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1. Forma d acqua presenti nella pasta cementizia All interno dell ammasso cementizio rimane una struttura ancora irrisolvibile chiama gel di cemento La formazione del gel che occupa un volume di circa il doppio di quello del cemento originale da cui si formato coincide con un enorme sviluppo della superficie specifica della massa stessa si pu passare infatti da 2 3 00 cmg g dei granuli di cemento anidro a 2 000 000 cmqlg con un aumento di circa 1000 volte Questa e una condizione necessaria allo sviluppo delle resistenze ed in ogni altro fenomeno allo sviluppo della resistenza Nella psta cementizia gi indurita l acqua pu resistere in diverse forme Acqua capillare presente nel vuoti Acqua adsorbita sotto l influenza delle forze di attrazione le molecole di acqua risultano fisicamente adsorbite sulle superficie degli idrati La perdita d acqua assorbita responsabile del ritiro per essicazione Acqua tra gli strati o interstiziali viene associata con la struttura dei silicati e la sua rimozione che li altera Considerevolmene Acqua chimicamente combinata parte integrante della struttura dei vari prodotti di idratazione non si sposta con l essicazione ma per decompressione degli idrati con il calore CONCLUSIONI GENERALI Con la scelta del tipo di cemento per il rivestimento definitivo di una galleria vengono esclusi o limitati al massimo 1 composti che possono reagire con le acque solfatiche o comunque aggressive for
2. necessario procedere alternativamente sul lato destro e sul lato sinistro della strada spostando di volta in volta il transito veicolare sul lato opposto 28 PARTICOLARE CORDOLO PARTICOLARE CORDOLO lato destro loto sinistro scola 1 20 scola 1 20 ui 1 4 8 d WW s pr Pi ME Fig 18 Fig 19 Cordoli al piede e prima fase di getto Dopo avere effettuato un getto di regolarizzazione del fondo scavo con calcestruzzo si procede alla posa del ferro di armatura ed alla realizzazione del cordolo in calcestruzzo generalmente con cls di classe 30 Mpa con resistenze adeguate necessario sia per consentire il passaggio del carro portalorme che si utilizzer successivamente sia e soprat tutto per costituire un blocco di ancoraggio eventualmente legato al paramento esistente con chiodi inghisati nel paremento esistente Immediatamente dopo il getto del cordolo al piede si realizzer un primo getto di rivestimento della galleria per una altezza di circa 100 130 cm tale getto costituir la base di appoggio e di partenza del posizionamento del carro per il nuovo getto del coronamento della galleria Questa prima sezione di rivestimento verr ancorata alla parete a seconda dello stato di conservazione del calcestruzzo esistente o addirittura se la galleria risulta essere non rivestita o rivestita in laterizio le chiodature di ancoraggio dovranno essere sufficientemente profonde da garantire la tenuta dell ancoraggio SCHEMA VOLTA IN PROG
3. Emy ja W x E K i ST Us A Luis l fo nni gio lei e eg ee Ce an Gel que EFF da H mm Per entrambe le gallerie si valutato quindi di prevedere un rinforzo con valenza strutturale significativa che potesse ridare al rivestimento solida continuit e che riportasse le caratteristiche meccaniche del calcestruzzo a valori adeguati inoltre si voluto prevedere un rivestimento finale che offrisse protezione al cls ed efficace effetto impermeabilizzante su tutta la superficie del fornice PLANIMETRIA DI TRACCIAMENTO GALLERIA VOLTE scala 1 200 pak PETH i ki o li n iti re E ingr SG allen E Ee Pre O Set REG DN GURYVATORA DI ASSE fili e Hi Fig 7 La scelta progettuale si orientata perci sulla realizzazione di un sottoarco in cemento armato gettato in opera con effetto di rinforzo consolidante da solidarizzare completamente ed efficacemente con il rivestimento esistente che consentisse tra l altro attraverso nuove sezioni di progetto di regolarizzare il pi possibile la geometria della galleria Il nuovo raggio delle sezioni di progetto ha consentito comunque il posizionamento di due corsie da m 3 75 oltre ai franchi laterali senza penalizzazioni dei franchi definitivi in altezza 45 FLO Lo Ta E DDT ARAT E men e mn LAT ARCA T La Tii ORENDI Po l Ak RS DUJTA ATI Ss DEA AF TO Da DEE CT to t A PECERTTCoefp ke i LI E ul koll E e nua n
4. ancora allo stato plastico Le fessure per ritiro plastico si formano generalmente lungo le superfici di getti di calcestruzzi non casserati ed esposte direttamente ad ambienti asciutti La prevenzione del fenomeno pu essere effettuata essenzialmente la prevenzione dell evaporazione dell acqua interponendo una barriera fra calcestruzzo e ambiente umidificare con acqua la superficie finita non casserata Fessure da ritiro igrometrico Il ritiro del calcestruzzo allo stato indurito coinvolge le strutture per un lungo periodo di tempo Tuttavia 1 3 4 del ritiro si manifestano entro 1 primi 6 mesi dal getto 26 A differenza del ritiro plastico il ritiro igrometrico pu essere solo ridotto adottando calcestruzzi con un rapporto acqua cemento basso ed un aumento del rapporto aggregato cemento In casi particolari restauro di strutture degradate ancoraggi di macchinari si possono utilizzare calcestruzzi e malte a ritiro compensato nei quali vengono inseriti prodotti ad espansione controllata che producono delle sollecitazioni opposte a quelle indotte dal ritiro CAUSE DA REALIZZAZIONE INSUFFICIENTE Carenze progettuali Tra le cause di degrado dei rivestimenti di galleria in calcestruzzo non devono essere dimenticate anche carenze di realizzazione che possono essere largamente giustificate in quanto sia in fase progettuale che costruttiva specifici problemi localizzati possono non essere evidenti oppure crearsi in seguit
5. ima SS Si j ma sele E DIAS PARTIAL OFE PROCREESIIE LU I FEE QUOTE S 1 i I Pr AKTE De 3 i CEL nd BI 4 aalraltaf ma as aai nm 1 ma UR mm mE Sezioni Fig 8 Per valutare il miglioramento apportato dalle strutture di rinforzo previste alla statica della galleria stata condotta un analisi strutturale degli elementi finiti per riprodurre le caratteristiche di sollecitazione a cui presumibilmente risulta soggetta l opera SCHEMA VOLTA IN PROGETTO scala 1 75 PORTALE TORINO Soo 11100 _ __ F amp r __rrrrrrr rr____ Fig 9 Fig 10 Non avendo a disposizione i calcoli statici di progetto si ipotizzata come condizione pi gravosa un carico gravante sulla galleria pari al peso del terreno di ricoprimento assunto con caratteristiche geotecniche medie per materiali analoghi nella zona si assunta inoltre una condizione di spinta laterale prossima al valore di spinta a riposo Ko Sono stati altres considerati gli effetti asimmetrici della spinta conseguente all inclinazione del versante interessato dall opera Attraverso queste elaborazioni numeriche si sono determinate le sollecitazioni massime presunte sia nelle strutture originarie che in quelle conseguenti ai 46 lavori di rinforzo previsti e si sono potute verificare le condizioni di impegno dei materiali evidenziando gli effetti benefici prodotti dall intervento sia di incremento della sicurezza locale nella s
6. 1 pi pericolosi sia per la frequenza che per le conseguenze di degrado che possono arrecare L attacco solfatico si manifesta attraverso il rigonfiamento esagerato del conglomerato di entit tale che possono verificarsi fessurazioni o distacchi di materiale Tale rigonfiamento non si esplica omogeneamente in tutta la struttura ma si localizza essenzialmente sulle zone corticali del calcestruzzo che Sono a contatto con i solfati provenienti dall ambiente estero 19 Foto 1 Foto 2 Le reazioni distruttive del calcestruzzo dovute alla presenza di solfati nell ambiente sono fondamentalmente tre e la formazione di gesso bi idrato e la formazione di ettringite e la formazione di thaumasite L idrossido di calcio Ca OH 2 sempre presente nel calcestruzzo in quanto prodotto dalla reazione tra l acqua di impasto ed 1 silicati di calcio del cemento in presenza di solfati viene trasformato con aumento di volume in gesso bi idrato CaSo4 2H20 con conseguente fessurazione e deterioramento della struttura La formazione di thaumasite avviene in particolari condizioni ambientali climi freddi 0 5 C umidi UR gt 95 e ricchi di anidride carbonica CO2 In tali condizioni l effetto molto devastante e decisamente pi deleterio che non quello provocato dalla formazione di ettringite la formazione dithaumasite accompagnata dallo spappolamento del calcestruzzo che diviene un materiale incoerente mentre la formazione di ettr
7. 1 valori ammissibili previsti Se invece nelle verifiche si considera una certa resistenza minima a trazione del calcestruzzo le sollecitazioni risultano ancora compatibili con 1 valori ammissibili adottati Se consideriamo ad esempio l elemento 3 le azioni agenti risultano essere N 69 90 t ml M 11 60 tmimi le sollecitazioni considerando la sezione completamente reagente risultano essere pari a omax N A M W omin N A M W da cui omax 42 Kg cm2 omin 14 Kelcm2 ancora compatibili con 1 valori ammissibili Se invece si calcolano le tensioni massime considerando la sezione parzializzata risulta omax 2 N 3 H 2 e da cui risulta gmax 58 3 Kg cm2 II valore della tensione massima nella sezione prossima al valore ammissibile oc 60 Kelcm2 ed infatti il punto ricade sulla superficie a rottura A seguito di un possibile fenomeno di degrado le propriet di resistenza meccanica del calcestruzzo possono diminuire con il tempo La resistenza a trazione pu ridursi sensibilmente e l alterazione superficiale del rivestimento pu modificare lo spessore della sezione reagente Tale situazione corrisponde ad una riduzione del dominio resistente con il Inoltre le zone che risultano sottoposte a trazione all intradosso della galleria possono manifestare situazioni di distacchi localizzati per perdita della resistenza a trazione del calcestruzzo Tale condizione non significa necessariamente che 1l rivestimento a rottura ma ent
8. 255 N mm2 Dato che le strutture risultano essere contro terra 1 tassi di lavoro delle armature vengono ridotti cautelativamente ai seguenti valori ammissibili os 180 N mm2 38 METODO DI CALCOLO II calcolo delle sollecitazioni agenti nelle strutture stato effettuato con il metodo degli elementi finiti monodimensionali Nella schematizzazione della galleria si sono adottati elementi monodimensionali di tipo trave mentre l interazione della struttura con il terreno simulata con una serie di molle applicate ai soli nodi della struttura che hanno una componente di spostamento in direzione esterna alla sezione La rigidezza delle molle proporzionale alla risposta elastica del terreno ed il programma di calcolo utilizzato consente di stabilire automaticamente in quali nodi le molle sono attive La struttura della galleria stata schematizzata con 56 elementi trave con spessore differente a seconda della sezione considerata Gli elementi trave hanno un comportamento elastico lineare in particolare 11 modulo elastico stato assunto pari a 25 000 Mpa mentre il coefficiente di Poisson adottato 0 25 Per motivi legati al codice di calcolo utilizzato le unit di misura adottate per le verifiche risultano essere le t edi m oppure i kg e i cm SCHEMA DI CARICO Fig 1 CARICHI E COMBINAZIONI DI CARICO I carichi gravanti sulle strutture della galleria artificiale risultano essere carico litostatico 39 peso
