Campagna sperimentale sui sistemi compositi FRCM in fibra di carbonio applicati su substrato lapideo

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P R EM ESSA 
 
U n t e r r i t or i o, c om pl e s s o e s t r a t i f i c a t o, c om e que l l o i t a l i a no, pr e s e nt a v a r i e t i pol og i e di s t r ut t ur e e di l i z i e , da c os t r uz i oni pi ù a nt i c he i n m ur a t ur a , c h e s i di f f e r e nz i a no i n ba s e a l l a r e g i one e a l l e m a e s t r a nz e s t or i c he , i n pi e t r a o i n m a t t oni ; a c os t r uz i oni pi ù r e c e nt i i n c e - m e nt o a r m a t o e i n a c c i a i o. G r a n pa r t e de l l e s t r ut t ur e de l pa t r i m oni o e di l i z i o e s i s t e nt e , c he s i a no i n c e m e nt o a r m a t o o i n m ur a t ur a , s i t r ova no a d a ve r s up e r a t o i qua r a n t ’ a nni di vi t a , e a l c une di e s s e , s i a pe r i l nor m a l e i nve c c hi a m e nt o de l l a s t r ut t ur a , s i a pe r c a m bi di de s t i - na z i one d’ us o, s i a pe r a d e g u a m e nt o a l l e nor m a t i ve pi ù r e c e nt i , de vono f a r f r ont e a i nt e r - ve nt i di r i nf or z o s t r ut t ur a l e . 
D a g l i a nni 60’ l a dom a nd a di s i c ur e z z a s t r ut t ur a l e ne l l ’ e di l i z i a c i vi l e ha s pi nt o l o s vi l uppo di t e c nol og i e i nnov a t i ve , a l t e r na t i ve a i s i s t e m i t r a d i z i ona l i , ba s a t e s ul l ’ ut i l i z z o di m a t e r i a l i c om pos i t i , g e ne r a l m e nt e c os t i t ui t i da l l ’ uni one di d ue o pi ù m a t e r i a l i c he , c o m bi na ndo l e l or o s i ng ol e c a r a t t e r i s t i c he , pe r m e t t ono di ot t e ne r e i l i ve l l i pr e s t a z i ona l i r i c hi e s t i c on i n- t e r ve nt i poc o i nva s i vi . G l i e l e m e nt i c os t i t ue nt i s ono i l r i nf or z o, c os t i t ui t o da f i br e a d a l t a r e s i s t e nz a , e l a m a t r i c e , c he ha i l c om pi t o di l e g a r e i l r i nf or z o a l s ubs t r a t o e t r a s f e r i r e l e s ol l e c i t a z i oni da l l ’ uno a l l ’ a l t r o. 
U no de i pr i m i e s e m pi di que s t i s i s t e m i di r i nf or z o, i m pi e g a t o ne l l e op e r e pu bbl i c he , qua l i i pont i , c ons i s t e va ne l l ’ a ppl i c a z i one di una s ot t i l e pi a s t r a i n a c c i a i o a g l i e l e m e nt i por t a nt i m e di a nt e l ’ ut i l i z z o d i un a r e s i na e pos s i di c a c om e a de s i vo. Q ue s t o t i po di s ol uz i one pr e - s e nt a va pe r ò m ol t e c r i t i c i t à , c om e l a c o r r os i one c h e c ol pi va g l i e l e m e nt i i n a c c i a i o, l ’ e c - c e s s i vo pe s o e l a di f f i c ol t à di m e s s a i n ope r a . 
