2020_Esempi di intasamento a tergo dei conci in cls prefabbricato-compresso (2).pdf

Titolo:
Indicazioni su alcune nuove soluzioni sul come eseguire l’intasamento a tergo del rivestimento
realizzato con conci prefabbricati in calcestruzzo in una galleria in fase di realizzazione e contemporanea
risoluzione al problema delle infiltrazioni d’acqua che si manifestano attraverso fessure che si
presentano sugli stessi conci prefabbricati
di Lamanna Luigi Franco [*]
a)– Premessa
Iniziamo questo articolo con le problematiche di infiltrazioni d’acqua attraverso fessure che si presentano nei
conci prefabbricati dopo la fase di montaggio in una nuova galleria in costruzione.
Come più volte illustrato, nelle gallerie, soprattutto in ambito metropolitano, accade molto spesso che
i lavori di scavo debbano essere eseguiti sotto il livello acquifero, a pressioni a volte piuttosto elevate. Si
tratta di un problema che richiede molta attenzione da parte del progettista e degli esecutori, poiché ha
causadellapresenzadiunafaldasipossonoverificare:
- problemi durante la fase di esecuzione dello scavo;
- problemi connessi all’alterazione dell’acquifero;
- problemi ad infiltrazioni attraverso i giunti e/o fessure che si presentano nei conci prefabbricati per cattiva
esecuzione degli stessi o per altri motivi.
Le tecnologie costruttive per l’esecuzione di queste gallerie sono numerose, ultimamente una tecnica
molto utilizzata è rappresentata dalle TBM a doppio scudo (DSU-TBM). Questo tipo di fresa è sempre più in
grado di condurre efficientemente i lavori di escavazione senza turbare le normali attività cittadine in
superficie, utilizzata ormai da quasi 40 anni, il cui diametro dello scavo è realizzato sempre maggiore di
quello dell’anello di rivestimento in conci prefabbricati di calcestruzzo per ulteriori lavorazioni di
consolidamento.
Questa cavità viene di solito riempita, seguendo lo schema proposto da EFNARC (is the European federation
dedicated to specialist construction chemicals and concrete systems), attraverso dei fori lasciati nei conci
prefabbricati di rivestimento, con un inerte chiamato “pea-gravel” iniettato impiegando una pompa
dosatrice e successivo intasamento mediante una miscela cementizia (bicomponente). Tale lavorazione
prevede le seguenti fasi:
- il riempimento della cavità con un materiale inerte pea-gravel, composto da un semplice mix di sabbia e
ghiaia;
- iniezione/intasamento di una boiacca cementizia, per riempire i vuoti creatisi tra gli inerti, ad alta
pressione, per assicurare il completo riempimento di tutti i vuoti.
Molto spesso, come accade oggi nella maggior parte degli interventi di scavo meccanizzato, la boiacca
cementizia viene sostituita con un sistema bicomponente, già pronto all’uso e a base cementizia (costituito
da acqua, cemento, bentonite e additivi chimici), che attraverso lo scudo (DSU-TBM), in ragione di 3 a 4 litri
per ogni mᶾ di miscela, viene iniettato a tergo dei conci prefabbricati in calcestruzzo, con lo scopo di
intasare la cavità e anche di evitare possibili infiltrazioni d’acqua nel presente o in futuro all’interno della
galleria [sic !].
Su questo ultimo punto: evitare possibili infiltrazioni d’acqua, nonostante i continui progressi in questo
settore, l’attuale nostro stato di conoscenza sulla durabilità del calcestruzzo presenta ancora alcune lacune,
anche se durante gli ultimi 40 anni, nuove tecnologie e nuovi prodotti, ci hanno portato a prestazioni
migliorative.
Infatti, per realizzare degli ottimi conci prefabbricati in calcestruzzo resistenti al fenomeno di
carbonatazione e che siano “durabili” nel tempo, non bisogna solo realizzare un buon calcestruzzo,
compatto ed omogeneo, bisogna che questi sia impermeabile il più possibile. Condizione necessaria valida
per evitare ogni forma di aggressione.

Secondo quanto sopra descritto non riesce sempre a funzionare adeguatamente, e scopo della presente
memoria è soltanto quella di esaminare e definire alcuni aspetti su come non fare passare l’acqua
attraverso le lesioni che si sono venuti a creare sui conci. Operazione necessaria affinché la struttura venga
protetta dal “degrado” che si sviluppa nel tempo per i continui stillicidi, che attraverso le stesse lesioni,
venutesi a creare per i motivi più disparati, possono creare delle alterazioni future, come: efflorescenze,
delaminazioni, distacchi di parti sotto l’effetto delle vibrazioni provocate dal traffico dei convogli
metropolitane, e/o dei treni ad alta velocità ecc.
Il tipo di intervento, per “evitare” quanto sopra descritto, è quello di effettuare un valido sistema di
impermeabilizzazione, tramite “iniezioni” a tergo dei conci, sufficiente ad eliminare le continue infiltrazioni
d’acqua da qualsiasi direzione essa provenga.
Prima di illustrare alcune definitive soluzioni al problema delle infiltrazioni d’acqua, affinchè queste
proposte tecnologiche innovative siano efficaci, nel raggiungimento dell’obiettivo, vorrei fare di seguito una
mia breve e personale riflessione, non esauriente, sul perché si innesca il fenomeno fessurativo nei conci
prefabbricati in calcestruzzo.
Foto 1 – Esempio tipico di infiltrazioni d’acqua all’interno di una galleria metropolitana in fase di costruzione per cattiva
esecuzione dei conci prefabbricati in calcestruzzo / Typical example of water infiltration inside a metropolitan tunnel under
construction due to poor execution of precast concrete segments
b)- Breve descrizione sul perché si innesca il fenomeno di fessurazione sui conci in calcestruzzo
Cercherò di dare di seguito una sintetica risposta sul perché si innesca il fenomeno di fessurazione, in
particolar modo, sulla struttura in conci prefabbricati di calcestruzzo.
Da esperienze personali ho potuto evidenziare che il fenomeno, si innesca immediatamente durante la
fase di realizzazione di una galleria metropolitana, quindi devo dedurre che sono dovute a ritiro
igrometrico. Se questo è uno dei probabili motivi, faccio presente che avremo successivamente, nel tempo,
grossi problemi di accentuazione del fenomeno di degrado del conci sia di tipo fisico che di tipo meccanico e
di conseguenza con elevati successivi costi di ripristino e di fermo dell’infrastruttura.
Andiamo, in generale, ad esaminare dettagliatamente il fenomeno:
b.1)- fattori chimico-fisici che determinano il degrado del calcestruzzo “stagionato”
a) - aggressività dell’ambiente;
b) - durabilità del calcestruzzo,
c) - errori o carenze risalenti alla costruzione.
b.1.a) - atmosfera (marina, industriale), acque (meteoriche, corsi d’acqua, infiltrazioni, falde acquifere),
clima e microambiente con cui la struttura convive, come:
- vibrazioni dovuto al transito dei treni in particolare quelli ad alta velocità (numerosi in anni di esercizio);
- azione disgregazione meccanica, provocata dall’alternanza di cicli di gelo-disgelo;
- aggressione chimica, dovuta ai solfati, cloruri, sali di magnesio, olii, ecc.

b.1.b) - deficienze tecnologiche, come:
- errato proporzionamento nella scelta dei materiali costituenti il calcestruzzo (cemento, additivi, acqua)
(1);
- macro e micro porosità diffusa o concentrata (un calcestruzzo compatto, omogeneo ed impermeabile
offrirà una maggiore resistenza alla penetrazione di acqua e gas rispetto ad un calcestruzzo di mediocre
qualità, disomogeneo, fessurato e poroso).
b.1.c) - errori di esecuzione, come:
- la non corretta combinazione dei materiali calcestruzzo-acciaio e la non sufficiente attenzione al quadro
fessurativo causato ed accelerato da fenomeni meccanici, come urti, spinte e vibrazioni (durante la fase di
montaggio);
- esasperata tendenza allo sfruttamento completo della struttura, molte volte, per ragioni architettoniche
ed economiche (non in questo caso).
b.1.d) – fenomeni di aggressione del calcestruzzo “stagionato”
Vi può sembrare strano ma il fattore ambientale è la primaria causa di innesco e di propagazione del
successivo fenomeno di corrosione delle armature, in particolare:
- la penetrazione di anidride carbonica presente nell’ambiente, e l’acqua, che quando viene a contatto con
il calcestruzzo reagisce con i suoi componenti alcalini per dare “carbonati di calcio” con conseguente
fenomeno di “carbonatazione”
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
- la penetrazione di “cloruri” disciolti nell’acqua presente in galleria.
c)- Alcune breve considerazioni sulle caratterizzazione dei conci in calcestruzzo prefabbricati impiegati per
il rivestimento di gallerie
I vantaggi della meccanizzazione risiede oltre che nella sua automazione delle operazioni di scavo anche in
quelle della posa in opera dei conci in calcestruzzo prefabbricato mediante un braccio meccanico azionato
idraulicamente presente all’interno dello scudo (TBM) metallico che afferra ogni singolo segmento e lo
colloca nella posizione predefinita.
Questi conci in calcestruzzo a loro volta sono realizzati nelle vicinanze dell’area di cantiere con un processo
di impianto di industrializzazione, secondo una sorta di catena di montaggio, impiegando particolari
casseforme che permettono di ripetere continuamente nella stessa postazione ogni singola operazione.
c.1)- Conci autoportanti in calcestruzzo per gallerie
L’automazione dei conci in galleria consiste nell’assemblaggio meccanico tra di loro, in senso
circonferenziale, mediante appositi bulloni; inoltre gli anelli vengono pure collegati tra di loro mediante un
apposito sistema di barre filettate, piastre, dadi e manicotti. Alla fine dell’assemblaggio il rivestimento
assume le caratteristiche di un tubo cavo monolitico, capace di sopportare sollecitazioni di compressione
nei piani verticali ed orizzontali ed eventuali momenti flettenti. Il rivestimento così assemblato viene inoltre
reso stagno, oltre la sigillatura con malte, tramite guarnizioni in gomma, pre-installate sulle superfici di
contatto tra concio e concio.
Alla fine di questi interventi, i conci di rivestimento devono presentare delle resistenze a numerosi
fenomeni di degrado causati dalle condizioni di esercizio come possono essere i tunnel idraulici, soggetti a
particolari sollecitazioni, cui questi sono sottoposti ma, in particolar modo, dall’aggressività dell’ambiente
in cui tutta la struttura andrà ad esplicare la sua funzione.

