DETERMINAZIONE DELLA PROFONDITÀ DI POSA DELLA FONDAZIONE

La profondità di posa della fondazione è un valore complesso, che dipende da numerosi fattori interconnessi. Nelle condizioni dell’Ucraina, dove le condizioni climatiche e geologiche possono variare notevolmente, è particolarmente importante tenere conto dei seguenti aspetti. Innanzitutto, le caratteristiche geologiche del terreno: il suo tipo (sabbia, limo argilloso, argilla, torba), le proprietà fisico-meccaniche (capacità portante, angolo di attrito interno, coesione specifica, modulo di deformazione) e la propensione al gelivo. Ogni tipo di terreno reagisce in modo diverso ai carichi e all’influenza di fattori esterni, come l’umidità e la temperatura.

Il secondo fattore chiave sono le condizioni climatiche della regione, in particolare la profondità normativa di gelo del terreno. Secondo il ДБН В.2.1-10:2018 “Basi e fondazioni delle costruzioni. Disposizioni generali”, le fondazioni devono essere posate al di sotto di questo livello, per evitare deformazioni dovute al sollevamento dell’acqua congelata. Per la maggior parte delle regioni dell’Ucraina, la profondità normativa di gelo varia da 0,8 m nel sud a 1,2–1,4 m nel nord e nell’est. Ad esempio, per la regione di Kyiv questo valore è di circa 1,0–1,1 m per i limi argillosi e le argille. Questo parametro non è una costante e dipende dal tipo di terreno, dal livello della falda freatica e dalla presenza di manto nevoso.

Il carico dell’edificio è il terzo fattore determinante. La massa dell’edificio, il numero di piani, il tipo di struttura (ad esempio, una casa in mattoni pesante o una leggera struttura a telaio) dettano la necessaria capacità portante della base del terreno. Tra i carichi rientrano anche quelli temporanei, da neve, da vento e le sollecitazioni dinamiche. Ad esempio, per edifici con telaio leggero o per la costruzione con pannelli XLAM, può essere sufficiente una posa meno profonda, se i terreni hanno un’elevata capacità portante e un basso rischio di gelivo.

Il livello della falda freatica (РГВ) e le sue oscillazioni stagionali svolgono un ruolo estremamente importante. Un livello elevato della falda, in particolare nei terreni gelivi, aumenta notevolmente l’effetto del sollevamento per gelo e riduce la capacità portante della base. In questi casi, oltre a una posa più profonda, si possono adottare misure aggiuntive, come sistemi di drenaggio o la sostituzione del terreno gelivo con uno non gelivo. Si tiene conto anche della presenza di sottoservizi interrati, cantine o altre parti interrate dell’edificio, che influiscono anch’esse sul calcolo.

Pertanto, un’analisi completa di tutti questi fattori è di importanza critica per una determinazione corretta ed economicamente giustificata della profondità di posa della fondazione, garantendone la stabilità strutturale e la durabilità per decenni.

L’esecuzione di rilievi geologico-ingegneristici è una fase assolutamente obbligatoria prima dell’avvio di qualsiasi progettazione di fondazioni. Non si tratta di una semplice formalità, ma di una procedura scientificamente fondata che consente di ottenere informazioni esaurienti sulle condizioni geologiche del cantiere. Senza dati attendibili sui terreni, le loro proprietà e il regime idrogeologico, è impossibile eseguire un calcolo corretto della profondità di posa della fondazione e scegliere il tipo ottimale.

Il processo di rilievo geologico comprende la perforazione di sondaggi esplorativi, il prelievo di campioni di terreno e di acque sotterranee, nonché l’esecuzione di analisi di laboratorio. In laboratorio si determinano parametri quali la composizione granulometrica, la densità, l’umidità, i limiti di plasticità e di liquidità per i terreni argillosi, nonché il coefficiente di filtrazione. Per il calcolo della capacità portante e delle caratteristiche deformative si determinano il modulo di deformazione, la coesione specifica e l’angolo di attrito interno. Questi dati sono l’input per l’ingegnere geotecnico, che redige la relazione geologica.

La relazione geologica contiene i profili dei sondaggi, la descrizione degli strati di terreno, le tabelle delle proprietà fisico-meccaniche, la previsione della variazione del livello della falda freatica e le raccomandazioni sul tipo di fondazioni. Particolare attenzione è rivolta alla presenza di terreni deboli o gelivi, come i limi loessici, le torbe o le sabbie limose sature d’acqua. Ad esempio, nella regione di Kyiv si incontrano spesso terreni loessici, che hanno una capacità di cedimento se bagnati, il che richiede soluzioni ingegneristiche specifiche e una posa più profonda della fondazione o la sostituzione del terreno.

