La estructura microscópica de la resina Uretek Geoplus® utilizada por Uretek (Canteri, 1998), en condiciones de hinchamiento libre, corresponde a una densidad igual a 37 kg /m3. La densidad de la mezcla en estado líquido es igual a 1070 kg/m3, muy cerca de la del agua, 1000 kg/m3. En tales condiciones, el volumen expansivo es igual a 30 veces el volumen original de la mezcla (Dei Svaldi et al, 2005; Buzzi et al, 2008; Buzzi et al, 2010).
Favaretti et al., 2004; Dei Svaldi et al., 2005; Foti e Manassero, 2009, han realizado numerosas pruebas de laboratorio de la resina de poliuretano expansivo Uretek Geoplus® con el fin de determinar sus principales propiedades físicas y mecánicas.
La resina expandida y endurecida posee un coeficiente de permeabilidad de K=10-8 m/s. Este valor corresponde casi a la permeabilidad de un terreno arcilloso. En los terrenos de estructura no cohesiva la resina reduce la permeabilidad e impide la aparición de fenómenos de erosión mecánica por dispersión y disolución (tubificación).
La resistencia mecánica de la resina expandida y endurecida depende del grado de expansión. Para pesos específicos incluidos entre 0,5 y 3,3 kN/m³ se han determinado valores de resistencia de 0,2 a 6,0 MPa.
El módulo de elasticidad de la resina Uretek Geoplus® es comparable al de cualquier tipo de suelo donde se realiza una cimentación. Puede variar entre 10 y 80 MPa según la densidad obtenida tras la polimerización de la resina.
En consecuencia, con lo expuesto se puede concluir que, después de la inyección de la resina de poliuretano expansivo Uretek Geoplus®, el volumen de terreno tratado no modifica las características de rigidez y distribución de fuerzas en profundidad bajo la zona tratada. En otros términos, no existe creación de «puntos duros» en el terreno, y el procedimiento Uretek Deep Injections® se puede considerar adecuado para tratamientos parciales o localizados.
La inyección de resina de poliuretano expansivo Uretek Geoplus® es apta para todo tipo de suelos, tanto granulares como cohesivos y cualquier tipología de cimentación superficial: zapatas aisladas, zapatas corridas y losas de cimentación.
La resina se inyecta en el suelo en estado líquido. Casi instantáneamente, se desencadena una reacción química que implica un aumento del volumen y una modificación del estado, pasando de líquido a sólido. La presión de expansión de la resina puede alcanzar 10.000 kPa. La reacción comienza y finaliza muy rápidamente. Así, la resina alcanza sus características físico-químicas definitivas en algunos segundos.
Cuando la resina penetra en el terreno a tratar aumentando de volumen, comprime el suelo en todas las direcciones, expansión radial, favorecida por las vías que ofrecen menor resistencia. La expansión de la resina continúa hasta que el terreno impide una compresión radial suplementaria. En ese momento, la única posibilidad de expansión se traduce en un desplazamiento del terreno hacia arriba.
La inyección continúa en cada punto hasta la observación de un principio de levantamiento de la estructura.
Cuando se observe este principio de levantamiento, significa que la acción consolidante se está dirigiendo hacia arriba y que esta es la dirección que opone menor resistencia, mientras alrededor el terreno tiene resistencias superiores respecto a la disminución de carga de la estructura, lo que demuestra que el suelo de cimentación ha sido suficientemente compactado para resistir, no solamente al aumento de cargas estáticas, sino también a las que se desarrollan con el levantamiento.
La consolidación del suelo de cimentación va acompañada de un levantamiento inicial de la estructura (décimas de mm), lo que permite comprobar, en tiempo real, la eficacia del método.
