Appunti Modulo di fondazione

Fondazione è l’elemento di collegamento tra terreno e struttura, attraverso il quale i carichi trasmessi da

La

quest’ultima vengono trasferiti al terreno nel rispetto di determinati requisiti di progetto.

REQUISITI DI PROGETTO

1. Sicurezza rispetto ad un fenomeno di rottura per carico limite del terreno di fondazione;

2. Compatibilità dei cedimenti assoluti e differenziali con la statica e la funzionalità della sovrastruttura,

3. Resistenza della struttura di fondazione alle sollecitazioni di risposta del terreno

Fattibilità e sicurezza di costruzione dell’opera di fondazione

4.

5. Economicità

Per soddisfare tali requisiti, il progetto di una fondazione deve tener conto di

✓ Fattori connessi al terreno di fondazione (stratigrafia, caratteristiche meccaniche del terreno, presenza e

regimi delle acque sotterranee, situazioni particolari quali fenomeni franosi, si subsidenza etc.)

Fattori connessi all’opera in progetto

✓ (tipologia, forma, dimensioni, carichi permanenti ed accidentali,

materiali);

✓ Fattori ambientali (morfologia del terreno, regime delle acque superficiali, presenza e caratteristiche di altri

manufatti e sottoservizi, fattori climatici e azioni sismiche).

FASI DI PROGETTO DELLE FONDAZIONI:

1. Caratterizzazione geotecnica del sottosuolo (indagini geotecniche in sito ed in laboratorio, modello

geotecnico del sottosuolo: C’, ′)

2. Analisi dei carichi esercitati dalla sovrastruttura (carichi fissi, sovraccarichi, carichi dinamici o ciclici).

3. Scelta del tipo di fondazione e della profondità del piano di posa

4. Verifica della stabilità del complesso terreno-fondazione (calcolo del carico limite di rottura)

5. Verifica del comportamento in esercizio (calcolo dei cedimenti assoluti e differenziali)

6. Studio delle modalità esecutive (scavi, abbassamenti di falda etc)

dei controlli in corso d’opera (monitoraggio ecc)

7. Piano

8. Computo metrico e preventivo di spesa

In Italia le regole delle costruzioni sono sancite da decreti.

L’elemento di fondazione trasferisce il carico della sovrastruttura e la ripartisce (la trasforma in pressione) in maniera

uniformemente distribuita in corrispondenza al piano di posa della fondazione (contatto fondazione e terreno).

Si distinguono due tipologie di fondazioni:

→ →

DIRETTE FONDAZIONI PROFONDE INDIRETTE

FONDAZIONI SUPERFICIALI

D = profondità del piano di posa (dal piano campagna)

B= corrisponde al lato più corto della fondazione L= Lato più lungo

L= corrisponde al lato più lungo della fondazione D= lato corto

Quello che succede in una fondazione superficiale, Le fondazioni profonde si definiscono tali quando L è

tipicamente la profondità del piano di posa della molto maggiore di d. d<L

fondazione è minore o uguale alla larghezza della

fondazione. D≤B DIFFERENZE

Trasferisce tutte le azioni che arrivano sulla Il palo, finisce a trasferire le azioni che arrivano della

sovrastruttura alla sua base (alla faccia del piano di sovrastruttura, in parte alla punta ma in parte anche

posa) mentre lateralmente non trasferisce nulla. Anche sulla superficie laterale del palo, perché si generano

se ci fosse un contatto laterale tra fondazione e terreno degli sforzi di taglio, al contatto tra la superficie laterale

dati gli spessori tipiche delle fondazioni superficiali, del palo e del terreno, che in qualche modo

questo contenuto sarebbe assolutamente minoritario rappresentano da una parte una via di trasferimento

dell’azione anche a questa parte di terreno; e dall’altro

(e quindi si trascura).

Mentre, tutto questo non vale per i pali rappresentano anche un contributo alla capacità

portante del palo, dove il palo è in grado di resistere ad

una certa azione verticale

[Esistono delle situazioni intermedie esempio fondazioni a pozzo utilizzati per i ponti].

