Strutture intrinsecamente impermeabili nell ingegneria civile

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1 Strutture intrinsecamente impermeabili nell ingegneria civile L impermeabilità rappresenta, per alcune tipologie di strutture, una condizione necessaria per il loro utilizzo in esercizio. Carenze o difetti nel sistema di tenuta rappresentano, situazioni intollerabili che possono non solo pregiudicarne la funzionalità, ma determinare ingenti spese per interventi di riparazione quasi mai definitivi. Realizzare strutture intrinsecamente impermeabili senza l impiego di alcun tipo di impermeabilizzazione ausiliaria rappresenta la scelta progettuale più razionale che fornisce risultati impensabili da ottenere con le tecniche tradizionali. Al beneficio Tecnico di riuscire ad impermeabilizzare efficacemente una struttura, si aggiungono non trascurabili benefici Economici e di Logistica di Cantiere. Il Sistema WT System fornisce tutti gli strumenti necessari per mettere in pratica questa innovativa tecnica realizzativa, dal know-how, alle Tecnologie per Calcestruzzi impermeabili, fino ai diversi dispositivi iniettabili indispensabili per questo Sistema. ESIGENZA DI IMPERMEABILITÀ STRUTTURALE E TECNICHE TRADIZIONALI Vi sono strutture per le quali la totale impermeabilità all acqua costituisce una condizione indispensabile al loro utilizzo. In esercizio esse devono garantire l assenza di infiltrazioni di acqua dall esterno (strutture da isolare dall acqua) o, viceversa, perdite di acqua verso l ambiente esterno (strutture contenitive di liquidi). In alcuni casi può essere addirittura necessaria la impermeabilità strutturale in entrambe le direzioni. Tali opere appartengono a categorie estremamente varie, dalle strutture residenziali a quelle commerciali o industriali. Alcuni esempi possono essere: Strutture industriali per il trattamento di liquidi in generale (Vasche) Strutture idrauliche per il contenimento di acqua, potabile o non (Piscine, Serbatoi). Strutture interrate che, in maniera continuativa o saltuaria, intercettano una falda acquifera (Piani interrati, Parcheggi, Sottopassi,ecc ) Le tradizionali tecniche utilizzate per la impermeabilizzazione, pur utilizzando materiali diversi (malte speciali, resine, membrane, materiali plastici in forma di telo, ecc ), si basano tutte su un principio fondamentale: impiegare un materiale ausiliario che, in forma di strato superficiale, impermeabilizza tutta la struttura. Si tratta quindi di una vera e propria lavorazione aggiuntiva che interessa l opera, e come tale è caratterizzata da: Costo: materiale e dalla messa in opera. Ovviamente, tanto più sarà delicata la modalità di messa in opera, tanto maggiore risulterà l incidenza economica (si pensi ad una eventuale manodopera specializzata). Tempistica di esecuzione: durante l installazione della impermeabilizzazione si dovrà probabilmente prevedere l interruzione di altre lavorazioni in cantiere. Imprevisti: Come tutte le lavorazioni, potranno esservi degli imprevisti che, nel migliore dei casi si traduce in un semplice ritardo dei lavori (si pensi al sopraggiungere di cattivo tempo durante la fase di stesa dell impermeabilizzazione) Nel caso delle strutture interrate poi, la presenza di una serie di condizioni quali l interazione struttura-terreno, la presenza di eventuali opere provvisionali necessarie alle operazioni di scavo e le interazioni con strutture esistenti complica le lavorazioni, rendendole non solo più costose ma anche suscettibili di sgraditi insuccessi. A tal proposito è facile immaginare il disagio che occorre a causa di una cattiva tenuta idraulica di un opera: Presenza di acqua in locali previsti asciutti (ambienti poco salubri e non fruibili) Contatto dell acqua con impiantistica (es. impianto elettrico) Rapido degrado delle strutture in calcestruzzo armato Notevole impegno economico per gestire la struttura: si pensi all installazione di impianti di emungimento per tenere i locali asciutti Danni dovuti a riversamenti di liquidi (più o meno inquinanti) nell ambiente esterno. Infine, si vuole sottolineare come eventuali falle nelle tradizionali impermeabilizzazioni sono molto spesso non ripristinabili (almeno in maniera definitiva), per una serie di motivi: Ad opera terminata lo strato di impermeabilizzazione spesso non è più raggiungibile, o lo è a costo di un rilevante impegno economico. Un eventuale danno (anche minimo) al manto protettivo provoca infiltrazioni in tutta la struttura e per tanto non è assolutamente semplice individuare il punto esatto nel quale l impermeabilizzazione è danneggiata. Una riparazione localizzata spesso determina semplicemente una modifica dei flussi di acqua. Dopo poco tempo i problemi di infiltrazioni/perdite si manifestano in altri punti della struttura.