Rilievi eseguiti correttamente consentono non solo di evitare errori in fase di progettazione, ma anche di ottimizzare i costi di costruzione della fondazione. La conoscenza delle caratteristiche precise del terreno consente di evitare un’eccessiva resistenza e un inutile approfondimento, il che può ridurre significativamente il costo complessivo del progetto. Questo è il primo e più importante passo verso la garanzia dell’integrità strutturale dell’edificio. Ad esempio, per determinare il tipo e la capacità portante della fondazione su terreni complessi, si utilizzano prove di penetrazione statica (CPT) o prove con piastra.

Trascurare questa fase o eseguirla in modo scadente può portare a deformazioni impreviste, fessurazioni nelle pareti e, nel peggiore dei casi, al collasso dell’edificio, molto più costoso da correggere rispetto all’esecuzione tempestiva e di qualità dei rilievi.

La determinazione della profondità di posa della fondazione in Ucraina è regolata da una serie di norme edilizie statali (ДБН), il principale dei quali è il ДБН В.2.1-10:2018 “Basi e fondazioni delle costruzioni. Disposizioni generali”. Questo documento normativo stabilisce i requisiti fondamentali per la progettazione, il calcolo e la realizzazione delle fondazioni di edifici e costruzioni, tenendo conto delle diverse condizioni del terreno e dei tipi di carico. È importante anche il ДБН В.1.1-12:2014 “Costruzione nelle zone sismiche dell’Ucraina” per le regioni interessate, che detta requisiti particolari per le fondazioni, incluso il loro approfondimento.

La progettazione delle fondazioni si basa su calcoli riferiti a due principali gruppi di stati limite: il primo, allo stato limite ultimo (resistenza, stabilità), e il secondo, allo stato limite di esercizio (deformazioni). Per determinare la profondità che garantirà la capacità portante, gli ingegneri considerano parametri come la resistenza di calcolo del terreno (R), determinata dalla formula:

R = 1/γc * (A * γ’ * b + B * q + D * c)

dove γc è il coefficiente delle condizioni di lavoro, A, B, D sono coefficienti adimensionali che dipendono dall’angolo di attrito interno del terreno, γ’ è il valore medio del peso specifico del terreno al di sopra della base della fondazione, b è la larghezza della fondazione, q è il carico convenzionale del terreno sopra la base, c è il valore di calcolo della coesione specifica del terreno. Questi calcoli tengono conto dell’interazione “base-fondazione-costruzione” e richiedono un approccio ingegneristico qualificato da parte di un architetto qualificato o di un ingegnere strutturista.

Per garantire la conformità al secondo stato limite, le deformazioni della fondazione (cedimenti, inclinazione), è necessario che i cedimenti della base non superino i valori limite ammissibili stabiliti dalle norme per i diversi tipi di edifici. La profondità di posa influisce sul volume di terreno coinvolto nella deformazione e, di conseguenza, sul cedimento complessivo. Si tiene conto anche del possibile sollevamento per gelo, per prevenire il quale la profondità di posa deve essere maggiore della profondità di calcolo del gelo del terreno.

Le norme ucraine richiedono inoltre di tenere conto di condizioni specifiche, come la presenza di terreni cedevoli, rigonfianti, loessici, nonché di zone ad alta attività sismica. In questi casi, nei calcoli vengono introdotti coefficienti e condizioni aggiuntivi, che possono portare a un aumento della profondità minima di posa o alla scelta di soluzioni costruttive speciali, ad esempio fondazioni a platea o su pali. L’esecuzione di tutti questi calcoli è la base per lo sviluppo di un progetto sicuro, affidabile e conforme a tutti i requisiti della legislazione vigente.

Il livello della falda freatica (РГВ) è uno dei fattori più determinanti per la profondità di posa della fondazione. La sua dinamica, i livelli massimo e minimo, nonché la composizione chimica, possono modificare radicalmente le condizioni di esercizio della base fondale. La presenza di acque sotterranee in prossimità della base della fondazione può portare a una riduzione della capacità portante del terreno, al suo ammorbidimento e a un aumento della propensione alle deformazioni.

