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Infiltrazioni d’acqua nelle gallerie: tecniche di impermeabilizzazione dei rivestimenti

L’acqua della massa rocciosa che si infiltra in galleria può creare da un fastidio ad una serie di pericoli per gli utenti, nonché una certa disaggregazione della struttura del rivestimento in calcestruzzo.
Il sistema che consente di proteggere la galleria è la impermeabilizzazione con teli di plastica (pvc-cloruro di polivinile) da inserire all’estradosso del rivestimento, a contatto con la massa rocciosa acquifera.

La presenza dell'acqua in galleria

Le gallerie stradali o ferroviarie, ivi comprese le metropolitane, sono sostanzialmente costituite da un lungo foro, più o meno grande, che viene scavato nel sottosuolo: la pressione ambientale interna è praticamente pari alla pressione sulla superficie del suolo.

Sovente, il terreno o roccia che viene attraversato dallo scavo contiene acqua, come falda mobile o come deposito fossile, la quale è normalmente in condizioni di pressione idrostatica, che è sempre superiore alla pressione atmosferica locale: ne consegue che quest’acqua è spinta ad entrare nella galleria percolando o permeando attraverso le masse rocciose o terrose che ospitano lo scavo.

L’acqua che arriva in galleria ha sempre un rapporto negativo con la galleria stessa: può far deperire il calcestruzzo del rivestimento soprattutto quando il rivestimento sia affetto da fessure o fratture nella quali l’acqua penetra ed aggredisce il calcestruzzo ed i ferri d’armatura; può interferire negativamente con i mezzi che vi transitano bagnandoli e rendendo scivoloso il fondo stradale; può danneggiare anche con un semplice sgocciolamento vetri e vetture dei moderni treni ad alta velocità sui quali le gocce d’acqua impattano come proiettili.

Le grandi gallerie di transito sono oggigiorno sempre rivestite con un carapace di rivestimento interno fatto di calcestruzzo più o meno armato a seconda delle esigenze strutturali: il rivestimento ha funzione principale di sicurezza strutturale poiché contribuisce a garantire la stabilità permanente del cavo anche per più di cent’anni , magari aiutato da una certa manutenzione, nonché altre funzioni di miglioramento ambientale e di sicurezza per gli utenti poiché agevola illuminazione, visibilità, ventilazione, impermeabilizzazione

  

Fig.1 Rendering dell’imbocco di una galleria stradale tagliato in traverso ove si rileva in intradosso il rivestimento in calcestruzzo e, compresa tra rivestimento e roccia, la linea nera, che è la sede del telo in pvc di impermeabilizzazione.
Fig.1 Rendering dell’imbocco di una galleria stradale tagliato in traverso ove si rileva in intradosso il rivestimento in calcestruzzo e, compresa tra rivestimento e roccia, la linea nera, che è la sede del telo in pvc di impermeabilizzazione.

  

Tecniche di scavo delle gallerie

Queste gallerie di maggiore interesse pubblico, vengono oggigiorno scavate con due metodi base:

  • il “metodo convenzionale o tradizionale” che è caratterizzato dall’abbattimento delle masse rocciose con esplosivo o con escavatori puntuali, avanzando preferibilmente a piena sezione, ma in modo discontinuo con cicli di produzione relativamente brevi, di alcune ore e di qualche metro di lunghezza, a partire dall’abbattimento della roccia sino alla posa in opera dei sostegni;
  • oppure il metodo meccanizzato integrale che è attuato da una “macchina di scavo a testa rotante” (la TBM-Tunnel Boring Machine, la popolarmente nota anche come “talpa”) che in modo continuo abbatte la roccia sull’intero fronte e contestualmente mette in opera il rivestimento in conci prefabbricati di calcestruzzo armato.

Per entrambi questi metodi, la presenza nella massa rocciosa di acqua sotterranea che potrebbe affluire allo scavo richiede il ricorso a provvedimenti di impermeabilizzazione della galleria per evitare che l'acqua vi entri a seguito dell'apertura del cavo, procedimenti che sono tra di loro differenti nel caso di impiego di metodo di scavo “convenzionale” oppure “meccanizzato integrale”.

