le fondazioni - Esame di Stato Architetto

ELEMENTI DI TECNOLOGIA DELL’
DELL’ ARCHITETTURA
A.A. 2007-2008
Prof. Luca Venturi
LE FONDAZIONI
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2
3
INDIRETTE
Sono quelle che trasmettono i carichi della
costruzione a strati profondi di terreno:
possono agire per appoggio o per attrito.
Possono essere:
a POZZI,
a PALI (in legno, in cls centrifugato, ad
elementi metallici, alla bentonite, jet-grouting),
jet-grouting),
a DIAFRAMMI
DIRETTE
Sono quelle che poggiano su strati di terreno
raggiungibili con semplici operazioni di scavo.
Possono essere:
CONTINUE:
•Ordinarie,
•A travi rovescie,
rovescie,
•A platea
DISCONTINUE:
• a plinti
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LE FONDAZIONI INDIRETTE
Le fondazioni indirette vengono praticate quando gli strati superficiali del terreno non hanno una
portanza sufficiente per sopportare il carico della struttura. Il tipo più comune, nell'edilizia storica, è il palo
di legno di particolari essenze dure e resinose, tipo quercia, rovere, ecc. eventualmente con la punta
rinforzata in metallo, detta puntazza, conficcato nel terreno attraverso battitura con speciali macchine
dette battipalo, finché non raggiunge strati di terreno solido oppure pensato per resistere mediante
l'attrito laterale che si crea con il terreno. Questa tecnologia ha subito un'evoluzione e ora esistono molte
varietà di pali, di calcestruzzo o con parti metalliche, e diverse tecniche di infissione, gettati in opera,
prefabbricati, con o senza asportazione del terreno, e anche con l'utilizzo di fanghi bentonitici o altri
materiali speciali (polimerici).
FONDAZIONI
A POZZI
FONDAZIONI
A PALI
FONDAZIONI
A DIAFRAMMI
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LE FONDAZIONI A POZZI
Sono fondazioni adatte per edifici con struttura
muraria.
Si impiegavano in passato in tutti quei casi in cui
si doveva fondare su terreni resistenti profondi
attraversando strati poco resistenti. Risultavano
più economiche rispetto alle fondazioni continue
in muratura per la minor quantità di terreno da
scavare e di muratura da eseguire.
Consistono nello scavo di pozzi fino al
raggiungimento dello strato di terreno con
buona consistenza; e di successivo riempimento
del pozzo con getto in calcestruzzo o
realizzazione di muratura portante in mattoni.
Pilone realizzato con cassone
autoaffondante in cls
Oggi sono quasi completamente sostituite dalle
fondazioni con pali in cls anche di grosso
diametro.
Pilone realizzato con anelli in
muratura di mattoni
6
LE FONDAZIONI A PALI
PALI APPOGGIATI
PALI SOSPESI
L’assetto statico viene
ottenuto poggiando su
strati profondi di terreno
con sufficiente
consistenza
La stabilità viene garantita
dall’
dall’attrito che si genera tra
la loro superficie laterale ed
il terreno
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IL BULBO DELLE PRESSIONI
Cenni sulla statica delle fondazioni su palo
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CLASSIFICAZIONE DEI PALI
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Tecnica
PALI INFISSI
Sono pali che vengono conficcati nel terreno per mezzo di una battitura eseguita con un maglio fatto
cadere da un’
un’altezza prestabilita, in modo da impartire una rapida successione di 10 colpi (volata). Dopo
ciascuna volata viene misurato l’l’affondamento subito dalla testa del palo; tale affondamento diminuirà con
l’aumento di profondità della testa. L’
L’operazione avrà termine quando l’l’affondamento relativo alla volata
sarà inferiore ad un valore minimo chiamato rifiuto.
Difetti
L’impiego di tale tecnica, può provocare vibrazioni dovute ai colpi del maglio, che si possono trasmettere
per mezzo del terreno ad altri edifici circostanti; inoltre essendo il palo un oggetto prefabbricato (in
legno, in acciaio o in cls)
cls) la sua dimensione sarà limitata.
