FUNDATII

FUNDATII

1.Notiuni generale despre fundatii

Fundatia reprezinta un subansamblu structural proiectat sa preia incarcarile care actioneaza asupra constructiei si sa le transmita la terenul de fundare;

Alegerea tipului de fundatie presupune luarea in considerare a urmatorilor factori:

a. Sistemul structural al constructiei, respectiv

- tipul de suprastructura in cadre, cu pereti, etc

- dimensiunile (deschideri, travei, inaltimi - suprateran, subteran);

- materiale (beton, metal, zidarie, etc

- eforturile transmise fundatiilor in gruparile fundamentale si speciale de incarcari

- sensibilitatea la tasari a sistemului structural.

b. Conditiile de teren

- natura si stratificatia terenului de fundare, caracteristicile fizico-mecanice ale straturilor de pamant sau de roca si evolutia acestora an timp;

- conditiile de stabilitate generala a terenului (terenuri in panta cu structuri geologice susceptibile de alunecari de teren, etc);

- conditiile hidrogeologice (nivelul si variatia sezoniera a apelor subterane, agresivitatea apelor subterane, circulatia apei prin pamant etc);

- conditiile hidrologice (nivelul apelor de suprafata, posibilitati de producere a inundatiilor, a fenomenului de afluere etc).

c. Conditiile de exploatare a constructiei

- eforturile transmise la fundatii (din sarcini statice si dinamice - vibratii produse de utilaje, etc

- posibilitatea pierderilor de apa sau substante chimice din instalatiile sanitare sau industriale; - incalzirea terenului in cazul constructiilor cu degajari mari de caldura (cuptoare, furnale, etc) ;

- degazari de gaze agresive care polueaza apele meteorice si accentueaza agresivitatea chimica a apelor subterane

- influenta deformatiilor de fundare asupra exploatarii normale a constructiei.

d. Conditiile de executie a infrastructurii

- adancimea sapaturii pentru realizarea fundatiilor constructiei si modul de asigurare a stabilitatii sapaturii;

- existenta unor constructii in vecinatate care pot fi afectate de lucrarile de executie a infrastructurii (instabilitatea taluzului, afluerea terenului la realizarea epuismentelor etc);

- sistemul de epuismente;

- prezenta retelelor de apa-canal, de gaze, de energie electrica etc.

Stabilirea, respectiv identificarea tuturor factorilor precizati mai sus este necesara, deoarece presiunile ce se dezvolta la nivelul talpii fundatiei (datorita incarcarilor exterioare) nu trebuie sa depaseasca capacitatea portanta a terenului de fundare, deformatiile terenului sa fie compatibile cu cele ale constructiei, iar eforturile unitare din corpul fundatiei sa nu depaseasca rezistenta materialului din care aceasta este alcatuita.

Capacitatea portanta a terenului de fundare este presiunea maxima pe care acesta o poate suporta fara pericolul ruperii acestuia sau al unei tasari care sa pericliteze siguranta constructiei.

Avand precizate toate aceste elemente, prin proiectarea fundatiilor trebuie rezolvate urmatoarele probleme :

- stabilirea cotei de fundare;

- alegerea sistemului de fundare;

- dimensiunile propriu-zise ale fundatiilor

2. FACTORII CE DETERMINA ALEGEREA COTEI DE FUNDARE

Adancimea de fundare , notata D_f reprezinta distanta de la talpa fundatiei pana la cota terenului natural sau sistematizat din jurul constructiei .

Adancimea de fundare depinde de mai multi factori, dintre care cei mai importanti sunt legati de :

a. capacitatea portanta si deformabilitatea terenului

Capacitatea portanta a terenului, determina in marea majoritate a cazurilor , adancimea de fundare.

