UMIDITA’ ACCIDENTALE La presenza di umidità nelle pareti · Specie in un bagno o in una cucina...

La presenza di umidità nelle pareti

Fabio PeronUniversità IUAV - Venezia

F. Peron, Università IUAV di Venezia

Corso di Restauro Architettonico prof. M. Dario Paolucci – Venezia 5 dicembre 2018

Origine della presenza di umidità

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La causa principale della presenza di umiditànella muratura è generalmente da attribuire ad una cattiva progettazione,costruzione e manutenzione.L’umidità può manifestarsi sotto varie forme in relazione alle diverse cause che sono all’origine del fenomeno e che si possono classificare in :• UMIDITA’ DA COSTRUZIONEdovuta alla presenza di acqua nei materiali da costruzione • UMIDITA’ ACCIDENTALEdovuta a perdite ed infiltrazioni• UMIDITA’ METEORICAdovuta a perdite ed infiltrazioni• UMIDITA’ DA CONDENSAZIONEdovuta a fenomeni di condensazioni superficiali ed interstiziali connessi, rispettivamente, alla presenza di superfici “fredde” ed alla diffusione del vapore attraverso la parete;• UMIDITA’ DA INFILTRAZIONE e ASCENDENTEdovuta al fenomeno di risalita capillare in murature a contatto con terreno umido od acqua di falda

umiditàda costruzione

umiditàaccidentale

umiditàmeteorica

umiditàda condensazione

umiditàascendente

umiditàda infiltrazione



Origine della presenza di umidità nelle pareti

3 F. Peron, Università IUAV di Venezia



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• perdite dei sistemi di scarico dell’acqua piovana

• perdite dalle tubazioni in generale

• risalita capillare dal terreno;

• pioggia

• spinta dalla falda in pressione

• acqua di costruzione

• condensa superficiale

• condensa interstiziale



Effetti dell’umidità nelle pareti

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• Effetto statico: riduzione resistenza dei materiali

• Effetto igienico-sanitario: muffe, funghi – allergie, asma

• Effetto termoigrometrico: elevati tenori di umidità in ambiente e quindi limitate condizioni di benessere

• Effetto estetico: erosioni, sfarinamenti, muffe, rigonfiamenti, efflorescenze;

• Effetto termico: diminuzione della resistenza termica e aumento delle dispersioni;

• Effetto termico: incremento dello scambio termico a causa dell’instaurarsi di scambi latenti di energia;

• Effetto chimico: reazioni che interessano i sali presenti nei materiali da costruzione e corrosione nel caso di presenza di componenti metallici.



Effetti dell’umidità nelle pareti: muffe

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La presenza di elevati livelli di umidità può portare alla formazione di muffe. Si trattadi formazioni fungine presenti in natura sottoforma di migliaia di specie. Esserilasciano enzimi in grado di degradare i materiali in particolare quelle organiche. Lepiù diffuse all’interno degli ambienti sono le seguenti:

Aspergillum versicolor: colore verde nerastro (75%)

Penicillium chrysogenum: colore verde (79%)

Clodosporium: colore verde nerastro

Phoma: colore nero

Alternaria alternata: (75%)

Stachybotris atra: (94%)

Mucor plumbeus: (93%)



Effetti dell’umidità nelle pareti: muffe

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Penicilliumcon conidiospore

Aspergillus con conidiospore



Effetti dell’umidità nelle pareti: Sfarinatura, erosione e caduta intonaco

9 F. Peron, Università IUAV di Venezia


Effetti dell’umidità nelle pareti: efflorescenze saline

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Risalita capillare nelle pareti: efflorescenze

Condensa superficiale




Presenza di umidità: produzione di vapore

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Origine quantità(kg/s 10-6)

quantità(kg/ora)

Cottura cibi:pentola in ebollizione, scoperta, diametro 20 cmpentola in ebollizione, coperta, diametro 20 cm

25097

0,90,3492

Doccia calda 555 1.998

Bagno caldo in vasca 83 0,2988

Panni stesi ad asciugare (kg 5) 55 0,198

Cibi caldi in tavola, per persona 4 0,0144

Traspirazione Persona:in riposoin attività leggerain lavoro leggeroin lavoro pesante o ginnastica

142855

111

0,05040,10080.1980,3996




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Gli ambienti interni devono essere ventilati o in maniera naturale e attraverso dispositivi meccanici secondo le disposizioni di norma.

