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Cedimenti delle fondazioni: alcuni metodi di consolidamento

La conoscenza sia della sovrastruttura sia delle fondazioni e' la base di partenza per un intervento di consolidamento efficace di una costruzione esistente

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Il § C8A.5.11 “Interventi in fondazione” della Circolare esplicativa 617/2009 delle Ntc, prevede, a seguito della conoscenza strutturale e dei seguenti requisiti:

x] nella costruzione non siano presenti importanti dissesti di qualsiasi natura attribuibili a cedimenti delle fondazioni e sia stato accertato che dissesti della stessa natura non siano prodotti neppure in precedenza;

y] gli interventi progettati non comportino sostanziali alterazioni dello schema strutturale del fabbricato;

z] gli stessi interventi non comportino rilevanti modificazioni delle sollecitazioni trasmesse alle fondazioni;

aa] siano esclusi fenomeni di ribaltamento della costruzione per effetto delle azioni sismiche;

interventi di consolidamento delle fondazioni che prevedano o un’unica soluzione o la compresenza di più metodi, previo il rilievo delle fondazioni esistenti.

Le tipologie di intervento indicate nella Circolare consistono nell’allargamento delle fondazioni, nel consolidamento del terreno (iniezioni di malte cementizie o resine) e nell’inserimento di sottofondazioni profonde (micropali e pali radice).

L’intervento di rinforzo è necessario quando il carico che sollecita la fondazione è maggiore della capacità portante del terreno. Tale condizione si può verificare, ad esempio, in occasione di un cambio di destinazione d’uso dello stabile o nella realizzazione di una sopraelevazione.

Gli interventi si distinguono tra attivi e passivi; il primo caso è preferibile, poiché la nuova struttura è messa sotto carico e quindi è necessaria ad evitare ulteriori cedimenti fondali. Quando si opera in tal senso occorre considerare la fattibilità dell’intervento, non solo in termini di messa in opera ma anche di interazione tra la tecnologia costruttiva esistente e quella di rinforzo, al fine di garantire una certa durabilità ed efficacia dell’opera. Pertanto le soluzioni che si propongono nel seguito rappresentano ipotesi che devono essere opportunamente contestualizzate e quindi coerenti con le problematiche del sito di intervento.

a) Aumento larghezza della fondazione: consiste nell’affiancare alla costruzione esistente cordoli in calcestruzzo armato o muratura.

La nuova e l’esistente fondazione devono collaborare al fine di trasmettere in modo uniforme il carico superiore al terreno, avendo sia una rigidezza comparabile ed un collegamento trasversale che le connette. Quest’ultimo può essere realizzato, ad esempio, mediante traverse metalliche, spinotti e armature trasversali; la prima soluzione può ritenersi reversibile, mentre quella con gli spinotti ha il vantaggio consistente nel fatto che i piccoli fori di alloggiamento possono essere eseguiti semplicemente con il trapano. L’unica accortezza necessaria consiste nel verificare che le barre passanti siano essere adeguatamente protette dalla corrosione, pertanto è preferibile l’impiego di barre in acciaio inox o in fibre di carbonio da collocarsi nella metà superiore del cordolo per evitare lo sfondamento dello stesso.

Al fine di indebolire il meno possibile la fondazione esistente, per non comprometterne la capacità portante, creando per un breve intervallo di tempo la condizione di fondazione superficiale, si applica tale soluzione lungo i fianchi e ad una profondità minima. Nel caso di strutture murarie il rinforzo deve corrispondere alla posizione dei maschi murari ed essere disposto in modo tale da evitare spinte a vuoto su eventuali aperture sovrastanti.

L’abbinamento del doppio cordolo è possibile laddove non vi siano locali interrati o problemi di confine o conservazione di pavimenti pregiati; in quel caso l’allargamento della fondazione è realizzato mediante un singolo cordolo posto lungo tutto il perimetro murario e i collegamenti trasversali sono realizzati mediante traverse o bilancieri in acciaio che sostengono la murature all’interno di opportune nicchie.