Pentru aceasta , fundatiile trebuie amplasate la adancimea corespunzator careia stratul de teren are capacitatea portanta necesara preluarii in conditii bune a sarcinilor transmise de constructie.

b. destinatia tehnologica a constructiei

Astfel in cazul cladirilor fara subsol, adancimea de fundare D_f se masoara de la nivelul terenului natural sau amenajat din zona fundatiei, pana la talpa acesteia, iar la cladirile cu subsol, se distinge o adancime de fundare exterioara D_fe, masurata de la cota terenului natural sau amenajat pana la tapla fundatiei si o adancime D_fi, masurata de la nivelul superior al pardoselii subsolului pana la talpa fundatiei.

In cazul cladirilor cu subsol adancimea minima de fundare pentru peretii exteriori ai cladirilor, D_fi depaseste nivelul pardoselii subsolului, cel putin cu valorile :

- 1,0 m in cazul subsolurilor neincalzite

- 0,5 m in cazul subsolurilor incalzite

c. Adancimea de inghet

Terenul este supus pe o anumita adancime variatiilor sezoniere de temperatura, respectiv , ciclurilor repetate de inghet-dezghet.

Prin inghet , apa prezenta in pamant isi mareste volumul, fapt ce determina exercitarea unor eforturi suplimentare asupra talpii fundatiei.

Pentru a preveni aparitia acestui aspect defavorabil pentru fundatie, este necesar ca talpa acesteia sa fie amplasata sub adancimea de inghet cu cca 10 - 20 cm .

Adancimea pe care se resimte influenta ciclurilor repetate inghet-desghet, este definita " adancime maxima de inghet " - Exista o zonare in tara noastra, in functie de adancimea de inghet .

d. Cota de fundare a constructiilor invecinate

Exista diverse situatii in care constructiile noi trebuie realizate in apropierea unor constructii existente.In astfel de cazuri sistemul nou de fundare nu trebuie sa exercite asupra fundatiilor vecine stari de solicitare sau de deformatii suplimentare .

Pentru aceasta se recomanda ca talpile fundatiilor alaturate sa fie la aceeasi cota de fundare.

Amplasarea fundatiei noi deasupra talpii fundatiei existente, produce asupra celei din urma, impingeri laterale, ce nu au fost luate in calculul de dimensionare.

Daca fundatia noua trebuie amplasata sub cota talpii fundatiei existente , aceasta din urma trebuie adusa prin procede de subturnare sau subzidire, la nivelul talpii fundatiei noi, in caz contrar, sapatura realizata, conduce la afanarea pe o anumita zona invecinata a pamantului de sub fundatia veche, alterand astfel gradul de compactare si capacitatea portanta a acesteia la starea limita de deformatie;

e. inaltimea minima constructiva a fundatiei.

3. Clasificarea fundatiilor

Clasificarea fundatiilor se poate face dupa mai multe criterii, printre care: adancimea de fundare, material, modul de lucru (la preluarea eforturilor), forma constructiva etc.

Dupa adancimea de fundare sunt fundatii directe (de mica adancime sau de suprafata) si fundatii indirecte (de adancime mare).

Fundatiile directe ( de mica adancime sau de suprafata) sunt asezate la o adancime D_f ≤ 5 B (B fiind latimea fundatiei), fara a depasi 5,0 - 6,0 m, iar talpa fundatiei este in contact direct cu terenul de fundare. Adancimea de fundare relativ mica, se datoreaza caracteristicilor fizico-mecanice bune ale terenului la aceasta cota .

Fundatiile de adancime (indirecte), se adopta in cazurile deosebite cand incarcarile sunt mari si terenul bun de fundare este situat la adancime mare (D_f >> 5 B), fundatia trecand prin toate straturile superioare de pamant neconsistente si incapabile sa suporte incarcarile date de constructie.

Fundatiile directe (de suprafata) se clasifica astfel:

- dupa forma constructiva fundatii continue sub ziduri, diafragme fundatii izolate sub stalpi, fundatii sub forma de talpi incrucisate, (retele de grinzi),fundatii radier general - placa (dala) simpla, placa (dala) cu grinzi, fundatii sub ziduri cu descarcare pe reazeme izolate;

- dupa material: din beton (simplu, ciclopian, armat), piatra naturala sau artificiala, pamant stabilizat etc.

