Sistemi FRP in fibra di carbonio: criteri di posa e buone pratiche per il rinforzo di elementi strutturali in calcestruzzo armato

Nel panorama degli interventi di consolidamento strutturale, i sistemi FRP (Fiber Reinforced Polymer) rappresentano oggi una soluzione tecnologicamente matura e ampiamente adottata per il rinforzo di elementi in calcestruzzo armato soggetti a carenze di resistenza a flessione e a taglio.

In particolare, l’impiego di tessuti in fibra di carbonio, sfruttando l’elevata resistenza a trazione delle fibre, consente di incrementare la capacità portante delle travi, con un impatto limitato sulle masse e sulle geometrie strutturali e senza alterare in modo significativo il comportamento globale della struttura.

Tuttavia, l’esperienza maturata in cantiere dimostra come la reale efficacia di un sistema FRP non dipenda esclusivamente dalla certificazione dei materiali – oggi requisito imprescindibile – ma dalla capacità di governare correttamente ogni fase applicativa, dalla progettazione esecutiva alla posa in opera.
È in questo contesto che il valore aggiunto non è il singolo prodotto, ma il know-how applicativo, il supporto tecnico al progettista e l’affiancamento dell’impresa nelle fasi operative, elementi fondamentali per evitare errori ricorrenti e garantire prestazioni coerenti con le ipotesi di calcolo.

  

Kimia, azienda italiana specializzata nei sistemi di rinforzo strutturale, propone un ciclo completo per il rinforzo di travi in c.a. mediante FRP, sviluppato a partire da un’esperienza pluriennale maturata sul campo, anche in contesti complessi e post-sisma.

 

In questo video realizzato da Kimia in collaborazione con FORMEDIL è possibile scoprire come applicare correttamente i sistemi compositi in fibra di carbonio FRP (Fiber Reinforced Polymer).

 

    

Sistemi FRP in fibra di carbonio per il rinforzo del calcestruzzo armato

Preparazione del supporto: la base di un rinforzo efficace

La corretta adesione del sistema FRP al supporto in calcestruzzo armato dipende in larga misura dalla qualità della preparazione della superficie del supporto, fase che non deve essere sottovalutata, perchè determinante per il buon esito dell’intervento.

In presenza di calcestruzzo ammalorato, è necessario procedere alla sua completa rimozione mediante scalpellatura manuale o meccanica, o con tecniche come l’idroscarifica, fino a ottenere un supporto solido, ruvido ed esente da parti incoerenti. Le armature affioranti devono essere pulite dalla ruggine fino al metallo bianco e successivamente protette con la malta passivante Betonfix KIMIFER, applicata a pennello.

Il ripristino volumetrico delle superfici viene quindi eseguito con idonee malte della linea Betonfix, attendendo la completa asciugatura prima di procedere con il ciclo FRP. Anche in questo caso la scelta della malta dipenderà dalle caratteristiche meccaniche del supporto, in modo da realizzare un intervento di ripristino con caratteristiche adeguate e compatibili a quelle del calcestruzzo esistente.

Nel caso in cui non siano necessari interventi di ripristino del calcestruzzo, il supporto deve comunque presentare una resistenza a trazione superficiale non inferiore a 1,5 MPa. È inoltre necessario arrotondare eventuali spigoli con raggio minimo di 2 cm, al fine di evitare concentrazioni di tensioni nelle zone in cui si hanno variazioni nella direzione di stesura dei tessuti, eliminare polveri e contaminanti e sigillare accuratamente eventuali fessurazioni o microlesioni con malte idonee, previo confronto con l’Ufficio Tecnico Kimia, per poter garantire la perfetta adesione dei sistemi di rinforzo al supporto, evitando zone di potenziale distacco e scongiurando l’innesco di fenomeni di debonding prematuri.

