CONSOLIDAMENTO DEI TERRENI CON METODOLOGIA SEE&SHOOT® DI GEOSEC®
Background
L’edificio è stato oggetto di operazioni di rilievo al fine di verificare e completare gli elaborati grafici forniti dal Comune di Genova, costituiti dalle piante del piano terra, primo e secondo e da uno spaccato di sezione, realizzati per un intervento di manutenzione straordinaria ed abbattimento barriere architettoniche.
Tali operazioni hanno portato alla redazione delle piante dell’edifici, delle sezioni e dei prospetti, realizzate per l’effettuazione del rilievo del quadro fessurativo nonché per avere la migliore conoscenza possibile, in funzione delle indagini eseguite, del sistema costruttivo dell’edificio.
In particolare, si segnala che il rilievo geometrico dell’edificio, necessita di una integrazione puntuale relativo alla copertura con individuazione della struttura e degli abbaini presenti, in quanto lo stato conservativo del controsoffitto, non ha permesso di permanere nel sottotetto per operazioni necessarie.
Lo studio dell’edificio è stato svolto anche attraverso l’esame di alcune fotografie effettuate dal Comune di Genova, durante i lavori di realizzazione del vano ascensore, dalle quali si sono potute trarre importanti informazioni circa il tessuto murario, le opere di fondazione, nonché la tessitura dei solai.
Le fondazioni dell’edifico risultano costituite da muri fondali in pietra con quota imposta inferiore a circa 1,50 m dal piano pavimento del piano terra {area uffici), e la pavimentazione del piano terra risulta eseguita direttamente sul terreno, con interposizione di uno strato esiguo di malta di allettamento.
L’edificio principale originario risulti costituito da un corpo di fabbrica principale con struttura in muratura portante in pietra a spacco con buona tessitura, avente spessore alla base pari a 70-60 cm circa, risalente oli ‘impianto originario, articolato su tre piani fuori terra oltre a sottotetto e copertura, realizzati con struttura in legno e successivamente in parte rinforzati con doppia orditura di putrelle in acciaio (rinforzo del quale non si conosce l’estensione totale), collegati fra loro da una scala centrale interna a doppia rampa con strutturo in cis armato, questa con ogni probabilità di edificazione successiva in sostituzione della scala originaria, e da un ascensore edificato nel 2013.
Le fondazioni di tale edificio vengono verosimilmente ipotizzate costituite da travi di fondazione in cls armato, con appoggio diretto sul terreno.
Descrizione dello stato di fatto
Una analisi visiva dell’edificio ha evidenziato la presenza di un quadro fessurativo importante sulla muratura portante perimetrale ed interna nonché di tamponatura interna, relativa sia al corpo principale sia al corpo secondario, concentrata in particolare sui fronti nord-ovest, sudovest e nord-est, nonché nella zona centrale del corpo principale (area vano scala) e dell’area servizi igienici del corpo secondario.
Come meglio evidenziato sulla relazione illustrativa generale, alla luce dello schema fessurativo, è stata effettuata una indagine geologica estesa per l’identificazione della stratigrafia dei luoghi, della caratterizzazione meccanica dei terreni e delle caratteristiche di compressibilità degli strati. A seguire, a partire da dicembre 2017, è stato effettuato il monitoraggio di 29 fessure (di cui 25 fessure monitorate fin dalla data di inizio monitoraggio e 4 fessure aggiunte in corso di monitoraggio in seguito ad ulteriori verifiche) e l’installazione di due clinometri posizionati sullo spigolo est dell’edificio. Le letture sono state effettuate con cadenza mensile.
Nell’ottobre 2018 è stata svolta anche una campagna di indagine conoscitiva dei materiali costituenti l’edificio.
