FONDAZIONI

FONDAZIONI (ted. Gründbau)

Le fondazioni di un fabbricato o di un manufatto debbono sopportare il peso della soprastruttura, trasmettendolo al terreno in misura compatibile con le attitudini portanti di questo e in modo che sia assicurata l'assoluta stabilità per un tempo indefinito. Il piano di appoggio si dice piano di fondazione ed è caratterizzato dalla profondità rispetto al livello medio del terreno, detto piano di spiccato del fabbricato. Quando il terreno presenta sufficienti requisiti di resistenza e di compattezza, il piano di fondazione si tiene a profondità relativamente limitata, altrimenti si hanno le fondazioni cosiddette profonde.

Lo studio di una fondazione s'inizia dopo ultimato quello del fabbricato, perché solo allora si conoscono i carichi che debbono essere trasmessi e la loro distribuzione. Esso comporta anche la conoscenza del terreno su cui si deve fondare (composizione, stratificazione, resistenza, eventuale presenza di acque sotterranee più o meno eliminabili, ecc.). Dai tipi più semplici di fondazioni, poco profonde, per carichi modesti e per terreni buoni, per cui basta solo un allargamento più o meno ampio delle murature al piano di spiccato, si passa alle fondazioni isolate con plinti, alle fondazioni continue a travi rovesce, semplici o reticolari, fondazioni a platea, e poi alle fondazioni profonde, con pozzi, con palificazioni, alle fondazioni pneumatiche, per terreni poco resistenti e carichi rilevanti. Al progresso di molti di questi tipi ha contribuito non poco il notevole sviluppo del cemento armato, che ha permesso soluzioni economiche di problemi altrimenti difficili.

Le caratteristiche della struttura sovrastante influiscono nel senso che si deve cercare di distribuire il carico su tutto il terreno interessante la fondazione, con la massima uniformità possibile, per evitare che si abbiano a verificare cedimenti ineguali.

Il problema della distribuzione uniforme del carico sul terreno non è perfettamente determinato, specialmente nei tipi di fondazioni elastiche, continue o a platea, nelle quali sulla distribuzione ha influenza anche la deformazione elastica della struttura di fondazione. Progettando però il blocco di fondazione con sufficiente rigidità, compatibile col materiale, è possibile realizzare una distribuzione sensibilmente uniforme dei carichi sul terreno, specialmente se il terreno è poco compressibile e se si adottano carichi unitarî relativamente limitati rispetto alle sue attitudini portanti.

Resistenza dei terreni di fondazione. - In relazione alla resistenza distingueremo i terreni in buoni, mediocri e cattivi. In generale si possono considerare come buoni le rocce, i terreni semirocciosi, quelli costituiti da banchi di sabbia, di ghiaia, di argilla asciutta, purché di 2÷3 m. di spessore e liberi da acque di corrosione superficiali e sotterranee o da possibili scorrimenti laterali; mediocri i banchi misti di argilla e sabbia, argilla umida, detriti glaciali e rocce in decomposizione; cattivi i terreni di riporto, quelli torbosi, paludosi, sciolti, incoerenti, vegetali.

I banchi di roccia possono venire sollecitati da una compressione unitaria non superiore a ¹/₁₀ del carico di rottura, cioè da 10 a 15 kg/cmq., i terreni semirocciosi a poca profondità da 3 ÷ 6 kg/cmq., i banchi di ghiaia 3 ÷ 5 kg/cmq., bagnati e consolidati 2 ÷ 4 kg/cmq., argilla secca fino a 4 kg/cmq. Queste indicazioni non hanno tuttavia valore assoluto, in quanto la resistenza di un terreno è funzione dei fattori fisici e geologici di esso.

Così non sono da considerarsi come buoni terreni di fondazione i banchi rocciosi, quando sono di spessore limitato (i m. circa) e poggino su strati non abbastanza compatti o quando la giacitura non è orizzontale, perché possono essere soggetti a scorrimenti spesso favoriti da infiltrazioni d'acque. In questo caso, con opportune riseghe del blocco di fondazione, è necessario interessare diversi strati sottostanti. Pericolose anche possono riuscire le rocce calcaree che presentino fenomeni carsici, le rocce dolomitiche in presenza di acque di sottosuolo e le rocce che possono subire trasformazioni a contatto dell'acqua, come il gesso, la calce, ecc. Banchi di ghiaia, sabbia, argilla possono risultare inadatti, se non sono protetti da eventuali corrosioni di acque d'infiltrazione e se non hanno almeno uno spessore di 3 m.; in questi casi conviene attraversarli e raggiungere i banchi sottostanti più compatti e stabili. Le terre sciolte invece possono in qualche caso essere adatte per fondazioni, quando si ricorra ad alcuni accorgimenti costruttivi che tendono a migliorare le qualità portanti, ad es. con palificate di costipamento. Le caratteristiche di resistenza di queste terre migliorano anche con la profondità dello strato, e con il successivo assestamento sotto il carico. Alcuni autori hanno cercato di definire con formule la pressione normale limite di queste terre a una certa profondità, oltre la quale sarebbe rotto l'equilibrio della massa e si avrebbe un rifluimento laterale. Così il Rankine, il Jankowski, il Krey, il Vierendeel. Le formule hanno però un carattere puramente teorico e sono applicabili solo in casi speciali, non essendo definita per tutte le terre la legge di distribuzione del carico agli strati sottostanti.

