Il presente rapporto descrive una delle attività di Ricerca di Sistema (RdS) svolta nel 2007 nell’Area Produzione e Fonti Energetiche, e precisamente nel Progetto 7 "Sicurezza dei bacini idroelettrici e utilizzo ottimale della risorsa idrica", con riferimento alle esperienze tecniche di ripristino strutturale delle dighe (deliverable 7.3). In particolare il rapporto riferisce sulla valutazione della durabilità delle iniezioni di fessure nel calcestruzzo con resina epossidica. La valutazione del degrado e della vita residua delle opere (in particolare di quelle civili) degli impianti idroelettrici rappresentano aspetti fondamentali per il mantenimento, in continuità e sicurezza, del servizio erogato e che assumono risvolti tanto più importanti alla luce della considerazione che l’età media delle opere civili di detti impianti presenti sul territorio Italiano è piuttosto elevata. Infatti, l’invecchiamento del patrimonio di strutture e infrastrutture in calcestruzzo degli impianti di produzione di energia elettrica, e in particolare delle dighe di ritenuta (età media di circa 50 – 60 anni), richiede un numero sempre maggiore di interventi per il recupero di quelle opere che sono degradate e per l’estensione della loro vita utile. Una corretta progettazione di questi interventi comporta, oltre che un’adeguata diagnosi dei possibili fenomeni di alterazione ed una capacità di previsione del loro sviluppo nel tempo, anche una corretta conoscenza dell’efficacia dei materiali e delle tecniche utilizzate per il ripristino di tali strutture. L’attività di ricerca è volta, quindi, da una parte a mettere a punto metodologie e strumenti di diagnostica di tali sintomi, con particolare attenzione alla prognosi della loro evoluzione nel tempo, dall’altra a studiare interventi di rinforzo strutturale innovativi e valutarne la reale efficacia. Nell’ambito della valutazione di quest’ultimo aspetto, di cui si riferisce nel presente rapporto, è stata analizzata la tecnica di sigillatura delle fessure mediante iniezioni con resine epossidiche, materiali per i quali non sono ben conosciute le prestazioni, sia in termini di durabilità nel tempo che di tenuta in difficili condizioni ambientali di esercizio. Per questo la ricerca si è sviluppata attraverso una sperimentazione in laboratorio in grado di evidenziare la variazione dell’aderenza al calcestruzzo della resina iniettata in appositi campioni sottoposti a specifici cicli di invecchiamento, in funzione di differenti condizioni di umidità delle fessure all’atto dell’iniezione. Per l’esecuzione delle prove si è fatto riferimento alla norma UNI EN 12918-2. In particolare, 10 lastre in calcestruzzo (1000×500×40 mm) sono state accoppiate in 5 elementi compositi, avendo cura di lasciare una intercapedine di circa 1 mm e le fessure artificiali, così ottenute, sono state riempite con due tipi di resine epossidiche, una fluida, adatta per il ripristino di fessure con superficie asciutta (resina denominata 4/D1) e un’altra più densa, per fessure umide (resina denominata 2000M). L’identificazione di ciascuna lastra è basata, oltre che sul tipo di resina utilizzata, anche sulle condizioni superficiali della fessura prima dell’iniezione (denominate D – U – B – A). Precisamente: null D – FESSURA ASCIUTTA: la lastra è mantenuta a 20°C e 60% UR fino al momento dell’iniezione; null U – FESSURA UMIDA: la fessura è riempita d’acqua per 30 minuti, quindi svuotata e lasciata asciugare per 10 minuti prima di procedere con l’iniezione; null B – FESSURA BAGNATA: la fessura è riempita con acqua per 30 minuti, quindi svuotata e subito iniettata; null A – FESSURA PIENA D’ACQUA: la fessura è riempita con acqua per 30 minuti, quindi iniettata senza svuotarla. Dalle lastre composite iniettate sono stati ricavati, per carotaggio, dei campioni cilindrici che sono stati poi sottoposti ai cicli di invecchiamento previsti dalla norma europea (variazioni di temperatura comprese tra – 15°C e +60°C e cicli igrometrici), al termine dei quali tutti i provini sono stati testati per la verifica dell’aderenza, mediante prova di trazione diretta. L’indagine è stata svolta in parte nel 2006 ed in parte nel 2007. Nel 2006 sono stati predisposti i campioni, è iniziato il loro ciclo di invecchiamento e sono stati ottenuti i risultati relativi alle lastre iniettate con la resina 2000M, sia nelle condizioni di riferimento che di invecchiamento (dopo i cicli termici e igrometrici). Della sperimentazione con la resina 4/D1 nel 2006 era stato eseguito solo un numero limitato di prove. I risultati della sperimentazione del 2006 ed i dettagli operativi sono già stati riportati ed illustrati nel rapporto RdS di CESI RICERCA n° 06007692.