Alla luce di quanto sopra, la natura del materiale fondale, soggetto ad un processo di addensamento progressivo, variabile in entità in funzione del tipo di orizzonte, nonché la presenza di lenti di materiali più sabbiosi con caratteristiche di minore addensamento, risulta confermare il quadro fessurativo osservato, costituito da una molteplicità di lesioni di lieve o lievissima entità di tipo superficiale, poste nelle zone a minore resistenza quali architravi e parapetti, elementi di collegamento dei rigidi maschi murari, i quali hanno subito dalla loro costruzione, risalente al 1886, sino ad oggi, un assestamento di tipo differenziale.
Il monitoraggio svolto da dicembre 2017 ad oggi, ha permesso di approfondire e testare le ipotesi circa le cause del quadro fessurativo.
In particolare si è potuto correlare le fessure che hanno subito maggiori variazioni al cedimento rotazionale dello spigolo est dell’edificio, il quale è a sua volta causa dell’innalzamento dello spigolo ovest del fabbricato al quale è vincolato la copertura del corpo aggiunto con conseguente manifestazione di fessure ad andamento orizzontale a lembi distesi, tipiche di una rottura a trazione.
Il monitoraggio ha comunque evidenziato un cedimento di lieve entità, con evoluzione nel tempo, relativo al monitoraggio, molto lento.
Inoltre la caratterizzazione delle murature ha evidenziato una matrice muraria molto caotica con blocchi lapidei di diverse forme (anche irregolari) e dimensioni e malta di allettamento caratterizzata da valori di resistenza a compressione medio-bassa in alcuni casi coincidente con i valori pressione effettiva presenti nei pannelli murari.
Alla luce di quanto sopra, è stato redatto un progetto di recupero e consolidamento della muratura fondale, nonché di consolidamento del substrato di fondazione al fine di incrementarne la capacità portante e di diminuirne la permeabilità, concause dei fenomeni fessurativi presenti.
Relativamente delle procedure di gestione e controllo delle attività edilizie ai fini della prevenzione del rischio sismico, si tratta di intervento classificabile come:
– Intervento locale che riguarda solo singole parti della struttura, senza cambiamento significativo del comportamento globale della costruzione, volto a ripristinare e migliorare le caratteristiche di resistenza delle parti oggetto di consolidamento.
ASSETTO LITOSTRATIGRAFICO e CONSIDERAZIONI GEOLOGICO-TECNICHE
I dati geognostici e le stratigrafie geologico progettuali elaborate costituiscono supporto tecnico per il progettista nella fase di progettazione, scelta, calcolo e dimensionamento delle opere e degli interventi più idonei a contrastare gli effetti di assestamento differenziale visionati ed osservati in superficie, ovvero a sostegno della funzionalità, dell’idoneità statica e della durabilità del manufatto in esame. Nello specifico le indagini condotte e i dati geognostici pregressi a disposizione hanno consentito l’elaborazione di n. 2 sezioni geologiche stato attuale, dove si evince un modello geologico del sito costituito da:
- Orizzonte R: piazzale /battuto cemento+ pietrame e ghiaia di sottofondo- tipo tout venant
- Orizzonte A: terreno rimaneggiato e/o misto a riporti di età storica, in graduale transizione e/o frammista con la sottostante coltre di alterazione (orizzonte B): limo argilloso e argilla limosa, talora sabbioso di colore marrone ocra con raro pietrisco e/o scaglie litoidi. Talora frammenti laterizi.
- Orizzonte B: coltre di alterazione residuale del substrato: argilla compatta, marrone ocra a strigliature grigiastre, con rari elementi litoidi.
- Substrato costituito dalle “Argille di Ortovero”
- Assenza di circolazione idrica sotterranea
Il primo strato individuato dal piano campagna, viene definito “orizzonte A” e descritto, nella relazione geologica, come strato limo- argilloso poco consistente, inorganico di media-elevata compressibilità, con rara ghiaia e sabbia suscettibile di importanti cedimenti differenziali, come testimonia l’estrema variabilità del modulo edometrico al variare dei carichi.