Fig. 1 – Un esempio tipologico di guarnizione ancorata (tipo UG037A) /
A typological example of anchored gasket (type UG037A)
c.2) – Una breve descrizione della sequenza di produzione dei conci prefabbricati in calcestruzzo
La sequenza di realizzazione dei conci di calcestruzzo prefabbricato avviene secondo il seguente ciclo:
- produzione del calcestruzzo con introduzione di additivi (2) (bisogna porre molta attenzione sull’uso e
l’abuso che ne viene fatto durante il confezionamento del calcestruzzo, specialmente di quelli a
maturazione accelerata);
- preparazione dell’armatura metallica (incidenza media armatura da 90 ÷ 305 kg/m³) e posizionamento a
mezzo attrezzatura all’interno delle casseforme;
- getto entro i casseri del calcestruzzo (Rc). Una inadeguata compattazione del calcestruzzo può provocare
macrovuoti dentro e sulla superficie dei conci con una enorme penalizzazione della resistenza caratteristica
finale del calcestruzzo (Rck);
- finitura a frattazzo della superficie del calcestruzzo;
- trattamento di maturazione accelerata (stagionatura umida) (3). Il progettista, può avvalersi di numerose
norme internazionali collaudate, tipo ACI, ASCE, BS, UNI EN, ect. Nella pratica di cantiere, moltissime volte
non si rispetta il tempo minimo di stagionatura che è in funzione delle condizioni ambientali, quindi avremo
il rischio di fessurazioni del calcestruzzo;
- disarmo dei conci. Il tempo di disarmo influenza notevolmente sulla durabilità dei conci (struttura).
Argomento molto disatteso sui cantieri di tutto il mondo per l’assenza nel progetto di specifiche tecniche su
questo argomento;
- eventuale trattamento anticarbonatazione della superficie dei conci (sarà un argomento che affronteremo
prossimamente);
- inserimento nelle scalanature perimetrali realizzati sulla superficie dello spessore del concio di una
particolare guarnizione a tenuta in gomma tipo EPDM per rendere impermeabile i giunti;
- invio dei conci all’area di stoccaggio.
Sin qui sembrano tutte operazioni normali però, come sappiamo, il calcestruzzo presenta delle resistenze
meccaniche a compressione che variano da 20 a 40 MPa, adeguate per molte applicazioni, mentre le
resistenze meccaniche a trazione dovute a flessione, sono relativamente basse; ecco perché tendono
facilmente a microfessurarsi sotto l'azione di sollecitazioni a trazione. Inoltre la variazione delle condizioni
ambientali o il contatto con aggressivi chimici minaccia ulteriormente la sua durabilità già colpito per la sua
caratterizzazione dall’innesco di microfessure.
d)- Riflessioni sulla durabilità dei conci in calcestruzzo
Oggi si richiede che la vita utile minima delle strutture in calcestruzzo impiegate per opere in sotterraneo,
in particolar modo come per il settore del tunnelling, sia minimo di 100 anni.
Negli ultimi anni, nonostante una presa di coscienza sull’importanza della durabilità che ha permesso di
modificare la tecnologia, nella produzione del calcestruzzo, nonché di un’attenta progettazione delle opere
utilizzando nuovi limiti, ad oggi non abbiamo che poche informazioni disponibili sulla durevolezza della vita
delle opere in calcestruzzo a lungo termine.
Infatti, questa limitata disponibilità di informazioni e di dati, ha fatto limitare l'applicazione di particolari
calcestruzzi come quello fibrorinforzato. Nonostante viene continuamente dimostrato che il calcestruzzo
fibrorinforzato ha le capacità di sviluppare delle resistenze, oltre a flessione ed a snervamento molto

elevate, anche per l’accresciuto tasso di inquinamento ambientale atmosferico, nonché delle acque, ed
anche dello stesso sottosuolo, questi non viene ancora preso in debita considerazione o interesse.
Nonostante la scarsa informazione, ci sono soddisfacenti prove documentali che dimostrano le prestazioni,
sia a breve che a medio termine, del calcestruzzo fibrorinforzato. E pertanto è stata fatta una revisione
generale delle proprietà del calcestruzzo fibrorinforzato che, comparate al calcestruzzo armato
convenzionale (senza fibre), questi è in grado di resistere alle acque solfatiche, all’acqua di mare, in
relazione ai problemi di corrosione delle armature.
Questo per dire che, ai fini di una corretta scelta del tipo e classe di calcestruzzo occorre, oltre alle
considerazioni di carattere strutturale, occorre classificare l'ambiente nel quale ciascun elemento
strutturale dovrà essere inserito.
Per ambiente, in questo contesto, s'intende l'insieme delle azioni chimiche e fisiche alle quali si presume
che il calcestruzzo potrà essere esposto durante il periodo di vita dell’opera e che causano effetti che non
possono essere classificati come dovuti solo a carichi o ad azioni indirette (deformazioni impresse,
cedimenti, variazioni termiche).
A seconda di tali azioni, sono individuate le classi e sottoclassi d'esposizione ambientale del calcestruzzo
indicate nelle norme UNI EN 206 e nelle Linee Guida sul Calcestruzzo Strutturale redatte dalla Presidenza
del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici italiani:
- massimo rapporto Acqua/Cemento (0,50 per XC4 e XS1 e 0,55 per XD2 secondo UNI EN 206-1) in funzione
dell'aggressività ambientale;
- aggiunta di additivo aerante in funzione dell'aggressività ambientale e conforme alle norme UNI EN 934-2,
UNI EN 480 (1-2) e ASTM-C-260 (2);
- lavorabilità in funzione della durabilità e della qualità della posa;
- diametro massimo degli aggregati in funzione della geometria della struttura e della densità di armatura
(valori limiti raccomandabili per classi di esposizione XF2-4 a seconda del diametro massimo degli aggregati
– D max = 25 mm) ;
- copriferro in funzione dell'aggressività ambientale, comunque il minimo consigliato è di 35 mm.
CLASSE DI ESPOSIZIONE AMBIENTE
XC Ambiente con presenza di CO2
XS Ambiente marino
XD Ambiente con cloruri non di mare
XF Ambienti che necessitano di Sali disgelanti
XA Ambienti in presenza di terrenti eo acque
aggressive
Tab. 1 – Classi di esposizione ambientale / Environmental exposure classes
Requisiti complementari possono contribuire inoltre, come nel nostro caso, alla richiesta del contenimento
della fessurazione in fase plastica attraverso l'aggiunta di fibre in poliacrilonitrile oltre ad un elevatissimo
grado di impermeabilità, non solo sulla sua superficie, ma anche nella sua massa, raggiungibile con
l'utilizzo di fumi di silice (3).
e)- Breve schema proposto da EFNARC sul come eseguire l’intasamento con miscela bicomponente a
tergo del rivestimento di una galleria realizzata con conci prefabbricati di calcestruzzo
Faccio presente che nella tecnologia costruttiva, utilizzata ormai da quasi 40 anni, il diametro dello scavo è
sempre maggiore di quello dell’anello di rivestimento finale (Segment lining). Come descritto in premessa

questa cavità viene riempita, attraverso dei fori lasciati nei conci prefabbricati di rivestimento, con un
inerte chiamato “pea-gravel”, composto da un semplice mix di sabbia e ghiaia, iniettato impiegando una
pompa dosatrice.
Foto 2 – Pea-Gravel
Successivo iniezione/intasamento di una boiacca cementizia, per riempire i vuoti creatisi tra gli inerti, ad
alta pressione, per assicurare il completo riempimento di tutti i vuoti. Sul mercato internazionale si trovano
diverse miscele cementizie pronti all’uso per riempire i vuoti creatisi nel “pea-gravel”. Sono prodotti
specificatamente formulati con eventuali aggiunte di Fly-Ash (conforming to EN 450) e/o bentonite di sodio
in combinazione con un additivo ritardante liquido inibitore della presa con effetto fluidificante , il quale
deve essere in grado di garantire una lavorabilità della miscela fino a 72 ore dopo il confezionamento della
stessa.
In generale il dosaggio dipende dalla composizione della miscela. Vedere di seguito una tabella indicativa
della composizione della miscela, comunque generalmente il dosaggio è compreso tra 50 e 100 litri per
metro cubo di miscela da iniettare.
Acqua / Water 750 – 850 kg
Bentonite 30 – 60 kg
Cemento / Cement 310 – 350 kg
Additivo ritardante / Retarding agent 3 – 7 l
Miscela accelerante / Accelerator admixture 50 – 100 l
Tab. 2 – Esempio tipico di una miscela da adottare per l’iniezione di riempimento a
tergo dei conci di rivestimento in gallerie scavate con TBM scudate / Typical example
of a mixture to be used for the filling injection behind the segments lining in tunnels
dug with shielded TBMs (values per m3 of hardened material)
e.1) - Impasto di una boiacca cementizia
L'impasto di una boiacca cementizia è costituito da acqua, cemento, bentonite e additivi chimici (anche
denominati malta) necessaria per modificare il rapporto acqua / legante e i tempi di presa iniziale e finale.
L’impasto deve essere facile da pompare, e viene solitamente ritardato (alcune ore) a evitare rischi di
intasamento dei tubi di mandata durante trasporto e iniezione.
La presenza di cemento aiuta lo sviluppo della resistenza meccanica, che può raggiungere valori molto
elevati (15 - 20 MPa a 28 giorni). Anche questo tipo di mix è influenzato molto negativamente dalle
variazioni nei suoi ingredienti, che possono portare a intasare i tubi. Una cattiva alimentazione della
malta può comportare delle discontinuità nell'operazione di riempimento. Questo discontinuità crea dei
vuoti e non intasano completamente l'anello così come previsto dai requisiti di progettazione. Questa
attività ridotta normalmente riduce l’iniezione tra i 50 k/m3
e 100 kg/m3
mentre, nei sistemi attivi, senza
vuoti, la componente legante sviluppa una piena idratazione con un contenuto di cemento superiore a 200
kg/m3
.
e.2)- Interazione delle miscele di iniezione con l’ambiente

