Appunti di Fondamenti di Tecnologia dell'Architettura

La struttura di fondazione

Introduzione alla struttura

La prima cosa da capire è l’ossatura che tiene tutto il resto (come un edificio sta in piedi). L’edificio è costituito da uno scheletro (può essere di diverse tipologie e materiali con diverse decorazioni). All’interno dello scheletro si inseriscono delle partizioni interne orizzontali e verticali tutto ciò che permette di dare confort all’edificio, come il solaio controterra, le pareti e la parete superiore.

La norma UNI 8290 ci dà la possibilità di comprendere l'edificio in parti, capire come l’edificio possa essere scomposto in parti. Le norme UNI sono norme tecniche, linee guida, non sono obbligatorie, lo sono quando c’è un vuoto legislativo.

Classificazione delle unità tecnologiche

Abbiamo tre colonne: classi unità tecnologiche, unità tecnologiche, classi di elementi tecnici (volendo possiamo anche aggiungere un’altra colonna, più ne aggiungiamo più si entra in profondità). È come se facessimo una TAC al nostro edificio in quanto lo stiamo scomponendo.

Unità tecnologica: unità che si identifica con un raggruppamento di funzioni (che devono essere compatibili tra loro e devono garantire prestazioni finali) compatibili tecnologicamente, necessarie per l’ottenimento di prestazioni ambientali.

Elemento tecnico: si identifica con un prodotto edilizio, più o meno complesso, capace di svolgere completamente o parzialmente funzioni proprie di una o più unità tecnologiche.

Struttura portante

1. Struttura di fondazione:

• Struttura di fondazione dirette (es. plinto – trave a rovescio)
• Struttura di fondazione indiretta (es. palo di fondazione)

2. Struttura di elevazione

3. Struttura di contenimento

La struttura di fondazione è quella parte dell’edificio fondamentale; se le fondazioni non sono eseguite in modo corretto, l’edificio crolla. Le fondamenta sono una parte dell’edificio che fa da interfaccia con il terreno, fanno un collegamento statico. Le fondazioni devono rispondere a un contraltare rispetto a tutte le forze che provengono dall’alto dell’edificio.

Normativa e materiali

Alcuni riferimenti normativi... Si inizia a vedere tutto lo scheletro dell’edificio (elementi verticali, pilastri, e orizzontali, solai) struttura puntiforme, struttura a telaio solitamente in calcestruzzo armato, acciaio, o anche in legno, anche se non può raggiungere determinate altezze.

La base di questo edificio è nascosta, le fondazioni sono coperte dal terreno, non sono visibili (presenza di un piede, plinto). I plinti sono collegati tramite cordolo; legare tutti i plinti permette di tenere legato tutti quanti appartenenti all’edificio. Se ci fossero leggeri affossamenti di un plinto, nel momento in cui c’è questo collegamento, in parte il problema viene attutito. Tempo fa non era necessario collegare i plinti.

Solaio controterra

Solaio controterra (chiusura inferiore dell’edificio, contrapposta alla copertura superiore dell’edificio) - struttura a pareti portanti.

Lo scheletro del nostro edificio può essere puntiforme oppure può essere di tipo continuo. Casseri perdere, forme in cui all’interno vengono getti in calcestruzzo. Casseforme a perdere in quanto rimangono nell’edificio e assumono una funzione di isolamento termico. Caso contrario vengono chiamati casseri.

Tipologie di fondazione

Il tipo di fondazione dipende da diversi parametri:

• La fondazione deve essere costruita in modo tale che i pesi siano contrastati al basso.
• Entità dei carichi da trasferire.
• Caratteristiche del terreno.
• Profondità di interramento della fondazione.
• Presenza di falda acquifera.
• Forma dell’area oggetto dell’edificazione.
• Forma dell’edificio.
• Andamento planimetrico del terreno.

Sono tante le considerazioni/parametri che un progettista deve tenere in considerazione. La prima cosa che deve fare è capire su che terreno andrà a costruire (caratteristiche di un terreno). Infatti, il progettista si recherà da un geologo il quale verificherà attraverso dei carotaggi/prove di sito (indagini geologiche) le caratteristiche del terreno. Dopo di che informerà il progettista sulle caratteristiche geologiche: stato naturale del terreno, e caratteristiche geotecniche: specifiche del terreno in relazione all’opera di fondazione progettata.

