struttura di fondazione

Prof. T. Basiricò
a.a. 2015-16
FONDAZIONI
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Prof. T. Basiricò
ALLA CLASSE DI UNITA’ TECNOLOGICA:
STRUTTURA PORTANTE
CORRISPONDONO LE UNITA’ TECNOLOGICHE:
STRUTTURA DI FONDAZIONE
STRUTTURA DI ELEVAZIONE
STRUTTURA DI CONTENIMENTO
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“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.
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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.).
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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.
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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)
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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.
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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)
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Fondazioni indirette
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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)
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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Plinto con trave di collegamento
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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.
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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.
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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.
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Plinto a “gradoni” per un pilastro in
c.a.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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)
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Le nervature si comportano
come mensole rovesce che
irrigidiscono la piastra.
L’economia di materiale non
compensano in genere il costo
delle casseforme
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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
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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.
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Le fondazioni superficiali continue
Le fondazioni
funzionalità:
continue
sono
caratterizzate
da
una
doppia
• 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.
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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.
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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.
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Le armature sono disposte in maniera rovesciata rispetto a quella delle
travi in elevazione.
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Tipologie di fondazioni superficiali continue
Fondazioni con travi
rovesce in una sola
direzione
FONDAZIONI
Travi rovesce nelle
due
direzioni
(a
maglia chiusa)
Travi
rovesce
larghezza variabile
a
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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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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
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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
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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
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Fondazioni a
platea
con
travi principali
a
maglia
chiusa e travi
secondarie
incrociate (a)
e
travi
secondarie
parallele (b)
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La fondazione a platea scatolare è composta da:
- nervature verticali incrociate di piccolo spessore e notevole altezza
con maglia costante di 60-80 cm collegate superiormente ed
inferiormente da solette continue
- soletta continua superiore
- soletta continua inferiore
Tale sistema risulta notevolmente rigido e leggero
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Fasi di costruzione di una fondazione a platea
Scavo
Getto del Cls
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Getto magrone
Posizionamento armatura
Platea completata e ferri di ripresa a vista
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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.
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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.
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Pali in legno
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Pali in acciaio, sono i meno
usati in quanto a contatto
continuo con il terreno possono
subire fenomeni di ossidazione
e degrado
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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
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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.
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Sistemi di costruzione dei pali trivellati
Trivellazione con sonda per asportazione del
terreno
FONDAZIONI
Posizionamento armatura e getto del cls
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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
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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.
Palo con puntazza perduta
Pestello interno
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Fasi di costruzione dei pali gettati in opera
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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.
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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.
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Disposizione dei pali sotto una
fondazione con plinti e travi di
collegamento
FONDAZIONI
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Disposizione dei pali sotto una
fondazione
a
travi
rovesce
unidirezionali
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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.
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