- dupa modul de lucru: fundatii rigide (cele din beton simplu sau zidarie) si elastice (cele din beton armat);

- dupa tehnologia de executie: monolite si prefabricate;

- dupa pozitia fata de nivelul apelor subterane: deasupra (executate in uscat) si sub nivelul apei freatice.

Fundatiile de adancime, pot fi pe piloti, pe chesoane sau pe coloane.

4.FUNDATII DIRECTE Fundatiile directe- continue se prevad sub pereti portanti si autoportanti (diafragme) din zidarie sau beton. Pot fi rigide, elastice, cu talpa si cuzinet si cu descarcari pe reazeme izolate (cand se numesc grinzi de fundatii). a) Fundatii continue rigide. Se utilizeaza in cazul structurilor cu pereti din zidarie sau beton la cladiri cu putine niveluri. Se executa in mod frecvent din beton simplu, mai rar din zidarie de piatra naturala sau artificiala.

Ele se dispun sub peretii portanti si autoportanti.
In cazul cladirilor fara subsol fundatiile se pot realiza cu aceeasi latime pana la cota ±0,00 sau se poate prevedea un element cu latimea mai redusa intre nivelul terenului si cota ±0,00 numit soclu. In mod frecvent, portiunea de deasupra terenului, pana la cota ±0,00, a peretilor exteriori se numeste soclu, indiferent de modul de realizare a fundatiei. Peretele exterior de la cota ±0,00 se poate realiza retras, la acelasi nivel sau in exterior in raport cu soclul.
Latimea fundatiei se stabileste prin calcul in functie de

- calculul terenului de fundare la eforturile transmise de fundatie, astfel incat presiunile la contactul intre fundatie si teren sa aiba valori acceptabile

- grosimea peretelui sau a soclului care reazema pe fundatie

B > b+10 cm sau B > Bs +10 cm;

- dimensiunile minime necesare pentru executarea sapaturilor conform tabelului de mai jos

Tabel 11.1

Inaltimea soclului si a blocului de fundatie va fi de minim 40 cm.

Aceste fundatii se numesc rigide pentru ca sunt nearmate, insa pentru a micsora eforturile unitare de intindere (pentru a putea fi preluate de betonul simplu) este necesar ca sa fie indeplinita conditia:

tg α > tg α min ; tg α = Hf / a

Valorile minime tg α sunt cele din tabelul 11.2 de mai jos

Tabel 11.2

Fundatiile bloc cu o singura treapta se recomanda atunci cand latimea fundatiei B depaseste latimea peretelui sau a soclului cu cel mult 5,0 ÷ 15,0 cm de fiecare parte.

In situatiile in care latimea fundatiei B depaseste latimea peretelui cu mai mult de 15 cm de fiecare parte se recomanda solutia de fundatie bloc de beton cu trepte (maxim 3 trepte), a caror inaltime minima este de 30 cm, inaltimea treptei inferioare este de minim 40 cm, fiind necesara la determinarea blocului si a treptelor, respectarea valorii tg α min, respectiv:

tg α >tg α min. Valorile pentru tg α min conform tabel 11.2.

Fundatiile cu trepte au avantajul unei economii importante de beton, dar necesita folosirea de cofrajelor si executia umpluturilor intre perete si sapatura, cu pamant bine compactat, in straturi de circa 20 cm grosime.

b) Fundatii continue tip bloc si cuzinet. In acest caz fundatia este formata dintr-un bloc continuu din beton simplu si un cuzinet continuu (sau centura) din beton armat. Aceste fundatii se prevad in special la structurile cu diafragme din beton armat monolit.