Elevate concentrazioni di vapore d’acqua e presenza di punti freddi sull’involucro portano a formazione di condensa e di conseguenza alla comparsa di efflorescenze e muffe.

Specie in un bagno o in una cucina deve essere tenuta sotto controllo la produzione di vapore

t=20°C, u.r. 60%tr= 12°C



Condensa superficiale: temperatura di rugiada

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la temperatura di rugiada si può ricavare utilizzando il diagramma psicrometrico

A= 20°C, 70% UR

B= 14,5,°C, 100% UR




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Se la temperatura di una qualsiasisuperficie dell’involucro di un ambiente èinferiore o uguale alla temperatura dirugiada dell’aria in esso contenuta, si hala formazione di condensa superficiale.

In termini di temperatura si ha:condensa superficiale: tsi≤trassenza di condensa: tsi>trper sicurezza meglio: tsi>tr + 1-2°C

La stesso fenomeno può essere descritto in termini di pressioni parziali:

condensa superficiale: pv,i ≥ psat,siassenza di condensa: pv,i < psat,siper sicurezza meglio: pvi < 0.7 psi

Condensa interstiziale




Trasporto di vapore attraverso un mezzo poroso

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La permeabilità del vapore d’acqua corrisponde al flusso per unità di area con una differenza di pressione parziale tra le due facce di uno strato di materiale di spessore unitario.

ig&

1 2s

p1i

p2i

x

Alta concentrazione

Bassa concentrazione

Trasporto di calore e massa in parallelo

Università IUAV Corso di Fisica Tecnica Ambientale – prof. Fabio Peron

Trasporto di vapore Trasporto di calore

con pi > pe con Ti > Te

xt

ΔΔ

xpi

ΔΔ

)( ei ttKq -=)( eiv ppg -Π=

en

n

i

glob ssRK

α+

λ+⋅⋅⋅+

λ+

α

==11

11

1

1

n

nglob,v ssRπ

+⋅⋅⋅+π

==Π

1

1

11

)TT(RR

TT eiglob

nn)n( −−=+1)pp(

RR

pp eiglob,v

n,vn)n( −−=+1

forza motrice:gradiente di temperatura =

forza motrice: gradiente di pressione parziale =

effetto: flusso di calore:

effetto: flusso di vapore:

trasmittanza:permeanza:

temperature sulle interfacce:pressioni parziali sulle interfacce:

La formazione di condensa: diagramma di Glaser


-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350

Spessore [mm]

Tem

pera

tura

[°C

]

0.00

500.00

1000.00

1500.00

2000.00

2500.00

Pres

sion

e di

vap

ore

[Pa]

temperatura [°C]

pressione saturazione [Pa]

pressione vapore [Pa]

intonaco

lana

laterizio

clsintonaco

Pressione parziale e di saturazione si intersecano:

si ha formazione di condensa

La curva della pressione parziale non è corretta deve essere ritracciata. Come fare??

Permeabilità e altri parametri che descrivono il flusso di vapore


π o δ = permeabilità al vapore del materiale [kg/(m s Pa)].

πaria = permeabilità al vapore dell’aria pari a 192 ⋅ 10-12 kg/(m s Pa).

μ = fattore di resistenza al vapore del materiale [adimensionale]; è il rapporto tra la resistenza al vapore dello strato di materiale considerato e la resistenza di uno strato di aria di eguale spessore. Per valori di μ elevatissimi (barriere vapore) si assume 100000.

sd = spessore equivalente; spessore di uno strato d’aria di resistenza pari a quella dello strato di materiale considerato di spessore s [m]

mat

aria

aria

mat

aria

matv

s

s

RR

ππ

π

πμ === ,

μππ aria

mat =

matvaria RR ,=aria

d

mat

ssππ

= sssmat

ariad μ

ππ

==d

ariamat s

sππ =

Tensione superficiale, Risalita capillare e fenomeni collegati




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La grande differenza di elettronegatività tra glielementi O ed H fa si che la molecola d’acquapresenti una separazione di carica elettrica conun residuo di carica negativa sull’atomo diossigeno e un residuo di carica positiva sugli atomidi idrogeno. Si forma un dipolo elettrico che puòinteragire con gli altri dipoli molecole d’acqua:legame a idrogeno

Le interazioni intermolecolari permettonoalla piccola molecola d’acqua di esisteretermodinamicamente stabile in forma liquidaalle ordinarie condizioni standard ditemperatura e pressione. Ogni dipolo sicirconda di altri dipoli creando dei cluster.