Ci soffermiamo soprattutto sulle fondazioni

Superficiali:

1. Tipologie

2. Scelta del piano di posa

3. Stabilità delle fondazioni superficiali

4. Analisi dei cedimenti

CLASSIFICAZIONE delle soluzione di

fondazione dalla più semplice e meno costosa alla più articolata e costosa:

–

→ Ad interagire con il terreno è solo il plinto (se sono più plinti sono separati tra loro), per cui anche

Plinto isolato

se esistesse un elemento di collegamento che però non tocca il terreno, ad esempio un cordolo oppure una

trave di collegamento (si usa in zona sismica per irrigidire le azioni), in quel caso le fondazioni nella nostra

prospettiva vengono sempre considerati dei plinti isolati. Al fine dell’interazione con il terreno ogni elemento

viaggia per i fatti proprio. Nel contesto di plinti isolati questi si differenziano in:

–

▪ il pilastro è posizionato al bordo del plinto. sfruttare geometrie o spazi disponibili

Plinti di bordo

▪ (si preferiscono ovviamente i carichi centrali)

Plinto di spigolo

Il plinto sicuramente è la scelta tipologica più semplice, ed è anche quella meno costosa di tutte.

In alternativa la tipologia appena più complessa dei plinti è quella delle travi rovesce.

–

→ (trave continue) sono fondazioni nastriformi, cioè fondazione che prevale una dimensione

Trave rovescia

rispetto all’altra, dove avremo un B minore di L. Si chiamano travi rovesce (rovesciati sul terreno) perché

L’aspetto peculiare è quello di

collegano più pilastri. collegare, utilizzando un unico elemento di fondazione per

una serie di pilastri allineati lungo una direttrice (esempio immagine: i 3 pilastri finiranno per trasferire i carichi

ad essi pertinenti sullo stesso elemento di fondazione). Fondazioni tipo travi rovesce sono realizzate al di sotto di

strutture lineare ad (esempio un muro continuo la fondazione in questi casi viene chiamato trave murario). Un

sistema di travi rovesce che hanno una sola direzione ma varie, anche in direzione perpendicolare, e tutto

questo viene collegato dando luogo al graticcio di travi.

–

→ è un sistema di travi rovesce libere/separate e travi perpendicolari, realizzando un sistema

Il graticcio di travi

molto più interconnessa

–

→ soluzione più onerosa rispetto le travi rovesce, che assicura una serie di effetti. Dal punto

Platea di fondazione

di vista tipologico è una fondazione unica che va a ripartire/trasferire i carichi che riceve da tutti i pilastri che

sono raccolti su di essa

MOTIVAZIONE SCELTA DELLA FONDAZIONE? la motivazione solo legati a questiono di cantiere (per motivo

operativo). esempio in un progetto i plinti devono avere una certa larghezza, ma lo spazio in cantiere è minore e la

scelta migliore sarebbe quella della platea. Oppure i vuoti sul graticcio di travi occupano il 40-50% dello spazio

Quindi a prescindere dall’analisi geotecnica del problema

complessivo è molto più facile realizzare una platea.

utilizzo una soluzione invece che un'altra per altri motivi all’altra?

Ma il motivo principale è: cosa cambia passando da una soluzione

come tutte le fondazioni sono soluzioni

I Plinti

realizzate in c.a. (si fanno in c.a. anche opere che

fuori terra sono in acciaio o in muratura). Oggi si

ricorre a realizzare fondazioni superficiali in c.a.

sono 2 plinti in c.a. uno più alto

Immagine:

rispetto all’altro (questo dipende da motivi

strutturali). L’elemento strutturale, in entrambi i

casi, è caratterizzato dall’armatura, disposta in

maniera opportuna, valutata con specifiche

caratteristiche che riguardano le verifiche

strutturali (si fa per ultimo. La sequenza dei

passaggi logici: prima si stabilisce la dimensione

delle fondazioni, si stabilisce prima dal punto di

vista geotecnico che la fondazione non collassi, si

stabilisce prima che il sistema delle fondazioni non

ceda più di quello che vede e poi le verifiche

Al di sotto (sotto plinto) non è altro

strutturali).

che unno strato di magrone (cls magro) di cui

unico scopo è quello di preparare l’area sulla

quale verranno realizzate le casse formi per

realizzare l’elemento di fondazione; unico scopo

del magrone è quello di avere una porzione più

pulita e regolare su cui operare quelle fasi

successive. Il sotto plinto non partecipa a niente e

non si tiene in considerazione. Se questo discorso (i cordoli non si considerano)

vale per i plinti, vale anche per le travi rovesce

è una sezione

Immagine:

Trave rovesce,

longitudinale ed una sezione traversale (identica a

quella di un plinto) (errore B?) se i plinti sono così

vicini, faccio una trave rovescia..

ha spessori elevati 0.80 - 1 m.

