Studiu privind optimizarea gruparii pilotilor pentru fundarea cladirilor

In cazul stratificatiilor complexe ale terenurilor de fundare, fundatia pe piloti este una dintre solutiile des folosite pentru transmiterea incarcarilor mari de la suprastructura la un strat bun de fundare situat la adancime. De cele mai multe ori, pilotii au aceleasi caracteristici dimensionale si sunt distribuiti la aceleasi distante pe radier, rezultand un consum mare de resurse la costuri importante in raport cu costul suprastructurii. Prin optimizarea unei fundatii pe piloti se urmareste reducerea costurilor infrastructurii si a consumului de resurse, mentinand in acelasi timp performantele in termeni de capacitate portanta.

Un studiu – pe care il vom prezenta in continuare – vizand optimizarea unei fundatii pe piloti pentru aceeasi suprastructura a cladirii, luandu-se in calcul lungimi variabile ale pilotilor, precum si utilizarea unui numar mai mic sau mai mare de piloti, cu modificarea distantelor dintre acestia, a demonstrat ca distributia, lungimea si numarul pilotilor pot fi optimizate astfel incat fundatia sa preia eficient incarcarile provenite din suprastructura, asigurand o buna exploatare in timp, cu reducerea atat a costului cat si a timpului de executie.

Dezvoltarea oraselor si cresterea numarului de locuitori au dus la o restrangere a spatiului construibil disponibil si la utilizarea unor zone cu stratificatii dificile din punct de vedere al fundarii directe. Reglementarile romanesti si europene [1], [2] necesita mai multe clarificari pentru proiectarea fundatiilor indirecte, din acest motiv domeniul prezentand interes constant pentru noi contributii aduse prin cercetare [3]. Pentru proiectarea la Starea Limita Ultima – GEO, stabilirea capacitatii portante a unui pilot in procesul proiectarii unei fundatii pe piloti reprezinta unul dintre cele mai importante aspecte, rolul pilotilor fiind acela de a prelua fortele transmise de la suprastructura si a le transfera la un strat considerat bun de fundare, situat la adancime.

Vom prezenta, in continuare, un exemplu de optimizare a pilotilor din punct de vedere al consumului de resurse pentru o structura cu regimul de inaltime 2S+P+8E situata in Municipiul Iasi. Pornind de la acest criteriu, pentru determinarea unor dimensiuni optime s-au luat in considerare diametre uzuale cuprinse in intervalul 40 cm – 108 cm si lungimi diferite din intervalul 8,00 m – 14,00 m. Pentru distributia si stabilirea numarului de piloti pe radier, s-a calculat capacitatea portanta ultima la compresiune a unui pilot prin metoda prescriptiva descrisa in NP 123:2010.

PROIECTAREA PILOTILOR

Capacitatea portanta a unui pilot izolat supus la compresiune

Calculul capacitatii portante s-a realizat conform normativului NP 123:2010, pe baza metodei prescriptive, cu relatia de calcul prezentata in capitolul 7.2.4.2.5. pentru piloti flotanti de dislocuire:

unde:

R_c,d – valoarea de calcul al lui R_c; R_b,d – valoarea de calcul a rezistentei de baza a pilotului; R_b,k – valoarea caracteristica rezistentei de baza a pilotului; g_b2 – coeficient partial pentru rezistenta de baza a pilotului; R_s,d – valoarea de calcul a rezistentei de frecare pe suprafata laterala a pilotului; R_s,k – valoarea caracteristica a rezistentei de frecare pe suprafata laterala a pilotului; g_s2 – coeficient partial pentru rezistenta prin frecare pe suprafata laterala a pilotului; A_b – aria sectiunii transversale in planul bazei pilotului; q_b,k – valoarea caracteristica a presiunii de baza; U – perimetrul sectiunii transversale a pilotului; l_i – lungimea pilotului in contact cu stratul i; q_s,k,i – valoarea caracteristica a rezistentei de frecare laterala in stratul i.

Stratificatia terenului

din amplasament

La proiectarea si alcatuirea pilotilor s-a tinut cont de informatiile din studiul geotehnic. In Tabelul 1 este prezentata stratificatia terenului, iar in Tabelul 2 sunt prezentati parametrii fizici si mecanici. Nivelul apei subterane a fost interceptat in forajul geotehnic la adancimea de 2,60 m si s-a stabilizat la o adancime de 1,10 m.

Dimensiuni si restrictii impuse de vecinatatile existente pe amplasament

Odata cu cresterea cerintelor din domeniul imobiliar si disponibilitatea din ce in ce mai redusa a terenurilor construibile, a aparut necesitatea ocuparii in procent mai mare a suprafetelor, pana la limita de proprietate. In cazul prezentat, ca solutie tehnica s-a optat pentru realizarea unei incinte perimetrale pe laturile limitei de proprietate si a unei fundatii indirecte pe piloti solidarizati cu un radier cu dimensiunile in plan de 26,20 m x 16,60 m. Structura de rezistenta a cladirii este realizata in cadre, stalpii avand o sectiune de 80 cm x 80 cm, iar grinzile, de 30 cm x 55 cm.