La inyección se ejecuta mientras la resina se encuentra todavía en estado líquido, pero ya en fase de expansión. Esta resina posee las siguientes características:
- Fuerza de expansión máxima de 10.000 kPa, lo que produce, y así demostrado, una mayor densificación del terreno, unido a que se alcanza presiones de equilibrio de valor sensiblemente más elevado, y por tanto valores de Nspt superiores respecto al tratamiento con otro tipo de resinas caracterizadas en cambio por una menor capacidad de hinchamiento.
- Reacción estable y controlada
- Módulo elástico similar al de los suelos
- Ligera, no recarga el terreno
- Resistencia a compresión muy superior a lo necesario
Tras la reacción química, la resina transmite al terreno una acción de pre-compresión, que induce una disminución de índice de huecos. En pocos instantes aumenta hasta 10-15 veces su propio volumen, desarrollando una presión máxima de hasta 10.000 kPa.
La fuerza de expansión generada por la reacción química disminuye con el aumento del grado de expansión de la resina. Esto significa que el grado de expansión se “autoregula” en función del confinamiento y de la resistencia encontrada.
La rapidez de la reacción de expansión y solidificación no deja que la resina se aleje más de 2 metros del punto de inyección. La expansión de la resina continúa hasta que el terreno circundante a la inyección se compacta en todas las direcciones, de tal forma que rechaza cualquier compresión posterior, motivando que la resina se expanda hacia la zona menos comprimida del terreno que, normalmente, es hacia la superficie del terreno “dirección vertical ascendente”.
- 1. Resistencia a compresión no confinada
En función de la densidad de las probetas, el material resulta tener una resistencia a la compresión incluida entre 0,2 y 6,0 MPa, Gráfico 1. Los resultados obtenidos no se refieren a la resistencia de ruptura ya que el ensayo no ha determinado la ruptura de las probetas, sino una gran deformación horizontal.
Del análisis de los resultados obtenidos se verifica que, al aumentar la densidad de la resina Uretek Geoplus®, la resistencia a compresión aumenta rápidamente.
Cabe destacar, como a valores reducidos de la densidad de la resina, la resistencia a la compresión es bastante elevada y capaz de superar las tensiones presentes en un suelo.
De las curvas de deformación por compresión, se han calculado los módulos de elasticidad (E) correspondientes a tres porcentajes de deformaciones (0,33, 0,67 y 1%). Los resultados obtenidos para el módulo de elasticidad fluctúan entre los entre los 15 a 80 MPa, perfectamente comparables con los módulos de elasticidad de un suelo de naturaleza arenosa “de comportamiento geotécnico granular”.
Por lo tanto, del análisis de los resultados obtenidos, se puede concluir que un suelo granular sometido a un tratamiento con la resina de poliuretano expansivo, presenta un grado de rigidez homogéneo en todo el volumen de terreno tratado, sin que existan redistribuciones anómalas a las tensiones aplicadas.
Los resultados de las pruebas de resistencia a compresión no confinada parecen tener una correlación directa con la densidad de la muestra ensayada. Se ha comprobado como las muestras con densidades bajas de alrededor de 0,1 g/cm3 (100 kN/m3), se corresponden con resistencias a la compresión de tan solo 105 kPa.
Para muestras cuya densidad del material de espuma variaron desde los 0,15 a 0,21 g/cm3, las resistencias a la compresión que varían desde los 448 a los 470 kPa respectivamente.
Expansividad bajo condiciones edométricas
En los ensayos recopilados, se han obtenido valores de presión de expansividad que fluctúan entre los 0,20 MPa y 10,0 MPa, en valores de densidades comprendidas entre (γ = 0,5 kN/m3 a 10,0 kN/m3).
El grado de expansión de la resina Uretek Geoplus®, inyectada en el suelo, está comprendido entre 200 y 2000 % del volumen inicial, estando el peso específico de la resina inyectada, normalmente, comprendido entre 0,7 y 3,5 kN/m3.
El estado de tensión del suelo tratado determina la presión de expansión a la que la resina completa la reacción de polimerización.
El peso de volumen sólido de la resina, además de su grado de expansión volumétrica, medidos al final del proceso, son ambos función de este valor de presión.
