Le fondazioni 2

Il micropalo , con riferimento all' ingegneria civile , è un palo di fondazione avente dimensioni comprese tra 90 ed 300 mm di diametro e lunghezze variabili da 2 fino a 50 metri. Benché il diametro del micropalo rispetto alle fondazioni profonde di medio (da 300 a 800 mm) e grande diametro (oltre 800 mm) sia inferiore, esso viene utilizzato ampiamente poiché svolge le medesime funzioni ed ha un comportamento meccanico alquanto similare.

Le molteplici applicazioni di questa fondazione indiretta, fanno si che venga utilizzata e richiesta in svariate situazioni:

Applicazioni differenti del micropalo ma molto utilizzate in ambiente urbano viste le modeste dimensioni delle attrezzature necessarie alla loro realizzazione, le ritroviamo nelle paratie e/o diaframmi definite "berlinesi".

Queste paratie sono costituite da una serie di micropali di opportuna lunghezza disposti lungo una linea retta (o a maglia sfalsata detta " quinconce "), realizzati ad interassi variabili (da 30 fino a 70 cm) in funzione delle caratteristiche dei terreni e delle altezze di scavo. Consentono inoltre il sostegno del fronte di scavo potendo operare in sicurezza (operai) e salvaguardando le proprietà altrui.

Sono soluzioni analoghe, ma alternative, ai diaframmi in calcestruzzo, alle palancole metalliche, ai diaframmi jet-grouting, alle paratie in prefabbricati cac.

Le berlinesi sono molto utilizzate in ambiente urbano perché durante la loro realizzazione e la perforazione dei micropali:

Generalmente i micropali vengono realizzati "in opera" (non sono prefabbricati), con attrezzature anche di dimensioni ridotte (sonde oleodinamiche, perforatrici) che ne consentono anche l'esecuzione all'interno di edifici. Per i cantieri all'aperto e con ampi spazi si utilizzano perforatrici di dimensioni notevoli e del peso fino a 300 quintali. L'evoluzione della tecnologia ha permesso la nascita di nuovi brevetti, oggi un micropalo molto apprezzato è il micropalo prefabbricato in cemento armato centrifugato, dai ridotti tempi di esecuzione.

Le fasi esecutive del micropalo possono essere così schematizzate:

Il micropalo, impiegato con funzione di "fondazione indiretta" può fornire la portanza richiesta (dalle 10 alle 100 tonnellate) in due modi e con la combinazione tra essi:

Gli algoritmi (procedure) di calcolo o gli abachi e grafici necessari in fase progettuale variano a seconda delle tipologie di terreno da attraversare col palo: casi limite terreni fortemente argillosi (terreni coesivi) e terreni di tipo incoerente o granulari (terreni non coesivi). Le su dette formule tecniche di calcolo (così come l'uso di abachi e di grafici) chiamano in causa differenti parametri geotecnici fra cui ad esempio angolo di attrito e coesione del terreno, angolo di attrito interfaccia terra/palo, peso specifico del terreno, rapporto K fra tensione orizzontale e verticale. Importantissima la cura realizzativa in cantiere: la perforazione del terreno (a semplice rotazione o a rotopercussione) ha l'effetto di indebolimento delle caratteristiche meccaniche dello stesso (fra tutte la più importante è la densità direttamente connessa all'attrito e alla coesione), cosa questa parzialmente "recuperata" dal getto in pressione del calcestruzzo: in genere viene utilizzato microcalcestruzzo (calcestruzzo ad inerti sottili) ad elevate dosature di cemento (500 - 800 kg/m 3 ) e le iniezioni avvengono a pressioni elevate da 6 a 30 bar : questi livelli pressori sono necessari per poter mobilitare una elevata rugosità laterale e/o la creazione di bulbi di piede o di base, zone di immorsamento nel subtrato roccioso se esistente ecc... Occorre anche sottolineare le varie possibilità di orientamento di tali micropali, capacità sfruttata per coinvolgere più vaste aree di terreno profondo e la possibilità di sollecitare anche a trazione il micropalo stesso (con forze fino a 1000 kN). Punto debole del micropalo è la resistenza a sforzi taglianti come ad esempio le forze comunicate orizzontalmente alla testa dei pali all'atto di scosse sismiche ondulatorie dalle strutture in elevazione che su di essi si ergono. Fra gli studiosi si citano Dorr e Berezantez. Le armature possono essere realizzate a mezzo di ferri longitudinali staffati o spirallati, ma più spesso si utilizzano veri e propri tubi in acciaio dotati di valvole di non ritorno che permettono l'iniezione dei betoncini e il corrugamento laterale anche a mezzo di manicotti a pressione (in alcune fasi realizzative impediscono la risalita del getto lungo l'asse del tubo e al suo interno).

