CURS 12 1

PROIECTAREAFUNDATIILOR CLADIRILOR

Dr. ing. Marius MOSOARCAAnul universitar 2010-2011

CURS 12 2

Definirea sistemului structural i a subsistemelor componente ale construciei

Sistemul structural reprezintansamblul elementelor careasigur rezistena i stabilitateaunei construcii sub aciuneancrcrilor statice i dinamice,inclusiv cele seismice.

Elementele structurale pot figrupate n patru subsisteme:suprastructura (S); substructura(B); fundaiile (F); terenul defundare (T)

Suprastructura reprezintansamblul elementelor derezisten situate deasuprainfrastructurii (I).

Infrastructura este alctuit dinsubstructur i fundaii.

CURS 12 3

Substructura este zona poziionatntre suprastructur i fundaii. nraport cu suprastructura, aceastaprezint diferene de alctuire iconformare, care conduc lacapaciti de rigiditate i rezistenmajorate.Fundaiile reprezint ansamblulelementelor structurale caretransmit ncrcrile la terenul defundare.

Terenul de fundare constituiesuportul construciei i reprezintvolumul de roc sau de pmntcare resimte influena construcieirespective sau n care pot avea locfenomene care s influenezeconstrucia.

CURS 12 4

3. Alegerea tipului de fundaieNormativul se refer la urmtoarele tipuri de fundaii directe:a) fundaii izolate;b) fundaii continue;c) fundaii radier;

Sistemul structural al construciei este influentat de:

- tipul de suprastructur (n cadre, cu perei etc.);- dimensiuni (deschideri, travei, nlimi suprateran i subteran);- alctuirea substructurii;- materiale (beton, metal, zidrie etc.);- eforturile transmise fundaiilor n gruprile fundamentale i speciale de

ncrcri;- mecanismul de disipare a energiei induse de aciunea seismic (poziia

zonelor potenial plastice, eforturile transmise fundaiilor etc.);- sensibilitatea la tasri a sistemului structural.

CURS 12 5

Condiiile de teren:

- natura i stratificaia terenului de fundare, caracteristicilefizico-mecanice ale straturilor de pmnt sau de roc ievoluia acestora n timp;

- condiiile de stabilitate general a terenului (terenuri n pantcu structuri geologice susceptibile de alunecri de teren etc.);

- condiiile hidrogeologice (nivelul i variaia sezonier a apelorsubterane, agresivitatea apelor subterane, circulaia apei prinpmnt etc.);

- condiiile hidrologice (nivelul apelor de suprafa, posibilitide producere a inundaiilor, etc.).

CURS 12 6

Condiiile de exploatare ale construciei:

- eforturile transmise la fundaii (din sarcini statice i dinamice vibraii produse de utilaje etc.);

- posibilitatea pierderilor de ap sau substane chimice dininstalaiile sanitare sau industriale;

- nclzirea terenului n cazul construciilor cu degajri mari decldur (cuptoare, furnale etc.);

- degajri de gaze agresive care polueaz apele meteorice iaccentueaz agresivitatea chimic a apelor subterane;

- influena deformaiilor terenului de fundare asupra exploatriinormale a construciei;

- limitarea tasrilor n funcie de cerinele tehnologice specifice.

CURS 12 7

Condiiile de execuie ale infrastructurii:

- adncimea spturii pentru realizarea fundaiilorconstruciei i modul de asigurare a stabilitii spturii;

- existena unor construcii n vecintate care pot fiafectate de lucrrile de execuie a infrastructurii(instabilitatea taluzului, afuierea terenului la realizareaepuismentelor etc.);

- sistemul de epuismente;- prezena reelelor de ap-canal, de gaze, de energie

electric etc.

CURS 12 8

Criterii pentru alegerea adncimii minime de fundare:

Adncimea de fundare este distana msurat de la nivelul terenului (natural sau sistematizat) pn la talpa fundaiei.

Adncimea minim de fundare se stabilete n funcie de:

- adncimea de nghe;- nivelul apei subterane;- natura terenului de fundare;- nlimea minim constructiv a fundaiei;- condiiile tehnologice.

Adncimea de nghe are valorile indicate n reglementarea tehnic de referin STAS 6054/77.

