Fondazioni

REAZIONI DI SOTTOFONDO

Quando su un terreno viene applicato un carico che grava su una determinata superficie, ad esempio tramite

una fondazione, il terreno reagisce con un’azione uguale e contraria contro la superficie di applicazione del

carico.

Le reazioni di un terreno soggetto a un carico vengono dette reazioni di sottofondo che possono essere

rappresentate tramite diagrammi; il diagramma del carico applicato e quello corrispondente delle reazioni del

terreno presentano uguale area, ma sono differenti fra loro.

L’andamento delle reazioni di sottofondo dipende da numerosi fattori, quali:

- le dimensioni e la forma della superficie di carico;

- la profondità del piano di posa sul quale è applicato il carico;

- le caratteristiche elastiche del terreno e del corpo che trasmette il carico;

- la distribuzione dei carichi.

TENSIONI NEL SOTTOSUOLO

Il carico applicato a un terreno in superficie determina sul terreno delle pressioni che diminuiscono con la

profondità; ciò avviene perché il carico si diffonde in maniera pressoché radiale e quindi interessa superfici

sempre maggiori. Inoltre il terreno lateralmente risulta non sollecitato e la zona indisturbata è delimitata da

una curva con tangente a inclinazione decrescente con la profondità.

Unendo tutti i punti soggetti alla medesima tensione, si determinano delle linee in cui si verifica la stessa

pressione (isobare) e si ottiene una rappresentazione grafica dei bulbi delle pressioni.

La distribuzione delle tensioni verticali e la conseguente forma dei bulbi dipende dalle proprietà fisiche del

suolo e dal modo in cui il carico è applicato, inclusa anche la forma della superficie; in particolare a parità di

pressione vengono interessati strati più profondi all'aumentare della superficie di contatto.

PREPARAZIONE DEL TERRENO

Il piano di posa di una fondazione, oltre ad offrire le caratteristiche fisico-meccaniche adeguate ai carichi di

esercizio, viene fissato, in ogni caso, ad una profondità tale da:

- attraversare lo strato di terreno vegetale, eventuali stratificazioni superficiali di detriti o riporti e comunque i

terreni con caratteristiche scadenti;

- attraversare gli strati di terreno soggetti all'azione del gelo o a variazioni stagionali di contenuto d'acqua;

- mettersi al sicuro dall'azione erosiva delle acque superficiali.

Se è presente una falda freatica, è buona norma disporre il piano di posa lontano dalla zona di oscillazione

del suo pelo libero, al di sopra del suo massimo livello o al di sotto del suo minimo, per evitare che possa

variare il contenuto in acqua, la compressibilità e il volume del terreno di appoggio.

Le fondazioni, specie se realizzate in c.a., vengono poggiate su uno strato di calcestruzzo povero di

cemento (magrone), detto anche getto di pulizia, che svolge le seguenti funzioni:

- costituire una superficie livellata di appoggio;

- evitare di porre in contatto le armature metalliche con il terreno, esponendole al rischio di ossidazione;

- evitare l'assorbimento da parte del suolo dell'acqua d’impasto in caso di terreni aridi;

- costituire un sottoplinto, cioè una base di appoggio, resistente e asciutta, per superare il livello di una falda.

Il raggiungimento del piano di posa avviene dopo le operazioni di:

- picchettamento della superficie che interessa la costruzione;

- splateamento generale che consiste nell'asportazione degli strati superficiali (vegetali o riportati) interessati

mediante pale meccaniche;

- scavo a sezione obbligata delle eventuali trincee in cui alloggiare le opere di fondazione, utilizzando

escavatori.

Quando gli scavi devono essere eseguiti in presenza d'acqua derivante da falde è in generale necessario un

prosciugamento della zona interessata per abbassare il livello della falda, migliorare la stabilità delle

scarpate dello scavo e migliorare le condizioni dello scavo.

I metodi più frequentemente adottati sono:

- fossi e drenaggi, che vengono realizzati ai piedi delle scarpate per raccogliere le acque che vengono poi

allontanate mediante un impianto di pompaggio;

- paratie di ritenuta, che vengono realizzate per scavi a sezione obbligata; le pareti della trincea vengono

puntellate e impermeabilizzate, quindi finché non si sia raggiunto lo strato impermeabile di fondo si dovrà

aggottare l’acqua che filtra alla base della scavo;

- sistema wellpoint, che consiste nel disporre lungo tutto il perimetro dello scavo una serie di tubi d'acciaio

infissi verticalmente e tra loro collegati; il terminale dei tubi (wellpoint), lungo circa un metro e di un diametro

di 50-70 mm, è in acciaio inox ed è munito di una punta forata con una valvola a palla e di un corpo filtrante;

la punta consente una facile penetrazione mediante un'iniezione di acqua a forte pressione; in fase di

aspirazione la valvola si chiude e I'acqua viene aspirata attraverso la parete filtrante; i tubi, posti a interasse

variabile da 1 a 4 m, vengono sigillati alla sommità: I'aspirazione genera una depressione nel foro che

richiama I'acqua dai vari strati attraversati con conseguente abbassamento della falda.

Consolidamento del terreno

Nel caso di terreni con scarsa capacità di resistenza si ricorre eccezionalmente a operazioni di

consolidamento atte a migliorarne le qualità di resistenza e soprattutto la reazione ai cedimenti, al fine di

poter adottare il tipo di fondazione più economico e più idoneo alla sovrastruttura.

