A estrutura microscópica da resina Uretek Geoplus® utilizada pela Uretek (Canteri, 1998), em condições de expansão livre, corresponde a uma densidade igual a 37 kg/m3. A densidade da mistura no estado líquido é igual a 1070 kg/m3, muito próxima da densidade da água, 1000 kg/m3. Nestas condições, o volume expansivo é igual a 30 vezes o volume original da mistura (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, efectuaram numerosos ensaios laboratoriais com a resina de poliuretano expansiva Uretek Geoplus® para determinar as suas principais propriedades físicas e mecânicas.
A resina expandida e endurecida apresenta um coeficiente de permeabilidade de K=10-8 m/s. Este valor corresponde praticamente à permeabilidade de um solo argiloso. Em solos com uma estrutura não coesiva, a resina reduz a permeabilidade e evita a ocorrência de fenómenos de erosão mecânica por dispersão e dissolução (tubificação).
A resistência mecânica da resina expandida e endurecida depende do grau de expansão. Para pesos específicos entre 0,5 e 3,3 kN/m³, foram determinados valores de resistência de 0,2 a 6,0 MPa.
O módulo de elasticidade da resina Uretek Geoplus® é comparável ao de qualquer tipo de solo em que é colocada uma fundação. Pode variar entre 10 e 80 MPa, consoante a densidade obtida após a polimerização da resina.
Assim, pode concluir-se que, após a injeção da resina de poliuretano expansiva Uretek Geoplus®, o volume de solo tratado não modifica as caraterísticas de rigidez e distribuição de forças em profundidade sob a área tratada. Por outras palavras, não há criação de “pontos duros” no solo, e o procedimento Uretek Deep Injections® pode ser considerado adequado em intervenções parciais ou localizadas.
A injeção de resina de poliuretano expansivo Uretek Geoplus® é adequada para todos os tipos de solos, tanto granulares como coesivos, e para todos os tipos de fundações superficiais: sapatas isoladas, sapatas corridas e ensoleiramento geral.
A resina é injetada no solo em estado líquido. Quase instantaneamente, é desencadeada uma reação química que implica um aumento de volume e uma mudança de estado de líquido para sólido. A pressão de expansão da resina pode atingir os 10.000 kPa. A reação começa e termina muito rapidamente. Assim, a resina atinge as suas caraterísticas físico-químicas finais em poucos segundos.
Quando a resina penetra no solo, aumentando de volume, comprime o solo em todas as direções, expansão radial, favorecida pelas vias de menor resistência. A expansão da resina continua até que o solo impeça a continuação da compressão radial. Nessa altura, a única possibilidade de expansão é uma deslocação ascendente do terreno.
A injeção continua em cada ponto até se observar o início de um princípio de levantamento da estrutura.
Quando este princípio de elevação é observado, significa que a ação consolidante é dirigida para cima e que esta é a direção de menor resistência, enquanto o solo circundante tem resistências mais elevadas em relação à diminuição da carga da estrutura, o que mostra que o terreno de fundação foi suficientemente compactado para resistir não só ao aumento das cargas estáticas, mas também às que se desenvolvem com o levantamento.
A consolidação do terreno de fundação é acompanhada por um levantamento inicial da estrutura (décimos de mm), o que permite verificar a eficácia do método em tempo real.
A injeção é efetuada enquanto a resina ainda se encontra no estado líquido, mas já na fase de expansão. Esta resina tem as seguintes caraterísticas:
- Força de expansão máxima de 10.000 kPa, o que produz, como foi demonstrado, uma maior densificação do solo, juntamente com a obtenção de pressões de equilíbrio significativamente mais elevadas e, portanto, valores de Nspt mais elevados em comparação com o uso de outros tipos de resinas caracterizadas por uma menor capacidade de expansão.
- Reação estável e controlada
- Módulo de elasticidade semelhante ao dos solos
- Leve, não carrega solo
- Resistência à compressão muito superior à necessária
Após a reação química, a resina transmite uma ação de pré-compressão ao terreno, que induz uma diminuição do índice de vazios. E em poucos instantes, aumenta até 10-15 vezes o seu próprio volume, desenvolvendo uma pressão máxima de até 10.000 kPa.
A força de expansão gerada pela reação química diminui com o aumento do grau de expansão da resina. Isto significa que o grau de expansão é “auto-regulável”, dependendo do confinamento e da resistência encontrada.
A rapidez da reação de expansão e solidificação não permite que a resina se afaste mais de 2 metros do ponto de injeção. A expansão da resina continua até que o solo em torno da injeção esteja compactado em todas as direções, de modo que rejeite qualquer compressão adicional, fazendo com que a resina se expanda em direção à área menos comprimida do solo, que normalmente é em direção à superfície do solo na “direção vertical ascendente”.
1. Resistência à compressão não confinada
Dependendo da densidade das amostras, verifica-se que o material tem uma resistência à compressão entre 0,2 e 6,0 MPa, Figura 1. Os resultados obtidos não se referem à resistência à rutura, uma vez que o ensaio não determinou a rutura das amostras, mas sim uma grande deformação horizontal.
A análise dos resultados obtidos mostra que, à medida que a densidade da resina Uretek Geoplus® aumenta, a resistência à compressão aumenta rapidamente. É de notar que, para valores reduzidos da densidade da resina, a resistência à compressão é bastante elevada e capaz de superar as tensões presentes num terreno.
