Le opere di fondazione

La funzione delle fondazioni

La funzione delle fondazioni è quella di trasmettere tutti i carichi dell'edificio, sia i carichi del peso proprio che quelli accidentali, al terreno su cui l'edificio si poggia, si fonda. Quindi devono essere delle strutture in grado di resistere a tutti i carichi che vengono trasmessi e poi, soprattutto per le strutture intelaiate, che sono per lo più formate da strutture verticali puntuali, hanno il compito di distribuire su una superficie maggiore questi carichi, in modo da rendere il carico unitario sul terreno meno elevato di quello che sopportano le strutture in acciaio o in calcestruzzo armato, che per lo più sono più resistenti del terreno di fondazione.

Pilastro in acciaio e piastra metallica

Nota importante: quando abbiamo parlato del pilastro in acciaio, abbiamo visto come il pilastro d'acciaio si collega alla piastra metallica di fondazione, perché questa piastra serve ad aumentare la superficie di distribuzione del carico e poi, attraverso questa piastra, ad una struttura di fondazione in calcestruzzo armato. La cosa importante è la funzione, ossia quella di trasmettere i carichi al terreno di fondazione.

Scelta del tipo di fondazione

Da cosa dipende il tipo di fondazione che viene scelto per un edificio intelaiato? Dalle caratteristiche di questo terreno di fondazione, dai carichi e dalle caratteristiche strutturali e tecnologiche dell'edificio in elevazione. Quindi in primo luogo bisogna analizzare quali sono i carichi sulle fondazioni, in secondo luogo tenere conto del problema dei cedimenti in fondazione e in terzo luogo quali sono possibili sistemi di fondazione per un edificio di intelaiato.

Tipi di carichi

Quali sono i carichi che le fondazioni devono prendere su di sé e trasmettere al sottosuolo? Il carico permanente, ossia il peso proprio della struttura, quindi di tutti i suoi elementi costituenti, che non sono costituiti solo dalla struttura portante, ma anche dalle pareti di confine, dalle tramezzature, dagli impianti tecnologici e così via, e dello stesso peso proprio della fondazione (anche quello va trasmesso al terreno).

I carichi accidentali sono quelli che variano, quindi le persone, gli arredi e quelli dovuti agli eventi meteorologici (vento, pioggia, neve, ghiaccio e così via). Il vento, a differenza degli altri carichi, non agisce dall'alto verso il basso, ma in modo laterale o talvolta dal basso verso l’alto (ci sono le correnti ascensionali). Negli edifici intelaiati, questo è maggiormente importante per la maggiore altezza che raggiungono: il carico del vento aumenta in funzione dell'altezza degli edifici e perciò talvolta questi edifici hanno bisogno di controventature, che rendono la struttura resistente alle azioni laterali.

Azioni laterali

Le azioni laterali, ossia orizzontali, possono derivare anche da altri tipi di fenomeni: possono derivare dal terreno, per tutti i piani interrati o seminterrati, e possono derivare dalle azioni sismiche: le azioni sismiche possono agire sia in senso verticale sia in senso orizzontale.

Più raro nelle strutture intelaiate la presenza di archi e volte: se noi consideriamo, ad esempio, un intervento con una struttura intelaiata su un edificio preesistente potremmo anche averla. Oppure per esempio, in una cortina edilizia (cortina di edifici in muratura) già esistente, in cui si sostituisca un elemento: è evidente che quell'edificio posto fra gli edifici adiacenti potrebbe anche essere soggetto a spinte orizzontali dovute ad archi e volte.

Spinte idrostatiche

Per le strutture di fondazione vanno tenute in considerazione dei particolari carichi, che vanno dal basso verso l'alto, e che dipendono dalla presenza di acqua nel sottosuolo e quindi alle cosiddette spinte idrostatiche ascensionali (che vanno ad agire in senso opposto rispetto a quello che è il carico dell'edificio).

Cedimenti delle fondazioni

Il secondo punto è il problema dei cedimenti delle fondazioni: avevamo già visto come nel caso degli edifici in muratura un problema di un abbassamento differenziale nelle strutture di fondazione può portare al crollo dell'intero edificio, perché ovviamente si ripercuote sulla struttura in elevazione, andando a indurre delle tensioni che possono portare anche al crollo dell'edificio (questo vale anche per le strutture intelaiate, anzi, mentre per gli edifici in muratura piccoli cedimenti portano all'insorgere di fessurazioni che però in realtà determinano una nuova condizione di equilibrio dell'edificio, quindi l'edificio può anche non essere compromesso nelle sue capacità strutturali per piccoli cedimenti, perché andando a verificarsi quella lesione, quella fessura, si viene a stabilire come se fosse un giunto, che garantisce una nuova configurazione di equilibrio, quindi talvolta nelle strutture muratura può anche non essere pericoloso un piccolo cedimento; nelle strutture intelaiate, visto che i telai sono connessi tra di loro, quindi una qualsiasi deformazione che avviene in una parte dell'edificio si ripercuote su tutto l'edificio e quindi si vengono a determinare delle situazioni di deformazioni completamente diverse, dovute a questi cedimenti differenziali, che, se ingenti, possono portare al crollo dell'edificio).