9. ammalorate si sviluppa in fasi successivo garantendo comunque la percorribilit sostanziale sia pure un unica corsia della strada interessata La garanzia della percorribilit soprattutto su strade di collegamento attraverso valli isolate indispensabile per mantenere il collegamento con centri abitati che altrimenti rimarrebbero isolati per tutto il periodo di esecuzione dei lavori analogamente nel caso di gallerie autostradali 11 mantenimento della percorribilit su una corsia evita la necessit di incorrere a scambi di carreggiata che come si sa sono spesso fonte di pericolo e causa di incidenti FASE DI INTERVENTO Scavo dei cordoli La prima fase di intervento costituita dallo scavo dei cordoli laterali al piede dei piedritti inizialmente si procede al taglio della pavimentazione mediante l uso di frese puntuali che garantiscono la realizzazione di un taglio netto e di una superficie lineare necessaria per una successiva fase di ripristino della pavimentazione Sezione Fig 17 Una volta effettuato 11 taglio della pavimentazione con l ausilio di una terna si procede allo scavo con conseguente rimozione del sottofondo stradale per una lunghezza di circa 1 m e una profondit variabile a seconda dei casi e dipendente anche dalla necessit o meno di realizzare uno strato di materiale drenante o di ripristinare quello esistente necessario per lo smaltimento delle acque raccolte dal drenaggio a tergo del rivestimento In questa fase
10. dei nuovi marciapiedi che per consentire la rettilinearit dell asse e la costanza della larghezza della carreggiata risultano a larghezza variabile nonch del rivestimento in cls Impermeabilizzazione con pannelli di materiale tipo BENTOTEC bentonite secca confinata da due fogli di cartone lentamente solubile in presenza di acqua fissato alla superficie della vecchio rivestimento risultante dopo la demolizione di cui al punto n 3 opportunamente giuntati e convoglianti le acque in canalette longitudinali in PVC che restano conglobate alla base del nuovo getto Per il getto dello anello in c a doppia rete in acciaio elettrosaldato mm maglia 15 cm stato previsto come cassaforma a perdere un rivestimento strutturale autoportante e 31 collaborante composto da elementi in acciaio inox AISI 304 finitura 2 B spessore 8 10 mm grecati e centinati tipo HV 3510 6 fissato al calcestruzzo esistente mediante tasselli 12 in acciaio inox con opportuni distanziatori Lo stesso rivestimento in acciaio inox grecato previsto per 1 frontali esterni del rivestimento esistente e di nuova costruzione Stante la necessit di operare in presenza di traffico tutti 1 lavori descritti interesseranno prima una met del piano stradale poi l altra a tal fine sono stati studiati sia per il getto del rivestimento che per il getto dei tiranti di fondazione le opportune sovrapposizioni delle armature 3 Intervento con malte reoplastiche pr
11. del calcestruzzo esposto al trattamento dei sali disgelanti Nel caso venga accertato questo degrado necessario che il materiale da impiegare per il successivo ripristino sia accuratamente scelto in vista di un possibile nuovo degrado Corrosione dei ferri per azione dei cloruri Il fenomeno corrosivo delle armature legato alla presenza di cloruri si esplica mediante un azione incisiva e localizzata pitting che consiste nella rimozione dello strato di ossido ferrico compatto e protettivo passivante che in presenza di cloruri diviene incoerente e consente l ulteriore ossidazione del metallo Nel caso di strutture in calcestruzzo per opere stradali ed autostradali la presenza di cloruri determinata dalla necessit durante la stagione invernale di spargere sul manto stradale dei sali decongelanti In queste condizioni la penetrazione del cloruro dall ambiente verso 1 ferri di armatura pu essere accelerata dalla disintegrazione del copriferro a causa dei cicli di gelo e disgelo Reazione alcali aggregati II cloruro di sodio in grado di innescare la cosiddetta reazione alcali aggregati ed generalmente associata alla presenza di alcali sodio e potassio nel cemento e di silice amorfa o scarsamente cristallina presente in alcuni aggregati La reazione alcali aggregati comporta un rigonfiamento localizzato degli aggregati reattivi che si manifesta nel tempo con fessurazioni di forma irregolare dalle quali fuoriesce un liquido gel
12. e pertanto pi il livello generale di sicurezza pi costosa l acquisizione di ogni piccolo incremento della stessa Foto 2 AMC al I LL f Lini Il i II I Au iin TRAI I kr WU Li I BO Per poter affrontare il problema del risanamento delle gallerie esistente innanzitutto 16 Bisogna provvedere fare un rilievo topografico completo per il controllo della geometria della galleria comprendere la determinazione delle stazione il rilievo plano metrico dei vari punti notevoli della struttura per il raffronto dello stato attuale con la geometria del progetto effettuato per sezioni ad ogni ripresa di struttura e rivestimento Prelievo di campioni di calcestruzzo anche armato di rocce e terreno di qualsiasi natura e consistenza Prova di compressione su carote di calcestruzzo Determinazione della degradabilit mediante solfati Determinazione del contenuto dei solfati Determinazione del contenuto dei cloruri Analisi delle acque percolanti attraverso 1 rivestimenti di calcestruzzo e la determinazione della loro aggressivit e del tenore calcareo Il problema dello stato di conservazione delle gallerie della rete stradale ed autostradale Italiana realizzate in un arco di tempo compreso tra 1 trenta e cinquant anni addietro e della loro conseguente manutenzione non sempre adeguata e tempestiva presentano aspetti gravi e complessi in relazione alla mancata impermeabilizzazione dell intera superficie escavata e alla
13. l ipotesi che le cause principali dell ammaloramento e della disgregazione del calcestruzzo 35 debbano essere ricondotte all azione di gelo e disgelo abbinata alla presenza di acqua di percolazione con presenza di cloruri Un analisi approssimativa delle sollecitazioni a cui sottoposto il rivestimento ha evidenziato che la zona di calotta interessata dalle lesioni sottoposta ad uno stato tensionale eccessivo che avrebbe richiesto la presenza di armatura metallica Valutazioni Progettuali Per entrambe le gallerie si valutato di prevedere il rivestimento di impermeabilizzazione integrato da uno spessore di calcestruzzo a tergo con funzione di rinforzo strutturale Il rilievo topografico mostra come gi detto una realizzazione irregolare dei calcestruzzi per cui sono stati calcolati dei raggi di curvatura che consentano alla sagoma del nuovo rivestimento di passare con spessori il pi possibile omogenei spessore medio di 22 cm Dalle ispezioni di controllo periodico effettuate da personale specializzato per stabilire le condizioni dello stato delle gallerie era emersa in sintesi la situazione seguente molto similare tra 1 due fornici la presenza nel rivestimento della calotta di degrado degli strati superficiali di calcestruzzo ed una serie preoccupante di vespai e lesioni ramificate profonde intersecate diversamente orientate anche di grande apertura presso cui in alcuni punti in passato si erano generati distacchi di
14. potenzialmente adeguata ad assicurare la durabilit del materiale Ciclo gelo disgelo Il calcestruzzo costituito da elementi pasta di cemento e aggregati che presentano coefficienti di dilatazione termica diversi La pasta di cemento presenta un coefficiente di dilatazione termica pari a 9 5x10 6 C 1 mentre gli aggregati presentano valori che possono variare da 11x10 6 C 1 se silicei a 5x10 6 C 1 se calcarei Una variazione di temperatura ad esempio fra 10 C e 40 C induce quindi uno stato di sollecitazione nell interfaccia pasta aggregato soprattutto per impasti con aggregati calcarei Tali sollecitazioni sono comunque trascurabili rispetto a quelle indotte da variazioni cicliche di temperatura intorno a 0 C in calcestruzzi saturi d acqua Infatti quando l acqua congela il suo volume aumenta di circa il 9 ed in grado di provocare una pressione capace di distruggere progressivamente il calcestruzzo soprattutto se il fenomeno si ripete ciclicamente per effetto di una tipica rottura a fatica L azione alternata dei cicli di gelo e disgelo pu provocare danni molto gravi nelle strutture di opere marittime idrauliche ed autostradali situate in climi molto rigidi Il fenomeno di degrado si manifesta sotto forma di fessurazioni sfaldamento e distacchi superficiali Affinch si manifesti il degrado necessario che il grado di saturazione superi 11 91 7 In queste condizioni l aumento di volume dell acqua provocato da
15. pozzolanica Il dosaggio di cemento e da mettere in relazione con la curva granulometrica dello aggregato di cemento ed e consigliabile con un diametro max intorno ai 30 mm non deve risultare inferiore ai 300 kg m3 Infatti basilare restare con il rapporto acqua cemento al di sotto di 0 5 per cui necessario prevedere l impiego di superfluidificante Bisogna comunque sempre tener presente con il clima esistente in generale nelle galleria in cui si opera che comunque non sembra necessari l impiego di additivi areante per questo forse pu migliorare o almeno ritardare l effetto distruttivo dei solfati DELL ACQUA DELLA SUPERFICIE CON DEPOSITO CONDIZIONI DI ELEVATA VENTILAZIONE VENTILAZIONE A VELOCITA ELEVATA TURBINIO D ARIA Ke Regolando il dosaggio di cemento e quello dell acqua cemento la permeabilit globale del calcestruzzo aggregato matrice e quella della matrice vera e propria pu scendere al disotto della soglia di sicurezza Per concludere per la confezione del calcestruzzo 1 fattori da prendere in considerazione SONO 12 Cemento ferrico pozzolanico Dosaggi in relazione alla curva granulometrica ed al max diam Rapporto acqua cemento lt 0 50 Impiego di additivo super Pluidificante e forse anche aerante Stagionatura umida da rispettare per il tempo sufficiente Rivestimenti in cemento armato La durabilit del rivestimenti in una galleria avrebbe dovuto essere un punto essenziale per la l
16. tipo di certezze ci possono essere in Italia sulla protezione dei calcestruzzi armati costruiti negli ultimi 30 40 anni con scarsa attenzione ai materiali inerti ricavati direttamente dallo scavo delle gallerie senza essere vagliati o lavati al cemento senza un dosaggio coerente con slamp approssimativi ecc costituenti e con copriferri che non superano lo 0 5 1 cm Per cui la problematica della durabilit inizia dal copriferro e questo viene confermato dalla nostra personale esperienza nelle manutenzioni stradali e autostradali in gallerie Quinti nella stragrande maggioranza dei casi quando si fanno manutenzioni nella gallerie con la loro assenza di impermeabilit ed un adeguato copriferro si aggravano ulterioralmente le condizioni strutturali del manufatto La ricostruzione del copriferro s1 cercata di ottenere negli anni con vari tecnologie sempre pi precise che sono partite dalle gunite presto abbandonate per la loro porosit sono passate attraverso 1 calcestruzzi reoplastici a ritiro compensato che anno impresso una svolta senso non si sa quanto positivo alla soluzione del problema della riparazione delle gallerie pur cercando di mantenere una serie attenzione per ci che riguardasse la scelta dei materiali cercando possibilmente quelli con meno pasta di cemento con maggiore aderenza al supporto ed il ritiro compensato in fase plastica per avere una affidabilit sui risultati di durata Comunque il vero problema delle ga
17. una corretta esecuzione del risanamento e in convogliamento delle percolazione nelle vecchie gallerie senza deviazione del traffico e Adeguamento statico dei rivestimenti delle gallerie esistenti eRilievo elettromagnetico con metodi geofisici radar per la realizzazione di profili radastratificati nelle gallerie eRiempimento di vuoti a tergo con iniezione di calcestruzzo normale o alleggerito eFsecuzione di fori di ancoraggio ed il posizionamento di barre di ancoraggio chimici o con malte tixotropiche eScarificazione dei calcestruzzi ammalorati eConfronto tra alcuni progetti esecutivi nel risanamento delle vecchie gallerie con vari sistemi adottati e Risanamento del calcestruzzo nella galleria con vari tipi di malte e A confronto vari tipi di pannelli per l arredo delle gallerie nALUCOBOND niSO ALL mKORRUGAL aGLASAL mPannelli in policarbonato POLICOT mPannelli in ACCIAIO A CARBONIO ZINCATO mPANNELLI IN ACCIAIO INOX e Analisi chimica e confronto dei vari pannelli di arredo gallerie e Analisi chimica delle acque di percolazione e la loro aggressivit nel confronti dei vari tipi di pannelli di arredo gallerie eComportamento a verificarsi di un incendio in galleria dei vari tipi di pannelli di arredo in galleria ed educazione dell utente eConfronto tra alcune tipologie di progettazione e installazione di illuminotecnica L autore se Natale Mirafiori Consulente e Ricercatore sicurezza stradale Via S B
