3_Fondazioni - Architettura

Fondazioni
Fondazioni
Le strutture portanti di fondazione costituiscono l’elemento di trasmissione al terreno dei carichi verticali ed
orizzontali agenti sull’edificio;
La scelta del tipo di fondazione deve essere fatta in base alle caratteristiche del terreno, alle caratteristiche e ai
carichi dell’opera, valutando eventuali interferenze con manufatti già esistenti.
ORIGINE E COSTITUZIONE DEI TERRENI DI FONDAZIONE - DEFINIZIONI
Roccia
La roccia è un aggregato di minerali facente parte della crosta terrestre che, in campioni al di fuori della sua
sede naturale, è dotato di elevata coesione anche dopo prolungato contatto con acqua.
ORIGINE E COSTITUZIONE DEI TERRENI DI FONDAZIONE - DEFINIZIONI
Tipi di roccia
Rocce ignee intrusive: sono formate da materiale magmatico raffreddatosi in seno alla
crosta terrestre (graniti)
Rocce ignee effusive: sono formate da materiale effuso da vulcani (basalti, porfidi)
Granito rosa
Basalto
Porfido
ORIGINE E COSTITUZIONE DEI TERRENI DI FONDAZIONE - DEFINIZIONI
Tipi di roccia
Rocce sedimentarie
- clastiche (arenarie, conglomerati): si sono formate per sedimentazione di frammenti
prodotti dalla disgregazione della parte emersa della crosta terrestre ad opera degli agenti
atmosferici
- di origine organica (calcari, selci): si sono formate per sedimentazione di residui fossili
di organismi animali e vegetali
Arenaria
Conglomerato
Calcare
Selce
ORIGINE E COSTITUZIONE DEI TERRENI DI FONDAZIONE - DEFINIZIONI
Tipi di roccia
Rocce metamorfiche (quarziti, marmi): sono il prodotto di profonde trasformazioni della
struttura e della costituzione di rocce ignee e sedimentarie, soggette ad alte pressioni e
temperature
Quarzite
Marmo di Carrara
Cava di marmo di Carrara
Ciclo di formazione delle rocce
Fonte: sito web http://educazionetecnica.dantect.it
ORIGINE E COSTITUZIONE DEI TERRENI DI FONDAZIONE - DEFINIZIONI
Suolo: è il prodotto dell'alterazione dello strato superficiale, costituito da rocce o terreni, ad
opera del clima e di fattori biologici (vegetazione, microflora, fauna e uomo). I suoli hanno
spessore al massimo di qualche metro.
Terreno: materiale naturale formato da aggregati di granuli, non legati tra loro o che
possono essere separati con modeste sollecitazioni o per mezzo di un più o meno prolungato
contatto con acqua.
Classificazione granulometrica dei terreni
I terreni, a seconda della costituzione granulometrica, cioè delle dimensioni dei granuli che li costituiscono, sono
classificati nel modo seguente dall'Associazione Geotecnica Italiana:
Argilla grigia
Sabbia
Ghiaia
Terreni coesivi e non coesivi
Terreni derivati da rocce scistose (COESIVI):
• Argille
• Limi
Terreni derivati da rocce sedimentarie (NON COESIVI):
• Sabbie
• Ghiaie
Rapporto con le acque di falda:
TERRENI COESIVI
l’acqua crea legami di tipo chimico-fisico - aumenti di volume non controllabili - impossibilità di espellere l’acqua
TERRENI NON COESIVI
l’acqua riempie le parti interstiziali - non avvengono aumenti di volume - non intervengono legami di tipo chimico
Caratteristiche dei terreni di fondazione
Un buon terreno di fondazione deve possedere una limitata deformabilità allo scopo di assicurare, in fase
costruttiva, la conservazione della regolarità del piano di posa della fondazione e di garantire, in esercizio,
l'assenza di cedimenti tali da compromettere la regolarità e la funzionalità della struttura sovrastante.
Alcune tipologie di terreno di fondazione
Tensioni ammissibili nei terreni di fondazione
1_Terreni derivati da rocce scistose:
• Argille
• Limi
1_Limi – Argille Organiche
0,2 – 0,4 Kg/cm2
2_Sabbie – Ghiaie
1,0 – 2,0 Kg/cm2
3_Rocce
> 2,0 Kg/cm2
2_Terreni derivati da rocce sedimentarie:
• Sabbie
• Ghiaie
3_Rocce
Caratteristiche dei terreni di fondazione
tipo di terreno
Rocce com patte
resistenza
> 10 Kg/cmq
note
lo spessore del banco deve essere
sufficientemente grande
la stratificazione non deve dar luogo a
pericolosi scorrimenti
6~10 Kg/cmq
per banchi di spessore 3~4 m
Terreni ghiaiosi
3~6 Kg/cmq
se in banchi compatti dello spessore di 3~4 m
Terreni sabbiosi
2~4 Kg/cmq
se compatti possono sopportare sforzi tanto
più grandi quanto più grande è la grana degli
elementi costituenti
Terreni argillosi
0,4~3 Kg/cmq
le infiltrazioni d'acqua li rigonfiano e ne
compromettono la resistenza
1~1,5 Kg/cmq
compressibili, permeabili e poco adatti a
fondare
Rocce tenere
Terreni ordinari
basalti, graniti, porfidi,
calcari duri, ecc.
