Stefano Rossi, Università Trento, Cor Ten..., Orio Serio,7 feb 2013

Transcript

1 Comportamento a corrosione di strutture ed infrastrutture in cor-ten nel mondo dei trasporti S. Rossi Dipartimento di Ingegneria Industriale - Università di Trento Stefano.rossi@ing.unitn.it 1

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3 Acciaio cor-ten (o acciaio patinabile) introdotto nella prima parte del XX secolo Uso molto frequente nel mondo dei trasporti e delle infrastrutture 3

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5 Piccole quantità (<1%) di rame, cromo, nichel e fosforo Formazione durante l esposizione atmosferica di uno strato di ossido protettivo Riduzione della velocità di corrosione 5

6 All inizio ossidi di colore aranciato simili alla ruggine dell acciaio al carbonio Nel tempo durante i periodi di umidità formazione di ulteriore ossido, in alternanza di cicli di asciutto consolidamento dello strato. Ossido di colore più scuro. Calo della velocità di corrosione Tempo di formazione dello strato protettivo dipende dall ambiente: Ambiente urbano: < 1 anno Ambiente industriale 2-3 anni Ambiente rurale 5 anni 6

7 Per avere formazione dello strato di ossido protettivo necessaria alternanza ciclica di umido/secco T. Murata Weathering Steel in Uhlig s Corrosion handbook, John Wiley & Sons, New York, 2000, p. 569 Mancanza del ciclo umido/secco; condizione di sempre bagnato o in immersione: NO formazione di ossido protettivo Importanza delle condizioni locali (T, umidità, giorni di pioggia, distanza dal mare, presenza di cloruri o inquinanti); orientazione (alto/basso; nord/sud) MICROCLIMA!!! 7

8 Esempi di degrado non previsto su strutture e infrastrutture stradali 8

9 1* guard-rail Autostrada del Brennero installati da 30 anni: Buon comportamento a corrosione. Tuttavia in alcuni casi un intenso attacco corrosivi (comportamento anomalo e non chiaro). * F. Deflorian, S. Rossi Premature corrosion failure of structural highway components made from weathering steel Engineering Failure Analysis 9 (2002)

10 15 parti di guard-rail prelevati tra Mantova e Brennero in USS Cor-Ten A CONNECTIONS PLATE COLUMN 10

11 Alcuni campioni pesantemente danneggiati Altri in buone condizioni Comportamento NON associabile alla qualità dell acciaio (composizione chimica e microstruttura) 11

12 Analisi dell ossido protettivo (composizione e struttura SEM e diffrazione X). Campione con cattivo comportamento: spessore molto elevato ma struttura non uniforme e compatta. Struttura amorfa 100 m 100 m Campione con buon comportamento: spessore più basso, più compatto e uniforme. magnetite (Fe 3 O 4 ) and FeOOH 12

13 Le proprietà dell ossido sono relative alla velocità di corrosione in esercizio: valutazione del substrato e dell ossido mediate prove elettrochimiche substrato ossido 13

14 Misure di impedenza elettrochimica su campioni con ossido. Fittaggio: parametro della resistenza dell ossido H. Kihira, S. Itoh, T. Murata, Corrosion 45 (1989) 347 Spessore dell ossido e resistenza dell ossido: Campioni non esposti ( ) Campioni esposti 1 anno ( ) campioni esposti 30 anni con buon comportamento ( ) e cattivo comportamento ( ). oxide resistance (kohm) 100,0 protective 10,0 1,0,10 anomalous initial, oxide thikness ( m) Il comportamento a corrosione del materiale dipende quanti dallo strato diossido prodotto durante la service life Come prevedere il comportamento del materiale in esercizio: valutazione dello spessore dopo pochi anni di esposizione. In caso di alto spessore valutare la resistenza dell ossido 14

15 Per avere la formazione di uno strato di ossido protettivo necessari cicli umido/secco Valutando la localizzazione dei campioni prelevati: Sia siti di montagna sia di pianura ma caratterizzati da alta umidità; limitata presenza del sole e vicinanza a fiumi Molti attacchi in luoghi dove uso di cloruri come antigelo ma anche dove non usati (ma non aspetto critico) Geometria del componente: Gli attacchi più pesanti in vicinanza del terreno o dell calcestruzzo dove l umidità risulta elevata o dove possibili ristagni di acqua Per minimizzare il problemi: Modificare la geometria dove possibile Valutare attentamente il micro-clima Se critico procedere alla protezione mediante vernici oppure cambiare il materiale 15

16 2 Degrado precoce di struttura di ponte 16

17 Viadotto Montevideo -Vela ss. 45 bis Trento /1982. Travata metallica a cassone in acciaio patinabile Credits: Foto di: Nicolas Janberg Foto tratta da: «Progetto esecutivo 2005/2008 Linea 5 Consorzio ReLUIS, Coordinatori F.M. Mazzolani e R. Zandonini» 17

18 Situazione di elevato degrado del cassone - Percolazione di soluzione clorurata dalla sede stradale - Assenza di fori e sistemi di drenaggio - Notevole ristagno di acqua 18

19 conclusioni Da: 19

20 Tratto da: uncoated weathering steel in structures 20

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