Metodi di consolidamento del terreno

Il cedimento del terreno di fondazione e il dissesto negli edifici

Una delle principali cause di dissesto degli edifici sono i cedimenti delle fondazioni o meglio del terreno su cui poggiano le fondazioni: gli edifici più esposti sono quelli con murature portanti in pietrame, mattoni o conci di pietra squadrata e sottostanti fondazioni continue, spesso poco profonde o addirittura inesistenti.


I dissesti si manifestano con la formazione delle tipiche lesioni a taglio diagonale con andamento inclinato di un angolo strettamente dipendente dalle caratteristiche della muratura: dai circa 45° delle murature di mattoni ben costruiti ai quasi 90° delle pareti in pietrame con tessitura disordinata. Anche la posizione delle lesioni dipende ovviamente dal punto in cui avviene il cedimento.

Il fenomeno è particolarmente evidente nelle fondazioni su terreno argilloso e segue un ciclostagionale caratteristico: nei mesi estivi il terreno si presenta infatti secco e naturalmente privo d'acqua a causa della scarsità di piogge e dell'abbassamento del livello delle falde acquifere; mentre in autunno e inverno si satura d'acqua diventando più voluminoso.


Le lesioni da cedimento del terreno cambiano perciò ampiezza in base alla stagione, allargandosi in estate e chiudendosi nei mesi freddi. L'applicazione di fessurimetri o altri dispositivi di monitoraggio, per un periodo almeno biennale, consente di riconoscere questo andamento e progettare le contromisure.

In questi casi, infatti, risarcire le lesioni con malta, cuciture armate o scuci-cuci non è risolutivo, perché, se non si procede al consolidamento terreno, la lesione tende a riformarsi nello stesso punto dopo breve tempo.
Il consolidamento è però indispensabile anche prima di costruire un nuovo edificio o infrastruttura, soprattutto nel caso di suoli scadenti argillosi o sabbiosi.

Il consolidamento del terreno con la costipazione

Esistono numerosi metodi per il consolidamento terreno di riporto o anche naturale: uno dei più efficaci consiste nella semplice costipazione. Il principio base è molto semplice: aumentare la compattezza del terreno, e di conseguenza la sua portanza, semplicemente diminuendo gli spazi vuoti tra i granelli. Il tipico cedimento terreno fondazioni si manifesta infatti a causa di un lento processo di costipazione e abbassamento naturale.

Uno dei sistemi più semplici per trattare ampie porzioni di suolo, ad esempio prima della costruzione di grandi edifici residenziali multipiano, è la compattazione dinamica praticata da aziende specializzate come Trevi attraverso macchinari appositamente progettati.

Il processo avviene in due fasi, semplicemente lasciando cadere a terra un maglio molto pesante da un'altezza stabilita allo scopo di creare colonne di terreno costipate disposte a quinconce secondo distanze prefissate.

Naturalmente, il peso del maglio, l'altezza da cui cade, il numero di colpi e la distanza reciproca tra le porzioni di terreno costipate sono calcolate in funzione delle caratteristiche del suolo e dell'entità dei carichi da sopportare.

In questo modo, oltre a evitare di ricorrere a sistemi di fondazione profonda come le palificate, si riduce anche il rischio di liquefazione in caso di terremoto.


Un metodo alternativo è la vibrocompattazione o vibroflottazione, che prevede la riorganizzazione delle particelle di terreno con potenti vibratori per ottenere una configurazione più densa. La lavorazione avviene in tre fasi:

1. Il vibratore, montato su un'alta gru a palo, penetra nel terreno fino alla profondità prestabilita con l'ausilio di getti d'acqua ad alta pressione per dilavare e riportare in superficie le particelle di terreno a granumetria più fine. Il trattamento si esegue per step successivi sempre più vicini alla superficie.
   
   
2. Intorno al vibratore si forma un cono di materiale di risulta che viene man mano riempito con materiali granulari (cioè ghiaia) appositamente trasportati in cantiere o con il medesimo terreno prelevato in loco, con una massa di materiale aggiunto fino al 15% del volume di terreno trattato.
   
   
3. A intervento finito si compatta la superficie mediante rullatura.
   
   

Anche in questo caso lo scopo principale è consentire la costruzione su terreni soprattutto di riporto di tipo granulare, riducendo notevolmente il rischio di cedimenti delle fondazioni o liquefazione.

Il consolidamento del terreno a mezzo di palificate

Un altro ottimo sistema per il consolidamento scarpate terrose o suoli destinati a grandi edifici e infrastrutture sono le palificate. I loro scopi principali sono due: ottenere un effetto di costipazione del terreno oppure raggiungere suoli più profondi con una portanza decisamente superiore, trasferendo a essi i carichi dell'edificio sovrastante.


