L’impiego della canapa nei materiali da costruzione può contribuire a ridurre il consumo di risorse non rinnovabili, senza rinunciare alle prestazioni meccaniche. Una ricerca sperimentale ne ha analizzato l’efficacia in tre diverse applicazioni: intonaci in calce rinforzati con fibre, blocchi cementizi contenenti aggregati riciclati e un sistema FRCM con rete in fibra di canapa.
I risultati evidenziano incrementi della resistenza a flessione degli intonaci fino al 69%, recuperi della resistenza a trazione compresi tra il 14 e il 20% nei conglomerati riciclati e una resistenza media a trazione di 85,7 MPa per il sistema FRCM sperimentale. Oltre a confermare il potenziale della canapa in termini di sostenibilità, le prove mostrano un miglioramento della duttilità e della risposta post-fessurativa, favorito dall’effetto di cucitura esercitato dalle fibre.
Prospettive applicative dei biocompositi a base di canapa per l’edilizia sostenibile
Impatto ambientale del settore costruzioni e ruolo dei materiali bio-based
Il settore delle costruzioni è responsabile di una quota rilevante del consumo globale di materie prime e delle emissioni di gas serra, rendendo necessaria l’individuazione di materiali innovativi capaci di ridurre l’impatto ambientale dell’ambiente costruito.
In tale contesto, i biocompositi stanno assumendo un ruolo sempre più importante grazie alla possibilità di sostituire parzialmente materiali tradizionali con risorse rinnovabili di origine vegetale, favorendo modelli di economia circolare e di decarbonizzazione del settore edilizio (Pickering et al., 2016; Mészáros et al., 2025).
Le fibre naturali, infatti, presentano numerosi vantaggi quali bassa densità, ridotto consumo energetico di produzione, biodegradabilità e disponibilità diffusa sul territorio, caratteristiche che ne favoriscono l’impiego in materiali compositi destinati all’edilizia e all’ingegneria civile (El-Shekeil et al., 2025).
Fibra lunga e canapulo: due sottoprodotti, due funzioni tecniche opposte
Tra le fibre naturali maggiormente studiate, la canapa (Cannabis sativa L.) rappresenta una delle soluzioni più promettenti grazie alle sue buone proprietà meccaniche, alla rapidità di crescita e alla capacità di assorbire significative quantità di anidride carbonica durante il ciclo vegetativo (El-Shekeil et al., 2025; Yazdanseta e Mi, 2025).
Dalla lavorazione dello stelo si ottengono sia le fibre lunghe, utilizzabili come rinforzo nei materiali compositi, sia il canapulo, costituito dalla parte legnosa interna, impiegabile come aggregato leggero in matrici a base di calce o cemento. La valorizzazione di tali sottoprodotti agricoli consente di incrementare la sostenibilità complessiva della filiera delle costruzioni e di ridurre il ricorso a materiali non rinnovabili (Mészáros et al., 2025).
La letteratura scientifica ha evidenziato come l’impiego della canapa nei materiali cementizi e a base di calce possa migliorare il comportamento a trazione e a flessione grazie ai meccanismi di bridging delle fibre, che limitano la propagazione delle fessure e aumentano la capacità post-fessurativa dei compositi (D’Alessandro et al., 2023; Mészáros et al., 2025).
Al contrario, la presenza di fibre vegetali e canapuli può determinare una riduzione delle prestazioni compressive, principalmente a causa dell’aumento della porosità e della minore compattezza della matrice. Numerosi studi hanno tuttavia dimostrato che tale riduzione può essere compensata dai benefici ottenuti in termini di leggerezza, isolamento termo-acustico e sostenibilità ambientale (Walker e Pavia, 2014; D’Alessandro et al., 2023).
Un ulteriore ambito di ricerca riguarda l’integrazione della canapa con aggregati riciclati provenienti da attività di demolizione e costruzione. Questa soluzione consente di combinare i principi dell’economia circolare con quelli della bioedilizia, riducendo simultaneamente il consumo di aggregati naturali e valorizzando materiali di scarto. Sebbene la sostituzione degli aggregati naturali con aggregati riciclati comporti generalmente una diminuzione delle proprietà meccaniche del conglomerato, l’aggiunta di fibre naturali può contribuire a migliorare la tenacità e la resistenza alla propagazione delle fessure (Pickering et al., 2016).
Che cosa manca oggi: dalla ricerca sui compositi vegetali alla qualificazione per uso strutturale
Negli ultimi anni l’attenzione della comunità scientifica si è estesa anche ai sistemi compositi per il rinforzo strutturale.
In particolare, i sistemi FRCM (Fabric Reinforced Cementitious Matrix) hanno mostrato notevoli potenzialità nel consolidamento di strutture in muratura e calcestruzzo grazie alla compatibilità delle matrici inorganiche con i supporti esistenti e alla maggiore resistenza alle alte temperature rispetto ai tradizionali sistemi FRP.
