Fondazioni: elementi di congiunzione fra il terreno e la sovrastruttura

Fondazioni: elementi di congiunzione fra il terreno e la sovrastruttura

Fondazioni

Le fondazioni rappresentano l’elemento di congiunzione fra il terreno e la sovrastruttura, che si caratterizzano per avere una diversità non solo di materiali, ma anche di comportamento e di caratteristiche meccaniche.

In particolare, nella generalità dei casi, si passa da una struttura in elevazione, costituita da materiali che hanno determinate caratteristiche di rigidezza e resistenza, ad una struttura sotto il piano di fondazione costituita da terreno, con caratteristiche diverse e quasi sempre più scadenti.

In relazione alla sovrastruttura e ai terreni su cui bisogna fondare, le strutture fondali possono assumere forme diverse e nel seguito analizzeremo brevemente le soluzioni generalmente adottate.

Fondazioni su plinti

I plinti sono elementi di fondazione che possono essere quadrati, rettangolari, circolari o di altra forma. Rappresentano un allargamento alla base dei pilastri in modo da accompagnarli verso il terreno.
Nel caso di un pilastro in cemento armato, ipotizziamo abbia una resistenza cubica caratteristica di 25 kg/cm² e quindi una resistenza di progetto pari a:

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Un terreno mediamente ha una resistenza intorno a 1-4 kg/cm². Pertanto, nel passare dal pilastro al terreno, risulta necessario allargare la base in modo da aumentare l’area e quindi ridurre la pressione.

In via semplificata (fig.1), sia P = 80 t il carico sul pilastro quadrato di dimensioni 30 × 30 cm, avente resistenza di progetto pari a quella calcolata di 117,6 kg/cm², mentre il terreno abbia resistenza limite pari a σt = 2,5 kg/cm². Sul pilastro, la tensione vale:

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valore inferiore a quella di progetto.  Lo stesso carico sul terreno, per avere una tensione media pari a quella limite, ha necessità di una superficie di appoggio pari a:

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Se il plinto lo facciamo quadrato sarà necessario un lato B pari a circa 180 cm.Questo è il motivo per cui il plinto si allarga.

Quanto visto con il plinto capita con tutte le strutture di fondazione, che devono aumentare la superficie a contatto con il terreno in modo da portare la pressione sul terreno a valori ammissibili. Pertanto, la fondazione è l’elemento di congiunzione tra due materiali: terreno e sovrastruttura, in cui nella parte superiore, la superficie che trasmette il carico è data da quella degli elementi portanti della sovrastruttura, mentre, nella parte inferiore, la superficie è quella di contatto con il terreno.
Ovviamente molto dipende dal tipo di terreno: tanto più scadenti sono le sue caratteristiche, tanto maggiore dovrà essere la superficie di contatto con esso.

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Fig.1_Pilastro su plinto di fondazione_©Metodi pratici per il rinforzo di elementi strutturali- Maggioli Editore

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Fondazioni su travi

Quando i terreni sono molto resistenti, la superficie necessaria per contenere la pressione sul terreno a valori accettabili risulta ridotta e può essere utilizzato, ad esempio, lo schema indicato in figura 1, ossia una fondazione su plinti.

Al diminuire delle caratteristiche del terreno, al fine di aumentare la superficie di contatto e quindi le pressioni di contatto, si possono avere fondazioni su travi, come indicato in figura 2. In tal caso la superficie di contatto terreno-fondazione aumenta notevolmente rispetto al caso dei plinti.

Dalla figura, si nota che il carico complessivo trasmesso dalla sovrastruttura è portato dalla somma delle aree dei pilastri, mentre la superficie che scarica sul terreno è data dalla superficie complessiva della parte delle travi a contatto con il terreno stesso, notevolmente maggiore di quella dei pilastri.
Talora le travi possono essere a T rovesce, in modo da avere l’ala a contatto con il terreno che garantisce una maggiore superficie di contatto.

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Fig.2_Fondazioni su travi_©Metodi pratici per il rinforzo di elementi strutturali- Maggioli Editore

Fondazioni a platea

Se le caratteristiche dei terreni dovessero risultare molto scadenti, al fine di aumentare ancora di più la superficie di contatto e quindi ridurre la pressione in fondazione, si possono utilizzare fondazioni a platea, costituite da una piastra, come indicato in figura 3.

