Influenta adancimii de fundare asupra capacitatii portante a terenului si a stabilitatii constructiilor inalte

Costurile de executie ridicate, datorate, in special, caracteristicilor geotehnice improprii ale terenului de fundare si valorii de piata a amplasamentelor, au condus la dezvoltarea constructiilor pe verticala. Un rol determinant in aceasta privinta il are capacitatea portanta a terenului, care influenteaza alegerea sistemului de fundare.

Determinarea factorilor care influenteaza capacitatea portanta, precum rezistenta la forfecare, compresibilitatea terenului de fundare si adancimea de asezare a talpii fundatiei, este esentiala pentru proiectarea, executia si exploatarea in siguranta a constructiilor. In conditiile executarii parcarilor langa constructiile inalte, cu respectarea rosturilor de tasare, apar unele probleme privind determinarea capa­citatii portante si implicit, stabilirea adancimii de fundare.

In lucrare se prezinta un studiu de caz in care se ia in considerare o asemenea situatie si se trag o serie de concluzii utile pentru proiectarea in cazuri asemanatoare.

Executia unor constructii rezistente si durabile este strans legata de mediul in care sunt amplasate, respectiv terenul de fundare. Interesul manifestat de cercetatorii din domeniu a dus la evidentierea unei game variate de roci care pot fi folosite, in momentul de fata, ca teren de fundare. Cu toate acestea, comportamentul pamantului sub incarcarile exterioare poate fi, adeseori, imprevizibil, de stabilitatea si rezistenta lui depinzand existenta intregului ansamblu construit.

Sunt situatii in care nu se acorda suficienta importanta caracteristicilor terenului de fundare. Aceste caracteristici dicteaza, de cele mai multe ori, tipul si costul constructiilor, determina masurile speciale de executie si masurile de consolidare ale amplasamentului. Toate aceste aspecte determina incadrarea tere­nului de fundare, din punct de vedere al preluarii sarcinilor prove­nite de la constructie, in doua mari categorii:

• pamanturi cu proprietati bune de fundare;
• pamanturi cu proprietati neco­respunzatoare (pamanturi dificile de fundare).

Un interes deosebit a fost acordat, in ultima perioada, pamanturilor dificile de fundare.

In incercarea de valorificare a terenurilor disponibile, in special in marile aglomerari urbane, s-a ajuns la ridicarea constructiilor pe astfel de terenuri.

O solutie pentru terenurile de fundare care prezinta proprietati fizico-mecanice insuficiente pentru cerintele investitorului este imbu­natatirea terenului, solutie care poate fi privita ca o alternativa economica pentru a spori oportunitatile de construire. Imbunatatirea terenului ofera posibilitatea executiei constructiilor subterane in locatii in care acest lucru ar fi fost imposibil de realizat.

Masurile de imbunatatire a tere­nului au permis marirea suprafetei construite in zona intravilana. Diversitatea tipurilor de constructii si neomogenitatea stratificatiei terenului au determinat aparitia unui numar variat de concepte si sisteme de fundare, din ce in ce mai complexe.

CARACTERISITICI CARE INFLUENTEAZA CAPACITATEA PORTANTA A TERENULUI DE FUNDARE

Pentru a putea determina capacitatea portanta a pamantului este necesara cunoasterea unor caracteristici precum rezistenta la forfecare, compresibilitatea si adancimea de fundare.

Sub actiunea sarcinilor exterioare, terenul va suferi deformatii care depind de marimea sarcinii, de marimea suprafetei prin care se transmite sarcina si de durata de actiune a acesteia. Deformatiile pot sa apara sub forma deplasarii unei mase mari de pamant sau sub forma unor deformatii locale ce afecteaza un volum redus de pamant.

Compresibilitatea se manifesta prin capacitatea unui pamant de a se deforma sub actiunea unor incarcari. Prin determinarea ei se pot prevedea deformatiile verticale si orizontale ce apar sub actiunea sarcinilor transmise de fundatii. In prima instanta, acestea sunt preluate de toate fazele constituente ale pamantului. Aerul si apa preiau o parte din sarcina exterioara, insa odata cu trecerea timpului sunt eli­minate iar scheletul mineral preia si aceste incarcari [1].

