Consolidamento fondale: platea e micropali per correggere l'eccentricità del cordolo

L'articolo documenta un caso applicativo di re-consolidamento fondale su un edificio in muratura del 1936, dove il primo intervento del 2010 - cordolo su micropali realizzato solo all'esterno - non aveva risolto i cedimenti per la forte eccentricità rispetto alle azioni della parete. La soluzione del 2022 integra il cordolo con una platea interna, solidarizzata mediante barre Dywidag e ancorante chimico, ed estende la palificata nella zona d'ingresso (21 micropali, infissione 15 m).

L'intervento riduce l'eccentricità residua e ridistribuisce lo stato tensionale sul terreno di modeste caratteristiche geotecniche; la prova di carico statica a 150 kN conferma cedimenti pressoché nulli. Un riferimento tecnico per progettisti strutturali e geotecnici sull'integrazione tra interventi successivi.

Dal quadro fessurativo al consolidamento fondale: il caso di un edificio in muratura

Analisi del quadro fessurativo in un fabbricato murario degli anni ’30: rilievo, indagini e interazione terreno-struttura evidenziano cedimenti fondali dovuti a sottomurazione inadeguata. Gli interventi di consolidamento con micropali e platea mirano a ridurre eccentricità e cedimenti differenziali, andando ad integrarsi con un primo intervento di consolidamento.

Quadro fessurativo in edificio in muratura: lesioni a 45° e cedimenti fondali

Rilievo delle lesioni e conoscenza del fabbricato esistente

Il rilievo del quadro fessurativo rappresenta uno degli step fondamentali della conoscenza del fabbricato, unitamente al rilievo e al piano di indagini. Nel caso qui di seguito descritto, il fabbricato risale ai primi anni ’30 (più precisamente al 1936, ante R.D.L. 16 novembre 1939 n.2228 e 2229 (G.U. 18 aprile 1940 n.92) “Norme per l'accettazione dei leganti idraulici”) ed è un esempio di muratura realizzata con blocchi gettati in calcestruzzo, avente come sistema fondale una sottomurazione.

In Figura 1 è riportata lo sviluppo tridimensionale del fabbricato: la struttura portante in muratura di due piani ha una forma ad “L” e il quadrato complementare la pianta dell’intero fabbricato corrisponde ad un ampliamento in c.a. eseguito in epoca successiva (1980) con propria fondazione.

In Figura 2 è riportata la restituzione del quadro fessurativo manifesto, per lo più caratterizzato da lesioni a 45°, più marcate nella parte sinistra visto e considerato il maggiore sviluppo del fabbricato in quella direzione.

L’interazione terreno struttura in corrispondenza del fabbricato in muratura, è concentrato principalmente sul prospetto principale ed all’intersezione di questo con i muri di spina perimetrali perpendicolari ad esso. La situazione si manifesta in virtù del quadro fessurativo posto in corrispondenza del piano terra e concentrato soprattutto nelle fasce inferiori delle aperture ed in prossimità degli angoli strutturali.

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Tal quadro fessurativo è presente sia esternamente sui prospetti sia internamente ed è sintomo di un cedimento fondale dettato dalla tipologia di fondazione, sottomurazione, non idonea al tipo di terreno ivi presente.

Ciò ha comportato un approfondimento conoscitivo degli interventi di manutenzione che hanno interessato il fabbricato; da ciò si è evinto che:

1. Il corpo murario ha una fondazione corrispondente ad una sottomurazione, nel primo intervento stimata di circa 2.5 m e poi riscontrata ad un’altezza di circa 1 m rispetto al piano di campagna.
2. Il quadro fessurativo riscontrato era già manifesto già prima in misura maggiore.
3. A seguito del riscontro del quadro fessurativo era stato realizzato un primo consolidamento che ha previsto l’infissione di una cortina di pali fronte il fabbricato.