Un altro argomento importante dal punto di vista tecnico ambientale e della protezione delle acque è la
pericolosità dei numerosi materiali presenti sul mercato, e che possono essere usati nelle iniezioni, di
qualunque tipo essi siano, e vengono anche usate nei lavori di scavi in sotterraneo.
Recentemente il governo cinese ha abbandonato, momentaneamente il alcune zone del proprio territorio,
l’uso di queste miscele di iniezione, in particolare, a tergo dei conci in calcestruzzo durante la costruzione di
gallerie.
Alcuni dei prodotti non qualificati utilizzati nel campo delle iniezioni sono per la maggior parte nocivi e
pericolosi; pertanto devono essere esaminati dal punto di vista della sicurezza nei confronti dell’uomo e
dell’ambiente.
Fig. 2 – Configurazione di una sezione tipo di galleria dove viene evidenziato l’iniezione
del “Pea-Gravel” e della successiva “Malta Cementizia” di intasamento a tergo dei conci in calcestruzzo.
Nella figura viene evidenziato volutamente, in alto, il vuoto che si viene a creare a forma di “lunetta” e
che si riempie sempre d’acqua che successivamente va ad impregnare i conci prefabbricati in calcestruzzo /
Configuration of a tunnel type section where the injection is highlighted of the “Pea-Gravel” and the
subsequent"Cementitious Mortar” for clogging on the back of the concrete segments. In the figure the
emptiness that is created in the shape of a "lunette" is deliberately highlighted above which always
fills with water which subsequently impregnates the precast concrete segments
A mio avviso esiste anche una riserva all’impiego del peal-gravel, rappresentata dalla possibilità della
presenza, all’interno della cavità tra la roccia e i conci in calcestruzzo, di acqua libera, la quale andrebbe a
dilavare la boiacca di cemento sia durante la fase iniziale di riempimento che negli anni.
Pertanto, in questo senso, penso che possiamo affermare che può esistere la possibilità che sostanze
costituenti il grouting possano propagarsi nell’acquifero e quindi provocare alterazioni dell’acqua
sotterranea e superficiale; pertanto le iniezioni di consolidamento e/o impermeabilizzazione, a tergo dei
conci in calcestruzzo, possono diventare, se non opportunamente controllate, una fonte diffusa di
inquinamento. La valutazione della pericolosità è da collegare ai diversi rischi che prodotti non qualificati
possono comportare, i quali possono essere di diverso tipo: corrosivi, tossici, nocivi, irritanti, ect.
Le sostanze che entrano nella preparazione delle miscele per l’iniezione sono sottomesse a
regolamentazioni proprie di ciascun produttore e/o paese di competenza; infatti i fabbricanti sono
normalmente tenuti a fornire delle schede di sicurezza (Material Safety Data Sheets, MSDS) che diano tutte
le informazioni necessarie su eventuali pericoli e le precauzioni di impiego dei prodotti.
Le informazioni indispensabili sono: frasi di rischio, caratteristiche chimico – fisiche, modalità di utilizzo e di
immagazzinamento, valori limite di esposizione professionale.
f)- Di seguito mi permetto di proporre due soluzioni alternative all’intasamento con miscela cementizia
(bicomponente) a tergo del rivestimento di una galleria realizzata con conci prefabbricati di calcestruzzo
Da prove sperimentali di cantiere ho potuto visionare che una prima valida alternativa all’iniezione della
miscela cementizia, all’interno del peal-gravel, è l’utilizzo del:

Fig. 3 – Cemento cellulare / cellular concrete
f.1) – il cemento cellulare può essere usato normalmente per riempire la cavità tra la parete dello scavo in
roccia e il rivestimento in “conci” di calcestruzzo prefabbricato.
Il cemento cellulare viene indicato come un materiale che si ottiene inglobando numerose piccole bolle di
aria, di diametro comprese tra 0,3 e 1,5 millimetri, in una pasta di cemento Portland, con o senza aggiunta
di aggregato fine.
Il cemento cellulare, noto sotto vari aspetti e con i nomi commerciali più disparati, viene ancora oggi
trattato come se fosse una recente tecnologia, in realtà, il cemento cellulare è stato sperimentato sin dal
1914 da Aylsworth e Dyer introducendo delle bolle di aria in un impasto cementizio impiegando della
polvere di alluminio. In realtà, l’inizio del suo impiego nell’edilizia a carattere molto diffuso porta la data del
1923, mentre il brevetto è stato depositato nel 1931 da Erik Christian con U.S. Patent numero 1.794.272.
f.1.1)- Alcune personali considerazioni sulla sperimentazione dei “cementi cellulari” da iniettare a tergo
dei conci nello scavo di gallerie con frese meccaniche
Vorrei prendere in esame gli aspetti tecnologici. Nella tecnologia costruttiva delle gallerie con sistemi
meccanizzati, utilizzata ormai da quasi 40 anni, il diametro dello scavo è sempre maggiore di quello
dell’anello di rivestimento in conci in calcestruzzo. Questa cavità, come già sopra scritto, usualmente viene
riempita, con un inerte monogranulare comunemente chiamato “pea-gravel” di pezzatura di circa 15 mm,
iniettato impiegando una pompa dosatrice attraverso dei fori lasciati nel singolo concio prefabbricato di
rivestimento.
del “Pea-Gravel” e del successivo intasamento in “Cemento Cellulare” a tergo dei conci in
calcestruzzo. Per la sua particolarità è in grado di riempire ogni piccolo vuoto / Configuration of a
tunnel typesection where the injection is highlighted of the "Pea-Gravel" and the subsequent
clogging in "Cellular Cement" on the back of the segments in concrete. Due to its particularity it
is able to fill every small void.

La nostra proposta prevede la seguente lavorazione:
- riempimento della cavità con il materiale inerte pea-gravel ;
- successiva iniezione/intasamento, per assicurare il completo riempimento di tutti i vuoti, del cemento
cellulare del tipo leggero (con bassi valori di densità) che consentirebbe, invece, un ciclo di lavorazione
semplificato e di breve durata rispetto alla tecnica sinora utilizzata;
- ha il vantaggio di essere pompato, con apposite macchine che garantiscono uniformità e costanza delle
caratteristiche, e di riempire le cavità tra il profilo della galleria scavata ed i conci messi in opera ;
- se necessario, con l’aggiunta di un additivo accelerante si potrebbe evitare di far refluire il cemento
cellulare dal rivestimento verso la parte posteriore della macchina fresatrice, e darebbe, inoltre, una rapida
stabilizzazione ai segmenti prefabbricati; comunque questo viene circoscritto nella parte posteriore della
fresa (coda) con la realizzazione di un anello di tenuta attraverso il “grasso di coda”;
- il cemento cellulare possiede caratteristiche tali da rendere superflua la stuccatura dei giunti tra i conci;
- presenta una buona omogeneità, un ritiro limitato ed una elevata impermeabilità.
Tab. 3 – Valori di resistenza alla compressione che può raggiungere un cemento cellulare
leggero con impasti a solo cemento Portland 52,5 / Compressive strength values that cellular
concrete can achieve light with Portland 52.5 cement mixes only
In funzione del nostro obiettivo attraverso la sua composizione si può ottenere una massa volumica che
può variare da 300 kg al m³ a 1800 kg al m³.
Le caratteristiche di resistenza dipendono dalla massa volumica, dal rapporto Acqua/Cemento, dal
contenuto di cemento e dalla grandezza delle bolle di aria presente nella schiuma.
Il modulo di elasticità è da 3 a 30 volte più piccolo di quello del calcestruzzo normale, in funzione della
massa volumica.
Per il riempimento di cui sopra si può richiedere una resistenza a compressione su provini cilindrici a 28
giorni compresa tra 4 e 6 Mpa ed una massa volumica di 1300 kg al m³ corrispondente ad una massa
volumica finale superiore a 1180 kg al m³.
Grazie alla consistenza molto fluida ed al comportamento tixotropico, il cemento cellulare è autocostipante
e può essere semplicemente pompato a tergo dei conci, anche se stretti e irregolari, purché non invasi
dall’acqua. Non occorre nessuna precauzione per la maturazione. Infatti, benché il ritiro sia maggiore
rispetto ai calcestruzzi normali, la ridotta perdita di umidità che si ha negli scavi, concorrono ad indurre una
microfessurazione diffusa, a meno che si operi in terreni secchi molto porosi o permeabili.
f.1.1.1) - Caratteristiche generali dell’additivo schiumogeno
Per realizzare la schiuma occorre un particolare aeratore che attraverso un compressore in esso
incorporato provvede a fornire l’aria necessaria alla formazione dell’additivo in schiuma. La capacità
dell’aeratore può variare dai 150 litri pari ad una produzione di circa 2000 litri di schiuma sino a 500 litri
pari ad una produzione di circa 7000 litri di schiuma che può essere erogata da un minimo di 300 litri al
minuto sino ad un massimo 600 litri al minuto.
L’additivo si presenta come un liquido di colore bruno scuro e con le seguenti principali caratteristiche
tecniche:

- composizione chimica: peptoni e peptici ottenuti per idrolisi di proteine animali e vegetali
- peso specifico: 1,12 ± 0,02
- solubilità in acqua: infinita
- viscosità: 17 ± 5 cs a 20° C
30 ± 10 cs a 0° C
75 ± 20 cs a – 10° C
- temperatura di congelamento: - 15° C
leggero con impasti di sabbia : cemento Portland 52,5 / Compressive strength values that cellular
concrete can achieve light with sand mixes: Portland 52.5 cement

