IL CALCESTRUZZO PROIETTATO STRUTTURALE EDUREVOLE

Dottor SALVATORE TAVANO - Geometra GIUSEPPE ZAMBETTI

INDICE ANALITICO

1. GENERALITA’ SULLE OPERE IN SOTTERRANEO

2. GENERALITA’ SUL CALCESTRUZZO PROIETTATO

3. IL CALCESTRUZZO PROIETTATO PER VIA UMIDA

4. ADDITIVAZIONE DEL CALCESTRUZZO PROIETTATO 4.1 ADDITIVAZIONE DEL CALCESTRUZZO ANTE- PROIEZIONE 4.1.1 SUPERFLUIDIFICANTI 4.1.2 AGGIUNTE POZZOLANICHE 4.1.3 ALTRI

5. ADDITIVAZIONE DEL CALCESTRUZZO PROIETTATO NELLA FASE DI SHOTCRETING5.1 ACCELERANTI DI PRESA E D’INDURIMENTO ALCALINI5.2 GLI ACCELERANTI DI PRESA E D’INDURIMENTO ALKALI-FREE

5.3 GLI ADDITIVI COESIVIZZANTI

6. IL MIX DESIGN DEL CALCESTRUZZO PROIETTATO PER VIA UMIDA 6.1 ESEMPIO DI MIX DESIGN

7. IL CALCESTRUZZO PROIETTATO : NORMATIVE, RACCOMANDAZIONI E CAPITOLATI7.1 L’EVOLUZIONE NORMATIVA

ITALIANA

8. CONCLUSIONI

9. ESEMPIO DI CORRETTA PRESCRIZIONE DEL CAPITOLATO

10. BIBLIOGRAFIA

1. GENERALITA' SULLE OPERE IN SOTTERRANEO

Una delle principali opzioni per il recupero di spazi vitali e vivibili potrebbe essere l'utilizzazione delsottosuolo per installazioni industriali, commerciali e sociali. In attesa di questa possibile evoluzione,costruire in sotterraneo significa oggi principalmente realizzare opere per viabilità e trasporto, su strada o subinario, nonché approvvigionamento idrico e idraulico.

Ci si riferisce quindi, in particolare, a gallerie e tunnel (foto 1), sottolineando che molto si é fatto perperfezionare il collegamento tra le fasi di progettazione e di costruzione di un opera, grazie anche ai sistemibasati sul calcolo numerico, che si fondano sulla simulazione dell interazione struttura-terreno.

Nel progetto esecutivo sono normalmente definite le sezioni tipo dello scavo (fig. 2), in funzione delle qualisi stabiliscono caratteristiche e quantità degli interventi di stabilizzazione definitivi, attuati generalmente inpiù fasi.

La definizione delle sezioni tipo è funzione del prevedibile comportamento tensio-deformativo del fronte discavo e della risposta deformativa allo scavo delle formazioni attraversate. Quando si crea una cavità in unamassa rocciosa si perde infatti l'effetto di sostentamento del materiale scavato e la disposizione originaledelle tensioni, l’equilibrio naturale, viene perturbata: si ha una risposta automatica del massivo roccioso, chetenta di ritrovare un nuovo stato di equilibrio.Le deformazioni della massa nella direzione della cavità provocano una ridistribuzione delle tensioni e delleforze, deviate verso i lati del foro e che si riconcentrano in prossimità delle pareti laterali (fig. 3).

Se il materiale roccioso circostante il cavo può resistere alla ridistribuzione ed alla concentrazione delletensioni stesse, si determina uno stato di autostabilizzazione intorno alla cavità. Più frequentemente sonoviceversa necessari sistemi di sostenimento supplementari, attraverso attività di bloccaggio superficiale e diconsolidamento della roccia, con conseguente formazione del cosiddetto ARCO ROCCIOSOAUTOPORTANTE, ad evitare che le deformazioni e le tensioni prodotte eccedano i valori ammissibili perl'ammasso .Si possono distinguere tre classi di comportamento:• gallerie a fronte stabile, nel tempo, con fenomeni che evolvono in campo elastico immediati e d’entità

trascurabile;• gallerie a fronte stabile a breve termine, caratterizzate da fenomeni deformativi di tipo elastico d’entità

trascurabile presso il fronte di scavo che evolvono in campo plastico quando, con l'avanzamento, siattenua l'effetto di mantenimento dovuto al fronte stesso;

• gallerie a fronte instabile, con fenomeni deformativi di tipo plastico, fino al collasso, che coinvolgonoanche il fronte di scavo, che richiedono interventi conservativi di preconsolidamento, di presostegno e diprecontenimento dell’ammasso circostante il cavo.

2. GENERALITA' SUL CALCESTRUZZO PROIETTATOAnche nel caso delle opere sotterranee il prodotto più comunemente utilizzato è il calcestruzzo, prodottocaratterizzato da duttilità e capacita di adattamento alle più diverse forme e tecnologie d'impiego, che, seben progettato, può essere sia staticamente utile, che resistente nei confronti degli aggressivi chimici e fisicinaturalmente presenti nell'atmosfera, nell'acqua e nel suolo. Un ulteriore vantaggio del calcestruzzo, nonsecondario dal punto di vista dell'impresa specializzata, é la sua economicità rispetto ai prodotti di naturasintetica.In particolare é di larghissima utilizzazione, sia per gli interventi provvisionali, che per la realizzazione disostegni definitivi, il calcestruzzo proiettato, conosciuto dagli specialisti del settore come spritzbeton oshotcrete, quando il diametro massimo dell'aggregato é superiore a 4mm, e come gunite se confezionatocon aggregati di diametro massimo uguale o minore.Nata nel 1911 negli U.S.A. (brevetto di Carl Ethan Ankeley) e introdotta in Europa nel 1920, la tecnologia dimessa in operandi questo calcestruzzo puo’ essere classificata secondo due processi di applicazione, pervia secca o per via umida.La principale differenza tra i due processi, consiste nelle modalita di idratazione del cemento e nel tipo ditrasporto della miscela dal mescolatore alla lancia di proiezione (fig. 4).

Nel procedimento per via secca l'acqua viene aggiunta alla miscela (cemento + aggregati con umiditàsuperficiale non superiore al 6%) direttamente in corrispondenza della lancia; il trasporto avviene conimpiego d’aria ed é definito di tipo fluido; nel sistema per via umida, l'acqua viene aggiunta, come é d’uso,durante il confezionamento del calcestruzzo nel mescolatore fisso o in autobetoniera e il trasporto é definitoa “flusso denso”, in quanto viene utilizzato il sistema a pistoni di una normale pompa per calcestruzzo.In entrambi i sistemi la velocità del flusso di conglomerato viene accelerata, prima dell'uscita dalla lancia dispruzzo, utilizzando aria compressa in quantità diversa a seconda del metodo utilizzato: in linea di massimail fabbisogno é di circa 12-15 m3/min. di aria per mettere in opera 6 m3/ora di miscela secca, contro circa 8m3/min. di aria per 8 m3/ora di micela umida.Più aria significa, d'altra parte, maggiore velocità di proiezione e quindi maggiore compattazione e miglioradesione del rivestimento indurito al supporto.

Fondamentale, nella valutazione tecnico/economica di un sistema di applicazione del calcestruzzoproiettato, é la valutazione dello sfrido, cioé della quantità percentuale di parti del conglomerato che,rimbalzando dopo l'impatto sulla superficie d'applicazione, non restano aderenti al supporto. Il suo valore, piùo meno elevato in funzione del sistema utilizzato, é influenzato da:- esperienza dell'operatore alla lancia;- distanza tra sottofondo e lancia (graf. 5);- angolo di proiezione (graf. 6);- rapporto acqua/cemento (graf. 7);- tempo di presa;- pressione d'aria e velocità d'impatto (graf. 8);- rapporto aggregato/cemento;- composizione granulometrica (graf. 9);

• spessore dello strato applicato, in quanto é percentualmente superiore quando lo strato di calcestruzzoproiettato é più ridotto.

