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Progettazione fondazioni

La progettazione delle fondazioni in 8 passaggi

Tempo di lettura stimato: 7 minuti

Progettare le fondazioni significa dimensionare gli elementi strutturali che hanno il compito di trasferire i carichi dell’edificio al terreno. Scopri come si procede

La progettazione delle fondazioni riveste un ruolo determinante nell’ingegneria strutturale poiché queste strutture sono responsabili di sostenere l’intero edificio e di trasferire i carichi al terreno. Nei paragrafi che seguono condivideremo alcuni passaggi per eseguire questo processo in modo efficace.

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Cosa sono le fondazioni?

Le fondazioni sono le strutture che vengono realizzate sotto il livello del terreno per sostenere e distribuire il carico di un edificio o di una struttura. Sono progettate per trasferire in modo sicuro le sollecitazioni verticali e orizzontali dell’edificio al terreno sottostante, garantendo la stabilità e la durabilità dell’intera struttura.

Le fondazioni sono necessarie perché il terreno superficiale non è in grado di sostenere direttamente il carico dell’edificio senza subire deformazioni e instabilità. Le fondazioni distribuiscono il peso dell’edificio su una superficie più ampia e trasferiscono i carichi agli strati del terreno più adatti a sopportarli.

Tipologie di fondazioni

Esistono diversi tipi di fondazioni, che vengono scelti in base alle caratteristiche del terreno, alla tipologia di struttura e alle sollecitazioni da sopportare. Generalmente, è possibile suddividere le fondazioni in due macrocategorie:

  • fondazioni superficiali: vengono utilizzate quando il terreno, nella parte superficiale, è abbastanza resistente da poter sostenere il carico dell’edificio senza bisogno di raggiungere strati più profondi. Sono incluse in questa categoria:
    • le fondazioni a platea, costituite da una grande lastra di calcestruzzo armato che copre l’intera area di appoggio dell’edificio e che ha lo scopo di distribuire uniformemente il carico della sovrastruttura sul terreno sottostante;
    • le fondazioni a travi rovesce, caratterizzate da travi, in genere, a T rovescia il cui comportamento statico è opposto a quello delle travi in elevazione e la cui funzione è quella di trasmettere al suolo le azioni provenienti dallo scheletro portante dell’edificio;
    • le fondazioni su plinti, costituite da elementi isolati o opportunamente collegati, posizionati al di sotto dei pilastri al fine di aumentarne la base d’appoggio e consentire così una distribuzione più uniforme dei carichi strutturali.
  • fondazioni profonde: sono impiegate quando il terreno superficiale non è sufficientemente resistente e occorre raggiungere strati più stabili a profondità maggiori. Fanno parte di questa tipologia:
    • le fondazioni su pali, costituite da elementi verticali, comunemente in acciaio o calcestruzzo, che vengono “pilotati” nel terreno fino a raggiungere strati più resistenti;
    • i micropali, simili ai pali ma di diametro ridotto, sono spesso impiegati in situazioni in cui è difficile raggiungere profondità elevate con attrezzature tradizionali di perforazione.
Tipologie di fondazioni

Tipologie di fondazioni

Requisiti per la progettazione delle fondazioni

Quando si progettano le fondazioni, è fondamentale garantire la funzionalità e la sicurezza della struttura in elevazione. Ciò implica l’analisi degli stati limite ultimi (SLU) e di esercizio (SLE) che possono verificarsi durante la vita nominale dell’opera, ovvero delle condizioni oltre le quali il sistema di fondazione non può più garantire le prestazioni desiderate.

Gli SLU possono essere legati al collasso del terreno e alla resistenza strutturale della fondazione stessa. Ciò significa che il terreno di fondazione deve essere in grado di sopportare i carichi previsti senza superare il suo carico limite e gli elementi strutturali della fondazione devono essere progettati per resistere a tali carichi. È necessario, quindi, eseguire verifiche di capacità portante del terreno e progettare le armature in modo appropriato.

Oltre agli stati limite ultimi, è importante considerare la sicurezza nei confronti degli stati limite di esercizio. Gli SLE si riferiscono ai movimenti e alle deformazioni del terreno che potrebbero influire sulla stabilità e sulla funzionalità della sovrastruttura. In questa fase, vengono valutati i cedimenti previsti nel terreno di fondazione e viene verificata la loro compatibilità con l’edificio sovrastante. È possibile che le verifiche agli SLE siano più restrittive rispetto agli SLU, poiché si concentrano sulla stabilità a lungo termine dell’opera di fondazione. Pertanto, possono influenzare le dimensioni e il progetto stesso della fondazione.

È fondamentale sottolineare che il processo di progettazione delle fondazioni richiede una valutazione approfondita delle condizioni geotecniche del sito, delle proprietà del terreno di fondazione e delle esigenze funzionali dell’edificio. Gli ingegneri strutturali devono considerare diversi fattori, come la distribuzione dei carichi, la capacità portante del terreno, i cedimenti previsti e le sollecitazioni sismiche, al fine di garantire la sicurezza e la stabilità a lungo termine delle fondazioni.

Come eseguire la progettazione delle fondazioni?

