Quando si pensa alla costruzione di una casa, uno degli aspetti fondamentali da considerare è la fondazione, ovvero la base su cui poggerà l’intera struttura. Per erigere un edificio è indispensabile uno studio accurato della base di questo, ovvero le fondazioni. Si definiscono fondazioni quegli elementi strutturali che hanno la funzione di ricevere i carichi provenienti dalla sovrastruttura e diffonderli sul suolo.
La scelta del tipo di fondazione dipende da vari fattori, tra cui la natura del terreno, le condizioni climatiche e il peso della costruzione. Il legno è un materiale naturalmente leggero, ma al contempo resistente, il che lo rende ideale per la costruzione di abitazioni. Questa leggerezza si traduce in una minore pressione esercitata sul terreno, il che è particolarmente vantaggioso in situazioni in cui il suolo non presenta problemi di carico o di stabilità. Le costruzioni in legno si stanno rapidamente affermando grazie alle ottime caratteristiche meccaniche e prestazionali di questo materiale storicamente utilizzato in edilizia anche in virtù dello sviluppo di nuove soluzioni tecnologiche che permettono di sfruttarne al meglio le proprietà. Le fondazioni sono un elemento essenziale di una casa in legno, costituendone la base portante.
L'Importanza della Fondazione e le Specificità del Legno
Non tutti i terreni sono uguali, e la scelta delle fondazioni deve sempre essere guidata da una valutazione accurata delle condizioni del suolo. Le fondazioni leggere rappresentano un’opportunità concreta per chi desidera costruire una casa in legno, sfruttando al massimo le caratteristiche del materiale. Ridurre o eliminare la necessità di pali di fondazione non solo semplifica il processo costruttivo, ma permette anche di abbassare i costi e diminuire l’impatto ambientale.
Tipologie di Fondazioni per Strutture Lignee
Fondazioni Superficiali Comuni
Sono quelle più comuni, utilizzate nel caso di edifici costruiti su terreni senza particolari problemi di resistenza.
Fondazioni a Plinti
La struttura più semplice fra le fondazioni superficiali, tipicamente costituito da un blocco in calcestruzzo armato a forma di parallelepipedo. In generale è opportuno che i plinti vengano realizzati a base quadrata; nel caso in cui il carico trasmesso dal pilastro sia notevolmente eccentrico o il pilastro notevolmente allungato si adotta la base rettangolare. In zone sismiche si è obbligati a collegare i plinti da un reticolo di travi per evitare spostamenti orizzontali. Ogni collegamento deve esser proporzionato in modo che sia in grado di sopportare una forza assiale di trazione o di compressione pari a un decimo del maggiore dei carichi verticali agenti sui plinti posti all'estremità della trave. L’Edile produce una gamma di plinti a bicchiere prefabbricati. Con solo bicchiere prefabbricato e piastra di base eseguita in opera, generalmente vengono impiegati nei casi di sollecitazioni di notevole entità o nel caso di scarsa portanza del terreno (anche nel caso di fondazione realizzata mediante palificazione) e comunque in tutti quei casi che comportino notevoli dimensioni della piastra di base.
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Fondazioni a Trave Rovescia
Le fondazioni a trave rovescia sono largamente impiegate nel settore delle costruzioni in legno. Si tratta di travi annegate nel terreno che collegano tra di loro tutti i plinti di fondazione. In pratica si ribalta il sistema strutturale dell’edificio in fondazione. Queste travi annegate nel terreno hanno forma di un “T” rovesciata. Esse sono costituite da un reticolo di travi di sezione rettangolare di varia altezza e larghezza, poste in corrispondenza delle pareti portanti in elevazione.
Fondazioni a trave rovescia
Fondazione a Platea
Utilizzate con strutture particolari o in presenza di terreni deboli. In questi casi, le fondazioni leggere, come una platea in cemento armato o una fondazione continua in muratura, possono essere più che sufficienti. Una platea è in pratica costituita da un fitto scheletro di reti elettro-saldate e tondini in acciaio posto all’interno di una vasca (racchiusa dai casseri, che ne costituiscono le sponde di contenimento), in cui viene versato il calcestruzzo. La fondazione è in cemento armato ed ha uno spessore di 30cm. L'armatura della fondazione a platea su cui sorge l'edificio è calcolata in base alla conoscenza di carichi statici e sismici che la struttura in legno trasmette su di essa.