Normalmente, un operatore esperto riesce a contenere le percentuali di sfrido in:

TIPO SUPPORTO VIA SECCA VIA UMIDA parete inclinata 5 - 10 % 5 - 10 % parete verticale 15 - 30 % 10 - 20 % calotta 25 - 40 % 15 - 30 %

Uno sfrido elevato si traduce ovviamente in un elevato onere economico per l'impresa, in particolare quandosi utilizza un calcestruzzo rinforzato con fibre, oltre in una sostanziale modifica delle caratteristiche delcalcestruzzo in opera.Altro fattore di valutazione del sistema applicativo, che prende in considerazione il primario aspetto dellasalute umana, é la polverosità dell'ambiente di lavoro, normalmente superiore nel caso di applicazione con ilsistema per via secca.La sua pericolosità è funzione della sua quantita per m3, del tipo di polvere e del tempo di esposizione;numericamente il rischio é espresso dal coefficiente MAK, che rappresenta la concentrazione limite che, conun'esposizione di 8 ore/giorno e per 45 ore/settimana, non pregiudica la salute dell'operatore (tab. 10).

In considerazione dell'alta incidenza dello sfrido e dell'elevata polverosità, tipico del metodo di applicazioneper via secca, oggi in Italia questo sistema é praticamente abbandonato, in favore di quello per via umida edè su quest’ultimo che approfondiremo la nostra conoscenza.

3. IL CALCESTRUZZO PROIETTATO PER VIA UMIDACon il prevalere del sistema di applicazione per via umida, il calcestruzzo proiettato può essere consideratocome un normale conglomerato cementizio, che differisce esclusivamente nel sistema di messa in opera e dicompattazione.Come tale deve essere progettato, in relazione ai requisiti statici della struttura (resistenza meccanica) edella sua durabilità (resistenza alle aggressioni naturali), come prescritto dalla norma UNI 9858 "Prestazioni,produzione, posa in opera e criteri di conformità", sostanzialmente conforme alla pre-norma Europea ENV206.Sono identici, rispetto a un calcestruzzo ordinario, i criteri di determinazione del mix-design, le prescrizioniminime per la durabilità, per la produzione e il trasporto, nonché i criteri d accettazione in cantiere, incorrispondenza dello scarico dall'autobetoniera nella pompa per la proiezione.La differenza sostanziale tra un calcestruzzo proiettato e uno semplicemente pompato é quindisostanzialmente nel metodo di compattazione del prodotto in opera, che é di tipo statico per i conglomeraticementizi ordinari, con l'impiego della vibrazione meccanica , mentre é di tipo dinamico per i calcestruzziproiettati sulle superfici, con efficacia dipendente dalla velocità di uscita della miscela dalla lancia e dalladistanza della lancia stessa dal supporto.Normalmente, il fattore di compattazione di un calcestruzzo proiettato per via umida é assunto pari a 1:1,25;per ogni 1000 l di calcestruzzo scaricato nella tramoggia della pompa si ottengono circa 800 l dirivestimento, non tenendo in conto quanto ulteriormente perso per lo sfrido.

L’ Istituto T.F.B. di Wiledegg ha tentato di definire i principali parametri che influenzano la qualità delcalcestruzzo proiettato in opera, schematizzando i numerosissimi elementi da prendere in considerazione(graf. 11).

In particolare, occorre tener presente che questo, dopo l'applicazione, é caratterizzato da un dosaggio dicemento più elevato rispetto a quello del mix originario, causato dalle diverse percentuali di rimbalzo dilegante, aggregato e acqua (tab. 12).

L’aumento del tenore di cemento, mediamente pari al 13%, si traduce ovviamente in una maggioreresistenza meccanica ma anche in una riduzione del rapporto aggregato : cemento e quindi, a pari a/c, in unaumento del ritiro idraulico e del conseguente rischio di fessurazioni.E' compito del Progettista e del Direttore dei Lavori prescrivere i dati fondamentali del calcestruzzoproiettato; sarà invece compito del Responsabile della produzione del calcestruzzo proiettato valutare, dopoil completamento delle prove di qualificazione e la loro approvazione, la composizione della miscela infunzione del metodo applicativo scelto.La S.I.G. - Società Italiana Gallerie - ha elaborato un interessante schema funzionale (graf. 13), cherappresenta il flusso operativo con indicazione di tutti i componenti principali del processo.

Indipendentemente da quanto illustrato, il rapporto contrattuale tra il Produttore del Calcestruzzo el'applicatore, General Contractor o Impresa Specializzata che sia, é comunque del tutto simile a quello peruna normale fornitura di calcestruzzo che, in altre parole, potrà essere prescritto "a composizione richiesta",essendone stabilita la composizione sulla base di prove preliminari, oppure "a prestazione garantita", sullabase delle prescrizioni del Capitolato Tecnico e in relazione alle caratteristiche finali del rivestimento.Nella stragrande maggioranza dei casi, il rapporto è del primo tipo per l'evidente difficoltà, da parte delProduttore, di valutare le modifiche subite dalla miscela, dopo la proiezione, per effetto dei prodotti utilizzatidurante questa operazione, sia per la coesivizzazione del calcestruzzo, che per il rapido sviluppo delleresistenze meccaniche, se richiesto.Il rivestimento realizzato con shotcrete deve, quindi, essere caratterizzato da prestazioni del tuttoparagonabili a quelle ottenibili con l'impiego di un calcestruzzo normalmente pompato, casserato econvenientemente vibrato, sia per quanto concerne le resistenze meccaniche a medio e lungo termine, cheper la durabilità nei confronti delle azioni aggressive, in particolare dei solfati, spesso presenti negliammassi rocciosi circostanti il cavo, e del gelo, presente nelle aree contigue agli imbocchi delle gallerie, allefinestrature e comunque per tutte le applicazioni all'esterno.Come per un calcestruzzo ordinario, anche per il calcestruzzo proiettato è fattore determinante per un buonrisultato, il contenimento del rapporto a/c (graf. 14) e la riduzione della sua permeabilità, abbinando questiaccorgimenti all’ impiego di cementi solfato resistenti e/o di aggiunte a reazione pozzolanica, in particolare ifumi di silice, nei casi di più severo impegno.

La prestazione che, quasi sempre, differenzia sostanzialmente il calcestruzzo proiettato da quello ordinario élo sviluppo delle resistenze meccaniche iniziali, in particolare quelle a brevissimo termine (da alcuni minuti a3 - 6 ore), richiesto in relazione ai diversi sistemi di avanzamento, alle convergenze dell'ammasso roccioso ealla presenza d'acqua.La tecnologia di scavo ed avanzamento oggi più diffusa, il NATM - New Austrian Tunneling Method -prevede l'impiego del prerivestimento proiettato per la formazione di un arco roccioso autoportante, chenasce dalla collaborazione tra la capacità portante della roccia e il bloccaggio superficiale esercitato dalprerivestimento stesso (dis.15) e per attivare questa collaborazione é sufficiente applicare una forzamodesta, indicata in 0,5 Mpa.

E’ il tempo di raggiungimento di questo valore a determinare la classificazione del calcestruzzo proiettato equindi tutte valutazioni indispensabili per lo studio del corretto mix-design del calcestruzzo.Particolarmente interessante é la proposta della Austrian Concrete Society, che fornisce (graf. 16) i limiti diresistenza nelle prime 24 ore (sviluppo delle resistenze del calcestruzzo giovane).

Risulta evidente che uno shotcrete tipo J1, raggiunge la resistenza minima di 0,5 MPa in circa cinque ore, iltipo J2 in circa un ora e il tipo J3, di impiego particolare, dopo solo sei minuti.Le prove in situ o su piastra, sono di tipo indiretto (penetrometro, estrazione di chiodi, ecc.), per resistenzesino a 10 MPa, e di tipo diretto (su provini cilindrici ricavati da carote estratte) oltre tale valore.

