Ristrutturazioni edilizie   - Consolidamento strutturale - Compagnie assicurative

Atlas 25 - Restauro e recupero edifici - Edilizia industriale dismessa 

Lesioni fessurazioni strutturali - Funzionamento della fibra di carbonio

Alla luce dell'origine argomentale relativa al primo articolo che anticipa  la letteratura scientifica sull'argomento e che precede delle opzioni progettuali   rispetto alle tecnologie composite, esploriamo unicamente , uno schema di sintesi sul comportamento statico della fibra di carbonio. Lo schema è del tutto intuitivo ma si fonda su specificità legate alla scienza delle costruzioni. 

Per comprendere lo schema è semplice. Possiamo esplorare le leggi di Newton. 

  1. Prima legge (Legge dell'inerzia): Un oggetto in stato di quiete o in moto rettilineo uniforme rimane in tale stato a meno che una forza esterna agisca su di esso. In altre parole, un corpo in equilibrio tende a rimanere in equilibrio e un corpo in movimento tende a rimanere in movimento con velocità costante lungo una linea retta, a meno che una forza esterna non intervenga.

  2. Seconda legge (Legge fondamentale della dinamica): La forza che agisce su un oggetto è uguale al prodotto della sua massa per l'accelerazione che subisce. In termini matematici, F = m * a, dove F rappresenta la forza, m la massa dell'oggetto e a l'accelerazione.

  3. Terza legge (Principio d'azione e reazione): Ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria: le forze esercitate da due corpi uno sull'altro sono sempre uguali in intensità e opposte in direzione.

FUNZIONAMENTO DI BASE DELLA FIBRA DI CARBONIO 

Rinforzo strutturale edifici con la fibra di carbonio - Funzionamento della fibra di carbonio. 

Il funzionamento statico degli edifici segue le leggi di NEWTON che siano costruiti in sospensione su  piastra a levitazione magnetica o sul terreno seguono sempre le leggi di Newton, che riguardano i principi di inerzia, di dinamica il principio di azione-reazione 

Lo schema statico del comportamento di una muratura portante in laterizio trattata con la fibra ci carbonio segue  queste linee generali.  Nella prima fase vedete il cedimento in atto, causato da una forza che spinge verso l'esterno. La risultate delle forze verticali ed orizzontali determina una risultate all'esterno della base del muro, provocando il cedimento d quindi il collasso.

 schema statico del cedimento muro perimetrale spinto da forza interna

Grazie all'ausilio delle fibre di carbonio, quindi senza demolire nulla e senza evacuare l'edificio è possibile riparare il problema. Le fibre di carbonio consentono di avere una distribuzione dello sforzo e del carico, che riduce il rischio di collasso e consente, in tutta calma di intervenire la dove è necessario sulle fondazioni o su un successivo rinforzo esterno (  contrafforte, - palificazioni , innesto di nuove paratie. 

comportamento della fibra di carbonio che oppone delle forze in gradi di ridurre l'impatto della risultante
Sintesi descrittiva tecnologia fibra di carbonio per recuperi edilizi 

 La fibra di carbonio, può essere utilizzata anche nell'edilizia di restauro, o meglio nel restauro architettonico, su specificità murarie in laterizio che richiedono cautela e l'impossibilità di procedere a importanti rimozioni o demolizioni.

Dopo aver, effettuato una introduzione anche in merito  la prima argomentazione, riferita ai quadri assicurativi, siamo andati alla ricerca di un materiale utile alla risoluzione di specifici problemi , come la fibra di carbonio, ma abbiamo esaminato il problema dei danni strutturali nel rapporto tra parti comuni e parti private nei condomini  

 Abbiamo mostrato esaminato le conseguenze delle lesioni e  fessurazioni strutturali cercando di capire come risolvere il problema e cosa risolve con delle tempistiche e delle modalità di cantiere, rapide e meno costose di interventi invasivi e di demolizione parziale dell'immobile. L'imbragatura in fibra di carbonio, toglie parecchie castagne dal fuoco all'ingegnere all'amministratore del condominio ed a chi abita  l'immobile.

INDAGINE COGNITIVA SU FIBRA DI CARBONIO

Facciamo un'addizionale ricerca argomentale sulla fibra di carbonio per chiarire ancora come è fatta e come è prodotta, quindi la prima domanda è :

Quali sono le caratteristiche della fibra di carbonio che la rendono adatta alla riparazione strutturale?

La fibra di carbonio è un materiale composito costituito da fibre sottili di carbonio intrecciate, che conferiscono al materiale una grande resistenza e rigidità. Queste caratteristiche rendono la fibra di carbonio un materiale adatto alla riparazione strutturale, in quanto è in grado di aumentare la resistenza e la stabilità delle strutture senza aumentare significativamente il peso dell'edificio. Inoltre, la fibra di carbonio ha una grande capacità di aderenza alle superfici, il che la rende ideale per il rinforzo di vecchi edifici in muratura o calcestruzzo. Infine, la fibra di carbonio è resistente alla corrosione e alle intemperie, il che la rende adatta anche per l'utilizzo in ambienti esterni o umidi.

Come viene prodotto questo materiale da costruzione cioè la fibra di carbonio secondo quale processo ?

La fibra di carbonio viene prodotta attraverso un processo di polimerizzazione termica. In questo processo, si parte da un polimero organico, solitamente un poliacrilonitrile (PAN), che viene riscaldato a temperature elevatissime (circa 2000°C) in un forno a vuoto, in presenza di gas inerte come l'azoto. Durante questo processo, il materiale subisce una serie di trasformazioni chimiche che portano alla formazione di fibre di carbonio a bassa densità.

