Guida all’ottimizzazione strutturale dei terreni di fondazione: tecniche e strategie

Guida all’ottimizzazione strutturale dei terreni di fondazione: tecniche e strategie

Quando si progetta una struttura, da un edificio civile a uno residenziale passando per tutte le tipologie di infrastrutture, è necessario garantirne la stabilità. Per raggiungere questo scopo, tanto in architettura quanto nel campo dell’ingegneria, si rivela decisiva l’attenzione verso le fondamenta.

Sintetizzando possiamo definire le fondamenta come quella parte di una costruzione che trasferisce il carico della struttura al terreno sottostante.

Su di essa poggia l’intera struttura e per ottenere costruzioni stabili e resistenti alle sollecitazioni esterne, così da considerarle sicure, è fondamentale che il loro sviluppo sia adeguato non solo alla costruzione stessa, ma anche alle caratteristiche del terreno e alle possibili sollecitazioni esterne (peso della struttura, vento, vibrazioni, fenomeni sismici, eccetera).

Per svolgere questo lavoro la figura di riferimento è il geologo che si occupa grazie alle sue competenze anche dell’ottimizzazione strutturale dei terreni di fondazione. Entriamo più nel dettaglio dei vari aspetti da analizzare per avere un’ottimizzazione strutturale realmente efficace.

• Indice contenuti
• Comprensione dei terreni di fondazione
• Il ruolo del geologo
• Le indagini geologiche e geotecniche
• Identificazione dei rischi geologici
• Come le informazioni geologiche influenzano la scelta del tipo di fondazione
• Considerazioni sull'impatto ambientale delle fondazioni
• Normative e responsabilità legali
• Conclusione

Comprensione dei terreni di fondazione

Come abbiamo anticipato uno dei principali elementi su cui porre l’attenzione nell’ottimizzazione strutturale dei terreni di fondazione riguarda proprio la natura del suolo.

Esistono infatti diverse tipologie di terreno di fondazione che si distinguono in base alla loro capacità portante. La classificazione tiene conto della cosiddetta velocità delle onde di taglio, ovvero la rapidità di propagazione delle onde.

Le onde di taglio sono un tipo di onde sismiche che determinano il movimento delle particelle del materiale in maniera perpendicolare rispetto alla direzione di propagazione. La velocità delle onde di taglio, quindi, dipende dalle proprietà elastiche del materiale cui si propagano, in questo caso il terreno. La classificazione dei terreni di fondazione, quindi, prevede:

• Categoria A – Ammassi roccioso e terreni rigidi con una velocità delle onde di taglio maggiore a 800 m/s.
• Categoria B – Rocce tenere o terreni a grana fine con una velocità delle onde di taglio tra 360 m/s e 800 m/s.
• Categoria C – Depositi di terreni a grana grossa con una velocità delle onde di taglio tra 180 m/s e 360 m/s.
• Categoria D – Depositi di terreni a grana grossa con una velocità delle onde di taglio tra 100 m/s e 180 m/s.
• Categoria E – Terreni con una velocità delle onde di taglio tra 100 m/s e 180 m/s con una profondità del substrato inferiore a 30 m/s.

I terreni possono andare incontro a un deterioramento delle loro caratteristiche geotecniche alterandone la natura chimica del sottosuolo. Questo comporta la formazione di spazi vuoti che possono essere alla base di frane, abbassamenti, crepe e dell’instabilità dell’intera struttura.

In base alle diverse tipologie di terreno (argilloso, sabbioso, roccioso, etc.) è quindi necessario che un geologo specializzato analizzi le specifiche caratteristiche di quel suolo in modo da individuare quell’ottimizzazione della costruzione in modo da garantire un consolidamento tale da assicurare un elevato livello di stabilità.

Il ruolo del geologo

Come detto il geologo è il professionista di riferimento per l’analisi della composizione, della struttura e delle proprietà di ogni terreno di fondazione. È quindi colui al quale ci si rivolge per valutare i rischi geologici ed effettuare le indagini geotecniche, la selezione delle fondazioni e il monitoraggio geologico atto a consentire gli interventi necessari per una costruzione stabile e sicura.

Il geologo, infatti, è un professionista che unisce diverse competenze. Dall’identificazione e classificazione di rocce, sedimenti e altri materiali geologici attraverso sia l’osservazione diretta che le relative analisi dei campioni in laboratorio all’analisi strutturale della geometria (pieghe, faglie e intrusioni) dei terreni e l’evoluzione delle formazioni rocciose nel corso del tempo.

