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Art. 87 D.P.R. 380/2001 (TUE) – Verifica delle fondazioni
In vigore dal 30/06/2003
1974, n. 64, art. 11) 1. I calcoli di stabilità del complesso terreno-opera di fondazione si eseguono con i metodi ed i procedimenti della geotecnica, tenendo conto, tra le forze agenti, delle azioni sismiche orizzontali applicate alla costruzione e valutate come specificato dalle norme tecniche di cui all’articolo 83.
Avvertenza: il testo è pubblicato a fini informativi e divulgativi. Per casi specifici è sempre consigliato rivolgersi a un professionista abilitato.
In sintesi
L’art. 87 del D.P.R. 380/2001 disciplina la verifica delle fondazioni in zona sismica, stabilendo i principi di calcolo della stabilità del complesso terreno-fondazione. La disposizione, ereditata dall’art. 11 della L. 64/1974, fornisce il fondamento normativo dell’analisi geotecnica delle fondazioni in presenza di azioni sismiche, una materia tecnicamente complessa che le NTC 2018 (D.M. 17 gennaio 2018) hanno significativamente sviluppato. La sicurezza delle fondazioni è cruciale per la sicurezza complessiva dell’edificio: un cedimento o una crisi delle fondazioni durante un sisma può portare a danni strutturali catastrofici, anche per edifici la cui struttura in elevazione sia perfettamente progettata.
I metodi della geotecnica: il principio fondamentale
La norma stabilisce che i calcoli di stabilità del complesso terreno-fondazione si eseguono con i metodi e procedimenti della geotecnica. Si tratta del riconoscimento normativo dell’autonomia disciplinare della geotecnica, settore specialistico dell’ingegneria che si occupa del comportamento dei terreni e delle interazioni con le strutture. I metodi della geotecnica includono: l’analisi della capacità portante (verifica che il carico sul terreno non superi la sua resistenza); l’analisi dei cedimenti (valutazione delle deformazioni del terreno sotto carico); l’analisi della stabilità globale (verifica che non si verifichino scorrimenti o frane); l’analisi della liquefazione (per terreni saturi suscettibili). Le NTC 2018 hanno integrato i metodi tradizionali con approcci probabilistici e con verifiche agli stati limite ultimi e di esercizio.
Le azioni sismiche orizzontali sulle fondazioni
La norma specifica che, tra le forze agenti, devono essere considerate le azioni sismiche orizzontali applicate alla costruzione, valutate secondo le norme tecniche dell’art. 83. Le azioni sismiche generano sulle fondazioni: forze orizzontali (taglio alla base) trasferite dalla struttura in elevazione; momenti ribaltanti che producono variazioni significative degli sforzi normali; azioni inerziali del terreno stesso (effetto della massa di terreno coinvolta nel movimento sismico). Le NTC 2018 dettagliano i metodi di calcolo di queste azioni: il metodo pseudo-statico (che assimila le azioni sismiche a forze statiche equivalenti) è il più diffuso; il metodo dinamico semplificato e il metodo dinamico avanzato sono utilizzati per opere di particolare importanza o complessità.
Le tipologie di fondazione e le verifiche specifiche
L’art. 87 si applica a tutte le tipologie di fondazione, ciascuna con verifiche specifiche. Per le fondazioni superficiali (plinti, travi rovesce, platee), le verifiche includono: capacità portante in condizioni statiche e sismiche (con le formule tradizionali di Terzaghi, Meyerhof, Brinch Hansen, integrate con coefficienti sismici); scorrimento alla base (verifica che la forza orizzontale non superi la resistenza per attrito e coesione); cedimenti totali e differenziali; stabilità complessiva del manufatto. Per le fondazioni profonde (pali singoli, gruppi di pali, paratie), le verifiche sono più complesse: portanza laterale e in punta del singolo palo; effetto gruppo (interazione tra pali vicini); carichi orizzontali sismici (con metodi di analisi non lineare); cedimenti e rotazioni della testa.