La schiuma si forma con 50 litri di acqua per ogni litro di additivo (circa il 2 % in peso). L’introduzione della
schiuma all’interno di un impasto apporta circa 70-80 litri di acqua per m³ per una densità di impasto pari
350 kg al m³ e 20 ÷ 30 litri di acqua per m³ per una densità di impasto pari 1600 kg al m³.
f.1.1.2) - Caratteristiche del cemento
Il cemento come sopra detto deve essere del tipo Portland, tuttavia anche altri tipi di cemento possono
essere impiegati. Comunque la naturale struttura del cemento cellulare abbisogna di cementi freschi, e
finemente macinati per permettere una omogenea e uniforme produzione di pellicole cementizio sferiche
attorno alla cellula d’aria per assicurarne un perfetto reticolo tridimensionale regolarmente distribuito nella
massa. Pertanto l’impiego di cementi vecchi, cioè di quelli che hanno assorbito umidità, con conseguente
formazione di grumi, poco si adattano alla buona riuscita della suddetta struttura con conseguente
diminuzione di resistenza e allungamento dei tempi di indurimento.
f.1.1.3) - Quantità d’acqua
Per la realizzazione del cemento cellulare la quantità d’acqua mediamente impiegata deve essere di 50 litri
ogni 100 kg di cemento, più 15 litri di acqua immessa nell’impasto sotto forma di schiuma, pertanto il
rapporto medio finale A/Ce è di 0,65.
Tab. 5 – Consumo di sabbia e cemento - kg/m3/ Consumption of sand and cement – Kg/m3
f.2) - Come seconda alternativa, mi permetto di suggerire l’iniezione di un formulato resinoso a base
silicatica, in particolare un silicon-mineral-organico bicomponente, senza capacità di espansione, con
elevata resistenza meccanica e stabilità chimica. Vorrei sottolineare che questo tipo di prodotto è atossico
e non inquina le acque sotterranee.
Questo prodotto è stato studiato e messo a punto, con la collaborazione di una industria chimica italiana
CHEMIX [**], per l’impermeabilizzazione di ammassi di rocce fratturate, per consolidare terreni, per
riempire cavità e fessure nel calcestruzzo.
La reazione del formulato, è irreversibile infatti, la miscelazione, tra i due componenti A e B, di cui è
composto, avviene in tempi molto brevi (1 - 2 minuti a + 18° C.). In particolari situazioni lavorative, è
possibile accelerare la reazione mediante l’introduzione nel componente A di un accelerante nell’ordine di
0,5 – 1 %.
La presenza di acqua a tergo dei conci, diluente per eccellenza, durante le operazioni di iniezioni non
influenza minimamente il decorso della reazione né favorisce il rigonfiamento del prodotto che è di natura
prevalentemente inorganica. Inoltre il prodotto è autoestinguente ed indurisce rapidamente.

f.2.1) - Iniezioni a tergo dei conci prefabbricati di un formulato resinoso a base silicatica, in particolare un
silicon-mineral-organico bicomponente, senza capacità di espansione per il riempimento ed il contrasto
della struttura contro la roccia
In questa seconda proposta, la miscela resinosa di iniezione, è un formulato a base di silicon-mineral-
organico bicomponente, senza capacità di espansione, con elevata resistenza meccanica e stabilità chimica.
Questo prodotto è stato studiato e messo a punto per questo tipo di particolare problema, per
l’impermeabilizzazione di ammassi di calcestruzzo e di rocce fratturate, per consolidare terreni, per
riempire cavità e fessure nel calcestruzzo, oggetto dell’intervento.
Fig. 5 - Configurazione di una sezione tipo di galleria dove viene evidenziato l’iniezione del “Pea-Gravel” e del successivo
intasamento a tergo dei conci in calcestruzzo in con una resina silicatica (modificata), tipo "SILEX-304-STONE" prodotta dalla
industria chimica italiana CHEMIX. Data la particolarità chimica, fisica e meccanica del prodotto il "Pea-Gravel" può essere
tranquillamente eliminato. Per la sua particolarità è in grado di riempire ogni piccolo interstizio presente nella roccia per la sua
caratteristica di reazione con un tempo di scorrimento 90 ± 30 s. Resina altamente reattiva, resistente al fuoco, ideale per
stabilizzazione di strati rocciosi e la sua grande particolarità di non essere inquinante in presenza di acqua per uso umano /
Configuration of a tunnel type section where the injection of the "Pea-Gravel" is highlighted and the subsequent clogging of the
concrete segments on the back with a (modified) silicate resin, such as "SILEX-304-STONE" produced by the chemical industry
Italian CHEMIX. Given the chemical, physical and mechanical particularity of the product, "Pea-Gravel" can be safely eliminated.
Due to its particularity it is able to fill every small gap in the rock due to its reaction characteristic with a flow time of 90 ± 30 s.
Highly reactive resin, resistant to fire, ideal for stabilization of rocky layers and its great particularity of not being polluting in the
presence of water for human use.
f.2.1.1) - Caratteristiche chimico-fisiche della resina silicatica
Component specific weight A : 1.450 ± 0.05 Kg/dm3
Component specific weight B : 1.180 ± 0.05 Kg/dm3
Component viscosity A : 300 - 600 mPas.
Component viscosity B : 550 - 750 mPas.
pH component A : 11.5 ± 0.5
pH component B : neutro
Mixing ratio : 100 + 100 parti in volume/ 100 + 83 parti peso
Start of reaction : 1 - 2 minuti
Complete reaction : dopo 5 – 10 minuti
Reaction exothermy : max 90 – 100° C
Compressive strength : 28 - 30 N/mm2
Flexural strength : 5.50 – 6.18 N/mm2

Foto 3 – Visione di un carotaggio eseguito nel "Pea-Gravel" intasato con la "Resina Silicatica" (trasparente) tipo "SILEX-304-
STONE" prodotta dalla industria chimica italiana CHEMIX , studiata appositamente per il particolare problema di garantire ad
essere non-inquinante / Vision of a core drilling performed in the "Pea-Gravel" clogged with the "Silicate Resin" (transparent)
type "SILEX-304-STONE" produced by the Italian chemical industry CHEMIX, specifically designed for the particular problem of
guaranteeing to be non-polluting.
f.2.1.2) – Vantaggi sull’impiego della resina silicatica a tergo dei conci
Quando un treno ad alta velocità attraversa un tunnel, l'aria nel tunnel viene schiacciata dal treno e lo
segue.
La regione di pressione negativa si forma dietro il treno, aspirando l'aria fresca all'esterno nel
tunnel. Questo fenomeno è noto come "effetto pistone".
Fig. 6 - Cronologia temporale del coefficiente di resistenza aerodinamica durante il processo in cui due treni ad alta velocità 700T
passano l'uno accanto all'altro in un tunnel (la velocità del treno è di 300 km / h), NN, è l'intersezione dei nasi del treno, NT, è
l'intersezione del treno il naso e la coda di un altro treno, TT, è l'intersezione delle code del treno / Time history of drag
coefficient during the process that two 700T high- speed trains passing by each other in a tunnel (train speed is 300 km/h), NN, is
the intersection of the train noses, NT, is the intersection of the train nose and the tail of other train, TT, is the intersection of the
train tails. (Aerodynamics of railway train/tunnel system: A review of recent research - Jiqiang Niu, Yang Sui, Qiujun Yu, Xiaoling
Cao, Yanping Yuan - School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu, Sichuan, China)
Anche quando i treni passano l'uno accanto all'altro, la struttura del veicolo e le pareti del tunnel, in
particolare quelli realizzati in conci prefabbricati (come in Francia, Germania, Cina e Giappone), sono
soggette a forti pressioni di impatto aerodinamico transitorio e l'ampiezza della pressione può arrivare fino
a 6 kPa (0,6 tonnellate / metro quadrato).
Pertanto, in condizioni normali, come sopra indicato, i conci prefabbricati di calcestruzzo, quelli che sono
stati intasati a tergo, con una malta cementizia, essendo correlate al fattore galleria e ferrovia, cominciano
a vibrare al passaggio del treno e nel tempo cominciano a fessurarsi; inizialmente con delle piccole lesioni, e
nel tempo, cominciano ad aprirsi delle fessurazioni molto importanti. In più se ci sono infiltrazioni d’acqua,
il risultato lo potete prevedere da soli.

Fig. 7 - Effetto di attrito dell'onda di pressione sulla superficie del treno e sulle pareti del tunnel / Friction effect of the
pressure wave on the train surface and tunnel wall (Aerodynamics of railway train/tunnel system: A review of recent research -
Jiqiang Niu, Yang Sui, Qiujun Yu, Xiaoling Cao, Yanping Yuan - School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University,
Chengdu, Sichuan, China)

Invece, l’intasamento con la resina silicatica, tipo "SILEX-304-STONE", è utile per un controllo efficace degli
effetti aerodinamici in quanto è stata appositamente progettata e modificata per garantire nel tempo il
consolidamento e la stabilizzazione degli strati rocciosi circostante il tunnel. Ripeto, ciò è dovuto al grande
vantaggio di ancorarsi alla roccia, inoltre legare (incollare) il tutto: conci e pea-gravel, in un unico blocco
all’ammasso roccioso, assorbendo qualsiasi tipo di vibrazioni per la sua grande resistenza alla flessione che,
dopo adesione a 24 ore è pari a 3,8 MPa. Inoltre questo formulato è in grado di proteggere la galleria per i
prossimi 100 anni.
Quindi si può stare tranquilli sulla valutazione della sicurezza di un'onda di pressione causata dai treni che
attraversano questo tipo di gallerie perché, l’iniezione della resina silicatica, a tergo dei conci, è il metodi
più efficace per il controllo delle onde di pressione nelle gallerie.
g) – Considerazioni finali
Vorrei fare soltanto delle semplici riflessioni finali iniziando a ricordare che sino a poco tempo fa, c’era la
convinzione che il calcestruzzo, considerato un materiale perfetto, duro e compatto, avesse una sua vita
utile infinita. Purtroppo, ogni opera realizzata in materiale cementizio, a causa dell’interazione con
l’ambiente circostante, è soggetta a fenomeni deteriorativi. Per questo, la durabilità dei manufatti in CA e
CAP, è uno dei problemi più suscettibili all’interesse degli specialisti di settore.
Inoltre, il calcestruzzo, oltre a conferire resistenza meccanica, fornisce all’intera struttura una protezione
nei confronti della corrosione per l’acciaio d’armatura. Però, anche il calcestruzzo, esso stesso è soggetto a
degrado.
Una seconda riflessione finale la vorrei fare ricordando che il cemento cellulare anch’esso è un prodotto
speciale, ma deve essere confezionato in modo corretto, facendo ricorso alle più appropriate materie
prime, apparecchiature e tecnologie. Inoltre, deve essere costantemente controllato, sia nella sua massa
volumica durante il pompaggio, sia nella sua resistenza a compressione. Vorrei sottolineare che l’impiego
del cemento cellulare può anche essere impiegato nella tecnologia manutentiva di vecchie gallerie,
specialmente di quelle costruite all’inizio del secolo, che si presentano in muratura di mattoni con distacco
dalla roccia per le alternanze termiche stagionali. In questo caso abbiamo visto, con la nostra
sperimentazione che, in questi casi è fondamentale l’impiego del cemento cellulare, rispetto alle malte
cementizie ordinarie, a causa del loro naturale peso che presentano queste ultime, e che possono essere
causa di fenomeni di sovrapressioni sulla vecchia struttura.

