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Interventi di manutenzione straordinaria nelle gallerie esistenti

Il caso della galleria Roreto: i molteplici utilizzi delle resine negli interventi di impermeabilizzazione e di risanamento strutturale

La galleria Roreto sulla A33

La realizzazione di interventi di manutenzione straordinaria in gallerie esistenti rappresenta un settore dell’ingegneria che sta acquisendo, negli ultimi anni, sempre maggiore rilevanza.

Le gallerie esistenti sul territorio italiano sono sovente caratterizzate da un rivestimento definitivo in stato ammalorato e degradato, causato dall’invecchiamento dei materiali da costruzione e dall’interazione con il particolare ambiente circostante, che può mettere a rischio la stabilità e la funzionalità delle opere, nonché la sicurezza degli utenti.

Un esempio di questo tipo di interventi si può osservare nei lavori da poco ultimati nella galleria di Roreto in provincia di Cuneo. 

L’individuazione delle problematiche

La galleria Roreto, situata sulla A33 Asti-Cuneo, è una galleria a doppio fornice di lunghezza pari a circa 900 m, aperta al traffico nel Luglio 2007 e interessata da infiltrazioni d’acqua di diversa origine e natura già nel mese di Agosto 2021.

Nel Luglio 2017, la Concessionaria Autostrada Asti-Cuneo SpA aveva affidato all’Ing. Focaracci della Società Prometeoengineering.it Srl la progettazione degli interventi di ripristino e risanamento delle infiltrazioni riscontrate (https://www.prometeoengineering.it/).

  • Interventi di manutenzione straordinaria
    1A Lo stato della galleria
    1A. Lo stato della galleria ante operam
  • Interventi di manutenzione straordinaria
    1B La galleria ante operam
    1B. Lo stato della galleria ante operam
  • Interventi di manutenzione straordinaria
    1C Lo stato prima dei lavori
    1C. Lo stato della galleria ante operam
  • Interventi di manutenzione straordinaria
    1D La galleria prima dei lavori
    1D. Lo stato della galleria ante operam

Il fenomeno gravitativo manifestatosi nell’Agosto 2007 ha causato un danneggiamento dell’insieme prerivestimento impermeabilizzazione-rivestimento definitivo, pregiudicandone la tenuta idraulica. La rottura del manto di impermeabilizzazione nella tratta del dissesto superficiale ha provocato la formazione di microfessure sul rivestimento definitivo anche in getti monolitici di calcestruzzo armato, marcandoli con trasudi e stillicidi.

Il rivestimento definitivo dei due fornici della galleria si presentava, prima degli interventi di ripristino, in uno stato ammalorato, con venute d’acqua diffuse, tracce di sali, lesioni con percolazioni d’acqua e lesioni oramai calcificate. Le infiltrazioni, diffuse su larghe tratte di entrambe le canne, interessavano il rivestimento fin sopra le reni e in calotta (Figure 1A, 1B, 1C e 1D sopra).

Stante la complessità del contesto idrogeologico caratterizzato da terreni a permeabilità elevata intercalati con lenti impermeabili e fortemente alimentati da falde ipogee, la provenienza, la distribuzione e l’alimentazione di queste acque risultano di natura varia e articolata.

Infatti, a un’alimentazione continua da falda libera perenne, si sommano gli apporti idrici periodici o occasionali dovuti agli eventi meteorici, attività irrigue dalla pianura, infiltrazioni dal canale artificiale rio Colombaro (canale superficiale che scorre in corrispondenza degli ultimi 200 m della galleria lato Asti).

L’osservazione di infiltrazioni anche in tratti nei quali la galleria attraversa la facies limoso-argillosa delle Argille di Lugagnano, dove il flusso sotterraneo si ritiene praticamente nullo, ha permesso di evidenziare che le infiltrazioni di acqua in galleria dipendono direttamente dalla quota di falda.

L’analisi chimica delle acque ha, inoltre, evidenziato contenuti di natura aggressiva e incrostante (carbonati di calcio e solfati).

Le soluzioni progettuali

I principali interventi che sono stati studiati per il ripristino della galleria sono di seguito esposti.

