Griglia Tipi di fondazione

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In questa griglia si costruisce l’archivio delle fondazioni presenti nell'edificio, definendone tipologia e caratteristiche meccaniche.
Nome
Il nome consente l’identificazione del tipo di fondazione, nel momento in cui sarà applicato ai pannelli. E’ necessario, quindi, assegnare ad ogni tipo un nome univoco sintetico, diverso da tutti gli altri presenti. La lunghezza massima della stringa è di 31 caratteri.
Tipo di materiale
Il materiale della fondazione si assegna aprendo la lista a tendina e selezionando in essa il materiale da applicare.

Nella tendina sono presenti i materiali disponibili ordinati nei gruppi:
[MU]: materiali in muratura: selezionare uno di questi per definire fondazioni in muratura,
[CA]: materiali cemento armato selezionare uno di questi per definire fondazioni in cemento armato.
Si tenga presente che in qualsiasi momento è possibile aggiungere, eliminare, modificare materiali di tipo [MU] e [CA], agendo nelle rispettive griglie di definizione.

Tipo di sezione
Analogamente al materiale, la sezione trasversale della fondazione si assegna aprendo la lista a tendina e selezionando in essa la sezione da applicare.

Nella tendina sono presenti tutte le sezioni disponibili ordinate nei gruppi:
[CA]: sezioni per elementi in muratura,
[CA]: sezioni per elementi in cemento armato.
Si tenga presente che in qualsiasi momento è possibile aggiungere, eliminare, modificare sezioni per elementi in [MU] e [CA], agendo nelle rispettive griglie di definizione.

Sono previste fondazioni di forma rettangolare o a T rovescio, con eventuale magrone sottostante.
Per modificare l'altezza, la base contro terra e la dimensione delle ali bisogna applicare una sezione differente o modificare il tipo di sezione applicata.
Altezza del magrone
Il dato hm rappresenta l'altezza del magrone. Ai fini del calcolo delle tensioni sul terreno di ipotizza che la larghezza efficace della fondazione sia pari alla somma della larghezza dell'anima, delle ali e di una doppia striscia di magrone collaborante (a sinistra e a destra) di larghezza pari all'altezza assegnata, presupponendo una diffusione delle tensioni all'interno del magrone con un angolo di 45°.
Rialzo verticale della fondazione
Il dato rv definisce la traslazione verticale del piano fondale, rispetto alla quota nominale del livello. In questo modo, si possono modellare fondazioni a gradoni, con salti di misura variabile contenuti nell’altezza d’interpiano, molto frequenti su strutture poste su pendii.
L’effetto del rialzo fondale è visibile nel disegno solido e nei prospetti dei pannelli e delle pareti.

Parametri geotecnici del terreno di fondazione

Per ogni fondazione sono richiesti i seguenti parametri geotecnici:

c coesione del terreno [kg/cm2],

phi angolo di attrito del terreno [°],

gtm peso specifico del terreno [kg/m3].

Questi parametri intervengono in tutti i calcoli di tipo geotecnico (calcolo del carico limite, calcolo dei cedimenti e delle distorsioni, verifica a scorrimento sul piano di posa).

In quest'ultimo caso, dai parametri c e phi si ottengono i contributi resistenti allo scorrimento dovuti all'attrito fra terreno e fondazione e all'adesione, che si ricava come frazione della coesione medainte la relazione diffusamente accettata ai fini tecnici: a = 0.75 c.

La costante di sottofondo Kw di Winkler presuppone che il terreno venga simulato attraverso un letto di molle.Tipicamente, quando ϕ≠0, i valori ϕ e c assegnati in questa griglia sono intesi come parametri efficaci, mentre quando ϕ=0, il valore c è inteso come resistenza non drenata, Questa convenzione consente rispettivamente di eseguire la verifica a scorrimento in termini di tensioni efficaci nel primo caso e in termini di tensioni totali nel secondo caso. L'azione sismica è riferita allo stato limite di salvaguardia vita (Slv).
Ricapitolando:
se ϕ ≠ 0, c rappresenta la coesione efficace, ϕ è l'angolo di attrito efficace,
se ϕ = 0, c rappresenta la resistenza non drenata.

Sezione trasversale del muro di fondazione con lo schema di interazione fondazione-suolo

Parametri di calcolo del carico limite

Il programma dà la possibilità di calcolare la portanza limite in condizioni statiche (qlsta) e la portanza limite in condizioni sismiche (qlsis) con vari metodi di letteratura:

Vesic,
Hansen,
Terzaghi,
Meyerhof.

In alternativa, impostando l'opzione:

Autonomo

l'utente può impostare direttamente i valori del carico limite, senza sfruttare le correlazioni automatiche.

