Perché si usano i rinforzi strutturali?

Nel corso della loro vita utile, gli edifici esistenti possono avere delle carenze di carattere strutturale, sia nei confronti delle azioni statiche, sia nei confronti delle azioni dinamiche. Questo può portare all’impossibilità di assolvere quelle funzionalità per le quali il corpo strutturale dell’edificio è stato originariamente concepito. I motivi possono essere molteplici, in particolare si evidenziano i seguenti: il degrado dei materiali che non consente più alle strutture esistenti di sostenere i carichi previsti, a causa della perdita delle caratteristiche meccaniche e prestazionali; variazioni delle destinazioni d’uso all’interno della struttura esistente, questo porta a un percorso dei carichi più impegnativo rispetto a quello previsto in condizioni originarie; intervenire per la carenza di dettagli costruttivi negli elementi strutturali dell’edificio oggetto di intervento, a causa di condizioni di carico più gravose, per esempio l’effetto dell’azione sismica, e approcci normativi differenti rispetto alla progettazione passata. L’incremento del carico di natura statica genera delle criticità sui singoli elementi strutturali che vengono direttamente impegnati da tale effetto (travi inflesse, pressoflessione di pilastri), mentre carichi di tipo orizzontale come l’azione sismica, impegnano anche quelle parti dell’edificio che interessano i collegamenti tra i singoli elementi strutturali (nodi trave-pilastro, nodo solaio - parete) e pongono l’attenzione su alcuni criteri di progettazione, che mettono in discussione sia i dettagli costruttivi degli edifici esistenti presenti nel nostro patrimonio edilizio, sia le carenze progettuali di cui sono soggette molte delle nostre strutture. L’obiettivo di alcune tipologie di rinforzi strutturali può essere individuato nelle seguenti: incremento della resistenza di elementi strutturali; incremento della duttilità sia a livello locale che globale della struttura. Uno degli aspetti più rilevanti nell’impiego di alcuni sistemi di rinforzo strutturale risiede nella capacità di possedere un ottimale rapporto peso/resistenza e caratteristiche di anisotropia del rinforzo costituente. Queste proprietà consentono ad alcuni materiali di natura strutturale, quali quelli compositi, di essere orientati nelle direzioni volute e intervenire (anche solo localmente se necessario) in modo “chirurgico”, sulla base dei principi di progettazione che discendono dalla scienza e tecnica delle costruzioni tradizionale.

Il Rinforzo Tradizionale
Gli interventi di rinforzo tradizionali sono sempre stati eseguiti sostituendo o reintegrando i materiali degradati impiegati nelle strutture (blocchi, malte, calcestruzzo, armature) con la finalità di ricostituire la sezione e la continuità originaria, eventualmente aumentando le sezioni per garantire portata e sicurezza maggiori. Nel caso di interventi volti a migliorare le prestazioni strutturali o a contrastare l’azione di forze dannose allo schema strutturale, già nell’antichità venivano inseriti nelle murature elementi in legno e in ferro come catene, tiranti, chiavi e cerchiature. In epoca più recente, abbiamo assistito ad applicazioni di confinamento anche su pilastri in calcestruzzo armato, oltre che alla posa di pesanti lastre in acciaio all’intradosso di travi e solette incollate con resine epossidiche (tecnica del beton plaqué). Queste tipologie di intervento, difficili da eseguire e fortemente invasive per la statica e l’estetica delle costruzioni, manifestano anche una scarsa durabilità al mantenimento dell’efficacia del rinforzo nel tempo.

Il Rinforzo FRCM con matrice inorganica
I sistemi di rinforzo strutturale FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) sono costituiti dall’accoppiamento di una fibra lunga a elevate prestazioni e di una matrice inorganica impiegata con la funzione di adesivo, che sostituisce le resine epossidiche dei sistemi FRP tradizionali.
Il sistema FRCM supera tutti i limiti che riguardano la sicurezza, l’affi dabilità e la durabilità delle prestazioni meccaniche dei sistemi FRP, in quanto la matrice inorganica è più compatibile con il sottofondo e assicura un’effi cace adesione sia alle fi bre strutturali della rete sia ai materiali che costituiscono il sottofondo, garantendo un’elevata affi dabilità del rinforzo strutturale.

