L’umidità nelle murature

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali L’umidità nelle murature Tutti i materiali, naturali o artificiali, col tempo subiscono un inevitabile deterioramento dovuto all’esposizione agli agenti atmosferici o all’uso. La principale causa del degrado delle superfici edilizie è L’ACQUA che, direttamente o indirettamente e sotto diverse forme (liquida, solida e gassosa) entra in contatto con le strutture ed i materiali da costruzione e ne determina un più o meno rapido deterioramento.

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali L’umidità nelle murature Le circostanze che possono provocare l’ingresso e la diffusione dell’acqua nelle murature sono numerose, di conseguenza una manifestazione umida può a volte essere originata da più fenomeni. Non esiste una relazione univoca causa-effetto. Ad una stessa causa possono corrispondere manifestazioni diverse, così come una stessa manifestazione può derivare da cause diverse. Talvolta si assiste ad una sovrapposizione di cause o di effetti.

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Tipologie di umidità Umidità da risalita capillare o ascendente, è quella derivante dal sottosuolo attratta dalle murature per capillarità o forze elettro-osmotiche. Umidità da condensazione, è quella che può condensare all’interno dei materiali o sulle superfici. Umidità da costruzione, è presente in genere in edifici, antichi o di nuova costruzione, quando gli spessori dei muri sono molto consistenti. Umidità meteorica o di infiltrazione, è causata dalla pioggia non adeguatamente trattenuta dalla copertura o dai sistemi di smaltimento. Umidità accidentale, è quella derivante da cause impreviste come rottura di fognature, condotti pluviali, ecc. Umidità da terrapieno, è la conseguenza della percolazione dei terrapieni a contatto con la muratura.

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali L’umidità nelle murature A = umidità ascendente B = umidità di condensazione C = umidità accidentale

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Umidità da risalita capillare o ascendente L’umidità ascendente interessa quasi tutti gli edifici antichi e, in caso di sistemi non adeguati di impermeabilizzazione, anche quelli di recente costruzione. Il fenomeno si manifesta con la comparsa di macchie alla base delle costruzioni e sgretolamento delle tinteggiature oppure con distacco degli intonaci o di frammenti di materiale da costruzione (pietre, mattoni, ecc.). Bisogna distinguere se l’acqua che risale i muri per capillarità proviene da fonti inesauribili (es. acque di falde freatiche) oppure ristagni di acqua piovana o da perdite di reti idriche (acque disperse di scorrimento).

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Umidità da risalita capillare o ascendente L’acqua è caratterizzata da una serie di proprietà fisiche (tensione di vapore, temperatura di solidificazione, di ebollizione, ecc) che possono cambiare in modo significativo se essa è contenuta in un comune recipiente o all’interno di piccole cavità quali possono essere i pori presenti nei materiali da costruzione delle murature. Una delle conseguenze è proprio la RISALITA CAPILLARE dell’acqua all’interno del sistema muratura. La ragione di questa variazione è dovuta al fatto che le molecole di acqua quando si trovano all’interno di un sistema di pori di piccole dimensioni, o tra due superfici di solido molto vicine tra loro, risentono fortemente dell’attrazione esercitata dalle superfici del solido.

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Umidità da risalita capillare o ascendente L’ingresso e la diffusione di questo tipo di umidità è dovuto essenzialmente al fenomeno fisico della capillarità, cioè quel fenomeno che porta l’acqua a risalire per le murature in opposizione della legge di gravità. Un liquido contenuto in due vasi comunicanti rimane allo stesso livello, quando però i vasi hanno dimensioni differenti il liquido salirà in misura inversamente proporzionale alle dimensioni dei vasi stessi.

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali L’umidità nelle murature Un solido nei confronti di un liquido può presentare due diversi tipi di comportamento: Nel caso A l’angolo di contatto risulta minore di 90°, in quanto la goccia di acqua, per la sua affinità con il solido, tenderà a schiacciarsi sulla superficie per estendere al massimo il contatto con il solido. Nel caso B il solido è posto a contatto con il mercurio per il quale mostra un comportamento di liofobia. L’angolo di contatto risulta maggiore di 90°, in quanto la goccia di mercurio tende ad assumere un forma sferica per minimizzare il contatto con la superficie del solido.