Il cedimento può essere dovuto o ad una compattazione del terreno in una parte delle fondazioni o, il più delle volte, all'acqua che può scavare sotto la fondazione dell'edificio e causarne un dissesto, che porta la fondazione ad approfondirsi. Questi problemi sono molto rari nei terreni rocciosi, mentre sono molto frequenti nei terreni argillosi, dove l'edificio può addirittura sprofondare di diversi metri.

Considerazioni progettuali

È evidente, allora, che a seconda della caratteristica del terreno di fondazione, dovremmo prendere gli accorgimenti necessari quando andiamo a progettare le fondazioni, e quindi progettare fondazioni adeguate al tipo di terreno su cui andiamo a fondare. Quali cedimenti ci devono preoccupare?

Nota: ricorda che se in seguito ad un abbassamento del terreno non abbiamo alcun cedimento, allora non abbiamo alcun problema. Se il cedimento del terreno è uniforme per tutte le strutture di fondazione, l'edificio si può abbassare anche senza presentare danni evidenti. Il problema reale è quando abbiamo alcuni pilastri o alcune travi, strutture di fondazione, che subiscono un abbassamento e quindi il telaio si deforma e questa deformazione porta sia a problemi per le murature, che magari sono posizionate in questi telai, in tramezzi e così via, sia al crollo della struttura portante: cedimento differenziale (quello di cui ci dobbiamo preoccupare di più).

Fattori di rischio e soluzioni

Quand'è che questi cedimenti più spesso si possono verificare? Non solo quando il terreno è argilloso, quando si modifica la situazione del sottosuolo con la presenza di una falda acquifera oppure la deviazione di corsi d'acqua sotterranei, che improvvisamente vanno a scavare sotto le fondazioni di un edificio, ma possono anche verificarsi quando l'edificio poggia su terreni differenti: c'è la possibilità che da una parte poggia su un terreno più compatto e dall'altra su un terreno meno compatto e con un contenuto d'acqua maggiore e si può avere che questi assestamenti possano avvenire in maniera differenziata.

Come fare per evitare che questi cedimenti? Quando abbiamo sia terreni differenziali che argillosi, la soluzione migliore è quella di prevedere una platea di fondazione, come quelle che abbiamo visto anche nel caso degli edifici muratura, quindi come se fosse un'intera base di fondazione che distribuisca i carichi su una superficie quanto più ampia possibile. Questo ovviamente riduce il rischio che si possono avere dei cedimenti disuniformi.

Ma c'è anche un altro rischio, che è quello di avere, per esempio, un edificio che per un tratto è alto due piani e per un altro è alto 20 piani (nella progettazione degli edifici intelaiati possiamo avere corpi di diversa dimensione), in tal caso è opportuno separare questi due corpi, quindi renderli autonomi e indipendenti sia come struttura portante che come fondazione, quindi si dice che si mettono quei cosiddetti giunti strutturali, che consentono ai due corpi dell'edificio di muoversi in maniera autonoma, senza indurre delle fessurazioni. Questo tema dei giunti è molto importante perché i giunti strutturali tra gli edifici, li andiamo a collocare per diversi motivi: per consentire delle dilatazioni termiche diverse tra corpi di fabbrica, che sono molto diversi tra di loro, ma anche per consentire oscillazioni diverse in caso, per esempio, di sisma.

Quindi è sempre bene laddove abbiamo un edificio composto da corpi di fabbrica molto diversi tra di loro per caratteristiche geometriche, andare a prevedere questi giunti, oltre che nel caso di edifici molto lunghi, per le dilatazioni termiche, è importante sempre prevedere questi giunti, ossia la separazione delle strutture, che poi vengono chiuse con questi giunti, che consentono dei movimenti relativi.

Tipi di strutture di fondazione

Andiamo ad analizzare il terzo punto, ossia quali sono i tipi delle strutture di fondazione e soprattutto quali sono gli elementi che ci fanno scegliere un sistema di fondazione anziché un altro. La prima cosa, forse la più importante, sono le caratteristiche del terreno di formazione, il cosiddetto terreno “sodo” che cercava L. Battista Alberti: oggi possiamo conoscere le caratteristiche fisico-meccaniche e il tenore idrico del terreno. Le caratteristiche strutturali dell'edificio e ovviamente i carichi che gravano sull'edificio.

