Calcolo dei carichi in fondazione: confronto tra villa in acciaio e laterocemento

Quanto incide davvero la scelta del sistema costruttivo sulle fondazioni di una villa? Il confronto non si esaurisce nel peso del singolo solaio: deve considerare l’intera catena dei carichi permanenti, il modo in cui vengono trasferiti al terreno e le verifiche geotecniche e sismiche che determinano dimensioni, armature e costo delle opere di fondazione.

Una villa realizzata con una struttura in acciaio a secco può trasmettere al terreno una massa sensibilmente inferiore rispetto a un edificio equivalente in laterocemento. Il vantaggio potenziale riguarda i volumi di scavo, il calcestruzzo, le armature e, nei casi più favorevoli, la possibilità di evitare fondazioni profonde. Non esiste però una percentuale valida per ogni progetto: la riduzione effettiva dipende dal terreno, dalla geometria, dalle azioni orizzontali e dai dettagli costruttivi.

Questo articolo sviluppa un confronto numerico semplificato tra due ville equivalenti. L’obiettivo è mostrare il metodo di valutazione e gli ordini di grandezza, non sostituire il progetto strutturale e geotecnico.

Nel modello semplificato i carichi vengono ricondotti a tre macro-componenti: solaio interpiano e finiture, copertura, strutture verticali e involucro. I valori comprendono G1 e G2 ma non i sovraccarichi variabili, che restano gli stessi nelle due alternative e quindi non spiegano la differenza dovuta al sistema costruttivo.

La riduzione del carico permanente caratteristico è pari a 1.250 − 600 = 650 kN, cioè circa il 52%. Convertita in massa equivalente, la differenza è di circa 66 tonnellate. Il dato non significa che ogni elemento di fondazione possa essere ridotto del 52%: indica la quantità di massa strutturale che non deve essere sostenuta e accelerata durante il sisma.

La minore massa produce anche un beneficio sul lato sismico, perché le forze d’inerzia dipendono dalla massa partecipante. La risposta reale è però influenzata anche da rigidezza, periodo proprio, duttilità, regolarità e sistema di controvento; per questo il confronto deve essere eseguito su modelli strutturali completi.

Supponiamo che il predimensionamento, dopo l’applicazione dei minimi geometrici e delle verifiche concettuali, conduca alle quantità riportate di seguito. Anche in questo caso si tratta di un esempio parametrico: la forma della fondazione — travi rovesce, platea, plinti collegati o soluzione profonda — deve essere scelta dal progettista.

Nell’esempio la riduzione dei carichi permanenti non dimezza le fondazioni, perché minimi costruttivi e verifiche non dipendenti dal solo peso continuano a incidere. Produce tuttavia una diminuzione indicativa del 29% negli scavi, del 36% nel calcestruzzo e del 39% nelle armature.

Per evitare di associare al confronto prezzi unitari destinati a cambiare nel tempo e da zona a zona, il costo delle fondazioni della villa in laterocemento viene posto uguale a un indice 100. Applicando alle quantità dell’esempio gli stessi prezzi unitari per scavo, calcestruzzo, acciaio d’armatura, casseri e lavorazioni, la soluzione leggera restituisce un indice 68: una riduzione teorica del 32%.

L’indice deve essere ricalcolato con il prezzario regionale vigente, i prezzi di fornitura e le condizioni reali di cantiere. Trasporto, accessibilità, falda, gestione delle terre, necessità di pompaggio, opere provvisionali e tempi di esecuzione possono incidere quanto il volume dei materiali.

Il confronto economico corretto deve inoltre mantenere costanti le prestazioni richieste. Non sarebbe attendibile confrontare due fondazioni associate a edifici con superfici, finiture, resistenza al fuoco, isolamento o livelli di sicurezza differenti.

Il vantaggio della leggerezza non scompare, ma può tradursi in una riduzione meno evidente delle quantità quando:

• il terreno ha caratteristiche così scadenti da richiedere comunque pali, micropali o bonifica;
• la presenza di falda impone opere di impermeabilizzazione e controllo dello scavo;
• vento, sisma o geometrie irregolari rendono determinanti trazione, scorrimento e ribaltamento;
• il progetto prevede un piano interrato, per cui muri controterra e platea rispondono anche a esigenze architettoniche e idrauliche;
• le dimensioni minime costruttive, la durabilità e i dettagli di ancoraggio governano più della pressione media sul terreno;
• la differenza di peso della sovrastruttura è piccola rispetto ai carichi variabili o ad altre azioni dominanti.

Anche in questi casi una massa minore può ridurre le sollecitazioni sismiche e migliorare il rapporto tra domanda strutturale e capacità del terreno. Il beneficio va dimostrato nel modello, non presunto.

Un confronto attendibile tra villa in acciaio e villa in laterocemento dovrebbe seguire una sequenza condivisa:

1. definire lo stesso progetto architettonico, le stesse prestazioni e la medesima vita nominale;
2. redigere due computi dei carichi G1 e G2, distinguendo chiaramente struttura, involucro e finiture;
3. applicare gli stessi carichi variabili, le stesse condizioni ambientali e gli stessi parametri sismici;
4. utilizzare il medesimo modello geotecnico e confrontare capacità portante, cedimenti e verifiche allo stato limite;
5. predimensionare le fondazioni per entrambe le alternative e ricavare scavi, calcestruzzo, armature, casseri e tempi;
6. valorizzare le quantità con lo stesso prezzario e documentare separatamente le voci non confrontabili.

Il risultato utile non è una percentuale generica, ma una matrice trasparente che consente al committente di capire dove nasce il risparmio e quali ipotesi lo sostengono.

Il quadro tecnico di riferimento comprende le Norme tecniche per le costruzioni approvate con D.M. 17 gennaio 2018, con particolare attenzione ai capitoli sulle azioni, sulla progettazione geotecnica e sulla progettazione per azioni sismiche, e la Circolare 21 gennaio 2019 n. 7 del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici. Per il sistema costruttivo è utile consultare anche la pagina Mechano Advanced Steel Frame di Scaffsystem.

La fondazione non è un elemento indipendente dalla costruzione: è la conseguenza del sistema resistente, della massa, della distribuzione dei carichi e del terreno. Valutare l’acciaio a secco soltanto dopo aver già dimensionato le opere in calcestruzzo significa perdere una parte rilevante del potenziale di ottimizzazione.

Per ottenere un confronto attendibile occorre coordinare fin dalle prime fasi progettazione architettonica, strutturale e geotecnica. Scaffsystem può affiancare progettisti e committenti nella definizione del sistema in acciaio e dei dati necessari a confrontare in modo trasparente le alternative costruttive.

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