Silicatizzazione e micropali per il consolidamento del terreno di sottofondazione

Il cedimento e l’abbassamento delle fondazioni è normalmente da imputare ad un insieme di cause: il deterioramento del terreno o delle fondazioni, la siccità, il dilavamento, la bassa portanza del terreno sottostante l’edificio/strutture o l’errato dimensionamento delle fondazioni, l’aumento del carico applicato alla fondazione stessa, lo scavo a cielo aperto o in ambiente sotterraneo nelle aree immediatamente prossime all’edificio, le variazioni della distribuzione di pressioni interstiziali, le variazioni del grado di saturazione (contenuto d’acqua) e le vibrazioni ambientali o antropiche, superficiali o profonde.

Quando il terreno mostra dei segni di debolezza che si palesano con cedimenti più o meno pronunciati sulle costruzioni, si può aumentare la resistenza del terreno, senza toccare le fondazioni; la stessa cosa può capitare quando si desidera sopraelevare una costruzione, allorché le fondazioni iniziali si rivelano insufficienti.

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Spesso tra le cause delle lesioni agli edifici ci sono i cedimenti differenziali del terreno di fondazione legati alle caratteristiche dello stesso. È chiaro che le modalità di intervento dipenderanno strettamente dalle cause che hanno prodotto il cedimento di fondazione.

Possono essere impiegati due procedimenti: la silicatizzazione e/o l’installazione di micropali. In realtà esiste un terzo procedimento che è quello della cementazione applicato in terreni con elementi grossolani.

Consolidamento mediante Silicatizzazione

Il consolidamento del terreno di sottofondazione è un intervento fondamentale per garantire la stabilità e la sicurezza strutturale degli edifici, specialmente quando si costruisce su terreni con scarsa capacità portante.

Una delle tecniche più efficaci per migliorare le caratteristiche meccaniche del terreno è la silicatizzazione.

Questo metodo utilizza soluzioni chimiche per trasformare i materiali del terreno in una massa solida e resistente. In questo articolo, esploreremo in dettaglio il processo di silicatizzazione, i suoi vantaggi, le tecniche di applicazione e le sue principali applicazioni.

Caratteristiche della Silicatizzazione

La silicatizzazione è un processo chimico di consolidamento del terreno che prevede l’iniezione di soluzioni di silicato di sodio nel terreno. Questo reagisce con i componenti del terreno e altri agenti chimici per formare un gel di silice, che solidifica il terreno e ne aumenta la capacità portante e la stabilità.

Componenti Principali

1. Silicato di Sodio: la soluzione di base utilizzata per l’iniezione, che reagisce con altri composti per formare gel di silice;
   
2. Agenti Coagulanti: sostanze chimiche aggiuntive come cloruro di calcio o acido cloridrico, utilizzate per accelerare il processo di formazione del gel;
   
3. Acqua: utilizzata per diluire il silicato di sodio e facilitarne la penetrazione nel terreno.

Vantaggi della Silicatizzazione

• Aumento della capacità portante: il gel di silice riempie i vuoti nel terreno, aumentando la sua densità e la capacità di supportare carichi strutturali;
• Riduzione della permeabilità: la formazione del gel riduce la permeabilità del terreno, prevenendo infiltrazioni d’acqua che possono causare cedimenti;
• Versatilità: adatta a diversi tipi di terreno, inclusi sabbie, limi e argille;
• Minimo impatto ambientale: la silicatizzazione utilizza sostanze chimiche non tossiche e ha un impatto ambientale relativamente basso;
• Applicazione in situ: la tecnica può essere applicata direttamente nel sito di costruzione senza necessità di grandi movimentazioni di terra.

Processo di Silicatizzazione

Il processo di silicatizzazione si articola in diverse fasi, ognuna delle quali è essenziale per garantire il successo del consolidamento del terreno.