  • Interventi di manutenzione straordinaria
    2A Le iniezioni di impermeabilizzazione
    2A. La preparazione delle iniezioni di impermeabilizzazione
  • Interventi di manutenzione straordinaria
    2B Le esecuzioni delle iniezioni
    2B. L’esecuzione delle iniezioni
L’intervento di captazione delle acque lungo i giunti tra i conci

È avvenuto tramite l’installazione di lamiere grecate in acciaio inox, che, attraverso apposito sistema di drenaggio, confluiscono nell’impianto fognario sotto piattaforma.

Gli interventi di impermeabilizzazione

Sono consistiti nella sigillatura delle lesioni mediante l’iniezione di resine acriliche, materiale elastico con bassissima viscosità, in grado di penetrare nelle lesioni capillari e di reagire in qualsiasi condizione, sia in presenza che in assenza di acqua.

Le iniezioni sono state realizzare mediante l’esecuzione di fori a cavallo della lesione, in ragione di quattro fori per metro lineare di lesione. I fori, di diametro 10-12 mm sono stati attrezzati con packer per consentire l’iniezione delle miscele.

Prima di procedere con l’iniezione sulla lesione è stata creata una scanalatura mediante una corona diamantata, che è stata successivamente sigillata mediante calcestruzzo a presa rapida al fine di evitare che durante l’iniezione la resina potesse refluire ed uscire dal giunto stesso, vanificando di fatto l’intervento (Figure 2A e 2B sopra).

La resina utilizzata, grazie alle caratteristiche idrofile del prodotto, è in grado di intrappolare molecole d’acqua all’interno della sua struttura; pertanto, l’adesione è risultata estremamente efficace anche su superfici bagnate.

Tale prodotto presenta anche caratteristiche quali compattezza e flessibilità che, anche in presenza di piccoli assestamenti del terreno/struttura o movimenti all’interno delle lesioni, sono in grado di sigillare permanentemente, grazie al rigonfiamento fino al 200% del suo volume iniziale.

Una volta che la reazione tra resina e acqua ha avuto luogo, si forma un prodotto resistente a soluzioni acide e/o alcaline così come ad altri solventi, quindi particolarmente indicato al caso specifico.

  • L’intervento di ripristino
    3A L’intervento di ripristino
    3A. L’intervento di ripristino del rivestimento
  • Il ripristino del rivestimento
    3B Il ripristino del rivestimento
    3B. L’intervento di ripristino del rivestimento
Le iniezioni per il ripristino strutturale del rivestimento

Sono state effettuate, laddove erano state individuate lesioni tali da configurarsi come di origine strutturale, attraverso l’impiego di resine organo-minerali a rapida reazione.

È stato utilizzato un prodotto bicomponente in grado di reagire anche in presenza di acqua e nello stesso tempo garantire continuità strutturale, impermeabile e flessibile, in grado di raggiunge resistenze superiori ai 30 MPa dopo poche ore dalla iniezione.

Il suo limite risiede nella capacità di penetrazione a causa di una più alta viscosità rispetto alla precedente soluzione, per cui è in grado di saturare lesioni aventi ampiezze millimetriche che possono raggiungere elevati valori di resistenza a compressione.

Il ripristino strutturale del rivestimento

Laddove le caratteristiche del rivestimento risultavano particolarmente degradate, è stato previsto il completo rispristino della parte più superficiale del rivestimento previa idrodemolizione dell’esistente, fino a uno spessore di circa 10 cm, e successiva posa in opera di rete elettrosaldata in acciaio inox e uno strato di malta tixotropica bicomponente strutturale.

Il tipo di prodotto utilizzato possiede caratteristiche di elevata adesione al calcestruzzo, dovute alle capacità adesive del polimero di cui è composta e grazie alle fibre in poliacrilonitrile con cui è arricchita possiede una elevata resistenza alla cavillatura, quindi, in grado di impedire la microfessurazione che può sopraggiungere nella fase plastica plastica (Figure 3A e 3B sopra). 

  • Il laser scanner del progetto
    4A Il laser scanner del progetto
    4A. Un esempio di evoluzione del fenomeno fessurativo: il laser scanner a base del progetto (2017)
  • Il fenomeno fessurativo
    4B Il fenomeno fessurativo
    4B. Un esempio di evoluzione del fenomeno fessurativo: documentazione fotografica (2021)

In corso d’opera

Nel corso dell’esecuzione dei lavori, iniziati nel Novembre 2020, è stato riscontrato un quadro fessurativo in continua evoluzione, tipico di gallerie esistenti con presenza di acqua a tergo ed immerse in terreni di scarse caratteristiche meccaniche.