Fundatiile de tip bloc si cuzinet ale peretilor nu sunt admise in cazurile in care paretele este rezemat excentric fata de talpa blocului de beton.

Inaltimea treptei este de minim 40 cm la blocul de beton cu o treapta

Blocul de beton poate avea cel mult 3 trepte a caror inaltime minima este de 30 cm, inaltimea treptei inferioare este de minim 40 cm.

Clasa betonului este de minim C4/5; daca in bloc sunt prevazute armaturi pentru ancorarea cuzinetului clasa betonului este de cel putin C 8/10;

Inaltimea blocului de beton se stabileste astfel incat     tg α sa respecte valorile minime din tabelul 11.2.; aceasta conditie trebuie respectata si in cazul blocului realizat in trepte;

Cuzinetul de beton armat se proiecteaza respectand urmatoarele

Cuzinetul se realizeaza cu forma prismatica si se recomanda urmatoarele intervale pentru raportul Bc /Bf :

- bloc de beton cu o treapta Bc /Bf = 0,50÷ 0,65

- bloc de beton cu mai multe trepte Bc /Bf = 0,40 ÷ 0,50

Inaltimea cuzinetului Hc va respecta urmatoarele valori minime

Hc ≥ 30 cm

Hc/Bc ≥ 0,25

tg ≥ 0,65 (tg = Hc/a); daca tg ≥ 1,0 nu mai este necesara verificarea cuzinetului la forta taietoare;

Clasa betonului este de minim C 8/10;

Armarea centurii (cuzinetului) se realizeaza cu armaturi de rezistenta dispuse pe latime si armaturi de repartitie in sens longitudinal. In cazul unor incarcari orizontale mari este posibil sa fie necesara ancorarea centurii in talpa. Procentul minim de armare este de 0,10% pentru araturi OB37 si 0,075% pentru armaturi PC52.

Diametrul minim al armaturilor este de 10 mm iar distanta maxima intre armaturi va fi de 25 cm si distanta minima va fi de 10 cm.

c) Fundatii continue elastice

Se realizeaza din beton armat, fiind prevazute in special la cladiri avand mai mult de 5 niveluri cu structura din diafragme din beton monolit sau panouri mari.

Fundatiile continue elastice se recomanda in cazul incarcarilor mari transmise unui teren de fundare care are rezistente mici sau care este neuniform. In aceste conditii rezulta o latime mare a talpii si pentru respectarea conditiei tg α > tg α min este necesara o crestere corespunzatoare a inaltimii fundatiei. In aceste conditii solutia de fundatie din beton simplu nu mai este o solutie economica si in consecinta se impune folosirea betonului armat, respectiv fundatii elastice, care asigura economie de beton si manopera la executia sapaturii, precum si o suprafata mare de rezemare pe teren fara cresterea greutatii proprii a fundatiei.

In sectiune transversala talpa fundatiei este prismatica, cu evazari sau cu suprainaltare si evazari, in functie de marimea incarcarilor si caracteristicile mecanice ale terenului de fundare.

Fundatia cu talpa dreptunghiulara se adopta in cazul unor incarcari relativ mici. Pentru asigurarea rigiditatii necesare si repartizarea uniforma a presiunilor pe teren, se impune inaltimea minima astfel ca raportul Hf/Bf sa aiba valorile minime conform tabelului de mai jos (tabel 11.3):

Tabel 11.3

Fundatia cu talpa evazata se adopta la latimi mai mari ale fundatiei, pentru a se reduce consumul de beton. In cazurile unor incarcari mari sau al terenurilor cu posibilitati de tasari neegale, se mareste rigiditatea si capacitatea portanta a fundatiilor prin suprainaltarea talpii.

Inaltimea fundatiei Hf, trebuie sa fie cel putin de 30 cm si multiplu de 5 cm, iar H' , are valoarea minim 25 cm.