Tale strato risulta caratterizzato in generale da scarse caratteristiche fisiche e meccaniche:
- angolo di attrito = 22°;
- peso di volume 1850 Kg/mc;
- densità relativa = 70%
- modulo elastico non drenato 30 Mpa = 300 Kg/cmq
- coesione non drenata 0.25 Kg/cmq
Il secondo strato individuato, viene definito “orizzonte B” e descritto, all’interno della relazione geologica, come argilla compatta di alterazione, talora interessata da lineazioni stratigrafiche riconducibili a sacche o lenti di materiale più sabbioso a minor stato di addensamento.
Tale strato risulta caratterizzato in generale da buone caratteristiche fisiche e meccaniche:
- angolo di attrito = 28°;
- peso di volume 1900 Kg/mc;
- densità relativa = 80%
- modulo elastico non drenato 150 Mpa = 1500 Kg/cmq
- coesione non drenata 0.5 Kg/cmq
La ricostruzione stratigrafica elaborata mostra un andamento generale degli strati geotecnici sopra discriminati, con lieve approfondimento verso valle dei rifrattori individuati, con andamento pseudo tabulare delle interfacce.
Il quadro fessurativo generale del manufatto è, quindi, in linea generale, potenzialmente imputabile a variazioni locali dello stato di addensamento dei livelli argillosi superficiali con cedimenti differenziali localizzati e discontinui differente terreno di fondazione dei vari muri portanti (taluni entro l’orizzonte A, più compressibile, altri a trasferire il carico di esercizio sull’orizzonte B, più compatto). Tale disomogeneità di piano fondazionale, può aver contribuito ad amplificare eventuali assestamenti per contrasto di rigidità laterale maggiori spessori compressibili sul prospetto di valle, contestuali altresì ad una lieve “schiena d’asino” trasversale come supposto in sez. A-A.
CONSOLIDAMENTO DELLA MURATURA FONDALE
Consolidamento della fondazione in muratura allo scopo di riempire i vuoti presenti eliminando le discontinuità dovute a difetti costruttivi od all’invecchiamento, che possono rappresentare pericolose debolezze strutturali, e quindi distribuire in modo uniforme le tensioni provenienti dai carichi sovrastanti.
Per l’esecuzione delle iniezioni sono eseguite delle perforazioni verticali o subverticali nella muratura a partire dal piano di calpestio e fino a raggiungere la quota del piano di imposta della fondazione, allo scopo di intercettare il numero massimo di cavità presenti. Tali perforazioni hanno diametro inferiore a 30mm. In tali fori sono posizionati dei condotti di iniezione di lunghezza tale da raggiungere le zone interessate.
Le operazioni di consolidamento delle murature hanno previsto nel dettaglio una pre-iniezione di acqua a campione su tutto il volume murario oggetto di trattamento per il lavaggio dello stesso e successivamente l’iniezione del legante a base di calce idraulica, di tipologia e caratteristiche approvate dalla D.L..
La miscela è stata iniettata a pressione variabile e controllata sino al rigurgito della stessa dai condotti limitrofi. Sono stati trattati di 135 m di fondazione tramite l’utilizzo di 4580 kg di calci idrauliche.
Le iniezioni sono state eseguite senza soluzione di continuità in modo da garantire un trattamento uniforme di tutto il volume del paramento murario. La pressione d’espansione controllata dal materiale iniettato permette di raggiungere anche le cavità meno accessibili ed evita rotture e deformazioni rilevanti delle murature.
CONSOLIDAMENTO SUBSTRATO TERRENO
Consolidamento del terreno di fondazione eseguito sino alla profondità di m. 2-3 dal piano di lavoro mediante iniezione controllata di resina poliuretanica Geosec allo scopo di incrementare la capacità portante di esercizio dei terreni ad un valore maggiore della tensione indotta dalla struttura soprastante.
Le iniezioni sono eseguite sotto le fondazioni, a diversi livelli di profondità a partire dal piano di posa delle stesse in modo da garantire il miglioramento delle caratteristiche meccaniche di tutto il volume di terreno sopraindicato.