2 SISTEMA INNOVATIVO PER L IMPERMEABILIZZAZIONE STRUTTURALE: WT SYSTEM Come è possibile ottenere un sistema impermeabile che dia le massime garanzie di tenuta idraulica e la possibilità di eseguire una manutenzione semplice ed economica per tutta la vita utile della struttura? Semplice, basta eliminare i rivestimenti impermeabilizzanti! Sembra una frase contraddittoria ma il Sistema proposto da General Admixtures per garantire l impermeabilità delle strutture, denominato WT System, si basa proprio su questo: dotare le opere di una impermeabilità intrinseca senza dover ricorrere alla applicazione di strati impermeabilizzanti superficiali. Nel caso delle tecniche tradizionali, il compito di impermeabilizzazione è demandato ad uno strato impermeabile. Piccoli difetti in questo strato compromettono la tenuta idraulica di tutta la struttura. Con il Sistema WT System, le strutture diventano intrinsecamente impermeabili e non necessitano di protezione ausiliaria I Benefici di questo approccio innovativo sono notevoli: L impermeabilità della struttura non dipende da elementi secondari che possono danneggiarsi (durante l installazione o nel tempo). Impermeabilità per tutta la vita utile della struttura Impermeabilità della struttura sia dall esterno verso l interno che viceversa. Assenza di qualsiasi interferenza con le ordinarie lavorazioni di cantiere Drastica riduzione dei tempi di realizzazione Estrema semplicità delle operazioni di manutenzione: eventuali limitate imperfezioni di tenuta sono SEMPRE facilmente localizzabili e riparabili in maniera semplice, economica e definitiva, senza che sia coinvolta l impermeabilità dell intera struttura. Notevole riduzione dei costi. Operativamente, rispetto ad una impermeabilizzazione tradizionale, i Vantaggi sono diversi: Eliminazione del manto impermeabile Eliminazione di getti di calcestruzzo armato a protezione del manto impermeabile. Nessuna necessità di regolarizzazione superficiale delle opere provvisionali: la struttura impermeabile viene realizzata direttamente contro l opera provvisionale, previa stesura di uno strato separatore (es. TNT, telo bugnato o in polietilene) Assenza della controparete necessaria per confinare lo strato impermeabile Assenza di qualsiasi protezione dell'impermeabilizzazione durante le operazioni di rinterro Su cosa si basa il Sistema WT System? Per comprendere il principio che sta alla base del Sistema, si consideri una semplice ed intuitiva struttura a tenuta idraulica : una vasca per contenimento di acqua. Essa è costituita da una serie di parti strutturali in calcestruzzo realizzate in tempi differenti (platea di fondazione e quattro pareti verticali) che, nel complesso, formano un sistema scatolare impermeabile, nel caso specifico, dall interno verso l esterno. Affinché si possa parlare di struttura intrinsecamente impermeabile devono verificarsi le seguenti tre condizioni: A) Il calcestruzzo che costituisce le varie porzioni della struttura deve essere impermeabile; B) Le singole parti strutturali (es. pareti, soletta di base, ecc..) non devono presentare alcuna fessurazione passante o discontinuità che ne possa pregiudicare la capacità di tenuta.

