Le tematiche della Guida alla progettazione
La guida analizza dettagliatamente le proprietà fisiche e meccaniche delle resine poliuretaniche espandenti. Tali resine si differenziano per la peculiare capacità di sviluppare spontaneamente, a seguito della reazione esotermica di sintesi (tra poliolo e isocianato), una significativa pressione di rigonfiamento quando l'espansione volumetrica avviene in un volume confinato. Questa pressione, per le resine Uretek Geoplus può raggiungere valori nell'ordine di 10.000 kPa (10 MPa).
In un terreno, il processo di espansione si protrae fino al raggiungimento di una condizione di equilibrio tensionale. L'equilibrio è stabilito quando la pressione di rigonfiamento della resina, che si riduce all'aumentare dell'espansione e al diminuire della densità finale, eguaglia la tensione radiale di confinamento (o tensione media di confinamento) mobilitata dal terreno circostante.
La schematizzazione teorica dell'iniezione di resina espandente dipende in modo cruciale dalla granulometria del terreno trattato. Questo perché il comportamento della resina è sensibilmente diverso a seconda che essa venga iniettata in terreni a grana grossa o a grana fine.
I modelli teorici fondamentali adottati per schematizzare l'intervento si suddividono come segue:
Modelli per Terreni a Grana Grossa (Sabbie e Ghiaie)
Nei terreni a grana grossa (come sabbia media/grossa e ghiaia), l'elevata conducibilità idraulica consente un effetto iniziale di permeazione della resina allo stato liquido nei pori del terreno. Questo processo porta alla formazione di un bulbo di terreno trattato. La successiva espansione volumetrica del bulbo, in fase di solidificazione, induce la compattazione e l'addensamento del terreno circostante.
L'approccio teorico di riferimento in questo caso è la Teoria della cavità espansa. Questa teoria analizza l'espansione di una cavità cilindrica o sferica all'interno di un mezzo elasto-plastico e consente di schematizzare l'espansione del bulbo fino al raggiungimento di un equilibrio tra la pressione di rigonfiamento della resina e la tensione di confinamento mobilitata dal terreno circostante. Per i terreni a grana grossa, le analisi sono generalmente condotte in condizioni drenate, assumendo una rapida dissipazione delle sovrappressioni interstiziali generate dall'espansione.
Modelli per Terreni a Grana Fine (Sabbie fini, Limi e Argille)
Nei terreni a grana fine, la resina non è in grado di penetrare nei pori e, a causa della pressione elevata sviluppata spontaneamente in fase di rigonfiamento, la sua espansione determina la formazione di fratture nel materiale circostante. La direzione di queste fratture (sub-verticale o sub-orizzontale) è condizionata dallo stato tensionale iniziale del terreno.
L'approccio teorico per questo scenario fa ricorso ai concetti relativi alla Meccanica della frattura nei mezzi elasto-plastici. Data la bassa conducibilità idraulica di questi terreni, l'espansione della resina in condizioni di saturazione avviene tipicamente in condizioni non drenate, comportando la formazione di sovrappressioni interstiziali. Questo richiede generalmente un'analisi in termini di tensioni totali nel breve termine. L'obiettivo principale in questo contesto è il recupero dei cedimenti attraverso la formazione di fratture sub-orizzontali, la cui apertura determina il sollevamento della fondazione e delle sovrastrutture
Il volume è strutturato per coprire ogni fase della comprensione e progettazione dell'intervento, includendo:
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Le proprietà fisiche e meccaniche delle resine poliuretaniche (Capitolo 1).
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Gli ambiti di applicazione, come il riempimento di cavità, la riduzione della conducibilità idraulica, l'alleggerimento, e il miglioramento delle proprietà meccaniche e il sollevamento di fondazioni (Capitolo 2).
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I diversi tipi di iniezioni e i confronti con tecniche tradizionali (Capitolo 3).
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La modellazione teorica, che si differenzia a seconda della granulometria del terreno: la teoria della cavità espansa è applicata ai terreni a grana grossa, dove si verifica compattazione e addensamento del bulbo iniettato; mentre la meccanica della frattura è applicata ai terreni a grana fine, dove si inducono fratture per sollevamento (Capitolo 4).
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L'applicazione di modelli numerici, essenziali per analisi accurate che tengano conto degli effetti di bordo e delle condizioni di plasticizzazione (Capitolo 5).
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La valutazione del rischio di liquefazione e gli interventi di mitigazione tramite resine (Capitolo 7).
