Hydro Buildings Consolidation

IL FABBRICATO DI VIA BELLINI N° 1 A BOLOGNA

Di seguito viene presentato un intervento di consolidamento, realizzato nel settembre 2008, mediante il “Sistema HBC”. Contestualmente alla fase esecutiva dell’impianto è stato avviato un sistema di monitoraggio del quadro fessurativo principale, del funzionamento generale e del consumo d’acqua.

Struttura dell’edificio e vicissitudini storiche

Si tratta di un fabbricato a destinazione abitativa, di dimensioni 20,00 x 11,00 m, composto da tre piani fuori terra e da un piano seminterrato adibito a scantinato nella parte di monte e a negozi nella porzione di valle. La struttura portante è in muratura ed è costituita dai muri esterni longitudinali di due teste, da due muri di spina di una testa e dai muri trasversali delimitanti il vano scala, anch’essi di una testa. A piano terra, nella porzione a negozi, uno dei muri di spina non è stato realizzato, al suo posto sono stati costruiti un pilastro in muratura ed una travata. Le fondazioni, attestate a 50÷60 cm dal piano seminterrato, sono costituite da un letto di ghiaia scarsamente cementata di larghezza inferiore ai 40 cm e spessore circa 30 cm. Il fabbricato presenta i primi problemi statici nella porzione di monte a metà degli anni ’80. Nel 1989 il Condominio interpella un Professionista che esegue alcuni sondaggi ed individua le caratteristiche del terreno di fondazione. I dissesti vengono attribuiti all’imbibimento del terreno per effetto della dispersione delle acque meteoriche oltre che alle scarse caratteristiche di rigidezza della fondazione. Vengono consigliati e realizzati un intervento parziale con pali di cemento armato Φ 400 mm e la raccolta delle acque metoriche. A partire dal 1993 si manifesta progressivamente un nuovo fenomeno fessurativo, con la riapertura di vecchie lesioni e la comparsa di nuove, soprattutto nella porzione di valle non interessata dai pali. Nel 1996 il fabbricato è nuovamente segnato da tutta una serie di fessurazioni che denunciano inequivocabilmente l’esistenza di un fenomeno di assestamento dovuto a cedimenti differenziali del terreno. Viene consigliato un monitoraggio ma il Condominio decide di soprassedere ed esegue il restauro esterno delle facciate con la risarcitura di tutte le lesioni. Fra la fine del 1996 e l’inizio del 1997, a seguito dell’accorpamento dei due negozi su Via Toscana, viene modificata la struttura portante. Il pilastro ed il tratto di muro di spina vengono sostituiti da quattro colonne e da due travate di acciaio. Nel 2001 si manifestano nuove fessurazioni sia sui muri portanti, sia sui tramezzi, sia sui solai ed in particolare compaiono vistose lesioni sub verticali in corrispondenza dell’inizio della palificata sui muri esterni longitudinali. Dall’ottobre 2003 al novembre 2004 sono state monitorate con fessurimetri le lesioni più significative. Le letture hanno evidenziato l’apertura delle fessure in estate e in autunno e la chiusura in inverno e in primavera. Vi è stata una sostanziale compensazione dei cedimenti nel periodo d’indagine ma, lo stato fessurativo è peggiorato sensibilmente, anche a seguito della comparsa di nuove lesioni. L’alternarsi dell’apertura e della chiusura delle fessure è la conferma che il fabbricato risente pesantemente delle variazioni volumetriche stagionali dei terreni di fondazione. Si riportano di seguito il rilievo della struttura e dello stato fessurativo , alcune fotografie e la pianta dell'intervento parziale con pali realizzato nel 1989:

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Interni

Rilievo della struttura e dello stato fessurativo

Esterno

Pianta dell'intervento parziale con pali

Inquadramento geologico e geotecnico

La zona oggetto dell’indagine si individua nella zona est della città di Bologna ed è compresa nella Sezione 221090 “Bologna Sud” della cartografia tecnica regionale. Il sito, via Bellini 1, è posto in corrispondenza di una fascia di territorio in cui si manifesta la rottura di pendenza tra la zona collinare e l’ambito dell’alta pianura. In particolare essa appartiene all’ambiente morfologico della pedecollina e della pianura pedemontana. Più precisamente si colloca al passaggio tra la fascia delle conoidi antiche della pedecollina interdigitate con quelle delle interconoidi permeabili recenti. L’evoluzione morfologica di questo settore di territorio della città di Bologna è strettamente legata alla dinamica dei corsi d’acqua minori che solcano le prime pendici collinari del quadro di territorio compreso tra Porta S. Stefano e la località S. Ruffillo. Si tratta essenzialmente di fossi di minore importanza che defluiscono nel torrente Savena. I sedimenti presenti nel sottosuolo della zona in oggetto sono il risultato dell’azione di trasporto e deposito di questi corsi d’acqua. Essi, nella parte dello sbocco in pianura, hanno avuto un'evoluzione simile, con ripetute divagazioni dell’alveo e spostamento generale dell’apparato di conoide verso Est. La porzione esterna delle conoidi si è fusa e i corsi d’acqua hanno sovrapposto più volte il loro alveo a quello abbandonato dell’altro. In questi bacini, di limitata estensione e di dislivello totale modesto, gli apporti di materiale grossolano sono contenuti. La presenza di ghiaie è infatti generalmente segnalata solo per potenze ed estensioni molto limitate. Gli apici dei corpi di conoide e di interconoide poggiano direttamente su materiali ascrivibili alla Formazione delle Marne del Termina (TER) ed alla Formazione delle Argille Plioceniche (FAA). In particolare il primo sottosuolo è caratterizzato dalla presenza di uno strato di materiali fini, in parte, derivanti dall’alterazione di quelli sottostanti (coltre eluviale) e, in parte, trasportati dai corsi d’acqua. Nelle illustrazioni seguenti sono riportati un estratto della carta geologica relativa all'area in esame, la stratigrafia di dettaglio rilevata, le caratteristiche fisiche e granulometriche del terreno e la variazione dell'umidità con la profondità ottenute dalle analisi eseguite sui campioni prelevati.

