Calcestruzzo proiettato: evoluzione di una tecnologia per la costruzione di gallerie

Carlo Comin, ripreso in Georgia, zona di antiche grotte abitate

Calcestruzzo proiettato di qualità: conoscere il materiale e il processo di posa è fondamentale

Andrea Dari

Caro Carlo, ti seguo da tanti anni come esperto del settore gallerie e calcestruzzi. Ho letto il libro che hai scritto con l'amico Giorgio Estrafallaces del quale abbiamo scelto di pubblicare l'interessante Prefazione del prof. Wolfgang Kusterle dell'University of Applied Sciences di Regensburg e un estratto relativo alle Azioni chimiche sui calcestruzzi, un argomento che può suscitare infinite discussioni e proprio per questo hai condiviso la scelta.  

Una prima domanda sui materiali: come sono cambiati i calcestruzzi proiettati in questi anni - c’è stato un momento di «break even» da cui si può parlare di un cambio di passo?

Carlo Comin

Prima di rispondere alla domanda faccio un breve commento sulla scelta dell'estratto da pubblicare: con Giorgio abbiamo deciso di scrivere un testo sul Calcestruzzo proiettato che nascesse dalle nostre esperienze di cantiere e fosse destinato a chi "vive" il cantiere analizzando gli aspetti pratici del processo senza entrare troppo nei dettagli teorici con lo scopo di mettere in evidenza le negative conseguenze di un lavoro realizzato in modo non conforme. Poi nel rileggere i vari capitoli c'è sempre qualche argomento che ti lascia dubbi e incertezze; uno di questi è la descrizione delle interazioni chimico-fisiche endogene ed esogene nel materiale ma sono arrivato alla conclusione che se il testo rimane nel tuo cassetto difficilmente potrai migliorarlo.  Per questo va bene pubblicare e ben vengano le osservazioni e anche le critiche!

Riguardo alla domanda, ti confermo che, negli ultimi 30 anni, sono stati fatti passi avanti innanzitutto riguardo la presa di coscienza di alcune grandi committenze pubbliche che hanno implementato le Prescrizioni tecniche di Capitolato con positive ricadute sulle formulazioni delle miscele base ma soprattutto sull'evoluzione dei principi di azione degli additivi acceleranti; stiamo infatti passando dall'utilizzo dei silicati di sodio, definiti dagli amici esteri "colla uhu" , i cui effetti sulle resistenze a lungo termine e sulla eluizione sono devastanti per la manutenzione delle opere, a prodotti più innovativi ed efficaci che conferiscono maggiore stabilità e durabilità al prodotto indurito nel lungo termine.

L'aspetto che non riusciamo ancora a risolvere in Italia e che ci inchioda ai decenni passati è il Processo di posa in opera del Calcestruzzo proiettato che richiede la fondamentale presenza di un "lancista" adeguatamente formato sul "processo" a seguito di appositi programmi comprensivi di lezioni teoriche, da condurre in aula, e di esercitazioni pratiche, in campo, al fine di verificare gli apprendimenti conseguiti riguardo alle tecniche di proiezione, agli aspetti ambientali e a quelli della sicurezza sul lavoro..

Diversamente da quanto avviene in altri paesi nel mondo, nella maggior parte dei cantieri del nostro Paese, per opere in sotterraneo, non è contemplata la figura professionale del lancista.

Nessuna competenza specialistica è riconosciuta alle maestranze addette alla posa in opera del Calcestruzzo proiettato, un ruolo spesso affidato a operatori improvvisati, di scarsa cultura tecnologica, dotati di esperienze fai-da-te, solo di rado adeguatamente formati allo scopo, la cui l’abilità è valutata più sulla produzione oraria che sulla qualità finale del prodotto posto in opera.

Ecco, il punto di break-even sarà superato quando riusciremo a garantire la "buona pratica" di questo aspetto fondamentale nel processo di realizzazione con calcestruzzo proiettato che consentirà di realizzare strutture con finiture simili a quelle che si ottengono con il calcestruzzo tradizionale vibrato entro casseri come è avvenuto, ad esempio, in una galleria di interconnessione della nuova linea metropolitana a Londra.

Calcestruzzo tradizionale vs calcestruzzo proiettato: la differenza sta nella posa in opera

Andrea Dari

Quanta similitudine c’è tra i calcestruzzi tradizionali e i calcestruzzi proiettati? Un esperto di calcestruzzi tradizionale può definirsi automaticamente un esperto di spritzbeton?

