Brief description on the anchoring and nailing of the rock during the excavation of railway tunnels with the traditional NATM Method (New Austrian Tunneling Method).
In Italian and English
L’AUTORIZZAZIONE INTEGRATA AMBIENTALE N 693 DEL 18 LUGLIO 2008 CHE HA VISTO COME RESPONSABILE DEL PROCEDIMENTO L’ARCHITETTO CANNOVA GIANFRANCO, CON LA QUALE LA ITALCEMENTI AVANZA RICHIESTA DI RINNOVO NON PUO’ TROVARE ACCOGLIMENTO IN QUANTO IL DECRETO SU CUI SI CHIEDE IL RINNOVO E’ DECADUTO SIN DAL 17 LUGLIO 2010 PER INOSSERVANZA DELLE PRESCRIZIONI INSERITE NEL DECRETO 693 18 LUGLIO 2008
LA CONFERMA DI QUANTO SOPRA SI EVINCE DALLA CONVOCAZIONE DI UN TAVOLO TECNICO PER IL GIORNO 09/06/2011 ALLE ORE 11 DEL SERVIZIO 2 VIA VAS DIRETTO DAL DOTTOR NATALE ZUCCARELLO .
IL TAVOLO TECNICO CONVOCATO DAL DIRIGENTE RESPONSABILE DR NATALE ZUCCARELLO AVEVA IL COMPITO DI: “verificare se la societa’ italcementi s.p.a. ha provveduto a dare corso alla attuazione delle prescrizioni contenute nel decreto di riferimento “
QUINDI NON SI PUO’ AVANZARE UNA RICHIESTA DI RINNOVO SU UN DECRETO CHE NON ESISTE
NON RISULTANDO ALCUN INTERVENTO VOLTO AD UNIFORMARSI ALLE PREVISIONI DELLA AUTORIZZAZIONE INTEGRATA AMBIENTALE CONCESSA NEL 2008, COMPORTA UNA GRAVE RESPONSABILITA’ PER L’AITALCEMENTI S.p.a. CHE HA CONTINUATO AD UTILIZZARE UN IMPIANTO ALTAMENTE INQUINANTE E NOCIVO PER LA SALUTE DEI CITTADINI, OLTRE AD ESSERE FORIERA DI RESPONSABILITA’ ANCHE PER L’AMMINISTRAZIONE REGIONALE PER I SUOI AGENTI CHE RIMANENDO INERTI SONO SOLIDAMENTE RESPONSABILI CON LA ITALCEMENTI S.p.a., PER I DANNI ALLA SALUTE DEI CITTADINI.
NON RISULTA CHE L’AMMINISTRAZIONE ABBIA MAI EFFETTUATO ALCUN CONTROLLO IN ORDINE ALL’ADEMPIMENTO DELLE PRESCRIZIONI IMPOSTE NEI TERMINI PREVISTI DALL’A.I.A.
Sempre in merito alla procedura A.I.A.
Il 9 febbraio 2007 protocollo 10741 il 2° servizio VIA VAS nel rispondere a quanto richiesto con nota prot arta 75686 del 2.11.206 della ITALCEMENTI tendente ad ottenere L’AUTORIZZAIONE INTEGRATA AMBIENTALE comunicava alla ITALCEMENTI che la richiesta avanzata doveva essere sottoposta a procedura di Valutazione Di Impatto Ambientale
La comunicazione a firma del
Dirigente responsabile del servizio 2° VIA-VAS ingegnere VINCENZO SANSONE
Nella conferenza dei servizi del 21.11.2007 il responsabile del procedimento architetto CANNOVA GIANFRANCO comunica i presenti di “ aver ricevuto una nota 2132 del 20.11.07 col quale si informa che la pratica di V.I.A. e’ in fase istruttoria e che sarà cura dell’U.O. trasmettere le risultanze alla conclusione del procedimento”
Nella conferenza dei servizi del 31.1.2008 il responsabile del procedimento architetto CANNOVA GIANFRANCO comunica i presenti di “ aver ricevuto una nota 138 del 25.01.08 col quale si informa che la pratica di V.I.A. e’ in fase istruttoria e che sarà cura dell’U.O. trasmettere le risultanze alla conclusione del procedimento”
La Italcementi chiede “ di rilasciare l’Autorizzazione Integrata Ambientale relativo all’impianto attuale includendo il coke di petrolio, ad esclusione della conversione tecnologica da via semisecca a via secca che
Opposizione alla richiesta di archiviazione dell'ultimo procedimento su piazz...ioso
Opposizione alla richiesta di archiviazione relativa agli ultimi filoni d'inchiesta sulla strage di piazza Fontana, depositata presso la procura di Milano nel maggio 2012
L’AUTORIZZAZIONE INTEGRATA AMBIENTALE N 693 DEL 18 LUGLIO 2008 CHE HA VISTO COME RESPONSABILE DEL PROCEDIMENTO L’ARCHITETTO CANNOVA GIANFRANCO, CON LA QUALE LA ITALCEMENTI AVANZA RICHIESTA DI RINNOVO NON PUO’ TROVARE ACCOGLIMENTO IN QUANTO IL DECRETO SU CUI SI CHIEDE IL RINNOVO E’ DECADUTO SIN DAL 17 LUGLIO 2010 PER INOSSERVANZA DELLE PRESCRIZIONI INSERITE NEL DECRETO 693 18 LUGLIO 2008
LA CONFERMA DI QUANTO SOPRA SI EVINCE DALLA CONVOCAZIONE DI UN TAVOLO TECNICO PER IL GIORNO 09/06/2011 ALLE ORE 11 DEL SERVIZIO 2 VIA VAS DIRETTO DAL DOTTOR NATALE ZUCCARELLO .
IL TAVOLO TECNICO CONVOCATO DAL DIRIGENTE RESPONSABILE DR NATALE ZUCCARELLO AVEVA IL COMPITO DI: “verificare se la societa’ italcementi s.p.a. ha provveduto a dare corso alla attuazione delle prescrizioni contenute nel decreto di riferimento “
QUINDI NON SI PUO’ AVANZARE UNA RICHIESTA DI RINNOVO SU UN DECRETO CHE NON ESISTE
NON RISULTANDO ALCUN INTERVENTO VOLTO AD UNIFORMARSI ALLE PREVISIONI DELLA AUTORIZZAZIONE INTEGRATA AMBIENTALE CONCESSA NEL 2008, COMPORTA UNA GRAVE RESPONSABILITA’ PER L’AITALCEMENTI S.p.a. CHE HA CONTINUATO AD UTILIZZARE UN IMPIANTO ALTAMENTE INQUINANTE E NOCIVO PER LA SALUTE DEI CITTADINI, OLTRE AD ESSERE FORIERA DI RESPONSABILITA’ ANCHE PER L’AMMINISTRAZIONE REGIONALE PER I SUOI AGENTI CHE RIMANENDO INERTI SONO SOLIDAMENTE RESPONSABILI CON LA ITALCEMENTI S.p.a., PER I DANNI ALLA SALUTE DEI CITTADINI.
NON RISULTA CHE L’AMMINISTRAZIONE ABBIA MAI EFFETTUATO ALCUN CONTROLLO IN ORDINE ALL’ADEMPIMENTO DELLE PRESCRIZIONI IMPOSTE NEI TERMINI PREVISTI DALL’A.I.A.
Sempre in merito alla procedura A.I.A.