Il processo di progettazione delle fondazioni si articola in diverse fasi, le quali possono richiedere iterazioni e adattamenti. Durante ciascuna fase, vengono utilizzati vari approcci e modellazioni per analizzare la struttura in elevazione, la fondazione stessa e il terreno sottostante. Questo processo è iterativo, il che significa che le fasi possono essere ripetute o modificate in base alle nuove informazioni o alle esigenze emergenti durante il processo di progettazione.

I passaggi da eseguire quando si progetta una struttura di fondazione possono essere così schematizzati:

  1. indagini preliminari: la fase iniziale prevede la conduzione di indagini sia sul campo che in laboratorio al fine di raccogliere informazioni dettagliate sulla caratterizzazione meccanica del terreno di fondazione. L’obiettivo è comprendere come il terreno reagirà sotto il peso e lo stress della futura struttura edilizia e definire una stratigrafia di progetto;
  2. definizione dei carichi: è la fase in cui si determinano la distribuzione e l’entità dei carichi che vengono trasmessi dalla sovrastruttura alla struttura di fondazione. Si devono considerare sia i carichi permanenti che quelli dovuti a sovraccarichi e forze sismiche. Questa fase è fondamentale per garantire che la fondazione sia progettata e dimensionata correttamente per sostenere la sovrastruttura in modo sicuro e stabile, anche in situazioni di carico estreme come quelle dovute a terremoti;
  3. scelta del tipo di fondazione: sulla base delle informazioni raccolte nelle fasi precedenti, si sceglie il tipo di fondazione che meglio si adatta alle caratteristiche del terreno e alle esigenze strutturali e si effettua un pre-dimensionamento di massima. Si definisce, inoltre, la profondità del piano di posa della struttura di fondazione. Tale profondità dipende non solo dalle specifiche caratteristiche del terreno ma anche dalle dimensioni dell’edificio e dalla presenza di eventuali strutture sotterranee come scantinati o parcheggi;
  4. calcolo del carico limite: è una fase fondamentale nella progettazione delle fondazioni, in quanto fornisce una stima del massimo carico che il sistema costituito da terreno-opera di fondazione può sostenere prima di cedere. Dividendo il carico limite per un coefficiente di sicurezza che tiene conto di vari fattori di incertezza nel processo di progettazione (come la variabilità delle proprietà del terreno, l’accuratezza dei calcoli e la presenza di carichi temporanei o eccezionali) si ottiene una stima preliminare del carico di esercizio che la fondazione può sopportare in condizioni normali di utilizzo. Questo valore costituisce la base per il dimensionamento effettivo della struttura e assicura che la fondazione sia sufficientemente robusta per sostenere tutti i carichi previsti senza rischi di cedimento o collasso;
  5. valutazione dei cedimenti: è la fase in cui si valutano i cedimenti totali e differenziali del terreno di fondazione per stabilire di quanto si abbasserà sotto il peso della struttura ed eventuali carichi applicati. Cedimenti eccessivi possono causare danni sia agli elementi strutturali che a quelli non strutturali e compromettere la stabilità e funzionalità complessiva dell’edificio. I risultati del calcolo vengono, quindi, confrontati con i cedimenti limite che la struttura può tollerare, tenendo conto delle specifiche esigenze di progetto e delle normative di sicurezza;
  6. analisi strutturale: in questa fase si studia l’interazione tra il terreno e la struttura di fondazione, considerando la reale rigidezza della struttura e il comportamento del terreno. L’obiettivo principale è valutare in modo accurato come la struttura di fondazione risponderà alle sollecitazioni applicate, considerando la sua capacità di distribuire e sopportare i carichi in modo uniforme sul terreno sottostante. Durante il calcolo strutturale, vengono considerati vari fattori, tra cui la geometria e le caratteristiche della fondazione, i materiali utilizzati nella sua costruzione, i carichi applicati e le condizioni del terreno. Attraverso modelli matematici e analisi strutturali avanzate, si valuta il comportamento della fondazione sotto l’azione dei carichi e si identificano eventuali punti critici che richiedono attenzione o correzioni nella progettazione;
  7. pianificazione operativa: è la fase in cui ci si concentra sulle procedure pratiche previste per realizzare la fondazione, valutando diversi aspetti tra cui la progettazione degli scavi, la gestione dei livelli di falda per garantire condizioni di lavoro ottimali, l’installazione di rinforzi strutturali necessari per proteggere le strutture circostanti da eventuali danni, e così via. Si definiscono, quindi, in modo dettagliato le istruzioni, le linee guida e le specifiche tecniche necessarie per garantire la corretta esecuzione delle opere di fondazione;
  8. programmazione dei controlli: in questa fase si sviluppa un piano di controlli, il quale prevede la conduzione di verifiche e ispezioni sia durante la costruzione dell’opera che durante la sua vita operativa. Questo piano include una serie di controlli in corso d’opera, che mirano a garantire che i lavori siano eseguiti conformemente al progetto approvato e alle normative vigenti. Inoltre, sono previsti controlli periodici durante la fase di esercizio dell’opera, finalizzati a monitorare la stabilità e la sicurezza delle fondazioni nel tempo. Queste attività di controllo sono cruciali per assicurare che l’opera sia costruita in modo corretto e che mantenga le sue prestazioni nel corso del tempo, garantendo la sicurezza e la durabilità della struttura.
Progettazione fondazioni

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