări diferențiate la fundații, fisuri, crăpături, rotiri ale fundațiilor și chiar prăbușiri a unor elemente structurale sau nestructurale (pereți portanți, pereți de umplutură etc.). De obicei, fundațiile sunt calculate la solicitări sporite cu coeficienți dinamici și sunt executate din beton armat. În jurul fundațiilor de mașini și pe talpa acestora sunt prevăzute sisteme de amortizare, de izolare antivibratorie a fundațiilor și mașinilor.

10. Nerespectarea adâncimii de îngheț Toate fundațiile, indiferent de importanța construcțiilor, trebuie să respecte adâncimea de

îngheț. În România, cotele de îngheț variază între 70 și 115 cm. Exemplu: Timișoara – 70 cm; Miercurea-Ciuc – 115 cm, în funcție de izobara 0 (teritoriul țării este împărțit în mai multe zone).

Apa și terenul îngheață, iar prin topirea lentilelor de gheață, terenul de fundare de sub construcții se înmoaie și apar tasări diferențiate care dau naștere la fisuri, crăpături etc.

11. Lipsa unor măsuri de precauție la fundarea pe teren acvifer

C.F. – cameră frigorificăP.Î. – pământ înghețat

La o construcție realizată sub formă de "T" întors fără rosturi de tasare, în timp, s-a constatat că au apărut fisuri între corpul înalt și cele două laterale. Prin măsurători pe reperi, s-a constatat că zona centrală s-a ridicat cu 7 cm datorită înghețării pământului și a apei în zona unei camere-frig izolate necorespunzător.

Întotdeauna la proiectarea construcțiilor trebuie să se țină cont și de procesul tehnologic care urmează să se desfășoare în interiorul construcției.

12. Plantarea de pomi din jurul construcţiei Plantarea pomilor în jurul construcţiilor care nu au fundaţii corespunzătoare (cotă de

fundare necorespunzătoare, fundaţii din zidărie de cărămidă, beton simplu de calitate slabă etc.), în timp, rădăcinile copacilor pătrund sub trotuare şi sub fundaţiile clădirilor învecinate. Se măreşte volumul odată cu creşterea acestora, apar fisuri, crăpături, denivelări ale trotuarelor etc.

În acelaşi timp, pomii din jurul construcţiilor absorb apa din teren, care, de asemenea, conduce la degradări ale fundaţiilor şi construcţiilor.

Dintre speciile de arbori şi pomi care pot crea degradări se menţionează: teiul, salcâmul, diverşi pomi ornamentali etc.

21

CURS 8

SOLUŢII DE CONSOLIDARE PENTRU FUNDAŢIILE CONTINUE SUBPEREŢI PORTANŢI

Fundaţiile continue sub pereţi portanţi au o axă longitudinală rectilinie, poligonală sau curbă. Foarte multe construcţii vechi au fundaţii continue realizate din zidărie de cărămidă sau piatră naturală.

După 1910-20, majoritatea construcţiilor au fundaţii din beton simplu sau beton armat.În cazul fundaţiilor continue sub pereţi portanţi se pot întâlni trei variante de consolidare,

şi anume:- subzidiri (sub-betonări);- supralărgiri ale fundaţiilor existente;- rezemări intermediare din piloţi sau din blocuri de beton armat.

1. Subzidiri (sub-betonări) ale fundaţiilor existente În această categorie de soluţii avem două situaţii: sub-betonarea fundaţiilor din beton şi

sub-betonarea fundaţiilor existente din cărămidă.Sub-betonarea fundaţiilor existente din cărămidă sau beton se face în două sau trei etape

pe tronsoane cu lungimi de cca 1 m. De obicei, în prima fază se sub-betonează tronsoanele de la intersecţia pereţilor portanţi (deoarece acolo sunt concentrări mari de încărcări).

tg α ≥ tg αa - admistg αa = f(c·b, c·p·t)B2 > B1

Sub-betonarea fundaţiilor Secţiune verticală

În acest caz, sub-betonarea se face în două etape:

I – se sapă şi se betonează tronsoane de tip AII – se sapă şi se betonează tronsoane de tip B

La clădirile cu încărcări mari, sub-betonarea se poate realiza în trei etape.Sub-betonarea fundaţiilor se impune în cazul supraetajării construcţiilor sau schimbării

destinaţiei acestora. De exemplu, o clădire de locuit se transformă în depozite.Clasa betonului din sub-betonare este minim C12/15; ea se alege în funcţie de

agresivitatea apelor subterane şi a terenului de fundare.

