Il consolidamento delle fondazioni: soluzioni tradizionali e innovative

I cedimenti differenziali del terreno: cause e contromisure

I cedimenti differenziali del terreno sono forse la causa più comune di dissesto per gli edifici esistenti in condizioni non sismiche, cioè quando le strutture sono sottoposte solo ai carichi verticali di esercizio.

I cedimenti del terreno causano lesioni nelle pareti verticali - foto Getty Images

Si verificano quando le diverse parti di una struttura subiscono assestamenti non uniformi in seguito a variazioni localizzate nella capacità portante del terreno sotto o vicino alle fondazioni.

I motivi più comuni sono la subsidenza, cioè l'abbassamento progressivo e spesso irreversibile del piano di campagna, il ritiro e rigonfiamento dei terreni argillosi in seguito alle variazioni di umidità (contingenti o stagionali) e alcuni fattori esterni come scavi ravvicinati o le vibrazioni prolungate.

Questi dissesti comportano generalmente la comparsa di lesioni nelle pareti verticali, la creazione di rotture e avvallamenti nelle pavimentazioni e la deformazione dei vani di porte e finestre, con conseguenti difficoltà nell'aprire i serramenti.

Tipiche lesioni strutturali dovute a cedimenti del terreno - foto Getty Images

Per evitare questi danni e soprattutto la loro ricomparsa puntuale dopo le riparazioni localizzate, occorre rimuovere le cause del dissesto consolidando adeguatamente le fondazioni. Al riguardo, le tecniche più efficaci sono due: la sottomurazione, già usata dai romani e perciò costantemente migliorata da secoli di applicazione, e i micropali prefabbricati in acciaio, di introduzione abbastanza recente.

La sottomurazione, un metodo tradizionale per il consolidamento delle fondazioni

Un approccio consolidato per aumentare la stabilità delle fondazioni negli edifici esistenti è la tecnica della sottomurazione, che consiste nel sostituire e/o integrare le porzioni insufficienti delle fondazioni già esistenti, approfondendone e allargandone la base.

Il presupposto di partenza è molto semplice: anziché agire sul terreno, un'operazione che anticamente risultava praticamente impossibile, si diminuiscono i carichi unitari gravanti sullo stesso.

Quadro fessurativo per un cedimento al centro di un edificio - schema arch. Matteuzzi

Il processo si articola in più fasi: la prima richiede lo scavo controllato (anticamente eseguito sempre a mano, attualmente anche con piccoli mezzi meccanici) del terreno sotto e intorno alla fondazione esistente.

L'operazione si esegue per cantieri, cioè per piccole porzioni larghe circa 1-1,5 metri non vicine tra loro, ed eventualmente puntellando le pareti sovrastanti per scongiurare cedimenti improvvisi e garantire l'incolumità degli operai.

Successivamente, si costruiscono piccole porzioni di fondazione continua in muratura di mattoni o conci di pietra squadrata sotto e accanto a quelle già esistenti, allo scopo di ripartire il carico su un'area più ampia o su terreni con una portanza più elevata.
In alcuni casi, la sottomurazione si può eseguita anche con un getto di calcestruzzo, semplice od armato.

La sottomurazione è adatta soprattutto agli edifici storici e ai contesti urbani densamente costruiti, in cui le vibrazioni e i disturbi al terreno vanno minimizzati.

La sottomurazione è molto adatta al consolidamento delle fondazioni degli edifici tradizionali - foto Pixabay

I suoi pregi comprendono una maggiore stabilità della struttura, il miglioramento delle sue prestazioni sismiche, la compatibilità con i metodi costruttivi e i materiali tradizionali e infine la possibilità di intervenire senza compromettere l'estetica o l'integrità dell'edificio.

Tuttavia, richiede un'attenta pianificazione e l'impiego di manodopera esperta, perché eventuali errori potrebbero compromettere la sicurezza della struttura o aggravare i dissesti già esistenti. Si tratta inoltre di una lavorazione lunga e costosa.

Il consolidamento delle fondazioni con micropali prefabbricati: vantaggi e applicazioni

Per risolvere gli svantaggi della sottomurazione e migliorarne le prestazioni, negli ultimi decenni è stato introdotto il consolidamento con micropali prefabbricati di acciaio.

Il principio base è però diverso: infatti, anziché diminuire i carichi unitari allargando il piede della fondazione, di fatto le si approfondisce sensibilmente, raggiungendo il sub-strato roccioso o suoli con una portanza più elevata.

Consolidamento delle fondazioni con micropali prefabbricati, by Geosec

Rispetto alle tecniche tradizionali i vantaggi sono numerosi, come ad esempio la rapidità di esecuzione, l'assenza di materiali di risulta, l'uso di sistemi costruttivi a secco, l'abbattimento delle vibrazioni dannose, la verifica immediata dell'aumento della capacità portante conseguita e la versatilità.

I micropali risultano infatti compatibili con molti tipi di terreno e possono essere installati anche in edifici in aggregato, caratterizzati fondazioni condivise e poco spazio di manovra.

Si tratta inoltre di un sistema decisamente più reversibile della sottomurazione tradizionale o dei micropali in cemento armato, e perciò molto adatto agli edifici tradizionali.

Tuttavia, poiché si raggiungono profondità maggiori rispetto alla sottomurazione, l'uso in costruzioni molto antiche e in contesti ad alta potenzialità archeologica dev'essere valutato con prudenza.

Caratteristiche e modelli di micropali prefabbricati di acciaio

Attualmente sul mercato si trovano numerosi modelli di micropali prefabbricati e sistemi di installazione, ma due di essi appaiono molto efficienti ed avanzati: Groundfix e Robopile dell'azienda Geosec Srl.

