15 giugno 2014
Il calcestruzzo proiettato è progettato per l'assorbimento di energia, non per la resistenza alla compressione. Questa unica differenza spiega perché il lavoro in tunnel utilizza fibre corte, ad alto dosaggio e fasci incollati.
Il supporto primario del tunnel segue una logica diversa rispetto alle strutture di superficie. Quando il terreno si deforma, lo strato spruzzato deve deformarsi con esso anziché scheggiarsi improvvisamente, quindi il parametro di progettazione è quanta energia lo strato assorbe ad una data deflessione. La pratica europea specifica la resistenza residua o l'assorbimento di energia con test secondo EN 14488-3; La pratica nordamericana di solito funziona con la resistenza alla flessione. È qui che la fibra d'acciaio guadagna il suo posto: il semplice calcestruzzo proiettato perde capacità nel momento in cui si rompe, mentre uno strato fibrorinforzato mantiene una frazione sostanziale della sua capacità dopo la rottura, il che fa risparmiare tempo per l'evacuazione e per aggiungere supporto.
Il rimbalzo è il centro di costo nascosto del calcestruzzo proiettato. Il materiale che non aderisce ricade all'indietro e il calcestruzzo spruzzato semplice in genere rimbalza dal 15% al 25%; la fibra lo aumenta leggermente perché le fibre rimbalzano sull'ugello. La lunghezza è la variabile più sensibile: la fibra da 30 mm rimbalza notevolmente più di 20 mm. Questo è il motivo per cui il lavoro in galleria non utilizza quasi mai fibre da 50 o 60 mm, anche se in teoria le fibre più lunghe si ancorano meglio. Il compromesso pratico è da 20 a 30 mm con un diametro vicino a 0,55 mm, quindi la fibra segue il flusso d'aria nella superficie.
La miscela umida limita la lunghezza delle fibre più della miscela secca. Il materiale bagnato viene pompato attraverso una linea, in modo che le fibre lunghe creino ponti e si blocchino nelle curve; all'ugello deve essere disperso mediante aria compressa. Un valore da 20 a 30 mm si adatta alla maggior parte dei robot per miscelazione a umido, con un diametro da 0,5 a 0,75 mm, con un rapporto d'aspetto compreso tra 40 e 55. Se l'assorbimento di energia specificato è elevato, la risposta corretta è un dosaggio maggiore, non una fibra più lunga: aumentando da 30 a 45 kg/m3 si aumenta l'assorbimento di energia di oltre il 40% mentre il rimbalzo aumenta solo di due o tre punti percentuali.
Il dosaggio del calcestruzzo proiettato per tunnel è solitamente compreso tra 25 e 45 kg/m3. L'intervallo da 25 a 30 copre gli strati livellanti dietro buona roccia; Da 35 a 45 copre zone di faglia, copertura superficiale e ampie sezioni di deformazione. Oltre i 45 kg/m3 la lavorabilità cala visibilmente e l'operatore aggiunge istintivamente acqua, che incide direttamente sulla resistenza. Questo è il vero motivo per cui molti siti riportano un dosaggio adeguato ma un dosaggio basso. L'alto dosaggio deve essere abbinato ad additivi riduttori d'acqua e modificatori di viscosità e ad un controllo di slump e coesione prima della spruzzatura.
Una palla di fibra nello strato è peggio che inutile: crea un vuoto e un piano debole che diventa un innescatore di crepe quando il terreno si muove. L'appallottolamento ha tre cause: alimentazione di fibre a manciate nel mixer, tempo di miscelazione insufficiente e proporzioni eccessive. La fibra deve essere spruzzata o alimentata da una macchina dosatrice dedicata e la miscelazione deve essere prolungata da 30 a 60 secondi su calcestruzzo semplice. I fasci di fibre incollate riducono notevolmente il rischio: la fila viene alimentata come un'unità, la colla idrosolubile si dissolve e ciascuna fibra si separa individualmente, migliorando l'uniformità di oltre il 40% rispetto alle fibre sciolte. Ecco perché i robot per la miscelazione a umido preferiscono i pacchi incollati.
La fibra d'acciaio non sostituisce gli archi in acciaio. Nelle classi di terreno IV e V l'arco fornisce rigidezza globale mentre la fibra fornisce tenacità allo strato stesso; fanno lavori diversi. La fibra può, tuttavia, sostituire la rete all'interno dello strato, eliminando manodopera appesa, legata e posizionata ed eliminando i vuoti dietro la rete. La combinazione comune in cantiere è costituita da arco in acciaio più calcestruzzo proiettato fibrorinforzato senza rete. Si ripaga soprattutto nel cambiare profilo, dove la rete non può seguire una parete rocciosa irregolare ma il cemento fibroso sì.
Il rimbalzo è l’indicatore di costo più diretto nel calcestruzzo proiettato per tunnel e la sua prima variabile non è la fibra ma il processo. Nella miscela umida il materiale è già completamente disperso durante il pompaggio e l'acceleratore viene aggiunto all'ugello, quindi la maggior parte dei grumi sono false palline tenute insieme dalla pasta che si disgregano in volo. La miscelazione a secco avviene al contrario: l'acqua viene aggiunta all'ugello, l'idratazione non è uniforme e la fibra si accumula in vere e proprie palline sulla parete del tubo e nelle curve, e una di queste che arriva alla corona lascia un vuoto. Scegli il processo da sezione e spessore. Per un rivestimento permanente da 20 a 30 mm per passata, l'impasto umido conferisce un'uniformità di spessore visibilmente migliore; per supporti temporanei, riparazioni di emergenza e cambiamenti improvvisi di sezione, la miscela secca si adatta meglio e accetta un rimbalzo maggiore. La miscela bagnata porta tre dettagli. La lunghezza della fibra non deve superare un terzo del diametro del tubo, pertanto 50 mm di fibra in un tubo da 65 mm si bloccheranno. Il dosaggio dell'acceleratore segue l'infiltrazione sulla parete rocciosa, troppo rende uno strato fragile e troppo poco lo lascia cedere, e in ogni caso la fibra smette di funzionare. Tenere l'ugello a una distanza compresa tra 1 e 1,5 m dalla superficie e spruzzare perpendicolarmente; lo spruzzo angolato allinea le fibre con il flusso d'aria e crea un piano debole anisotropo. L'assorbimento di energia è misurato mediante il panel test nella norma EN 14488-3 e l'accettazione è l'area sotto la curva carico-deformazione piuttosto che un singolo valore di picco, che il contratto dovrebbe dichiarare esplicitamente.
L'accettazione della fibra di calcestruzzo proiettato considera tre aspetti: dosaggio, uniformità di distribuzione e resistenza alla flessione. Il dosaggio viene controllato lavando un campione del sito e pesandolo, entro più o meno il 10%; uniformità mediante carotaggio e ispezione della faccia tagliata, che dovrebbe mostrare fibre distribuite uniformemente senza zone prive di fibre; tenacità mediante la prova su trave indicata nel progetto. Per modello, diametro, lunghezza e dosaggio consigliato, la sezione tunnel e miniere della pagina del prodotto in fibra di acciaio elenca i gradi e il dosaggio corrispondenti, che possono essere allegati direttamente come allegato tecnico.
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