  

Primerizzazione e regolarizzazione del piano di posa

Su supporti particolarmente porosi o poco consistenti è prevista la primerizzazione mediante Kimicover FIX, primer a base di resina sintetica bicomponente in dispersione acquosa, applicato con un consumo minimo di 0,2 kg/m² su superfici in CLS. Il primer ha la funzione di preconsolidare il supporto, inglobare l’eventuale polverosità residua sulla superficie e può essere applicato anche sul supporto non perfettamente asciutto.

Qualora necessario, la superficie viene successivamente regolarizzata mediante Kimitech EP-TX, stucco epossidico che consente di eliminare irregolarità e discontinuità, garantendo la corretta continuità dello strato adesivo e riducendo il rischio di concentrazioni di tensione nel rinforzo. L’impiego dello stucco epossidico per l’esecuzione della fase di regolarizzazione permette di comprimere i tempi di lavorazione rispetto all’impiego di malte di regolarizzazione che invece richiedono tempi più lunghi di asciugatura e maturazione.

   

Resina epossidica e incollaggio del rinforzo FRP

La fase successiva prevede la stesura a spatola della resina epossidica bicomponente Kimitech CMP, che svolge una duplice funzione: livellare la superficie e costituire lo strato adesivo per l’incollaggio del tessuto FRP.

Il consumo minimo previsto è pari a 1,2 kg/m², considerando sia l’incollaggio sia la prima impregnazione. La corretta applicazione di questo strato è fondamentale per garantire un’efficace trasmissione degli sforzi tra il supporto in calcestruzzo e il rinforzo in materiale composito.

La duplice funzione della resina è quella di garantire l’incollaggio del tessuto al supporto e di impregnare completamente le fibre rendendo tutti i filamenti del tessuto solidali e in grado di deformarsi in maniera omogenea, sviluppando correttamente nel composito le tensioni e le deformazioni di progetto.

  

Applicazione dei tessuti in fibra di carbonio

Il rinforzo viene realizzato mediante applicazione dei tessuti in fibra di carbonio Kimitech CB o Kimitech CBA, precedentemente tagliati a misura e posizionati secondo le indicazioni progettuali.

I tessuti, applicati ancora a secco sullo strato di Kimitech CMP fresco, vengono schiacciati mediante rullino per compositi, operando sempre nella direzione delle fibre. Questa operazione consente la completa impregnazione del tessuto, l’eliminazione delle bolle d’aria e la formazione di uno strato uniforme e continuo.

In alternativa ai tessuti in fibra di carbonio, è possibile impiegare anche il tessuto in fibra di vetro Kimitech VR 300, certificato CVT, in funzione delle specifiche esigenze progettuali.

   

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Accorgimenti di cantiere nella posa dei sistemi FRP

Nella posa dei sistemi FRP, piccoli dettagli operativi possono incidere in modo significativo sulla qualità finale del rinforzo.

• la rullatura deve essere eseguita sempre nella direzione delle fibre e dall’interno verso l’esterno, evitando movimenti trasversali che possono intrappolare aria tra tessuto e supporto;
• è importante mantenere puliti rullini e utensili: residui di resina parzialmente indurita possono danneggiare l’orditura del tessuto o comprometterne il corretto posizionamento;
• l’utilizzo di resine confezionate in secchi con chiusura ermetica a cravatta, come nel caso di Kimitech CMP, consente di gestire in sicurezza le pause di cantiere, preservando il prodotto e riducendo sprechi e tempi di fermo.

Scelte apparentemente marginali, come il tipo di imballaggio, rispondono in realtà a una precisa logica di qualità applicativa, affidabilità del risultato e velocità di esecuzione.

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Impregnazione e rinforzi multistrato

Dopo la posa del tessuto, si procede all’impregnazione a fresco mediante Kimitech CMP, applicata a pennello o rullo in più mani fino alla completa saturazione delle fibre. Il consumo varia in funzione della grammatura del tessuto.

Nel caso di rinforzi multistrato, gli strati successivi devono essere applicati fresco su fresco. Qualora ciò non sia possibile, è necessario prevedere uno spolvero di quarzo oppure una carteggiatura della superficie (grana 60), seguita da una nuova stesura di Kimitech CMP con consumo compreso tra 0,5 e 0,8 kg/m².