4. ADDITIVAZIONE DEL CALCESTRUZZO PROIETTATOL’additivazione del calcestruzzo proiettato, puo essere trattata con riferimento:• alle modalità di confezionamento del calcestruzzo preconfezionato o confezionato in una centrale di

betonaggio e trasportato sino alla pompa;• alla fase di shotcreting, esaminando tipo e caratteristiche delle aggiunte effettuate nella tratta di

tubazione dalla tramoggia alla lancia.Si è già detto che il calcestruzzo proiettato deve essere considerato alla stregua di un conglomeratocementizio ordinario, almeno sino alla fase di proiezione, e che differisce da quest'ultimo solamente per lediverse modalità di messa in opera e di compattazione. Si può dire che l'additivazione del calcestruzzo ante -proiezione è problema del produttore del calcestruzzo stesso, mentre quella in fase di proiezione é dicompetenza dell'applicatore.

4.1 ADDITIVAZIONE DEL CALCESTRUZZO ANTE- PROIEZIONE

Gli additivi utilizzabili in questa fase sono quelli già ben conosciuti dai tecnologi dei produttori dicalcestruzzo:- superfluidificanti;- reattivi pozzolanici (fumi di silice, ceneri volanti, ecc.);- fibre.

4.1.1. SUPERFLUIDIFICANTI

Devono assicurare un'adeguata fluidità al calcestruzzo da proiettare, preferibilmente in classe S4 (slump dacm 16 a 20, ), con un rapporto a/c contenuto (massimo 0,50, preferibilmente 0,45) così da garantire:• la ridotta permeabilità del calcestruzzo indurito e conseguente miglioramento della sua durabilità

(graf.14);• l’ottimizzazione dell'efficacia degli additivi per la proiezione (più é alto il rapporto a/c, minore é il loro

effetto e maggiore é la percentuale dello sfrido);• la dispersione delle particelle fini (cemento+filler+inerte) e degli eventuali ultrafini aggiuntivi,

consentendone il massimo effetto tixotropizzante (graf.17);• la prestazione meccanica del calcestruzzo, anche tenendo conto di eventuali effetti negativi derivanti

dalle ulteriori aggiunte effettuate dall'applicatore.

4.1.2. AGGIUNTE POZZOLANICHE

Il loro impiego può essere previsto qualora debbano essere migliorate alcune caratteristiche delcalcestruzzo, in condizioni applicative particolarmente impegnative o per situazioni specifiche quali:

• aumento della tixotropia della miscela, in particolare con i fumi di silice, per consentire la proiezione delloshotcrete sia su superfici verticali, che in calotta, con ridotto dosaggio di accelerante (minore riduzionedelle resistenze a medio/lungo termine) o, in determinati casi, con la eliminazione totale dell'accelerantestesso (rocce stabili, necessità di finitura superficiale del rivestimento ecc.). In ogno caso l'effettotixotropizzante, tipico dei fumi di silice, riduce lo sfrido e migliora, di conseguenza, la redditività e il costodello shotcrete in opera. L'aggiunta di fumo di silice determina inoltre il miglioramento delle caratteristichedi pompabilità del calcestruzzo;

• applicazione dello shotcrete in presenza di aggressioni dell'ambiente, in particolare in presenza di solfati.

Ricordando che, normalmente, l'attacco solfatico si manifesta in seguito alla reazione tra il solfato stesso egli alluminati del cemento, con formazione di ettringite o della più distruttiva thaumasite, quest’ultima in

particolare nelle condizioni tipiche di umidità e temperatura nelle gallerie; l'effetto protettivo determinatodall'aggiunta dei reattivi pozzolanici consiste in:• riduzione e eliminazione della calce libera idrosolubile, capace di produrre gesso in presenza di solfato

(fig.18);• riduzione drastica della permeabilità all'acqua del calcestruzzo indurito, a seguito della più omogenea

tessitura dei cristalli di idrosilicato e della ridottissima porosità della pasta cementizia (fig.19).

4.1.3. ALTRI

Per ridurre il possibille decadimento della qualità del calcestruzzo dovuti alla preidratazione del cementoprima dell'operazione di shotcreting e per migliorare la flessibilità della gestione delle risorse impiegate nelleattività di costruzione del tunnel, con assorbimento di ritardi operativi non prevedibili (sosta nonprogrammata delle autobetoniere, eventuali restrizioni d'orario per la produzione e il trasporto nelle areeurbane ecc.), sono utilizzabili additivi definiti come inibitori temporanei della presa, caratterizzati dallapossibilità di blocco temporaneo del processo di idratazione del cemento, da 4-5 ore a 72 ore circa, adazione semplice o combinata con un efficace effetto superfluidificante e riduttore d'acqua.L'abbinamento successivo con un accelerante di presa compatibile (graf. 20), aggiunto durante laproiezione, riattiva immediatamente l'idratazione del legante, senza pregiudizio sulla reattivitàdell'accelerante stesso.

5. ADDITIVAZIONE DEL CALCESTRUZZO PROIETTATO NELLA FASE DI SHOTCRETINGIl compito degli additivi per la proiezione é sostanzialmente quello di consentire l'autosostentamento delcalcestruzzo durante l’applicazione, che avviene in singole passate di spessore anche maggiore di 10 - 15cm.In pratica é indispensabile che la forza di coesione del calcestruzzo fresco, appena proiettato, sia maggioredel carico determinato dal peso del rivestimento applicato (per uno strato di 10 cm, il calcestruzzo pesacirca 230/240 Kg/m2).Questa prestazione é raggiungibile:• accelerando con idonei additivi la reazione di presa del legante;• producendo un immediato e eccezionale aumento della coesione del calcestruzzo attraverso l'aggiunta,

alla lancia, di additivi gelogeni (istantanea formazione di un gel per reazione tra il gelogeno e il cemento)o di additivi coesivizzanti.

Altri elementi da tenere in considerazione sono la velocità e il metodo di avanzamento, se si opera ingalleria, e l’eventuale presenza di diffusi trasudamenti d'acqua, che determinano la necessità di un più omeno rapido sviluppo delle resistenze meccaniche nel brevissimo e breve termine (da pochi minuti a pocheore).

5.1 ACCELERANTI DI PRESA E D’INDURIMENTO ALCALINI

Sono gli additivi per la proiezione più conosciuti e utilizzati, anche a sproposito, e per comprendere il loromodo di operare é utile richiamare qualche informazione sui meccanismi della presa del cemento.Ognuno dei principali costituenti del clinker di Portland (il silicato tricalcico C3S, il silicato dicalcico C2S,l'alluminato tricalcico C3A, il ferro-alluminato tetracalcico C4AF, il solfato di idrato di calcio, gesso, S) esercitaun particolare compito nel processo di presa del legante, differenziandosi per i diversi valori del calore diidratazione e di velocità di reazione.Il C3A é il più reattivo: immediatamente dopo il contatto con l’acqua, una sua parte reagisce con il gessoformando Ettringite. In parallelo, avviene la prima reazione tra il C3A stesso, l'idrossido di calcio e l'acqua,che porta alla formazione di alluminato tetracalcico idrato.Queste forti reazioni iniziali si bloccano dopo alcuni minuti, iniziandosi a manifestare, a questo punto, lacosiddetta" fase dormiente "dell'idratazione, che può estendersi anche alcune ore e la cui fine caratterizza

l'inizio della presa del cemento (graf. 21): la durata di questa fase deve essere ridotto, anche drasticamente,attraverso l'impiego degli acceleranti di reazione.

Il C3A determina quindi la velocità della presa, mentre il successivo sviluppo della resistenza é attribuibilealle reazioni dei silicati di calcio.E’ evidente che la composizione chimica del cemento non é il solo criterio per determinarne la reattività maesistono altri parametri, quali la sua finezza di macinazione, il fabbisogno d'acqua e la temperaturaambiente.Gli acceleranti per lo shotcreting possono essere classificati come:• alcalini, spesso caustici, che riducono più meno sensibilmente le resistenze meccaniche nel tempo

rispetto a quelle del calcestruzzo base;• alkali-free e non caustici che, al contrario, non determinano un abbassamento delle resistenze ma

spesso ne favoriscono il miglioramento, anche nei confronti di quelle del calcestruzzo consegnato nellatramoggia della pompa spruzzatrice.

Della prima famiglia, fanno parte i sali solubili di metalli alcalini e alcalino-terrosi, i più conosciuti dei qualisono i silicati e gli alluminati.In Italia, l'impiego dei silicati é estremamente comune, per motivi di non ben valutato costo economico e perla violenta reazione di presa, sia pure con dosaggi d'impiego eccessivamente alti, tra il 15% ed il 20%, conconseguente massiccio e dannoso apporto di alcali nell'ambiente.

