Iniezioni di resine poliuretaniche e il rigonfiamento e ritiro di terreni argillosi

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Traduzione di un estratto della memoria scientifica pubblicata negli atti del convegno internazionale: Sec 2008, Paris, France.

Approfondimento scientifico

Alberto Pasquetto, Matteo Gabassi, Gianluca Vinco (Uretek s.r.l.,Verona) – Cristiano Guerra (Università di Urbino, Urbino)

Il sempre crescente numero di rischi dovuti alla siccità, ha comportato la necessità di studiare la relazione tra le frequenze di precipitazione e i fenomeni di fessurazione.
Per verificare l’efficacia di un intervento con iniezioni di resina ad alta pressione di rigonfiamento, per la mitigazione dei danni provocati da questo fenomeno, si sono analizzate alcuni dati significativi:
Sono stati studiati i dati di precipitazione e il numero di rischi di un’area geografica limitata al fine di determinare l’indice più adatto per prevedere i futuri periodi problematici.

Sono stati monitorati gli effetti della siccità sul terreno di fondazione e ciò allo scopo di elaborare un metodo per risolvere o prevenire problemi sulla costruzione connessi al rigonfiamento e al ritiro di terreni argillosi.
Il confronto degli effetti sul terreno della siccità e dell’iniezione di resine ad alta pressione d’espansione ha dimostrato che esse sono abbastanza simili in termini di incremento di rigidezza, ma la maggior densità del terreno compresso dall’iniezione di resine impedisce elevate variazioni volumetriche future.

1. Introduzione
La comprensione della relazione tra i cambiamenti climatici estremi registrati nel recente passato e i rischi idrogeologici, specialmente quelli causati dalla siccità nei terreni argillosi, non è sempre semplice.
Lo studio di parecchi dati riguardanti un’area geografica limitata in Italia è stato svolto allo scopo di determinare la relazione tra l’incremento del numero dei rischi e la diminuzione degli eventi di pioggia.

2. Analisi delle serie di precipitazioni
Nel passato recente si è osservato un calo generale degli eventi di pioggia medi mensili, in particolar modo durante le stagioni invernali. Si sono osservati inoltre un aumento del valore massimo di precipitazione in autunno e un’estrema riduzione delle precipitazioni nevose.
Gli ultimi decenni sono stati caratterizzati dall’alternanza di anni molto aridi (1193, 1994, 1998, 2000 e 2007), estremamente aridi (2003), molto piovosi (1996 e 1999) e estremamente piovosi (2005).

Figura 1: Andamento dell’indicatore di piovosità SPI (Standard Precipitation Index) negli ultimi decenni

3. Relazione tra la frequenza di siccità e il numero di rischi
Partendo dal numero dei danni rilevati e dagli interventi di miglioramento in edifici interessati da cedimenti differenziali e da fratture, è stato introdotto anche un indice per quantificare i rischi dovuti all’essicamento del terreno di fondazione.

Figura 2. Grafico di SPI e dell’indice di rischio dissesto strutturale

Si può osservare una stretta relazione tra l’andamento dell’indice SPI calcolato e i periodi in cui i rischi sono stati rilevati. A un valore SPI molto basso corrisponde sempre, qualche volta con un certo ritardo, un numero molto alto di rischi osservati. Il valore SPI appare quindi come un indice molto importante per rivelare i cambiamenti climatici che sono segnalati dall’incremento del numero di eventi estremi e soprattutto dalla maggior frequenza e dalla maggior durata dei periodi estremamente aridi.

4. Metodo di calcolo della diminuzione dei cedimenti in seguito ad iniezioni di resina ad pressione di rigonfiamento
Durante i periodi aridi la diminuzione dell’indice dei vuoti dovuta al calo del contenuto d’acqua naturale w provoca una perdita di volume secondo una curva simile a quella mostrata in figura 3, che può essere determinata per mezzo di una prova a secco in laboratorio.

Figura 3. Relazione tra il volume e il contenuto d’acqua naturale w

Il grafico mostra come il volume diminuisca finché si raggiunge il valore ws, al di sotto del quale un’ulteriore perdita d’acqua non comporta più una riduzione di volume.
Il contenuto d’acqua naturale può essere calcolato come il rapporto tra il peso dell’acqua e il peso del terreno:

Nel caso di terreni saturi (Sr=100%) la variazione di volume è uguale a:

Attraverso questa formula si può determinare la variazione del contenuto d’acqua naturale dovuta alla variazione del volume d’acqua.

5. Operazioni di miglioramento del terreno
È stato analizzato il caso di un terreno di fondazione caratterizzato dalla presenza di 0,6 m di ghiaia seguita da terreni argillosi (9,7 Considerando di iniettare il terreno a tre differenti livelli di profondità migliorando i primi tre metri del terreno di fondazione, è possibile ipotizzare un fattore d’espansione pari a 4 (Dei Svaldi et al., 2005) con un volume espanso medio di resina poliuretanica iniettata pari a circa 40 dm3 per ogni metro cubo di terreno trattato.
Esaminando un’unità di volume di terreno post iniezione, può essere calcolato il coefficiente di sostituzione del volume come la percentuale del rapporto tra il volume di resina e il volume di terreno:

Considerando il volume sostituito (Vr) della (3) pari alla variazione del volume d’acqua (ΔVw), si può ottenere il contenuto naturale d’acqua (Δw).

Questo valore, assieme alla curva della prova a secco, permette la stima di una futura diminuzione dei cedimenti causata da un’ulteriore perdita d’acqua di circa 35 mm.

6. Conclusioni
Partendo dall’analisi delle serie di precipitazione, è stato scelto un indice interessante al fine di osservare l’andamento dei periodi piovosi ed aridi che hanno caratterizzato gli ultimi decenni.
Quest andamento è stato confrontato con il numero dei danni riportati e con gli interventi di ripristino per poter valutare l’influenza della siccità sulle fessurazioni.
La sostituzione dell’acqua del suolo con resina riduce fortemente i possibili cedimenti futuri provocati da un’ulteriore perdita d’acqua diminuendo il contenuto d’acqua naturale, tuttavia dovrebbero essere considerati anche altri suoi effetti. In ricerche future saranno analizzati, oltre all’influenza dell’espansione della resina sull’assorbimento/rilascio dell’acqua del suolo, anche gli effetti dell’omogeneizzazione dello stato tensionale sottostante la fondazione e della riduzione della permeabilità sulla limitazione della reidratazione.

La versione integrale della memoria può essere richiesta all’indirizzo uretek@uretek.it ed è disponibile in lingua italiana, francese ed inglese.

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