Calcolo carico limite fondazione

Metodo di calcolo del carico limite della fondazione

Questo calcolatore del carico limite sulla fondazione determina il peso proprio dell'edificio, i carichi dei solai, della copertura e delle finiture, il carico utile e il carico da neve, quindi calcola il carico totale sulla fondazione e sul terreno. Per fondazioni a nastro, a platea e a pilastri calcola inoltre la massa e il volume della fondazione, l'area di appoggio, la pressione media sul terreno e la percentuale di utilizzo della pressione ammissibile del terreno. Per le fondazioni su pali determina la massa totale dei pali e il carico di progetto su un singolo palo.

Il calcolo viene eseguito in sequenza: prima si determinano la geometria e il peso proprio degli elementi strutturali, poi si aggiungono i carichi utili e da neve; infine si formano le combinazioni di carico con i relativi coefficienti e si calcola l'azione sulla fondazione o sul terreno.

Valori indicativi e raccomandazioni

Massa delle pareti

Geometria delle pareti. La lunghezza delle pareti esterne viene ricavata dal perimetro esterno dell'edificio. Le lunghezze delle pareti interne selezionate vengono determinate dalle dimensioni in pianta e dalla posizione della parete C, tenendo conto dello spessore delle pareti che si intersecano. Per ogni piano viene utilizzata l'altezza interpiano inserita.

Massa della parete. Per ogni parete il volume del materiale viene calcolato in base a lunghezza, spessore e altezza; il volume viene quindi moltiplicato per la densità del materiale e per il numero di piani.

m = L × t × H × n × ρ × k

Qui L è la lunghezza della parete, m; t è lo spessore, m; H è l'altezza interpiano, m; n è il numero di piani; ρ è la densità del materiale, kg/m³; k è il coefficiente che tiene conto delle aperture.

Aperture nelle pareti. Per le pareti esterne viene utilizzato un coefficiente di 0.85, assumendo quindi che finestre e porte occupino il 15% della superficie della parete. Per le pareti interne viene utilizzato un coefficiente di 0.95, corrispondente a una superficie di aperture ipotizzata del 5%. Questi coefficienti riducono sia la massa strutturale delle pareti sia la superficie delle finiture e non sono coefficienti di sicurezza.

Densità dei materiali delle pareti. I valori incorporati sono: struttura a telaio con isolamento - 450 kg/m³, legno - 520 kg/m³, calcestruzzo aerato D400/D500/D600 - 400/500/600 kg/m³, blocco ceramico porizzato - 800 kg/m³, blocco in calcestruzzo di argilla espansa - 1000 kg/m³, mattone - 1600 kg/m³, calcestruzzo strutturale - 2400 kg/m³. Se la densità effettiva del materiale è nota, può essere inserita direttamente.

Solai

Numero di strutture di solaio. Un edificio a un piano comprende 2 strutture orizzontali di solaio, un edificio a due piani ne comprende 3 e un edificio a tre piani ne comprende 4. La massa di ogni solaio viene calcolata moltiplicando la superficie in pianta dell'edificio per la sua massa per unità di superficie in kg/m².

mfloor = A × q

Solaio in cemento armato. Per il cemento armato gettato in opera viene utilizzata una densità di 2500 kg/m3, quindi la massa per unità di superficie viene calcolata in base allo spessore inserito.

q = 2500 × t

Lo spessore t in questa formula viene utilizzato in metri. Ad esempio, con uno spessore di 200 mm, la massa per unità di superficie è pari a 500 kg/m².

Lastre alveolari. La loro massa per unità di superficie viene determinata mediante interpolazione tra i valori incorporati: 150 mm - 250 kg/m², 200 mm - 285 kg/m², 220 mm - 310 kg/m², 265 mm - 365 kg/m², 320 mm - 430 kg/m². Per uno spessore intermedio, il valore varia proporzionalmente tra i due punti più vicini.

Altri tipi di solaio. Per una struttura di solaio in acciaio viene utilizzato un valore di 350 kg/m², mentre per una struttura in legno viene utilizzato un valore di 200 kg/m². Se la massa effettiva della struttura per unità di superficie è nota, può essere inserita direttamente.

Copertura e carico da neve

Superficie della copertura. Il peso della struttura di copertura e il carico da neve vengono applicati alla proiezione orizzontale. Per tenere conto degli sporti della copertura, il calcolatore aggiunge 0.5 m su ciascun lato dell'edificio, quindi ogni dimensione della proiezione aumenta di 1 m.

Aroof = (A + 1) × (B + 1)

Massa della copertura. La massa della struttura di copertura per unità di superficie, in kg/m², viene moltiplicata per la proiezione orizzontale della copertura.

mroof = Aroof × qroof

Carico da neve. Il carico da neve inserito in kg/m² o kN/m² viene anch'esso moltiplicato per la proiezione orizzontale, inclusi gli sporti. Quando viene inserito in kN/m², il calcolatore converte internamente le unità.