La platea,

Oltre ad essere costosa ha un altro svantaggio, a

meno che non sia realizzata con accorgimenti

speciali, tipicamente da un aggravio di carico

3

(esempio altezza 1 m il peso del cls 25 kN/m

significa che stiamo applicando 25 kPa di

pressione dovuta solo al peso della fondazione

equivale quasi a 2 piani e mezzo). Esistono anche

platee alleggerite che sono realizzate in maniera

differente (non piene), dove sono di altezza giusta

solo in corrispondenza ai pilastri e va sicuramente

ad alleggerire la struttura ma conferendo la stessa

rigidezza di una platea normale.

Assicura anche un altro vantaggio, funge da

elemento di permeabilizzazione per una eventuale

risalita dell’acqua. rispetto l’altra?

Come si fa a giustificare una scelta progettuale Ci sono alcune vincolanti se ho un problema di

un’opera (un sottopalco, un terreno sabbioso) probabilmente l’unica soluzione

impermeabilizzazione devo realizzare

che posso perseguire è la realizzazione di una platea che mi assicura la permeabilizzazione.

Cosa succede quando passo da un sistema di plinti isolati a una trave rovescia? Uno dei motivi della fondazione è

quello di trasferisce al terreno le azioni che arrivano dalla sovrastruttura, perché ci si allarga? Perché noi non

la

parliamo di forze in generale (se volessi fare la verifica della pressione di compressione della sezione farei:

forza si allarga perché prima di ripartirsi sul terreno deve ripartirsi su di un’area maggiore, e al terreno arriva una

forza minore dispetto a quella sopra; perché il terreno riesce a resistere a pressioni che sono di 1 o 2 volte più basse

un’area

del cls, c.a., acciaio.. per questo siamo costretti a ripartire su più grande. Esempio se io prendo un pilastro e

lo poggio sul terreno, normalmente il pilastro rimane integro, ma appena applicherò una forza il sistema di

fondazione (dimensione pilastro) si romperà perché la tensione da sopportare è troppo grande.

Tradizionalmente io devo ripartire il carico del pilastro su un’area più grande.

Perché non posso realizzare cordoli in gomma o polistirolo? Perché quando applico il carico il polistirolo si rompe.

Perché il loro ruolo è quello di trasferire il carico che gli arriva da sopra. Mentre nella gomma e nel polistirolo il carico

rimane lì senza essere ripartito. La capacità di ripartizione è legata anche dalla La rigidezza

rigidezza flessionale.

3

ℎ cambia con il cubo, elevato 3 volte l’altezza (h).

flessionale (se facciamo la sezione) 12

Quindi se io cambio di poco l’altezza la rigidezza cambia tanto.

La capacità di ripartizione deve essere assicurata anche dalla rigidezza flessionale del materiale.

Come si fa a capire se un progetto è fatto bene o no? Il progetto è fatto bene se dalla documentazione progettuale

noi riusciamo ad evincere un percorso logico che su base razionale giustifica la scelta che è stata fatta. Quindi

partire dalla soluzione meno costosa a quella che costa un po’ di più e man mano scartarle appena la

dovremmo

verifica mostra che qualcosa non torna

La scelta del piano di posa deve rispettare una serie di regole di buona progettazione:

SCELTE OPERATIVE DI POSA ✓ Non si realizzano fondazioni

direttamente sul terreno, si elimina lo strato

superficiale di terreno vegetale, e

generalmente la fondazione viene posta al di

sotto di 1-2 m dal piano campagna.

→ a Roma i

(Riporti: materiali da scartare

riporti storici possono avere altezze di 7-10

metri)

✓ Essere lontano dalla zona di

oscillazione della falda freatica. Noi invece

dovremmo essere felici che ci sia la falda, per

diversi motivi. La falda ci sta sempre e non è

la fondazione nella zona d’oscillazione della falda

mai un problema. Il problema è realizzare

→ →

Soluzione peggiore perché mi trovo in una fascia Quindi la soluzione è scegliere o tutto sopra, o

dove, in qualche modo, ciclicamente risentirò gli tutto sotto. (Tendenzialmente scegliere tutto

effetti che non sono dell’umidità superficiale, ma sopra è troppo superficiale).

effetti più marcati.

Posizione dell’elemento di fondazione: devono avere tutte la stessa per tutti gli elementi di fondazione. Averle a

✓ quote diverse, produce problemi.

STABILITA’ DELLE FONDAZIONI SUPERFICIALI

Parlare di stabilità delle fondazioni superficiali significa parlare di un prerequisito fondamentale, quello che

dobbiamo soddisfare per primo, quello di dire: la fondazione è stabile? Quanto sono sicura?