Le caratteristiche portanti di un terreno si determinano con prove di carico, precedute spesso da un esame degli strati sovrastanti e sottostanti

Esame del terreno. - L'esame deve eseguirsi in diversi punti, perché la composizione del terreno può variare bruscamente a breve distanza per diverse cause.

Per costruzioni di limitata importanza possono bastare determinazioni grossolane e semplici; p. es. assaggi con la guggia, asta di acciaio terminante a punta, che qualche volta basta, per semplice infissione, a dare un indizio sulla natura e compattezza dello strato colpito. Indizî più sicuri si possono avere con le trivellazioni e i pozzi, questi ultimi per le opere più importanti, nelle quali necessita conoscere la composizione e lo spessore dello strato su cui si vuole fondare, e anche degli strati sottostanti.

Per assaggi ancora fino a 5 m. si adopera la tasta semplice, molto simile alla guggia, la quale si affonda per battitura sulla capocchia e contemporaneo movimento rotatorio impresso a mano a mezzo di una sbarra infilata in una apertura sotto la capocchia. L'estremità inferiore della tasta è munita di punte salienti, le quali, all'estrazione, asportano elementi di terreno che servono a definire qualitativamente gli strati attraversati. Il grado di compattezza del terreno si arguisce dalla maggiore o minore difficoltà di affondamento.

Altri apparecchi che possono servire per diverse profondità sono alcuni tipi di sonde, di cui la più semplice è quella Dégoussé (fig. 1).

È costituita dalla capocchia, munita di foro per infilare l'asta di manovra, dallo stelo e dal trapano, di cui alcuni tipi sono indicati nella fig. 2.

Per terreni vegetali, torbosi, argilla umida e sabbie servono egregiamente, fino a profondità di 2 m., i trapani a vite (tipo a) e quelli cilindrici (b), i quali ruotando staccano elementi, che in seguito al movimento stesso vengono a essere guidati in alto o direttamente immagazzinati nel corpo della sonda; per terreni più compatti serve il tipo d; per argille compatte e banchi di sabbia e ghiaia è indicato il tipo c. In terreni incoerenti umidi, melmosi, fangosi, sabbie e ghiaie invase da infiltrazioni del sottosuolo, servono le sonde a valvola e quelle a stantuffo (fig. 3), che permettono il riempimento di un cilindro. Per le rocce si adoperano i trapani semplici e a corona (fig. 4), che lavorano per gravità e rotazione. Il diametro del foro praticato con la sonda Dégoussé può giungere fino a 25 cm. Quando la compattezza del terreno non è sufficiente a garantire da franamenti delle pareti del foro d'assaggio, la sonda viene protetta da una camicia tubolare costituita da elementi della lunghezza di 1 ÷ 2 m., di diametro maggiore della sonda, e connessi a manicotto o mediante saldatura, in modo che esternamente la connettitura riesca liscia.

Durante lo scandaglio gli sterri vengono classificati in rapporto alla profondità, alla costituzione fisica del terreno e alla velocità di discesa della sonda. Questa classificazione spesso però non dà risultati esatti; per costruzioni importanti è preferibile adottare altre sonde, come quelle a diamanti Sullivan, Craelius, ecc., le quali possono anche essere azionate a motore. Un tipo economico e rispondente a qualunque esigenza del terreno è la sonda Davis Calyx a semplice rotazione e senza diamanti. Il tagliatore è a graniglia di acciaio indurito e si affonda nel terreno, anche nelle rocce dure, per rotazione, eseguendo un taglio anulare che fornisce a operazione finita un campione cilindrico di stratificazione dei varî terreni. L'affondamento è facilitato da una circolazione forzata d'acqua in pressione.

Nella fig. 5 è rappresentato lo schema d'impianto d'una sonda Davis Calyx a graniglia e la fig. 6 mostra alcuni tipi di tagliatori, comuni e a graniglia.

Prove di carico. - Le prove di carico dànno un indizio più sicuro sulla resistenza del terreno, la quale anche in questo caso non va considerata in senso assoluto, in quanto la capacità portante varia anche con la forma della superficie premuta e aumenta a mano a mano che il terreno, abbassandosi sotto il carico, si comprime e si consolida. Inoltre le prove di carico che vengono realizzate con forti sovraccarichi concentrati sopra aree relativamente piccole, forniscono valori minori di quelli che si verificano a opera finita.

I varî procedimenti adottati sono in relazione alla consistenza del terreno. Molto spesso si dispone il carico sopra un tavolato che appoggia sul terreno secondo una superficie più o meno estesa (fig. 7). Sotto il carico, che viene aumentato gradatamente, il terreno si comprime e i cedimenti, letti su un'asta infissa nel terreno, in un primo tempo risultano proporzionali al carico; oltre un certo limite, invece, l'equilibrio della massa viene rotto e per piccoli aumenti di carico si verificano cedimenti sempre più marcati.

Una determinazione grossolana ma spesso sufficientemente approssimata della resistenza media p_m si può avere facendo cadere un maglio di peso Q da un'altezza h e misurando l'abbassamento e della superficie premuta S. Dalla relazione fra lavoro motore e lavoro resistente, trascurando l'energia perduta nell'urto, si ha Qh = p_m Se e quindi

Si può ritenere che la resistenza massima sia il doppio di quella media p_m. Il carico di sicurezza si è soliti prenderlo uguale a ¹/₁₀ di quello massimo dedotto col metodo precedentemente indicato.