Allargamento della fondazione mediante inserimento di cordoli collaboranti con la fondazione esistente: (a) travi cordolo in c.a. collegate tra loro mediante traversi; (b) travi cordolo in c.a. collegate tra loro mediante traversi con in più precompressione del terreno a mezzo di martinetti idraulici in corrispondenza dei traversi.

b) Micropali: questa soluzione si rende necessaria allorquando si debbano raggiungere strati più resistenti e più profondi del terreno, al fine di scaricare al meglio il carico risultante della sovrastruttura.

Questa soluzione di rinforzo è l’abbinamento del metodo precedente con micropali ancorati agli eventuali cordoli e traversine: per garantire la collaborazione tra la fondazione esistente ed i micropali occorre che la testa di questi ultimi sia opportunamente ancorata attraverso, il più delle volte, piastre saldate alla testa del palo.

La geometria di questa soluzione dipende fortemente dalla stratigrafia del terreno; infatti, si tratta solitamente di lunghezze comprese in un intervallo di 10 – 25 m, con diametri variabili tra i 10 cm ed i 20 cm.

I pali, preferibilmente, devono essere infissi mediante un moto rotatorio anziché di percussione al fine di evitare danneggiamenti alla struttura esistente. Ovviamente la scelta della tipologia di palo deve essere dedotta da competenze geotecniche specifiche. Volendo fare una sintetica distinzione tra le diverse tipologie si distingue tra micropali con:

  • anima metallica: trattasi di elementi tubolari ad elevate caratteristiche meccaniche e di diametro minore del foro praticato nel terreno; l’intercapedine tra terreno e anima e l’interno dell’anima sono riempiti con boiacca cementizia, che crea il collegamento tra anima metallica e terreno, consentendo così il trasferimento del carico al terreno. È fondamentale che l’anima di acciaio sia completamente ricoperta dalla boiacca, cosicché garantisca contemporaneamente l’aderenza al terreno e la durabilità dell’acciaio. Per questo motivo sono adottati dei distanziatori con il compito di mantenere centrata l’anima nel foro praticato. Altra accortezza riguarda la lunghezza dei segmenti, che difficilmente supera i 6 m, in particolare i micropali da allestire nei vani interni dovranno avere un’altezza compatibile con quella del vano.
  • barre cave auto-perforanti con fresa a perdere: nel foro centrale è immessa la boiacca con una duplice funzione, quella di raffreddare la testa di perforazione e di consolidare il terreno circostante durante l’avanzamento. Attorno alla barra si crea uno spessore di qualche centimetro che garantisce la durabilità dell’acciaio. Per il rinforzo delle fondazioni degli edifici storici sono impiegate barre avente diametro 30-60 mm. Solitamente si utilizzano micropali con capacità portanti comprese tra 300 – 500 kN.

c) Sottofondazione con micropali (pali radice): questo intervento è di tipo passivo, i micropali vengono infissi in modo inclinato nel terreno e la loro sommità è posta all’interno della muratura portante. Questa tecnica, se adottata, deve tenere in considerazione alcune criticità che si possono presentare:

  • la capacità portante della connessione micropalo-parete, che è funzione sia della resistenza all’aderenza che si oppone allo scorrimento relativo tra palo e fondazione sia della lunghezza di ancoraggio. Il valore di suddetta resistenza potrebbe risultare incerto, se il riempimento della boiacca non fosse adeguato e la lunghezza di ancoraggio non sufficiente (caso delle fondazioni poco profonde, in cui la lunghezza è paragonabile all’altezza di fondazione).
  • Se la muratura è in pietrame solitamente le fondazioni sono povere di malta, quindi la perforazione per l’allestimento dei pali radice potrebbe essere difficoltosa in quanto potrebbe provocare spostamenti nella tessitura muraria, affinché la carotatrice possa avanzare. In questo caso occorre preventivamente operare un consolidamento della muratura che prevede iniezioni di malta nella tessitura.