Clasa minima a betonului va fi de minim C8/10

d)Fundatii continue cu descarcari pe reazeme izolate.
Sunt formate din grinzi din beton armat care preiau greutatea peretilor si o transmit unor fundatii izolate (blocuri din beton simplu), pe care reazema. Se utilizeaza la cladiri fara subsol, grinda avand rol de soclu. Sunt avantajoase din punct de vedere economic in cazul cand terenul bun de fundare este la adancimi de peste 2 m. Nu se recomanda la terenuri cu tasari inegale si in zone cu grad de seismicitate ridicat.

4.2. Fundatii izolate
Fundatiile izolate se utilizeaza in cazul stalpilor din beton, zidarie, metal sau lemn. Se realizeaza din beton si pot fi cu talpa din beton armat, cu bloc si cuzinet sau prefabricate de tip pahar.

La alcatuirea fundatiilor izolate se va tine seama de urmatoarele reguli generale:

- sub fundatiile de beton armat se prevede un strat de beton de egalizare de 5-10 cm;

- fundatiile se pozitioneaza, de regula, centrat in axul stalpului

- pentru stalpii de calcan, de rost sau situatii in care exista in vecinitate alte elemente de constructii sau instalatii se pot utiliza fundatii excentrice in raport cu axul stalpului in acest caz momentul transmis talpii fundatiei se poate reduce prin prevederea de grinzi de echilibrare.
a) Fundatiile cu talpa din beton armat se realizeaza sub forma prismatica cand suprafata fundatiei este sub 1 m sau cu talpa tesita (obelisc) cand suprafata este mai mare de 1 m.

Inaltimea dundatiei Hf se stabileste functie de urmatoarele -asigurarea rigiditatii fundatiei de beton armat se realizeaza prin impunerea valorii raportului minim dintre inaltime (Hf) si dimensiunea cea mai mare in plan (Lf , Lf > Bf, la valorile din tabelul 11.3. prezentat mai sus in care Bf este Lf, daca Lf > Bf;

- verificarea fundatie la forta taietoare; daca se respecta valorile minime ale raportului dintre inaltime (Hf) si dimensiunea cea mai mare in plan, date in tabelul 11.3., sectiunea de beton poate prelua forta taietoare nefiind necesare armaturi transversale

- panta fetelor inclinate ale fundatiei nu va fi mai mare de 1

- valoarea minima a fundatiei Hf min = 30 cm iar H' min = 25 cm.

Procentul minim de armare este de 0,10% pentru araturi OB37 si 0,075% pentru armaturi PC52.

Diametrul minim al armaturilor este de 10 mm iar distanta maxima intre armaturi va fi de 25 cm si distanta minima va fi de 10 cm.

b) Fundatii izolate cu bloc si cuzinet. Sunt alcatuite dintr-un bloc de beton simplu si un cuzinet din beton armat. Blocul de beton poate avea cel mult 3 trepte a caror inaltime minima este de 30 cm, inaltimea treptei inferioare este de minim 40 cm.

Toate precizarile de la fundatiile continue cu bloc de beton si cuzinet de beton armat sunt valabile si la acest tip de fundatii.

c) Fundatii de tip pahar (monolite sau prefabricate). Se realizeaza din beton armat sub forma prismatica sau evazata. In ansamblu, dimensiunile fundatiilor pahar trebuie sa respecte conditiile constructive necesare pentru asigurarea rigiditatii, atat in cazul fundatiilor monolite cat si in cazul celor prefabricate, intervenind si conditii suplimentare referitoare la dimensiunile minime ale peretilor paharului, ale spatiului dintre stalp si peretii fundatiei, ale grosimii minime sub stalp, incat sa se asigure incastrarea stalpului in fundatie.
Pe langa armarea obisnuita cu bare dispuse la partea inferioara sub forma de plase, este necesara armarea peretilor fundatiei pentru preluarea momentului incovoietor de la baza stalpului

Grosimea fundului paharului H' , rezulta in urma verificarii la strapungerii.

