Sistemi compositi di rinforzo per il consolidamento di edifici esistenti in c.a. e muratura

I materiali compositi sono “relativamente “giovani”, hanno preso piede ormai in diversi ambiti e nei settori tecnologici, industriali, automobilistico, nautico, ecc... hanno avuto una grande diffusione grazie alla capacità di conferire elevate resistenze meccaniche in spessori contenuti e adottando materiali leggeri; a fine anni '90 queste tecnologie si sono diffuse anche nell’ambito del consolidamento degli edifici, con le prime comparse nei nostri cantieri di tessuti in fibra di carbonio applicati con resine epossidiche.


La classificazione dei materiali compositi

I materiali compositi si costituiscono da due fasi distinte, una fibra e una matrice; le diverse proprietà meccaniche dei due materiali incidono sul comportamento globale del composito: in particolare, la fase fibra conferisce al composito le resistenze meccaniche, motivo per cui vengono adottati materiali ad alta resistenza (fibra di carbonio, fibra di vetro, aramide, ecc…), mentre la fase matrice realizza un legame di adesione interna tra i vari filamenti del tessuto in fibra.

Nel caso del consolidamento degli edifici, essa agisce anche come “adesivo” nei confronti del supporto sottostante, proteggendo il materiale in fibra e garantendo una maggiore durabilità allo stesso.

Il seguente diagramma sforzo-deformazione rende maggiormente chiara la natura delle due fasi e le prestazioni meccaniche attese dal nuovo materiale composito.

 

Diagramma sforzo deformazione materiale composito

Figura 1 – Diagramma sforzo deformazione materiale composito

 

Dalla figura sopra riportata si evince chiaramente come il materiale in fibra, una volta abbinato alla fase matrice, diminuisca notevolmente le sue capacità meccaniche, come d’altra parte si realizza nella fase matrice, la quale subisce un decadimento importante in termini di deformazione. 

Una prima distinzione che possiamo fare relativamente ai materiali compositi adottati nell’ambito del consolidamento degli edifici li suddivide nelle seguenti categorie:

  • Compositi a fibra continua 
  • Compositi pultrusi (lamine, barre pultruse, ecc…)
  • Compositi a fibra corta (fibrocalcestruzzi, FRC)
  • Compositi particellari (calcestruzzi, inerti e legante alta tecnologia)

I materiali compositi oggetto del presente articolo sono quelli relativi al primo punto e, in maniera parziale, al secondo punto. 

I compositi a fibra continua si distinguono in funzione della tipologia di fibra continua e della natura della matrice; è infatti possibile ordinare i compositi in fibra continua nelle seguenti categorie:

1) FRP (Fiber Reinforced Polymer)

tessuti in fibra continua impregnati con resina epossidica. I tessuti in fibra che possono essere adottati per questo tipo di materiale composito sono tessuti in fibra di: carbonio, vetro, aramide, acciaio.

2) FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix)

tessuti in fibra continua impregnati con malta a base di calce e/o cemento. I tessuti in fibra che possono essere adottati per questo tipo di materiale composito sono tessuti in fibra di: carbonio, vetro, aramide, acciaio, basalto, PBO.

 

Applicazione di sistema composito FRCM

Figura 2 – Applicazione di sistema composito FRCM

 

3) CRM (Composite Reinforced Mortar)

Una terza categoria che analizziamo nel seguente articolo, sono i materiali compositi CRM (Composite Reinforced Mortar); li distinguiamo dai precedenti a fibra continua poiché, mentre i precedenti due sistemi realizzano la fase di impregnazione tra fibre e matrice in situ, i compositi CRM realizzano tale operazione in stabilimento, attraverso un processo di pultrusione. Mediante questo processo vengono realizzati dei fogli di rete bidirezionali, da installare direttamente in cantiere e inglobare all’interno di uno strato di intonaco; tale tecnologia è infatti nata con l’intento di andare a innovare la tecnica tradizionale di consolidamento dell’intonaco armato con rete elettrosaldata. La rete viene realizzata con materiali maggiormente durabili (fibra di vetro, basalto e aramide), e l’intonaco in genere è a base calce e/o cemento. 

 

Quadro normativo vigente per i materiali compositi nell’ambito del consolidamento degli edifici esistenti

Il quadro normativo relativo a questa tipologia di materiali ha subito una repentina evoluzione negli ultimi anni; sono state infatti pubblicate e aggiornate diverse Linee Guida e Istruzioni Tecniche, anche a causa della natura diversificata di questi materiali. Di seguito suddivideremo per le tre categorie introdotte le specifiche normative e il loro ambito di utilizzo.