Particolarmente pericolosa è la combinazione di un livello elevato della falda con terreni gelivi (argille, limi argillosi, sabbie limose). L’acqua che gela nei pori di tale terreno si espande, generando forze di sollevamento per gelo che possono sollevare o deformare la fondazione, causando gravi deformazioni della parte fuori terra dell’edificio. Per prevenire ciò, secondo il ДБН В.2.1-10:2018, la base della fondazione deve essere posata al di sotto della profondità di calcolo del gelo del terreno. Se ciò non è possibile o economicamente non conveniente, si applicano altri metodi: la sostituzione del terreno gelivo con uno non gelivo (sabbia, ghiaia), la realizzazione di un sistema di drenaggio per abbassare il livello della falda, oppure la termoisolazione della fondazione.

Il sistema di drenaggio è un insieme di misure volte ad allontanare le acque sotterranee dalla fondazione. Può essere perimetrale, ad anello o a strati, a seconda delle condizioni geologiche e delle caratteristiche costruttive dell’edificio. Ad esempio, per i terreni con livello della falda costantemente elevato, frequenti nelle zone depresse della regione di Kyiv, è efficace un drenaggio combinato insieme all’impermeabilizzazione. Informazioni dettagliate su tali sistemi si trovano nella pagina impianti tecnologici.

La termoisolazione della fondazione, particolarmente rilevante per la УШП, consente di spostare l’isoterma di 0°C al di fuori della base della fondazione, prevenendo così il congelamento del terreno sottostante. Ciò consente di posare la fondazione a una profondità minore, anche in terreni gelivi, poiché l’effetto del sollevamento per gelo sarà minimizzato. Il polistirene estruso (XPS) è uno dei materiali più diffusi per tale isolamento, grazie ai suoi bassi valori di assorbimento d’acqua e all’elevata resistenza a compressione.

Pertanto, un’analisi corretta del livello della falda freatica e una previsione delle sue variazioni sono di importanza critica per scegliere la strategia di posa della fondazione che ne garantisca la stabilità e la protezione dagli effetti negativi dell’acqua e del gelo.

La profondità di posa della fondazione varia notevolmente a seconda del suo tipo, il che è determinato dai diversi principi di trasmissione del carico al terreno e dalle caratteristiche costruttive. Esaminiamo le specificità dei tipi più diffusi:

Fondazione a nastro: È il tipo classico, posato sotto tutte le pareti portanti dell’edificio. La sua profondità di posa è generalmente determinata tenendo conto della profondità normativa di gelo del terreno (con un margine di 10-20 cm) e della necessaria capacità portante del terreno. Se il terreno presenta un elevato rischio di sollevamento per gelo, la fondazione a nastro deve essere posata al di sotto di questo livello, in modo che la base si trovi nello strato non gelivo. Per i terreni non gelivi (sabbie grosse e medie) e leggermente gelivi (argillosi, con basso livello di falda), è ammessa una posa poco profonda, ma sempre tenendo conto della capacità portante. La base della fondazione a nastro deve essere ad almeno 0,5 m dalla superficie del terreno, anche nelle regioni calde, per proteggerla dalle oscillazioni stagionali di umidità del terreno.

Piastra svedese isolata (УШП): È un moderno tipo di fondazione a platea monolitica, che funge contemporaneamente da base pronta per il pavimento del piano terra con sistema di riscaldamento integrato. La particolarità della УШП è la sua posa poco profonda (fino a 0,5-0,6 m dalla superficie), resa possibile grazie all’isolamento termico completo della fondazione lungo il perimetro e sotto l’intera superficie. L’isolamento in polistirene estruso (XPS) impedisce il congelamento del terreno sotto la piastra, annullando le forze di sollevamento per gelo. La УШП è efficace anche su terreni gelivi con falda elevata, poiché la termoisolazione mantiene la temperatura del terreno sopra 0°C. Tuttavia, richiede un’accurata preparazione della base, incluso un cuscinetto in ghiaia e sabbia con compattazione a strati.

Fondazione su pali: Si applica su terreni con caratteristiche deboli e comprimibili, dove gli strati portanti si trovano a notevole profondità (da 3-4 m e oltre). I pali trasferiscono il carico dell’edificio a strati di terreno più resistenti e profondi, oppure tramite l’attrito laterale lungo la superficie del palo. La profondità di posa dei pali viene determinata sulla base dei rilievi geologici e dei calcoli della capacità portante del palo, e può raggiungere decine di metri. Anche i tipi di pali (trivellati, infissi, a vite) influiscono sulla tecnologia e sulla profondità ammissibile. Ad esempio, per i pali trivellati con allargamento alla base, spesso utilizzati su terreni cedevoli, la profondità è determinata dal livello degli strati non cedevoli.