Un metodo più diffuso e che dà risultati più attendibili è quello dell'infissione di alcuni pali fino a rifiuto, che segna un limite di compattezza, il quale è in relazione al peso del maglio e alla frequenza di caduta. Di queste prove però si tratterà nella voce palificazioni (v.).

Nei lavori più importanti per entità di carico e in presenza di terreni non molto sicuri è utile determinare la natura e la resistenza del terreno con macchine di prova, di cui un tipo molto semplice è quello costituito dalla macchina Wolfsholz, basata sull'azione premente di uno stantuffo circolare con superficie di 700 cmq. circa, mosso dall'acqua sotto pressione. La fig. 8 indica lo schema di funzionamento. La macchina risulta di un'intelaiatura portante di robuste poutrelles contropesate da due carrelli per opporsi alla reazione verticale dello stantuffo, del cilindro di compressione sospeso alle poutrelles, dell'asta di pressione collegata al pistone, della piastra di prova calata in fondo al tubo perforatore fino al livello del piano di posa, e dell'impianto di acqua compressa. Indicatori scriventi a semplice meccanismo d'orologeria segnano contemporaneamente l'andamento delle compressioni unitarie sul terreno e degli abbassamenti relativi. Un notevole vantaggio di questa macchina sta nel fatto che non richiede scavi preventivi e che mette in luce le discontinuità del terreno. Essa può anche essere usata in presenza di acqua, p. es. nell'alveo di fiumi, senza obbligo di prosciugamento.

Sistemi di fondazioni. - Fondazioni dirette ordinarie. - Entrano in questa categoria le fondazioni immediate dei fabbricati civili e industriali, il cui piano di posa può essere fissato su strati del terreno di piccola o media profondità.

Quando si tratta di edificio in muratura e il piano di fondazione si può fissare a una profondità limitata, può risultare sufficiente allargare la base con riseghe, come indica la fig. 9, in modo da portare l'area Ω a un valore Ω₁, tale che sia Ω₁ = Ω σ/σ_t, in cui con σ e σ_t si sono indicate rispettivamente la sollecitazione sul materiale costituente la fondazione e quella ammissibile sul terreno. Il valore più conveniente per il rapporto fra l'altezza h del blocco e la sporgenza s si può definire considerando la stabilità della parte sporgente sollecitata dalla reazione uniforme del terreno. In pratica di solito si assume comunemente: h > 3/2 s.

Per fabbricati costituiti da un'intelaiatura di pilastri e travi, quando la resistenza del terreno di fondazione lo permette, si eseguiscono fondazioni isolate con plinti. Questi sono costituiti generalmente dal plinto propriamente detto e dal blocco di fondazione. Quando la resistenza del terreno lo consente si può appoggiare direttamente il plinto sul terreno; diversamente si disporrà una sottofondazioue di calcestruzzo magro, dopo avere eventualmente consolidato il terreno mediante battitura col mezzapicchio o mediante una passonatura. L'affondamento dei passoni di legno si eseguisce con battipali (v. palificazioni).

Il plinto può essere a gradoni o tronco-piramidale. Per i pilastri in muratura o per le colonne metalliche è preferibile il plinto a gradoni, costituito da materiali diversi atti a diffondere il carico sopra una superficie sempre più ampia. Per i pilastri in cemento armato può convenire il plinto tronco-piramidale (fig. 10), o quello a piastra e nervature (fig. 11).

I plinti vengono verificati coi soliti metodi indicati dalla scienza delle costruzioni. Per un carico P centrato, fig. 12, la compressione sul blocco di fondazione risulta σ = P/Ω, e alla base del blocco σ_t = P₁/Ω₁ (essendo P₁ = P + peso del blocco). Se oltre al peso P agisce un momento M = P•e, le sollecitazioni ai lembi estremi, per una base rettangolare di lati a e b, fig. 13, risultano σ₁, σ₂ = (P/ab) {1 ± 6 e/a} e saranno entrambe di compressione se l'eccentricità e = M/P è 〈a/6, di compressione a un estremo e nulla all'altro se è e = a/6, di compressione a un estremo e di trazione all'altro se è e > a/6.

Quando la base risulta in parte tesa si considererà resistente solo quella parte rispetto alla quale il centro di pressione cade sul limite del nocciolo centrale d'inerzia, cioè per una sezione rettangolare, la parte di larghezza 3 (a/2 − e). Inoltre il plinto è da verificare al taglio e alla flessione per la parte sporgente a mensola (tratteggiata in figura 12).

Quando la resistenza del terreno è relativamente piccola rispetto ai carichi, per modo che se si adottasse un tipo di fondazioni isolate con plinti, questi risulterebbero molto vicini e non è conveniente una passonatura o l'abbassamento del piano di posa, può convenire di collegare i plinti fra loro con travi o archi rovesci nel senso longitudinale al fabbricato o in tutti e due i sensi. Si hanno così le fondazioni lineari o reticolari (fig. 14) con travi rovesce. Se la compressione ammissibile sul terreno è ancora più piccola, anche i riquadri fra le travi colleganti i plinti vengono eliminati e sostituiti da robusti solettoni. Si ha così la fondazione a platea, con solaio rovescio (fig. 15). Il calcolo di queste membrature procede come quello di travi e solai caricati in modo continuo dalla reazione del terreno, tenendo conto della distribuzione del carico per effetto della deformazione elastica della struttura.

Nel caso di ipotesi semplificativa di una ripartizione uniforme del carico sul terreno è necessario dare alle membrature una sufficiente rigidità che consenta questa ipotesi.