La natura polare della molecola d’acqua



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Le forze attrattive cui sono soggette le molecole sullasuperficie libera sono diverse da quelle che si esercitano nelcorpo del liquido. Le molecole interne sono in equilibrio. Leforze che agiscono sulle molecole di superficie non sonoequilibrate. Una molecola sulla superficie viene attrattaverso l’interno del liquido. L’interazione tra le molecoledetermina una tensione tangenziale alla superficie. Lasuperficie si curva in modo che le forze laterali bilancianoquella verso il basso.

La risultante delle forze verso l’interno delfluido tende a :

• comprimere leggermente lo strato superficiale

• minimizzare l’area superficiale del liquido

• far comportare la superficie del liquido comeuna membrana elastica

Interazioni molecolari: la tensione superficiale



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Il lavoro è necessario a fornire alle molecole ilsurplus di energia per tenerle in equilibrio sullasuperficie del liquido.

Il lavoro richiesto per incrementare di un metroquadrato la superficie di separazione tra liquido esolido viene detta tensione interfacciale quelloper incrementare la superficie tra liquido e gasviene detta tensione superficiale.

L’unità di misura è il J/m2. Essendo J=N m si haanche J/m2 = N/m.

Le molecole sulla superficie libera sono in unostato a maggiore contenuto di energia rispetto aquelle che si trovano nella massa del corpo.

Se quindi si vuole incrementare l’area dellasuperficie libera di una sostanza liquida o solida,aumentando cioè il numero di molecolesuperficiali, è necessario compiere un lavoro.



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Tensione superficiale dell’acqua diminuisce con l’aumentare della temperatura

I diversi liquidi hanno una tensionesuperficiale caratteristica. Nel casodell’acqua l’interazione molecola-molecola è forte e quindi è forteanche la tensione superficiale.



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Per la misura della tensione superficiale si può utilizzare il Tensiometro di Du Nuoy

La forza necessaria a sollevare l’anello vale:

( )σπ dF 2=



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Tensione superficiale: oggetti che «galleggiano»

La tensione superficiale, insieme alla repulsione tra acqua e zampe di natura non polare, sostiene gli insetti pattinatori.

Un oggetto “pesante” galleggia sostenuto dalla tensione superficiale



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Le forze in gioco:

ϑπτϑττ cos2cos rLF == gmP =

All’equilibrio Fτ = P:

mgr =ϑπτ cos2r

mgπ

ϑ2

cos =

Il coseno cosθ aumenta all’aumentare di m a parità di r e τ.

Quando il rapporto è maggiore di 1 la superficie non può sostenere la massa m. Essendo τ piccolo sono piccole le masse che possono essere sostenute.

rmgπ2

La superficie di un fluido può sostenere una massa deformandosi

Tensione superficiale: oggetti che «galleggiano»



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Tensione superficiale: il contagocce

Le forze in gioco:

ϑπτϑτ coscos Cs DLF ==

gD

gVgmP G

6

3

πρρ ===

All’equilibrio FS = P:

La goccia cade quando la forza di gravità eguaglia la forza superficiale.

Si trascura la spinta di archimede. L’angolo θ inizialmente vale circa 90°, poi diminuisce. Si può assumere che quando la goccia cade circa θ=0°C

gD

D GC 6cos

3

ρπϑπτ =

gD

gD

D GGC τ

ρϑτ

ρ6cos6

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≈= Diametro del capillare per avere una certa massa della goccia



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Interazioni molecolari: bagnabilità

L’interazione tra le molecole del liquido possono essere superiori o inferiori a quelle che esse esercitano con il solido: il liquido non bagna o bagna la superficie solida. L’acqua bagna meno dell’alcool.