La scelta del tipo di fondazione e della sua profondità è una decisione complessa, che deve basarsi sui dati dei rilievi geologici, sull’analisi dei carichi, sulle condizioni climatiche e sulla convenienza economica. Un lavoro tempestivo e di qualità nella fase di progettazione consente di evitare molti problemi nell’esercizio dell’edificio.

Quando si riscontrano condizioni del terreno complesse, come una bassa capacità portante, un livello elevato della falda freatica (РГВ), o una significativa propensione al sollevamento per gelo, gli ingegneri applicano diverse soluzioni costruttive e tecnologie di adattamento per garantire la durabilità e la stabilità della fondazione. Questi approcci consentono di minimizzare i rischi e ottimizzare i costi, senza compromettere la sicurezza.

Una delle soluzioni più diffuse è il cuscinetto di terreno. Si tratta di uno strato di terreno non gelivo, ben compattato (sabbia, ghiaia, pietrisco), posato sotto la base della fondazione. Svolge la funzione di distribuire il carico su una superficie maggiore, riduce la pressione sul terreno debole e funge anche da strato drenante, prevenendo la risalita capillare dell’acqua fino alla base. Per condizioni particolarmente complesse, lo spessore del cuscinetto può raggiungere 1-2 metri, con costipazione a strati e compattazione vibratoria fino a un coefficiente di compattazione non inferiore a 0,95.

In caso di falda elevata e/o significativa profondità di gelo in terreni gelivi, si applicano sistemi di drenaggio. Il drenaggio ad anello, posato lungo il perimetro dell’edificio al livello della base della fondazione o leggermente più in basso, intercetta efficacemente le acque sotterranee, convogliandole in un collettore o in un pozzetto di raccolta. Ciò consente di stabilizzare il livello della falda e prevenirne l’effetto negativo sulla fondazione. Inoltre, viene eseguita un’impermeabilizzazione di qualità delle pareti della fondazione, per proteggere il calcestruzzo dall’azione distruttiva dell’acqua e dei composti chimici aggressivi.

Per ridurre il sollevamento per gelo, oltre all’approfondimento della fondazione al di sotto della profondità di gelo, si utilizza la termoisolazione della fondazione. Ciò è particolarmente rilevante per le fondazioni a platea poco profonde, come la УШП. L’isolamento viene realizzato con polistirene estruso (XPS) lungo il perimetro e sotto la base, il che consente di mantenere una temperatura positiva del terreno sotto la fondazione e, quindi, di evitarne il congelamento e il sollevamento per gelo. Lo spessore dell’isolante, secondo il ДБН В.2.6-31:2021 “Isolamento termico degli edifici”, può variare da 100 a 200 mm a seconda della zona climatica.

Nei casi in cui gli strati superficiali del terreno siano molto deboli e gli strati portanti si trovino in profondità, una soluzione efficace è la fondazione su pali. Può essere integrata da una trave di collegamento (ростверк) – una struttura a trave monolitica o prefabbricata che unisce le parti superiori dei pali e distribuisce il carico dell’edificio. La trave di collegamento può essere sopraelevata (sopra la superficie del terreno, eliminando l’effetto del sollevamento per gelo) o interrata (ma in questo caso occorre tenere conto del sollevamento per gelo del terreno tra i pali).

Queste misure costruttive e tecnologie consentono di realizzare fondazioni affidabili e durature anche su terreni complessi, garantendo la stabilità dell’edificio per tutta la durata di esercizio.

Garantire la conformità della posa effettiva della fondazione alle soluzioni di progetto è una fase di costruzione di importanza critica, spesso sottovalutata. Anche i rilievi geologici più precisi e i calcoli più scrupolosi perdono di significato se durante i lavori di costruzione si verificano deviazioni. Pertanto, il monitoraggio e l’audit in ogni fase sono la garanzia del successo e della durabilità della costruzione.

Il processo di monitoraggio inizia già prima dell’avvio degli scavi. Ciò include la verifica del tracciamento degli assi dell’edificio sul terreno, il controllo della profondità dello scavo di fondazione o delle trincee, nonché la valutazione della conformità del terreno alla base della fondazione ai dati ottenuti durante i rilievi geologici. Cambiamenti inaspettati nella struttura del terreno (ad esempio, il rilevamento di lenti di terreno debole, vecchi sottoservizi o un livello di falda elevato) richiedono l’immediata sospensione dei lavori e la correzione del progetto o l’adozione di decisioni ingegneristiche sul posto.

