Manutenzione di strutture in c.a. di opere idrauliche interrate

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1 Manutenzione di strutture in c.a. di opere idrauliche interrate Per opere idrauliche s intendono manufatti che hanno la funzione di contenere, trasportare e distribuire acqua di vari tipi in ambito civile, industriale e nella produzione di energia elettrica. Sono strutture tipiche degli impianti di depurazione, degli acquedotti, dei consorzi irrigui, degli impianti idroelettrici, termoelettrici e geotermici nella produzione di energia elettrica. Fra le diverse tipologie di strutture esistenti le più frequenti sono quelle INTERRATE, che operano in condizioni ambientali maggiormente severe e quindi più predisposte al degrado. La manutenzione di queste opere mira a ristabilire l impermeabilità delle murature e la tenuta idraulica dell intera struttura insieme al ripristino dei calcestruzzi ammalorati e delle sezioni mancanti. La matrice strutturale di questi manufatti deve poter efficacemente resistere, nella maggior parte dei casi, a due spinte idrostatiche: spinta positiva dall interno del bacino contenitivo e spinta negativa dall esterno per l azione dell acqua meteorica o freatica, condizione nella quale gli interventi di ripristino e impermeabilizzazione risultano difficili e onerosi con garanzia di tenuta nel tempo limitata. La presenza tipica di acqua e/o ambiente fortemente umido nei paramenti, proveniente dall esterno, è la prima causa del degrado precoce di qualsivoglia rivestimento cementizio o resinoso in adesione applicato all interno. I sistemi di ripristino e impermeabilizzazione del calcestruzzo in commercio si identificano in due tipologie distinte a seconda delle caratteristiche tecnico-prestazionali e conseguente filosofia di azione: la prima categoria di materiali opera per adesione diretta del rivestimento impermeabile allo strato corticale della struttura, prodotto applicato in spessore idoneo al fine di presentarsi continuo ed omogeneo, la seconda categoria di materiali opera per fusione con la matrice strutturale tramite cristallizzazione capillare attiva e profonda, dando luogo di fatto a strutture integralmente impermeabili (per l intero spessore del manufatto) a prescindere dallo strato di prodotto applicato superficialmente. Se i primi demandano la tenuta impermeabile alla continuità e all adesione del rivestimento applicato in superficie, sia esso cementizio che resinoso, i secondi conferiscono alla muratura un impermeabilità intrinseca grazie alla reazione ed alla progressione della cristallizzazione capillare utilizzando l umidità interna anche e soprattutto in condizioni di controspinta. Si evince che i cosiddetti sistemi a pelle - corticali, per aderire, indurire e durare hanno bisogno di presidi onerosi sottostanti, che li isolino dall umidità anche in pressione, mentre i sistemi a penetrazione cristallina usano i composti solubili presenti nella matrice per reagire e progredire nella capillarità del manufatto in profondità, aderendo per fusione al substrato, senza dar luogo a distacchi e creando un corpo unico con la struttura. L applicazione dei sistemi a penetrazione risulta quindi più agevole, anche in condizioni di saturazione di umidità e nei diversi cicli di ripristino del calcestruzzo potendo operare fresco su fresco, con diminuzione delle tempistiche per le diverse attività di cantiere. Prerogativa di questa tecnologia è la rigidità del sistema, la cristallizzazione è in grado di sigillare fessurazioni capillari fino a 0,4 mm, come peraltro risultano rigidi anche i rivestimenti cementizi corticali e quindi eventuali fenomeni fessurativi dinamici (giunti naturali o di dilatazione) dovranno essere trattati con appositi sigillanti elastici. IL SISTEMA PENETRON Il sistema di impermeabilizzazione del calcestruzzo per cristallizzazione PENETRON è utilizzato da oltre 30 anni in tutto il mondo come la soluzione più avanzata per la realizzazione di strutture interrate a tenuta impermeabile. Applicato alle superfici finite in fase positiva ed in fase negativa (controspinta), oppure inserito nel mix design di progetto in fase di confezionamento, assicura una protezione interna alla matrice in calcestruzzo anche in presenza di acqua di falda e di spinta idraulica, con elevata resistenza alle concentrazioni chimiche ed ai contaminanti presenti nel sottosuolo o in ambiente marino. 1