Diversi autori, hanno dimostrato che i silicati accelerano l'idratazione del C3S, determinando anche laformazione di Tobermorite in un tempo molto ristretto.Utilizzando silicato di sodio questo fenomeno é ridotto in dipendenza del grande apporto alcalino,responsabile della caduta delle resistenze finali del calcestruzzo indurito (tab. 22) e dell'aumento deifenomeni di ritiro e della formazione di efflorescenze.

Questo tipo di accelerante viene normalmente aggiunto solo in corrispondenza della lancia, nel flusso dicalcestruzzo aerato, già interessato dall'aria compressa propellente (fig. 23).

Gli acceleranti a base di alluminati, sempre alcalini e anche caustici, sono viceversa utilizzabili in dosaggimolto bassi, con conseguente minor apporto di alcali nell'ambiente e nel calcestruzzo. La loro azioneconsiste nell'accelerare la reazione tra il C3S ed il gesso, di fatto annullando la durata della fase dormientedell'idratazione, che viene quindi velocizzata attraverso una maggiore e più rapida formazione di ettringite,con un tempo di reazione variabile tra 1 e 5 minuti.Questi prodotti rispondono inoltre alle raccomandazioni dell'EFNARC, che suggeriscono di limitare l'aggiuntadegli acceleranti ad una percentuale massima dell 8% sul peso del cemento.Ampie sperimentazioni hanno dimostrato che, contrariamente a quanto capita con i silicati di sodio,l'incremento del dosaggio di alluminato oltre determinati valori, non comporta una maggiore accelerazionedella presa e che il range di utilizzo ottimale, a seconda del tipo di cemento, varia dal 3% al 6%, pari quindi aun quinto rispetto allo standard del silicato di sodio, più noto.Il minor apporto di alcali nel calcestruzzo riduce l'abbattimento della resistenza del conglomerato indurito,nell'ordine del 30% massimo.Leggermente modificato é anche il sistema di aggiunta di questi prodotti, non verificandosi l'effetto collatipico dei silicati; pertanto l’additivo viene iniettato, sempre nella zona di calcestruzzo aerato, a circa 4-6metri dalla lancia di spruzzo (fig. 24).

5.2 GLI ACCELERANTI DI PRESA E D’INDURIMENTO ALKALI- FREELa crescente richiesta di shotcrete idoneo per la realizzazione di rivestimenti finali e quindi caratterizzati daelevate resistenze meccaniche alle brevissime (6 primi - 4 ore), brevi (24 - 48 ore) e lunghe stgionature (28 -90 giorni) ha spinto alla ricerca di prodotti a limitata pericolosità, cioè di additivi acceleranti non caustici,contenenti solo minime quantità di metalli alcalini (< 1%), che non determinino una sensibile caduta delleresistenze del conglomerato proiettato (graf. 25); sulla spinta, nei primi anni 90, di un importante programmadi ricerca Europeo, si è arrivati alla proposta commerciale di formulazioni di additivi altamente prestazionali.

I prodotti più efficaci sono i sali neutri inorganici, a bassissimo contenuto di alcali e cloruri, costituiti da unmelange di alluminio amorfo con solfati, nitrati o formiati solubili di metalli alcalino - terrosi o di metalli ditransizione, e quelli organici a reazione neutra appartenenti alla famiglia degli acidi α - hidroxi - carbossilici.Attraverso lunghi test, si è proceduto alla caratterizzazione dei conglomerati cementizi proiettati, sotto ilprofilo dello sviluppo delle resistenze meccaniche e dello sfrido. Anche in relazione alle esigenze progettualie ai tipi di cementi utilizzati sui cantieri di un grande progetto nazionale, si sono individuate le miscele baseottimali da utilizzare, con cementi CEM II A/L 42,5 e CEM IV A 42,5R, che riportiamo di seguito (dati per mc):

Cemento 400 kgAggregato, max nominale 12 mm 1800 kgAcqua d’impasto (a/c = 0,50) 200 kgAdditivo superfluidificante (+1,5%) 6 kgSlump (Classe S4) 19 cm

In fase di proiezione sono stati utilizzati acceleranti alkali - free, dosati in ragione del 4% sul peso delcemento, pari a 20 Kg di additivo per mc di calcestruzzo.

Sono state confezionate piastre da cm 60 x 60 x 15 (foto 26), attraverso la proiezione di miscela cementiziacon e senza accelerante, dalle quali ricavare provini cubici da cm 10 x 10 x 10 per le determinazioni a 24ore, 7d, 28d e 90d; molto importante è stata la verifica, con prove in situ, dello sviluppo delle resistenze tra 6primi e 24 ore, secondo il metodo riportato sulle Guideline Shotcrete della Austrian Concrete Society(penetrometro con ago ∅ 9 mm per la determinazione dell’evoluzione della presa; con ago ∅ 3 mm perresistenza sino a 1,2 MPa; successivamente attraverso penetrazione e successive estrazione di chiodi Hiltisecondo le esperienze di Lukas/ Kuesterle).

I risultati, mostrati in grafici e tabelle (graff. 27-28; tab. 29), forniscono chiare indicazioni circa l’ottimocomportamento dell’accelerante alkali-free, sia con il CEM II A/L che, in particolare con il CEM IV A;quest’ultimo dato è di concreta importanza in quanto evidenzia la possibilità di impiego di un cementopozzolanico in ambiente frequentemente soggetto ad aggressione da solfato.

I betoncini proiettati si collocano sostanzialmente nel campo J3 di classificazione in funzione delle resistenzea compressione nelle prime 24 ore (graf. 30), senza le negative limitazioni di questo tipo di calcestruzzo,normalmente penalizzato a 28 e 90 gg. e questo vuole dire possibilità di impiego di una miscela arapidissimo sviluppo delle resistenze anche per una funzione permanentemente strutturale.

Molto importante è anche l’aspetto del contenimento dello sfrido, sia in relazione ai suoi aspetti economici,che ambientali; una delle caratteristiche essenziali degli acceleranti alkali-free è di consentire la proiezione diuna miscela plastica nei primi secondi dopo l’applicazione, così che l’impatto del materiale sulla superficieavviene con ridotto rimbalzo.Attraverso la valutazione del rapporto in peso tra il calcestruzzo proiettato e il materiale a terra, si sonodeterminate percentuali di sfrido tra il 5,5% e il 7%, sicuramente migliorative nei confronti degli usuali 15% -25%.

5.3. GLI ADDITIVI COESIVIZZANTI

La proposta di proiezione del calcestruzzo senza accelerante, quando non vengono richieste resistenzeiniziali elevate, é ancora spesso accolta con perplessità da parte degli operatori italiani, fortementecondizionati dall'abitudine all'impiego di calcestruzzi impropriamente accelerati, anche per carenza diprescrizioni di capitolato ; questa tecnologia é invece già utilizzata al di fuori dei nostri confini.A tale scopo vengono utilizzati per la proiezione, additivi detti coesivizzanti, che determinano il rapidissimo“addensamento” del calcestruzzo dopo la proiezione, che raggiunge in brevissimo tempo elevate resistenzedi coesione interna, tali da assicurare l’autosostentamento dello shotcrete anche senza intervenire sullapresa del cemento.Un sistema ormai molto collaudato si basa sulle caratteristiche prestazionali della silice (SiO2), il sol di silice,da non confondere con il fumo di silice, costituito anch’esso fondalmentalmente da SiO2 ma che, essendouno scarto di produzione, contiene anche altri composti più grossolani.Il sol di silice a purezza assoluta é talmente fine da potersi presentare sotto forma di dispersione colloidale,stabile in acqua che a contatto con il cemento, forma un gel ad effetto coesivizzante: da qui la definizione diadditivo gelogeno.