Pertanto, rispetto a quanto previsto nel progetto redatto e approvato nel febbraio 2018, si sono manifestate le seguenti problematiche:

  • formazione di nuove fessure caratterizzate da percolazione e stillicidio di acqua;
  • alcune lesioni, che si presentavano calcificate, nel corso dei lavori, presentavano venute d’acqua o evidenti zone di umidità, di contro, altre lesioni che si presentavano percolanti al momento del progetto risultavano completamente calcificate;
  • alcune lesioni presentavano un maggiore sviluppo in lunghezza.

In merito alla quantità di resine assorbite durante le iniezioni eseguite nel Gennaio 2021, si è potuto accertare che le maggiori quantità di materiale impiegato, rispetto a quanto previsto in progetto e determinato dalle risultanze delle prove effettuate nel Luglio 2017, sono state dovute alla gestione dei materiali alle basse temperature con tempi di gelificazione superiori a quelli previsti da scheda tecnica e conseguente maggiore dispersione del materiale.

Un passo fondamentale nella proceduta di applicazione di questa tipologia di resine riguarda, infatti, la messa a punto dei tempi di gelificazione, che dipendono in maniera prevalente dalle temperature alle quali vengono determinati, nonché dalle pressioni di pompaggio.

Il consumo di resina acrilica
5. Il consumo effettivo di resina acrilica a Gennaio 2021

La scheda tecnica del materiale riporta temperature ottimali per l’utilizzo del prodotto che vanno dai 10 ai 20 °C, ma come si può osservare dalla Figura 5 nel mese di Gennaio si sono riscontrate temperature parecchio al di sotto di tale intervallo.

Si è quindi provveduto a una continua messa a punto delle miscele da iniettare per adeguarle alle condizioni climatiche presenti al momento e nel prosieguo delle lavorazioni si è riusciti a rientrare nei quantitativi preventivati osservando una perfetta riuscita dell’intervento.

Un’altra situazione emersa durante l’esecuzione dei lavori è stato il verificarsi di fenomeni localizzati di percolazione idrica, con portate di picco fino a 1.000 l/ora dovute alla formazione di sacche nella parte retrostante della galleria.

A tal riguardo, è stato predisposto un intervento consistente nell’iniezione di schiume poliuretaniche altamente reattive che, in presenza di acqua, danno origine a una schiuma rigida che ha assicurato le richieste resistenze strutturali.

Inoltre, tale materiale, agendo in tempi molto rapidi (grazie anche all’utilizzo di accelerante e agente tixotropico) ed essendo caratterizzato da un fattore di espansione molto elevato (approssimativamente 20-25), ha permesso di intervenire tempestivamente ed efficacemente sulla problematica in questione.

  • Ante operam
    6A Ante operam
    6A. La situazione ante
  • Post operam
    6B Post operam
    6B. La situazione post operam

Dati tecnici

  • Stazione Appaltante: Autostrada Asti-Cuneo SpA
  • Progetto esecutivo e Direzione dei Lavori: Ing. Alessandro Focaracci di Prometeoengineering.it
  • Collaudo tecnico-amministrativo: Ing. Emanuele Pasimeni
  • Dirigente Manutenzioni, Investimenti Opere Civili di Autostrada Asti-Cuneo SpA: Ing. Sergio Bloise
  • RUP e Direttore Tecnico: Ing. Natalino Valter Re di Autostrada Asti-Cuneo SpA
  • Responsabile Sicurezza: Geom. Alessandro Sorasio
  • Direzione di Cantiere: Ing. Davide Campo di Euroimpianti SpA
  • Project Manager: Per. Ind. Marco Sebastiani
  • Esecutori dei Lavori: Euroimpianti SpA
  • Subappaltatori: Cipa SpA
  • Importo dei lavori: 1.928.056,33 Euro, compresi oneri di sicurezza non soggetti a ribasso pari a 128.803,21 Euro
  • Durata dei lavori: 215 giorni naturali e consecutivi
  • Data di consegna: 4 Novembre 2021
  • Data di ultimazione: 6 Giugno 2021

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