Alcuni tipi di ghiere e puntazze
per pali in legno
Macchina battipalo
Alcuni
tipi
di
pali
prefabbricati in cls arm ato
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Tra i pali costruiti in opera possono essere distinti quelli di tipo FRANKI, VIBRO e CAMICIA.
Tra quelli costruiti fuori opera si possono distinguere i pali di LEGNO, in ACCIAIO e in CALCESTRUZZO.
1. I pali in legno,
legno, che sono stati i primi ad essere usati nelle opere civili (Venezia) presentano una
lunghezza variabile tra i 10m e i 18m con un peso Q=10!5
0t.. Presentano una puntazza in acciaio alla
Q=10!50t
base e una cuffia in sommità. Questi pali presentano basse caratteristiche meccaniche e non sono
adatti per i terreni molto addensati. Le sezioni vanno dai 10 a 20 cm, i legnami generalmente
utilizzano le essenze di larice rosso o pino, quercia, olmo. La durata dipende dal tipo di legname, dai
trattamenti subiti, dalle condizioni locali
2. I pali in acciaio possono essere a sezione a doppio T o a corona circolare. Per le sezioni a doppio T si
possono raggiungere anche i 30m con un peso pari a Q=200t.
Q=200t. In questo caso la sezione di terreno
spostata è ridotta, non ci sono grandi effetti dovuti all’
all’infissione.
infissione. Se il palo viene vesso in argilla allora
non c’è
c’è una immediata dispersione, possono formarsi rigonfiamenti che sotto carico generano dei
cedimenti. Per i pali a sezione chiusa vengono adottati diametri=30cm
50t.. In
diametri=30cm con pesi pari a Q=40!1
Q=40!150t
Italia vengono usati poco i pali in acciaio in quanto sono molto costosi, ed inoltre possono presentare
problemi di svergolamento.
3. I pali di calcestruzzo possono essere gettati oppure precompressi, sono realizzati con diametri di circa
30cm lunghezze di fino a 15m ai quali corrisponde un peso di 200t.
200t. Per questo tipo di pali devono
essere adottate delle attenzioni particolari per le sollecitazioni che vengono indotte in cantiere e per il
loro trasporto; devono quindi presentare delle particolari armature. Questo tipo di pali è sottoposto a
delle notevoli sollecitazioni anche durante la fase di infissione.
infissione. Un limite che presentano è quello delle
lunghezze limitate, potrebbero essere fatte delle giunzioni che però rappresentano dei punti di
indebolimento per il palo. Hanno sostituito quasi integralmente i pali in legno.
I problemi della fase di infissione sono quelli di un elevato rumore, delle vibrazioni indotte sul terreno e della
possibilità di spostamenti laterali che tendono a far sbandare il palo. Un metodo per facilitare l’infissione del
palo è quello di immettere tramite dei tubi interni acqua in pressione alla punta; questa iniezione deve essere
sfruttata per facilitare l’attraversamento degli strati intermedi più consistenti, ma non deve essere usata per
l’infissione nello strato più profondo dove è stata calcolata la resistenza di punta.
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PALI GETTATI IN OPERA
Tecnica
Senza asportazione di terreno
Sono realizzati per mezzo di tubi-forma in accaio (diam
(diam.. cm. 40 circa), i quali vengono infissi nel terreno
mediante battitura fino alla profondità stabilita. Fanno parte di questa tipologia i pali Simplex e i pali Franki
PALI SIMPLEX
PALI FRANKI
Tubo forma con all’estremità una puntazza
apribile; battuto come i pali infissi, una volta
raggiunta la quota stabilita,viene aperta la
punta e mentre si recupera il tubo forma si
getta il cls del palo
Tubo forma con all’
all’estremità un tappo di cls a
consistenza umida; durante l’l’infissione il
tappo impedisce al terreno di entrare; una
volta raggiunta la quota si estrae il tubo forma
e contemporaneamente si getta il cls del palo
IMPIEGHI
Questi tipi di pali possono essere impiegati in cantieri lontani da costruzioni esistenti a causa delle
forti vibrazioni che l’l’infissione provoca nel terreno. La non asportazione della terra però, favorisce
un maggiore costipamento degli strati incoerenti, aumentandone di conseguenza la resistenza. 14
PALI GETTATI TRIVELLATI
Con asportazione di terreno
L’asportazione del terreno può essere eseguita in vari modi, mediante sonde, benne mordenti o trivelle,
fatte penetrare nel terreno contemporaneamente al tubo forma. Esistono due tipi di pali: i pali Benoto,
Benoto, e i
pali radice o micropali.
micropali.