Carlo Comin

Se consideriamo la tecnica di proiezione per via umida, oramai la più utilizzata, si può affermare che fino alla bocca della pompa e/o della lancia, non ci sono differenze sostanziali, nel processo di produzione e trasporto, tra la miscela fresca di un calcestruzzo tradizionale e quella di un calcestruzzo proiettato; la grande differenza sta nella posa, dalla bocca della pompa e/o della lancia in poi:

• il calcestruzzo tradizionale viene pompato o versato in casseforme e vibrato, azioni abbastanza semplici da eseguire in modo appropriato;
  
  
• il calcestruzzo proiettato va additivato con la dose appropriata di additivo accelerante e proiettato secondo modalità particolari sulla superficie da rivestire, da qui l'esigenza di disporre, come già accennato, di un lancista con elevata specializzazione.

La diversa modalità di posa, per le perdite di materiale conseguenti agli effetti del rimbalzo, produce nel calcestruzzo proiettato una differente composizione finale del prodotto posto in opera, rispetto alla formulazione di progetto, ed è questo l'aspetto che caratterizza la diversità del calcestruzzo proiettato rispetto al calcestruzzo tradizionale.

Riguardo agli "esperti di calcestruzzo" ho riscontrato, nelle esperienze di cantiere ma anche, a suo tempo, di membro delle commissioni UNI che in Italia vi sono validissimi tecnici piuttosto settoriali (reologia e chimica dei cementi, produzione di calcestruzzo, trasporto) ma pochi veri esperti del processo nel suo insieme: dalla formulazione teorica delle miscele, al confezionamento, posa in opera e stagionatura protetta.

Relativamente alle competenze specifiche dei due materiali, sicuramente gli esperti di Spritzbeton sono molti di meno degli esperti di calcestruzzo tradizionale perché lo Spritzbeton non è considerato, da noi, un materiale strutturale e quindi soggetto a vincoli e verifiche stringenti.

Quando riusciremo finalmente a metabolizzare che la presenza, nella filiera produttiva, di esperti di Processo può garantire, da un lato una valida consulenza al progettista per indicare le corrette Specifiche Tecniche da introdurre, come vincolanti, nel Progetto, e dall'altro lato un insostituibile presidio in cantiere per l'ottenimento del prodotto finale conforme e durevole allora ci staremo avvicinando al famoso "break-even point" cui accennavi prima.

Calcestruzzo proiettato: le principali caratteristiche per un prodotto di qualità

Andrea Dari

Quali sono le caratteristiche che dovrebbero essere considerate per un buon calcestruzzo proiettato?

Carlo Comin

La tecnologia del calcestruzzo proiettato, negli ultimi 20 anni, ha compiuto notevoli progressi senza però riuscire a conferire al prodotto la dignità strutturale che dovrebbe avere, anziché quella di struttura provvisionale, quasi “a perdere”, come già accennato in precedenza.

Le modeste caratteristiche prestazionali richieste al materiale in sede di progettazione, facilmente ottenibili utilizzando generosi dosaggi di acceleranti a base di silicato di sodio, in assenza di precise prescrizioni, e i tempi ristretti di avanzamento dei lavori, non hanno favorito un approccio più professionale ed efficace alle modalità di confezionamento e soprattutto di posa in opera del Calcestruzzo proiettato.

La qualità finale di una struttura in calcestruzzo proiettato, infatti, è determinata dalle caratteristiche dei materiali costituenti la miscela, dalle attrezzature di proiezione utilizzate ma soprattutto dall’adozione di corrette e rigorose modalità di applicazione in opera che contribuiscono a determinare la durabilità della struttura nel lungo termine.

La qualità dell'applicazione, mi scuso ma mi devo ripetere, "dipende unicamente" dal comportamento dell’operatore alla lancia (lancista) che provvede alla posa in opera del CP orientando opportunamente l’ugello, regolando il dosaggio dell’additivo, l’intensità del flusso della miscela in uscita e la continuità e conformità dello spessore applicato.

In un calcestruzzo proiettato, a differenza del calcestruzzo tradizionale è molto importante valutare il decorso delle resistenze meccaniche nelle prime 24 ore dopo la proiezione (calcestruzzo giovane) sia per i particolari impieghi cui è destinato.