La nuova frontiera del rinforzo: i materiali compositi FRCM I sistemi di rinforzo strutturale FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) sono costituiti dall’accoppiamento di una fi bra lunga a elevate prestazioni e di una matrice inorganica impiegata con la funzione di adesivo, che sostituisce quindi le resine epossidiche dei sistemi FRP tradizionali. Ruregold ha introdotto un’innovazione mondiale nel campo dei rinforzi strutturali brevettando diversi sistemi di rinforzo FRCM, ciascuno dei quali è stato appositamente sviluppato per rispondere alle esigenze di rinforzo strutturale delle diverse strutture esistenti: le strutture in calcestruzzo armato e le strutture in muratura. Nei sistemi di rinforzo Ruregold vengono impiegati due diversi tipi di fi bre, carbonio e PBO (poli-parafenilenben-zobisoxazolo), entrambi materiali sintetici che presentano proprietà meccaniche ad alte prestazioni in grado di assorbire gli sforzi generati dai sovraccarichi e dagli eventi eccezionali, quali i terremoti. Le fi bre di PBO, impiegate per i sistemi FRCM, rispetto a quelle in carbonio, hanno una resistenza a trazione superiore del 20% e un modulo elastico maggiore del 15%. Le malte speciali, differenziate nella formulazione per ciascun specifi co sistema di rinforzo, assicurano un’effi - cace adesione sia alle fi bre strutturali della rete sia ai materiali che costituiscono il sottofondo, garantendo un’elevata affi dabilità del rinforzo strutturale. I rinforzi compositi Ruregold impiegano fi bre strutturali tessute con geometria specifi ca per garantire una maggiore versatilità d’impiego, ovvero una maggiore capacità di intercettare gli sforzi anche nelle situazioni di carico più complesse: pressofl essione dei pilastri, resistenza a taglio dei pannelli, fl essione e taglio delle travi e azioni nel piano e fuori dal piano.

I vantaggi della matrice inorganica Impiegare una matrice inorganica per l’applicazione del rinforzo strutturale significa superare tutti i limiti che riguardano la sicurezza, l’affidabilità e la durabilità delle prestazioni meccaniche dei sistemi FRP. Con i sistemi di rinforzo FRCM vengono garantiti: applicabilità su supporti umidi: il legante impiegato è di tipo idraulico e quindi non teme la presenza di umidità; resistenza al fuoco: a contatto diretto con il fuoco la matrice manifesta una reazione identica a quella del supporto, ovvero non è combustibile, ha scarsa emissione di fumo e non rilascia particelle incandescenti; buona resistenza alle elevate temperature: i leganti inorganici mantengono inalterate le loro caratteristiche meccaniche e di adesione al supporto; elevata resistenza ai cicli di gelo e disgelo; permeabilità al vapore acqueo: la matrice evita i fenomeni di condensazione che possono danneggiare le decorazioni parietali; atossicità: la matrice non è un prodotto nocivo per la salute degli operatori né per l’ambiente, quindi può essere applicata senza l’uso di protezioni speciali e può essere smaltita senza particolari precauzioni; semplicità di posa: la matrice premiscelata deve essere mescolata solo con acqua e non richiede l’impiego di squadre specializzate per la messa in opera; elevate affidabilità del sistema assicurate dal comportamento pseudo-duttile rispetto all'impiego di una matrice organica; durabilità anche con elevata umidità ambientale di esercizio: la matrice inorganica non modifica le sue caratteristiche di adesione al supporto; lavorabilità in un ampio range di temperatura: tra +5 °C e +35 °C non esistono sostanziali differenze nei tempi di lavorabilità, presa e indurimento; reversibilità del sistema: il meccanismo di adesione della matrice inorganica consente l’eventuale rimozione del rinforzo; velocità di impiego: grazie alla posa "fresco su fresco"