Per la progettazione ed esecuzione dei micropali e delle fondazioni indirette viene solitamente impiegato personale altamente specializzato.

È opportuno che la bontà delle scelte progettuali e la corretta esecuzione del micropalo di fondazione venga sempre verificata mediante accurate prove di carico di collaudo (effettuate su un adeguato numero di micropali). Durante la prova di carico si simula l'azione verticale alla quale il micropalo verrà sottoposto in fase di esercizio. Il micropalo di prova viene monitorato e se ne misurano i cedimenti assoluti.

Nelle fondazioni continue l'elemento fondale poggia direttamente sul terreno (fondazione diretta) ed è costituito da un nastro continuo di materiale resistente che corre sotto le strutture portanti in elevazione.
Si adottano quando il terreno fondabile si trova a profondità economica rispetto al piano di campagna e la struttura portante del fabbricato è anch'essa continua: a muratura o a pilastri molto ravvicinati. La larghezza della fondazione non dovrebbe mai essere inferiore ai 60-70 cm. La fondazione continua in muratura, anche per il progredire delle tecniche costruttive, attualmente non viene quasi più adottata ed è stata sostituita dalla fondazione in conglomerato cementizio , ritenuta spesso più conveniente anche dal punto di vista economico. In questo caso il solido finale è costituito da una soletta in conglomerato cementizio, semplice o armato, di spessore minimo non inferiore ai 15 cm. Nel caso di costruzioni con struttura portante a pilastri, nelle quali i carichi risultano distribuiti per punti, per dare alla fondazione la rigidezza necessaria ad assicurare una uniforme distribuzione di carico alla base, si sostituisce alla soletta un trave in c.a. sagomata a T rovesciata opportunamente calcolata (fondazione continua a trave rovescia).
Una variante di questo di fondazione è la fondazione reticolare, ottenuta ordinando le travi rovesce secondo un disegno a maglia ortogonale e spiccando i pilastri agli incroci. Potrebbe accadere che uno dei pilastri sia più caricato degli altri. Per evitare nel sistema di diffusione dei carichi in punti singolari, alla base del pilastro sovraccaricato si realizza un allargamento al fine di riportare la pressione sul terreno a quella normale considerata. La fondazione continua, inoltre, può essere utilizzata anche nel caso di costruzioni di grande mole o situate su terreno poco resistente; in questi casi si usano fondazioni a travi continua a larga base "zattere" costituite da una mensola continua in c.a. sporgente da un cordolo longitudinale. Sia la mensola che le ali del T vanno opportunamente armate per resistere alle notevoli sollecitazioni di flessione e taglio determinate dalle reazioni del terreno. Per questo l'altezza della mensola all'incastro non è mai inferiore a 1/2 - 1/3 dell'aggetto.

La trave di fondazione , è un particolare tipo di fondazioni dell' edilizia , ed è detta anche trave rovescia perché il suo funzionamento statico è esattamente l'opposto di quello delle travi in elevazione, è una struttura di frequente adozione per fondazioni superficiali , nel caso in cui ci siano problemi di cedimenti differenziali . A meno di effettuare appropriate verifiche, oppure evitare la realizzazione di appositi cordoli, le travi rovesce sono le fondazioni più comunemente adottate in zona sismica, poiché non sono soggette a spostamenti orizzontali relativi in caso di sisma, come potrebbero invece esserlo i plinti .

Viene realizzata con calcestruzzo armato , a forma di un parallelepipedo , con spessore che varia in genere da 40 cm ad 80 cm, larghezza variabile da 50 cm a 2 m, campate longitudinali in genere da 2 m a 6 m. La geometria della sua sezione è normalmente un rettangolo con l'asse maggiore disposto verticalmente al fine di ottimizzare il momento d'inerzia della sezione (così come per le travi di elevazione) in funzione delle sollecitazioni cui viene sottoposta dall'andamento dei carichi. Qualora la sua base di appoggio a contatto con il piano di fondazione debba avere una larghezza maggiore, in funzione della ricerca di una superficie di appoggio appropriata (secondo l'elementare formula della sollecitazione a compressione semplice δ=P/A) essa prende il nome di "trave rovescia a larga base" prendendo il classico profilo geometrico a "T" rovesciata. Lo spessore è legato fondamentalmente alle sollecitazioni di taglio o punzonamento . La larghezza è correlata alla capacità portante del terreno ed ai carichi provenienti dalla sovrastruttura .

