Parte1:
Introduzione
1.Requisiti generali di progetto delle fondazioni.
1.1. Premessa
La costruzione di
opere d'ingegneria necessita della sostituzione della realtà fisica con un
modello più semplice, sufficientemente realistico, derivante da una mediazione
empirica.
Tutte le opere di
ingegneria che poggiano su un sottofondo necessitano di strutture di raccordo
dette fondazioni per progettare le quali è necessaria un' approfondita
conoscenza dei materiali a contatto. Le strutture da
edificare in una determinata area s'inseriranno in un contesto preesistente,
pertanto, devono essere eseguiti in via preliminare studi geologici,
idrogeologici, ambientali ed urbanistici dai quali ricavare una valutazione di
impatto ambientale il cui esito positivo consentirà di proseguire nella
progettazione. Le fondazioni
possono essere eseguite in acciaio, cemento armato o muratura e la conoscenza di
questi materiali deriva da test di laboratorio e prove sul campo, invece la
terra, avendo caratteristiche fortemente variabili nello spazio e nel tempo per
disomogeneità, anisotropia, grado di fratturazione, stratigrafia, variazione
del contenuto d'acqua, movimenti franosi, eventi sismici, alluvioni, non è così
facilmente catalogabile e la difficoltà di prevedere una risposta alle
sollecitazioni imposte appare evidente. Quest'area di
studio è il campo della geotecnica che consente la progettazione di dighe, muri
di sostegno, fondazioni a platea, plinti, pali, travi rovesce, argini, pozzi
drenanti, tiranti di consolidamento, mediante una modellazione matematica dei
terreni basata su dati raccolti in passato, prove in sito e test di laboratorio
su campioni di terreno "indisturbati". Il terreno è
formato da uno scheletro solido di composizione più o meno eterogenea e da
spazi vuoti tipicamente occupati da "acqua liquida" o "aria
umida".
Nel progettare una
fondazione si deve tener conto della stratigrafia, del grado di consolidazione
del substrato, dei risultati delle prove di laboratorio e in sito sul terreno di
fondazione, delle caratteristiche della struttura da realizzare e del fatto che
l'acqua presente nel terreno ha una concentrazione variabile tra un valore
minimo detto " residuo" ed un valore massimo detto "di
saturazione", quindi, un'opportuna trattazione statistica consente di
valutare il grado di attendibilità dei dati raccolti e gli opportuni
coefficienti di sicurezza da adottare.
1.2. Requisiti di progetto.
La fondazione è
quella parte di una struttura a diretto contatto con il terreno, al quale
vincola stabilmente la struttura stessa e trasmette i carichi su di essa agenti. La struttura in
elevazione è costituita da materiali caratterizzati da carichi unitari di
lavoro dell'ordine di molti MPa
(calcestruzzo) o centinaia di MPa (acciaio), invece, i carichi unitari
sopportabili dai terreni di fondazione sono dell'ordine di decine o centinaia di
KPa!
La
fondazione deve ripartire le sollecitazioni della costruzione superiore su una
superficie sufficientemente grande da assicurare il rispetto di determinati
requisiti quali:
·
sicurezza rispetto alla rottura per
carico limite dei terreni di fondazione;
·
limitazione degli spostamenti assoluti
e differenziali a valori compatibili con la statica e la funzionalità della
sovrastruttura;
·
resistenza della struttura di
fondazione alle
sollecitazioni cui è chiamata a rispondere;
·
possibilità di costruire, nel modo più
agevole e sicuro possibile, la progettata opera di fondazione;
·
economicità.
Si deve pertanto
tener conto di:
-fattori connessi
al terreno di fondazione (costituzione del sottosuolo; natura e caratteristiche
dei componenti; presenza e regime delle acque sotterranee; situazioni
particolari quali fenomeni franosi o di subsidenza o altro);
-fattori connessi
all'opera in progetto (forma di pianta; dimensioni; carichi permanenti ed
accidentali; materiali utilizzati; tipo strutturale);
-fattori
ambientali (morfologia del terreno; regime delle acque superficiali; presenza e
caratteristiche di altri manufatti; fattori climatici; azioni sismiche).