La terza riflessione riguarda il quadro fessurativo che si presenta sui conci prefabbricati in calcestruzzo, per
situazioni similari descritti nella presente memoria, ma, a mio avviso, si verificano essenzialmente per il
ritiro autogeno e dalla viscosità di base dove questi hanno un effetto profondo sul comportamento delle
strutture.
invece, il ritiro, di qualunque natura esso sia, ha sempre effetti sfavorevoli in quanto, tende a produrre stati
coattivi di trazione, che si rilasciano attraverso fessurazione più o meno diffusa. Perciò ho voluto
solamente dimostrare, nelle poche righe scritte all’interno di questa memoria, che il quadro fessurativo di
una struttura, come quella realizzata da elementi strutturali in conci prefabbricati di calcestruzzo, dove il
conseguente fenomeno di infiltrazioni d’acqua può essere eliminato attraverso l’iniezione a tergo dei conci
di particolari tecnologie, dal sottoscritto sopra descritti.
Infine, a mio avviso, l’iniezione di una resina silicatica, è l’ideale perché riesce a garantire al connubio che si
viene a creare tra la roccia, la resina iniettata ed i conci in calcestruzzo, una originalità di garanzia fatta da
valori di durabilità, richiesti nel tempo di vita utile di progetto, previsto per la struttura infrastrutturale,
perché impedisce ogni infiltrazione e/o la fuoriuscita di acqua, oltre a garantire alla stessa struttura una
durata di vita utile superiore ai 100 anni.
NOTE:
(1) Da esperienza consolidata abbiamo visto che strutture in calcestruzzo, esposte in ambienti umidi, hanno
evidenziato una notevole durabilità nel tempo se vengono rispettati alcuni parametri:
- l’introduzione di additivi aeranti ;
- l’impiego di aggregati non gelivi;
- basso rapporto A/Ce
L’introduzione di additivi aeranti nell’impasto di calcestruzzo determina un volume d’aria (4,5-7 %) sotto
forma di micro bolle (Ø 100 μm). Queste dislocate casualmente nella pasta di cemento interrompono il
cammino dell’acqua sotto pressione che si muove lungo il reticolo dei pori capillari con conseguente
attenuazione della pressione idraulica. E’ importante ricordare che se l’introduzione dell’aria porta ad un
calcestruzzo di resistenza meccanica inferiore a quella prevista nel progetto per la resistenza caratteristica
(Rck), è necessario ridurre il rapporto A/Ce affinchè si garantisca egualmente la resistenza meccanica prevista
nel progetto (in termini pratici ci sarà un maggior dosaggio di cemento pari al 10-15%. Ovviamente il costo
extra sarà trascurabile se confrontato all’intervento di risanamento/risarcitura delle lesioni descritto nella
presente memoria).
(2) Gli additivi sono prodotti che aggiunti in piccole quantità ai calcestruzzi, prima o durante la miscelazione,
ottiene il fine di migliorarne alcune proprietà sia allo stato fluido che solido. L’azione primaria nei calcestruzzi
freschi di questi prodotti è di essere solubili in acqua, migliorando “l’attitudine a deformarsi”, mentre l’azione
fisica è quella di agire come “tensio-attivi”, riducendo lo sforzo di taglio necessario alla messa in opera.
Altri additivi come i “plastificanti” tendono a migliorare l’impermeabilità ed agiscono anche come “idrofugo”.
Poiché sono chimicamente inerti, essi non hanno pressoché azioni secondarie sulle proprietà del
calcestruzzo.
(3) Le fessure dovute a ritiro igrometrico (e perché no anche da ritiro autogeno) possono essere influenzate da
strutture rimosse precocemente, anche se trattati adeguatamente con clima asciutto e ventilato, come per i
conci oggetto della presente memoria. Infatti, una serie di cause concomitanti influiscono notevolmente:
come può essere l’arresto del processo di idratazione del cemento dovuto all’evaporazione precoce
dell’acqua d’impasto.
Comunque è possibile ridurre il fenomeno del ritiro, oltre con l’impiego dei tradizionali ingredienti sopra
menzionati, impiegare anche dosi o completamente degli agenti espansivi con capacità di provocare dei
fenomeni espansivi omogenei, ma dato il costo elevato, se ne limita l’impiego.

Title:
Indications on some new solutions on how to do the clogging on the back of the lining made with
prefabricated concrete segments in a tunnel under construction and simultaneous resolution of the
problem of water infiltration that occurs through cracks that occur on the same precast segments
by Lamanna Luigi Franco [*]
a)- Introduction
Let's start this article with the problems of water infiltration through cracks that occur in prefabricated
segments after the assembly phase in a new tunnel under construction.
As illustrated several times, in tunnels, especially in metropolitan areas, it very often happens that
excavation works must be carried out below the aquifer level, sometimes at quite high pressures. This is a
problem that requires a lot of attention on the part of the designer and the executors, since due to the
presence of a pitch, the following can occur:
- problems during the excavation phase;
- problems related to alteration of the aquifer;
- problems with infiltration through the joints and / or cracks that occur in the prefabricated segments due
to poor execution of the same or for other reasons.
The construction technologies for the execution of these tunnels are numerous, lately a widely used
technique is represented by double shield TBMs (DSU-TBM). This type of cutter is increasingly able to
efficiently carry out excavation work without disturbing the normal city activities on the surface, used for
almost 40 years, whose diameter of the excavation is always greater than that of the segment covering ring
prefabricated concrete for further consolidation work. This cavity is usually filled, following the scheme
proposed by EFNARC (is the European federation dedicated to specialist construction chemicals and
concrete systems), through holes left in the prefabricated lining segments, with an inert called "pea-gravel"
injected using a dosing pump and subsequent clogging by means of a cement mixture (two-component).
This process involves the following stages:
- filling the cavity with an inert pea-gravel material, consisting of a simple mix of sand and gravel;
- injection / clogging of a cement grout, to fill the voids created between the aggregates, at high pressure,
to ensure complete filling of all voids.
Very often, as happens today in most mechanized excavation interventions, the cement grout is replaced
with a two-component, ready-to-use and cement-based system (consisting of water, cement, bentonite and
chemical additives), which through the Shield (DSU-TBM), at the rate of 3 to 4 liters per mᶾ of mixture, is
injected on the back of the precast concrete segments, with the aim of clogging the cavity and also to avoid
possible infiltration of water in the present or in the future inside the tunnel [sic!].
On this last point: to avoid possible water infiltrations, despite the continuous progress in this sector, our
current state of knowledge on the durability of concrete still presents some gaps, even if during the last 40
years, new technologies and new products, they have led us to improved performance. In fact, to create
excellent precast concrete segments resistant to the phenomenon of carbonation and that are “durable”
over time, it is not only necessary to create a good concrete, compact and homogeneous, it must be
waterproof as much as possible. Necessary condition valid to avoid any form of aggression.
According to what has been described above, it does not always manage to function properly, and the
purpose of this report is only to examine and define some aspects on how not to let water pass through the
cracks that have arisen on the segments. Operation necessary so that the structure is protected from the
"deterioration" that develops over time due to continuous dripping, which through the same lesions, which
have arisen for the most diverse reasons, can create future alterations, such as: efflorescence,

delamination, detachment of parts under the effect of vibrations caused by the traffic of metropolitan
trains, and / or high-speed trains, etc.
The type of intervention, to "avoid" the above, is to carry out a valid waterproofing system, by means of
"injections" on the back of the segments, sufficient to eliminate the continuous infiltration of water from
any direction it comes from.
Before illustrating some definitive solutions to the problem of water infiltration, in order for these
innovative technological proposals to be effective, in achieving the goal, I would like to make my brief and
personal reflection, not exhaustive, on why the cracking phenomenon is triggered in the precast concrete
segments.
Foto 1 – Esempio tipico di infiltrazioni d’acqua all’interno di una galleria metropolitana in fase di costruzione per cattiva
esecuzione dei conci prefabbricati in calcestruzzo / Typical example of water infiltration inside a metropolitan tunnel under
construction due to poor execution of precast concrete segments
b) - Brief description of why the cracking phenomenon occurs on concrete segments
I will try to give a brief answer below on why the cracking phenomenon triggers, in particular, on the
structure in prefabricated concrete blocks. From personal experiences I have been able to highlight that the
phenomenon is triggered immediately during the construction phase of a metropolitan tunnel, so I must
deduce that they are due to hygrometric shrinkage. If this is one of the probable reasons, I would like to
point out that, over time, we will have major problems of accentuating the phenomenon of deterioration of
the segment both of a physical and mechanical type and consequently with subsequent high costs of
restoration and shutdown of the infrastructure. . Let's go, in general, to examine the phenomenon in detail:
b.1) - chemical-physical factors that determine the degradation of "cured" concrete
a) - aggressiveness of the environment;
b) - durability of concrete,
c) - errors or deficiencies dating back to construction.
b.1.a) - atmosphere (marine, industrial), water (rain, water courses, infiltrations, aquifers), climate and
microenvironment with which the structure lives, such as:
- vibrations due to the transit of trains, in particular those at high speed (numerous in years of operation);
- mechanical disintegration action, caused by the alternation of freeze-thaw cycles;
- chemical aggression, due to sulphates, chlorides, magnesium salts, oils, etc.
b.1.b) - technological deficiencies, such as:
- incorrect proportioning in the choice of materials constituting the concrete (cement, additives, water) (1);
- diffused or concentrated macro and micro porosity (a compact, homogeneous and impermeable concrete

