I materiali compositi a matrice inorganica (IMC) per gli interventi su strutture esistenti

Gli IMC stanno diventando sempre più importanti negli interventi di consolidamento di edifici esistenti, specie quelli in muratura

Nel corso della Scuola di Ingegneria Strutturale organizzata da ReLUIS al SAIE 2024, Maria Antonietta Aiello ha tenuto una relazione illuminante sull’impiego dei materiali compositi a matrice inorganica, noti a livello internazionale come Inorganic Matrix Composites (IMC). Questi materiali, relativamente nuovi nel campo dell’ingegneria strutturale, stanno guadagnando un ruolo sempre più importante negli interventi di consolidamento di costruzioni esistenti, in particolare quelle in muratura.

Aiello ha esordito delineando il motivo dell’interesse crescente verso gli IMC. Contrariamente ai compositi a matrice organica, come gli FRP (Fiber Reinforced Polymer), che richiedono condizioni di applicazione più stringenti e hanno una resistenza limitata alle alte temperature, i compositi a matrice inorganica offrono vantaggi significativi:

• Resistenza a temperature elevate senza la necessità di protezioni aggiuntive;
• Applicabilità in condizioni ambientali non controllate, come elevata umidità o temperature variabili;
• Compatibilità e traspirabilità con substrati tradizionali, specialmente in muratura;
• Facilità di applicazione con tecniche meno specializzate;
• Reversibilità degli interventi, importante nei contesti di tutela storica.

Tuttavia, Aiello ha sottolineato come gli IMC non competano direttamente con gli FRP, ma siano una soluzione complementare, particolarmente adatta per strutture in muratura o in calcestruzzo non armato, dove le prestazioni richieste sono meno elevate.

Le principali tipologie di materiali IMC

L’intervento ha dettagliato due categorie principali:

• FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix): materiali composti da una matrice cementizia o a base di calce rinforzata con fibre di vetro, basalto, carbonio o altre fibre sintetiche o naturali;
• CRM (Composite Reinforced Mortar): malte armate con reti in FRP, sviluppate come evoluzione degli intonaci armati tradizionali, ma prive dei problemi di corrosione associati alle reti in acciaio.

Un’innovazione interessante riguarda l’integrazione di fibre naturali, come canapa e juta, che rappresentano un potenziale futuro sostenibile, anche se ancora in fase sperimentale.

Applicazioni e benefici pratici

Gli IMC sono utilizzati in un’ampia gamma di interventi, tra cui:

• Rinforzo delle murature per migliorarne la resistenza al taglio;
• Confinamento di colonne per incrementarne la resistenza a compressione;
• Rinforzo di nodi strutturali e travi;
• Stabilizzazione di volte e superfici curve.

Aiello ha evidenziato che, grazie alla compatibilità con le normative tecniche vigenti, questi materiali sono adatti per interventi di riparazione, miglioramento e adeguamento sismico.

Nonostante i progressi, permangono alcune lacune:

• Caratterizzazione analitica dell’aderenza tra composito e substrato, attualmente indagata attraverso prove sperimentali;
• Effetti della durabilità, soprattutto in ambienti alcalini o sotto esposizione a temperature elevate, per i quali si ricorre a test accelerati;
• Progettazione multi-strato, che richiede ulteriori studi per comprendere l’influenza del numero e della spaziatura degli strati sulle prestazioni meccaniche.

Un aspetto cruciale riguarda il miglioramento della normativa tecnica. Se per gli FRCM esistono già linee guida consolidate, per i CRM sono necessarie ulteriori specificazioni progettuali e procedurali.

Sostenibilità e innovazione

L’intervento si è concluso con una riflessione sulla sostenibilità, un tema sempre più centrale. Aiello ha illustrato lo sviluppo di malte geopolimeriche a basso impatto ambientale, realizzate con materiali riciclati come la cenere volante e il vetro espanso. Questi nuovi prodotti combinano un miglioramento delle proprietà meccaniche con una significativa riduzione della trasmittanza termica, aprendo la strada a interventi che integrano rinforzo strutturale ed efficientamento energetico.