Il progetto, di
norma, si articola in una successione di fasi che possono essere così
individuate:
1) indagini,
rilievi e prove tendenti alla caratterizzazione geotecnica del sottosuolo;
2) determinazione
dell'entità e distribuzione dei carichi esercitata dalla sovrastruttura
distinguendo carichi fissi, carichi dinamici e sovraccarichi;
3) scelta del tipo
di fondazione e della profondità del piano di posa sulla base dei dati
acquisiti con le indagini e delle esigenze funzionali della struttura;
4) calcolo del
carico limite di rottura del complesso terreno-opera di fondazione.
5) analisi del
regime di tensioni e deformazioni nell'insieme terreno-fondazione-sovrastruttura
sotto l'azione dei carichi di esercizio;
6) studio delle
modalità esecutive quali scavi, abbassamenti della falda, palificazioni e
interventi a presidio di strutture adiacenti;
7) piano dei
controlli in corso d'opera e in fase di esercizio;
8) computo metrico
e preventivo di spesa anche allo scopo di scegliere fra diverse possibili
soluzioni.
I carichi da
considerare nell'analisi si distinguono in:
-carichi fissi: costituiti dal
peso proprio della struttura, della fondazione e di tutto il materiale, le
attrezzature, i finimenti ad esse permanentemente collegati fra cui il peso
proprio del terreno di rinterro al disopra della fondazione;
-sovraccarichi, distinguendo
quelli permanenti che agiscono sempre o comunque per lunghi periodi (materiali
accumulati in magazzino, ecc.), quelli intermittenti che agiscono per brevi
periodi di tempo (vento, neve, folla negli edifici) e quelli dinamici
(vibrazione indotta dal traffico, da macchinari o da azioni sismiche).
In generale
l'entità dei sovraccarichi permanenti può essere calcolata mentre quella dei
sovraccarichi intermittenti e dinamici è fissata in conformità a indicazioni
normative. Se la fondazione
è immersa nella falda idrica, è soggetta ad una spinta di galleggiamento che
deve essere sottratta ai carichi agenti. La sottospinta può
eccedere i carichi agenti per strutture leggere oppure durante le prime fasi
della costruzione, perciò, in questi casi, è necessario prevedere misure di
zavorramento della struttura in costruzione o l'abbassamento della falda. Nel calcolo del
carico limite si considerano tutti i carichi agenti sia fissi sia sovraccarichi
di qualsiasi natura. Gli stessi carichi
devono essere portati in conto per il calcolo dei cedimenti quando il sottosuolo
sia costituito da terreni a grana grossa (sabbie, ghiaie), invece quando il
sottosuolo è costituito da terreni a grana fine (limi, argille), nel calcolo
dei cedimenti viene considerato un carico pari alla somma dei carichi fissi, dei
sovraccarichi permanenti e di un'aliquota dei sovraccarichi intermittenti e
dinamici che dipende dalla durata e dalla frequenza della loro azione (in
mancanza di più precise indicazioni, l'aliquota dei sovraccarichi intermittenti
può assumersi pari ad 1/2). La determinazione
del coefficiente di sicurezza da applicare al carico limite viene eseguita
deterministicamente confrontando il sistema di forze che si prevede agirà
durante e dopo la costruzione dell'opera e quello che provocherebbe la rottura
della struttura. Il suo valore
dipende dal grado di affidabilità dei dati raccolti e dall'importanza
dell'opera che si va a costruire. Tuttavia,
la visione deterministica del coefficiente di sicurezza tende oggi ad essere
sostituita da metodi di tipo probabilistico o dal concetto di coefficienti di
sicurezza parziali. Le fondazioni possono classificarsi come:
1)superficiali
(o dirette)
quando il rapporto fra la larghezza in pianta (B) e la profondità del piano di
posa (D) è maggiore o di poco minore dell'unità;
2)profonde quando lo stesso rapporto è molto
maggiore dell'unità. I requisiti di
progetto sono identici per i due tipi di fondazione ma mentre si può assumere
che le fondazioni dirette trasmettano i carichi al terreno solo attraverso la
base della fondazione e principalmente come tensioni normali, nelle fondazioni
profonde un'aliquota, spesso prevalente, del carico viene trasmessa al terreno
attraverso tensioni tangenziali sulla superficie laterale della fondazione
stessa.
