Progettazione Strutturale 1M

Geotecnica: “LE STRUTTURE DI FONDAZIONE”

Rientrano nella categoria delle strutture portanti ossia l’insieme delle unità che assolvono alle

funzioni di sostenere l’edificio e di ripartire i carichi che l’edificio deve sopportare: carichi

d’esercizio e carichi accidentali. Le strutture portanti devono essere protette dagli agenti

atmosferici aggressivi per preservare le proprie caratteristiche statiche e per evitare deterioramenti

alle altre parti della costruzione. Una fondazione è quindi una struttura a diretto contatto con il

terreno, al quale vincola stabilmente la struttura stessa ed al quale trasmette i carichi su di essa

agenti

Una struttura di fondazione è l’insieme degli elementi che ha la funzione di trasmettere i carichi

permanenti e i carichi accidentali dell’edificio al terreno sottostante. La struttura di fondazione

ripartisce le sollecitazioni provenienti dalla struttura in elevazione su una superficie

sufficientemente grande da assicurare il rispetto di determinati requisiti. I requisiti da soddisfare dal

punto di vista geotecnico nel progettare una fondazione sono:

• Sicurezza rispetto ad un fenomeno di rottura per Carico Limite dei terreni di fondazione (la

fondazione deve determinare nel terreno uno stato tensionale sufficientemente lontano da

quello che produce rottura);

• Limitazione degli spostamenti assoluti e differenziali a valori compatibili con la statica e la

funzionalità della struttura in elevazione;

9 • Lo stato di sforzo nella struttura di fondazione deve essere compatibile con i requisiti

strutturali riguardanti la resistenza dei materiali, l’insorgere di stati di fessurazione, la

durabilità.

Più è alta la resistenza del terreno più sono piccole le fondazioni, più è bassa la resistenza del

terreno più sono grandi le fondazioni, infatti la configurazione delle fondazioni dipende

direttamente dalle caratteristiche geologiche del suolo su cui insistono. Esse sono il collegamento

statico fra edificio e terreno sottostante. Lo studio del suolo, condotto attraverso analisi geologiche,

idrologiche e idrauliche sui campioni prelevati con sondaggi è particolarmente importante e deve

essere svolto fin dalle prime fasi di sviluppo del progetto per consentire corrette valutazioni sulla

fattibilità dell’opera, sul costo relativo e sulla sua configurazione a terra. La capacità di sostegno

del terreno dipende essenzialmente dalla conformazione del suolo (composizione mineralogica,

qualità e modo di aggregazione degli elementi componenti). Il terreno ha di diversa forma e

dimensione e a seconda della sua conformazione ha una sua resistenza. I terreni si dividono in:

• Rocce propriamente dette: graniti, basalti ecc.

• Terreni coerenti, a grana grossa o fine: rocce tenere (tufi, arenarie, trachiti), pozzolana

compatta, argille

• Terreni incoerenti o sciolti, ghiaie e ciottoli, sabbie, pozzolane sciolte

• Terreni vegetali, originati da combinazioni di rocce decomposte e sostanze organiche

vegetali

Nella pratica costruttiva si fa riferimento a due classificazioni di uso corrente

a) Classificazione granulometrica: i terreni vengono distinti in base alla dimensione dei granuli,

misurata su setacci di dimensioni prestabilite

b) Classificazione pratica: è quella più usata in edilizia, essa distingue i terreni in ottimi, buoni,

mediocri, Cattivi a seconda della loro capacità di resistenza.

La conoscenza delle proprietà tecniche dei terreni è fondamentale per poter valutare il

comportamento di un suolo su cui realizzare la costruzione. Si definisce resistenza del terreno il

valore del carico massimo verticale sotto cui si registra l’affondamento della fondazione. Il

cedimento del terreno, supposto il carico crescente, avviene in tre fasi distinte:

1. Fase Elastica: i cedimenti sono proporzionali al carico, il sistema è in equilibrio

2. Fase Elasto-Plastica: per effetto dell’aumento del carico si formano nel terreno delle zone

plastiche nelle quali i granuli tendono a scorrere gli uni sugli altri, contrastati in ciò dall’attrito e

dalla resistenza al taglio. Essendo le zone plastiche limitate la stabilità del sistema non è

pregiudicata

3. Fase Plastico Fluida: si ha un’estensione delle zone plastiche con rifluimento plastico del

terreno ai bordi del corpo di carico; la resistenza al taglio è superata ed il corpo, non più in

equilibrio, affonda. Il valore di carico nella seconda fase si definisce carico critico e segna il limite

oltre il quale i cedimenti non sono più proporzionali ai carichi. Il carico di sicurezza o carico

massimo ammissibile è dato da una frazione 1/n del carico critico. Le strutture di fondazione

possono essere distinte in:

• Strutture di fondazione dirette: quando l’unità tecnologica fondale è a diretto contatto con il

terreno (con interposizione di uno strato di livellamento);

• Strutture di fondazione indirette: quando diviene necessario ricorrere all’adozione di

dispositivi aggiuntivi (pali, tiranti, chiodature) tali da garantire le condizioni di stabilità e

sicurezza dell’apparato fondale.

