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Terreni edificabili: rischi e sfide – le soluzioni URETEK per i lavori di scavo
Malgrado progettazioni complete e misure di sicurezza, i lavori di scavo sono legati a rischi non trascurabili. A causa dell’elevato numero di costruzioni ravvicinate e del sempre maggior numero di ristrutturazioni, in particolare nei centri cittadini, aumentano i requisiti relativi all’esecuzione dei lavori senza provocare danni.
Gli effetti sulle proprietà vicine possono avere gravi conseguenze. Ma anche i lavori all’edificio o all’opera edile stessa possono essere problematici appena si aumentano i carichi, ad esempio a causa di sopraelevazioni o miglioramenti necessari dal punto di vista statico, e il terreno non è in grado di sostenerli. Abbiamo preso in esame alcuni esempi per illustrare come si possono risolvere i problemi e soddisfare i requisiti relativi ai lavori di scavo e agli aumenti di carico.
In tutti gli esempi è stata iniettata nel sottofondo la resina espandente Geoplus® con il metodo URETEK Deep Injections®. L’obiettivo di questa misura è l’aumento della portata del terreno di fondazione. I requisiti di ogni singolo lavoro determinano la profondità, la lunghezza e il metodo di applicazione della resina nel terreno.
In linea di principio il processo è identico in tutti gli esempi e può essere descritto come segue: appena si raggiunge la zona da trattare nel terreno di fondazione, la resina inizia a espandersi in tutte le direzioni con una pressione fino a 10000 kPa (100 kg/cm2).
La resina si distribuisce e si diffonde nei punti in cui il terreno è più debole e dove necessita di un consolidamento. Appena la resistenza del suolo è più elevata del peso del terreno e della struttura soprastante, la pressione si dirige verso l’alto a causa dell’espansione della resina e si ha un sollevamento dell’opera edile.
L’inizio del sollevamento indica che il sottofondo ha raggiunto un grado di consolidamento o compattamento che riesce a resistere alle tensioni statiche dei carichi soprastanti e alle tensioni dinamiche del sollevamento stesso. Così facendo, in questa zona la portata del sottofondo risulta più elevata del carico statico.
Destabilizzazione per edifici adiacenti/carichi aggiuntivi durante lavori di ristrutturazione
Situazione iniziale: Il palazzo municipale Georges-Favon di Ginevra è un edificio residenziale e commerciale di 6 piani situato nella parte orientale di un isolato. La costruzione con fondazione nastriforme risale al 1900. Il terreno sotto la struttura è costituito in parte da materiale di riporto cedevole. Nella parte sud e ovest è stata realizzata una nuova costruzione, per la quale sono stati effettuati scavi a una profondità di circa 1.5 m maggiore rispetto alla quota d’imposta della fondazione del palazzo municipale. Si sono verificati quindi notevoli cedimenti nel palazzo, dovuti in parte a smottamenti del terreno. Circa uno o due anni più tardi sono stati pianificati lavori di ristrutturazione nel palazzo municipale. La realizzazione di nuovi solai in calcestruzzo ha comportato aumenti di carico nell’ordine del 5 – 10 % circa e avrebbe causato ulteriori cedimenti.
Soluzione del problema: Dopo numerosi accertamenti è stata iniettata resina espandente secondo il metodo URETEK Deep Injections® in tre livelli di iniezione ad una profondità fino a 3 m dal bordo inferiore della fondazione nella zona adiacente alla nuova costruzione. In questo modo è stato possibile stabilizzare il sottofondo e aumentare adeguatamente la portata per i carichi aggiuntivi. I lavori sono stati completati in 3 giorni.
Situazione iniziale: Lo chalet a Grindelwald si trova su un pendio ed è formato da un edificio più vecchio, di circa 60 anni, e da una parte annessa risalente a 40 anni fa. Il sottofondo è di materiale morenico. La fondazione presenta caratteristiche diverse per i due edifici: nella parte vecchia si tratta di una sottofondazione in calcestruzzo verso valle di circa 1 m di profondità, mentre nella parte annessa troviamo una soletta di calcestruzzo con schermatura antigelo perimetrale di profonda circa 1 m. Per i lavori di costruzione in un cantiere di grandi dimensioni di un immobile confinante con la proprietà è stato realizzato uno scavo di fondazione con una parete chiodata relativamente alta di circa 8 m e con sistema di ancoraggio. La distanza dallo scavo era di circa 5 m. Durante questi lavori si è verificato un forte smottamento del terreno, che nelle due parti dello chalet rivolte verso valle ha provocato cedimenti di differente entità per via delle diverse caratteristiche delle fondazioni di entrambe le parti dell’edificio. Nella costruzione vecchia è stato rilevato un cedimento di circa 20 mm e uno spostamento orizzontale fino a circa 15 mm. Nella parte annessa il cedimento misurato è arrivato fino a circa 10 mm.
