Cedimenti delle fondazioni negli edifici in c.a.: come riconoscere i quadri fessurativi e scegliere l’intervento

Molti edifici in c.a. risultano soggetti nel tempo a variazioni di capacità portante del terreno, manifestando quadri fessurativi percepiti con grande preoccupazione. Le cause sono legate alle modeste prestazioni degli strati del terreno su cui sono fondati e a maggiore sensibilità degli stessi verso variazioni igrometriche in parte dovute anche al recente cambiamento climatico. L’articolo affronta la corretta lettura dei quadri fessurativi derivanti da questa frequente tipologia di dissesto e gli approcci per una corretta scelta di intervento.

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Sommario tematico

• cause geotecniche dei cedimenti delle fondazioni
• effetti dei cedimenti differenziali sulle strutture
• interpretazione dei quadri fessurativi
• diagnosi dei dissesti fondazionali
• criteri tecnici per il consolidamento

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Cause dei cedimenti delle fondazioni negli edifici: interazione terreno-struttura e fattori geotecnici

L’innesco di movimenti differenziali sulle strutture di fondazione in cemento armato può accadere subito dopo la costruzione, qualora siano presenti errori di progettazione dell’impianto fondazionale, ma anche dopo molti anni di servizio per cause derivanti da successivi interventi dell’uomo (sopraelevazioni, cambi di destinazione d’uso, scavi limitrofi) o da variazioni ambientali che influiscono nel tempo sulle prestazioni del terreno (fig. 1).

 

  

Mentre risultano facilmente rilevabili le cause legate all’intervento dell’uomo, quali ad esempio incrementi di carichi non compatibili con l’originaria progettazione del sistema fondazionale, al contrario l’innesco improvviso di quadri fessurativi non comuni alla storia di esercizio dell’edificio richiede un accurato approfondimento tecnico.

Il terreno sotto cui è fondato il fabbricato può subire nel corso del tempo delle variazioni di portanza dovute a infiltrazioni da perdite impiantistiche, innalzamento della falda, variazioni igrometriche periodiche, tali da generare lesioni sugli elementi edilizi in modo imprevisto a distanza di anni dalla costruzione.

Anche l’alternanza di periodi di siccità e di stagioni piovose, caratteristica degli ultimi cambiamenti climatici che stiamo vivendo, influenza il regime volumetrico del terreno e le sue proprietà geotecniche: periodi di siccità causano il restringimento del terreno, mentre periodi di intense piogge ne aumentano il volume, creando sollecitazioni meccaniche trasmesse alle strutture sovrastanti. I terreni argillosi, in particolare, dimostrano notevole sensibilità alla presenza dell’acqua con un comportamento variabile nel tempo, anche in relazione a variazioni di falda.

Tra le cause antropiche che possono sopraggiungere inaspettatamente nel corso della vita utile dell’edificio, rientrano scavi limitrofi o vibrazioni del traffico che possono provocare scuotimento del suolo e una redistribuzione dei carichi in fondazione.

In questi casi l’analisi del quadro fessurativo deve essere preceduta anche da preliminari indagini geologiche per caratterizzare il terreno, offrendo al tecnico strutturista elementi utili a formulare una corretta diagnosi, che tenga in conto anche l’interazione delle strutture con le caratteristiche del terreno.

Gli edifici in c.a. costruiti nel passato sono caratterizzati da un sistema di fondazioni a prevalenza puntuale, dove è più frequente l’utilizzo di plinti isolati rispetto alle attuali platee.

Ciò li rende maggiormente sensibili alle variazioni di portanza del terreno sottostante a causa di una minore area di impronta, e conseguente limitata possibilità di ridistribuire le tensioni eccedenti al restante sistema fondazionale dotato di adeguata continuità.