Quando un liquido bagna una superficie solida si formano tre interfacce: solido-liquido, solido-gas, liquido-gas. Ognuna esercita una propria tensione diretta verso l’interno del materiale. L’angolo di contatto θ è il risultato del bilancio delle tensioni.SGLGSL σϑσσ =+ cos



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Interazioni molecolari: bagnabilità

Si dice generalmente che un liquido bagna una superficie quando θ è moltopiccolo (al limite zero) come nel caso di acqua su vetro pulito o mercurio su ramepulito.

Quando l’angolo di contatto θ è maggiore di 90° si dice che il liquido non bagna la superficie come nel caso di acqua su teflon pulito o mercurio su vetro pulito.

Una goccia d’acqua ha forma diversa:a: su superficie polare b: su superficie intermedia c: su superficie apolare



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Interazioni molecolari: il menisco di un fluido

La forma del menisco dipende dall’interazione liquido materiale solido. L’acqua bagna il vetro quindi il menisco è concavo. Il mercurio non bagna il vetro e quindi il menisco e convesso.

Con il menisco concavo la risultante delle forze di adesione con la parete è maggiore della forza peso e quindi il liquido tende a salire fino a quando le due forze non si eguagliano.

Con il menisco convesso la risultante delle forze di adesione con la parete è nella stessa direzione della forza peso e quindi il liquido tende a scendere fino a quando non si raggiunge l’equilibrio.



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Interazioni molecolari: capillarità

Il mercurio si comporta in maniera

opposta all’acqua

La risalita dell’acqua dipende dal diametro

del capillare



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La risalita dell’acqua dipende dal diametro

del capillare

La risalita dell’acqua non dipende dallaforma del capillare



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In un tubo capillare la forza che tende a far salire il liquido all’interno del tubo è data dalla adesione superficiale τ moltiplicata per la circonferenza del tubo 2πr.

Tale forza agisce in direzione tangente alla superficie del liquido a contatto con il solido. Si indica con q l’angolo di bagnatura. La proiezione di tale forza sulla verticale si ottiene moltiplicando per il cosθ.

La forza che si contrappone è quella di gravità che agisce sulla massa del liquido mg. La massa è uguale al volume di liquido per la sua densità πr2hρ.

L’innalzamento capillare h è tanto maggiore quanto minore è il raggio del capillare

Le forze in gioco:

ϑπτϑττ cos2cos rLF ==

ghrgmP 2πρ==

All’equilibrio Fτ = P:

hgrr 2cos2 πρϑπτ =

grh

ρϑτ cos2

== Legge di Jurin



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Se si assume un raggio dei pori nel mattone pari a 1x10-6m ossia 1 µm e considerando una tensione superficiale dell’acqua pari a 75,9 x 10-3 N/m, e un angolo di bagnatura di 0°.

grh

ρϑτ cos2

== h � 2x75,910�3 cos 0°1x10�6x1000x9,81

= 15,5 m

Questo valore è puramente teorico. Si ha una porosità non completamente connessa, la diffusione avviene nel tempo, si hanno anche effetti di evaporazione.



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La risalita dipende dal materiale

Malta+mattoniMalta + calcare Calcare

Intonaco più poroso del muro Muro più poroso dell’intonaco

L’umidità dipende dalla porosità



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Diffusività di un liquido in un solido

La diffusività dell’acqua corrisponde alla velocità con cui l’acqua liquida si muove in unmateriale come conseguenza di un gradiente di concentrazione Si può valutaremettendo a contatto con il pelo libero d’acqua in un recipiente e misurandol’incremento di massa.



