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.

Perché il peso della struttura cambia il progetto delle fondazioni

Le fondazioni trasferiscono al terreno le azioni provenienti dalla costruzione. Tra queste rientrano i carichi permanenti strutturali G1 — travi, pilastri, pareti portanti e solai — e i carichi permanenti non strutturali G2, come massetti, pavimenti, tramezzi, rivestimenti e impianti fissi. Le NTC 2018 richiedono che tali azioni siano definite nel modello di calcolo e combinate con i carichi variabili e con le azioni sismiche secondo gli stati limite pertinenti.

A parità di destinazione d’uso e superficie, un sistema leggero riduce la quota di carico dovuta al peso proprio. Questo può diminuire la pressione media sul terreno e le sollecitazioni nelle fondazioni, ma non autorizza a ridimensionarle con una semplice proporzione. Il progettista deve comunque verificare capacità portante, cedimenti, scorrimento, ribaltamento, flessione, taglio, punzonamento e risposta sismica dell’insieme terreno-struttura.

Il precedente articolo sui carichi permanenti in fondazione spiega il principio generale. Qui il tema viene sviluppato come confronto quantitativo tra due soluzioni applicate alla stessa villa.

Il modello di confronto: due ville equivalenti

Per rendere leggibile il confronto assumiamo un edificio campione con caratteristiche identiche per entrambe le alternative:

  • impronta a terra di 100 m²;
  • due livelli fuori terra, per 200 m² complessivi;
  • stessa geometria architettonica, stessa destinazione residenziale e medesime prestazioni dell’involucro;
  • stesso sito, stessa pericolosità sismica e medesimo terreno di fondazione;
  • assenza di piano interrato;
  • confronto limitato ai carichi permanenti della sovrastruttura e alla loro incidenza preliminare sulle fondazioni.

La prima soluzione adotta un telaio in calcestruzzo armato, solai in laterocemento e tamponamenti tradizionali. La seconda utilizza un telaio leggero in acciaio formato a freddo, solai e pareti stratificati a secco, secondo la logica costruttiva del sistema Mechano Advanced Steel Frame.

Nota metodologica: i valori seguenti sono un esempio comparativo coerente, costruito per illustrare il procedimento. Non rappresentano un progetto esecutivo, un preventivo o una percentuale garantita. Ogni intervento richiede relazione geologica, indagini geotecniche e calcolo firmato da un professionista abilitato.

Calcolo dei carichi permanenti: laterocemento e acciaio a secco

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.

Componente Villa in laterocemento Villa in acciaio a secco Differenza
Solaio interpiano e finiture 450 kN 220 kN −51%
Copertura 400 kN 180 kN −55%
Strutture verticali e involucro 400 kN 200 kN −50%
Totale G1 + G2 1.250 kN 600 kN −52%

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.

Dai carichi alle fondazioni: cosa cambia davvero

In una verifica preliminare molto semplificata, l’area teorica necessaria a trasferire un carico verticale può essere espressa come A = N / q, dove N è il carico di esercizio e q è la pressione ammissibile assunta per il terreno.

Assumendo, soltanto per il confronto, q = 150 kPa e trascurando in questa formula preliminare il peso delle fondazioni:

villa in laterocemento: 1.250 / 150 = 8,3 m² di area resistente teorica;

villa in acciaio a secco: 600 / 150 = 4,0 m² di area resistente teorica.

Questi numeri non sono le dimensioni finali della fondazione. Le superfici reali sono condizionate dalla disposizione di pareti e pilastri, dalle dimensioni minime costruttive, dai collegamenti, dalle eccentricità, dalle azioni orizzontali, dai cedimenti differenziali e dalle prescrizioni sismiche. La proporzione serve però a comprendere perché, quando la capacità portante è un fattore dominante, la leggerezza della sovrastruttura può produrre un vantaggio concreto.

Confronto delle quantità: scavi, calcestruzzo e armature

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.

Voce Laterocemento Acciaio a secco Variazione
Scavo 70 m³ 50 m³ −29%
Calcestruzzo fondazioni 28 m³ 18 m³ −36%
Armature 2,8 t 1,7 t −39%
Casseri 120 m² 90 m² −25%
Indice costo fondazioni 100 68 −32%

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.

Incidenza economica: il costo non si riduce in modo lineare

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.

Quando il risparmio sulle fondazioni può ridursi

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.

Come impostare un confronto corretto nel progetto reale

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.

Riferimenti normativi e metodologici

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 scelta strutturale va fatta prima del dimensionamento delle fondazioni

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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    FAQ

    Qual è la differenza di peso tra un solaio in acciaio e uno in laterocemento?

    Non esiste un valore unico perché stratigrafia, luce, carichi e finiture cambiano da progetto a progetto. Nell’esempio dell’articolo il solaio interpiano con le relative finiture passa da 4,5 kN/m² nel sistema tradizionale a circa 2,2 kN/m² nella soluzione a secco, con una riduzione indicativa del 51%. Il valore definitivo deve provenire dal computo dei pesi propri del progetto.

    Quanto si risparmia sulle opere di fondazione scegliendo l’acciaio?

    Il risparmio non è proporzionale in modo automatico alla riduzione di peso. Nel caso esemplificativo l’indice di costo passa da 100 a 68, con una diminuzione teorica del 32%. Terreno, falda, sismicità, geometria, minimi costruttivi e prezzi locali possono aumentare o ridurre sensibilmente questo vantaggio.

    È possibile costruire su terreni a bassa portanza utilizzando strutture in acciaio?

    Una sovrastruttura leggera riduce la pressione trasmessa e può rendere più efficiente la fondazione, ma non elimina le criticità geotecniche. Su terreni scadenti possono restare necessari consolidamenti, platee, pali o micropali. La soluzione deve essere definita sulla base di indagini e verifiche specifiche.

    Una villa in acciaio può essere costruita senza fondazioni in calcestruzzo?

    In genere no. Il telaio in acciaio deve essere ancorato a un sistema di fondazione capace di trasferire al terreno azioni verticali e orizzontali. La leggerezza può ridurre quantità e dimensioni, ma non sostituisce le verifiche previste dalla normativa né i dettagli di ancoraggio e durabilità.