La tecnologia jet grouting, applicabile a varie tipologie di suolo, prevede l'iniezione nel terreno da consolidare di una miscela ad altissima pressione di acqua e cemento con la capacità di disgregare il terreno esistente, mescolandosi con esso e migliorandone le caratteristiche meccaniche.

Ovviamente, anche in questo caso la composizione della miscela da iniettare, il diametro dei pali non armati così ottenuti, la loro distanza e disposizione dipendono strettamente dalle caratteristiche del suolo e dall'entità dei carichi da sopportare.


Il sistema CAP/CSC consiste invece nell'esecuzione di veri e propri pali trivellati di cemento armato, secondo una tecnica di lavorazione articolata in tre fasi successive:

1. infissione nel terreno di un tubo-forma di lamiera metallica e contemporanea penetrazione nella carota di terreno così individuata di una trivella collegata a una vite senza fine (coclea) che trasporta il materiale estratto fino in superficie;
   
   
2. una volta raggiunta la profondità prefissata si ritira la trivella, riempiendo contemporaneamente il foro risultante con il calcestruzzo fluido;
   
   
3. una volta riempito il foro di calcestruzzo si inserisce l'armatura costituita da una serie di tondini d'acciaio ad aderenza migliorata collegati da staffe e si estrae il tubo forma, affinché il calcestruzzo possa parzialmente espandersi lungo i fianchi del palo, creando una superficie rugosa che garantisce una migliore aderenza col terreno.
   
   

Il diametro dei pali trivellati varia normalmente tra 80 e 150 cm.
Vengono inoltre disposti in file continue inserendo un palo secondario con armatura di tondini tra due pali primari non armati o armati con profilati tipo IPE o HE.

Il consolidamento con iniezioni di resina nel terreno

Ovviamente questi sistemi si prestano alla costruzione di infrastrutture o grandi edifici multipiano ma non alla risoluzione dei cedimenti delle fondazioni di piccoli edifici esistenti come palazzine o case isolate.

Per risolvere il problema, l'azienda Edilsystem ha studiato Geo-System^®, un metodo di consolidamento basato sull'uso combinato di minipali brevettati e iniezioni di resine espansive: il presupposto consiste nel cercare in profondità i terreni più performanti, trasferendo le sollecitazioni dovute all'edificio soprastante. Ogni minipalo è formato da due parti ben distinte: una testa di ancoraggio e una barra di acciaio ad alta resistenza con diametro compreso tra 3,2 e 5,1 cm.
Il procedimento prevede varie fasi:

1. esecuzione delle perforazioni mediante barre di acciaio cave e macchinari a rotopercussione;
   
   
2. inserimento della testa di ancoraggio e suo fissaggio con betoncino epossidico o una speciale malta reoplastica colabile a rapido indurimento, allo scopo di trasferire le sollecitazioni dall'armatura metallica alle fondazioni esistenti;
   
   
3. inserimento del secondo tratto del minipalo e suo fissaggio con resina poliuretanica bicomponente con un grado di espansione fino a cinque/otto volte il volume iniziale o con malta cementizia espandente;
   
   
4. eventuale collegamento mediante bulloni d'acciaio ad alta resistenza delle teste dei minipali con piastre o piatti d'acciaio (dritte o ad angolo in base alle necessità), a loro volta collegate alle fondazioni con dispositivi di fissaggio variabili in base al materiale del supporto, allo scopo di contrastare gli eventuali cedimenti differenziali.

Le perforazioni, variabili a seconda dei casi per numero e interasse, vengono disposte in corrispondenza dell'intera zona da consolidare; mentre l'intervento, assai poco invasivo, può essere eseguito anche senza sgomberare l'edificio, non richiede grossi scavi e non danneggia muri e pavimenti.

Il sistema Plus-System proposto dalla stessa azienda si basa invece sull'uso di iniezioni di resine per consolidamento di tipo poliuretanico monocomponente e/o bicomponenti.
I minipali sono quindi omessi. L'efficacia di questo consolidamento è massima per i terreni granulari e minore per le argille.

Anche in questo caso la lavorazione prevede varie fasi: dopo aver escluso la presenza di linee interrate come luce, gas o acqua, si eseguono dei fori di piccolo diametro in corrispondenza delle fondazioni preesistenti fino a una profondità strettamente dipendente dai carichi previsti, dal tipo di terreno e delle fondazioni.


Successivamente si inseriscono nei fori dei tubi in rame collegati a una pistola, a sua volta connessa a un compressore che inietta la resina ad alta pressione: questa fase, fondamentale per la buona riuscita dell'intervento, è costantemente sorvegliata da un tecnico specializzato.

Una volta terminate le iniezioni, la resina si espande raggiungendo in poche ore il suo volume definitivo e il terreno aumenta di conseguenza la propria resistenza a compressione; mentre i fori praticati nelle murature possono essere stuccati normalmente con malta di calce oppure cementizia.