Sebbene le applicazioni commerciali siano ancora prevalentemente basate su fibre sintetiche o minerali, recenti ricerche stanno investigando l’utilizzo di reti in fibre naturali, tra cui la canapa, per sviluppare sistemi di rinforzo a minore impatto ambientale (ACI 549, 2022; CNR DT 215/2018).
Alla luce di tali considerazioni, il presente lavoro analizza le prospettive di utilizzo della canapa in tre differenti applicazioni edilizie: intonaci rinforzati con fibre e canapuli, blocchi realizzati con aggregati riciclati e canapa e sistemi FRCM con rete in fibra di canapa. L’obiettivo è valutare l’influenza della biomassa vegetale sulle proprietà fisiche e meccaniche dei materiali, individuando soluzioni sostenibili per il miglioramento delle prestazioni e della resilienza del costruito.
Intonaci rinforzati con canapuli e fibre di canapa
Materiali e assorbimento d’acqua degli scarti di canapa
Gli intonaci sono stati confezionati impiegando una matrice a base di calce idraulica naturale NHL 3.5, nella quale sono state introdotte fibre corte di canapa, canapuli oppure una combinazione dei due componenti (Figura 1).
Gli scarti di canapa, provenienti da coltivazioni dell’area campana, sono stati preliminarmente sottoposti a separazione manuale delle fibre dai canapuli, al fine di consentirne l’utilizzo selettivo nelle differenti formulazioni della miscela.
Assorbimento d’acqua della biomassa: 170% per il canapulo, 315% per la fibra
Le prove preliminari hanno evidenziato una significativa capacità di assorbimento d’acqua della canapa, imponendo la correzione del rapporto acqua/legante per garantire adeguata lavorabilità delle miscele. In particolare, i canapuli sono in grado di trattenere una quantità d’acqua pari a circa il 170% della propria massa secca, mentre per le fibre tale valore raggiunge il 315% (Figura 2).
Lavorabilità: prova di spandimento su tavola a scosse
I risultati della prova di spandimento, eseguita su tavola a scosse, mostrano che l’aggiunta combinata di fibre e canapulo consente di mantenere valori di lavorabilità comparabili o superiori a quelli della miscela di riferimento (Figura 3), confermandone l’applicabilità in intonaci a base calce.
Resistenza a flessione: incremento fino al 69% con le sole fibre
Le prove a flessione hanno evidenziato un significativo incremento della resistenza per le miscele contenenti fibre. L’aumento massimo registrato raggiunge circa il 69% rispetto alla miscela di controllo nel caso di impiego di solo fibre, mentre assume valori maggiori di circa il 28% nel caso di impiego combinato di fibre e canapuli. Di contro, l’impiego di soli canapuli produce un trend negativo di resistenza all’aumentare del contenuto di canapa (Figura 4).
Il miglioramento della resistenza flessionale riscontrato nella sperimentazione su fibre e sulla miscela fibre+canapuli è attribuibile all’effetto di cucitura delle fibre che limita la propagazione delle fessure e migliora la capacità di trasferimento degli sforzi attraverso le superfici lesionate.
Resistenza a compressione: riduzione fino al 46% con i soli canapuli
Al contrario, le prove a compressione mostrano una riduzione progressiva della resistenza all’aumentare del contenuto di materiale vegetale, con decremento massimo del 46% nel caso di impiego di soli canapuli (Figura 5).
La miscela fibre+canapuli come miglior compromesso tra lavorabilità, prestazioni e processo produttivo
L’analisi complessiva suggerisce che la miscela contenente fibre e canapuli in combinazione rappresenti il miglior compromesso tra lavorabilità e prestazioni meccaniche. Essa, infatti, è caratterizzata da una maggiore lavorabilità, fornisce le prestazioni meno variabili in termini di resistenza a flessione e a compressione e ottimizza il processo di produzione eliminando la necessità di separare le fibre dal canapulo.
Blocchi in conglomerato con aggregati riciclati da demolizione e canapa
Doppio obiettivo di sostenibilità: sostituzione degli aggregati naturali e componente bio-based
La seconda fase della ricerca ha perseguito un duplice obiettivo di sostenibilità: la sostituzione degli aggregati naturali con aggregati provenienti da demolizione e l’introduzione della canapa come componente bio-based. I materiali impiegati per la realizzazione dei blocchi sostenibili sono illustrati in Figura 6.
I mix design delle diverse categorie di blocchi implementati sono visibili in Figura 7.