Da ogni campata della trave ha origine un pilastro , che sorregge una porzione della sovrastruttura, trasferendone il carico in fondazione.

La trave di fondazione viene realizzata sopra un getto di pulizia, che la proteggerà dalle aggressioni chimiche del suolo; si tratta di uno strato di calcestruzzo , generalmente privo di armatura metallica, tranne casi particolari, a basso contenuto di cemento , chiamato magrone , posizionato alla quota di scavo, stabilita dal progettista.

Nel procedimento costruttivo del "cemento armato" la trave di fondazione viene realizzata mediante l'approntamento di una cassaforma generalmente in legno o talvolta metallica, disponendo un'armatura longitudinale di barre in acciaio da carpenteria , sia al lembo superiore che al lembo inferiore, con la funzione di sopportare le azioni di flessione .

Tali barre, di diametro solitamente compreso fra 12 mm e 20 mm, sono collocate in posizione appropriata, con il rispetto del copriferro , pari a 3 cm o anche 5 cm. L'armatura longitudinale è poi integrata da staffe , che per strutture ordinarie hanno solitamente un passo di 20 cm e diametro pari ad 8 mm. La loro collocazione segue le regole generali della disposizione secondo la ricerca delle fibre "tese". Per cui per una trave "incastrata" agli estremi, le armature si troveranno in prossimità del lembo superiore della sezione in mezzeria e di quello inferiore agli incastri. Dalla trave di fondazione si dipartono anche i ferri di ripresa verticali staffati per il pilastro.

In genere, particolmente per le zone sismiche, le travi di fondazione di una qualsiasi struttura sono ordite nelle due direzioni e, nell'insieme, realizzano il cosiddetto graticcio di fondazione .

Qualora le travi siano molto ravvicinate, per diminuire gli oneri di carpenteria, si preferisce realizzare un getto unico, che si estende sull'intero piano di posa, chiamato piastra di fondazione , o anche platea .

La piastra di fondazione , detta anche platea , è fra le fondazioni superficiali , la tipologia che meglio si adatta a contrastare i cedimenti differenziali .

Viene realizzata con calcestruzzo armato ha la forma di un parallelepipedo, con spessore che varia in genere da 40 cm a 100 cm, mentre lunghezza e larghezza sono legate alla geometria della sovrastruttura, talvolta coincidente con la sua proiezione sul suolo.

Lo spessore è legato fondamentalmente alle sollecitazioni di taglio o punzonamento provenienti dai pilastri.

L'area della fondazione, nettamente superiore alla soluzione di travi rovesce e graticci, consente di sfruttare meglio la capacità portante del terreno contrastando i cedimenti differenziali provocati da una distribuzione non uniforme dei carichi provenienti dalla sovrastruttura .

Ogni porzione di piastra, o platea, ha l'onere di sostenere un pilastro , che sorregge a sua volta una porzione della sovrastruttura, trasferendone il carico in fondazione.

La piastra di fondazione viene realizzata sopra un getto di pulizia, che la proteggerà dalle aggressioni chimiche del suolo; si tratta di uno strato di conglomerato di calcestruzzo non armato, privo di armatura metallica, a basso contenuto di cemento, chiamato magrone , posizionato alla quota di scavo, stabilita dal progettista.

La piastra di fondazione viene realizzata all'interno di una cassaforma in legno o talvolta metallica, disponendo solitamente una doppia orditura di barre ortogonali di acciaio da carpenteria , al lembo superiore ed al lembo inferiore, che avranno la responsabilità di sopportare le azioni di flessione .

I diametri sono solitamente compresi fra 12 mm e 20 mm, vengono distribuite sul lembo inferiore del plinto, in posizione appropriata, con il rispetto del copriferro , pari a 3cm o anche 5cm. Sono disposte anche armature a taglio , rappresentate da staffe o ferri sagomati, posizionati in corrispondenza dei pilastri.

Dalla piastra di fondazione si dipartono anche i ferri di ripresa verticali staffati per il pilastro.

Il plinto di fondazione è la struttura più semplice fra le fondazioni superficiali , tipicamente costituito da un blocco in calcestruzzo armato a forma di parallelepipedo .