18. ANALISI DI RISANAMENTO DI GALLERIE ESISTENTI Consulente e Ricercatore sicurezza stradale ANALISI DI RISANAMENTO DI GALLERIE ESISTENTI ARGOMENTI PRIMA PARTE Lavori di esecuzione gallerie presenti in Europa Con alcuni intereventi esecutivi e Introduzione e Il comportamento dei terreni e degli ammassi rocciosi allo scavo di un opera in sotterraneo e Evoluzione dei metodi di scavo e Tecnica di scavo con esplosivo e Tecnica di scavo meccanizzato tradizionale perforatrici ecc e Tecnica di scavo meccanizzato non tradizionale le frese e gli scudi e Smarino e macchine usate per il trasporto e Metodi di avanzamento a sezione parzializzata e a sezione piena e Tipi di armatura e di rivestimento e Interventi di preconsolidamento e Impermeabilizzazione in galleria e Il foro pilota come metodo di progettazione di gallerie con esempi e Lo studio dell effetto scala con esempi e Intervento di preconsolidamento in jet grount micropali ecc eRivestimento di prima fare in galleria con calcestruzzo proiettato di spessore variabile spritz beton e Le fibre d acciaio nello spritiz beton e Nuovo spritz beton per rivestimento in sotterraneo e Impermeabilizzazione di gallerie in guaina PVC PVC flessibilizzato e Impiego delle guaine di bentonite per l impermeabilizzazione di gallerie eRivestimento di seconda fase in calcestruzzo o calcestruzzo armato 2 SECONDA PARTE Metodi di intervento per
19. D d eng lEgjemal e dd ii D mi Egied a 1409 0 U T P EEE Lim 1593 7 37 7 I eg RECH IEN KE SES n T ee 169 06 209 26 DI7IA aroe 2 304 99 300 77 172 65 40653 e DOMINIO DI RESISTENZA ALLE TENSIONI AMMISSIBILI CEZIONE DI PROGETTO Fig 2 42 27 92 M tm M tm 19 94 15 35 WEI 797 3590 2333 2792 15 95 19 94 23 93 11 56 ep pf VT ZS aa BEBI ut 8 we Pi Motatiteni o Pta Sa At Ve Ma EO EERI Pipi e Ki d feel It D Su Ee ess oeh ei NW i n maa iKyfteqis s fe n Pe KN y KM fe D p Se ti Ki i Ki f ti RK F K f WM 3 D KH no 9 O 7 pa 73 Hi H o a ze H CO To aa 20 E E d T p y 33 87 67 75 10a 135 51 153 35 ik Paria FL d M t meo DOMINIO DI Fig 3 RESISTENZA ALLE TENSIONI SEZIONE RINFORZATA 43 304 09 AMMISSIBILI 338 77 KC A0 5 APPENDICE PRINCIPALI RISULTATI DELL ANALISI Fig 4 Numara rione ci elementi o relative DIR ne E Dn Homento Fiegtente i tm m o D Fan 44 e E o V ig EN i n xa KA E ZS a d n GM ea SC a a p RT mg wm E d i ALL Sa al 4 Ca LI v eg int f P d P i E i Za T LH DN 8 r E dy n DH FM Pia z SU N s Za a i J k Se Ga NA e H i y Pu A E S i Ia E DA Be d Zi wi BZ N Le L V i A Kids i 1 E ua sh L H Ze Cf k BE CE Ce non al I I TET Gi i Le ATO i i em AL E Le I E lo LE iz L
20. ETTO scalo 1 75 29 Con l utilizzo di un trabattello dotato di ponti posizionati a varie altezze s1 procede alla realizzazione dei fori in cui verranno inghisati dei ganci e o barre di acciaio sulla struttura della galleria in calcestruzzo con resine o malte tixtropiche per ancoraggio della rete a sostegno del nuovo getto la profondit dei fori dipender come sempre dallo stato del paramento Generalmente si effettuano fori di 20 40 cm in modo da garantire collegamento continuo del nuovo strato di rivestimento in calcestruzzo con l intradosso della galleria Nel caso di doppia maglia di rete la prima verr appoggiata ad una distanza di circa 3 4 cm dal paramento e a questo fissata al ganci appositamente predisposti la seconda invece sar fissata a circa 7 9 cm dalla precedente e fissata al ganci sopra menzionati Una particolare cura deve essere rivolta nel garantire uno strato di copriferro di almeno 5 cm Carro portaforme Un carro portalorme mobile con cerniere per rotazione della parte dei piedritti costituito da un portale in profili di acciaio centinati montato su ruote in gomma deve essere realizzato in modo consentire il mantenimento di un franco libero per il traffico di m 5 00 in altezza e di m 4 50 larghezza Carro portaforme Fig 21 Con vitone di sblocco cassero e cilindri idraulici per armo e disarmo calotta e piedritto che consentono gli spostamenti laterali necessari per un perfetto allineamento della casseratura
21. I metodi di scavo allora in uso avevano ben gravi inconvenienti per cui al presente facile rilevare a tergo del rivestimento abbondante legname abbandonato che va progressivamente marcendo In altri punti facile riscontrare ampi vuoti lasciati tra rivestimento e roccia talvolta di ragguardevoli dimensioni La roccia cos va ad assumere al contorno nuovi assetti sotto l azione delle acque e dell alterazione progressiva legata al nuovo contatto Questi infatti si traducono nella realt pratica nella presenza di ghiaccio all interno della galleria nelle stagione fredde nei distacchi di frammenti e schegge dal calcestruzzo del rivestimento e nelle mutate condizioni di sollecitazione al contorno del rivestimento stesso con possibilit di deformate di sagoma al limite della rottura a schiacciamento o torsale Donde la necessit di interventi urgenti per evitare spiacevoli conseguenze all esercizio della galleria e alle stesse condizioni statiche del cavo Tali interventi in generale devono tendere essenzialmente in tre direzione coinvolgere in maggior misura la roccia nella collaborazione con il rivestimento cos da aumentare il grado di competenza della roccia stessa e quinti ottenere un ampio settore naturale arco di scarico portante attorno al cavo eseguire nelle zone particolarmente interessate da acque percolanti fori drenanti in modo da eliminare possibili sotto pressioni riprendere il calcestruzzo del ri
22. Nella presente relazione stato analizzato l effetto dei nuovi interventi di rinforzo previsti per le gallerie Volte e Vapea Per valutare il miglioramento apportato dalle strutture di rinforzo alla statica della galleria stata condotta un analisi agli elementi finiti per riprodurre le caratteristiche di sollecitazioni a cui presumibilmente risulta soggetta l opera Non avendo a disposizione 1 calcoli statici di progetto si ipotizzato come condizione peggiore un carico gravante sulla galleria pari al peso del terreno di ricoprimento assunto con caratteristiche geotecniche medie per materiali analoghi ed una condizione di spinta laterale prossima al valore di spinta a riposo K o Inoltre sono stati considerati gli effetti asimmetrici della spinta conseguente all inclinazione del versante interessato dall opera Attraverso queste elaborazioni numeriche si sono determinate le sollecitazioni nelle strutture originarie e conseguentemente si sono calcolate le tensioni massime presenti nella struttura esistente La realizzazione della struttura di rinforzo ha il compito statico di aumentare la sicurezza locale della sezione e quindi di modificare la sicurezza totale dell opera nel suo complesso Per valutare tale effetto si sono confrontate le sollecitazioni teoriche previste con le riserve di resistenza che le sezioni offrono sia senza che con intervento di rinforzo Nelle verifiche delle sezioni si ipotizzata una perfetta aderenza fra la vecch
23. a cemento perch si fessura per perdita d acqua Tuttavia questi materiali legandosi insieme formano il pi versatile di tutti 1 materiali da costruzione il calcestruzzo Se 1 componenti del calcestruzzo aggregato e matrice avessero un modulo elastico uguale od approssimativamente uguale non si produrrebbero in corrisondenza della interfaccia quelle tensioni di trazioni che causano la formazione di microincrinature in quanto aggregato e matrice agirebbero in questo caso come un materiale omogeneo Ci condurrebbe probabilmente ad una maggiore resistenza ed in ogni caso ad una assenza di incrinature nel calcestruzzo sotto carico fino al quasi completo esaurimento della sua capacit di resistenza eh ER sg pg pa amp vg gg d a a zw H Sch a mn s P a p E WW EN RS discontinuita di legate SE seni bolla d aria s Ne p a Dy N S E e e BE ni da ai Se br a Tai n 1 San ne 8 ap Sa z S vana hu TE s KS NIN Ge ECH i KSE A j i E pietra D NSA Rappresentazione magroscopica della zona di contatto matrice aggregato Nel calcestruzzo normale per quanto riguarda 11 modulo elastico non esiste generalmente una grande possibilit di scelta tra diversi aggreganti naturali compatti poich questi debbono essere scelti per motivi economici generalmente secondo la loro disponibilit locale Il modulo elastico delle rocce naturali compatte e sufficientemente resistenti per calcestruzzo oscilla i
24. al paramento esistente tale flessibilit si dimostra indispensabile soprattutto in considerazione del fatto che nella maggior parte delle esistenti gallerie in oggetto di manutenzione si verifica la non perfetta aderenza ai progetti delle opere da realizzare di lunghezza che possono variare secondo le difficolt da 6 a 10 m di progetto che devono comprendente dei piani di lavoro per l esecuzione ed il controllo dei getti e che consente altres il traffico stradale o autostradale sulla corsia centrale Operazione di getto Il getto viene eseguito mediante l uso di una pompa carrellata o di autopompe normale da cantiere che se la lunghezza e limitata 6 m pu essere fissata direttamente al caro viene posizionata in chiave di calotta con una tubazione fissa ancorata al carro 30 La pompa carrellata e di conseguenza l autobetoniera che la alimenta vengono piazzate da una parte della galleria a distanza sufficiente dal carro a portale per consentire il transito agevole agli automezzi In fase di getto si dovr assicurare una particolare attenzione alla distribuzione del calcestruzzo sui due paramenti in modo da mantenere assolutamente lo stesso livello di calcestruzzo tale accorgimento necessario per evitare sbilanciamenti nelle sollecitazioni indotte dal calcestruzzo fresco Attenzione particolare deve essere posta nel riguardo del confezionamento del calcestruzzo tanto pi se detti getti s1 eseguiti nei mesi invernali deve essere p
25. alla presenza di solfato di calcio nel cemento come regolatore di presa Tale contenuto fisiologico varia fra 0 4 e 0 6 rispetto al peso del calcestruzzo Se dall analisi chimica risulta che 11 contenuto di solfati nel calcestruzzo decisamente superiore allo 0 6 del peso sintomo di un attacco solfatico in corso Attacco dei solfuri II solfuro S2 pu essere presente in natura nei terreni e nelle acque di falda e pu presentarsi sotto forma di sale es FeS2 o come acido es H25 Il solfuro non sembra avere un azione aggressiva diretta nei confronti del calcestruzzo tuttavia la sua trasformazione in altri composti quali formazione di acidi pu provocare 1 deterioramento del calcestruzzo L attacco dei solfuri molto pi raro di quello dei solfati e si presenta prevalentemente in due situazioni ambientali particolari terreni argillosi ricchi di pirite e talune acque di scarico di fognature I principali effetti di questo tipo di attacco risultano essere l asportazione del cemento e la messa a nudo degli inerti L attacco sembra sia meno aggressivo nei confronti dei calcestruzzi ben compattati e densi mentre il tipo di cemento impiegato non modifica sostanzialmente la resistenza del conglomerato Attacco dell anidride carbonica I meccanismi di aggressione da parte dell anidride carbonica nei confronti di strutture in calcestruzzo sono differenti a seconda se si considerano opere di tipo idraulico esposte a de
