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Umidità di risalita: effetti dei vari apporti di umidità sul comportamento delle strutture

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Acqua piovana

Nel caso di murature intonacate, il fenomeno interessa solo la superficie dei rivestimenti e per strati abbastanza sottili. Se l’intonaco non presenta deterioramenti, quindi, non vengono interessati gli equilibri idrodinamici all’interno della struttura.
Il tempo di essiccamento, riguardando solo strati superficiali e non implicando fenomeni di trasferimento di acqua in fase liquida all’interno della struttura, risulta breve.
Più grave, invece, risulta l’azione della pioggia in caso di murature in mattoni non intonacate. L’acqua infatti può inserirsi profondamente nella struttura, sciogliendo ed asportando alcuni componenti delle malte e dei leganti.
In questo caso i tempi di essiccamento, essendo importanti viste le quantità di acqua in gioco, diventano lunghi, e l’umidità accumulata nelle sue migrazioni all’interno della struttura o in conseguenza di cambiamenti di stato, può contribuire al degrado.

Acque acide

Un altro problema strettamente legato alle precipitazioni atmosferiche è il fenomeno delle acque acide. L’acqua piovana, provenendo da condensazione di vapore acqueo, è priva di sali minerali. Nella sua discesa verso il suolo, specialmente in zone fortemente popolate o industriali, può disciogliere prodotti provenienti dalla combustione a scopo di riscaldamento oppure da processi industriali e, quindi diventare acida, con valori di PH attorno a 4. I prodotti più comuni presenti nell’acqua sono derivati dallo zolfo a vari stadi di ossidazione e possono dare origine, combinati con i sali presenti nelle strutture, a solfati solubili o a solfuri. I vari sali vengono poi trascinati dall’acqua verso la superficie, dove essa evaporerà producendo così la cristallizzazione dei sali.

Nebbie

In questo caso i fenomeni sono, per certi versi, simili al caso precedente. Oltre ad avere l’azione verso la struttura dell’acqua liquida (dovuta alle microscopiche gocce contenute dall’aria) abbiamo l’azione dell’aria satura di vapore acqueo. A questo punto si otterrà quindi, una umidificazione superficiale prodotta dall’acqua liquida e una migrazione di vapore all’interno delle strutture. In zone climatiche in cui la nebbia permane per parecchi giorni in fase invernale, la quantità di acqua inglobata dalle strutture può essere importante.

Infiltrazione di acqua attraverso le coperture, le gronde, perdite di impianti idrosanitari.

In circostanze normali il deterioramento di una struttura è raramente dovuto a questi fenomeni, se non per superfici abbastanza limitate. Se non si individua tempestivamente la causa che genera l’infiltrazione e non si pone rimedio, le quantità di acqua in gioco diventano importanti, con il rischio che le strutture possano essere interessate dal fenomeno su entrambi i lati. Quando le perdite vengono direttamente dagli impianti sanitari, le acque di scarico contengono importanti quantitativi di sali solubili (sopratutto nitrati) i quali, migrando insieme all’acqua all’interno delle strutture, aggravano ulteriormente la situazione accentuando il deterioramento.

Condensazioni superficiali o interstiziali

L’aria è una miscela di gas contenente vapore acqueo. La pressione che il vapore esercita all’interno della miscela gassosa viene chiamata pressione parziale del vapore acqueo nell’acqua. La quantità di vapore che può essere contenuto nell’aria è funzione della temperatura ed il massimo ammissibile ad una data temperatura è denominato  limite di saturazione (4 g./m3 a O° C e 17 g./m3 a 20° C), a cui corrisponde la pressione di saturazione.

La quantità di umidità contenuta nell’aria è normalmente indicata come umidità relativa, cioè il rapporto in  percentuale tra l’acqua presente ed il limite di saturazione (a cui corrisponde il 100 % di U. R).

Se noi raffreddiamo un certo volume di aria non saturo, la sua umidità relativa aumenta fino a raggiungere il limite di saturazione. Se la temperatura diminuisce ulteriormente, si ha la condensazione.
La temperatura a cui avviene il passaggio da fase vapore a fase liquida é detta temperatura di rugiada o punto di rugiada.
Quando una struttura separa ambienti a diversa pressione parziale di vapor d’acqua si ha un flusso di vapore dall’ambiente a pressione maggiore verso quello a pressione inferiore, per ristabilire l’equilibrio delle stesse pressioni.
Questa migrazione sarà direttamente proporzionale alla differenza tra le pressioni di vapore e inversamente proporzionale alla resistenza della diffusione al vapore degli elementi costituenti la struttura.