Densità: −14% con gli aggregati riciclati, fino a −17% con l’aggiunta di canapa
L’impiego degli aggregati riciclati determina una riduzione della densità di circa il 14% rispetto al conglomerato tradizionale. L’aggiunta di canapa comporta ulteriori riduzioni, seppur contenute, con diminuzioni medie dell’ordine del 17% (Figura 8).
La diminuzione della massa volumica rappresenta un aspetto particolarmente interessante per applicazioni in cui la riduzione dei carichi permanenti costituisce un vantaggio progettuale.
Resistenza a compressione: il peso della sostituzione degli aggregati naturali
La sostituzione degli aggregati naturali con aggregati riciclati comporta una significativa riduzione della resistenza a compressione (Figura 9).
Al contrario, l’incremento del contenuto di canapa determina variazioni contenute rispetto ai conglomerati costituiti esclusivamente da aggregati riciclati, consentendo di individuare una composizione ottimale della miscela che coniuga adeguate prestazioni meccaniche con una maggiore sostenibilità ambientale.
Resistenza a trazione indiretta: recupero tra il 14% e il 20% grazie alla canapa
L’aspetto più interessante emerge dalle prove a trazione indiretta (Figura 10), nelle quali l’introduzione della canapa determina un recupero parziale delle prestazioni perse a causa della sostituzione degli aggregati naturali, con resistenza incrementata di un valore variabile fra circa il 14 e il 20%.
Le fibre, pertanto, svolgono un ruolo fondamentale nel contenimento dell’apertura delle fessure, consentendo il mantenimento di una parziale integrità del provino anche dopo la formazione della lesione principale.
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L’articolo continua nel PDF con la trattazione dei Sistemi FRCM con rete in fibra di canapa
FAQ TECNICHE: Biocompositi in canapa: prestazioni di intonaci, blocchi e FRCM
Che cosa sono i biocompositi a base di canapa per l’edilizia?
Sono materiali compositi nei quali fibre o canapuli derivati dallo stelo della canapa vengono associati a matrici minerali.
Nello studio vengono analizzati intonaci a base di calce idraulica naturale, conglomerati con aggregati riciclati e un sistema FRCM.
Le fibre svolgono soprattutto una funzione di controllo della fessurazione e trasferimento degli sforzi dopo l’innesco delle lesioni.
Quali norme e documenti tecnici sono rilevanti per questi materiali?
Lo studio richiama espressamente il CNR-DT 215/2018 per il comportamento dei sistemi FRCM e l’ACI 549.
Per la matrice in calce e le prove sulle malte risultano inoltre pertinenti UNI EN 459-1 e UNI EN 1015-11.
La possibilità di utilizzare i risultati sperimentali ai fini della progettazione di un FRCM strutturale in fibra di canapa deve essere distinta dalla sola caratterizzazione di laboratorio.
Quali vantaggi meccanici produce l’aggiunta di fibre di canapa?
Negli intonaci, l’impiego delle sole fibre porta a un incremento massimo della resistenza a flessione di circa 69% rispetto alla miscela di controllo; fibre e canapuli insieme producono un incremento di circa 28%.
Nei conglomerati con aggregati riciclati la canapa consente invece un recupero della resistenza a trazione indiretta pari a circa 14–20%.
Il beneficio è ricondotto principalmente all’effetto di bridging delle fibre.
Quali aspetti devono essere controllati nella preparazione delle miscele?
L’assorbimento d’acqua della canapa è un parametro determinante: nello studio i canapuli assorbono circa il 170% della massa secca e le fibre arrivano a circa 315%.
È quindi necessario correggere opportunamente il rapporto acqua/legante per mantenere la lavorabilità.
Nel sistema FRCM fili e rete raggiungono invece un assorbimento di circa il 150%, con massima imbibizione dopo circa due giorni.
Quali problemi di durabilità devono ancora essere approfonditi?
La durabilità rappresenta uno dei principali temi ancora aperti per le fibre naturali incorporate in matrici minerali.
Lo stesso articolo indica tra gli sviluppi futuri i trattamenti superficiali delle fibre, lo studio del comportamento a lungo termine in differenti condizioni ambientali e prove su elementi strutturali in scala reale.
Non sono quindi disponibili nel testo dati sufficienti per definire una vita utile progettuale del sistema.
Quali errori occorre evitare nell’interpretazione dei risultati?
Il primo è considerare la canapa come un sostituto prestazionalmente equivalente delle fibre sintetiche o minerali: lo studio rileva esplicitamente prestazioni inferiori per il sistema FRCM naturale.
Il secondo è trascurare la riduzione di resistenza a compressione: negli intonaci con soli canapuli il decremento arriva fino al 46%.
Il terzo è trasferire direttamente i valori sperimentali alla progettazione di interventi reali senza qualificazione, verifiche di durabilità e procedure di progetto applicabili.
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