calcari teneri, arenaria, tufi,
ecc.
strati di diversa natura
Terreni di deposito argilla, marne, sabbie, in
vicinanza di: mare, torrenti
e fiumi
non sono adatti per fondazioni ma sono
migliorabili con opere opportrune
Terreni di riporto
sono terreni poco adatti a sostenere una
fondazione, è consigliabile attraversarli per
appoggiarsi sul terreno sottostante, sono
anche essi migliorabili con opere opportune
depositi di antichi sterri o
sbancamenti
Fasi di realizzazione di un opera di fondazione
La realizzazione delle fondazioni è preceduta dai seguenti lavori:
Sbancamento. Asportazione del terreno all’interno dell’area individuata dalle operazioni di tracciamento, fino a
raggiungere la quota dalla quale avranno inizio le opere di elevazione del fabbricato
Scavi per fondazioni. Scavi a sezione obbligata effettuate a partire dal piano di sbancamento per accogliere gli
elementi di fondazione previsti
Opere di fondazione. Opere relative alla fondazione quali i muri di sostegno e la sottofondazione (magrone)
Opere di fondazione: muri di sostegno e sottofondazione
I materiali con i quali si possono costruire i muri di sostegno sono: muratura di mattoni, calcestruzzo non armato,
calcestruzzo armato, gabbioni.
Muri a contrafforti, in cui i contrafforti lavorano in un
piano verticale, prendendo su di sé la spinta delle terre,
e il pannello murario lavora per inflessione con la
funzione principale di contenimento del terreno;
Il magrone di sottofondazione è
un calcestruzzo povero con minori
capacità meccaniche utilizzato come
riempimento e livellamento del
terreno per i getti di sottofondazione
Muri a mensola, ovvero elementi murari snelli in c.a.,
con fondazioni particolarmente ampie (in modo da
realizzare l'incastro al piede) in cui la parete svolge
entrambe le funzioni, di sostegno e di contenimento.
Fondazioni: definizione
Le fondazioni si dividono in:
• Dirette
quando operano direttamente su strati di terreno superficiali adeguatamente resistenti
• Indirette
quando giungono a strati profondi in quanto quelli superficiali non forniscono sufficienti garanzie di
portanza
Dirette
Discontinue
- Plinti isolati
Indirette
- Pali infissi
- Pali gettati in opera
Continue
- Muratura
- Travi rovesce
- Platee
Fondazioni dirette
Una fondazione superficiale trasmette i carichi della struttura agli strati di terreno in prossimità del piano campagna.
In generale il terreno può sopportare tensioni molto minori di un elemento strutturale:
-
un pilastro ad esempio lavora a pressioni di 60-70 kg/cm2 (6-7 MPA)
-
il terreno porta mediamente da 0,5 a 5 kg/cm2 (0,05-0,5 MPA).
E’ chiaro quindi che un determinato carico gravante su un pilastro, per essere sopportato dal terreno si deve
ripartire su un elemento di fondazione che abbia una superficie maggiore.
Le fondazioni superficiali costituiscono pertanto un allargamento dell’area su cui grava il carico della
sovrastruttura così da ottenere valori di pressione sopportabili dal terreno
Fondazioni in calcestruzzo cementizio armato (c.c.a.)
Oggi le fondazioni, sia per edifici in muratura o con struttura in c.a. che per quelli con struttura in acciaio o in legno si
realizzano in cemento armato, avendo cura di evitare il contatto diretto del getto e delle armature con il terreno, ovvero
predisponendo uno strato di calcestruzzo magro come sottofondo (magrone di sottofondazione) che, nelle fondazioni
dirette, può servire anche ad aumentare la superficie di terreno investita.
Fondazioni dirette discontinue: plinti
Fondazioni dirette discontinue: plinti
Le fondazioni a plinto si utilizzano con strutture in elevazione di tipo intelaiato (trave-pilastro)
I plinti sono elementi strutturali generalmente a sezione trapezoidale o rettangolare, disposti al piede del pilastro in modo tale
da diffonderne adeguatamente il carico sul terreno di fondazione.
Le fondazioni a plinto isolato non sono ammesse in zone sismiche.
Poiché nelle strutture intelaiate in c.a. le fondazioni devono consentire una certa continuità strutturale i plinti devono essere
collegati da un reticolo di travi o cordoli.
Fondazioni dirette discontinue: plinti
Da un punto di vista geometrico, i plinti possono essere distinti in alti o bassi, ovvero in deformabili e rigidi.
