Le fibre naturali nei sistemi di rinforzo strutturale

L'uso di materiali compositi a fibre lunghe continue, noti come FRP (Fiber Reinforced Polymer), è ampiamente riconosciuto per i diversi vantaggi che presenta nell’ambito del rinforzo e consolidamento sismico degli edifici. In questo articolo però, l'attenzione si focalizza sul valutare l’uso della fibra naturale, come soluzione al principale svantaggio degli FRP, ossia l’impatto ambientale derivante dalla produzione e utilizzo di fibre sintetiche.

Le fibre naturali, come canapa e lino, offrono vantaggi quali costo ridotto, biodegradabilità e minori rischi per la salute ma presentano ancora alcuni svantaggi come le ridotte proprietà meccaniche o l’assorbimento d’acqua e il conseguente degrado della fibra.

Volendo fare un confronto diretto tra fibre naturali e sintetiche, in termini di proprietà meccaniche, si parte valutando il modulo elastico, che per le fibre naturali si attesta attorno a 40 - 50 GPa, valori leggermente inferiori ad una fibra di vetro, con un modulo elastico di 70 GPa. Considerando poi la resistenza a trazione, è vero che una fibra naturale si limita a 500 - 1500 MPa, contro i 2500 MPa circa di una comune fibra di vetro, però il punto è che valori elevati di resistenza a rottura non sempre sono necessari nelle applicazioni di rinforzo e anzi, elevate prestazioni da parte del sistema composito, rischiano di determinare stati di tensione locale che potrebbero indurre a cedimenti della struttura stessa.

Si riporta a tal proposito un interessante studio che compara la fibra di vetro con fibre naturali quali lino e canapa, in merito a rinforzi a taglio di murature, caratterizzati mediante prove di compressione diagonale [1]. Dallo studio emerge come la fibra di lino applicata con una matrice inorganica consenta di ottenere un incremento medio di resistenza del 50% rispetto alla muratura priva di rinforzo, contro un 30% relativo all’applicazione di fibra di vetro [1]¹.  

Un'altra sfida delle fibre naturali riguarda l'assorbimento d'acqua, soprattutto con l'uso di matrici inorganiche come nel caso degli NFRCM (Natural Fiber Reinforced Cementitious Matrix). Alcune soluzioni riguardano l’utilizzo di nanoparticelle, che possono generare sulla superficie della fibra un meccanismo di adesione elettrostatica con elementi idrofobi, oppure l’utilizzo di microfiller che vanno a riempire le microporosità nella fibra stessa riducendo l’assorbimento.

In conclusione, nella valutazione di sostenibilità di un edificio, la capacità di poter allungare la vita utile rappresenta già di per sé un contributo positivo al tema, questo perché si va ad ammortizzare l’impatto del prodotto stesso all’interno di uno spazio di tempo più ampio. Quindi, operazioni di rinforzo e consolidamento strutturale portano già di per sé un impatto positivo in termini di sostenibilità ma è necessario iniziare a ragionare anche sullo smaltimento di queste opere, questo perché i prodotti di rinforzo come gli FRP, sono ormai di largo impiego e in opera da diverso tempo. E’ importante inoltre precisare che edifici di interesse storico-culturale, ossia un’importante applicazione per i sistemi di rinforzo, difficilmente necessitano di valutazioni sul fine vita dell’edificio. Prodotti come fibre naturali quindi, tornerebbero utili non tanto in termini di sostenibilità, che rimane ugualmente un fattore importante, quanto per la compatibilità con ciò che rende edifici di questo genere importanti, come affreschi e tecniche costruttive di un tempo.

1. [1] Venneri A., “Comportamento a taglio di elementi murari rinforzati con compositi FRCM in fibre naturali” - Tesi di Dottorato, 2011. ↩︎

---