Una struttura sopporta e trasmette i carichi al terreno circostante grazie al sistema di fondazioni, cioè uno degli elementi strutturali più importanti dello lo scheletro dell'edificio. Al tempo stesso questo sistema è nascosto all'interno degli strati superficiali di terreno, o in altri casi arriva così in profondità che non si riuscirebbe a vedere la parte più profonda neanche con uno scavo di qualche metro. In questo articolo vedremo gli aspetti principali legati alla realizzazione di una fondazione, nonché le principali tipologie e classificazioni.
Il ruolo delle fondazioni
Cosa succede al terreno quando ci poggiamo un edificio sopra? Il terreno si comprime e le particelle che lo formano cercano di riempire i vuoti a disposizione. Questo fenomeno sviluppa quelli che vanno sotto il nome di cedimenti. A volte però i carichi sono eccessivi e i cedimenti che si sviluppano diventano estremamente grandi: in questo caso, il terreno può far sprofondare la fondazione, generando quello che va sotto il nome di collasso per carico limite. L'obiettivo della fondazione è garantire che, su un dato terreno e per un dato carico applicato, non si sviluppino importanti cedimenti e non si arrivi al collasso per carico limite. L'ingegnere geotecnico è la figura professionale che si occupa proprio del dimensionamento della struttura di fondazione.
Quando si parla di fondazioni in realtà più correttamente si dovrebbe parlare di sistema terreno-fondazione, in quanto la stessa fondazione si comporta diversamente se il terreno che si trova al di sotto cambia, in particolare passando – in base della dimensione dei frammenti che lo compongono – da terreni cosiddetti a grana grossa (come la sabbia), quando le dimensioni delle particelle solide e dei vuoti tra le particelle solide sono rilevanti, e terreni a grana fine (ad esempio un'argilla), dove contrariamente si assiste alla presenza di particelle solide e vuoti di grandezza estremamente ridotta.
Riassumendo, quindi, le principali funzioni del sistema di fondazione sono due:
- Garantire adeguata resistenza affinché ci possa essere una corretta trasmissione dei carichi al terreno circostante;
- Garantire ridotta deformabilità, affinché il sistema – trasferendo i carichi al suolo – non sprofondi in maniera significativa all'interno del terreno.
Tipologie di fondazioni
Esistono principalmente due tipi di fondazioni:
- Fondazioni superficiali – si distinguono tra queste le travi rovesce, le platee e i plinti di fondazione;
- Fondazioni profonde – sono i cosiddetti pali di fondazione.
Grossolanamente, si può affermare che una fondazione superficiale interagisce con terreni superficiali, al contrario di una fondazione profonda che interagisce anche con strati di terreni in profondità. Le fondazioni profonde, infatti, sfruttano la resistenza degli strati profondi di terreno, solitamente di migliore qualità, per aumentare la capacità portante di tutto il complesso. La vera differenza tra le due tipologie di fondazioni risiede però nell'entità delle resistenze mobilitate. Cosa vuol dire? Semplificando possiamo dire che esistono due tipologie di resistenze:
- Resistenza alla punta, cioè la massima forza di compressione verticale che il sistema terreno-fondazione può esplicare;
- Resistenza laterale, cioè la massima forza di attrito laterale che il sistema terreno-fondazione può esplicare.
Quando la resistenza alla punta è di gran lunga superiore a quella laterale, che risulta pressoché trascurabile, si parla di fondazioni superficiali. Di contro, in una fondazione profonda la resistenza laterale e quella alla punta diventano comparabili. Questa condizione si verifica quando l'impronta della fondazione è molto più piccola della profondità di infissione: questa è la ragione per cui i pali sono fondazioni profonde, mentre le platee (ad esempio) sono superficiali.
L'utilizzo dell'una o l'altra tipologia dipende da diversi fattori. Le caratteristiche meccaniche dei terreni superficiali influenzano la scelta: se il terreno superficiale è scadente, si deve andare in profondità! I carichi in gioco e la geometria della struttura da realizzare sono un secondo aspetto dominante la scelta: per strutture alte, ad esempio, si utilizzano sempre fondazioni profonde, principalmente per evitare problemi di ribaltamento. Si pensi, ad esempio, alle fondazioni d
Le tecniche costruttive
Per le fondazioni superficiali – come travi rovesce, plinti o platee – si effettua uno scavo di opportuna profondità, si realizza una colata di calcestruzzo preliminare (il cosiddetto magrone) per creare una sconnessione tra la fondazione e il terreno (per evitare, ad esempio, risalite di acqua) e si effettua poi il getto di calcestruzzo che anneghi la gabbia di armatura preventivamente disposta sul sito. Sono quindi elementi che richiedono materiali e tecniche costruttive di fattibilità ordinaria.
Al contrario, la tecnica costruttiva utilizzata per la realizzazione di una fondazione profonda è più complicata. Si possono avere:
- pali battuti – si realizza una vera e propria infissione del palo nel terreno;
- pali trivellati – realizzati mediante asportazione del terreno per creare il foro. Solo successivamente si crea il palo;
- pali intermedi – nel mezzo tra le due tecniche ci sono gli intermedi, che sono un mix tra le due precedenti tecniche.
Visto che la tecnologia esecutiva condiziona molto il comportamento del palo, la realizzazione di queste fondazioni richiede prove ad-hoc che testino l'effettivo comportamento meccanico del palo realizzato. Queste prove vanno sotto il nome di prove di carico e sono obbligatorie per legge!
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