Un problema serio che può mettere a rischio l'integrità strutturale di un edificio è il ribaltamento delle fondamenta. Il ribaltamento di una fondazione può causare danni significativi e costose riparazioni. I primi passi per prevenire questo problema sono la conoscenza delle cause e la stima dei rischi.
Eventi meteorologici estremi, progettazione inadeguata delle fondazioni e cattive condizioni del terreno sono alcuni dei fattori che possono causare il ribaltamento di una fondazione. Le fondamenta possono subire la pressione di uno qualsiasi di questi fattori, che potrebbe causarne l'inclinazione o il ribaltamento. L'individuazione precoce di questi fattori può contribuire all'attuazione di misure preventive per evitare danni gravi.
Per calcolare il rischio di ribaltamento di una fondazione, è necessario comprendere le forze sottostanti. Il peso dell'edificio, la resistenza del terreno e le pressioni esterne, come il vento o il flusso d'acqua, sono solitamente presi in considerazione dagli ingegneri. I tecnici possono accertare la stabilità della fondazione e adottare le misure appropriate per rafforzarla esaminando da vicino questi componenti.
Questo post esaminerà le ragioni tipiche del ribaltamento delle fondazioni e offrirà un metodo semplice per stimare i rischi. Il nostro obiettivo è quello di fornirvi una guida chiara su questa complicata questione, in modo che possiate salvaguardare la vostra proprietà da possibili minacce.
| Cause del ribaltamento delle fondazioni | Calcolo del ribaltamento delle fondazioni |
| Cattive condizioni del terreno | Identificare le forze di carico sulla fondazione |
| Drenaggio improprio | Calcolare il momento causato da queste forze |
| Carico eccessivo | Confrontare il momento ribaltante con il momento resistente |
| Profondità di fondazione inadeguata | Assicurarsi che il momento resistente sia maggiore per evitare il ribaltamento |
Il ribaltamento delle fondazioni di un edificio può essere un problema importante causato da una pressione non uniforme del terreno, da metodi di costruzione scadenti o da condizioni meteorologiche avverse. La prevenzione dei danni richiede la comprensione delle cause e la determinazione del rischio implica la valutazione delle forze esterne, della progettazione delle fondazioni e della stabilità del terreno. Per mantenere il vostro edificio sicuro e protetto, questo articolo vi guiderà nella determinazione delle cause del ribaltamento delle fondazioni e delle strategie per stimare e ridurre il rischio.
- Cause dei problemi
- Scelta sbagliata del terreno
- Tipi di momenti di ribaltamento
- Sequenza per la determinazione del momento ribaltante
- Come calcolare il fattore di sicurezza?
- Determinazione dei momenti di ribaltamento e di tenuta
- Tecnologie di calcolo
- Calcolo dei terreni
- Metodo del carico esterno
- Metodo dello stato limite
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Cause dei problemi
È necessario comprendere i fondamenti del processo e le cause del ribaltamento delle fondazioni prima di iniziare qualsiasi calcolo. Ci sono tre ragioni principali per cui i supporti del telaio si appoggiano se c'è una piastra centrale:
- Geomeccanica eterogenea dei terreni, alcuni dei quali hanno una capacità portante ridotta.
- Carichi di esercizio distribuiti in modo disomogeneo sull'area.
- Considerazione superficiale delle forze verticali esterne.
Il ribaltamento è più probabile quando si costruiscono edifici privati a basso livello; non si verifica quando gli edifici a più piani vengono progettati con cura, a partire da una modellazione al computer delle condizioni operative dell'edificio. Tuttavia, la creazione di progetti di case private si avvale sempre più spesso di modelli 3D spaziali.
Quando si verifica un momento di ribaltamento, le fondamenta di una casa a un piano si deteriorano per gradi:
Vediamo più da vicino le cause del ribaltamento delle fondazioni.
Scelta sbagliata del terreno
Impressioni emotive sul sito (bella zona, distanza dall'autostrada, buona ecologia, aria pulita, stagno, ecc.) e la mancanza di altro spazio disponibile per la costruzione portano spesso a sottovalutare le capacità del terreno nell'area di costruzione. Tuttavia, nessuno mette in dubbio che sia possibile costruire una casa su un terreno di questo tipo. In effetti, è fattibile, ma solo se il terreno viene prima rafforzato.