Il 9 febbraio 2007 protocollo 10741 il 2° servizio VIA VAS nel rispondere a quanto richiesto con nota prot arta 75686 del 2.11.206 della ITALCEMENTI tendente ad ottenere L’AUTORIZZAIONE INTEGRATA AMBIENTALE comunicava alla ITALCEMENTI che la richiesta avanzata doveva essere sottoposta a procedura di Valutazione Di Impatto Ambientale
La comunicazione a firma del
Dirigente responsabile del servizio 2° VIA-VAS ingegnere VINCENZO SANSONE
Nella conferenza dei servizi del 21.11.2007 il responsabile del procedimento architetto CANNOVA GIANFRANCO comunica i presenti di “ aver ricevuto una nota 2132 del 20.11.07 col quale si informa che la pratica di V.I.A. e’ in fase istruttoria e che sarà cura dell’U.O. trasmettere le risultanze alla conclusione del procedimento”
Nella conferenza dei servizi del 31.1.2008 il responsabile del procedimento architetto CANNOVA GIANFRANCO comunica i presenti di “ aver ricevuto una nota 138 del 25.01.08 col quale si informa che la pratica di V.I.A. e’ in fase istruttoria e che sarà cura dell’U.O. trasmettere le risultanze alla conclusione del procedimento”
La Italcementi chiede “ di rilasciare l’Autorizzazione Integrata Ambientale relativo all’impianto attuale includendo il coke di petrolio, ad esclusione della conversione tecnologica da via semisecca a via secca che
Opposizione alla richiesta di archiviazione dell'ultimo procedimento su piazz...ioso
Opposizione alla richiesta di archiviazione relativa agli ultimi filoni d'inchiesta sulla strage di piazza Fontana, depositata presso la procura di Milano nel maggio 2012
Il presente volume affronta l’impostazione della progettazione e delle verifiche prestazionali e di
sicurezza per le costruzioni in acciaio secondo le Nuove Norme Tecniche e gli Eurocodici strutturali.
A una prima lettura, le normative europee e ora la normativa nazionale potrebbero sembrare piuttosto
complesse e a volte poco intuitive ma una volta fatti propri i concetti di base e chiarite le procedure di
calcolo, ci si rende conto che il loro utilizzo è meno difficile di quello che può sembrare.
Il presente testo propone un approccio elementare ma innovativo adatto a superare le difficoltà legate
a un primo utilizzo delle normative. Tale impostazione è stata concretizzata in una serie di diagrammi
di flusso che sintetizzano in forma ordinata le procedure di calcolo delle azioni sulle costruzioni e le
verifiche degli elementi strutturali in acciaio.
Per familiarizzare con le normative è inoltre importante svolgere dei calcoli a mano. A questo
proposito, nella parte applicativa del volume sono riportati nel dettaglio i calcoli relativi al
dimensionamento di un edificio multipiano in acciaio. Si fa comunque notare che in questa sede gli
argomenti sono presentati in forma elementare e richiedono studi e approfondimenti successivi.
I contenuti del presente testo sono destinati sia a studenti delle facoltà di Ingegneria e Architettura sia
ai tecnici professionisti che vogliano aggiornare le proprie competenze.
Lezione sulla rivoluzione russa del 1917 pensata per una classe terza della scuola media.
Si parte con un breve excursus sulle origini della Russia dall'nvasione dei Rus fino a Nicola II Romanov, passando per Ivan il Terribile e Pietro il Grande.
Ordine degli Ingegneri della privincia di Roma, 19 novembre 2022
“Le prove sui materiali per la sicurezza e la durabilità delle costruzioni - I LABORATORI”
19 ottobre 2022
Presso l’Hotel Mercure Roma West
viale Eroi di Cefalonia 301- Roma
Criteria for the choice of materials and related methods of injection for the consolidation, strengthening and permanent waterproofing of the ground.
IN ITALIAN AND ENGLISH
PUBLICATION IN ITALIAN AND ENGLISH
In the construction and design of a tunnel, the preliminary study of the rock mass along its route cannot be ignored because it is necessary, first of all, even in the first phase of the design, to consider the various aspects: functional, environmental, social, economic, etc. .
However, the fundamental part is given by the behavior of the geological formations, also in relation to water, which must be studied and analyzed both from a geological and geotechnical point of view. These are the most important factors to consider both in the design and construction phase of a tunnel. In particular:
- crossing of faults and milonitized areas with the presence of fluid-plastic soil;
- strong floods of water;
- gas inflows.
Before moving on to the repair techniques and materials to be used for the reinforcement of the "cortical layer" of concrete, inside a railway tunnel, it is necessary to make a premise premising that, although many repair techniques are known, they are very different from each other when you are in the presence of a road tunnel, made of traditional or fiber-reinforced concrete, and a hydraulic or railway tunnel, made of prefabricated self-supporting ashlars or traditional reinforced concrete, where, overall, in particular, the concept of durability is enormously different.
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.
Il sistema innovativo della Post-Tensione parte dalla corretta progettazione e dalla cura attenta del sottofondo. Medipav ha sviluppato sistemi all'avanguardia per il controllo, il livellamento e la compattazione del sottofondo prima dell'applicazione del sistema della Post-tensione.
Il presente volume affronta l’impostazione della progettazione e delle verifiche prestazionali e di
sicurezza per le costruzioni in acciaio secondo le Nuove Norme Tecniche e gli Eurocodici strutturali.
A una prima lettura, le normative europee e ora la normativa nazionale potrebbero sembrare piuttosto
complesse e a volte poco intuitive ma una volta fatti propri i concetti di base e chiarite le procedure di
calcolo, ci si rende conto che il loro utilizzo è meno difficile di quello che può sembrare.
Il presente testo propone un approccio elementare ma innovativo adatto a superare le difficoltà legate
a un primo utilizzo delle normative. Tale impostazione è stata concretizzata in una serie di diagrammi
di flusso che sintetizzano in forma ordinata le procedure di calcolo delle azioni sulle costruzioni e le
verifiche degli elementi strutturali in acciaio.
Per familiarizzare con le normative è inoltre importante svolgere dei calcoli a mano. A questo
proposito, nella parte applicativa del volume sono riportati nel dettaglio i calcoli relativi al
dimensionamento di un edificio multipiano in acciaio. Si fa comunque notare che in questa sede gli
argomenti sono presentati in forma elementare e richiedono studi e approfondimenti successivi.
I contenuti del presente testo sono destinati sia a studenti delle facoltà di Ingegneria e Architettura sia
ai tecnici professionisti che vogliano aggiornare le proprie competenze.
Lezione sulla rivoluzione russa del 1917 pensata per una classe terza della scuola media.
Si parte con un breve excursus sulle origini della Russia dall'nvasione dei Rus fino a Nicola II Romanov, passando per Ivan il Terribile e Pietro il Grande.
Ordine degli Ingegneri della privincia di Roma, 19 novembre 2022
“Le prove sui materiali per la sicurezza e la durabilità delle costruzioni - I LABORATORI”
19 ottobre 2022
Presso l’Hotel Mercure Roma West
viale Eroi di Cefalonia 301- Roma
Criteria for the choice of materials and related methods of injection for the consolidation, strengthening and permanent waterproofing of the ground.
IN ITALIAN AND ENGLISH
PUBLICATION IN ITALIAN AND ENGLISH
In the construction and design of a tunnel, the preliminary study of the rock mass along its route cannot be ignored because it is necessary, first of all, even in the first phase of the design, to consider the various aspects: functional, environmental, social, economic, etc. .
However, the fundamental part is given by the behavior of the geological formations, also in relation to water, which must be studied and analyzed both from a geological and geotechnical point of view. These are the most important factors to consider both in the design and construction phase of a tunnel. In particular:
- crossing of faults and milonitized areas with the presence of fluid-plastic soil;
- strong floods of water;
- gas inflows.
Before moving on to the repair techniques and materials to be used for the reinforcement of the "cortical layer" of concrete, inside a railway tunnel, it is necessary to make a premise premising that, although many repair techniques are known, they are very different from each other when you are in the presence of a road tunnel, made of traditional or fiber-reinforced concrete, and a hydraulic or railway tunnel, made of prefabricated self-supporting ashlars or traditional reinforced concrete, where, overall, in particular, the concept of durability is enormously different.