Egli inoltre è in grado di valutare i rischi geologici (frane, terremoti, inondazioni, fenomeni di dissesto idrogeologico) e di produrre mappe geologiche anche tenendo conto della distribuzione del movimento dell’acqua nel sottosuolo.

Tutte informazioni, queste, indispensabili per l’ottimizzazione strutturale dei terreni di fondazione.

Per effettuare le sue analisi i geologi utilizzano diversi metodi e strumenti: indagini geofisiche (sismica a riflessione e a rifrazione, resistività elettromagnetica, eccetera), indagini geotecniche (carotaggi, sondaggi e prove di laboratorio), tecniche di campionamento e utilizzo di sistemi informativi geografici (software GIS) con i quali ottenere le informazioni indispensabili per la progettazione delle fondazioni.

Le indagini geologiche e geotecniche

Peculiarità del lavoro del geologo è quella di effettuare indagini geologiche e geotecniche. Le prime comprendono attività quali il riconoscimento sul campo, i carotaggi e i sondaggi, le analisi geofisiche e le analisi dei dati geologici per la produzione di mappe geologiche (cartografia).

Tra le indagini geotecniche, invece, rientrano le prove di laboratorio, i sondaggi e le analisi dei risultati.

La differenza principale è legata al fatto che le indagini geologiche vengono effettuate per comprendere la composizione, la struttura e la storia geologica di un terreno, mentre le indagini geotecniche si concentrano sulle proprietà ingegneristiche del terreno per la progettazione delle fondazioni e la valutazione della stabilità delle opere civili.

Una delle prime indagini geologiche è quella del riconoscimento sul campo tramite la quale il geologo identifica i tipi di rocce e sedimenti presenti per rilevarne le caratteristiche strutturali.

Quindi effettua carotaggi e sondaggi che consentono di raccogliere campioni di terreno e rocce in profondità in modo da analizzarne le proprietà fisiche, chimiche e geotecniche.

Le analisi geofisiche (come quelle tramite Ground Penetrating Radar, GPR) consentono di ottenere immagini del sottosuolo senza dover effettuare perforazioni invasive. Tutti i dati precedentemente raccolti vengono poi analizzati e sintetizzati in mappe dettagliate che consentono di illustrare la distribuzione spaziale dei materiali e delle strutture geologiche.

Passando alle indagini geotecniche queste prevedono innanzitutto le prove di laboratorio per l’analisi dei campioni di terreno e roccia raccolti che vengono sottoposto a esami per determinarne le varie proprietà (permeabilità, compressione, coesione, densità, espansività, eccetera).

Possono essere eseguiti dei sondaggi geotecnici per valutare la capacità portante del terreno e la presenza di eventuali condizioni anomale per poi analizzare l’insieme dei risultati e individuare il tipo di fondazione più adatto per le capacità portanti di quel terreno.

Identificazione dei rischi geologici

Compito fondamentale del geologo è anche quello di occuparsi dell’identificazione dei rischi geologici (frane, subsidenza, liquefazione, eccetera). I geologi, infatti, valutano la sismicità di quella regione per determinare non solo le probabilità, ma anche l’intensità dei terremoti che potrebbero interessare quell’area (rischio sismico).

Essi poi si occupano di identificare i pendii instabili e le aree soggette a movimenti di massa (rischio di frane e cedimenti) così come le condizioni di idrogeologia per comprendere l’eventuale presenza di falde acquifere che potrebbero essere alla base di fenomeni di dissesto idrogeologico e inondazioni (rischio idrogeologico).

Ci sono poi una serie di fenomeni naturali in base alla località (erosione costiera, voragini, inondazioni, eccetera) che possono determinare un rischio di cui tenere conto.

È compito del geologo, sulla base delle proprie competenze e sul risultato delle indagini e delle analisi condotte, valutare l’insieme di questi rischi in modo da adottare tutte le misure necessarie per prevenire questi fenomeni.

Come le informazioni geologiche influenzano la scelta del tipo di fondazione

Nell’ambito dell’ottimizzazione strutturale dei terreni di fondazione si rivelano fondamentali le informazioni geologiche sulle caratteristiche specifiche di quel terreno. L’ottenimento di queste informazioni è il risultato di un processo articolato che coinvolge diversi elementi.