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ADESCAMENTO IN EMERSIONE

[MATERIALE PARZIALMENTE IMMERSO]



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PERCENTUALE DI ADESCAMENTO



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MATERIALI DIVERSI HANNO POTENZE DI ADESCAMENTO

DIVERSE

MATTONCINO GIALLO29 gr / m2 h

MALTA DI CALCE6 gr / m2 h

LE MALTE ASSORBONO LENTAMENTE RISPETTO AI

MATTONI

LA MASSIMA ALTEZZA DI ADESCAMENTO SI HA NEI LATERIZI TENERI

GRANITI, CALLCARI E BASALTI SONO CONSIDERATI ANTIADESCANTI



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Tecniche di misura dell’umidità nelle pareti



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Umidità nelle murature, tecniche di misura: gravimetria



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Umidità nelle murature, tecniche di misura: gravimetria



47

Umidità nelle murature, tecniche di misura: Ca2C



48

Umidità nelle murature, tecniche di misura: resistenza elettrica



49

Umidità nelle murature, tecniche di misura: termografia IR



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Umidità nelle murature, tecniche di misura: termografia IR



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Umidità nelle murature: tecniche di indagine

Il controllo visivo consente talvolta di risalire alle cause che hanno generato la presenza di umidità. La distribuzione topografica dell’umidità di da indicazioni sulla sua origine.



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MARCHIATURA MARCATA E

PERMANENTE DEL PAVIMENTO, IN

TONALITA’ STABILE E’ SEGNO DI

UMIDITA’ ASCENDENTE DAL

SOTTOSUOLO.SI SCURISCE

ANCHE LA PARETE IN UNA FASCIA

COSTANTE



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UNA LEGGERA VELATURA DELLE

PARETI E DEL PAVIMENTO E’

SEGNO DI UMIDITA’ DEPOSTA PER

CONDENSAZIONE DELL’ARIA



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MACCHIE ISOLATE AD ALTEZZE VARIABILI CHE

TENDONO A SCOMPARIRE E A RICOMPARIRE IN

GIORNATE PIOVOSE, INDICANO UMIDITA’

ALTERNANTE DA MATERIALI ISOLATI



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L’EROSIONE MARCATA E LA BURCHIELLATURA E SPESSO ASSOCIABILE A

UMIDITA’ ASCENDENTE IN CONCOMITANZA AD

AMPIE VARIAZIONE DITEMPERATURA E VENTILAZIONE.L’INTONACO SI

PROSCIUGA E SI IMBIBISCE.

L’ARIA NON MANCA.ATRII E SPAZI APERTI



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EROSIONE LEGGERA E LOCALIZZATA IN BASSO SOPRA LO ZOCCOLO DIMARMO SPESSO E’ DA

ATTRIBUIRSI ALLA CONDENSAZIONE



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UNA FASCIA DIUMIDITA’ FRA DUE ZONE ASCIUTTE

SPESSO INDICA UN DEPOSITO DI SALI LASCIATI DA UNA

INVASIONE ESAURITA. I SALI ASSORBONO IL

VAPOR D’ACQUADALL’ARIA E

MANTENGONO UMIDA UNA STRETTA FASCIA

DI INTONACO



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DISTRIBUZIONE TRASVERSALE DELL’UMIDITA’



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DISTRIBUZIONE TRASVERSALE DELL’UMIDITA’



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Soluzioni alla risalita capillare nelle pareti



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sistemi di allontanamento dell'acqua dalla parete

sistemi di sbarramento nei confronti della risalita capillare

all'interno della parete

sistemi di evacuazione dell'acqua contenuta nella

parete.



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Soluzioni alla presenza di umidità nelle pareti

Per aumentare la capacità evaporativa dall’interno della parete vengono realizzati dispositivi quali sifoni e drenaggi atmosferici.

Si realizzano fori che penetrano all’interno della parete e vi si inseriscono tubi di materiale poroso (metallo forato, polimeri).

Si utilizzano pendenze tra 10° e 30° e si cerca di attivare una circolazione naturale dell’aria. L’aria umida più leggera esce dall’alto richiamando altra aria dal basso



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Per incrementare la capacità evaporativa superficiale vengono impiegati intonaci macroporosi.