Dal punto di vista morfologico possiamo operare un’altra semplice classificazione dei sistemi di

fondazione:

10 • Fondazioni discontinue: costituite da parallelepipedi massicci (plinti) su cui spiccano le

strutture verticali (la fondazioni discontinue sono chiamate anche “isolate” o “puntuali”);

• Fondazioni continue: costituite da elementi tecnici collegati fra loro (di forma lineare, quali

travi rovesce, oppure costituite da un’unica superficie resistente a platea o a cassone).

La definizione della profondità a cui devono giungere le strutture di fondazione determina

un’ulteriore modalità di classificazione:

• Strutture superficiali: strutture di fondazione impostate ad una profondità non superiore ai

6-8 metri (due piani entro terra);

• Strutture profonde: strutture impostate al disotto dei 6-8 metri

Il progetto delle fondazioni si articola quindi in una successione di fasi:

• Indagini, rilievi e prove tendenti alla caratterizzazione geotecnica del terreno;

• Determinazione dell’entità e distribuzione dei carichi esercitati dalla sovrastruttura;

• Scelta del tipo di fondazione e della profondità del piano di posa;

• Calcolo del carico limite del complesso terreno-fondazione;

• Analisi dei cedimenti;

• Studio delle modalità esecutive;

• Piano dei controlli in corso d’opera ed in fase di esercizio, computo metrico e preventivo di

spesa.

Fondazioni Superficiali

Dette anche fondazioni dirette, sono le strutture più semplici e vengono adottate

ogni qualvolta il terreno presenti valori di portanza soddisfacenti. Il rapporto fra

la sua larghezza in pianta B e la sua profondità del piano di posa D risulta

maggiore o uguale all’unità. Le strutture di fondazione vengono realizzate quasi

sempre in c.a., anche per strutture in elevazione in muratura o in acciaio. Le

forme più comuni sono il plinto isolato, la trave rovescia e la platea. Nel passare

da plinto isolato a trave rovescia, a graticcio di travi a platea si determina quanto segue:

• Aumenta l’area della fondazione e dunque si riduce la pressione trasferita al terreno;

• Aumenta la rigidezza della fondazione, rendendo la struttura meno sensibile ad eventuali

cedimenti differenziali (spesso questo secondo effetto risulta più importante del primo ed è

quello che determina la scelta della tipologia di fondazione)

Fondazioni superficiali discontinue – Plinti

Vengono realizzate con elementi tecnici puntuali, detti plinti, esse vengono generalmente adottate

quando le sovrastanti strutture in elevazione sono del tipo a telaio. Questi hanno generalmente

forma in pianta isometrica (quadrata, poligonale, circolare) ed in presenza di significative

eccentricità dovute ai carichi permanenti possono avere forma rettangolare. I plinti hanno la

funzione di distribuire il carico puntuale delle strutture su una superficie più ampia in modo tale da

diminuire l’impatto ed evitare il fenomeno di sprofondamento nel terreno degli elementi puntiformi

della struttura di elevazione. Le fondazioni in genere non poggiano direttamente sul terreno, ma

sono posate sopra uno strato di calcestruzzo a basso contenuto di cemento detto magrone, di

spessore variabile dai 10 ai 25 cm, il cui compito è quello di fornire la base livellata di appoggio alle

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sovrastanti strutture di fondazione, evitare il contatto diretto delle armature con il terreno e limitare

la permeazione di umidità di risalita.

Fondazioni superficiali continue – Travi rovesce e Platee

Sono caratterizzate da una doppia funzionalità: da una parte aumentano la superficie resistente sul

terreno, dall’altra collegano le strutture di elevazione sovrastanti. Le fondazioni a cordoli o a travi

rovesce sono caratterizzate morfologicamente da un allargamento della sezione trasversale

terminale della struttura. I cordoli di fondazione si utilizzano prevalentemente in presenza di

murature portanti in elevazione, hanno la funzione principale di ripartire i carichi in maniera

omogenea sul terreno, essendo trascurabili le sollecitazioni a flessione ed essendo invece

determinanti quelle di compressione, reciproche tra le fondazioni e terreno. Si ricorre alle travi

rovesce quando i pilastri sono disposti lungo un allineamento con interasse relativamente ridotto e

le caratteristiche del terreno sono tali che i possibili plinti di fondazione risultino molto ravvicinati.

La fondazione a trave rovescia ripartisce sulla superficie di appoggio i carichi trasmessi dalle

strutture sovrastanti, “ribaltando” la distribuzione delle tensioni al suo interno rispetto a quanto

succede nelle travi delle strutture portanti. È prassi che le travi rovesce ed i cordoli di fondazione

non poggino direttamente sul terreno ma su uno strato di calcestruzzo a basso contenuto di

cemento (circa 150 kg per metro cubo di impasto) detto magrone, il cui compito è quello di fornire

la base livellata di appoggio alla sovrastanti strutture di fondazione, evitando il contatto diretto delle

armature con il terreno e limitare la permeazione di umidità di risalita. In presenza di terreni con

caratteristiche di resistenza non particolarmente elevate si adottano fondazioni a platea, mediante

la realizzazione di un’unica dimensione superficiale e di contatto. Si ricorre alle platee anche

quando l’area di impronta del reticolo di travi rovesce eccede il 50/60% dell’area di impronta

dell’edificio. Le platee di fondazione hanno generalmente uno spessore variabile fra i 40 e gli 80

cm e per ovviare all’eccessivo spessore della platea, avvolte è opportuno predisporre delle

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