Applicazioni pratiche hanno dimostrato che l’aggiunta al calcestruzzo proiettato del 3% di additivo, sul pesodel legante, ne consente la messa in opera, anche in calotta, con singole passate di spessore sino a 20 - 30cm.L'elevatissima superficie della silice colloidale, circa 200 - 350 mq/gr, contro i 20 mq/gr del fumo di silice egli 0,25-0,45 mq/gr di un cemento (fig. 31), determina infatti la rapida e abbondante formazione diTobermorite, in quantità superiore a quella normalmente riscontrabile nell’idratazione normale del cemento,fissando inoltre la calce libera e migliorando, di conseguenza, sia le resistenze meccaniche del calcestruzzonel tempo, che la sua impermeabiltà e durabilità nei confronti degli aggressivi naturali (graf. 32).

Si ricorda che per la Norma DIN 1045 un calcestruzzo é considerato impermeabile se la penetrazionemassima dell'acqua non supera i 50 mm ed é accettato, nel caso di attacchi chimici solo se la penetrazionemassima è inferiore a 30 mm (prova secondo DIN 1048, piastre da cm 20x20x12).E' quindi da prendere attentamente in considerazione, nel processo di proiezione del calcestruzzo per viaumida, la proposta di utilizzo di questa famiglia di prodotti, in quanto può essere combinata, sia con gliadditivi della miscela in betoniera o autobetoniera, sia con gli eventuali acceleranti, da utilizzarsi neldosaggio minimo indispensabile allo sviluppo rapido della resistenza, lasciando all’additivo coesivizzante ilcompito di assicurare la densificazione del calcestruzzo sufficiente per il proprio autosostentamento.Questa tecnologia potrà essere la soluzione ottimale per l'insieme dei problemi tecnico/applicativi, per laqualità del rivestimento proiettato e per il rispetto della salute e dell'ambiente.In senso lato, anche i più noti silica fume possono essere considerati additivi coesivizzanti ma la loro azionenon è istantanea, come nel caso descritto ; il loro impiego è comunque auspicabile per il miglioramento dellaqualità della miscela base e per l’ottimizzazione del rapporto prodotto applicato/materiale a terra, quindi dellosfrido.

6. IL MIX DESIGN DEL CALCESTRUZZO PROIETTATO PER VIA UMIDASi è visto, nella prima parte di questo articolo, che il calcestruzzo proiettato é del tutto simile a un normaleconglomerato cementizio pompato: la sola differenza tra i due prodotti consiste nella diversa metodologia dimessa in opera e di compattazione.Sono quindi simili i parametri da considerare nella progettazione della miscela, in relazione ai requisiti staticidi durabilità, come prescritto dalla ENV 206 e dalla UNI 9858.Il mix design, l’operazione attraverso la quale vengono proporzionati i componenti del calcestruzzo, deveovviamente realizzare un compromesso tra l'esigenza prestazionale del progetto (resistenza/durabilità) e lascelta dei materiali più idonei, reperibili in loco.Nel caso del calcestruzzo proiettato, occorre prendere in considerazione anche le modifiche apportate,durante e dopo il getto, dagli additivi specificatamente adottati (acceleranti, gelogeni, ecc).In linea di massima, anche per la carenza di norme specifiche, almeno a livello nazionale, l’esperienza e lasperimentazione portano a consigliare:

• aggregati con diametro massimo normalmente non maggiore a 16 mm, in relazione all'attrezzaturautilizzata;

• rispondenza dell'aggregato alle prescrizioni della UNI 8520;• distribuzione granulometrica: frazione 0-4 mm 50÷70% frazione 4-8 mm 20÷30% frazione 8-16 mm 10÷20%

E' importante non eccedere la percentuale prevista per la frazione 8-16 mm, onde evitare il corrispondenteincremento della percentuale del rimbalzo;

• la quantità di frantumato non deve superare il 70 % del peso totale dell'aggregato;• la curva granulometrica, con particolare riferimento al contenuto di finissimi (cemento+filler-inerte +

eventuale filler reattivo), deve essere tale da garantire la facile pompabilità del calcestruzzo.

Gli altri parametri essenziali per il mix-design sono quelli classici:- tipo e classe del cemento;

- classe di consistenza;- classe di resistenza del calcestruzzo indurito.

6.1 ESEMPIO DI MIX DESIGN

Assumendo, di dover progettare un calcestruzzo proiettato caratterizzato da:

• classe di resistenza C 25/30;• cemento CEM I - tipo 42,5 R;• aggregato frantumato, diametro max. 16 mm;• classe di consistenza S4;• classe di esposizione (UNI 9858) 5/b (ambiente moderatamente aggressivo per presenza di solfati);

si ottiene:• valore massimo di a/c per la resistenza C 25/30 pari a 0,56 (tab. 33);• valore massimo di a/c per la classe di esposizione pari a 0,50 (prospetto III - UNI 9858);• rapporto a/c adottato per il calcolo pari a 0,50 (valore più basso tra i due);• fabbisogno di acqua per classe di consistenza S4, tipo e diametro massimo dell'aggregato pari a lt. 240

(tab. 34);• con l'aggiunta di un superfluidificante dosato in ragione dell’1% sul peso del cemento, l'acqua viene

ridotta del 20%, pari a lt. 190/mc;• il dosaggio di cemento è pari a (I90/0,50), cioè di 380 Kg.La composizione di un metro cubo di calcestruzzo Ë pertanto, in prima approssimazione:

kg lt kg- cemento 380 122 380- acqua 190 190 190- aria 0 10 0- aggregato S.S.A. ---- 678 1795- peso totale cls teorico 2365

Considerando la perdita di resistenza dovuta alla fase di applicazione per le ipotesi:- A - silicato di sodio dosato al 15% : perdita pari al 50%;- B - alluminato dosato al 4% : perdita pari al 30%;- C - alkali-free dosato al 6% e/o coesivizzante dosato al 3%: perdita pari allo 0%.Si ottengono i seguenti valori modificati :

Considerando da ultimo, che il dosaggio di cemento effettivo sul paramento aumenta di circa il 13%, pereffetto dello sfrido differenziato tra i vari costituenti e del tipo di additivo utilizzato per lo shotcreting, i mix-design possono essere ulteriormente raffinati, partendo dal ricalcolo del dosaggio di cemento di partenza.

TIPO DI MISCELA A B C- Cemento Kg/mc 580 435 330- Acqua " 190 190 190- Aggregato S.S.A. " 1625 1750 1840- Peso totale cls. " 2395 2375 2360- Superfluidific. " 5,8 4,3 3,3

Quanto sopra riportato non gode del supporto di capitolati adeguati, essendo quelli disponibili quasi sempreapprossimativi o incomprensibilmente limitativi.

Ancora oggi, nella maggioranza dei casi, si scrive che "per conseguire fluidità/coesione e rapidità di presa.....dovrà essere impiegato cemento ad alta resistenza dosato in ragione di almeno 500 Kg/mc”, con laprescrizione di eventuale impiego di additivi superfluidificanti e acceleranti di presa, senza alcuna indicazionicirca il loro dosaggio massimo, la resistenza del calcestruzzo proiettato giovane, ecc.E' evidente che questa voce "tutto fare” non può assolutamente caratterizzare un prodotto di qualità ma solo"qualche cosa che sta su ", con funzione più o meno provvisionale. Il basso costo di valutazione esclude poiqualunque evoluzione migliorativa.

Deve sicuramente essere incentivata la massima riduzione del dosaggio di accelerante, a favore dicostituenti coesivizzanti, definendo meglio le caratteristiche dello shotcrete in relazione alla classificazionedello scavo; deve essere il Direttore dei Lavori ad autorizzare l'impiego di prodotti fortemente acceleranti, esolo a fronte di eventi particolari, prevedendone il negativo effetto sulle caratteristiche prestazionali neltempo e suggerendo le azione correttive atte a mantenere il livello di resistenza richiesto.

7. IL CALCESTRUZZO PROIETTATO: NORMATIVE, RACCAMANDAZIONI E CAPITOLATI.

Il calcestruzzo proiettato é generalmente considerato, Italia, alla stregua di un sistema di protezioneprovvisionale delle superfici di scavo delle costruzioni in sotterraneo (foto 35) .

