Come riempire una cavità ipogea con il calcestruzzo: il caso di San Martino di Picenze

Il sottosuolo abruzzese è ricco di cavità naturali e di origine antropica. Sono circa 300 le cavità naturali conosciute, esplorate e registrate nei catasti della Società speleologica italiana. Le grotte di Stiffe, nel territorio del comune di San Demetrio ne' Vestini (AQ), ad esempio, costituiscono oggi uno dei principali siti naturalistici del territorio aquilano e rappresentano uno dei fenomeni carsici più conosciuti dell'Italia centrale. Questo stesso territorio è interessato anche da un significativo numero di cavità sotterranee di origine antropica, scavate fin dalla preistoria. Numerosi sono i rinvenimenti di strutture ipogee, ricavate in terreno e roccia, nei centri storici dei comuni del cratere, interessati dal sisma del 2009, utilizzate nei secoli scorsi per il rimessaggio e il ricovero degli animali, come cisterne, granai, neviere o cave per materiali da costruzione: tante vengono tutt'ora “raccontate” dagli abitanti più anziani che tramandano i ricordi dei loro avi e di altrettante invece, richiuse nel corso degli anni, si è persa la memoria, anche solo di alcuni tratti non più utilizzati o crollati.

Proprio il sisma del 2009 ha rivelato la presenza di un insieme di grotte e cunicoli che, in alcuni casi, formano delle vere e proprie città sotterranee sotto molti dei centri storici dei comuni del territorio aquilano, nei quali la presenza di un ipogeo instabile incide sulla vulnerabilità degli edifici soprastanti, già danneggiati dal sisma. Il terremoto ha infatti causato il crollo di alcune di queste cavità, fino ad arrivare all’apertura di voragini superficiali, come nel caso di San Pio delle Camere, comune confinante con il con quello di Barisciano, in provincia dell’Aquila. Nel corso degli anni successivi al sisma, si sono verificati dei crolli anche importanti, per l’aggravio delle condizioni di instabilità, ascrivibili sia al danneggiamento delle reti idriche e fognarie, le cui perdite provocano il degrado delle caratteristiche geomeccaniche del materiale nel quale risulta scavata la cavità, che al transito dei mezzi pesanti impegnati nella ricostruzione.

Tanto che molte Amministrazioni comunali sono dovute intervenire per riempire queste cavità al fine di garantire la salute e l’incolumità pubblica. Le numerose indagini geologiche eseguite sia per il censimento che per lo studio e il rilievo delle cavità ipogee hanno fornito indicazioni anche in merito al materiale da utilizzare per il loro riempimento e tamponatura. Un materiale assimilabile ad un terreno naturale, per evitare di sovraccaricare oltremodo le pareti delle cavità, con specifiche caratteristiche di resistenza, peso di volume, fluidità e demolibilità. Un calcestruzzo alleggerito, confezionato utilizzando inerti riciclati derivanti dalle demolizioni degli edifici danneggiati dal sisma del 2009, per l’uso del quale, i.work GEOMIX GREEN di Calcestruzzi SpA è risultato essere particolarmente rispondente ai requisiti previsti dalla Committenza. 

Le cavità ipogee: che cosa sono
Nel corso dei rilievi e delle indagini geologiche effettuate in molti degli aggregati del comune di Barisciano e delle frazioni limitrofe, interessate dalla ricostruzione, è venuta alla luce la presenza di numerose cavità ipogee caratterizzate in alcuni punti da calotte molto sottili a rischio di cedimenti, spesso preannunciati da avvallamenti della sede stradale e delle aree interessate dai cantieri, causati proprio dal passaggio dei mezzi pesanti impegnati nei lavori,  dalla presenza dei basamenti delle gru e delle macerie. Lo schema-tipo di queste cavità, volgarmente chiamate “grottoni”, è costituito da un ingresso, spesso collocato al piano terra dell’edificio, e dagli ambienti ipogei veri e propri che si snodano nel sottosuolo interessando la viabilità pubblica e/o altre proprietà private. Queste cavità, scavate a partire dalla parete a monte dell’edificio, si prolungavano sotto le infrastrutture viarie che separavano gli edifici, interessando a volte anche quelli adiacenti. Ne risulta un sistema di infrastrutture ed edifici costruiti con o senza fondazioni al di sopra di cavità sotterranee instabili, in condizioni di rischio. Questa situazione determina una particolare condizione di instabilità soprattutto laddove, tra la calotta della cavità e il piano viario, sono collocati i sotto servizi, con particolare riguardo alle tubature dell’acqua, in quanto piccoli cedimenti della calotta determinano rotture delle tubazioni con conseguente perdita di liquido che peggiora e compromette la stabilità della calotta stessa, determinandone il cedimento improvviso.     