Soluzione del problema: Per la necessaria stabilizzazione dei cedimenti e il sollevamento nella posizione iniziale originaria sono state eseguite iniezioni a 3 livelli di profondità con un’area di espansione fino a 3 m sotto la traversa della fondazione. Il terreno di fondazione da stabilizzare lato valle era di circa 11 m per la parte vecchia e di circa 10 m per la parte annessa. La particolarità di questi lavori è stato l’impiego di due presse piane aggiuntive durante le iniezioni a supporto dei lavori di sollevamento. I lavori sono stati completati in 3 giorni.
Nuova costruzione annessa a edificio esistente
Situazione iniziale: Vicino all’autorimessa Mercedes di Carouge è stata realizzata una nuova costruzione annessa a un edificio industriale esistente. La fondazione dell’edificio esistente consiste in un plinto di fondazione che sporge fino alla nuova costruzione. Il terreno può essere definito limoso-argilloso. La profondità dello scavo per la nuova costruzione era compresa tra circa 1.5 m e 2 m sotto il plinto di fondazione dell’edificio esistente.
Soluzione del problema: Per evitare la destabilizzazione del terreno nella zona di raccordo con la costruzione esistente, è stato necessario stabilizzare quest’area. Il metodo URETEK Deep Injections® ha consentito di puntellare e stabilizzare preventivamente il terreno al di sotto dell’aggetto nella zona di raccordo tra la parte annessa e l’edificio esistente. La parete in calcestruzzo è stata quindi realizzata direttamente nel raccordo del nuovo edificio.
Vibrazioni e cedimenti per rimozione di roccia
Situazione iniziale: Lo chalet si trova su un pendio ed è una tipica costruzione in legno su una fondazione di muratura in pietra naturale. Anno di costruzione: 1908. Il suolo nell’area dello chalet si è disgregato (materiale moranico coperto di fango, ghiaia da fangosa a leggermente argillosa con elevata percentuale di sabbia e alcune pietre di dimensioni maggiori). Per la realizzazione di una nuova costruzione sono stati eseguiti lavori di scavo e messa in sicurezza dello scavo accanto e al di sotto dello chalet. Per ulteriori scavi è stato necessario rimuovere delle rocce, operazione che ha provocato cedimenti fino a 11 mm nello chalet. Sussisteva quindi il pericolo di ulteriori cedimenti e danni a causa delle vibrazioni durante le operazioni di asportazione delle rocce.
Soluzione del problema: Per ripristinare la stabilità del terreno disgregato e la portata della fondazione sono state effettuate iniezioni a 3 livelli di profondità secondo il metodo URETEK Deep Injections®, con un’area di espansione fino a 3 m sotto la traversa della fondazione. Il terreno di fondazione da stabilizzare era di circa 20 m. I lavori sono stati completati in 2 giorni.
Messa in sicurezza di fronti di scavo
Condizioni iniziali: Nell’ambito dei lavori di costruzione di un nuovo edificio residenziale a mezza costa, è stato necessario mettere in sicurezza il pendio e la strada soprastanti per evitare cedimenti e smottamenti durante la fase di scavo. Il terreno è costituito da un importante strato di materiale di riporto di circa 2–3 m con blocchi di pietra calcarea argillosa. Questo strato, che può essere definito estremamente poroso, ha una percentuale di vuoti che raggiunge il 30 %. Più in profondità si trova un terreno compatto composto da gesso e marna con una frazione limosa.
Soluzione del problema: Per stabilizzare il pendio al di sopra dello scavo e consentire lo sbancamento in sicurezza sono state realizzate iniezioni con il metodo URETEK Deep Injections® al di sotto di un’ampia superficie ad una profondità compresa tra -2.50 m e -0.50 m dal piano campagna. I lavori sono stati completati in 2 giorni.