CURS 12 9

Solicitri transmise infrastructurilor

Solicitrile transmise infrastructurilor se determin considernd eforturiletransmise de suprastructur, ncrcrile aplicate direct infrastructurii(ncrcri din greutatea proprie, din ncrcri de exploatare, fore seismiceetc.), presiuni sau mpingeri ale pmntului, presiunea apei etc.

Solicitrile transmise infrastructurilor se determin n gruprilefundamentale de ncrcri i n gruprile speciale de ncrcri.

CURS 12 10

Stabilirea dimensiunilor bazei fundaiei

Dimensiunile bazei fundaiei se aleg astfel nct presiunile lacontactul ntre fundaie i teren s aib valori acceptabile,pentru a se mpiedica apariia unor stri limit care spericliteze sigurana construciei i/sau exploatarea normal aconstruciei.

Strile limit ale terenului de fundare pot fi:

- stri limit ultime (SLU), a crei depire conduce la pierdereaireversibil, n parte sau n totalitate, a capacitii funcionale aconstruciei;

- stri limit a exploatrii normale (SLEN), a crei depireconduce la ntreruperea exploatrii normale a construciei.

CURS 12 11

Proiectarea fundaiilor izolate

Tipuri de fundaii izolate:

a) Fundaiile pentru stlpi de beton armat monolit:- fundaii tip talp de beton armat (fundaii elastice);- fundaii tip bloc i cuzinet (fundaii rigide)

b) Fundaiile pentru stlpi de beton armat prefabricat:- fundaii tip pahar;- alte tipuri de fundaii adaptate sistemului de mbinare dintre stlpul prefabricat i fundaie;

c) Fundaiile pentru stlpi metalici:- fundaii tip bloc i cuzinet;- fundaii tip talp de beton armat.

CURS 12 12

Reguli generale de alctuire a fundaiilor izolate

a) sub fundaiile de beton armat monolit se prevede un strat de beton de egalizare de 50100 mm grosime, stabilit funcie de condiiile de teren, execuie i suprafaa fundaiei;

b) sub fundaiile de beton armat prefabricat se prevede un pat de nisipde 70150 mm grosime;

c) fundaiile se poziioneaz, de regul, centrat n axul stlpului;

d) pentru stlpii de calcan, de rost sau situaii n care exist nvecintate alte elemente de construcii sau instalaii se pot utilizafundaii excentrice n raport cu axul stlpului; n acest caz momentultransmis tlpii fundaiei se poate reduce prin prevederea de grinzi deechilibrare.

CURS 12 13

Fundaii pentru stlpi de beton armat monolit

Fundaiile tip talp de beton armat pot fi de formprismatic sau form de obelisc;

CURS 12 14

nlimea fundaiei (H) se stabilete funcie de urmtoarele condiii:

a) asigurarea rigiditii fundaiei de beton armat; dac se respect valorile minime ale raportului dintre nlimea fundaiei i dimensiunea cea mai mare n plan (H/L) b) verificarea fundaiei la for tietoare; dac se respect valorile minime ale raportului dintre nlimea fundaiei i dimensiunea cea mai mare n plan (H/L), seciunea de beton poate prelua fora tietoare nefiind necesare armturi transversale;c) verificarea fundaiei la ncovoiere;d) valoarea minim a nlimii fundaiei este Hmin = 300 mm.

nlimea la marginea fundaiei tip obelisc (H) rezult n funcie de urmtoarele condiii:

a) nlimea minim necesar pentru ancorarea armturilor de pe talpa fundaiei;b) panta feelor nclinate ale fundaiei nu va fi mai mare de 1/3;c) valoarea minim este Hmin = 250 mm;

CURS 12 15

Armtura fundaiei este compus din:

a) armtura de pe talp, realizat ca o reea din bare dispuse paralel culaturile fundaiei si rezult din verificarea la moment ncovoietor nseciunile de la faa stlpului. n calculul momentelor ncovoietoare dinfundaie se consider presiunile pe teren determinate de solicitriletransmise de stlp.

b) armtura de la partea superioar, realizat din 34 bare dispuse ndreptul stlpului sau ca o reea dezvoltat pe toat suprafaa fundaiei;

CURS 12 16

c) armtura transversal pentru preluarea forelor tietoare se realizeaz ca armtur nclinat dispus n dreptul stlpului Fora tietoare n seciunea de calcul se determin considernd o fisur nclinat cu 45 i presiunile dezvoltate pe teren de forele transmise de stlp.

d) armturi pentru stlp (musti)pentru conectarea cu stlpul de beton armat, rezult n urma dimensionrii/verificrii stlpului.