L'uso delle fondazioni a plinti isolati è il più comune laddove il sedime sia in grado di sopportare una tensione di lavoro non troppo ridotta (almeno 1, 5 ÷ 2 daN/cm 2 ) e non desti preoccupazione in relazione a possibili cedimenti differenziali

Le fondazioni a plinto normale si possono suddividere nei seguenti tipi principali in funzione del rapporto tra l'altezza h e lo sporto s :

• a piastra o flessibile: per h < + 5 cm
• rigido: per + 5 cm < 1, 75 s + 5 cm
• tozzo: per h > 1, 75 s + 5 cm

altre tipologie di plinti attualmente poco usati sono:

• a gradoni
• con sottopilastro
• su pozzo

Tipicamente il plinto è costituito da un blocco in calcestruzzo armato a forma di parallelepipedo, a base solitamente quadrata o rettangolare, che viene realizzato al di sotto di ciascun pilastro della struttura , e centrato rispetto a questo, allo scopo di trasmettere il carico derivante dalla stessa al terreno di fondazione con valori ammissibili di tensioni sul sedime.
In generale è opportuno che i plinti vengano realizzati a base quadrata; nel caso in cui il carico trasmesso dal pilastro sia notevolmente eccentrico o il pilastro notevolmente allungato si adotta la sezione rettangolare.
Le dimensioni del plinto dipendono dai carichi provenienti dalla sovrastruttura, dalle sollecitazioni agenti, dal funzionamento statico che si vuole ottenere (plinto rigido o flessibile) e dalla capacità portante del terreno.
Situazioni contingenti possono tuttavia richiedere plinti di forma differente (ad esempio, il plinto zoppo per pilastri posti sul confine della proprietà dove non è possibile centrare il plinto sotto il pilastro).
Usualmente, i plinti ordinari hanno uno spessore che varia tra 40 cm e 80 cm, e dimensioni in pianta da 1, 00 m fino a 6, 00 m per lato.
Lo spessore è legato fondamentalmente alle sollecitazioni di taglio o punzonamento , mentre le dimensioni e la forma della base sono correlate alla capacità portante del terreno ed ai carichi provenienti dalla sovrastruttura .
Normalmente in corrispondenza dell'estradosso del plinto viene realizzata una risega di non più di 5 cm che serve per l'appoggio in piano delle casseforme del pilastro.

La quota di posa dei plinti deve essere tale da evitare gli strati superficiali di terreno più comprimibili, raggiungendo gli strati di terreno più compatti e profondi prescelti come portanti.
Se gli strati superficiali del terreno risultano meccanicamente conformi, è sempre consigliabile evitare fondazioni troppo superficiali per le qiuali risulta nullo l'effetto incastro.
Il plinto viene realizzato sopra un getto di calcestruzzo magro di sottofondazione, chiamato magrone , generalmente privo di armatura metallica, tranne casi particolari, che determina la quota di posa del plinto.
Il magrone si rende necessario innanzitutto perché il piano di appoggio sia compatto (quando ad es. con lo scavo eseguito a macchina il fondo dello stesso risultasse ancora smosso dopo la preparazione, poi per avere un piano livellato sul quale posare le armature metalliche e dal quale battere le quote.
Comunque le armature non vengono direttamente posate sul calcestruzzo magro, ma sono tenute distanziate da questo mediante distanziatori in calcestruzzo prefabbricato o in plastica, ciò perché risultino avvolte bene dal calcestruzzo garantendo il giusto copriferro .
Il plinto viene realizzato all'interno di una cassaforma in legno o talvolta metallica, dove viene disposta l'armatura del plinto stesso e i ferri di ripresa verticali per il pilastro spesso sagomati a molletta.
Posata l'armatura viene effettuato il getto di calcestruzzo.
Nel caso di carichi rilevanti e pilastri ravvicinati, si potrebbero avere plinti molto vicini, in questo caso si può optare per la trave di fondazione , o talvolta per la piastra di fondazione , detta anche platea .

L'armatura dei plinti di fondazione è costituita da ferri disposti sulla faccia inferiore e nelle due direzioni, tali da realizzare in ciascuna direzione un'area metallica in grado di assorbire con tassi ammissibili della tensione di lavoro, gli sforzi di trazione.
Per plinti rigidi o per plinti flessibili nei quali il rapporto tra il lato del pilastro e quello del plinto è ≥ 0, 3 è opportuno che l'armatura venga distribuita all'incirca uniformemente sulla lunghezza del plinto.
In caso contrario è opportuno addensare l'armatura in corrispondenza del pilastro [1] .
Oltre a dette armature vanno posizionati due staffoni perimetrali orizzontali usualmente dello stesso diametro delle armature, dei quali uno a livello del piano delle armature, l'altro ad un'altezza di 20 ÷ 25 cm rispetto a detto piano.
In terreni coerenti è opportuno ripiegare le armature di 25 ÷ 30 cm.