Si parla genericamente di pali trivellati poiché il
foro può essere scavato con una benna o con
speciali trivelle o sonde a percussione.
percussione.
Possono essere realizzati in tutti i tipi di terreno
anche stratificati con interstrati rocciosi e la loro
costruzione avviene in due fasi:
Esecuzione del foro mediante asportazione del
terreno;
Riempimento del foro mediante calcestruzzo
semplice o armato.
Il foro viene riempito di calcestruzzo utilizzando
uno strumento a tramoggia che consente il
riempimento del foro dal basso verso l’l’alto,
oppure mediante apposite trivelle che sono in
grado di iniettare direttamente la malta cementizia
portando così in superficie i detriti.
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Così operando si possono raggiungere notevoli profondità e costruire pali di lunghezze
diverse che si adattano alla stratigrafia del terreno.
Il cls viene gettato antro il tubo che si mantiene sopraelevato di 30/40 cm dal piano di
campagna
Il vantaggio di questa tecnica é che non vi sono vibrazioni provocate dalla battitura del palo.
Pali Benoto:
Benoto: eseguiti facendo penetrare nel
terreno
con
il
sistema
dei
cassoni
autoaffondanti una serie di elementi cilindrici di
acciaio, collegati poi l’l’uno all’
all’altro mediante
saldatura a costituire la cosiddetta camicia;
getto calcestruzzo all’
all’interno della camicia.
Generalmente impiegati per trasmettere al
terreno resistente profondo grossi carichi
concentrati. Diametri che possono raggiungere i
2 metri ed una profondità di 40 metri.
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I micropali sono indicati soprattutto nei lavori di sottofondazione e nel campo degli ancoraggi. Sono
quindi considerati pali di piccolo diametro (minore di 300mm) e sono costituiti da malta o miscele
cementizie e da idonee armature d’
d’acciaio.
L’esecuzione dei micropali avviene in tre fasi distinte: inizialmente viene eseguita una perforazione come
quelle usate per la realizzazione dei sondaggi attraverso un utensile rotante all’
all’interno di aste cave. Poi
viene immessa acqua in pressione che uscendo dal foro porta i detriti in superficie. Una volta realizzato il
foro di 10-15cm viene messo in opera un tubo di grosso spessore il quale forma l’l’armatura del
micropalo.
micropalo. A questo punto è possibile estrarre anche la camicia impiegata per realizzare il foro.
Il tubo presenta dei fori laterali realizzati ogni 50 cm sulla lunghezza e tali fori sono ricoperti da una
guaina di gomma.
Con una particolare sonda in prossimità dell’
dell’ultimo foro viene immesso del calcestruzzo, si aspetta che
questo maturi e si passa al foro successivo del tubo. La guaina di gomma che riveste i fori rappresenta
praticamente una valvola di non ritorno, questa mi garantisce che il calcestruzzo che è stato immesso
non ritorni nel tubo. In questo modo si creano dei bulbi sulla superficie laterale del tubo che ne
aumentano la resistenza.
Micropali:
Micropali: Materiali impiegati nella realizzazione dei Micropali
Prefabbricati
- Calcestruzzo cementizio della classe Rck > 500 kg/cm2;
- Armatura metallica longitudinale costituita da tondini in
acciaio ad aderenza migliorata tipo FeB 44 k disposta lungo
una circonferenza coassiale al palo, corredata da distanziatori
dalla superfìcie esterna; da staffe diam 8 disposte a spirale
con passo 8 -10 cm;
- hanno un diametro fra gli 8 ed i 12 cm e lavorano
maggiormente per attrito laterale.
