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Fondazioni indirette

Fondazioni indirette: tipologie, progetto e realizzazione

Tempo di lettura stimato: 8 minuti

Una panoramica completa sulle fondazioni indirette, dall’utilizzo di software BIM in fase di progetto, alle varie tecniche di esecuzione di pali e micropali

Quando gli strati superficiali del terreno non sono idonei a sopportare i carichi della costruzione da realizzare, è opportuno trasferire tali sforzi agli strati più profondi, attraverso le fondazioni indirette.

Vediamo quali tipi di fondazioni indirette si utilizzano solitamente e quali strumenti per il calcolo strutturale possono essere di supporto alla progettazione.

Fondazioni dirette e indirette: cosa cambia

Per fondazione si intende l’unità tecnologica che funge da collegamento statico tra edificio e suolo e che ha il compito di trasmettere al terreno i carichi imposti alla costruzione. Quindi, le strutture in elevazione, congiuntamente alle fondazioni e al terreno, costituiscono un unico insieme funzionale.

Per progettare le fondazioni, sono indispensabili dati che riguardano l’intero insieme funzionale e che comprendono:

  • le caratteristiche del terreno (dedotte da un appropriato piano d’indagini geologiche, geofisiche e geotecniche condotte in sito e di analisi in laboratorio);
  • i carichi trasmessi dall’edificio al terreno (valutati in base al tipo di struttura da realizzare);
  • la morfologia dell’area di intervento (individuata con rilievi sul campo condotti con diverse tecniche di acquisizione dei dati);
  • la profondità del piano di posa delle fondazioni.

In base a questi dati, è opportuno che il progettista scelga il tipo di fondazione, in base alla morfologia (estensione della superficie d’appoggio, ecc.), al comportamento statico, alle caratteristiche del terreno su cui insistono.

Macroscopicamente, le fondazioni possono essere classificate in:

  • dirette, quando trasmettono i carichi della costruzioni agli strati più superficiali del terreno (fondazioni a platea, a plinti, ecc.);
  • indirette, quando trasferiscono gli sforzi agli strati più profondi del terreno (fondazioni su pali, micropali, ecc.).

A loro volta, queste macro categorie si suddividono in ulteriori sottocategorie, in base alla loro morfologia e alla modalità di trasferimento dei carichi.

Configurazioni di fondazioni su plinti

Configurazioni di fondazioni su plinti

Di seguito approfondiamo tipologie e caratteristiche relative alle fondazioni indirette.

Per approfondire le fondazioni dirette, invece, leggi questo articolo Fondazioni dirette: tipologie e metodi di progettazione BIM.

Cosa sono le fondazioni indirette

Le fondazioni indirette, o fondazioni profonde, sono elementi strutturali utilizzati per trasferire il carico di una struttura edilizia al terreno sottostante attraverso strati di suolo più stabili e capaci di sopportare il peso. Questo tipo di fondazione è essenziale quando il terreno superficiale è inadatto a sopportare il peso della costruzione o quando è necessario raggiungere strati più compatti e resistenti.

Fondazioni su pali

Fondazioni su pali

Tipologie di fondazioni indirette

Le fondazioni indirette possono essere suddivise in diverse tipologie, tra cui:

  • pali infissi o di perforazione: elementi strutturali verticali raggiungono la profondità richiesta mediante infissione o trivellazione, con o senza asportazione di terreno. Sono realizzati mediante tecniche e tecnologie differenti e in materiali diversi tra cui:
    • legno, impiegati soprattutto nell’edilizia storica, hanno in genere diametro intorno ai 20 cm e lunghezza massima compresa tra 8 e 10 metri;
    • cemento armato, con diametro solitamente di circa 30 cm , possono raggiungere anche i 30 m di profondità, garantendo resistenza e durabilità nel tempo;
    • bentonite, materiale argilloso derivata dall’alterazione di rocce effusive vetrose. A contatto con l’acqua diventa un gel impermeabile ed idrorepellente, caratterizzato da un consistente aumento di volume (15-20 volte superiore a quello iniziale) e da un assorbimento tale da far raggiungere alla massa un peso 5 volte superiore a quello di un’uguale quantità di materiale secco. Questi tipi di pali sono utilizzati in presenza di terreni particolarmente incoerenti o falde acquifere molto superficiali;
    • Franki, il tubo-forma metallico è caratterizzato da una punta in calcestruzzo. Una volta infisso nel terreno la punta il calcestruzzo costituirà la base del palo, assestata sullo strato più resistente di terreno, alla quota scelta;
    • Simplex, costituito da un tubo-forma con puntazza apribile. Il tubo-forma metallico viene infisso nel terreno, ed evita che il terreno scavato venga invaso da detriti durante il getto. Una volta infisso nel terreno, viene aperta la puntazza per permettere il getto di calcestruzzo. Al termine dell’operazione il tubo viene ritirato;
    • Benoto, particolare tipologia di palo trivellato, caratterizzato da diametri importanti (anche fino 2 m), adatto a sostenere carichi molto importanti (nell’ordine di diverse tonnellate).
  • micropali (o pali di piccolo diametro): simili ai pali di fondazione trivellati ma di dimensioni ridotte (diametro compreso generalmente tra i 10 e i 30 cm), i micropali sono utilizzati quando lo spazio è limitato o quando è necessario un minore impatto sul terreno circostante e anche per interventi di consolidamento del terreno oltre che come elemento di fondazione per strutture in elevazione. Possono raggiungere profondità comprese tra i 2 e i 50 m.
Tipi di fondazione

