corso di laurea in scienze dell’ architettura · muro di fondazione con zattera in c.a. e in...

Campioni di terreno prelevati tramite carotaggio.

CORSO DI LAUREA IN SCIENZE DELL’ ARCHITETTURA

1 DISPENSE DEL LABORATORIO INTEGRATO DI PROGETTO E COSTRUZIONE 2 - MODULO ARCHITETTURA TECNICA

LE FONDAZIONI

Le opere di fondazione sono la parte dello scheletro

portante utile a sostenere il peso proprio

dell’edificio sovrastante oltre il peso delle persone e

delle attrezzature di arredo e a trasmetterlo al suo-

lo. La fondazione è quindi l’elemento costruttivo funzio-

nale posto tra l’edificio e il terreno.

Classificazione delle fondazioni

In base alle caratteristiche del terreno su cui poggiano,

possono essere suddivise in classi:

- Resistenza meccanica allo schiacciamento;

- Presenza di acqua e di fessurazioni;

- Grado di compattezza, porosità e attrito interno;

- Gelività, natura chimica e pendenza degli strati

sotterranei;

- alla estensione della superficie di appoggio;

- in base alla profondità del terreno resistente;

al modo di trasferire il peso

sul terreno resistente;

- al tipo di reazione che il terreno oppone al carico

trasmesso dalla fondazione.

Per un edificio ad ossatura muraria corrisponde una

fondazione continua, mentre per un edificio a schele-

tro portante, si adottano fondazioni discontinue.



Fondazioni in mura-

tura, a getto, a pa-

ramenti inclinati.

La muratura a sacco

si ottiene impiegan-

do pietra resistente

e cls in parti uguali.

Le fondazioni con

paramenti inclinati

esigono uno scavo

di maggiore larghez-

za per la costruzio-

ne dei paramenti.

Fondazioni dirette su terreno resistente poco profondo

Continue normali

Tra esse le più comuni in epoca antica sono quelle in mura-

tura a getto o a sacco.

Questo tipo di fondazione prevede che la larghezza dello sca-

vo corrisponda alla effettiva larghezza della fondazione.

La muratura a sacco si ottiene impiegando pietra resistente e

cls in parti uguali.

Assai comuni sono pure le fondazioni in muratura con para-

menti verticali e successive riseghe o con paramenti inclinati.

Queste fondazioni sono però più costose ed esigono uno sca-

vo di maggiore larghezza per la costruzione dei paramenti.

Vengono realizzate con pietrame e malta cementizia.

In presenza di umidità si opta per la malta idraulica.

Continue ad archi dritti e rovesci.

Queste sono fondazioni di pietrame o di mattoni usate in

passato. Sul fondo dello scavo, si costruiscono una serie di

archi rovesci; in corrispondenza dei piani di imposta di questi

archi si costruiscono setti murari a sostegno di un’altra serie

di archi dritti tesi a sopportare il carico delle strutture conti-

nue in elevazione.

I vuoti fra gli archi e i pilastri venivano colmati con lo stesso

materiale dello scavo. (Vedi fig. destra) Fondazioni in muratura, a rise-

ghe.



Muro di fondazione con zattera in C.A. e in basso fondazione a zattera

con ulteriore cordolo in C.A.

Continue a larga base

In caso di terreno poco coerente e resistente si ricorre

a fondazioni a zattera, in cui per sopperire alla scar-

sa resistenza del terreno, si interpone tra lo spessore

s1 della muratura in elevazione e lo spessore s della

fondazione, un’altra muratura intermedia che allarghi

la base.( Vedi fig. in alto alla destra).

Tale soluzione è stata in epoca più recente perfeziona-

ta, ricorrendo a zattere in cls armato, in cui la base

della muratura è ampliata da ali che sporgono di “a” dai paramenti

della muratura. (vedi fig. In basso a destra)

Queste sono delle mensole incastrate, caricate dal basso verso l’alto

dalla reazione del terreno e pertanto sollecitate a flessione e ta-

glio.

In generale all’altezza h° della zattera si assegna un valore variabile

fra 1/2 e 1/3 di a.

