FIBRA DI CARBONIO | RINFORZI SISMICI E STRUTTURALI IN EDILIZIA

CONSOLIDAMENTO DI EDIFICI ESISTENTI IN FIBRA DI CARBONIO PER L’ADEGUAMENTO STATICO E IL MIGLIORAMENTO SISMICO

TESSUTI E RETI IN FIBRA DI CARBONIO

I prodotti fibrorinforzati fibra di carbonio a matrice polimerica (CFRP – Carbon Fiber Reinforced Polymer) o a matrice cementizia (C-FRCM – Carbon Fiber Reinforced Cementitious Matrix) sono materiali compositi, eterogenei ed anisotropi, prevalentemente con comportamento elastico lineare fino al collasso.

La fibra di carbonio ha un comportamento a rottura di tipo fragile e, a confronto con la fibra di vetro (GFRP) e con quella arammidica (AFRP), risulta essere le meno sensibili ai fenomeni di scorrimento viscoso (creep) e di fatica. È inoltre contraddistinta da una modesta riduzione della resistenza a lungo termine.

La fibra di carbonio, avente un diametro di pochi micron, è assemblata in tessuti per l’edilizia tramite fili, caratterizzati dal numero di fibre che lo compongono o dal loro peso: 12 k = 12000 fibre (800 Tex) o 24 k = 24000 fibre (1600 Tex).

I rinforzi sismici e strutturali con la fibra 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 edilizia la fibra di carbonio consente di realizzare un intervento efficace, duraturo, poco invasivo e, soprattutto, reversibile e, quindi, compatibile con le esigenze di tutela e conservazione di qualunque bene architettonico: i materiali compositi fibrorinforzati possono essere rimossi mediante trattamento termico volto a disgregare le strutture cristalline delle resine epossidiche.

In luogo delle resine epossidiche, quale matrice per l’incollaggio dei tessuti e delle reti in fibra di carbonio, nell’edilizia storica e/o tutelata può essere utilizzata una specifica malta idraulica di natura inorganica, esente da solventi, a base cementizia e/o pozzolanica.

INTERVENTI PER LA MESSA IN SICUREZZA SISMICA DEGLI EDIFICI

Miglioramento e adeguamento sismico con fibre di carbonio

Prec Succ

Le Norme Tecniche per le Costruzioni di cui al D.M. 17.01.2028 (NTC-2018) prevedono l’impiego di materiali compositi rinforzati con fibre di carbonio (CFRP – Carbon Fiber Reinforced Polymer) tra i criteri di progettazione degli interventi di riparazione, miglioramento ed adeguamento sismico di costruzioni in muratura ed in cemento armato.

Le fibre di carbonio (C-FRP o C-FRCM) rappresentano la soluzione tecnologica più evoluta per l’esecuzione di interventi di rinforzo strutturale per l’adeguamento e/o il miglioramento sismico. E’ una tecnica altamente innovativa, leggera, non invasiva, di rapida esecuzione, dalle elevatissime caratteristiche meccaniche che consente di rinforzare il sistema strutturale di tutti gli edifici, siano essi in muratura e/o in cemento armato, compresi quelli prefabbricati ad uso produttivo (capannoni).

Le fibre di carbonio, che possono essere applicate a tutti i materiali tradizionali, rappresentano la soluzione con il miglior rapporto qualità-prezzo per interventi di adeguamento e miglioramento sismico di strutture esistenti: ottimizzando l’intervento secondo il principio “della giusta misura e del minimo intervento”, la tecnica delle fibre di carbonio risulta la più efficace per il miglioramento sismico di strutture esistenti.

SCHEDE TECNICHE

IDES.Wrap C-UNI/220

TESSUTO UNI-DIREZIONALE TERMOSALDATO IN FIBRA DI CARBONIO DA 220 G/M2

Tensione di rottura a trazione	4800 MPa
Modulo elastico a trazione	240 GPa
Allungamento a rottura	1,90%
Densità	1,8 g/m3
Peso carbonio	200 g/m2
Termosaldatura in vetro	20 g/m2
Direzione fibre	0°
Sezione resistente	1,1 mm2/cm
Spessore equivalente a secco	0,11 mm
Larghezze standard	8, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 cm

IDES.Wrap C-UNI/320

TESSUTO UNI-DIREZIONALE TERMOSALDATO IN FIBRA DI CARBONIO DA 320 G/M2

Tensione di rottura a trazione	4800 MPa
Modulo elastico a trazione	240 GPa
Allungamento a rottura	1,90%
Densità	1,8 g/m3
Peso carbonio	300 g/m2
Termosaldatura in vetro	20 g/m2
Direzione fibre	0°
Sezione resistente	1,65 mm2/cm
Spessore equivalente a secco	0,165 mm
Larghezze standard	8, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 cm

IDES.Wrap C-UNI/420

TESSUTO UNI-DIREZIONALE TERMOSALDATO IN FIBRA DI CARBONIO DA 420 G/M2

Tensione di rottura a trazione	4800 MPa
Modulo elastico a trazione	240 GPa
Allungamento a rottura	1,90%
Densità	1,8 g/m3
Peso carbonio	400 g/m2
Termosaldatura in vetro	20 g/m2
Direzione fibre	0°
Sezione resistente	2,2 mm2/cm
Spessore equivalente a secco	0,22 mm
Larghezze standard	8, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 cm