3 C) Le connessioni (riprese di getto) tra le diverse porzioni nonché eventuali punti critici come eventuali tubazioni passanti o fori realizzati per necessità costruttive devono essere adeguatamente trattati per garantire la impermeabilità di tutta la struttura nel suo complesso. Il WT System è l insieme delle Tecnologie utili al conseguimento dei tre obiettivi appena elencati e quindi dell impermeabilità intrinseca di una struttura in calcestruzzo. Quando un calcestruzzo si può considerare impermeabile e come può essere realizzato? In parole semplici, un calcestruzzo si può definire impermeabile quando è in grado di impedire il passaggio dell acqua attraverso la sua massa. Per poter misurare la permeabilità di un calcestruzzo, e fare quindi prescrizioni progettuali di tipo prestazionale, si può fare utile riferimento alla norma UNI EN Prove sul calcestruzzo indurito - Parte 8: Profondità di penetrazione dell'acqua sotto pressione, peraltro richiamata dallo stesso D.M. 14 Gennaio 2008 (par ). Detta norma suggerisce di sottoporre un provino di calcestruzzo ad un flusso di acqua in pressione (500 kpa) per 72 ore consecutive per poi valutare, al termine della prova, lo spessore di calcestruzzo penetrato dall acqua. La norma prevede la sola misura della penetrazione massima dell acqua (PMAX), tuttavia è utile valutare anche un suo valore medio (PMED). Laboratorio General Admixtures: UNI EN Profondità di penetrazione dell acqua sotto pressione- Schema e Strumentazione di prova In relazione a tale metodologia di prova, i valori di riferimento che vengono usualmente adottati per classificare un calcestruzzo come impermeabile sono i seguenti: Profondità massima di penetrazione dell acqua (PMAX) 50mm Profondità media di penetrazione dell acqua (PMED) 20mm L assunzione di tali valori deriva da una serie di Riferimenti quali: Linee guida sul Calcestruzzo Strutturale (par. 7.1) DIN 1048 (Unico riferimento di norma) Letteratura Tecnica Per poter realizzare un calcestruzzo impermeabile, bisogna agire sulla porosità della sua matrice cementizia, in particolare è necessario che essa sia discontinua, ovvero che i singoli pori capillari non siano connessi reciprocamente. A tale scopo, il parametro su cui è possibile intervenire è il valore del rapporto acqua/cemento (a/c). Sperimentalmente è stato verificato che impiegando un rapporto a/c pari a 0.55 è possibile conseguire la impermeabilità del calcestruzzo dopo 28 giorni di stagionatura umida. Adottando rapporti a/c inferiori, lo stesso obiettivo sarà raggiunto in un tempo minore mentre con rapporti a/c molto elevati (>0.7), generalmente non è possibile conseguire il requisito di impermeabilità. Nel WT System è previsto l impiego di calcestruzzi con rapporto a/c massimo non superiore a 0,5. Con tale valore, la impermeabilità del calcestruzzo si ottiene mediamente dopo 2 settimane di stagionatura umida. Chiaramente, qualora per motivi di durabilità fosse necessario prescrivere valori di a/c inferiori (ad esempio per presenza rilevante di cloruri o solfati), il requisito di impermeabilità del materiale sarà raggiunto in tempi ancora più brevi. Altro parametro fondamentale è dato dalla lavorabilità del calcestruzzo al momento del getto. Prescrivere una adeguata lavorabilità significa garantire una efficace compattazione del materiale in opera e l assenza di

4 difetti inaccettabili quali vespai o nidi di ghiaia. I requisiti minimi che il WT System prevede in termini di lavorabilità dei calcestruzzi sono i seguenti: Per gli elementi strutturali orizzontali (es. platea di fondazione): Classe di consistenza minima S4 Per gli elementi strutturali verticali (es. pareti): Classe di consistenza minima S5 Chiaramente, quelle riportate sono indicazioni generali, che vanno valutate di volta in volta, soprattutto in relazione alla congestione delle armature. Probabilmente, per una platea di fondazione molto armata, con distanze di interferro ridotte sarà opportuno prevedere una lavorabilità superiore (S5). Per poter garantire il raggiungimento di queste prestazioni sarà necessario ricorrere ad una o più Tecnologie: Additivi superfluidificanti a base Acrilica (Linee PRiMIUM e SUPER di General Admixtures): Grazie ad essi è possibile ottenere facilmente i valori di rapporto a/c sopra indicati, anche con una ottimizzazione dei contenuti di cemento (aspetto molto importante nel WT System, come verrà meglio specificato più avanti). Inoltre, tali