Tipi di fondazioni dirette e indirette

Tecnologia esecutiva dei pali trivellati

La realizzazione dei pali trivellati è un processo complesso che richiede l’impiego di attrezzature specializzate. Questo processo permette la realizzazione di “colonne” in cemento armato all’interno del terreno, con la base collocata a profondità significative, in corrispondenza di strati di terreno con adeguate caratteristiche meccaniche di resistenza al carico. Grazie a questo sistema, è possibile trasferire le forze di carico di superficie agli strati più profondi e generalmente più resistenti del terreno, consentendo la realizzazione di fondazioni stabili anche in presenza di terreni con scarse caratteristiche meccaniche. Ci sono diverse tecniche per la realizzazione di pali trivellati, tra cui pali CFA (Continuos Flight Auger) o ad elica continua, FDP (Full Displacement Pile), ecc.

Ecco le principali fasi coinvolte nel processo di esecuzione dei pali trivellati:

  • scavo di perforazione a rotazione: la prima fase consiste nello scavo del terreno mediante l’utilizzo di una perforatrice idraulica equipaggiata con vari utensili adatti al tipo di terreno. Sono impiegati diversi strumenti come il buchet centrifugo per terreni di bassa e media consistenza o terreni sciolti, le trivelle a spirale dotate di diversi tipi di dentatura per attraversare strati rocciosi, e i carotieri con picchi per affrontare rocce o terreni più duri;
  • posa dell’armatura: rimosso il materiale di risulta dagli scavi di perforazione, si procede all’inserimento all’interno del foro di una gabbia metallica pre-assemblata, formata da ferri longitudinali avvolti da una spirale saldata. Questa gabbia metallica costituisce l’armatura del palo, che aumenta la resistenza strutturale e fornisce supporto durante il getto di calcestruzzo.
  • getto di calcestruzzo: la fase finale consiste nel gettare il calcestruzzo all’interno del foro di perforazione. Il calcestruzzo, al termine dei tempi tecnici per la sua maturazione, costituirà un corpo unico con l’armatura in acciaio precedentemente posata. Il calcestruzzo è solitamente versato tramite apposite pompe o tramite l’utilizzo di camion betoniera e successivamente viene compattato per eliminare eventuali bolle d’aria e garantire una distribuzione uniforme.

È importante ricordare che, in funzione de tipo di terreno, dell’eventuale presenza di falda o di esigenze esecutive e progettuali specifiche, si distinguono due principali tecnologie per la perforazione di pali di piccolo diametro:

  • a rotazione o roto-percussione con circolazione di fluido utilizzato come mezzo per la disgregazione e il trasporto del materiale di risulta dello scavo. Utilizzato generalmente
    nei terreni di tipo coesivo e incoerente sotto falda. Il funzionamento prevede la rotazione di uno scalpello, posto alla base di una batteria, che ruotando frantuma il terreno (per questo la tecnica è detta anche “perforazione a distruzione del nucleo”). La circolazione del fluido di perforazione (composto da fango bentonitico o polimeri) che viene pompato all’intero del foro ha il compito di raffreddare e lubrificare lo scalpello, rimuovere i detriti e stabilizzare le pareti del foro stesso durante le operazioni di perforazione. Le componenti dell’impianto di perforazione devono essere dimensionate in relazione alla profondità da raggiungere, al diametro del palo da realizzare e al tipo di terreno che bisogna perforare;
  • a roto-percussione con martello a fondo foro e estrazione del terreno di risulta ad aria compressa senza uso di fluidi di perforazione; generalmente impiegato in terreni di
    natura incoerente in assenza di falda.

e due modalità di realizzazione di getto del calcestruzzo:

  • in un unico getto a bassa pressione, attraverso il tubolare d’armatura, ottenendo un ricoprimento dell’elemento di acciaio sufficientemente uniforme (diametri usuali 13 -30 cm);
  • in più getti ad alta pressione, mediante valvole di non ritorno, in modo da realizzare un aumento della portata anche in presenza di terreni scadenti (diametri usuali 10 – 20 cm).

