CALCOLO DEL DIAMETRO DELL’ARMATURA IN BASE ALL’AREA DI CARICO NELLA UŠP

Prima di procedere al calcolo dell’armatura, è criticamente importante determinare con precisione tutti i tipi di carichi che agiranno sulla fondazione UŠP. Secondo la DBN V.1.2-2:2006 ‘Carichi e azioni’, si distinguono carichi permanenti, temporanei (di lunga e breve durata) e speciali. I carichi permanenti includono il peso proprio di tutti gli elementi costruttivi dell’edificio: pareti, solai, copertura, impianti tecnologici, nonché il peso della stessa fondazione UŠP, incluso lo strato di isolante e il calcestruzzo. Per la UŠP è caratteristico il peso uniformemente distribuito della platea, che consente di ottimizzare l’armatura.

I carichi temporanei si suddividono in carichi di lunga durata (ad esempio, il peso di attrezzature fisse, tramezzi che modificano la planimetria) e di breve durata (carico da neve, carico da vento, carico da persone e mobili). Il carico da neve per le diverse regioni dell’Ucraina è regolamentato dalla DBN V.1.2-2:2006 e può variare da 0,5 kN/m² a 1,8 kN/m². Anche il carico da vento viene calcolato in conformità con queste norme, tenendo conto delle zone di vento e dell’altezza dell’edificio. I carichi speciali (sismici, da esplosione) vengono considerati per gli oggetti nelle zone corrispondenti. Per la UŠP, che è una platea continua, particolare enfasi è posta sull’uniformità della trasmissione dei carichi al terreno, che riduce la concentrazione di tensioni.

Nel calcolo dei carichi per la UŠP occorre tenere conto anche della pressione idrostatica delle acque sotterranee, se situate al di sopra del piano di posa della fondazione, e della pressione da rigonfiamento dovuto al gelo del terreno negli strati portanti della base. Sebbene la UŠP, grazie al suo isolamento, minimizzi l’effetto del rigonfiamento da gelo sulla propria struttura, il perimetro esterno della fondazione richiede comunque un’analisi accurata. La determinazione precisa dei carichi di calcolo con coefficienti di sicurezza superiori a 1,0 (generalmente 1,1-1,4 a seconda del tipo di carico, secondo la DBN V.2.6-98:2009 ‘Strutture in calcestruzzo e cemento armato’) è il compito prioritario per la corretta determinazione dell’area di sezione necessaria dell’armatura.

Dopo il calcolo dei carichi, il passo successivo è la determinazione dell’area della sezione trasversale necessaria dell’armatura di lavoro. Per la UŠP, che funziona come una platea su base elastica, il calcolo principale è quello a flessione e a taglio. Secondo la DBN V.2.6-98:2009, il calcolo dell’armatura a flessione per una sezione rettangolare viene eseguito con la formula: A_s = M / (R_s * z), dove M è il momento flettente di calcolo, R_s è la resistenza di calcolo a trazione dell’armatura, e z è il braccio della coppia interna di forze. In questo caso, R_s dipende dalla classe dell’armatura (ad esempio, per l’armatura di classe A400 (AIII) R_s è pari a 365 MPa, per la A500S a 400 MPa).

Il braccio della coppia interna di forze (z) è determinato come h_0 – a’, dove h_0 è l’altezza utile della sezione (distanza dal bordo compresso al baricentro dell’armatura tesa), e a’ è la distanza dal bordo compresso al baricentro dell’armatura compressa. È importante tenere conto del copriferro di calcestruzzo, che per le fondazioni UŠP a contatto con il terreno o il suo isolamento è generalmente non inferiore a 40-50 mm, per garantire durabilità e resistenza al fuoco secondo la EN 1992-1-1. Inoltre, è obbligatorio anche il calcolo a taglio (forza trasversale), specialmente in prossimità di colonne o pareti di appoggio, e può richiedere l’installazione di armatura trasversale (staffe).

Per la UŠP è caratteristica l’armatura doppia — nelle zone superiore e inferiore della platea, che consente di assorbire sia i momenti flettenti positivi sia quelli negativi, che si generano a causa della disomogeneità dei carichi, specialmente sopra le pareti portanti e lungo il perimetro della platea. La percentuale complessiva di armatura (coefficiente di armatura) per gli elementi a platea, di norma, non deve essere inferiore allo 0,1% dell’area della sezione di calcestruzzo (μ_min) e non superiore al 2,5-3,0% (μ_max), il che garantisce la duttilità della struttura e previene un cedimento fragile. Nella progettazione della UŠP si utilizzano spesso reti di armatura con passo di 150-200 mm e diametro di 10-14 mm, a seconda dei carichi di calcolo e delle campate.