1. Indagine preliminare: una dettagliata indagine geotecnica è necessaria per comprendere le caratteristiche del terreno e determinare la concentrazione e il volume di soluzione da iniettare;
   
2. Preparazione del sito: preparazione dell’area di intervento, che include la predisposizione delle attrezzature per l’iniezione e la protezione delle strutture esistenti;
   
3. Iniezione delle soluzioni: le soluzioni di silicato di sodio e gli agenti coagulanti vengono iniettati nel terreno attraverso perforazioni verticali o inclinate. La profondità e la distribuzione delle iniezioni sono determinate in base alle caratteristiche del terreno e alle esigenze specifiche del progetto;
   
4. Reazione chimica e formazione del gel: una volta iniettate, le soluzioni chimiche reagiscono formando un gel di silice. Questo processo può richiedere da alcune ore a diversi giorni, a seconda delle condizioni del terreno e della temperatura;
   
5. Monitoraggio e controllo di qualità: durante e dopo l’iniezione, vengono eseguiti controlli di qualità per garantire che il terreno abbia raggiunto le caratteristiche meccaniche desiderate. Questo può includere prove di permeabilità e resistenza al taglio.

Tecniche di applicazione

Esistono diverse tecniche di applicazione della silicatizzazione, ciascuna adatta a specifiche condizioni del terreno e requisiti del progetto.

• Iniezione a bassa pressione: utilizzata in terreni relativamente stabili dove la soluzione può diffondersi facilmente attraverso i pori del terreno;
  
• Iniezione a pressione controllata: necessaria in terreni più compatti o in condizioni geotecniche difficili, per garantire una distribuzione omogenea della soluzione;
  
• Iniezione con doppio tubo: una tecnica che utilizza due tubi coassiali per l’iniezione simultanea del silicato di sodio e dell’agente coagulante, migliorando la miscelazione e l’efficacia del trattamento.

Applicazioni della Silicatizzazione

La silicatizzazione trova applicazione in una varietà di scenari geotecnici e ingegneristici:

• Consolidamento delle fondazioni: migliora la stabilità delle fondazioni esistenti, prevenendo cedimenti differenziali e migliorando la capacità portante del terreno;
  
• Costruzione di gallerie e scavi: stabilizza il terreno circostante, prevenendo crolli e infiltrazioni d’acqua durante le operazioni di scavo;
  
• Stabilizzazione dei pendii: utilizzata per prevenire frane e smottamenti in aree con terreni instabili;
  
• Impermeabilizzazione del terreno: riduce la permeabilità del terreno, prevenendo infiltrazioni d’acqua che possono compromettere la stabilità delle strutture.

In funzione delle caratteristiche del terreno da trattare (grado di fessurazione/porosità) e dell’intervento richiesto (consolidamento e/o impermeabilizzazione), viene redatto il progetto che deve stabilire la distanza tra i fori, il tipo di miscela più adeguata, i parametri di iniezione da adottare.

I parametri di iniezione (volumi, pressione, portate) vengono controllati e registrati costantemente nel corso di ciascuna fase dell’iniezione per verificarne l’efficacia del trattamento.

Come si evince anche dalla figura 4, per le iniezioni in roccia o in terreni sciolti a granulometria grossolana, vengono in genere utilizzate miscele a base cementizia in quanto il processo di silicatizzazione risulta essere non economico soprattutto in relazione al quantitativo di silicato di sodio e agenti coagulanti da iniettare mentre, dal punto di vista del caratteristiche meccaniche a trattamento ultimato, i terreni sciolti a granulometria grossolana raggiungono prestazioni migliori se sottoposti a cementazione.

Fermo restando i limiti di applicabilità della silicatizzazione sia in termini di terreni da trattare che di costi associati, sempre più di frequente questa tecnica trova applicazione nel consolidamento di sottofondazioni di edifici esistenti (soprattutto di interesse storico) anche in un aree urbanizzate. Questi edifici, infatti, spesso presentano problemi di cedimenti differenziali causati dalla scarsa capacità portante del terreno sottostante.

Con questa tecnologia si ottiene un consolidamento efficace del terreno di sottofondazione che migliora la stabilità degli edifici interessati da cedimenti senza compromettere le strutture esistenti e, soprattutto, potendo intervenire anche in aree densamente popolate e/o soggette a tutela come i nostri centri storici riducendo al minimo gli impatti ambientali.

La silicatizzazione è, quindi, una tecnica preziosa per garantire la stabilità e la sicurezza di edifici e infrastrutture in una varietà di condizioni geotecniche e può essere applicata con successo in contesti complessi, rendendola una delle soluzioni più efficaci nel campo dell’ingegneria geotecnica.

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L'articolo continua con la descrizione del consolidamento delle fondazioni con micropali.