Sub-betonarea fundaţiilor existente din zidărie de cărămidă La foarte multe construcţii vechi, fundaţiile sunt executate din zidărie de cărămidă. În

cazul acestor fundaţii, pentru preluarea eforturilor de întindere datorate tasărilor diferenţiate se prevăd de obicei pe exteriorul clădirii centuri din beton armat aşezate pe tronsoanele de sub-betonare şi care să conlucreze cu fundaţia veche pe 5 – 10 cm.

22

În cazuri deosebite (cu încărcări mari) carcasa de armătură din centură se ancorează de fundaţia existentă.

tg α ≥ tg αa

Când se stabileşte soluţia de proiectare şi consolidare a fundaţiei se au în vedere condiţiile din teren şi întotdeauna se urmăreşte eliminarea cauzelor care au dus la degradarea fundaţiilor, execuţia cât mai simplă şi sigură.

Armare centuri la nivelul pardoselii parteruluişi la nivelul suprateran de pe acelaşi perete

2. Supralărgiri ale fundaţiilor existente Sunt multe cazuri când fundaţiile clădirilor existente au o cotă de fundare

corespunzătoare, dar capacitatea portantă a terenului este depăşită, sau datorită tasărilor diferenţiate sunt fisuri, crăpături şi chiar dislocări.

În acest caz, este mai economic să centurăm fundaţiile la nivelul tălpii sau cel puţin la nivelul cotei de îngheţ.

La clădirile uşoare, centurarea fundaţiilor se poate face pe o singură parte (asimetric), iar la clădirile cu încărcări mari centurarea se face pe ambele părţi.

23

3. Realizarea de reazeme intermediare din piloţi armaţi Aceste soluţii se folosesc în special la clădirile vechi cu încărcări foarte mari; de obicei

piloţii sunt prefabricaţi din tuburi de beton armat executaţi din tronsoane cu lungimea de 1 m. Piloţii se introduc în teren prin presare cu utilaje speciale de mici dimensiuni care pot să încapă şi în subsolul construcţiilor. Piloţii, în funcţie de situaţia din amplasament, pot fi dispuşi pe o singură parte a fundaţiei sau pe ambele părţi.

I. Consolidarea fundaţiilor cu piloţi prefabricaţi dispuşi pe o singură parte a fundaţiei

II. Consolidarea fundaţiilor cu piloţi prefabricaţi dispuşi pe ambele părţi ale

fundaţiei

Distanţa l dintre grupurile de piloţi se stabileşte în funcţie de încărcările de la suprastructură şi capacitatea portantă a piloţilor.

Aceste soluţii au fost mult utilizate şi sunt folosite în Franţa.În prima fază, se introduc prin presare tronsoane de piloţi

(tuburi din beton armat); în faza a doua se introduce carcasa de armătură şi se toarnă beton, iar în faza a treia se realizează consolele sau grinzile de beton armat care fac legătura cu fundaţiile existente.

O variantă simplificată este dacă în locul piloţilor se folosesc blocuri din beton simplu sau beton armat. Legătura dintre cele două blocuri se poate face cu grindă din beton armat sau

metalică (profil metalic) la nivelul tălpii fundaţiei existente sau în apropierea cotei trotuarului.

Această soluţie este folosită des în Italia la consolidarea fundaţiilor clădirilor vechi.

24

CURS 9

SOLUŢII DE CONSOLIDARE A FUNDAŢIILOR SUB STÂLPI

În principiu, se pot întâlni următoarele variante:1. Consolidarea prin cămăşuire sau cimentare.2. Consolidarea prin supralărgire3. Subzidiri sau sub-betonări

1. Consolidarea prin cămăşuire sau cimentare În multe situaţii, fundaţiile clădirilor existente s-au degradat în timp datorită agresivităţii

apelor subterane şi a terenului, datorită unor explozii sau cutremure.O altă cauză o poate constitui supraetajarea clădirilor existente sau schimbarea destinaţiei

acestora. În aceste variante, încărcările pe fundaţii cresc şi capacitatea portantă a acestora devine insuficientă.