Iniezione di terreno sotto le fondamenta per rafforzarle:
Anche la durabilità sarà influenzata negativamente da un assestamento irregolare della muratura per i seguenti motivi:
- Movimento dell'umidità negli strati superficiali del terreno.
- Componenti di forza verticale eccessive.
- Movimenti periodici del terreno (non si tratta necessariamente di terremoti, ma anche di frane).
- Aumento dell'umidità dell'aria a causa dell'evaporazione dell'umidità da arbusti e/o alberi.
- La presenza di zone di accumulo prolungato di acqua dopo intense precipitazioni (tipico solo per i terreni argillosi).
Ciò significa che, dal punto di vista di quanto detto, costruire un'abitazione privata in un'area poco studiata è un'impresa estremamente pericolosa.
Principali ambiti di cura preventiva:
- Rafforzamento accurato delle pareti delle trincee (con una fondazione a strisce) e perforazione del terreno per ottenere carote nei punti di riferimento – per le fondazioni a platea. I parametri geomeccanici dei campioni prelevati in tutte le zone d'angolo dovrebbero essere approssimativamente gli stessi.
- Determinazione dei carichi operativi derivanti da mobili, elettrodomestici da cucina, comunicazioni idrauliche, elementi di impianti di riscaldamento, ecc. È chiaro che tutto questo deve essere distribuito uniformemente sulla superficie della casa e in proporzione alla capacità portante del terreno.
- Modellazione delle forze verticali e dei momenti di ribaltamento (ce ne possono essere diversi).
Tipi di momenti di ribaltamento
Come dimostrato in precedenza, l'assestamento dell'intera fondazione o di una sua parte si verifica prima del ribaltamento. Uno dei tre meccanismi – punzonamento generale o parziale del terreno, o distruzione della fondazione a causa delle sollecitazioni di taglio – può causare l'assestamento. Le caratteristiche del monitoraggio del ribaltamento includono le seguenti:
- Il cedimento generale per taglio ha confini ben definiti.
- Il carico di rottura è chiaramente definito.
- Il terreno adiacente alla fondazione si gonfia.
- Il ribaltamento avviene improvvisamente ed è accompagnato da gravi conseguenze.
In generale, il ribaltamento generale si verifica solo su fondazioni poco profonde ed è più comune su terreni sciolti sabbiosi e argillosi.
Il momento di ribaltamento risultante dal punzonamento avviene in modo diverso: il valore critico non può essere determinato senza un'apparecchiatura specializzata ed estremamente sensibile, perché il momento di distruzione è difficile da individuare e il carico verticale aumenta progressivamente man mano che la base si sposta in verticale. Non c'è rigonfiamento del terreno. Tuttavia, poiché il carico sulla casa può essere riequilibrato e le fondamenta possono essere rinforzate nelle aree chiave, questo tipo di ribaltamento non provoca in genere incidenti.
Questo tipo di ribaltamento fa sì che la fondazione si inclini leggermente prima di stabilizzarsi sia orizzontalmente che verticalmente. tipico per le fondazioni di argille sabbiose a media densità o di argilla morbida installate a diverse profondità.
La deformazione locale delle fondazioni, indipendente dalla distribuzione delle forze esterne nell'area della casa, è una caratteristica del ribaltamento locale con taglio. L'unico modo per vedere i rigonfiamenti del terreno è dai lati. Questo tipo di ribaltamento si verifica in terreni sabbiosi a media densità e in terreni argillosi duri; la profondità della fondazione non ha alcuna rilevanza.
Sequenza per la determinazione del momento ribaltante
Le informazioni di partenza sono
- Forze verticali Rv, che tendono a far ruotare la fondazione attorno al proprio asse.
- Forze Ru che impediscono il ribaltamento della fondazione.
- Carichi esterni di esercizio Rvn.
- Momenti Mg da forze di taglio orizzontali.
Le differenze nelle proprietà di resistenza del terreno e del materiale di fondazione determinano le forze verticali; le forze di attrito tra i componenti determinano le forze di tenuta; i fattori naturali più estremi nell'area di costruzione determineranno le forze di taglio orizzontali; e le forze operative esterne influenzeranno l'accuratezza dell'applicazione del momento ribaltante.