L’armatura della UŠP presenta particolarità uniche che la distinguono dalle tradizionali fondazioni a platea. Di norma, la UŠP viene armata con due reti — inferiore e superiore. La rete inferiore è posizionata entro il copriferro di calcestruzzo, sopra lo strato di isolante (spesso polistirene estruso XPS), e assorbe le tensioni di trazione generate dai carichi che agiscono dall’alto e dal peso della platea. La rete superiore è posizionata più vicino alla superficie superiore della platea ed è destinata ad assorbire i momenti flettenti negativi che possono generarsi sopra gli elementi di appoggio (ad esempio, sotto le pareti portanti) o nei punti di concentrazione dei carichi. Il diametro tipico delle barre di armatura per le reti varia da Ø10 a Ø14 mm con un passo da 150 a 250 mm, calcolato individualmente.

Particolare attenzione va dedicata all’armatura lungo il contorno della platea e sotto le pareti portanti. In queste zone si generano carichi maggiori, quindi qui si prevedono spesso barre di armatura aggiuntive o una rete infittita. I nodi di fissaggio, come i giunti delle reti di armatura, devono essere realizzati con una sovrapposizione non inferiore alla lunghezza di ancoraggio, che è di circa 40-60 diametri della barra, secondo la DBN V.2.6-98:2009. Per garantire la posizione di progetto dell’armatura si utilizzano speciali distanziatori a sedia e spessori protettivi, che garantiscono il copriferro necessario e ne impediscono lo spostamento durante il getto.

Un’altra particolarità importante è l’armatura delle zone attorno agli ingressi degli impianti (approvvigionamento idrico, fognatura, elettricità), che attraversano la platea. Queste zone sono concentratori di tensioni, quindi vanno rinforzate con armatura aggiuntiva, disposta a croce o in diagonale attorno alle aperture. È importante anche organizzare correttamente l’armatura delle nervature di irrigidimento, se previste dalla struttura della UŠP. Queste nervature, di norma, hanno un’altezza maggiore e richiedono un calcolo e una posa dell’armatura individuali, che lavorerà insieme alla rete principale della platea. Un’analisi dettagliata del nodo ‘platea-parete’ nella UŠP mostra come barre aggiuntive a U o a L possano integrarsi nella rete superiore della platea, per garantire un’efficace trasmissione del carico dalla parete alla fondazione, prevenendo cedimenti locali e deformazioni. Per saperne di più sui componenti importanti degli edifici, visita la pagina Calcestruzzo.

La natura delle condizioni del terreno nel cantiere in Ucraina ha un’influenza diretta e decisiva sul calcolo dell’armatura per la UŠP. Secondo la DBN V.2.1-10:2018 ‘Basi e fondazioni di edifici e strutture’, le indagini geotecniche sono obbligatorie per determinare le proprietà fisico-meccaniche dei terreni, come il modulo di deformazione (E), il coefficiente di porosità, l’angolo di attrito interno, il peso specifico, nonché il livello delle acque sotterranee (LAS). Questi dati sono il punto di partenza per determinare la capacità portante della base e prevedere i cedimenti.

I terreni con bassa capacità portante o elevata comprimibilità (ad esempio, torbe, terreni limosi, alcuni tipi di argille) richiedono o il miglioramento della base del terreno, oppure l’applicazione di un’armatura più robusta della UŠP per distribuire i carichi su un’area maggiore. Per la UŠP, che per sua natura è una fondazione superficiale, è particolarmente importante lo strato superiore del terreno (fino a una profondità di 1,5-2,0 m). La presenza di terreni saturi d’acqua o un livello elevato delle acque sotterranee richiedono misure aggiuntive, come il drenaggio (per saperne di più su questo argomento, si può consultare Drenaggio) e un aumento del copriferro di calcestruzzo per l’armatura, nonché l’uso di calcestruzzo con impermeabilità aumentata (ad esempio, W6-W8). Il rigonfiamento da gelo, che è un problema attuale nella maggior parte delle regioni dell’Ucraina, viene minimizzato grazie all’isolamento della UŠP, tuttavia il suo potenziale effetto sui terreni sottostanti può richiedere un rinforzo locale dell’armatura o l’uso di cuscini di terreno.

Per i terreni soggetti a cedimenti non uniformi, il che è particolarmente critico per l’Ucraina con le sue diverse condizioni del terreno (dai limi loessici alle rocce), la UŠP, grazie alla sua struttura monolitica, dimostra un’elevata resistenza. Tuttavia, se si prevedono cedimenti differenziali significativi, l’armatura della platea può essere rinforzata e il passo dell’armatura ridotto, per garantire una rigidità aggiuntiva. Un’analisi accurata dei dati geotecnici e la loro interpretazione da parte di un progettista esperto sono la garanzia di un calcolo corretto dell’armatura e della durabilità della fondazione UŠP, prevenendo deformazioni e fessure nelle strutture fuori terra.

