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Materiali compositi in edilizia? L'esperto risponde


I materiali compositi trovano sempre di più applicazione nel campo delle tecniche di rinforzo strutturale. Tuttavia, che si tratti di impiegarli nell'adeguamento di strutture in c.a o di edifici in muratura, nella scelta dei materiali non ci troviamo mai di fronte a una sola soluzione.
Ma cosa sappiamo davvero sui materiali compositi e sugli ambiti in cui trovano applicazione e come orientarsi correttamente nella scelta dei giusti cicli e materiali da utilizzare?

A queste domande risponde l'Ing. Stefano Agnetti dell'Ufficio Supporto Tecnico di Kimia.

Cosa si intende per materiali compositi?

Quando parliamo di materiali compositi credo che un famoso proverbio popolare ne spieghi bene il principio alla base: "l'unione fa la forza". Per definizione infatti i materiali compositi sono costituiti da una matrice, le resine ad esempio, e da materiale di rinforzo, le fibre. I due materiali hanno di base caratteristiche diverse, ma la loro unione in un unico prodotto finale ne esalta e compensa le rispettive proprietà garantendo prestazioni più elevate e ampliandone di molto l'applicazione. Kimia, ad esempio, utilizza i compositi fin dai primissimi anni '80 e il loro utilizzo è letteralmente esploso negli ultimi dieci anni, cavalcando la recente tendenza del mercato a privilegiare il recupero del patrimonio esistente.

Quali sono i loro principali vantaggi rispetto alle tecniche tradizionali in edilizia?

Proprio nel consolidamento strutturale emergono molti dei vantaggi dei compositi rispetto alle tecniche più tradizionali. In primo luogo l'elevata resistenza a trazione in relazione a spessore e peso specifico. Ciò consente di effettuare fasciature con spessori molto contenuti e quindi di garantire variazioni minime rispetto alle dimensioni originarie degli elementi oggetto di intervento. Inoltre, a parità di aumento delle resistenze apportate, sono molto più leggeri rispetto agli interventi tradizionali senza incrementare in maniera significativa i carichi di progetto. Ma non solo, in caso di interventi sul patrimonio storico, magari vincolato, i compositi forniscono delle ottime caratteristiche di reversibilità. Ciò significa che è possibile riportare il manufatto alle medesime condizioni in cui si trovava prima dell'intervento, con relativa facilità. I progettisti inoltre apprezzano molto la versatilità e adattabilità offerta dai materiali compositi all'interno del progetto di consolidamento.

Le sigle che caratterizzano i sistemi compositi in edilizia sono molte, tanto che districarsi non è semplice per un non addetto ai lavori. Partiamo dai sistemi FRP: a cosa ci riferiamo?

I materiali compositi fibrorinforzati in matrice polimerica sono detti appunto FRP (Fiber Reinforced Polymers). Sono costituiti da fibre di vetro, carbonio o aramide, con geometrie a nastro o rete o ad elementi rigidi pultrusi, che vengono incollate alla struttura da rinforzare e impregnate con una matrice organica, di solito una resina epossidica. Oggi trovano un largo impiego nel settore del recupero dell'esistente, per consolidamenti di elementi strutturali e non strutturali in muratura, c.a. e legno. Risultano particolarmente adatti ad esempio per placcare elementi inflessi, rinforzare a taglio travi e setti, confinare pilastri e, in generale, cerchiare edifici.

I sistemi SRG invece, in cosa differiscono?

Negli SRG (Steel Reinforced Grout) come il nostro Kimisteel, a cambiare rispetto agli FRP sono entrambi gli elementi: le fibre, che diventano in acciaio INOX anticorrosione e la matrice di incollaggio, non più di tipo resinoso, ma inorganica. Una malta per intenderci. L'utilizzo dell'acciaio, resistente anche a taglio, apre nuovi sviluppi di progettazione rendendo possibile ancoraggio e pretensionatura, così da poter realizzare presidi strutturali che svolgono un ruolo attivo (non solo passivo), sin dall'applicazione. La malta inoltre fornisce maggiore resistenza alle alte temperature rispetto alle resine e in generale permette al supporto di traspirare meglio.

Infine, si sente sempre più spesso parlare di FRCM... di cosa si tratta?

I sistemi di rinforzo strutturale FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) derivano dall’accoppiamento di una rete di fibra in carbonio o vetro con una matrice inorganica cementizia. Le fibre nel caso degli FRCM sono delle reti di diversi passi e grammature, ma sempre a maglie piuttosto larghe, per consentire alla malta un perfetto inglobamento. Quella degli FRCM è stata la tecnologia che ha soppiantato di recente i tradizionali intonaci armati con rete metallica. Infatti i sistemi FRCM hanno dimostrato di avere numerosi vantaggi tecnici e applicativi a loro favore quali la maneggevolezza e lavorabilità in cantiere o la radiotrasparenza rispetto alla rete, nonché la possibilità di applicazione della rete di rinforzo con matrici a base di calce idraulica naturale, che presenta una buona compatibilità con le murature esistenti. Quindi la loro diffusione, specie in ambito di ricostruzione post sisma, è stata notevole. Si usano per intonaci armati, sarcitura di lesioni passanti (applicandoli su due lati) e non passanti (applicandoli su un solo lato), oppure per il collegamento perimetrale di tamponature e partizioni interne a pilastri e travi emergenti e non.

Potresti fornirci qualche esempio di intervento con materiali compositi?