CURS 12 17

Fundaii tip bloc i cuzinetFundaiile tip bloc de beton i cuzinet sunt alctuite dintr-un bloc debeton simplu pe care reazem un cuzinet de beton armat n care sencastreaz stlpul;Blocul de beton simplu se realizeaz respectnd urmtoarele condiii:a) nlimea treptei este de minimum 400 mm la blocul de beton cu otreapt;b) blocul de beton poate avea cel mult 3 trepte a cror nlime minimeste de 300 mm;

CURS 12 18

c) clasa betonului este minim C4/5; dac n bloc sunt prevzute armturi:C8/10;d) nlimea blocului de beton se stabilete astfel nct tg s respectevalorile minime din tabele;e) rosturile orizontale de turnare a betonului se vor trata astfel nct sse asigure condiii pentru realizarea unui coeficient de frecaresupraunitar ntre cele dou suprafee.

CURS 12 19

Cuzinetul de beton armat se proiecteaz respectnd urmtoarele:a) cuzinetul se realizeaz cu form prismatic;

b) dimensiunile n plan trebuie s fie mai mari dect dimensiunilecare asigur limitarea presiunilor pe planul de contact cu blocul lavalori mai mici dect rezistena de calcul la compresiune abetonului;

c) nlimea cuzinetului (hc) va respecta urmtoalele valori minime:- hc 300mm;- hc/lc 0.25;- tg 0.65;- valori minime de ancorare a armturilor din stlp;

d) clasa betonului este minim C8/10. Rezistena la compresiunelocal a betonului din cuzinet n seciunea de ncastrare astlpului:Rccuzinet 0.7Rc stlp;

e) rostul de turnare dintre bloc i cuzinet se trateaz astfel nct seasigur un coeficient de frecare 1.0

CURS 12 20

Fundaii pentru stlpi de beton armat prefabricai: fundaii tip pahar

nlimea paharului HP se stabileste respectnd urmtoarele cerine:- asigurarea lungimii de ancoraj (lancoraj) a armturilor longitudinale din stlp:

- condiiile de aderen sunt stabilite funcie de modul de realizare a stlpului prefabricat;

- limitarea efectului forei tietoare pe lungimea de stlp introdus n pahar

CURS 12 21

Grosimea fundului paharului (Hf) rezult n urma verificrii lastrpungere; n calcul se va considera situaia cea mai defavorabil desolicitare la strpungere, din faza de montaj sau exploatare aconstruciei.

CURS 12 22

I. Verificarea paharului

Eforturi transmise

peretilor paharului:

a) Peretele frontal se verific laaciunea momentelorncovoietoare Mr i Mc .Armtura rezultat se dispunen treimea superioar aperetelui;

CURS 12 23

b) Verificarea peretelui frontal la for tietoare implic limitarea eforturilor principale n peretele paharului;

c) Pereii longitudinali se verific la ntindere centric cu fora NP. Armturarezultat se dispune simetric pe feele peretelui, distribuit n treimeasuperioar a paharului

d) Armtura rezultat din calculul paharului la compresiune excentric se dispune pe direcie vertical, uniform distribuit pe laturile seciunii.

e) Grosimea minim a pereilor paharului este de:- 200 mm n cazul paharelor din beton armat monolit;

- 150 mm la paharele din beton armat prefabricat.

II. Verificarea tlpii fundaiei pahar:Talpa fundaiei pahar se verific la moment ncovoietor i la for tietoarein seciunile de la faa paharului i din axul stlpului prefabricat.

CURS 12 24

Fundaii pentru stlpi metaliciFundaiile izolate ale stlpilor metalici se realizeaz ca fundaie cu bloci cuzinet.Se pot utiliza i modele de fundaii tip talp armat, de formprismatic, dac nlimea acestora asigur lungimea de nglobarenecesar pentru uruburile de ancorare ale stlpului i este adecvatadncimii de fundare.

