1 settembre 2004

Museo di Storia Naturale - Parigi, Francia

Il Museo Naturalistico di Parigi vanta collezioni che contano circa due milioni e mezzo di opere su 3000 m2 di sale espositive. Il museo offre un percorso progressivo per seguire la storia della vita: dalla ricostruzione di uno scheletro di quetzalcoatlus, il più grande rettile volante conosciuto, a quello di un elefante asiatico naturalizzato, poi vi sono 4500 esemplari di uccelli e serie oceaniche notevoli; non manca l'orto botanico che consente al pubblico di riscoprire la vita delle piante ed i loro complessi rapporti con l'ambiente. 

 Oggetto dell'intervento è stato l'edificio che ospita la galleria di paleontologia, concepito dall'architetto Fernand Dutert in occasione dell'esposizione universale del 1900 sull'antico letto del fiume Bièvre. Ha uno stile eclettico tipico dell'architettura di fine 18° secolo che unisce metallo e muratura sullo sfondo di una decorazione che prelude lo stile liberty di inizio novecento. L'edificio, di quasi 100m di lunghezza, essendo sprovvisto di giunti di dilatazione ha conosciuto i primi dissesti già a cavallo delle due guerre mondiali. Durante gli anni si è poi potuto osservare un movimento pressoché costante, mentre a partire dal 1998 si è notato un accentuarsi del punzonamento di alcuni pali nel terreno di fondazione della struttura. Quando il direttore del Patrimonio del Museo di Storia Naturale, M. Arifont, ha notato l’accentuarsi del fenomeno, con il prodursi di svariate lesioni che presentavano un’apertura variabile da 1 a 2cm, a seconda della zona, è stato deciso di intervenire tempestivamente per porre rimedio alla situazione. Nonostante svariati studi la causa del dissesto non è mai stata individuata chiaramente, anche se è molto probabile una sua diretta correlazione con la circolazione d’acqua nel sottosuolo dell’edificio della quale non è nota l’origine. Le iniezioni di resina sono state realizzate in meno di una settimana secondo una maglia precisa studiata al fine di porre rimedio al danno e stabilizzare il terreno permanentemente. I sottosuoli sprofondati si trovavano in parte sotto la galleria di Paleontologia, si è perciò provveduto a trasferire d'urgenza gli uffici occupati dai ricercatori e le parti dell’edificio lesionate sono state puntellate. Si trattava principalmente di evitare che si generassero delle tensioni nelle pavimentazioni della sala d’esposizione aperta al pubblico. La direzione del Patrimonio del Museo decise fin dall'inizio di commissionare al CEBTP (Centro sperimentale di ricerca e studio del Dipartimento di Costruzioni e Lavori Pubblici) l'indagine sulle cause del dissesto. Questo ente nel suo rapporto finale consiglia delle iniezioni di resina espandente per consolidare i terreni di fondazione dell’edificio. La direzione del Patrimonio del Museo rilascia allora un certificato amministrativo a sostegno dei rapporti del CEBTP e dell’architetto capo dei Monumenti Storici per giustificare la scelta esclusiva della tecnica di consolidamento del terreno di fondazione con resine. I sondaggi eseguiti dal CEBTP con indagine geognostica che a metà dicembre del 2004 hanno dato come responso l'esistenza di un generale allentamento e detensionamento del terreno di fondazione. Il codice di calcolo agli elementi finiti 3D + software di calcolo Uretek® S.I.M.S. 1.0 si è basato sull'espansione delle cavità finite di Yu H. S. e Houlsby G. T. (1991). 

Il software Uretek® SIMS è uno strumento, da tempo lanciato sul mercato, utile per andare incontro alle esigenze dei progettisti operanti nel settore della geotecnica e di adempiere agli obblighi imposti dalla normativa tecnica DM 24/01/2008. Questo strumento, permette ai professionisti di realizzare, su basi scientifiche, la progettazione degli interventi di consolidamento Deep Injections® con resine ad alta pressione di rigonfiamento Geoplus®, così come richiesto dalla normativa per le costruzioni al capitolo 6, paragrafo 6.10. 

L’intervento delle squadre Uretek® in cantiere avviene in completa autonomia, articolandosi in quattro fasi:  

• perforazione: la lavorazione ha un basso grado d’invasività essendo necessari, per l’intervento, fori di diametro ridotto, inferiore a 3 cm, realizzati con trapani manuali. Questi non sviluppano vibrazioni e non disturbano la committenza e le opere vicine;  