FRP (Fiber Reinforced Polymer)

Per essi sono attualmente in vigore delle specifiche Linee Guida per la certificazione. I produttori devono seguire le indicazioni riportate in tali linee guida al fine di ottenere il Certificato di Valutazione Tecnica (CVT); il direttore lavori invece è tenuto ad osservare le relative prove di accettazione riportate.

Per il dimensionamento di tali materiali compositi, ad oggi si fa riferimento a quanto indicato dalle CNR DT 200 R1/2013, contenenti i criteri per il dimensionamento di interventi di rinforzo su elementi in c.a. e muratura. 

FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix)

Per essi sono attualmente in vigore delle specifiche Linee Guida per la certificazione. I produttori devono seguire le indicazioni riportate in tali linee guida al fine di ottenere il Certificato di Valutazione Tecnica (CVT); il direttore lavori invece è tenuto ad osservare le relative prove di accettazione riportate.

Per il dimensionamento di tali materiali compositi, ad oggi si fa riferimento a quanto indicato dalle CNR DT 215, contenenti i criteri per il dimensionamento di interventi di rinforzo su elementi in c.a. e muratura. 

CRM (Composite Reinforced Mortar)

Per essi sono attualmente in vigore delle specifiche Linee Guida per la certificazione. I produttori devono seguire le indicazioni riportate in tali linee guida al fine di ottenere il Certificato di Valutazione Tecnica (CVT); il direttore lavori invece è tenuto ad osservare le relative prove di accettazione riportate. In merito al loro dimensionamento ancora non sono state pubblicate specifiche Istruzioni Tecniche, tuttavia può essere contemplata come intervento di consolidamento la tecnica dell’ “Intonaco Armato”, come indicato all’interno della Tabella C8.5.II della Circolare Esplicativa 2019.

In merito alla certificazione dei materiali, si specifica che le Linee Guida conferiscono ai materiali compositi una certificazione a livello nazionale del sistema composito di rinforzo. A tal proposito, alcuni produttori hanno ottenuto sui propri sistemi di rinforzo delle Marcature CE che ne permettono l’utilizzo in Italia e nel resto d’Europa. 

 

Preparazione dei supporti per la successiva applicazione di sistema di rinforzo composito

La preparazione del supporto è una operazione da realizzare con la massima cura quando si realizza il sistema composito direttamente in situ; infatti, è proprio nell’interfaccia tra primo strato di matrice e supporto che si instaura il meccanismo di crisi del materiale composito, il quale in genere avviene per delaminazione e conseguente distacco dello stesso dal supporto. 

La preparazione del supporto differisce in funzione della tipologia di supporto, la seguente tabella sintetizza i principali accorgimenti da osservare:

 

Preparazione dei supporti per la successiva applicazione di sistema di rinforzo composito

 

Le indicazioni sopra riportare sono di carattere generale, e devono essere integrate con le istruzioni fornite dai produttori all’interno delle schede tecniche dei materiali coinvolti. Rappresentano comunque un riferimento utile, e possiamo evincere da esse alcune considerazioni.

Per tutti i materiali compositi risulta necessario asportare dal supporto qualsiasi materiale che interferisca tra superficie e primo strato di matrice (intonaco, pittura, rasature, ecc…). Per i supporti a matrice epossidica la preparazione del supporto richiede un’asperità finale meno rilevante, mentre una maggiore scabrezza è richiesta in presenza di matrice inorganica, essendo il potere adesivo delle malte inferiore rispetto a quello delle resine epossidiche.

 

Irruvidimento superficiale di calcestruzzo per la successiva posa di materiale composito

Figura 3 – Irruvidimento superficiale di calcestruzzo per la successiva posa di materiale composito

 

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Per maggiori approfondimenti

In conclusione, mi permetto di suggerire due canali di formazione che ho realizzato negli ultimi anni a seguito della mia pluriennale esperienza nell’ambito dell’utilizzo e sviluppo di materiali compositi per il consolidamento degli edifici. Potete infatti avere maggiori informazioni iscrivendovi ai corsi di formazione che organizzo in collaborazione con Euroconference, oppure acquistare il “Manuale del consolidamento con materiali compositi” che ho realizzato in collaborazione con l’editore tecnico Maggioli.


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