S e bbe ne i pr i m i ut i l i z z i r i s a l g ono a g l i a nni s e s s a nt a , pr i nc i pa l m e nt e n e l s e t t or e a e r ona ut i - c o, a c a va l l o t r a g l i a nni ot t a nt a e nova nt a i ni z i a a di f f onde r s i un nuovo s i s t e m a di r i nf or - z o ne l l ’ i ng e g ne r i a c i vi l e , i m a t e r i a l i c om pos i t i F .R .P . a c r oni m o di F i be r R e i nf or c e d P ol y - m e r s . I c om pos i t i f i br or i nf or z a t i a m a t r i c e pol i m e r i c a s ono c os t i t ui t i da f i b r e a d a l t e pr e - s t a z i oni c he c os t i t ui s c ono i l r i nf or z o, e una m a t r i c e or g a ni c a , i n ge ne r e r e s i na e pos s i di c a , c he g a r a nt i s c ono e l e v a t e pr e s t a z i oni di r e s i s t e nz a m e c c a ni c a a f r ont e di i nt e r ve nt i c he non r i c hi e dono de m ol i z i one e s os t i t uz i one de g l i e l e m e nt i s t r ut t ur a l i , a nda ndo a d ope r a r e s ul l ’ e s i s t e nt e . I nol t r e l a c a pa c i t à di a d a t t a r s i a qua s i l a t ot a l i t à de l l e f or m e , uni t a a d una buona dur a bi l i t à ha pe r m e s s o una r a pi d a di f f us i on e de i s i s t e m i F R P ne l m e r c a t o de l l ’ i n- g e g n e r i a s t r ut t ur a l e , a nd a ndo a s ol l e c i t a r e i v a r i S t a t i e l e r i s pe t t i ve c om m i s s i oni t e c ni c he a l f i ne di di r a m a r e l i ne e g ui da p e r l a pr o ge t t a z i one m e di a nt e m a t e r i a l i c om pos i t i .
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R i e nt r a no i n que s t ’ ot t i c a l e i s t r uz i oni C N R - D T 200/ 2004, s uc c e s s i va m e nt e a gg i or n a t e ne l l e i s t r uz i oni C N R - D T 200 R 1/ 2013 e i l pr og e t t o di r i c e r c a R I L E M T C 2 23 - M a s onr y St r e ngt he ni ng w i t h C om p os i t e m at e r i al s - M SC . L o s c opo di que s t e i s t r uz i oni è que l l o di f or ni r e , ne l l ’ a m bi t o de l l e a t t ua l i N or m e vi ge nt i , un doc um e nt o d’ a i ut o e d o r i e nt a t i vo pe r i t e c ni c i ne l l a pr o ge t t a z i one , e s e c uz i one e c ont r ol l o de g l i i nt e r v e nt i di c ons ol i da m e nt o s t r ut t ur a l e m e di a nt e l ’ ut i l i z z o d i c om pos i t i f i br or i n f or z a t i .  
L a c r i t i c i t à i n que s t o t i po di i nt e r ve nt i r i s i e de ne l t i po di m a t r i c e us a t e , di n or m a r e s i ne e pos s i di c he , c he ol t r e un a ba s s a t r a s pi r a bi l i t à r i c h i e dono una m a nodope r a s pe c i a l i z z a t a pe r l a l or o i ns t a l l a z i one , da t a l a t os s i c i t à de l pr odo t t o e de i s uoi va por i . L a s t e s s a a ppl i c a - z i one è c ons e nt i t a s ol o qua ndo l a t e m pe r a t ur a e s t e r na è s up e r i or e a 5°C e i nf e r i or e a 35° C , e d i nol t r e è da s e g n a l a r e una pr o gr e s s i va p e r di t a di a de s i one a l s uppor t o de l l e r e s i ne or ga ni c he a l l e m e di e t e m pe r a t ur e , a pa r t i r e da i 30° e d i n c a s o di e s pos i z i one a l f uoc o l a m a t r i c e i n r e s i na e pos s i di c a ha un a t ot a l e pe r di t a d i r e s i s t e nz a .  