Vibrazioni e cedimenti a causa di lavori di palificazione e infissione di palancole
Situazione iniziale: L’edificio residenziale e commerciale si trova nella parte vecchia di Lachen, in prossimità del bacino superiore del lago di Zurigo. L’edificio è stato costruito circa 50–80 anni fa e non presenta un seminterrato. La fondazione è una fondazione nastriforme profonda circa 80–150 cm e larga 60–100 cm. Come è emerso dalle prove geotecniche, il sottofondo è costituito da ghiaia fangosa con sabbia e da fango argilloso con sabbia, rifiuti edili, sedimenti da interramento e depositi di delta fluviale. Il sottofondo può essere quindi definito cedevole. La falda freatica in questa zona si trova a circa 2.0–2.5 m di profondità. Durante i lavori di costruzione di un nuovo grande complesso edilizio sul terreno vicino situato a ovest, sono stati rilevati cedimenti fino a 8 mm nell’edificio (nella zona adiacente alla nuova struttura) causati dall’introduzione di pali e palancole.
Soluzione del problema: Per evitare ulteriori cedimenti e danni, sono state adottate misure di miglioramento del terreno al di sotto della fondazione. In seguito ad accertamenti dettagliati, è stata iniettata resina espandente ad una profondità fino a 3 m dalla quota d’imposta della fondazione per 30 m lungo l’intera lunghezza dell’edificio fino alla nuova costruzione e per circa 15 m nella zona delle pareti interne. In questo modo è stato possibile stabilizzare i cedimenti e ripristinare le condizioni originali. I lavori sono stati completati in circa 4 giorni.
Situazione iniziale: Durante i lavori per l’infissione di palancole in opere sotterranee e di canalizzazione, le vibrazioni hanno provocato cedimenti in una canalizzazione a circa 1.50 m di distanza. Questa canalizzazione di scarico si trova in superficie e presenta una sezione di circa 2 m x 2 m. Il terreno in questa zona è limoso, sabbioso e ghiaioso con grandi pietre. La fondazione del canale si trova a circa 60 cm sotto il suolo.
Soluzione del problema: Per evitare ulteriori cedimenti e conseguenti danni all’opera, è stato necessario stabilizzare il sottofondo al di sotto della fondazione. Le iniezioni sono state effettuate in diverse profondità a circa 1 m, 2 m, 3 m, 4 m e 4.5 m lungo entrambi i lati del canale per una lunghezza di circa 31 m. I lavori sono stati completati in 4 giorni.
Lavori di scavo per ristrutturazione
Situazione iniziale: Per un edificio industriale esistente è stata progettata l’installazione di un nuovo pozzetto per le pompe. Le misure dello scavo necessario per il pozzetto erano di 3.45 m x 3.45 m con una profondità di 3.60 m dal bordo superiore della piastra di fondazione. La falda acquifera si trovava subito sotto la piastra di fondazione. La struttura nelle immediate vicinanze del pozzetto pompa previsto è una costruzione in calcestruzzo armato con colonne e pareti.
All’apertura della piastra di fondazione è emersa la problematica seguente:
- Destabilizzazione delle colonne e delle pareti circostanti
- Penetrazione dell’acqua di falda nella fossa di scavo
Soluzione del problema: Grazie alle iniezioni effettuate lungo la fossa di scavo prevista, prima di aprire il plinto di fondazione ed eseguire i lavori di scavo è stato possibile da un lato stabilizzare sufficientemente il terreno su cui poggiavano le colonne e le pareti adiacenti e dall’altro ottenere un consolidamento e una compattazione delle pareti e della soletta previste per la fossa di scavo nei confronti della falda acquifera. Successivamente è stato possibile eseguire lo scavo in condizioni ideali.