Questa limitazione é diretta conseguenza della inadeguatezza o addirittura dell’assenza di norme tecniche diriferimento e, conseguentemente, delle limitate prescrizioni dei capitolati d'appalto, che normalmente nedemandano l’applicazione alla discrezionalità dell'impresa appaltatrice, ignorando la possibilità d'impiegare ilcalcestruzzo proiettato quale sistema integrativo e in alcuni casi sostitutivo del tradizionale rivestimentorealizzato con calcestruzzo pompato e vibrato.La difficoltà del sistema a recepire in questo campo un'evoluzione già consolidata nelle aree geografiche delcentro Europa, discende da un colpevole disinteresse da parte delle grandi committenze pubbliche neiconfronti delle innovazioni, con conseguente mancanza di stimoli sia nei confronti dei progettisti che,ovviamente, dei costruttori; in questo caso ci si trova di fronte a un inconcepibile scollamento tra la capacitàdell'ingegnere geotecnico e del geologo nella progettazione generale dell'opera galleria la limitatacomprensione delle modalità di azione del calcestruzzo proiettato nelle varie situazioni geotecniche.Analizzando brevemente due capitolati tecnici relativi a opere in sotterraneo [1,2], se ne possono rilevare leprincipali lacune.In [1] é scritto:

“...Il conglomerato cementizio da applicare a spruzzo per il rivestimento di prima fase dovrà essereconfezionato nel rispetto delle prescrizioni di cui all' art. ___ delle presenti norme; dovrà essere di tipo II, conRck ≥ 30 MPa, confezionato con l'impiego di aggregati di appropriata granulometria continua e di dimensioninon superiori a 15 mm, tali da poter essere proiettati ad umido con le normali attrezzature da spritzbeton; ilrapporto acqua:cemento non deve essere superiore a 0,5 .Per conseguire fluidità, coesione e rapidità di presa, senza compromettere le caratteristiche di resistenza delconglomerato, dovrà essere impiegato cemento ad alta resistenza dosato in ragione di almeno Kg 500 permc di impasto, con l'adozione di additivi ad azione fluidificante ed accelerante di presa, compatibili con ilcemento impiegato....”Sostanzialmente non vengono precritte altre caratteristiche del calcestruzzo e viene stabilita l'applicabilitàdelle norme dell'articolo, in toto, anche per il rivestimento provvisionale del fronte di scavo e delle pareti delcunicolo eventualmente realizzato con fresa a testa rotante.In [2] si trova:“...il conglomerato cementizio sarà lanciato a pressione con idonea macchina spruzzatrice e con tutti gliaccorgimenti e le apparecchiature necessarie ad impedire fenomeni di decompressione del terreno o dellerocce circostanti....(omissis) ...la composizione del conglomerato cementizio lanciato a pressione dovràessere preventivamente studiata dal General Contractor per ottenere la resistenza richiesta dal progetto.Comunque la resistenza media a compressione, a 48 ore dalla posa in opera, determinata con prove dischiacciamento su 4 carote, dovrà risultare non inferiore a 13 MPa.... (omissis)...in ogni caso, ilconglomerato cementizio conterrà in un mc:

• inerte, lavato e vagliato, possedente una curva granulometrica continua con grani di dimensione nonsuperiore a 10 mm;

• almeno 4,5 quintali di cemento tipo 425 o superiore...”Non vengono fornite prescrizioni relative alla classe di resistenza a 28 giorni, né all'eventuale impiego diadditivi e aggiunte.In entrambi i casi il calcestruzzo proiettato é quindi sostanzialmente prescritto come un conglomerato acomposizione, non fidandosi evidentemente il Committente delle capacità tecnologiche dell'applicatore, inparticolare delle modifiche apportate durante la fase di proiezione.E’ questa un impostazione tipicamente derivata dall'utilizzo sconsiderato di acceleranti alcalini, in particolaresilicato di sodio, aggiunto sempre e comunque, collante che consente al calcestruzzo di “restare sù”, piùche come mezzo per un utile sviluppo delle resistenze meccaniche nel breve e lungo periodo.Per questa sbagliata cultura si impongono impropriamente altissimi dosaggi di cemento, sicuramente coneffetto negativo su altre proprietà del conglomerato quali la durabilità nel tempo, e di fatto si limita lapossibilità di qualsiasi ricerca evolutiva.L'orientamento comune in altre realtà tecnologicamente più evolute, è viceversa quello di limitare il dosaggiodi cemento a un massimo di Kg 350/mc, con ovvie riduzioni del rischio di fessurazione da ritiro, di eccesivovalore del modulo elastico e così via.Per quale misteriosa ragione non vengono prescritte le resistenze iniziali del calcestruzzo proiettato?Una proposta interessante viene dalle norme Austriache, che identificano i diversi tipi di shotcrete siasecondo la resistenza caratteristica a 28 giorni (in determinati casi anche a 60 o 90 giorni), che attraversol'evoluzione della resistenza dai primi minuti dopo l'applicazione sino alle 24 ore. Per esempio uno shotcreteprovvisionale é classificato come Rck 20 / J1 (Fig. 31).Quanto sopra evidenzia come non vengano prese in considerazione le due più comuni situazionicomportamentali del rivestimento proiettato .Nel primo caso la struttura di rivestimento in calcestruzzo proiettato deve evitare il distacco ol'allontanamento dei singoli cunei che costituicono l'ammasso roccioso ed é quindi considerata di "sicurezza"e "provvisionale" in attesa del rivestimento definitivo.Il secondo comportamento é tipicamente strutturale: poiché l'elemento di sostegno deve offrire unapressione di confinamento su tutto il contorno dello scavo, la sua funzione statica e i criteri di progetto sonosostanzialmente analoghi a quelli di altri tipi di rivestimento (calcestruzzo gettato in opera e vibrato, elementiprefabbricati, ecc.) per i quali é essenziale l'effetto arco già descritto nella prima parte di questo articolo.Anche in Italia, negli ultimi anni, l'adozione sempre più frequente di sistemi di sostegno "attivi", similarmentea quanto previsto nel metodo austriaco NATM, ha portato a una nuova visione del calcestruzzo proiettatocome elemento indispensabile nel processo costruttivo in sotterraneo.Una ancora ridotta parte dei progettisti rivolge la propria attenzione, oltre che agli aspetti statici e dinamicidelle strutture, anche a quelli esecutivi delle opere, nonché alla qualità dei materiali impiegati ed allamanutenzione dei vari elementi strutturali: é il concetto di “durabilità” particolarmente importante nel caso distrutture, a contatto con il terreno e con acque potenzialmente aggressive, di non agevole ispezionabilità unavolta poste in opera.E’ da ritenere pertanto largamente insufficiente un capitolato che si limiti a prescrivere, per gli shotcrete, lasola classe di resistenza senza indicazione dei requisiti di durabilità in relazione alla prevedibile classe diesposizione.In altre realtà, europee o extracontinentali si è già da molto tempo provveduto alla redazione di normative elinee guida specifiche, tra le quali ricordiamo :-Guideline on Shotcrete (Austria);-Guideline for Shotcreting (Finlandia);-Stahlfaserbeton (1991) - Working Group Shotcrete DIN 18551 (Germania);-Guide to Shotcrete - Reported by ACI Committee 506 (U.S.A.);-SIA - standard 198 (Svizzera);-UNE 83 - 607 - 94 - Hormigòn y mortero proyectados (Spagna);-Specification for Sprayed Concrete, a cura dell'EFNARC (The European Federation of National Associations of Specialist Contractors and Material Suppliers for the Costruction Industry).Dall’elenco dei titoli, risulta preponderante la presenza di linee guida che evidenziano la specificità delcalcestruzzo proiettato, non tanto dal punto di vista dei materiali costituenti, quanto per i sistemi diapplicazione e i controlli in situ.

Tra queste riteniamo che siano particolarmente interessanti la Guideline Shotcrete della ÖsterreichischerBetonverein, che è ormai la base per la nuova norma CEN sul calcestruzzo proiettato, già sopra richiamataper i fusi di identificazione dello sviluppo delle resistenze del calcestruzzo giovane, e la Norma Svizzera SIA198 del 1993, che è la base contrattuale per i lavori in sotterraneo quali gallerie, cunicoli, caverne e pozzi. Ilcalcestruzzo proiettato è, in questo caso, identificato in quattro classi:

A - calcestruzzo senza funzione portante;B - calcestruzzo con funzione portante temporanea;C - calcestruzzo con funzione portante permanente;D - calcestruzzo con caratteristiche particolari ( es.: impermeabile all’acqua, resistente agli aggressivi chimici).