Fondazioni Puntuali e Reticoli di Travi in Legno
Il principio secondo cui il piano di fondazione può essere considerato completamente rigido non è molto ragionevole se preso come principio generale e sempre valido. In effetti dovrebbe piuttosto partire dal principio inverso, e cioè che occorre concepire le fondazioni in modo che rappresentino per la sovrastruttura una base sufficientemente rigida. Un esempio di progettazione per una struttura in XLAM può prevedere fondazioni costituite da pali a vite collegati da un reticolo di travi in legno.
In caso di fondazioni puntuali, quali quelle realizzate tramite pali singoli, saranno solo e soltanto questi punti ad essere rigidi, e quindi non deformabili verticalmente. Il reticolo di travi di legno rappresenta ora la prima parte della struttura in legno, con la funzione di convogliare i carichi che non agissero direttamente sui punti di fondazione verso quest'ultimi, tramite sollecitazione a flessione delle travi.
È però una condizione ineluttabile che tutti i punti di appoggio di forze verticali in cui i setti sono vincolati verticalmente alle fondazioni, corrispondano con la presenza di un palo di fondazione, che sia sufficientemente resistente e soprattutto anche sufficientemente rigido. Una setto portante vincolato verticalmente su una trave rappresenta infatti un appoggio in falso del setto stesso, cosa esplicitamente vietata dalle regole del DM08 per i setti in CA, e quindi da ammettere come vietata anche per le strutture di legno realizzate con pareti portanti. In tal caso il setto in questione non può assumere nessuna funzione di setto controventate o stabilizzate, e l'ancoraggio delle forze verticali (hold-down o altro) diventa inutile e privo di senso.
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L'unica soluzione accettabile e percorribile per mantenere la funzione del setto portante richiede di compensare l'effetto dell'appoggio in falso con una travatura tanto rigida (prima di tutto rigida, ma anche altrettanto resistente) da poter considerare il piano di fondazione come infinitamente rigido, e facendo di fatto decadere l'esistenza di un appoggio in falso. Volendo modellare il tutto, l'appoggio sulla trave inflessa corrisponderebbe ad un appoggio elastico, la cui rigidezza è data dalla deformabilità della trave. La realizzazione di una fondazione puntiforme si presta molto bene a sostenere un edificio di legno con struttura in XLAM, dove i setti verticali possono assumere anche la funzione di travatura e di distribuzione delle forze verticali sui singoli punti di fondazione.
Fondazioni a Secco: Innovazione e Tradizione
Coerentemente a questo impulso, la fondazione a secco nasce e si sviluppa nel rispetto dell’economia circolare. È proprio così che si è sviluppata la fondazione a secco, sfruttando ed adattando conoscenze e prodotti già esistenti da parecchi anni. Si è voluto industrializzare il sistema costruttivo delle Stavkirke, che nasce nel XII secolo in Norvegia. La struttura delle Stavkirke era staccata dal suolo previa fondazioni continue in pietra, al di sopra delle quali venivano installate delle travi lignee incastrate fra di loro per creare un piano rigido con il pavimento. Sopra le travi, attraverso scanalature, venivano inserite le assi che compongono le pareti, negli angoli venivano posti i pilastri e fra le pareti ed il tetto la banchina.
Il prodotto utilizzato per realizzare le fondazioni a secco è il gabbione in rete elettrosaldata lungo 2 m, largo 1 m ed alto 0,5 m, opportunamente adattato all’uso. Questo dispositivo viene comunemente impiegato per opere strutturali come per esempio il sostegno di versanti o di argini e ha delle peculiarità che ne caratterizzano le capacità strutturali e che lo distinguono da altri prodotti simili: filo in acciaio C4D conforme alla EN ISO 16120-2, diametro 6 mm, doppio filo orizzontale e filo singolo verticale, maglia 200x50 mm, lega di protezione Galfan in zinco alluminio, gancio di collegamento a “J” fra pannello verticale laterale e pannello di fondo e gancio di collegamento ad “U” fra pannello verticale di testa e pannello di fondo e fra i pannelli verticali laterali e di testa, tiranti interni in acciaio C4D diametro 6 mm per collegare fra di loro a coppie i pannelli verticali.