Per quanto riguarda le caratteristiche meccaniche del calcestruzzo proiettato indurito, queste dovrebbero essere indicate secondo gli stessi criteri utilizzati per le strutture in calcestruzzo tradizionale, armato o non armato, tenendo comunque conto che i criteri e le modalità di campionamento e prova sono sensibilmente differenti perché occorre predisporre il provino con le stesse modalità di posa in opera.

Controlli sul calcestruzzo delle gallerie esistenti: quando il danno è fatto non c'é rimedio

Andrea Dari

Cambiamo argomento e parliamo di gallerie esistenti. Quali controlli sul calcestruzzo si dovrebbero continuare a fare? Esiste un problema degrado a cui si dovrebbe dedicare maggiore attenzione? 

Carlo Comin

Se parliamo di gallerie in esercizio (idrauliche, stradali, ferroviarie, ecc.) la risposta è semplice: quando il danno è fatto non c'é rimedio, o si realizza una nuova opera (magari inventandoci una variante di tracciato...) o ci si rassegna a una manutenzione continua e molto onerosa sia per i costi diretti che per quelli indiretti.

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Ricordo che circa 40 anni fa, entrando in una galleria in costruzione, chiesi a un mio superiore (che era anche il Direttore dei Lavori di quel lavoro) perché non fosse prevista l'impermeabilizzazione e mi rispose un pò sarcastico: "anche se sei giovane, hai mai visto un treno che ha paura della pioggia?"  Al momento risposi che il treno no, ma il calcestruzzo una certa paura dell'acqua poteva averla....   Bene, da anni quell'opera è in continua manutenzione perché, sfortunatamente (si dice?) l'acqua di percolazione era fortemente solfatica e sta progressivamente degradando il rivestimento in calcestruzzo.

Carlo Comin

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Il degrado del calcestruzzo causato dalle acque aggressive che permeano la superficie dei rivestimenti dovrebbe essere attentamente valutato "a priori" dal progettista in quanto le acque non conoscono nel loro moto le progressive riportate nelle tavole di progetto che spesso delimitano l’impiego di calcestruzzi con differente Classe di esposizione.

In Italia molte opere, anche recenti, sono in queste condizioni e mi verrebbe da dire che il problema non è monitorare oggi il degrado esistente ma prevederlo prima della costruzione!

L'ispezione periodica delle opere in esercizio, inoltre, dovrebbe essere affidata a tecnici specializzati che sappiano "vedere" oltre l'immediato e individuare in anticipo potenziali criticità; nella realtà si interviene "a consuntivo" demandando, quasi sempre, alle imprese di manutenzione la scelta degli interventi da adottare senza una adeguata ricognizione preventiva delle cause e in assenza di una pianificazione complessiva integrata degli interventi.

Parafrasando un amico architetto il quale sostiene, in ottica politica, che "è in atto un divorzio dei Poteri dai Saperi" credo che, a livello gestionale, si stia creando una pericolosa separazione tra le responsabilità della Catena decisionale (nella quale si muovono sempre più furieri e meno generali) e la Competenza.

Sistemi costruttivi per gallerie: la sintesi di una grande evoluzione 

Andrea Dari

L’evoluzione della progettazione delle gallerie ha portato a dei cambiamenti sulla scelta dei sistemi costruttivi? C’è una maggiore richiesta di conci prefabbricati?

Carlo Comin

Ho vissuto l'epoca degli scavi delle gallerie “in tradizionale”: consolidamenti preventivi del fronte e/o delle pareti di scavo nei materiali sciolti, perforazione del fronte in roccia stabile, scavo, smarino, posa di centine e/o chiodi, applicazione del calcestruzzo proiettato, posa dell'impermeabilizzazione e getto dei rivestimenti definitivi; un mondo affascinante, pieno di imprevisti ma fatto di tanta fatica e rischio per le maestranze al fronte di scavo.

Inoltre i contenziosi tra Committente e Appaltatore, per le modalità di scavo e consolidamento da adottare erano all'ordine del giorno come gli imprevisti geologici che spesso hanno dilatato a dismisura i costi preventivati.