Primo consolidamento fondale con micropali e cordolo di sottofondazione

Indagini geognostiche e caratteristiche della fondazione esistente

Nel 2004 sono stati eseguiti pozzetti geognostici durante la campagna, ciò ha consentito di identificare le caratteristiche delle fondazioni originarie del fabbricato prima dell’intervento di consolidamento del 2010.

Si tratta di una fondazione di tipo continuo in calcestruzzo di larghezza media pari a 0.60 m. Il piano di appoggio è posizionato a 2.5 m di profondità, ad eccezione dello spigolo Sud-Est dell’edificio che riporta un ulteriore approfondimento di circa 50 cm (-3.0 m dal piano campagna).

Secondo la ricostruzione stratigrafica, le fondazioni superficiali dovrebbero poggiare sull’unità di suolo 1A. L’indagine visiva ha identificato un calcestruzzo strutturale piuttosto “povero” in termini di dosaggio di cemento e stato di conservazione.

Il primo intervento di consolidamento ha previsto il consolidamento delle fondazioni superficiali preesistenti in corrispondenza del prospetto Est (facciata principale) ed in parte di quello Sud (circa metà), oltre ad un breve tratto sul prospetto Nord fino al volume del locale caldaia.

Micropali verticali: diametri, armature, interassi e profondità

L’intervento ha comportato la realizzazione di un cordolo di sottofondazione in calcestruzzo armato di spessore 0.70 m, fondato su micropali verticali sfalsati su due file avente le seguenti caratteristiche:

• diametro 200 mm,
• rmatura tubolare di diametro 139.7 mm e spessore 8 mm.
• I pali hanno lunghezza pari a 9 m. I pali in prossimità della facciata del fabbricato (“prima fila”) hanno interasse longitudinale di 0.50 m, mentre quelli più distanti (“seconda fila”) di 1.0 m.
• I pali sono stati infissi con andamento verticale.

Obiettivo del primo intervento: trasferimento dei carichi ai micropali

La finalità del primo intervento di consolidamento era quella di trasferire sugli stessi “buona parte del carico attualmente gravante sul terreno superficiale di fondazione” e che i pali della prima fila dovrebbero assorbire sollecitazioni di compressione mentre quelli di seconda fila di trazione. In accordo all’interpretazione stratigrafica al sito, i pali di fondazione dovrebbero attraversare principalmente le unità di suolo limo-sabbiose.

Condizioni geologiche e idrogeologiche: piana alluvionale, falda e cedimenti

Terreni alluvionali e substrato profondo: il modello geologico del sito

In accordo ai contenuti delle perizie geologiche del 2004 e del 2019, il terreno di fondazione dell’edificio scolastico è rappresentato da una piana alluvionale generata dal torrente ivi presente e dagli apporti dei corsi d’acqua che si uniscono nei dintorni.

Il fattore morfogenetico predominante è costituito dalla deposizione di materiale alluvionale. A profondità dell’ordine di 25-30 m dal piano campagna è ipotizzabile la presenza del substrato roccioso, costituito dalla formazione degli “scisti di Gorra”.

Impermeabilizzazione urbana, tombinature e variazioni della falda

Il sito risulta fortemente urbanizzato e le superfici sono quasi totalmente impermeabili. I deflussi concentrati sono rappresentati da un rio che scorre all’interno di una tombinatura a margine del fabbricato.

Dalla documentazione geologica antecedente al primo intervento di consolidamento si evince che alcuni edifici limitrofi al fabbricato siano dotati di pompe autoadescanti per evitare l’allagamento dei locali interrati. Condizione che comporterebbe l’abbassamento forzato del livello di falda con conseguente ripercussione sul contesto idrologico dell’area e sui cedimenti indotti sugli edifici insistenti nell’area in questione.