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.
Il sistema innovativo della Post-Tensione parte dalla corretta progettazione e dalla cura attenta del sottofondo. Medipav ha sviluppato sistemi all'avanguardia per il controllo, il livellamento e la compattazione del sottofondo prima dell'applicazione del sistema della Post-tensione.
ANALISI DEL DEGRADO IN STRUTTURE IN CALCESTRUZZO ARMATO, PARTE 1: MODELLI PER...Franco Bontempi
Contributo di Luca Sgambi a IF CRASC'15
Facolta' di Ingneria Civile e Industriale
Universtita' degli Studi di Roma La Sapienza
14-16 maggio 2015
L’intervento tratta la modellazione dei processi di degrado alla luce dei fenomeni fisici coinvolti e di quanto espresso dalle normative vigenti. Verranno quindi richiamati i mec-canismi e le leggi che regolano i processi di diffusione delle sostanze nocive all’interno del conglomerato (leggi di Fick) e verranno esposte le leggi utilizzate dalle normative per la valutazione della vita di servizio delle strutture. Tali leggi saranno applicate ad un ponte stradale di prima categoria avente un impalcato in travi precompresse, allo scopo di esem-plificare quanto esposto. In questa prima parte si esaminano i modelli per la carbonatazione.
Costruzioni Metalliche: in questo intervento presentato a IABMAS Italia nell'ottobre 2013, sono presentati gli aspetti critici relativi alla manutenzione di un ponte in acciaio ad Albenga.
Case study HOBAS: risanamento di condotte ammalorate con la tecnica reliningAmiblu Italia
La tecnica del relining (inserimento di nuovi tubi all’interno di una tubazione esistente) come soluzione che offre vantaggi tecnici e convenienza in termini di costi indiretti.
Therefore, however, it is very interesting to continue the topic of "greases" with this new article in describing the complex phenomenon of the failure of an EPB-TBM in the tail.
Facendo tesoro dell'esperienza dei nostri tecnici, della professionalità della nostra struttura e degli sviluppi normativo-divulgativi in materia di pavimentazioni industriali, Medipav si presenta come la realtà più interessante nel panorama delle paviemntazioni industriali in grado di realizzare pavimentazioni prestazionali di altissima funzionalità e performanti con tutte le soluzioni tecniche più innovative attualmente sul mercato.
Similar to 2020_Breve descrizione sul metodo NATM.pdf (20)
I state that I am not looking for candidate but for a "Trust Structure" such as "Trust Company" or "Brokerage Services" or similar that has the skills and knowledge to comunicate with the top management of the Board of two of the most important business credit institutions of the world by capitalization, in the top 10, for the liquidation of some very important "assets", in US currency which, this Foundation, holds the "Power of Attorney".
In my long professional career of almost 45 years, in addition to underground structures, I also had to deal with the structural rehabilitation of bridges, viaducts, embankments, earth and concrete dams.
Therefore, through this new post, I would like to begin to address the problems inherent in the degradation of the concrete of our above-ground infrastructures, using particular resinous and cementitious formulations for the construction, repair and restoration of bridges.
Commonly an anti-nuclear shelter, equipped with particular technological systems, which ensure the complete aseptic air inside it, is indicated as a housing solution to avoid contamination by nuclear radiation during an armed conflict with the use of unconventional weapons. .
The envelope is usually made from a load-bearing structure in reinforced concrete and built directly underground, in depth, to make the most of the shielding action of the ground to defend itself from contamination by chemical weapons and biological weapons and thus avoid contact with every source of pollution and ensure the survival of the occupants for a very variable period of time.
In the event of a nuclear disaster, the release of radioactive substances [radioisotopes] does not happen all at once, but continues over time in the form of gases, vapors and dust. Hence, our exposure to radioactivity is prolonged and depends on the strength and direction of the winds and on our proximity or distance from the place where the nuclear disaster occurred.
In 2005, through the pages of a prestigious Italian trade magazine, I turned to readers, if they were aware of how many methods of excavating underground tunnels, with mechanized cutters, could exist in the complex world of mechanical engineering of the subsoil.
Even today, after 17 years, I have received only a few positive feedbacks.
Up to now, the advantage of excavating with circular mechanized cutters arises from the guarantee because we are able to know the structural stability for any type of tunnel. In practice, it has been possible for many years to create tunnels with different cross sections, rather than circular ones.
In fact, it is possible to design, and at the same time excavate, tunnels with rectangular and oval sections, taking into account that, in the underground excavation, there are always stress states that are little known to most of us, even if we are technicians in the sector.
New emerging problems linked to sustainability and innovation are the development of a new concept of underground excavation, developed in the last 30 years, with particular mechanized cutters to create very versatile tunnels, with different types of configurations. The 3 types of excavation machines most used and known today, for the type of soil on which they must operate, are illustrated below, in figure 01) [Silt & Clay, Sand, Gravel and Rock]
As a technician I try to illustrate my geopolitical vision on why there is a lack of raw materials worldwide, recalling that today the technologies used in the mining sector are very advanced compared to yesterday despite the fact that mining companies lack a unified vision and often struggle to use the scarce resources made available on digital investments.
However, despite the mistrust of many mining companies, I would like to point out that it is still possible, especially in this world scenario, to complete any process of technological innovation that is constantly evolving, as is digitization, which is now possible even in 6G mode [where, compared to 5G, speeds of about 206.25 gigabits per second can be reached] as well as artificial intelligence, on which I urge you to pay your attention, because these are the technologies that will help us change many things quickly to get more efficient mines.
In fact, by integrating more access technologies, covering a larger physical space, it is by providing the best basic capacity, such as communication, to be able to go up to the great depths of the subsoil and the sea, with modern equipment that will be increasingly mechanized, in robotic mode, supporting multiple services, not only necessary for excavation, but all this also contributes to greater operator safety and all in "Green" mode.
This is where the policy must be concentrated, towards the company, helping it, with new targeted investments and new regulations, to evolve its organizational characteristics over time and therefore its ability to manage innovation processes, through the modification of new proposals of law to help us coordinate research and innovation on a global level and not for the conquest of new territories, through absurd wars.
The earth's subsoil and the seabed are the resources of all of us and, starting with the creation of a virtual union, worldwide, in which we will all be interconnected and, if we can manage the flow of data in reproducing any object, created to support the reproduction of mixed mining environments between real and virtual, with human-machine interaction in real time, we can really have a significant reduction in costs and very reduced times, in a controlled way, in search of all those minerals that we need, including the "Rare Earths", even without the use of manpower and with the use of fewer and fewer components.
However, my intent is only to begin to do some clarity with you, to make environmental friends better understand and not only that the ways in which environmental issues are addressed today are currently only instrumental, borrowed from some politicians and from politics, because, these gentlemen still have not realized what we are talking about and discussing.
Mr. LAMANNA Luigi Franco Mr. LAMANNA Luigi Franco has worked in these 45 years as a professional consultant and technical management activity in the various civil, industrial, military, hydraulic, railway, motorway sectors and in the last 25 years in the "Tunneling" sector for land consolidation. , their stabilization in excavation, etc.
For the "Mining" sector, in recent years it has been dealing with the extraction of "Rare Earths" and for the stabilization of slopes [open pit mines], consolidation of the rock support, shotcrete, particular
injections with cements or formulations resinous while, in the "Engineering" of particular "Technologies", for the rehabilitation of deteriorated reinforced concrete structures, following earthquakes or other causes, in particular concrete or earth dams.
Particular attention is paid to the use of special and formulated "resinous" cements and related technologies for the consolidation and repair of masonry, iron and wood.
During the excavation of underground tunnels with TBM of the EPB type (Earth Pressure Balance), with the possibility of being convertible into a Slurry TBM (for use with bentonite mud) to be used for excavation in rock, it is one of the largest problems for the conditioning of the soil, along its entire route, in particular in front of the rotating excavation head, especially when one is in the presence of mixed alluvial soils of the sandy-gravelly type and many times, under the aquifer.