Uno degli ultimi della serie si è verificato all’inizio del 2021, nella frazione di San Martino di Picenze, nel comune di Barisciano. “Le cavità presenti in questa area – spiega l’ing. Luciano Rossi, responsabile dell’Ufficio Sisma del Comune di Barisciano – essendo di natura limo-argillosa, tendono ad assorbire molta acqua e, una volta arrivate a saturazione, ad implodere su se stesse, crollando all’improvviso; proprio il cedimento di una di queste, in corrispondenza dell’angolo di un fabbricato soprastante, ha comportato il distacco della facciata e l’inclinazione dell’edificio, per via del vuoto generatosi al di sotto delle fondazioni. La rete di cavità ipogee sottostanti era particolarmente estesa e interessava non solo tutto l’aggregato di edifici soprastante ma anche parte della sede stradale, lungo via della Salute”. A seguito del crollo, il comune di Barisciano è intervenuto con un’ordinanza urgente con la quale si predisponeva la chiusura delle strade limitrofe e la completa demolizione dell’aggregato. “Erano presenti molti edifici dell’aggregato che presentavano danni di seria gravità, oltre che crolli diffusi che costituivano un pericolo per la pubblica incolumità in quanto incombenti su strade pubbliche e adiacenti ad edifici utilizzati”, ha dichiarato Fabrizio D'Alessandro, sindaco di Barisciano. “Tutto il territorio comunale, e questa zona in particolare, è interessato dalla presenza di numerose cavità, alcune lunghe anche parecchie centinaia di metri, dislocate sia al di sotto di edifici privati che di aree comunali, come strade, piazze e spazi pubblici. Dopo il terremoto, l’USRC (Ufficio Speciale per la Ricostruzione dei Comuni del Cratere Sismico) ha previsto un contributo per la messa in sicurezza delle cavità ritenute instabili, che viene assegnato in funzione della competenza degli interventi, in capo alle Pubbliche Amministrazioni o ai privati”, spiega il sindaco.  L’intervento di messa in sicurezza nella frazione di San Martino di Picenze è consistito nella demolizione totale dell’aggregato, circa 4.000 mc di materiale, costituito tutto da seconde abitazioni per le quali non era in programma la ricostruzione, e nella successiva “tombatura” delle cavità che partivano proprio da quell’aggregato e interessavano la sede stradale ed altre abitazioni limitrofe, già riparate dai danni del sisma 2009. “Data la pericolosità di tutta l’area, - continua l’ing. Rossi - è stato dato incarico alla società Geo L'Aquila, con sede a San Lorenzo a Fossa (AQ), di effettuare delle indagini con il laser scanner per il rilievo e la valutazione delle condizioni di  stabilità delle cavità sotterranee, in base alle quali procedere, mediante un progetto preliminare, alla quantificazione degli importi necessari per gli interventi di riempimento delle cavità, ai fini della messa in sicurezza dell’area, e della successiva richiesta di un contributo generale all’USRC per il finanziamento dell’intervento. Inoltre, considerata la presenza nel territorio comunale di molte di queste cavità sotto strade, aree comunali ed abitazioni private, a seguito dei crolli, il comune ha deciso di procedere al riempimento. Abbiamo richiesto all’USRC un finanziamento di circa € 300.000, di cui 200.000 per riempire le cavità presenti nella frazione di Picenze e il resto per quelle di Barisciano”.  