Per ogni classe viene definita la resistenza a compressione:A: B 25/15B: B 30/20C: B 35/25D: secondo le esigenze dell’opera.

Il primo valore corrisponde alla media aritmetica delle resistenze cubiche a compressione; il secondorappresenta il valore caratteristico della resistenza alla compressione, determinante per la verifica dellasicurezza strutturale.Per la realizzazione del primo strato di prerivestimento di sicurezza, è esclusivamente previsto l’impiego dicalcestruzzo proiettato di classe B; i documenti d’appalto devono definire le specifiche esigenze d’impiegodel calcestruzzo classe D, per quanto concerne la resistenza, l’impermeabilità all’acqua, la resistenza al gelocon o senza sale, la resistenza agli aggressivi chimici, l’aderenza, la resistenza all’abrasione, l’aspettosuperficiale ecc.Attraverso questo documento, al prescrittore, progettista e general contractor, vengono quindi forniti glielementi di identificazione del prodotto da applicare e le relative valutazioni economiche.

7.1 L’ EVOLUZIONE NORMATIVA ITALIANA.

L'assoluta carenza di norme italiane di riferimento, relativamente a questo prodotto, non facilita il prescrittoretanto che l’UNI, attraverso l’Unicemento, ha finalmente attivato un gruppo di lavoro ad hoc “CalcestruzziProiettati”, con lo scopo di redigere una norma nazionale specifica, anche sulla base delle indicazioni dellafutura norma europea redatta dal CEN/TC 104/WG 10.La norma italiana è molto descrittiva e si prefigura, come la UNI 9858, come una guida di istruzione, oltreche una norma pura e semplice; questo per fornire al tecnico anche una serie di informazioni utili a sopperirealla diffusa incompetenza rigurdante questa tecnologia applicativa.Per la più completa illustrazione dei temi, si articola su 10 capitoli e su 4 appendici e i punti salienti sono:• scopo e campo di applicazione: la presente Norma ha per oggetto la definizione, la composizione, le

modalità di confezione, il controllo e la posa in opera del calcestruzzo proiettato.Nella valutazione delle caratteristiche prestazionali del calcestruzzo proiettato dovranno essere utilizzati, ovenon diversamente prescritto nella presente Norma, i simboli, le unita’ di misura e le modalità di provadescritte dalla UNI 9858.

• Classificazione:in funzione della classe di resistenza, la resistenza a compressione del calcestruzzo proiettato deve esserespecificata in accordo con la UNI 9858 in classi di resistenza e le resistenze sono valutate su provini cilindriciricavati da carote estratte da pannelle di prova o in situ.Le classi di resistenza del calcestruzzo proiettato, riferite alla resistenza cubica, sono:

Classe di resistenza Resistenza caratteristica R’ck in MPa CP15 15 CP20 20 CP25 25 CP30 30 CP40 40

La resistenza caratteristica a compressione dei calcestruzzi proiettati strutturali deve risultare superiore ouguale a 15 MPa;• in funzione dell’impiego, il calcestruzzo proiettato puo’ essere classificato nelle seguenti categorie

• in funzione della curva di sviluppo delle resistenze meccaniche del calcestruzzo giovane, il calcestruzzoproiettato puo’ essere classificato a rapido o a normale sviluppo delle resistenze, quando presentaresistenze meccaniche, alle varie determinazioni, uguali o superiori ai valori minimi prescritti in tabella perla singole categorie

Il capitolo materiali classifica, tra gli altri, gli additivi e aggiunte per la miscela base e quelli per la proiezione,con un cenno anche alle fibre; tra tutti richiamiamo:• additivi per la miscela base sono quelli normalmente utilizzati nel calcestruzzo ordinario e quindi i

superfluidificanti, ecc;• aggiunte per la miscela base, che sono anche in questo caso quelle già conosciute, in particolare il fumi

di silice;• le fibre, che hanno la funzione di modificare e/o migliorare alcune proprietà sia allo stato fresco che

indurito del calcestruzzo proiettato;• gli additivi per la proiezione sono quelle sostanze che vengono introdotte nella miscela al momento della

proiezione e devono rispondere ai requisiti della norma europea prEN 934-5. Tra questi sono difondamentale importanza gli:

• additivi acceleranti di presa e/o indurimento, già ampiamente sviscerati nella parte tecnologica dellarelazione; vengono introdotti alcuni concetti rivoluzionari, quali:

• la limitazione del dosaggio al 12% in massa sulla massa del cemento;• la resistenza a compressione dopo l’aggiunta deve essere, a 28 giorni, pari ad almeno il 75% di quella

misurata su provini, aventi uguale forma e dimensione, ricavati dalla piastra confezionata con ilcalcestruzzo proiettato di riferimento;

• non devono avere riflessi negativi sull’igiene e sulla sicurezza sul luogo di lavoro;• devono essere caratterizzati da assenza di inquinamento nei confronti dell’ambiente naturale.

Nel computo del rapporto a/c deve essere tenuto conto del contenuto d’acqua dell’additivo.• Additivi coesivizzanti, che hanno lo scopo di far “rapprendere” la miscela fresca in modo che il

calcestruzzo proiettato possa autosostenersi, anche con elevato spessore, anche in assenza di rapidosviluppo delle resistenze meccaniche.

• Il capitolo 6 fornisce i requisiti della miscela base e del calcestruzzo proiettato in opera e i controlli sulcalcestruzzo prima e dopo la proiezione.

In particolare l’Art. 6.2.4.1. fornisce il metodo per la stima della resistenza caratteristica del calcestruzzo, chesi basa sui risultati ottenuti nelle prove a compressione su più prelievi secondo quanto previsto dalla UNI9858, su provini cilindrici ricavati da carote, aventi rapporti h/d ≠ 1, aventi una snellezza λ = h/d.La stima della resistenza cubica Rc [Mpa] del calcestruzzo proiettato a partire dalla resistenza acompressione su cilindri fλ [MPa] viene calcolata mediante la formula :

Rc = [2,5/1,5 + 1/λ] ƒλ

• Il capitolo 7 fornisce prescrizioni sulla confezione e trasporto, sia della miscela nel processo per viasecca, che per quella nel processo per via umida, con le relative attrezzature per la proiezione.

• Il capitolo 8 indica i metodi di prova, il 9 i criteri di accettazione, rimandando per quanto applicabile allaUNI 9858, il capitolo 10 chiude con raccomandazioni e sicurezza dell’ambiente di lavoro.

8. CONCLUSIONIPer concludere, in attesa della pubblicazione formale della prima Norma Italiana sul Calcestruzzo Proiettatoe in attesa che tecnici, esperti nella formulazione dei capitolati tecnici d'appalto, possano, anche con ilcontributo di questo documento, fornire puntuali redazioni delle prescrizioni, si suggerisce che anche per

quanto riguarda il calcestruzzo proiettato siano prescritte le stesse proprietà caratteristiche del calcestruzzoordinario, diffondendo la cultura del controllo della qualità dei vari processi costruttivi.Tra le altre, le prescrizioni dovrebbero riguardare:- la resistenza caratteristica;- l'eventuale resistenza del calcestruzzo giovane e i relativi metodi di controllo;- la permeabilità all'acqua;- la resistenza ai cicli di gelo e disgelo;- lo sfrido massimo consentito.In particolare il messaggio deve essere recepito dalle Grandi Committenze Nazionali e già, in tale senso, sisono mosse le Ferrovie delle Stato, forse più per l’iniziativa di qualche tecnico ispirato, che per disposizionedall’alto.In allegato cerchiamo di fornire una base per una semplice voce di capitolato, che può sicuramente esseremolto più dettagliata ma che già comprende in se i riferimenti fondamentali per la corretta prescrizione delcalcestruzzo proiettato.Ci si augura, attraverso questo intervento, di aver portato un utile contributo alla diffusione della conoscenzadi un materiale misconosciuto e sottovalutato, identificato con l’operazione di avanzamento nei tulles, cheinvece racchiude in se potenziali capacità in altri settori, sia della riparazione, che della costruzione civile eindustriale.