26. anciamenti e squilibri nelle spinte indotte dal calcestruzzo fresco Il cls utilizzato ed il controllo sistematico della relativa maturazione ha consentito il disarmo mediamente a circa 24 ore dal getto per lo spostamento rapido sul concio successivo Inoltre nel getto di calcestruzzo in presenza delle venute d acqua sono stati inseriti dei tubi in PVC di diametro adeguato per lo scolo delle stesse Foto 9 Tale sistema ha consentito una accelerazione notevole dei lavori permettendo di completare tutte le opere previste sulle due gallerie Volte e Vapea in due mesi complessivamente Rivestimento finale in acciaio inox A completamento dei lavori stato eseguito il posizionamento dei pannelli di rivestimento strutturale impermeabile autoportante per volte e gallerie tipo COVERtun composto da elementi grecati centinati HV 3060 5 con le seguenti caratteristiche Altezza greca mm 35 Passo greca mm 200 Dimensione greca mm 25x49 parte piana mm 151 Irrigiditore trasversale sulla parte piana mm 16 SI Raggio curva mm 5 600 Larghezza lastra mm 1 000 Lunghezza lastra mm 2 900 5 500 Spessore mm 5 10 Materiale acciaio inox AISI 304 B2 Colore naturale Foto 10 Foto 11 Gli elementi sono stati posti in opera previo fissaggio avvenuto direttamente sul cls della volta delle gallerie opportunamente fissati mediante viti in acciaio inox diametro mm 7 lunghezza mm 120 ancorati a tasselli ad espansione in n
27. artolomeo del Fossato 8 5 16149 Genova Tel 010 418 310 Fax 010 465 504 335 58 65 939 Internet www mirafioricr it E Mail info QO mirafioricr it Alcuni brani del libro IL CALCESTRUZZO MATERIALE COMPOSITO Il calcestruzzo senz altro il materiale di maggiore impiego nelle costruzioni con un consumo che va crescendo negli ultimi anni Ci nonostante la diffusione della conoscenza delle sue propriet ed in particolare del suo comportamento nel tempo molto scarsa Si sa che basta mescolare sassi pasta di cemento e acqua in generale senza una misura sufficientemente precisa e che detto miscuglio dopo qualche ora inizia ad indurire Manca una cultura adeguata per un materiale come il calcestruzzo eterogeneo ed anisotropo e che come tale va considerato partendo prima dalla sua microstruttura oltre che dalla sua struttura di insieme Ma anche nel campo della progettazione si pu dire che non esista la consapevolezza di considerare il calcestruzzo come una sommatoria di propriet legate alla sua microstruttura Un opera infatti viene normalmente descritta mediante indicazioni geometriche sezione altezza e dimensioni in genere accompagnate da indicazioni prestanzionali resistenza o sollecitazioni ammissibili le une e le altre assolutamente astratte rispetto alla complessa realt del materiale con cui la struttura verr realizzata Anche se per strutture di una certa mole si pone qualche attenzione alle caratteristiche de
28. atinoso e biancastro silicato sodico Alla fessurazione segue solitamente il distacco superficiale del calcestruzzo La presenza di cloruro di sodio in un ambiente umido pu provocare un grave peggioramento dello stato del materiale Azione del cloruro di calcio sul calcestruzzo Anche il cloruro di calcio al pari del cloruro di sodio oltre a provocare la corrosione dei ferri di armatura in grado di danneggiare gravemente il calcestruzzo Il calcestruzzo a contatto con 11 cloruro di calcio tende a fessurarsi e delaminarsi a causa della disintegrazione della pasta di cemento pi specificatamente sul Ca OH 2 in essa contenuto per formare ossicloruro di calcio idrato 24 CAUSE FISICHE DI DEGRADO Le cause fisiche di degrado delle strutture in calcestruzzo sono imputabili essenzialmente a due fenomeni variazione temperatura variazione umidit relativa Le variazioni di temperatura che possono sorgere all interno di una struttura in calcestruzzo sono di natura diversa variazioni termiche naturali es gelo disgelo variazioni termiche artificiali incendio variazioni termiche per effetto di calore di idratazione Le variazioni di umidit relativa U R possono generare uno stato tensionale nel calcestruzzo attraverso l insorgere di variazioni dimensionali Se tali tensioni provocano delle fessure nel calcestruzzo si pu innescare un processo di degrado delle strutture anche se la composizione del calcestruzzo
29. co con soluzione acquosa di fenolftaleina 22 La demarcazione fra le zone colorate in modo differente indica rispetto alla superficie esposta all aria lo spessore di calcestruzzo che risulta carbonato e quindi non pi capace di proteggere 1 ferri dalla corrosione Aria umida Copriferro carbonatato Calcestruzzo SCHEMATIZZAZION DELLA CORROSIONE DE FERRI DI ARMATURA La corrosione dei ferri pu avvenire solo se il copriferro in calcestruzzo inadeguato per spessore e o qualit Un copriferro di spessore ridotto e o poroso consente l ingresso della CO2 dell aria e di conseguenza la neutralizzazione completa della calce e in fasi successive ma non simultanee l ingresso dell ossigeno e dell acqua Al fini pratici per evitare la penetrazione degli elementi che alimentano la corrosione del ferro necessario che il copriferro oltre che essere poco poroso e di spessore adeguato risulti privo di fessure attraverso le quali la penetrazione degli agenti ossidanti risulterebbe agevolata E quindi importante ridurre le fessure che si formano per ritiro plastico durante la fase di maturazione L azione del cloruro Il cloruro presente in natura nell acqua del mare o artificialmente nei sali disgelanti per rimuovere il ghiaccio Le strutture che possono essere soggette all azione di degrado prodotta dal cloruro risultano quindi le strutture marine e tutte le opere stradali autostradali aeroportuali e le pavi
30. ediamente distanziati dal solo strato di disordine interfacciale u x 1 4 Wi AN H AUREOLE INTERSECATE t lt fa k AAT CALCESTRUZZO DURABILE Affinch un calcestruzzo risulti durabile la resistenza meccanica pu costituire una condizione necessaria ma non mai sufficiente e a parit di ogni altro fattore 1l calcestruzzo pi durevole in genere non coincide con il calcestruzzo pi resistente agli attacchi del gelo per il quale esiste un contenuto timun di aria occlusa che ne assicura la massima durabilit ovviamente a scapito di una certa resistenza RESISTENZA A COMPRESSIONE SH DIRAR ELITA FATTORE DI DURABILIT o n n N Hr RESISTENZA A COMPRESSIONE Wm COMTENUTO D ARIA CIR VOLUHE MECCANISMI DI DURABILITA Per una migliore comprensione dei meccanismi riguardanti la durabilit del calcestruzzo e opportuno integrare 1 concetti e le rappresentazioni sulla sua micromeccanica modellando questo tipo di struttura composita Deformazione del modello Modellazione del calcestru precedente soggetto Elementi finiti triangolarui a carico di compressione Comportamento meccanico di una struttura porosa sottoposta a carico esterno Si parte ancora da una sezione causale di un solido costituito da un sistema di sfere disperse in una matrice di leganti e per lo studio dei trasporti oltre che dallo stato tensionale ciavvale dell analisi numerica basata sulla discretizzazione del conti
31. el calcestruzzo visto che gli getti sono stati eseguiti nei mesi invernali stata posta quinti una attenzione particolare allo sviluppo delle resistenze con classe di resistenza Rck gt 30 Mpa Le resistenze richieste dalla Direzione Lavori per eseguire gli scasseraggi almeno 10 0 Mpa sono stati raggiunti alle breve stagionature all impasto n 4 a 24 ore abbiamo ottenuto 26 4 Mpa Per ogni getto venivano confezionati n 8 cubi di dimensione 15X15X15 cm 50 I risultati sono stati i seguenti I giorno 2 giorni 7 giorni 28 giorno Mpa Mpa Mpa Mpa Prova 26 4 39 2 52 1 59 3 Al momento del prelievo del prelievo sono stati rilevati 1 seguenti dati Slump 18 cm Temperatura 6 C con l utilizzo di cemento di classe 52 5 tipo 1 Inoltre si e dovuto tener conto di fare integrare il pi possibile il calcestruzzo vecchi con il nuovo cercando di ottenere un corpo unico pi omogeneo possibile il getto stato eseguito mediante l uso di pompe in conci successivi di 6 m di lunghezza La pompa e di conseguenza l autobetoniera che la alimenta sono state piazzate da una parte della galleria a distanza sufficiente dal carro a portale per consentire il transito agevole degli automezzi In fase di getto si dovuta assicurare una particolare attenzione alla distribuzione del calcestruzzo sui due paramenti in modo da mantenere assolutamente lo stesso livello del getto su ambo 1 lati Tale accorgimento stato necessario per evitare sbil
32. emiscelate di spessore 4 5 cm Negli ultimi anni si e intervenuti pi volte su calcestruzzi di gallerie seriamente degradati o comunque le cui prestazioni funzionali e strutturali non rispondevano pi alle esigenze originarie Nel recupero e o consolidamento in molti casi la scelta dei materiali per rivestimento si previsto l impiego di malta reoplastica premiscelate spruzzata La malta reoplastica un conglomerato cementizio ottenuto aggiungendo ad una miscela di inerti accuratamente selezionata e dosata un cemento speciale ad alta resistenza caratterizzata dalla presenza di additivi superfluidificanti ed acceleranti II risultato la realizzazione di un impasto dotato di alta lavorabilit con n rapporto acqua cemento estremamente basso esente da fenomeni di segregazione e di bleeding e pertanto pi o meno affidabile Gi con brevissimi tempi di stagionatura la malta possiede le caratteristiche derivanti dal basso rapporto acqua cemento alta resistenza impermeabilit durevolezza omogeneit con assenza di vespal La principale caratteristica comunque quella di presentare in fase di presa e di indurimento un effetto leggermente espansivo e quindi di eliminare 1 fenomeni di microfessurazione dovuti al ritiro VERIFICA STATICA La funzione statica della fodera di malta reoplastica quella di sostenere possibili sovraccarichi localizzati dovuti ai distacco di placche di calcestruzzo ammalorato del vecchio r
33. ente nell impasto con conseguente abbassamento della basicit dell ambiente L abbassamento del PH solitamente da 13 a 11 avviene nelle zone corticali della struttura per poi estendersi successivamente a quelle pi interne La carbonatazione a differenza del dilavamento non deteriora il calcestruzzo ma rende 1 ferri di armatura pi vulnerabili all azione corrosiva L ossigeno e l umidit ambientale sono in grado di corrodere le armature se queste non sono protette dal calcestruzzo basico Il fenomeno sostanzialmente legato all impiego di un calcestruzzo poroso e permeabile per effetto di un elevato rapporto di acqua cemento Nei calcestruzzi di media qualit e con rapporti acqua cementi inferiori a 0 60 esso praticamente assente La degradazione dell armatura consiste nella trasformazione chimica in presenza di ossigeno e umidit da ferro metallico Fe a ossidi o idrossidi di ferro ruggine Foto 3 La corrosione dei ferri di armatura presenta sostanzialmente due fenomeni degradanti la diminuzione delle sezione di ferro metallico il distacco del copriferro a causa del rigonfiamento delle armature per la trasformazione del metallo in ossido L espulsione del copriferro provoca una completa esposizione dei ferri all azione aggressiva ed il fenomeno del degrado viene pertanto accelerato Per evidenziare la presenza in atto del fenomeno della carbonatazione si pu ricorrere ad un test colorimetri
34. ezione che di miglioramento della sicurezza globale dell opera nel suo complesso i l i l PARTICOLARE CORDOLO PARTICOLARE CORDOLO GANCIO D ANCORAGGI pene iert Fig 11 Fig 12 Nelle verifiche delle sezioni si ipotizzata una perfetta aderenza fra la vecchia struttura e la nuova tale ipotesi avvalorata tanto dal preventivo irruvidimento delle superfici di contatto quanto dalle chiodature previste che consentono la trasmissione delle forze di scorrimento fra le due parti strutturali chiamate a collaborare congiuntamente Foto 2 Per migliorare la collaborazione stretta del nuovo calcestruzzo con il vecchio stata prevista infatti la rimozione degli strati alterati ed una accurata pulizia delle superfici Alla base del piedritto sono state previste due murette in c a ancorate e rese solidali con il piedritto tramite opportune chiodature metalliche In entrambe queste murette stata ricavata alla base una canaletta per l allontanamento delle acque raccolte dall impermeabilizzazione 47 Oltre alla realizzazione del sottoarco stata prevista la posa di un rivestimento speciale in pannelli calandrati in lamiera grecata in acciaio inox AISI 304 da fissare con tasselli di ancoraggio ad espansione in nylon e vite sempre in acciaio inox con funzione protettiva della calotta e di regimazione drenante delle copiose infiltrazioni d acqua presenti Interventi eseguiti L intervento per la realizzazione delle opere previs
