Sotto la superficie: una panoramica delle applicazioni di malta per una malta di tunnel di successo - TBM: Tunnel Business Magazine

Di Jake Swanson e Britt N. Babcock

Il tunneling è uno dei tipi di costruzione più approfonditi e impegnativi che la comunità di progettazione e costruzione deve affrontare. Le sfide legate agli scavi sotterranei, spesso all'interno di formazioni acquifere, sono imprese incredibilmente difficili da realizzare. Un saluto affettuoso a tutti coloro che lavorano instancabilmente per progettare, costruire e far progredire l'industria del tunneling e i processi utilizzati. Questo articolo metterà in evidenza i tipi di malte comunemente utilizzate, quando e dove vengono generalmente utilizzate e come viene utilizzata la malta per assistere nello sviluppo e nella costruzione di un sistema di tunnel. Questo articolo non intende essere onnicomprensivo o semplificare eccessivamente, ma piuttosto fornire una panoramica dei materiali, delle tecniche e delle applicazioni delle malte utilizzate nella costruzione di gallerie. Questo articolo è un riepilogo di quello che può essere un processo molto complicato.

Sia le malte cementizie (particolato) che quelle chimiche (soluzione) vengono utilizzate nelle applicazioni di tunneling per riempire cavità/fessure strette, fessure rocciose e vuoti geologici, ridurre le pressioni idrostatiche, permeare i terreni per il controllo delle acque sotterranee, solidificare i terreni scorrevoli, creare contatto tra i rivestimenti e l'ambiente circostante. geologia, o controllare localmente le acque sotterranee attraverso giunti o fessure nel rivestimento del tunnel, o più globalmente con l'uso di iniezioni a velo.

Le malte cementizie possono essere costituite da una malta di cemento Portland o da una malta di cemento ultrafine. La differenza distintiva tra una malta di cemento Portland e una malta di cemento Ultrafine è la dimensione delle particelle. Una malta di cemento Portland può variare da una media di 50 a 100 micron di dimensione delle particelle per un tipo I/II e una media di 15 e 20 micron per un tipo III. Il cemento ultrafine è molto più piccolo con una dimensione media delle particelle di tre micron. Per riferimento, la dimensione di un capello umano è di circa 70 micron.

Il lato chimico della famiglia delle malte si ramifica in due diversi tipi di malte: schiume poliuretaniche chimicamente reattive ed espansive. Le malte chimicamente reattive sono costituite da acrilammide, acrilati, acrilici e silicati di sodio. Acrilammidi, acrilati e acrilici vengono utilizzati prevalentemente per il controllo dell'acqua, mentre i silicati di sodio vengono utilizzati per il supporto strutturale temporaneo. Le malte poliuretaniche espansive sono di due tipi: idrofile e idrofobe. Le malte idrofile sono tipicamente sistemi monocomponenti che reagiscono con l'acqua e polimerizzano formando una schiuma flessibile espansiva o un gel non espansivo. Le malte idrofobe richiedono l'uso di un catalizzatore ma sono anche considerate monocomponenti quando pompate. Sono tipicamente molto espansivi durante la polimerizzazione e richiedono pochissima acqua per reagire. Sebbene il cemento e le malte chimiche possano differire per composizione e applicazione, molto spesso sono prodotti complementari nello stesso progetto.

I tunnel variano nelle dimensioni da micro a macro e sono installati per convogliare qualsiasi cosa, dall'acqua al traffico. Un sistema di tunnel è costituito da componenti costituiti dal tunnel stesso, pozzi di scasso e di scavo e passaggi incrociati tra tunnel adiacenti dove necessario. L'iniezione può essere una tecnologia utilizzata in ciascun componente di un sistema di gallerie: prima, durante e dopo le fasi di costruzione. Che si tratti della parte della progettazione iniziale o di sfide impreviste, la cementazione è spesso l'eroe non celebrato per quanto riguarda il completamento con successo e la funzionalità di qualsiasi progetto di tunneling. Di seguito sono riportati alcuni degli scopi più comuni per la cementazione che potrebbero essere richiesti durante la costruzione del tunnel. Potrebbero verificarsi situazioni particolari non elencate di seguito:

I tipi di sfide che gli appaltatori possono affrontare aiuteranno a determinare il tipo di malta utilizzata. L'iniezione di una formazione geologica, di una roccia o di un terreno può avvenire prima dell'avanzamento della costruzione del tunnel, durante la costruzione o dopo la costruzione. Il tipo di malta scelta è generalmente dettata dal risultato desiderato e dalle condizioni geologiche. Per l'infiltrazione di acqua attraverso fratture e fessure della roccia o per ridurre le pressioni idrostatiche sul rivestimento di un tunnel, il cemento Portland è in genere la malta scelta per le sue prestazioni e i vantaggi economici. Quando fessure e crepe richiedono un materiale più fine, all'appaltatore potrebbe essere richiesto di utilizzare cemento ultrafine. Quando si incontrano sabbie scorrevoli che possono impedire l'avanzamento del tunnel e potenzialmente creare problemi di subsidenza o stabilità per infrastrutture ed edifici sopra il livello, è possibile utilizzare cemento ultrafine o malte in soluzione per permeare le sabbie e creare una matrice sabbia/malta stabile. In alcune formazioni possono verificarsi vuoti geologici che richiedono il riempimento prima dell'avanzamento dei macchinari di scavo per la trivellazione dei tunnel. Verrà spesso utilizzata la malta di cemento Portland, ma, ove applicabile, è possibile utilizzare la schiuma poliuretanica. Dopo che una fresatrice per tunnel ha scavato il tracciato in terreno solido o roccia dura, esiste uno spazio tra i limiti dello scavo e il rivestimento del tunnel; il riempimento e l'iniezione di cemento vengono eseguiti utilizzando una miscela di malta di cemento Portland per ottenere un contatto intimo tra la geologia e il rivestimento del tunnel. In ampie aree di tunnel o rivestimenti di pozzi, l'appaltatore può eseguire la stuccatura a velo con malta cementizia o chimica per arrestare le infiltrazioni d'acqua. Le malte poliuretaniche vengono spesso utilizzate quando le perdite sono più localizzate su giunti o difetti.