Alluvial soils are composed of a variously assorted mixture of clay, silt or silt, sand and gravel.
These types of soils are very present in river valleys, alluvial plains and in the areas of the mouth of rivers. These are formed thanks to the deposition, during episodes of flooding, of the sediments transported by the flooded watercourses outside their riverbed.
In general, EPB-type TBMs are suitable for making tunnels in the presence of low-permeability soils and with a content of fine particles (diameter <0.075 mm) of at least 15-20%, which require an equilibrium pressure of less than 5 -6 bar. In addition, the EPB-type mechanized milling cutter is more suitable than the bentonite mud [slurry] face counter-pressure machine in the event that numerous inspections in the excavation chamber are required, as the emptying of the excavation chamber takes place through the screw conveyor takes place, in a much faster time.
In 2005, through the pages of a prestigious Italian trade magazine, I turned to readers, if they were aware
of how many methods of excavating underground tunnels, with mechanized cutters, could exist in the
complex world of mechanical engineering of the subsoil.
Even today, after 17 years, I have received only a few positive feedbacks.
The FOUNDATION will participate directly with its "ECO-SUSTAINABLE" and "ECO-INNOVATIVE" projects through the creation of an "INNOVATIVE INDUSTRIAL CENTER" in the process of innovation of the human being and our planet earth through new integrated architecture protocols of " air, subsoil and seabed "of the sixth generation involving" Participatory Startups ", with objectives based exclusively on" research "and" development ".
Rock Reinforcement is used to indicated method of enhancing the rock mass strength and hence improving the ability of rock mass to contain the engineering excavation without deforming excessively.
Rock Support is used to indicated method of applying supporting loads or displacement constraints as additional structural elements, so that the engineering excavation retains its integrity.
Commonly an anti-nuclear shelter, equipped with particular technological systems, which ensure the complete aseptic air inside it, is indicated as a housing solution to avoid contamination by nuclear radiation during an armed conflict with the use of unconventional weapons. .
The envelope is usually made from a load-bearing structure in reinforced concrete and built directly underground, in depth, to make the most of the shielding action of the ground to defend itself from contamination by chemical weapons and biological weapons and thus avoid contact with every source of pollution and ensure the survival of the occupants for a very variable period of time.
In the event of a nuclear disaster, the release of radioactive substances [radioisotopes] does not happen all at once, but continues over time in the form of gases, vapors and dust. Hence, our exposure to radioactivity is prolonged and depends on the strength and direction of the winds and on our proximity or distance from the place where the nuclear disaster occurred.
Usually the lining, for this type of excavation, using TBM-EPB, is made with prefabricated concrete segments, and through this memory, I would like to suggest a new technology and related methodology using, instead of the "Pel-Gravel", of the lightweight cellular concrete / concrete CLC [Reported by ACI Committee 523].
What is very important is that even this type of proposed material must also be able to influence the interaction between the support [which is the rock] and the excavation behavior along the tunnel layout.
According to Japanese researchers from the Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology there are between 80 and 100 billion tons of rare earths at a depth of between 3,500 and 6,000 meters below the botton of the Pacific Ocean in an area that lies beneath the jurisdiction of Hawaii, east of Tahiti in an area under the jurisdiction of French Polynesia and in the Japanese seabed.
At this depth, between 4 and 6 thousand meters, in addition to the presence of rare earths, there are expanses of polymetallic nodules [1], which are chemical sedimentary rocks, siliceous-metalliferous, spherical or lenticular, characterized from a dark crust of black, bluish or brown color, and from an average diameter of 5 cm and which may contain different percentages of minerals depending on the magma from which the degassing originates (they continuously form where clack-smokers are present) .
I would like to point out that in the vicinity of these black-smokers, typical of the oceanic ridge areas, the temperature goes from 400° C up to 1,000° C and the acidity of the sea water is so low that it touches a pH of 2, 8.
Según investigadores japoneses de la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología Marina-Terrestre, hay entre 80 y 100 mil millones de toneladas de tierras raras a una profundidad de entre 3,500 y 6,000 metros por debajo del fondo del Océano Pacífico en un área que se encuentra debajo de la jurisdicción. de Hawai, al este de Tahití en un área bajo la jurisdicción de la Polinesia Francesa y en el fondo marino japonés.
A esta profundidad, entre 4 y 6 mil metros, además de la presencia de tierras raras, existen extensiones de nódulos polimetálicos [1], que son rocas sedimentarias químicas, silíceo-metalíferas, esféricas o lenticulares, caracterizadas por una corteza oscura de De color negro, azulado o marrón, y de un diámetro medio de 5 cm y que pueden contener diferentes porcentajes de minerales en función del magma del que se origina la desgasificación (se forman de forma continua donde hay clac-fumadores).
Me gustaría señalar que en las cercanías de estos fumadores negros, típicos de las zonas de cordilleras oceánicas, la temperatura va desde los 400 ° C hasta los 1.000 ° C y la acidez del agua de mar es tan baja que toca un pH de 2, 8.
The immediate future of humanity, in my opinion, must not be projected towards the conquest of space but must be directed towards the subsoil of the earth. From now until 2050, the demand for minerals will increase by more than 300% and extraction will grow at unprecedented rates.
Worldwide there is already a real "hunting" for new materials, in particular those called "rare earths", because they can replace, as already happens in certain industrial and strategic sectors [1] those that are normally used as a source of energy together with other minerals [2], always present in the subsoil, but less valuable.
NAME:
-Luigi Franco LAMANNA,
SOCIAL POSITION:
-Independent Consultant Tunneling , mining and Oil specialized in mechanized tunneling with Hard Rock TBM and Soft Soil EPB Shields, -Expert and consultant in structural reinforcement (wood, masonry and concrete),
-Chief Executive Officer the FONDAZIONE INTERNAZIONALE DI CENTRO STUDI E RICERCHE - NGO,
ADDRESS:
- Via dei Serpenti 132, 00184 Rome, Italy,
-Phone: +39 06 4742581,
-e-mail: lamannaluigifranco1@gmail.com
Foaming and polymeric agents used in test for the conditioning of soils during the progress of excavation work for a tunnel with a mechanized shield of the TBM EPB type.
Brief advice on some corrective measures to be used before and after crossing the ground or rock due to induced breakdown during the excavation phase of a tunnel in an urban area using the traditional NATM System or using a TBM EPB
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1. 1
TITOLO:
BREVE DESCRIZIONE SULL’ANCORAGGIO E CHIODATURE DELLA ROCCIA DURANTE LO
SCAVO DI GALLERIE FERROVIARIE CON IL TRADIZIONALE METODO NATM (NEW AUSTRIAN
TUNNELLING METHOD)
di Lamanna Luigi Franco (*)
TITLE:
BRIEF DESCRIPTION ON THE ANCHORING AND NAILING OF THE ROCK DURING THE
EXCAVATION OF RAILWAY TUNNELS WITH THE TRADITIONAL NATM METHOD (NEW AUSTRIAN
TUNNELLING METHOD)
by Lamanna Luigi Franco (*)
a)- Premessa
Con lo sviluppo di una rapida innovazione dello scavo meccanizzato integrale (1), come
nuovo metodo costruttivo di gallerie ed al loro complesso meccanismo che li
accompagna, merita un piccolo approfondimento il metodo austriaco chiamato NATM
(New Austrian Tunnelling Method).
Il metodo è stato sviluppato negli anni ’60 per la costruzione di gallerie, è si molto
sviluppato, in particolare, in terreni molto spingenti. Questo importante metodo ha come
concetto di lavoro, di essere in grado di rispondere ed interpretare, durante la fase di
scavo, i complessi meccanismi che accompagnano lo scavo di una galleria.
