Basi di diffusione, noti anche come plinti isolati o plinti, sono elementi di fondazione poco profondi progettati per distribuire i carichi concentrati provenienti da colonne o pilastri su un'area più ampia di terreno. Ciò previene il cedimento del supporto del terreno ed è comunemente utilizzato in strutture di piccole e medie dimensioni come gli edifici residenziali. Le fondazioni diffuse possono essere rinforzate o non rinforzate, a seconda del carico e dei requisiti ambientali.

Il basamento diffuso è in assoluto la soluzione più economica per trasmettere i carichi al terreno. Perché il terreno è generalmente molto più debole delle colonne sostenute, deve essere dimostrato che è in grado di resistere alle sollecitazioni imposte e che i conseguenti cedimenti sono ragionevoli per la struttura e la sua destinazione. Se il terreno non è abbastanza forte, andrebbero poi analizzate altre soluzioni come fondazioni su platea che hanno un'area maggiore per distribuire i carichi o pali che trasmettono le sollecitazioni a strati di terreno più profondi e resistenti.

• Basi semplici: Più comunemente usato; rettangolare o quadrata.
• Basamenti a gradini: Utilizzato per carichi più elevati.
• Basamenti inclinati: Anche per carichi più elevati.

figura 1: Tipi di plinti diffusi

I basamenti a gradini e inclinati sono utilizzati principalmente per carichi più elevati con spessori superiori a 3 piedi o 4 piedi, ma a causa dell’aumento del costo del lavoro, il loro utilizzo è attualmente meno frequente.

In relazione al materiale, i basamenti diffusi possono essere divisi in due gruppi:

• Le basi in cemento semplice sono ideali per strutture più leggere ed edifici bassi con terreni portanti stabili.
• I basamenti in cemento armato vengono utilizzati dove agiscono carichi più pesanti o dove è richiesta durabilità a causa dell'ambiente. Vengono utilizzati nelle strutture più pesanti dove la capacità portante del terreno è piuttosto bassa.

Le fondazioni diffuse in genere supportano carichi concentrati di compressione sotto singole colonne. Il basamento dovrebbe essere proporzionato per sostenere tutti i carichi fattorizzati applicati e le reazioni indotte, che includono carichi assiali, forze di taglio orizzontali, e momenti alla base. Il cuscinetto del terreno viene controllato utilizzando la pressione ammissibile del terreno determinata dai dati disponibili del sito e dall'analisi geotecnica utilizzando i carichi di servizio non fattorizzati, compresi i morti, vivere, vento, o carichi sismici, considerando le combinazioni critiche.

Il rinforzo a flessione è normalmente posizionato alla base del plinto dove si verificano tensioni di trazione dovute alla reazione del terreno quando alla colonna viene applicato un carico assiale di compressione. Il design è semplificato, assumendo che il plinto sia rigido e che il comportamento del terreno sia elastico.

La direzione principale è sempre definita parallela al lato più lungo della fondazione. La direzione secondaria è normalmente perpendicolare alla direzione principale e parallela all'altro lato della fondazione. Inoltre, l'armatura dovrebbe inoltre prevenire il ritiro e le variazioni di temperatura considerate con un'area di armatura minima.

Le modalità di cedimento della fondazione diffusa possono essere classificate come cedimenti del terreno, fallimenti di stabilità, e cedimenti strutturali.

I cedimenti del suolo sono raggruppati come cedimenti dei portanti del suolo (come mostrato in figura 2), ma possono includere anche difetti di agibilità legati ad eccessivi cedimenti differenziali tra plinti adiacenti o legati a cedimenti totali. Gli insediamenti avvengono in due fasi, il primo è la liquidazione immediata e il secondo la liquidazione a lungo termine, noto come consolidamento.

Gli stati limite governati dalla struttura includono la rottura a taglio unidirezionale, fallimento della punzonatura, cedimento alla flessione, cedimento del cuscinetto, e ancoraggio inadeguato. Alcuni di essi sono descritti nella Figura 2.

Infine, dovrebbero essere controllati anche i difetti di stabilità, che sono indipendenti dalla capacità portante del terreno.

figura 1: Alcune modalità di fallimento nelle plinti diffusi

La progettazione dei plinti diffusi prevede diversi passaggi a causa dei diversi parametri e variabili che influiscono sulle dimensioni e caratteristiche finali.