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PALI ALLA BENTONITE
I pali alla bentonite vengono utilizzati per terreni incoerenti in presenza di falde superficiali.
Contemporaneamente alla operazione di scavo (realizzata con benna mordente) viene immesso nel foro
fango bentonitico,
bentonitico, il quale ha la funzione di impedire all’
all’acqua di occupare lo scavo. Una volta raggiunta la
quota desiderata, viene immesso dal fondo il cls,
cls, il quale spinge in una vasca di recupero il fango
bentonitico.
bentonitico.
Il fango pesante e gelatinoso esercita una pressione idrostatica sufficiente ad assicurare la stabilità delle
pareti del palo e nello stesso tempo crea una barriera impenetrabile alle infiltrazioni d’
d’acqua. La gettata di
calcestruzzo viene effettuata impiegando un lungo imbuto che deposita il conglomerato alla base del palo;
man mano che si versa il calcestruzzo, il fango viene spostato in alto e si recupera nell’
nell’apposita vasca. Il
palo può essere anche armato, ed in tal caso l’l’armatura si pone in opera prima dell’
dell’inizio del getto.
La presenza del fango bentonitico non nuoce all’
all’armatura di ferro.
PROFONDITÀ: 40-60 Mt,
Mt, diametri da 50 a 150 cm.
(13)
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ALTRI TIPI
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Cuffie di protezione delle testate
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FONDAZIONI A DIAFRAMMI
I diaframmi costituiscono un tipo particolare di fondazione generalmente impiegato per predisporre opere di
contenimento del terreno in caso di sbancamento in adiacenza ad edifici esistenti.
I diaframmi vengono realizzati tramite l’utilizzo di una benna a mordente che realizza uno scavo rettangolare con
larghezza fra i 40 ed i 120 cm ed una lunghezza fra i 150 ed i 300 cm. Anche in questo caso il fango bentonitico
mentre impedisce il franamento del terreno, favorisce l’inserimento dell’armatura metallica ed il getto di cls. Gli
elementi del diaframma vengono posozionati in maniera alternata, evitando così di realizzare uno scavo troppo
ampio nei pressi di edifici esistenti. Una volta realizzato il diaframma, sarà possibile effettuare lo scavo di
sbancamento.
Durante lo scavo di sbancamento vengono inoltre inseriti appositi tiranti di ancoraggio per una maggiore stabilità
del diaframma.
1) Realizzazione della prim a serie
di elem enti
2) Com pletam ento del diafram m a
con la seconda serie di elem enti
3) Scavo in fase di esecuzione
4) Realizzazione dei tiranti di
ancoraggio
e
com pletam ento
dello scavo di sbancam ento
(14)
(15) Benna m ordente
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FONDAZIONI IN PRESENZA D’ACQUA
Quando la presenza di acqua è così abbondante da non consentire di eseguire i normali lavori di scavo, si
può ricorrere a operazioni specifiche per abbassare il livello dell’
dell’acqua o deviarne il corso.
L’abbassamento della falda può essere ottenuto perforando pozzi adiacenti allo scavo o pompando acqua
fuori dallo scavo con pompe aspiranti. Per eliminare la presenza di acque superficiali é possibile ricorrere
a sbarramenti che impediscano o rallentino in misura suffciente il flusso d’
d’acqua nello scavo. A questo
scopo vengono utilizzate le così dette Palancole o Ture in calcestruzzo armato prefabbricate, o lamiere
metalliche sagomate, che vengono infisse nel terreno con i battipali.
Palancole in calcestruzzo e palancole in acciaio
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È possibile utilizzare altri sistemi meno costosi, consistenti in: cassoni prfabbricati a cielo aperto e cassoni
galleggianti.
I primi sono aperti sia sopra che sotto, vengono fatti affondare progressivamente nel terreno grazie ad una
benna che scava all’
all’interno del cassone, raggiunta la profondità prevista il cassone viene riempito con cls.
cls.