Risalita capillare spontanea Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali L’umidità nelle murature Una conseguenza della diversa affinità di un solido per un liquido, e viceversa, consiste nel fenomeno della risalita capillare. Un liquido che mostri affinità per le pareti interne di un tubo immerso in una vaschetta contenente il liquido stesso risale spontaneamente all’interno del tubo. Risalita capillare spontanea

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali L’umidità nelle murature Il liquido si comporta come se fosse spinto da una pressione (P) calcolabile mediante l’equazione di Washburn. P = (2/rc) cos dove  è la tensione superficiale del liquido, rc è il raggio del tubo capillare e è  l’angolo di contatto. Se  è minore di 90°, il cos è maggiore di zero e la pressione risulta positiva. La pressione capillare «spinge» spontaneamente il liquido all’interno del tubo dal basso verso l’alto. La pressione P è tanto maggiore quanto minore e il raggio del capillare ( porosità del materiale) e quanto minore è  (tipo di materiale- affinità del liquido con la superficie del capillare). Nota bene: La maggior parte dei materiali da costruzione presenti nelle murature sono costituiti da carbonati, silicati, alluminati e ossidi. Queste sostanze contengono atomi di ossigeno dotati di carica negativa oppure gruppi ossidrili polari. Quando questi sono situati sulle pareti del poro possono formare dei legami, ponti idrogeno, con le molecole di acqua.

h = 2cos/ rc *m* g h = 14.7*10-6/ rc Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali L’umidità nelle murature La risalita del liquido all’interno del tubo avviene fin quando viene raggiunta l’altezza h, alla quale si stabilisce un equilibrio tra la pressione P e la pressione idrostatica: m  g  h = (2/rc) cos dove m è la massa volumica del liquido e g è l’accelerazione di gravità. La massima risalita (h) di acqua per capillarità è ricavabile dall’equazione nota come legge di Jurin: h = 2cos/ rc *m* g Dove m, la massa volumica dell’acqua, è 1000Kg/m3, g vale 9.81ms-1 e  è la tensione superficiale pari a 72 10-3 N m-1 . Per =0, cioè assumendo la massima affinità possibile tra acqua e materiale poroso (mattone, pietra, malta), si ottiene: h = 14.7*10-6/ rc

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali L’umidità nelle murature Quindi, in un modello costituito da pori cilindrici di raggio uniforme, l’altezza massima cui l’acqua può risalire è data dalla relazione: hmax = 15 x 10-6 /r L’altezza di risalita è inversamente proporzionale al raggio capillare. La porosità capillare di molti materiali che costituiscono le murature presenta una distribuzione dimensionale dei pori compresi tra 0,1 e 1µ. Pertanto per risalita l’acqua dovrebbe raggiungere un’altezza nella muratura di oltre 15m!!!

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali L’umidità nelle murature In effetti anche in murature costantemente insistenti su sottofondi bagnati (un esempio sono gli edifici di Venezia), difficilmente si registrano risalite capillari oltre i 2-3 metri. Le ragioni di questa discrepanza tra teoria e realtà sono molteplici: Accanto al fenomeno della risalita capillare coesiste quello dell’evaporazione; Nelle prime fasi la risalita capillare procede con una velocità lineare di circa 2cm/ora, ma successivamente la cinetica* rallenta. *l’aspetto cinetico è nullo dopo qualche anno in situazioni nelle quali le murature insistono su fondazioni perennemente immerse in acqua, mentre va tenuto in considerazione per bagnature discontinue o occasionali

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali L’umidità nelle murature Diagramma «altezza-umidità» in una muratura in cui coesistono la risalita capillare dalle fondazioni e l’evaporazione dell’acqua dalle pareti. a= umidità residua dipende dalla UR ambientale e dalla dimensione dei pori

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali L’umidità nelle murature Per quanto concerne l’umidità della muratura a parità di altezza, essa varierà solo leggermente in funzione dello spessore della muratura e tenderà ad essere leggermente inferiore verso la parete da dove avviene l’evaporazione.

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Porosità dei materiali da costruzione La risalita capillare spontanea da parte dell’acqua all’interno di un materiale poroso (idrofilo) è ciò che avviene nelle murature che insistono su fondazioni umide. La risalita avverrà in modo non uniforme per la distribuzione dimensionale dei pori diversa da materiale a materiale e per il diverso angolo di contatto, che può variare con il materiale.

La somma di tutti gli spazi vuoti è definita Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Porosità dei materiali da costruzione I materiali impiegati nelle murature presentano un sistema più o meno continuo di pori attraverso i quali si verifica la migrazione dell’acqua, che è la fonte primaria di degrado. Il volume di spazio vuoto all’interno del materiale è costituito da pori, cavità e fratture di forma e dimensione differenti. La somma di tutti gli spazi vuoti è definita POROSITA’, caratteristica fondamentale di tutti i materiali da costruzione, che influenza le loro proprietà fisiche (durabilità, resistenza meccanica, ecc.).

