Questo libro è stato realizzato nell'ambito del progetto Vocational and Educational Training for Building Observation, Operation and Maintenance

Transcript

1 A08 118

2 Questo libro è stato realizzato nell'ambito del progetto Vocational and Educational Training for Building Observation, Operation and Maintenance finanziato dal Programma Europeo Leonardo da Vinci Community Vocational Training Action Programme, anni Il presente testo non rispecchia necessariamente la posizione della Comunità Europea, che non ha quindi alcuna responsabilità in merito al contenuto dello stesso.

3 Antonio Frattari Rossano Albatici Michela Dalprà Umidità negli elementi edilizi: cause e rimedi

4 Copyright MMVII ARACNE editrice S.r.l. via Raffaele Garofalo, 133 A/B Roma (06) ISBN I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica, di riproduzione e di adattamento anche parziale, con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi. Non sono assolutamente consentite le fotocopie senza il permesso scritto dell Editore. I edizione: gennaio 2007

5 5 Sommario Introduzione 9 Umidità nelle murature Umidità per acqua ascendente Umidità per acqua da costruzione Umidità per acqua di condensazione Umidità per acqua da infiltrazione da pioggia Umidità per acqua da cause impreviste 27 Patologie nelle murature causate dall umidità Azioni di origine fisica Degrado di origine fisica Azioni di origine chimica Degrado di origine chimica Azioni di origine biologica Degrado di origine biologica 39 Metodi e strumenti per la misura dell umidità nelle murature Comportamento all acqua dei materiali costituenti le murature Comportamento all acqua delle pareti e misure del contenuto Misura dell umidità in un locale Misura dell umidità dell aria Strumenti per la misura dell umidità relativa dell aria Formazione di acqua di condensa Misura dell umidità nelle murature Rappresentazione grafica dello stato di assorbimento di un muro: sezioni umide Rappresentazione grafica dell umidità di un muro Rappresentazione grafica dell umidità di un muro: diagramma sezioni umide locali successivi 60 Rimedi principali Aereazione Sbarramento 65

6 6 4.3 Allontanamento 77 Umidità negli elementi costruttivi lignei Umidità da aria circostante Umidità per contatto diretto con acqua Umidità per contatto con altri materiali Umidità da acqua di condensa Umidità per acqua da cause impreviste 88 Patologie negli elementi costruttivi lignei causate dall umidità Azioni di origine fisica Degrado di origine fisica Azioni di origine biologica Degrado di origine biologica 101 Metodi e strumenti per la misura dell umidità del legno Metodo elettrico Metodo per pesata Metodo per distillazione Metodo igrometrico Rimedi principali Impermeabilizzazione Aerazione/ventilazione Corretta progettazione 120 Tecniche di indagine per la valutazione del degrado biologico Ispezione visiva Indagini non strumentali Indagini strumentali Rilievo delle biodegradazioni del legno 132 Identificazione della specie responsabile Riconoscimento degli insetti xilofagi Riconoscimento dei funghi xilofagi 138 Metodi di lotta contro insetti e funghi xilofagi Metodi di lotta chimici 141

7 Metodi di lotta fisici Metodi di lotta biologica 145 Umidità nei serramenti in legno Esposizione diretta alle intemperie (pioggia, aria, umidità ecc.) Permeabilità del giunto serramento/vano murario Permeabilità del giunto telaio fisso/telaio mobile Permeabilità del giunto vetro/telaio fisso Permeabilità della correlazione tra i profili del telaio Gocciolatoio Davanzale Profilo raccoglicondensa 152 Patologie nei serramenti in legno causate dall umidità Azioni esercitate da fattori naturali Azioni esercitate dall uomo Errori di realizzazione Degrado dei serramenti in legno 155 Criteri di intervento per il recupero dei serramenti in legno Interventi di manutenzione Interventi di riparazione e di miglioramento Interventi di sostituzione 163 Bibliografia 165 Referenze fotografiche 169

8 8

9 9 Introduzione L attività di formazione a vario livello, da quella di base a quella universitaria fino all aggiornamento professionale continuo (lifelong learning), si basa sempre più su sistemi di educazione a distanza dove la compresenza degli studenti e dell insegnante in uno stesso luogo e in uno stesso momento non è più necessaria. Con l e-learning, infatti, spesso erroneamente equiparato all on-line learning e semplicisticamente definito sistema di formazione a distanza, si struttura un offerta didattica complessa che utilizza tecnologie informatiche di livello avanzato e propone un attività virtuale che non vincola l utente alla presenza fisica a lezione. Si profila pertanto un educazione anywhere and anytime, con la possibilità di formare percorsi di studio personalizzati in base sia ai propri interessi culturali sia alle proprie esigenze personali in termini di tempo (impegni lavorativi o sovrapposizione con altre attività) e di possibilità di spostamento. In tal senso si aprono anche nuove interessanti possibilità per la formazione di persone con disabilità motoria e sensoriale. In un epoca caratterizzata da veloci mutamenti culturali, tecnologici e legislativi, inoltre, è fondamentale la necessità di garantire una formazione aggiornata e continua che prosegua anche dopo il conseguimento del titolo di studio e l inserimento nel mondo del lavoro. Sono pertanto necessari strumenti di formazione flessibili e facilmente utilizzabili anche da non esperti, dotati di supporti informatici e cartacei semplici ma completi e ben strutturati. In quest ottica è stato prodotto questo libro nell ambito del progetto (VET BOOM) finanziato dalla Comunità Europea in seno al Programma Leonardo da Vinci Community Vocational Training Action Programme. Il progetto VET BOOM è stato svolto negli anni da un gruppo di ricerca coordinato dal prof. Andras Zöld della Budapest University of Technology and Economics e composto da partner di sei paesi europei: Danimarca, Irlanda, Italia, Romania, Slovacchia e Ungheria. Scopo principale del progetto è stata la realizzazione di un nuovo sistema di formazione per la creazione di una figura professionale tipica del panorama anglosassone ma assente nel resto d Europa così come in

10 10 Italia, il Building Surveyor, attiva nel settore della conservazione, riutilizzo e gestione del patrimonio edilizio esistente. Il sistema si basa su un corso on line che fornisce degli strumenti utili per raggiungere una conoscenza specifica degli aspetti connessi con il rilievo dello stato di fatto e delle patologie degli edifici, con le operazioni relative a interventi di recupero funzionale e fisico. Il sistema affronta anche le problematiche di manutenzione periodica. Un idonea gestione del patrimonio edilizio garantisce inoltre la riduzione dei consumi energetici e dell inquinamento ambientale dovuto all edilizia, tema particolarmente importante in un periodo dove la sostenibilità ambientale è elemento caratterizzante le politiche in qualsiasi settore. Il principale risultato finale del progetto è stata la strutturazione del corso Techniques for Building Survey che è attualmente consultabile sul portale Didatticaonline dell Università di Trento previa registrazione all indirizzo internet Il corso, già utilizzato per gli studenti di Ingegneria Civile dell Università di Trento negli ultimi due anni accademici, è a disposizione di enti e associazioni pubbliche o private che siano interessate a proporre ai dipendenti o agli associati un attività di aggiornamento e formazione professionale a distanza. In questo senso, il Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale dell Università di Trento ha già siglato un accordo con il Collegio Geometri della Provincia di Trento per permettere ai propri iscritti l accesso controllato al corso in via sperimentale e per iniziare un attività di formazione continua estendibile in altri settori e sviluppabile anche per altre realtà italiane interessate. Il libro propone il risultato del lavoro svolto dal gruppo di ricerca dell Università di Trento e si presenta come un manuale di facile e rapido utilizzo per gli operatori del settore edile ad ogni livello (liberi professionisti, dipendenti pubblici e privati, imprese di costruzione, studenti) che può essere utilizzato sia come supporto al corso on line sia indipendentemente da esso, e riguarda in particolar modo la definizione delle cause e l identificazione dei principali rimedi per la presenza di umidità negli elementi edilizi in muratura e in legno. Gli autori Trento, settembre 2006

11 11 UMIDITÀ NELLE MURATURE L'acqua o il vapor d'acqua presenti nelle murature determinano quello stato che va sotto il nome di "umidità nelle murature" (Fig.1). L'umidità può avere origini diverse e le più ricorrenti sono: -, che deriva dal sottosuolo e imbibisce le murature per infiltrazione diretta, per capillarità o per azione di forze elettrosmotiche; -, presente negli edifici di recente costruzione, ma spesso anche in quelli molto antichi, se gli spessori dei muri sono notevoli e di conseguenza le malte aeree contenute negli strati più interni e non lambiti dall'aria non hanno ancora completato la presa; -, dovuta alla condensazione del vapor d'acqua contenuto nell'aria sia all'interno degli elementi edilizi, sia sulle loro superfici; -, che, per la cattiva realizzazione degli elementi di raccolta e smaltimento dell'acqua piovana, penetra in diversa misura nelle murature; -, come la rottura di fognature, condotte pluviali, serbatoi d' acqua, ecc. a Legenda: g e f h i l b c - d m o + n a) pioggia b) penetrazione laterale di pioggia di stravento c) gelo agenti aggressivi da inquinamento atmosferico d) pioggia di rimbalzo e) condensazione per scarsa protezione termica f ) condensazione per raffreddamento psicometrico g) vapore acqueo h) condensazione interstiziale i) concentrazione di sali igroscopici che attingono vapore dall aria l) infiltrazione diretta di acqua dal sottosuolo m) acqua dispersa n) livello di falda o) forze elettro-osmotiche p) risalita capillare di acqua dal sottosuolo p 11

12 12 Antonio Frattari 1.1 Umidità per acqua ascendente L acqua ascendente è la causa principale della presenza di umidità nelle vecchie costruzioni, nei piani interrati o nei piani a livello appena superiore al piano di campagna o al piano stradale (Fig.2). L umidità per acqua ascendente può essere alimentata: - da acqua dispersa; - da acqua freatica. è accidentale e si tratta in genere di acqua piovana raccolta in modo inadeguato, di perdite da fognature, pozzi, acquedotti, oppure anche acque di condensazione, tutte cause che provocano delle limitate imbibizioni locali del terreno a contatto con le strutture di fondazione (Fig.3). è quella naturalmente presente nel terreno a causa di piogge, neve o per presenza di corsi e specchi d acqua nelle vicinanze, immagazzinata nei pori fra le particelle sedimentarie e nelle fenditure delle rocce compatte. Il suo livello spesso varia in funzione della stagione (Fig.4). Se non si hanno dati esaurienti per orientarsi sulla provenienza dell acqua, è necessario procedere ad una sistematica ispezione del perimetro dell edificio: - effettuando degli scavi a ridosso della muratura, sino ad incontrare qualche zona asciutta; - controllando se pozzi, cisterne, fognature che si trovano nei pressi abbiano delle perdite oppure no; - verificando che le acque piovane dei tetti e le acque stradali siano convogliate opportunamente; - mettendo allo scoperto le tubazioni d acqua sotto pressione o

13 13 verificando al manometro, con saracinesche chiuse o in altro modo, l eventuali perdite e verificando inoltre se producono condensazione. L umidità dovuta ad acqua dispersa o ad acqua freatica presenta caratteri differenti. Nel caso di - si hanno manifestazioni imponenti, ma generalmente localizzate ad un solo lato o ad una sola parte dell edificio; - sono interessati un solo edificio o un gruppo limitato di edifici vicini; - si notano spesso oscillazioni annue nell altezza di risalita dell acqua. L umidità attinta da - interessa l edificio in tutto il suo sviluppo (Fig.5) a meno che le parti non siano state realizzate con materiali diversi; - è comune a tutti gli edifici di una stessa zona, coevi di costruzione, ed omogenei per materiali impiegati; - non rivela durante l anno oscillazioni nell altezza di risalita;

14 14 Antonio Frattari - l altezza di risalita è massima nei lati esposti a nord e nord-est, minima in quelli solitamente soleggiati (Fig.6). Sia che l umidità provenga da acqua dispersa che da acqua di falda freatica, i fenomeni fisici che ne determinano l ingresso e la diffusione nelle murature sono legati agli stessi fenomeni, e in particolare (Fig.7): - alla infiltrazione diretta; - alle forze capillari; - alle forze elettro-osmotiche. si ha quando le murature di fondazione sono a diretto contatto con la falda freatica. Il materiale costituente la muratura si imbibisce (si satura d acqua) e per capillarità l acqua risale all interno dell elemento (Fig.8). Quando le murature di fondazione non sono a diretto contatto con la falda freatica, l acqua le può raggiungere a causa delle a forze elettroosmotiche b infiltrazione diretta di acqua dal sottosuolo c risalita capillare di acqua dal sottosuolo