Il secondo tipo consiste in un cassone con fondo, che viene portato alla quota desiderata per mezzo di un
getto di cls.
cls.
Cassoni prefabbricati a cielo aperto e galleggiante.
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LE FONDAZIONI DIRETTE
CONTINUE
ORDINARIE
A TRAVE ROVESCIA
A PLATEA
DISCONTINUE
A PLINTI ISOLATI
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FONDAZIONI CONTINUE ORDINARIE
Le fondazioni continue ordinarie sono elementi che distribuiscono uniformemente sul terreno i carichi derivanti da
strutture portanti continue, come ad esempio le murature in laterizio e le pareti in cls armato. Esse sono
generalmente realizzate in calcestruzzo semplice od armato.
Se l'edificio è costituito da una struttura continua, cioè da murature portanti, allora anche la fondazione sarà
continua, presentandosi come un allargamento della sezione trasversale del muro.
Negli edifici storici la fondazione continua era costituita da un
muro vero e proprio, in mattoni o in pietra,
pietra, di sezione
maggiore di quello portante.
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Con questi tipi di fondazione la distribuzione dei carichi avviene sul terreno mediante un allargamento
della fondazione stessa rispetto alla sovrastante muratura, in modo da contenere le sollecitazioni prodotte
entro i limiti di sicurezza del terreno.
Fondazione continua in cls non armato
Fondazione continua in cls non
armato, con gettata nello scavo di
fondazione
Fondazione
armato
continua
in
Nell'ambito dell'edilizia moderna, nella fondazione continua si prevede un cordolo in cemento armato
prima dell'allargamento della sezione. La sezione allargata è solitamente costituita da un getto di
calcestruzzo, di solito (ma non sempre) armato. Per terreni resistenti, l’armatura non è necessaria; lo
diventa invece nel momento in cui ci si trova di fronte un terreno meno resistente, in tal caso si
amplierà notevolmente la base di appoggio, utilizzando una sezione a zattera, costituita da un cordolo
e due mensole.
Nella parte inferiore della fondazione, a contatto con il terreno, viene posto uno strato di magrone
contenente 100/150 Kg cemento/mc di cls, che è d'aiuto nella fase di cantiere per la posa in opera del
calcestruzzo armato perché questo permette di livellare il terreno di getto e inoltre serve a distribuire
ulteriormente i carichi del terreno e ad isolare le strutture dall'umidità di contatto.
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cls
FONDAZIONI CONTINUE A TRAVI ROVESCIE
Un altro sistema, utilizzato in presenza di strutture in elevazione a telaio,
telaio, è quello delle travi rovesce.
rovesce. In
questo caso le sollecitazioni sono maggiori nei punti in corrispondenza dei pilastri.
pilastri. La soluzione consiste
nel ribaltare lo schema statico della travatura in elevazione, collegando fra loro i pilastri della struttura con
delle travi di fondazione dette rovesce. Il termine trave rovescia sta ad indicare che a differenza delle travi
comuni, essa e soggetta ad un carico agente dal basso verso l’l’alto, costituito dalla reazione del terreno ai
carichi trasmessi dai pilastri. Di conseguenza le travi rovesce presentano una sezione a T capovolta,
munita di due mensole inferiori destinate ad allargare la superficie di appoggio.
La fondazione che si ottiene è particolarmente efficace per contrastare i cedimenti differenziati e nella
progettazione antisismica.
antisismica.
La distribuzione dei carichi sul terreno può
anche resa più uniforme disponendo le travi
rovesce nei due sensi ortogonali collegando
così i pilastri con fondazioni a maglia chiusa,
particolarmente indicate per terreni di scarsa
consistenza, per zone sismiche, ed evitando
eventuali assestamenti differenziati fra le
campate.
Questo tipo di fondazione è impiegata sopratutto per edifici realizzati con struttura intelaiata in calcestruzzo
armato o in acciaio, quando i carichi richiedono grandi superfici di appoggio o quando il terreno risulta
avere caratteristiche di resistenza diverse da un punto all’
all’altro.