Carta geologica dell'area in esame (tratta dal servizio Geologico e Sismico dei Suoli dell'emilia Romagna

Caratteristiche fisiche e granulometriche

Variazione del contenuto d’acqua con la profondità nei terreni del sito indagato

Stratigrafia del sito in esame

Dall’esame del grafico relativo al contenuto d’acqua con la profondità, sopra riportato, si rileva che nella zona compresa tra –1.50 e -3.40 m dal piano campagna il contenuto in acqua è prossimo al limite di ritiro. E’ evidente che in questa fascia, sede delle strutture fondali, si è verificato un essiccamento del terreno e, quindi, un ritiro volumetrico. Si noti anche la netta diminuzione dell’umidità al contatto con le ghiaie sottostanti. Tale assetto stratigrafico può influire notevolmente sull’andamento del contenuto in acqua dei materiali fini. Non è da escludere, infatti, che le ghiaie siano sede di falde effimere e, quindi, possano apportare e/o drenare acqua.

Campo prove

Ai fini del dimensionamento dell’impianto HBC è fondamentale determinare il raggio di influenza dei diffusori da predisporre. Purtroppo la via analitica risulta molto complicata poichè, come accennato in precedenza, nel caso di terreni insaturi i parametri della legge di Darcy, che interpreta il processo di filtrazione, sono funzioni delle forze di suzione presenti. Di conseguenza si è optato per la sperimentazione in sito avvalendosi di un foro di sondaggio strumentato con un piezometro tipo Norton utilizzato come elemento diffusore. Il piezometro è stato alimentato per un mese imponendo un livello piezometrico costate posto a circa –4.00 m dal piano campagna. Per determinare un raggio d’influenza utile della diffusione, si è proceduto a confrontare il contenuto in acqua iniziale determinato nella prima fase d’indagine (figura 7) con altri due profili rilevati rispettivamente in adiacenza ed a 1.00 m di distanza dal diffusore dopo il periodo di alimentazione. A lato si riporta il confronto del contenuto in acqua dopo la fase di imbibizione dei terreni.

Come si evince dai risultati ottenuti, la zona posta al di sotto del livello piezometrico ha evidenziato un aumento del contenuto in acqua passando da percentuali prossime al 19% a valori intorno al 25%. I contenuti in acqua compresi tra il 24% ed 27% rappresentano la totale saturazione del materiale in esame.

Progetto dell'intervento

Nel 2008 è stato eseguito il consolidamento mediante l’installazione di un impianto di controllo dell’umidità del terreno (sistema brevettato HBC). Come si evince dal progetto dell’impianto, riportato nelle illustrazioni seguenti, sono state poste in opera, a profondità opportuna, quattro tubazioni di polietilene pre-forate sub-orizzontali. Esse hanno la funzione di diffondere nel terreno di sedime del fabbricato l'acqua necessaria a mantenerne costante l'umidità indipendentemente da tutte le condizioni esterne che possano intervenire. Ovviamente, l'impianto non interessa la parte di fabbricato a suo tempo consolidata con pali. L'alimentazione dell'acqua è stata derivata dal contatore condominiale presente in prossimità dello spigolo destro del fabbricato, mentre la necessaria corrente elettrica è stata presa dal quadro contatori condominiale ubicato nel vano scala. Ogni diffusore è dotato di un pozzetto HBC, ispezionabile per la manutenzione, posto nel piazzale su Via Toscana che contiene le apparecchiature elettriche ed elettroniche atte a controllare, monitorare e mantenere il livello piezometrico di progetto dell'acqua. Data la presenza del piazzale su Via Toscana è stato possibile posare i diffusori con l’impiego di una perforatrice orizzontale (No-Dig) senza intervenire minimamente all’interno dell’esercizio commerciale ubicato al piano terra. Il "Directional drilling" è un sistema di perforazione basato sull'esecuzione di una trivellazione, mediante una testa orientabile ed un sistema per localizzarla. L'avanzamento della testa di perforazione, per l'esecuzione del "foro pilota", avviene per la combinazione dei movimenti di spinta e rotazione esercitati dalla macchina. Nel caso realizzato, è stato sufficiente eseguire quattro scavi, due nelle cantine e due nel cortile, per l'intercettazione della sonda. Di seguito sono riportate la pianta e la sezione dell'impianto HBC realizzato, e alcune foto relative alle fasi realizzative.