In applicazioni sviluppate in lunghezza, le sovrapposizioni dei tessuti devono essere opportunamente sfalsate lungo la direzione delle fibre, evitando la coincidenza dei giunti tra strati successivi. Nei rinforzi flessionali, disposti lungo l’asse dell’elemento strutturale da consolidare, si consiglia sempre di evitare di far corrispondere le sovrapposizioni nelle zone di maggiore sollecitazione. Nel caso di cerchiature di elementi si consiglia invece di alternare le facce sui cui eseguire la chiusura per non concentrarle tutte sulla stessa faccia.

   

Ancoraggi FRP come presidio contro la delaminazione

In presenza di supporti particolarmente scadenti, geometrie complesse, angoli concavi o spinte ortogonali al piano di posa, è consigliata l’esecuzione di dispositivi di ancoraggi come presidio di sicurezza contro la delaminazione.

Kimia propone l’impiego di connettori realizzati in situ mediante Kimitech FIOCCO CB, ottenuti tramite sfioccatura del tessuto, impregnazione e successivo inghisaggio in perforazioni appositamente realizzate nel supporto.
L’inghisaggio può essere eseguito con Kimitech CMP oppure, in alternativa, con la resina epossidica bicomponente in cartuccia Kimitech EPOXY CTR.

   

Protezione finale e finiture superficiali

Per consentire l’eventuale rasatura del rinforzo, sulla superficie di Kimitech CMP ancora fresca viene effettuato uno spolvero di quarzo fine (Dmax ~ 1 mm). Dopo almeno 7 giorni dalla posa del rinforzo, è possibile applicare la malta rasante pronta all’uso Betonfix RS, disponibile in versione grigia o bianca.

In alternativa, possono essere utilizzate Betonfix R30 o Betonfix R52, in funzione della granulometria richiesta. Lo spolvero di quarzo non è necessario nel caso in cui il rinforzo venga protetto con una semplice verniciatura, che può essere effettuata con la resina acrilica Kimicover BLINDO. In generale è sempre opportuno prevedere una protezione del rinforzo con degli strati superficiali che oltre alla funzione estetica incrementano anche la durabilità degli interventi, riducendo l’esposizione agli agenti atmosferici, all’usura meccanica e alle aggressioni esterne.

  

L’esperienza Kimia nel rinforzo strutturale e nella messa in sicurezza post-sisma

L’affidabilità dei sistemi FRP Kimia è il risultato di una esperienza pluriennale maturata direttamente sul campo, in numerosi interventi di consolidamento strutturale su edifici esistenti, infrastrutture e beni di elevato valore storico e culturale.

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Kimia è particolarmente attiva nelle aree del cratere sismico, dove ha operato a fianco di progettisti e imprese nella messa in sicurezza e nel ripristino strutturale di edifici danneggiati da eventi sismici. Di seguito scoprirai un caso di riferimento in ambito di rinforzo strutturale FRP, eseguito da Kimia:

Stabilimento alimentare Renzini di Norcia (PG) – L’intervento di miglioramento sismico è stato realizzato con l’ausilio di sistemi compositi certificati in fibra di carbonio di tipo FRP, in seguito ai gravi danni causati da terremoto del 30 ottobre 2016 a Norcia. Il consolidamento dei pilastri è stato effettuato mediante fasciature trasversali, così da raggiungere un miglioramento della resistenza a taglio e un incremento dell’effetto di confinamento del calcestruzzo. Ne è derivato un intervento poco invasivo e in grado di non apportare incrementi di massa né variazioni della geometria delle sezioni resistenti. Al termine, l’efficacia del lavoro eseguito è stato validato da prove di pull-off.

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L’approccio Kimia integra ricerca sui materiali, supporto tecnico in fase di progettazione e assistenza operativa in cantiere, configurando l’azienda come partner tecnico qualificato per interventi di consolidamento strutturale e miglioramento sismico su tutto il territorio nazionale.

Per approfondimenti e per ricevere assistenza progettuale visita il sito web Kimia