Prof. T. Basiricò a.a FONDAZIONI FONDAZIONI

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3 ALLA CLASSE DI UNITA TECNOLOGICA: STRUTTURA PORTANTE CORRISPONDONO LE UNITA TECNOLOGICHE: STRUTTURA DI FONDAZIONE STRUTTURA DI ELEVAZIONE STRUTTURA DI CONTENIMENTO

4 La struttura è l insieme delle unità tecnologiche e degli elementi tecnici appartenenti al sistema edilizio aventi funzione di sostenere i carichi del sistema edilizio stesso e di collegare staticamente le sue parti (UNI 8290) Nel campo delle costruzioni con il termine struttura si indica il complesso di opere specificamente dedicate a sopportare i carichi che gravano su di esse e necessarie per la stabilità dell insieme.

5 I carichi si dividono in statici e dinamici. I carichi statici sono il peso proprio della struttura, i carichi permanenti sulla struttura (pavimenti, manti di copertura, macchinari fissi, ecc..) ed i carichi accidentali (o sovraccarichi), gravanti sulla struttura in modo non permanente (persone, arredi, neve, vento, ecc.).

6 I carichi si dividono in statici e dinamici. I carichi dinamici sono forze di cui può variare l intensità, come l azione sismica, il vento, ecc.. I carichi possono essere considerati concentrati se agiscono su una superficie piccola e possono essere pensati come agenti in un punto della struttura, oppure possono essere considerati distribuiti se la loro azione è distribuita su una superficie sufficientemente ampia.

7 I carichi delle strutture sovrastanti (peso proprio dell edificio + peso persone e cose all interno) si trasmettono al terreno attraverso la superficie di contatto (fondazioni)

8 STRUTTURE DI FONDAZIONE La struttura di fondazione è l insieme degli elementi tecnici che ha la funzione di trasmettere i carichi permanenti ed i carichi accidentali dell edificio al terreno sottostante, che deve a sua volta essere in grado di equilibrare tali carichi.

9 La configurazione (tipologia, forma e dimensioni) delle fondazioni sono, quindi, funzione della natura del terreno su cui insiste, dei carichi e della struttura di elevazione. Il corretto dimensionamento delle fondazioni evita il presentarsi di cedimenti differenziali che si riflettono nelle strutture in elevazione. Le strutture di fondazione possono distinguersi in: Fondazioni dirette (continue o discontinue) Fondazioni indirette

10 Le fondazioni dirette vengono adottate quando il terreno alla quota di imposta desiderata presenta valori di portanza soddisfacenti per il carico che si prevede debba essere trasmesso dalle strutture in elevazione. A seconda della tipologia di struttura di elevazione e del valore di portanza del terreno si possono realizzare strutture di fondazione: Discontinue (a plinti) Continue (muratura, a travi rovesce e/o a platea)

11 Le fondazioni dirette discontinue si applicano quando il terreno ha valori di portanza omogenei. Esse vengono realizzate con elementi tecnici puntuali (plinti). Detti plinti hanno una sezione maggiore di quella dell elemento puntuale della struttura in elevazione che consente di trasmettere carichi minori sul terreno. Nelle zone sismiche questa tipologia di fondazioni è consentita solo in presenza di elementi rocciosi nei quali incassarsi e mediante travi di collegamento (travi pastoia) tra i diversi plinti.

12 Forma in pianta dei plinti La forma in pianta è in genere quadrata o rettangolare e dipende da quella del pilastro sovrastante. In presenza di soli carichi assiali si fa coincidere il baricentro della sezione del pilastro con quella del plinto. Tipicamente il plinto è costituito da un blocco in calcestruzzo armato a forma di parallelepipedo, a base solitamente quadrata o rettangolare, che viene realizzato al di sotto di ciascun pilastro della struttura, e centrato rispetto a questo, allo scopo di trasmettere il carico derivante dalla stessa al terreno di fondazione con valori ammissibili di tensioni sul sedime.

13 In generale è opportuno che i plinti vengano realizzati a base quadrata. Nel caso in cui il carico trasmesso dal pilastro sia notevolmente eccentrico o il pilastro notevolmente allungato si adotta la sezione rettangolare.

14 Forma in elevazione dei plinti - Plinti tronco-piramidali - Plinti parallelepipedi (a spessore uniforme o variabile) La scelta tra le due forme deriva dalla maggiore rapidità e semplicità esecutiva.

15 Andamento delle linee isostatiche in un plinto I carichi trasmessi dalle strutture sovrastanti si distribuiscono all interno del plinto secondo linee isostatiche che formano idealmente un cono. Pertanto la forma ideale del plinto è quella tronco-conica o tronco piramidale.