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Fig.3_Fondazione a platea_©Metodi pratici per il rinforzo di elementi strutturali- Maggioli Editore

La fondazione a platea consiste nel realizzare un solettone in cemento armato, che può avere talora delle nervature per renderla più rigida e che generalmente viene armata con due reti, superiormente ed inferiormente. Lo spessore può variare in funzione delle caratteristiche dei terreni e della sovrastruttura e per edifici ordinari a 3, 4 piani, generalmente varia tra i 40 e i 60 cm.

Con tale soluzione, si può anche risolvere il problema di risalite di acqua quando si costruisce in presenza di falda. Ovviamente risulta anche una soluzione onerosa per l’elevato volume di calcestruzzo e di ferro di armatura, pertanto risulta una tecnica che va utilizzata dove effettivamente è necessaria. Inoltre, va anche considerato il fatto che, con tale sistema fondale, il bulbo delle pressioni ha elevata estensione, in funzione della larghezza della platea e quindi vanno indagati i terreni per la necessaria profondità.

La fondazione, oltre ad avere sufficiente superficie per contenere le pressioni sul terreno, deve essere anche opportunamente rigida al fine di evitare cedimenti differenziali del terreno, che si ripercuoterebbero sulla sovrastruttura. Ne deriva che le strutture di fondazione sono sempre più massicce rispetto a quelle della sovrastruttura.

In molti casi, il terreno può presentare scarse caratteristiche meccaniche e può essere molto deformabile e ciò crea problemi per la sovrastruttura. Infatti il terreno non è un materiale omogeneo, così come pure risulta difficile che i carichi della sovrastruttura siano uniformemente ripartiti. Pertanto, la non uniformità dei carichi e delle caratteristiche del terreno può generare cedimenti diversi nei diversi punti, con nascita di coazioni sulla sovrastruttura. Questa condizione è assolutamente da evitare, giacché introduce delle tensioni che possono comportare danni per la struttura in elevazione.

La figura 3 indica questo fenomeno nel caso di un semplice portale. Dalla figura si nota che il cedimento differenziale δ tra i due plinti genera sulla trave uno stato flessionale, che si accompagna al taglio. Pertanto, detti cedimenti sono assolutamente da contenere entro limiti prestabiliti e compatibili con il tipo di costruzione.

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Fig.3_Cedimento differenziale_©Metodi pratici per il rinforzo di elementi strutturali- Maggioli Editore

Fondazioni su pali

Quando i terreni superficiali non sono adatti, ma si hanno buoni terreni in profondità, si ricorre a fondazioni profonde, ossia fondazioni che vanno ad interessare terreni posti ad una certa quota sotto al piano di campagna.

Ciò può ottenersi abbassando il piano di posa delle fondazioni, ad esempio quando si devono realizzare un piano seminterrato o dei piani interrati. Si possono realizzare, inoltre, fondazioni su pali, come indicato in figura 4, in modo da scaricare le tensioni sui terreni a profondità notevoli, generalmente tra i 10 e i 20 m.

Fig.4_Fondazione su pali_©Metodi pratici per il rinforzo di elementi strutturali- Maggioli Editore

Un aspetto molto importante delle fondazioni è che devono essere rigide e devono collegare nelle due direzioni principali gli elementi portanti, quali pilastri e muri. Una tipica fondazione a platea è riportata in figura 5, dove si ha una platea con affogate nel suo spessore delle travi che ricollegano i pilastri nelle due direzioni principali della sovrastruttura.

Fig.5_Tipica fondazione a platea_©Metodi pratici per il rinforzo di elementi strutturali- Maggioli Editore

Il testo e le immagini sono tratte dal volume:

Metodi pratici per il rinforzo di elementi strutturali

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Santino Ferretti , 2018, Maggioli Editore

Il testo, aggiornato con le NTC2018, esamina le tecniche per riparare o rinforzare i vari elementi strutturali che compongono una costruzione (fondazioni, pilastri e travi di cemento armato, murature, solai, archi e volte, ecc.), alla luce delle nuove tecniche per il rinforzo strutturale degli...


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