35. i materiali considerando il ritiro la viscosit o il coeficente di dilatazione termica del calcestruzzo lo si fa con calcoli formali senza entrare nella realt fisica Il calcestruzzo in realt s1 mostra paziente rispondendo generalmante bene alle aspettative ma quanto viene sottoposto ad aggregazione improprie o perch non e stato adeguatamente progetta talvolta non riesce un precoce decadimento STRUTTURA EMICROMECCANICA DEL CALCESTRUZZO Il calcestruzzo una miscela pi o meno proporzionata di alcuni componenti fondamentali aggregato cemento acqua con presenza costituzionale di aria e in molti casi di additivi Per tale materiale composito sono stati proposti modelli di comportamento fisico meccanico il pi semplice dei quali prevede tre fasi Pasta cementizia matrice Aggreganti fase dispersa E fra questi due fasi la zona di transizione di interfaccia aureola di transizione E noto che le propriet di un materiale multifascio possono essere notevolmente superiore a quelle delle singole fasi se presi separatamente in particolare ci si riscontra quanto il materiale delle singole fasi un materiale debole o fragile Nel caso del nostro materiale si sa che n la roccia n la pasta di cemento puro pu essere 4 usata vantaggiosamente come materiale da costruzione Andamento della traettoria delle tensioni principali in un modello con inclusioni di differente grandezza La roccia perch troppo fr
36. ia struttura e la nuova Tale ipotesi garantita dalle chiodature previste che consentono la trasmissione delle forze di scorrimento fra le due parti strutturali che vengono chiamate a collaborare congiuntamente 37 SI inoltre ipotizzato che lo stato di sollecitazione non vari sostanzialmente per la presenza del nuovo intervento di rinforzo e che le operazioni di costruzione dello stesso eseguite per campioni e con rimozione di uno strato del rivestimento esistente consenta una ridistribuzione delle tensioni in modo da coinvolgere nell impegno statico almeno in parte anche il nuovo rivestimento Sarebbe infatti necessario a rigore rimuovere l ipotesi di conservazione delle sezioni piane seguire nel dettaglio la storia di carico relative alle varie sezioni verificare le caratteristiche dei collegamento fra vecchio e nuovo etc Tali indeterminazioni possono essere riassorbite dai normali coefficienti di sicurezza previsti nel metodo delle tensioni ammissibili e comunque risultano inferiori a quelle dello stato tensionale effettivamente presente nell opera in oggetto con l attuale stato di conoscenza Di seguito vengono riportate le principali ipotesi di calcolo che hanno condotto alla determinazione delle sollecitazioni nella struttura e alla determinazione delle tensioni massime sia nel caso di rivestimento originario sia in quello di rivestimento rinforzato NORMATIVA DI RIFERIMENTO Il dimensionamento e le verifiche statiche degli e
37. iante l utilizzo di un carro tubolare schermato a portale realizzato su misura per le gallerie in oggetto si proceduto all idrosabbiatura di tutte le superfici all asportazione di tutti gli strati corticali ammalorati o comunque a rischio di distacco ai disgaggi ed alle demolizioni di tutti 1 blocchi isolati fratturati ed in precaria stabilit all apertura di tutte le lesioni cos da realizzare una superficie pulita e pronta in modo da garantire le migliori condizioni di aggrappo del nuovo calcestruzzo con l esistente 48 g 8 d Foto 4 Posa della rete elettrosaldata E stato eseguito un fitto sistema di ancoraggi su tutta la superficie della calotta a maglia regolare 60 x 60 cm realizzati mediante chiodi di ancoraggio in acciaio inghisati nel calcestruzzo con resine epossidiche in modo da garantire un collegamento continuo del nuovo strato da gettare con l intradosso esistente e consentire l aggancio delle reti di armatura Dopo aver ravvivato adeguatamente le superfici si proceduto infatti alla posa sistematica di rete metallica elettrosaldata in doppio strato il primo avvicinato al paramento mentre il secondo stato fissato a circa 15 cm dal precedente grazie ai chiodi sopracitati kj Per fornire un rinforzo ulteriore ai punti piu deboli della calotta sono state previste localmente alcune centine reticolari calandrate in acciaio parzialmente incassate nel calcestruzzo esistente previo scav
38. ientativo si pu riportare la deformata della struttura dovuta al peso proprio ed in assenza di vincoli di congruenza Il carico accidentale convenzionale pu essere schematizzato mediante l applicazione di una pressione uniforme verticale di 1 0 t m2 agente sull elemento 95 in corrispondenza della sezione di chiave della volta dal esame delle deformate del rivestimento di rinforzo per solo peso proprio tale sezione pu risultare infatti di essere quella maggiormente sollecitata dalla combinazione dei carichi agenti I risultati dei calcoli ottenuti in corrispondenza dei nodi pi sollecitati con le tensioni si possono riportare in una apposita tabella Comunque sia non mai come costruire un nuovo anello in calcestruzzo anche se di spessore di 12 15 cm INTERVENTI NELLE GALLERIE VOLTE E VAPEA L intervento stato eseguito con il progetto COVERtun ideato da Mirafiori Natale Stato di fatto e valutazioni progettuali Le gallerie in oggetto ubicate in carreggiata Sud tra le stazioni di Altare e Savona hanno andamento planimetrico curvilineo ed andamento altimetrico in discesa verso Savona sviluppano rispettivamente in asse ml 35 e ml 92 I raggi di curvatura sono per la galleria VOLTE r 150 m e per la galleria VAPEA r 210m Stato di fatto Si tratta di due gallerie della corsia TO SV la prima di ml 35 e la seconda di ml 92 Effettuato un sopralluogo per stabilire le condizioni delle gallerie e gli eventuali interve
39. ingite d luogo a fessurazioni e distacchi di frammenti di calcestruzzo ancora Duri e incoerenti a Contatto fra calcestruzzo b Penetrazione del solfato c Formazione di gesso ed ambiente solfatico nel calcestruzzo ettringite e thaumasite nella zona penetrata CLS penetrato Ambiente penetrato Solfatico CLS INTEGRO CLS non penetrato Per eliminare 1 danni provocati dai solfati occorre valutare 11 grado di attacco solfatico e confezionare un calcestruzzo che sia capace di resistere chimicamente a tale attacco Per valutare il grado di attacco il criterio fondamentale quello di misurare la concentrazione del solfato nell ambiente tenendo presente che maggiore la concentrazione di solfato pi severo l attacco e che a parit di concentrazione l aggressione maggiore se l ambiente costituito da acqua invece che da terreno In base alle raccomandazioni ACI per calcestruzzi resistenti ai solfati d grado di attacco pu essere definito in base alle seguenti concentrazioni previste 20 Grado di attacco Solfati SO nel terreno Solfati SO Ka nell acqua ppm 1500 10000 Severissimo La diagnosi dell attacco solfatico pu essere effettuata oltre che dal esame visivo dello stato della struttura con una semplice analisi chimica quantitativa del contenuto di solfati nel calcestruzzo Normalmente nelle strutture in calcestruzzo sempre presente una certa quantit di solfato conseguente
40. ivestimento Un calcolo viene condotto simulando il comportamento tridimensionale della struttura di rinforzo schematizzata come una volta sottile condizionata nelle deformazioni dall interazione con la calotta preesistente e caricata dal peso proprio e da un carico convenzionale unitario spalmato su un area di circa 1 m2 Successivamente si pu valutato il coefficiente di moltiplicazione di tale carico che porta al limite di fessurazione la struttura di rinforzo In particolare si pu prendere in esame una tratta di 10 m di galleria che viene schematizzata con un modello ad elementi finiti costituito da circa 231 nodi a sel gradi di libert e da 200 elementi tipo shell caratterizzati cio contemporaneamente da un comportamento tensionale a membrana ed a piastra Il modello cos descritto puo permette infatti di descrivere esaurientemente il comportamento della struttura nelle ipotesi di carico indicate ed in particolare pu consentire a di simulare il comportamento membranale tridimensionale d insieme della fodera senza trascurare gli effetti flettenti dei carichi localizzati b di schemattizzare semplicemente l interazione fra la vecchia e la nuova struttura mediante l imposizione di una congruenza geometrica 32 c di applicare correttamente un carico che simuli il distacco di una placca di calcestruzzo di una zona sufficientemente localizzata del vecchio rivestimento Comunque a semplice scopo or
41. izia Le forze di legante possono formarsi anche a seguito di interazione chimiche e o cristallo chimiche In tal caso vengono interessati strati di un certo spessore sia sull aggregato che sulla matrice MALTE CON SABBIE DI CLASSE GRANULOMETRICA 0 160 0 315 em E CEMENTO PORTLAND e gege E E E E ll AR E WER br E SS Em e SS S S d distanza tra t spessore in un dell aurec a si grati i per salte con sabbia d calcarea 3 silicea Loos 4 A E cerenta AC O N ppi i e ci ci co n ci h O 65 70 80 DO 100 110 32 19 13 8 5 3 RESSE III I iL PESTE SET EC EE sd d 8 AAA Spesso le forze di legame risultano una combinazione di tipo fisico In ogni caso e particolarmente quanto il legame puramente meccanico ed la maggioranza dei casi nella pratica la zona di interfaccia come si gi detto molto complessa con una costituzione e stratificazione sebbene composta dagli stessi elementi la sua struttura e propriet sono differenti da quelli della pasta cementizia vera e propria Sulla fase di transizione detta anche aurelia di transizione qualche indicazione sui fattori da cui dipende la sua formazione per un dato aggregante e per un dato cemento il suo spessore cresce con il rapporto acqua cemento e in condizioni normali di stagionatura decresce con 1 tempi di maturazione TESA i z F at Fi ect d KA NET des B E cu pra O Risulta comunque uti
42. l congelamento non pi in grado di essere contenuto all interno dei pori non ancora saturi d acqua L esperienza ormai consolidata sulle strutture in calcestruzzo esposte all azione dei cicli di gelo e disgelo ha evidenziato che la durabilit di queste opere legata al rispetto dei seguenti principi inglobare aria nel calcestruzzo mediante additivi aeranti impiegare aggregati non gelivi ridurre il rapporto acqua cemento Incendio Come gi accennato in precedenza la pasta di cemento possiede un coefficiente di dilatazione termica leggermente diverso da quello degli aggregati Inoltre quando la temperatura sale oltre 1 100 150 C la pasta di cemento dopo la dilatazione iniziale subisce una significativa contrazione per effetto della decomposizione termica dei suoi composti idrati La conseguenza di tale situazione la formazione di microfessure lungo l interfaccia pasta aggregato 23 Se l azione del fuoco prolungata e la temperatura del calcestruzzo raggiunge i 573 C gli aggregati silicei subiscono una dilatazione improvvisa a causa del passaggio da una forma al quarzo ad un altra Questa transizione di fase spesso causa il repentino distacco del copriferro e la diretta esposizione dei ferri di armatura Parallelamente si ha una brusca caduta di resistenza del calcestruzzo che si riduce ad un quarto di quella iniziale Da un punto di vista pratico nel caso di incendio il calcestruzzo ha il ruolo fo