Fondazioni idrauliche con prosciugamento. - Le fondazioni in presenza di acque si eseguiscono isolando e prosciugando con opportuno impianto di pompe la zona di terreno in cui deve verificarsi lo scavo. Qualche volta però questa operazione non è consentita e allora è necessario ricorrere ai mezzi adatti alla costruzione di fondazioni in presenza di acqua.

I sistemi adottati per il prosciugamento sono naturalmente diversi, a seconda che si tratti di liberare il terreno da acque di soprasuolo o da acque sotterranee.

Il sistema più semplice per liberare il terreno da acque di soprasuolo consiste nell'isolare quella parte in cui deve essere costruita l'opera, mediante un argine o tura, spinto fino allo strato sottostante impermeabile, e nel successivo prosciugamento della zona con pompe. Il tipo più semplice di tura è quello costituito da un argine di argilla ben pigiata, qualche volta rinforzata da una parete di assipali, a due falde (figura 16) oppure anche a una falda (fig. 17), per altezze d'acqua limitate inferiori a 2 m.

Per questi argini si verifica la stabilità allo scorrimento sotto l'azione della spinta dell'acqua, alla quale si oppone l'attrito fra terra e terra. Se G è il peso del prisma di terra, lungo un metro (fig. 18), f = o,10 ÷ 0,20 il coefficiente d'attrito, H la spinta dell'acqua, per l'equilibrio deve aversi: f•G > H. Nella determinazione di G è conveniente tenere il peso specifico γ della terra diminuito di quello dell'acqua, cioè G = (γ − 1) V, se con V si indica il volume del prisma.

Queste ture servono per altezze d'acqua limitate fino a m. 2; per altezze d'acqua maggiori si ricorre al tipo di tura indicato nella fig. 19, in cui l'argine di terra ben pigiata è difeso da due pareti di pali e di assipali distanti λ e irrigidite da traversi orizzontali. La distanza λ fra le facce interne delle pareti si assume: λ = 1/4 H + 1,25, in cui H è l'altezza compreso il franco. Per altezze d'acqua superiori a m. 3,50 conviene il tipo di tura a gradoni (fig. 20). Si costruisce prima la tura principale più alta, poi si abbassa il livello di 2 ÷ 3 m. e si costruisce la seconda. Le ture in legno, ultimate le opere, possono venire demolite o lasciate come opere di difesa. Esse presentano un notevole dispendio di mezzi, per cui, in questi ultimi tempi, per l'economia che presentano rispetto alle ture con pareti in legno, si sono molto diffuse le ture a pareti metalliche, le quali, ultimata la costruzione, possono essere ricuperate facilmente. Sono costituite da elementi di lamiera piana o ondulata, chiamate palancole. Varî tipi ne sono stati messi in commercio. Gli elementi, di forma diversa e con sezione a sufficiente momento d'inerzia, vengono affondati con incastro relativo per conseguire resistenza contro la spinta dell'acqua e una conveniente tenuta. La fig. 21 mostra la sezione orizzontale delle palancole Larssen, la fig. 22 le palancole Ransome. Per i cambiamenti di direzione furono escogitate forme svariate secondo i diversi tipi; così la fig. 23 mostra l'elemento d'angolo per l'incrocio di due pareti a 90°. Le palancole si affondano mediante battitura con maglio. Sulla testa delle palancole è necessario disporre un cappello di legno, rinforzato da fasciature in ferro, per ricevere e trasmettere i colpi del maglio.

Ben presto però dalle ture con palancole in ferro si passò a quelle con palancole in cemento armato anch'esse di varia forma. In generale la tura di cemento armato, che durante la costruzione serve per mettere a secco la superficie di fondazione, ha carattere definitivo e a opera ultimata contribuisce alla stabilità della fondazione. Nelle figure 24, 25 e 26 sono rappresentate schematicamente le sezioni di alcuni tipi, più comunemente usati, di palancole in cemento armato. Le connessure fra i diversi elementi vengono riempite di malta di cemento in modo che venga a costituirsi un recinto perfettamente impermeabile. Queste palancole si affondano come i pali di cemento armato, ai quali del resto sono paragonabili e di cui si dirà alla voce palificazioni. La fig. 27 fa vedere un muro di sponda eseguito con palancole in cemento armato, opportunamente ammarrate per mezzo di tiranti al retrostante terrapieno.

Il calcolo delle ture a parete semplice è facile, se si considera che esse si comportano come mensole incastrate al piede e sollecitate dalla spinta dell'acqua, o del terrapieno quando funzionano pure da muro di sponda.

Nel caso di parete doppia, con soprastante membratura di collegamento, considerato l'insieme come struttura incastrata alla base, si determina la sollecitazione iperstatica del tirante superiore seguendo i metodi della teoria dell'elasticità.

Per il proscíugamento del sottosuolo è necessario ricorrere al drenaggio, il quale si esegue mediante gallerie o pozzi filtranti che assorbono la falda d'acqua sovrastante.

Comunemente si costruiscono, sul perimetro e nell'interno dell'area da prosciugare, una serie di pozzi filtranti a determinate distanze fra di loro (fig. 28) e mediante un impianto idrovoro l'acqua dei pozzi viene sollevata alla superficie e convogliata a valle del luogo da prosciugare.

