L’impiego del calcestruzzo fibrorinforzato nei rivestimenti di galleria

La realizzazione di infrastrutture sotterranee di trasporto (gallerie ferroviarie, stradali e metropolitane) ha ormai assunto un ruolo insostituibile nella società moderna per far fronte alle esigenze di una mobilità sempre più rapida ed efficiente. La progettazione e la costruzione di una galleria richiede una complessa serie di decisioni in quanto il relativo rivestimento è una struttura immersa nel terreno con il quale esso interagisce; gli spostamenti del terreno inducono i carichi sul rivestimento che a sua volta limita gli spostamenti dello stesso terreno. I carichi che sollecitano la struttura dipendono da numerosi e complessi fattori, specialmente nel caso di rivestimenti di galleria scavate con metodi convenzionali.
 
Le esigenze di realizzazione di gallerie in tempi sempre più brevi ha portato negli ultimi decenni alla diffusione di tecniche di scavo meccanizzato integrale; il settore sta spingendo, inoltre, verso macchine di scavo (Tunnel Boring Machine, TBM) sempre più grandi e potenti, sempre più facili da installare, smontare, trasportare ed in grado di applicare pressioni al fronte sempre più elevate. In quest’ultimo caso, le strutture di rivestimento sono costituite usualmente da conci prefabbricati montati in opera per cui è evidente l’importanza di rendere più veloce ed economica la fase costruttiva ma parallelamente facendo in modo che le strutture sostengano in modo ottimale sia i carichi del terreno e dell’acqua.
 
Nel caso di impiego di TBM, i conci appena assemblati a formare uno dei tanti anelli di cui si compone il rivestimento, devono garantire l’appoggio longitudinale per permettere all’escavatrice di avanzare e procedere nello scavo della galleria; di fatto l’anello costituisce un “contrasto” che consente di estendere i martinetti della TBM, generando così la spinta necessaria per l’avanzamento dello scudo e della testa fresante della stessa macchina (Figura 1a). Si tratta di una fase transitoria in cui si possono sviluppare al di sotto delle scarpe di spinta della TBM, tensioni trasversali di trazione (tensioni di splitting, Figura 1b) che possono produrre panorami fessurativi più o meno estesi e pregiudizievoli della tenuta all’acqua del rivestimento.
 
 
Figura 1: Schema con evidenziato il rivestimento in conci, lo scudo della TBM ed i martinetti di spinta agenti (a); tipica distribuzione degli sforzi trasversali al di sotto dei martinetti di spinta della TBM (b).
 
Nel contesto appena descritto, il calcestruzzo fibrorinforzato, in combinazione o meno con l’armatura tradizionale, può rappresentare una valida soluzione progettuale sia per i rivestimenti in conci prefabbricati (impiegati generalmente nel caso di scavo meccanizzato con, TBM) sia per i rivestimenti gettati in opera (impiegati nel caso di metodi di scavo convenzionali).
 
I vantaggi attesi nel caso di impiego di calcestruzzo fibrorinforzato (FRC, Fiber Reinforced Concrete) nei rivestimenti sono principalmente i seguenti:
 
- l’FRC è un materiale tenace, aspetto di notevole importanza in relazione all’effettiva efficacia di alcune scelte progettuali sviluppate nell’ambito di un complesso processo progettuale;
-permette di limitare l’ampiezza delle fessure;
- l’FRC ha un’elevata resistenza agli urti, che si possono verificare durante i processi di trasporto e assemblaggio dei conci prefabbricati;
- consente un miglior controllo dei distacchi in galleria di porzioni di rivestimento;
- consente un miglior controllo e meccanizzazione del processo produttivo dei conci.

Al fine di valutare le possibilità di impiego del calcestruzzo fibrorinforzato in conci prefabbricati per gallerie si è sviluppato un programma di ricerca per stabilire mediante approcci analitici e numerici se gli attesi vantaggi prima citati potessero garantire una sostituzione parziale o totale dell’armatura convenzionale generalmente impiegata nei conci. 

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