43. le schematizzare le posizione reciproche delle aurelie di transizione tra gli aggregati dispersi nella massa del calcestruzzo ci in relazione al suo contenuto di pasta e quinti il dosaggio minimo di cemento Cos ne deriva che un calcestruzzo generalmente sempre aureolato anche se interessato da una discreta porosit dispersa garantisce una buona o sufficiente resistenza meccanica non altrettanti si pu dire che lo stesso abbia con pari volumi di vuoti una buona o sufficiente permeabilit mentre la saldatura per punti permette l ottenimento di un calcestruzzo resistente solamente una saldatura di tipo continuo assicura la su impermeabilit Cos si cade proprio nel caso di una saldatura per punti quanto gli aggregati risultano distanziati in relazione con il dosaggio di cemento KAN G i Si pe Ah VW V ES AUREOLE DISTANZIATE Au A ui E Sp 4 M EL ha i t mt2a AN 4 WAN bay dh d In dc A Zi i gh A Le aureole a secondo dei casi hanno spessori che vanno da 3 a 35 um e dato che ad esempio per calcestruzzi con o max 30 mm dosati 200 400 kg m3 di cemento si calcolano valori di t compresi fra 40 e 60 nm si pu concludere che le aureole e la distanza di dispersione tra gli aggregati AUREOLE TANGENTI t fa i ci S W i ui alt GK DANA KR Hanno dimensioni dello stesso ordine di grandezza Per cui al di sotto di un certo dosaggio di cemento gli aggregati risultano m
44. lementi strutturali trattati nella presente relazione sono stati condotti secondo 1 metodi della scienza delle costruzioni e nel rispetto della normativa in vigore In particolare si fatto riferimento a e D M 11 3 1988 Norme tecniche riguardanti le indagini sui terreni e sulle rocce la stabilit dei pendii naturali e delle scarpate 1 criteri generali e le prescrizioni per la progettazione l esecuzione e il collaudo delle opere di sostegno delle terre e delle opere di fondazione e relative istruzioni e Legge 5 1 1 1971 n 1086 e D M 14 2 1992 Norme per la disciplina delle opere in cemento armato normale e precompresso ed a struttura metallica e relative istruzioni CARATTERISTICHE DEI MATERIALI Nelle presente relazione per le verifiche delle strutture esistenti realizzate in conglomerato cementizio non armato la tensione di compressione massima ammissibile assunta pari a cc 6 00 N mm2 La resistenza a trazione teorica del conglomerato non armato assunta pari a fclm 2 30 N mm2 Per le verifiche a lungo termine ed in condizioni di materiale degradato si trascurata la resistenza a trazione del materiale Per 1 nuovi elementi strutturali in cemento armato previsto l impiego di calcestruzzi con Rck gt 25 N mm2 e armature ad aderenza migliorata tipo FeB44k Le tensioni ammissibili corrispondenti risultano essere Calcestruzzo oc 8 50 Nimm tco 0 53 Nimm tel 1 68 N mm2 Acciaio os
45. lima sulla superficie del calcestruzzo La struttura porosa e 1l riempimento dei pori con acqua sono fattori determinanti per la permeabilit del calcestruzzo ai gas e alle sostanze in soluzione Con il processo di trasporto legati strettamente ai relativi meccanismi di corrosione penetrazione dell acqua diffusione dei cloruri carbonatazione ecc PERMEABILITA DEL CALCESTRUZZO L acqua ne calcestruzzo va considerata sotto un aspetto particolare poich presente sin dall inizio come un ingrediente necessari per le reazioni di idratazione del cemento e come agenti plastificante della miscela dei suoi componenti WER 2 Il N JI PI LLI qa kl VI YO N Il ke WEE s I II i i I II I Ill l E pemi Traettoria delle tensioni principali di una struttura caricata Con gradualit in dipendenza dalle condizioni ambientali e dello spessore della struttura molta dell acqua iniziale viene dispersa lasciando vuote o parzialmente insature le porosit della pietra cementizia Calcestruzzo normale Calcestruzzo degradato KM d Mr du i A Ki pij ii K Le i GU A LI TANO MES C CH Lido PLL j m A 10 E opportuno ricordare qualcosa sulla pietra cementizia che matura ossia che la pasta cementizia la dispersione delle acque al suo interno e la maturazione e di circa 28 giorni di stagionatura
46. lle acque ricche di anidride carbonica dilavamento o a strutture armate esposte all aria ricca di tale gas carbonatazione del calcestruzzo e corrosione dei ferri d armatura Dilavamento del calcestruzzo II problema del dilavamento di strutture in calcestruzzo riguarda essenzialmente strutture di tipo idraulico esposte all azione di acque relativamente pure ed in movimento Tutte le acque naturali contengono una certa quantit di anidride carbonica CO2 e pu essere presente sotto forma di acido carbonico anidride carbonica libera oppure sotto forma di sali carbonati anidride carbonica combinata L anidride carbonica presente nell acqua pu reagire con il carbonato di calcio normalmente presente nella pasta di cemento o nel calcestruzzo e quindi esercitare un azione di degrado della struttura Se l acqua risulta relativamente ricca di CO2 libera aggressiva tender a disciogliere nell acqua il carbonato di calcio avviando il fenomeno del dilavamento 21 Se al contrario l acqua risulta relativamente povera di CO2 libera la reazione fra anidride carbonica e carbonato di calcio tende a formare CaCO3 solido a spese del bicarbonato disciolto nell acqua L acqua risulter in tal caso incrostante in quanto tender a formare incrostazioni e depositi Carbonatazione del calcestruzzo L azione dell anidride carbonica dell aria nei confronti del calcestruzzo consiste essenzialmente nella neutralizzazione della calce pres
47. llerie stradali in Italiani la mancanza di una manutenzione programmata delle opere in sotterrane ed una non attenda valutazione dei progetti tra durabilit e spesa che spesso non si produce in chi pi spende meno ma adesso facciamo questo poi qualcuno ci penser Con l affermazione delle nuove tecniche orientate su armatura con profilati e reti del cielo di scavo a perdere nel getto coadiuvata o no da spritz beton migliorano decisamente ed 13 accelerano l esecuzione del rivestimento stesso consentendo una meccanizzazione pi spinta E pertanto possibile procedere dopo il disarmo ad un rapido smontaggio delle centine ed alla loro risistemazione a monte verso il fronte sul nuovo anello Nel suo tipo pi brillante questa operazione si eseguiva impiegando casserature metalliche a manto incorporato con nervature a cerniera per un rapido piazzamento e disarmo traslate con carrello porta forma Per il resto l attrezzatura di getto non differisce da quella dei cantieri normali salvo uno spiccato impiego di pompe da calcestruzzo usate su corte distanze alle testate dei Cantieri di calotta 14 SICUREZZA IN GALLERIA N La sicurezza nelle gallerie autostradali un elemento determinante nel quadro della sicurezza vista nella sua globalit di un tracciato autostradale La progettazione intesa nel senso integrato del termine deve pertanto garantire con gli opportuni parametri geometrici quelle caratteristiche di pe
48. mando sali espansivi o che possono facilitare il cambiamento di struttura della pasta di cementizia Si deve impiegare un cemento tale da evitare la formazione di ettringite che e decisiva nel processo di distruzione delle matrice cementizie nei mezzi solfatici al di sopra di 20 C ossia un cemento a basso contenuto o meglio sarebbe addirittura privo di C3A Il controllo per delle trasformazione delle fasi alluminiche risulta soltanto una condizione necessaria ma non sufficiente per evitare l attacco solfatico distruttivo perch al di sotto di 10 C la formazione di thaumasite che riguarda la trasformazione delle fasi silicatiche sulla pietra cementizia gioca sempre un ruolo determinante Per cui alle basse temperature sempre necessario limitare il contenuto di c 3 s nel clinker al di sotto del 60 11 CONDIZIONI DI BASSA VENTILAZIONE CRISTALI IZ FAZIONE DEL de SALE SOLUZIONE SALINE CD Ci FORMAZIONE DI UNA PELLEICOLA DI SOLUZIONE D EVAPORAZ DI CRISTALLI Inoltre per una migliore resistenza ai solfati e consigliabile di prendere in considerazione oltre al tenore in C 3 A e C 3 S del clinker stesso un eventuale sua abbinamento con pasta di cemento pozzolanica In effetti una pasta di cemento pozzolanico qualora non richieda pi acqua per l impasto accresce in genere la resistenza all attacco dei solfati Comunque e da tener presente che l effetto positivo dipende dal tipo di pozzolana e non soltanto dalla sua attivit
49. mentazioni in genere Per queste ultime l azione aggressiva nei riguardi dei ferri di armatura e del calcestruzzo possono essere riassunte dalla seguente tabella Classificazione del degrado provocato dai sali disgelanti Sali disgelanti a base di Corrosione localizzata Corrosione localizzata pitting pitting Fessurazione per reazione Fessurazione per alcali aggregati solo con formazione di ossicloruro inerti reattivi Ferro di armatura Calcestruzzo Anche la diagnosi dell attacco dei cloruri pu essere eseguita attraverso una semplice analisi chimica quantitativa 23 Si possono inoltre effettuare altre due prove di notevole interesse nella determinazione del grado di attacco dei cloruri prova colorimetrica alla fluorescina analisi per diffrazione dei raggi X La prova colorimetrica alla fluorescina consiste nello spruzzare su una carota di calcestruzzo una soluzione a base di fluorescina ed una a base di nitrato d argento In base alla colorazione che assumer il calcestruzzo possibile determinare il fronte d avanzamento del cloruro attraverso il copriferro e stabilire quindi lo spessore di calcestruzzo che deve essere rimosso per impedire che la corrosione dei ferri possa proseguire L analisi per diffrazione ai raggi X su un campione di calcestruzzo prelevato dalla struttura indagata consente di evidenziare l eventuale formazione di ossicloruro responsabile del severo degrado
50. n prevalenza ad un valore di 7 10 5 kg cm2 LIMITE uc S AGGREGATO Interazione fisica chimica matrice aggregato Pietre arenarie a resistenza minore che tuttavia non sono indicate per calcestruzzo normale di buona resistenza hanno un modulo elastico compreso tra 3 e 4 10 5 kg cm2 Il modulo elastico del gel cementizio che si forma nell idratazione del cemento e estrapolato per uno stato privo di pori dell ordine di grandezza di 4 10 5 kg cm2 I normali cementi induriti con pori del gel e pori capillari hanno un modulo elastico di soli 1 2 10 5kg cm2 Comunque du modulo elastico dell aggregato nel calcestruzzo normale e sempre di almeno il doppio di quello della matrice LA ZONA DI TRANSIZIONE DEL CALCESTRUZZO Come notoriamente riconosciuto dell esistenza di una zona ove si accentuano le tensioni che se pure a seguito di un carico esterno di compressione sui lati degli aggreganti risultano di trazione Si tratta della zona di contatto o di transizione situata tra l aggregato e la matrice In essa si forma una discontinuit accidentale o indotte per ritiro di bolla d aria costituzionale o di aggiunta incavi di rugosita in ogni casi si ha che fare con una zona molto tormentata Tra le due fasi possono risultare puramente fisiche di adesione e di interconnesione meccanica dovuta alla forma dell aggregato e al suo grado di rugosit superficiale o generata da aggrappi entro porosit conseguenti al ritiro della matrice cement
51. ndamentale di proteggere 1 ferri di armatura E necessario assicurare un adeguato spessore al copriferro al fine di proteggere per un tempo suffigientemente lungo le armature dal raggiungimento di temperature superiore ai 500 C Tempo di raggiungimento della temperatura di 500 C nelle armature in funzione del copriferro e del tipo di aggregati utilizzati Spessore copriferro aggregati silicei aggregati calcarei S EE N Spesso per negli elementi in calcestruzzo armato l acciaio protetto da copriferro di spessore variabile ed in alcune zone costituito da calcestruzzo non omogeneo e mal compattato Questi punti deboli in caso di incendio possono diventare dei canali preferenziali per il flusso termico che pu far innalzare la temperatura dell acciaio oltre 1 500 C in tempo brevissimo Inoltre data l elevata conducibilit termica dell acciaio il flusso termico rapidamente trasferito lungo l armatura che tende a dilatarsi contrastata dal calcestruzzo ancora a temperatura inferiore Quando le tensioni indotte dalla dilatazione termica superano la capacit di aderenza ferro calcestruzzo si verifica la caduta di solidarizzazione tra acciaio e calcestruzzo con conseguente sfilamento dei ferri e distacco di parti di copriferro Fessure da ritiro plastico Si intende per ritiro plastico il cambiamento di volume del calcestruzzo a seguito di variazioni igrometriche che si manifestano quando il calcestruzzo
