Sistemi TRM in fibre naturali per l’adeguamento sismico sostenibile delle pareti in muratura: studio sperimentale con fibre di juta

Il miglioramento sismico degli edifici in muratura rappresenta una delle sfide principali per la sicurezza del patrimonio costruito italiano. Negli ultimi anni la ricerca si sta orientando verso soluzioni che uniscano efficacia strutturale e sostenibilità ambientale, riducendo l’impatto dei materiali tradizionalmente utilizzati nel rinforzo. In questo contesto si inserisce lo studio presentato da Flavio Stochino all’ANIDIS 2025, che analizza l’impiego di sistemi TRM realizzati con fibre naturali di juta. La ricerca, sviluppata in collaborazione tra Università di Cagliari e Università di Salerno, indaga sperimentalmente il comportamento meccanico di murature rinforzate con materiali completamente rinnovabili. I risultati mostrano incrementi significativi della resistenza a taglio dei pannelli murari e aprono prospettive interessanti per interventi di retrofit sismico a basso impatto ambientale.

Rinforzo sismico sostenibile delle murature: le potenzialità dei sistemi TRM in fibre naturali

Il patrimonio edilizio italiano è caratterizzato in larga parte da edifici in muratura realizzati in epoche in cui non esistevano normative antisismiche e in cui i requisiti di comfort termo-igrometrico erano molto diversi da quelli attuali. La necessità di intervenire su questo patrimonio è quindi duplice: migliorare la sicurezza strutturale e, allo stesso tempo, ridurre l’impatto ambientale degli interventi. Negli ultimi anni la ricerca scientifica sta orientando sempre più l’attenzione verso soluzioni di rinforzo che siano non solo efficaci dal punto di vista meccanico, ma anche sostenibili lungo l’intero ciclo di vita.

In questo contesto si inserisce lo studio presentato da Flavio Stochino ad ANIDIS 2025 di Assisi, frutto di una collaborazione tra l’Università di Cagliari e l’Università di Salerno. La ricerca esplora l’utilizzo di sistemi TRM (Textile Reinforced Mortar) realizzati con fibre naturali di juta per il rinforzo sismico delle murature, con l’obiettivo di sviluppare un pacchetto composito a basso impatto ambientale capace di migliorare sia le prestazioni meccaniche sia quelle termo-fisiche delle pareti esistenti.

La presente relazione è stata presentata ad ANIDIS 2025 (Assisi, 7-11 settembre) e gli autori sono: Flavio Stochino, Arnas Majumder, Monica Valdes e Enzo Martinelli.

Murature storiche e sostenibilità degli interventi

La diffusione delle costruzioni in muratura è uno degli elementi che caratterizza il paesaggio costruito italiano. Molte di queste strutture risalgono a periodi storici molto lontani e sono state realizzate con tecniche tradizionali prive di qualsiasi concezione antisismica. Anche edifici monumentali antichissimi, come i nuraghi della Sardegna risalenti a oltre quattromila anni fa, testimoniano l’importanza di questa tecnologia costruttiva e la sua durabilità nel tempo.

Tuttavia, se da un lato queste strutture hanno dimostrato una notevole resistenza alla prova dei secoli, dall’altro presentano vulnerabilità intrinseche quando sono sottoposte ad azioni sismiche. Per questo motivo il tema del miglioramento e dell’adeguamento sismico delle murature esistenti è oggi centrale nella ricerca ingegneristica.

Negli ultimi decenni sono stati sviluppati numerosi sistemi di rinforzo, spesso basati su fibre sintetiche o metalliche. Sebbene molto efficaci, questi materiali presentano un impatto ambientale significativo in termini di produzione, energia incorporata ed emissioni di carbonio. Da qui nasce l’interesse verso materiali alternativi di origine naturale, che possano garantire prestazioni adeguate riducendo al contempo l’impronta ecologica degli interventi.

La juta come materiale per sistemi TRM naturali

Tra le fibre naturali studiate negli ultimi anni, la juta rappresenta una delle soluzioni più promettenti. Si tratta di una fibra vegetale completamente rinnovabile, coltivata principalmente nelle regioni tropicali dell’Asia, in particolare in India, dove cresce rapidamente e in grandi quantità. Questa abbondanza si traduce in un costo relativamente contenuto e in un favorevole rapporto costo-prestazioni.

Dal punto di vista meccanico, la juta possiede caratteristiche tutt’altro che trascurabili: la resistenza a trazione può raggiungere valori intorno ai 215 MPa, rendendola idonea per applicazioni nel campo dei materiali compositi. A partire da queste proprietà, il gruppo di ricerca ha sviluppato un sistema di rinforzo completamente basato su fibre naturali, costituito da tre componenti principali: una malta fibrorinforzata con fibre di juta, una rete tessile realizzata con le stesse fibre e dei connettori trasversali, detti diatoni, anch’essi prodotti utilizzando fasci di juta.

Le malte utilizzate nei test sono state ottenute partendo da una malta strutturale di classe M10, alla quale è stato aggiunto circa l’1% in peso di fibre lunghe 30 mm. Questa lunghezza è risultata un compromesso efficace tra prestazioni meccaniche e proprietà termo-fisiche, tema che rappresenta uno degli aspetti di ricerca più innovativi dello studio.

Le reti tessili sono state realizzate con differenti geometrie di maglia. Le configurazioni con mesh più fitte hanno mostrato una resistenza maggiore, mentre durante le prove di trazione si è osservato un comportamento di rottura progressiva: i singoli filamenti che compongono la rete si rompono in sequenza, determinando una riduzione graduale della resistenza e una caratteristica evoluzione del legame forza-spostamento.