Prodotti garantiscono il mantenimento di lavorabilità per tutto il tempo necessario a trasportare e mettere in opera il materiale anche nelle condizioni più difficili (periodo estivo). Aggiunta minerale pozzolanica MICRO-POZZ PFA: Si tratta di una Cenere Volante Selezionata e Controllata dallo spiccato comportamento pozzolanico e con elevata azione fillerizzante. In generale, l impiego di MICRO-POZZ PFA nel calcestruzzo consente di: Ottimizzare il contenuto di cemento secondo le procedure della UNI EN 206-1: Riduzione del calore di idratazione (assenza di fessure da gradienti termici) Riduzione del ritiro igrometrico (assenza di relative fessure) Benefici Economici Benefici di Sostenibilità Migliorare la Reologia delle miscele: Riduzione acqua di impasto (Riduzione del ritiro e aumento Prestazioni) Aumento e di Lavorabilità e suo mantenimento nel tempo Aumento di Coesione e Robustezza Riduzione dei tempi e dell energia di compattazione Migliorare le Prestazioni allo stato indurito: Notevole riduzione della permeabilità della matrice cementizia Incremento delle resistenze meccaniche, a breve e lungo termine Incremento della Durabilità in tutti gli ambienti aggressivi Particolare resistenza ai cloruri ed alle sostanze aggressive (es. solfati) Limite calcestruzzi impermeabili Rilevante riduzione di permeabilità ottenibile con l impiego di MICRO-POZZ PFA. Valore della penetrazione media dell acqua in pressione (UNI EN ) in funzione del rapporto a/c e del contenuto % (sul legante) di MICRO-POZZ PFA. Si ricorda che valori di penetrazione media inferiore a 20 mm individuano un calcestruzzo impermeabile

5 Come evitare le fessurazioni e le discontinuità delle singole parti strutturali che costituiscono l opera? La fessurazione degli elementi in calcestruzzo è determinata, almeno nell ambito delle strutture che stiamo considerando, da due fenomeni fisici: Ritiro Igrometrico del calcestruzzo Gradienti termici all interno dei getti La comparsa di fessure passanti non programmate rappresenta, in particolare per una struttura a tenuta idraulica, una situazione intollerabile. Per questo, devono essere prese opportune precauzioni, sia in fase di definizione della miscela di calcestruzzo che in fase di messa in opera. Il Mix-Design della miscela, ovvero il suo progetto, dovrà essere strutturato in maniera da minimizzare i due fenomeni sopra citati. In particolare si farà in modo di: Utilizzare bassi rapporti acqua/cemento, in modo da ridurre il ritiro (aspetto già discusso in precedenza) Impiegare l aggiunta minerale MICRO-POZZ PFA per ottimizzare, nel rispetto delle UNI EN e UNI 11104, i contenuti di cemento e ridurre così sia il ritiro igrometrico che lo sviluppo di calore in fase di idratazione (e quindi i gradienti termici) Impiegare specifici Agenti Riduttori di ritiro SRA, Shrinkage Reducing Admixtures (Linea GiNIUS di General Admixtures) che consentono di ridurre il ritiro in opera fino al 50%. Per quanto riguarda la messa in opera, dovrà essere dedicata particolare cura alla stagionatura umida dei getti. È ben noto che trascurare questa delicata fase significa rischiare di compromettere il risultato finale a causa della comparsa di fessurazioni diffuse dovute al ritiro del calcestruzzo. Spesso questa operazione viene disattesa perché può comportare ritardi nella tempistica di cantiere: si pensi alla permanenza dei casseri per settimane piuttosto che alla applicazione di teli bagnati sulle superfici. Una valida alternativa che risolve la questione è data dai Prodotti Stagionanti (Linea CURING di General Admixtures). Applicati sulla superficie dei getti, evitano la evaporazione prematura dell acqua che puoò causare la formazione di fessure. Si è parlato prima di fessurazioni non programmate per distinguerle da quelle che invece vengono previste in fase di progetto e sono necessarie alla buona riuscita della impermeabilizzazione. Si pensi alla parete verticale della nostra vasca per contenimento di acqua. A causa della sua non trascurabile lunghezza è impensabile riuscire a realizzarla con un unica soluzione di continuità. Pur adottando le accortezze sopra descritte, a causa del ritiro igrometrico si verrebbero comunque a creare fessurazioni nell elemento. Allora, così come avviene nelle pavimentazioni industriali per i giunti di contrazione, la formazione di queste fessure viene guidata in punti prestabiliti in modo da garantire l integrità generale dei getti. Elemento di fessurazione iniettabile WT- System Joint inserito in una platea e parete verticale