Q ue s t i a s pe t t i ne g a t i vi ha nno f a vor i t o l a r i c e r c a di nuove s ol uz i oni pe r i m a t e r i a l i c om po- s i t i e d una pos s i bi l e a l t e r na t i va è r a pp r e s e nt a t a da i s i s t e m i f i br or i nf or z a t i a m a t r i c e c e - m e nt i z i a “ F R C M ” , a c r on i m o di “ F i be r R e i nf or c e d C e m e nt i t i ous M at r i x ” , c he a di f f e r e nz a de g l i F R P ve ng ono a ppl i c a t i s ul s ubs t r a t o c on m a t r i c i di na t ur a i nor g a ni c a . I c om pos i t i F R C M r a ppr e s e nt a no un a novi t à ne l c a m po d e l l e t e c nol og i e pe r i l r e c upe r o e di l i z i o e l a l e t t e r a t ur a di s poni bi l e a r i g ua r do è a n c or a m ol t o l i m i t a t a . L ’ us o di que s t a t e c nol og i a p r e - s e nt a pe r ò m ol t i va nt a gg i , de r i va nt i da l l a f a c i l i t à di m e s s a i n ope r a de l s i s t e m a di r i nf or z o, da l l a pi e na c om pa t i bi l i t à c on i pos s i bi l i s ubs t r a t i , C .A . o i n m ur a t ur e , g a r a nt e ndo l a t r a s pi - r a bi l i t à de g l i s t e s s i , e pr e s e nt a i nol t r e una buona r e s i s t e nz a a l f uoc o. 
E s s e ndo a nc or a que s t i nu ovi s i s t e m i c om pos i t i i n una f a s e di s t udi o, non e s i s t ono l i ne e g ui da e ur ope e pe r l a pr o ge t t a z i one e l a l or o a ppl i c a z i one , a nc he s e s ono c or r e nt e m e nt e us a t i ne g l i i nt e r v e nt i di r i nf or z o s t r ut t ur a l e . M ol t e s ono l e c a m pa g ne s c i e nt i f i c he a t t ua l - m e nt e c ondot t e a l f i ne di a um e nt a r e l a c onos c e nz a e l a c om pr e ns i on e de i m e c c a ni s m i di f unz i ona m e nt o de i s i s t e m i c om pos i t i F R C M i n m odo t a l e da pe r m e t t e r e a i pr oge t t i s t i di r e a l i z z a r e c or r e t t i i nt e r ve nt i s ul pa t r i m oni o e di l i z i o e s i s t e nt e . 
N e l l e pa g i ne a s e g ui r e vi e ne de s c r i t t a una c a m pa gna s pe r i m e nt a l e c ondot t a s u c om pos i t i F R C M c on f i br e i n c a r bo ni o a ppl i c a t e s u un s ubs t r a t o l a pi de o, i n pi e t r a di S a buc i na ( C L ) . L o s c opo di qu e s t o s t udi o è l ’ a na l i s i de i m e c c a ni s m i di t r a s f e r i m e nt o de l l e s ol l e c i t a z i oni t r a r i nf or z o e s uppor t o, l a de t e r m i na z i one de l l a l un g he z z a di a nc or a gg i o e f f i c a c e e l a c a - r a t t e r i z z a z i one de l l e m oda l i t à di c r i s i e di r ot t ur a d e l s i s t e m a F R C M - s ubs t r a t o l a pi de o.
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L e p r ove s ono s t a t e c ond ot t e s u di ve r s e s e r i e di p r ovi ni a ve nt i l ung he z z e di a nc or a gg i o de l s i s t e m a c om pos i t o di f f e r e nt i , pe r s t udi a r e i l m e c c a ni s m o di t r a s m i s s i on i de l l e t e ns i oni t r a r i nf or z o e s ubs t r a t o i c a m pi oni s ono s t a t i s ot t o pos t i a pr ove di t a g l i o di r e t t o s i ng ol o, i l “ s i ngl e s he ar bond t e s t ” .
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 1 . I m a t e r i a l i c o m p o si t i 
1 . 1 Ca ra t t eris t i ch e g enera li 
G r a z i e a l l or o ba s s o pe s o e d a l l e l or o e l e v a t e c a r a t t e r i s t i c he m e c c a ni c he i m a t e r i a l i c om - pos i t i s ono s t a t i a dope r a t i i n va r i s e t t or i , da l l ’ i ndus t r i a a e r e os pa z i a l e , na va l e f i no a l l a pr o- duz i one di a t t r e z z a t ur e s por t i ve . L a s t e s s a de f i ni z i one di m a t e r i a l e c om pos i t o i ndi c a l a c os t i t uz i one de l l o s t e s s o da l l a uni one di due o pi ù m a t e r i a l i di ve r s i , de t t i f a s i , c on pr opr i e - t à s i g ni f i c a t i va m e nt e di f f e r e nt i , l a c ui a z i one c om bi na t a f a i n m odo c he l e c a r a t t e r i s t i c he de l l ’ uni one s i a no s upe r i o r i r i s pe t t o a que l l e de i s i n g ol i c om pone nt i .  