Valoarea modulului de deformatie al intregii mase de pamant este mai mica decat cea a scheletului mineral; astfel, deformatiile apar prin reducerea volumului de goluri din interiorul masivului. Reducerea porozitatii provoaca in pamant o asezare mai densa a granulelor si marirea suprafetelor de contact dintre granule, avand loc o consolidare a acestuia [2].

Daca se aplica asupra unui masiv de pamant o incarcare uniform distribuita, se constata ca o coloana de pamant din axul de simetrie al suprafetei de incarcare sufera doar deformatii verticale (fig. 1). Insa, la o coloana marginala lipsa de simetrie duce la aparitia unor deformatii laterale. Pentru determinarea compresibilitatii este necesara cunoas­terea ambelor deformatii [3].

Atunci cand se incarca un masiv de pamant, pe masura ce creste presiunea, componentele tangen­tiale si normale ale eforturilor cresc si ele. Daca se continua cresterea, la un moment dat acestea ajung la o valoare limita, in functie de rezistenta limita a materialului. Capacitatea de rezistenta, generata de fortele de legatura dintre elementele constitutive ale pamantului, ce se opun actiunii tensiunilor tangentiale efective, reprezinta rezistenta la forfecare.

Aparitia unor puncte in care eforturile tangentiale t depasesc rezistenta la forfecare duce la crearea in pamant a unor suprafete de cedare, in lungul carora se produce depla­sarea. Rezistenta si stabilitatea se considera asigurate daca in masa de pamant nu este atinsa starea limita de rezistenta intr-un punct sau daca zona care include astfel de puncte are o extindere limitata in spatiu. Pentru ca ruperea masivului de pamant sa nu se produca (fig. 2), trebuie ca starea de eforturi datorata incarcarilor exterioare care exista intr-un masiv de pamant sa atinga cel mult starea de echilibru limita.

Un alt factor care dicteaza valoa­rea capacitatii portante este adan­cimea de fundare, care reprezinta distanta masurata de la nivelul terenului (natural sau sistematizat) pana la talpa fundatiei. In functie de aceasta, ruperea terenului se poate produce prin refulare dupa supra­fete continui sau prin indesarea sub talpa fundatiei.

Adancimea minima de fundare depinde de o serie de factori: adancimea de inghet in amplasament, nivelul apei subterane si natura terenului de fundare.

Fundatia se considera a fi corect executata doar in cazul in care, la stabilirea adancimii de executie, sunt luati in considerare toti acesti factori, cu conditia suplimentara ca talpa fundatiei sa patrunda cel putin 20 cm in terenul bun natural de fundare sau in stratul de fundare imbunatatit [4].

O atentie deosebita se acorda pamanturilor dificile, la care adan­cimea de fundare este indicata in reglementarile tehnice de referinta specifice acestor cazuri.

INFLUENTA ADANCIMII DE FUNDARE ASUPRA CAPACITATII PORTANTE A TERENULUI DE FUNDARE.

Studiu de caz

Amplasamentul considerat este situat in intravilanul orasului Iasi, pe o suprafata de aproximativ 2.700 m2, zona ce are asigurata stabilitatea locala si generala. Studiile realizate in terasele existente in regiune, de-a lungul ultimelor zeci de ani, au aratat ca ponderea terenurilor ocupate de spatiul urban are o favorabilitate redusa pentru constructii. Aproximativ 70% din suprafata actuala a urbei prezinta acest tip de terenuri, cu favorabilitate medie si scazuta pentru locuire si, din acest motiv, a aparut o bariera naturala in calea extinderii municipiului [5].

Orasul Iasi este situat intr-o zona seismica cu o valoare de varf a acceleratiei tere­nului pentru proiec­tare a_g = 0,20 · g pentru cutremure avand un interval mediu de recu­renta IMR = 100 ani si o perioada de control (colt) T_c = 0,7 sec [6].

Amplasamentul studiat este pentru doua blocuri cu un regim de inaltime D+P+11E, cu o cota superioara de +39,00 metri.

Studiile efectuate pentru determinarea stratificatiei terenului din zona au evidentiat:

• sol vegetal cu umplutura de pamant in grosime de la 3,9 m pana la 4,2 m;
• argila prafoasa cafenie, plastic vartoasa cu grosimea stratului de 4,1 m cu caracter contractil. Apa subterana prezinta debite si directii imprevizibile, determinate de structura stratului de umplutura. Nivelul hidrostatic este variabil de la adancimea de -4,5 m, stabilizat la -3,0 m, pana la adancimea de -3,5 m, stabilizat la -2,6 m. Apa subterana prezinta agresivitate sulfatica.