La sicurezza si esprime assicurandoci di essere lontani dalla condizione che produce il collasso. E quindi per risolvere

il problema abbiamo bisogno di 2 informazioni fondamentali:

1. In condizione di esercizio, sapere qual è la pressione trasferita al terreno

Qual è il carico limite dell’elemento di fondazione

2.

Dopodiché trovare un rimedio per confrontare queste due informazioni: la prima deve essere sempre più bassa della

seconda; io mi devo assicurare, che quello che applico al terreno è inferiore a quello che può produrre al terreno una

condizione di collasso; quindi fare una significa individuare il valore di queste due informazioni,

verifica di stabilità

che chiamiamo carico applicato e carico limite, e poi trovare un modo per fare il confronto (mi dice la normativa).

Esempio di fondazione superficiale:

dati: sez. dal lato B, il pilastro centrato, D e la falda.

Il terreno che si trova intorno al pilastro è il rinterro

(che ha un peso di unità di volume), che non

necessariamente è lo stesso terreno che è stato

scavato (può anche essere diverso).

Perché si fa il rinterro? Perché tipo la ghiaia ha lo

scopo di costituire il vespaio. Perché faccio il vespaio?

Perché l’acqua per risalita capillare sarebbe risalita

fino al p.c. invece incontrando la ghiaia, riscende

Peso della fondazione: Questo esercita una pressione

altezza x peso dell’unità di

dal basso verso l’alto,

uniforme

volume ecco perché è di segno negativo

Peso del rinterro

COME SI VALUTA LA PRESSIONE IN ESERCIZIO TRASFERITA AL PIANO DI POSA DELE FONDAZIONI PER UN

ELEMENTO DI FONDAZIONE?

Il primo essenziale passaggio che verifica la stabilità è quello di valutare qual è l’azione trasferita al terreno,

dall’insieme costituito dalla sovrastruttura e dall’elemento di fondazione e tutto quello che trasferisce con essa.

Questo dato va confrontato con quello che rappresenta la capacità portante (quanto il terreno riesce a sostenere).

Tradizionalmente queste quantità vengono rappresentate in termini di pressioni, si immagina dunque, per ipotesi,

che la fondazione trasferisca delle pressioni uniformemente distribuite al piano di posa, e quindi attraverso di esso al

terreno. Si manifesterà che esiste un valore di questa pressione uniformemente distribuita, che per quella data

fondazione con una certa geometria, produrrà, se applicata, una condizione di collasso.

Al fine di questa analisi, deve essere preso singolarmente,

il singolo elemento di fondazione: il singolo plinto, la

h singola trave rovescia, singola platea.

In pianta viene rappresentata la fondazione: Il lato minore è B e il lato più lungo L. immaginiamo una sezione

passante per il centro, parallelo all’asse del lato minore. A=BxL

Sezione di analisi: per ipotesi è caratterizzata dal trasferimento delle azioni della sovrastruttura alla fondazione

attraverso un pilastro. Questo elemento di fondazione più ragionevolmente può essere un plinto (se fosse una

platea, non avrebbe solo un pilastro ma un maggior numero di pilastri). equivale alla forza trasferita dal pilastro

Q

che si diffonderà sull’area della fondazione, dando luogo al primo termine della pressione in esercizio (quando le

q

2

lettere sono minuscole si intende una pressione che si esprime in kPA o su KN/m ).

Una prima parte delle pressioni applicate al piano della fondazione verrà da quello che arriverà dalla sovrastruttura.

Il peso dell’elemento di fondazione, valutabile attraverso il prodotto tra l’area e l’altezza ottenendo il volume; per

h,

diviso l’area altezza dell’elemento di fondazione

3

il volume del materiale di cui è fatta la fondazione (cls=25 kN/m ), =

x unità di volume del cls.

Il terzo termine è il contributo del rinterro, che riponiamo sopra l’elemento di fondazione, che ha una sua unità di

che sarà pari al prodotto del peso dell’unità

volume, contributo alla pressione trasferita al piano di posa di volume x

il suo spessore (D-h )

di fondazione

Quarto termine, rappresenta essenzialmente l’effetto che ha l’eventuale presenza di una falda, per esempio disposta

rispetto al piano di posa ad una altezza z il termini di sotto spinta: ovvero la spinta (di galleggiamento), che va dal

w

basso verso l’alto (infatti acquisiste un segno negativo) che riceve l’elemento di fondazione immerso in un liquido

per q