MATERIALI COMPOSITI PER IL RINFORZO DI STRUTTURE IN LEGNO: PROBLEMI DI DURABILITÀ E COMPATIBILITÀ

Il legno è un materiale da costruzione di lunga storia applicativa, molte strutture in legno, qualora adeguatamente progettate, realizzate e manutenute, risultano spesso ancora efficienti dopo secoli di utilizzo. La necessità di intervento di rinforzo sopraggiunge frequentemente quando sono richieste prestazioni meccaniche superiori rispetto a quelle che può offrire il materiale ligneo da solo. La ricerca di tecniche e prodotti adeguati allo scopo ha portato allo studio dei materiali compositi fibrorinforzati a matrice polimerica (FRP, Fiber Reinforced Polymers), i quali soprattutto grazie alla loro versatilità, sono già utilizzati efficacemente nelle tecniche di rinforzo di murature storiche e conglomerati cementizi. Il sodalizio tra materiali compositi a matrice polimerica e legno, risulta particolarmente indicato, soprattutto perché la peculiare leggerezza del legno viene mantenuta a fronte dell’aumento della resistenza della struttura. Sono anche evidenti le incompatibilità tra rinforzo e substrato, primo fra tutte il diverso comportamento nei confronti delle variazioni delle condizioni ambientali, in termini di temperatura e umidità. La recente introduzione di fibre naturali di origine vegetale, la cui sperimentazione è appena agli inizi, ha contribuito ad ampliare l’orizzonte di studio di tali materiali, in particolare qualora applicati al legno. Alcuni studi sulla validità di questi materiali innovativi (NFRP, NaturalFRP) hanno evidenziato i vantaggi rispetto alle fibre di uso comune, quali vetro e carbonio. Le fibre naturali sono biodegradabili, rinnovabili e riciclabili, non sono tossiche e la loro produzione richiede minore energia e costi ridotti; inoltre ne esiste una vasta gamma con caratteristiche chimico-fisiche e prestazioni meccaniche diverse, adattabili a numerosissime applicazioni. È tuttavia fondamentale non sottovalutare gli aspetti critici che possono emergere dal sodalizio legno-compositi naturali, come l’alto assorbimento di umidità, la problematica adesione fibra-matrice, la scarsa resistenza al calore e la suscettibilità ad attacchi agenti biodeteriogeni, causati dalla loro origine naturale. All’interno di questo panorama si è inserito tale lavoro di ricerca, il cui obiettivo principale è indagare la compatibilità e la durabilità da un punto di vista meccanico di alcuni materiali compositi naturali di recente introduzione per il rinforzo degli elementi in legno appartenenti a strutture di interesse storico-artistico e validare la loro efficacia mediante confronto con i materiali compositi comunemente già utilizzati. Mediante prove meccaniche effettuate sui materiali costituenti il sistema di rinforzo, fibre e matrici, e sul sistema stesso sono stati definiti i limiti applicativi dei materiali selezionati. Attraverso prove mirate ad indagare il fenomeno di aderenza sono stati determinati i requisiti che deve avere il legno affinché sia efficace l’intervento di rinforzo e quali condizioni ambientali ne garantiscono il perdurare o ne causano un rapido degrado. Infine con prove sull’elemento strutturale rinforzato si è inteso validare la possibilità di utilizzare i materiali compositi naturali come alternativa a quelli già comunemente utilizzati. Le prove sin qui condotte hanno permesso di validare in prima istanza i materiali compositi con fibre naturali, quali possibili alternative ai materiali già in uso, restano comunque da approfondire altri aspetti riguardo alle problematiche di compatibilità e durabilità.