Rinforzo strutturale mediante fibra di carbonio

Le fibre di carbonio

Le fibre di carbonio sono polimeri costituiti da filamenti sottili di atomi di carbonio strutturato. Sono adoperati per la creazione di materiali compositi per cui è necessaria una resina che renda coese le fibre e le mantenga nella posizione corretta.

Date le proprietà di leggerezza e resistenza, la fibra di carbonio è un materiale molto utilizzato in ambito edilizio e rappresenta un'ottima opportunità per una realizzazione veloce degli edifici.

Fibra di carbonio lavorazione

Come anticipato, la realizzazione avviene mediante l'utilizzo di resine, da cui si ottiene un materiale che verrà poi tagliato in fogli di carbonio e impiegato per diverse applicazioni.


Per la lavorazione si ossidano e pirolizzano termicamente le molecole organiche. L'ossidazione avviene in atmosfera inerte a temperature molto elevate (fino a 2000°C) e, grazie al calore, si innesca il fenomeno della grafitizzazione che trasforma le molecole in grafite.

Le catene grafitizzanti poi si uniscono formando un unico filamento dalle elevate proprietà meccaniche.

Produzione fibra carbonio

La produzione del polimero in fibra di carbonio rinforzata richiede molta cura e abilità e consiste nella stratificazione o laminazione del materiale impregnato di resina, per realizzare un prodotto molto resistente e leggero.

La laminazione può essere di tre tipologie:

• Laminazione a umido: in cui alla fibra tagliata e stesa viene applicata la resina con un rullo o un pennello;
  
  
• Laminazione pre-impregnata: dove la resina viene applicata in precedenza alla fibra. Si formeranno dei fogli che verranno lasciati al freddo per evitare la polimerizzazione precoce, in seguito verranno polimerizzati, attraverso calore e pressione, in un'autoclave;
  
  
• RTM o stampaggio a trasferimento di resina: in cui la fibra asciutta si posizionerà in uno stampo, dove verrà iniettata una resina ad alta pressione.
  
  
  

Fibre di carbonio utilizzi

La fibra di carbonio è un materiale molto utilizzato in edilizia per il consolidamento e il rinforzo strutturale, nonché per l'adeguamento sismico.

Per essere impiegato però necessita di un Certificato di Idoneità Tecnica all'impiego, rilasciato dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici.


Date le elevate prestazioni meccaniche, il carbonio viene usato come armatura sotto forma di reti per materiali in calcestruzzo, come solai o travi, ed è utile per irrobustire strutture lesionate.

Rinforzo strutturale con fibre di carbonio

Il materiale polimerico in fibra di carbonio, caratterizzato da resina che consente al rinforzo di lavorare in maniera corretta a trazione, è in grado di mettere in sicurezza edifici colpiti da sisma.
Il rinforzo strutturale permette:

• Un'elevata durabilità: data la resistenza all'ossidazione;
  
  
• Una selettività dell'intervento: in quanto le fibre di carbonio possono essere applicate in zone selezionate;
  
  
• La reversibilità: poiché le reti di carbonio sono reversibili;
  
  
• L'invisibilità dell'intervento: in quanto tali interventi non sono invasivi.

Come si applicano questi sistemi strutturali?


Per eseguire correttamente l'applicazione della fibra di carbonio, i passi sono i seguenti:

• si prepara il supporto che ha necessità di rinforzo;
  
  
• si applica il primer;
  
  
• si applica l'adesivo per l'incollaggio;
  
  
• si incolla il tessuto;
  
  
• si impregna il tessuto in carbonio di resina.
  
  
  

Vantaggi e svantaggi delle fibre di carbonio

Il carbonio possiede numerosi pro che ne consentono un forte utilizzo in ambito di consolidamento e adeguamento sismico. Vediamo quali sono:

• ha rigidezza;
  
  
• possiede alte prestazioni meccaniche;
  
  
• il peso è basso, infatti è un materiale molto leggero;
  
  
• ha un'alta conducibilità elettrica e termica;
  
  
• la messa in opera è semplice;
  
  
• ha elevata resistenza a trazione;
  
  
• l'intervento è veloce;
  
  
• è altamente resistente alla corrosione e agli agenti chimici;
  
  
• possiede ottime proprietà ignifughe;
  
  
• ha alta durabilità;
  
  
• ha resistenza a elevate temperature;
  
  
• l'invasività è bassa;
  
  
• può adattarsi a svariate forme.

Le fibre di carbonio presentano inoltre un comportamento elastico lineare sino al collasso e possiedono un elevato modulo elastico. Hanno meno sensibilità allo scorrimento viscoso e poca diminuzione della resistenza a lungo termine.


Nei polimeri in carbonio rinforzato, la fibra svolge il compito di elemento portante, la resina invece trasferisce gli sforzi tra le fibre e tra queste e l'elemento strutturale.


Oltre ai numerosi vantaggi sopra citati, esiste qualche contro:

• hanno un prezzo molto elevato;
  
  
• le strutture che possiedono le fibre di carbonio devono essere ben progettate;
  
  
• le fibre funzionano bene a trazione ma meno a compressione;
  
  
• possono arrecare problemi se accoppiate con altri materiali.
  
  
  

Il rinforzo sismico con le fibre di carbonio

L'azienda Ides Fibre Di Carbonio promuove l'utilizzo di materiali in fibra di carbonio per il rinforzo strutturale degli edifici. Tali prodotti sono anisotropi ed eterogenei, possiedono diametri molto piccoli, di qualche micron, e vengono assemblati in tessuti tramite dei fili.

Le fibre di carbonio IDES non subiscono processi di invecchiamento e hanno una bassa riduzione della resistenza nel tempo.


Adoperati anche per miglioramento e adeguamento sismico, permettono la realizzazione di un intervento poco invasivo e reversibile.
Infatti, i materiali in fibra di carbonio possono essere eliminati tramite un trattamento termico che andrà a disgregare la struttura cristallina della resina.

Fibre di carbonio per il consolidamento

Altra azienda specializzata in consolidamento e rinforzo strutturale di edifici sia pubblici che privati è Its Rinforzi Strutturali. Quando un edificio ha subito lesioni e indebolimenti nella struttura dovuti a terremoti, l'azienda propone dei rinforzi eseguiti con materiali in fibra di carbonio.


Essi hanno filamenti molto sottili e possiedono qualità di elasticità, coibenza termica e elevata resistenza. Un prodotto interessante è Carbon Fiber-Net, una rete disponibile in rotoli e utilizzabile per matrici di cemento, applicata insieme a malte fibrorinforzate.

Altro prodotto è il nastro in fibra di carbonio Carbon Woven che presenta un tessuto termosaldato, è disponibile anch'esso in rotoli e deve essere ben protetto dall'umidità.