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FONDAZIONI CONTINUE A PLATEA
Viene utilizzata quando i carichi che gravano sul terreno sono particolarmente elevati o il carico
ammissibile del terreno è particolarmente ridotto.
Può essere considerato uno sviluppo della fondazione a travi rovesce, con in più la presenza di un
solettone inferiore a cui spesso si aggiungono nervature ortogonali secondarie rispetto a quelle delle travi
rovesce, per garantire un ulteriore irrigidimento della struttura.anche
struttura.anche questo tipo di fondazione può essere
utilizzata in zone sismiche.
Fondazioni a platea con travi principali e secondarie
incrociate
Fondazioni a platea con travi principali incrociate e
secondarie parallele
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FONDAZIONI DISCONTINUE
A PLINTI ISOLATI
Sono fondazioni che si adottano per strutture in elevazione a scheletro indipendente quando il terreno
resistente sia poco profondo ed abbia una resistenza elevata. Il carico concentrato trasmesso dai pilastri
viene ripartito su di una ristretta superficie: i plinti hanno la funzione di ampliare la base del pilastro, di
solito con forma piramidale. Per assicurare un maggiore legame fra i diversi plinti vengono spesso
collegati con cordoli in calcestruzzo armato; con l'ingresso della nuova normativa, per progetti in zona
sismica, l'utilizzo dei cordoli è obbligatorio.
•Fondazione a plinti
•Plinto armato
•Plinto nervato
(30)
•Collegamento dei plinti mediante cordoli
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Plinto prefabbricato
Plinto prefabbricato singolo
Plinto (30)
prefabbricato doppio
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Armatura per plinto gettato in opera
(30)
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Preparazione fondazione per plinto prefabbricato - IMMAGINI DI CANTIERE
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(44)
44
È comunque buona regola, specialmente in situazioni di rischio sismico, collegare i plinti con cordoli
di calcestruzzo armato che uniscano la base della struttura.
(30)
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I plinti isolati si distinguono in:
• Plinti per strutture in c.a.
• Plinti per strutture in acciaio
Plinti per strutture in c.a.
Hanno in genere forma tronco piramidale su pianta quadrata o rettangolare
Plinti per strutture in acciaio
Sono in genere formati da due parti: una in acciaio collegata al pilastro ed una in
calcestruzzo (dado) poggiante sul terreno.
Il dado può essere armato o no e viene generalmente gettato in opera prima del montaggio
del pilastro. Quando il pilastro deve garantire il perfetto incastro con il dado, occorre inserire
opportuni ancoraggi chiamati tirafondi.
tirafondi.
(30)
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IMMAGINI DI CANTIERE
Diaframma realizzato con micropali
Vista di insieme durante i tracciamenti delle
fondazioni su getto di magrone
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IMMAGINI DI CANTIERE
Trave rovescia
Getto di plinto isolato, per pilastro di elevazione
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IMMAGINI DI CANTIERE
Plinto isolato con casseratura per pilastro
Travi rovesce, con chiamate per muri di
elevazione
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IMMAGINI DI CANTIERE
Platea con trave di irrigidimento in spessore
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ISOLAMENTO DELLE FONDAZIONI
Una volta realizzate le fondazioni, sarà necessario predisporre un isolamento all’
all’acqua, ciò per impedire
che l’l’umidità presente nel terreno, per effetto delle microcavillature presenti nel cls,
cls, risalga fino
all’
all’armatura ed alle cantine. Tale inconveniente con il passare del tempo è causa da una parte di un
indebolimento della struttura in quanto il ferro di armatura tende ad arrugginire, e dall’
dall’altra di una
situazione insalubre negli ambienti interrati, dovuti alla nascita di muffe sulle pareti e sui pavimenti.
Particolari dell’
dell’ isolamento della pavimentazione di cantina e del dado di
fondazione
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IMMAGINI DI CANTIERE
Isolamento con catrame spalmato a freddo
Isolamento con guaina bituminosa posata a
caldo
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IMMAGINI DI CANTIERE
Muri di elevazione
Barriera meccanica a protezione dell’
dell’isolamento
all’
all’acqua
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