Resine espandenti

Nel consolidamento dei terreni tramite iniezioni sono sempre più frequentemente utilizzate le resine poliuretaniche ad alta pressione d’espansione, che producono un notevole miglioramento delle caratteristiche meccaniche del terreno di fondazione.

Fig. 1.4.2.1: Esempio d’applicazione di resine espandenti

Esecuzione

Le modalità d’applicazione delle resine espandenti sono relativamente semplici e non necessitano di scavi invasivi o di problematici sistemi di collegamento per solidarizzare le preesistenti e le nuove opere di fondazione.

Per effetto della rilevante e rapida espansione della resina, all’interno del volume di terreno trattato, è possibile inoltre ripristinare il contatto all’interfaccia terreno-fondazione anche laddove i valori della sollecitazione risultino più modesti. In questo modo si ottiene una migliore distribuzione dei carichi ed una conseguente limitazione dei picchi di tensione.

L’applicazione comporta l’iniezione nel terreno, a basse pressioni, di questa resina ad alta pressione d’espansione, ottenuta dalla miscelazione di componenti che, per reazione chimica, provocano un effetto di consolidamento esercitando nel terreno ospitante una pressione fino a 10 MPa in un un breve lasso di tempo dalla loro miscelazione.

La resina viene iniettata allo stato liquido attraverso dei condotti nei quali viene spinta dall’azione meccanica di una pompa fino a fuoriuscire nel terreno da consolidare.
I condotti vengono inseriti in fori di diametro inferiore ai 30 mm praticati direttamente nella fondazione in modo da trattare con precisione il volume di terreno sottostante la fondazione medesima. La pressione di iniezione non è elevata e non è particolarmente rilevante ai fini della riuscita dell’intervento; il grado di compattazione del terreno ottenibile è infatti funzione della pressione di espansione della resina e non di quella alla quale viene iniettata. Al momento dell’iniezione, la miscela sviluppa una reazione chimica esotermica che ne induce il cambiamento di stato da liquido a solido con conseguente aumento di volume correlato allo sviluppo di una forza di espansione.

La resistenza incontrata dalla resina nella fase di espansione determina in modo inversamente proporzionale l’aumento di volume mentre implica una pressione di espansione direttamente proporzionale ad essa. La reazione chimica è molto rapida e il composto solido che ne deriva possiede già da subito le caratteristiche fisico-meccaniche definitive. La reazione, confinata dal terreno circostante, trasferisce l’energia prodotta direttamente alla struttura dello stesso, comprimendolo e, dove possibile, aggregandolo.

La miscela , infatti, una volta iniettata nel terreno, si comporta in maniera differente a seconda della natura del mezzo incontrato: se il terreno è granulare la miscela permea i vuoti e, fungendo da legante, produce un conglomerato monolitico di notevoli caratteristiche meccaniche; se il terreno è di natura coesiva, la miscela non permea i vuoti, ma forma un fitto reticolo di lame simili all’apparato radicale di una pianta producendo un ammasso compresso e irrobustito dalle lame stesse.

In entrambi i casi la resina trasferisce al terreno ospitante una forte azione di compressione frutto della reazione chimica. La resina espande dove trova la minor resistenza offerta dal terreno e, grazie al suo forte aumento volumetrico, compatta e consolida il terreno di fondazione amalgamandosi con esso; la pressione esercitata induce il sollevamento della struttura sovrastante, che è costantemente monitorato con apparecchiatura laser costituita da un emettitore e da ricevitori fissati solidalmente alle strutture.

Caratteristiche

La reazione chimica che trasforma i componenti liquidi in un materiale solido è stabile, e questo permette di ridurre drasticamente la variabilità delle caratteristiche meccaniche per una data densità. Ciò significa avere la certezza del buon esito dell’intervento, potendo prevedere esattamente le proprietà della resina una volta iniettata nel terreno.

Le resine poliuretaniche sono più leggere del terreno e quindi non lo appesantiscono, sono inoltre tali da avere un modulo elastico simile a quello dei terreni, variando da 15 a 85 MPa a seconda della densità. In questo modo, si può essere certi che trattando il terreno di fondazione limitatamente al  cosiddetto bulbo di pressione significativo (teoria di Boussinesq), non vi sia il trasferimento del carico in profondità, evitando l’instaurarsi di nuovi cedimenti nel volume sottostante il terreno trattato.