• iniezione: il consolidamento prevede l’iniezione di una speciale resina che espandendo nel terreno di fondazione ne provoca la compattazione. Si migliorano così le caratteristiche geotecniche quali coesione, modulo elastico e resistenza alla compressione. L’iniezione della resina avviene a bassa pressione, per cui risulta adatta all’impiego anche in presenza di reti di sottoservizi nelle vicinanze. Le iniezioni eseguite con pompa a scatto sono controllabili. Il monitoraggio costante, mediante livelli laser, permette di arrestare il processo in qualunque momento, qualora si riscontrassero condizioni operative diverse da quelle prospettate. La resina bi-componente, iniettata nel terreno allo stato liquido con la reazione di polimerizzazione già innescata, una volta raggiunta la profondità voluta solidifica. Si genera così una struttura poliuretanica a celle chiuse molto rigida ed inerte in grado di resistere sia ad agenti chimici, anche aggressivi, che a funghi e batteri. Nel primo disegno a lato è schematizzata l’evoluzione della reazione della resina nel terreno. Il processo di addensamento della resina produce un fenomeno di “claquage” controllato, ovvero di rottura idraulica del sottosuolo, che forma nel terreno, in un intorno molto prossimo al punto di iniezione (raggio ≤ 2m) delle microfessure radiali e trasversali, riempite dalla resina. Solitamente l’operazione di iniezione è composta da due distinte fasi esecutive: 1- compattazione superficiale: in cui si riducono fortemente i vuoti presenti all’interno del terreno immediatamente sottostante le fondazioni. In questo modo si chiudono gran parte delle fessure esistenti, compattando l’ammasso e aumentandone la resistenza a rottura per sforzi di taglio. Questa fase, è necessaria a migliorare il terreno in corrispondenza del piano d’imposta delle fondazioni, realizzando una sorta di fascia che offre un buon contrasto alle iniezioni più profonde, accrescendone l’efficacia; 2- consolidamento in profondità: ottenuto iniettando altra resina che interesserà la zona interna ai bulbi di pressione di Boussinesq nei quali si dissipano le tensioni indotte dal carico sovrastante. Ciò induce un aumento della tensione orizzontale δh facendola tendere a quella verticale δv e, a questo punto, si producono delle microfessure sul piano verticale e orizzontale. In conseguenza dell’espansione della resina al loro interno, si verifica un sollevamento della struttura soprastante. L’effetto compattante e l’aumento del modulo elastico, provocati dalle iniezioni in profondità, che determinano uno stato di precompressione nella regione trattata, si traducono nell’eliminazione dei cedimenti futuri. La prima e la seconda fase sono schematizzate nei disegni della pagina precedente in basso. La quantità di resina iniettata dipende fortemente dall’indice dei vuoti del terreno naturale e dall’eventuale presenza di vuoti macroscopici. Salvo condizioni particolari, i consumi variano da 5 a 15 dm3 di materiale iniettato per m3 di terreno trattato. È opportuno chiarire che le iniezioni di resina possono essere eseguite in tutte le tipologie di terreno (ad esclusione dei terreni organici), anche nei terreni argillosi e argillosi molto plastici, sia in assenza che in presenza di acqua; in quest’ultimo caso si genera un sensibile aumento della pressione dell’acqua contenuta all’interno del terreno che innesca un processo di consolidazione. Queste sovrapressioni, nei terreni argillosi saturi, necessitano di un certo tempo per essere dissipate. Durante questo tempo si verifica una contrazione di volume di cui si tiene conto in fase progettuale. Per le ragioni sopra esposte, è possibile che trattando certe tipologie di terreno si renda necessario reiterare l’intervento per stabilizzare un edificio. In questo caso, i consumi risulteranno molto inferiori rispetto al primo intervento; inoltre si segnala la possibilità, in presenza di terreni con indice dei vuoti importante, oppure in terreni coesivi imbibiti d’acqua, di iniezioni multifase, ossia più fasi d’inie¬zione differite nel tempo. Così facendo si evita di dover insistere con le iniezioni nello stesso punto per un tempo troppo lungo e si dà modo alle sovrapressioni neutrali, che in presenza di terreni a bassa permeabilità inevitabilmente si generano, di dissiparsi. Questa facilità di reintervento è un ulteriore punto di forza del metodo Uretek Deep Injections®; difficilmente riscontrabile in altre metodologie di consolidamento;  

• monitoraggio: la rapidità del processo d’espansione consente un costante controllo delle operazioni realizzato in tempo reale attraverso una strumentazione laser di precisione che indica l’esatta entità del sollevamento (tolleranza ≤ 0,1mm);  

• collaudo: il collaudo dell’intervento di consolidamento è attuato per mezzo di prove penetrometriche eseguite nel terreno in adiacenza agli elementi di fondazione, prima e dopo il trattamento. Se si osserva un aumento del numero di colpi necessari all’infissione del penetrometro dinamico leggero TP223/S compatibile con il grado di miglioramento che ci si prefiggeva in fase di progettazione dell’intervento, allora si è conseguito il risultato ricercato e la capacità portante del terreno sarà conseguentemente compatibile con quella richiesta. Inoltre lo stesso “principio di sollevamento” apprezzato dalla livellazione laser dà conto con continuità della buona riuscita dell’intervento, senza andare a produrre effetti sulla sovrastruttura. I risultati del monitoraggio e dei test penetrometrici comparativi eseguiti, hanno confermato il successo dell'intervento. Dopo che le crepe sono state chiuse non si sono più riaperte e i ricercatori hanno potuto ritornare nel loro spazio lavorativo. Inoltre, una volta che l’insieme si è stabilizzato, sono stati fatti degli studi complementari per scoprire, alla fine, che una conduttura di riscaldamento urbano era rotta sotto la parte danneggiata dell’edificio, sono stati realizzati perciò dei lavori di riparazione e ristrutturazione mirati a risolvere anche questo problema.