În funcţie de încărcările suplimentare aduse pe fundaţii, se pot face şi conectori între blocul de fundaţie şi armăturile de consolidare. Conectorii se pot realiza la fiecare treaptă şi chiar la nivelul cuzinetului.

În cazul în care este necesară consolidarea stâlpilor de la suprastructură, iar fundaţiile clădirii existente nu trebuie consolidate, în mod obligatoriu este necesară cămăşuirea cuzinetului ca în figura alăturată pentru a se realiza legătura dintre stâlp şi fundaţie în vederea transmiterii corecte a încărcărilor de la suprastructură la infrastructură.

Sunt situaţii când în urma unor explozii sau agresivităţii apelor subterane şi a terenului, corpul fundaţiei fie este fisurat, fie este degradat într-o proporţie foarte mare.

În aceste situaţii, se realizează cămăşuirea pe exterior a fundaţiei, iar fisurile din corpul fundaţiei se consolidează prin injectare.

Această situaţie se poate întâlni la clădirile din industria chimică, în cazul construcţiilor care adăpostesc tipografii etc.

25

2. Consolidarea prin supralărgirea tălpii fundaţiei În cazul unor încărcări noi mari venite de la suprastructură este necesar să se realizeze o

conlucrare mai bună între zona consolidată a fundaţiei şi a terenului de fundare.

Dimensiunile fundaţiei finale sunt mai mari decât dimensiunile fundaţiei consolidate.

Tehnologic, consolidarea se face pe două laturi; prima fază numai faza de sub-betonare, iar în a doua fază se realizează consolidarea pe celelalte două laturi.

Supralărgiri ale fundaţiilor în cazul pilaştrilor (stâlpilor) din zidărie de cărămidăÎn cazul construcţiilor vechi din zidărie de cărămidă, sunt situaţii când se impune

supralărgirea fundaţiilor existente fie datorită degradării lor, fie datorită creşterii încărcărilor la nivelul fundaţiilor.

Barele verticale trebuie să fie minim Ø10 mm, iar barele orizontale de minim Ø8 mm.

3. Subzidirea fundaţiilor stâlpilor Se face când este necesară mărirea suprafeţei fundaţiei, deci mărirea capacităţii portante a

fundaţiei. Atât fundaţia, cât şi stâlpul, nu au nevoie de consolidare.

H1 min = 30 cmtg α ≥ tg αadmis

tg αadmis = f (cap. port. ter., clasa betonului)

Pentru sub-betonarea fundaţiilor, este necesar să se descarce stâlpul, realizându-se sprijiniri de la parter sau subsol, în funcţie de situaţie.

Sub-betonarea se poate face în două sau trei faze: în faza I pe 1/3 sau 1/4 sau 1/2 din fundaţie, iar în faza a II-a, pe cealaltă jumătate.

Clasa de beton şi tipul de ciment de la sub-betonare se alege în funcţie de agresivitatea apelor subterane sau a terenului.

26

În cazul consolidării suprastructurii construcţiei prin introducere de diafragme de beton armat, aceasta trebuie să aibă fundaţii proprii noi.

De obicei, diafragmele în suprastructură se introduc atunci când apar forţe seismice mari şi structura existentă în cadre nu poate să le preia; structura devine o structură mixtă cadre-diafragme.

Stâlpii cadrelor existente au devenit bulbi ai diafragmelor noi pentru consolidare.Între fundaţiile diafragmelor şi fundaţiile stâlpilor trebuie realizate legături prin conectori

(ancore chimice) sau prin sub-betonare a fundaţiilor existente. Dacă nu se realizează aceste legături la nivelul fundaţiilor vechi şi noi, problema nu este rezolvată corect.

Introducerea de diafragme pentru consolidare într-o structură existentă în cadre, conduce la descărcarea stâlpilor până la 70 – 80% din momentele pe care le preluau fără diafragme; forţele axiale rămân cam aceleaşi.