Step 1: Indagini e considerazioni geotecniche

La progettazione delle fondazioni richiede generalmente la determinazione del comportamento e della deformabilità tensionale del terreno sottostante la fondazione. Per questo, è necessario determinare le proprietà geotecniche del terreno, come la distribuzione granulometrica, la classificazione del suolo, plasticità, comprimibilità, e resistenza al taglio. Questa indagine ha lo scopo di determinare l'idoneità delle diverse tipologie di fondazioni e la capacità portante dei terreni. Ciò viene normalmente effettuato eseguendo il calcolo della capacità portante ultima e un'analisi dei cedimenti che determina la pressione portante ammissibile (q_{un carico}) per evitare qualsiasi tipo di cedimento dei portanti del terreno. Se viene confermata l'idoneità di un fondotinta diffuso, l'ingegnere può continuare con il passaggio successivo.

Oltre alla capacità portante del suolo, il sistema di fondazione deve essere sicuro contro il ribaltamento, scorrevole, ed evitare un sollevamento eccessivo dovuto alle eccentricità in entrambe le direzioni principali.

Step 2: Definire la zona di base.

Negli Stati Uniti, questo viene determinato utilizzando le combinazioni di sollecitazione ammissibile e carico di servizio. I valori portanti presunti (Tabella IBC 1806.2) può anche essere utilizzato se consentito. Le tensioni ammissibili sono normalmente riportate nella relazione geotecnica, considerando la portanza e i possibili cedimenti. Su una base diffusa, la tensione del terreno per un plinto sottoposto a carico assiale (P) e momenti (Mx, Mz) alla base può essere calcolato come mostrato in Figura 3. L'equazione mostrata è valida solo quando l'intera base è compressa, il che non è sempre così, soprattutto quando i momenti applicati sono grandi. In questo caso, esistono diversi modelli che possono essere utilizzati per eseguire l'analisi. La più semplice è la distribuzione lineare della pressione del suolo sotto una base rigida. Diversi autori (cioè, Bellos e Bakas) hanno sviluppato una soluzione per determinare la pressione massima del suolo. L'obiettivo finale è trovare un'area di fondazione in cui la sollecitazione massima sia inferiore alla sollecitazione ammissibile definita (q_max<q_{un carico}).

figura 3: Stress del suolo

Step 3: Definire lo spessore della base e calcolo dell'armatura a flessione.

Definizione dello spessore di base e calcolo dell'armatura a flessione. Questo viene normalmente fatto mediante una procedura di tentativi ed errori per evitare qualsiasi cedimento strutturale. In questo caso, viene adottato uno spessore di fondazione, e poi viene controllata la resistenza alla flessione e al taglio. In questo passaggio, il plinto deve essere dimensionato per resistere ai momenti flettenti, taglio unidirezionale e bidirezionale causato dalla pressione del terreno dovuta a carichi fattorizzati. Una profondità minima di 6 dovrebbe essere considerato (ACI 318-19 c13.3.1.2), ed un copriferro minimo pari a 3 in per calcestruzzo gettato contro e permanentemente a contatto con il terreno (ACI 318-19 c20.5.1.3.2). È inoltre importante considerare lo spessore minimo del plinto in funzione dello sviluppo delle barre che partono dalla faccia della colonna.

figura 4: Momenti di appoggio diffuso

Se viene analizzato il diagramma del momento flettente (vedere la figura 4) per una base quadrata con solo un carico assiale di compressione in una colonna al centro, sembra che il momento massimo nella trave di fondazione si verifichi al centro del pilastro, ma i test hanno dimostrato che ciò non è corretto a causa della rigidità della colonna. Il codice ACI suggerisce (ACI 318-19, c13.2.7.1) calcolandolo sulla faccia della colonna per colonne in cemento armato o in una sezione a metà strada dalla faccia della colonna al suo centro per colonne in muratura o cemento massiccio. Nei calcoli, è sufficiente considerare la spinta verso l'alto causata dai carichi esterni applicati al plinto. Il peso proprio e il peso del terreno di copertura dovrebbero essere trascurati. Per la progettazione strutturale devono essere utilizzate solo le pressioni nette sulla fondazione.