Micropali autoperforanti: cosa sono

I micropali autoperforanti rappresentano una soluzione innovativa nel campo delle fondazioni, offrendo una combinazione di rapidità, efficienza e resistenza. Questo tipo di micropalo viene realizzato mediante l’infissione nel terreno per rotopercussione di una barra in acciaio cava filettata, dotata di una punta di perforazione a perdere. Durante il processo, viene utilizzata una boiacca cementizia come fluido di perforazione e lavaggio.

Il processo di realizzazione dei micropali autoperforanti prevede:

  • perforazione e inserimento della barra: la perforazione inizia con l’infissione della barra nel terreno, con l’ausilio di macchinari specializzati. La barra è progettata per intercettare lo strato di terreno resistente, garantendo una base stabile per il trasferimento del carico strutturale;
  • creazione del bulbo cementizio: durante la perforazione, si forma attorno alla barra un bulbo cementizio che funge da elemento di ancoraggio, consentendo il trasferimento del carico al terreno circostante. Questo processo è fondamentale per garantire la stabilità e la resistenza della fondazione;
  • protezione dalla corrosione: la cementazione del bulbo non solo garantisce la stabilità strutturale, ma protegge anche la barra in acciaio dalla corrosione, prolungandone la durata nel tempo e garantendo la sicurezza a lungo termine della struttura.

Il processo di realizzazione avviene in un’unica fase, che comprende la perforazione, l’inserimento della barra e la cementazione. Ciò rende la tecnica particolarmente rapida ed efficiente, riducendo i tempi di costruzione e i costi complessivi del progetto.

A differenza di altre tecniche, non vi è bisogno di asportare il terreno durante la perforazione, rendendo i micropali autoperforanti ideali per siti dove la contaminazione del suolo e lo smaltimento del terreno di scarto sarebbero problematici e costosi.

Questa tecnica ha diversi campi d’applicazione, tra cui:

  • consolidamento o integrazione di fondazioni ed edifici esistenti o di nuova costruzione;
  • consolidamento di infrastrutture di diverso tipo;
  • consolidamento di pendii e piccole frane;
  • consolidamento di pavimentazioni industriali per permettere aumenti di portanza.

Inoltre, la versatilità dei micropali autoperforanti consente anche di eseguire pali inclinati per ottimizzare il trasferimento dei carichi in profondità o di perforare una fondazione esistente per consolidarla o integrarla. Grazie ai loro numerosi vantaggi e alle varie applicazioni possibili, i micropali autoperforanti rappresentano una soluzione affidabile e efficiente per le sfide geotecniche e strutturali in vari contesti di costruzione e ingegneria civile.

Strumenti di progettazione per le fondazioni indirette

Prima della fase di cantierizzazione ed esecuzione di pali e micropali di fondazione, occorre affrontare tutte le sfide legate al progetto.

L’utilizzo di un software BIM per il calcolo strutturale offre benefici significativi nella progettazione dei pali di fondazione e delle fondazioni indirette, in generale. Innanzitutto, i software BIM consentono di creare modelli digitali dettagliati e accurati della struttura edilizia e del terreno circostante, integrando informazioni geometriche, strutturali e geotecniche in un unico modello. Questo approccio permette una valutazione più completa e precisa delle condizioni del sito e delle esigenze strutturali, consentendo di prendere decisioni informate durante la progettazione delle fondazioni.

Inoltre, i software BIM offrono strumenti avanzati per l’analisi strutturale e la simulazione del comportamento dei pali di fondazione sotto diversi carichi e condizioni di carico. Questi strumenti consentono di valutare l’idoneità dei pali progettati a sopportare il carico previsto e di identificare eventuali aree di criticità o sovraccarico. Inoltre, la capacità di eseguire analisi dinamiche e di simulare il comportamento sismico dei pali consente di migliorare la sicurezza e la stabilità della struttura in caso di eventi sismici.

Un altro vantaggio significativo dell’utilizzo del software BIM per il calcolo strutturale è la possibilità di ottimizzare il design dei pali di fondazione in base alle esigenze specifiche del progetto. I progettisti possono esplorare una vasta gamma di soluzioni di fondazione e valutare rapidamente l’impatto di diverse opzioni sulle prestazioni strutturali e sui costi. Ciò consente di identificare la soluzione ottimale che massimizza l’efficienza strutturale e minimizza i costi di costruzione.

Infine, l’integrazione dei modelli BIM con altri software e piattaforme di BIM management consente una maggiore collaborazione e coordinamento tra i diversi membri del team di progettazione e le parti interessate. Questo favorisce una comunicazione più efficace, riduce il rischio di errori e conflitti durante la fase di costruzione e migliora la consegna complessiva del progetto.

Ecco un video che ti mostra come inserire i pali di fondazione in un modello BIM, utilizzando un software per il calcolo strutturale.

Edilus

 

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