Selezionando uno degli autori elencati, il programma procederà al calcolo del carico limite secondo la formulazione proposta dall'autore selezionato, basata sulla formula trinomia generale riportata di seguito e richiedendo alcuni dati aggiuntivi che intervengono in questo calcolo:

Df profondità media della fondazione rispetto al piano campagna [cm],

Bf larghezza della striscia ideale di fondazione [cm],

Lf lunghezza della striscia ideale di fondazione [cm],

Zw quota media della falda [cm].

La formula generale che esprime il carico limite è la seguente:

in cui

c coesione del terreno sottostante il piano di posa,

q sovraccarico laterale alla quota del piano di posa,

γ peso volume del terreno sottostante il piano di posa,

B larghezza della fondazione,

Nc, Nq, Nγ fattori di capacità per coesione, sovraccarico e attrito,

sc, sq, sγ fattori di forma della fondazione,

dc, dq, dγ fattori di profondità della fondazione,

ic, iq, iγ fattori di inclinazione del carico o per effetto inerziale del sisma,

bc, bq, bγ fattori di inclinazione del piano del fondale,

gc, gq, gγ fattori di inclinazione del piano campagna,

kc, kq, kγ fattori di compressibilità del suolo,

eic, eiq, eiγ fattori per l'effetto inerziale del sisma,

ekc, ekq, ekγ fattori per l'effetto cinematico del sisma,

rγ fattore di larghezza fondazione.

Si tenga presente che il calcolo è eseguito separatamente per il carico limite in condizioni statiche qlsta (nel quale sono esclusi i fattori correttivi di tipo simico) e per il carico limite in condizioni sismiche qlsis (nel quale intervengono invece i fattori correttivi di tipo simico).

Il carico limite o portanza limite del terreno rappresenta il massimo valore di carico verticale compatibile con le caratteristiche meccaniche del sottosuolo ed è un valore non ridotto da coefficienti di sicurezza. Il carico limite rappresenta quindi la massima pressione compatibile con le condizioni limite di equilibrio del terreno, il cui superamento porterebbe allo scorrimento del terreno lungo una superficie di rottura o valori inaccettabili del cedimento.

Per la verifica delle tensioni sul terreno si farà riferimento alla portanza di calcolo qd che si ottiene dalla portanza limite qlim ridotta in ragione del coefficiente di sicurezza parziale sulla resistenza del terreno fs, assegnato in questo stesso foglio, per i due casi di verifica non sismica (fs1) e sismica (fs2).

Il programma prevede quindi una tensione ammissibile per il terreno che può essere differenziata per verifiche in assenza (qlsta) e in presenza di sisma (qlsis).
In quest’ultimo caso considerata la natura eccezionale dell’evento e la breve durata si potrebbe accettare una sicurezza minore rispetto a quella usualmente richiesta per le azioni quasi-permanenti. Al riguardo, la norma sismica Dm96 (punto C.9.3.3.) consente una riduzione del 20%. dei coefficienti di sicurezza utilizzati per il calcolo della tensione ammissibile del terreno, rispetto a quelli adottati in campo statico.
Sullo stesso argomento l'Opcm 3431 indica un fattore di sicurezza 2 per le fondazioni superficiali e di 1.7 per le fondazioni su pali (punto 5.4.7.4), nel caso di strutture di dimensioni e caratteristiche correnti, eretti su suoli di fondazione di tipo A, B, C.
Nel caso di sistema normativo secondo Ntc08, Ntc18 ed Eurocodici, gli inviluppi delle tensioni sul terreno e la conseguente verifica della capacità portante sono eseguiti per gli stati limite ultimi (SLU), utilizzando il cosiddetto Approccio 2, indicato convenzionalmente con la sigla A1+M1+R3 [Ntc08 p.6.4.2.1, Ntc18 p.6.4.2.1] in cui:

A1 rappresenta i coefficienti di combinazione delle azioni agli stati limite ultimi: che nei due casi di verifica corrispondono agli stati limite Slu (statico) e Slv (sismico),
M1 rappresenta i coefficienti di sicurezza sui parametri geotecnici (assunti col valore unitario),
R3 rappresenta il coefficiente parziale di sicurezza sulla capacità portante, per il quale si assume il valore 2.3 (Ntc08 Tabella 6.4.I).

