Materiali compositi e fibra di carbonio: elevate prestazioni per la resistenza sismica

Nel rinforzo antisismico delle strutture esistenti la priorità è intervenire in modo efficace e poco invasivo. Tra le soluzioni disponibili, le più moderne derivano dalla ricerca sui materiali compositi antisismici che ha portato alla realizzazione di applicazioni che uniscono leggerezza, alta resistenza e rapidità di posa. Oltre ad acciaio, calcestruzzo ad alte prestazioni e al legno ingegnerizzato, oggi sono i compositi ad essere diventati i materiali di riferimento per le ristrutturazioni “intelligenti” del costruito. Parliamo di fibra di carbonio, fibra di vetro e aramidi, utilizzati per aumentare duttilità, confinamento e dissipazione dell’energia.

Più in generale, i materiali compositi antisismici impiegati in ambito strutturale sono costituiti da una matrice polimerica (resina epossidica o vinilestere) che ingloba fibre ad alta resistenza: carbonio, vetro, aramide. La combinazione crea un materiale leggero che non si corrode, con un elevato rapporto resistenza/peso e buona duttilità. Sono requisiti chiave per determinare un comportamento sismico in grado di proteggere l’edificio. Applicati come lamine, tessuti o fasciature, i compositi consentono interventi mirati su pilastri, travi, nodi e pannelli prefabbricati, aumentando la capacità portante e di dissipare energia della struttura.

La posa dei materiali compositi antisismici è rapida e poco invasiva: le superfici vengono preparate, si applica la resina e si dispone il rinforzo in tessuto o in lamina. In caso di interventi in ambito aziendale, spesso non è necessario interrompere le attività produttive o commerciali. Il risultato è un confinamento più efficace delle zone critiche (per esempio i nodi tra trave e pilastro), un incremento della resistenza a taglio e a flessione e una riduzione del danneggiamento sotto i carichi ciclici tipici del sisma. Rispetto all’acciaio, i compositi hanno una migliore durabilità nel tempo e mantengono le prestazioni anche in ambienti aggressivi esposti a umidità, salsedine o agenti chimici, con pesi aggiunti alla struttura quasi trascurabili.

La fibra di carbonio è il riferimento per i rinforzi sismici quando sono necessarie elevate prestazioni: si tratta di filamenti di 5–7 micrometri; cioè, filamenti sottili quanto una frazione di millesimo di millimetro, con modulo elastico elevato, resistenza a trazione molto elevata e peso ridotto. Nei sistemi CFRP (Carbon FRP) la lamina o il tessuto lavora a trazione e coopera con la matrice e il supporto in calcestruzzo nel confinare le zone compresse e incrementare la duttilità del componente.

Applicata a fasciatura di pilastri prefabbricati o a rinforzo di nodi e pannelli, la fibra di carbonio aumenta la resistenza locale (a taglio e a flessione), dissipa l’energia ciclica tipica del sisma e limita l’apertura delle fessurazioni, preservando la funzionalità dell’opera. L’inerzia alla corrosione si traduce in manutenzione ridotta e stabilità prestazionale nel tempo. Per queste ragioni il CFRP è particolarmente indicato in capannoni prefabbricati, infrastrutture ed edifici esistenti dove sono necessari interventi leggeri, reversibili e rapidi.

La tecnologia dei compositi è supportata in Italia da una filiera industriale e di ricerca consolidata che ha sviluppato, in particolare, competenze verticali sulla fibra di carbonio, favorendo qualità e tracciabilità. La diffusione dei materiali compositi fibrorinforzati nei cantieri post‑sisma e nei prefabbricati industriali conferma la maturità della soluzione: rinforzi localizzati, cantieri rapidi, limitata invasività e continuità operativa.

Per quanto riguarda la messa in sicurezza dei capannoni prefabbricati, in ambito industriale, il salto di qualità deriva dall’integrazione di questi materiali nei dispositivi antisismici, studiati e progettati per realizzare connessioni non rigide tra gli elementi. A seguito dei terremoti che hanno interessato il nord Italia nel 2012, la collaborazione con l’Università di Bologna ha portato alla progettazione e ingegnerizzazione di una gamma di dispositivi a fusibile dissipativo, capaci di garantire ogni tipologia di collegamento strutturale nei capannoni industriali. Il primo di questi,

SismoCell, realizzato in acciaio e fibra di carbonio, è pensato per essere installato tra trave e pilastro. La sua efficacia nel proteggere questi edifici, dipende, oltre che dal suo funzionamento, dai materiali di cui è composto.

Il funzionamento meccanico a fusibile consente di assorbire l’energia sismica concentrandola sul dispositivo stesso evitando così crolli e collassi. Si tratta di un principio di dissipazione dell’energia derivato dal settore dell’automotive, in cui la deformazione plastica della sezione composta acciaio-fibra di carbonio permette di assorbire grandi quantità di energia in dimensioni molto ridotte.

I compositi offrono prestazioni meccaniche elevate, durabilità e rapidità di posa; integrati con la gamma dei dispositivi Sismocell, rendono possibili quelle ristrutturazioni intelligenti che consentono di rinnovare le strutture prefabbricate esistenti garantendone sicurezza. Il miglior modo per realizzare quella “resilienza sostenibile” che vede l’efficientamento energetico come parte di un processo che include nella ristrutturazione la garanzia di stabilità e protezione dell’edificio contro gli effetti distruttivi di un terremoto.