La costruzione di questi pozzi è semplice. La fig. 29 ne mostra uno schema: mediante trivellazione si affonda prima una camicia a, dentro la quale, a pozzo ultimato, si affonda il pozzo propriamente detto (b), estraendo la camicia (a) dopo avere riempito lo spazio fra le due tubazioni con ghiaia minuta. Il pozzo (b), è provvisto tutto intorno di fori (fig. 30), in modo da permettere il passaggio dell'acqua. Il filtro propriamente detto, cioè la parte di tubo forata, è in generale di ferro zincato di 2 ÷ 3 mm. di spessore, qualche volta, specie per acque acide, il filtro è costituito da assicelle di legno separate da piccolissimi intervalli. In questi ultimi tempi vanno diffondendosi tipi di tubi e filtri in calcestruzzo, i quali consentono una leggiera economia rispetto a quelli in ferro zincato e in legno.

Fondazioni idrauliche senza prosciugamento. - Non sempre è conveniente e possibile il prosciugamento del terreno, sia per l'entità delle acque, sia anche per la profondità di esse, e specialmente quando il fondo è molto permeabile, così che non risulta conveniente mantenere lo scavo all'asciutto. In questo caso è necessario ricorrere a sistemi di fondazioni da eseguirsi in presenza d'acque.

Le più semplici fondazioni senza prosciugamento sono quelle su scogliere, largamente adottate per le costruzioni marittime.

Il sistema consiste nella formazione di scogliere di grossi blocchi informi naturali, su cui, ad assestamento compiuto, si elevano le grandi masse murarie (fig. 31). Il paramento verso mare si tiene con pendenza più dolce, in modo che le onde abbiano a perdere la loro forza viva. Il logorio in questi massi è notevole, per cui alle volte si proteggono con grossi massi artificiali. Qualche volta, anzi, le scogliere vengono formate da massi artificiali di grandi dimensioni. La posa in opera però di tali massi richiede un macchinario potente, per il trasporto fino al luogo d'impiego. Si usano anche dei blocchi natanti o casse impermeabili, che vengono fatti galleggiare fino al luogo di posa e affondati colando nell'interno un getto di calcestruzzo, di calce idraulica, ciottolame, sabbia e ghiaia. Un esempio di muro di sponda, eseguito con cassoni fondati su scogliere è nella fig. 32.

Nei casi più semplici di fondazioni idrauliche senza prosciugamento e per piccole altezze di acqua è sufficiente eseguire un getto di calcestruzzo immerso in cassero. Il sistema consiste nell'esecuzione di una paratia di pali e assipali di legno o di cemento armato, entro la quale viene colato il calcestruzzo di cemento attraverso l'acqua, con particolare cura in modo da impedirne il dilavamento. È necessario rendere orizzontale il piano di posa e tutti i successivi piani d'interruzione dei getti; diversamente il limo depositato, nell'intervallo di tempo di sospensione fra uno strato e l'altro del getto, può provocare degli scorrimenti. Quando appena è possibile, è utile non interrompere il getto, usando un tubo a sfogo continuo che si sposta su tutta la superficie, sollevandolo leggermente e tenendolo costantemente pieno, per consentire il deflusso del calcestruzzo dal basso impedendo lo slavamento. All'esterno della paratia si addossa una gettata di ciottoli per equilibrare la pressione del calcestruzzo (fig. 33).

Se il fondo è poco resistente esso può essere migliorato e consolidato con l'infissione di pali prima del getto (fig. 34). Se il terreno è resistente e riesce difficile anche affondare i pali della paratia, si ricorre a cassoni senza fondo, fig. 35, preparati fuori acqua e appoggiati poi sul fondo o parzialmente affondati.

Le paratie si calcolano con i soliti metodi della scienza delle costruzioni, tenendo presente che sono sollecitate dalla differenza di pressione fra calcestruzzo e acqua. Quando si costruiscono in legno, il diametro d dei pali e lo spessore e degli assipali possono essere dati dalle seguenti formule empiriche:

dove h è l'altezza del pelo d'acqua sul piano d'appoggio del blocco (fig. 33).

Fondazioni profonde. - I metodi descritti per fondazioni idrauliche senza prosciugamento possono essere adottati solo per altezze limitate di acqua; se l'altezza d'acqua è forte, riuscirebbero troppo dispendiosi. In questi casi può risultare conveniente adottare i metodi di fondazioni a pozzi, i quali consistono in pozzi di muratura di mattoni, calcestruzzo costipato o calcestruzzo armato (fig. 36), che si affondano a mano a mano che procede lo scavo. L'affondamento si eseguisce per sottomurazione o anche per sopramurazione, e contemporaneo scavo all'interno.

Il bordo inferiore dei pozzi è munito di tagliente preferibilmente metallico, in modo che la discesa viene facilitata.

Se si lavora all'asciutto lo scavo nell'interno può essere eseguito a mano da operai, diversamente si scaverà con draghe a catena o con altri escavatori adatti. Per terreni costituiti da argille, ghiaie, ciottoli, lo scavo può essere effettuato con benne di tipo diverso, p. es. quella indicata nelle figure 37 (aperta durante l'affondamento) e 38 (chiusa durante il sollevamento del materiale di scavo).

I pozzi di mattoni, irrigiditi trasversalmente con anelli metallici orizzontali in ferro e rivestiti da un involucro di calcestruzzo lisciato per diminuire l'attrito fra materiale e terreno, si costruiscono a mano a mano che procede l'affondamento; quelli in calcestruzzo possono gettarsi in posto o essere costituiti da anelli preparati fuori cantiere e sovrapposti in opera a mano a mano che procede l'affondamento. In questo caso si dovrà curare la giunzione dei varî elementi.