Il passo finale consiste nell'accertare la stabilità della fondazione, che è influenzata da ciascuna delle forze summenzionate.
Dato che il parametro Mg è attivo solo nella dimensione complessiva più grande della fondazione (lmax), è necessario notare la seguente disuguaglianza: (Рв + Ег/lmax)/Ду< 1
Il fattore di sicurezza kb è tipicamente utilizzato per esprimere il grado in cui il denominatore supera il numeratore; quanto più piccolo è, tanto minore è la probabilità di ribaltamento.
L'accertamento di diverse componenti della disuguaglianza può essere impegnativo, per questo l'indicatore kb viene tipicamente normalizzato.
Come calcolare il fattore di sicurezza?
Come si evince dall'equazione, il fattore di sicurezza determina la capacità di carico finale ed è correlato alla pressione di appoggio ammissibile:
- Fs – fattore di sicurezza al taglio;
- gDf – pressione effettiva alla profondità della fondazione Df;
- kpr – valore minimo ammissibile del fattore di sicurezza.
Il fattore di sicurezza necessario dipende da
- Tipo di edificio – permanente o temporaneo.
- Proprietà fisiche e meccaniche del terreno:.
- Accuratezza dei dati ottenuti (e quindi delle ipotesi di calcolo).
- Grado di controllo della qualità durante la costruzione.
Se il terreno è sufficientemente omogeneo, è possibile impostare il valore standard di kb utilizzando la tabella che è stata sviluppata. Le fondazioni poco profonde sono compatibili con gli standard.
Solo dopo un'attenta valutazione dell'affidabilità di ogni parametro che controlla il comportamento della struttura dell'edificio si determina il valore scelto per il fattore di sicurezza. Tutti i carichi, le resistenze e le caratteristiche di deformazione del terreno devono essere inclusi in questi parametri.
Per le strutture temporanee, i valori di cui sopra possono essere ridotti fino al 75% se il valore è almeno pari a 2. D'altra parte, si consiglia di aumentare il valore di kb del 20-50% per i camini in cui è possibile il collasso.
Determinazione dei momenti di ribaltamento e di tenuta
Come dimostrato in precedenza, per determinare il fattore di sicurezza per il ribaltamento si utilizza il momento di tenuta Mu diviso per il momento di ribaltamento Mop.
Il valore più basso per la base in ogni combinazione di carico viene utilizzato come guida per il calcolo di kb per ogni combinazione di carico del terreno.
Il totale dei momenti risultanti da ciascuno dei seguenti fattori è il momento di tenuta:
- Carichi assiali agenti sulla soletta.
- Calcolo dei carichi aggiuntivi sulla fondazione.
- Autopeso della fondazione.
Il momento totale sull'elemento verticale del telaio più l'eventuale taglio della soletta moltiplicato per la distanza tra la base di questo elemento e la base della fondazione è il momento ribaltante.
La resistenza al momento ribaltante può essere influenzata in modo significativo dal peso proprio del supporto. La dimensione ottimizzata della fondazione a trazione può essere sostanzialmente maggiore di quella prevista se l'utente imposta il peso dell'unità di fondazione in calcestruzzo a zero o decide di non tenere conto del peso proprio della fondazione durante l'analisi.
Questa osservazione è significativa per una fondazione che supporta elementi verticali a telaio, perché dimostra che in questo caso sono presenti un momento base relativamente grande e un carico assiale relativamente piccolo.
Tecnologie di calcolo
Il rapporto ideale tra intensità di lavoro e precisione è condiviso da tre metodi: metodo dei carichi esterni, metodo degli stati limite e calcolo delle fondazioni. La modellazione computerizzata è oggi un metodo utilizzato attivamente.
Calcolo dei terreni
Il coefficiente di stabilità contro il ribaltamento, che è il rapporto effettivo tra i momenti stabilizzanti e quelli destabilizzanti, si trova qui.
Il totale dei momenti resistivi diviso per il totale dei momenti di ribaltamento produce il fattore di sicurezza.
Sebbene i dati di input predefiniti per i fattori di sicurezza possano essere accettati, è consigliabile aggiornarli e modificarli in base ai requisiti del progetto, al tipo di fondazione e ai requisiti di costruzione.