Quando una crepa nel muro indica un problema di fondazioni
Non tutte le fessure presenti negli edifici indicano necessariamente un problema strutturale. Tuttavia, in alcuni casi il quadro fessurativo può essere il segnale di cedimenti delle fondazioni o di movimenti differenziali del terreno.Le lesioni riconducibili a dissesti fondazionali presentano spesso alcune caratteristiche ricorrenti. In particolare tendono ad avere andamento diagonale o inclinato, sviluppandosi a partire dagli spigoli delle aperture (porte e finestre) o lungo le murature portanti. La larghezza della fessura può inoltre variare lungo il suo sviluppo, segnalando una deformazione della struttura.
Un altro elemento diagnostico importante è la continuità della lesione tra diversi elementi dell’edificio, ad esempio tra murature e strutture in cemento armato o tra pareti interne ed esterne. In questi casi la fessura può essere associata a rotazioni o abbassamenti localizzati delle fondazioni.
Per distinguere una semplice fessurazione da un dissesto strutturale è fondamentale valutare anche l’evoluzione nel tempo delle lesioni, eventualmente attraverso sistemi di monitoraggio, e verificare le condizioni geotecniche del terreno di fondazione. Solo un’analisi integrata tra comportamento della struttura e caratteristiche del terreno consente di stabilire se la crepa rappresenta un fenomeno superficiale oppure il segnale di un problema fondazionale più significativo.

   

Quadri fessurativi da cedimento differenziale: come riconoscere le lesioni negli edifici esistenti

I cedimenti del terreno, di estensione solitamente puntuale e quindi differenziata rispetto alla continuità delle fondazioni, si manifestano sulla struttura in elevazione attraverso l’apertura di crepe che destano immediata preoccupazione ai fruitori dell’edificio perché inattese.

Trattandosi di abbassamenti che interessano prima di tutto le strutture verticali portanti in c.a. (pilastri o setti) direttamente connesse al sistema fondazionale, le fessure si manifestano all’inizio sugli elementi secondari dotati di minore rigidezza trascinati dal movimento differenziale del telaio portante in c.a. (fig. 2).

 

 

Tabella – Quadri fessurativi tipici negli edifici con telaio in cemento armato soggetti a cedimenti fondazionali

Tipologia di fessura	Dove si manifesta tipicamente	Meccanismo strutturale nel telaio in c.a.	Indicazioni diagnostiche
Fessura verticale nei tamponamenti	Tamponamenti in laterizio o tramezzi interni	Abbassamento localizzato di un pilastro che trascina il tamponamento meno rigido	Spesso compare vicino ai pilastri o lungo i giunti tamponamento-struttura
Fessura diagonale dai vani finestra/porta	Tamponamenti esterni o pareti divisorie	Rotazione del telaio strutturale dovuta a cedimento differenziale di una fondazione	Lesione inclinata che parte dagli spigoli delle aperture
Fessura a gradoni nei tamponamenti	Murature di tamponamento in laterizio	Deformazione differenziale tra pilastri adiacenti con trascinamento del tamponamento	Segue i giunti di malta con andamento “a scaletta”
Distacco tamponamento-pilastro o tamponamento-trave	Interfaccia tra telaio in c.a. e muratura	Movimento relativo tra struttura portante e tamponamento	Tipico negli edifici a telaio: indica deformazione del telaio
Fessura passante nel tamponamento	Pareti interne o facciate	Cedimento fondazionale più marcato con deformazioni significative del telaio	Può attraversare l’intero spessore della parete

 Nota tecnica
Negli edifici con struttura a telaio in cemento armato:
- il danneggiamento inizia quasi sempre nei tamponamenti o nei tramezzi
- la struttura portante può restare inizialmente integra grazie all’iperstaticità del telaio
- solo nei casi più gravi le lesioni coinvolgono pilastri, nodi trave-pilastro o setti

 

In molti casi, per edifici di altezza superiore ai 4-5 piani f.t., l’iperstaticità del telaio in c.a. permette di limitare il danneggiamento ai soli piani inferiori determinando un effetto arco tale da esentare o ridurre notevolmente il danno ai piani superiori.

Le crepe iniziano a formarsi nelle zone di connessione delle suddette strutture verticali con i tamponamenti (fig. 3) e/o con i pavimenti (fig. 4), per poi progredire secondo schemi facilmente classificabili (fig. 2) con andamenti generati dalla combinazione di più sollecitazioni contemporaneamente in atto (compressione / trazione, flessione, taglio e torsione) e derivanti dall’iperstaticità del telaio strutturale.

