Autostrada del Brennero S.p.a. Direzione Tecnica COME ELEMENTO PRESTAZIONALE DELLE ATTREZZATURE STRADALI: L ESPERIENZA DELL AUTOSTRADA DEL BRENNERO

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1 Autostrada del Brennero S.p.a. Direzione Tecnica LA DURABILITÀ COME ELEMENTO PRESTAZIONALE DELLE ATTREZZATURE STRADALI: L ESPERIENZA DELL AUTOSTRADA DEL BRENNERO RELAZIONE AL WORKSHOP DEL CENTRO SVILUPPO MATERIALI ROMA, 4 APRILE 2002 Prof. Ing. Konrad Bergmeister Ing. Andrea Demozzi (A22 Autostrada del Brennero S.p.A.) (Consulente tecnico A22) 1

2 LA DURABILITA COME ELEMENTO PRESTAZIONALE DELLE ATTREZZATURE STRADALI: L ESPERIENZA DELL AUTOSTRADA DEL BRENNERO 1. Premessa 3 2. Particolari mirati alla protezione degli elementi Guarnizioni isolanti Scossaline metalliche Minuteria e collegamenti fra materiali con potenziali elettrochimici diversi _ 5 3. Caratteristiche intrinseche dei materiali: legno e acciaio cor-ten Legno Durabilità I fattori di degrado Le classi di rischio Impregnazione del legno Tipi di impregnante Verniciatura del legno Acciaio Cor-ten o autopassivante Il materiale La ricerca svolta in A Risultati Proposte operative 15 2

3 1. Premessa Il concetto di durabilità è di recente definizione: nasce verso la metà del XX secolo, soprattutto in conseguenza dell utilizzo sempre maggiore di materiali e tecnologie di nuova concezione (quali acciaio e calcestruzzo) in luogo di quelli tradizionali (legno e muratura). Con il termine durabilità si intende la capacità delle strutture (sia nell insieme che nei singoli componenti e materiali) di mantenere le proprie caratteristiche funzionali in un determinato tempo, definito vita utile. A tali caratteristiche si oppongono agenti esterni, di tipo atmosferico, ambientale, ecc., che rappresentano i fattori di degrado o di deterioramento. Per quanto riguarda le opere stradali o ferroviarie, il problema si è manifestato in Italia in modo particolare negli anni 70, quando numerose infrastrutture realizzate nel periodo post-bellico ed in pieno boom economico-industriale hanno raggiunto il proprio limite di vita utile (25 30 anni) ed hanno manifestato la necessità di interventi radicali di risanamento e ristrutturazione. In tale contesto è risultato evidente come il costo di una struttura in genere vada considerato su tutta la vita utile della stessa, nelle varie fasi evolutive che possono essere riassunte come segue: - progetto - esecuzione - manutenzione ordinaria - manutenzione straordinaria con riparazioni locali - ristrutturazione e riparazioni generalizzate - demolizione e smaltimento Ad ogni fase compete un costo che, genericamente, è tanto maggiore quanto minore è stata la cura e l attenzione posta alle fasi precedenti: ad una buona attività progettuale occorre, quindi, fare seguire una corretta esecuzione ed un costante, adeguato controllo nel tempo del livello di servizio offerto, mediante la programmazione di ispezioni, manutenzioni e ristrutturazioni. Un momento particolarmente delicato nella definizione della qualità e della durabilità di una struttura è, dunque, la fase progettuale. In tale fase la durabilità può essere considerata a livello di: - particolari esecutivi mirati alla protezione degli elementi - caratteristiche intrinseche dei materiali - protezioni chimiche Di seguito si descrivono alcuni accorgimenti progettuali mirati al miglioramento della durabilità di attrezzature stradali (in particolare, barriere antirumore e barriere di sicurezza), approfondendo le caratteristiche intrinseche di due tipi di materiale tipici dell Autostrada del Brennero: il legno e l acciaio Cor-ten. 3