Da un punto di vista meccanico, a seconda della scelta cambia sia il comportamento del plinto stesso, sia la sua
interazione con il terreno sottostante e quindi la distribuzione delle tensioni
In genere, le varie categorie di plinto si distinguono nel seguente modo:
c ≥ 4h
grande snellezza
h/2 ≤ c ≤ 4h
media snellezza
C ≤ h/2
piccola snellezza (tozzi)
I plinti di media snellezza, i più usati, vengono progettati
seguendo la teoria della trave.
I plinti di grande snellezza, soluzione poco economica,
vengono progettati seguendo la teoria delle piastre.
I plinti di piccola snellezza, vengono trattati come travi
tozze.
Fondazioni dirette continue: in muratura
Gli edifici in muratura del passato avevano fondazioni
realizzate anch’esse in muratura, con allargamenti e
gradoni in modo da aumentare gradualmente la
larghezza del muro entroterra fino a raggiungere una
superficie di contatto con il piano di posa capace di
ripartire il carico nei limiti di una sollecitazione
ammissibile per il terreno di fondazione (sedime).
Le dimensioni della fondazione, ed in primo luogo la
larghezza della fascia di terreno investito, vengono
determinate tenendo conto dei carichi trasmessi dalla
muratura in elevazione e della capacità portante del
terreno.
La superficie dell’area di base della fondazione, a parità
di qualità del terreno, aumenterà al crescere del carico
da sopportare e a parità di carico diminuirà al crescere
della sollecitazione ammissibile del piano di posa.
In alcuni casi in presenza di terreni superficiali poco
resistenti si possono avere fondazioni discontinue anche
in edifici storici in muratura le cosiddette fondazioni su
archi e pilastri.
Fondazioni dirette continue: travi rovesce
Per investire una superficie maggiore di quella ottenibile con dei plinti isolati, si può sfruttare l’allineamento dei
pilastri per realizzare una ripartizione lineare del carico. La fondazione in questo caso è costituita da travi, dette
rovesce in quanto caricate dalla reazione del terreno, fornite di un allargamento di base, che poggia su un
sottofondo di calcestruzzo magro.
La fondazione è formalmente simile alla trave normale, ma non lo è staticamente, poiché funziona come una trave
continua rovesciata, sottoposta a flessione verso l’alto per effetto della reazione del terreno. I momenti flettenti
sono di segno opposto rispetto a quelli che agiscono sulle travi, e, di conseguenza anche le armature sono disposte
in modo opposto.
Fondazioni dirette continue: travi rovesce
Fondazione con incrocio di travi rovesce
Quando la luce delle travi supera i valori usuali per fabbricati
civili (4 ÷ 6 m) raggiungendo quelli, intorno agli 8 ÷ 10 m,
relativa agli edifici a destinazione speciale, non è più
conveniente ripartire il carico su un solo allineamento di travi, in
quanto ne risulterebbe una suola molto larga ed un carico
eccessivo per la trave per cui si ricorre ad una orditura a
maglia ortogonale.
Si disegna in tal modo una maglia di travi incrociate. Tale
orditura è obbligatoriamente richiesta per le costruzioni in
zone sismiche ove esiste l’esigenza di ripartire le sollecitazioni
trasmesse alla fondazione nella due direzioni ortogonali.
Fondazioni dirette continue: platee
Vengono usate quando il terreno non presenta buone caratteristiche di portanza con elevata deformabilità, ed è
quindi necessario minimizzare il valore della pressione indotta sul suolo di fondazione.
Le platee possono paragonarsi a solai rovesci con travi principali, travi secondarie e soletta caricate dalla reazione
del terreno approssimativamente uniforme.
Fondazioni indirette: pali
Fondazioni indirette: pali
Fondazioni indirette: pali
Classificazione secondo la modalità di trasmissione del
carico al terreno
pali sospesi: la punta non attinge un terreno la cui resistenza è
pari o superiore a quella desiderata e l'equilibrio è assicurato
dall'attrito laterale che si sviluppa tra la superficie laterale del
palo e il terreno circostante;
pali di punta o pali appoggiati: la punta attinge un terreno la
cui resistenza è pari o superiore a quella desiderata e, pertanto,
l'equilibrio è assicurato dalla reazione del terreno alla sua
punta del palo.
Fondazioni indirette: pali
Classificazione secondo la posa in opera
- pali trivellati o con asportazione di terreno: pali ottenuti
per perforazione del terreno ed estrazione di un volume di
terreno circa uguale a quello del palo
Sono pali in calcestruzzo armato, gettati in opera
Fasi di esecuzione di un palo trivellato
Fondazioni indirette: pali
- pali infissi o senza asportazione di terreno: pali ottenuti per
infissione, senza preventiva perforazione e asportazione del
terreno, mediante battitura, applicazione di pressione
statica o per vibrazione alla punta