Le armature delle ali sono disposte in basso per gli sforzi di

trazione, mentre i ferri piegati a 45° assorbono le tensioni tan-

genziali.

Se poi il terreno resistente è molto profondo, per dare maggiore rigi-

dezza longitudinale alla zattera, si può introdurre una trave cordolo.

(vedi figg. In basso a destra).



A destra: esem-

pio di plinto per

telaio in C.A.

Discontinue a plinti isolati

I plinti hanno la funzione di amplia-

re la base del pilastro e si usano nel

caso di strutture in elevazione a sche-

letro indipendente.

Si ricorre a queste fondazioni quando il

terreno resistente si trova in superficie

o in terreno poco profondo, ed abbia

una resistenza tale da consentire di

ripartire su una superficie contenu-

ta il carico concentrato trasmesso

dai pilastri.

Analizziamo un plinto:

C’è sempre (come in ogni tipo di fonda-

zione) una sottofondazione realizzata in

calcestruzzo magro, poco pregiato.

All’interno del plinto ci sono le armatu-

re, perché, come vedremo, è un ele-

mento inflesso ed il cls, non essendo in

grado di resistere a trazione, ha biso-

gno di essere armato, secondo una ma-

glia che si infittisce in corrispondenza

del pilastro.

Sotto: esempio

di plinto mas-

siccio in C.A.

La particolare

forma del plin-

to, consente l’

uso di una mi-

nore armatura.



Dimensionamento di un plinto

La prima operazione che si esegue in cantiere per la costruzione di un edificio, è

quella dello scavo e del getto delle fondazioni. La fondazione ha il compito di tra-

sferire al terreno il carico assiale (o quasi) del pilastro.

Consideriamo un pilastro 30x30 cm perciò alla base, 900 cm² e dimensioniamo il

plinto necessario.

Il carico sopportabile dal conglomerato cementizio armato è circa 60 kg/cm²,

prendiamo per comodità 100 kg/cm², il carico totale sul pilastro sarà (100 kg/cm²

x 900 cm²) pari a 90.000 kg, che arrotondiamo a 100.000 kg.

Il carico di sicurezza del terreno sia ad es. dell’ ordine di 2-2.5 kg/cm², ma dipende

dalla natura del suolo. È chiaro che non è possibile appoggiare direttamente il pi-

lastro al terreno, perché vi si infilerebbe come uno spillo. È necessario ripartire il

carico su una superficie più grande:

Per ridurre il carico e renderlo sopportabile dal terreno bisogna utilizzare una su-

perficie di 40.000 cm² pari a 200 x 200 cm, che sarà la superficie di appoggio del

nostro plinto.

Questo è un tipo di ragionamento che vale per qualsiasi tipo di fondazione.

superficie

totalecaricoc

cm² 40000

cm²

kg2,5

kg 100000

Esempi di plinti in C.A. e particolare relativo alle ar-

mature.



Plinti nervati in C.A. e plinto basso e flessibile in conglome-

rato di cemento armato.

alcuni ferri sono piegati a 45° per assorbire le tensioni tangenziali.

Altri ferri si dispongono in alto quando, per la modesta altezza del plinto, le sollecitazioni di

pressione, che si generano nella parte superiore, sono elevate tanto da richiedere

un’armatura metallica anche nella zona compressa.

Tale elevata sollecitazione di compressione è nota come fenomeno di punzona

mento.

I lati inclinati vengono raccordati con la base maggiore mediante tratti verticali alti almeno

10 cm.

Sotto il plinto, per livellare il piano d’appoggio si getta uno strato di cls magro alto almeno

10 cm (magrone).

I plinti si distinguono in:

Plinti per strutture in c.a. e plinti per

strutture di acciaio. I primi hanno in

genere forma tronco-piramdale su pian-

ta quadrata o rettangolare, e possono es-

sere:

Bassi e flessibili

Alti e rigidi

- Bassi e flessibili: le armature vengono

disposte prevalentemente in basso dove

si hanno le sollecitazioni di trazione, se-

condo una maglia che si infittisce in cor-

rispondenza del pilastro;



Anche le fondazioni possono essere prefabbricate.

L’incastro perfetto si ottiene facilmente come indicato nella fig. 1.