Se il plinto del muro viene caricato fino a cedere a taglio, la rottura non avverrà su un piano verticale in corrispondenza della faccia della colonna ma piuttosto con un angolo di circa 45° rispetto alla faccia della colonna, pertanto la sezione critica a taglio viene calcolata alla distanza “d” dal fronte (ACI 318-19c13.2.7.2), essendo “d” la profondità effettiva, vedere la figura 4. La profondità effettiva viene calcolata come:

dove h è lo spessore della soletta, c è la copertina, e db è il diametro della barra. Si noti che nella direzione secondaria, la profondità effettiva dovrà comprendere anche il diametro delle barre dell'armatura principale.

Una volta raggiunto il momento flettente massimo (In) nella sezione critica è stata determinata, l'area di rinforzo richiesta (Come) è determinato allo stesso modo di qualsiasi elemento flessionale. Anche se un basamento non è una trave, è auspicabile che sia duttile alla flessione, e ciò può essere ottenuto limitando la deformazione netta a trazione nell'armatura tesa (et) ad un valore maggiore di εty + 0.003 (ACI 318-19 c21.2.2, εty è uguale a f_y/E_S).

Con il primo presupposto, l'area di armatura richiesta può essere calcolata con le seguenti equazioni:

forza del rinforzo, ed Es è il modulo di elasticità dell'armatura in acciaio. La verifica a flessione viene normalmente eseguita in entrambe le direzioni.

La resistenza a taglio unidirezionale viene normalmente calcolata considerando solo il contributo del calcestruzzo. Generalmente, per ragioni di costo, si sconsiglia l'utilizzo di armature a taglio. Pertanto, il taglio calcolato nella sezione di taglio critica dovrebbe essere maggiore della resistenza a cui resiste il calcestruzzo. Si calcola utilizzando l'equazione riportata nella tabella 22.5.5.1(c) (ACI 318-19 c22.5.51)

​Dove ρw è il rapporto di armatura pari ad As/(b×d,) λ è il fattore di modifica per riflettere le ridotte proprietà meccaniche del calcestruzzo leggero, e ϕ è il fattore di riduzione del taglio.

Step 4: Verifica di taglio bidirezionale

Una volta accertato che lo spessore della fondazione resiste alla flessione e al taglio unidirezionale, e l'armatura adottata è maggiore di quella richiesta, possiamo continuare con il passaggio successivo, controllando il punzonatura cesoia (Calcolatore di fondazione in linea per lastre di cemento).

La verifica viene effettuata con tensioni e, simile al taglio unidirezionale, il criterio è quello di evitare qualsiasi armatura a taglio per ragioni economiche; perciò, viene considerata solo la resistenza del calcestruzzo. La forza è determinata secondo ACI 318-19 c22.6.5.

Dove v_u è lo sforzo di taglio nella sezione critica, ϕ è il fattore di riduzione e v_c è la resistenza a taglio del calcestruzzo. Si calcola secondo la tabella 22.6.5.2

Dove λ_S è il fattore dimensione, λ è il fattore di modifica per riflettere le ridotte proprietà meccaniche del calcestruzzo leggero, β è il rapporto tra i lati lunghi e quelli corti della colonna o dell'area di carico concentrato e f'c è la resistenza a compressione specificata del calcestruzzo. bo è il perimetro della sezione critica che normalmente è definita ad una distanza d/2 dalle facce della colonna. È importante menzionare lo sforzo di taglio (v_u) va calcolato considerando anche il momento trasmesso dal pilastro alla platea di fondazione secondo ACI 318-19 c8.4.4.2

Step 5: Calcolo delle forze di trasferimento.

Dovrebbero essere verificate le forze verticali e orizzontali trasferite alla fondazione dal supporto del calcestruzzo o da una combinazione di rinforzo portante e di interfaccia. Questo requisito è dettagliato nella Sezione 22.8 dell'ACI 318-19:

Dove un₁ è l'area caricata, A₂ è l'area della base inferiore del tronco più grande di una piramide, cono. I lati della piramide, cono, o il cuneo rastremato deve essere inclinato 1 verticale a 2 orizzontale. E ϕ è un fattore di riduzione.

Step 6: Dettagli

L'ultimo passaggio è dedicato ai dettagli dell'armatura come interasse minimo e massimo, lunghezza di sviluppo alle sezioni critiche. I dettagli sono riportati nel Cap 25 of ACI 318-19.

