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2. GROUTING CON RESINE SINTETICHE

Il grouting con resine sintetiche, poiché offre una rapida stabilizzazione degli ammassi

fratturati e strutturalmente deboli, rappresenta un metodo efficace per migliorare le

senza deturpare l’aspetto dei luoghi.

proprietà meccaniche delle rocce

Inizialmente, si crea una miscela mescolando in parti volumetricamente uguali (1:1) le

due componenti che formano la resina.

Con il grouting, la miscela liquida viene iniettata all’interno di una roccia fratturata

tramite pompe ad altissima pressione, con azionamento elettrico o pneumatico,

attraverso una o più valvole d’iniezione posizionate all’estremità delle aste, che vengono

prontamente rimosse una volta terminato il processo di iniezione.

2.1. Attrezzature per il grouting

L’iniezione viene effettuata mediante apposite pompe, che possono essere a

una o due componenti; sono progettate per trasferire, sotto pressione, la resina

all’interno della frattura o del foro. Solitamente sono dotate di valvola

posteriore.

Sono molto semplici da usare anche nelle condizioni più difficili.

Le pompe per grouting si dividono in due tipologie: pompe a pistoni e pompe

ad ingranaggi. Fig. 6 - Pompa a pistoni (sito BASF)

14

Le pompe a pistoni (Fig. 6) lavorano ad alta pressione (200-250 bar), hanno

una capacità di portata massima di 20-25 l/min e permettono la pulsazione del

prodotto durante il pompaggio.

Fig. 7 - Pompa ad ingranaggi (sito BASF)

Le pompe ad ingranaggi (Fig. 7) lavorano a pressioni leggermente più basse,

solitamente tra i 100 e i 110 bar, hanno una capacità di portata massima pari a

l/min e durante l’utilizzo non vi è nessuna pulsazione del

30-35 prodotto

durante il pompaggio.

Fig. 8 - Esempi di Packer da iniezione per il consolidamento (sito DSI)

La resina viene iniettata nella roccia attraverso i packer (Fig. 8), di varia

lunghezza e diametro, che impediscono alla miscela di disperdersi.

15

Questi vengono gonfiati dalla resina aderendo alle pareti del foro, sigillandolo.

Talvolta, a seconda dell’applicazione e della lunghezza del foro, si richiede

l’impiego di aste per spingere la resina nella parte più profonda del foro stesso.

Dopo la fase di pompaggio, la resina indurisce e collega le parti fratturate

roccioso, garantendo una

dell’ammasso facile sigillatura in tempi molto brevi,

duratura nel tempo, evitando di alterare la bellezza naturale dei paesaggi.

2.2. Tecnologia usata per il grouting

La miscelazione delle componenti della resina è realizzata nella camera di

miscelazione che si trova nella parte posteriore della pompa.

La pompa aspira entrambe le componenti della resina da due serbatoi distinti,

in rapporto appropriato, e le versa nella camera di miscelazione, dove

vengono mescolate assieme e, successivamente, iniettate nella roccia.

La resina penetra sotto pressione nelle fessure circostanti e nelle cavità fino a

pochi metri dal foro o dalla frattura.

Si raggiunge, in questo modo, un risultato di consolidazione della massa

rocciosa. Dopo aver terminato il grouting è necessario svuotare la pompa e

pulire tutta l'apparecchiatura, in modo da evitare deterioramenti della stessa,

soprattutto in caso di uso non regolare e prolungato.

I parametri del grouting, come posizione delle iniezioni, quantità di miscela

adoperata, pressione di iniezione e temperatura, sono registrati e tenuti sotto

controllo costante durante i lavori.

L’iniezione di materiale nella roccia può procedere:

- Senza il rimodellamento della massa rocciosa iniettata, che avviene

dei vuoti dell’ammasso;

attraverso il solo riempimento

- Con rimodellamento della massa rocciosa iniettata, dove invece si realizza

un cosiddetto claquage o fratturazione idraulica, tecnica già utilizzata per

il reperimento di petrolio e gas; questa operazione comporta la

generazione di nuove fratture (a causa dell'alta pressione idraulica

impressa durante l’iniezione) che vengono però subito riempite con la

miscela impressa. 16

La lunghezza e la larghezza delle fratture generate dipendono dalla

pressione della resina, dalla velocità di penetrazione e dalla quantità di

resina presente, nonché dalla tenacità della roccia e da eventuali altre

fratture preesistenti. 17

3. COMPORTAMENTO DELL RESINE SINTETICHE

IN AMMASSI ROCCIOSI

Le resine poliuretaniche e le resine organo-minerali sono le più idonee per stabilizzare

rocce fratturate perché si legano chimicamente alla roccia stessa che, dopo il

trattamento, risulta avere una resistenza meccanica maggiore rispetto a prima, dato che,

come già detto nei capitoli precedenti, le resine poliuretaniche e le resine organo-

minerali hanno tipicamente resistenze a compressione e trazione molto superiori alla

massa della roccia fratturata.

La resina viene dunque iniettata direttamente nella frattura e scorre lungo la stessa

comportandosi come un corpo liquido; subito dopo inizia il processo di

polimerizzazione, che, tramite opportune reazioni chimiche, sviluppa anidride carbonica

l’umidità

e provoca la formazione di schiuma nella miscela. In caso di contatto con

l’acqua

presente nella roccia, la schiuma è più intensa perché reagisce con i gruppi

isocianati presenti. La schiuma, inoltre, aumenta il volume della miscela.

La bassa viscosità permette al prodotto di penetrare in fessure molto piccole (fino a 0,5

mm di apertura); tale proprietà, inoltre, aumenta progressivamente fino a quando non

l’avanzamento

diventa rigida ed un ulteriore pompaggio rende impossibile nella frattura.