Fondazioni dirette e indirette

Una volta capito come è fatto un terreno, il progettista deve scegliere le tipologie di fondazione, le quali si distinguono in due grandi famiglie:

• Fondazioni dirette o superficiali (plinti, travi rovesce).
• Fondazioni indirette o profonde (in questo caso bisogna scavare un po’ di più per trovare un terreno più resistente, come platee, pali e micropali).

Interventi sul terreno

Serie di interventi sul terreno funzionali alla costruzione del fabbricato:

• Realizzazione di diaframmi e di muri controterra.
• Consolidamento del terreno tramite iniezioni o tecnologie che ne alterano la composizione.
• Modellazione del terreno per rispondere a esigenze progettuali particolari.

Fondazioni dirette

Fondazioni dirette sono a diretto contatto con il terreno, determinano il piano sul quale appoggiare la mia fondazione. Le case appoggiano su pali i quali si trovano agganciati nell’abisso (a Venezia). Permettono di contrastare le forze che arrivano dall’alto. Bisogna prendere in considerazione che su ogni metro quadrato grava anche un certo peso. Il piede è l’interfaccia, momento in cui le forze che derivano sia dall’alto sia la spinta dal basso ci sia equilibrio.

Considerazioni progettuali

È una struttura poco efficiente basta che i calcoli siano corretti, molto economica in quanto non bisogna scavare molto per appoggiare il plinto. Fino a quanto si deve scavare? Si deve scavare fino a quando non supero la parte superficiale del terreno e/o di riporto, superare lo strato di terreno che è soggetto all’azione di gelo o variazioni stagionali del contenuto d’acqua (circa 1-2 metri), proteggere dall’azione dalle acque superficiali.

Tipologie di fondazioni dirette

• Fondazioni dirette discontinue per strutture in elevazione intelaiate a scheletro indipendente con terreno affiorante o poco profondo per ripartire su una superficie limitata il carico concentrato trasmesso dai pilastri, es. plinti.
• Fondazioni dirette continue per strutture portanti (pilastri) molto fitte e quando il terreno presenta mediocri capacità portanti.

Elementi tecnici: travi rovesce (con un getto unico) – perché si chiama così? Nelle travi del telaio sono girate al contrario (distanza tra i pilastri molto fitta, <5 metri tipo). Per struttura portante continua, realizzata tramite setti di muratura portante, elementi tecnici: cordoli di fondazione in c.a.

I plinti sono sempre in calcestruzzo armato qualsiasi sia il processo costruttivo e il materiale utilizzato. Piastra ancorata, un tutt’uno con il plinto, tira funi. N.B. le fondazioni a plinti isolati si utilizzano solo se il terreno è sufficientemente e uniformemente resistente, perché non sono in grado di assorbire cedimenti differenziali. Altrimenti, collegare i plinti con cordoli in calcestruzzo armato che rendono solidale l’intera struttura.

Fondazioni indirette

Le fondazioni indirette vengono utilizzate quando il terreno resistente ha una profondità elevata. Se il terreno resistente profondo è raggiungibile, si adottano le fondazioni su pali o pozzi, in modo da trasmettere a esso i carichi. Se il terreno resistente è eccessivamente profondo, si utilizzano fondazioni a platea, ideali per edifici su cui gravano pesi elevati.

Struttura della platea di fondazione

La platea di fondazione è composta da: travi principali, secondarie e solette. Strette e alte, incastrate nelle travi, armate. Si incontrano in corrispondenza delle travi principali e poco con ferri unidirezionali o base dei pilastri, hanno larghezza modesta e altezza notevole per ottenere elevata rigidezza e economia di armature e pesi, travi perimetrali con ali a sbalzo estese oltre il perimetro dell’edificio.

Attacco a terra dell’edificio

Attacco a terra dell’edificio: solai di chiusura e muri controterra. Le fondazioni sono parte dell’edificio a diretto contatto con il terreno. L’attacco a terra di un edificio è l’insieme delle opere di fondazione, di tenuta dall’acqua (predisposte opere affinché l’acqua non entri a contatto con le strutture dell’edificio), di isolamento, di protezione, di chiusura e di predisposizione dei piani di calpestio che permettono di fruire degli spazi in prossimità del terreno.

