Caratterizzazione di resine poliuretaniche utilizzate per il miglioramento dei terreni

The work deals with the mechanical characterization of some polyurethane resins used in the field for improving the soil properties. The liquid resin fills the voids in the soil deposit. Through an exothermic chemical reaction the fluid turns to solid, increasing in volume. This improvement technique is mainly used under existing structures undergoing differential settlements. The presentation can be subdivided into four parts. The first one presents an overview of the more commonly adopted foundation and of their interaction with the soil. The second part of the work summarizes the meaning of the most significant parameters used by the manufacturers for classifying the resins and provided in the technical sheets of their products. The third part of the thesis deals with the laboratory investigations carried out on specimens obtained using three different commercial products (namely one mono-component and two different two-component polyurethane resins manufactured by Mapei srl). The stress-strain behaviour has been investigated by means of uniaxial compression tests. The obtained mechanical parameters, that are the uniaxial strength and the deformability, are highly variable and sensitive to the preparation procedure. The fourth part is constituted by a series of appendices that report the details of the procedure adopted for sample preparation, the laboratory test results and finally some data on the physical properties of samples, focusing on the presence of pores and cracks and on their possible causes.

Nel lavoro di tesi vengono presentati e discussi i primi risultati relativi alla caratterizzazione di alcune resine poliuretaniche espandenti impiegate per il miglioramento dei terreni. La tecnica di intervento con resina espandente prevede di iniettare il materiale polimerico nei volumi di terreno interessati dal cedimento differenziale. Tali prodotti vengono iniettati allo stato liquido e, attraverso una reazione chimica esotermica innescata dalla miscela di polioli e isocianati, si ha il cambiamento di stato della resina da liquido a solido, con un aumento di volume. La presentazione è articolata in quattro parti. La prima parte ha carattere introduttivo, presenta un riepilogo delle tipologie di strutture di fondazione e riassume alcuni aspetti della loro interazione con il terreno. La seconda parte si concentra sulla definizione dei parametri utilizzati dai produttori per definire, nelle schede tecniche, il comportamento delle resine poliuretaniche impiegate per gli interventi di miglioramento nei terreni. L'esame delle documentazioni tecniche, e di alcune certificazioni di libero accesso fornite da diversi produttori, consente di determinare alcune delle proprietà delle resine impiegate. In particolare, per le tipologie di resina utilizzate poi in laboratorio è possibile disporre dei valori per la densità, il peso di volume, il coefficiente di permeabilità ed alcune caratteristiche meccaniche. Nella terza parte vengono presentati e commentati i risultati delle prove di laboratorio condotte su provini di resine mono e bicomponenti. I componenti sono stati forniti da MAPEI Spa, ma la preparazione dei provini è stata messa a punto presso il Laboratorio Geotecnico. Nel dettaglio, l'attività è volta al confronto delle proprietà per tre diversi prodotti in base alle loro proprietà meccaniche ricavate da prove di compressione monoassiale. Inoltre un’analisi al microscopio ha permesso di valutare visivamente le caratteristiche fisiche dei provini preparati, osservando la presenza di pori e fessure, valutandone le cause e le possibili conseguenze. Infine con cicli di immersione in acqua e poi di asciugatura/essicamento si è cercato di caratterizzare il materiale per quanto concerne l’assorbimento d'acqua ed un eventuale danneggiamento. La quarta parte è costituita da due appendici in cui si riportano le procedure seguite per il confezionamento dei provini, i grafici delle prove effettuate, il certificato di non inquinamento delle acque e i grafici delle prove effettuate dalla società che ha fornito il materiale di base.