IDES.Wrap C-QUAD/420

TESSUTO QUADRI-ASSIALE TERMOSALDATO IN FIBRE DI CARBONIO DA 420 G/M2

Tensione di rottura a trazione	4800 MPa
Modulo elastico a trazione	240 GPa
Allungamento a rottura	1,90%
Densità	1,8 g/m3
Peso carbonio	4 x 100 g/m2
Termosaldatura in vetro	20 g/m2
Direzione fibre	-45°, 0°, 45° e 90°
Sezione resistente	4 x 0,55 mm2/cm
Spessore equivalente a secco	4 x 0,055 mm
Larghezze standard	21, 25, 31.5, 42, 63, 126 cm

IDES.Wrap C-BI/188

TESSUTO BI-ASSIALE TERMOSALDATO IN FIBRE DI CARBONIO DA 188 G/M2

Tensione di rottura a trazione	4800 MPa
Modulo elastico a trazione	240 GPa
Allungamento a rottura	1,90%
Densità	1,8 g/m3
Peso carbonio	2 x 88 g/m2
Termosaldatura in vetro	12 g/m2
Direzione fibre	0° e 90°
Sezione resistente	2 x 0,48 mm2/cm
Spessore equivalente a secco	0,048 mm
Larghezze standard	20, 25, 50, 100 cm

IDES.Wrap C-BI/320

TESSUTO BI-ASSIALE TERMOSALDATO IN FIBRE DI CARBONIO DA 320 G/M2

Tensione di rottura a trazione	4800 MPa
Modulo elastico a trazione	240 GPa
Allungamento a rottura	1,90%
Densità	1,8 g/m3
Peso carbonio	2 x 150 g/m2
Termosaldatura in vetro	20 g/m2
Direzione fibre	0° e 90°
Sezione resistente	2 x 0,825 mm2/cm
Spessore equivalente a secco	0,0825 mm
Larghezze standard	20, 25, 50, 100 cm

CARATTERISTICHE TECNICHE DEI COMPOSITI FIBRORINFORZATI

Nei sistemi fibrorinforzati le fibre svolgono il ruolo di elementi portanti sia in termini di resistenza che di rigidezza; la matrice funge da elemento di trasferimento degli sforzi tra le fibre e tra quest’ultime e l’elemento strutturale a cui il composito è applicato. In figura sono descritti qualitativamente i legami costitutivi di fibre, matrice e composito.

REVERSIBILITÀ DELLA FIBRA DI CARBONIO SULLE MURATURE

La fibra di carbonio non è solo strutturalmente efficace, duratura e poco invasivo, ma anche reversibile e pertanto compatibile con le esigenze di tutela e conservazione di un edificio soggetto a vincolo di salvaguardia da parte della Soprintendenza: può essere rimossa mediante trattamento termico, ossia mediante ciclo di riscaldamento e raffreddamento volto a far disgregare le strutture cristalline delle resine epossidiche (C-FRP). Peraltro, in luogo delle resine epossidiche, quale matrice per l’incollaggio dei tessuti in fibre di carbonio, può essere utilizzata specifica malta idraulica di natura inorganica, esente da solventi, a base cementizia o pozzolanica(C-FRCM).

Gli interventi in Fibra di carbonio sono mirati ad assicurare alla costruzione in muratura un soddisfacente comportamento d’insieme, per contrastare i meccanismi di collasso legati ai cinematismi dei pannelli murari (dovuti sia alle azioni fuori piano, sia alle azioni nel piano del pannello). Questo, infatti, è il prerequisito essenziale per l’applicazione dei metodi di analisi sismica globale dell’edificio, che si basano sul comportamento delle pareti murarie nel proprio piano, presupponendone la stabilità nei riguardi di azioni sismiche anche fuori dal piano.

In estrema sintesi, l’intervento con tessuti in fibre di carbonio consente allo stesso tempo:

di ridurre le carenze dei collegamenti
di ridurre la deformabilità della struttura
di incrementare la resistenza degli elementi murari

In termini strutturali, l’intervento in fibre di carbonio è di gran lunga superiore rispetto all’impiego di tiranti metallici. Con tale soluzione, infatti, essendo l’ancoraggio alle murature garantito mediante capochiave, la forza viene applicata solo agli estremi (che tendono ad allungarsi), e non – come avviene per i CFRP – ai singoli conci (sezioni), in funzione delle singole deformazioni.

L’intervento con fibre di carbonio è da preferire anche a quello delle perforazioni armate. Soluzione, quest’ultima, da limitarsi ai sensi della Direttiva P.C.M. del 9.2.2011 esclusivamente “ai casi in cui non siano percorribili altre soluzioni”, a causa della notevole invasività, della dubbia durabilità e dell’accertata irreversibilità.

Per gli stessi motivi sono da escludere tutte le soluzioni in calcestruzzo armato che, oltre alle questioni non trascurabili legate alla compatibilità dei materiali, appesantiscono e irrigidiscono la costruzione con conseguenze dannose dal punto di vista strutturale (scorrimenti e disgregamenti della muratura).

Come richiesto dal § 6 della Direttiva P.C.M. del 9.2.2011, l’intervento in fibra di carbonio:

conserva il funzionamento strutturale iniziale, evitando di alterare l’originale distribuzione delle masse e delle rigidezze
si integra con la struttura esistente, evitando tutte le opere di demolizione-sostituzione e di demolizione-ricostruzione
consente di conseguire elevati livelli di sicurezza sismica, con interventi minimali sul manufatto storico e, soprattutto, interventi in grado di trasformare in modo non permanente l’edificio

Via Galileo Galilei, 50 – Brescia

030 66 60 491

info@fibredicarbonio.it

339 811 29 22

ides.srl@pec.it