La discesa è agevolata dal peso proprio e talvolta da sovraccarichi. Una svasatura all'estremità inferiore facilita anch'essa la discesa; la figura 39 mostra la fondazione di una pila da ponte su pozzo di cemento armato. Spesso per moli, pontili sporgenti, antemurali, ecc., si collegano i pozzi con paratie verticali (fig. 40) che vengono incastrate in apposite scanalature. Le giunzioni vengono chiuse con malta ricca di cemento e i vani possono venire riempiti di sabbia limitando solo alla parte superiore, per una zona di 1÷2 m., lo strato di calcestruzzo sul quale deve essere appoggiata la muratura.

Consolidamento del terreno. - In molti casi, anziché raggiungere il terreno sodo, può convenire consolidare il terreno con opportune opere, per renderlo adatto a resistere agli sforzi di compressione. I sistemi di consolidamento sono varî e alcuni entrano anche nella categoria delle palificazioni. Così le palificate di costipamento, che rappresentano il più semplice e diffuso sistema di consolidamento. Esso consiste nell'affondamento di piccoli pali di legno, detti passoni, su tutta l'area di ingombro della fondazione, cominciando dalla periferia e procedendo verso l'interno. Dal rifiuto degli ultimi pali affondati, mediante battipali, si può risalire al carico ammissibile, come è detto più particolarmente alla voce palificazioni.

Un sistema che ha analogia con le palificate è quello Compressol, che consiste nella perforazione del terreno mediante caduta libera di magli. Si creano così dei pozzi che si riempiono poi con ciottolame ben compresso e nella parte superiore qualche volta con calcestruzzo (fig. 41).

La fig. 42 fa vedere la macchina Compressol e i magli comunemente adottati. Quello conico è il maglio perforatore di 2200 kg.; quello ogivale, detto borratore, del peso di 1500 ÷ 2000 kg., serve per il costipamento del fondo; quello tronco-conico del peso di chilogrammi 1500 che si fa cadere con la base maggiore rivolta in basso, costituisce il maglio di prova. I pozzi possono raggiungere la profondità di m. 20 e risultano con il fondo e le pareti fortemente costipati. Vengono poi riempiti a strati con ciottoli, i quali, fortemente compressi col maglio borratore, penetrano, specialmente nella parte superiore, lateralmente nel suolo. Questo sistema di consolidamento del terreno fu usato con successo per le fondazioni delle spalle del Ponte del Risorgimento in Roma.

Un altro sistema di costipare il terreno, è quello di ricorrere a iniezioni di cemento in polvere o di malta di cemento, secondo che si tratta di terreno sabbioso e ghiaioso o no.

Consiste nell'infiggere nel terreno dei tubi bucherellati verso l'estremità inferiore e collegati in alto a iniettori di cemento o di malta preventivamente dosata e preparata secondo le qualità del terreno. Facendo agire gl'iniettori, il materiale penetra nel terreno secondo le vie di minor resistenza in tutta quella zona interessata dal filtro. Sollevando di volta in volta il tubo si può consolidare il terreno a strati. L'iniezione avviene contemporaneamente in tutti i punti e la distribuzione dei tubi deve essere quindi tale che, assegnato a ciascuno di essi un certo raggio di azione, tutta la zona da costipare abbia ad essere interessata contemporaneamente. Una gran cura è necessaria per non otturare i fori dei tubi, specie quando si adotta cemento a rapida presa in polvere, per cui una pressione eccessiva può far precipitare il vapore acqueo sul cemento, determinandone l'agglomeramento prima dell'uscita dai fori. Questo metodo riesce efficace anche per il consolidamento del terreno sotto fondazioni preesistenti. L'operazione risulta facile perché è possibile affondare i tubi obliquamente.

Un sistema di consolidamento temporaneo è quello per congelamento del terreno in cui deve essere eseguito lo scavo. Lo scopo si ottiene affondando una doppia serie di tubi concentrici, tutti intorno alla zona da congelare, e facendo circolare nell'interno una soluzione di cloruro di calcio a −20° circa. I tubi interni comunicano tutti fra di loro e sono collegati alla macchina premente, i tubi esterni, anch'essi collegati fra loro, comunicano con la macchina aspirante, per modo che la soluzione, passando dai tubi interni a quelli esterni, possa essere raccolta ancora. È un metodo costoso, usato qualche volta nei climi nordici, ma inadatto nei climi caldi come i nostri, in cui si richiederebbe un forte consumo di energia. L'abbiamo accennato perché qualche volta può tornare utile per una particolare disposizione della zona.

Fondazioni pneumatiche. - Le fondazioni pneumatiche hanno consentito molte applicazioni di notevole importanza in opere grandiose sorte sopra terreni scadenti: ponti, grandi fabbricati, silos, opere portuarie e marittime. Sono fondazioni profonde, eseguite con cassoni capovolti, spesso di notevoli dimensioni, i quali vengono affondati fino a conveniente profondità sotto l'azione del peso della sovrastante muratura, mentre gli operai, lavorando in un ambiente tenuto asciutto dall'aria compressa, scavano la terra sotto il bordo della parete del cassone per facilitarne la discesa.