4 2. Particolari mirati alla protezione degli elementi La progettazione esecutiva di dettaglio è molto importante nella definizione delle caratteristiche di durabilità di una barriera antirumore: particolari trascurati possono inficiare la tenuta acustica della barriera, creando ponti acustici o malfunzionamenti del sistema pannello sostegni per vibrazioni indesiderate. La cura dei particolari in una barriera antirumore, quindi, è mirata ad evitare: - la formazione di ponti acustici, soprattutto fra componenti diversi (ad esempio: pannello pannello, pannello montante, pannello fondazione) - il contatto fra materiali con potenziali elettrochimici molto diversi - l infiltrazione ed il ristagno di acque meteoriche 2.1. Guarnizioni isolanti Questi aspetti di dettaglio sono stati considerati sia dai produttori che dai progettisti, ricorrendo soprattutto a guarnizioni, ad esempio in gomma o in poliuretano espanso, che spesso assolvono alla funzione sia di isolanti acustici che di isolanti fra materiali diversi. 4

5 2.2. Scossaline metalliche Analogamente, per la stessa cura dei particolari, è opportuno proteggere con scossaline metalliche i seguenti punti critici: contatti fra elementi di materiale diverso, gradini, piani di appoggio dei pannelli, testa della barriera. Queste, infatti, sono le zone maggiormente esposte al degrado per dilavamento da parte delle acque meteoriche, ristagno di acqua negli interstizi, deposito di polveri, fessurazioni e lesioni in fase di trasporto, esecutiva o di messa in opera. In particolare, la base di appoggio dei pannelli è un punto soggetto all aggressione dell acqua proveniente dalla sede stradale e della sabbia o ghiaino proiettato dalle ruote dei veicoli in transito. Montante HEA 140 Scossalina in lamiera di acciaio inox AISI 316L Lastra in metacrilato Guarnizione in EPDM ad "U" Malta di allettamento Cordolo laterale 2.3. Minuteria e collegamenti fra materiali con potenziali elettrochimici diversi Spesso, infine, i collegamenti in opera dei vari elementi di una barriera antirumore costituiscono punti critici dove possono innescarsi nel tempo fenomeni corrosivi, in conseguenza fondamentalmente di: - minuteria non protetta a regola d arte (viti, dadi, bulloni, rivetti, rondelle elastiche, distanziatori, angolari di fissaggio e supporto); - contatti diretti fra materiali diversi; - interventi di adattamento degli elementi strutturali, quali allargamento dei fori o delle asole, riduzioni di spessore, saldature, ecc., per errori progettuali o di messa in opera, con conseguente distruzione locale della protezione e parziale ripristino della stessa a freddo. Per ovviare in parte a tali inconvenienti, nel caso di utilizzo di materiali diversi è opportuno prevedere tutti i collegamenti e le minuterie in genere in acciaio inossidabile AISI 316L. 5