Stratul bun de fundare se afla la adancimea de peste 4,0 m de la cota terenului amenajat. Din acest motiv, solutia de fundare aleasa a fost un radier general cu grosimea de 50 cm si grinzi de 80 cm x 100 cm, din beton armat, care reazema pe o perna din balast compactata cu grosimea de 1,5 m si evazata fata de conturul fundatiilor cu 1,80 m.

Influenta adancimii de fundare in determinarea capacitatii portante

In cazul analizat au fost executate mai intai infrastructura si suprastructura blocurilor, urmand ca apoi sa se realizeze parcari subte­rane in jurul structurilor existente. Structura parcajelor cu regim de inaltime demisol este realizata din cadre de beton si pereti perimetrali din beton in zona de contact cu terenul. Fundatiile acestora sunt fundatii izolate sub stalpi si continue sub zidurile de beton.

Calculul capacitatii portante s-a facut cu normele romanesti in vigoare pentru deter­minarea presiunilor folosind formulele [4]:

unde:

m_l = coeficient al conditiilor de lucru;

y¯ = media ponderata a greutatii volumice a straturilor, pe o adancime B/4 sub fundatie;

B = latura mica a fundatiei;

q = suprasarcina la nivelul talpii fundatiei, lateral fata de fundatie;

c, c* = valoarea de calcul a coezi­unii stratului de pamant de sub talpa fundatiei;

N₁, N₂, N₃ = coeficienti adimensionali;

g* = greutatea volumica de calcul a straturilor de pamant de sub talpa fundatiei;

N_g, N_q, N_c = coeficienti de capa­citate portanta ce depinde de unghiul frecarii interioare;

l_g, l_q, l_c = coeficienti de forma ai talpii fundatiei.

Folosind aceste relatii, in care intervine si valoarea adancimii de fundare, calculata de la nivelul terenului natural pana la adancimea de -3,95 m, unde se afla situata talpa fundatiei, s-au obtinut valori de calcul ale presiunilor p_pl = 220 … 240 KPa si p_cr = 260 … 280 KPa.

Problema care apare, insa, in cal­culul capacitatii portante este data de faptul ca, dupa executarea structurilor D+P+11E, beneficiarul a dorit sa construiasca parcari subterane in jurul lor. Aceasta situatie are implicatii directe asupra valorii capacitatii portante a terenului, prin modificarea valorii adancimii de fundare. Astfel, prin diminuarea adancimii de fundare, scade atat valoarea lui q din expresia de calcul pentru presiunea plastica, cat si termenul q • N_q • l_q din expresia de calcul pentru presiunea critica. Deci, micsorand cei doi termeni, valorile presiunilor calculate la starea limita de deformatie si starea limita a capacitatii portante scad, deoarece greutatea pamantului de deasupra talpii radierului este inlaturata, fiind inlesnita, astfel, pierderea stabilitatii cladirilor, prin aparitia suprafetelor de alunecare.

De aceea, solutia ce poate fi adoptata este executia unor piloti care sa incatuseze fundatia si sa impiedice refularea si alunecarea terenului de sub radier, fenomene ce se manifesta prin aparitia unor suprafete locale de alunecare.

BIBLIOGRAFIE

1. Paunescu M., Pop V., Silion T., Geotehnica si Fundatii, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1982;
2. Silion T., Geologie, Geoteh­nica si Fundatii, Rotaprint, vol. II, Iasi, 1971;
3. Cernatescu A., Silion T., Curs de geotehnica, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1963;
4. NP 112-04, Normativ pentru proiectarea structurilor de fundare directa, 2004;
5. Vieriu F., Studiul argilelor sarmatiene si al formatiunilor acope­ritoare din municipiul Iasi, privite ca terenuri de fundare, rezumatul tezei de doctorat, Iasi, 2010;
6. P100-172006, Cod de pro­iectare seismica. Prevederi de proiectare pentru cladiri, 2006.

Autori:
ing. Daniel Alupoae,
dr. ing. Vlad Asuencei,
dr. ing. Adrian Baron,
prof. dr. ing. Paulica Raileanu – Universitatea Tehnica „Gheorghe Asachi“ Iasi, Facultatea de Constructii si Instalatii, Departamentul de Cai de Comunicatii si Fundatii 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 114 – mai 2015, pag. 32