Di valore ormai soltanto storico è il sistema di fondazione in aria rarefatta. Consisteva nell'adagiare sul fondo del terreno un tubo con l'orlo inferiore a tagliente e nel quale veniva creato il vuoto. Per la rarefazione si aveva un vivo afflusso di acqua sotto il tagliente, con trasporto di materiale, e l'affondamento del tubo per la pressione atmosferica o per sovraccarichi opportunamente disposti. Dopo una prima fase di affondamento, si ripristinava la pressione normale e con apposite draghe veniva tolto il materiale affluito, per preparare una seconda fase di affondamento. Così fino a raggiungere il terreno sodo.

A questo metodo però ben presto si sostituirono quelli ad aria compressa, consistenti nell'affondamento di un tubo metallico, nel quale l'aria veniva compressa in modo sufficiente per poter impedire l'afflusso dell'acqua e poter permettere lo scavo all'asciutto sotto il tagliente del tubo.

Un impianto moderno di fondazione ad aria compressa, si compone di 3 elementi principali: la camera di equilibrio, il camino e il cassone propriamente detto o camera di lavoro. La camera di equilibrio, o camera d'aria, è costituita da un involucro di ferro (figg. 43, 44 e 45), in cui sono installati gli apparecchi per l'estrazione degli sterri e per l'introduzione del calcestruzzo. La camera di equilibrio comunica con il camino a mezzo di un diaframma, che si apre dall'alto al basso e munito di un rubinetto per caricare d'aria la camera di manovra, e con l'esterno attraverso una robusta porta P la quale si apre internamente. Vi è inoltre un tubo adduttore dell'aria compressa che sbocca nella testata del camino, munito di rubinetto. La fig. 43 mostra l'insieme della camera di equilibrio; le figure 44 e 45 ne fanno vedere i particolari e il funzionamento.

Per effettuare il cambio degli operai si chiude la porta P e il rubinetto R, quindi si apre il rubinetto r e poi la botola B. Usciti gli operai dal camino, si chiude B ed r, quindi si apre R. Equilibrata la pressione con quella atmosferica, si può aprire P e far uscire gli operai all'aperto.

Per scaricare i materiali estratti si chiude la porta G alla base dello scarico e si apre R; a equilibrio avvenuto, si apre la porta superiore F dello scarico e si riempie il tubo. Chiuso quindi F ed R si apre il rubinetto R′ e poi G. Per introdurre il materiale dal tubo di carico TT′ si eseguisce una operazione analoga. La tenuta di alcune chiusure è agevolata dal giuoco delle pressioni. Le indicazioni delle manovre vengono date dall'interno all'esterno mediante opportuni segnali.

In certi impianti può convenire tenere separati i diversi servizî, così si possono avere camere che servono esclusivamente al passaggio delle materie di scavo e in cui si può anche togliere la pressione per rendere più spedita la manovra e permettere possibilmente lo svuotamento delle benne direttamente all'esterno. Qualche volta può convenire collocare la camera di equilibrio alla base del camino, specie dove per la profondità si dovrebbe comprimere aria a più di 3 atmosfere. In questi sistemi d'impianti si economizza dell'aria.

Camino o caminata è il tubo che collega la camera di equilibrio con la camera di lavoro del cassone. È costituito da anelli di lamiera dello spessore di millimetri 5 ÷ 6, del diametro di m. 0,75 ÷ 1,20 e dell'altezza di m. 1,50 ÷ 2,00, sovrapposti e collegati mediante collarini a bordo interno, connessi con chiavarde a vite e frapposte guarnizioni di gomma. Il camino a mano a mano che si affonda viene prolungato. Durante questa operazione il lavoro deve essere sospeso, per cui in impianti importanti, per evitare queste interruzioni di lavoro, si adottano due camini per un unico cassone, in modo da alternare l'operazione di prolungamento. Fra il camino e la muratura di elevazione si lascia un breve spazio per facilitare l'estrazione del camino a scavo ultimato.

Cassone. - Costituisce la camera di lavoro degli operai. Le dimensioni, la forma, la disposizione dei traversi, gli spessori dei coltelli, vengono fissati in base alla natura del terreno, all'altezza dell'acqua, alla forma della sovrastruttura. Spesso il cassone ha pianta rettangolare con raccordi semicircolari alle testate. In questo caso può essere diviso in varie camere con pareti interne trasversali. Consta del tetto, detto comunemente cielo del cassone, e delle pareti munite di tagliente. Sul cielo viene a gravare tutto il peso della sovrastruttura, sulle pareti la pressione del terreno non perfettamente precisabile. Il cassone viene costruito all'asciutto e affondato dopo nell'acqua. Si costruisce in ferro o in cemento armato, anzi quest'ultimo materiale è preferibile per il notevole peso che favorisce l'affondamento. Il cielo del cassone è costituito da un robusto solaio con nervature, oppure anche a vòlta. Un calcolo approssimato si può condurre supponendo che su di esso gravi tutta la muratura di riempimento al di sopra del cassone. Le pareti sono analoghe a quelle dei serbatoi, essendo sollecitate dalla pressione del terrapieno. Esse vengono raccordate al cielo e munite all'estremità inferiore di robusti taglienti in ferro di varie forme (fig. 46).

Un calcolo condotto con le ipotesi fatte, definisce dimensioni sufficientemente larghe, come conviene specialmente per il cielo e le pareti, anche perché il maggior peso ne facilita l'affondamento.

