Guida al Calcolo delle Fondazioni: Plinti, Solette e Carichi Strutturali
Scopri come calcolare i requisiti delle fondazioni incluse le dimensioni dei plinti, i volumi di calcestruzzo, la portanza del terreno e i carichi strutturali.
Tipi di Fondazioni Residenziali
Le fondazioni residenziali si dividono in tre categorie principali: platea su terreno, vespaio e seminterrato completo. Una platea su terreno è un unico getto di calcestruzzo che funge sia da fondazione che da superficie del piano terra. Una fondazione a vespaio utilizza pareti perimetrali (in calcestruzzo gettato o blocchi) con un sistema di solaio rialzato sopra uno spazio ventilato o condizionato. Un seminterrato completo estende le pareti perimetrali per creare uno spazio abitabile o di deposito sotto il livello del terreno. La scelta dipende dal clima, dalle condizioni del terreno, dalla topografia, dalle pratiche costruttive locali e dal budget. Ogni tipo ha requisiti di calcolo diversi per plinti, pareti, impermeabilizzazione e drenaggio.
Comprendere la Portanza del Terreno
Ogni fondazione poggia sul terreno, e il terreno deve essere sufficientemente resistente per sostenere il peso dell'edificio senza cedimenti eccessivi. La portanza del terreno si misura in chilogrammi per centimetro quadrato (kg/cm²) o kilopascal (kPa). La roccia solida può sopportare oltre 60 kg/cm². La ghiaia compattata sopporta circa 15-20 kg/cm². Il terreno sabbioso sopporta 10-15 kg/cm². L'argilla rigida sopporta 10-20 kg/cm². L'argilla molle o il riporto non compattato possono sopportare solo 2,5-5 kg/cm². Un'indagine geotecnica testa il terreno effettivo del tuo sito e fornisce una portanza raccomandata. In assenza di un'indagine geotecnica, la maggior parte delle normative assume una portanza predefinita di 7,5-10 kg/cm² per l'edilizia residenziale tipica.
Calcolare i Carichi dell'Edificio
Il carico totale su una fondazione include il carico permanente (il peso della struttura stessa) e il carico variabile (occupanti, mobili e carichi variabili come la neve). Una tipica parete residenziale con struttura in legno pesa circa 50-75 kg/m². Un sistema di solaio residenziale (travetti, sottopavimento e pavimento finito) pesa circa 50-75 kg/m². Il sistema del tetto pesa circa 50-100 kg/m² a seconda dei materiali. I carichi variabili sono specificati dalle normative: 200 kg/m² per i pavimenti abitabili, 150 kg/m² per le camere da letto, e da 100 a 350 kg/m² per i carichi variabili del tetto a seconda del clima e della pendenza. Somma tutti i carichi permanenti e variabili, moltiplica per l'area tributaria che ogni plinto sostiene, e ottieni il carico totale in chilogrammi che deve essere trasferito al terreno.
Dimensionamento dei Plinti Continui
I plinti continui (a nastro) corrono sotto le pareti portanti e distribuiscono il carico della parete su un'area di terreno più ampia. La larghezza del plinto è determinata dividendo il carico lineare totale (chilogrammi per metro lineare di parete) per la portanza del terreno. Se una parete porta 1.000 kg per metro lineare e il terreno sopporta 10 kg/cm² (100.000 kg/m²), il plinto deve essere largo almeno 1 cm per metro lineare... In pratica, i minimi normativi per i plinti residenziali sono tipicamente 30 cm di larghezza e 15 cm di spessore per edifici a un piano, 40 cm di larghezza e 15 cm di spessore per due piani, e 45 cm di larghezza e 20 cm di spessore per tre piani. Lo spessore del plinto dovrebbe essere almeno uguale alla sporgenza oltre la faccia della parete su ogni lato.
Dimensionamento dei Plinti Puntuali per Pilastri e Colonne
I carichi puntuali da colonne o pilastri richiedono plinti di fondazione individuali. Calcola il carico totale che la colonna porta sommando tutti i carichi permanenti e variabili dall'area tributaria che sostiene. Dividi il carico totale per la portanza del terreno per ottenere l'area richiesta del plinto. Una colonna che porta 4.000 kg su un terreno con portanza di 10 kg/cm² (100.000 kg/m²) necessita di un'area del plinto di almeno 0,04 m², che si traduce in un plinto quadrato di circa 20 x 20 cm. In pratica, per margini di sicurezza, si usa un plinto molto più grande. Lo spessore del plinto è tipicamente la metà della larghezza del plinto meno la metà della larghezza della colonna, ma non meno di 20 cm. L'armatura in acciaio viene posizionata in entrambe le direzioni vicino al fondo del plinto per resistere alla flessione.
Calcoli per le Pareti di Fondazione
Le pareti di fondazione per vespai e seminterrati devono resistere sia ai carichi verticali dall'alto sia alla spinta laterale del terreno che preme verso l'interno. Lo spessore della parete è determinato dall'altezza della parete, dal tipo di terreno di riempimento e dal fatto che la parete sia sostenuta in alto dal solaio. Una parete in blocchi di calcestruzzo da 20 cm è sufficiente per la maggior parte dei vespai fino a 150 cm di altezza di controterra sbilanciata. Le pareti in calcestruzzo gettato possono essere di 20 cm di spessore per la maggior parte delle applicazioni residenziali. Pareti più alte o terreni argillosi pesanti possono richiedere pareti da 25 o 30 cm o armatura orizzontale. Il volume di calcestruzzo per una parete gettata si calcola come la lunghezza del perimetro per l'altezza della parete per lo spessore della parete, convertito in metri cubi.
Considerazioni su Drenaggio e Impermeabilizzazione
L'acqua è il nemico principale delle fondazioni. Un sistema di drenaggio adeguato include un drenaggio perimetrale (spesso chiamato drenaggio francese o drenaggio alla base del plinto) installato alla base del plinto. È tipicamente un tubo forato da 10 cm circondato da ghiaia lavata, coperto con tessuto geotessile per prevenire la migrazione del terreno. Il drenaggio deve avere una pendenza di almeno l'1 percento verso un pozzetto di raccolta, uno sbocco a giorno o un collegamento alla rete fognaria. Le pareti di fondazione sotto il livello del terreno devono ricevere un trattamento impermeabilizzante o anti-umidità. L'impermeabilizzazione completa (una membrana in gomma) è raccomandata per i seminterrati, mentre il trattamento anti-umidità (un rivestimento a base di bitume) è il minimo per i vespai. Una corretta pendenza del terreno che si allontana dalla fondazione con un dislivello di almeno 15 cm nei primi 3 metri è la prima linea di difesa.
Requisiti di Armatura e Rinforzo
Il calcestruzzo è forte a compressione ma debole a trazione, quindi l'armatura in acciaio viene aggiunta per resistere alle forze di trazione e controllare la fessurazione. I plinti continui richiedono tipicamente almeno due barre orizzontali (di solito diametro 12 o 16 mm) che corrono per tutta la lunghezza del plinto, posizionate vicino al fondo con 7,5 cm di copriferro. Le pareti di fondazione richiedono armatura sia orizzontale che verticale. Un modello residenziale comune è barre da 12 mm a 120 cm di interasse in verticale e barre da 12 mm a 120 cm di interasse in orizzontale per una parete da 20 cm. Le fondazioni a platea hanno tipicamente una rete elettrosaldata o barre da 10 mm a 45 cm di interasse in entrambe le direzioni, sostenute da distanziatori per mantenerle posizionate nel terzo medio o inferiore dello spessore della soletta.