I dati sui censimenti ad oggi disponibili sono stati ricavati dai Piani di Ricostruzione predisposti dai Comuni del Cratere e dalle banche dati nazionali pubbliche (ISPRA, Protezione Civile, Piani per l'Assetto Idrogeologico - PAI). A valle dell’attività ricognitiva svolta dall’USRC, sono stati stanziati dei fondi per l’avvio delle attività di competenza pubblica, in cinque Comuni della provincia dell’Aquila (Barisciano, San Demetrio ne’ Vestini, Fagnano Alto, Navelli, Poggio Picenze). In base all’indagine preliminare, è stata anche assegnata dai singoli comuni una priorità agli interventi, dando la precedenza a quelli sulle prime case. Dei 56 comuni del cratere, quello di Barisciano è uno di quelli in cui la ricostruzione è in fase più avanzata. “Dal 2009, nel nostro comune sono stati erogati SAL per oltre 100 milioni di euro per la ricostruzione, cosa che permesso il rientro di gran parte della cittadinanza. Nelle frazioni, tuttavia la presenza di queste cavità ha determinato qualche problema in più, ma la situazione, soprattutto nell’ultimo anno, si è sbloccata e sta procedendo in modo spedito, anche grazie alla solerte attività dell’Ufficio Sisma del Comune, che sta coordinando i lavori, insieme all’ing. Raffaello Fico, responsabile dell’USRC dei Comuni del Cratere del sisma L’Aquila 2009 per l’erogazione dei fondi sia per la parte pubblica che per il privato”, ha concluso il sindaco.

Il rilievo delle cavità ipogee
Il rilievo degli ambienti di cavità, dal punto di vista topografico e geometrico, è uno dei primi passi da percorrere per poterne avere una completa conoscenza: rappresenta, infatti, un passo propedeutico al censimento, studio e catalogazione delle cavità. L’incarico di effettuare le indagini nella frazione di San Martino è stato affidato allo Studio Geo L'Aquila che si occupa di attività geologiche e idrogeologiche ed opera nel settore delle opere di consolidamento nell’ambito dell’edilizia civile. “La nostra attività prevede la ricerca con perforazione, partendo dallo studio dei punti noti, quali depressioni presenti sulla sede stradale e conoscenze storiche attestanti la presenza di cunicoli e cavità, e la successiva rilevazione in 3D delle cavità mediante laser scanner”, dichiara l’ing. Alessandro Taddei, della Geo L'Aquila srl. Il numero di perforazioni da eseguire dipende dall’estensione della cavità e da come è articolata. “Nel caso in esame – continua Taddei - sono stati eseguiti sei sondaggi in un’area di circa 150x50 m (lungo la strada), due dei quali hanno intercettato la cavità in oggetto. L’inserimento dello strumento nei fori permette di acquisire, in movimento, nuvole di punti 3D e fornisce la possibilità di collegare tra loro vari ambienti della medesima cavità, acquisiti anche in momenti diversi a causa della loro complessità, riconoscendo le pareti della cavità dalle murature utilizzate per le chiusure degli accessi. La cavità esplorata  era composta da quattro stanze, collegate da aperture di dimensioni molto ridotte”. Questo è fondamentale anche in fase di utilizzo del materiale di riempimento, in quanto tali pareti vanno puntellate o comunque consolidate per evitarne il cedimento a seguito della spinta esercitata dal materiale di riempimento. “Una volta allineate tutte le nuvole di punti – spiega Taddei - si ottiene il modello geometrico tridimensionale del sito nella sua interezza. Lo strumento da noi utilizzato per eseguire i rilievi in-door ha una distanza di acquisizione di circa 60 metri alla quale raggiunge precisioni centimetriche, è circolare ed ha un diametro di soli 11 cm che ne consente facilmente l’inserimento nelle perforazioni esplorative eseguite nella prima fase dell’indagine. La possibilità di georiferire il dato permette di confrontare i sistemi di cavità con l'ambiente esterno, ottenendo una planimetria sovrapposta del sottosuolo con gli edifici superiori, che ci permette di valutare dove eseguire altre perforazioni per indagare la reale estensione della cavità stessa”. Il modello 3D permette di stimare con elevata precisione la volumetria della cavità, fondamentale per la stima del materiale e i costi dell’intervento. Il rilievo permette anche di stabilire se la cavità interessa solo aree private e/o pubbliche. Solitamente, dai fori esplorativi viene gettato anche il materiale di riempimento, per il quale viene utilizzato del calcestruzzo alleggerito con specifiche caratteristiche. “Perché le cavità possano essere riempite fino al colmo – racconta Taddei - almeno uno dei fori va fatto nel punto più alto. Inoltre, il getto deve essere fatto a più riprese per contenere la spinta del materiale ed ovviare al surriscaldamento del calcestruzzo durante la fase di presa”.  