Tutto il plinto può essere prefabbricato, e nell’incavo viene infilato il pila-

stro e fissato con malta espansiva in modo da realizzare un incastro.

Altre volte l’elemento prefabbricato è solo la parte inferiore della fondazio-

ne, mentre quella superiore è realizzata in opera (fig. 2).

Nella parte prefabbricata (indicata con il tratteggio) viene inserito un tubo

metallico. Il pilastro cavo si infila in questo tubo e dopo si esegue il comple-

tamento del getto del plinto.

Figura 1: Plinto prefabbricato con incastro

per il pilastro

Figura 2: Plinto parzialmente prefabbricato

- Alti e rigidi: che per la loro notevole altezza

sono poco armati. (Vedi figg. in basso)

Quando l’inclinazione della rastremazione è mag-

giore di 45° si possono anche non armare o arma-

re

( fig. a destra).

L’altezza del plinto sarà tale da contrastare le sol-

lecitazioni di

flessione e ta-

glio.

Base prefabbricata

Tubo metallico



Vediamo come funziona un plinto.

C’è un carico, supponiamo perfettamente

assiale, che agisce lungo il pilastro e che

viene ripartito uniformemente su tutta la

superficie di appoggio del plinto e che vie-

ne trasferito al terreno che reagisce. La

parte laterale del plinto, indicata con la

lettera L nella fig. a sinistra, viene così

spinta verso l’alto e si comporta come un

elemento inflesso (più precisamente come

una trave a sbalzo). Ma per ottenere un

plinto come quello raffigurato è necessario

disporre le casseforme in maniera compli-

cata ed è per questo motivo che oggi si re-

alizzano a forma di parallelepipedo.

Questo tipo di fondazione vale per qualsia-

si tipo di scheletro portante, ciò che cam-

bia è solamente l’attacco del pilastro al

plinto.

L’attacco cls-cls è molto semplice. E’ suffi-

ciente che dal plinto vengano lasciate fuori

delle barre (ferri di richiamo) di lunghezza

opportuna.

Funzionamento statico di un plinto (pianta e sezione)

L L

Sottofondazione



A questi successivamente verranno collegati i

ferri del pilastro, dopodiché si provvederà a

gettare il pilastro in cls.

Abbiamo supposto che il carico di sicurezza

del terreno è di circa 2,5 kg/cm². Se l’edificio è

molto alto avremo dei carichi rilevanti e super-

fici d’appoggio dei plinti molto grandi. Più è

grande la sezione d’appoggio, maggiore è la

resistenza alla flessione che il plinto può ave-

re. Per questo motivo spesso vengono utilizzati

plinti in acciaio molto resistenti.

Questi vengono realizzati sovrapponendo più

ricorsi di profilati IPE di acciaio perpendico-

larmente gli uni agli altri (figura in basso). I

vari ricorsi vengono via via annegati nel

conglomerato.

Plinto di acciaio

Generalmente le fondazioni isolate non vengono collegate fra di loro.

Ci sono dei casi però in cui questo diventa necessario. Se ci sono delle

eccentricità molto elevate nei carichi trasferiti dai pilastri per cui la risultan-

te delle pressioni non è più centrata è potrebbe cadere addirittura fuori dalla

sezione di appoggio del plinto (fig. 1). In questi casi si deve ricorrere ad un

collegamento tra due o più plinti contigui, realizzato tramite una trave. Que-

sta ha il compito di ridistribuire il carico. Può esserci un’orditura di travi

in una sola direzione o anche bidirezionale. (fig. 2).

Se la resistenza del terreno è molto bassa bisognerebbe ricorrere a

plinti di dimensioni elevate che potrebbero finire per sovrapporsi. In questi

casi si ricorre a fondazioni continue, o a fondazioni a platea, come nel CIS.

Fig 1 Azione eccentrica sul plinto Fig 2 Rete di plinti con travature bidirezionali

di collegamento



Fondazioni continue

Sono usate nel caso di edificio a scheletro portante, in cui il carico è concentrato al

piede dei pilastri.