CURS 12 25

Stlpul metalic se realizeaz cu o plac de baz prevzut cu rigidizri careasigur transmiterea presiunilor la fundaie i a forelor la uruburile deancorare.Seciunea n plan a plcii de baz rezult din condiiile privind limitareapresiunii maxime pe suprafaa de contact cu betonul la urmtoarele valori:- rezistena la compresiune a betonului din cuzinet;- rezistena la compresiune a mortarului de poz.

Presiunea pe placa de baz se determin considernd solicitrile capabileale stlpului (Ncap i Mcap) i fora de pretensionare a uruburilor.

Blocul de beton se realizeaz respectnd urmtoarele condiii:- nlimea blocului de beton se stabilete in functie de tg;- nlimea treptei este de minimum 400 mm la blocul de beton cu o treapt;- blocul de beton poate avea cel mult 3 trepte;Cuzinetul de beton armat se proiecteaz respectnd urmtoarele condiii:- dimensiunile n plan ale cuzinetul vor fi mai mari cel puin cu 300 mmdect dimensiunile plcii de baz a stlpului- dimensiunile n plan ale cuzinetului se stabilesc i n funcie de condiia delimitare a presiunilor pe planul de contact cu blocul;- nlimea cuzinetului hc va respecta urmtoalele limite minime: hc 300mm;

CURS 12 26

Proiectarea fundaiilor continue de beton armat sub stlpi

Soluia de fundaii continue sub stlpi se utilizeaza pentru:

a) fundaii independente care nu pot fi extinse suficient n plan (construciicu travei sau deschideri mici care determin suprapunerea fundaiilorindependente, stlpi lng un rost de tasare sau la limita proprietii etc.;

b) fundaii izolate care nu pot fi centrate sub stlpi;

CURS 12 27

c) alctuirea general a construciei n care stlpii structurii n cadre aulegturi (la nivelul subsolului) cu pereii de beton armat rezemai pe terenprin fundaii continue;

d) terenuri de fundare susceptibile de deformaii difereniale importante;

CURS 12 28

La proiectarea fundaiilor continue sub stlpi avnd alctuirea degrind se recomand respectarea urmtoarelor condiii:

- fundaiile continue se dispun pe o direcie sau pe dou direcii;- deschiderile marginale ale fundaiilor continue pe o direcie seprelungesc n consol pe lungimi cuprinse ntre 0.200.25L0;- se recomand majorarea valorii limii obinute prin calcul cu cca.20%- nlimea seciunii grinzii de fundaie, se alege cu valori cuprinsentre 1/31/6 din distana maxim dintre doi stlpi succesivi;- clasa minim de beton este C12/15.

CURS 12 29

Armarea fundaiilor

- armtura de rezisten din grinda de fundare rezult din verificareaseciunilor caracteristice la moment ncovoietor, for tietoare i,dac este cazul, moment de torsiune.- trebuie evitate dezvoltarea deformaiilor plastice n grinzile defundare continue n cazul aciunilor seismice.- armtura longitudinal dispus la partea inferioar a grinzii se poatedistribui pe toat limea tlpii.- se recomand dispunerea de armturi drepte i nclinate.- pe feele laterale ale grinzii se dispun armturi minim 10/300 mmOB37.- etrierii rezult din verificarea la for tietoare i moment de torsiune.- armtura de rezisten a tlpii fundaiei n seciune transversalrezult din verificarea consolelor la moment ncovoietor;- dac grinda de fundare este solicitat la momente de torsiuneconsolele se armeaz pe direcie transversal cu etrieri iar longitudinalse dispune armtur dimensionat corespunztor strii de solicitare.- armturile pentru stlpi (musti) rezult din dimensionarea cadrelorde beton armat.

CURS 12 30

Calculul grinzilor continue

Fundaia setrateaz ca ogrind continucu reazeme fixe,acionat de josn sus cuncrcareavariabil liniarntre p1 i p2 irezemat pestlpi.

Prin calcul staticse determinreaciunile Ri nreazeme adic nstlpi.

CURS 12 31

Metoda grinzii continue static determinate

Grinda este ncrcat de jos n sus cu reaciunile terenului i de sus n jos cuncrcrile din stlpi.