2 Il Sistema Penetron è una tecnologia integrale, interessa infatti l intero spessore del manufatto, attiva nel tempo, veicolo umidità, economica e flessibile, che velocizza le operazioni di posa e assicura la durabilità dell opera nella vita di esercizio. Quando i prodotti del Sistema Penetron vengono applicati ad un calcestruzzo umido o bagnato a rifiuto, ad un calcestruzzo fresco di getto o in fase di confezionamento nel mix design di progetto, gli ingredienti attivi reagiscono con i minerali del calcestruzzo formando un complesso cristallino, filiforme, insolubile (CSH, Silicato di Calcio Idrato), che sigilla i pori, i capillari e le fessurazioni fino a 400 micron. La reazione protende verso l interno della struttura come risultato di tre fattori individuali e della loro combinazione: osmosi, movimento Browniano e reazioni delle particelle asciutte. I composti chimici reagenti cambiano il potenziale chimico del calcestruzzo e per mezzo dei fattori predetti gli additivi tenderanno a muoversi da un area ad alta salinità ad un area a più bassa salinità fino a quando il potenziale chimico diventa uniforme; il sistema capillare rimane chiuso all entrata dell acqua e delle aggressioni chimiche ma permette il passaggio del vapore. A differenza di altri prodotti presenti sul mercato, questa crescita cristallina occuperà profondamente l interno della struttura in calcestruzzo e potrà eventualmente penetrarla completamente in presenza d acqua. Il Penetron può restare inerte quando l umidità si sia esaurita, ma la sua azione si riattiva immediatamente se l umidità ricompare, rinnovando nella struttura il processo di una sempre più estesa cristallizzazione, per garantire impermeabilità e durabilità al calcestruzzo. Il sistema è formato da diverse tipologie di prodotti per soddisfare tutte le casistiche di applicazione per una risoluzione completa delle problematiche di impermeabilizzazione: PENETRON Admix da utilizzare nel mix design in fase di confezionamento del calcestruzzo; PENETRON Standard da utilizzare in boiacca, applicata a pennello, spazzolone o spruzzo su superfici umide con bagnatura a rifiuto, o a spolvero su superfici orizzontali fresche di getto; PENECRETE Malta per la realizzazione di stuccature impermeabili a tenuta idraulica. PENETRON Inject iniezione cementizia bicomponente a reazione cristallina per una sigillatura immediatamente profonda di crepe, fessurazioni e porosità diffuse. Questa tecnologia avanzata offre una proprietà unica di autorigenerazione per una protezione totale della matrice strutturale. I benefici apportati alle opere trattate sono molteplici, specie contro i cicli 2

3 di gelo-disgelo, la corrosione da agenti atmosferici, l umidità del sottosuolo, le acque contenenti cloruri, solfati, nitrati, l aggressività dell ambiente marino, ecc. Caratteristiche principali del Sistema PENETRON (vedi estratto test ufficiali): il sistema Penetron è integrale e diventa parte del reticolo molecolare della struttura, questo significa un aumento della resistenza meccanica con aumento della durabilità della struttura il sistema Penetron è permanente, può rimanere inerte quando l umidità si è esaurita ma la sua azione si riattiva immediatamente se l acqua ricompare rinnovando nella struttura il processo di una sempre più estesa cristallizzazione, alcuni test di laboratorio dimostrano che dopo già 56 giorni i cristalli hanno occupato i vuoti e i capillari fino ad una profondità di 30 cm. (test Penetrazione Cristalli, microscopio e infrarossi), ma l esperienza ha dimostrato che questi sono stati trovati anche ad una distanza di 1 mt. dal punto di applicazione in presenza continua di acqua. resistenza efficace anche in presenza di forti pressioni idrostatiche, testato per opporsi a 16 bar (test CRD-C-48-73) le sue proprietà non si riducono nelle giunzioni, nei tagli o nelle perforazioni non riempie ma sigilla completamente e definitivamente microfessure e crepe di assestamento di larghezza fino a 0,4 mm (di superamento di fessurazioni anche nei giunti di ripresa di getto orizzontali e verticali: bar) il sistema Penetron supera i 50 cicli di gelo e disgelo (test ASTM C ) e resiste agli agenti atmosferici (acqua contenente carbonati, cloruri, solfati o nitrati), in generale il Penetron ha una resistenza alle concentrazioni chimiche per contatto continuo con ph da 3 a 11 e per contatto saltuario da 2 a 12 ph (test ASTM C , le soluzioni chimiche citate non possono distruggere il reticolo di cristalli Penetron e anche la carbonatazione sarà molto ritardata in quanto i cristalli saturano i capillari e le microfessurazioni, mantenendo l ambiente alcalino necessario per proteggere i ferri e le reti d armatura dalla corrosione). può essere usato su cls nuovi o vecchi, freschi di getto o inumiditi a rifiuto grande facilità nell applicazione: come boiacca cementizia a pennello o a spruzzo (rivestimento cementizio) su superfici inumidite a rifiuto, come spolvero su superfici orizzontali fresche di getto, come Admix miscelato all interno del getto in fase di preconfezionamento lascia respirare il calcestruzzo non è tossico, compatibile con acqua potabile, approvato dall EPA (Environmental Protection Agency, USA) 3

