I Materiali compositi

I materiali compositi fibrosi a matrice polimerica sono costituiti da fibre continue ad alta resistenza o ad alto modulo elastico, di carbonio (CFRP), vetro (GFRP) e aramide (AFRP). Gli aspetti peculiari del CFRP sono l’elevata resistenza (con tensioni di rottura fino a 3500 N/mm²) ed il modulo elastico, che, in caso di necessità, può essere anche particolarmente elevato (le fibre ad altissimo modulo raggiungono valori pari a 6,40x105 N/mm²).

Trattandosi di una tecnica molto evoluta, è indispensabile una procedura d’intervento supportata da una adeguata progettazione e sperimentazione diretta, ed eseguita da personale altamente specializzato e continuamente aggiornato; sarebbe un grave errore banalizzare la tecnologia considerandola una semplice applicazione di fasciature: l’aggiunta di FRP sulla struttura esistente modifica anche sostanzialmente lo stato tensionale del supporto su cui è applicato e per questo motivo deve, in ogni caso, essere perfettamente recepito e controllato dal progettista.

Per tali motivi la progettazione deve essere accompagnata da un’accurata indagine sia sulla qualità dei materiali impiegati che del supporto su cui si deve operare.

L’esecuzione di prove dirette di carico, sia prima che dopo l’intervento, permette di verificare la quantità di sollecitazione indotta dal carico sul composito e di conseguenza stimare un coefficiente di sicurezza nei riguardi del carico ultimo. Queste procedure sono perfettamente in linea con quanto previsto dalla normativa per interventi di tipo “non convenzionale” (tecnologie innovative). 

L’attuale legislazione italiana, infatti, recepisce marginalmente una metodologia di approccio alla progettazione che quasi tutti gli altri paesi invece adottano. Il D.M. 9/1/96, nella parte generale al punto 5, scrive: ”Nella progettazione si possono adottare metodi di verifica e regole di dimensionamento diverse da quelli contenuti nelle presenti norme tecniche, purché fondati su ipotesi teoriche e risultati sperimentali scientificamente comprovati e purché sia comprovata una sicurezza non inferiore a quella qui prescritta”. Nel D.M. 16/06/96, al punto C.9.3.2. “Provvedimenti tecnici di adeguamento o di miglioramento intesi ad aumentare la resistenza strutturale”, secondo capoverso, si legge: “Possono usarsi anche tecniche di intervento non ivi esplicitamente menzionate, purchè risultino, sulla base di adeguata documentazione, di eguale efficacia”. Nello stesso Decreto, al punto C.9.4. “Collaudo degli interventi di adeguamento”, si legge: “Il collaudo, da eseguirsi in corso d’opera, deve tendere ad accertare che la realizzazione degli interventi sia avvenuta conformemente alle prescrizioni progettuali…<omissis>… Il collaudo deve essere basato sulle risultanze di saggi e di prove sia in situ che su campioni, in laboratorio”.

Sostanzialmente quindi, il nostro paese ammette la libera progettazione, purché sia fondata su basi scientificamente corrette e sia corredata da verifiche sperimentali. L’approccio del design by testing è la forma più appropriata per la progettazione d’interventi di rinforzo, dove i parametri in gioco sono tanti e il modello di calcolo non può essere costruito, senza tenere in considerazione la reale struttura su cui si interagisce. Questa situazione si rende ancor più necessaria qualora s’impieghino materiali anisotropi come alcuni FRP, cioè materiali che presentano elevate prestazioni meccaniche nella direzione delle fibre, ma prestazioni mediocri nelle altre direzioni di carico. L’esecuzione di una serie di prove sperimentali prima e dopo l’intervento, mette in grado il progettista di calibrare un modello di calcolo aderente alla risposta della struttura specifica su cui si interviene, ottenendo il duplice obiettivo di conoscere con precisione lo stato di salute della struttura e ottimizzare l’uso del materiale di rinforzo per il raggiungimento dei requisiti voluti. Il rinforzo con FRP presenta, a differenza delle tecnologie tradizionali, caratteristiche quali l’estrema leggerezza, la non invasività dell’intervento, una elevata durabilità in qualsiasi tipo d’ambiente, la velocità di esecuzione e la completa reversibilità. Tali caratteristiche rendono l’intervento di rinforzo versatile rispetto a quelli possibili con tecniche tradizionali, senza contare il fatto che l’elemento da rinforzare non modifica la sua sagoma e non incrementa significativamente il peso, beneficio importante se si opera in zona sismica. I recenti eventi sismici che hanno colpito Umbria e Marche nel ’97-’98 hanno indotto molti progettisti ad orientarsi verso l’uso di questi materiali per il rinforzo di edifici in muratura, specie se con connotazioni di valore storico- artistico, proprio per le qualità sopra ricordate.

L’uso dei materiali compositi infatti, a differenza di altre tecniche, non comporta modificazioni nelle inerzie delle murature nelle normali condizioni d’esercizio, mentre si manifesta in luogo di particolari condizioni di carico (ad esempio la forza orizzontale provocata da un sisma), quando la muratura da sola non sarebbe in grado di sviluppare le caratteristiche di resistenza richieste dall’evento. Ad esempio, l’intervento di cerchiatura di un edificio consente di attuare un contenimento dei maschi murari non ammorsati tra loro in modo non invasivo, laddove prima si sarebbe costruito, ad esempio, un cordolo in c.a. Il consolidamento di archi e volte è un altro tema delicato, visto che spesso ci si trova a dover rispondere ad esigenze non solo statiche, ma anche architettoniche: in Italia spesso ci si trova dinnanzi ad elementi strutturali che fanno anche da supporto, per esempio, ad affreschi di grande pregio, dove un intervento tradizionale avrebbe delle limitazioni notevoli, e comunque vietate dalla Soprintendenza, mentre l’intervento in FRP consente un intervento veloce, reversibile e non invasivo.