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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