 

Schematizzazione dell’intervento mediante pali radice

d) Sottomurazione: questo tipo di intervento ricorre quando devono essere ricavati dei locali interrati, sicuramente non è volto al potenziamento della capacità portante della fondazione esistente. Anzi, quando si opera in questa direzione occorre prestare particolare attenzione, al fine di evitare crolli parziali di paramenti murari e possibili cedimenti.

Consiste nella realizzazione di un’ulteriore fondazione al di sotto di quella esistente, che consente di raggiungere due risultati: allargare la fondazione e raggiungere una quota più bassa a cui probabilmente corrisponde un terreno con una capacità portante migliore.

In passato si cercava di realizzare la nuova struttura in muratura al fine di evitare problemi legati al ritiro della malta. Oggi si interviene più facilmente grazie all’impiego del calcestruzzo, prestando attenzione circa la compatibilità tra il materiale nuovo e quello esistente.

Solitamente questa soluzione è realizzata a campioni (altezza e larghezza non superiori a 0,5 m – 1,0 m); il modesto scavo sotto la fondazione, necessario per realizzare il campione, annulla localmente la pressione relativa tra terreno e fondazione. Il nuovo campione di muratura, inizialmente scarico, si caricherà quando saranno effettuati degli scavi adiacenti ad esso, a spesa di un assestamento del terreno e della fondazione di alcuni millimetri, che potrebbe causare un certo quadro fessurativo nelle murature sovrastanti.

Per questa serie di ragioni la realizzazione e la successione dei campioni deve essere adeguatamente progettata, al fine di danneggiare al minimo la struttura esistente. La realizzazione di una nuova sottomurazione deve prevedere una tecnica di rinforzo riconducibile a quelle precedentemente descritte.

e) Stabilità delle fondazioni in pendio: il meccanismo da contrastare è quello di scivolamento verso valle della porzione di terreno delimitato dalla superficie di scorrimento. L’analisi limite consente di determinare la forma e l’estensione della superficie di scorrimento minimizzando il valore del carico portato.

Le tecniche di rinforzo previste in questi casi sono, ad esempio, i micropali e i tiranti di contenimento (posti in direzione sub-orizzontale al fine contrastare lo scivolamento e ripristinare l’equilibrio del cuneo di terreno soggetto al cinematismo).

f) Opere di sostegno: questa tecnica rappresenta un metodo per contrastare la spinta del terreno, in prossimità di una costruzione posta in trincea o rilevato rispetto ad esso. Questa struttura di sostegno può essere oggetto anche di meccanismi di instabilità, pertanto onde evitare questi fenomeni, il consolidamento e/o rinforzo avviene ad esempio mediante un opportuno sistema di tiranti.

g) Iniezioni nel terreno di resine e di malte cementizie: la prima rappresenta una tecnica di consolidamento che si è sviluppata ed evoluta nell’ultimo ventennio, che può essere applicata singolarmente o in abbinamento alla tecnologia dei micropali o dei tiranti. Solitamente sono impiegate resine espandenti, ovvero una volta iniettate sotto il piano fondale aumentano il proprio volume andando a colmare le cavità ed interferendo sulle pressioni interne al terreno. Il metodo dell’iniezione nel terreno ha avuto un certo seguito, grazie anche alla modesta invasività con cui viene applicato. Le problematiche connesse sono il più delle volte legate alla conoscenza sia del sito sia delle caratteristiche chimico fisiche del terreno; infatti, la medesima soluzione applicata su terreni fondali diversi può portare a risultati differenti in termini temporali immediati o differenti. È quindi fondamentale avere una valutazione circa l’iniettabilità del terreno, nonché la durabilità e le profondità che si riuscirebbero a raggiungere.

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