Poi sono apparse sempre più frequentemente le frese (TBM-Tunnel Boring Machine) utilizzate per lo scavo dei cunicoli pilota che, con diametro relativamente piccolo (3-4 m), hanno maggiore versatilità, avanzano più spedite e con incognite ridotte ma hanno il grande vantaggio sia di azzerare gli imprevisti geologici e idrogeologici per i successivi allarghi alla sezione finale sia in tradizionale che con TBM a grande sezione (9-12 m), sia di semplificare le operazioni di smarino dei materiali scavati e di approvvigionamento dei materiali di costruzione.

Il grande vantaggio dello scavo meccanizzato è evidente: solo pochi metri a tergo della testa della fresa sono esposti alle pareti non stabilizzate, l'ambiente è relativamente pulito e salubre, gran parte delle operazioni sono meccanizzate e i rischi per il personale sensibilmente ridotti rispetto ai fronti "gravidi" di un tempo.

Infine i rivestimenti sono costituiti da conci prefabbricati con processo industriale e se adeguatamente progettati, garantiscono anche la tenuta delle acque di percolazione.

Mi aspetto nel futuro abbastanza prossimo l'introduzione di macchine completamente automatizzate e comandate da remoto, idonee a movimentare e posizionare in automatico i conci degli anelli del rivestimento e magari capaci di adottare le più opportune azioni per superare gli imprevisti al fronte.

Oggi un sogno ma ci arriveremo!

Calcestruzzo del futuro per la costruzione di gallerie: requisiti e caratteristiche

Andrea Dari

Come sarà il calcestruzzo del futuro per le gallerie? cosa dovrà avere che oggi ancora non possiede? 

Carlo Comin

La risposta a questa domanda può riguardare due aspetti:

1. dal punto di vista strettamente tecnico-operativo richiamo la Prefazione del Prof. Kusterle (che ritengo uno dei maggiori esperti nel campo del calcestruzzo proiettato perché ha sempre verificato le sperimentazioni teoriche con estese e dirette applicazioni pratiche in sito) che ha sintetizzato quali dovranno essere i percorsi teorico-pratici futuri per implementare il "prodotto" calcestruzzo proiettato: utilizzo di leganti innovativi, chimicamente resistenti e resistenti al fuoco, che richiedano un basso fabbisogno d’acqua ed un rapporto legante-aggregati ottimizzato per garantire un prodotto finale di appropriata densità, impiego diffuso di SCMs per conferire alte prestazioni al prodotto applicato per via umida; ciò al fine di ottenere elevati requisiti di durabilità, pompabilità, rimbalzo, lavorabilità allo stato fresco prima della posa in opera, sviluppo iniziale della resistenza, solo per citarne alcuni;
   
   
2. dal punto di vista teorico-metodologico è necessario che il "prodotto" calcestruzzo proiettato sia adeguatamente promosso e spiegato, nelle sedi opportune, innanzitutto ai giovani laureandi  e/o laureati  e queste sedi devono essere gli atenei o gli istituti tecnici specializzati. Ma questo percorso richiede la disponibilità di docenti visionari che sappiano cogliere al volo le innovazioni e siano aperti al mercato del lavoro - in Austria, ad esempio, un professore universitario di ingegneria civile passa in cantiere a tempo pieno un periodo "sabbatico" ogni tot anni di insegnamento.

Da noi, purtroppo, la realtà è ben diversa e, ad eccezione di rari casi (cito a solo titolo di esempio positivo i proff. Francesco Biasioli e Luigi Coppola, il dott. Roberto Marino ma non solo), non induce all'ottimismo e quasi quasi mi viene in mente il ritornello di una famosa canzone: ..."tutto il resto è noia"... “mandi”!

Il Calcestruzzo Proiettato - Tecnologia e Controllo

Per saperne di più del libro citato da Carlo Comin ecco un link utile.

Il libro è stato scritto Carlo Comin e Giorgio Estrafallaces, due grandi esperti di gallerie, in cui hanno approfondito il tema dello Spritz beton toccando tutti i temi di interesse, dai materiali costituenti al mix design, dal confezionamento alla mesa in opera, fino ai controlli e a preziosi suggerimenti tecnici. 

Ecco il LINK.

In allegato riportiamo il PDF dell'interessante Prefazione al libro del Prof. Wolfgang Kusterle.  

Del libro abbiamo pubblicato anche un estratto "Degrado del Calcestruzzo Proiettato: analisi delle cause termiche e chimiche" visibile a questo LINK