È qui ndi pos s i bi l e di s t i ng ue r e ne i m a t e r i a l i c om po s i t i due f a s i : 
• F a s e c ont i nua , de t t a a n c h e “ m a t r i c e ” c os t i t ui t a da un m a t e r i a l e c ont i nuo, i s o- t r opo e om oge ne o, c on i l c om pi t o di c onne t t e r e , t r a s m e t t e r e i c a r i c hi e l e g a r e i l r i nf or z o pr ot e gge ndol o da l l ’ a m bi e nt e e s t e r no e g r a z i e a l l a s ua ba s s a de ns i t à c onf e r i s c e l e gg e r e z z a a l m a t e r i a l e c om pos i t o.  
• F a s e di s pe r s a , c om pos t a da un m a t e r i a l e s ol i t a m e nt e a ni s ot r opo c he c os t i t ui - s c e i l r i nf or z o c he h a i l c om pi t o di por t a r e l e s ol l e c i t a z i oni e s t e r ne e d a um e n- t a r e l a r i g i de z z a e r e s i s t e nz a m e c c a ni c a de l s uppo r t o. 
L a z ona di i nt e r f a c c i a t r a r i nf or z o e m a t r i c e vi e ne de t t a i nt e r f a s e e c ons i s t e i n uno s t r a t o l oc a l i z z a t o a l l a s upe r f i c i e de l r i nf or z o, l e c ui c a r a t t e r i s t i c he , pur non c ont r i bue ndo di r e t t a - m e nt e a l l e pr opr i e t à m e c c a ni c he g l ob a l i de l c om pos i t o, s ono t ut t a vi a f onda m e nt a l i pe r i l s uc c e s s o de l s i s t e m a c om pl e s s i vo ne l l e a ppl i c a z i oni s t r ut t ur a l i . 
F i g . 1 . 1 – R a p p r e s e n t a z i o n e s c h e m a t i c a d e l l e fa s i c o s t i t u e n t i u n c o mp o s i t o . 
U na pos s i bi l e c l a s s i f i c a z i one de l l e t i pol og i e di c o m pos i t i s i ba s a s ul l e c a r a t t e r i s t i c he m a - c r os c opi c h e de l r i nf or z o, s e a l l a m a t r i c e v e n g ono a gg i unt e pol ve r i di va r i a n a t ur a c h e c onc or r ono a l l ’ a um e nt o de l l e c a p a c i t à pr e s t a z i ona l i de l l a s t e s s a s i ot t e r r à un c om pos i t o
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pa r t i c e l l a r e , l ’ a ppl i c a z i one di que s t o t i po di m a t e r i a l i non c ont r i bui s c e p e r ò a d a um e nt a r e l e c a r a t t e r i s t i c he di r i g i de z z a e di r e s i s t e nz a c he s pe s s o ve n g ono r i c hi e s t i , s i r i c or r e qui ndi a l l ’ ut i l i z z o di un s e c ondo t i po di c om pos i t o c he pr e ve de l ’ i m pi e g o di r i nf o r z i c os t i t ui t i da t e s s ut i f i br os i , o a l l ’ a ppl i c a z i one di c om pos i t i s t r ut t ur a t i c om e pa nne l l i l a m i na t i . I m a t e - r i a l i c om pos i t i s ono i n g e ne r e pi ù r e s i s t e nt i e pi ù r i g i di de i m a t e r i a l i t r a di z i ona l i us a t i i n e di l i z i a , i nf a t t i l a r e s i s t e nz a s pe c i f i c a , i l r a ppo r t o r e s i s t e nz a / de ns i t à , de i c o m pos i t i