will offer greater resistance to the penetration of water and gas than a concrete of mediocre quality,
inhomogeneous, cracked and porous).
b.1.c) - execution errors, such as:
- the incorrect combination of concrete-steel materials and insufficient attention to the crack pattern
caused and accelerated by mechanical phenomena, such as impacts, thrusts and vibrations (during the
assembly phase);
- exasperated tendency to the complete exploitation of the structure, many times, for architectural and
economic reasons (not in this case).
b.1.d) - aggression phenomena of "cured" concrete It may seem strange to you but the environmental factor
is the primary cause of initiation and propagation of the subsequent corrosion phenomenon of the
reinforcement, in particular:
- the penetration of carbon dioxide present in the environment, and water, which when it comes into
contact with concrete reacts with its alkaline components to give "calcium carbonates" resulting in
"carbonation"
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
- the penetration of "chlorides" dissolved in the water present in the tunnel.
c) - Some brief considerations on the characterization of precast concrete segments used for tunnel lining
The advantages of mechanization reside not only in its automation of excavation operations but also in
those of the laying of precast concrete segments by means of a hydraulically operated mechanical arm
present inside the metal Shield (TBM) that grabs every single segment and places it in the default position.
These concrete segments in turn are made in the vicinity of the construction site with an industrialization
plant process, according to a sort of assembly line, using special formworks that allow each single operation
to be repeated continuously in the same location.
c.1) - Self-supporting concrete segments for tunnels
The automation of the segments in the tunnel consists in the mechanical assembly between them, in a
circumferential direction, using special bolts; furthermore, the rings are also connected to each other by
means of a special system of threaded bars, plates, nuts and sleeves. At the end of the assembly, the
coating assumes the characteristics of a monolithic hollow tube, capable of withstanding compressive
stresses in the vertical and horizontal planes and any bending moments. The coating thus assembled is also
made watertight, in addition to sealing with mortar, by means of rubber gaskets, pre-installed on the
contact surfaces between the segment and the segment.
At the end of these interventions, the lining segments must show resistance to numerous degradation
phenomena caused by the operating conditions such as hydraulic tunnels, subject to particular stresses, to
which they are subjected but, in particular, by the aggressiveness of the environment in which the whole
structure will perform its function.
Fig. 1 – Un esempio tipologico di guarnizione ancorata (tipo UG037A) /
A typological example of anchored gasket (type UG037A)
c.2) - A brief description of the production sequence of precast concrete segments

The sequence of making the precast concrete segments takes place according to the following cycle:
- production of concrete with the introduction of additives (2) (we must pay close attention to the use and
abuse that is made of it during the packaging of concrete, especially those with accelerated curing);
- preparation of the metal reinforcement (average incidence of reinforcement from 90 ÷ 305 kg / m³) and
positioning by means of equipment inside the formwork;
- casting within the concrete formworks (Rc). An inadequate compaction of the concrete can cause macro-
vacuums inside and on the surface of the segments with an enormous penalty of the final characteristic
resistance of the concrete (Rck);
- trowel finishing of the concrete surface;
- accelerated ripening treatment (wet seasoning) (3). The designer can make use of numerous tested
international standards, such as ACI, ASCE, BS, UNI EN, ect. In the practice of the construction site, many
times the minimum curing time is not respected, which is a function of the environmental conditions,
therefore we will have the risk of cracking of the concrete;
- dismantling of segments. The stripping time has a considerable influence on the durability of the
segments (structure). An argument that was very neglected on construction sites all over the world due to
the absence of technical specifications on this subject in the project;
- possible anti-carbonation treatment of the surface of the segments (this will be a topic that we will deal
with shortly);
- insertion in the perimeter grooves made on the surface of the thickness of the segment of a particular
rubber gasket type EPDM (fig.1) to make the joints waterproof;
- sending the segments to the storage area.
Up to now they all seem normal operations however, as we know, concrete has mechanical compressive
strengths ranging from 20 to 40 MPa, suitable for many applications, while mechanical tensile strengths
due to bending are relatively low; this is why they easily tend to microcrack under the action of tensile
stresses. Furthermore, the variation in environmental conditions or contact with aggressive chemicals
further threatens its durability already affected by its characterization by the triggering of micro-cracks.
d) - Reflections on the durability of concrete segments
Today it is required that the minimum useful life of concrete structures used for underground works,
especially as for the tunneling sector, is at least 100 years.
In recent years, despite an awareness of the importance of durability that has made it possible to modify
the technology in the production of concrete, as well as careful design of the works using new limits, to
date we have little information available on the durability of the concrete. long-term life of concrete works.
In fact, this limited availability of information and data has limited the application of particular concretes
such as fiber-reinforced concrete. Although it is continuously shown that fiber-reinforced concrete has the
ability to develop strengths, in addition to very high bending and yield strength, also due to the increased
rate of environmental atmospheric pollution, as well as water, and also of the subsoil itself, this is not yet
taken into due consideration or interest.
Despite the lack of information, there is satisfactory documentary evidence that demonstrates the
performance, both in the short and medium term, of fiber-reinforced concrete. And therefore a general
review was made of the properties of fiber-reinforced concrete which, compared to conventional
reinforced concrete (without fibers), is able to withstand sulphatic water, sea water, in relation to the
corrosion problems of the reinforcements.
This is to say that, for the purposes of a correct choice of the type and class of concrete, in addition to
structural considerations, it is necessary to classify the environment in which each structural element must
be inserted. For environment, in this context, we mean the set of chemical and physical actions to which it
is assumed that the concrete will be exposed during the life of the work and which cause effects that
cannot be classified as due only to loads or indirect actions (impressed deformations, subsidence, thermal
variations).

Depending on these actions, the environmental exposure classes and sub-classes of concrete indicated in
the UNI EN 206 standards and in the Structural Concrete Guidelines drawn up by the Presidency of the
Higher Council of Italian Public Works are identified:
- maximum Water / Cement ratio (0.50 for XC4 and XS1 and 0.55 for XD2 according to UNI EN 206-1)
according to environmental aggressiveness;
- addition of aerating additive according to environmental aggressiveness and in compliance with UNI EN
934-2, UNI EN 480 (1-2) and ASTM-C-260 (2) standards;
- workability according to the durability and quality of the installation;
- maximum diameter of the aggregates as a function of the geometry of the structure and the density of
the reinforcement (recommended limit values for XF2-4 exposure classes depending on the maximum
diameter of the aggregates - D max = 25 mm);
- concrete cover according to the environmental aggressiveness, however the recommended minimum is
35 mm.
CLASSE DI ESPOSIZIONE AMBIENTE
XC Ambiente con presenza di CO2
XS Ambiente marino
XD Ambiente con cloruri non di mare
XF Ambienti che necessitano di Sali disgelanti
XA Ambienti in presenza di terrenti eo acque
aggressive
Tab. 1 – Classi di esposizione ambientale / Environmental exposure classes
Complementary requirements can also contribute, as in our case, to the request for the containment of
cracking in the plastic phase through the addition of polyacrylonitrile fibers as well as a very high degree of
impermeability, not only on its surface, but also in its mass, reachable with the use of silica fumes (3).
e) - Brief scheme proposed by EFNARC on how to do the clogging with a two-component mixture on the
back of the lining of a tunnel made with precast concrete
I would like to point out that in the construction technology, which has been used for almost 40 years now,
the diameter of the excavation is always greater than that of the final lining ring (Segment lining). As
described in the introduction, this cavity is filled, through holes left in the prefabricated lining segments,
with an inert material called "pea-gravel", composed of a simple mix of sand and gravel, injected using a
metering pump.
Foto 2 – Pea-Gravel

Subsequent injection / clogging of a cement grout, to fill the voids created between the aggregates, at high
pressure, to ensure the complete filling of all the voids. On the international market there are various
ready-to-use cement mixtures to fill the voids created in the "pea-gravel". They are products specifically
formulated with any additions of Fly-Ash (conforming to EN 450) and / or sodium bentonite in combination
with a liquid retardant additive that inhibits setting with a fluidifying effect, which must be able to
guarantee a workability of the mixture up to 72 hours after its packaging.
In general the dosage depends on the composition of the mixture. See below an indicative table of the
composition of the mixture, however generally the dosage is between 50 and 100 liters per cubic meter of
mixture to be injected.
Acqua / Water 750 – 850 kg
Bentonite 30 – 60 kg
Cemento / Cement 310 – 350 kg
Additivo ritardante / Retarding agent 3 – 7 l
Miscela accelerante / Accelerator admixture 50 – 100 l
Tab. 2 – Esempio tipico di una miscela da adottare per l’iniezione di riempimento a
tergo dei conci di rivestimento in gallerie scavate con TBM scudate / Typical example
of a mixture to be used for the filling injection behind the segments lining in tunnels
dug with shielded TBMs (values per m3 of hardened material)
e.1) - Mixing of a cement grout
The mix of a cement grout is made up of water, cement, bentonite and chemical additives (also called
mortar) necessary to modify the water / binder ratio and the initial and final setting times. The mixture
must be easy to pump, and is usually delayed (a few hours) to avoid the risk of clogging the delivery pipes
during transport and injection.
The presence of cement helps the development of mechanical strength, which can reach very high values
(15 - 20 MPa at 28 days). This type of mix is also very negatively affected by variations in its ingredients,
which can lead to clogging of the pipes. Poor feeding of the mortar can lead to discontinuities in the filling
operation. This discontinuity creates voids and does not completely clog the ring as required by design
requirements. This reduced activity normally reduces the injection between 50 kg / m3
and 100 kg / m3
while, in active systems, without voids, the binder component develops full hydration with a cement
content higher than 200 kg / m3
.
del “Pea-Gravel” e della successiva “Malta Cementizia” di intasamento a tergo dei conci in calcestruzzo.
Nella figura viene evidenziato volutamente, in alto, il vuoto che si viene a creare a forma di “lunetta” e
che si riempie sempre d’acqua che successivamente va ad impregnare i conci prefabbricati in calcestruzzo /
Configuration of a tunnel type section where the injection is highlighted of the “Pea-Gravel” and the
subsequent"Cementitious Mortar” for clogging on the back of the concrete segments. In the figure the
emptiness that is created in the shape of a "lunette" is deliberately highlighted above which always
fills with water which subsequently impregnates the precast concrete segments