 

  

  

Inoltre, gli effetti del cedimento possono favorire anche deformazioni sui solai, in alcuni casi con entità tali da compromettere la funzionalità e l’agibilità dell’edificio o di porzioni di esso (fig. 5).

 

 

La progressione del danneggiamento anche dei soli elementi secondari può rappresentare elemento di insicurezza: in fig. 4 è rappresentato un grave dissesto, a seguito di un cedimento fondazionale, subito sia dai tramezzi di separazione delle cantine in un Condominio, con rotture per schiacciamento a seguito dell’inflessione del solaio soprastante, sia subito dal solaio stesso con fenomeni di sfondellamento.

Solo in casi più gravi, se il cedimento non viene fermato per tempo con idonei interventi, la fessurazione arriva ad interessare e compromettere anche la stabilità delle strutture portanti in c.a. Il tecnico strutturista è tenuto a verificare l’integrità dei nodi trave-pilastro, perché il collasso anche di pochi nodi può compromettere la stabilità della struttura (fig. 1).

In linea generale, i segni iniziali del dissesto fondazionale sono lesioni sui tramezzi, distacco degli stessi dagli elementi portanti, danneggiamento di pavimenti e zoccolini. Di conseguenza, può capitare di rilevare anche distorsioni dei telai delle porte e delle finestre, con difficoltà di apertura o chiusura.

 

 

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Cedimento uniforme vs cedimento differenziale delle fondazioni

Il cedimento delle fondazioni è il fenomeno di abbassamento del terreno di fondazione sotto l’azione dei carichi della struttura. In funzione della distribuzione delle deformazioni del terreno si distinguono due casi principali.

Cedimento uniforme
Si verifica quando tutte le fondazioni dell’edificio si abbassano in modo pressoché uguale. In questo caso la struttura subisce una traslazione verticale senza deformazioni significative e generalmente non si generano danni strutturali rilevanti. Il fenomeno è spesso associato alla compressione progressiva del terreno sotto carico.

Cedimento differenziale
Si manifesta quando parti diverse della struttura si abbassano in modo non uniforme. Questa condizione genera rotazioni e deformazioni della struttura, con conseguente formazione di lesioni e quadri fessurativi. I cedimenti differenziali possono essere causati da variazioni locali delle caratteristiche del terreno, presenza di riempimenti eterogenei, variazioni del contenuto d’acqua o modifiche dei carichi strutturali.

Dal punto di vista strutturale, il cedimento differenziale rappresenta la condizione più critica, poiché introduce stati tensionali aggiuntivi negli elementi portanti e può compromettere la sicurezza dell’edificio.

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Diagnosi dei dissesti fondazionali e criteri per scegliere l’intervento di consolidamento

Come accade per ogni dissesto su cui intervenire, la tecnica di rinforzo deve essere valutata dal progettista in funzione del contesto a cui adattarsi: non esiste una soluzione valida per ogni caso, né quella giusta rispetto ad altre errate, bensì una scelta compatibile in relazione al caso studio.

Le due principali tecniche di intervento per cedimenti del terreno sono

• il rinforzo con iniezioni di resine espandenti nel terreno
• oppure l’infissione di pali o micropali in c.a., con alcune varianti presenti in letteratura tecnica da valutarsi nel contesto di operazione.

Gli esisti della relazione geologica e la determinazione delle diverse stratigrafie del terreno risultano basilari per adempiere ad una corretta valutazione, senza la quale risulterebbe impossibile stabilire a quale profondità corretta applicare la tecnica di rinforzo.

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FAQ tecniche – Cedimenti fondazioni in c.a.: quadri fessurativi e tecniche di intervento

Che cosa si intende tecnicamente per cedimento fondazionale in una struttura in cemento armato?
Il cedimento fondazionale è lo spostamento verticale del piano di fondazione causato dalla deformazione del terreno sotto carico. Dal punto di vista strutturale si distingue tra cedimento uniforme (compatibile con la struttura e generalmente poco dannoso) e cedimento differenziale, che genera rotazioni del sistema fondazionale e deformazioni del telaio in c.a. con incremento delle sollecitazioni interne negli elementi strutturali.