16 Plinti tronco-piramidali di minore rapidità nell esecuzione delle carpenterie e dei getti consentono: - minore impiego di armature (essendo molto ridotte le tensioni tangenziali, compensate dalla maggiore quantità di calcestruzzo impiegato in prossimità della verticale sull area di spiccato del pilastro). - minore quantità di calcestruzzo impiegata nelle zone dove i momenti flettenti sono modesti. Quando i costi della manodopera sono elevati rispetto al costo del materiale risulta economicamente più vantaggioso adoperare plinti parallelepipedi.

17 Situazioni contingenti possono tuttavia richiedere plinti di forma differente (ad esempio, il plinto zoppo per pilastri posti sul confine della proprietà dove non è possibile centrare il plinto sotto il pilastro). Plinto zoppo Plinto con trave di collegamento

18 Plinti parallelepipedi di grande rapidità esecutiva nella formazione delle carpenterie e nella esecuzione dei getti ma con maggiore utilizzo di armature per ovviare alle sollecitazioni di taglio che vengono a verificarsi in prossimità della verticale sull area di spiccato del pilastro. Plinto a gradoni per un pilastro in c.a.

19 Dimensioni dei plinti Usualmente, i plinti ordinari hanno un altezza che varia tra 40 cm e 80 cm, e dimensioni in pianta di circa 1,00 m per lato. L altezza è legata fondamentalmente alle sollecitazioni di taglio o punzonamento, mentre le dimensioni e la forma della base sono correlate alla capacità portante del terreno ed ai carichi provenienti dalla sovrastruttura. Normalmente in corrispondenza dell'estradosso del plinto viene realizzata una risega di non più di 5 cm che serve per l'appoggio in piano delle casseforme del pilastro.

20 Plinti si dividono in: Plinti alti e rigidi quando l angolo formato dalla congiungente il profilo esterne della sovrastruttura e la base del plinto è minore di 35, rispetto alla verticale, ovvero, non inferiore a 55, rispetto all orizzontale. In tal caso l altezza del plinto è maggiore di 1,5 volte la sua sporgenza. Plinti bassi e flessibili quando l altezza del plinto è minore di 1,5 volte la sua sporgenza. In tal caso il plinto si deforma comportandosi come una mensola rovescia. Plinto a gradoni per un pilastro in c.a.

21 Armatura plinti alti Il materiale di cui sono costituiti i plinti alti quindi ove il cono di propagazione dei carichi trasmessi dalla struttura sovrastante rimane entro un angolo, rispetto all orizzontale, non inferiore a 55 risulta sollecitato solo a sforzi di compressione, pertanto i plinti alti non necessitano di alcuna armatura. Tuttavia è buona norma disporre almeno una semplice griglia in corrispondenza della base maggiore. I plinti alti possono essere confezionati con cls di resistenza inferiore a quello della struttura in elevazione poiché l altezza del plinto è tale da rendere compatibili la resistenza del cls non armato con le sollecitazioni di flessione e taglio che si generano per effetto delle sporgenze del plinto rispetto al pilastro.

22 Armatura dei plinti L'armatura dei plinti di fondazione è costituita da ferri disposti sulla faccia inferiore e nelle due direzioni, tali da realizzare in ciascuna direzione un'area metallica in grado di assorbire con tassi ammissibili della tensione di lavoro, gli sforzi di trazione. Per plinti alti nei quali il rapporto tra il lato del pilastro e quello del plinto è 0,3 è opportuno che l'armatura venga distribuita all'incirca uniformemente sulla lunghezza del plinto.

23 Armatura plinti bassi Se l angolo è inferiore a 55 il materiale viene sollecitato a sforzi di flessione e taglio. I plinti bassi devono essere confezionati con cls di resistenza pari a quello della struttura in elevazione e devono essere verificati a flessione e taglio delle parti a sbalzo. La rottura del plinto si può avere per: - effetto delle sollecitazioni di taglio (collasso per punzonamento) - effetto della flessione dovuta al momento delle coppie di forze agenti

24 Armatura dei plinti bassi L'armatura sulla faccia inferiore dei plinti bassi (costituita da ferri disposti e nelle due direzioni, tali da assorbire gli sforzi di trazione) è opportuno addensare l'armatura in corrispondenza del pilastro.

25 Armatura dei plinti bassi Alcuni ferri sono piegati a 45 per assorbire le tensioni tangenziali; Oltre a dette armature vanno posizionati due staffoni perimetrali orizzontali usualmente dello stesso diametro delle armature.