e.2) - Interaction of injection mixtures with the environment
Another important topic from a technical, environmental and water protection point of view is the
dangerousness of the numerous materials on the market, which can be used in injections, of any type, and
are also used in underground excavations.
Recently, the Chinese government temporarily abandoned the use of these injection mixtures in some
areas of its territory, in particular, on the back of the concrete segments during the construction of tunnels.
Some of the unqualified products used in the field of injections are for the most part harmful and
dangerous; therefore they must be examined from the point of view of safety towards humans and the
environment.
In my opinion there is also a reserve for the use of peal-gravel, represented by the possibility of the
presence, inside the cavity between the rock and the concrete segments, of free water, which would wash
away the cement grout both during the initial filling phase that over the years.
Therefore, in this sense, I think we can affirm that there may be the possibility that substances constituting
the grouting can propagate in the aquifer and therefore cause alterations of the underground and surface
water; therefore the injections of consolidation and/or waterproofing, on the back of the concrete
segments, can become, if not properly controlled, a widespread source of pollution. The assessment of the
danger is to be connected to the various risks that unqualified products may involve, which can be of
different types: corrosive, toxic, harmful, irritating, etc.
The substances that enter the preparation of injection mixtures are subject to the regulations of each
manufacturer and/or country of competence; in fact, manufacturers are normally required to provide
Material Safety Data Sheets (MSDS) that give all the necessary information on any hazards and precautions
for using the products. The essential information are: risk phrases, chemical - physical characteristics,
methods of use and storage, occupational exposure limit values.
f) - Below I would like to propose two alternative solutions to clogging with a cement mixture (two-
component) on the back of the lining of a tunnel made with precast concrete segments
From experimental site tests, I could see that a first valid alternative to the injection of the cement mixture,
inside the peal-gravel, is the use of:
Fig. 3 – Cemento cellulare / cellular concrete
f.1) - Cellular concrete can normally be used to fill the cavity between the wall of the rock excavation and
the lining in precast concrete “segments”.
Cellular concrete is referred to as a material obtained by incorporating numerous small air bubbles, with a
diameter between 0.3 and 1.5 millimeters, in a Portland cement paste, with or without the addition of fine
aggregate.
Cellular concrete, known under various aspects and with the most disparate trade names, is still treated
today as if it were a recent technology, in fact, cellular concrete has been experimented with since 1914 by
Aylsworth and Dyer by introducing air bubbles into a cement mixture using aluminum powder. In fact, the
beginning of its use in widespread construction is dated 1923, while the patent was filed in 1931 by Erik
Christian with U.S. Patent number 1.794.272.

f.1.1) - Some personal considerations on the experimentation of "cellular cements" to be injected on the
back of the segments in the excavation of tunnels with mechanical cutters
I would like to look at the technological aspects. In the construction technology of tunnels with mechanized
systems, used for almost 40 years, the diameter of the excavation is always greater than that of the lining
ring in concrete segments. This cavity, as already written above, is usually filled with a monogranular
aggregate commonly called "pea-gravel" with a size of about 15 mm, injected using a metering pump
through holes left in the single prefabricated lining segment.
del “Pea-Gravel” e del successivo intasamento in “Cemento Cellulare” a tergo dei conci in
calcestruzzo. Per la sua particolarità è in grado di riempire ogni piccolo vuoto / Configuration of a
tunnel typesection where the injection is highlighted of the "Pea-Gravel" and the subsequent
clogging in "Cellular Cement" on the back of the segments in concrete. Due to its particularity it
is able to fill every small void.
Our proposal includes the following processing:
- filling the cavity with the inert pea-gravel material;
- subsequent injection / clogging, to ensure the complete filling of all voids, of light-weight cellular concrete
(with low density values) which would allow, instead, a simplified and short-lasting processing cycle
compared to the technique used up to now;
- it has the advantage of being pumped, with special machines that guarantee uniformity and constancy of
the characteristics, and of filling the cavities between the profile of the excavated tunnel and the segments
installed;
- if necessary, by adding an accelerating additive, it could be possible to avoid making the cellular concrete
flow back from the coating towards the rear of the milling machine, and it would also give rapid
stabilization to the prefabricated segments; however this is circumscribed in the rear part of the cutter (tail
sealants) with the creation of a sealing ring through the "tail sealants";
- cellular concrete has characteristics such as to make grouting of the joints between the segments
unnecessary;
- has a good homogeneity, a limited shrinkage and a high impermeability.

leggero con impasti a solo cemento Portland 52,5 / Compressive strength values that cellular
concrete can achieve light with Portland 52.5 cement mixes only
According to our objective, through its composition it is possible to obtain a density which can vary from
300 kg per m³ to 1800 kg per m³. The strength characteristics depend on the density, the Water / Cement
ratio, the cement content and the size of the air bubbles present in the foam.
The modulus of elasticity is 3 to 30 times smaller than that of normal concrete, depending on the density.
For the above filling, a compressive strength on cylindrical specimens after 28 days of between 4 and 6 Mpa
and a density of 1300 kg per m³ corresponding to a final density greater than 1180 kg per m³ may be
required.
Thanks to its very fluid consistency and thixotropic behavior, cellular concrete is self-supporting and can
simply be pumped to the back of the segments, even if narrow and irregular, as long as they are not
invaded by water. No precautions are needed for ripening. In fact, although the shrinkage is greater than
normal concretes, the reduced loss of moisture in the excavations contributes to inducing widespread
micro-cracking, unless working in very porous or permeable dry soils.
f.1.1.1) - General characteristics of the foaming additive
To make the foam, a special aerator is required which, through a compressor incorporated in it, provides
the air necessary for the formation of the foam additive. The capacity of the aerator can vary from 150
liters equal to a production of about 2000 liters of foam up to 500 liters equal to a production of about
7000 liters of foam that can be delivered from a minimum of 300 liters per minute up to a maximum 600
liters per minute.
The additive is presented as a dark brown liquid with the following main technical characteristics:
- chemical composition: peptones and peptics obtained by hydrolysis of animal and vegetable proteins
- specific weight: 1.12 ± 0.02
- solubility in water: infinite
- viscosity: 17 ± 5 cs at 20 ° C
30 ± 10 cs at 0° C
75 ± 20 cs at - 10 ° C
- freezing temperature: - 15 ° C
(The table continues on the next page)

leggero con impasti di sabbia : cemento Portland 52,5 / Compressive strength values that cellular
concrete can achieve light with sand mixes: Portland 52.5 cement
Foam is formed with 50 liters of water for each liter of additive (approximately 2% by weight). The
introduction of foam into a mixture brings about 70 - 80 liters of water per m³ for a dough density of 350 kg
per m³ and 20 ÷ 30 liters of water per m³ for a dough density of 1600 kg per m³ .
f.1.1.2) - Characteristics of the cement
The cement as mentioned above must be of the Portland type, however other types of cement can also be
used. However, the natural structure of cellular concrete requires fresh, finely ground cements to allow a
homogeneous and uniform production of spherical cementitious films around the air cell to ensure a
perfect three-dimensional network regularly distributed in the mass. Therefore, the use of old cements, i.e.
those that have absorbed moisture, resulting in the formation of lumps, do not adapt well to the success of
the aforementioned structure with a consequent decrease in strength and lengthening of the hardening
times.
f.1.1.3) - Quantity of water
For the production of cellular concrete, the average quantity of water used must be 50 liters per 100 kg of
cement, plus 15 liters of water introduced into the mix in the form of foam, therefore the final average
A/Ce ratio is 0, 65.
f.2) - As a second alternativeI would like to suggest the injection of a silicate-based resinous formulation, in
particular a two-component organic silicon-mineral-organic, without expansion capacity, with high
mechanical resistance and chemical stability. I would like to emphasize that this type of product is non-
toxic and does not pollute groundwater.
This product was designed and developed, with the collaboration of an Italian chemical industry CHEMIX
[**], for the waterproofing of masses of fractured rocks, for consolidating soils, for filling cavities and cracks
in concrete.
The reaction of the formulation is irreversible in fact, the mixing between the two components A and B, of
which it is composed, takes place in a very short time (1 - 2 minutes at + 18 ° C.). In particular working

situations, it is possible to accelerate the reaction by introducing an accelerator in the A component of the
order of 0.5 - 1%.
The presence of water on the back of the segments, the diluent par excellence, during the injection
operations does not in any way influence the course of the reaction nor does it favor the swelling of the
product which is mainly inorganic in nature. Furthermore, the product is self-extinguishing and hardens
quickly.
Tab. 5 – Consumo di sabbia e cemento - kg/m3/ Consumption of sand and cement – Kg/m3
f.2.1) - Injections on the back of the prefabricated segments of a silicate-based resinous formulation, in
particular a two-component organic-mineral-silicon, without expansion capacity for filling and
contrasting the structure against the rock
In this second proposal, the resinous injection mixture is a two-component organic silicon-mineral-based
formulation, without expansion capacity, with high mechanical resistance and chemical stability. This
product was designed and developed for this type of particular problem, for the waterproofing of concrete
masses and fractured rocks, to consolidate soils, to fill cavities and cracks in the concrete, object of the
intervention.
f.2.1.1) - Caratteristiche chimico-fisiche della resina silicatica
Component specific weight A : 1.450 ± 0.05 Kg/dm3
Component specific weight B : 1.180 ± 0.05 Kg/dm3
Component viscosity A : 300 - 600 mPas.
Component viscosity B : 550 - 750 mPas.
pH component A : 11.5 ± 0.5
pH component B : neutro
Mixing ratio : 100 + 100 parti in volume/ 100 + 83 parti peso
Start of reaction : 1 - 2 minuti
Complete reaction : dopo 5 – 10 minuti
Reaction exothermy : max 90 – 100° C
Compressive strength : 28 - 30 N/mm2
Flexural strength : 5.50 – 6.18 N/mm2