Nel caso di ulteriore azionamento della pompa, la pressione aumenta e di conseguenza

L’aumento

aumenta la densità del materiale. della pressione può talvolta provocare

l’apertura nell’ammasso

di nuove fessure roccioso permettendo alla resina di avanzare

fino a quando la pressione scende. “autogrouting”

Quando la pompa è ferma, il cosiddetto processo continua grazie alle

pressioni indotte dalla formazione di CO .

2 18

Fig. 9 - Penetrazione del PUR nelle fratture di una roccia (Molinda, 2004)

Il riempimento delle fratture con le resine poliuretaniche è illustrato nella Fig. 9.

Si precisa che il materiale di colore chiaro è la resina mentre il materiale di colore scuro

è la roccia.

Nella foto a sinistra, possiamo notare come la resina poliuretanica penetra nelle fratture

alte meno di 10 cm.

Nella foto a destra notiamo, invece, una zona fratturata un po' più grande e la lunghezza

di infiltrazione della resina attraverso una frattura più ampia.

Queste foto provano chiaramente che le resine a base poliuretanica sono in grado di

penetrare in fratture rocciose alquanto piccole e strette.

In sostanza, le resine poliuretaniche hanno il compito di riempire gli spazi vuoti della

roccia e legare, chimicamente e fisicamente, le zone fratturate tra loro formando una

massa compatta. Poiché le resine stesse hanno resistenza paragonabile a quella di una

roccia intatta, la resistenza della roccia trattata con le resine sarà quindi molto simile a

quella della roccia intatta.

Tramite il grouting di resine poliuretaniche nella massa rocciosa si formano nuovi

materiali specifici che assumono le proprietà del materiale composito e, tenendo conto

delle loro componenti, sono indicati come Geocompositi (Snuparek & Soucek, 2000).

19

Struttura e consistenza dei Geocompositi

3.1. Nella Tab. 5 osserviamo un sistema di classificazione semplice per la

descrizione della struttura e della trama dei geocompositi a base

poliuretanica secondo vari criteri.

TRAMA GEOCOMPOSITA

Secondo il tipo di disposizione nella roccia Secondo il tipo di penetrazione

del legante nella roccia

d’ape

- -

Parallela A nido di tipo I

d’ape

- -

Massiccia A nido di tipo II

d’ape

- A nido di tipo III

- Pastosa

- Traversa

- Claquague

- Diffusiva

- Barriera

Secondo la distribuzione delle Secondo il livello di Secondo la distribuzione

particelle nel materiale riempimento dello spazio spaziale di particelle e pori

legante

- Uniformemente distribuite - Compatto - Isotropo

- Irregolarmente distribuite - Poroso - Anisotropo

STRUTTURA GEOCOMPOSITA

Secondo la granulometria Secondo la distribuzione Secondo la tipologia dei

della roccia dei grani della roccia clasti

- Fine - In modo uniforme - Brecce

- Media - In modo non uniforme - Puddinghe

- Grossa

Secondo la quantità di Secondo la distribuzione Secondo la dimensione dei

legante e morfologia delle bolle pori nella roccia

nel legante

- Basale - PUR 1 - Micro pori

- Poroso - PUR 2 - Macro pori

- Di contatto - PUR 3 - Con cavità

- Di rivestimento - PUR 4

- OMR 1

- OMR 2

Tab. 5 - Sistema di classificazione dei geocompositi

20

Tale suddivisione è stata fatta principalmente tenendo presente le modalità

all’interno

di penetrazione della resina della roccia. Essa, infatti, crea

diverse trame e strutture a seconda della quantità di legante usato e della

distribuzione, dimensione e morfologia delle bolle che si formano nel

legante durante il processo di polimerizzazione.

Andiamo ora a vedere più nel dettaglio questa classificazione in base a

vari criteri.

3.1.1. Tipo di penetrazione del legante nella roccia

La tipologia di penetrazione del legante nella roccia individua le

seguenti strutture: d’ape

Fig. 10 - Struttura a nido di tipo I (sito InTech)

d’ape

1. A nido di tipo I: Le particelle di roccia vengono circondate

dal legante che ha una buona adesione alla superficie rocciosa

(Fig. 10). 21 d’ape

Fig. 11 - Struttura a nido di tipo II (sito InTech)

d’ape

2. A nido di tipo II: Le particelle di roccia vengono

circondate dal legante, che però aderisce solo in parte alla

superficie della roccia (Fig. 11).

d’ape

Fig. 12 - Struttura a nido di tipo III (sito InTech)

d’ape

3. A nido di tipo III: Le particelle di roccia vengono

circondate dal legante che non aderisce alla superficie rocciosa

ed è separato dalla roccia tramite uno spazio (Fig. 12).

22

Fig. 13 - Struttura pastosa (sito InTech)

4. Pastosa: il legante assomiglia ad una pasta malleabile, che viene

spinta tra i grani della roccia; essa non riempie completamente

gli spazi tra i granelli e non aderisce completamente ad essi

(Fig. 13). Fig. 14 - Struttura traversa (sito InTech)

5. Traversa: il legante si diffonde in tutte le direzioni possibili

aderendo alle particelle rocciose attorno (Fig. 14).

23

Fig. 15 - Struttura fratturata idraulicamente riempita con PUR

(sito InTech)

6. Claquague: nelle rocce a grana fi

Dettagli
A.A. 2017-2018
48 pagine
SSD Ingegneria civile e Architettura ICAR/07 Geotecnica

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher leonardo.cordisco.3 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Geotecnica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Bari o del prof Fidelibus Corrado.