6 SCHEDA Acciaio Inossidabile AISI 316L Gli acciai inossidabili sono acciai legati a cromo o cromo-nichel, che presentano buona resistenza alla corrosione da parte di agenti atmosferici e di soluzioni acide ossidanti. Tale caratteristica di resistenza deriva dalla capacità degli acciai inossidabili di autopassivarsi in ambiente ossidante, formando un sottilissimo strato superficiale di ossidi di cromo. Nella designazione di questi tipi di acciaio si fa comunemente riferimento alle normative americane dell AISI (American Iron and Steel Institute). L acciaio inossidabile proposto per le installazioni descritte del capitolo è identificato con la sigla AISI 316L: Sigla Elementi in lega (%) Contenuto massimo R Rp0,2 A HRB AISI C Mn Si P S Cr Mi Mo MPa MPa % 316 L 0,03 2,0 1,0 0,045 0, Fonte: Manuale dei materiali per l ingegneria, McGraw-Hill Libri Italia, 1996, Milano Si tratta di un acciaio a struttura austenitica (identificata con la serie di numeri a tre cifre 3xx), che presenta rispetto agli altri della stessa serie un aggiunta di molibdeno, per migliorare la resistenza alla corrosione da cloruri. La lettera L associata alla serie (316) identifica il basso contenuto di carbonio (lowcarbon), condizione necessaria per evitare la formazione di carburi di cromo che ridurrebbero la resistenza alla corrosione del materiale. Alluminio 6082 UNI Per zone di barriera non direttamente soggette ad urti o danneggiamenti (ad esempio in testa alle barriere) si possono utilizzare scossaline di finitura in lamiera di alluminio, verniciata a polveri termoindurenti o anodizzata. La lamiera, di spessore minimo 1.5mm, sarà in lega di Alluminio-Magnesio-Silicio, con le seguenti caratteristiche: - designazione convenzionale P-Al Si 1 Mg Mn UNI 9006/4 - designazione numerica composizione chimica percentuale Si Fe (max) Cu (max) Mn Mg Cr (max) Zn (max) Ti (max) Altre impurità (max) singole totali Al 0,7 1,3 0,50 0,10 0,4 1,0 0,6 1,2 0,25 0,20 0,10 0,05 0,15 resto Questo tipo di lega viene definita particolarmente adatta per costruzioni e strutture meccaniche mediamente sollecitate e richiedenti una buona resistenza alla corrosione (UNI 9004/4). 6

7 3. Caratteristiche intrinseche dei materiali: legno e acciaio cor-ten E noto che l utilizzo di materiali di elevata qualità migliora sensibilmente l efficacia di manufatti stradali, sia nel breve che nel lungo periodo. Materiali migliori, secondo le specifiche qualità e prestazioni, necessitano di minore manutenzione, con conseguente riduzione delle attività e dei costi connessi (personale incaricato, mezzi, materiali, impatto sulla viabilità). Un approccio progettuale corretto, perciò, deve considerare i costi e l efficacia del manufatto nel tempo, in relazione alla vita utile ipotizzata. Di seguito si intendono analizzare le caratteristiche di due tipi di materiale in uso in Autostrada del Brennero per applicazioni stradali: il legno e l acciaio Cor-ten. Si è deciso di restringere la discussione a solo due tipi di materiale, in quanto il settore attrezzature stradali è ampio e complesso, comprendendo produzioni in diversi campi (calcestruzzo, metallo, legno, materie plastiche, ecc.). Nell ultimo decennio, inoltre, il mercato del settore si è fortemente evoluto, creando prodotti specifici per le particolari applicazioni relative a tale tipo di strutture Legno L interesse per il legno come materiale da costruzione si è rinnovato di recente, in conseguenza delle nuove problematiche relative alla salvaguardia ambientale. In effetti il legno è un materiale che non necessita di impianti ad energia o potenza elevate nel processo produttivo, ed inoltre è: - facilmente rinnovabile - riutilizzabile a fine vita utile in sistemi di qualità inferiore - riciclabile, anche come fonte energetica per altri processi produttivi - di facile smaltimento, via semplice degrado biologico Durabilità Generalmente il legno naturale non è un materiale idoneo all'impiego in ambiente esterno: la sua composizione (20-30% lignina, 40-50% cellulosa, 20-24% di idrati di carbonio) lo espone ad "agenti di degradazione" che iniziano la loro azione in condizioni di elevata umidità ambientale e temperatura compresa tra i 10 e i 40 C. Funghi, muffe e batteri trovano un terreno propizio per il loro sviluppo, mentre i raggi ultravioletti presenti nella luce solare decompongono per via fotochimica la lignina, rendendola solubile all'acqua La resistenza biologica o durabilità naturale è molto diversa a seconda della zona di estrazione e del tipo di legno. L'alburno, la parte più esterna della sezione, e' la porzione del tronco adibita al trasporto della linfa grezza ed al deposito delle riserve nutritive che distribuisce alle varie parti dell'albero. Essendo ricco di sostanze organiche nutritive, esso e' spesso soggetto all'attacco di microrganismi (funghi, insetti). 7

