Una panoramica sulle prestazioni delle malte rinforzate con fibre naturali nelle applicazioni sismiche

Negli ultimi anni, l’ingegneria civile sta riscoprendo l’impiego di materiali naturali per migliorare la sostenibilità degli interventi strutturali, soprattutto nel recupero del costruito esistente. Tra queste soluzioni, le malte rinforzate con fibre vegetali rappresentano una valida alternativa ai sistemi tradizionali, grazie alla loro capacità di coniugare prestazioni meccaniche e ridotto impatto ambientale. Tuttavia, il loro comportamento strutturale presenta peculiarità che richiedono approfondimenti specifici. Il contributo presentato ad ANIDIS 2025 offre una sintesi aggiornata dello stato dell’arte e introduce nuovi risultati sperimentali. L’obiettivo è comprendere le potenzialità di questi materiali in ambito sismico. Ne emerge un quadro articolato, in cui limiti e vantaggi convivono e aprono nuove prospettive progettuali.

Nel panorama attuale dell’ingegneria civile e, in particolare, della riabilitazione strutturale in zona sismica, cresce l’interesse verso materiali innovativi capaci di coniugare prestazioni meccaniche, durabilità e sostenibilità ambientale. In questo contesto si inserisce il contributo presentato da Antonio Sandoli ad ANIDIS 2025, che propone una riflessione aggiornata sul comportamento delle malte rinforzate con fibre naturali, integrata da una campagna sperimentale originale. Il lavoro rappresenta un tassello importante nel processo di transizione verso tecnologie più ecocompatibili, offrendo al contempo spunti concreti per l’impiego ingegneristico di questi materiali.

Stato dell’arte e ruolo crescente delle fibre naturali

L’analisi bibliometrica condotta dagli autori evidenzia con chiarezza come il tema delle malte rinforzate con fibre naturali abbia conosciuto una crescita significativa negli ultimi anni, fino a raggiungere una produzione scientifica comparabile a quella dei sistemi tradizionali basati su FRP. In questo scenario, l’Italia si distingue per un contributo particolarmente rilevante, a testimonianza di una filiera di ricerca attiva e consolidata.

Le fibre vegetali maggiormente investigate includono juta, canapa e ginestra, a cui si affiancano soluzioni derivate da scarti lignocellulosici. Si tratta di materiali caratterizzati da una forte disponibilità territoriale e da un basso impatto ambientale, che li rende particolarmente attrattivi in un’ottica di economia circolare. Tuttavia, il loro impiego comporta inevitabilmente una modifica del comportamento meccanico delle malte, con effetti che devono essere attentamente compresi e modellati.

In generale, i dati di letteratura convergono su un aspetto chiave: l’introduzione di fibre naturali determina una riduzione delle resistenze di picco, sia a compressione che a flessione. Tale riduzione è legata principalmente all’aumento della porosità del materiale e alla possibile perdita di aderenza tra matrice e fibra. Allo stesso tempo, però, si osserva un significativo miglioramento del comportamento post-picco, con un incremento dell’energia dissipata e una maggiore duttilità complessiva del sistema.

La presente relazione è stata presentata ad ANIDIS 2025 (Assisi, 7-11 settembre) e gli autori sono: Antonio Sandoli, Giuseppe Di Iorio, Giuseppina De Luca, Antonio Bonati, Giovanni Fabbrocino.

Il comportamento meccanico: tra riduzione delle resistenze e incremento della duttilità

L’aspetto forse più interessante emerso dallo studio riguarda proprio la trasformazione del comportamento meccanico delle malte. Se da un lato le resistenze massime tendono a diminuire all’aumentare del contenuto di fibre, dall’altro lato la fase post-fessurativa risulta profondamente modificata.

Le fibre naturali, distribuite all’interno della matrice in modo sostanzialmente casuale, agiscono come elementi di bridging nelle zone fessurate, contribuendo a rallentare la propagazione delle lesioni e a mantenere una certa capacità portante anche oltre il picco di resistenza. Questo fenomeno si traduce in un aumento dell’area sottesa alla curva forza-spostamento, ovvero dell’energia assorbita dal materiale durante il processo di rottura.

Diversi parametri influenzano questo comportamento. La lunghezza delle fibre, ad esempio, gioca un ruolo determinante: fibre più lunghe tendono a migliorare le prestazioni rispetto a quelle più corte, pur mantenendo una riduzione delle resistenze rispetto alla malta non rinforzata. Anche la percentuale in peso delle fibre e il loro orientamento incidono significativamente, sebbene quest’ultimo resti difficilmente controllabile nei processi di miscelazione tradizionali.