9. ESEMPIO DI CORRETTA PRESCRIZIONE DEL CAPITOLATOArt.......CALCESTRUZZO PROIETTATOIl conglomerato cementizio da proiettare meccanicamente dovrà essere progettato nel rispetto delleprescrizioni della norma UNI 9858 per quanto attiene alle proprie caratteristiche di durabilità, con particolareriguardo alle situazioni di aggressione da solfato o da azione del gelo e disgelo in presenza di sali disgelanti.In relazione al procedimento di applicazione, la miscela di base sarà secca o umida. Nel caso dicalcestruzzo proiettato con il procedimento per via secca, il dosaggio di cemento si riferisce a 1000 litri diaggregato; nel caso di calcestruzzo proiettato per via umida, il dosaggio di cemento si riferisce al metro cubodi calcestruzzo della miscela di base, messo in opera e compattato meccanicamente.Il dosaggio e tipo di additivi utilizzati, sia per il confezionamento della miscela di base, che per la fase diproiezione, dovranno essere valutati in relazione alle effettive esigenze applicative e non dovrannodeterminare riduzioni delle resistenze meccaniche del calcestruzzo proiettato indurito, rispetto a quelle delcalcestruzzo di base, anche nel medio e lungo periodo (28 gg. ed eventualmente 90 gg.) nonchèdeterminare inquinamento ambientale o essere nocivi per la salute dell’operatore; il dosaggio e tipo diadditivi dovranno essere preventivamente approvati dal committente.Si differenziano le classi di calcestruzzo proiettato in funzione della propria utilizzazione in:Cp A - calcestruzzo proiettato senza funzione portante, classe di resistenza Rck ≥ 15 N/mm2, da utilizzareper protezione temporanea dell’ammasso roccioso, riempimento di fessure, sottofondo per mantid’impermeabilizzazione;Cp B - calcestruzzo proiettato con funzione portante temporanea, classe di resistenzaRck ≥ 20 N/mm2, da utilizzare quale provvedimento di sicurezza nel primo strato di applicazione;Cp C - calcestruzzo proiettato con funzione portante permanente, classe di resistenza minima Rck ≥ 25N/mm2 o comunque secondo le esigenze specifiche legate all’opera.In relazione allo sviluppo delle resistenze iniziali, entro le 24 ore dall’applicazione, per presenza ditrasudamenti d’acqua, rapide convergenze dell’ammasso, eventuali esigenze di avanzamento, i calcestruzziproiettato CpA, CpB dovranno essere classificati entro i limitiJ1 ÷ J2 delle raccomandazioni dell’ EFNARC; l’impiego di un calcestruzzo tipo J3 dovrà esserepreventivamente autorizzato dalla Direzione Lavori ma, in ogni caso, il General Contractor dovrà attuaretutte le diligenze atte a garantire il non decadimento delle resistenze meccaniche del calcestruzzo indurito,rispetto a quelle del calcestruzzo di base.Le prove sul calcestruzzo giovane, da effettuarsi preliminarmente e durante l’esecuzione, dovranno esseredi tipo non distruttivo (penetrometro, pull out) sino al raggiungimento di una resistenza a compressione di 10N/mm2 e derivati da carote estratte dal paramento o da piastre standard per resistenze a compressionesuperiori a 10 N/mm2.L’utilizzo di calcestruzzo proiettato classe CpC richiede l’esecuzione di prove preliminari sistematiche chedimostrino il rispetto delle esigenze di volta in volta richieste nell’ambito dell’opera; devono inoltre essere

effettuate le prove necessarie per la verifica di rispondenza del calcestruzzo proiettato classe CpC alleeventuali specifiche di capitolato concernenti: impermeabilità all’acqua, resistenza al gelo con saledisgelante.Le prove sul calcestruzzo giovane e sul calcestruzzo indurito sono quelle indicate all’Art.... del presenteCapitolato d’Appalto.Il General Contractor dovrà, nella definizione del mix design del calcestruzzo di base e nella scelta delsistema di applicazione per proiezione, assicurare la massima riduzione del rimbalzo e dello sfrido dimateriale in applicazione, che comunque non potrà eccedere il 15% sul peso del conglomerato cementizioproiettato.

10. BIBLIOGRAFIA.

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scavi in sotterraneo. Giornata di studio S.I.G. 11.11.1994. 4) CARLO COMIN - Il conglomerato cementizio proiettato. Prescrizioni esecutive e piano di fabbricazione e

controllo. Giornata di studio S.I.G. 11.11.1994. 5) G. TESIO - Il calcestruzzo proiettato: proposta per una normativa. Cave e Cantieri - Agosto 1988 6) GUIDELIN SHOTCRETE . Final Draft, 20 February 1997 Austrian Concrete Society 7) G. ZAMBETTI - La chimica nell'undergroundcostruction. Costruzioni - Novembre/Dicembre 1993 8) G. ZAMBETTI - Il calcestruzzo spruzzato nelle costruzioni in sotterraneo. Costruzioni - Settembre 1994 9) G. Zambetti - Il calcestruzzo proiettato. IN CONCRETO - N°. 8 - 9 - 10/ 1995

Foto 1. Imbocco di tunnel

Figura 2. Sezione di galleria

Figura 3. Andamento tensioni nell’ammasso attorno al cavo

Figura 4. Processi per via umida e per via secca

Grafico 5. Influenza della distanza di proiezione sullo sfrido

Grafico 6. Influenza dell’angolo di proiezione sullo sfrido

Grafico 7. Influenza di a/c sullo sfrido

Grafico 8. Influenza della pressione e velocità d’impatto sullo sfrido

Grafico 9. Influenza della granulometria sullo sfrido

Tabella 10. Valori di coefficiente MAK

Grafico 11. Parametri che influenzano la qualità del calcestruzzo proiettato

Tabella 12. Modificazione del mix design del calcestruzzo proiettato determinata dallo sfrido

Grafico 13. Flusso operativo nel processo di produzione controllo e messa in opera del cls. proiettato

Grafico 14. Permeabilità del calcestruzzo in funzione di a/c

Disegno 15. Teoria dell’arco roccioso autoportante

Grafico 16. Fusi limite dello sviluppo delle resistenze del calcestruzzo proiettato giovane

Grafico 17. Effetto deflocculante dei superfluidificanti

Figura 18. Azione pozzolanica del fumo di silice

Figura 19. Densificazione della pasta di cemento indurito per azione dei fumi di silice

Grafico 20. Ritardo programmato con un additivo inibitore temperoraneo della presa

Grafico 21. Reazioni iniziali dell’idratazione del cemento

Tabella 22. Perdita di resistenza del cls proiettato in funzione del dosaggio di silicato di sodio

Figura 23. Schema lancia per silicato di sodio

Figura 24. Schema lancia per acceleranti a base di alluminati liquidi

Grafico 25. Andamento delle resistenze del cls. proiettato con diversi tipi di accelerante di presa

Foto 26. Confezionamento piastre di prova con calcestruzzo proiettato

Grafico 27. Sviluppo della resistenza del cls. proiettato giovane con accelerante alkali free ; cemento CEM IIA/L 42.5

Grafico 28. Sviluppo delle resistenze del cls. proiettato giovane con accelerante alcali free, cemento CEM IVA 42.5 R

Tabella 29. Sviluppo delle resistenze a compressione del cls proiettato con e senza accelerante alcali free

Grafico 30. Fusi di sviluppo della resistenza del calcestruzzo giovane

Figura 31. Rappresentazione delle dimensioni diametrali di cemento, fumo di silice e silice colloidale

Grafico 32. Resistenza a compressione a diverse stagionature di calcestruzzi proiettati additivati

Tabella 33. Valore massimo di a/c per classe di resistenza

Tabella 34. Fabbisogno orientativo di acqua per consistenza, in funzione di forma e diametro massimodell’aggregato

Foto 35. Scavo di tunnel a sezione parzializzata