Per assolvere alla nuova finalità, il gabbione in rete elettrosaldata è stato adattato attraverso una serie di accorgimenti necessari per renderlo funzionale. Il pannello di copertura è stato annegato in una trave in cemento armato. La trave ha un foro centrale. Dopo aver assemblato i pannelli del gabbione elettrosaldato ed averli collegati fra loro con i tiranti interni, per facilitare l’installazione del pannello di copertura, vanno installati quattro tirafondi in acciaio zincato, fissati al fondo del gabbione. Questi ferri verticali, dopo aver riempito il gabbione con materiale lapideo, vanno infilati nei quattro fori presenti ai lati della trave in calcestruzzo armato. Il materiale di riempimento è stato caratterizzato secondo le norme UNI EN 13242:2008 ed UNI EN 13383-1:2002/AC:2004. Il gabbione così riempito va costipato su tavola vibrante per ridurre i vuoti fra grano e grano. Installato il pannello di copertura e fissato con piastre e bulloni ai tirafondi e con anelli strutturali in alluminio ai pannelli verticali, il prodotto è pronto per l’utilizzo e può essere movimentato con gli appositi accessori di sollevamento. Come già visto per le Stavkirke, il sistema di fondazione a secco deve essere disposto in continuità sotto alle strutture portanti. Per il passaggio degli impianti, degli scarichi e dei tubi per l’aerazione del vespaio aerato, vanno creati appositi spazi, distanziando puntualmente ove necessario i gabbioni.
Fondazioni a trave rovescia
Il Vespasio Aerato: Protezione e Ventilazione
Gli spazi vuoti nelle fondazioni a trave rovescia vengono riempiti successivamente con un vespaio che può essere realizzato in ghiaia o mediante igloo aerati. Quest’ultima soluzione trova una crescente diffusione proprio nel campo delle case di bioedilizia. Gli igloo (o granchi) sono dei veri e propri casseri a perdere in materiale plastico, il cui successo è dovuto alla possibilità di realizzare una camera di ventilazione vuota sottostante al pavimento, in grado di creare un distacco ottimale tra terreno e getto, con notevoli vantaggi per ridurre l’umidità di risalita dal suolo. Il vespaio aerato va realizzato correttamente per evitare infiltrazioni di acqua piovana all’interno delle camere (dovute a scarsa sigillatura delle bocche di aerazione) che possono trasformare il vespaio in un ambiente umido ed insalubre, con tempi di asciugatura lunghi.
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Considerazioni di Progetto e Verifiche per Strutture Lignee
Un’accurata valutazione dei carichi è un requisito imprescindibile di una corretta progettazione, in particolare per le costruzioni realizzate in zona sismica. Essa, infatti, è fondamentale ai fini della determinazione delle forze sismiche, in quanto incide sulla valutazione delle masse e dei periodi propri della struttura dai quali dipendono i valori delle accelerazioni (ordinate degli spettri di progetto). I calcoli e le verifiche sono condotti con il metodo semiprobabilistico degli stati limite secondo le indicazioni del D.M. 14 gennaio 2008.
Terreno di Fondazione
Le indagini effettuate, mirate alla valutazione della velocità delle onde di taglio (VS30) e/o del numero di colpi dello Standard Penetration Test (NSPT), permettono di classificare il profilo stratigrafico, ai fini della determinazione dell’azione sismica, di categoria C [C - Depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana fina mediamente consistenti].
Analisi dei Carichi e Azioni sulla Struttura
I carichi agenti sui solai, derivanti dall’analisi dei carichi, vengono ripartiti dal programma di calcolo in modo automatico sulle membrature (travi, pilastri, pareti, solette, platee, ecc.). I carichi dovuti ai tamponamenti, sia sulle travi di fondazione che su quelle di piano, sono schematizzati come carichi lineari agenti esclusivamente sulle aste. Su tutti gli elementi strutturali è inoltre possibile applicare direttamente ulteriori azioni concentrate e/o distribuite (variabili con legge lineare ed agenti lungo tutta l’asta o su tratti limitati di essa).