L’interazione terreno-struttura
Le NTC 2018 hanno introdotto l’attenzione all’interazione terreno-struttura (Soil-Structure Interaction o SSI), tema di crescente rilevanza nella progettazione antisismica moderna. L’interazione si manifesta in due modi: la flessibilità delle fondazioni modifica la risposta sismica della struttura in elevazione (allungamento del periodo proprio di vibrazione, modifica della distribuzione delle azioni); la presenza della struttura in elevazione modifica la risposta sismica del terreno (effetti cinematici e inerziali). Per la maggior parte degli edifici residenziali, l’interazione può essere trascurata adottando schemi semplificati (struttura su base rigida); per edifici alti, particolari, o con fondazioni profonde, l’interazione deve essere modellata in modo appropriato.
Il rischio di liquefazione
Per i terreni sabbiosi saturi, in zona sismica, esiste il rischio di liquefazione, fenomeno per cui il terreno perde la propria resistenza durante il sisma trasformandosi in un fluido viscoso. La liquefazione può causare cedimenti differenziali catastrofici delle fondazioni, anche di edifici altrimenti correttamente progettati (es. evento sismico Niigata 1964, Kobe 1995, Christchurch 2011). Le NTC 2018 prescrivono indagini geotecniche specifiche per i siti suscettibili (terreni granulari saturi, falda superficiale, accelerazione sismica significativa) e verifiche dedicate. In caso di rischio significativo, sono richiesti interventi di mitigazione (densificazione del terreno, drenaggi, fondazioni profonde che superino lo strato liquefacibile).
Casi pratici
Tizio è proprietario di un terreno costiero in zona sismica 1, su cui vuole edificare un albergo di sei piani. L’ingegnere Sempronio progetta l’opera affidando preliminarmente un’indagine geotecnica al geologo Mevio. Mevio rileva: terreni sabbiosi saturi nei primi 10 metri di profondità (con rischio di liquefazione); strato argilloso compatto da 10 a 25 metri; substrato roccioso oltre i 25 metri. Sempronio decide di adottare fondazioni profonde su pali in c.a. di 30 metri di lunghezza, ammorsati nel substrato roccioso, per superare lo strato liquefacibile. Esegue le verifiche geotecniche: portanza dei pali in condizioni statiche e sismiche; verifica della liquefazione e dei suoi effetti sui pali (con metodi specifici); cedimenti del gruppo di pali; effetti di interazione con la struttura. Le verifiche risultano positive. Il progetto strutturale è depositato al Genio Civile ex art. 93. L’opera è realizzata in sicurezza.
L’integrazione tra strutturista e geologo
L’art. 87 implica una stretta collaborazione tra strutturista (responsabile del progetto strutturale) e geologo (responsabile dell’inquadramento geologico). Il geologo redige la relazione geologica, che descrive le caratteristiche del sito, la stratigrafia, le falde acquifere, i fenomeni geomorfologici, la classificazione sismica del sito (categoria di sottosuolo). Lo strutturista redige la relazione geotecnica, che applica i dati geologici alla progettazione delle fondazioni, definendo i parametri geotecnici di calcolo (capacità portante, moduli di deformazione, parametri di resistenza al taglio) e le verifiche specifiche. Le due relazioni sono complementari e devono essere coerenti: la mancanza o la carenza di una compromette la qualità del progetto strutturale.
Profili pratici e di responsabilità
Per il professionista incaricato della progettazione delle fondazioni in zona sismica, è essenziale: predisporre per tempo le indagini geologiche e geotecniche adeguate alla complessità del sito; collaborare attivamente con il geologo per ottenere i parametri di calcolo necessari; applicare correttamente i metodi delle NTC 2018, scegliendo quelli appropriati alla tipologia di fondazione e di terreno; documentare le verifiche nella relazione di calcolo, con riferimenti precisi alle norme applicate; considerare i fenomeni speciali (liquefazione, cedimenti differenziali, interazione terreno-struttura) quando rilevanti. La responsabilità professionale per progettazione carente delle fondazioni è particolarmente grave, perché i danni da cedimento o da crisi delle fondazioni sono spesso irreparabili e di entità significativa. La collaborazione interdisciplinare riduce significativamente i rischi.
Domande frequenti
Quali tipi di fondazione si possono usare in zona sismica?