I plinti a strisce sono strettamente correlati ai plinti diffusi perché entrambi sono fondazioni superficiali che vengono spesso utilizzate in strutture di piccole e medie dimensioni a causa del loro basso costo. Normalmente, basamenti a strisce sono lunghi e di forma rettangolare, mentre i plinti sono quadrati, rettangolare, o circolare. In relazione al carico supportato, le fondazioni a nastro funzionano normalmente con carichi lineari, mentre i plinti di fondazione lavorano con carichi concentrati.

In relazione al design, tutti i controlli eseguiti per le plinti a nastro devono essere eseguiti anche per i plinti allargati o per plinti. Anche i plinti diffusi richiedono ulteriori controlli, come la verifica a taglio bidirezionale o la verifica a punzonamento, che non si verificano in basamenti a strisce.

• I basamenti diffusi sono economici e ampiamente utilizzati per fondazioni poco profonde.
• È essenziale un’indagine geotecnica adeguata.
• La progettazione deve tenere conto del cuscinetto del suolo, insediamento, robustezza strutturale, e stabilità.
• Segui l'ACI 318-19 per tutti i controlli e i dettagli.

• ACI 318-19: Requisiti del codice di costruzione per calcestruzzo strutturale
• Tabella IBC 1806.2: Valori portanti presunti
• Bellissimo, J., & Traccia, N. (2017). Soluzione analitica completa per la distribuzione lineare della pressione del suolo sotto fondazioni rigide rettangolari. Giornale internazionale di geomeccanica, 17(7), 04017005. doi:10.1061/(asce)gm.1943-5622.0000874.
• CRSI, Guida alla progettazione sull'ACI 318 Requisiti del codice di costruzione per calcestruzzo strutturale, CRSI (2020).
• Cemento armato: Meccanica e Design 6a edizione di James K. Verifica dell'ACI, Verifica dell'ACI. Verifica dell'ACI.

Sono necessari vari input per completare le verifiche di progettazione dei plinti di fondazione. Gli input includono:

• Dimensioni e materiale del basamento
• Caricamento in corso
• Proprietà del calcestruzzo
• Proprietà dell'armatura
• Parametri Geotecnici

Una volta compilati tutti gli input, fare clic su "Esegui il" pulsante in alto a destra per completare il progetto della base distribuita.

Il programma considera le verifiche di stabilità del terreno in appoggio sul plinto soggetto a carichi verticali e momenti biassali. Inoltre, esegue la progettazione del calcestruzzo sulla base del metodo Ultimate Strength Design in conformità con ACI 318-19. Le pressioni del terreno sono calcolate utilizzando la soluzione di Bellos e Bakas e si assume che il plinto sia perfettamente rigido e con spessore costante. Le pressioni possono essere calcolate anche quando solo una parte del plinto è a contatto con il terreno. Ciò è particolarmente utile per fondazioni con piccoli carichi verticali e grandi momenti, come nel caso dei plinti agli angoli di edifici sottoposti a carichi laterali.

Massima eccentricità, ribaltamento, e i controlli di scorrimento vengono eseguiti da questo software di diffusione. L'ultimo controllo non comprende il contributo di pressione passiva. È sempre auspicabile evitare la concentrazione delle tensioni nel terreno e quindi il programma ha uno stato di allerta quando la risultante è al di fuori del terzo medio del plinto. Nei casi estremi in cui l'eccentricità del carico genera rapporti tra sollecitazione massima e tensione massima. stress medio maggiore di 6, il programma plinto diffuso genera un errore a causa della grande concentrazione di tensioni e della possibile grande rotazione del plinto. In tali casi, si consiglia all'utente di allargare il basamento per avere una migliore distribuzione delle sollecitazioni o di utilizzare altre soluzioni poiché i basamenti con cinghia non sono considerati nell'ambito di questo strumento.

• • Calcolatore della capacità del cuscinetto
  • Calcolatore di stabilità della pila laterale
  • Calcolatore della colonna in cemento
  • Calcolatore della durata del calcestruzzo
  • Calcolatore di progettazione della soletta sul grado
  • Calcolatore del plinto di fondazione
  • Calcolatore del taglio da punzonamento
  • Calcolatore per la progettazione di pali a vite
  • AS 2870 Calcolatore di progettazione della soletta sul grado