Realizzazione dei solai

Stiamo iniziando a capire come è fatta la nostra scatola a partire dal terreno. Costituisce il primo piano/solaio di calpestio a terra, il piano di calpestio e supporto costituiscono chiusura di separazione degli spazi interni dal terreno e dalle strutture di fondazione.

Tipologie strutturali del supporto a terra

• Semplice massetto c.a direttamente a contatto con il terreno
• A tavelloni su gambette (vespaio ventilato) (superato ormai, ma molto importante)
• Solaio a platea
• Stesso tipo di quelli superiori (per es. laterocemento)

Analisi del massetto c.a direttamente a contatto con il terreno

Ci sono tanti blocchettini, potrebbe essere una muratura portante e come fondazione si usa un cordolo in calcestruzzo. Nella parte a sinistra, tanti blocchettini, mattoncini in laterizio pieno, che vanno a costituire la rifinitura della muratura portante. La parte tratteggiata è rappresentata la guaina. Guaina membrana impermeabilizzante, protegge dall’acqua di risalita. Sotto il nostro cordolo abbiamo il magrone allegato in cemento armato con altre cose. 2ᵃ tipologia che ormai nei nuovi edifici non viene usata.

Guaina impermeabilizzante

Tavelloni (pannelli in laterizio) posizionati su gambette, guaina, muratura portante continua, a destra piccola fondazione. I blocchi sono forati, l’aria può passare da un cavedio all’altro delimitato dalle gambette e tavelloni. Al di sopra dei tavelloni si ha la rete elettrosaldata, greca, strato di calcestruzzo, massetto (minimo di 7 cm perché altrimenti non ci stanno i tubi di scarico delle acque nere che hanno una dimensione di circa 5 cm), al di sopra finitura del mio solaio. Tecnica che possiamo ritrovare in edifici del passato, es. terme romane.

Vespaio ventilato

Questo sistema sostituito (vespaio ventilato) dal vespaio ventilato con elementi prefabbricati. Funzione sempre la stessa: avere un intercapedine al di sopra del solaio e che sia sempre ventilato (per tenere sopraelevato il solaio si usano questi ragnetti di materiale polimerico), prima di posizionare questi elementi (iglu, nome commerciale) vengono posizionati su uno strato di magrone oppure possono anche essere direttamente posizionati sul terreno, ma quest’ultimo deve essere molto compatto. Da una parte l’aria entra e dall’altra esce attraverso un tubo.

Isolamento termico

Con l’iglu si arriva dove si arriva e poi con degli elementi di raccordo si copre quella parte che non prevede un iglu completo. Questi iglu sono coperti da polistirene il quale funge da isolamento termico.

Tipologia di solai

A platea (oltre a fungere da fondazione anche da primo solaio) usato per edifici di grandi edifici, centri commerciali. In laterocemento (costituito da trave e travetti, sopraelevato e costruito come i solai superiori), es. Quella più utilizzata è quella ‘ventilato con iglu’ la quale è di facile esecuzione. Cordolo e non trave perché non porta niente, serve a chiudere la mia struttura in elevazione orizzontale, no funzione statica.

Muri controterra

Ora vediamo come si chiude un pezzettino della nostra scatola. A cosa servono i muri controterra? Fanno sempre parte della prima classe riguardante le strutture. Serve a trattenere il terreno. Il muro controterra deve sostenere masse spingenti di terreno in corrispondenza di dislivelli, talvolta si tratta di un’opera che fa parte del sistema di fondazione e attacco a terra dell’edificio, con la formazione di scannafossi o di ambienti interrati, altre volte si tratta di opere di sistemazione del terreno (rilevati, terrazzamenti). In diretto contatto con il terreno, prevista guaina impermeabilizzante (rappresentata tratteggiata).

Problematiche e soluzioni

Per avere locali interrati prevede un muro in laterizio e più esternamente un intercapedine e a questo punto si ha in questo caso il muro in calcestruzzo con diretto contatto con il terreno. In questo cavedio permette il passaggio dell’aria, (finestra, a destra abbiamo una grata) (come si può notare dalla foto). Si stendono dei teli, saldati fra loro (parte nera ovvero parte venuta a contatto con il calore durante il processo di saldatura). Per evitare che la guaina si spezzi, per proteggerla i teli vengono protetti da un altro telo cosiddetto bugnato. Per proteggere la membrana può essere utilizzato blocco laterizio sottile. Le armature devono essere sempre legate.