Condizioni iniziali: In un centro commerciale costruito 20 anni fa sono stati eseguiti diversi lavori di ristrutturazione. Questi lavori prevedevano anche l’installazione di un nuovo ascensore nella struttura di calcestruzzo esistente. In seguito alla demolizione della pavimentazione ed al successivo scavo nel piano interrato la fossa si è riempita di acqua di falda. La lastra di calcestruzzo ha uno spessore di circa 35 cm, sovrapposta ad uno strato di magrone di circa 5 cm e 40 cm di drenaggio di ghiaione separato con un geotessile dal terreno naturale costituito da sabbia alluvionale (sabbia fine con argilla). La falda è ad una profondità pari a circa 80 cm dal livello del pavimento del piano interrato. Per installare l’ascensore è stato necessario raggiungere una profondità di circa 2 m dal piano di calpestio. La fossa dell’ascensore misura circa 3 m x 7 m.
Soluzione del problema: Per permettere il getto del calcestruzzo era necessario arrestare o almeno fortemente ridurre le infiltrazioni di acqua. Le iniezioni con il metodo URETEK Deep Injections® realizzate fino a una profondità di 2.5 m dal piano di calpestio hanno permesso di impermeabilizzare e stabilizzare lo scavo lungo i circa 20 m del perimetro dell’intera superficie pari a circa 22 m2. I lavori sono stati completati in 3 giorni.
Abbassamento della falda freatica
Situazione iniziale: Durante la costruzione di una nuova casa plurifamiliare in prossimità del lago di Zurigo sono state infisse delle palancole per la chiusura dello scavo. L’abbassamento della falda freatica è stato eseguito con il sistema Wellpoint. Il sottofondo può essere definito sabbioso. In seguito alla realizzazione del seminterrato sono state rilevate cavità e disgregamento del terreno sotto il plinto di fondazione, riconducibili a un eccessivo abbassamento della falda. Per tutta la durata degli abbassamenti della falda freatica sono stati asportati materiali fini.
Soluzione del problema: Per riempire le cavità del sottofondo e ricompattare il terreno disgregato, sono state programmate iniezioni nel terreno di fondazione su una superficie di circa 50 m2. In tal modo è stato possibile aumentare o ripristinare le resistenze e la portata del terreno. Le profondità di iniezione esatte sono state rilevate e specificate in base alle informazioni date dalle prove penetrometriche e tramite le resistenze incontrate durante l’introduzione delle lance.
Penetrazione di acqua durante la chiusura di uno scavo
Situazione iniziale: Durante la ristrutturazione e la costruzione di un nuovo edificio residenziale e commerciale nelle immediate vicinanze del lago di Lugano si sono resi necessari lavori di scavo per ampliamenti nel seminterrato, poiché si doveva realizzare un nuovo seminterrato. Per chiudere la fossa sono stati posati micropali a distanza ravvicinata. Durante i lavori di scavo la fossa si è riempita di acqua pensile proveniente da un piccolo specchio d’acqua situato sopra il cantiere. L’acqua è penetrata nella fossa attraversando il sottofondo tra i micropali, e ha reso necessario interrompere i lavori di scavo.
Soluzione del problema: Per poter proseguire i lavori di scavo come previsto, è stato necessario sigillare il sottofondo tra i micropali per evitare ulteriori penetrazioni di acqua. Le iniezioni sono state effettuate lungo i micropali su una lunghezza di circa 60 m fino a una profondità di 5 m. In questo modo è stato possibile garantire la tenuta della fossa nei confronti dell’acqua pensile. L’acqua presente è stata pompata fuori dalla fossa e i lavori di scavo sono ripresi regolarmente. I lavori sono stati completati in 9 giorni.
Consolidamento del terreno prima degli scavi
Prolungamento del tratto autostradale Svizzera-Francia, galleria Wasenboden sotto il viadotto Luzernerring, Basilea
Consolidamento del terreno prima degli scavi lungo le fondazioni di un ponte
Situazione iniziale: Per la costruzione del nuovo raccordo autostradale Nordtangente/Luzernerring è stato necessario realizzare numerosi e complessi interventi di stabilizzazione in corrispondenza degli appoggi di un ponte. Il traffico del prolungamento del tratto autostradale dovrebbe passare longitudinalmente sotto il viadotto esistente, che passa trasversalmente alle rotaie della ferrovia che conducono alla stazione di St. Johann.
Il viadotto del quale sono stati stabilizzati gli appoggi presenta le seguenti caratteristiche:
Altezza circa 8.00 m, lunghezza circa 77 m, formato da carreggiata soprastante sorretta da telai, colonne ed elementi longitudinali e trasversali. La distanza tra i 13 telai, colonne ed elementi trasversali è di circa 6 m. Questi elementi poggiano su 17 fondazioni singole di dimensioni e profondità diverse.