Poi ci sono una serie di altri elementi che vanno tenuti in conto nel momento in cui andiamo a scegliere un sito di fondazione e dobbiamo impiantare un cantiere, quindi ci sono tutte le problematiche legate anche all'esecuzione dell'opera, all'impatto che il cantiere avrà durante l'esecuzione sull’intorno, dobbiamo conoscere i regolamenti, le leggi vigenti, ma anche tenere conto dei rapporti di vicinato: immaginate di dover costruire un edificio proprio a confine con un’altra proprietà e di avere i pilastri sul confine di questa proprietà: il pilastro alla base dovrà ampliare la sua struttura di fondazione, ma se lo teniamo al confine questo ampliamento sconfinerebbe in una proprietà confinante (la proprietà vale anche per il sottosuolo ovviamente).

Dobbiamo tener conto anche delle conseguenze statiche che si possono verificare negli edifici circostanti quando andiamo a fare gli scavi (es. alcuni colleghi analizzano gli effetti degli scavi profondi in ambiente urbano sugli edifici circostanti).

Requisiti delle strutture di fondazione

Innanzitutto quali sono i requisiti che deve avere una struttura di fondazione? Bisogna individuare un terreno di fondazione stabile che non porti cedimenti differenziali o che sia in grado, in primo luogo, di sostenere tutti i carichi; poi, che durante la vita dell'edificio non si verifichino cedimenti delle fondazioni e soprattutto l'opera di fondazione, oltre a garantire dei carichi sopportabili dal terreno e a evitare che ci siano cedimenti, deve anche essere economicamente vantaggiosa. E non deve causare danni all'ambiente ed agli edifici circostanti.

Nota: centro direzionale a Napoli, su terreno paludoso, fondazioni molto dispendiose economicamente e che danneggiano il circostante (si sono scelte delle fondazioni profonde, quindi realizzando delle strutture di fondazione che sono più alte degli stessi edifici, con delle palificate mostruose di fondazione).

Tipologie di fondazioni

Due famiglie: le fondazioni dirette e indirette (come avevamo detto per gli edifici in muratura): se consideriamo lo schema di un edificio intelaiato, possiamo definire sempre una parte fuori terra dell'edificio e una parte interrata dell’edificio (la linea di demarcazione è questa del piano di campagna).

Le fondazioni dirette sono quelle fondazioni entroterra, che trasmettono direttamente i carichi sul piano di posa del terreno e quindi sono delle fondazioni anche più economiche: se facciamo un paragone con le fondazioni in muratura, vi ricordate che ci poteva essere la fondazione continua o in tela, la fondazione diretta, la fondazione su pali: la fondazione continua o in tela doveva essere impostata su un'altra struttura e sui pali che andavano a trasportare tutti i carichi nei terreni più profondi. Anche in questo caso possiamo avere una fondazione diretta, che poggia direttamente sul terreno, mentre quella indiretta su lunghi pali che finiscono nel terreno: quindi la fondazione iniziale viene poi fissata a questi ulteriori pali, a questa ulteriore struttura di fondazione, che la porta più in profondità.

Le fondazioni per gli edifici intelaiati, sia il calcestruzzo armato che in acciaio, sono per lo più realizzati in calcestruzzo armato, quindi si tratta di collegare le strutture in acciaio a strutture in calcestruzzo armato, che formano la fondazione del terreno.

Tipologie di fondazioni dirette

Le fondazioni dirette: dalle più semplici:

• Fondazioni a plinti isolati (ciascun pilastro ha la sua fondazione). Queste venivano utilizzate all'inizio, quando si affacciò questa nuova tipologia strutturale dell'edificio intelaiato, ma poi sono state perlopiù abbandonate, perché fondare ciascun pilastro su una sua fondazione, aumenta enormemente il rischio di cedimenti differenziali (ciascun pilastro si può abbassare a modo suo) e soprattutto non garantisce assolutamente una resistenza alle azioni sismiche (basta che un pilastro subisca un'azione laterale ed è molto vulnerabile a queste azioni laterali). Nota: immaginate una struttura che si fonda su una roccia affiorante e quindi ciascun pilastro può avere la sua fondazione, ma per il resto non si utilizzano quasi mai.
• Le fondazioni su travi rovesce, in cui ciascun pilastro viene accolto da una trave orizzontale, che diventa la struttura di fondazione.