Ri-consolidamento fondale: integrazione tra micropali esistenti e nuova platea

Eccentricità del cordolo esterno su micropali: la criticità del primo intervento

Il principale elemento di criticità del primo progetto di consolidamento realizzato è riconducibile alla forte eccentricità del sistema fondazionale su pali rispetto alle azioni trasmesse dalla parete, condizione determinata dall’asimmetria del nuovo cordolo realizzato integralmente all’esterno del fabbricato. è ipotizzabile che tale condizione sia stata imposta al progettista al fine di limitare l’impatto sulle parti interne dell’edificio e sull’operatività e funzionalità del fabbricato scolastico.

Tuttavia, considerando la mancanza di un substrato rigido in cui intestare i micropali ed una lunghezza degli stessi comunque piuttosto contenuta, la configurazione risultante non ha consentito il raggiungimento degli standard prestazionali richiesti dalla vigente normativa dell’epoca.

Alla luce di quanto sopra, si è ritenuto che il sistema più efficace per ridurre le sollecitazioni sui pali esistenti fosse quello di cercare di ridistribuire in modo maggiormente bilanciato le azioni esterne, riducendo al minimo le eccentricità.

Platea interna per ridurre l’eccentricità e redistribuire le tensioni

In tale ottica, il secondo intervento di consolidamento (2022) ha previsto lo sfruttamento delle peculiarità del primo, andando a integrarlo nelle sue criticità manifestatesi in seguito alla realizzazione.

La soluzione prescelta ha comportato la realizzazione di una platea interna al fabbricato, per la porzione Est maggiormente interessata da fenomeni fessurativi della sovrastruttura (angolo sinistro della facciata principale, Figura 3).

L’obiettivo primario di questo secondo consolidamento corrisponde alla riduzione dell’eccentricità delle azioni in corrispondenza del piano di posa, in considerazione del fatto che il cordolo su micropali del 2010 è stato realizzato solamente all’esterno del fabbricato.

Attraverso la riduzione dell’eccentricità del sistema si ottiene una drastica diminuzione dello stato tensionale sul terreno di modeste caratteristiche geotecniche. La nuova platea garantisce anche una migliore ridistribuzione delle azioni in fondazione, risolvendo il problema dei cedimenti differenziali cui l’edificio è sottoposto, anche in ragione dell’accertata variabilità spaziale delle condizioni litostratigrafiche del terreno di fondazione.

Consolidamento integrativo e rapporto costi-benefici dell’intervento

La soluzione tecnica prescelta è stata ritenuta quella ottimizzante in termini di rapporto tra costi e benefici per la collettività, proponendosi come intervento integrativo e non sostitutivo di quello del 2010, dimostratosi purtroppo non esaustivo per superare la problematica di cedimenti fondazionali dell’edificio.

Collegamento tra platea e cordolo su micropali con barre Dywidag

La platea è stata opportunamente solidarizzata al cordolo su micropali realizzato come consolidamento nel 2010 mediante inghisaggio con barre di acciaio tipo Dywidag, dimensionate per conseguire il trasferimento del carico della sovrastruttura alle opere integrative (Figura 4).

Le barre di ancoraggio sono state allestite su due file verticali rispetto allo spessore di 70 cm del cordolo, opportunamente inghisate mediante ancorante chimico. Il seguente schema grafico mostra la pianta di intervento. In retinato l’intervento “A” (platea) ed in verde l’intervento “B” di integrazione del cordolo su pali (Figura 5).

L’estensione del primo intervento di consolidamento in corrispondenza della porta di ingresso del fabbricato (intervento B) ha interessato un tratto di circa 7.6 m di lunghezza. In totale sono stati realizzati 21 pali, diametro di perforazione 220 mm, armatura tubolare diametro 114 mm, spessore 8 mm. Considerando una lunghezza di infissione di 15 m, si prevedono complessivi 21 x 15 = 315 m di perforazione.

Le barre a taglio hanno consentito il trasferimento del carico dal sistema muro-cordolo alla platea, con ridistribuzione dello stato tensionale su una superficie notevolmente maggiorata.