En caso de que la reacción de polimerización ocurra en un entorno sin confinamiento (al aire libre), la resina de alta presión de expansión se consolida a una densidad igual a 0,4 kN/m3 con un grado de expansión volumétrico igual a 30 veces su volumen original.
- 2. Resistencia a la tracción monoaxial
Para las actuales aplicaciones del producto la resistencia a la tracción tiene relevancia relativa, con respecto a los terrenos naturales la resina polimerizada posee una resistencia a la tracción igual a la resistencia a la compresión.
El ensayo de tracción ha sido realizado sobre muestras de sección trasversal reducida (25 mm), según la norma UNI 8071. Los valores de resistencia a la tracción determinados para densidades de 0,7 a 5,0 kN/m³, estaban incluidos en el intervalo de valores de 0,5 a 8,0 MPa
- 3. Deformación
En los ensayos de compresión edométrica, ha sido determinado el comportamiento deformacional de la muestra con densidades entre 1 y 3 kN/m³. Durante los ensayos ha sido posible delimitar claramente el campo de deformación elástico-lineal del campo plástico y determinar las así llamadas máximas tensiones sostenibles, bajo cuya acción no suceden todavía deformaciones plásticas.
Además, se han podido calcular los módulos de elasticidad válidos para el campo elástico. En la Tabla 2, se recogen los resultados correspondientes a las tres densidades de referencia.
| PROPIEDADES | UNIDADES | VALORES OBTENIDOS | ||
| Densidad | kN/m3 | 1,0 | 2,0 | 3,0 |
| Tensión máxima | N/mm2 | 0,77 | 2,20 | 5,30 |
| Deformación | 0/00 | 50 | 40 | 90 |
| Módulo de deformación | N/mm2 | 15,4 | 55,0 | 58,9 |
- 4. Módulo de elasticidad
El valor del módulo de elasticidad calculado, en función de una deformación vertical de 1 %, varía entre 10 y 90 MPa.
- 5. Permeabilidad
La resina Geoplus® se puede considerar casi impermeable y prácticamente estanca al agua.
Las principales de características de esta resina son:
- Presión de expansión: la presión de expansión máxima de la mezcla bicomponente es de hasta 10.000 kPa y disminuye al aumentar el grado de expansión, hasta alcanzar un estado de equilibrio en el terreno.
Se ha estudiado la evolución de los valores de NSPT y como se puede notar, las inyecciones de resina Uretek producen una mayor densificación del terreno, unido a que alcanzan presiones de equilibrio, P*, de un valor sensiblemente más elevado, y, por tanto, valores de NSPT superiores respecto al tratamiento con otro tipo de resina, caracterizada, en cambio, por una menor capacidad de hinchamiento. - Grado de expansión: el grado de expansión, en función de la resistencia del terreno, está comprendido entre el 200 y 2000 % del volumen inicial inyectado.
- Resistencia mecánica: la resistencia mecánica de la resina expandida y endurecida depende del grado de expansión. Para pesos específicos entre 0,5 y 3,3 kN/m³ se han determinado valores de resistencia de 0,2 a 6,0 MPa.
- Módulo de elasticidad: el módulo de elasticidad calculado, en función de una deformación vertical de 1 %, varía entre 10 y 90 MPa.
- Estabilidad en el tiempo: las intervenciones de inyección se garantizan durante 10 años. Sin embargo, años de experiencia confirman que el material inyectado resiste más allá de este período de garantía.
- Peso específico: el peso específico de la resina inyectada depende del grado de expansión y está comprendido entre 150 y 300 kg/m³.
- Permeabilidad: la resina expandida y endurecida posee un coeficiente de permeabilidad de 10-8 m/s. Este valor corresponde a la permeabilidad de un terreno arcilloso. En los terrenos de estructura granular la resina reduce la permeabilidad e impide la aparición de fenómenos de erosión mecánica por dispersión y disolución (tubificación).