La fondazione è formalmente simile alla trave normale, ma non lo è staticamente,

poiché funziona in senso longitudinale come una trave continua rovesciata, sottopo-

sta a flessione verso l’alto nello spazio fra i pilastri, per effetto della reazione del ter-

reno. L’armatura longitudinale risponde a questo comportamento strutturale con

ferri resistenti a trazione, staffe resistenti a taglio e relativi ferri reggi staffe (vedi

fig. pagina seguente). Pertanto 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.

Fondazione line-

are continua

sotto una parete

portante.

Fondazione

lineare con-

tinua sotto

dei pilastri.



Schema di maglie di fondazione a travi rovesce con la dispo-

sizione delle travi nei due sensi ortogonali.

Fondazioni a travi rovesce—diagrammi dei momenti flettenti

e degli sforzi di taglio.

A differenza di quelle isolate hanno uno sviluppo lineare e possono supporta-

re più pilastri. Supponiamo che i carichi trasferiti sulla fondazione siano as-

siali, ovvero la risultante passi per l’asse di simmetria della fondazione (fig.

1, pagina seguente).

* *

** **



La risultante passerà esattamente nel punto P, incontro dell’asse di simmetria

longitudinale e trasversale, mentre la reazione del terreno sarà uniformemente

distribuita. Se i carichi dei due pilastri fossero sempre assiali, ma di intensità di-

versa, il punto di applicazione della risultante si sposterebbe in A, sull’asse di sim-

metria longitudinale, ma non più su quello trasversale. Osservando la sezione (fig.

2) si può notare come le parti indicate con * siano a sbalzo da una parte e

dall’altra, per cui saranno armate nella parte inferiore. Analogo discorso può esse-

re fatto per una sezione longitudinale (fig. 3). Il comportamento è opposto rispetto

a quello di una trave dello scheletro portante. La fondazione è sollecitata agli e-

stremi dai carichi dei pilastri, mentre per tutta la sezione d’appoggio è sollecitata

dalla reazione del terreno uniformemente distribuita. Le fibre tese vengono così a

trovarsi superiormente e l’armatura è concentrata nella parte superiore della tra-

ve.

Questo è il motivo per cui questo tipo di fondazione prende il nome di

“trave rovescia”. Tornando alla fig. 2 possiamo notare come la realizzazione di

una forma di questo tipo richieda al giorno d’oggi una notevole spesa in termini di

legno per le casseforme, ma soprattutto in termini di manodopera per il loro posi-

zionamento. Per questo motivo si preferisce realizzarle a sezione rettangolare.

Staticamente le parti indicate ** non lavorano (in quanto cls sottoposto a trazione)

e potrebbero anche essere eliminate. Un tempo infatti, quando i materiali come

acciaio e cls erano molto costosi, mentre il legno e la manodopera più economici,

si risparmiava utilizzando la sezione a forma trapezoidale.

Fig. 1: Pianta di una fondazione continua

Fig.

Trave

Trave rovescia

Carico del pilastro

Reazione del terreno

Carico uniformemente ripartito

Appoggio

Fig. 3:

s c h e m a

statico di

una trave

in eleva-

zione e di

una trave

rovescia.



Plinti In

C.A.; parti-

colare di

plinto zoppo

(1), di plinto

di confine

simmetrico

(2) di plinto

zoppo con

trave di col-

legamento

(3) .

1

3

2

Quando il plinto rappresenta la fondazione di un pilastro posto al

confine di una proprietà, che il plinto stesso deve rispettare, risul-

ta caricato eccentricamente e potrebbe ribaltarsi; allora è conve-

niente collegarlo ad un plinto vicino o trovare altre conformazioni

idonee a eliminare l’eccentricità. Forme più complesse si hanno

solo nel caso di plinti prefabbricati.



La platea di fon-

dazione è composta

da travi principali,

che si incontrano in

c o r r i s p o n d e n z a

della base dei pilas-

tri, aventi modesta

larghezza e altezza

notevole, per ot-

tenere un’elevata

rigidezza ed econo-

mia di ferro e di

peso, travi secon-

darie, strette e alte

incastrate alle travi

principali e poco

distanziate tra loro,

per ridurre la luce

libera delle solette

ad esse vincolate

che completano le

fondazioni e ripar-

tiscono il carico sul

terreno, onde limi-

tarne lo spessore,

Fondazioni in terreni sciolti di scarsa resistenza

A platea

Sono fondazioni che, mediante una struttura rigida detta platea

di fondazione, trasmettono il peso di tutto l’edificio al terreno in-

teressando una estesa superficie continua.