Finiture interne e di facciata

Pareti interne. Vengono considerate entrambe le facce delle pareti interne. La loro superficie totale viene determinata dalle lunghezze delle pareti selezionate, dall'altezza interpiano e dal numero di piani, dopodiché viene applicato il coefficiente per le aperture 0.95.

Faccia interna delle pareti esterne. Viene calcolata in base al perimetro interno dell'edificio, sottraendo lo spessore delle pareti esterne. A questa superficie viene applicato un coefficiente di 0.85.

Pavimento e soffitto. La superficie di finitura viene calcolata in base alle dimensioni interne dell'edificio. Viene sottratta la superficie occupata dalle pareti interne, quindi lo spessore delle pareti esterne e interne non è incluso nella superficie finita del pavimento e del soffitto.

Afinish = [(A - 2text) × (B - 2text) - Apartitions] × n

Facciata. La superficie della finitura esterna viene determinata in base al perimetro esterno e all'altezza totale delle pareti di tutti i piani. Per tenere conto approssimativamente di finestre e porte viene utilizzato un coefficiente di 0.85.

Fondazione a nastro

Volume di calcestruzzo. Il nastro esterno viene calcolato lungo il perimetro esterno dell'edificio, mentre il nastro interno viene incluso solo sotto le pareti interne selezionate. Per i nastri esterni e interni possono essere utilizzate larghezze diverse.

V = Lext × s1 × h + Lint × s2 × h

Area di appoggio. La superficie di base della fondazione viene calcolata nello stesso modo, ma senza l'altezza del nastro.

Ab = Lext × s1 + Lint × s2

Fondazione a platea

Volume della platea. Vengono utilizzate le dimensioni esterne dell'edificio e lo spessore specificato della platea di fondazione.

V = A × B × h

Area di appoggio. Per una fondazione a platea è uguale alla superficie in pianta dell'edificio A × B.

Fondazione a pilastri con grigliato

Numero di pilastri. Per prima cosa vengono sommati il perimetro esterno e la lunghezza delle linee interne selezionate del grigliato. La lunghezza risultante viene divisa per l'interasse specificato dei pilastri e il risultato viene arrotondato per eccesso al numero intero successivo.

N = ceil(Ltotal / s)

Volume della fondazione. Vengono sommati il volume del grigliato e il volume totale di tutti i pilastri.

V = Ltotal × bg × hg + N × a × b × h

Area di appoggio. La pressione sul terreno viene distribuita sulla superficie totale di base dei pilastri.

Ab = N × a × b

Fondazione su pali

Pali in cemento armato. Per un palo a sezione quadrata, il volume viene determinato in base alla lunghezza e alla larghezza della sezione e poi moltiplicato per il numero di pali. Per calcolare la massa viene utilizzata una densità del cemento armato di 2500 kg/m3.

V = N × b2 × L

Pali in acciaio. Per i pali tubolari e a vite viene utilizzata la massa inserita di un singolo palo in chilogrammi. La massa totale è uguale alla massa di un palo moltiplicata per il numero di pali.

Carico per palo. Il carico di progetto sul terreno, incluso il peso proprio dei pali, viene diviso equamente per il numero di pali specificato.

Fpile = Fd,ground / N

Massa della fondazione

Densità del materiale. Viene utilizzata una densità di 2500 kg/m³ per il cemento armato e di 2400 kg/m³ per il calcestruzzo. La massa della fondazione viene calcolata moltiplicando il volume calcolato per la densità.

mfoundation = V × ρ

Carico utile

Superficie caricata. Il carico utile viene applicato alla superficie di ciascun piano. Per un edificio con n piani viene utilizzata la superficie A × B × n.

Q = A × B × n × qlive

Il valore rappresenta il carico variabile dovuto a occupanti, arredi, attrezzature e altre azioni d'uso come un unico carico equivalente per 1 m².

Combinazioni di carico

Carico permanente. Il peso proprio dell'edificio comprende pareti, solai, copertura e finiture. Nel calcolo del carico dell'edificio direttamente sulla fondazione, il peso proprio della fondazione non viene incluso. Nel calcolo del carico sul terreno, viene aggiunto il peso proprio della fondazione.

Coefficienti di progetto. Il calcolatore utilizza un coefficiente di γG = 1.35 per il carico permanente e γQ = 1.50 per il carico variabile principale. Il carico variabile accompagnatore viene inoltre moltiplicato per il coefficiente di combinazione ψ0 = 0.70.

Scelta della combinazione. Vengono verificati due casi: nel primo il carico utile è l'azione variabile principale; nel secondo il carico da neve è l'azione variabile principale. Viene utilizzato il risultato maggiore.

Fd = max(1.35G + 1.50Q + 1.50 × 0.70S; 1.35G + 1.50S + 1.50 × 0.70Q)

Per il risultato «Carico di progetto sulla fondazione», G contiene il peso proprio dell'edificio senza la fondazione. Per il risultato «Carico di progetto sul terreno», la massa della fondazione viene inoltre inclusa in G.