I risultati delle prove condotte nel 2007, sono stati raccolti nel presente rapporto, in cui sono stati integrati i risultati del 2006, in modo da fornire un quadro completo dell’intera sperimentazione. In generale, i risultati della sperimentazione del 2007, ottenuti con la resina 4/D1, paiono confermare le indicazioni emerse dalle prove già eseguite con la resina 2000M e riportate nel sopracitato rapporto. In particolare, l’analisi ed il confronto di tutti i risultati ottenuti nella ricerca ha permesso di: • Verificare l’idoneità della prova UNI EN 12618-2, che prevede la determinazione dell’aderenza per trazione diretta, nel valutare le caratteristiche di durabilità degli interventi di iniezione con resina epossidica nelle fessure delle opere idrauliche in calcestruzzo. La prova scelta è in grado di differenziare le prestazioni di aderenza della resina iniettata al calcestruzzo di sottofondo in funzione del tipo di resina e delle condizioni di iniezione (fessure asciutte, umide, bagnate o piene di acqua), simulando le possibili condizioni dell’intervento di ripristino; • Identificare l’influenza dei sopracitati parametri, ambientali (condizioni di umidità della fessura) e tecnologici (tipo di resina), sull’esito delle iniezioni di ripristino strutturale. Mentre in condizioni di supporto perfettamente asciutto la resina iniettata può fornire, almeno in laboratorio, ottime prestazioni di aderenza al calcestruzzo (> 3.0 MPa), in presenza di acqua od umidità superficiale si può scendere a valori medi anche al di sotto di 1.0 MPa. In tal caso, per garantire ancora prestazioni discrete (circa 2.0 MPa), si deve evitare l’uso delle resine più fluide e ricorrere a resine più dense e viscose, non facilmente emulsionabili. • Quantificare la variazione delle prestazioni di aderenza della resina, nelle diverse condizioni esaminate, a seguito dei cicli di invecchiamento. E’ stato accertato che, in presenza di umidità superficiale e di cicli termici importanti (sopra i 40°C), normale condizione di esercizio nelle zone superficiali delle dighe, prestazioni di aderenza a lungo termine accettabili (1.0 MPa) possono essere garantite solo con l’impiego di una resina densa e non facilmente emulsionabile, accoppiata ad un accurato drenaggio preliminare delle fessure da iniettare. La presenza di acqua all’interno delle fessure ha comportato, infatti, un decadimento dell’aderenza a valori inferiori a 0.50 MPa. Per assicurare l’efficacia degli interventi di iniezione di resina epossidica nelle fessure delle opere idrauliche e garantirne la durabilità nel tempo è pertanto necessario, a livello operativo: • eseguire un buon drenaggio preliminare dell’acqua presente nelle fessure; • impiegare resina epossidica con caratteristiche di viscosità tali da renderla compatibile con l’umidità del supporto (ad esempio quelle della resina 2000 M sperimentata nella ricerca). In aggiunta agli argomenti trattati sulla valutazione della durabilità delle iniezioni di fessure nel calcestruzzo con resina epossidica, è stato sviluppato anche uno studio sperimentale su materiali innovativi (nanosilice) al fine di valutare la possibilità di ridurre, se non addirittura evitare, la formazione di lesioni che si creano nei calcestruzzi strutturali, a seguito delle espansioni dovute alla reazione alcali – aggregato siliceo (Alkali- Silica Reaction – ASR). La parte di questa ricerca sviluppata nel corso del 2007 ha permesso di emettere un primo rapporto di progresso (rapporto tecnico 07005579) aggiuntivo e collegato al deliverable 7.3.