Le barre hanno una lunghezza di 2.5 m e saranno posizionate a passo di 100 cm lungo il perimetro della platea, su due file sfalsate nello spessore di 70 cm. In totale sono state posizionate 62 barre di ancoraggio.

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FAQ TECNICHE: Consolidamento fondazioni: micropali e platea negli edifici in muratura | Ingenio

Che cosa si intende per consolidamento fondale di un edificio in muratura?

Il consolidamento fondale è l’insieme degli interventi finalizzati a migliorare il comportamento delle fondazioni esistenti quando il sistema terreno-struttura non garantisce più prestazioni adeguate.
Nel caso analizzato, il problema deriva da una sottomurazione non idonea al terreno presente e da cedimenti differenziali manifestati attraverso lesioni diffuse.
L’intervento non sostituisce integralmente la fondazione esistente, ma la integra con nuovi elementi resistenti e una diversa distribuzione dei carichi.

In quali casi micropali e platea interna possono essere utilizzati insieme?

La combinazione tra micropali e platea interna è utile quando occorre ridistribuire i carichi, ridurre eccentricità e migliorare la risposta del sistema fondale.
Nel caso trattato, il primo consolidamento con cordolo esterno su micropali aveva lasciato una configurazione fortemente asimmetrica rispetto alla parete portante.
La platea interna è stata quindi utilizzata per bilanciare il sistema e aumentare la superficie di distribuzione delle tensioni sul terreno.

Quali norme tecniche sono rilevanti per interventi su fondazioni e micropali?

Il riferimento nazionale principale è costituito dalle NTC 2018 e dalla relativa Circolare applicativa, da integrare con le norme europee applicabili alla progettazione geotecnica e all’esecuzione di opere speciali.
Per i micropali è strettamente correlata la UNI EN 14199:2015, dedicata all’esecuzione di opere geotecniche speciali con micropali.

Qual è il vantaggio tecnico della platea interna nel ri-consolidamento fondale?

La platea interna consente di ridurre l’eccentricità dei carichi rispetto al sistema fondazionale esistente, soprattutto quando il consolidamento precedente è stato realizzato solo all’esterno dell’edificio.
Nel caso analizzato, la nuova platea lavora come elemento di riequilibrio e redistribuzione delle azioni trasmesse dalla muratura.
La soluzione riduce lo stato tensionale sul terreno e contribuisce a contenere i cedimenti differenziali.

Come viene collegata una nuova platea a un cordolo su micropali esistente?

Nel caso in esame, la platea è stata solidarizzata al cordolo su micropali tramite barre Dywidag inghisate con ancorante chimico.
Le barre sono state disposte su due file nello spessore del cordolo, con funzione di trasferimento del carico dal sistema muro-cordolo alla platea.
L’articolo riporta 62 barre di ancoraggio, lunghezza 2,5 m e passo di 100 cm lungo il perimetro della platea.

Quali controlli sono necessari sui nuovi pali di fondazione?

Il controllo prestazionale può includere prove di carico su pali, eseguite da laboratorio autorizzato, per verificare il comportamento del sistema sotto carichi prefissati.
Nel caso trattato, la prova è stata eseguita con carico di collaudo pari a 150 kN, mediante cilindro idraulico, cella di carico e tre comparatori elettronici.
La procedura ha previsto due cicli di carico: fino a 100 kN e poi fino a 150 kN, con incrementi di 25 kN.

Quali errori progettuali vanno evitati nel consolidamento fondale?

Il primo errore è considerare il micropalo come soluzione isolata, senza valutare l’equilibrio globale del sistema terreno-fondazione-sovrastruttura.
Nel caso descritto, la criticità principale è stata l’eccentricità generata da un cordolo su pali realizzato solo all’esterno del fabbricato.
Occorre inoltre evitare indagini insufficienti, modelli geotecnici semplificati e interventi non verificati rispetto alla reale distribuzione dei carichi.