L’ottimizzazione dell’armatura della UŠP non è solo un risparmio di materiali, ma anche la garanzia della massima integrità strutturale con rischi minimi. Le moderne soluzioni progettuali si concentrano sull’integrazione dei modelli di calcolo con i processi edilizi reali. L’uso di software per l’analisi agli elementi finiti (FEM), come SCAD Office, Lira-SAPR o Autodesk Robot Structural Analysis Professional, consente di modellare il comportamento della UŠP sotto l’azione di carichi complessi, tenendo conto dell’interazione con la base del terreno. Ciò consente di determinare con precisione le zone di concentrazione delle tensioni e posizionare in modo ottimale l’armatura, riducendo al minimo l’armatura eccessiva nelle zone meno caricate e rinforzando le zone critiche.

Una delle soluzioni progettuali chiave è l’applicazione dell’armatura costruttiva, che garantisce l’integrità della platea durante il getto, il ritiro e le deformazioni termiche, anche se l’armatura di calcolo richiederebbe un diametro o un passo inferiore. Secondo la DBN V.2.6-98:2009, il coefficiente minimo di armatura μ_min per le platee è dello 0,1% dell’area della sezione trasversale del calcestruzzo. Per la UŠP, che ha una grande superficie, le deformazioni termiche possono essere significative, quindi anche il calcolo dei giunti termici e della loro armatura è critico. Tipicamente, nella UŠP non si realizzano giunti termici, poiché la platea è continua, ma l’armatura viene calcolata per le possibili tensioni di trazione dovute agli sbalzi termici, specialmente nelle campate lunghe, utilizzando reti con diametro maggiorato o passo ridotto delle barre (ad esempio, Ø12 A500S con passo di 150 mm).

Un altro approccio è l’armatura differenziata. Ad esempio, nelle zone centrali della platea, dove i momenti flettenti sono più bassi, si può utilizzare un diametro di armatura minore o un passo maggiore, mentre sotto le pareti portanti e lungo il perimetro — utilizzare armatura di diametro maggiore o reti doppie. Questo approccio richiede un’analisi dettagliata dei diagrammi dei momenti e delle forze trasversali. L’uso di distanziatori e gabbie per l’armatura garantisce il posizionamento preciso delle barre nella posizione di progetto, il che è critico per il corretto funzionamento della struttura in cemento armato. Progettando una casa a un piano con UŠP, è possibile ottimizzare queste soluzioni, facendo riferimento ai progetti a un piano, dove solitamente si utilizzano tali fondazioni.

L’efficacia dei calcoli dell’armatura per la UŠP dipende in gran parte dalla qualità del suo montaggio in cantiere. Anche il progetto più preciso può essere compromesso da deviazioni dalla tecnologia. Il controllo qualità inizia con la verifica della classe e del diametro delle barre di armatura — devono corrispondere alla documentazione di progetto e alle vigenti DSTU/DBN. È inammissibile utilizzare armatura di classe o diametro diversi senza un ricalcolo e un’approvazione da parte del progettista. Ad esempio, l’uso di armatura di classe A240 al posto di A500S riduce significativamente la capacità portante.

Gli errori tipici nel montaggio dell’armatura UŠP includono: posizionamento errato delle reti di armatura (deviazione dal copriferro di progetto), lunghezza insufficiente della sovrapposizione dell’armatura nei giunti, assenza di armatura aggiuntiva nelle zone critiche (angoli, aperture, sotto le pareti portanti), nonché l’uso di distanziatori di scarsa qualità o in numero insufficiente. Il posizionamento errato dell’armatura può portare a una riduzione dell’altezza utile della sezione, che riduce la capacità portante a flessione, oppure alla sua corrosione, se il copriferro di calcestruzzo è insufficiente, il che è particolarmente critico per una fondazione a contatto con il terreno.

Inoltre, è importante garantire un collegamento affidabile delle barre di armatura. Solitamente ciò viene eseguito mediante legatura con filo di acciaio (diametro 1,0-1,2 mm) o con speciali pistole legatrici. La saldatura dell’armatura è ammissibile solo per classi speciali (ad esempio, A500S), che hanno la lettera ‘S’ nella marcatura, indicante la loro saldabilità. Una saldatura errata può causare il surriscaldamento del metallo e la perdita delle sue caratteristiche di resistenza. Grazie al rispetto di questi requisiti e a un controllo regolare in tutte le fasi della costruzione, è possibile garantire la conformità dell’armatura effettiva alla soluzione di progetto, assicurando la durabilità e l’affidabilità della fondazione UŠP. Per saperne di più sulle aziende che garantiscono elevati standard costruttivi, visita Azienda di Costruzioni “KOLEO”.