8 Il durame, la parte più interna, presenta invece una varietà di elementi che contrastano l attacco dei funghi e riducono la tendenza del legno ad assorbire acqua. Le specie di legno ad alta densità sono generalmente più durabili di quelle a bassa densità. Meno di 5 anni 5 10 anni anni anni Frassino Olmo Abete Douglas Quercia Faggio Abete Larice Sequoia Ontano Pino Tuia Cedro Rosso dell Est Durabilità probabile del durame per varie specie di legno a contatto con la terra Fonte: Wooden Noise Barriers, Nordic Timber Council Tipo di legno all aperto non protetto all aperto protetto Sempre secco Ontano, Betulla, < Pioppo Olmo < 1500 Frassino Faggio Quercia Pino Abete Larice < 1800 Vita utile (anni) per legno non trattato all aria aperta (min media max) Fonte: Wooden Noise Barriers, Nordic Timber Council Il legno naturale tende ad annerire nel tempo, per la formazione di un sottile strato superficiale di ossidi e per lo sporco. Questo può essere rimosso mediante un accurato lavaggio con acqua ad alta pressione. Il legno classificato molto resistente è selezionato in genere per gli elementi strutturali, travi e montanti, mentre non è necessario per assi e listelli. Per questi il legno è scelto in prima considerazione in base alle caratteristiche di durabilità e all aspetto. I listelli devono essere liberi da muffe, funghi e perdite di colore. Analogamente non devono essere presenti cricche, fessure profonde e nodi non collegati fermamente alla struttura. Per contrastare l attacco del legno da parte di agenti atmosferici e biologici come funghi, insetti e batteri, nel passato si preferiva selezionare ed impiegare essenze legnose "naturalmente" resistenti. La continua richiesta di queste specie ne ha però ridotto considerevolmente la disponibilità ed aumentato il prezzo. Da qui la 8

9 necessità di utilizzare legni meno duraturi ma più economici, applicando però dei trattamenti efficaci ad incrementarne la naturale resistenza. Fin dall inizio del secolo scorso sono state tentate le prime applicazioni di prodotti preservanti in autoclave con esiti molto incoraggianti. Da allora molti progressi sono stati fatti sia nella realizzazione di autoclavi sottovuoto per eseguire il trattamento, sia nell'introduzione di prodotti sempre più idonei allo scopo. Inizialmente il legname veniva protetto con oli al Creosoto oppure con sali CCA (Arsenato di rame cromato) che pur essendo efficaci erano estremamente nocivi per l'ambiente. Attualmente, con lo sviluppo e la ricerca della chimica moderna, sono disponibili sul mercato nuovi sali che garantiscono un'ottima protezione del legno trattato ed un basso impatto ambientale. Questi trattamenti si sono rapidamente diffusi, soprattutto per il continuo aumento della domanda di legno come materiale da costruzione, a fronte del costo elevato delle essenze "naturalmente" più resistenti I fattori di degrado Il legno è esposto a due tipi di degradazione: chimico-fisica e biologica. In realtà, il legno è un materiale inerte all AGGRESSIONE CHIMICO-FISICA; l eventuale degrado, quindi, riguarda esclusivamente la qualità della protezione superficiale, che tende a degradare per tre principali fenomeni: - Umidità Il legno secco assorbe acqua in condizioni di aria umida, oppure se posto in acqua: al variare dell'umidità si possono registrare variazioni dimensionali di oltre il 4%. All aperto, perciò, il legno, si muove continuamente con il cambiare dell'umidità atmosferica giornaliera. Questo può determinare l insorgere di tensioni fra il supporto in legno ed il film di vernice, che con il tempo possono provocare la fessurazione o il distacco della pellicola dal legno. - Temperatura Il coefficiente di dilatazione termica del legno e' molto più basso di quello dei più comuni films di vernice. Questo comporta sollecitazioni indotte ai films ad ogni sbalzo di temperatura, con conseguente degrado delle pellicole. - Raggi UV I raggi ultravioletti del sole esercitano una notevole azione fotolitica sul legno nei punti di adesione tra legno e film di vernice. Il legno progressivamente si degrada, cambiando percio' le proprieta' fisico-meccaniche della superfice legnosa sulla quale e' ancorato il film di vernice favorendo il processo di distacco della vernice stessa. Per quanto riguarda l AGGRESSIONE BIOLOGICA, il legno è soggetto all'attacco di organismi sia di natura vegetale che animale. Tra i primi troviamo i batteri, i funghi cromogeni (il più noto e' il fungo blu ) ed i funghi della marcescenza. Gli 9