15 15 (tanto maggiori quanto minori sono i grani e i pori del terreno). In generale, infatti, il liquido contenuto in due vasi comunicanti rimane allo stesso livello, ma quando uno dei due vasi ha dimensioni minime, dette anche capillari, il liquido non si mantiene a livello dovuto, ma sale nel vaso più stretto tanto più in alto quanto più è piccola la sua sezione (Fig.9). Dunque l altezza di risalita dell acqua è inversamente proporzionale ai diametri dei pori. Mediante queste forze l acqua risale dal livello superiore della falda freatica agli strati soprastanti, che presentano un contenuto percentuale di acqua sempre decrescente man mano che si sale, sino al livello libero del suolo, venendo però in contatto con le murature di fondazione. In materiali molto igroscopici, come le malte e la maggior parte dei materiali da costruzione, l acqua presente nelle murature può superare il 30% in volume: è quindi possibile che per ogni metro cubo di muratura vengano trattenuti anche 300 Kg. di acqua. La capacità di risalita capillare aumenta un poco con la diminuzione della temperatura (che comporta soprattutto una minore evaporazione) e in maniera più evidente con il crescere della concentrazione salina. L altezza di risalita dell acqua varia a seconda delle caratteristiche fisiche del materiale. Se ci si trova di fronte a un muro con pochissima malta, ripartita in giunti sottili, tirati per bene, il potere complessivo di assorbimento della muratura risulta simile a quello specifico del materiale base impiegato. Il laterizio ha una capacità di adescamento da 3 a 5 volte maggiore delle malte aeree, quindi, in una muratura ben fatta, questo materiale facilita la risalita dell acqua, in quanto la muratura si comporta in modo molto più simile al materiale base. Se invece la muratura è costruita con materiale anticapillare, quale la selce, la risalita dell umidità per capillarità sarà molto ridotta, avendo

16 16 Antonio Frattari come via di risalita i soli strati di malta. Questa è la ragione per cui i Romani nelle murature in elevazione utilizzavano materiali porosi quali il tufo (che ha una notevole capacità di adescamento di acqua, ma è inoltre un ottimo isolante termico) e nelle murature di fondazione utilizzavano materiali compatti quali la selce. Si può dunque differenziare il comportamento del materiale base in, se trasmette l umidità in maniera uguale o maggiore di quanto faccia la malta, e se non si presta a ponte di trasmissione dell acqua. E bene specificare che l umidità della sola malta non è sufficiente a produrre l invasione ascendente. Perchè essa avvenga è necessario che coesistano sempre 2 cause: - continua alimentazione di acqua dal terreno al muro; - elevata potenza adescante del materiale costruttivo immerso nella malta (Fig.10). Un altra cosa da tener presente è che le murature delle fondazioni assorbono l acqua dal terreno e a parità di altre condizioni la trasportano tanto più in alto quanto maggiore è il loro spessore: infatti ad uguale contenuto percentuale di acqua i muri di maggiore spessore contengono una maggiore quantità di acqua, ma la superficie da cui questa può evaporare è indipendente dallo spessore degli stessi, quindi tanto più spessi sono i muri tanta più acqua sarà trattenuta e dunque tanto più in alto salirà. Da osservazioni effettuate si è verificato che: - in pilastri isolati, l altezza di risalita equivale allo spessore degli stessi (Fig.11); - in chiusure verticali esterne, l altezza di risalita varia da 1 volta e 1/2 a 4 volte lo spessore del muro (Figg.12, 13);

17 17 - in chiusure verticali interne, l altezza di risalita varia da 2 a 5 volte lo spessore del muro (Fig.14). L umidità ascendente dovuta a è dovuta alla differenza di potenziale elettrico esistente fra gli strati del sottosuolo a livello di fondazioni e le murature a livello del piano di campagna. La differenza di potenziale esistente in un determinato luogo, fra il terreno nei suoi strati profondi e le murature a livello, dipende da fattori fisico-chimici, dalla quantità e qualità di acqua contenuta nel terreno, ecc. Di tali fattori non si conosce, con sufficiente chiarezza, l influenza sul fenomeno elettro-osmotico. In seguito ad esperimenti è risultato che la differenza di potenziale suddetta varia, a seconda del terreno, da circa 10 a circa 100 millivolts (in particolari casi la differenza di potenziale è risultata maggiore di 500 millivolts). La differenza di potenziale elettrico, trovandosi il polo positivo nel sottosuolo, genera delle forze elettro-osmotiche che tendono a trasportare l acqua verso il polo negativo, cioè verso le murature in elevazione.

18 18 Antonio Frattari 1.2 Umidità per acqua di costruzione In costruzioni con setti di notevole spessore (castelli, forti, mura difensive), l umidità di costruzione può permanere anche per alcuni secoli dopo l edificazione (Fig.15). Questo avviene, sebbene per minor tempo, anche nelle nuove costruzioni per le quali è utile valutare il tempo di prosciugamento. L evaporazione dell acqua contenuta nelle murature è tanto più facilitata quanto più le pareti sono esposte al sole, all aria e quanto più quest ultima è secca e mossa dal vento. A parità di queste condizioni l evaporazione dipende dalla qualità e dallo spessore della muratura. I materiali con pori più grandi, come i mattoni a mano e la malta di calce aerea, si asciugano più rapidamente; quelli a struttura più fine, come la malta in cemento e i mattoni silicio calcarei, perdono più lentamente l acqua che contengono. Sperimentalmente si è trovato che il tempo di prosciugamento varia secondo una legge parabolica: t = p x s 2 ove s, misurato in centimetri, è lo spessore del muro medesimo e p, espresso in giorni/cm 2, è il coefficiente di prosciugamento caratteristico del materiale costituente la muratura. Nella tabella n 1 sono illustrati alcuni valori del coefficiente di prosciugamento relativi ai principali materiali da costruzione. Per esempio, nel caso di un muro di pietra calcarea (p=1.2) e malta di calce dello spessore di 2 metri, il tempo di prosciugamento risulta essere: t = 1.2 x = giorni, cioè circa 131 anni MATERIALI Pp Mattoni (mediamente) 0.28 Pietra calcarea (mediamente) 1.2 Malta di calca aerea 0.25 Calcestruzzo di pomice 1.4 Calcestruzzo cellulare (mediamente) 1.2 Calcestruzzo strutturale (a Kg 200/mc) 1.6

19 19 T t Tale tempo di prosciugamento può poi aumentare se influenzato da effetti che rendano difficile l evaporazione, quali scarsa ventilazione (muri di cortili mal ventilati), poco soleggiamento ed elevata umidità dell aria, temperature troppo basse. Nel diagramma di Fig.16 sono riportate (di massima) le temperature occorrenti in funzione di una certa durata di essicazione dei materiali (a parità di volume, superficie ed altre condizioni ambientali). Questo tipo di umidità si manifesta per lo più come tracce di muffa ed efflorescenze (Fig.17). 1.3 Umidità per acqua di condensazione Il fenomeno della condensazione è funzione della temperatura dell aria e della sua umidità relativa. È legata al rapporto tra la quantità di vapore presente in una unità di volume d aria ad una data temperatura e pressione, e la quantità di vapore necessaria per rendere satura l aria alla stessa temperatura e pressione. In funzione della temperatura l aria può trattenere una certa quantità di vapore, fino ad un valore massimo, oltre il quale essa diventa satura e si ha la condensazione. La quantità di vapore d acqua che l aria può trattenere aumenta con l aumentare della temperatura stessa. Il diagramma di Mollier (diagramma dell aria umida) (Fig.18) permette di individuare le temperature alle quali si ha la condensazione del vapor d acqua per diversi valori di umidità relativa e temperatura dell aria atmosferica. Nel diagramma, in ascissa vengono riportate le quantità d acqua, espresse in grammi, contenute in un chilogrammo d aria secca,

20 20 Antonio Frattari Temperatura dell aria in ordinata si hanno invece le diverse temperature dell aria. All interno del diagramma sono riportate le curve di uguale umidità relativa. La curva ad umidità relativa del 100% è la curva di saturazione. Per determinate condizioni d aria (temperatura ed umidità relative) si può graficamente individuare la temperatura alla quale si avrà la condensazione. I fenomeni di condensazione possono comportare in alcune situazioni specifiche tutta una serie di inconvenienti agli elementi edilizi, in particolare le pareti e la copertura di un edificio. Diverse sono le cause che determinano la formazione di acqua di condensazione e diversi sono i modi in cui si può manifestare la condensa. In un edificio i fattori che determinano la condensa (Fig.19) possono dividersi in tre categorie: - fattori interni; - fattori esterni; - fattori costruttivi. dovuti alla produzione di vapore acqueo sia nella normale conduzione di un edificio (cucina, bagno, ecc.) sia per particolari destinazioni d uso (lavanderie, cucine, locali affollati, ecc.) sia per la presenza di elementi umidi (muri scantinato, ecc.). legati alle basse temperature esterne che si verificano

21 21 Ti Te Ti Te Fattori interni: a. vapore acqueo Fattori esterni: temp. interna Ti > Te temp. esterna Fattori costruttivi: b. non corretto posizionamento isolante termico c. ponti termici nella stagione fredda e che comportano una notevole escursione termica fra parete interna e parete esterna. dovuti alla cattiva progettazione o esecuzione di un manufatto, quali: - alta trasmittanza termica delle pareti (U) o per insufficiente spessore o per materiali non idonei; - presenza di ponti termici; - non corretto posizionamento dell isolamento termico; - assenza o posizionamento errato della barriera al vapore. Il flusso di vapore che si determina, nel suo movimento, tende ad attraversare l elemento costruttivo di separazione (la muratura) fra interno ed esterno. Se le superfici con cui viene a contatto presentano una temperatura più fredda tale che il vapore contenuto nell aria risulti superiore al valore limite di saturazione dell aria, il vapore in eccedenza condensa. Il fenomeno della condensa si può manifestare secondo due modalità: - sulle superfici di materiali o finiture (condensa superficiale);

22 22 Antonio Frattari - negli elementi costruttivi (condensa interstiziale). con caratteristiche di ridotta permeabilità al passaggio del vapore (vetrate, superfici a finitura metallica, pareti trattate con vernici sintetiche non traspiranti, ceramica, marmo, ecc.) il fenomeno è particolarmente evidente. Si vengono infatti a formare zone di umidità sotto forma di appannamenti o di goccioline d acqua; si dice in questo caso che l umidità da condensazione bagna (Fig.20). invece, con caratteristiche di ridotta permeabilità al passaggio del vapore (intonaco di calce, gesso, laterizio, ecc.), può verificarsi un fenomeno di condensazione all interno dell elemento stesso; si dice in questo caso che l umidità da condensazione macchia (Fig.21). Un esempio evidente del secondo caso si ha spesso negli edifici costruiti con putrelle di acciaio nei solai. Il vapore che condensa sulle parti più fredde di intonaco, in corrispondenza delle putrelle, provoca un alterazione di colore dell intonaco che le ricopre. In questo modo si creano sul solaio delle caratteristiche strisce scure. I problemi maggiori insorgono nel caso di elementi costituiti da strati di materiali diversi fra cui uno isolante. La diffusione del vapore avviene attraverso gli strati degli elementi costituenti l involucro, più o meno porosi in rapporto alle caratteristiche dei materiali e che quindi presentano una minore o maggiore resistenza al passaggio del vapore. A seconda dell andamento della temperatura nell elemento si possono determinare superfici di saturazione e conseguenti fenomeni di condensa dagli effetti visibili (sulle superfici esterne si potranno quindi verificare rigonfiamenti

23 23 Parete interna 15 C Ambiente interno 15 C HR = 60% T = 20 C T = 15 C Processo di Migrazione del vapore acqueo Parete esterna 15 C Ambiente esterno 0 C HR = 100% T = 12 C Migrazione d acqua T = 2 C T = 0 C Migrazione d acqua Q del vapore acqueo con crepature degli intonaci, macchie scure determinate da muffe ed agenti biologici) o non visibili, almeno in tempi brevi (il verificarsi di fenomeni di condensa all interno degli elementi costruttivi comporta una presenza di umidità che, per assorbimento di acqua o per capillarità, può interessare parti limitrofe e può determinare nel tempo, per cause diverse corrosione, gelività, muffe, ecc., una degradazione irreversibile degli elementi stessi (Fig.22)). 1.4 Umidità per acqua da infiltrazione da pioggia L umidità per infiltrazione da pioggia dipende da quanta acqua investe i paramenti (Fig.23). È rilevante mettere in relazione la intensità di pioggia con la velocità del vento. In assenza di quest ultimo, infatti, la pioggia cadrebbe verticalmente e basterebbe una piccola sporgenza per proteggere l intera facciata; il vento causa invece una deviazione dalla verticale tanto più accentuata quanto maggiore è la sua velocità e minore il peso delle gocce di pioggia ed inoltre esercita una pressione che può variare da pochi Kg/mq fino a 150 Kg/mq, anche se mediamente il vento non supera una velocità di 45 Km/h esercitando una pressione di circa 10 Kg/mq. L acqua di pioggia può raggiungere i paramenti esterni anche per altri motivi. In particolare in prossimità del perimetro di base di un edificio si determina l effetto di rimbalzo, soprattutto se intorno al basamento c è

24 24 Antonio Frattari a. pioggia verticale b. pioggia di stravento c. pioggia di rimbalzo un marciapiede e comunque il terreno è finito con un materiale compatto come il cemento armato o l asfalto. In questo caso l acqua che cade con una certa veemenza sul terreno rimbalza e bagna la base dell edificio per altezze variabili da pochi centimetri fino a cm. (Figg.24, 25, 26). L acqua meteorica venuta a contatto con l edificio può infiltrarsi nelle murature per cause diverse quali fessure, costituzione intrinseca della muratura e dei comenti di malta. Essa può anche infiltrarsi attraverso la copertura, quando questa abbia punti con soluzione di continuità, oppure attraverso le fessure e i dissesti in genere provocati da cedimenti differenziali delle fondazioni, dalle spinte delle volte, dalle dilatazioni termiche (che possono provocare distacchi fra giunti di malta ed elementi lapidei), o da movimenti dell edificio in generale provocati da altre cause,

25 25 oppure attraverso giunti a tenuta fra elementi omogenei (pannello-pannello, ecc.) o fra elementi disomogenei (pannello infisso, ecc.) (Fig.27). In certe zone vicino al mare, inoltre, la salsedine trasportata dalla pioggia contribuisce ad un rapido degrado della muratura. Una condizione che facilita la penetrazione d acqua è inoltre l uso di mattoni, anzichè calcestruzzo, anche se magro. Non è consigliabile comunque combattere questo fenomeno applicando sulla muratura un intonaco di cemento, in quanto limiterebbe l evaporazione dell acqua di condensazione interna alla muratura. Le fessure capillari che si formano nel calcestruzzo in seguito alle alternanze termiche stagionali, inoltre,costituirebbero una ulteriore facile via d ingresso per l acqua (Figg.28, 29). La quantità d acqua in gioco in questo tipo di umidità, cioè la parte trattenuta dal muro, non è elevata: ne deriva un umidità saltuaria, che però può diventare intensa in determinati periodi di piogge ripetute a breve intervallo, quando l evaporazione, fra un assorbimento e l altro, non è più sufficiente ad impedire il cumulo.

26 26 Antonio Frattari Come detto in precedenza, la penetrazione dell acqua in un paramento murario avviene principalmente attraverso i giunti che assorbono da quattro a cinque volte di più dei mattoni. Per ridurre l assorbimento i giunti debbono essere compressi, ossia stilati con un ferro, usando malta di cemento e sabbia non troppo fine. Qualora i mattoni, prima di essere messi in opera, non vengono adeguatamente bagnati, sottraggono l acqua al letto di malta sul quale sono posati aumentandone la capillarità: la contrazione del letto di malta dà luogo alla successiva fessurazione superficiale fra malta e mattone realizzando un punto preferenziale di penetrazione della pioggia (Figg.30, 31). Per queste ragioni nei muri di mattoni l umidità della pioggia a vento penetra soltanto fino a 6-7 cm sotto l intonaco e il prosciugamento può avvenire in pochi giorni. Un altra causa frequente di penetrazione risiede nelle fessurazioni e nei dissesti in genere delle superfici orizzontali, quali ad esempio le cornici, i marcapiani, le soglie e i timpani delle porte e delle finestre (Figg.32-35).

27 Umidità per acqua da cause impreviste Si manifesta in corrispondenza di quelle parti della costruzione che sono a contatto con rilevanti quantità di acqua (cisterne, impianti idricosanitari, impianti di riscaldamento, scarichi, condotte pluviali, fognature, converse, terrazze scoperte ecc.) (Figg.36, 37 e 38). Questo tipo di umidità è molto frequente nelle vecchie costruzioni in quanto gli impianti tecnici sopra citati sono in genere costruiti artigianalmente e spesso in fasi successive all edificazione dell immobile. Per questa ragione i percorsi delle condotte sono spesso irrazionali e mal protetti. Se a ciò si aggiunge una cattiva manutenzione si avrà un veloce degrado generale accompagnato da fenomeni di corrosione nelle condutture stesse. Le perdite di acqua conseguenti si infiltreranno in modo vario nella muratura rendendo talvolta difficile il riconoscimento delle cause.

28 28 Antonio Frattari Per quel che riguarda l acqua piovana, si potranno inoltre avere infiltrazioni dovute a sconnessione o rottura delle converse delle falde dei tetti, dei comignoli, ecc.

29 29 PATOLOGIE NELLE MURATURE CAUSATE DALL UMIDITÀ La presenza di umidità in combinazione con azioni di origine, e è una delle maggiori cause di degrado in termini di erosione e di perdita di coesione degli elementi costruttivi costituenti le murature. Nel presente capitolo si analizzano sinteticamente le principali azioni di origine fisica, chimica e biologica ed il conseguente degrado che esse possono determinare. 2.1 Azioni di origine fisica Il degrado di origine può generarsi in combinazione con l azione di vari eventi, quali: - l azione del vento che trasporta minutissime particelle ed opera una sorta di sabbiatura sulle murature o che introduce acqua a pressione; - gli sbalzi termici con la conseguente dilatazione ed il successivo ritiro delle masse. Ad esempio, un intonaco eseguito nella stagione calda può perdere rapidamente l umidità e le screpolature conseguenti al ritiro possono diventare più numerose e più ampie nei confronti di quelle che si avrebbero se l intonaco medesimo fosse stato eseguito con clima più fresco ed umido; - il gelo e disgelo che provoca la disgregazione delle superfici imbevute d acqua. Alcuni tipi di materiale lapideo possiedono pori entro i quali si può depositare l acqua. Con l abbassamento della temperatura può verificarsi il passaggio di stato dell acqua dallo stato liquido allo stato solido. L acqua, solidificando, aumenta di volume, sottoponendo il materiale ad una sollecitazione meccanica che a lungo andare ne provoca il deterioramento. 2.2 Degrado di origine fisica Gli eventi di origine fisica causano in genere fenomeni di degrado di piccola entità quali, ad esempio: l esfoliazione, la fessurazione e l erosione. 29

30 30 Michela Dalprà L esfoliazione è un alterazione del materiale che si manifesta con il sollevamento, seguito da distacco, di una o più parti di spessore molto ridotto e subparallele tra loro dette sfoglie (Figg.39, 40). La fessurazione è una degradazione che si manifesta con la formazione di soluzioni di continuità nel materiale che può implicare lo spostamento reciproco delle parti. L erosione è un asportazione di materiale dalla superficie dovuta all azione meccanica di particelle solide trasportate dal vento (Figg.41, 42). La disgregazione di esigue quantità di intonaco in genere non origina veri e propri stati patologici, però prepara il terreno alla successiva azione disgregatrice dell acqua o del vapore acqueo che può penetrare facilmente attraverso le piccole lesioni nella muratura fino ad imbibirla in tutto il suo spessore. Hanno così luogo manifestazioni macroscopiche che vanno dal rigonfiamento dell intonaco al distacco di materiale (Figg.43, 44).

31 Azioni di origine chimica L acqua che viene a contatto con le superfici degli elementi costruttivi costituenti le murature, è il principale vettore di sali e sostanze chimiche che determinano il degrado chimico. Questo degrado deriva, in particolare: - dall inquinamento ambientale dovuto principalmente allo smog, miscela di numerosi composti chimici frammisti a vapor acqueo e granelli di polvere (particolato); - dalla risalita capillare di acqua ricca di sostanze saline. 2.4 Degrado di origine chimica Il degrado derivante dall inquinamento ambientale è oggi quello più diffuso, soprattutto nei grossi centri urbani e nelle aree a sviluppo prevalentemente industriale, causato dall elevata concentrazione dei gas di scarico delle automobili, degli impianti di riscaldamento e delle fabbriche. Sulle murature si possono formare delle efflorescenze biancastre o delle erosioni superficiali che indicano la presenza di un degrado chimico, dovuto alle reazioni dei componenti la muratura con l acqua e con i composti inquinanti presenti sia nell atmosfera che nell acqua stessa (Figg ). Questo tipo di deterioramento avviene per la formazione di alcuni sali: - solfati; - cloruri; - carbonati; - nitrati e nitriti.

32 32 Michela Dalprà derivano dall acido solforico (H2SO4) che si forma nell atmosfera per la presenza di anidride solforosa emessa dalla combustione dei combustibili fossili contenenti zolfo. Quest acido è molto pericoloso per i componenti la muratura, in particolar modo per il carbonato di calcio (CaCO3). Una delle reazioni possibili, che si possono avere, è la trasformazione del carbonato di calcio in solfato di calcio biidrato, ovvero gesso, che interessa le superfici delle murature e che portano alla degradazione e parziale perdita del materiale superficiale. CaCO 3 + H 2 SO 4 + 2H 2 O = CaSO 4.2H 2 O + H 2 CO 3 carbonato acido acqua gesso acido di calcio solforico carbonico Passando da carbonato di calcio (principale componente del calcare) a gesso, si ha un aumento di volume del sale. Inoltre il gesso è solubile in acqua e facilmente dilavabile dalle piogge, ed è per questa ragione che un po alla volta il calcare si erode (Fig.45). Un altra reazione possibile è la seguente: H 2 SO 4 + CaCO 3 = H 2 CO 3 + CaSO 4 acido carbonato acido solfato solforico di calcio carbonico di calcio Anche il solfato di calcio come il gesso, viene facilmente dilavato dall acqua.

33 33 I solfati però possono trovarsi nelle murature anche per altre motivazioni: - possono essere presenti nei materiali utilizzati per la costruzione o nell acqua di impasto per le malte; - per la risalita capillare di acqua sotterranea contenente solfati; - per la presenza di microrganismi, soprattutto nei materiali lapidei calcarei, in grado di metabolizzare lo zolfo in solfati; - per la vicinanza del mare che è una delle possibili cause della presenza di elevate concentrazioni di sali sulle superfici dei manufatti. sono i sali che derivano dall acido cloridrico (HCl). Sono particolarmente presenti nelle zone di mare come cloruro di sodio (NaCl). Il cloruro di sodio ha soprattutto un effetto di tipo fisico. Il sale che precipita da una soluzione satura, occupa un volume maggiore che la soluzione stessa. Si consideri ad esempio acqua salata (acqua contenente cloruro di sodio) che entra in una fessura e poi evapora con conseguente precipitazione del sale. Un po alla volta la fessura si riempie sino al punto che un ulteriore arrivo di acqua scioglierà il sale e si otterrà una soluzione satura che in seguito ad evaporazione si espanderà tanto

34 34 Michela Dalprà da provocare spaccature e fratture dei materiali costituenti la muratura stessa (Fig.47). Il cloruro di sodio può arrivare alle fessure trasportato dal vento, ma anche per capillarità. I cloruri sono molto dannosi anche se si trovano nell acqua di impasto delle malte: per esempio se l idrossido di calcio o grassello (Ca(OH)2) viene a contatto con il cloruro di magnesio si forma il cloruro di calcio, sale igroscopico e deliquescente: Ca(OH)2 + MgCl2 = CaCl2 + Mg(OH)2 idrossido cloruro di cloruro idrossido di di calcio magnesio di calcio magnesio sono i sali che derivano dall acido carbonico (H2CO3). La carbonatazione è un fenomeno in cui le sostanze perdono idrogeno ed ossigeno arricchendosi di carbonio. Questo processo avviene per opera dell anidride carbonica (CO2). L anidride carbonica è il risultato della combustione di un composto organico in presenza di una quantità di ossigeno sufficiente a completare l ossidazione. Un tipico esempio di carbonatazione è la seguente reazione: Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O idrossido anidride carbonato acqua di calcio carbonica di calcio L attività degradativa della CO2 si manifesta quando, reagendo con l acqua, dà origine ad una soluzione di acido carbonico secondo la seguente

35 35 reazione: CO2 + H2O = H2CO3 anidride acqua acido carbonica carbonico L acido carbonico reagisce con il carbonato di calcio che è la componente fondamentale dei materiali lapidei a matrice carbonatica: CaCO 3 + H 2 CO 3 = Ca(HCO 3 ) 2 carbonato acido bicarbonato di calcio di calcio carbonico e la reazione porta alla formazione del bicarbonato di calcio altamente solubile, con conseguente dissoluzione della matrice carbonatica costitutiva (Fig.48). sono un gruppo di sali che derivano dall acido nitrico (HNO3) e dall acido nitroso (HNO2).

36 36 Michela Dalprà Normalmente anche questi sali sono igroscopici e molto solubili in acqua. La presenza naturale di nitrati e nitriti nell ambiente deriva dalla decomposizione, da parte dei microrganismi, di materiale organico contenente azoto animale e vegetale. La presenza di nitrati nelle acque può essere, inoltre, data dall impiego di fertilizzanti in agricoltura, ai reflui domestici e agli scarichi industriali. Nel suolo questi sali si trovano comunemente sotto forma di nitrato di sodio (NaNO3). Tra i nitrati quello più dannoso per le costruzioni è il nitrato di calcio, sale in grado di assorbire grandi quantità di acqua e di vapore, che può formarsi secondo la reazione: 2HNO 3 + CaCO 3 = Ca(NO 3 ) 2 + H 2 CO 3 acido carbonato nitrato acido nitrico di calcio di calcio carbonico I materiali litoidi, attraversati dalla soluzione di nitrati, ne subiscono l aggressione a causa della cristallizzazione dei sali. La corrosione si può manifestare nel caso in cui, sempre per effetto dell acido carbonico, il nitrato di calcio si trasformi in carbonato di calcio e quindi in bicarbonato di calcio: Ca(NO3)2 + H2CO3 = 2HNO3 + CaCO3 nitrato acido acido carbonato di calcio carbonico nitrico di calcio CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3 ) 2 carbonato acqua anidride bicarbonato di calcio carbonica di calcio I prodotti e le alterazioni delle reazioni tra i materiali murari, l acqua e i composti inquinanti che possono essere presenti sia nell acqua che nell atmosfera sono: le efflorescenze biancastre (efflorescenze, calcino), le croste nere e le erosioni superficiali. si presentano sulla superficie come macchie di colore biancastro e di aspetto cristallino o polverulento o filamentoso. Sono dovute ai sali solubili (solfati, carbonati, nitrati, ecc.) che possono trovarsi nei materiali base della muratura oppure nel suolo. Le efflorescenze si formano a contatto di umidità dovuta

37 37 principalmente a infiltrazioni dall esterno o per umidità salente dal sottosuolo per capillarità. Nel primo caso la loro formazione è dovuta alla presenza di smog nell atmosfera che può innescare le reazioni già descritte, andando ad attaccare il calcare presente nelle murature, dando luogo alla formazione di solfato di calcio con il conseguente formarsi di depositi cristallini. Nel secondo caso l umidità proveniente dal sottosuolo, essendo già satura di sali, migra ed evapora. I sali vanno così a depositarsi sulle superfici libere delle pareti provocando deposito sulle superfici esterne e otturazione dei cunicoli capillari in corrispondenza delle superfici stesse. Il tutto si trasforma in una crosta superficiale localizzata alla base delle murature in elevazione. Quando si ha un successivo apporto di umidità dal sottosuolo, questa, avendo impedita la possibilità di raggiungere la parete libera di evaporazione, sale più in alto andando poi a formare nuovi cristalli a ridosso dei precedenti che vengono spinti verso l esterno e così la crosta originaria si stacca dalle superfici iniziando un fenomeno disgregativo che prosegue in seguito con le stesse modalità. Fenomeno simile alle efflorescenze, ma fondamentalmente diverso, è il calcino. si ha quando c è circolazione di umidità a doppio senso, cioè con entrata ed uscita dalla stessa parte. Questo fenomeno può avvenire solo fuori terra e dal lato esterno: alla combinazione di anidride carbonica trasportata dalla pioggia e di carbonato di calcio presente nella muratura, una volta cessata la pioggia, fa seguito l essicazione della superficie, provocando un ritorno dell acqua verso la superficie stessa, questa volta satura del sale di calcio. L evaporazione dell acqua e un eccesso di anidride carbonica producono la formazione di carbonato di calcio che si deposita sotto forma di velo superficiale di colore biancastro (Figg.49, 50). Il fenomeno comunque tende ad assestarsi, poichè lo strato formatosi aumenta la densità superficiale della muratura otturandone progressivamente i pori capillari ed impedendo una successiva penetrazione dell acqua piovana. Un altro fenomeno di degrado di origine chimica sono le Si tratta di modificazioni dello strato superficiale della muratura di colore brunastro o nerastro e di spessore variabile. Sono dovute a un fenomeno di solfatazione tipico di ambienti inquinanti che inglobano lo smog stesso