Qual è il ruolo dell’interazione terreno–struttura nei dissesti fondazionali?
Il comportamento del sistema dipende dall’interazione tra rigidezza del telaio strutturale e deformabilità del terreno. Nei telai in c.a. iperstatici, variazioni locali della portanza del terreno generano redistribuzioni di sforzi che producono momenti flettenti e tagli aggiuntivi nei pilastri e nelle travi di fondazione, con conseguenti quadri fessurativi negli elementi non strutturali trascinati dalla deformazione del telaio.

Quali tipologie di quadri fessurativi sono tipiche dei cedimenti differenziali nei telai in c.a.?
I cedimenti localizzati di pilastri o setti producono generalmente:

• lesioni diagonali nei tamponamenti, dovute a deformazioni a taglio del telaio;
• fessure verticali o inclinate nelle zone di connessione pilastro-tamponamento;
• distacchi tra pavimentazioni e pareti perimetrali;
• lesioni nei tramezzi e deformazioni dei solai nei casi più avanzati.
  La geometria delle fessure dipende dalla combinazione di azioni di flessione, taglio e torsione indotte dalla deformazione del sistema strutturale. 

Perché gli edifici in c.a. esistenti con fondazioni a plinti isolati sono più vulnerabili?
Molti edifici realizzati nel secondo dopoguerra utilizzano fondazioni puntuali con plinti isolati collegati da travi di fondazione. Questo schema presenta una limitata capacità di redistribuzione delle tensioni nel terreno. In presenza di variazioni locali della portanza, l’area di impronta ridotta dei plinti favorisce l’innesco di cedimenti differenziali rispetto ai sistemi fondazionali continui come le platee.

Quali indagini sono necessarie per diagnosticare correttamente un cedimento fondazionale?
La diagnosi deve integrare più livelli di indagine:

• rilievo e classificazione del quadro fessurativo;
• monitoraggio delle lesioni nel tempo con fessurimetri o sistemi digitali;
• indagini geognostiche (carotaggi, prove penetrometriche, sondaggi);
• prove geotecniche in sito e laboratorio per determinare compressibilità e resistenza del terreno;
• analisi dell’eventuale presenza di perdite impiantistiche o variazioni della falda.

Come funzionano tecnicamente le iniezioni di resine espandenti nel consolidamento del terreno?
La tecnica prevede perforazioni di piccolo diametro nel terreno e l’iniezione di resine poliuretaniche ad espansione controllata. L’espansione genera un aumento della densità e della rigidezza del terreno circostante, migliorandone il modulo di deformazione e riempiendo eventuali vuoti o cavità presenti sotto le fondazioni superficiali. Il passo delle iniezioni e la pressione di esercizio devono essere definiti in funzione della stratigrafia e della risposta del terreno.

Quando è necessario ricorrere a micropali o pali di sottofondazione?
L’utilizzo di micropali è indicato quando il terreno superficiale presenta scarsa portanza o quando gli strati competenti si trovano a profondità significativa. I micropali trasferiscono i carichi della fondazione agli strati profondi attraverso resistenza di punta e attrito laterale. L’intervento può prevedere l’ancoraggio diretto alla fondazione esistente o la realizzazione di un cordolo di ripartizione in c.a. collegato ai nuovi elementi di fondazione.

Quali verifiche strutturali deve eseguire il progettista dopo un cedimento fondazionale?
Oltre alla valutazione geotecnica, il progettista deve verificare la sicurezza degli elementi strutturali più sollecitati dal dissesto. In particolare è necessario controllare:

• integrità dei nodi trave-pilastro, spesso critici nei telai in c.a.;
• incremento delle azioni flettenti e taglianti nei pilastri interessati dal cedimento;
• eventuali deformazioni dei solai e fenomeni di danneggiamento degli elementi secondari.