10 organismi di natura animale sono invece i coleotteri (il tarlo) e le termiti. Tutti questi organismi, nutrendosi del legno, ne alterano le caratteristiche fisicomeccaniche, pregiudicandone la durata e nel contempo la tenuta Le classi di rischio L umidità è un fattore decisivo per limitare lo sviluppo degli agenti che provocano la degradazione del legno (funghi e insetti). Esiste quindi una correlazione molto importante tra l ambiente in cui si trova il legno in opera e gli attacchi degli agenti biologici distruttori. Il CEN (Comitato Europeo di Normalizzazione) attraverso la Norma Europea EN 335 parti 1, 2, e 3 ha individuato 5 classi di rischio che si distinguono in base all umidità a cui è sottoposto il legno nelle diverse condizioni d impiego (vedi tabella seguente). Tanto più il rischio è alto, tanto maggiore è la necessità di aumentare la naturale resistenza del legno con dei trattamenti di impregnazione. - Classe di rischio 1: situazione in cui il legno o il prodotto a base di legno è riparato, completamente protetto dagli agenti atmosferici e non esposto all umidità. - Classe di rischio 2: situazione in cui il legno o il prodotto di legno è riparato e completamente protetto dagli agenti atmosferici, ma in cui un elevata umidità ambientale può determinare umidificazione occasionale ma non persistente. - Classe di rischio 3: situazione in cui il legno o il prodotto di legno non è riparato e non si trova a contatto con il terreno. Esso si trova continuamente esposto agli agenti atmosferici oppure, pur essendo protetto contro gli stessi, è soggetto a umidificazione frequente. - Classe di rischio 4: situazione in cui il legno o il prodotto di legno si trova a contatto con il terreno o con acqua dolce ed è, pertanto, permanentemente esposto all umidificazione. - Classe di rischio 5: situazione in cui il legno o il prodotto di legno risulta permanentemente esposto all acqua salata. 10