52. non definizione del trattamento di protezione della parte di roccia influente sull estradosso dei rivestimenti di sostegno e inoltre per la mancanza di drenaggio Foto 3 Foto 4 Pur vero che in qualche realt presente ma non sufficiente a garantire un buon drenaggio delle acque fatto per lo pi in ciottoli di pietra che con il trascorrere del tempo e della percolazione delle acque ed il trasporto del limo terriccio a finito per intasare completamente quel poco di drenaggio esistente rendendolo vano Pertanto le numerose gallerie mostrano una sintomatica condizione di deterioramento e ammaloramento I segni di questo invecchiamento si evidenzia con particolare attinenza alle situazioni d intradosso del rivestimento il cui grado di ammaloramento spesso rilevabile anche ad un primo sommario esame visivo superficiale Il calcestruzzo del rivestimento subisce gradatamente modifiche strutturali praticamente consistenti nella riduzione dello spessore per diminuita capacit del legante solido nelle zone di continuo contatto con il liquido o per alterazione generalizzata di qualit a causa della natura delle acque e degli elementi chimici dalle medesime portate insoluzione con lesioni distacchi pi o meno estesi e voluminosi del calcestruzzo di rivestimento con formazioni di sacche idriche che accentuano con lenta ma continua opera disgregante il processo di ammaloramento del conglomerato cementizio 17 Foto 5 Foto 6
53. nti di rinforzo del rivestimento si riscontrato Foto 1 Foto 2 In galleria VOLTE una serie di tre lesioni del rivestimento della calotta in cui in precedenza sono avvenuti distacchi di calcestruzzo e che ora risultano tamponate una con muratura in mattoni e le altre due con lamiera metallica mantenuta in posizione da spezzoni di profilato a C chiodato al calcestruzzo vedi fotografie 3 e 4 33 Foto 3 Foto 4 Il rivestimento presenta inoltre lesioni lungo le riprese di getto dei conci vedi fotografie 3 5 6 da cui sono evidenti possibili distacchi di cunei di calcestruzzo Foto 5 Foto 6 Lungo le citate lesioni e attraverso il calcestruzzo ammalorato esistono diffuse infiltrazioni di acqua di percolazione es foto 7 Foto 7 Similmente nella galleria VAPEA si riscontrano sia due lesioni nel rivestimento di calotta anch esse tamponate con lamiera metallica e spessori di profilato chiodato al calcestruzzo 34 vedi foto 3 sia le lesioni lungo la ripresa dei getti dei conci sia le infiltrazioni attraverso le lesioni e attraverso il calcestruzzo ammalorato vedi foto 3 4 5 Foto 3 Foto 4 In entrambe le gallerie il rilievo topografico di precisione non ha evidenziato alcuna traslazione dei conci bens una realizzazione del rivestimento alquanto irregolare rispetto alla geometria teorica della galleria Foto 5 I portali e le velette presentano consistenti distacchi del copriferro fatto che avvalora
54. nuo in elementi finiti ciascuno dei quali pu essere caratterizzato da singole propriet meccaniche e fisiche In questo e senza lunghe sperimentazioni si pu valutare l effetto concatenato dei diversi parametri propri della tecnologia del calcestruzzo rapporto acqua cemento dosaggio in cemento distribuzione granulometrica additivi eccede in particolare sulla permeabilit ed l influenza su di esso delle differenti sollecitazioni di tipo fisico chimico o meccanico RJK 5 h A me d i E SC SE dr WH di a Ti i Curve Modellazione del calcestruzzo mediante rappresentazione di una struttura isoigrometrica Elementi finiti con presenza della zona composita mediante elementi finiti modello di materiale composito Interfacciale speciali per lo studio dei processi di sottoposto ad un gradiente di Diffusione igrometrica umidita Dopo questo breve accenno sulla validit e sulle possibilit offerte dal calcestruzzo reale necessario individuare lo sviluppo dei processi fondamentali dovuti ai fenomeni di trasporto e alla presenza di acqua che hanno una influenza dominante sulla sua curabilit partendo dal fatto che il calcestruzzo e un materiale poroso prendendo in considerazione sia il trasporto di gas che di acqua nonch la presenza di agenti aggressivi disciolti e l insorgere di reazioni chimiche La velocit gli effetti del trasporto e le reazione chimiche sono largamente dipendenti dalla struttura porosa e dal microc
55. o alle modificazioni introdotte con la realizzazione stessa Tra le pi frequenti carenze progettuali si ritrovano Errata valutazione della interazione terreno struttura Frrata valutazione della circolazione idrica Mancanza di impermeabilizzazione Carenze costruttive Analogamente si riscontrano frequentemente le seguenti carenze costruttive Presenza di vuoti al contatto del rivestimento Scarsa qualit del calcestruzzo Difetto di impermeabilizzazione Il Progetto COVERtun Ideato da Mirafiori Natale fu pubblicato la prima volta sulla Rivista LE STRADE nel 1995 La prima ad adottarlo fu la Societ Autostradale SAVONA TORINO con intervento conservativo di due piccole Gallerie per una lunghezza totale di circa 131 m Il lavoro fu eseguito in sessanta giorni consecutivi senza deviazione del traffico che venne incanalato nella corsia centrale della carreggiata Come potrete verificare pi avanti ZJ NUOVE COSTRUZIONE DELL ANELLO DI RIVESTIMENTO La nuova costruzione dell anello di rivestimento dopo la scarifica pu avvenire in vari modi dipende del tipo di progetto della profondit della scarifica se bisogna ricostruire e rafforzare meccanicamente la struttura della galleria Noi esaminiamo tre tipologie diverse tra loro ma tutti con lo stesso fine quella di migliorare la struttura e la sicurezza nella galleria 1 Intervento per la realizzazione del rivestimento strutturale di gallerie stradali
56. o di apposite crene per poi annegarle nel nuovo getto Nuovo sottoarco in calcestruzzo II sottoarco a causa dell irregolarit della vecchia calotta risultato di spessore variabile in funzione dei punti con una media di cm 22 in parte per necessit costruttive ed in parte per necessit strutturali Particolare cura stata posta per garantire ovunque un copriferro minimo di 5 cm Per il getto del rivestimento in cls stato utilizzato un grosso carro portaforme su ruote gommate appositamente realizzato 49 Foto 7 Tale carro portaforme costituito da un portale in carpenteria metallica realizzato per consentire 1l mantenimento di un franco libero per il traffico di m 5 00 in altezza e m 4 20 in larghezza Attraverso sistemi idraulici consente gli spostamenti sia verticali che laterali dei pannelli calandrati di cassaforma da esso supportati movimenti necessari per un perfetto allineamento della casseratura alla geometria curvilinea di progetto tale flessibilit si dimostrata indispensabile soprattutto in considerazione della variabilit ed irregolarit della geometria delle opere Il carro dotato inoltre di puntoni di fissaggio per assorbire le spinte dei getti alette accessorie di prolunga per assorbire le differenze di sviluppo tra esterno ed interno curva nonch sportelli per l ispezione dei getti in Cls a S dl an Foto Attenzione particolare e stata nel riguardo del confezionamento d
57. oro affidabilit Oltre che alla tipologia ed al tipo di rivestimento gran parte della durabilit affidata a quella del materiale che la costituiscono e nel caso del cemento armato la carbonatazione seguita dalla corrosione delle armature il nemico da convincere Per permettere al cemento armato una maggiore durabilit risaputo che nella prescrizione bisognerebbe indicare il copriferro di almeno 5 6 cm per tutta una serie di prescrizione che questo tipo di copriferro costituisce Queste prescrizioni possono sembrare eccessive ma in base a degli studi precisi questo comportamento pu assicurare 25 30 anni di non carbonatazione del copriferro e la protezione alcalina dell acciaio medesimo questo come ben noto impedisce la corrosione dei ferri di armatura Nella ricerca della durabilit dei manufatti in cemento armato vi sono dei paesi dove viene applicata costantemente ne hanno fatto il loro cavallo di battaglia gli stessi paesi hanno anche scoperto che questo tipo di accorgimento non li protegge da tutti 1 tipi di corrosione perch per esempio gli ioni cloro danno la corrosione per pitting non sono fermati dall alcalinit della pasta di cemento Se questo sistema di copriferro 5 6 cm gi di per se richiede degli attenti magisteri e progettazione adeguata nelle dimensioni e delle casseforme si possono ottenere 25 30 anni di certezza sulla protezione dalla corrosione delle armature Se ci fermiamo un attimo a riflettere che
58. osta quinti una attenzione particolare allo sviluppo delle resistenze con classe di resistenza Rck gt 30 Mpa Le resistenze richieste per eseguire gli scasseraggi in breve almeno 10 0 Mpa per poter raggiungere alle breve stagionature all impasto n 4 a 24 ore bisogna ottenuto 26 4 Mpa per ogni getto devono essere confezionati almeno n cubi di dimensione 15X15X15 cm I risultati ottimali sono I giorno 2 giorni 7 giorni 28 giorno Mpa Mpa Mpa Mpa Prova 26 4 39 2 52 1 59 3 AI momento del prelievo 1 dati rilevati devono essere 1 seguenti Slump 18 cm Temperatura 6 C con l utilizzo di cemento di classe 52 5 tipo 1 Inoltre si deve tener conto di fare integrare 11 pi possibile il calcestruzzo vecchi con il nuovo cercando di ottenere un corpo unico pi omogeneo possibile Operazioni di disarmo Utilizzando questo tipo di calcestruzzo ed osservando un controllo sistematico della relativa maturazione pu consentito il disarmo mediamente a circa 24 ore dal getto per lo spostamento rapido sul concio successivo 2 Intervento Realizzazione dei due cordoli e di n 15 tiranti di collegamento in c a vedi tavole n 3 e n 4 con esecuzione di scavi e getti a campioni come schematizzato in fig n 1 Risagomatura del rivestimento esistente Gli interventi di cui ai punti n 1 e n 3 opportunamente dosati permettono la realizzazione del nuovo anello in c a dello spessore di cm 20 rispettando 1 franchi in altezza e
59. porzioni di calcestruzzo di varie dimensioni successivamente tamponate con protezioni provvisorie talora costituite da fogli di lamiera ancorati con tassellature la presenza in alcune zone della chiave di calotta di blocchi di calcestruzzo del rivestimento lesionate al contorno in particolare nella galleria Volte un fornello manifestatosi probabilmente gi poco tempo dopo la costruzione era stato fin d allora rimosso e tamponato con muratura in mattoni che ormai risultavano in fase di degrado Altri blocchi rimasti in calotta erano stati rimessi in sicurezza con interventi provvisori mediante fasci di putrelle chiodate al rivestimento fino al momento dell intervento in oggetto 36 Sie Foto 5 La presenza lungo le citate lesioni lungo 1 giunti d anello e attraverso il calcestruzzo ammalorato di diffuse infiltrazioni di acqua con copiose percolazioni lungo 1 piedritti e stillicidi sul piano stradale sottostante In entrambe le gallerie il rilievo topografico ha evidenziato una realizzazione del rivestimento originario alquanto irregolare rispetto alla geometria teorica della galleria con numerosi punti caratterizzati da profili e curvature fuori sagoma Un analisi approssimata delle sollecitazioni a cui era sottoposto il rivestimento ha evidenziato che le zone di calotta interessate dalle lesioni erano sottoposte ad uno stato tensionale eccessivo che avrebbe reso opportuna la presenza di armatura metallica INTRODUZIONE