Quando la temperatura in qualche punto della struttura raggiunge il punto di rugiada e la pressione del vapore raggiunge quella di saturazione si ha formazione di condensa.
Se la condensazione avviene sulla superficie dei materiali si dice superficiale, se avviene all’interno delle strutture si dice interstiziale.
Mentre la condensazione superficiale interessa i rivestimenti e di solito si ha una alternanza continua di condensazioni e evaporazioni con durate abbastanza brevi, la condensazione interstiziale ha transittori decisamente più lunghi dovendo coinvolgere la diffusione dell’acqua allo stato liquido all’interno dei materiali.
Quando i cicli di umidificazione ed essiccamento sono veloci, non si creano normalmente problemi di alterazione sulle strutture. Quando i cicli di essiccazione sono lenti, l’acqua può accumularsi all’interno delle strutture ed interessare strati sempre più in profondità.

Nel periodo invernale, i fenomeni di condensazione riguardano normalmente gli elementi di separazione tra interno ed esterno, e, durante la stagione estiva, strutture addossate al terreno, vespai e intercapedini non aerati ecc. Tali elementi hanno temperature molto vicine a quelle dell’acqua di falda (10-12 °C) e sono origine di importanti fenomeni di condensazione estiva (ricordare che a 20 °C l’aria satura può contenere 17 g./m3 di acqua).

Condensazione capillare

Questo è un caso particolare di quelli esaminati al punto precedente. Abbiamo già visto che in materiali con pori molto piccoli si può avere condensazione anche per valori di U. R. inferiori a quelli di saturazione (dal 50 % al 75 % di U. R. negli esempi citati).

Tale fenomeno è significativo per le cause di degrado e per la risoluzione dei problemi legati all’umidità nelle strutture. In materiali omogenei e con pori capillari, infatti, la deposizione dei sali disciolti nell’acqua porta più facilmente alla disgregazione a causa dell’aumento di volume in fase di cristallizzazione, rispetto a materiali disomogenei o con pori più grandi. Oltretutto, mettendo in corrispondenza materiale con capillari molto piccoli che contenga acqua dovuta a condensazione capillare con un prodotto la cui dimensione dei pori sia maggiore, si ha la possibilità di ottenere l’evaporazione dell’acqua solo in ragione dell’aumentato diametro dei pori, a parità di altre condizioni.

Infiltrazioni di acqua da strutture addossate al terreno

L’acqua che per infiltrazione interessa strutture addossate al terreno (contro terra) porterà non solo umidità ma anche sali minerali.
La quantità di acqua che penetra nelle strutture, è funzione, oltre che del contenuto in acqua del terreno, delle sue caratteristiche e della natura della struttura, anche della differenza di pressione idrostatica.
L’energia dell’acqua che si infiltra nelle strutture può essere molto elevata e raggiungere valori estremi nel caso di strutture immerse in acqua, specie se marina, come nel caso dei fabbricati di Venezia.
Particolarmente grave sarà l’effetto delle infiltrazioni se combinato con i fenomeni di risalita capillare. Se esiste una combinazione di questi due fattori, potremo assistere ad una risalita dell’acqua ad altezze di svariati metri.

Umidità e risalita capillare

L’acqua risale nei capillari dei vari materiali in funzione della natura del materiale, della larghezza delle strutture e, sopratutto, in relazione al raggio del capillare (più piccolo è il raggio, maggiore sarà l’altezza di risalita). Come già detto, al fine dell’analisi riguardante i fenomeni legati all’umidità, é interessante conoscere la dimensione ed il numero dei capillari presenti nella struttura piuttosto della porosità. Un valore caratteristico che si impiega negli studi teorici è dato dalla superficie capillare interna del materiale, espressa come superficie dei capillari per centimetro cubico di materiale.

Ad esempio, un materiale con il 30 % di porosità e una dimensione dei pori pari a 1 mm. di diametro, ha una superficie capillare specifica di 12 cm2/cm3. Se i pori hanno un diametro di 1 nm (nanometro) la superficie capillare specifica risulterà pari a 12.000 cm2/cm3. I mattoni usati a Venezia, con porosità variabile tra 10% – 25 % e diametro dei capillari tra 0,05 e 0,005 nm, hanno valori di superficie capillare specifica tra 50.000 e 100.000 cm2/cm3. L’altezza che potrà raggiungere l’acqua nelle strutture, per azione della risalita capillare dipenderà dall’equilibrio tra la velocità di risalita capillare, la velocità di diffusione attraverso la struttura per raggiungere la superficie e la velocità di evaporazione.

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