può a s s um e r e va l o r i f i no a qu a t t r o vol t e s upe r i or i r i s pe t t o a que l l i f or ni t i da i m a t e r i a l i c onve n- z i ona l i , m e nt r e i l l or o m o dul o di e l a s t i c i t à nor m a l e s pe c i f i c o, i l r a ppo r t o m odul o/ de ns i t à , f i no a l doppi o. Q ui ndi , a pa r i t à di r i g i de z z a , una s t r ut t ur a di m a t e r i a l e c om p os i t o può a r r i - va r e a p e s a r e c i r c a l a m e t à di un’ a l t r a r e a l i z z a t a c o n un m a t e r i a l e da c os t r uz i one t r a di z i o- na l e . [ 1 ] [ 2 ]  
1 . 2 Co m po s it i F ib r o rinf o rz a t i 
L ’ us o di c om pos i t i f i br or i nf or z a t i , s i a F R P e s i a F R C M , ne l c a m po de l l ’ i nge g n e r i a c i vi l e e ne l l ’ e di l i z i a i n g e n e r a l e , c om e r i nf or z o de g l i e l e m e nt i s t r ut t ur a l i e ne g l i i nt e r ve nt i di a de g ua m e nt o s i s m i c o s i s t a r a pi da m e nt e di f f onde n do e d a f f i a nc a ndo a l l e m e t odol og i e t r a - di z i ona l i , g r a z i e a i va nt a gg i qua l i : 
• E l e va t a l e gg e r e z z a de l c o m pos i t o c he non a um e nt a , s e non i n t r a s c u r a bi l e e n- t i t à , l e m a s s e s i s m i c he i n g i oc o m a a nz i i nc r e m e nt a l a dut t i l i t à de l l ’ or ga ni s m o e di l i z i o. 
• L i m i t a t a i nva s i vi t à de l l ’ i nt e r ve nt o. 
• M e s s a i n ope r a s e nz a l ’ ut i l i z z o di a t t r e z z a t ur e s pe c i f i c he . 
• A da t t a bi l i t à a d una va r i e t à di f or m e e m a t e r i a l i de l s uppor t o, i ndi pe nde nt e - m e nt e s e r e a l i z z a t o i n m u r a t ur a , c e m e nt o a r m a t o, c e m e nt o a r m a t o pr e c om - pr e s s o, a c c i a i o e l e g no. 
• V e l oc i t à di e s e c uz i one , e di f r e que nt e s e nz a i nt e r r uz i oni de l l e a t t i vi t à a l l ’ i n t e r - no de g l i a m bi e nt i o gg e t t o de l l ’ i nt e r ve nt o. 
• E l e va t a r e s i s t e nz a a c or r os i one . 
• B uon c om por t a m e nt o a f a t i c a . 
I p a r a m e t r i pr i nc i pa l i c he de f i ni s c ono l e c a pa c i t à p r e s t a z i ona l i de i c om pos i t i f i br or i nf or - z a t i s ono l a r e s i s t e nz a a t r a z i one e d i l m odul o e l a s t i c o. D i nor m a pe r i nt e r v e nt i s u e di f i c i i n c e m e nt o a r m a t o s i pr e di l i g e l ’ us o di f i br e s i a c on r e s i s t e nz a a t r a z i one m e di o- a l t a c he
1 1 
 
c on m odul o e l a s t i c o m e d i o- a l t o, m e nt r e pe r i l r i nf or z o di s t r ut t ur e i n m ur a t ur a s i opt a pe r f i br e c on m odul o di e l a s t i c i t à pi ù ba s s o c he s i a da t t a no i n m odo pi ù a de g u a t o a l l a r i g i d e z - z a pr opr i a de l t i po di s uppor t o. 