Carico utilizzato per la pressione sul terreno. Per determinare la pressione media sul terreno, i carichi vengono utilizzati senza i coefficienti 1.35 e 1.50, ma vengono verificati gli stessi due casi di azione variabile principale con il coefficiente di combinazione 0.70.

Fservice = max(G + Q + 0.70S; G + S + 0.70Q)

Pressione sul terreno

Pressione media. Il carico viene convertito da tonnellate a kilonewton utilizzando 1 t = 9.80665 kN e diviso per l'area di appoggio della fondazione. Poiché 1 kPa = 1 kN/m2, il risultato si ottiene direttamente in kPa.

p = Fservice × 9.80665 / Ab

Utilizzo della pressione ammissibile. La pressione media calcolata viene confrontata con la pressione ammissibile del terreno.

η = p / pallow × 100%

Con η = 100%, la pressione calcolata è uguale al valore ammissibile specificato. Un valore inferiore al 100% significa che la pressione media calcolata è inferiore alla pressione ammissibile del terreno specificata.

Valori incorporati per il terreno

Pressione ammissibile. Quando viene selezionato un tipo di terreno, il calcolatore inserisce il seguente valore in kPa. L'utente può sostituirlo con un valore noto relativo alle condizioni effettive del terreno.

• sabbia densa o ghiaia - 392 kPa;
• sabbia mediamente densa - 294 kPa;
• sabbia sciolta - 196 kPa;
• sabbia fine o limosa mediamente densa - 147 kPa;
• argilla sabbiosa di consistenza media - 245 kPa;
• argilla sabbiosa rigida - 245 kPa;
• terreno limoso rigido - 147 kPa;
• terreno limoso plastico - 147 kPa;
• argilla rigida - 392 kPa;
• argilla plastica - 147 kPa.

Norme europee correlate

EN 1990 «Eurocodice: Criteri generali di progettazione strutturale». Questa norma è collegata alla logica generale di combinazione delle azioni permanenti e variabili. Il calcolatore utilizza i valori fissi γG = 1.35, γQ = 1.50 e ψ0 = 0.70; il coefficiente ψ0 viene assunto uguale per i carichi utili e da neve accompagnatori come ipotesi di calcolo uniforme del calcolatore.

EN 1991-1-1 «Eurocodice 1: Azioni sulle strutture. Parte 1-1: Azioni in generale. Pesi per unità di volume, pesi propri e sovraccarichi per gli edifici». Questa norma è collegata alla determinazione dei carichi permanenti derivanti dagli elementi strutturali e dei carichi d'uso negli edifici.

EN 1991-1-3 «Eurocodice 1: Azioni sulle strutture. Parte 1-3: Azioni in generale. Carichi da neve». Questa norma è collegata al carico da neve inserito, che il calcolatore applica alla proiezione orizzontale della copertura.

EN 1997-1 «Eurocodice 7: Progettazione geotecnica. Parte 1: Regole generali». Questa norma è collegata alla progettazione geotecnica delle fondazioni e del terreno. Il calcolatore confronta la pressione media sotto la base della fondazione con la pressione ammissibile del terreno specificata.

FAQs

Perché il carico dell'edificio sulla fondazione è inferiore al carico sul terreno?

Il carico dell'edificio sulla fondazione comprende il peso proprio di pareti, solai, copertura e finiture insieme ai carichi utili e da neve, ma non comprende la massa della fondazione stessa. Nel calcolo del carico totale sul terreno, la massa della fondazione viene aggiunta al carico permanente, quindi il valore risultante è maggiore.

Perché il calcolatore verifica due combinazioni di carico utile e carico da neve?

Il carico utile e il carico da neve sono azioni variabili e ciascuno dei due può diventare il carico determinante. Il calcolatore considera quindi alternativamente ciascuno come azione variabile principale, mentre l'altro viene considerato accompagnatore con un coefficiente di 0.70, e infine seleziona il risultato maggiore.

Come vengono considerate finestre e porte nel calcolo della massa delle pareti?

Alle pareti esterne viene applicato un coefficiente di 0.85, quindi la massa calcolata del materiale e la superficie di finitura vengono ridotte del 15%. Per le pareti interne viene utilizzato un coefficiente di 0.95, il che significa che viene escluso il 5% della superficie.

Perché la superficie di finitura del pavimento è inferiore alla superficie esterna dell'edificio?

Il calcolo delle finiture di pavimento e soffitto utilizza la superficie interna del piano. Dalle dimensioni esterne viene sottratto lo spessore delle pareti esterne e successivamente la superficie occupata dalle pareti interne selezionate, quindi le strutture delle pareti non vengono incluse nella superficie di finitura.

Come viene calcolata la percentuale di utilizzo della pressione ammissibile del terreno?

La pressione media sotto la fondazione viene divisa per la pressione ammissibile del terreno specificata e moltiplicata per 100%. Ad esempio, un risultato del 75% significa che la pressione media calcolata è pari a tre quarti del valore ammissibile specificato.