In zone sismiche, per evitare spostamenti orizzontali relativi, i plinti devono essere collegati tra loro da un reticolo di travi.
Ogni collegamento deve esser proporzionato in modo che sia in grado di sopportare una forza assiale di trazione o di compressione pari a ad un decimo del maggiore dei carichi verticali agenti sui plinti posti all'estremità della trave.
Questi collegamenti possono esser omessi solo nel caso di terreni di elevate caratteristiche meccaniche (es. rocce) e in zone a bassa sismicità.

Il problema del plinto di confine sorge allorquando la struttura in elevazione prevede un pilastro al confine della proprietà, tale quindi che non risulti possibile, rimanendo nel suolo di pertinenza, realizzare un plinto centrato sotto il pilastro.
Tale situazione, ove possibile, andrebbe evitata, prevedendo nel progetto della struttura di elevazione, un arretramento del pilastro di confine, raggiungendo il confine di proprietà con delle travi a sbalzo da detto pilastro.
Nel caso in cui esista però tale problema, esso può essere risolto con vari tipi di strutture di fondazioni.
Le più utilizzate sono:

• il plinto zoppo: è un plinto a base rettangolare eccentrico rispetto al pilastro
• la trave di fondazione: è una trave di fondazione che collega il pilastro di confine con quello adiacente più interno

Si ricorre a tale tipo di fondazione o nel caso in cui il terreno ha una scarsissima capacità portante o nel caso in cui detta capacità sia rinvenibile a notevole profondità.

Tale fondazione consiste nel realizzare al di sotto dei pilastri degli elementi, solitamente prismatici, poggianti su sottostanti pali infissi nel terreno.
I plinti Trasmettono quindi ai pali il carico rinveniente dai pilastri.
Il carico è poi trasmesso dai pali al terreno o attraverso la resistenza d'attrito sulla superficie laterale o direttamente alla punta del palo ovvero parte per attrito e parte alla punta.

La forma planimetrica del plinto su pali dipende dal numero di pali sottostanti la cui disposizione deve essere tale che il baricentro del sistema di pali al di sotto del plinti deve coincidere con il baricentro del pilastro sovrastante:

• per plinto su due pali la pianta è rettangolare con i due pali poste alle estremità
• per plinti su tre pali la pianta è triangolare (triangolo equilatero) con i pali ubicati in corrispondenza dei vertici
• per plinti su quattro pali la pianta è quadrata con i pali ubicati ai vertici
• per plinti su cinque pali la forma e del plinto e la disposizione di quattro pali è analoga alla precedente, il quinto palo è posto al centro del quadrato e perciò sotto il pilastro

Le strutture intelaiate monopiano e pluripiano a componenti prefabbricati [2] ., possono essere completate da componenti integrativi quali i plinti prefabbricati .
Sempre più spesso infatti, per la realizzazione delle fondazione isolate di edifici prefabbricati, si utilizzano i plinti prefabbricati a bicchiere .

Si possono distinguere tre serie di plinti a bicchiere:

• con piastra a base rettangolare: i plinti è disposto con l'asse maggiore coincidente con l'asse dei momenti flettenti preminenti
• a pianta quadrata per applicazioni in zona sismica
• con solo bicchiere prefabbricato e piastra di base eseguita in opera: generalmente vengono impiegati nei casi di sollecitazioni di notevole entità o nel caso di scarsa portanza del terreno (anche nel caso di fondazione realizzata mediante palificazione)e comunque in tutti quei casi che comportino notevoli dimensioni della piastra di base. Nel caso di impiego in zona sismica le travi del reticolo di collegamento si possono prevedere ancorate alla piastra di base.

Le verifiche statiche normalmente eseguiti per i plinti gettati in opera dovranno essere estese, in questo caso, anche nelle fasi transitorie di montaggio dell'edificio.

Realizzato in opera il magrone , su questo va posato il plinto prefabbricato.
Per rendere celere e precisa la posa in opera del pilastro prefabbricato all'interno del plinto, dal centro della sezione di base del montante sporge uno spinotto metallico destinato ad entrare in una boccola di centraggio, pure questa metallica, ammarata sul fondo del bicchiere del plinto prefabbricato.
Una volta inserito il pilastro nell'alloggiamento si deve controllare che lo spinotto di base sia penetrato mel foro della boccola e quindi si procede al controllo della verticalità mediante filo a piombo e inserimento di cunei nel vano compreso tra la superficie interna del bicchiere e quella esterna del pilastro distanti non meno 2, 5 cm.
Si procede infine al getto di inghisamento dopo aver verificato la verticalità strumentalmente