Se consider c ncrcrile n stlpi i reaciunile n reazeme coincid. ngrinda static determinat astfel rezultat, momentul ncovoietor ntr-o seciunex se calculeaz considernd momentul tuturor forelor de la stnga seciunii.

CURS 12 32

Proiectarea fundaiilor construciilorcu perei structurali de zidrie

Alctuirea fundaiilor se difereniaz funcie de urmtoarele condiii:

a) condiiile geotehnice de pe amplasament;b) zona seismic de calcul a amplasamentului:- seismicitate ridicat - zonele AD- seismicitate redus - zonele EFc) regimul de naltime al construciei:- foarte redus - cldiri parter (P) sau cldiri parter i etaj (P+1E)- redus - cldiri cu puine niveluri (P+2EP+4E)d) cldire cu sau fr subsol.

CURS 12 33

CURS 12 34

Fundaii la cldiri amplasate pe teren bun de fundare n zone cu seismicitate ridicat

Solicitarile la nivelul terenului de fundare se determin funcie de eforturile transmise de suprastructur considernd comportarea de ansamblu a infrastructurii

CURS 12 35

Racordarea n trepte a fundaiilor este necesar nurmtoarele situaii:

- amplasament pe terenuri n pant sau stratificaie nclinat;- cldiri cu subsol parial;- intersecii de fundaii avnd cote de fundare diferite;

Se recomand respectarea urmtoarelor condiii:

- racordarea ntre cotele de fundare diferite s se realizeze ntrepte;

- linia de pant a treptelor s respecte condiia tg 0.65;- nlimea treptelor se limiteaz la 0.50 m n terenuri puin

coezive, respectiv 0.70 m n terenuri coezive saucompactate;

- cota superioar a blocului de fundaie se pstreaz laacelai nivel pe cel puin ntreaga lungime a zonei deracordare.

CURS 12 36

CURS 12 37

Proiectarea fundaiilor construciilor cu perei structurali de beton armat

Pereii structurali de beton armat avnd rigiditate i rezisten maretransmit infrastructurii n gruprile speciale de ncrcri eforturisemnificative (M i T) i sunt, insuficient lestai (for axial mic),astfel nct soluia de fundaie independent nu poate fi utilizat.

Solicitrile mari (M, Q) transmise de pereii infrastructurii pot fipreluate de:

- fundaii dezvoltate n plan ca o reea de fundaii continue, pe una saudou direcii

- infrastructuri cu rezisten i rigiditate foarte mare, alctuite din pereide beton armat, planee i fundaii de tip radier considerate ca ostructur spaial;

Prin calibrarea rezistenei elementelor sistemului structural(suprastructur i infrastructur) se realizeaz dirijareamecanismului de plastificare n cazul aciunilor seismice intense.Deformaiile plastice sunt dirijate n suprastructur iar infrastructuraeste proiectat s rspund n domeniul elastic de comportare.

CURS 12 38

CURS 12 39

CURS 12 40

Dirijarea articulaiilor plastice n elementele infrastructurii poate fi acceptat: - n elementele suprastructurii trebuie limitate degradrile produse de cutremure (spitale etc.);

- suprastructura dezvolt rezistene foarte mari datorit alctuirii acesteia, mult peste cerinele proiectrii antiseismice;- inteveniile postseism la elementele infrastructurii se pot realiza cu uurin.

CURS 12 41

Fundaii continue tip talp de beton armat.

Condiiile minimale privind seciunea debeton a fundaiei sunt urmtoarele:

- H are valoarea minim 300 mm;- H are valoarea mai mare de 250 mm;- nlimea la marginea fundaiei (H sau H)

se stabilete astfel nct s fie asiguratlungimea de ancoraj a armturilortransversale de pe talpa fundaiei;

- clasa minim de beton n fundaie esteC8/10.

Armtura transversal rezult dinverificarea consolei tlpii la momentncovoietor n seciunea de la margineaperetelui. Daca peretele este excentricpe talpa fundaiei, armturile pot rezultai din verificarea fundaiei la momentede torsiune.

CURS 12 42

Fundaii continue cu bloc de beton simplu i cuzinet