Nel calcolo del fattore di sicurezza per il ribaltamento, che viene effettuato per entrambi i piani di base, vengono utilizzate solo combinazioni di carichi di servizio.
Tutti i tagli e i momenti laterali destabilizzano la struttura, e tutti i calcoli vengono eseguiti supponendo che tutti i carichi verticali siano stabilizzanti e possano produrre solo un momento stabilizzante.
In questo caso, il carico verticale totale è il risultato delle forze assiali combinate. Poiché si ritiene che l'effetto combinato dei carichi assiali abbia un effetto stabilizzante, la formula seguente rappresenta il momento di resistenza:
- R – la somma di tutti i carichi sulla base;
- L – la dimensione complessiva maggiore della base in pianta).
Metodo del carico esterno
Il processo comporta l'analisi di ogni componente del carico e la determinazione del suo effetto stabilizzante o destabilizzante. Le forze di taglio e di sollevamento, insieme ai momenti applicati, tendono a causare l'instabilità della fondazione e a provocarne il ribaltamento.
I momenti che tendono a stabilizzare il supporto e a prevenire il ribaltamento sono noti come momenti di resistenza. Per verificare se ogni spigolo della fondazione è soggetto a ribaltamento, si eseguono prove di ribaltamento. Questo è fondamentale per le fondazioni con supporti eccentrici, poiché gli effetti stabilizzanti dei carichi verticali sulle singole facce saranno diversi.
Possiamo determinare l'effettiva tendenza al ribaltamento della struttura sommando tutti i momenti di resistenza e confrontandoli con il totale di tutti i momenti di ribaltamento.
È sufficiente moltiplicare il carico del vento per un fattore di sicurezza per confrontare l'accuratezza dei due metodi e determinare se la fondazione funziona ancora. Il metodo tradizionale dovrebbe produrre un fattore di 3.0 per l'influenza del vento (taglio e portanza), ad esempio, la fondazione diventerà instabile e il fattore di sicurezza mostrerà un valore negativo.
Metodo dello stato limite
Trova impiego nel calcolo del carico di taglio e del momento ribaltante su fondazioni instabili. Quando carichi estremi si combinano per provocare un cedimento puro della fondazione, gli altri metodi non sono in grado di gestire la situazione. Questo perché le altre tecniche per determinare il valore del momento ribaltante si basano sulla capacità portante del terreno e sui requisiti di taglio della fondazione.
L'approccio allo stato limite presuppone che il carico verticale totale e la sua eccentricità netta possano essere utilizzati per determinare il taglio e il momento di progetto.
La forza di taglio di progetto alla base in queste situazioni, dove la risultante si discosta dalla base, sarà costante e pari alla risultante netta meno gli effetti del peso morto o del carico in eccesso.
Inoltre, il carico risultante moltiplicato per la distanza tra la risultante e la superficie della soletta servirà come base per il momento di progetto sulla superficie di base. Quando si calcola il momento finale di progetto, l'effetto del momento negativo provocato dall'autopeso della platea di fondazione viene dedotto dal risultato.
Un problema importante che può compromettere la stabilità di qualsiasi struttura è il ribaltamento delle fondazioni. La prima linea di difesa contro questo fenomeno è la comprensione delle sue cause. Diversi fattori sono importanti, tra cui una cattiva progettazione delle fondazioni, carichi eccessivi e condizioni del terreno. La longevità e la sicurezza delle fondamenta dipendono da ispezioni di routine e da una manutenzione adeguata.
Valutare le forze che agiscono sulla struttura e assicurarsi che la fondazione sia in grado di resistere a tali forze sono passi necessari per calcolare il rischio di ribaltamento della fondazione. Ciò comporta la considerazione del peso dell'edificio, del vento, dell'attività sismica e della pressione del suolo. È possibile creare una fondazione resistente a queste difficoltà utilizzando le tecniche di calcolo appropriate e richiedendo la consulenza di ingegneri strutturali.
È possibile ridurre drasticamente le possibilità di ribaltamento di una fondazione, curando le problematiche sottostanti e utilizzando calcoli precisi. La stabilità e la sicurezza a lungo termine del vostro edificio sono garantite dedicando tempo e risorse a un'attenta pianificazione e costruzione delle fondamenta. Ricordiamo che la durata complessiva di una struttura dipende dalle sue fondamenta.