Per l’esecuzione delle iniezioni sono state eseguite delle perforazioni di piccolo diametro ad inclinazione variabile o partire dal piano di lavoro ed attraverso le fondazioni.
Il procedimento, come richiesto dal progetto, si è svolto in due fasi continue:
- Consolidamento superficiale. In questa fase sono state eseguite delle iniezioni in prossimità dell’intradosso del piano di posa delle fondazioni tali da garantire continuità fra struttura e terreno. Scopo di questa fase di lavorazione è il riempimento dei vuoti eventualmente presenti nel terreno e l’incremento di resistenza dello stesso a rottura per sforzi dì taglio.
- Consolidamento in profondità. Nella seconda fase sono state eseguite delle iniezioni su più livelli di profondità (2-3 livelli).
Per il consolidamento dei terreni, GEOSEC® ha sviluppato una metodologia brevettata, che prevede iniezioni di una speciale resina espandente, capace di consolidare efficacemente, in totale sicurezza, i terreni di fondazione. Viene eseguito inoltre un costante controllo strumentale (Tomografia di Resistività Elettrica, ERT 3D), sempre mediante indagini geofisiche 4D PRIMA, DURANTE e al TERMINE del trattamento comprese le prove geotecniche in sito.
Le operazioni di consolidamento del terreno di fondazione con tecnologia SEE&SHOOT® hanno previsto il trattamento di 170 m di fondazione continua mediante l’iniezione di resine espandenti, per un totale di 5.104,55 kg di prodotto immesso tramite condotti di iniezione predisposti a perdere nel terreno.
Durante la procedura di intervento SEE&SHOOT® sono stati eseguiti n. 2 stendimenti E.R.T, denominati E.R.T. A ed E.R.T. B, composti da n. 2 cavi multipolari e n.48 elettrodi ciascuno.
Le misure sono state eseguite utilizzando opportune sequenze di acquisizione progettate con quadripolo di tipo Polo-Dipolo, che ha permesso di massimizzare la risoluzione spaziale e la penetrazione del segnale nel sottosuolo, consentendo il raggiungimento della profondità di investigazione massima di –5.00 m dalla quota dell’angolo Est del fabbricato.
Le prestazioni geotecniche dei terreni sono state studiate attraverso n.16 prove penetrometriche (n.8 di pre intervento e n.8 di post intervento).
La sovrapposizione delle informazioni rilevate nella fase preliminare alle iniezioni, con le immagini di tomografia elettrica del terreno sotto all’impronta della struttura, ha permesso di confermare la corrispondenza tra le porzioni interessate dal cedimento e le eterogeneità presenti nei terreni di fondazione.
Il quadro accurato dello stato di fatto pre intervento ha permesso di mirare le iniezioni nei volumi di terreno ritenuti anomali e interessati dal cedimento.
Grazie alla tomografia di resistività elettrica e, nello specifico, alla determinazione della variazione dei valori di resistività rispetto a quelli misurati prima delle iniezioni, è stato possibile verificare in corso d’opera:
- a) l’effettivo volume di terreno interessato dall’azione filtrante ed espandente della resina iniettata;
- b) il corretto riempimento di vuoti e delle cavità presenti;
- c) l’allontanamento e la riduzione dell’acqua interstiziale dal volume significativo.
I valori di pressione ammissibile post trattamento –rilevati dalle prove penetrometriche-, hanno raggiunto miglioramenti fino anche al 500% rispetto a quanto rinvenuto preliminarmente la fase d’iniezione all’interno del volume di terreno trattato.
NORMATIVE DI RIFERIMENTO
-D.M. 17.01.2018, Norme tecniche per le costruzioni;
-Circolare 21/02/2019, n.7 “Istruzioni per l’applicazione dell’Aggiornamento delle “Norme tecniche per le costruzioni” di cui al D.M. 17/01/2018″;
-Istruzioni e Linee Guida del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici; -Istruzioni e documenti tecnici del Consiglio Nazionale delle Ricerche (C.N.R.).