A partir das curvas de deformação à compressão, foram calculados os módulos de elasticidade (E) correspondentes a três percentagens de deformações (0,33, 0,67 e 1%). Os resultados obtidos para o módulo de elasticidade oscilam entre 15 e 80 MPa, perfeitamente comparáveis com o módulo de elasticidade de um solo arenoso “de comportamento geotécnico granular”.
Assim, da análise dos resultados obtidos, pode concluir-se que um solo granular sujeito a tratamento com resina expansiva de poliuretano apresenta um grau de rigidez homogéneo em todo o volume de solo, não se verificando uma redistribuição anómala das tensões aplicadas.
Os resultados dos ensaios de resistência à compressão não confinada parecem ter uma correlação direta com a densidade da amostra analisada. Verificou-se que amostras com densidades baixas, de cerca de 0,1 g/cm3 (100 kN/m3), correspondem a resistências à compressão tão baixas como 105 kPa.
Para as amostras cuja densidade do material da espuma variava entre 0,15 e 0,21 g/cm3, as resistências à compressão variavam entre 448 e 470 kPa, respetivamente.
Expansividade em condições edométricas
Nas amostras recolhidas, foram obtidos valores de pressão de expansividade entre 0,20 MPa e 10,0 MPa para densidades entre (γ = 0,5 kN/m3 e 10,0 kN/m3).
O grau de expansão da resina Uretek Geoplus®, injetada no terreno, situa-se entre 200 e 2000 % do volume inicial, sendo o peso específico da resina injetada normalmente entre 0,7 e 3,5 kN/m3.
O estado de tensão do solo intervencionado determina a pressão de expansão à qual a resina completa a reação de polimerização.
O peso volúmico sólido da resina, bem como o seu grau de expansão volumétrica, medido no final do processo, são ambos função deste valor de pressão.
No caso de a reação de polimerização ocorrer num ambiente não confinado (ao ar livre), a resina de alta pressão de expansão consolida-se a uma densidade igual a 0,4 kN/m3 com um grau de expansão volumétrica igual a 30 vezes o seu volume original.
2. resistência à tração monoaxial
Para as aplicações atuais do produto, a resistência à tração tem uma importância relativa. Em comparação com os solos naturais, a resina polimerizada tem uma resistência à tração igual à resistência à compressão.
O ensaio de tração foi realizado em amostras com uma secção transversal reduzida (25 mm), de acordo com a norma UNI 8071. Os valores de resistência à tração determinados para densidades de 0,7 a 5,0 kN/m³ situaram-se entre 0,5 a 8,0 MPa.
3. Deformação
Nos ensaios de compressão edométrica, foi determinado o comportamento de deformação da amostra com densidades entre 1 e 3 kN/m³. Durante os ensaios, foi possível delimitar claramente o campo de deformação elástico-linear do campo plástico e determinar as chamadas tensões máximas sustentáveis, sob as quais a deformação plástica ainda não ocorre.
Para além disso, foi possível calcular os módulos de elasticidade válidos para o campo elástico. A Tabela 2 mostra os resultados para as três densidades de referência.
| PROPIEDADES | UNIDADES | VALORES OBTENIDOS | ||
| Densidade | kN/m3 | 1,0 | 2,0 | 3,0 |
| Tensão máxima | N/mm2 | 0,77 | 2,20 | 5,30 |
| Deformação | 0/00 | 50 | 40 | 90 |
| Módulo de deformação | N/mm2 | 15,4 | 55,0 | 58,9 |
4. Módulo de elasticidade
O valor do módulo de elasticidade calculado, com base numa deformação vertical de 1 por cento, varia entre 10 e 90 MPa.
5. Permeabilidade
A resina Geoplus® pode ser considerada quase impermeável e praticamente estanque.
As principais caraterísticas desta resina são:
- Pressão de expansão/elevada capacidade de expansão: a pressão máxima de expansão da mistura bicomponente é de até 10.000 kPa e diminui à medida que aumenta o grau de expansão, até atingir um estado de equilíbrio no solo.
Foi estudada a evolução dos valores de NSPT e, como se pode observar, as injeções de resina Uretek produzem uma maior densificação do solo, juntamente com o facto de atingirem pressões de equilíbrio, P*, de valor significativamente superior e, portanto, valores de NSPT mais elevados em comparação com o uso de outro tipo de resina, caracterizado, por outro lado, por uma menor capacidade de expansão. - Grau de expansão: o grau de expansão, em função da resistência do solo, situa-se entre 200 e 2000 % do volume inicial injetado.
- Resistência mecânica: a resistência mecânica da resina expandida e endurecida depende do grau de expansão. Para pesos específicos entre 0,5 e 3,3 kN/m³, foram determinados valores de resistência de 0,2 a 6,0 MPa.
- Módulo de elasticidade: O módulo de elasticidade calculado, com base numa deformação vertical de 1 %, varia entre 10 e 90 MPa.
- Estabilidade ao longo do tempo: as intervenções de injeção têm uma garantia de 10 anos. No entanto, os anos de experiência confirmam que o material injetado é resistente para além deste período de garantia.
- Peso específico: o peso específico da resina injetada depende do grau de expansão e situa-se entre 150 e 300 kg/m³.
- Permeabilidade: a resina expandida e endurecida tem um coeficiente de permeabilidade de 10-8 m/s. Este valor corresponde à permeabilidade de um solo argiloso. Nos solos com estrutura granular, a resina reduz a permeabilidade e evita a ocorrência de fenómenos de erosão mecânica por dispersão e dissolução.
