Calcolatore QLS Geotecnica per Fondazioni Superficiali
Programma gratuito per il calcolo della capacità portante limite (QLS) secondo le normative geotecniche italiane ed europee
Risultati del calcolo
Guida Completa al Calcolo QLS per Fondazioni Superficiali
Il calcolo della capacità portante limite (QLS) per fondazioni superficiali è un processo fondamentale nella progettazione geotecnica. Questo parametro determina il carico massimo che una fondazione può sostenere senza subire cedimenti eccessivi o rotture del terreno.
1. Basi Teoriche del Calcolo QLS
La teoria della capacità portante si basa sull’equazione generale proposta da Terzaghi (1943) e successivamente modificata da Meyerhof (1951) e Vesic (1973). L’equazione fondamentale per fondazioni nastro è:
QLS = c’·Nc·sc + q’·Nq·sq + 0.5·γ’·B·Nγ·sγ
Dove:
- c’: coesione efficace del terreno
- q’: tensione verticale efficace alla base della fondazione
- γ’: peso specifico efficace del terreno
- B: larghezza della fondazione
- Nc, Nq, Nγ: fattori di capacità portante
- sc, sq, sγ: fattori di forma
2. Fattori di Capacità Portante
I fattori Nc, Nq e Nγ dipendono dall’angolo di attrito interno del terreno (φ) e possono essere calcolati con le seguenti formule approssimate:
| Angolo φ (°) | Nc | Nq | Nγ |
|---|---|---|---|
| 0 | 5.7 | 1.0 | 0.0 |
| 10 | 7.0 | 1.6 | 0.4 |
| 20 | 9.6 | 3.9 | 1.8 |
| 30 | 18.4 | 10.7 | 8.3 |
| 40 | 46.1 | 33.3 | 37.2 |
3. Procedura di Calcolo Passo-Passo
- Determinazione dei parametri geotecnici: Ottenere c’, φ e γ’ attraverso prove in sito (CPT, SPT) o prove di laboratorio
- Scelta dei fattori di capacità portante: Selezionare Nc, Nq, Nγ in base a φ
- Calcolo dei fattori di forma: sc = 1 + (B/L)·(Nq/Nc), sq = 1 + (B/L)·tanφ, sγ = 1 – 0.4·(B/L)
- Applicazione dell’equazione: Sostituire i valori nell’equazione generale
- Verifica del fattore di sicurezza: Qamm = QLS / FS (tipicamente FS = 3)
4. Influenza della Falda Acquifera
La presenza di acqua influisce significativamente sulla capacità portante:
- Falda sotto la fondazione: Si considera il peso specifico sommerso (γ’ = γsat – γw)
- Falda sopra la fondazione: Si applicano correzioni ai parametri di resistenza
- Assenza di falda: Si usa il peso specifico naturale del terreno
5. Confronto tra Metodi di Calcolo
| Metodo | Vantaggi | Limitazioni | Precisione |
|---|---|---|---|
| Terzaghi | Semplice, base teorica solida | Non considera la forma della fondazione | Buona per fondazioni nastro |
| Meyerhof | Considera la profondità di posa | Complessità maggiore | Elevata per fondazioni profonde |
| Vesic | Include effetti di compressibilità | Richiede parametri aggiuntivi | Molto elevata per terreni coesivi |
| Hansen | Flessibile, ampiamente accettato | Calcoli complessi | Eccellente per tutti i tipi di terreno |
6. Errori Comuni da Evitare
- Sottostima dei parametri geotecnici: Usare sempre valori conservativi
- Ignorare la stratigrafia: Considerare tutti gli strati fino a 2B sotto la fondazione
- Trascurare i carichi eccentrici: Applicare le correzioni per carichi non centrati
- Dimenticare i fattori di sicurezza: FS minimo 3 per carichi statici, 2 per carichi sismici
- Non verificare i cedimenti: La capacità portante non garantisce assenza di cedimenti
7. Software Professionali per il Calcolo QLS
Mentre questo calcolatore offre una stima preliminare, per progetti reali si consiglia l’uso di software professionali come:
- GGU-STABILITY (geotecnica avanzata)
- PLAXIS 2D/3D (analisi agli elementi finiti)
- GRLWEAP (per fondazioni profonde)
- AllPie (analisi di stabilità)
8. Casi Studio Reali
Caso 1: Fondazione su argilla molle (Venezia)
- φ = 15°, c = 10 kPa, γ = 16 kN/m³
- Fondazione 2×2 m a 1.5 m di profondità
- QLS calcolata: 120 kN/m²
- Soluzione adottata: palificata con micropali
Caso 2: Fondazione su sabbia compatta (Milano)
- φ = 35°, c = 0 kPa, γ = 18 kN/m³
- Fondazione 1.5×3 m a 1 m di profondità
- QLS calcolata: 450 kN/m²
- Soluzione adottata: plinto in c.a.
9. Verifiche Aggiuntive Richiestre
Oltre al calcolo QLS, sono necessarie le seguenti verifiche:
- Verifica a scorrimento: Fs ≥ 1.3 (Fs = Resistenza/Spinta)
- Verifica a ribaltamento: Ms ≥ 1.5·Mo
- Verifica dei cedimenti: s ≤ samm (tipicamente 25 mm)
- Verifica sismica: secondo NTC 2018 §7.11.3
10. Manutenzione e Monitoraggio
Dopo la costruzione, è fondamentale implementare:
- Sistema di monitoraggio dei cedimenti (livelle, estensimetri)
- Controlli periodici delle condizioni del terreno
- Verifica dell’efficacia del drenaggio
- Ispezioni visive per fessurazioni
Domande Frequenti sul Calcolo QLS
D: Qual è la differenza tra QLS e Qamm?
R: QLS (Capacità Portante Limite) è il carico massimo teorico che causa la rottura del terreno. Qamm (Capacità Portante Ammissibile) è il QLS diviso per un fattore di sicurezza (tipicamente 3), rappresentando il carico effettivamente applicabile in esercizio.
D: Come influisce la forma della fondazione?
R: Le fondazioni quadrate o circolari hanno capacità portante maggiore (10-30%) rispetto a fondazioni nastro della stessa area. Questo è considerato attraverso i fattori di forma sc, sq, sγ nell’equazione generale.
D: Quando è necessario ricorrere a fondazioni profonde?
R: Si opta per fondazioni profonde quando:
- Il terreno superficiale ha QLS < 100 kN/m²
- I cedimenti previsti superano i limiti ammissibili
- Sono presenti strati deboli fino a grande profondità
- Si devono trasmettere carichi molto elevati (ponti, grattacieli)
D: Come considerare i carichi sismici?
R: Secondo NTC 2018, per zone sismiche si applicano:
- Riduzione del 20% della capacità portante
- Fattore di sicurezza minimo 2 (invece di 3)
- Verifica aggiuntiva della liquefazione
- Considerazione delle forze inerziali orizzontali
D: Quali prove in sito sono più affidabili?
R: L’affidabilità delle prove dipende dal tipo di terreno:
| Tipo di Terreno | Prova Consigliata | Parametri Ottenibili |
|---|---|---|
| Argille | Prova triassiale (CU/CDU) | c’, φ’, Cu |
| Sabbie | CPT (Cone Penetration Test) | φ’, densità relativa |
| Ghiaie | SPT (Standard Penetration Test) | NSPT, φ’ |
| Rocce | Prova di carico su piastra | Modulo di deformazione |