Resine espandenti: ridurre il rischio di collasso strutturale

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L’iniezione di resine polimeriche altamente espandenti, sul terreno di fondazione, mitiga il rischio di crollo di strutture indebolite da fenomeni sismici

Approfondimento Scientifico

Resine espandenti

Esempi di rotture per superamento della capacità portante di fondazioni superficiali ad Adapazari (Turchia)

M. Erdemgil
SMP Engineering, Ankara, Turkey.
S. Saglam and B. S. Bakir
Department of Civil Engineering, Middle East Technical University, Ankara, Turkey.

RIASSUNTO
Il collasso delle fondazioni indotto da eventi sismici può essere innescato dall’incremento del carico oltre la capacità portante o dalla perdita di quest’ultima. Il consolidamento dei terreni di fondazione costituisce un’importante categoria di interventi correttivi per questa tipologia di dissesto. Trattando il caso di strutture esistenti in ambiente urbano, tuttavia, l’applicabilità della grande maggioranza dei metodi appartenenti a questa categoria o non è realizzabile o è seriamente limitata a causa del rumore o delle vibrazioni eccessivi generati durante l’intervento. Al contrario, il consolidamento dei terreni di fondazione attraverso procedimenti di iniezione porta vantaggi eccezionali per la risoluzione di questi problemi e fornisce un livello di efficacia relativamente alto se confrontato con quello delle possibili alternative.

INTRODUZIONE
Collassi di fondazioni superficiali di grandi dimensioni ed indotte da sismi si sono verificate recentemente nella città di Adapazari durante il terremoto (Mw 7.4) di Izmit (Kocaeli), Turchia, il 17 Agosto 1999. Come conseguenza, centinaia di edifici in cemento armato da 3 a 6 piani con platee superficiali hanno subito cedimenti delle fondazioni di vari tipi ed intensità.
In questo documento sono presentati due casi, realizzati, di incremento della capacità portante del terreno di fondazione rispetto ad un evento sismico. Gli stessi sono relativi a strutture esistenti ubicate in ambiente urbano in Turchia. Si sono realizzate iniezioni di polimeri commerciali (URETEK) per il miglioramento del sedime di fondazione in terreni suscettibili alla liquefazione in un caso e piuttosto cedevoli, a grana fine e non liquefacibili nell’altro.

CONSOLIDAMENTO CON INIEZIONE DI POLIMERI
Negli ultimi 40 anni si sono sviluppate diverse miscele chimiche utilizzate nel trattamento dei terreni; l’applicazione di questa tecnologia richiede inevitabilmente la conoscenza del materiale da iniettare e del terreno che deve essere trattato. Le specifiche del materiale della miscela, del tipo di terreno, delle caratteristiche dell’applicazione e le relazioni tra esse hanno una significativa influenza sull’efficienza del trattamento (Clough et al., 1979; Christopher et al., 1989; Ata and Vipulanandan, 1999; Ozgurel and Vipulanandan, 2005).

La miscela commerciale d’iniezione URETEK, utilizzata nelle applicazioni descritte in questo documento, è un polimero espandente ed inerte. Grazie alla sua struttura chimica essa può diffondersi facilmente in terreni aventi permeabilità iniziali basse dell’ordine di 10-6 m/s, inoltre, può essere iniettata efficacemente a ”intrusione” e “compensazione”, a seconda del tipo di terreno e della pressione d’iniezione (Fig. 2). Il tempo di gel della resina URETEK è veramente breve, quasi immediato. Per raggiungere una resistenza a compressione prossima a quella finale è sufficiente un’ora, mentre la resistenza finale della resina è raggiunta dopo un tempo di presa indicativo di 24 ore. Le osservazioni e le prove di laboratorio dimostrano che una volta che la resina iniettata s’indurisce, non ha luogo nessuna reazione apprezzabile con i materiali naturali circostanti o con i prodotti usati nell’industria edilizia (URETEK, 2007).

Resine espandenti

Nella figura: modalità d’iniezione

2.1 Caso 1 – Miglioramento di terreno liquefacibile
I terreni di fondazione sono stati migliorati fino ad una profondità di circa 4.0 m sotto la platea di fondazione con iniezioni sistematiche dal piano di calpestio dell’edificio, realizzate con pressioni di applicazione che raggiungono i 6 bar alle profondità maggiori.

Resine espandenti

Figura 6. Variazioni prima e dopo il trattamento (a) del numero di colpi SPT equivalente, (b) dello sforzo ciclico necessario per dare inizio alla liquefazione e (c) dei fattori di sicurezza contro la liquefazione (caso 1)

2.2 Caso 2 – Miglioramento di terreni alluvionali cedevoli
I terreni di fondazione sono stati trattati a profondità leggermente superiori a 3.0 m con iniezioni sistematiche sotto ed attorno alle platee di fondazione sulle quali poggia lo stabilimento.
È stato stimato che la resistenza al taglio dello strato di argilla limosa è aumentato in media del 180% a seguito dell’iniezione.

Resine espandenti

Figura 9. Variazioni prima e dopo il trattamento dell’equivalente numero di colpi SPT nelle prove (a) DPT2 e (b) DPT4 (caso 2)

DISCUSSIONI E CONCLUSIONI
L’iniezione di polimeri espansi, migliora la resistenza del terreno in due modalità distinte a seconda del tipo di terreno e della metodologia di iniezione. Il primo effetto delle iniezioni, nel terreno saturato dalla resina, è il riempimento dei vuoti durante il processo d’espansione, che realizza un legame chimico tra i grani solidi costituenti il terreno.

Al tempo stesso, durante l’espansione della resina, il blocco di terreno iniettato tende ad aumentare di volume esercitando pressioni significative sul terreno circostante, provocandone l’incremento degli sforzi efficaci ed una riduzione dei vuoti (compattazione). L’effetto combinato induce un miglioramento sostanziale delle caratteristiche del terreno misurabile con l’aumento della resistenza penetrometrica.

I case history qui presentati dimostrano quindi che l’iniezione di polimeri espansi può essere utilizzata efficacemente per aumentare la capacità portante del terreno di fondazione rispetto ad un evento sismico. Sulla base dei risultati delle prove penetrometriche realizzate per stimare il grado di miglioramento, si è osservato che il metodo è ugualmente efficiente sia come intervento correttivo, per prevenire fenomeni di liquefazione in terreni a grana fine, sia come intervento per aumentare la capacità portante di depositi alluvionali cedevoli.
Si può inoltre notare come le prove penetrometriche siano uno strumento valido e pratico per la stima in sito dell’efficacia dell’intervento.

La versione integrale è contenuta nella raccolta Uretek Scentific Book e può essere richiesta all’indirizzo: uretek@uretek.it

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