In zona sismica si possono utilizzare tutte le tipologie di fondazione (superficiali e profonde), purché correttamente progettate e verificate per le azioni sismiche. Le fondazioni superficiali (plinti, travi rovesce, platee) sono adatte a terreni con buone caratteristiche geotecniche e a edifici di limitate dimensioni. Le fondazioni profonde (pali in c.a., micropali, jet grouting) sono necessarie per terreni con caratteristiche scarse, falde superficiali, o per edifici di rilevanti dimensioni. La scelta dipende dalle caratteristiche del sito (stratigrafia, falda, classificazione sismica), dall’importanza dell’opera, dai costi. Per i terreni a rischio di liquefazione, le fondazioni devono superare lo strato liquefacibile o adottare interventi di consolidamento del terreno. Le NTC 2018 dettagliano le verifiche richieste per ogni tipologia.
Cos'è la liquefazione e come si previene?
La liquefazione è il fenomeno per cui un terreno sabbioso saturo perde la propria resistenza durante un sisma, trasformandosi in un fluido viscoso. Si verifica per terreni granulari sciolti, sotto falda, in zone sismiche significative. Le conseguenze sono cedimenti differenziali catastrofici, sollevamenti del terreno, danni alle fondazioni. La prevenzione passa per: indagini geotecniche dedicate per identificare il rischio (analisi granulometriche, prove SPT, prove CPT, analisi di laboratorio); verifica del rischio con metodi specifici (Seed e Idriss, Iwasaki, ecc.); adozione di interventi di mitigazione quando il rischio è significativo (densificazione del terreno con compattazione dinamica o vibroflottazione, drenaggi profondi, sostituzione del terreno, fondazioni profonde che superino lo strato liquefacibile). La pianificazione urbanistica può escludere l’edificazione in siti con elevato rischio non mitigabile.
Come si calcola la capacità portante in condizioni sismiche?
Le NTC 2018 prescrivono il metodo pseudo-statico per il calcolo della capacità portante in condizioni sismiche: la formula classica della capacità portante (Terzaghi, Meyerhof, Brinch Hansen) viene modificata con coefficienti riduttivi che tengono conto dell’inclinazione delle azioni risultanti (effetto delle forze sismiche orizzontali) e dell’inerzia del terreno coinvolto nel movimento sismico. I coefficienti dipendono dall’intensità sismica del sito, dalla geometria della fondazione e dal tipo di terreno. Per casi complessi (es. fondazioni su terreni stratificati, presenza di falda, fondazioni di forma irregolare), possono essere necessari metodi più sofisticati (analisi numerica con elementi finiti, metodi di equilibrio limite avanzati). La verifica deve essere effettuata sia per la condizione di carico sismico (combinazione sismica) che per la condizione statica.
Cosa significa «interazione terreno-struttura»?
L’interazione terreno-struttura (SSI) è il fenomeno per cui la flessibilità delle fondazioni modifica la risposta sismica della struttura in elevazione. La struttura non vibra come se fosse incastrata su una base rigida, ma considera anche la deformabilità del terreno sottostante. Le conseguenze sono: allungamento del periodo proprio fondamentale; possibile riduzione delle azioni sismiche di calcolo (effetto generalmente favorevole); aumento degli spostamenti totali (sollevamento delle fondazioni). Per la maggior parte degli edifici residenziali, l’interazione può essere trascurata adottando schemi semplificati (struttura su base rigida); per edifici alti, particolari, o con fondazioni profonde, l’interazione deve essere modellata. Le NTC 2018 forniscono indicazioni sulle condizioni in cui considerare l’interazione e sui metodi semplificati.
I cedimenti differenziali sono sempre un problema?
I cedimenti differenziali (cedimenti diversi tra parti diverse della stessa struttura) sono potenzialmente pericolosi perché generano sollecitazioni aggiuntive sugli elementi strutturali. Cedimenti uniformi sono generalmente tollerabili (entro certi limiti); cedimenti differenziali significativi possono causare lesioni strutturali, schiacciamenti, perdita di funzionalità degli impianti. Le NTC 2018 fissano limiti massimi per i cedimenti differenziali in funzione della tipologia strutturale. Per ridurre il rischio: dimensionare le fondazioni in modo da uniformare le pressioni sul terreno; considerare la stratigrafia variabile del sito; adottare fondazioni più rigide (platee, travi rovesce) per terreni eterogenei; in casi estremi, intervenire sul terreno (consolidamento, jet grouting). La progettazione deve sempre considerare la possibilità di cedimenti differenziali e dimensionare la struttura per assorbirli.