 Il materiale di riempimento  
In base alla relazione geotecnica, le caratteristiche del calcestruzzo alleggerito individuato come materiale di riempimento dovevano rispondere a specifici requisiti di fluidità elevata in fase di getto, fin quasi alle caratteristiche di un calcestruzzo autolivellante, in modo da consentire la diffusione uniforme della miscela nel vuoto da riempire; di demolibilità elevata a maturazione ultimata, in modo da poter essere facilmente scavato successivamente senza il ricorso ad attrezzi specifici; di peso di volume a maturazione ultimata pari a 1600-1800 kg/mc, dello stesso ordine di grandezza del terreno circostante, perché il riempimento delle cavità non comportasse aggravi dei carichi sul pendio, rispetto alle condizioni precedenti all’escavazione delle stesse. Il calcestruzzo per il riempimento doveva inoltre essere confezionato utilizzando inerti riciclati derivanti dalle demolizioni degli edifici danneggiati dal sisma del 2009, con basso tenore di cemento ed additivi fluidificanti ed aeranti. Sulla base di queste specifiche, l’impresa incaricata dall’Amministrazione Comunale di eseguire i lavori di demolizione dell’aggregato e di riempimento delle cavità, Panone srl - Sostenibilità e Ambiente, con sede a Barisciano (AQ), ha individuato, di concerto con i tecnici della Calcestruzzi spa, in i.work GEOMIX GREEN il prodotto meglio rispondente alle richieste della committenza. Panone Srl è leader sul territorio nel settore dello smaltimento di rifiuti speciali e urbani, pericolosi e non pericolosi  e nel commercio di materiali inerti riciclati e naturali di cava. Panone Srl  opera nell’aquilano fin dal primo dopoguerra, vantando oltre mezzo secolo di esperienza nel settore degli scavi e del movimento terra, delle attività di bonifica e delle demolizioni controllate, nonché delle opere di ingegneria naturalistica.  “La richiesta era quella di un calcestruzzo a bassa resistenza, stabile volumetricamente, che consentisse il veloce riempimento delle cavità con fluidità tale da consentire il riempimento delle insenature”, spiega l’ing. Valentino Panone, Direttore Tecnico dell’omonima impresa. “Il prodotto della Calcestruzzi, i.work GEOMIX GREEN, non solo è in linea con queste specifiche, ma rispetta anche le più recenti leggi e normative di sostenibilità ambientale (Standard LEED, Protocollo ITACA, ecc.), ed è conforme ai requisiti previsti dal D.M. 26/01/2016 sui CAM (Criteri Ambientali Minimi) relativi a scavi e rinterri – Riempimenti con miscele di materiale betonabile. Non da ultimo, è anche economico”, precisa Panone. “Per questo, riferite all’ing. Rossi (Responsabile Ufficio Sisma del Comune di Barisciano) le  specifiche del materiale, la decisione dell’Amministrazione è stata immediata”.