27

CURS 10

SOLUŢII DE CONSOLIDARE A FUNDAŢIILOR PE PILOŢI

În multe cazuri, încărcările la suprastructură cresc şi fundaţiile pe piloţi existente nu mai au capacitatea portantă corespunzătoare preluării noilor încărcări.

Secţiune verticală consolidare fundaţie pe piloţi Secţiune orizontală consolidare fundaţie pe piloţi

Piloţii pentru consolidare de obicei se realizează la faţa locului, folosind diferite tehnologii de turnare cu tub de protecţie sau utilizarea noroiului bentonitic. Nu se folosesc piloţi prefabricaţi introduşi prin vibrare sau şocuri deoarece pot să afecteze clădirile din vecinătate sau fundaţia clădirii ce urmează a se consolida.

Consolidarea unui radier folosind piloţi turnaţi la faţa locului

Pentru realizarea piloţilor noi, radierul existent a fost perforat în zona piloţilor. S-au executat găuri în radierul vechi, după care s-au forat piloţii, s-au armat şi betonat; s-a turnat radierul nou peste cel existent.

În funcţie de încărcări, radierul vechi poate fi luat în considerare sau poate fi neglijat.

Se menţionează că radierul vechi a fost fundat direct (nu pe piloţi).

28

CONSOLIDAREA TERENULUI DE FUNDARE

Există situaţii când fundaţiile existente se află într-o stare foarte bună, dar capacitatea portantă a acestora nu pot prelua noile încărcări. În această situaţie se recurge la consolidarea terenului de fundare, de obicei prin injecţii cu diferite soluţii.

Injecţiile în terenul de fundare sunt foarte eficiente în cazul pământurilor necoezive şi în cele semicoezive (prafuri nisipoase, prafuri argiloase). Nu dau rezultate bune injecţiile în terenuri argiloase. Totuşi, la ora actuală s-au dezvoltat tehnologii care realizează injecţiile soluţiilor la presiuni de 2-3 atmosfere sau mai mari; acestea produc fracturarea terenurilor argiloase, în anumite condiţii controlate putându-se obţine rezultate corespunzătoare.

Injecţiile se realizează de obicei din lapte de ciment la care se mai adaugă silicat de sodiu.

vârf perforat (lance)

În prima fază se execută injecţiile de tip lângă fundaţie pe direcţia verticală, la distanţă de cca 2 m, iar în faza a II-a, injecţiile de tip înclinate şi decalate faţă de tipul (intercalate).Se pot folosi pentru injectare tuburi

din material plastic perforate parţial şi prevăzute cu manşete din cauciuc care rămân pierdute în teren sau se pot folosi tuburi metalice cu diametrul de 1 – 2 ţoli, ascuţite la vârf şi perforate pe lungimi de 1 – 1,5 m în zona acestuia.

Aceste tuburi se introduc în teren prin batere sau vibrare după care se injectează o soluţie de lapte de ciment sau silicat de sodiu (sticlă solubilă).

Secţiune verticală - consolidarea terenului de fundare

Injecţiile contribuie atât la mărirea capacităţii portante a terenului, cât şi la impermeabilizarea acestuia.

Soluţiile injectate pătrund în porii terenului de fundare, legând particulele de fază solidă, formând în final zone compacte şi impermeabile.

La construcţii vechi, cu fundaţii din cărămidă, aşezate pe grătare şi piloţi din lemn, în timp, datorită variaţiei nivelului apelor subterane, piloţii au putrezit şi sub pereţii portanţi au rămas goluri care au dat naştere la tasări, fisuri şi crăpături în pereţii portanţi.

Consolidarea terenului şi a fundaţiei în acest caz se face tot prin injecţii, în special cu lapte de ciment şi bentonită. De exemplu, Muzeul Banatului, Castelul Huniazilor, Opera Română din Timişoara.

Vedere în plan - poziţionare injectoare

Calculul consolidării fundaţiilor existente şi a terenului de fundare se face conform normativelor actuale în vigoare P112/2004, P100-1/2006.

29