Placcaggi vincenti

Materiali e sistemi per i moderni interventi di rinforzo e ripristino strutturale. Prestazioni e grande facilità di impiego tra i vantaggi principali
Per gli elementi edilizi degradati o compromessi nella propria funzione resistente e statica nel corso della loro esistenza, le tecniche di ripristino e rinforzo strutturale sono concettualmente note fin dall’insorgere delle prime necessità di intervento, quando il legno, le murature di ogni genere e poi il calcestruzzo stesso dimostrarono in pieno la propria aggredibilità da parte degli agenti atmosferici ovvero applicazioni inadatte ne favorirono il rapido deperimento. In molti casi si tratta di restituire la sezione strutturale resistente alle dimensioni originarie, con risarcimenti e ripristini del materiale in buona integrazione tra il vecchio e il nuovo, la cui unione deve risultare di assoluta affidabilità, oppure occorre intervenire in soccorso di un manufatto il cui impegno resistente nei confronti dei carichi e degli agenti esterni non è stato adeguatamente valutato e occorre dunque ripensarne la funzionalità.
Rispetto al più recente passato, tuttavia, i moderni sistemi basati su rinforzi in fibre minerali e resine o malte speciali applicati ai manufatti consentono di intervenire con grande efficacia strutturale, senza praticamente modificare l’aspetto estetico delle realizzazioni in opera e con elevate doti di durabilità. Di seguito, una breve rassegna di quali siano questi più recenti prodotti e come vengano applicati “a sistema”, nelle proposizioni che ogni azienda offre al mercato.

I materiali
A oggi sono sostanzialmente tre le categorie alle quali è possibile ricondurre le fibre minerali in genere e le loro varie tessiture di posa: la lana di vetro e le aramidiche; le fibre di carbonio.; le fibre di basalto.
Ciascuna applicazione, poi, è ottenuta in abbinamento del tessuto artificiale prescelto e più idoneo al tipo dell’intervento, con una matrice liquida densa o in pasta di resina, in genere bicomponente, oppure con malte plastiche di nuova formulazione il cui compito è quello di far aderire in modo continuo e duraturo il rinforzo al manufatto da trattare.
I prodotti fibrorinforzati del primo tipo, a matrice polimerica a fibre continue in vetro GFRP - Glass Fiber Reinforced Polymer, sono materiali compositi, eterogenei e anisotropi, che mostrano un comportamento elastico lineare prevalentemente elastico fino al collasso: ovvero si deformano costantemente sotto l’effetto degli sforzi introdotti, fino alla loro perdita di resistenza e rottura.
Le fibre di vetro sono usate per la fabbricazione di compositi ad elevate prestazioni e si distinguono per l'elevata resistenza agli alcali, garantendo un'elevata durabilità.
Le migliori applicazioni delle reti in fibre di vetro si danno nel rinforzo strutturale "armato" di strutture in muratura ma sono particolarmente consigliate anche nei rinforzi sismici di componenti architettonici tradizionali quali volte, archi o mensole. Nelle realizzazioni di continuità su paramenti murari, la loro funzione è di incrementarne la resistenza al taglio, con una contemporanea ridistribuzione degli sforzi a beneficio dell’eliminazione di crepe e fessure.
I prodotti fibrorinforzati del secondo tipo, a matrice polimerica a fibre continue in carbonio CFRP - Carbon Fiber Reinforced Polymer, sono ancora materiali compositi, eterogenei e anisotropi, che mostrano un comportamento prevalentemente elastico lineare fino al collasso. Le fibre di carbonio sono però usate per la fabbricazione di compositi ad elevate prestazioni e si distinguono per il loro alto modulo di elasticità - 240, 390 o 640 GPa - e per la loro elevata resistenza a trazione – 4200/4800 MPa. Esse esibiscono un comportamento a rottura intrinsecamente fragile e, a confronto con le fibre di vetro - GFRP e con quelle aramidiche - AFRP, il kevlar, le fibre di carbonio risultano essere le meno sensibili ai fenomeni di scorrimento viscoso, creep per gli addetti ai lavori, e di fatica, e sono contraddistinte da una modesta riduzione della resistenza a lungo termine.
Le fibre di carbonio si distinguono in: fibre ad Alta Tenacità - HT, fibre ad alto modulo – HM e fibre ad altissimo modulo – UHT. I prodotti aventi un diametro di pochi micron sono assemblati in un filo che può essere caratterizzato dal numero di fibre componenti il filo o dal loro peso. Le fibre di carbonio presentano un'elevatissima resistenza alle alte temperature (oltre 1000 °C), non bruciano, sono chimicamente resistenti a qualsiasi agente chimico e non subiscono fenomeni di invecchiamento. In commercio sono pure disponibili delle fibre minerali di basalto, roccia derivata dalla solidificazione della lava vulcanica, le quali sono frequentemente utilizzate nelle strutture di muratura, pietrame o tufo. Le fibre sono filamenti molto sottili dotati di notevoli proprietà meccaniche e fisiche: hanno tipicamente un diametro compreso tra i 9 e 13 μm, diametro che è molto superiore al limite di respirabilità (circa 5 μm). Sono inoltre ottimi isolanti termici e acustici, mantengono le proprietà meccaniche anche ad alte temperature e sono molto stabili chimicamente, sia in ambiente acido che alcalino.

Le applicazioni
Le lamine minerali composite di fibre resistenti alla corrosione si applicano oggi efficacemente per rinforzi per strutture in cemento armato, muratura, opere in pietra, acciaio, alluminio e legno, per le molteplici occorrenze che la corretta utilizzazione o salvaguardia del patrimonio edilizio esistente impone. I vantaggi degli FRP in genere sono molteplici: leggerezza, elevate proprietà meccaniche, caratteristiche anticorrosive sconosciute alle più tradizionali e ancora utilizzate placche in acciaio. I compositi si adattano bene anche ad applicazioni in cui è necessario preservare le caratteristiche estetiche della struttura originaria, negli edifici di interesse storico o artistico, o in casi in cui i rinforzi tradizionali sarebbero di difficile applicazione per limitatezza dello spazio a disposizione. Gli spessori di ripristino necessari, infatti, e la facile adattabilità dei tessuti ai manufatti da trattare costituiscono l’interessante vantaggio di poter riportare gli elementi stessi praticamente alle forme geometriche originarie, pur senza smantellare la sovrastante struttura: riducendo al minimo i problemi di invasività e di ingombro, questi sistemi garantiscono anche la totale reversibilità. I nuovi materiali introdotti, inoltre, non alterano significativamente il peso proprio iniziale degli elementi strutturali oggetto di ripristino, né vanno a modificare il rapporto di rigidezza adottato in origine tra questi e gli altri elementi componenti la struttura.
Il rinforzo di strutture lignee con FRP, comprende sia la restituzione delle capacità prestazionali ad un elemento deteriorato, sia il miglioramento delle prestazioni di un elemento strutturale integro.
In breve e schematica sintesi, i principali vantaggi offerti sono:
- le elevate proprietà meccaniche ottenute nelle applicazioni, con l’abbinamento dei moderni materiali dalle elevate prestazioni;
- la direzionalità del rinforzo, con ottimizzazione nella selezione del miglior tessuto allo scopo adottabile, grazie a una precisa progettazione dell’intervento;
- l’ampia adattabilità di forma, rispetto ai materiali tradizionali, con lavorazioni all’atto della posa che ricostruiscono il manufatto originario con le medesime caratteristiche dimensionali;
- la modesta invasività, grazie al controllo di ogni fase di posa e facile maneggevolezza dei componenti i sistemi;
- la modesta riduzione di resistenza nel tempo di ogni rinforzo ottenuto;
- la facilità di posa, spesso privilegiata in contesti operativi difficili o destinati alla pubblica fruizione;
- le elevate caratteristiche anticorrosive, come già accennato, certamente superiori ai componenti adottati nelle soluzioni tradizionali.
Per contro, le applicazioni scontano una maggior onerosità di costi, da valutarsi nel complesso, e la necessità, almeno per le prime esperienze da effettuarsi, di un’assistenza specialistica e tecnica, sia in fase di progettazione che di esecuzione per ogni consolidamento.
Le aziende produttrici dei sistemi offrono oggi una gamma sempre più completa di prodotti, in funzione proprio delle molteplici necessità che gli interventi di ripristino e la natura delle strutture in oggetto richiede. I materiali di base sono costituiti da resine epossidiche bicomponenti disponibili in varie formulazioni a seconda dell’utilizzo, per imprimitura, rasatura oppure incollaggio; da tessuti mono o bidirezionali in carbonio ad alta resistenza o ad alto modulo, tessuti mono direzionali in fibra di vetro, barre in carbonio ad alta resistenza, lamine in carbonio disponibili in vari moduli elastici; da connettori aramidici e ogni complemento e accessorio indispensabile a una veloce e sicura applicazione.
Poiché le realizzazioni sono sempre date sul posto, e i materiali devono essere dosati e preparati a piè d’opera secondo le prescrizioni del produttore, il funzionamento ottimale di un rinforzo strutturale di materiale composito è subordinato a diversi fattori e pur sempre legato al buon comportamento degli applicatori coinvolti. Tra questi fattori, rientra la preparazione del substrato su cui il rinforzo è applicato e la sua messa in opera, a seconda che ci si riferisca ad applicazioni “per aderenza” - rinforzi a flessione o a taglio, o applicazioni “per contatto” - confinamento passivo di manufatti strutturali. Una volta poi che un intervento di rinforzo sia stato realizzato, è sempre necessario procedere al suo controllo e, in seguito, al suo eventuale monitoraggio nel tempo mediante prove non distruttive. La qualità dell’esecuzione del rinforzo medesimo molto dipende anche dalle condizioni di temperatura e umidità ambientali alle quali si interviene: la qualità dell’installazione di sistemi a base di FRP la cui polimerizzazione avviene in situ, e non è quindi controllata in stabilimento, può essere inficiata da condizioni ambientali esterne anomale o da un’esposizione dei manufatti successiva all’intervento a condizioni atmosferiche non idonee.