4 CONSIDERAZIONI SUL TEMA IN OGGETTO, CARATTERISTICHE E BENEFICI APPORTATI DALL UTILIZZO DEL SISTEMA PENETRON Il sistema di impermeabilizzazione e protezione chimica di strutture in calcestruzzo Penetron Standard, applicato sottoforma di boiacca cementizia a spruzzo su superfici esistenti bagnate a rifiuto, è particolarmente indicato per risanamento della matrice strutturale di vasche di contenimento o di conduzione idrauliche interrate esistenti. Penetron Standard infatti è un trattamento superficiale dalla prestazioni esclusive: diventa un corpo unico con il substrato, è stato concepito per le applicazioni in spinta negativa, interessa lo spessore del manufatto, resiste ad alte concentrazioni chimiche mantenendo un comportamento attivo nel tempo di autocicatrizzazione delle fessurazioni veicolo umidità-acqua presente nell opera idraulica. Altro fattore essenziale della reazione chimica del Penetron con i composti minerali presenti nel calcestruzzo si evidenzia nella stabilizzazione dell elemento solubile della matrice, l idrossido di calcio che viene trasformato in cristalli C-S-H (Silicato di Calcio Idrato) non più solubili, con importanti conseguenze sull ambiente alcalino che rimane costante e favorisce la conservazione dell integrità delle armature. Il ph rimane costante su valori molto alti (12), il copriferro corticale ha caratteristiche di impermeabilità intrinseca elevatissime, e la formazione di eventuali fessurazioni da tensione di stress termico o esercizio sono sigillate dalla crescita cristallina reattiva fino ad un ampiezza di 0,4 mm. Le armature non vengono a contatto con i contaminanti in veicolo acquoso e anche la carbonatazione viene estremamente rallentata dalla presenza di un ambiente integro nelle sue prerogative alcaline. Importanti imprese di costruzione internazionali e nazionali hanno scelto questa tecnologia in un ampia varietà di strutture in calcestruzzo interrate: nel getto in opera di fondazioni, platee e muri di contenimento, parcheggi interrati, vasche di contenimento, impianti di depurazione, condotte idrauliche in pressione, opere sommerse marine, strutture esposte a significativo attacco di agenti atmosferici aggressivi, nel mix design di spritz beton-calcestruzzo proiettato in tunnel e gallerie, nella prefabbricazione di elementi speciali, etc. 4

