Sistemi di rinforzo strutturale: i compositi FRCM

Compositi FRCM ovvero sistemi per il rinforzo strutturale in basso spessore. Vediamo quali sono le loro caratteristiche, le tipologie sul mercato e i campi d'applicazione

Gli FRCM, acronimo di "Fiber Reinforced Cementitious Matrix", si configurano come sistemi da realizzare in situ per il rinforzo strutturale di opere esistenti in muratura o in conglomerato cementizio armato. Fanno parte anch'essi della grande famiglia dei compositi e come tali hanno affinità e differenze con gli altri sistemi di questo tipo impiegati in edilizia.

In questo articolo andremo proprio ad analizzare quali sono gli elementi che li identificano e contraddistinguono. Vedremo inoltre gli aspetti progettuali a essi legati e i loro campi di utilizzo. In tutto ciò terremo conto che al momento è in corso la fase di certificazione da parte di tutte le aziende fornitrici come previsto dalle Linee Guida per l’identificazione, la qualificazione e l’accettazione dei sistemi FRCM.

Caratteristiche dei sistemi FRCM

Gli FRCM come tutti i compositi derivano dalla combinazione di una fase fibrosa resistente a trazione inglobata in una matrice in grado far aderire il sistema di rinforzo al supporto da consolidare. A spiegarci quali sono le caratteristiche peculiari degli FRCM sono proprio le Linee Guida. Pubblicate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, queste identificano innanzitutto gli elementi che compongono tali sistemi e le loro limitazioni geometriche.

Per quanto riguarda le parti costitutive, la matrice dei sistemi FRCM è unicamente di tipo inorganico quindi a base di calce o cementizia. Il rinforzo invece è costituito da una rete oppure da elementi monodirezionali organizzati su un supporto a rete. I materiali di cui è costituita la rete possono essere di differenti tipologie:

• acciaio ad alta resistenza;
• arammide;
• basalto;
• carbonio;
• poliparafenilenbenzobisoxazolo;
• vetro alcali-resistente.

Tessuto in acciaio ad alta resistenza

Sono ammessi nel sistema composito FRCM anche eventuali connettori, dispositivi di ancoraggio, additivi e adesivi volti a impedire il distacco prematuro del composito stesso dal supporto. Tali elementi devono essere aggiunti secondo le istruzioni dei manuali di preparazione e d'installazione che ogni fornitore deve rendere disponibili.

Per quanto concerne le limitazioni geometriche invece le Linee guida stabiliscono che:

• il rinforzo deve essere realizzato impiegando una rete costituita da maglie della dimensione massima di 30x30 mm;
• la rete deve essere annegata in uno spessore di malta compreso tra 5 mm e 15 mm.

Lo spessore della malta di 15 mm può essere superato soltanto se in fase di progettazione si preveda la sovrapposizione di più strati di rete. In questo caso la malta può raggiungere al massimo i 30 mm.

I limiti indicati dalle linee guida distinguono il sistema FRCM da un'altra tipologia di sistema: il CRM (Composite Reinforced Mortars). Questo sistema, utilizzato in maniera molto diffusa per la realizzazione di intonaci armati in strutture murarie, si ottiene combinando reti preformate e malte a calce o cementizie di spessore compreso tra i 30 e i 50 mm. Un'altra differenza rispetto agli FRCM è che nei sistemi CRM la luce maglia minima è 30x30 mm e comunque non superiore a quattro volte lo spessore della malta.

PER APPROFONDIRE: Kimisteel CONNECT, sistema di connessione per intonaci armati

FRCM: impieghi e aspetti progettuali

I campi di impiego dei sistemi FRCM riguardano sia le strutture in muratura che quelle in cemento armato.

Per le strutture in muratura è possibile realizzare rinforzi di pannelli a flessione e a taglio, rinforzi su superfici curve come archi e volte, cordolature di piano e sommitali e il confinamento di pilastri e colonne.

Per le strutture in cemento armato è possibile eseguire rinforzi a flessione e taglio di travi, setti e pilastri, il confinamento di pilastri e il rinforzo di nodi trave-pilastro.

Per la progettazione di interventi di rinforzo mediante sistemi FRCM si impiegano valori caratteristici ottenuti in via sperimentale da prove di trazione tangenziale (prove di Bond) su differenti tipologie di supporto. Le prove tengono conto dell’interazione tra il sistema FRCM e il supporto. La crisi del sistema che si determina genera un distacco dello stesso dal supporto o uno scorrimento reciproco tra la rete e la matrice. Tale crisi rappresenta il limite convenzionale da cui si determinano la tensione e la deformazione di progetto.

Il legame costitutivo dei sistemi FRCM è caratterizzato da un comportamento a trazione definito da una linea spezzata in tre rami distinti che individuano tre fasi:

• la prima in cui la matrice assorbe ancora le deformazioni di trazione,
• la seconda in cui avviene una fessurazione della matrice
• la terza in cui la matrice è fessurata e la resistenza a trazione è completamente assorbita dalla rete.

I sistemi FRCM sono caratterizzati da un comportamento adesivo in cui la matrice consente il trasferimento degli sforzi tra il supporto da rinforzare e il composito. Inoltre il passaggio della malta attraverso le maglie della rete impedisce lo scorrimento tra i filamenti della rete e consente una ridistribuzione omogenea degli sforzi tra i vari elementi della rete.

I sistemi FRCM che utilizzano reti prevedono inoltre che l’impiego sia esteso a tutta la superficie del supporto, quindi in presenza di murature disomogenee o poco coese sono da preferire rispetto a sistemi la cui distribuzione è maggiormente localizzata e discontinua, come ad esempio i compositi certificati FRP (Fiber Reinforced Polymers). Questi ultimi infatti inducono una maggiore concentrazione del rinforzo nelle zone d'incollaggio del sistema, potendo sfruttare anche la maggiore adesione delle matrici organiche impiegate, le resine.

Assistenza tecnica e progettuale: affidati a Kimia

In questo articolo – per il quale ringrazio per il contributo l'Ing. Stefano Agnetti, Responsabile dell'Ufficio Tecnico Kimia – abbiamo identificato i sistemi FRCM e ne abbiamo messo in evidenza caratteristiche e comportamento meccanico. Abbiamo inoltre elencato i campi di applicazione e perché in determinate situazioni sono da preferire ad altre tipologie di sistemi compositi. Con i prossimi approfondimenti entreremo quindi nel merito degli interventi con FRCM mostrandovi alcuni esempi progettuali di rinforzo.

Se avete domande sull'argomento scriveteci tramite i nostri canali di contatto o le pagine social di Kimia. Per ricevere assistenza tecnica e progettuale invece, vi invito a utilizzare il nostro Servizio di Supporto alla Progettazione.

Ing. Andrea Costantini, Supporto Tecnico alla Progettazione

Ingegnere Civile Strutturista con laurea ottenuta a Perugia e con esperienze di studio e ricerca presso la Universidad Politécnica de Valencia. Amo la Spagna, le lingue e viaggiare all'estero. In Kimia mi occupo di Supporto Tecnico alla Progettazione e sono a disposizione dei progettisti per dimensionamenti, verifiche e calcoli strutturali pre e post intervento. Il mio profilo Linkedin