11 CLASSE DI RISCHIO DISTRIBUZIONE DEGLI AGENTI CONDIZIONI Esposizione BIOLOGICI DI Umidificazione Funghi Insetti Termiti Org. ESPOSIZIONE Marini Legni interni in Nessuna - Presenti Localmente ambiente secco. presenti Funzioni di rivestimento e finitura curativo Legni con funzione Occasionale Presenti Presenti Localmente strutturale in ambiente presenti chiuso. Legni con rischio di umidificazione Legni sottoposti a periodi di umidità e secco, senza contatto con terreno Legno a contatto con fonte di umidità permanente (Umidità legno > 20%). Legni in interni o esterni Legni a contatto permanente con acqua salata. L umidità legno è sempre superiore al 20%.. Parte sommersa attaccata da invertebrati marini, parte aerea rischio classe 4 Frequente Presenti Presenti Localmente presenti Permanente Presenti Presenti Localmente presenti Permanente Presenti Presenti Localmente presenti MISURE PROTETTIVE - Trattamento facoltativo in funzione del fatto che il suo costo no superi quello di una riparazione o trattamento - Trattamento preventivo consigliabile, specialmente in caso di riparazioni difficili e costose TIPO PROTEZIONE Superficiale Profondità da 1 a 3 mm Compresa da 1 a 3 mm di profondità - Trattamento preventivo Superficiale, minimo 3 mm di prodondità. 65% l alburno - Trattamento preventivo e misure costruttive adeguate - Trattamento preventivo con sali idrosolubili oltre a misure costruttive adeguate Media profondità 3-6 mm 100% l alburno Profondo; minimo 6 mm 100% l alburno Impregnazione del legno Come si è già detto, la resistenza del legno all'azione degli agenti di degrado può essere naturale, per le caratteristiche intrinseche dell essenza, o artificiale, ricorrendo ad impregnanti chimici. Un buon insetticida e fungicida, se applicato in quantità sufficiente e in modo che interessi anche gli strati più interni del legno, previene per diversi anni l'attacco dei microrganismi e degli insetti. Sia il fungicida che l'insetticida si degradano nel tempo, quindi la durata della protezione è direttamente proporzionale alla quantità applicata. Un impregnante ad elevato residuo secco può rendere idrorepellente il legno difendendolo dall'acqua purché non sia applicato in modo da formare solo un film superficiale. I pigmenti, non trasparenti alla luce, creano una barriera superficiale impermeabile ai raggi ultravioletti, evitando la decomposizione della lignina. I tradizionali sistemi di applicazione per immersione, a pennello o a spruzzo, non sono però in grado di garantire il contemporaneo ottenimento di questi risultati. Solo l'impiego della tecnologia vuoto-pressione in autoclave consente di applicare in profondità prodotti pigmentati ad alto residuo secco (12-30%) ottenendo una protezione efficace del manufatto. 11

12 Tipi di impregnante L impregnazione con sali CCA (rame, cromo e arsenico) è stata tradizionalmente usata per il legno nelle infrastrutture stradali (barriere antirumore, pali, barriere di sicurezza) ed ha un fattore di protezione comunemente riconosciuto molto alto. Oggi però elementi come cromo e, soprattutto, arsenico, non sono più accettati, ed è in forte espansione il settore delle vernici ed impregnanti a basso impatto ambientale. In particolare si sono sviluppati per il legno dei prodotti vernicianti all acqua ad alto contenuto solido e dei sistemi impregnanti senza metalli pesanti, sostituiti con elementi quali boro, fosforo e rame organico. Questo pone al mercato delle problematiche nuove, sia perché spesso la richiesta è mirata esclusivamente a prodotti naturali, perdendo di vista l aspetto pure importante della durata del prodotto, sia perché non sempre naturale è sinonimo di sano ed ecologico. Il prodotto infatti va considerato all interno della catena produttiva completa, fino a dismissione (in generale: estrazione e lavorazione della materia prima, produzione, distribuzione e dismissione) Verniciatura del legno Spesso, in sinergia con l impregnazione profonda, si utilizza il trattamento superficiale del legno, sia per migliorare la durabilità (limitare l assorbimento d acqua, prevenire il degrado dovuto ai raggi UV) che per migliorare l aspetto estetico del legno (fare risaltare le venature naturali, colorare il legno). La protezione deve quindi essere fatta con prodotti vernicianti che possiedono una forte capacità di penetrare nelle fibre del legno, una quantità di biocida necessaria a preservare il legno da attacchi di microrganismi biologici, una buona applicabilità, un alto grado di resistenza ai raggi UV, un basso coefficiente di dilatazione termica, un buon grado di impermeabilità all'acqua piovana e al vapore acqueo, una buona facilita' di manutenzione. In generale i prodotti vernicianti privi di pigmento resistono meno dei corrispondenti prodotti con pigmento. Tutti i pigmenti, infatti, ma in particolare gli ossidi di ferro, assorbono o respingono i raggi ultravioletti. Inoltre, i pigmenti scuri (nero, verde, marrone) si degradano più facilmente rispetto ai pigmenti chiari (bianco, giallo) in quanto riflettono meno la luce solare. Il vitriolo di ferro (solfato ferrico) è usato talvolta come funghicida, e conferisce alla superficie trattata un colore grigio. Le vernici superficiali contengono pigmenti, generalmente ossidi di ferro, che proteggono il legno dal degrado dovuto alla luce del sole. Il legante è costituito in gran parte da colla di amido. Gli additivi nelle vernici superficiali possono essere un funghicida o un idrorepellente (come olio di lino). Questo tipo di vernice non preserva il legno dallo scambio di umidità con l ambiente circostante. La 12