26 Altri ferri si dispongono nella parte superiore, in caso di modesta altezza del plinto, poiché le sollecitazioni di pressione che si generano nella parte superiore sono talmente elevate da richiedere un armatura metallica anche nella zona compressa.

27 Tipologie di fondazioni superficiali discontinue Plinti nervati (quando la superficie di contatto con il terreno è molto estesa rispetto alla sezione del pilastro, per utilizzare minore quantità di calcestruzzo) Le nervature si comportano come mensole rovesce che irrigidiscono la piastra. L economia di materiale non compensano in genere il costo delle casseforme

28 Fasi di realizzazione dei plinti Al di sotto delle fondazioni viene realizzato uno strato di calcestruzzo a basso contenuto di cemento detto magrone, di spessore variabile tra 10 e 20 cm che serve a: avere un piano di posa delle fondazioni livellato evitare l ossidazione dei ferri a causa del contatto diretto col terreno limitare la permeazione di umidità di risalita

29 Comunque le armature non vengono direttamente posate sul calcestruzzo magro, ma sono tenute distanziate da questo mediante distanziatori in calcestruzzo prefabbricato o in plastica, ciò perché risultino avvolte bene dal calcestruzzo garantendo il giusto copriferro. Il plinto viene realizzato all'interno di una cassaforma in legno o talvolta metallica, dove viene disposta l'armatura del plinto stesso e i ferri di ripresa verticali per il pilastro spesso sagomati a molletta. Posata l'armatura viene effettuato il getto di calcestruzzo.

30 Le fondazioni superficiali continue Le fondazioni continue sono caratterizzate da una doppia funzionalità: aumentare la superficie resistente sul terreno collegare le strutture di elevazione sovrastanti Esse sono utilizzate sia con strutture portanti di elevazione puntiformi (discontinue) sia con strutture di elevazione a pareti portanti (continue). Infatti, nel caso di terreni poco resistenti i plinti occuperebbero una superficie tale da risultare molto ravvicinati fra loro.

31 Le fondazioni a cordoli o a travi rovesce sono caratterizzate dall essere un vero e proprio allargamento della sezione trasversale terminale della struttura. I cordoli si utilizzano in presenza di murature portanti in elevazione realizzate con materiali lapidei, 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 fondazione e terreno.

32 Le travi rovesce, siano esse unidirezionali che incrociate, sono fondazioni solitamente adottate per edifici a struttura intelaiata in calcestruzzo armato. Esse ripartiscono sulla superficie di appoggio i carichi trasmessi dalle strutture sovrastanti, e risultano caricate uniformemente dalla reazione del terreno (dal basso verso l alto). Da questo comportamento rovesciato (uguale e contrario a quello delle travi dei telai in elevazione) deriva l appellativo di trave rovescia.

33 Le armature sono disposte in maniera rovesciata rispetto a quella delle travi in elevazione.

34 Tipologie di fondazioni superficiali continue Fondazioni con travi rovesce in una sola direzione Travi rovesce nelle due direzioni (a maglia chiusa) Travi rovesce a larghezza variabile

35 Rispetto alla portata delle travi di piano le travi rovesce devono sopportare i carichi più elevati gravanti da tutto l edificio, pertanto le dimensioni in altezza di tali elementi tecnici sono piuttosto ingombranti. In funzione delle particolari sollecitazioni e delle eventuali eccentricità dei pilastri o dei setti si possono avere conformazioni della sezione semplicemente a parallelepipedo oppure a T rovesciata, a L, o ancora a parallelepipedo con superficie superiore inclinata verso l esterno. Similmente a quanto avviene per i plinti grande cura dovrà essere adottata nella preparazione del livello fondale. E prassi che le travi rovesce non poggino direttamente sul terreno ma su uno strato di calcestruzzo a basso contenuto di cemento (150 Kg) detto magrone di spessore di circa 20 cm.

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39 Fondazioni superficiali a platea Se il terreno superficiale ha resistenza unitaria modesta rispetto al carico trasmesso dalla costruzione, essendo quello resistente eccessivamente profondo, o quando si devono realizzare strutture in elevazione con carichi rilevanti, si adottano fondazioni: - a platea Tale tipo di fondazione è tra le preferite dai progettisti poiché: - dà maggiori garanzie di omogeneità di comportamento delle fondazioni tali da evitare cedimenti differenziali nelle strutture - non necessita di eccessiva manodopera per le carpenterie