Oltre al metodo NATM va ricordato che i metodi di scavo dipendono in primo luogo e,
fondamentalmente, dal tipo di terreno che bisogna attraversare. Per questo motivo
bisogna parlare separatamente dello scavo delle gallerie in roccia e dello scavo di
gallerie in fondi o terreni morbidi.
Nella presente memoria mi riferisco sempre a scavi in roccia.
Fig 1 – Sezione tipo di una galleria / Typical cross section
WATERPROOFING
ROCK BOLTS TIPO “PERFO”
20 cm SHOTCRETE
INTERNAL CONCRETE LINING 30 cm
INTERNAL CONCRETE
LINING 30 cm
INVERT ARCH
2. 2
Nello scavo meccanico l’energia utilizzata si concentra sull’estremità dell’attrezzatura
presente sulla macchina a contatto con la roccia (martelli idraulici azionati ad aria
compressa), in modo da superare la resistenza della roccia, nel momento della
penetrazione o della dentellatura, e la resistenza a trazione o frantumazione.
b)- Breve descrizione del metodo NATM
Nel proseguire nella nostra argomentazione, la stabilizzazione della superficie di scavo
con il metodo NATM avviene mediante la messa in opera di:
- l’uso dell’acciaio per le centine che, trattasi di un metodo di consolidamento e ripristino
strutturale di una galleria esistente o in presenza di struttura deformata da terreni
spingenti;
- l’introduzione di idonea chiodatura e ancoraggi della roccia, sia che sia del tipo passivo
che attivo, ha lo scopo di prevenire i rilasci e ridurre la decompressione, in modo che la
roccia circostante non perde la sua resistenza e può quindi collaborare a modo d’arco.
Questa collaborazione può essere sfruttata in modo ottimale, adottando lo spessore del
successivo rivestimento in Spritz-Beton;
Fig 2 – Sezione A-A Barra Ø 26 posizionata in fori Ø 40 mm /
Section A-A Bar Ø 26 positioned in holes Ø 40 mm
- stabilizzazione della roccia o del terreno per controllarne le deformazioni consentendo
così la ridistribuzione delle tensioni evitando nel contempo dei distacchi localizzati
mediante Spritz-Beton (termine in lingua Tedesca) o Shotcrete (termine in lingua inglese).
L’utilizzo di questa tecnica permette di proiettare mediante un getto d’aria compressa
una miscela base formata da conglomerato cementizio, additivata con l’aggiunta del
silicato di sodio che fornisce al conglomerato una capacità di adesione [aderenza (per
ROCK BOLTS TIPO “PERFO”
Bar Ø 26 positioned in
holes Ø 40 mm
ROCK
3. 3
taglio al substrato): 2,8 – 6,0 MPa] istantanea ed efficace (chiamata tecnicamente “flash
set”), fibre (2), acqua ed aggregati (la sabbia o le sabbie devono avere un modulo di
finezza combinato compreso tra 2,5 e 2,9 e passanti ai setacci nr. 50 (300 µm) e nr. 100
(150 µm) rispettivamente comprese tra il 15% al 30% e il 5% al 10% [per la pompabilità
degli impasti]) che, immediatamente dopo ‘allontanamento dello smarino, mediante
una lancia ad aria compressa, viene spruzzato ad alta velocità sulle superfici da rivestire,
come stabilizzatore della stessa roccia.
Il silicato di sodio è senza dubbio è il più diffuso accelerante di presa, conosciuto ed
utilizzato nel mondo. Si ottiene per dissoluzione della silice SiO2 (diossido di silicio) e della
soda Na2O in acqua secondo un combinato ciclo termodinamico.
Il silicato di sodio, non è il solo responsabile delle caratteristiche di presa dello Spritz-
Beton, specialmente sulle superfici bagnate, ma fungono anche a questa azione gli:
- Iperfluidificanti (si distingue dai tradizionali superfluidificanti, a base di polimeri
solfonati, i quali provocano la dispersione dei granuli di cemento per effetto
elettrostatico permettendo al calcestruzzo proiettato delle resistenze molto elevate
– Rck ³ 75 MPa);
- Acceleranti (migliorano la prestazione del calcestruzzo sul grado di idratazione
provocandone un più rapido aumento ai tempi brevi, ma lasciandone
sostanzialmente immutato il valore a tempi relativamente lunghi (28 giorni);
- Impermeabilizzanti (è un additivo liquido perfettamente solubile in acqua, privo di
cloruri, inoffensivo per le armature metalliche, in grado di rendere la miscela stabile
e a forte effetto idrofugo).
Inoltre questa metodologia ha il vantaggio di essere molto adattabile e flessibile.
Naturalmente non ci si deve trovare in presenza di forti venute d’acqua (3) verso l’interno
del cavo della galleria, argomentazione più volte affrontata dal sottoscritto.
Comunque, questa metodologia richiede un rivestimento cementizio di dimensioni ridotte
rispetto ad altri metodi conosciuti.
b.1)- Controllo dello stato deformativo e tensionale
Un’altra caratteristica del sistema NATM è l’intensivo impiego di misurazioni geotecniche,
per verificare il comportamento di sistema pre-rivestimento-ammasso roccioso, per poter
adattare la struttura del rivestimento, in caso di modifiche del comportamento
pronosticato. In particolare MUELLER (1978) ha introdotto il ruolo importante svolto dalla
misurazione dello stato deformativo e tensionale all’intorno della galleria, durante lo
scavo, con lo scopo di ottenere delle informazioni relative al comportamento
dell’ammasso roccioso e, quindi, di aggiornare in modo continuo il dimensionamento
delle strutture di sostegno.
Considerando che il sistema NATM utilizza per la stabilizzazione della roccia quasi
esclusivamente lo Spritz-Beton (e gli ancoraggi), ritengo opportuno illustrare le
caratteristiche principali che questo deve possedere:
- peso di volume secco: 2,0 – 2,5 t/m3;
- modulo di elasticità a 28 gg: 20.000 – 30.000 N/mm2;
- resistenza a compressione a 28 gg: 30 – 50 N/mm2;
- resistenza a compressione a 7 gg: 75-85 % della resistenza a compressione a 28 gg;
- resistenza a trazione a 28 gg: 1,5 – 4 N/mm2;
4. 4
- permeabilità secondo Darcy: 1 - 25.10-10 m/sec;
- aderenza al calcestruzzo: 0,5 – 4 N/mm2.
Fig. 3 – Rock Bolting/Anchoring
b.2)- Ancoraggio alla roccia
Con il metodo NATM le gallerie vengono scavate con metodo tradizionale secondo le
seguenti fasi:
- scavo, eseguito con martelli idraulici azionati ad aria compressa oppure mediante
esplosione in base al comportamento del terreno pronosticato;
- allontanamento dello smarino (detriti);
- messa in sicurezza attraverso la messa in opera di un pre-rivestimento con elementi
strutturali di sostegno metallici (centine) e da Spritz-Beton armato (rivestimento).
In particolare l’ancoraggio alla roccia, oggetto su cui ci vogliamo concentrare più in
dettaglio all’interno di questo articolo, avviene attraverso un elemento strutturale
operante in trazione, atto a trasmettere forze al terreno.
Le parti funzionali dell’ancoraggio sono:
- il dispositivo di bloccaggio e la piastra di ripartizione posta in testata;
- l’armatura costituita da barre o profilati in acciaio o in fibra di vetro;
- il dispositivo di ancoraggio ad espansione meccanica, o come meglio vogliamo
sottolineare di seguito, per mezzo di un particolare formulato di resina silicatica
(organo-minerale e non inquinante), nel tratto terminale dell’elemento strutturale
onde garantire una perfetta unione tra roccia e barra.