13 riverniciatura è semplice, ma deve essere fatta abbastanza di frequente (ogni 3-4 anni). I graffiti possono essere rimossi mediante lavaggio o riverniciatura. Le pitture esterne, generalmente basate su legante alchidico, sono debolmente pigmentate. Di conseguenza, questo tipo di protezione non ha una grande resistenza alle radiazioni UV né all assorbimento di umidità. Vernici a base di olio di lino e vernici alchidiche sono state usate per molto tempo. Queste vernici sono idrorepellenti e grazie alla loro bassa permeabilità evitano il passaggio dell acqua e lo scambio di umidità. Il lattice acrilico è l emulsione più comune, ha una forte resistenza all aggressione atmosferica ed una buona elasticità. Perché il lattice funzioni bene, tutte le superfici ed in particolare le teste dell elemento in legno devono essere accuratamente trattate con un primer a base di olio che aderisca bene al substrato Acciaio Cor-ten o autopassivante Il materiale L acciaio S355J0WP (designazione secondo EN ), meglio noto come tipo Cor-ten A, o acciaio auto-passivante, è stato introdotto negli U.S.A. già nella prima parte del 1900, ed oggi è presente nel mondo soprattutto nel settore dell industria dei trasporti. La composizione chimica di questo tipo di acciaio include piccole quantità di Cu, Cr, Ni e P (in genere meno dell 1%), che a contatto con l atmosfera provocano la formazione di uno strato di ossido superficiale stabile e protettivo. Il colore iniziale dello strato di ossido è arancio ruggine. Successivamente, l umidità determina la formazione di ulteriori ossidi; se l acciaio Cor-ten rimane esposto all atmosfera, lo strato di ossido si ri-cristallizza e si consolida, e la ruggine diventa più scura. Lo strato protettivo così formato garantisce una velocità di corrosione molto inferiore a quella di prima esposizione (fino a 10 volte inferiore a quella di un normale acciaio). Il tempo necessario per questa trasformazione superficiale stabile dipende dal tipo di ambiente: meno di un anno in ambiente urbano, 2-3 anni in ambiente industriale, 5 anni in campagna. Lo sviluppo dello strato di ossidi avviene solo in cicli alternati di secco e umido: l immersione per lunghi periodi in acqua inibisce la formazione dello strato protettivo, per cui la resistenza alla corrosione del Cor-ten diviene la stessa dell acciaio normale. Per questo motivo occorre prestare grande attenzione alle condizioni climatiche locali (micro-clima) quali temperatura, umidità, giorni di pioggia, distanza dal mare (e quindi presenza di cloruri nell aria), inquinamento atmosferico. 13

