FRP System di Mapei: caratteristiche e applicazioni

Mapei FRP System è una gamma completa di materiali compositi a base di fibre ad alta ed altissima resistenza meccanica e resine polimeriche appositamente formulate per il rinforzo e l’adeguamento statico di strutture in calcestruzzo armato, precompresso e in acciaio.Il termine FRP è l’acronimo di Fiber Reinforced Polymer, ossia, “materiale polimerico fibrorinforzato”. Gli FRP appartengono alla vasta famiglia dei “compositi strutturali”, ossia, di quei materiali (fra cui possiamo annoverare anche il cemento armato) che sono costituiti da due fasi:

• il rinforzo, presente in forma discontinua e caratterizzato da elevate prestazioni meccaniche
• la matrice, identificabile come un elemento continuo e, di solito, meccanicamente più debole

La caratteristica peculiare dei compositi strutturali è quella di fornire prestazioni meccaniche migliori o, perlomeno, più “complete” di quelle che sarebbero fornite dalle singole fasi componenti. Nei compositi a matrice polimerica (gli FRP per l’appunto) la matrice è generalmente costituita da una resina epossidica mentre i rinforzi sono costituiti da fibre di carbonio.

Gli FRP sono materiali utilizzati già da parecchi anni in settori come quello navale, aeronautico, astronautico e militare dove vengono sfruttati per la loro ineguagliabile resistenza specifica (intesa come resistenza meccanica a trazione per unità di peso).

La notevole riduzione dei costi, in particolare delle fibre di carbonio, dovuta alla loro maggiore diffusione e ad un’ottimizzazione dei processi produttivi, ha consentito recentemente l’introduzione degli FRP anche nel settore delle costruzioni edili.

Gli FRP in edilizia

L’utilizzo degli FRP nell’industria delle costruzioni riguarda essenzialmente il settore del restauro statico delle strutture degradate o danneggiate e quello dell’adeguamento statico, in particolare, in campo antisismico.

In questo settore, le tecniche di intervento basate sull’utilizzo dei materiali tradizionali presentano non poche difficoltà operative e diversi dubbi sulla durabilità futura dell’intervento stesso.

In quest’ottica, un intervento di ripristino basato sull’utilizzo di compositi ad alte prestazioni, risulta più economico di quelli tradizionali se si estende la valutazione economica relativa ai tempi e alle attrezzature necessarie per l’intervento, ai costi derivanti da eventuali interruzioni dell’esercizio della struttura e alla stima della vita utile della struttura stessa a seguito dell’intervento.

I materiali FRP, infatti, grazie all’estrema leggerezza, vengono messi in opera senza l’ausilio di particolari attrezzature e macchinari, da un numero limitato di operatori, in tempi estremamente brevi e, spesso, senza che risulti necessario interrompere l’esercizio della struttura.

Esempi di interventi specifici in cui risulta vantaggioso l’uso degli FRP sono:

• la fasciatura esterna di elementi compressi o pressoinflessi come pilastri, pile da ponte tubazioni, ciminiere ecc.
• il rinforzo di elementi inflessi mediante placcaggio esterno delle zone sollecitate a trazione
• il ripristino di strutture localmente danneggiate da urti come, ad esempio, travi da ponte impattate da mezzi fuori sagoma
• il rinforzo e l’adeguamento sismico di archi e volte in muratura mediante placcaggi all’estradosso anche in presenza di affreschi sulla superficie dell’intradosso e senza pericolo che, come nel caso delle tecniche tradizionali di intervento basate sul getto di una calotta in calcestruzzo all’estradosso, ci sia percolamento di liquidi attraverso la muratura della volta

Che tipo di FRP usare in edilizia?

Il parametro principale che definisce le caratteristiche di un rinforzo fibroso in FRP non è la resistenza a trazione, che risulta sempre enormemente maggiore dei tassi di lavoro cui sono soggetti i rinforzi in FRP, ma il modulo elastico. Più è elevato il modulo elastico delle fibre, più alto è il contributo irrigidente che esse potranno fornire.

Le fibre più adatte ad essere utilizzate nel restauro delle strutture in cemento armato sono quelle di carbonio a media resistenza (carico rottura a trazione > 2000 MPa) e medio-alto modulo elastico (E = 170-250 Gpa).

Per il restauro degli edifici in muratura e delle strutture in legno, caratterizzate da un modulo elastico più basso è, invece, più opportuno ricorrere all’uso di compositi fibrosi caratterizzati da un valore del modulo di elasticità più basso del carbonio. In questo caso, quindi è bene ricorrere all’uso di compositi a base di fibre aramidiche, caratterizzate da un modulo elastico inferiore agli 80 GPa.