La platea di fondazione è composta da:

- travi principali, che si incontrano in corrispondenza della base

dei pilastri, aventi modesta larghezza e altezza notevole, per otte-

nere un’elevata rigidezza ed economia di ferro e di peso;

- travi secondarie, strette e alte incastrate alle travi principali e

poco distanziate tra loro, per ridurre la luce libera delle solette,

limitarne lo spessore, l’armatura e quindi il peso;

- solette incastrate alle travi.



Nuova sede del CIS,

Ren zo P i an o —

Cagliari.

Foto di Cantiere

relative all’ esecu-

zione della platea di

fondazione dello

spessore di un me-

tro e del diaframma

laterale lungo il via-

le banaria e la via

Armando Diaz.

Tale soluzione è sta-

ta necessaria per

l’abbondante pre-

senza d’acqua nel

sottosuolo. In basso

i ferri di richiamo

per i pilastri.



Posa delle armature nel caso di

platea priva di alleggerimento e

nel caso di platea nervata con

doppia soletta.



Nuova sede del CIS,

Renzo Piano, Cagliari.

Foto di Cantiere relative

all’ esecuzione della pla-

tea di fondazione e

l’ancoraggio del diafram-

ma verticale sotto le

due vie laterali eseguito

per trance, per consenti-

re il transito dei mezzi di

trasporto.

A destra i primi casseri

con l’armatura, prima

del getto in cls.



Plinti per strutture in acciaio

Sono formati da due elementi, una piastra d’acciaio unita al pilastro ed uno in cls, pog-

giante sul terreno, chiamato dado.

Nelle strutture di acciaio il carico P trasmesso dal pilastro può raggiungere va-

lori elevati.

Pertanto, la piastra metallica serve da raccordo tra la sezione S del pilastro e la

maggiore sezione di contatto col dado.

Il pilastro può essere incastrato o incernierato alla piastra metallica, che a sua vol-

ta può essere incernierata o incastrata al dado di cls.

Supponiamo che il nostro edificio abbia 4 fondazioni isolate.

Come sappiamo il conglomerato viene realizzato con la precisione del cm, quindi diamo

per scontato che ci siano degli errori sulle altezze dei piani di imposta dei plinti in quan-

to una diversa dall’altra.

Sappiamo inoltre che l’acciaio viene lavorato con la precisione del mm, ed è quindi ovvio

che non possiamo poggiare il piede del pilastro di acciaio sul plinto, perché avremmo

quote di riferimento diverse.

Precisiamo ora come è fatto il piede del pilastro: supponiamo che sia un HE alla cui base

ci sia una piastra di acciaio (fig. a destra).

Il carico di sicurezza del conglomerato cementizio è, come ordine di grandezza, circa

100 kg/cm²; questo significa che, se poggiassi il pilastro di acciaio nel conglomerato , si

infilerebbe come uno spillo, perché la sua sezione è sollecitata dieci volte di più di quella

che il conglomerato può reggere. Dobbiamo pertanto allargare la sezione del pilastro,

saldandolo ad una piastra d’acciaio, fino a raggiungere i 100 kg/cm² richiesti.

Schema di fondazione isolata:

1 ) dado; 2) sottofondazione

1

2

Collegamento tra lo scheletro portante in ac-

ciaio e la fondazione in conglomerato

Pilastro di acciaio

Piastra in acciaio Malta a ritiro controllato

Titafondo

Fondazione di CA



In definitiva il carico complessivo diviso la superfi-

cie, ci deve dare una sezione minore di 100 kg/cm².