Dopo la fase di polimerizzazione, le fibre di carbonio vengono sottoposte a una serie di trattamenti chimici e meccanici al fine di migliorare le loro proprietà meccaniche e termiche. Questi trattamenti possono includere la carbonizzazione, l'ossidazione, la stabilizzazione e la sintesi di copolimeri.

Infine, le fibre di carbonio vengono intrecciate tra loro per formare tessuti o trecce di diverse dimensioni e densità, che vengono poi utilizzati come rinforzo strutturale in una vasta gamma di applicazioni, tra cui l'edilizia.

Le materie prime utilizzate per la produzione della fibra di carbonio sono principalmente prodotti petrolchimici, in particolare il poliacrilonitrile (PAN), ma anche il carbone e il petrolio possono essere utilizzati come materie prime. 

Il poliacrilonitrile è un polimero termoplastico che viene prodotto a partire da acrilonitrile, un composto chimico ottenuto dalla lavorazione del petrolio. Il poliacrilonitrile viene quindi filato in fibre sottili che vengono sottoposte a un processo di carbonizzazione per produrre la fibra di carbonio.

Oltre al PAN, esistono altri prodotti chimici che possono essere utilizzati come materie prime per la produzione della fibra di carbonio, ad esempio il carbone o il petrolio. Tuttavia, il PAN è la materia prima più comunemente utilizzata a causa delle sue proprietà chimiche e della disponibilità commerciale.

Quale è il maggior paese di produzione delle fibre di carbonio per l'edilizia ?

I maggiori produttori di fibre di carbonio per l'edilizia sono principalmente negli Stati Uniti, in Europa e in Giappone. Tuttavia, la produzione di fibre di carbonio è un'attività globale e ci sono molti altri paesi che producono questo materiale, tra cui la Cina, la Corea del Sud e il Taiwan.

In generale, la produzione di fibre di carbonio per l'edilizia è una attività industriale specializzata e richiede investimenti significativi in tecnologie avanzate di produzione. Per questo motivo, la maggior parte dei produttori di fibre di carbonio sono grandi aziende specializzate nella produzione di materiali compositi ad alte prestazioni.

Struttura molecolare della fibra di Carbonio - immagine esterna - 

-.- 

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/65/PAN-Faser.svg/1920px-PAN-Faser.svg.png

struttura molecolare fibra di carbonio

Sono stati costruiti edifici  interamente in fibra di carbonio ? 

SI! 

https://www.ingenio-web.it/articoli/calcestruzzo-senza-armature-tradizionali-il-primo-edificio-con-le-fibre-di-carbonio-come-elemento-costruttivo-strutturale/

Primo edificio al mondo costruito in fibra di carbonio

BIBLIOGRAFIA 

Libri sulla fibra di carbonio per il consolidamento strutturale:
1. "Reinforced Concrete with FRP Bars: Mechanics and Design" di Antonio Nanni, Antonio De Luca, e Hany Jawaheri Zadeh (Wiley, 2014)


2. "Fibre-Reinforced Polymer Reinforcement for Concrete Structures: Properties and Applications" di Ravindra Gettu, M. Neelamegam, e K. Sobhan (Woodhead Publishing, 2015)
 

3. "Fibre Reinforced Polymer (FRP) Composites for Infrastructure Applications: Focusing on Innovation, Technology Implementation and Sustainability" di L.C. Hollaway, M.R. Al-Mattarneh, e F. Toutanji (Woodhead Publishing, 2018)
 

4. "Carbon Fiber Reinforced Polymer Composites for Construction: State-of-the-Art Review" di Jinyue Yan, Gang Wu, e Zhihua Chen (Springer, 2016)
 

5. "Strengthening of Reinforced Concrete Structures Using Externally Bonded FRP Composites in Structural and Civil Engineering" di Yasemin K. Erdogan e A. Emin Aktan (CRC Press, 2003)

Libri sulla scienza delle costruzioni che si occupano di muratura portante in laterizio e restauro:
 

1. "Masonry Structures: Behavior and Design" di Robert G. Drysdale, Ahmad A. Hamid, e Lawrie R. Baker (John Wiley & Sons, 2010)
 

2. "Restoring Heritage Buildings for Conservation" di Neville Agnew e Kate Clark (Getty Conservation Institute, 1998)
 

3. "Structural Analysis of Historic Buildings: Restoration, Preservation, and Adaptive Reuse Applications for Architects and Engineers" di Dina D'Ayala e Enrico Fodde (John Wiley & Sons, 2019)
 

4. "Building Pathology and Rehabilitation" di Fernando Pacheco-Torgal, Nazarija Leko Klaric, e Stephen Garvin (Woodhead Publishing, 2014)
 

5. "Building Conservation Philosophy" di John Earl (Donhead Publishing, 2003)
  1. "Murature storiche: analisi, diagnosi, consolidamento" di Giuseppe Mancini (Tecnoprint, 1999)
  2. "La muratura portante in laterizio" di Mario Salvadori (Il Sole 24 Ore, 2011)
  3. "Il restauro delle murature" di Cesare Brandi (Rusconi Libri, 1985)
  4. "Conservazione e restauro dei beni architettonici" di Paolo Marconi (Maggioli Editore, 2001)
  5. "La conservazione dei monumenti in Italia: principi, metodi e tecniche" di Piero Gazzola e Antonio Penna (Laterza, 2003)

Altri articoli 

https://www.archiram.com/ristrutturare/consolidamento_strutturale.html