CAPACITATEA PORTANTA A PILOTILOR

Pentru realizarea unor comparatii relevante, capacitatea portanta ultima la compresiune a fost stabilita pentru diametre variabile: de 40 cm, 60 cm, 88 cm si 108 cm, respectiv lungimi cuprinse intre 8,00 m si 14,00 m. Calculul acestor capacitati portante se poate dovedi extrem de folositor in procesul de stabilire a numarului de piloti si a volumului de beton necesar realizarii acestora.

In Tabelul 3 se poate observa in mod firesc o crestere a capacitatii portante pe masura cresterii diametrului si lungimii pilotilor considerati ca optiuni in studiu. In figura 2, variatia capacitatii portante prezinta cresterea semnificativa inregistrata la cresterea diametrului chiar si pentru lungimi reduse.

Stabilirea numarului de piloti in functie de capacitatea portanta

Pe baza incarcarilor de la suprastructura si in functie de capacitatile portante determinate anterior, s-au determinat numarul de piloti necesar pentru fiecare caz in parte (Tabelul 4) si volumul corespunzator de beton pentru realizarea grupei de piloti (Tabelul 5).

Valorile prezentate in cele doua tabele sunt corelate grafic in figurile 3 si 4. Considerand resursele necesare ce urmeaza a fi alocate realizarii fundatiei si timpul asociat lucrarilor, rezulta urmatoarele observatii:

• Din punct de vedere al timpului, un numar mai mic de piloti se poate realiza intr-un interval de timp mai mic. Astfel, pentru scenariul cu cel mai mare diametru (108 cm) si cea mai mare lungime (14 m) este necesar cel mai mic numar de piloti, respectiv de 46.
• Din punct de vedere al consumului de beton, pilotii cu diametrul cel mai mare (108 cm) necesita cel mai mare volum de beton.
• Din corelarea numarului de piloti cu volumul de beton necesar acestui numar apare o relativitate privind situatia cu cel mai mic consum de timp, respectiv de resurse materiale (volum de beton, respectiv lungime de foraj). Astfel, la cel mai mic numar de piloti (46) cu diametrul de 108 cm si lungimea de 14 m, volumul de beton este comparabil cu cel pentru 82 de piloti cu lungimea de 8 m. In cealalta extrema, pentru 66 de piloti cu diametrul de 108 cm si lungimea de 10 m volumul de beton este cu 15% mai mare (aprox. 608 m3) decat pentru 62 de piloti cu diametrul cu 20% mai mic (de 88 cm) si lungimea de 14 m, deci aprox. 15% mai mare.

CONCLUZII

Fundatiile pe piloti sunt solutii de fundare des intalnite in zonele cu terenuri slabe de fundare in suprafata pentru care suprastructura transmite incarcari mari. De cele mai multe ori, in practica inginereasca, tendinta – in urma calculelor de capacitate portanta pentru evitarea instalarii Starii Limita Ultime (SLU) – este sa se mareasca diametrul pentru asigurarea capacitatii portante necesare, ceea ce duce de cele mai multe ori la un consum ridicat de beton.

In urma analizelor efectuate, se poate concluziona ca, desi numarul de piloti scade cu cresterea lungimii si a diametrului iar capacitatea portanta creste in functie de cresterea acelorasi parametri, consumul de resurse prin volumul de beton utilizat este dificil de corelat la acelasi numar de piloti cu diametrul si lungimea pilotilor. Aceasta lipsa de predictibilitate conduce la recomandarea de a evita false generalizari, care de regula pot conduce la costuri semnificative cu grad de utilizare al fundatiei (A = F_d/R_d) redus.

BIBLIOGRAFIE

[1] SR   EN   1997-1-1   Eurocod   7. Proiectarea geotehnica. Partea l: Reguli generale;

[2] NP 123:2010 Normativ  privind proiectarea geotehnica a fundatiilor pe piloti;

[3] SZERZŐ A., Proiectarea geotehnica a fundatiilor pe piloti. Dificultati de armonizare intre normativul NP123-2010 si SR EN 1997-1, Revista Romana de Geotehnica si Fundatii, nr. 2, 2017. q

(Lucrare prezentata in cadrul celei de‐a XIV‐a Conferinte Nationale de Geotehnica si Fundatii CNGF, Bucuresti, 2‐3 iunie 2021)

Autori:

drd. ing. Eduard VOICU,

s.l. dr. ing. Iancu-Bogdan TEODORU,

prof. univ. dr. ing. Irina LUNGU – Universitatea Tehnica „Gheorghe Asachi” din Iasi, Facultatea de Constructii si Instalatii

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 197 – noiembrie 2022, pag. 42