Anche i connettori trasversali sono stati realizzati in laboratorio utilizzando fibre provenienti dall’India. I diatoni hanno un diametro medio di circa 15 mm e sono stati caratterizzati attraverso prove meccaniche che hanno permesso di definire le relative curve sforzo-deformazione.

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Le prove sperimentali sui pannelli murari

Per valutare l’efficacia del sistema di rinforzo è stata condotta una campagna sperimentale su pannelli murari di dimensioni circa 1,10 × 1,10 metri. Le prove sono state eseguite mediante il cosiddetto Twin Panel Test, un metodo sperimentale che simula le condizioni di sollecitazione tipiche di un pannello murario posto sotto una finestra.

Nel contesto reale, infatti, questi pannelli sono soggetti contemporaneamente a un carico verticale, dovuto ai pesi sovrastanti, e a un’azione orizzontale derivante dall’evento sismico. In laboratorio questa situazione è stata riprodotta utilizzando cinque martinetti idraulici: due per applicare i carichi verticali e tre per generare azioni orizzontali cicliche.

I carichi verticali sono stati fissati a due livelli differenti, pari a 4 e 8 tonnellate, mentre le azioni orizzontali sono state applicate ciclicamente con intensità crescente. Durante le prove sono stati misurati sia gli spostamenti diagonali sia quelli orizzontali dei pannelli, in modo da ricostruire le curve carico-spostamento e analizzare il comportamento fino al collasso.

I risultati hanno mostrato differenze molto evidenti tra le murature non rinforzate e quelle trattate con il sistema in fibre naturali. Nei pannelli privi di rinforzo il collasso si verifica tipicamente attraverso la formazione di una lesione diagonale, che porta alla rottura fragile del pannello. Questo meccanismo è associato alla formazione di un puntone compresso all’interno della muratura e a zone di trazione trasversali che causano l’apertura della fessura.

Nei pannelli rinforzati con il sistema TRM a base di juta il meccanismo di collasso rimane simile, ma la presenza della rete e dei connettori consente una redistribuzione degli sforzi e un significativo incremento della resistenza complessiva. In termini quantitativi, mentre i pannelli non rinforzati raggiungono valori di carico dell’ordine di 35 kN, quelli rinforzati arrivano fino a 235 kN, con un incremento della capacità resistente superiore a cinque volte.

Verso sistemi di rinforzo a basso impatto ambientale

I risultati sperimentali confermano che i sistemi TRM realizzati con fibre naturali possono rappresentare una valida alternativa ai materiali compositi tradizionali. Oltre al significativo miglioramento delle prestazioni meccaniche, il sistema proposto presenta infatti numerosi vantaggi dal punto di vista ambientale.

La juta è una risorsa completamente rinnovabile, richiede una quantità relativamente limitata di energia per la produzione e consente di realizzare soluzioni di rinforzo biodegradabili e a basso contenuto di carbonio. Questo aspetto diventa particolarmente rilevante in un contesto in cui la sostenibilità degli interventi edilizi è sempre più centrale nelle politiche europee e nelle strategie di riqualificazione del patrimonio esistente.

Naturalmente, l’impiego di fibre naturali introduce anche alcune criticità che richiedono ulteriori approfondimenti. Tra queste vi è la variabilità intrinseca delle proprietà delle fibre, che dipendono dalle condizioni di coltivazione e di lavorazione, e la necessità di valutare con attenzione la durabilità del sistema nel tempo.

Per questo motivo la ricerca è attualmente orientata verso lo studio dell’invecchiamento accelerato delle malte fibrorinforzate, al fine di verificare eventuali decadimenti delle prestazioni meccaniche. Altri temi di interesse riguardano la resistenza al fuoco dei sistemi di rinforzo e la possibilità di sviluppare procedure standardizzate per la progettazione e la caratterizzazione dei materiali.

Lo sviluppo di linee guida tecniche e di protocolli sperimentali condivisi rappresenta infatti un passaggio fondamentale per favorire la diffusione di queste tecnologie nel settore delle costruzioni. Se adeguatamente sviluppati e validati, i sistemi TRM in fibre naturali potrebbero diventare uno strumento importante per coniugare sicurezza sismica, efficienza energetica e sostenibilità ambientale nella riqualificazione del patrimonio edilizio esistente.

IN SINTESI
-Il patrimonio edilizio italiano è ampiamente costituito da edifici in muratura realizzati prima dell’introduzione delle normative antisismiche, rendendo necessario sviluppare tecniche di rinforzo efficaci e sostenibili.
-Uno studio presentato da Flavio Stochino ad ANIDIS 2025 propone sistemi TRM basati su fibre naturali di juta, utilizzate in reti tessili, malte fibrorinforzate e connettori trasversali.
-Le prove sperimentali su pannelli murari sottoposti a carichi verticali e orizzontali ciclici mostrano che il rinforzo con fibre naturali aumenta significativamente la capacità resistente delle murature.
-I risultati indicano incrementi di resistenza fino a oltre cinque volte rispetto ai pannelli non rinforzati, grazie alla redistribuzione degli sforzi garantita dal sistema composito.
-Il sistema proposto rappresenta una soluzione promettente per il retrofit sismico sostenibile, grazie all’uso di materiali rinnovabili e a basso impatto ambientale, pur richiedendo ulteriori studi su durabilità e resistenza al fuoco.

DI SEGUITO LA REGISTRAZIONE INTEGRALE DELL'INTERVENTO DI FLAVIO STOCHINO.

Il testo è stato elaborato mediante la videoregistrazione dell'intervento, con l'aiuto dell'IA.