Per quanto riguarda la matrice polimerica, le resine epossidiche sono da preferire a quelle in poliestere soprattutto per la loro maggiore capacità di aderire al supporto cementizio.

I compositi strutturali vengono utilizzati nel restauro delle costruzioni sottoforma di:

• tessuti unidirezionali, o pluridirezionali (biassiali o quadriassiali) che possono essere impregnati a piè d’opera con il “sistema ad umido“ o in opera con il “sistema a secco”
• elementi rigidi già impregnati con la resina, ottenuti per mezzo di un processo industriale di estrusione sotto trazione che prende il nome di pultrusione. Quest’ultimi, utilizzati sottoforma di lamelle, vengono incollati alla struttura da restaurare mediante l’utilizzo di resine tissotropiche.

Mapei Carbo System

Mapei Carbo System è un sistema completo di prodotti a base di fibre in carbonio e resine epossidiche per il ripristino e l’adeguamento statico di elementi strutturali in cemento armato, normale e precompresso.

La linea Mapei Carbo System comprende i seguenti prodotti:

• Mapewrap C Ampia gamma di tessuti uniassiali, biassiali e quadriassiali in fibre di carbonio, disponibili in varie grammature, da impregnare a piè d’opera con il “sistema ad umido “ oppure direttamente in opera con il “sistema a secco” per la riparazione e l’integrazione della sezione resistente a flessione e a taglio di elementi in calcestruzzo degradati
• Mapewrap Linea completa di resine per la preparazione del supporto, l’impregnazione e l’incollagio dei tessuti. La gamma comprende i seguenti prodotti:
  -Mapewrap Primer 1 Primer epossidico per il trattamento del supporto
  -Mapewrap 11 Stucco epossidico con normali tempi di presa, a consistenza tissotropica per la regolarizzazione delle superfici in calcestruzzo.
  -Mapewrap 12 Stucco epossidico a presa lenta, di consistenza tissotropica per la regolarizzazione delle superfici in calcestruzzo.
  -Mapewrap 21 Resina epossidica superfluida per l’impregnazione con il “sistema ad umido“ dei tessuti.
  -Mapewrap 31 Adesivo epossidico di media viscosità per l’impregnazione con “sistema a secco“ dei tessuti.
• Carboplate Lamine flessibili in fibra di carbonio preimpregnate con resina epossidica mediante un procedimento di “pultrusione” da incollare in opera con resine tissotropiche per il placcaggio a flessione di travi e solai.
• Adesilex PG1 Adesivo epossidico di consistenza tissotropica, con normali tempi di presa, per incollaggi strutturali.
• Adesilex PG2 Adesivo epossidico di consistenza tissotropica, a presa lenta, per incollaggi strutturali.

Campi d’impiego di Mapei Carbo System 

I prodotti della linea Mapei Carbo System sono applicabili al ripristino e all’adeguamento statico di tutti i tipi di strutture in calcestruzzo armato e precompresso, di quelle in acciaio, in alternativa ai metodi tradizionali di intervento e in particolare, in quei casi in cui questi sono inapplicabili o comportano l’insorgere di problemi aggiuntivi.

Mapei Carbo System, inoltre, si pone come valida alternativa alla tecnica di rinforzo mediante incollaggio di piastre in acciaio nota come beton plaqué.

Alcuni esempi di interventi di ripristino eseguibili con i prodotti della linea Mapei Carbo System sono:

• la fasciatura di elementi compressi o pressoinflessi quali pilastri, pile da ponte, ciminiere per aumentarne il carico di rottura a compressione o la duttilità
• la fasciatura di elementi cilindrici cavi soggetti a pressione idrostatica come tubi, sili, serbatoi
• la placcatura di nodi trave-pilastro in zona sismica, per incrementare la duttilità e la capacità di dissipare energia
• il rinforzo a flessione e taglio di elementi inflessi quali travi, solette e solai in alternativa alla tecnica del beton plaqué

I vantaggi offerti dal sistema

I vantaggi connessi con l’utilizzo dei prodotti della linea Mapei Carbo System rispetto alle tecnologie tradizionali di ripristino sono molteplici, tra questi i più evidenti sono:

• semplicità e velocità di posa in opera: i prodotti della linea Mapei Carbo System, grazie alla loro estrema leggerezza, si applicano e vengono messi in opera, senza l’ausilio di particolari attrezzature e macchinari, da un numero limitato di operatori, in tempi estremamente brevi e, spesso, senza che risulti necessario interrompere l’esercizio della struttura
• elevata durabilità; nessun problema di corrosione dei rinforzi applicati a differenza di quanto avviene per le piastre di acciaio utilizzate negli interventi di ripristino realizzati con la tecnica del beton plaquè
• nessun incremento delle masse in gioco: gli interventi eseguiti con Mapei Carbo System non aumentano la massa degli elementi strutturali rinforzati. Quest’aspetto risulta di estrema importanza soprattutto in campo sismico dove le sollecitazioni sono proporzionali alle masse in gioco
• completa reversibilità dell’intervento: gli interventi eseguiti con Mapei Carbo System sono completamente reversibili in quanto i rinforzi e gli strati di adesivo possono essere asportati fino a ripristinare completamente la situazione precedente l’intervento. Questa caratteristica risulta di particolare importanza nel caso si eseguano interventi temporanei di messa in sicurezza, soprattutto su edifici di particolare interesse storico.

Procedura applicativa dei sistemi MAPEWRAP C

Preparazione del supporto

Innanzituto occorre valutare se il supporto su cui deve essere effettuato il rinforzo è sano oppure degradato. Nel primo caso si procede ad una pulizia da oli, grassi e depositi superficiali mediante sabbiatura o idropulizia.

Nel secondo caso si deve procedere alla scarifica di tutte le parti incoerenti o degradate del supporto, pulire le armature metalliche da eventuali tracce di ruggine e ripristinare la sezione con i prodotti della linea Mapegrout.

Quest’operazione è estremamente importante in quanto la riuscita dell’intervento dipende innanzitutto dalla qualità del supporto sul quale viene incollato il rinforzo. Quindi, si procede alla “smussatura” di tutti gli spigoli vivi in corrispondenza dei quali si intende eseguire un risvolto del tessuto. È preferibile eseguire uno smusso con raccordo curvilineo avente raggio di curvatura non inferiore a 2 cm.

Applicazione di Mapewrap C con il “sistema ad umido”

Stendere a pennello o a rullo, una mano omogenea di Mapewrap Primer 1 sulla superficie in calcestruzzo pulita ed asciutta. Attendere circa 1 ora e quindi effettuare una rasatura di circa 1-2 mm di spessore con Mapewrap 11 o Mapewrap 12, in funzione della temperatura.

Procedere all’impregnazione a piè d’opera del tessuto con Mapewrap 21 immergendolo direttamente in una vaschetta di forma rettangolare. Togliere il tessuto dalla vaschetta, lasciarlo sgocciolare e quindi premerlo tra le mani protette da guanti impermeabili di gomma, allo scopo di rimuovere completamente la resina in eccesso.

In alternativa l’impregnazione può essere fatta con una attrezzatura dotata di vaschetta e di una serie di rulli che consente agli operatori di effettuare sia l’operazione di saturazione, sia quella di sgocciolamento.

Porre in opera Mapewrap C avendo cura di stenderlo senza lasciare alcuna grinza. Pressare il tessuto dapprima con un rullo di gomma rigida e poi con un rullo in alluminio a vite senza fine in modo da eliminare completamente eventuali bolle d’aria occluse durante le precedenti operazioni.

Applicazione di Mapewrap C con il “sistema a secco”

Stendere a pennello o a rullo una mano omogenea di Mapewrap Primer 1 sulla superficie in calcestruzzo pulita ed asciutta. Attendere circa 1 ora, quindi effettuare una rasatura di circa 1-2 mm di spessore con Mapewrap 11 o Mapewrap 12, in funzione della temperatura.

Applicare una prima mano, a pennello o a rullo, di Mapewrap 31 e procedere immediatamente alla posa in opera di Mapewrap C. Spianarlo con cura con le mani protette da guanti impermeabili di gomma e poi applicare una seconda mano di Mapewrap 31. Pressare il tessuto utilizzando dapprima un rullo di gomma rigida e poi un rullo in alluminio a vite senza fine.

Procedura applicativa di Carboplate

Stendere, sul sottofondo in calcestruzzo pulito ed asciutto, uno strato di 1-2 mm di spessore di Adesilex PG1 o di Adesilex PG2, in funzione della temperatura.

Rimuovere dalla lamina di Carboplate la pellicola di plastica che viene posta in fase di produzione allo scopo di proteggere il lato che dovrà essere incollato. Dopo la rimozione della protezione, applicare uno strato di adesivo anche sulla lamina di carbonio.

Porre in opera Carboplate esercitando una pressione uniforme. Rimuovere con una spatola la resina in eccesso. Attendere almeno 24 ore e quindi procedere all’applicazione di un rivestimento protettivo resistente ai raggi U.V.

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