14 La ricerca svolta in A22 L Autostrada del Brennero ha recentemente analizzato il comportamento dell acciaio S355J0WP, usato da più di 25 anni lungo l asse autostradale come guard-rail. Nel tratto compreso fra Mantova e il Passo del Brennero, in differenti zone e contesti ambientali, si sono raccolti 15 campioni di elementi di guard-rail risalenti al periodo della costruzione. Per confronto, si sono considerati anche alcuni campioni dello stesso materiale, installati negli ultimi anni. Si è condotta un analisi chimica, microstrutturale (usando un difrattometro ai raggi X) ed elettrochimica Risultati Tutti i componenti hanno trovato corrispondenza con le caratteristiche chimiche dell acciaio Cor-ten A, normate dalla UNI 10055, e cioè: C max 0,12% Si max 0,75% Mn max 1,0% P 0,06-0,15% S max 0,04% Ni max 0,65% Cu 0,25-0,55% Cr 0,30-1,25% I diversi campioni hanno però mostrato grandi differenze di comportamento alla corrosione, anche fra campioni della stessa età. Per trovare le cause di questo diverso comportamento, si è condotta un analisi metallografica, senza rilevare differenze importanti nelle dimensioni dei grani e nella microstruttura. Viceversa, l analisi alla diffrazione ai raggi X ha mostrato forti differenze nello strato di ossido superficiale: compatto, uniforme e di minore spessore nei campioni con buon comportamento alla corrosione, rispetto a quelli con cattivo comportamento. Per capire questa differenza nello sviluppo dell ossido superficiale, si è sviluppata un attenta indagine microclimatica nei luoghi in cui sono stati prelevati i campioni. a) In particolare, si è rilevato nei luoghi con problemi di corrosione un alto tasso di umidità, che di fatto ha inibito la formazione dei cicli umido-secco, necessari per lo sviluppo dello strato di ossido. b) Inoltre, si è rilevata la presenza di inquinanti, soprattutto cloruri, usati contro la formazione del ghiaccio in autostrada. Questo aspetto, però, non è ritenuto significativo, essendosi rilevata corrosione anche in assenza di cloruri. c) Più importante, invece, si ritengono le caratteristiche geometriche dei componenti: eventuali ristagni di acqua o contatti permanenti con zone umide 14

15 (terreno) possono influenzare negativamente la formazione dello strato protettivo Proposte operative Sulla base delle precedenti osservazioni possono essere fatte le seguenti proposte operative. Stoccaggio. Lo stoccaggio è preferibile al coperto; è possibile stoccare i materiali all aperto solo se sono previste adeguate misure di protezione dalle intemperie che non permettano l infiltrazione d umidità. In particolare: - evitare di mettere in contatto diretto più pezzi; - evitare posizionamenti che favoriscano il ristagno di acqua o condensa; - favorire l aerazione delle superficie dei pezzi; - non coprire con teli plastici, che favorirebbero fenomeni di condensa e crescita di ossido non protettivo; - non lasciare i pezzi a contatto con il suolo (nel lato di contatto si può favorire la condizione di continua umidità); - non mettere a contatto con legno trattato o con materiale che possa sporcare la superficie; - evitare marchiature con vernici o pastelli cerosi, che non permettono, nell utilizzo successivo, la formazione dell ossido protettivo. Utilizzo: - evitare la presenza sulla superficie di residui della lavorazione meccanica, incrostazioni sabbiose o cementizie, olio, grasso, ecc.; - evitare posizionamenti tali da favorire ristagno di acqua piovana o prodotta dallo scioglimento di neve; - favorire il drenaggio di pioggia e neve, per evitare la formazione di ossidi a scaglie, che risultano non protettivi; - evitare situazioni che favoriscano fenomeni di crevice corrosion (favorita da interstizi), o di corrosione galvanica (accoppiamento di materiali con diversa nobiltà elettrochimica); - fare molta attenzione a montare manufatti in Cor-ten in ambienti costantemente umidi, con ristagni d acqua, presenza di cloruri e in vicinanza di zoccoli in calcestruzzo o materiali che favoriscono il mantenimento del Cor-ten sempre in condizione di umidità elevata; in tal caso è consigliabile preparare la superficie con un trattamento di sabbiatura o spazzatura e procedere all applicazione di una vernice, per esempio di tipo epossidico-catramosa (coaltar epoxy) per circa cm; - è preferibile in montaggio in primavera/estate. 15