Classi di Servizio del Legno
Per tener conto della sensibilità del legno alla variazione di umidità e dell’influenza di questa sulle caratteristiche di resistenza e di deformabilità, si definiscono tre classi di servizio:
- Classe di servizio 1: È caratterizzata da un'umidità del materiale in equilibrio con l’ambiente a una temperatura di 20°C e un'umidità relativa dell'aria circostante che non superi il 65% se non per poche settimane all'anno.
- Classe di servizio 2: È caratterizzata da un’umidità del materiale in equilibrio con l’ambiente a una temperatura di 20°C e un'umidità relativa dell'aria circostante che superi l'85% solo per poche settimane all'anno.
- Classe di servizio 3: È caratterizzata da umidità più elevata di quella della classe di servizio 2.
Verifiche Strutturali
Verifiche di Instabilità (Aste in legno)
Per tutti gli elementi strutturali sono state condotte verifiche delle membrature nei confronti di possibili fenomeni di instabilità, quali lo sbandamento laterale degli elementi compressi o pressoinflessi; in particolare sono state effettuate le seguenti verifiche:
- Verifiche di stabilità per elementi compressi;
- Verifiche di stabilità per elementi inflessi e compressi.
Verifiche di Deformabilità (Aste in legno)
Le deformazioni di una struttura, dovute agli effetti delle azioni applicate, degli stati di coazione, delle variazioni di umidità e degli scorrimenti nelle unioni, devono essere contenute entro limiti accettabili, sia in relazione ai danni che possono essere indotti ai materiali di rivestimento, ai pavimenti, alle tramezzature e, più in generale, alle finiture, sia in relazione ai requisiti estetici ed alla funzionalità dell’opera. Considerando il particolare comportamento reologico del legno e dei materiali derivati dal legno, si devono valutare sia la deformazione istantanea sia la deformazione a lungo termine.
Verifiche delle Unioni Legno-Legno e degli Appoggi
Le unioni legno-legno sono rappresentate da intagli opportunamente sagomati per consentire la realizzazione, ad esempio di travature reticolari e simili.
Connessioni e Ancoraggi tra Struttura Lignea e Fondazione
La costruzione in oggetto è una struttura in legno lamellare, costituita da un'intelaiatura di travi e pilastri che si connettono tra loro mediante viti e piastre a scomparsa in acciaio. Le viti, come le piastre, sono state scelte e dimensionate mediante opportuni calcoli, in base alle funzioni che sostengono le travi, i dormienti, travi di colmo e pilastri.
La struttura in legno viene ancorata alla fondazione per mezzo di connessioni metalliche adatte a trasferire le azioni dovute ai carichi orizzontali. I sistemi di connessione sono dimensionati dal progettista in relazione alla tipologia strutturale e ai carichi agenti: è possibile utilizzare sistemi commerciali sviluppati dalle aziende del settore. Solitamente si utilizzano due diversi sistemi di connessione ipotizzando che le forze di sollevamento vengano riprese dagli elementi hold-down/piastre a trazione mentre le forze di taglio da squadrette o piastre a taglio, quindi in fase di progettazione i vari elementi vengono calcolati come sistemi monoassiali. Gli elementi metallici sono connessi alla struttura lignea con viti o chiodi e alla fondazione in cemento armato con barre filettate resinate o tasselli meccanici.
È inoltre necessario porre particolare attenzione alle tolleranze di esecuzione degli elementi in cemento armato: molto spesso i cordoli su cui poggiano le pareti non sono perfettamente livellati ed è quindi necessario inserire degli spessori alla base delle pareti lignee a cui segue un getto di malta di livellamento. Tra gli esempi di connessione si annoverano il particolare ancoraggio pilastro-fondazione con piastra a scomparsa in acciaio e il particolare ancoraggio trave-fondazione mediante tirafondo M12.
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