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Porosità dei materiali da costruzione POROSITA’ APERTA: Pori collegati alla superficie esterna del materiale, accessibili all’acqua. Influenzano la permeabilità e la durabilità del materiale. POROSITA’ CHIUSA: completamente isolati dalla superficie esterna. Non consentono il trasporto di liquidi e gas. Influenzano solo la densità, le proprietà meccaniche e le proprietà termiche e acustiche del materiale.

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Porosità dei materiali da costruzione La classificazione internazionale (IUPAC) classifica i pori in base al raggio: Raggio Micropori < 2 nm Mesopori 2-50 nm Macropori >50 nm

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Umidità da condensazione L’aria, ad una determinata temperatura, contiene una quantità di acqua sotto forma di vapore che generalmente è espressa come percentuale rispetto alla quantità che satura l’aria alla medesima temperatura (100%). La condensazione dell’acqua contenuta nell’aria è dovuta esclusivamente al raffreddamento dell’aria stessa ed è, dunque, legata a contingenze metereologiche momentanee o stagionali. Esiste ad una data temperatura un certo grado igrometrico dell’aria espresso come rapporto tra la concentrazione realmente esistente di acqua e la concentrazione necessaria alla saturazione. I fenomeni di condensazione si manifestano soprattutto sulle pareti interne dei locali a nord e, in particolare, in quelli dove vi è maggiore produzione di vapore (camere da letto, cucine, bagni)

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Umidità da condensazione La condensa superficiale è quel fenomeno che si verifica in corrispondenza dei punti dell’involucro in cui le temperature, in funzione dell’umidità relativa dell’ambiente, sono inferiori a quelle di rugiada.

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Umidità da condensazione L’umidità da condensazione stagionale si presenta in due forme: INVERNALE: le pareti esterne della struttura risultano poco isolate termicamente, per cui l’umidità contenuta nell’aria, riscaldata artificialmente, condensa una volta a contatto con una parete fredda. ESTIVA: si verifica solamente negli ambienti a contatto con il terreno, soprattutto quelli sotterranei.

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Umidità da costruzione La causa principale è la presenza di acqua non ancora evaporata nella fase di preparazione ad umido di materiali edili, quali il cemento, il calcestruzzo, l’intonaco o anche da acqua piovana lungamente assorbita durante i lavori. In costruzioni con murature di notevole spessore, l’umidità di costruzione può permanere per diversi anni dopo il termine dell’opera. Il tempo necessario ad un particolare tipo di muratura per evaporare parte di questa umidità è funzione dello specifico coefficiente di prosciugamento, indice caratteristico e proprio di ogni materiale. t = tempo di prosciugamento (giorni); p = coeff. di prosciugamento; s = spessore della muratura (cm)

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Umidità meteorica o da infiltrazione E’ l’umidità presente sulle superfici esterne delle murature direttamente conseguente al fenomeno delle precipitazioni atmosferiche. L’acqua piovana penetra nelle murature direttamente o indirettamente. Le infiltrazioni provenienti da terreno bagnato dalla pioggia sulle pareti, fanno parte della categoria di penetrazione indiretta nelle murature.

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Umidità accidentale Per umidità accidentale si intendono quelle manifestazioni di umidità dovute a perdite d’acqua dipendenti da difetti costruttivi e di funzionamento di un impianto, da danni apportati alla costruzione per cause diverse e da mancanza di manutenzione.

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Umidità da terrapieno L’umidità da terrapieno è conseguenza della percolazione dai terrapieni a contatto con i muri degli scantinati e dei seminterrati o con i muri di contenimento in cui l’acqua arriva alle murature con un lento passaggio attraverso la massa filtrante dei terreni. E’ determinata dalle stesse cause che portano alla risalita capillare, ma, in questo caso, l’acqua seguirà una direzione preferenziale inclinata di un certo angolo rispetto alla verticale, a causa dell’azione concomitante della forza di attrazione capillare (che non ha una direzione preferenziale) e della forza di gravità (diretta verso il basso). In questo caso la zona di massimo degrado si troverà localizzata ad una quota inferiore rispetto al piano di calpestio del terrapieno.

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Effetto dell’umidità sulle murature Indipendentemente dalle cause che originano il fenomeno della presenza di umidità, sono quasi sempre riscontrabili i seguenti effetti: