L'APPLICAZIONE DEI MATERIALI COMPOSITI (FRP - FRCM): PROGETTO, DIREZIONE DEI LAVORI, COLLAUDO

Qualifiche dell'autore: 
direttore tecnico e progettazione di Ardea Progetti e Sistemi Srl, Bologna

Ardea Progetti e Sistemi Srl, oltre che produrre e distribuire materiali compositi per edilizia ed il restauro, garantisce un importante servizio di assistenza tecnica rivolto a progettisti e imprese. Tale servizio è offerto dalla direzione tecnica, di cui sono responsabile, che si occupa della progettazione, assistenza tecnica all’applicazione, direzione dei lavori, ricerca e sviluppo di rinforzi, resine, connettori e soluzioni innovative.

Prima di avviare un intervento, il progettista deve prevedere ed eventualmente risolvere quattro aspetti: le prestazioni attese, la durata nel tempo del materiale applicato, la durata dell’intervento e, per gli interventi di restauro, la reversibilità. La normativa di riferimento per questo tipo di progettazione è l’NTC 2008.

Come abbiamo visto negli interventi precedenti, si stanno sviluppando sul mercato nuovi materiali compositi per il rinforzo, i Fiber Reinforces Cementitious Matrix (FRCM), che, al posto della matrice polimerica, utilizzano matrici inorganiche come la calce o il cemento. Con la nascita di questo nuovo settore, Ardea ha attivato una sperimentazione, in collaborazione con CIRI e DICAM di Bologna, i due centri di ricerca per l’edilizia più importanti dell’Emilia Romagna.

Come noto, le malte di calce o di cemento non hanno resistenza a trazione, per cui la resistenza deve essere affidata al rinforzo. Per ottenere un vero e proprio materiale composito, anche nel caso degli FRCM, è necessario realizzare un’ottima adesione fibra matrice. Utilizzando il promotore di adesione Betontex IPN01, oltre che legare le fibre alla matrice, abbiamo ottenuto anche prestazioni meccaniche straordinarie: un carico di rottura a trazione di 1000 megapascal (MPa) per una calce rinforzata con uno strato di rete in vetro; 2000 MPa per la stessa calce rinforzata con una rete di fibre in carbonio; un’ottima resistenza al fuoco (di classe 1); infine, una buona traspirabilità.

Per quanto riguarda il materiale applicato ai manufatti, sono state eseguite prove di compressione diagonale, prove di compressione assiale su pilastri e prove su travi in cemento armato. In tutti i casi sperimentati, i risultati ottenuti dalle resine IPN si sono rivelati comparabili, quando non addirittura superiori, a quelli delle resine epossidiche.

Aspetto estremamente importante nella fase di progettazione è la previsione di durata nel tempo della resistenza del rinforzo. Un rinforzo in fibra di carbonio applicato con matrice polimerica e/o matrice inorganica è il materiale che garantisce la migliore durata, oltre a mantenere elevato il livello di prestazione.

Nella fase di progettazione è necessario immaginare anche le modalità di rottura del rinforzo. Tradizionalmente ci si attende una rottura di tipo coesivo, ovvero interna al materiale cui si applica il rinforzo; in questo caso sono fondamentali la pulizia profonda della superficie e la ricostruzione delle parti mancanti: la superficie infatti, per garantire l’ingranamento, deve risultare planare ma scabra. La rottura nel caso di interventi di restauro può anche essere di tipo adesivo, ovvero all’interno dell’adesivo: soprattutto per i beni tutelati, è importante che non si verifichi la rottura della muratura su cui è applicato il rinforzo. A seconda del tipo di rottura che ci si attende, si determina l’utilizzo di uno o l’altro meccanismo di aderenza. E qui interviene l’altro aspetto della progettazione, di fondamentale importanza soprattutto quando si ha a che fare con gli interventi di restauro: la reversibilità. In laboratorio abbiamo verificato che, interponendo una particolare sostanza tra la superficie e la fibra, al momento della rimozione della fibra il materiale lapideo non risulta contaminato. Nel caso dell’intervento di restauro del Castello di Mango, nella provincia di Cuneo, per esempio, abbiamo operato in modo tale da raggiungere due obiettivi: rendere attivo fin da subito il rinforzo e garantire la reversibilità dell’intervento. Si trattava di rinforzare le colonne portanti del castello ed era necessario adoperare un rinforzo attivo, efficace anche nei confronti dei carichi permanenti. Per ottenere tale risultato è stato necessario puntellare la struttura e applicare i rinforzi a struttura parzialmente scarica. In seguito, rimuovendo i puntelli, la fibra è andata subito in tiro, garantendo il livello di rinforzo necessario ai pilastri. Inoltre, per garantire la reversibilità abbiamo previsto l’applicazione della resina epossidica solo nella zona di ancoraggio dei rinforzi, laddove si sviluppa la massima forza, quindi nella sovrapposizione di chiusura, prevedendo sul resto della superficie della colonna un materiale non adesivo. Per mitigare l’intervento e ridurne l’invasività, abbiamo infine applicato sulla resina ancora fresca una polvere della stessa pietra lapidea e una malta, la quale, in termini di tonalità e granulometria, è stata studiata in collaborazione con la Sovrintendenza.

Per quanto riguarda la fase di direzione dei lavori, è importante che chi ha tale responsabilità si accerti in primo luogo che il materiale fornito corrisponda a quello indicato nelle prescrizioni progettuali, che esamini le condizioni del supporto mediante prove distruttive e non, che verifichi che gli operatori addetti all’applicazione abbiano le competenze necessarie alla corretta applicazione del rinforzo e infine che individui le cosiddette zone ‘’testimoni”, ovvero le aree sulle quali gli operatori, nelle stesse condizioni di lavoro e con gli stessi materiali, applicano i rinforzi da sottoporre successivamente a prove di tipo distruttivo. Si possono inoltre effettuare prove non distruttive, per esempio di tipo acustico, e/o termografiche. L’attività di direzione lavori si conclude con il certificato di regolare esecuzione o la relazione a strutture ultimate quando previste.

L’atto finale, dopo la progettazione e la direzione lavori, è il collaudo delle opere oggetto di rinforzo.