Il secondo problema è quello di regolarizzare le quote

alla base dei pilastri. Per far questo è necessario inseri-

re nel plinto 4 barre d’acciaio filettate che si inseriscono

nei fori realizzati nella piastra d’acciaio, che dopo viene

fissata con quattro bulloni (come in figura), avvitati su-

periormente ed inferiormente alla piastra stessa. Agen-

do su di essi è possibile modificare la quota e

l’inclinazione del pilastro, che risulta essere perfetta-

mente verticale. In questo modo realizziamo un inca-

stro.

Successivamente si sigilla la giunzione con una malta

espansiva (malta + additivo espansivo). Bisogna inoltre

ricordare che il pilastro d’acciaio è generalmente del ti-

po HE. Questo profilo infatti è più indicato per carichi

assiali, perché è inscrivibile in un quadrato. Gli elementi

snelli sottoposti a carico assiale tendono a flettere nella

direzione in cui il momento di inerzia della sezione è mi-

nimo. Una sezione quadrata lavora indubbiamente bene,

anche se la migliore è quella circolare che ha il raggio

di inerzia uguale in tutte le direzioni.



Plinti per telai in acciaio.



E s e m p i

di plinti

per telai

in acciaio

con tira-

fondi a

testa di

martello

(1) e di

connes-

sione tra

co lonna

in acciaio

e dado in

cls (2).

1

2



Esempi di fondazione a piloni, in muratura ed

in setti anulari di C.A.

Fondazioni indirette su terreno resistente piuttosto profondo

A pozzi o a piloni

Adatte per edifici ad ossatura muraria, impiegate per fondazioni in terreni resistenti in

profondità.

Oggi sono quasi completamente sostituite dalle fondazioni con pali in cls.

Una fondazione a piloni si esegue nel modo seguente: si scavano pozzi del diametro di

1,5-2,00 mt. nel terreno fino a raggiungere la base resistente.

Si spiana il fondo e si riempiono i pozzi con cls o muratura a sacco.

A pali portanti

Trasmettono il carico sul terreno resistente profondo attraversando strati poco resisten-

ti.

Adempiono alla loro funzione portante come e veri e propri pilastri appoggiati o incastra-

ti nel terreno, resistendo prevalentemente alla punta.

I pali di fondazione possono essere così classificati:

- preparati fuori opera e infissi mediante battitura; possono essere: di legno, di fer-

ro, di cls armato o precompresso

- costruiti in opera con tubo-forma infisso per battitura; sono costruiti con cls di ce-

mento parzialmente o totalmente armato

- pali costruiti in opera con tubo-forma infisso mediante trivellazione con asporta-

zione di terra (pali trivellati) .



Esempi di punte in

metallo per pali pre-

fabbricati.

Esempi di pali in C.A. e cuffie per preserva-

re la testa del palo durante l’ infissione.



Dettagli tecnici dell’ esecuzione di pali in C.A.

Particolare dell’ unione di due tronchi di palo (1)

particolare dell’ armatura longitudinale e della

puntazza per terreni rocciosi (2) ed esempio di

palo Bignel (3)

1 2

3

Su pali sospesi

Si impiegano in presenza di terreni molto cedevoli quando il comportamento di una

platea desta preoccupazioni o non si vuole ricorrere a fondazioni speciali.

I pali sospesi non raggiungono il terreno resistente e resistono prevalentemente per

attrito; le loro teste possono essere unite.



Esempi di pali creati in opera entro tubi forma infissi per battitura (1-2) e di pali creati in

tubi forma infissi per trivellazione (3).

1 2

3



Esempi di esecuzione di pali in C.A. creati in opera.

Esempi di esecu-

zione di pali in

C.A. creati in o-

pera. Attrezzatu-

ra di perforazio-

ne a percussione

e rotazione rove-

scia.



Pali trivellati in presen-

za di fango bentonitico.

Notare il raccordo tra

imbuto e tubazione

posta all’ interno del

pozzo (2), pieno di fan-

go, dal quale emergono

i ferri d’ armatura e le

staffe.

Viene poi versato il cls

(3) che raggiungendo il

fondo del palo provoca

la fuoriuscita del fango.

1 3

2

Esempi di pali gettati in opera in tubo infisso

mediante trivellazione con asportazione di

terra. Esempi di pali radice, usati per il con-

solidamento di opere murarie.



Armatura di plinto di connessione tra pali.

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