38 38 Michela Dalprà e corrodono la matrice carbonatica della muratura. Il gesso che si forma è il costituente principale delle croste nere che si possono, per esempio, rilevare sulle superfici lapidee delle murature riparate dall azione diretta della pioggia. Infatti le croste nere di solito si trovano nelle zone riparate dalla pioggia e dal dilavamento, ma possono anche formarsi in zone dove la pietra sottostante abbia la capacità di mantenersi fredda o di raffreddarsi rapidamente, in quanto l aria umida e calda è su queste che tende a condensarsi. L annerimento di queste modificazioni è causato dal deposito sulla superficie delle particelle carboniose che possono essere contenute nel particolato atmosferico. Queste croste possono inoltre presentare delle fratture attraverso le quali possono penetrare soluzioni acide che danno luogo ad altri processi di solubilizzazione, corrosione e solfatazione che degradano gli strati sottostanti. Concludendo, possiamo dire che la formazione delle croste nere è strettamente legata al tenore di gesso presente nel materiale lapideo colpito. Queste croste nere non causano solo un effetto deturpante dal punto di vista estetico, ma anche un processo di degrado estremamente dannoso. Nei lavori di restauro è bene accertarsi che nella malta (di calce o di cemento) non siano contenuti i sali solubili di cui si è detto, poiché essi condurrebbero alla formazione di efflorescenze con possibilità di localizzazione sia nelle murature nuove che in quelle preesistenti. L accertamento può essere fatto in cantiere con un sistema semplice ed efficiente. Si tratta di estrarre dalla vecchia muratura, esente da macchie o

39 39 efflorescenze, una carota di diametro da 4 a 7 centimetri e lunga circa 15 centimetri, poi si fa una provetta simile, anche a base quadrata, con i mattoni o le pietre da usare nelle parti di muratura nuova o nelle riprese del vecchio. Le due provette (Fig.51) vengono fissate in una base di malta (quella che sarà poi usata in cantiere) che sarà immersa, ad indurimento avvenuto, in una bacinella contenente acqua della medesima provenienza di quella da usare per gli impasti. L acqua dovrà ricoprire quasi completamente la base di malta. Dopo quattro o cinque giorni si tolgono le provette dall acqua e si fanno asciugare all aria aperta. Se la malta è esente da sali solubili, le provette rimangono inalterate, in caso contrario si noterà sulle superfici l inizio della formazione di efflorescenze biancastre. 2.5 Azioni di origine biologica Nel degrado di origine, l acqua è chiaramente la principale responsabile, poichè muffe, muschi, piante, ecc. trovano in ambiente umido il loro ideale luogo di sviluppo. 2.6 Degrado di origine biologica Il degrado di origine biologica si può manifestare attraverso le seguenti alterazioni della superficie delle murature: macchie di colore scuro, patina biologica e colonizzazione biologica. Per scuro si intendono pigmentazioni localizzate

40 40 Michela Dalprà correlate alla presenza di sostanze organiche. Per si intende uno strato sottile omogeneo costituito quasi esclusivamente da microrganismi; variabile per consistenza e adesione al substrato in relazione alle condizioni ambientali. Per si intende la presenza di organismi vegetali sul substrato riconoscibili microscopicamente (alghe, funghi, licheni, muschi) o macroscopicamente (piante superiori). Alcuni esempi di degrado biologico delle murature sono riportati nelle Figg.52, 53, 54, 55. Gli organismi responsabili del degrado biologico, che stringono stretti rapporti con il substrato, esplicano la loro azione biodeteriogena attraverso due meccanismi. Il primo è di tipo meccanico ed è attribuibile alla penetrazione di specializzati apparati di sostegno con i quali gli organismi si fissano al substrato (rizine, rizoidi, ecc.). Il secondo meccanismo è di

41 41 tipo chimico ed è dovuto alle sostanze acide rilasciate nell ambiente. Queste sostanze sono spesso in grado di sciogliere o comunque rendere solubile il materiale lapideo che viene poi facilmente dilavato dalla pioggia.

42 42

43 43 METODI E STRUMENTI PER LA MISURA DELL UMIDITÀ NELLE MURATURE Esistono diversi metodi e strumenti per misurare l umidità nelle murature. Al fine di determinare l umidità delle pareti interne o di paramento, inoltre, è importante conoscere l umidità dell aria ambiente nel locale da esse confinato e quindi rilevarne direttamente il valore. Nel presente capitolo verranno affrontati i seguenti argomenti: - comportamento all acqua dei materiali costituenti le murature; - comportamento all acqua delle pareti e misure del contenuto; - misura dell umidità in un locale; - misura dell umidità dell aria; - formazione di acqua di condensa; - misura dell umidità nelle murature; - rappresentazione grafica dello stato di assorbimento di un muro: sezioni umide; - rappresentazione grafica dell umidità di un muro; - rappresentazione grafica dell umidità di un muro: diagramma sezioni umide locali successivi. h9 3.1 Comportamento all acqua dei materiali costituenti le murature I materiali per l edilizia assorbono l acqua in maniera differente e a seconda delle loro caratteristiche intrinseche. La misura della quantità assorbita è data dal coefficiente di imbibizione che rappresenta la quantità d acqua in volume assorbita da un campione interamente sommerso. È possibile determinare il coefficiente di imbibizione dei materiali in modo semplice, diretto ed eseguibile anche in cantiere. Il coefficiente di imbibizione C ip è la quantità di acqua misurata in peso che penetra in un campione a pressioni normali: 43

44 44 Rossano Albatici Materiali da costruzione Coefficiente di imbibizione Tufi fino al 50% Mattoni a mano fino al 50% Strutture di gesso fino al 50% Malta di calce e pozzolana fino al 35% Mattoni usuali fatti a macchina fino al 35% Calcare tenero fino al 25% Travertini fino al 20% Malta di cemento e sabbia fino al 20% Malta di calce e sabbia fino al 20% Mattoni duri e da paramento fino al 20% Arenarie 1.5-7% Calcari compatti fino al 4% Porfidi % Graniti % Basalti % Calcari saccaroidi 0-0.1% g C ip % = G m - G G x 100 ove G è il peso del materiale e G m è il peso del materiale saturo d acqua. Dalla letteratura corrente è possibile stilare una lista della percentuale d acqua in volume contenuta nei diversi materiali quando un campione è totalmente immerso (vedi tabella 2). Altro aspetto rilevante è l adescamento cioè la capacità che ha un materiale parzialmente immerso di inumidirsi nella parte del campione che emerge dall acqua. Tale capacità può essere espressa sia in percentuale d acqua captata sia in grammi d acqua assorbiti nell unità di tempo. La determinazione dell adescamento nei vari materiali viene fatta tenendo verticalmente un campione che pesca nell acqua, il cui livello viene ripristinato ogni tanto sì da mantenere mediamente costante la superficie assorbente del campione, per una profondità di qualche centimetro dentro un apposita scatola chiusa (Fig.56).