Nel recente passato, per non dire ancora oggi, il fissaggio avveniva attraverso l’iniezione
di una malta cementizia. Vorrei sottolineare che la forza dell’ancoraggio dipende dalla
resistenza dell’armatura, dall’aderenza tra roccia e barra (cosa che viene garantita
dall’iniezione del formulato di resina silicatica) e dalla natura del terreno.
Va ricordato che un altro presupposto indispensabile per l’impiego del metodo NATM è la
presenza di un terreno più o meno omogeneo, ciò per garantire che le condizioni tra il
sottile rivestimento superficiale cementizio (Spritz-Beton) e la roccia siano simili lungo tutta
la linea di scavo. Caso contrario si rischia, in corrispondenza del contatto
(roccia/rivestimento) dei fenomeni deformabilità e valori di resistenza, molto differenti, e
di conseguenza il verificarsi di sollecitazioni che andranno a concentrarsi nel rivestimento,
cioè la rottura istantanea di quest’ultimo.
5. 5
c)- Caratteristiche ed indicazioni generali sulle barre (bulloni)
Nella tecnologia degli ancoraggi sono disponibili sul mercato diversi tipi di bulloni:
- a filetto integrale (barre piene o forate);
- autoperforanti;
- a cavi.
I primi, sono stati sviluppati per supportare i carichi in strati rocciosi sul fronte di scavo.
Hanno una filettatura integrale e continua che consente una facilità di taglio su misura
ed una forte adesione laterale durante la fase di iniezione. Inoltre presentano una
elevata resistenza alla trazione conferendo al bullone una notevole capacità di
assorbimento del carico e un fissaggio permanente.
Le seconde, o barre autoperforanti, vengono utilizzati quando ci troviamo sul fronte di
scavo in presenza di rocce tenere sino ad un massimo di 80 MPa di resistenza alla
torsione, rocce fratturate oppure in materiali sciolti e questi sono ideali all’iniezioni
mediante qualsiasi tipo di formulato chimico.
Infine, i tiranti a cavi in vetroresina e non, vengono impiegati quando si scavano gallerie
parallele o gallerie pilota o di esplorazione.
Fig. 4 – Sistema di supporto della roccia dove viene ancorata la barra e diversi fattori che
intervengono nella corrosine (dei bulloni) / Rock support system where the bar is anchored
and various factors that intervene in the corrosion (of the bolts)
d)- Caratteristiche ed indicazioni generali della resina per garantire l’ancoraggio della
barra con la roccia
Da una nostra analisi, con la collaborazione dei dati forniti dalla CHEMIX di Golasecca
(Varese) (**), sull’ individuare un prodotto idoneo ai problemi che andremo ad
incontrare, durante la fase di scavo di una galleria ferroviaria in territorio europeo, con
l’inizio dell’anno 2021, ci siamo prefissi, per dei fissaggi permanenti, con dei bulloni, e la
nostra attenzione è andata su un formulato a base di silicato-mineral-organico, a due
componenti. Primo, perché questo formulato è stato sviluppato e sperimentato,
rispondendo alle principali domande in fatto di gallerie; secondo, perché ci permetteva
di interpretare i complessi meccanismi che accompagnano lo scavo di una galleria; ed
in ultima analisi, ci ha permesso di prendere in considerazione la sua particolarità di poter
FLOW AMOUNT & VELOCITY
PRESSURE
TEMPERATURE
GROUND MOVEMENT
STRATA’S CONDUCTIVITY
GASES
CO
2
SO
2
O
2
STRESSES
RESIN
ROOF BOLT
GROUND WATER
PH
SULFATES
CHLORIDES
NITRATES
LIME STONE
GRAY SHAL
SHALE
COAL
6. 6
essere iniettato in piccoli interstizi, a differenza dei prodotti a base cementizia, che
tende, oltre ad altre cause, a segregarsi ed a indebolire il bullone con il passare del
tempo.
Inoltre, questo formulato a base di silicato-mineral-organico è in grado di partecipare ad
assorbire parte del carico, anche in tempi molto brevi, e cosa molto importante
stabilizzare il fronte di scavo e, ai fini della sicurezza, possedere caratteristiche di
“atossicità” ed “autoestinguenza”:
• Peso specifico componente “A” : 1,450 ± 0,03 kg/dm³
• Peso specifico componente “B” : 1,180 ± 0,05 kg/dm³
• Viscosità componente “A” : 300 - 600 ± 30 mPa.s
• Viscosità componente “B” : 250 - 750 ± 50 mPa.s
• pH componente “A” : 11,5 ± 0,5
• pH componente “B” : neutro
• Inizio della reazione : 20 – 30“
• Reazione completa : dopo 2 – 3’
• Esotermia di reazione : max 90 – 100°C (su massa di 200 gr)
• Resistenza a compressione : 28 – 30 N/mm²
• Resistenza a flessione : 5,50 – 6,18 N/mm²
Il formulato resinoso sopra descritto è una resina a reazione di indurimento veloce a base
di silicati. Quando i due componenti vengono a combinarsi, la resina incrementa la sua
viscosità diventando tixotropica, scorrendo in grosse e piccole cavità attraverso
specifiche pompe.
Fig. 6 - Effetti della corrosione su barre in roccia iniettati con malta cementizia
dopo soli 6 mesi. (Spearing et al., 2010) / Effects of corrosion on rock anchors injected
with cement mortar after only 6 months. (Spearing et al., 2010)
g)- Conclusioni
Sul metodo NATM esiste una vasta gamma di pubblicazioni sia di carattere generale che
su esperienze specifiche. Mentre lo scopo della nostra memoria è quello di richiamare
l’attenzione su come alcuni particolari tipi di resine stiano partecipando alla rapida
evoluzione in corso dei nuovi metodi costruttivi delle gallerie.
La moderna tecnologia offre un vasto panorama di soluzioni per l’introduzione delle
iniezioni di cemento come utile mezzo per il riempimento di eventuali vuoti anche con
microcemento. Infatti, per consolidare la roccia, circostante una cavità, la boiacca di
cemento è oramai superata dall’impiego di nuovi formulati resinosi a base di silicati (privi
di CFC e alogeni) perché questi induriscono in pochi minuti e perché anche le stesse
7. 7
resine possono partecipare a supportare parte del carico in breve tempo ed essere in
grado di combinarsi alle particolari condizioni geologiche che si presentano.
I principali fattori che mi permette di asserire, quanto sopra illustrato, sono da individuare
nelle caratteristiche geotecniche della roccia e nella definizione delle caratteristiche
fisico-meccaniche della resina.
Il principio di funzionamento delle iniezioni di resina a bassa pressione risiede che questa è
in grado di riempire ed occludere ogni porosità ed ogni microfessurazione presente sulla
natura della roccia, nel contorno e nelle vicinanze del foro contenente la barra di
acciaio, cosa che i grani di cemento (sedimentazione propria della boiacca cementizia
iniettata) ed i pori più piccoli (non penetrabili dalla fase solida) di fatto ne impedirebbero
la penetrazione riducendo il raggio d’influenza.
NOTE
1. I metodi di costruzione meccanizzato integrale sinora conosciuti in Europa sono:
- Il metodo di scavo meccanizzato, ad abbattimento continuo, per la costruzione di gallerie con
attacco a piena sezione mediante frese integrali (TBM), di tipo aperto o scudato, senza o con
contropressione al fronte;
- Il metodo di scavo meccanizzato, ad abbattimento continuo, per la costruzione di gallerie con
attacco a piena sezione, in terreni anche sottofalda, mediante scudi meccanizzati, con
contropressioni al fronte.
2. Esistono circostanze operative particolari come il rafforzamento di gallerie, terreni o la ristrutturazione
di strutture preesistenti, che richiedono l’utilizzo di speciali fibre di rinforzo. Abbiamo quindi:
2.1- fibre in acciaio. Le metalliche ed in filato di vetro, vengono utilizzate per il miglioramento
della duttilità, della tenacità e della resistenza all’urto del calcestruzzo.