Le criticità principali sono legate alla lavorabilità e alla qualità della miscela. La formazione di agglomerati di fibre e la presenza di vuoti possono compromettere le prestazioni meccaniche, mentre fenomeni di ritiro o variazioni volumetriche delle fibre stesse possono ridurre l’aderenza nel tempo. Nonostante ciò, il miglioramento delle proprietà termiche e il contributo alla sostenibilità rendono queste soluzioni particolarmente interessanti.

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La campagna sperimentale: il caso della fibra di ginestra

A supporto delle evidenze emerse dalla letteratura, il gruppo di ricerca ha sviluppato una campagna sperimentale su malte rinforzate con fibre di ginestra, una risorsa tipica dell’area mediterranea. Le fibre, ottenute da scarti di lavorazione tessile e sottoposte a un processo di preparazione artigianale, sono state impiegate in percentuale pari allo 0,5% in peso rispetto alla malta.

Sono stati confezionati 72 provini, di cui 48 rinforzati con fibre di lunghezza pari a 1 cm e 3 cm, e 24 di controllo non rinforzati. Le prove sono state eseguite a diverse stagionature (7, 14, 21 e 28 giorni), consentendo di tracciare le curve di maturazione del materiale e di analizzarne l’evoluzione nel tempo.

I risultati preliminari confermano i trend noti. Le resistenze a compressione dei provini rinforzati risultano inferiori rispetto a quelle dei campioni non rinforzati, ma mostrano valori più elevati nel caso di fibre più lunghe. Analogamente, la densità del materiale diminuisce mediamente di circa il 10% con l’introduzione delle fibre, mantenendo un andamento coerente nel tempo indipendentemente dalla lunghezza.

Dal punto di vista della lavorabilità, le prove di spandimento evidenziano una riduzione della fluidità all’aumentare della lunghezza delle fibre, aspetto che richiede attenzione in fase di progettazione della miscela. Le curve forza-spostamento ottenute a 28 giorni mettono in luce, ancora una volta, il ruolo determinante delle fibre nella fase post-picco, con un incremento significativo della capacità dissipativa del materiale.

L’analisi statistica dei risultati mostra coefficienti di variazione contenuti, a conferma dell’affidabilità dei dati raccolti. Questo aspetto è particolarmente rilevante in prospettiva applicativa, poiché contribuisce a costruire una base sperimentale solida per future modellazioni e linee guida progettuali.

Prospettive e criticità per l’applicazione in ambito sismico

L’utilizzo di malte rinforzate con fibre naturali si inserisce pienamente nel dibattito contemporaneo sulla sostenibilità dei materiali da costruzione e sulla necessità di sviluppare soluzioni compatibili con il patrimonio edilizio esistente. In ambito sismico, la maggiore duttilità e capacità dissipativa rappresentano un vantaggio significativo, soprattutto negli interventi di miglioramento e adeguamento su murature storiche.

Tuttavia, restano aperte alcune questioni cruciali. La variabilità delle proprietà delle fibre naturali, la difficoltà di standardizzazione dei processi produttivi e la limitata disponibilità di alcune materie prime costituiscono ostacoli non trascurabili. Il caso della ginestra, ad esempio, evidenzia come la reperibilità del materiale possa dipendere da filiere locali ancora poco strutturate.

Nonostante queste criticità, il lavoro presentato ad ANIDIS 2025 dimostra come sia possibile integrare approcci sperimentali e analisi di letteratura per costruire una conoscenza più completa di questi materiali. L’arricchimento dei database esistenti e la progressiva validazione dei risultati rappresentano passaggi fondamentali verso una loro piena applicazione ingegneristica.

In definitiva, le malte rinforzate con fibre naturali si configurano come una soluzione promettente, capace di ridefinire il rapporto tra prestazione strutturale e sostenibilità, aprendo nuove prospettive per l’ingegneria sismica del futuro.

DI SEGUITO LA REGISTRAZIONE INTEGRALE DELL'INTERVENTO DI ANTONIO SANDOLI.

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

IN SINTESI
-Le malte rinforzate con fibre naturali (juta, canapa, ginestra) stanno guadagnando interesse come alternativa sostenibile ai sistemi tradizionali di rinforzo.
-L’inserimento di fibre comporta una riduzione delle resistenze meccaniche di picco, ma migliora significativamente il comportamento post-fessurativo e la capacità dissipativa.
-Le prestazioni dipendono da vari parametri, tra cui lunghezza, percentuale e distribuzione delle fibre, oltre alla qualità della miscelazione.
-La campagna sperimentale su fibre di ginestra conferma i trend della letteratura, evidenziando maggiore duttilità e una riduzione della densità del materiale.
-Nonostante alcune criticità applicative e di reperibilità delle materie prime, queste malte rappresentano una soluzione promettente per interventi in ambito sismico e sostenibile.