Si tratta in ogni caso di provvedimenti onerosi che vanno attentamente studiati sia per localizzazione che per

tipologia.

Il consolidamento si può ottenere attraverso una compattazione, che accrescendo la densità secca del

terreno ne aumenta la resistenza e ne riduce deformazioni e permeabilità; è ottenuta attraverso una

compressione che riduce il volume dei vuoti, utilizzando uno dei seguenti metodi previa umidificazione del

terreno per agevolare lo scorrimento delle particelle:

- compressione statica, con rulli compressori;

- compressione dinamica, con macchine che battono il terreno;

- vibrazione, a mezzo di piastre o rulli vibranti;

- passonatura o palificata, mediante infissione di pali di piccola lunghezza (un tempo in legno, ora micropali

in calcestruzzo) che costipano il terreno.

Altro metodo di consolidamento è la stabilizzazione, che opera attraverso l'aggiunta di materiale fine, e a

volte di leganti, per migliorare la granulometria del terreno, ed è in genere accompagnata dalla

compattazione.

Prevalentemente in presenza di terreni argillosi e limosi con forti infiltrazioni di acqua si realizzano dreni di

sabbia; una volta precaricato il banco si praticano una serie di fori verticali (dreni) dai quali emungere l'acqua

ed essiccare le argille.

FONDAZIONI

L'aspetto di sicurezza statica dell'attacco a terra di una costruzione attiene fondamentalmente alla

trasmissione al terreno di fondazione delle sollecitazioni (carichi di tipo statico o di tipo dinamico, sismici)

relative all'opera in elevazione. La scelta del tipo e delle dimensioni di una fondazione costituisce un

problema delicato sia per l'incertezza con la quale possono essere determinate le caratteristiche dei terreni,

sia per la complessità e la non perfetta aderenza alla realtà degli schemi teorici sui quali si basano i calcoli di

progetto.

Le opere fondali dovranno essere progettate in modo che il terreno sia in grado di equilibrare le sollecitazioni

trasmesse, cioè senza che il terreno subisca deformazioni tali da alterare l'equilibrio delle membrature

sovrastanti per le sollecitazioni aggiuntive, anche gravi, indotte.

Infatti il terreno, quando viene caricato dalla costruzione, subisce delle deformazioni e di conseguenza le

fondazioni presentano dei cedimenti: è indispensabile che questi, e soprattutto le differenze fra i cedimenti

delle diverse parti (cedimenti differenziali), siano contenuti entro limiti congruenti con le caratteristiche

dell'edificio stesso.

Solamente in casi particolari (ad es. una costruzione leggera con carichi distribuiti su un suolo roccioso) é

possibile poggiare direttamente sul terreno l'apparecchiatura costruttiva.

Solitamente invece poiché i terreni possono sopportare tensioni (cioè carichi per unità di area) notevolmente

inferiori a quelli ammissibili per i comuni materiali da costruzione, occorre allargare la superficie eli appoggio

delle membrature portanti per rendere compatibili le rispettive tensioni.

Le tensioni ammissibili dei terreni sono pari ad alcune unità, o addirittura frazioni, di kg/cmq, quelle delle

murature a 5 -20 kg/cmq, dei calcestruzzi di cemento a 50 -120 kg/cmq, delle strutture in acciaio a 1600-

3000 kg/cmq.

Se il carico P è trasmesso alla fondazione in modo uniforme, e quindi la risultante delle forze applicate è

verticale e passa per il baricentro della superficie d'appoggio, ed è noto il carico di sicurezza del terreno, la

σ

superficie S della fondazione è espressa dalla relazione: S = P/σ.

Nel caso generale che il carico non sia verticale e centrato, la relazione tra la pressione sul suolo, i carichi

agenti e l'area di appoggio é: = N/A ± M/W, dove N è la componente verticale del carico, A l'area reagente

σ

di contatto, M il momento flettente, W il modulo di resistenza rispetto all'asse del momento.

La forma, le dimensioni e il piano di posa delle fondazioni sono quindi definite sulla base delle caratteristiche

dei terreni interessati, dell'entità dei carichi trasmessi, della loro distribuzione e della tipologia dell'ossatura

portante del sistema in elevazione.

CLASSIFICAZIONE DELLE FONDAZIONI

Le opere di fondazione si distinguono in:

- superficiali (o dirette), quando i carichi sono trasmessi direttamente a strati superficiali del terreno (fino a 4-

5 metri al di sotto del piano di sbancamento) attraverso superfici di appoggio;

- profonde (o indirette) quando pur aumentando in modo ampio ed esteso la superficie di appoggio non sia

possibile mantenersi al di sotto del carico ammissibile per il terreno e quindi si trasmettono i carichi a strati

resistenti profondi dotati di adeguata capacità portante, mediante pozzi, pali o diaframmi immersi;

- speciali, quando non è possibile individuare neppure in profondità starti di terreno con adeguate capacità

portanti e quindi si ricorre a fondazioni sospese o galleggianti ( a meno che non si ricorra a consolidamenti

del terreno).

La soglia di separazione tra i tipi di fondazione è determinabile, caso per caso, sulla base di valutazioni

tecnico-economiche (maggior costo degli scavi, opere provvisionali, profondità dei pali, impianto di cantiere e

attrezzature specifiche per la palificazione, ecc.) riferite alle diverse soluzioni alternative.

Fondazioni superficiali o dirette

Queste poss