Il materiale scavato, viene estratto con apparecchi di sollevamento lungo il camino. Se è costituito da materie incoerenti, si può estrarre con un sistema di due tubi, uno dei quali conduce acqua sotto pressione in un recipiente entro il quale viene disposto il materiale e l'altro, pescando nello stesso recipiente e comunicando con l'esterno, serve a espellere la miscela fluida.

Raggiunto il terreno sodo si riempie la camera di lavoro con calcestruzzo e, tolto il camino, si procede al riempimento di tutta la canna.

Il metodo delle fondazioni pneumatiche non è scevro d'inconvenienti. Oltre quello dei trovanti che può determinare la rottura dei coltelli, altri se ne possono verificare. Così p. es. per sovrapressione, l'aria può sfuggire sotto il tagliente e determinare una depressione nell'interno con conseguente abbassamento brusco del cassone e pericolo degli operai. Si può rimediare a questo tenendo a disposizione degli operai che lavorano al fondo un dispositivo speciale per regolare la pressione. Un altro inconveniente rimarchevole è quello dello spostamento dalla verticale. Per raddrizzarlo si carica la parte sopraelevata, e si favorisce una fuga d'aria sotto i taglienti della parte sollevata, in modo che questa, scorrendo lungo le pareti, diminuisce l'attrito col terreno, producendo l'abbassamento brusco che può portare al raddrizzamento.

Qualche volta l'attrito fra terra e muro determina il distacco della muratura sovrastante. A questo è necessario rimediare riempiendo la fessura con malta ricca di cemento; diversamente a opera ultimata possono verificarsi cedimenti compromettenti la stabilità della costruzione. Quando invece si ha l'arresto di tutto il cassone ed è necessario affondarsi ancora per evitare possibili scalzamenti della pila, basterà far scorrere dell'acqua sotto pressione lungo le pareti esterne per diminuire l'attrito.

Per l'equilibrio del cassone oltre il peso G del cassone e quello G′ della muratura di riempimento e di elevazione, si deve tener conto della spinta dovuta alla soprapressione dell'aria nell'intemo del cassone, della spinta della terra contro le pareti di superficie interrata, spinta che genera l'attrito, e della spinta dell'acqua contro le pareti della parte immersa dell'involucro.

Indicando con H ed H₁ rispettivamente l'altezza dell'acqua e della terra sull'orlo del tagliente (fig. 46), con f′ il coefficiente di attrito ferroterra o calcestruzzo-terra, con γ il peso specifico del terreno, con γ₁ il peso specifico dell'acqua, con ϕ l'angolo di equilibrio del terreno, con p il perimetro del cassone, si può valutare la spinta del terreno F contro l'involucro con la formula:

La forza di attrito sarà: f′•F.

Per l'angolo di equilibrio ϕ delle terre, e il coefficiente f′ di attrito fra terra e calcestruzzo, si assumono i seguenti valori.

In generale la forza di attrito f′•F, in condizioni normali oscilla fra 2000 e 3000 kg/mq. di parete. Per l'equilibrio del cassone se S è la superficie della base dovrà aversi:

Per i cassoni metallici o in cemento armato la stabilità della parete e dei montanti si può verificare calcolando la pressione F del terreno che si esercita su una striscia larga un metro e alta dx, sita a una quota generica x sul piano di posa del cassone.

Integrata questa relazione su tutta l'altezza della striscia orizzontale d'involucro, si ottiene il carico di pressione al metro lineare sulla striscia stessa considerata appoggiata o semi-incastrata ai montanti.

Fondazioni di macchine. - Le fondazioni dei basamenti delle macchine richiedono particolari precauzioni. Esse s'impostano sopra blocchi di fondazione isolati dal fabbricato, progettati in modo da consentire una conveniente reazione elastica del terreno, soprattutto all'azione di masse in movimento. La pianta e la forma deve essere studiata in modo tale che sul terreno si abbiano pressioni il più possibile uniformi.

Le oscillazioni delle macchine in movimento debbono risultare bene equilibrate sul terreno per modo da realizzare oscillazioni di carico entro limiti relativamente poco discosti.

Gli effetti di oscillazione di macchine male equilibrate sono sempre dannosi.

Per la fondazione dei magli è prudente far passare la forza del maglio per il baricentro del blocco di fondazione, per modo da distribuire con uniformità il carico derivante; è anche prudente interporre fra l'incudine e il blocco un robusto cuscino di legno o di altro materiale, atto ad attutire l'effetto degli urti.

Nelle fondazioni di macchine è anche necessario evitare assestamenti irregolari del terreno; è necessario quindi progettare il blocco di fondazione con masse e dimensioni tali che, oltre a realizzare la maggiore uniformità nella distribuzione dei carichi, il terreno risulti gravato da carichi unitarî molto piccoli rispetto alle sue attitudini di resistenza, per modo che le sue deformazioni elastiche risultino minime.

Si eviterà di fondare su terreni molto compressibili, come banchi di argilla o sabbie argillose; si cercherà di raggiungere col piano di fondazione il terreno compatto, e se ciò non è possibile si costiperà il terreno con una conveniente palificazione.

Bibl.: A. F. Jorini, Teoria e pratica della costruzione dei ponti, Milano 1927; L. Brennecke e E. Lohmeyer, Der Grundbau, Berlino 1927; J. E. Ribera, Puentes de fábrica y hormigón armado, Madrid 1925; E. Mörsch, Teoria e pratica del cemento armato, II, Milano 1930; L. Santarella, La tecnica delle fondazioni, Milano 1930.