I materiali edili (laterizio, pietra, cemento, malta, intonaco) sono costituiti da una struttura porosa con pori molto piccoli interconnessi (capillari) e macropori che favoriscono l'evaporazione dell'acqua assorbita; aumentando il numero di macroporisi realizza un incremento della capacità evaporativa

Soluzioni alla presenza di umidità nelle pareti



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Cristallizzazione dei sali e intonaci macroporosi

I SALI SOLUBILI POSSONO PROVENIRE DA DUE FONTI:

DIRETTAMENTE DAL MATERIALE (ACQUA E ARGILLA IMPIEGATE NELL’IMPASTO)

DAL TERRENO E ASSORBITI CON L’UMIDITA’ ASCENDENTE

NEL PRIMO CASO POTREBBERO CAUSARE EFFLORESCENZE LOCALIZZATE CHE NON SONO LA PROVA DI UN MURO UMIDO MA DI SALI CONTENUTI NELL’IMPASTO ORIGINALE

DOPO QUALCHE ANNO I SALI SI ESAURISCONO E LE EFFLORESCENZE SCOMPAIONO



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Cristallizzazione dei sali e intonaci macroporosi

L’acqua, ricca di sostanze saline, sale per capillarità all’interno della struttura muraria dell’intonaco. Per successiva evaporazione avviene il deposito dei sali nei micropori dell’intonaco.

Il sale, cristallizzando all’interno dei micropori, aumenta di volume esercitando in tal modo una pressione sulle pareti interne dei pori che porta alla rottura e disgregazione dell’intonaco.

L’intonaco macroporoso favorisce l’evaporazione dell’acqua permettendo la crescita dei cristalli all’interno dei macropori senza , in tal caso, che si originino delle tensioni strutturali.

Meccanismo di funzionamento per un normale intonaco da sottofondo a base cementizia A) e B) ed un intonaco macroporoso da risanamento C).

A)

B)

C)



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Cristallizzazione dei sali e intonaci macroporosi1- La muratura deve essere preventivamente liberatadell’intonaco ammalorato per una altezza di circa un metro oltrela linea del bagnasciuga.

2- Dopo un primo lavaggio con acqua, il supporto dovrà essere lasciato esposto all’aria in modo da favorire l’asciugamento e l’eventuale ricristallizzazione dei sali

3- Si procederà quindi alla rimozione meccanica di tutte le parti sfarinanti od incoerenti prima della applicazione del sistema di risanamento.

5- L’applicazione dell’intonaco avviene con estrema semplicità e rapidità per mezzo delle normali intocanatrici.6-Si completerà la successiva lavora-zione superficiale con staggia e frattazzo. Lo spessore minimo di applicazione è di 2 cm.

4- Si passerà alla applicazione dell’intonaco per il risanamento delle murature umide. La quantità d’aria, grazie alla mescolazione con l’intonacatrice, è superiore al 25% garantendo quindi l’azione risanante.

4

3

5

6

1

2



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Taglio fisico della parete

Si usa una sega diamantata circolare, si esegue un taglio di profondità su tutta la perimetrazionemuraria e lungo il taglio vi si applica un elemento isolante e non traspirante. Solitamente si trattadi acciaio non corrodibile (inox) o lastre polimeriche ad alta resistenza alla compressione



70




71




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Iniezioni di resine liquide

Si pratica una lunga sequenza di fori equispaziati di 30/50 cm ed inclinati verso il basso, siiniettano a pressione delle speciali resine molto fluide ed impregnanti in grado di inserirsi nellaporosità aperta della muratura fino a saturarne l’intera sezione trasversale per parecchicentimetri di altezza.



73

Iniezioni di resine liquide



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Miscellanea



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Umidità di equilibrio nei materiali porosi

Ogni materiale poroso immerso in aria umida, accoglie una certa quantità di vapore acqueo nei suoi pori. Le molecole d’acqua vanno a saturare i legami residui sulle superfici dei pori. Fissata una temperatura al variare dell’umidità relativa dell’aria si ha un contenuto di umidità nel solido di equilibrio.

E’ possibile andare a determinare il contenuto di umidità di equilibrio al variare dell’umidità relativa in aria, ottenendo una curva detta isoterma di equilibrio. Il fenomeno presenta una certa isteresi. A partire cioè dal materiale secco si ha un aumento del contenuto di acqua nel solido fino al raggiungimento di un’umidità relativa del 100 %. Se da questa condizione si diminuisce l’umidità relativa in aria diminuisce la quantità di acqua nel solido, ma la curva che si ottiene è diversa.



76

Umidità nei materiali porosi



77

Umidità nei materiali porosi: pori orizzontali



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