5 Il Sistema Penetron è stato testato in numerosi laboratori indipendenti in tutto il mondo in accordo con gli standard internazionali (UNI EN, DIN, ASTM, ISO, CRD, NBR, AASHTO, OENORM) ed analizzato sul campo in diverse realizzazioni prestigiose. Vi proponiamo quindi alcune di queste indagini (che rimanda a documentazione completa e disponibile) in relazione al caso specifico in oggetto ad ulteriore certezza delle nostre argomentazioni: Report di ricerca sulle proprietà dei rivestimenti cementizi Penetron: RIGAS TECHNICAL UNIVERSITY (OCT Cement-concrete surfaces) - 01/04/ Allegato 1 Risultati: Penetron è raccomandato per l impermeabilizzazione sia in fase positiva che in fase negativa, in cui vi sono le condizioni più sfavorevoli. Penetron ha una resistenza alla trazione di 2,32 Mpa (23,7 kg/cm 2 ) senza che nell area del trattamento sottoposto alla pressione vi siano segni di distruzione o danneggiamento. Report di ricerca sulle proprietà dei rivestimenti cementizi Penetron: laboratorio TONGJI INSTITUTE FOR SURVEY ON CONSTRUCTION QUALITY (GB ) - 09/03/ Allegato 2 I risultati mostrano che i campioni di calcestruzzo mantengono un alta impermeabilità anche se il rivestimento di Penetron è stato rimosso sia nel caso di trattamento dal lato positivo che dal lato negativo (controspinta) dopo 28 gg. di maturazione. L impermeabilità dei campioni trattati con rivestimento Penetron e poi rimosso dal lato negativo ha un incremento del 300% rispetto al calcestruzzo di controllo bianco. L impermeabilità dei campioni trattati con rivestimento Penetron e poi rimosso dal lato positivo ha un incremento del 466%, questi valori sono molto al di sopra di quelli richiesti dallo standard Cinese GB È stato dimostrato che il Penetron ha un ottimo sviluppo cristallino ed una capacità di impermeabilizzazione profonda. Il sistema Penetron provvede ad una alta impermeabilità della struttura anche se il rivestimento superficiale viene rimosso, mostrando che il sistema ha la capacità di impermeabilizzare il calcestruzzo attraverso una cristallizzazione integrale e capillare. Report di ricerca sulle proprietà dei rivestimenti cementizi Penetron, resistenza alle radiazioni Gamma: SHIMEL AND SOR TESTING LABORATORIES, INC. CEDAR GROVE, NJ (ASTM C39) 19/06/ Allegato 3 Risultati: Comparazioni visive, con fotografie di riferimento, test di adesione su rivestimento cementizio Penetron prima e dopo l erogazione a 5.76 x 10 4 di radiazioni gamma non rileva alcun percepibile effetto negativo o danneggiamento. I difetti sono riportati nella lista della normativa USA Standard No. Rads N Protective Coating (Paints) for the Nuclear Industy che li cataloga. Nessuna microfessurazione è stata osservata secondo le diverse tipologie controllo: (ASTM D661-44), (ASTM D660-44), (ASTM D714-56), (ASTM D772-47), (ASTM D659-44). Le altre categorie di test (ASTM D714-56) propri dei materiali di rivestimento superficiale a pelle in adesione non sono applicabili sui materiali del Sistema Penetron in quanto, secondo la letteratura tecnica, non formano un trattamento meramente superficiale, ma piuttosto un trattamento che viene assorbito dalla matrice, interagisce con essa, e sigilla i vuoti e i capillari del calcestruzzo in profondità con strutture cristalline filiformi. Report di ricerca sulle proprietà dei rivestimenti cementizi Penetron, analisi al microscopio e spettografica all infrarosso della profondità di cristallizzazione: ISLAND TESTING EGP. ASSOCIATION INC. (Perkin Elmer method ) - 10/06/1983 5

6 - Allegato 4 I provini sono stati confezionati e mantenuti in condizioni sature di umidità per diversi step temporali, onde studiare la profondità di penetrazione dei componenti di Penetron dalla superficie verso la profondità della matrice in calcestruzzo. La crescita cristallina è stata misurata come segue: 14 giorni = 5,5 cm 28 giorni = 16 cm 56 giorni = 31 cm. Conclusioni: a maturazioni più lunghe del calcestruzzo (in condizioni di umidità) è probabile avere penetrazioni ulteriori è più profonde della cristallizzazione di Penetron. Report di ricerca sulle proprietà dei rivestimenti cementizi Penetron, resistenza chimica: SHIMEL AND SOR TESTING LABORATORIES, INC. CEDAR GROVE, NJ - 19/10/ Allegato 5 Risultati: Il calcestruzzo trattato con il Sistema Penetron è risultato essere resistente alle condizioni alcaline e acide oscillanti tra i valori di ph Il calcestruzzo non trattato (di controllo) ha subito un erosione superficiale assai significativa quando è esposto ad un ph 3, valore raggiunto dall acqua piovana con presenza in soluzioni di cloruri e solfati. Valutazione della efficacia del Penetron Standard in calcestruzzi porosi o fessurati: laboratorio ENCO s.r.l., ing. Silvia COLLEPARDI (UNI EN ) - 28/04/ Allegato 6 La sperimentazione condotta ha evidenziato l efficacia dell applicazione superficiale con boiaccaslurry di Penetron nell effetto di sigillatura o di incremento della impermeabilità rispetto ai calcestruzzi di riferimento non trattati. In particolare il trattamento superficiale con Penetron su provino fessurato (in fase negativa) e poi sottoposto alla misura della impermeabilità all acqua secondo la norma UNI EN (per 3 gg. a 5 atm) ha completamente ripristinato le condizioni di impermeabilità, migliorando addirittura le prestazioni rispetto al calcestruzzo integro non trattato. 6