Le realizzazioni possono darsi “a umido” o “a secco”, a seconda che i tessuti siano impregnati per immersione nella resina prima della loro posa ovvero vengano stesi sul supporto comunque in precedenza trattato e poi fatti aderire e ricoperti dall’idoneo rasante. L’impregnazione avviene manualmente, in vaschette predisposte e contenenti la resina combinata nel giusto dosaggio dei propri componenti, ma, per applicazioni di maggior portata, ci si può aiutare con apposite macchine impregnanti a rulli.
Qualora, infine, i rinforzi stesso introdotti fossero destinati a fornire prestazioni complementari, quali resistenze aggiuntive al fuoco o a atmosfere particolarmente aggressive, è bene prevedere in anticipo come tali prestazioni siano da conferire agli elementi ripristinati.

Normativa di riferimento
Con l'entrata in vigore delle nuove Norme Tecniche sulle Costruzioni , le NTC di cui al D.M. 14.01.2008 e le relative Istruzioni, di cui alla Circolare n. 617/2009 del 02.02.2009, il quadro normativo relativo alla progettazione, al calcolo, all'esecuzione ed al controllo di interventi di rinforzo, consolidamento e adeguamento sismico mediante il ricorso ai materiali compositi in FRP si è notevolmente modificato e codificato. Nonostante, infatti, la novità pur sempre rappresentata da questo tipo di prodotti, le applicazioni effettuate finora hanno consentito di acquisire sempre maggiori certezze pratiche e teoriche, tanto dall’essere oggetto di formulazioni normative, se non sempre cogenti, pure di importante indirizzo.
Il Consiglio Nazionale delle Ricerche, nel periodo 2004-2007, ha emanato le Linee Guida di riferimento per il settore, frutto dell’interesse scientifico di molti ricercatori operanti nei campi della Meccanica delle Strutture, delle Costruzioni, della Riabilitazione Strutturale e dell'Ingegneria Sismica. In particolare citiamo le:
- CNR DT 200/2004 - Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Interventi di Consolidamento Statico mediante l’utilizzo di Compositi Fibrorinforzati - Materiali, strutture in c.a. e in c.a.p., strutture murarie;
- CNR DT 201/2005 - Studi preliminari finalizzati alla redazione di Istruzioni per Interventi di Consolidamento Statico di Strutture Lignee mediante l'utilizzo di Compositi Fibrorinforzati;
- CNR DT 202/2005 - Studi preliminari finalizzati alla redazione di Istruzioni per Interventi di Consolidamento Statico di Strutture Metalliche mediante l'utilizzo di Compositi Fibrorinforzati;
- CNR DT 203/2006 - Istruzioni per la progettazione, l'esecuzione ed il controllo di strutture di calcestruzzo armato con barre di materiale composito Fibrorinforzato;
- CNR DT 205/2007 - Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Strutture realizzate con Profili Pultrusi di Materiale Composito Fibrorinforzato (FRP).
Tali documenti sono il principale punto di riferimento per il settore, poichè rappresentano la sintesi tra la ricerca scientifica italiana e quella internazionale. Ai citati documenti rimanda esplicitamente la vigente normativa italiana:
Ordinanza P.C.M. n° 3274 del 20/3/2003 - Testo integrato dell'Allegato 2
- Edifici - come modificato dall'O.P.C.M. 3431 del 3/5/2005:
- Cap. 11.3 - Edifici in cemento armato - Par. 11.3.3.3 Placcatura e fasciatura in materiali fibrorinforzati;
- Cap. 11.5 - Valutazione della sicurezza di edifici in muratura - Par. 11.5.6.2 Tipo di Intervento.
Circolare n. 617 del 2/2/2009 - Istruzioni per l’Applicazione Nuove Norme Tecniche Costruzioni di cui al Decreto Ministeriale 14 gennaio 2008:
- Cap. C8 - Costruzioni Esistenti - Par. C8.7.1.8 Criteri per la scelta dell'intervento;
- All. C8 A.5 - Criteri per gli interventi di consolidamento di edifici in muratura;
- Par. C8 A.5.1 Interventi volti a ridurre le carenze dei collegamenti;
- Par. C8 A.5.2 Interventi sugli archi e sulle volte;
- Par. C8 A.5.3 Interventi volti a ridurre l'eccessiva deformabilità dei solai;
- All. C8 A.7 - Modelli di capacità per il rinforzo di elementi in calcestruzzo armato;
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