40 La fondazione a platea può essere considerata uno sviluppo della fondazione a travi rovesce, con in più la presenza di un solettone inferiore a cui spesso si aggiungono nervature ortogonali secondarie rispetto a quelle delle travi rovesce, per garantire un ulteriore irrigidimento della struttura. Le fondazioni a platea trasmettono il peso di tutto l edificio al terreno interessando una estesa superficie continua. Le platee si realizzano in cls armato e possono paragonarsi a dei solai rovesciati con travi principali, travi secondarie e solette caricate dalla reazione del terreno che si suppone uniformemente ripartita. Si distinguono due tipi di platee: - Normale - Scatolare

41 La fondazione a platea normale è composta da: - travi principali che si incontrano in corrispondenza della base dei pilastri, ed hanno larghezza modesta ed altezza notevole (1/4-1/5 della luce). In genere le travi perimetrali hanno ali a sbalzo che si estendono oltre il perimetro dell edificio - travi secondarie, anche queste strette ed alte, incastrate a quelle principali e poco distanziate tra loro (1,70-2,00 m) per ridurre la luce delle solette e limitarne quindi l altezza. Esse possono essere disposte ad incrocio o parallelamente. - solette, incastrate alle travi principali e secondarie armate con ferri unidirezionali o incrociati

42 Fondazioni a platea con travi principali a maglia chiusa e travi secondarie incrociate (a) e travi secondarie parallele (b)

43 La fondazione a platea scatolare è composta da: - nervature verticali incrociate di piccolo spessore e notevole altezza con maglia costante di cm collegate superiormente ed inferiormente da solette continue - soletta continua superiore - soletta continua inferiore Tale sistema risulta notevolmente rigido e leggero

44 Fasi di costruzione di una fondazione a platea Scavo Getto magrone Posizionamento armatura Getto del Cls Platea completata e ferri di ripresa a vista

45 Le fondazioni indirette si eseguono quando il terreno si trova ad una profondità maggiore di 5-6 m rispetto al piano di campagna o quando il carico sul terreno è elevato. Tali fondazioni vengono realizzate attraverso la costruzione di pali, che trasferiscono le sollecitazioni di compressione assiale tra superficie del palo e superficie del terreno circostante secondo due diverse modalità: - per carico puntuale, quando il palo raggiunge lo strato di terreno portante e vi trasferisce il proprio carico - per attrito radente, quando, a causa dell eccessiva profondità del terreno resistente, il palo trasferisce le forze attraverso l attrito che si verifica lungo tutta la sua superficie laterale e il terreno circostante.

46 I pali possono essere realizzati in opera o essere prefabbricati e la loro capacità portante è data - dal diametro del fusto, che può variare mediamente tra i 20 ed oltre i 100 cm - dal materiale costituente (legno, cls armato ed acciaio) La loro lunghezza varia genere tra i 6 ed i 20 m, ma può raggiungere anche lunghezze di 30 m e oltre.

47 Pali in legno Pali in acciaio, sono i meno usati in quanto a contatto continuo con il terreno possono subire fenomeni di ossidazione e degrado

48 I pali in calcestruzzo possono essere non armati, realizzati con calcestruzzo gettato in opera (in tal caso di inseriscono però, prima che inizi l indurimento, dei monconi in acciaio per collegare i pali con la sovrastante fondazione) oppure armati nel qual caso l armatura è costituita da una gabbia formata con ferri longitudinali e staffe trasversali alla stessa maniera di un pilastro. Pali in calcestruzzo armato

49 La realizzazione dei pali in calcestruzzo gettati in opera viene adottata generalmente per fondazioni gravanti direttamente su uno strato resistente. Il palo gettato in opera ha un costo inferiore rispetto a quello prefabbricato. Ma richiede tempi più lunghi di realizzazione a causa delle fasi lavorazione eseguite interamente in cantiere. La realizzazione può avvenire per infissione con un maglio meccanico per profondità fino a 20 m o mediante trivellazione per profondità maggiori.

50 Sistemi di costruzione dei pali trivellati Trivellazione con sonda per asportazione del terreno Posizionamento armatura e getto del cls

51 I pali gettati in opera per infissione sono sempre realizzati attraverso tubi-forma. In un caso la parte terminale del tubo è dotata di una puntazza conica che agevola la fase di battitura: una volta raggiunta la profondità di progetto la puntazza viene lasciata nel terreno e il calcestruzzo viene gettato e costipato al fine di realizzare una maggiore aderenza nel terreno circostante man mano che il tubo viene estratto. Palo con tubo-forma e puntazza recuperabile

52 Una seconda modalità prevede l infissione del tubo attraverso un pestello interno: una volta raggiunta la quota richiesta viene gettato il calcestruzzo e viene realizzato un bulbo inferiore attraverso il costipamento del materiale pompato oltre il tubo; successivamente viene ultimato il getto contemporaneamente allo sfilaggio del tubo stesso. Pestello interno Palo con puntazza perduta

53 Fasi di costruzione dei pali gettati in opera

54 Pali prefabbricati Le fondazioni su pali prefabbricati in cls armato possono essere realizzati attraverso l infissione nel terreno. Essi possono funzionare sia a carico puntuale che per attrito (pali sospesi). Hanno solitamente una sezione circolare o quadrata ad angoli smussati con una rastremazione verso il bordo inferiore per facilitare il costipamento. Essi possono raggiungere notevoli profondità (otre 30 m) mediante l uso di elementi successivamente sovrapposti e giuntati.