Le piastre di fissaggio dei micropali alle strutture preesistenti, by Geosec

Entrambi presuppongono ovviamente l'uso di micropali, ma differiscono per l'approccio metodologico e alcune caratteristiche tecniche, rendendoli adatti a situazioni e scelte progettuali diversificate.

I micropali presso-infissi per consolidamenti profondi

Groundfix è un sistema di micropali presso-infissi per il consolidamento strutturale profondo delle fondazioni.

Questa tecnologia prevede dunque l'infissione con martinetti idraulici di micropali prefabbricati acciaio direttamente nel terreno, utilizzando il peso dell'edificio sovrastante come contrasto.

In questo modo si riescono a minimizzare le vibrazioni e le perturbazioni al terreno circostante durante l'installazione.

Elementi modulari cavi in acciaio ad alta resistenza dei micropali Groundfix di Geosec

Ciascun palo è formato da alcuni pezzi modulari cavi in acciaio ad alta resistenza con un diametro di 63, 76 o 114 mm; le estremità sono filettate per consentire giunzioni ad alta precisione.

Il primo modulo risulta invece munito di una punta terminale specificamente progettata per migliorare la sua capacità di penetrazione nel sottosuolo; mentre l'estremo terminale viene fissato alle pareti verticali dell'edificio o alle fondazioni preesistenti per mezzo di robuste piastre bullonate.

L'installazione dei micropali presso-infissi

Il montaggio prevede varie fasi: per prima cosa si rimuovono le eventuali pavimentazioni interne ed esterne nella zona di intervento e si scava fino alla profondità necessaria a scoprire le fondazioni da consolidare.

Successivamente, se queste ultime si presentano integre e adeguate ai livelli di carico di progetto, si montano le piastre di acciaio per il collegamento con il primo modulo del micropalo.

Le piastre di ancoraggio dei micropali alle strutture preesistenti, by Geosec

L'ancoraggio viene generalmente assicurato da tirafondi con le estremità filettate inseriti in appositi fori praticati nella fondazione preesistente, successivamente imbullonati alla piastra di ancoraggio: questo metodo riduce il rischio di punzonamento e garantisce la possibilità di ripristinare il serraggio originario in caso di parziale allentamento dei bulloni.

A questo punto si inseriscono nel terreno tutti i moduli del micropalo uno dopo l'altro: ciascuno di essi viene posizionato grazie alla spinta dell'impianto di infissione, controllato in tempo reale dai tecnici Geosec, e quindi connesso al precedente per formare un solo elemento strutturale.

Infissione dei micropali prefabbricati in acciaio Groundfix by Geosec

La spinta, continua ma lenta e graduale, può essere applicata anche a più pali contemporaneamente; mentre il sollevamento delle strutture dell'edificio viene monitorato costantemente da livelli laser di precisione.

Una volta raggiunta la profondità prefissata o la pressione di rifiuto, il palo è reso solidale con la fondazione preesistente grazie all'inserimento e successivo fissaggio nella piastra di ancoraggio. L'ultima fase di lavoro prevede infine il taglio della porzione eccedente dell'ultimo elemento modulare.

Micropali modulari in acciaio strutturale ad elevata automazione

Il sistema Robopile si basa sugli stessi presupposti del metodo Groundfix, ma con un alto grado di automazione durante la posa, con conseguente riduzione dei tempi di intervento.

Installazione automatizzata dei micropali prefabbricati Robopile di Geosec

Anche questi micropali, con diametri compresi tra 80 a 120 mm, sono formati da elementi modulari cavi di acciaio ad alta resistenza con un sistema di connessione a baionetta. Tuttavia il loro elemento distintivo è appunto l'infissione eseguita da un robot appositamente predisposto, con un sistema di controllo che può adattare automaticamente la forza e la velocità di infissione in base al tipo di terreno.

Il ciclo di lavorazione comincia dunque con il tracciamento di un reticolo geometrico leggibile da questo macchinario, i cui vertici corrispondono ai punti di infissione dei diversi micropali.

Successivamente il robot predispone automaticamente l'inserimento sequenziale e il fissaggio reciproco degli elementi modulari di ogni micropalo, fino a raggiungere la profondità prefissata dal progetto.
Naturalmente, l'intero processo viene seguito e controllato attentamente dai tecnici Geosec per evitare errori, danni o imprecisioni.
Inoltre, se le condizioni lo richiedono, si possono iniettare specifiche miscele di resine e/o malta cementizia all'interno del micropalo cavo, ad esempio per ottenere un bulbo portante sulla punta o un riempimento anulare dello spazio tra il terreno e il micropalo.

L'intervento si conclude con l'ancoraggio finale della testa di quest'ultimo con metodi analoghi al sistema Groundfix o altre modalità stabilite dalle esigenze costruttive contingenti.

A chi rivolgersi per effettuare un intervento di consolidamento strutturale

L'azienda Geosec Srl (Ingegneria della fondazione), in attività dai primi anni del 2000, si pone come obiettivo quello di analizzare il comportamento dei terreni.

Promotrice di una metodologia del tutto nuova per le iniezioni di resina espandente, l'azienda ha sempre brillato per qualità e rispetto per l'ambiente, capace di preservare il valore di case e infrastrutture.

Il metodo implementato da Geosec consiste nel sorvegliare l'intervento, in modo da riuscire ad indirizzare in maniera opportuna il consolidamento e assicurare una stabilizzazione uniforme tra i terreni cedevoli e non.
Grazie ai suoi successi, Geosec Srl è riuscita a farsi conoscere anche in molti paesi dell'Europa, diventando leader affidabile nell'ambito del consolidamento. Se avete bisogno di un consulto, sapete a chi rivolgervi.