I m a t e r i a l i f i br or i n f or z a t i a m a t r i c e pol i m e r i c a ( F R P ) a f i br e c ont i nue s ono m a t e r i a l i c om - pos i t i , e t e r oge ne i e d a ni s ot r opi , c he m os t r a no un c om por t a m e nt o pr e va l e nt e m e nt e e l a s t i c o l i ne a r e f i no a l c ol l a s s o. [ 1 ] [ 2 ]  S ono c os t i t ui t i da una m a t r i c e pol i m e r i c a di n a t ur a or g a ni c a e da un r i nf or z o i n f i br a c o nt i nua a d e l e va t e c a r a t t e r i s t i c he m e c c a ni c he . G l i s va nt a gg i , g i à a c c e nna t i , de r i va no d a l l ’ us o di m a t r i c i di na t ur a o r ga ni c a qu a l i r e s i ne t e r m oi ndur e nt i o t e r m opl a s t i c he , l e qua l i s ono c a r a t t e r i z z a t e da una ba s s a vi s c os i t à e da buon e pr opr i e t à a de s i ve , m a pr e s e nt a no u na pr o g r e s s i va p e r di t a di r e s i s t e nz a a l c a l or e , i nf a t t i g i à a l l e m e - di e t e m pe r a t ur e l e r e s i ne or ga ni c he p r e s e nt a no un a di m i nuz i one g r a dua l e d e l l ’ a de s i one a l s uppor t o; una m a nc a nz a di pe r m e a bi l i t à a l va por e , c on l a pos s i bi l i t à di i nne s c o di f e no- m e ni di c onde ns a z i one s upe r f i c i a l e e r e l a t i ve pa t o l og i e , ol t r e c he un’ i ns i t a di f f i c ol t à di a ppl i c a z i one c he r i c hi e de l ’ i m pi e g o di m a nodope r a s pe c i a l i z z a t a . 
P e r ovvi a r e a que s t e pr ob l e m a t i c he , una pos s i bi l e s ol uz i one è s t a t a f or ni t a da l l o s vi l uppo de i s i s t e m i F R C M , dove l e f i br e a d a l t a pr e s t a z i on e s ono i m m e r s e i n una m a t r i c e c e m e nt i - z i a i nor g a ni c a c he s os t i t u i s c e que l l a pol i m e r i c a . L e m a l t e ut i l i z z a t e c om e m a t r i c i non ha n- no pe r ò l a s t e s s a c a pa c i t à di a de s i one r i s pe t t o a qu e l l a f or ni t a da l l e r e s i ne , m a r i s pondono pos i t i va m e nt e a l l e c r i t i c i t à pr e s e nt a t e da i s i s t e m i F R P e of f r ono va nt a gg i a n c he ne l c ont e - ni m e nt o de i c os t i de l l ’ i nt e r ve nt o e n e l l a f a c i l i t à di e s e c uz i one .  
1 . 3 L e F ibr e 
L a f unz i one r e s i s t e nt e e l e pr i nc i pa l i c a r a t t e r i s t i c h e m e c c a ni c he e pr e s t a z i o na l i de l c om - pos i t o, s ono e s e r c i t a t e da l l a pa r t e de l r i nf o r z o c os t i t ui t o da l l e f i br e . L e f i br e s ono un m a - t e r i a l e a ni s ot r opo, c on un c om por t a m e nt o m e c c a ni c o f or t e m e nt e c ondi z i ona t o da l l a ge o- m e t r i a qua l e f o r m a , di s t r i buz i one e di m e ns i oni de l l e s t e s s e ; da l l a di s pos i z i o ne e da l l ’ o- r i e nt a m e nt o r i s pe t t o a g l i a s s i di s i m m e t r i a de l m a t e r i a l e e d a l l a c on c e nt r a z i one vol um e t r i - c a , c i oè l a pe r c e nt ua l e di f i br e r i s pe t t o a l c om pos i t o f i na l e . L e f i b r e nor m a l m e nt e s ono r e a l i z z a t e c on m a t e r i a l i r i g i di , r e s i s t e nt i e a d a l t e p r e s t a z i oni m a m os t r a no un c om por t a - m e nt o e l a s t o- f r a g i l e s e nz a l a pr e s e nz a di t r a t t i di i nc r udi m e nt o e s of t e ni n g . L a ge om e t r i a f i l i f or m e c onf e r i s c e a t a l i m a t e r i a l i c a r a t t e r i s t i c he di r i g i de z z a e di r e s i s t e nz a m ol t o pi ù e l e va t e di que l l e pos s e du t e da g l i s t e s s i r i s pe t t o a qua ndo s ono ut i l i z z a t i i n c onf i g ur a z i one t r i di m e ns i ona l e : c i ò è dovut o a l l a m i nor e de ns i t à di di f e t t i c he t i pi c a m e nt e c om pe t e a l l a c onf i g u r a z i one m onodi m e ns i ona l e r i s pe t t o a que s t ’ ul t i m a . [ 1 ] [ 2 ]