55 I pali sono posizionati al di sotto di strutture di fondazione superficiali quali: plinti travi rovesce platee In ogni caso devono essere collegati da strutture (cordoli o travi di collegamento) in grado di ripartire uniformemente il carico dell edificio soprastante. Ciascun plinto può essere collegato ad uno o più pali. Mentre una trave rovescia trasmette il carico sempre a più pali, collocati lungo il suo sviluppo longitudinale, al fine di evitare cedimenti localizzati.

56 Disposizione dei pali sotto una fondazione con plinti e travi di collegamento Disposizione dei pali sotto una fondazione a travi rovesce unidirezionali

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58 Per assicurare il corretto funzionamento delle fondazioni su pali sospesi, questi devono essere distanziati tra loro di almeno 3 volte il loro diametro. Le linee di ugual pressione del terreno generate da un palo assumono la forma di un bulbo rovesciato e quando i pali sono troppo ravvicinati tali forze di compressione interferiscono reciprocamente provocando una diminuzione dell attrito col terreno, provocando il rischio di trascinamento reciproco verso il basso.

59 STRUTTURE DI CONTENIMENTO Le strutture di contenimento costituiscono l insieme degli elementi tecnici aventi funzione di sostenere i carichi derivanti dal terreno. Le strutture di contenimento verticali sono progettate per rispondere a sollecitazioni prevalentemente orizzontali (spinta del terreno e spinta delle acque). In relazione al loro principio statico di funzionamento le pareti di contenimento possono classificarsi in: in pietrame a secco - muri a gravità (con o senza contrafforti) - muri a sbalzo in c.a. in cls debolmente armato in acciaio in elementi prefabbricati in c.a. in pietrame e malta In mattoni in cls

60 Muri di contenimento a gravità Il muro a gravità si oppone alla spinta del terreno mediante il peso proprio. Ciò si ottiene facendo in modo che la risultante della spinta della terra e del peso proprio del muro abbia intensità e direzione tale da mantenere l equilibrio. Quando la struttura verticale non è sottoposta a sforzi di trazione, quindi, viene realizzata in muratura o in cls. Carico del terreno risultante

61 Muri di contenimento a sbalzo Quando la struttura, invece, è sottoposta a trazione vengono impiegate le soluzioni tecniche con calcestruzzo in opera o in elementi prefabbricati in c.a. o in acciaio a palancola. Vengono denominati a sbalzo poiché sotto la spinta del terreno tendono a inflettersi a causa del ridotto spessore se paragonato a quello di un muro a gravità. Il tipo più semplice di muro a sbalzo può essere paragonato ad una mensola posta in verticale, incastrata al terreno.

62 I muri a sbalzo, poiché presentano uno spessore modesto, necessitano di una base di notevole larghezza per evitare possibili ribaltamenti. L allargamento della base si può effettuare sia a monte che a valle del muro. Nel caso dei muri con base a monte il terreno che grava su essa fornisce una forza peso che genera un momento stabilizzante all eventuale ribaltamento dovuto alla spinta del terreno. Quando occorre sostenere un terreno che non presenta caratteristiche tali da potere effettuare scavi senza pericolo di cedimenti si allarga la base a valle. In tal modo si ottiene sempre una soluzione a vantaggio della stabilità, in quanto si allontana il punto (A) intorno al quale per effetto della spinta del terreno il muro potrebbe ribaltare.

63 Per necessità di carattere statico occorre cambiare schema costruttivo e realizzare dei contrafforti (esterni o interni, assimilabili sempre a mensole incastrate al terreno) ed a questi incastrare delle solette.

64 Nel progettare un muro di sostegno bisogna sempre prevedere un buon drenaggio a ridosso di esso. Esso si realizza disponendo del pietrame di natura compatta per cm di spessore e per tutta l altezza del muro, dopo avere adeguatamente impermeabilizzato il paramento interno. L acqua viene allontanata mediante il pietrame, dei fori nel muro e una tubazione microforata posta alla base del drenaggio