Per quanto riguarda il dosaggio delle fibre nel calcestruzzo, normalmente, vengono impiegate
fibre in acciaio con contenuti di 35-45 kg/m3, fibre in filato di vetro, resistenti
all'attacco degli alcali, nella quantità di 8-12 kg/m3 (questi quantitativi sono suggeriti dai
produttori).
E’ importante sottolineare che tali calcestruzzi fibrorinforzati vengono di solito impiegati per
consolidare fronti di gallerie, terreni e/o rinforzare strutture preesistenti, con o senza
l’utilizzo di armatura metallica in barre o rete.
2.2- fibre polimeriche non strutturali, utili per incrementare la resistenza alla microfessurazione nelle
ore successive alla posa in opera;
2.3- fibre polimeriche strutturali in filato di vetro, che migliorano la duttilità e la resistenza all’urto del
calcestruzzo.
3. Tra le condizioni idrogeologiche più pericolose vanno annoverate le situazioni stratigrafiche o
tettoniche che comportano il passaggio brusco da formazioni impermeabili a permeabili, sedi di
cospicuo accumulo idrico. Particolare importanza assumono le rocce fessurate, soprattutto quelle
calcaree, che possono contenere forti quantitativi di acqua in pressione, talora anche ad elevata
temperatura.
(*)
Mr. LAMANNA LUIGI FRANCO
132, via dei Serpenti – 00184 ROME – ITALY - U.E.
e-mail: lamannaluigifranco1 @ gmail.com
8. 8
(**)
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
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significant resources to the development of ever more efficient systems with a continued investment of
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TITLE:
BRIEF DESCRIPTION ON THE ANCHORING AND NAILING OF THE ROCK DURING THE
EXCAVATION OF RAILWAY TUNNELS WITH THE TRADITIONAL NATM METHOD (NEW AUSTRIAN
TUNNELLING METHOD)
by Lamanna Luigi Franco (*)
a)- Introduction
With the development of a rapid innovation of the integral mechanized excavation (1),
as a new construction method of tunnels and their complex mechanism that
accompanies them, the Austrian method called NATM (New Austrian Tunneling Method)
deserves a little study. The method was developed in the 1960s for the construction of
tunnels, and has developed greatly, in particular, in very demanding soils. This important
method has as its working concept, to be able to respond and interpret, during the
excavation phase, the complex mechanisms that accompany the excavation of a
tunnel. In addition to the NATM method, it should be remembered that the excavation
methods depend first and foremost on the type of terrain to be crossed. For this reason it is
necessary to speak separately of the excavation of tunnels in rock and the excavation of
tunnels in bottoms or soft soils. In this memoir I always refer to rock excavations.
Fig 1 – Sezione tipo di una galleria / Typical cross section
INTERNAL CONCRETE LINING 30 cm
20 cm SHOTCRETE
ROCK BOLTS TIPO “PERFO”
ROCK BOLTS TIPO “PERFO” WATERPROOFING
INTERNAL CONCRETE
LINING 30 cm
INVERT ARCH
9. 9
In mechanical excavation, the energy used is concentrated on the extremity of the
equipment present on the machine in contact with the rock (hydraulic hammers
operated by compressed air), in order to overcome the resistance of the rock, at the
moment of penetration or indentation, and resistance to traction or crushing.
b) - Brief description of the NATM method
In continuing our argument, the stabilization of the excavation surface with the NATM
method takes place through the implementation of:
- the use of steel for the ribs which, being a method of consolidation and structural
restoration of an existing tunnel or in the presence of a structure deformed by pushing
soils;
- the introduction of suitable nailing and anchoring of the rock, whether of the passive or
active type, has the purpose of preventing releases and reducing decompression, so that
the surrounding rock does not lose its resistance and can therefore collaborate in a
suitable way of arc. This collaboration can be optimally exploited by adopting the
thickness of the subsequent Spritz-Beton coating;
Fig 2 – Sezione A-A Barra Ø 26 posizionata in fori Ø 40 mm /
Section A-A Bar Ø 26 positioned in holes Ø 40 mm
- stabilization of the rock or soil to control its deformations, thus allowing the redistribution
of tensions while avoiding localized detachments by means of Spritz-Beton (term in
German language) or Shotcrete (term in English language). The use of this technique
allows to project by means of a jet of compressed air a base mixture formed by cement
conglomerate, with the addition of sodium silicate which provides the conglomerate with
an adhesion capacity [adhesion (by cutting to the substrate): 2.8 - 6.0 MPa] instant and
effective (technically called "flash set"), fibers (2), water and aggregates (the sand or
ROCK
ROCK BOLTS TIPO “PERFO”
Bar Ø 26 positioned in
holes Ø 40 mm
10. 10
sands must have a combined fineness modulus between 2.5 and 2, 9 and passing through
sieves no. 50 (300 µm) and no. 100 (150 µm) respectively between 15% to 30% and 5% to
10% [for pumpability of the mixes]) which, immediately after removal of the spoil, using a
compressed air lance, is sprayed at high speed on the surfaces to be coated, as a
stabilizer of the rock itself.
Sodium silicate is undoubtedly the most widespread setting accelerator, known and used
in the world. It is obtained by dissolving silica SiO2 (silicon dioxide) and soda Na2O in water
according to a combined thermodynamic cycle.
Sodium silicate is not solely responsible for the grip characteristics of Spritz-Beton,
especially on wet surfaces, but the following also act in this action:
- Hyperplasticizers (differs from traditional superplasticizers, based on sulphonated
polymers, which cause the dispersion of the cement granules by electrostatic effect
allowing the shotcrete to have very high resistances - Rck ³ 75 MPa);
- Accelerators (improve the performance of the concrete on the degree of hydration,
causing a more rapid increase in the short term, but leaving its value substantially
unchanged over a relatively long time (28 days);
- Waterproofing (it is a liquid additive perfectly soluble in water, free of chlorides, harmless
to metal reinforcements, capable of making the mixture stable and with a strong water-
repellent effect).
Furthermore, this methodology has the advantage of being very adaptable and flexible.
Of course, one should not be in the presence of strong flows of water (3) towards the
inside of the tunnel cavity, an argument that has been addressed several times by the
undersigned.
However, this methodology requires a smaller size cementitious coating than other known
methods.
b.1) - Control of the deformation and stress state.
Another feature of the NATM system is the intensive use of geotechnical measurements,
to verify the behavior of the pre-lining-rock mass system, in order to adapt the structure of
the lining, in the event of changes in the predicted behavior. In particular, MUELLER (1978)
introduced the important role played by the measurement of the deformation and stress
state around the tunnel, during excavation, with the aim of obtaining information on the
behavior of the rock mass and, therefore, of updating continuous dimensioning of the
support structures.
Considering that the NATM system uses Spritz-Beton (and anchors) almost exclusively for
rock stabilization, I consider it appropriate to illustrate the main characteristics that this
must possess:
- dry volume weight: 2.0 - 2.5 t/m3;
- modulus of elasticity after 28 days: 20,000 - 30,000 N/mm2;
- compressive strength after 28 days: 30 - 50 N/mm2;
- compressive strength after 7 days: 75 – 85 % of the compressive strength after 28 days;
- tensile strength after 28 days: 1.5 - 4 N/mm2;
- permeability according to Darcy: 1 - 25.10 -10 m/sec;
- adhesion to concrete: 0.5 - 4 N/mm2.
11. 11
Fig. 3 – Rock Bolting/Anchoring
b.2) - Anchoring to the rock
With the NATM method the tunnels are excavated with the traditional method according
to the following phases:
- excavation, carried out with hydraulic hammers operated by compressed air or by
explosion according to the predicted soil behavior;
- removal of the spoil (debris);
- safety through the installation of a pre-coating with metal structural support elements
(ribs) and reinforced Spritz-Beton (coating).