Sezione dell'impianto HBC realizzato

Pianta dell'impianto HBC realizzato

Realizzazione delle perforazioni no-dig

Fasi realizzative dell'impianto

Particolare pozzetto HBC

Monitoraggio e risultati ottenuti

L’impianto è stato attivato a settembre 2008 e contestualmente è stato implementato un monitoraggio che consiste nel controllo delle lesioni maggiormente significative per mezzo di stazioni crepemetriche, nel rilievo dei consumi d’acqua tramite un contatore e nelle verifiche di funzionamento delle linee mediante una centralina elettronica di controllo. I risultati ottenuti sono stati eccellenti. Come si evince dai grafici riportati, i movimenti, dopo una prima fase di assestamento di qualche mese, si sono completamente arrestati. Le misure si riferiscono ad una stazione crepemetrica critica in quanto ubicata sulla lesione principale presente sul muro esterno in corrispondenza dell’inizio della palificata. La necessità di acqua è stata minima così come ipotizzato in fase progettuale. In particolare l’ultima lettura, eseguita in data 30/09/2010, indica un consumo totale pari a 143 mc in linea con le caratteristiche di permeabilità dei terreni. Esaminando l’andamento dei consumi di acqua si nota come, dopo il periodo di assestamento iniziale, il consumo accenni ad un andamento pseudo-sinusoidale a testimonianza dell’influenza stagionale sul processo.

Consumo totale di acqua: 140 mc in due anni.
(Inferiore al consumo di una famiglia)

Monitoraggio delle lesioni

Conclusioni

Quanto illustrato nei paragrafi precedenti mostra come sia possibile risolvere situazioni di dissesto statico degli edifici dovute a fenomeni di ritiro e di rigonfiamento delle argille mediante l’istallazione di un impianto in grado di mantenere costante l’umidità del terreno. Fino ad oggi tale tipologia di dissesti è stata risolta mediante il trasferimento dei carichi verso strati di terreno più profondi, e quindi non interessati da variazioni di umidità, realizzando palificate o sottofondazioni di vario genere. Tali interventi sono assai costosi ed invasivi in quanto interessano generalmente tutte le strutture portanti del fabbricato e richiedono l'accessibilità con attrezzature anche imponenti e, spesso, da ambo i lati delle murature. Inoltre, poiché la maggior parte degli edifici dissestati presenta fondazioni non armate e/o di dimensioni insufficienti, per collegare la palificata alla muratura è necessario realizzare cordoli perimetrali di cemento armato. Di conseguenza si rendono spesso necessari scavi estesi, demolizioni e rifacimenti di marciapiedi, pavimentazioni cortilive ed interne, fognature, tramezzi ed impianti. Più recentemente sono stati adottati anche metodi basati su iniezioni di resine in pressione ma, sovente gli interventi eseguiti nei terreni argillosi non hanno portato ai successi sperati. Qualora i dissesti statici di un fabbricato siano causati da ritiro e/o rigonfiamento del terreno di fondazione, il sistema brevettato HBC, rispetto ai sistemi tradizionali, offre notevoli vantaggi in termini di economicità ed invasività. Infatti richiede perforazioni di piccolo diametro con profondità limitate e scavi ridotti, non necessita di interventi sulle fondazioni e comporta cantieri di dimensioni e durata molto contenuti. Inoltre, se gli spazi esterni lo consentono, si può operare con la tecnica della perforazione orizzontale senza intervenire minimamente all’interno dell’edificio. Per quanto rigurda la manutenzione, è sufficiente una verifica di funzionamento annuale e l’eventuale sostituzione delle apparecchiature di controllo dell’impianto comporta costi irrisori. I consumi d’acqua, come dimostra il caso di Via Bellini, sono inferiori a quelli di una famiglia, ovvero pochi metri cubi annui. Il sistema HBC è redditizio anche realizzato in via preventiva, nel caso di nuove costruzioni, laddove il piano di fondazione ricada a profondità che risentono ancora di variazioni stagionali del contenuto d’acqua (vedi punto 6.4.2 NTC 2008). Infatti esso elimina le incertezze legate alla determinazione dello spessore della coltre attiva, che varia nel tempo, ed evita l’adozione di accorgimenti particolari in fondazione economicamente più gravosi. Inoltre tutela e preserva il fabbricato da possibili cedimenti differenziali innescati da tutti quei fattori accidentali dovuti a cause esterne (suzione dovuta ad alberi, perdite di fognature, di impianti, rotture di pluviali ecc.) che sovente intervengono.