Un aspetto importante è il controllo della realizzazione del cuscinetto di terreno, se previsto dal progetto. Ciò include la verifica dello spessore degli strati, della loro composizione, nonché del grado di compattazione. La misurazione della densità del terreno viene solitamente eseguita mediante penetrazione dinamica o metodi rapidi. Un terreno insufficientemente compattato può portare a un cedimento non uniforme della fondazione, causa di fessurazioni nelle strutture portanti.

Durante l’armatura e il getto viene inoltre effettuato un rigoroso controllo. Si verifica la conformità del diametro e del passo dell’armatura, dello spessore del copriferro, nonché la classe del calcestruzzo e la sua resistenza effettiva. Per i progetti di grande scala, si pratica l’installazione di sensori per il monitoraggio dei cedimenti della fondazione durante la costruzione e nei primi anni di esercizio. Ciò consente di individuare tempestivamente eventuali anomalie e di adottare le misure necessarie.

L’audit di conformità alle soluzioni di progetto, secondo i requisiti del ДБН, può essere eseguito da esperti indipendenti. Tale audit non solo conferma la qualità dell’esecuzione dei lavori, ma fornisce anche ulteriori garanzie al committente circa l’affidabilità e la sicurezza dell’opera. Include l’analisi della documentazione esecutiva, i risultati delle prove di laboratorio e l’ispezione visiva dei lavori eseguiti. Un monitoraggio e un audit di qualità sono parte integrante di qualsiasi progetto edile responsabile, garantendo l’integrità strutturale della costruzione.

Le carenze nella determinazione della profondità di posa della fondazione possono avere conseguenze catastrofiche per l’intero edificio. Comprendere gli errori tipici e i meccanismi per prevenirli è fondamentale per ogni committente e ingegnere. Esaminiamo i più diffusi:

1. Ignorare i rilievi geologico-ingegneristici: Uno degli errori più gravi. Molti committenti, in particolare privati, cercano di risparmiare sull’indagine geologica, basandosi sull’esperienza dei vicini o su una valutazione visiva del terreno. Ciò porta a una comprensione errata del tipo di terreno, della sua capacità portante, del livello della falda e della propensione al sollevamento per gelo. Di conseguenza – un tipo di fondazione o una profondità scelti in modo errato. Come evitarlo: Richiedete sempre rilievi geologico-ingegneristici completi da parte di aziende certificate. È un piccolo investimento che si ripagherà evitando problemi molto più grandi in futuro.

2. Determinazione errata della profondità di gelo del terreno: Spesso si utilizzano valori medi o dati non corrispondenti al terreno o al tipo di terreno specifico. Come evitarlo: Basatevi sui dati dei rilievi geologici, che tengono conto del tipo di terreno effettivo sul sito, nonché sul ДБН В.2.1-10:2018 per la profondità di calcolo del gelo per la vostra regione, apportando le correzioni necessarie.

3. Sottovalutazione del livello della falda freatica e delle sue oscillazioni stagionali: Il livello della falda può variare notevolmente nel corso dell’anno. Se le misurazioni sono state effettuate in un periodo secco, si può ottenere un quadro errato. Come evitarlo: Chiedete ai geologi di fornire una previsione delle oscillazioni del livello della falda e tenete conto anche del livello storico massimo. Se necessario, prevedete sistemi di drenaggio o scegliete fondazioni meno sensibili all’acqua (ad esempio, su pali o УШП con impermeabilizzazione rinforzata).

4. Mancata considerazione dell’integrità strutturale e dei carichi: Un’eccessiva semplificazione dei calcoli dei carichi dell’edificio e della capacità portante del terreno può portare a deformazioni critiche. Come evitarlo: Coinvolgete un ingegnere strutturista esperto per un calcolo preciso dei carichi e dell’interazione tra fondazione e base del terreno. Tutti gli elementi, dal telaio delle pareti alle travi in legno del solaio, devono essere considerati nello schema statico complessivo.

5. Esecuzione dei lavori di scarsa qualità: Anche un progetto perfetto può essere rovinato da una cattiva esecuzione – compattazione insufficiente del cuscinetto di terreno, deviazioni dalle dimensioni di progetto della fondazione, uso di calcestruzzo di classe inferiore. Come evitarlo: Garantite una rigorosa supervisione tecnica in tutte le fasi dei lavori di fondazione. Eseguite collaudi intermedi dei lavori con la registrazione dei risultati. La qualità dell’esecuzione è importante quanto la qualità della progettazione.

Evitare questi errori tipici consentirà di costruire una fondazione affidabile e duratura, che diventerà una solida base per la vostra casa.