Me ne vengono diverse in mente diversi. Se penso ad Assisi ad esempio posso citare la Sala Norsa che tra il 1990 e il 1991 fu oggetto di un intervento di consolidamento con l'utilizzo di resine e tessuti in fibra di vetro. Ebbene, la Sala, a differenza di tanti edifici adiacenti, ha resistito perfettamente agli effetti devastanti del terremoto Umbria-Marche del 1997. L'ottimo comportamento delle strutture in CLS e in muratura a seguito del rinforzo è innegabile.

Quali sono le richieste tipo di progettisti e agli applicatori che utilizzano i materiali compositi?

Progettisti e imprese, ovviamente in modo diverso, chiedono un supporto da parte dell'azienda nel corretto utilizzo dei materiali in sede di progetto e applicazione. Nel caso dei progettisti, spesso il supporto non è solo legato alla progettazione in sè, ma anche alle fasi precedenti (diagnostica) e successive, come ad esempio le procedure di accettazione e collaudo dei materiali in cantiere. Ovviamente diventa strategico e fondamentale per un'azienda riuscire a fornire non solo materiali e tecnologie di sperimentata qualità ed efficacia, ma anche quel servizio in più che può fare la differenza nell'ottenere il risultato finale. In questo senso, gli oltre 30 anni di esperienza nello sviluppo ed utilizzo dei compositi in edilizia sicuramente ci pongono in una situazione vantaggiosa rispetto a tante altre aziende.

Cosa prevedi nel futuro dei materiali compositi in edilizia?

Come ho avuto modo di dire, ad oggi i materiali compositi hanno avuto un impatto significativo sul recupero del patrimonio edilizio esistente e da qui ai prossimi anni credo che il trend non cambi, anzi. I sistemi di consolidamento con i nastri in carbonio, acciaio e gli altri compositi hanno dalla loro fattori che ancora oggi fanno la differenza quali la rapidità e l'economicità nella messa in opera visto che non sono necessarie puntellature né tassellature. Ma le prospettive future sono davvero tante. Di recente la nostra azienda ha presentato il sistema di ancoraggio in carbonio Kimitech FRP-LOCK, che permette di superare alcuni limiti di utilizzo degli FRP tradizionali. Oppure, emblematico è stato l'intervento effettuato per lo spostamento della Pietà Rondanini di Michelangelo: un disco in carbonio composito realizzato da Kimia, incollato tramite resina alla base della statua per garantirne l'ancoraggio al basamento antisismico.

 

Ringraziando l'Ing. Stefano Agnetti per la collaborazione, concludiamo con una tabella in cui riportiamo un quadro riassuntivo dei principali materiali compositi e le loro principali caratteristiche. Per ulteriori domande e necessità di supporto, vi invitiamo a utilizzare le nostre pagine Facebook e Linkedin oppure a scriverci all'indirizzo: info@kimia.it.

 

  FRP SRG / SRP FRCM
 
Fibre Carbonio / Vetro / Aramide Acciaio Carbonio / Vetro
Matrice Organica: Resine epossidiche di diverse caratteristiche e viscosità. Inorganica (SRG): Malte cementizie o di altra natura.
Organica (SRP): Resine epossidiche di diverse caratteristiche e viscosità.
Inorganica: Malte cementizie e Malte a base di calce idraulica naturale.
Applicazioni Consolidamento strutturale di elementi in c.a, muratura e legno. Consolidamento strutturale di elementi in muratura, cemento armato e c.a. precompresso.

Rinforzo non strutturale per la solidarizzazione di tamponature e partizioni alla struttura in c.a.

Realizzazione intonaci armati.

Esempi

Rinforzo di elementi inflessi.

Rinforzo a taglio di travi e setti.

Confinamento di pilastri e cerchiatura di edifici.

Consolidamento di volte, travi e travetti.

Realizzazione di cordoli armati.

Consolidamento di volte, travi e travetti.

Rinforzo di ;elementi prefabbricati in CLS con debole armatura e laterizi armati.

Intonaci armati doppi o su singola facciata.

Sarcitura di lesioni passanti e non passanti di maschi murari.

Collegamento perimetrale di tamponature e partizioni interne a pilastri e travi emergenti e non.

Vantaggi

Elevate resistenze meccaniche con spessori e pesi ridotti.

Velocità di posa in opera anche in lavori di pronto intervento.

Ridotta invasività e buona reversibilità.

Grande adattabilità e versatilità in sede di progetto.

Resistente a taglio, apre a nuove possibilità progettuali e applicative.

Possibilità di pretensionamento così da costituire un presidio attivo e non solo reattivo.

Buone permeabilità al vapore e resistenza al fuoco se utilizzato con malta.

Velocità e facilità di posa in opera.

Maggiore maneggevolezza e leggerezza in cantiere rispetto alle tradizionali reti elettrosaldate.

Compatibilità con supporti in calcestruzzo e muratura.

Radiotrasparenza.

Cicli Kimia

Matrici: Kimitech EP-TX / Kimitech EP-IN / Kimitech EP-IN/50 / Kimitech CMP / Kimitech TX311.

Fibre: Kimitech CB / Kimitech VR / Kimitech PLATE / Kimitech TONDO CB / Kimitech TONDO VR.

Presidio antidelaminazione: Kimitech FRP-LOCK.

Matrici (SRG): Kimisteel LM.

Matrici (SRP): Kimitech EP-TX / Kimitech TX311.

Fibre: Kimisteel INOX.

Matrici: Tectoria M10-M15 / Betonfix AQM GGKimisteel LM.

Fibre: Kimitech WALLMESH / Kimitech ST160R / Kimitech 550 / Kimitech 500.

 

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