Alternative tecnologiche

Fino a qua abbiamo visto le alternative tecnologiche, prima interfaccia tra l’edificio e il terreno. I problemi: L’attacco a terra dell’edificio rappresenta una parte critica perché esposta all’umidità (di risalita o ascendente) e al radon (gas la cui fonte principale è il terreno). Acqua e gas si comportano allo stesso modo, entrambi tendono a risalire verso l’alto. Il gas radon è radioattivo, per lungo tempo a contatto con esso si incorrerebbero a gravi problemi di salute. Quando l’acqua risale, si impregnano i materiali da costruzione, si hanno episodi di umidità, episodi di fluorescenze.

Umidità e muffe

Muffe costituite da inquinanti di tipo biologico creano a causa di una ventilazione non corretta. Termografia parete: la parte blu evidenzia una forte presenza di acqua. Radon (radiazioni ionizzanti) gas nobile, inodore e incolore. 8 volte più pesante dell’aria, chimicamente inerte e discretamente solubile in acqua (se il gas nel suo corso di risalita incontra acqua si unisce ad essa). Non si trova così in natura in quanto è un prodotto di decadimento di tre famiglie radioattive naturali, presenti nella crosta terrestre: uranio-235, uranio-238 e torio-232. Nucleo instabile si disintegra emettendo particelle alfa isotopo radiazione emivita radon alfa 3,8 giorni.

Normative sul radon

1990/143 EURATOM (studia tutti i problemi geologici della terra). Non ci dovevano essere per edifici di nuova costruzione 200 Bq/m³ con una quantità superiore a quella appena citata. 400 Bq/m³ per edifici esistenti (direttiva del 2018 ha abbassato questo valore: 300 Bq/m³).

Sorgenti di radon

• Salazioni dal suolo, materiali da costruzione, emanazione dalle acque, radiazione cosmica (raggia gamma).

Fattori ambientali

• Ventilazione naturale/artificiale, polverosi aerosol, fattori microclimatici, tipologia edilizia.

Gas che si trova prevalentemente in prossimità di vulcani. In Lombardia si ha un’alta concentrazione.

Strategie di intervento sull'esistente

Strategie di intervento sull’esistente: silleggiatura delle principali vie di accesso del radon, depressurizzazione del sottosuolo, pressurizzazione dei locali interni o del vespaio, ventilazione del vespaio.

Criteri per la progettazione del nuovo

• Impiego di materiali da costruzione a basso contenuto di radionuclidi naturali e nassa emanazione di radon.

Materiali nelle costruzioni

Le nuove costruzioni sono composte da acciaio e calcestruzzo, serve anche per strutture non portanti. Possono essere usati anche altri materiali, ceramici, usati per esempio nei tamponamenti appartengono anche i vetri in questa categoria. Si iniziano ad usare anche materiali compositi in questo periodo.

Scelta dei materiali

La cosa più importante è capire che materiale scegliere e ciò richiede un grado di conoscenza elevato, la scelta deve essere fatta dopo aver controllato le prestazioni/requisiti del materiale, requisiti/prestazioni richiesti che devono durare per l’intera vita di servizio stabilita in sede di progetto (tema della durabilità). Durata che viene progettata e questo lo sa bene chi costruisce elettrodomestici, è possibile costruire oggetti a lunga durata, ma bisogna tenere conto del costo e di quante persone sarebbero disposte a spendere ciò. Tutto ciò è responsabilità del progettista.

Come scegliere i materiali

Come? Spesso nel scegliere il materiale si usa il cosiddetto copia e incolla, poco produttivo. Per ottenere informazioni sui materiali: schede tecniche prodotti devono essere lette con una certa criticità, testi/manuali scientifici, internet bisogna saper distinguere il sito corretto o meno. Es. cattiva scelta dei materiali, per rendere opaco il vetro della chiesa si è usata una tecnica azzardata, si è usato un doppio vetro al suo interno inserito un materiale polimerico dalle foto si può notare che il prospetto sud è degradato.