60. proprio della struttura reazione di contrasto del terreno Il carico litostatico determinato in funzione dello spessore del ritombamento e risulta pari al peso del terreno gravante Pv La componente di spinta orizzontale Ph stata valutata in funzione del coefficiente Ko di spinta a riposo secondo la relazione Ph Pv y z Ko dove Pv carico verticale z distanza relativa tra il punto considerato e l estradosso di calotta y peso specifico del terreno Ko coefficiente di spinta a riposo Data la particolare configurazione morfologica del terreno stato considerato un carico gravante non simmetrico legato allo spessore del ricoprimento in corrispondenza del piedritto di destra Pvl e di sinistra Pv2 ved fig 1 Nella determinazione dei carichi si assunto un angolo di pendio pari a circa 20 Per la determinazione delle spinte dei terreno sono stati adottati 1 seguenti parametri geotecnici E a KN m3 KPa MPa ritompamento dove yn peso di volume c coesione d angolo di attrito Ko coefficiente di spinta laterale Et modulo di reazione elastica del terreno Con riferimento alla fig 1 1 carichi gravanti sulle strutture assunti per le verifiche risultano essere Pv1 18 50 t m2 PH1 Z 0 8 14 t m2 PHI z 10 50 16 92 t m2 Pv2 6 65 Um PH2 Z 0 2 93 t m2 PH2 z 10 50 1 1 70 t m2 VERIFICA DELLE SEZIONI Per verificare se lo stato di sollecitazione nella stru
61. rcorribilit che sono la base per la sicurezza di guida dell utente Il tracciato autostradale dovr avere per quanto riguarda naturalmente gli aspetti progettuali e costruttivi anche nella parte in galleria quella continuit di comfort e sicurezza che troviamo nel tracciato all aperto Per raggiungere questo obiettivo una volta stabilito l intervallo di velocit di progetto si prendono in considerazione due aspetti dell opera le caratteristiche geometriche sezione piattaforma stradale raggi di curvatura livellette e relativi raccordi B gli impianti questi assumono nel tratto in galleria una importanza determinante agli effetti del comfort e del livello di sicurezza per l utente A 1 Riguardo alla composizione della piattaforma stradale nei tratti in galleria le Norme Cnr prevedono per le strade di tipo I H III e A una piattaforma realizzata con numero e dimensioni delle corsie identiche a quelle relative alla sezione corrente affrancate su ciascun lato da una striscia di margine larga 0 25 m con un marcia piede di servizio di larghezza gt 0 85 m e sopra elevato di 15 cm Fig 1 Inoltre per le strade di tipo A si devono distanziare e separare le carreggiate nei tratti curvilinei applicando le norme sulla geometria degli assi di cui al cap 3 delle Norme stesse Mentre nei tratti in rettifilo la separazione degli assi delle singole carreggiate deve effettuarsi gradualmente su una lunghezza L 20 45 VVt L in metri V
62. ro certi limiti di sollecitazione che non sono pi garantiti 1 coefficienti minimi di sicurezza propri del metodo delle tensioni ammissibili Fs gt 3 Verifica sezione rinforzata In modo analogo stato ricostruito il dominio della sezione rinforzata considerando uno spessore aggiuntivo di 20 cm ed un armatura addizionale costituita da rete elettrosaldata d10 20x20 Come possibile osservare dal diagramma riportato in fig 3 tutti 1 punti che rappresentano le azioni nella sezione analizzata risultano ampiamente all interno del dominio resistente I coefficiente di sicurezza minimo raggiunto secondo le ipotesi di calcolo adottate risulta notevolmente maggiore di quello previsto con la sezione di progetto Fs gt 5 6 Tale situazione comunque da considerarsi come un limite superiore Infatti se si considera che 1 nuovi interventi risultano effettuati su una struttura esistente gi sotto carico e che la 41 solidarizzazione fra le due strutture potrebbe essere localmente poco efficace possibile immaginare che la situazione reale risulter intermedia fra le due ipotizzate E comunque da notare che non sempre un aumento della sicurezza locale della sezione corrisponde ad un pari aumento della sicurezza globale della struttura Esistono infatti dei punti in cui non possibile intervenire direttamente zone di estradosso arco rovescio fondazioni e che ragionevolmente ridurranno tale valore 2353 u H
63. tano nelle strutture in sotterraneo in particolare quelli relativi alla protezione dell ambito della galleria dalle venute d acqua quelli relativi ai danni provocati nella roccia o nel rivestimento in calcestruzzo dai cicli di gelo disgelo in presenza di acque di percolazione Tutti i diritti sia gli scritti sia immagine nessuno escluso sono riservati all autore Mirafiori Natale n vietata la riproduzione anche parziale senza l autorizzazione scritta dallo stesso Copyright Marzo 2007 53
64. te si sviluppato in varie fasi successive con un sistema studiato ed attuato per garantire per tutto il tempo di durata del cantiere 1l transito del traffico nelle gallerie sia pure ridotto su un unica corsia centrale La garanzia di mantenimento della percorribilit al traffico stato un requisito di fondamentale importanza richiesto dalla Concessionaria Autostradale in un contesto dove per ragioni di tracciato risulta fisicamente impossibile chiudere le gallerie al traffico eseguendo scambi di carreggiata Foto 3 Cordoli di fondazione La prima fase di intervento costituita dalla costruzione della fondazione in c a del sottoarco preceduta dallo scavo di trincee laterali adiacenti ai piedritti previo taglio della pavimentazione mediante seghe a disco che garantiscono la realizzazione di un taglio netto lineare necessario per non danneggiare la pavimentazione esistente Dopo una regolarizzazione del fondo scavo con calcestruzzo si proceduto alla posa dell armatura ed alla realizzazione della fondazione a cordolo continuo in c a necessario per consentire il passaggio del carro portalorme utilizzato successivamente e soprattutto per costituire un robusto basamento delle murette di ancoraggio realizzate subito dopo fino all altezza di circa lm legate mediante tirafondi al paramento esistente Tale getto costituisce la base di appoggio e di partenza del sottoarco armato Preparazione delle superfici della volta esistente med
65. ttura risulta compatibile con le caratteristiche di resistenza della sezione sono stati ricostruiti 1 domini resistenti secondo le ipotesi delle tensioni ammissibili Tali domini sono definiti dal raggiungimento delle tensioni ammissibili massime di compressione nel calcestruzzo al lembo compresso e di trazione nell armatura Nel caso di sezione non armata si ipotizza la parzializzazione della sezione resistente resistenza a trazione nulla del calcestruzo con conseguente diminuzione della sezione reagente Se il punto rappresentante le azioni agenti nella sezione analizzata ricade all interno del dominio le tensioni conseguenti risulteranno minori di quelle ammissibili Se invece tale punto risulta esterno le tensioni massime nella sezione supereranno 1 valori ammissibili assunti 40 Nel caso in esame sono stati ricreati due domini caratteristici uno per la sezione prevista in progetto fig 2 ed un secondo per la nuova sezione rinforzata Fig 3 Verifica sezione di progetto Dalle analisi dei risultati si ottengono delle sollecitazioni che generalmente risultano compatibili con le tensioni ammissibili previste essendo la struttura non armata in presenza di momenti significativi la sezione reagente si parzializza la zona tesa del calcestruzzo risulta fessurata e la sezione reagente si riduce rispetto all intera sezione geometrica alla sola parte compressa In alcune zone del rivestimento le sollecitazioni ottenute dal calcolo raggiungono
66. velocit di progetto in km h t differenza in metri tra la distanza iniziale e quella finale degli assi L altezza libera nella galleria misurata a partire dalla carreggiata deve essere 2 4 75 m 15 A 2 Geometria dell asse autostradale Particolare attenzione dovr porre il progettista nel rispettare 1 minimi previsti dalle Norme Cnr per i valori che riguardano le visuali libere le distanze di visibilit la pendenza trasversale i raccordi delle livellette e pi in generale l ottimizzazione dell andamento plano altimetrico dell asse stradale SH I j Foto 1 Le Norme prevedono inoltre che nelle gallerie a doppio foro di lunghezza superiore a 1 km debbono prevedersi dei by pass posti a una distanza tra loro non superiore agli 800 m che consentano il passaggio dei veicoli da una carreggiata all altra Le gallerie sempre di lunghezza non inferiore ai 1 000 m devono essere dotate di appositi slarghi per il ricovero dei veicoli in avaria con un distanziamento che non deve superare i 1 000 m per una galleria a due fori e 1 500 B 1 Una volta che il progetto stato ben impostato sotto l aspetto plano altimetrico e si sono curati 1 raccordi agli imbocchi della galleria la sicurezza dipende dagli impianti che in essa si prevedono e che sono in rela zione alla lunghezza della galleria stessa La relazione sicurezza impianti e quindi corrispondente impegno finanziario non di tipo lineare ma una funzione di tipo esponenziale
67. vestimento laddove a seguito delle risultanze di campagna delle indagine rivela un maggior grado di ammaloramento integrandolo con un guscio di ricopertura che garantisca in ogni caso la portata del rivestimento stesso 18 ANALISI DELLE CAUSE DI DEGRADO DEL CALCESTRUZZO DI RIVESTIMENTO DI GALLERIE I rivestimenti di galleria in cls in modo particolare quelli di realizzazione non recentissima presentano una situazione di degrado variabile ma generalmente diffusa Le cause di ammaloramento sono molteplici e possono essere sinteticamente divise in ambientali e di realizzazione insufficiente Le cause di aggressione alle strutture dovute all ambiente possono essere formalmente suddivise in chimiche fisiche e meccaniche Il meccanismo di degrado per difficilmente ascrivibile ad una sola causa spesso sono pi fenomeni che concorrono al deterioramento delle strutture bench esista sempre quella che pu definirsi la causa fondamentale che innesca il processo degradante Le principali cause di deterioramento delle strutture in calcestruzzo possono essere sintetizzate nella seguente tabella CAUSE DI DEGRADO Chimico Fisico Meccanico Solfati Solfuri Gelo Disgelo Urto scoppio Anidride carbonoca Ritiro Frosione Abrasione Cloruri Incendio Sisma Alcali Calore di idratazione Vibrazioni CAUSE CHIMICHE DI DEGRADO Attacco dei solfati Tra gli agenti aggressivi del calcestruzzo i solfati sono indubbiamente
68. ylon diametro mm 10 e lunghezza mm 120 con facilit di ripristino nel caso di sostituzione di necessit di alcuni elementi Fra la testa esagonale delle viti con finta rondella incorporata e le greche degli elementi stata posizionata una piastra di ripartizione del carico in acciaio inox a forma rettangolare stampata con irrigiditore che si adatta perfettamente alla sagoma della greca Nella parte superiore di detta piastra vi trova alloggio una guarnizione in resine espanse avente lo scopo di impedire il passaggio anche minimo di acqua attraverso 1 fori del pannello I pannelli di lamiera grecata inox tipo COVERtun gi tagliati a misura secondo le risultanze dei rilievi puntuali effettuati in fase di progettazione sono stati preparati per la posa in opera compresi fori per l ancoraggio previsti 1 pezzi speciali sia per il rivestimento delle testate che per sopperire al maggior raggio delle gallerie in curva La scelta dell acciaio inox AISI 304 con finitura 2 B ed in particolare il sistema COVERtun per il tipo di greca centinata consentono sia una maggiore raccolta di acqua di percolazione sia una maggiore portata di eventuali carichi di spinta sia un buona resistenza all attacco di agenti aggressivi come il calcare che ne garantiscono la durata nel tempo 52 Foto 12 Foto 13 La tecnologia dei pannelli calandrati in acciaio inox pu essere utilizzata con lo stesso metodo di fissaggio per risolvere altri problemi che si presen

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