7 Report di ricerca sulle proprietà dei rivestimenti cementizi Penetron con penetrazione di sostanze chimiche antigelo dopo vari cicli di gelo-disgelo: ISLAND TESTING EGP. ASSOCIATION INC.) - 10/06/ Allegato 7 Risultati: su pannelli trattati e sottoposti a diversi cicli di gelo e disgelo con penetrazione di sostanze chimiche antigelo, il trattamento superficiale di Penetron Standard riduce significativamente la concentrazione di cloruri al 1 ciclo in una percentuale del 50%, alla 3 ciclo del 67% e al 5 ciclo del 75% rispetto ai pannelli non trattati superficialmente. Report di ricerca sulle proprietà dei rivestimenti cementizi Penetron, aumento della resistenza a compressione: SHIMEL AND SOR TESTING LABORATORIES, INC. CEDAR GROVE, NJ (ASTM C39) - 21/12/ Allegato 8 Risultato: come previsto dalla normativa ASTM C39 i provini cilindrici trattati con il sistema Penetron hanno dato risultati migliori rispetto a quelli non trattati di controllo. Questo aumento corrisponde a circa il 6%. Il beneficio principale di Penetron è l impermeabilizzazione e protezione del calcestruzzo piuttosto che l aumento della resistenza alla compressione. Report di ricerca sulle proprietà dei rivestimenti cementizi Penetron, prove di permeabilità 7

8 in pressione: SHIMEL AND SOR TESTING LABORATORIES, INC. CEDAR GROVE, NJ (DIN 1048) - 16/07/ Allegato 9 Risultati: I campioni di calcestruzzo trattati con rivestimento cementizio Penetron sono stati testati in conformità alla normativa DIN 1048 con particolare riguardo all impermeabilità dell acqua. La pressione idrostatica è stata aumentata di 1 bar ogni 48 ore. Nel momento in cui è stata raggiunta la pressione di 16 bar (156,79 ml psi), nessuna penetrazione di umidità è stata rilevata nel nucleo del provino trattato. La superficie trattata del campione non mostra alcun danneggiamento, non vi era alcuna permeabilità d acqua sul rivestimento Penetron. Report di ricerca sulle proprietà dei rivestimenti cementizi Penetron, crescita cristallina nei giunti freddi di ripresa di getto: OFI: Technologie & Innovation GmbH (OENORM B 3303) 05/08/ Allegato 10 La sperimentazione è stata condotta per evidenziare la crescita cristallina in giunti di ripresa-giunti freddi tra diversi corpi di calcestruzzo ed in particolare una ripresa verticale nel senso della direzione dell acqua in pressione e una ripresa orizzontale perpendicolare alla direzione dell acqua, il calcestruzzo di controllo non trattato era privo di fessurazioni. Dopo il trattamento superficiale si è proceduto all usuale maturazione umida per 8 giorni e quindi all applicazione di acqua in pressione nelle seguenti modalità: dal 1 al 3 giorno a 1,75 bar dal 4 al 14 giorno a 7,0 bar I risultati sono assai significativi in quanto il provino di controllo ha avuto una penetrazione media di acqua di oltre 100 mm., nel caso dei due corpi con giunto verticale nel lato sx 32 mm nel lato dx 58 mm, nel caso dei due corpi con giunto orizzontale 22 mm. (considerando che il trattamento di Penetron era a 25 mm. dalla superficie). 8

9 Gli allegati citati nella loro forma completa sono disponibili in qualsiasi momento, previa richiesta via . Aggiungiamo anche alla presente, a titolo di referenze esemplificative, due articoli apparsi su riviste internazionali specifiche sulla tematica del calcestruzzo che riguardano due cantieri importanti eseguiti in Italia: Referenza significativa dell applicazione su condotta di centrale idroelettrica ENEL di Andonno (CN), articolo apparso sulla rivista Concrete Engineering International. Referenza significativa dell applicazione su Depuratore Sud di Milano, Rozzano (MI), articolo apparso sulla rivista Concrete for the Construction Industry. 9