Le specifiche del materiale e dell’intervento
i.work GEOMIX GREEN è una miscela da riempimento con caratteristiche geotecniche controllate, un contenuto minimo di materie prime seconde e/o di riciclo ≥ 70% rispetto alla massa totale della miscela ed un contenuto di materie prime di provenienza regionale ≥ 90% rispetto alla massa totale della miscela. La stabilità volumetrica rende i.work GEOMIX GREEN la soluzione ideale per il riempimento di cavità sotterranee difficilmente accessibili e gallerie dismesse, per colmare scavi stradali senza che si manifestino gli assestamenti tipici dei terreni naturali ed è raccomandato anche per inertizzare serbatoi, tubazioni. “Il prodotto i.work GEOMIX GREEN - spiega Paolo Piersantelli, responsabile del Servizio Tecnologico Territoriale Area Adriatico - Direzione Operativa Sud della Calcestruzzi SpA - è stato sviluppato nel Lazio, in collaborazione con l’Università La Sapienza, prevedendo l’impiego di aggregati riciclati (sabbie e misti riciclati da macerie di C&D) certificati dai produttori locali e selezionati dopo un attento processo di scouting della Calcestruzzi SpA, da sempre impegnata nelle tematiche  di eco sostenibilità, di riutilizzo di MPS (materie prime seconde) e  di economia circolare. Solo nell’area Adriatica, lo scorso anno sono state impiegate circa 6000 tonnellate di aggregati riciclati, destinate alla produzione sia di calcestruzzi per uso strutturale che di calcestruzzi da riempimento e/o magroni evitando quindi l’estrazione di pari quantità di aggregati naturali. Ponendosi degli obiettivi sempre più importanti sull’utilizzo di aggregati riciclati, Italcementi e Calcestruzzi puntano all’utilizzo di questi materiali per ridurre l’impatto della CO2 e prevedono un utilizzo di materie prime seconde, derivate sia da riciclati che da processi industriali, quali ceneri volanti, scorie d’alto forno e scaglie di laminazione, sempre più estensivo”, dichiara Piersantelli. 

L’intervento di riempimento è stato effettuato a più riprese, in circa 3/4 giorni, per consentire l’espansione del materiale in ambiente confinato fino al riempimento di tutti gli interstizi delle calotte, molto frastagliate e di diversa altezza, senza esercitare una spinta eccessiva che avrebbe potuto compromettere la stabilità delle pareti in muratura. “Dopo avere effettuato la demolizione dell’aggregato – spiega Panone -  abbiamo pompato dai fori eseguiti per il rilievo 3D della cavità, 210 mc di miscela per riempimento i.work GEOMIX GREEN fornito dall'impianto di L'Aquila della Calcestruzzi spa, per il cui confezionamento sono stati utilizzati: un cemento della cementeria di Cagnano Amiterno (Italcementi), un aggregato riciclato 0/8 della Aquilana Calcestruzzi Spa, proveniente da macerie di C&D ricavate dal “tout venant” delle macerie del sisma (contribuendo ad una filiera locale) , idoneo per impieghi non strutturali, per un totale di 150 ton e specifici additivi”.

Questo intervento è un chiaro esempio di economia circolare, basato sull’aumento dell'ecosostenibillità dei materiali, nel quale tutti i protagonisti coinvolti si impegnano virtuosamente per una maggiore eticità dei processi e della produzione:
•    il progettista, con l’indicazione nella relazione geologica dell’uso di un prodotto quanto più possibile vicino alla consistenza di un terreno naturale; 
•    la Committenza, sempre più consapevole dell’importanza del concetto di sostenibilità ambientale; 
•    l’ impresa, orientata verso l’approvvigionamento di materiali, prodotti e componenti, scelti e reperiti per realizzare opere e interventi, che derivino da altrettante filiere di produzione eco sostenibili; 
•    il produttore, sia del cemento che del calcestruzzo, che nel caso di Calcestruzzi e Italcementi SpA sono impegnate da anni in una sfida che non è solo ambientale, ma anche economica e sociale. 

Scheda tecnica: 

Committente: Comune di Barisciano (AQ)
Cantiere: San Martino di Picenze, frazione di Barisciano (AQ)
Responsabile Ufficio Sisma del Comune di Barisciano: Ing. Luciano Rossi
Rilievi geologici/relazione geotecnica: Ing. Taddei Alessandro, Geo L'Aquila srl (AQ)
Impresa: Panone srl - Sostenibilità e Ambiente, Barisciano (AQ)
Direttore Tecnico impresa:  Ing. Valentino Panone  
Personale d'Area Calcestruzzi Spa - Direzione Operativa SUD:
Maurizio Drago (Tecnologo)
Giuseppe Di Nardo (Venditore)
Paolo Piersantelli (Responsabile Servizio Tecnologico Territoriale)
Luigi Belli (Responsabile Attività di Business)
Fornitore inerte da materiale riciclato:   Aquilana Calcestruzzi Srl
Impianto di produzione GEOMIX GREEN: Calcestruzzi SpA - L'Aquila - N.I. Bazzano