Innanzitutto il tipo di terreno. Le informazioni geologiche, infatti, forniscono dettagli sul tipo di terreno (argilloso, sabbioso, soggetto a subsidenza, eccetera) che permettono di valutare il tipo di fondazione (superficiale o profonda).

Un altro elemento chiave è quello della portata, della capacità portante e dell’angolo di attrito interno che influenzano la scelta del tipo di fondazione (platee, travi continue, pali o trivellazioni).

Anche le informazioni sul livello delle acque sotterranee è di assoluta importanza in quanto alcune tipologie di terreno possono richiedere l’adozione di sistemi di drenaggio o fondazioni speciali.

Il lavoro del geologo è quindi finalizzato a consentire l’ottimizzazione strutturale dei terreni di fondazione. Questa si persegue innanzitutto mediante l’adozione di fondazioni specifiche per le caratteristiche del terreno in modo da garantirne stabilità e sicurezza strutturale nel tempo.

Parallelamente è fondamentale che le informazioni geologiche siano utilizzate per progettare fondazioni adeguate al tipo di terreno. Non solo per evidenti ragioni di sicurezza, ma anche per questioni di efficienza, economicità, durabilità e resistenza.

Considerazioni sull'impatto ambientale delle fondazioni

Aspetto non marginale dell’ottimizzazione strutturale dei terreni di fondazione è quello legato alla minimizzazione degli impatti ambientali. Dovere di ogni costruzione, infatti, è quello di garantire un progetto che sia il meno invasivo possibile.

Questa attenzione alla sostenibilità prevede una riduzione della quantità di materiale da utilizzare, una limitazione degli scavi e delle opere di fondazione.

L’utilizzo di tecniche di costruzione a basso impatto, la minimizzazione dei rischi legati all’inquinamento e alla degradazione ambientale così come alla conservazione delle risorse idriche e alla prevenzione dell'erosione del suolo e del dissesto idrogeologico.

È compito del geologo, quindi, favorire e promuovere pratiche sostenibili indicando gli aspetti critici e quelli sui quali è possibile maggiormente intervenire per limitare l’impatto ambientale delle costruzioni sulle fondazioni.

Normative e responsabilità legali

Anche considerando l’estrema delicatezza della materia e le conseguenze che errori e valutazioni sbagliate possono avere, i geologi che si occupano dell’ottimizzazione strutturale dei terreni di fondazione sono esposti a una serie di responsabilità legali, professionali, civili e penali.

A disciplinare la materia ci sono diverse leggi e norme tecniche. Tra le principali ricordiamo le cosiddette Norme Tecniche per le Costruzioni, NTC, (aggiornate con apposito Decreto del 17 gennaio 2018) che regolamentano i principi per il progetto, l’esecuzione e il collaudo delle costruzioni.

Le varie sezioni delle NTC forniscono le linee guida per l’analisi e la caratterizzazione del terreno al fine di individuare le fondazioni più appropriate.

A questa norma si aggiungono le leggi regionali sulla pianificazione urbanistica (che regolano la valutazione geologica dei terreni di fondazione) e le norme tecniche UNI specifiche per i settori come l’ingegneria geotecnica che forniscono metodologie e indicazioni per l’esecuzione delle indagini geologiche e geotecniche.

Dal punto di vista delle responsabilità legali del geologo il testo di riferimento è il Codice Civile che stabilisce gli obblighi contrattuali delle parti coinvolte nei progetti di costruzione. Utile in questo senso anche le Norme deontologiche riguardanti l’esercizio della professione di geologo in Italia del Consiglio Nazionale dei Geologi.

Quando prende un incarico il geologo si assume la responsabilità delle valutazioni geologiche e geotecniche eseguite e della loro conformità alle normative vigenti. Il geologo, che firma i documenti tecnici, ha l’obbligo di fornire non solo consulenza e supporto tecnico agli altri professionisti coinvolti nel progetto (ingegneri, architetti, eccetera), ma anche di identificare e comunicare eventuali rischi geologici.

Il geologo è civilmente e penalmente responsabile di eventuali errori causati da negligenze nelle indagini e nelle valutazioni condotte su un terreno.

Conclusione

I geologi con il loro lavoro forniscono un contributo indispensabile e imprescindibile all'ottimizzazione dei terreni di fondazione. Prima di qualsiasi tipo di intervento di questo tipo, infatti, è necessario consultare un geologo specializzato che si occupi dell’esecuzione di indagini e analisi accurate per la riuscita del progetto edilizio nel quale è stato coinvolto.

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