In particular, anchoring to the rock, an object on which we want to focus in more detail in
this article, takes place through a structural element operating in traction, capable of
transmitting forces to the ground.
The functional parts of the anchor are:
- the locking device and the distribution plate placed at the head;
- the reinforcement consisting of steel or fiberglass bars or profiles;
- the mechanical expansion anchoring device, or as we want to emphasize below, by
means of a particular formulation of silicate resin (organo-mineral and non-polluting), in
the terminal section of the structural element in order to guarantee a perfect union
between rock and bar.
In the recent past, not to mention still today, fixing was done through the injection of a
cement mortar. I would like to emphasize that the strength of the anchor depends on the
strength of the reinforcement, on the adhesion between rock and bar (which is
guaranteed by the injection of the silicate resin formulation) and on the nature of the soil.
It should be remembered that another indispensable prerequisite for the use of the NATM
method is the presence of a more or less homogeneous soil, this to ensure that the
conditions between the thin cement surface coating (Spritz-Beton) and the rock are
similar along the entire excavation line. Otherwise there is a risk, in correspondence with
the contact (rock/coating), of very different deformability phenomena and resistance
values, and consequently the occurrence of stresses that will concentrate in the coating,
that is, the instantaneous breaking of the latter.
12. 12
c) - Characteristics and general indications on the bars (bolts)
In anchor technology, different types of bolts are available on the market:
- integral thread (solid or perforated bars);
- self-drilling;
- with cables.
The former were developed to support the loads in rock layers on the excavation face.
They have an integral and continuous thread that allows an ease of custom cutting and a
strong lateral adhesion during the injection phase. They also have a high tensile strength
giving the bolt a remarkable load-absorbing capacity and permanent fixing.
The second, or self-drilling bars, are used when we are on the excavation face in the
presence of soft rocks up to a maximum of 80 MPa of torsional strength, fractured rocks or
in loose materials and these are ideal for injection by any type of chemical formulation.
Finally, fiberglass and non-fiberglass cable tie rods are used when digging parallel tunnels
or pilot or exploration tunnels.
Fig. 4 – Sistema di supporto della roccia dove viene ancorata la barra e diversi fattori che
intervengono nella corrosine (dei bulloni) / Rock support system where the bar is anchored
and various factors that intervene in the corrosion (of the bolts)
d) - General characteristics and indications of the resin to ensure the anchorage of the
bar with the rock
From our analysis, with the collaboration of the data provided by CHEMIX of Golasecca
(Varese) (**), on identifying a suitable product for the problems we are going to
encounter, during the excavation phase of a railway tunnel in Europe, with the beginning
of the year 2021, we set ourselves, for permanent fixings, with bolts, and our attention
went to a formulation based on silicate-mineral-organic, two components. First, because
this formulation was developed and tested, answering the main questions about galleries;
second, because it allowed us to interpret the complex mechanisms that accompany the
excavation of a tunnel; and ultimately, it allowed us to take into consideration its
peculiarity of being able to be injected into small interstices, unlike cement-based
products, which tends, in addition to other causes, to segregate and weaken the bolt
with the passage of time.
FLOW AMOUNT & VELOCITY
PRESSURE
TEMPERATURE
GROUND MOVEMENT
STRATA’S CONDUCTIVITY
GASES
CO
2
SO
2
O
2
RESIN
ROOF BOLT
GROUND WATER
PH
SULFATES
CHLORIDES
NITRATES
LIME STONE
GRAY SHAL
SHALE
COAL
13. 13
Furthermore, this formulation based on silicate-mineral-organic is able to participate in
absorbing part of the load, even in a very short time, and it is very important to stabilize
the excavation face and, for safety purposes, possess "non-toxicity" characteristics and.
"self-extinguishing ":
• Component “A” specific weight: 1.450 ± 0.03 kg / dm³
• Specific weight of component “B”: 1.180 ± 0.05 kg / dm³
• Viscosity of component "A": 300 - 600 ± 30 mPa.s
• Viscosity of component "B": 250 - 750 ± 50 mPa.s
• component “A” pH: 11.5 ± 0.5
• pH component "B": neutral
• Start of the reaction: 20 - 30 "
• Complete reaction: after 2 - 3 '
• Exothermic reaction: max 90 - 100° C (on a mass of 200 g)
• Compressive strength: 28 - 30 N / mm²
• Flexural strength: 5.50 - 6.18 N / mm²
The resinous formulation described above is a silicate based fast hardening resin. When
the two components are combined, the resin increases its viscosity becoming thixotropic,
flowing in large and small cavities through specific pumps.
Fig. 6 - Effetti della corrosione su barre in roccia iniettati con malta cementizia
dopo soli 6 mesi. (Spearing et al., 2010) / Effects of corrosion on rock anchors injected
with cement mortar after only 6 months. (Spearing et al., 2010)
g) – Conclusions
On the NATM method there is a wide range of publications both of a general nature and
on specific experiences. While the purpose of our memoir is to draw attention to how
some particular types of resins are participating in the rapid evolution of the new
construction methods for tunnels.
Modern technology offers a vast range of solutions for the introduction of cement
injections as a useful means for filling any voids, even with microcement. In fact, to
consolidate the rock surrounding a cavity, the cement grout is now overcome by the use
of new silicate-based resinous formulations (free of CFCs and halogens) because these
harden in a few minutes and because even the same resins can participate to support
part of the load in a short time and be able to combine with the particular geological
conditions that arise.
The main factors that allow me to assert, as illustrated above, are to be identified in the
geotechnical characteristics of the rock and in the definition of the physical-mechanical
characteristics of the resin.
14. 14
The operating principle of low-pressure resin injections is that this is able to fill and occlude
any porosity and any micro-cracks present on the nature of the rock, in the contour and
vicinity of the hole containing the steel bar, which the grains of cement (sedimentation of
the injected cement grout) and the smaller pores (which cannot be penetrated by the
solid phase) would actually prevent its penetration, reducing the radius of influence.
NOTE
1. The integral mechanized construction methods so far known in Europe are: - The mechanized
excavation method, with continuous demolition, for the construction of tunnels with full section
connection by means of integral cutters (TBM), of the open or shielded type, without or with
counter pressure at the face; - The mechanized excavation method, with continuous demolition,
for the construction of tunnels with full section attachment, in ground also under the stratum, by
means of mechanized shields, with counter-pressure at the front.
2. There are special operational circumstances such as the strengthening of tunnels, land or the
renovation of existing structures, which require the use of special reinforcing fibers. We therefore
have:
2.1- steel fibers. Metal and glass inserts are used to improve the ductility, toughness and impact
resistance of concrete. As regards the dosage of the fibers in the concrete, normally, steel fibers
with contents of 35-45 kg / m3 are used, fibers in glass yarn, resistant to alkali attack, in the quantity
of 8-12 kg / m3 ( these quantities are suggested by the producers). It is important to emphasize
that these fiber-reinforced concretes are usually used to consolidate the fronts of tunnels, soils and
/ or reinforce existing structures, with or without the use of metal reinforcement in barriers and
networks.
2.2- non-structural polymeric fibers, useful for increasing resistance to micro-cracking in the hours
following installation;
2.3- structural polymeric fibers in glass yarn, which improve the ductility and impact resistance of
the concrete.
3. Among the most dangerous hydrogeological conditions are the stratigraphic or tectonic
situations that involve the sudden transition from impermeable to permeable formations, sites of
conspicuous water accumulation. Cracked rocks, especially calcareous ones, are of particular
importance, as they can contain large quantities of water under pressure, sometimes even at high
temperatures.
(*)
Mr. LAMANNA LUIGI FRANCO
132, via dei Serpenti – 00184 ROME – ITALY - U.E.
e-mail: lamannaluigifranco1 @ gmail.com
(**)
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.
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