6 A tale scopo, nell ambito del WT System è stato studiato un apposito elemento di fessurazione iniettabile, utile per programmare il quadro fessurativo della struttura: WT-System Joint. Posato all'interno delle maglie di armatura prima dell'esecuzione del getto, una volta completata la struttura (es. la parete), espleta la sua funzione di indebolimento localizzato della sezione e innesca la fessura nel punto prestabilito. L'elemento di fessurazione può essere prolungato mediante l'utilizzo di opportune reti per adattarlo a elementi di qualsiasi spessore (es. platee molto alte). Una volta formatasi la fessura, l'elemento di fessurazione viene iniettato con specifiche resine in modo da intasare e rendere impermeabile la fessura e ripristinare la monoliticità (e impermeabilità!) della struttura in calcestruzzo. In maniera analoga vengono trattati i giunti di costruzione di una generica parte strutturale. Si pensi ad esempio ad una platea molto estesa. È impensabile, per una serie di motivi, realizzarla con un getto unico. Sempre in analogia alle pavimentazioni industriali ed in particolare ai giunti di costruzione, ogni parte di struttura gettata in unica soluzione viene delimitata con gli elementi WT-System Joint che, in questo caso, fungono anche da cassero a perdere. Una volta gettate tutte le porzioni dell elemento strutturale, queste discontinuità vengono sigillate con le resine del WT System. Le resine in questione possono essere, in funzione del caso specifico, acriliche (WT-System Inject A) o poliuretaniche (WT-System Inject P) e vengono iniettate a pressione (0-200 bar) negli elementi sopra descritti fino ad intasare e rendere impermeabile la discontinuità, ripristinando così la tenuta idraulica della struttura oggetto dell intervento. Schema di un elemento di fessurazione iniettabile WT-System Joint inserito in una parete (Vista in sezione) e di un canale di iniezione WT-System Raceway inserito in una ripresa di getto tra una platea di fondazione ed una parete (Vista in sezione). Come assicurare la tenuta idraulica delle riprese di getto e di altri punti critici? Le diverse parti di struttura vengono realizzate, come detto, in tempi diversi e tra essi viene inevitabilmente a crearsi un cosiddetto giunto freddo. Quest ultimo rappresenta certamente una discontinuità idraulica nella struttura e qualora non venisse adeguatamente trattato sarebbe quasi certamente fonte di perdite o infiltrazioni. Stessa cosa dicasi nel caso di tubazioni che attraversano una parte della struttura: in corrispondenza dell interfaccia tubazionecalcestruzzo si configura un punto critico molto suscettibile a perdite localizzate. Nel caso delle riprese di getto, il WT System prevede la preliminare installazione di appositi canali iniettabili WT-System Raceway che, al completamento dei getti, possono essere iniettati in maniera semplice ed economica con le medesime resine viste nel caso precedente. Il risultato che si ottiene è la sigillatura del giunto freddo tra le due parti strutturali e la conseguente acquisizione di tenuta idraulica. Le discontinuità in corrispondenza di eventuali tubazioni che dovessero attraversare la struttura in un punto, sono invece risolte installando attorno alla tubazione una specifica guarnizione (WT-System Coupling) anch essa iniettabile con resine al termine della realizzazione delle strutture.

7 Infine, eventuali fori passanti temporanei realizzati per esigenze costruttive (es. per il passaggio delle barre distanziatrici impiegate per il posizionamento dei casseri) verranno sigillati mediante l'applicazione di apposita resina epossidica e nastro. CONCLUSIONI È stato descritto un innovativo sistema di impermeabilizzazione strutturale che consente di evitare, per lo scopo, l impiego di strati superficiali ausiliari. Il WT System consente di realizzare strutture intrinsecamente impermeabili che forniscono una elevata garanzia di funzionamento per tutta la loro vita utile e rendono le ordinarie operazioni di manutenzione estremamente semplici. Attraverso l impiego di una serie di Tecnologie, è possibile costruire la impermeabilità di una struttura partendo da quella del calcestruzzo per poi operare sulle discontinuità quali le fessurazioni programmate, le riprese di getto, i punti critici rappresentati da tubazioni passanti o fori di costruzione.