Il terreno è composto da ghiaia da limosa ad argillosa con sabbia e grandi quantità di materiale granulare. Lo scavo senza interventi di stabilizzazione preventivi avrebbe potuto causare il franamento del terreno.
Dati di progetto: La canna della galleria del nuovo raccordo autostradale è stata realizzata in uno scavo a cielo aperto tra gli appoggi del ponte. La fossa presenta una lunghezza di circa 90 m, una larghezza di circa 12 m e profondità variabili fino a circa 13 m. Subito sotto gli appoggi del ponte è stato necessario migliorare le condizioni del terreno e metterlo in sicurezza per lo scavo.
Soluzione del problema: Per consolidare il sottofondo sotto tutte le fondazioni singole degli appoggi del ponte sono state effettuate iniezioni URETEK Deep Injections®. Le operazioni si sono svolte in due fasi:
- Le iniezioni direttamente sotto la fondazione hanno permesso di migliorare le condizioni geomeccaniche del terreno sotto la fondazione, aumentando così la resistenza al taglio e la capacità portante del terreno stesso.
- Iniezioni più profonde, fino a 2 m, al di sotto del limite inferiore delle fondazioni singole hanno consolidato e compattare tutto il volume di terreno aumentandone la capacità portante.
Entrambe le fasi di lavoro sono state monitorate con strumenti di misurazione laser e sono proseguite fino al raggiungimento di un principio di sollevamento. Questo riscontro è l’indice del raggiungimento di un sufficiente consolidamento in direzione radiale ad ogni punto di iniezione. I lavori sono stati completati in 15 giorni.
Consolidamento e stabilizzazione del terreno preventivi ai lavori di costruzione di una galleria
Situazione iniziale: Durante la realizzazione di una galleria di fuga, di un’uscita di emergenza esistente con vano scale separato nelle immediate vicinanze degli appoggi del ponte, è stato necessario stabilizzare il terreno preventivamente in corrispondenza dei piedritti e del solaio della galleria. Anche in questo caso i lavori di scavo senza interventi di stabilizzazione avrebbero potuto portare alla rottura del terreno.
Soluzione del problema: Per il consolidamento del terreno lungo il percorso della galleria sono state realizzate iniezioni URETEK Deep Injections® a profondità diverse fino a 10 m in corrispondenza dei piedritti e del solaio della galleria in progetto, per una lunghezza di circa 5 m. Questo ha permesso di realizzare i lavori alla galleria in condizioni ideali.
Alexander Foege, Direttore KIB
Dipl.-Ing. Arch. FH SIA / Perito per danni edili
URETEK Schweiz AG e il Kompetenzzentrum für Kunststoffe im Bauwesen (KIB) alla HSR Hochschule für Technik Rapperswil collaborano in progetti di ricerca applicata e sviluppo.
Ulteriori informazioni in merito al KIB sono consultabili sul sito www.kib.hsr.ch
Maggiori informazioni sul sistema URETEK Deep Injections® per il download:
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I nostri punti di forza
Dato che non ci sono costi per dispendiose installazioni in cantiere e il risanamento degli edifici avviene molto rapidamente, i costi risultano estremamente competitivi, a differenza delle tecnologie tradizionali.
Grazie alla rapida potenza di espansione, il materiale non si diffonde oltre il punto di iniezione, limitando così la quantità di materiale usato e i relativi costi.
Il sistema URETEK non richiede l’uso di apparecchi ingombranti perché l’impianto da montare in cantiere si trova sul camion.
Effetto immediato
Rispetto agli aggregati di cemento, il materiale iniettato fa presa in pochissimo tempo. La resina raggiunge le sue caratteristiche meccaniche definitive molto rapidamente. La zona trattata è utilizzabile già al termine dell’intervento.
Grazie al rilevamento preciso e tempestivo da parte dei tecnici URETEK, l’efficacia del sistema viene verificata immediatamente. Inoltre è possibile eseguire sul posto controlli indiretti prima e dopo il trattamento attraverso test di confronto geotecnici (per es. sondaggi penetrometrici e/o sonde pressiometriche).
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