Costante di sottofondo della fondazione

Il valore della costante di sottofondo kw della fondazione (costante di Winkler), espressa in termini di forza/volume. Nel contesto applicativo del programma, il parametro non interviene nella valutazione delle tensioni verticali scaricate sul terreno, in quanto per questa operazione si utilizza una schematizzazione non dipendente da tale parametro (elemento di fondazione rigido con carico eccentrico trasversale, di cui esiste la soluzione in forma chiusa). Il parametro interviene invece per valutare la rigidezza del terreno all'assorbimento di azioni orizzontali, quando siano presenti fondazioni sfalsate. In questo caso al piano seminterrato il tagliante sismico è in parte assorbito dalle murature presenti, ma in parte viene trasferito al terreno mediante le fondazioni rialzate, il cui effetto può essere modellato con una rigidezza equivalente proporzionale al valore di kw assegnato.

In particolare, ai piani in cui sono presenti contemporaneamente murature e fondazioni (come al piano 1 nell'esempio riportato) il tagliante viene assorbito in parte dalle murature e in parte dal terreno sotto le fondazioni, che possono essere visualizzate come murature ideali dotate di una certa rigidezza (indicate in figura con un riquadro verde).

L'utente può controllare il valore di questa rigidezza attraverso la costante di sottofondo kw presente nel foglio dei Tipi di fondazione (vedi figura seguente). Il valore di questo fattore è impostato di default ad un valore per terreno mediamente soffice (5 kg/cmc), ma può essere ridefinita in funzione della consistenza dei terreni, aumentandola per terreni più rigidi e riducendola per terreni più morbidi.

Grado di connessione con altre fondazioni

A partire dalla versione V12 è disponibile per i tipi di fondazione il parametro fctt che permette di caratterizzare il grado di connessione della tipologia in esame spaziando fra fra i due estremi:

fctt=0 fondazione isolata (ovvero virtualmente senza connessioni),

fctt=1 fondazione pienamente connessa (ovvero facente parte di un insieme interconnesso a graticcio).

Modellazione limite a fondazione isolata

Il primo schema di modellazione è quello della fondazione isolata o sconnessa dalle altre fondazioni adiacenti, che in pratica prefigura un elemento di fondazione sul quale si ritengono trascurabili gli effetti di controventamento dovuti alla connessione con altri elementi di fondazione, in particolare quelli trasversali allo sviluppo dell’elemento. Per tale ragione questi elementi esibiscono un comportamento di tipo locale, completamente definito dalla conoscenza del carico verticale e della sua eccentricità nella direzione trasversale.

E’ evidente che la modellazione a fondazione isolata, pur se largamente utilizzata per la sua semplicità di applicazione, porta a soluzioni molto sensibili alle eccentricità in gioco, che possono determinare distribuzioni di tensioni sul terreno con forti picchi tensionali e anche la parzializzazione dell’area d’impronta nei casi di grande eccentricità.

Modellazione limite a fondazione connessa

Il secondo schema limite è quello di fondazione connessa che vede l’elemento come parte di un sistema di elementi interconnessi nei nodi, che scambiano fra di loro azioni ed esibiscono un comportamento d’insieme, tipicamente con un funzionamento a graticcio. Ogni singolo elemento dell’insieme sente l’effetto di controventamento espletato dalle fondazioni trasversali e quindi le eccentricità trasversali dei carichi possono essere riportate nei nodi d’incrocio in termini di momento ed equilibrati dal comportamento interconnesso dell’insieme.

Questo tipo di modellazione è meno sensibile alle eccentricità dei carichi in quanto le componenti trasversali, una volta riportate nei nodi, sono assorbite con la collaborazione delle fondazioni trasversali. Si pone però il problema di stabilire in che misura la muratura sia capace di riportare gli effetti delle eccentricità trasversali nei nodi e di realizzare lo schema interconnesso.

Modellazione a fondazione parzialmente connessa

Rispetto ai casi limiti appena visti, una modellazione più realistica realistica si collocherebbe in uno stadio intermedio, eventualmente spostato in linea qualitativa verso l’uno o l’altro estremo in funzione di alcuni fattori tipici quali:

la qualità degli ammorsamenti degli incroci,
lo spessore degli elementi di fondazione,
la consistenza dei materiali costituenti le fondazioni,
la distanza fra i ritegni trasversali, ovvero delle fondazioni trasversali di controvento.

In particolare; ammorsamenti inefficaci, spessori murari ridotti, scarsa qualità meccaniche dei materiali, ritegni trasversali molto distanziati favoriscono il comportamento a fondazione isolata, mentre gli effetti contrari favoriscono il comportamento a fondazione connessa e quindi il comportamento d’insieme.

Il progettista sulla base della conoscenza strutturale acquisita può valutare il grado di connessione delle varie tipologie di fondazioni presenti nella struttura ed esprimere queste conclusioni nel parametro fctt, presente del foglio dei tipi di fondazione, assegnando ad esso un valore compreso fra 0 e 1, dove:

0 rappresenta la connessione nulla,

1 rappresenta la piena connessione.