La tecnica di impermeabilizzare delle gallerie è piuttosto giovane essendo diventata essenziale nel secondo dopoguerrra quando il traffico stradale e ferroviario ha iniziato a crescere fortemente.

  

L'impermeabilizzazione nel caso di scavo con metodo convenzionale

L’impermeabilizzazione è nata per evitare che il fondo stradale della galleria venisse sistematicamente bagnato, quindi divenisse rischioso il traffico automobilistico.

Fu un imprenditore svizzero attorno al 1955 che provò a tenere asciutta la pavimentazione in conglomerato bituminoso della galleria applicando su pareti di scavo (piedritti e calotta) un telo “continuo” di materiale plastico (pvc: cloruro di polivinile): ebbe subito successo. 

  

Fig. 2 Sezione del rivestimento con il pacco completo delle armature di sostegno definitive applicata verso sinistra, contro la parete in roccia dello scavo.
Fig. 2 Sezione del rivestimento con il pacco completo delle armature di sostegno definitive applicata verso sinistra, contro la parete in roccia dello scavo.

  

Però le pareti dello scavo in roccia viva oppure ricoperte dai sostegni di prima fase (centina e calcestruzzo proiettato) se in roccia instabile, sono irregolari e presentano avvallamenti, punte, spuntoni i quali possono facilmente tagliare o forare il telo plastico. Ecco dunque che fu subito trovato il rimedio di applicare sulle pareti del cavo un primo telo protettore fatto con una sorta di feltro, o con un tessuto non tessuto o un geotessile.

Il telo pvc è messo in opera in modo tale che il getto di calcestruzzo semifluido tra cassaforma e parete del cavo lo possa spingere contro la parete, che può essere piuttosto irregolare facendovelo bene aderire unitamente al telo di geotessile di protezione.

Questi teli sono trasportati in galleria a rotoli per agevolare le manovre: ma una volta messi in opera devono essere saldati tra di loro in modo da fermare un tubo (o un semitubo non chiuso in arco rovescio quando l’acqua percola solo dall’alto) impermeabile attorno all’estradosso del rivestimento della galleria. 

   

Fig. 3 Foto panoramica del tratto di cantiere ove è in fase di posa in opera del telo di impermeabilizzazione: in primo piano in una piazzola; al centro in secondo piano nella galleria corrente.
Fig. 3 Foto panoramica del tratto di cantiere ove è in fase di posa in opera del telo di impermeabilizzazione: in primo piano in una piazzola; al centro in secondo piano nella galleria corrente.

   

Le saldature, sia circonferenziali sia longitudinali, sono fatte a caldo e lungo la linea di saldatura vengono realizzati due cordoni che isolano tra i due teli, nel piccolo tratto di sovrapposizione, un canaletto che è fondamentale per il controllo della buona riuscita della saldatura: semplicemente, si pompa aria nel canaletto ad una pressione adeguata e si verifica che il piccolo condotto o non perda.

Il telo in pvc impedisce all’acqua di entrare in galleria; l’acqua sotterranea fluisce quindi attorno al rivestimento del tunnel tecnicamente impermeabilizzato e perviene al piede della galleria stessa ove è posizionato un tubo di plastica che fa da collettore e consente all’acqua di fluire verso gli imbocchi ove può disperdersi nei fossi ricettori oppure viene raccolta e destinata ad usi civili, tipo irrigazione od alimentazione di acquedotti, se di interesse per la zona.

L’operazione di messa in opera dei due teli non è macchinosa, ma richiede comunque la disponibilità in galleria di un apposito carroponte.

Allo scopo di semplificare la realizzazione dell’impermeabilizzazione sempre però usando un telo, lo sviluppo delle tecnologie chimiche e meccaniche ha consentito di mettere a punto una sostanza plastica spruzzabile sulla parete ove poi indurisce e vi forma una sorta di telo impermeabile

Questa tecnica è ancora piuttosto recente; essa è molto attraente per la sua semplicità cui le industrie chimiche produttrici stanno attivamente lavorando per migliorare sia il prodotto da spuzzare, sia la tecnica della sua applicazione.

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