Fig. 5 - Configurazione di una sezione tipo di galleria dove viene evidenziato l’iniezione del “Pea-Gravel” e del successivo
intasamento a tergo dei conci in calcestruzzo in con una resina silicatica (modificata), tipo "SILEX-304-STONE" prodotta dalla
industria chimica italiana CHEMIX. Data la particolarità chimica, fisica e meccanica del prodotto il "Pea-Gravel" può essere
tranquillamente eliminato. Per la sua particolarità è in grado di riempire ogni piccolo interstizio presente nella roccia per la sua
caratteristica di reazione con un tempo di scorrimento 90 ± 30 s. Resina altamente reattiva, resistente al fuoco, ideale per
stabilizzazione di strati rocciosi e la sua grande particolarità di non essere inquinante in presenza di acqua per uso umano /
Configuration of a tunnel type section where the injection of the "Pea-Gravel" is highlighted and the subsequent clogging of the
concrete segments on the back with a (modified) silicate resin, such as "SILEX-304-STONE" produced by the chemical industry
Italian CHEMIX. Given the chemical, physical and mechanical particularity of the product, "Pea-Gravel" can be safely eliminated.
Due to its particularity it is able to fill every small gap in the rock due to its reaction characteristic with a flow time of 90 ± 30 s.
Highly reactive resin, resistant to fire, ideal for stabilization of rocky layers and its great particularity of not being polluting in the
presence of water for human use.
f.2.1.2) - Advantages on the use of silicate resin on the back of the segments
When a high-speed train passes through a tunnel, the air in the tunnel is crushed by the train and follows it.
Foto 3 – Visione di un carotaggio eseguito nel “Pea-Gravel” intasato con la “Resina Silicatica” (trasparente) tipo “SILEX-304-
STONE” prodotta dalla industria chimica italiana CHEMIX , studiata appositamente per il particolare problema di garantire ad
essere non-inquinante / Vision of a core drilling performed in the “Pea-Gravel” clogged with the “Silicate Resin” (transparent)
type “SILEX-304-STONE” produced by the Italian chemical industry CHEMIX, specifically designed for the particular problem of
guaranteeing to be non-polluting.
The negative pressure region forms behind the train, drawing fresh air outside into the tunnel. This
phenomenon is known as the “piston effect”.
Even when trains pass side by side, the vehicle structure and tunnel walls, especially those made of
prefabricated ashlars (as in France, Germany, China and Japan), are subject to severe aerodynamic impact
pressures. transient and the amplitude of the pressure can reach up to 6 kPa (0.6 tons / square meter).

Fig. 6 - Cronologia temporale del coefficiente di resistenza aerodinamica durante il processo in cui due treni ad alta velocità 700T
passano l'uno accanto all'altro in un tunnel (la velocità del treno è di 300 km / h), NN, è l'intersezione dei nasi del treno, NT, è
l'intersezione del treno il naso e la coda di un altro treno, TT, è l'intersezione delle code del treno / Time history of drag
coefficient during the process that two 700T high- speed trains passing by each other in a tunnel (train speed is 300 km/h), NN, is
the intersection of the train noses, NT, is the intersection of the train nose and the tail of other train, TT, is the intersection of the
train tails. (Aerodynamics of railway train/tunnel system: A review of recent research - Jiqiang Niu, Yang Sui, Qiujun Yu, Xiaoling
Cao, Yanping Yuan - School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu, Sichuan, China)
Therefore, in normal conditions, as indicated above, the precast concrete segments, those that have been
clogged on the back, with a cement mortar, being related to the tunnel and railway factor, begin to vibrate
when the train passes and over time begin to crack ; initially with small lesions, and over time, very
important cracks begin to open. In addition, if there are water infiltrations, you can predict the result
yourself.
Fig. 7 - Effetto di attrito dell'onda di pressione sulla superficie del treno e sulle pareti del tunnel / Friction effect of the
pressure wave on the train surface and tunnel wall (Aerodynamics of railway train/tunnel system: A review of recent research -
Jiqiang Niu, Yang Sui, Qiujun Yu, Xiaoling Cao, Yanping Yuan - School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University,
Chengdu, Sichuan, China)
On the other hand, the clogging with silicate resin, such as "SILEX-304-STONE", is useful for effective
control of the aerodynamic effects as it has been specially designed and modified to guarantee over time
the consolidation and stabilization of the rocky layers surrounding the tunnel. I repeat, this is due to the
great advantage of anchoring to the rock, also tying (gluing) everything: ashlars and pea-gravel, in a single
block to the rock mass, absorbing any type of vibrations due to its great resistance to bending which, after
adhesion after 24 hours it is equal to 3.8 MPa. Furthermore, this formulation is able to protect the tunnel
for the next 100 years.

So you can rest assured about the safety evaluation of a pressure wave caused by trains passing through
this type of tunnel because, the injection of silicate resin, on the back of the segments, is the most effective
method for controlling pressure waves in the tunnels.
g) - Final considerations
I would just like to make some simple final reflections starting to remember that until recently, there was
the belief that concrete, considered a perfect, hard and compact material, had an infinite useful life.
Unfortunately, every work made of concrete material, due to the interaction with the surrounding
environment, is subject to deterioration phenomena. For this reason, the durability of the CA and CAP
structures is one of the problems most susceptible to the interest of sector specialists.
Furthermore, the concrete, in addition to conferring mechanical strength, provides the entire structure
with protection against corrosion for the reinforcing steel. However, even concrete itself is subject to
degradation.
I would like to make a second final reflection by recalling that cellular concrete is also a special product, but
it must be treated correctly, using the most appropriate raw materials, equipment and technologies.
Furthermore, it must be constantly checked, both in its density during pumping, and in its compressive
strength. I would like to emphasize that the use of cellular concrete can also be used in the maintenance
technology of old tunnels, especially those built at the beginning of the century, which are made of brick
masonry with detachment from the rock due to seasonal thermal alternations. In this case we have seen,
with our experimentation that, in these cases, the use of cellular concrete is fundamental, compared to
ordinary cementitious mortars, due to their natural weight which the latter have, and which can cause
overpressure phenomena. on the old structure.
The third reflection concerns the crack pattern that occurs on prefabricated concrete segments, for similar
situations described in this report, but, in my opinion, they essentially occur due to the autogenous
shrinkage and from the base viscosity where these have a profound effect on the behavior structures. on
the other hand, the shrinkage, of whatever nature it may be, always has unfavorable effects as it tends to
produce compulsory states of traction, which are released through more or less widespread cracking.
Therefore I only wanted to demonstrate, in the few lines written in this memoir, that the crack pattern of a
structure, such as that made from structural elements in prefabricated concrete blocks, where the
consequent phenomenon of water infiltration can be eliminated through the injection on the back of the
segments of particular technologies, described above by myself.
Finally, in my opinion, the injection of a silicate resin is ideal because it is able to guarantee the
combination that is created between the rock, the injected resin and the concrete segments, a guarantee
originality made by values of durability, required in the project useful life time, foreseen for the
infrastructure structure, because it prevents any infiltration and/or leakage of water, as well as
guaranteeing the same structure a useful life of more than 100 years.
NOTE:
(1) From consolidated experience we have seen that concrete structures, exposed in humid environments, have
shown a considerable durability over time if certain parameters are respected:
- the introduction of aerating additives;
- the use of non-freezing aggregates;
- low A/Ce ratio.
The introduction of aerating additives in the concrete mix determines a volume of air (4.5-7%) in the form of micro
bubbles (Ø 100 μm).
These randomly dislocated in the cement paste interrupt the path of water under pressure that moves along the
network of capillary pores with consequent attenuation of the hydraulic pressure. It is important to remember that if
the introduction of air leads to a concrete with a mechanical resistance lower than that foreseen in the project for the

characteristic resistance (Rck), it is necessary to reduce the A/Ce ratio so that the mechanical resistance foreseen in
the project (in practical terms there will be a greater dosage of cement equal to 10-15%. Obviously the extra cost will
be negligible if compared to the restoration/compensation of the lesions described in this report).
(2) Additives are products which, added in small quantities to concrete, before or during mixing, obtain the aim of
improving some properties both in the fluid and solid state. The primary action of these products in fresh concretes is
to be soluble in water, improving "the ability to deform", while the physical action is to act as "surfactants", reducing
the shear stress necessary for placing in opera.
Other additives such as "plasticizers" tend to improve waterproofing and also act as a "water repellent". Since they are
chemically inert, they have almost no secondary effects on the properties of the concrete.
(3)Cracks due to hygrometric shrinkage (and why not also by autogenous shrinkage) can be affected by structures
removed early, even if adequately treated in a dry and ventilated climate, as for the segments object of this report. In
fact, a number of concomitant causes have a significant influence: how can the process of hydration of the cement be
stopped due to the premature evaporation of the mixing water.
However, it is possible to reduce the shrinkage phenomenon, in addition to the use of the traditional ingredients
mentioned above, also using doses or completely of the expansive agents with the ability to cause homogeneous
expansive phenomena, but given the high cost, their use is limited.
[*]
Lamanna Luigi Franco
Independent Technical Consultant
Expert in the technical sector of tunnels, mines and engineering
[**]
CHEMIX
The CHEMIX products serve many industries such as Automotive, Motorsports, Aerospace, Tooling, Nautica, Prototyping,
Composites, Design, Electric, Foundry, Construction (Tunnelling, Engineering and Mining). The company has a modern equipped
laboratory for the physical characterization, thermal analysis and mechanical tests; production units with mixing and dispersion
equipment, packaging and storage. We are in Golasecca (Varese) - Italy, in the green Park of Ticino, 5 km from the A8 motorway
and 10 km from Milan Malpensa International Airport.
CHEMIX offers over 18 years of experience in reactive high-performance polymers. Through constant innovation and development,
we provide a wide range of polyurethane and epoxy systems. We devote significant resources to the development of ever more
efficient systems with a continued investment of profits in technologically advanced equipment and instrumentation. E-mail
address: info@chemix.it.

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