La Platea Svedese Isolata (UŠP) non è solo una fondazione strutturale, ma anche parte integrante del sistema energeticamente efficiente della casa. I suoi vantaggi termotecnici derivano dalla disposizione dell’isolamento termico in polistirene estruso (XPS) sotto la platea e lungo il suo perimetro, che crea un ‘effetto thermos’ e previene le perdite di calore attraverso il terreno. Questo approccio garantisce un coefficiente minimo di trasmittanza termica (valore U) per la fondazione, che può raggiungere 0,10-0,15 W/(m²⋅K), un valore significativamente migliore dei requisiti della DBN V.2.6-31:2016 ‘Isolamento termico degli edifici’ per le strutture di involucro.

Il legame tra termotecnica e armatura costruttiva consiste nel fatto che un elevato grado di isolamento riduce l’effetto dei cicli di gelo-disgelo sul terreno sotto la platea, minimizzando così i rischi di rigonfiamento da gelo. Ciò, a sua volta, consente alla base del terreno di lavorare in modo più stabile, il che influisce positivamente sui calcoli dell’armatura. La stabilità della base consente di evitare un’armatura eccessiva, che sarebbe necessaria in caso di deformazioni non uniformi del terreno. Pertanto, gli investimenti in un isolamento di qualità della UŠP possono portare a un’ottimizzazione dei costi dell’armatura senza compromettere l’integrità strutturale.

Inoltre, l’integrazione del sistema di ‘riscaldamento a pavimento’ direttamente nella platea UŠP crea una grande massa termoaccumulante. Il posizionamento dei tubi di riscaldamento nella parte superiore della platea richiede un’attenta pianificazione dell’armatura, per non danneggiarli durante il getto del calcestruzzo. Ciò può influire sul passo della rete di armatura superiore e richiedere un’armatura aggiuntiva locale attorno ai tubi, per compensare il possibile indebolimento della sezione. Il posizionamento ottimale dei tubi di riscaldamento tra le barre dell’armatura della rete superiore è fondamentale per garantire l’efficacia di entrambi i sistemi — sia del riscaldamento sia della capacità portante. In definitiva, la UŠP è un esempio di sinergia tra sistemi costruttivi, termotecnici e ingegneristici, dove ogni elemento influisce sulla funzionalità e sulla durabilità degli altri. Per una progettazione integrata di soluzioni simili, si consiglia di considerare i sistemi di ventilazione, che sono parte integrante di una casa energeticamente efficiente.

Oltre ai carichi statici e temporanei già esaminati, la progettazione moderna della UŠP deve tenere conto anche dei carichi dinamici e delle vibrazioni, specialmente per gli oggetti situati vicino a fonti di traffico intenso, impianti industriali o in regioni sismicamente attive. Secondo la DBN V.1.2-12:2008 ‘Costruzione nelle regioni sismiche dell’Ucraina’, per tali condizioni si applicano speciali coefficienti di dinamicità e requisiti di armatura, che aumentano la rigidità e la duttilità della struttura.

I carichi dinamici, generati da bruschi cambiamenti di velocità o direzione del movimento dei veicoli, dal funzionamento di attrezzature o da raffiche di vento, possono causare oscillazioni e fenomeni di risonanza nella struttura della UŠP. Sebbene la platea di fondazione sia relativamente massiccia e abbia un’elevata rigidità propria, le vibrazioni possono causare il cedimento a fatica dell’armatura, se questa non è stata calcolata tenendo conto di questi fattori. Per l’armatura che lavora in condizioni di carichi ciclici, è necessario utilizzare armatura con resistenza a fatica aumentata (ad esempio, classe A500S con caratteristiche migliorate) e garantire un collegamento accurato delle barre senza indebolimento della sezione.

Nel calcolo dell’armatura per i carichi dinamici è importante tenere conto dell’ampiezza delle oscillazioni e della frequenza delle vibrazioni. Solitamente ciò richiede l’applicazione di modelli di calcolo più complessi rispetto ai carichi statici, incluse l’analisi modale e l’analisi della risposta nel dominio del tempo. In tali casi, la percentuale di armatura può essere aumentata del 15-25% rispetto ai calcoli basati solo sui carichi statici, e possono essere previsti elementi costruttivi aggiuntivi, come giunti di dilatazione o smorzatori, che assorbono l’energia delle vibrazioni. Ciò garantisce non solo l’integrità strutturale, ma anche il comfort per gli abitanti, prevenendo la trasmissione delle vibrazioni alla parte fuori terra dell’edificio. Per aumentare la resistenza della struttura, in particolare nel contesto dell’edilizia modulare, dove i carichi dinamici possono avere un carattere specifico, sarà utile consultare i progetti sulle case modulari.