Inaltimea paharului

Hp ≥ 1,21 ls, in cazul stalpilor cu sectiune dreptunghiulara cu dimensiunile ls si bs, ls > bs

Hp ≥ 50 cm in cazul stalpilor la constructii etajate

Hp ≥ Hs/11 la fundatiile stalpilor de hale cu poduri rulante si ai estacadelor; Hs este inaltimea libera a stalpului de la fata superioara a fundatiei pana la rigla acoperisului.
d) Fundatii izolate sub stalpii metalici.
Se proiecteaza sub forma de bloc simplu sau cu bloc din beton simplu si cuzinet din beton armat . Stalpul metalic este prevazut cu o placa metalica de baza cu dimensiunile in plan mai mari decat ale sectiunii orizontale prin stalp, care se prinde de fundatie cu ajutorul suruburilor.

4.3. Fundatii pe retele de grinzi In cazul unor terenuri de fundare mai slabe, care conduc la fundatii izolate cu suprafete mari sau cu pericol de tasari inegale, se realizeaza fundatii pe retele de grinzi . Reteaua este formata din grinzi de beton armat monolit, dispuse pe ambele directii, cu aceeasi inaltime, stalpii fiind amplasati la intersectia grinzilor. Cresterea rigiditatii si capacitatii portante a grinzilor se poate face si prin prevederea de vute

4.4. Fundatii pe radier general

Radierul general este format dintr-o placa din beton armat monolit prevazuta sub toata constructia. Pe radier reazema toate elementele structurale verticale si acesta le transmite terenului de fundare. Pe contur se prevad peretii de subsol din beton monolit, care impreuna cu radierul general si planseul peste subsol formeaza o asa-zisa cuva. Solutia constructiva cu radier general se adopta in cazurile unor incarcari mari si terenuri de fundare mai slabe, precum si in cazurile in care exista apa subterana la adancimi relativ mici.

Radierul poate fi alcatuit dintr-o placa plana cu grosime mare (care poate depasi 1 m) sau din placa cu grinzi. Solutia cu radier general poate fi aplicata in cazul structurilor cu diafragme, cadre, mixte sau tubulare.

5.FUNDATII INDIRECTE

Fundatiile indirecte (de adancime) se adopta cu scopul de a transmite incarcarile la terenul bun de fundare situat la adancime mare (uneori la peste 20-30 m). Din aceasta categorie fac parte fundatiile pe piloti, chesoane si coloane.
a) Fundatiile pe piloti. Pilotii sunt elemente liniare din lemn sau beton armat, (prefabricati sau monoliti), care se introduc in teren prin diverse metode. Apoi, ansamblul de piloti se leaga la partea superioara cu o placa groasa din beton armat monolit, numita radier, pe care se executa constructia.
Pilotii prefabricati se introduc in teren prin batere, vibrare si vibropercutie sau insurubare si subspalare cu jet de apa sub presiune.

Pilotii monoliti se realizeaza prin betonarea unui foraj in care s-a introdus armatura sub forma de carcasa. Forarea se poate executa fara tub metalic sau cu tub metalic de protectie. Tubul poate fi nerecuperabil sau recuperabil (procedeele Franki, Benoto, Wolfholtz, Simplex etc.).
b) Fundatii pe chesoane Chesoanele pentru fundatii sunt elemente din beton prefabricat cu dimensiuni mari sub forma de cutii care patrund in teren prin saparea si evacuarea pamantului din interiorul lor. La partea superioara a chesoanelor se realizeaza un radier din beton armat monolit. c) Fundatii pe coloane. Coloanele pentru fundatii sunt elemente de forma tubulara de diametru mare, din beton armat sau metal, introduse in teren prin vibrare sau forare-excavare si apoi umplute cu beton armat. Coloanele se introduc in teren pana la adancimi de 40 m. In final se realizeaza radiere din beton armat la partea superioara a coloanelor.