Umidita Tufo Giallo Napoletano Federico II
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VERIFICHE SPERIMENTALI SUGLI INTERVENTI DI RISANAMENTO DELLE MURATRE DI TUFO GIALLO NAPOLETANO AFFETTE DA UMIDITA’ DA RISALITA CAPILLARE Ing. Roberto Castelluccio Dipartimento di Ingegneria Civile Edile ed Ambientale Università degli Studi di Napoli Federico II I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO IL TUFO GIALLO NAPOLETANO Genesi "La struttura e la tessitura dei tufo giallo ricordano quelle di materiali piroclastici misti eruttati in tale quantità ed in breve tempo da formare una sospensione caldissima e molto mobile che inondava vaste aree con grande velocità. Soltanto un cosiffatto meccanismo spiega la natura perfettamente caotica dei tufo, la parziale devetrificazione delle sue pomici e la sua saldezza eccezionale " A. Rittmann, “Sintesi geologica dei Campi Flegrei”, in boll. Soc. Geol. Ital. 1950 Sezione schematica della caldera dei Campi Flegrei: camera magmatica e sistemi di alimentazione dell'attività vulcanica recente (rosso); fondo calderico (marrone e seppia); riempimento calderico (grigio), Tufo Giallo Napoletano (giallo), formazioni recenti (grigio tratteggiato). da: "I Campi Flegrei e i fenomeni bradisismici". Le Scienze febbraio 1994, numero 306 Ingegnere Roberto Castelluccio I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO IL TUFO GIALLO NAPOLETANO L’estrazione (la coltivazione) Estrazione in cave chiuse Estrazione "a botte" o "a campana" Estrazione in cave a cielo aperto Le cave di tufo a cielo aperto nel vallone San Rocco (foto Bartoli e Collini) a sinistra si scorgono le entrate delle vecchie cave sotterranee Ingegnere Roberto Castelluccio I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO IL TUFO GIALLO NAPOLETANO Natura e caratteri del Tufo Giallo Caratteristiche meccaniche Falesia di Monte di Procida prospiciente Torregaveta: successione di lave e prodotti piroclastici di varie dimensioni (brecce, lapilli e scorie), associati a forti eruzioni esplosive. COMPOSIZIONE CHIMICA COMPOSIZIONE MINERALOGICA E PETROGRAFICA - > 50% di Silice 16-19 % di Ossido di Alluminio 7-8 % di Ossido di Potassio 2-4 % di Ossido Ferrico 1,5 – 3,5 % di Ossido di Calcio - pomici, - frammenti di ossidiana - litici I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO IL TUFO GIALLO NAPOLETANO Caratteristiche del tufo POROSITA’ Uno dei parametri che influenza la resistenza delle rocce lapidee tenere è la porosità n, definita come rapporto tra il volume dei vuoti / volume totale. All’aumentare della porosità diminuisce la resistenza a compressione uniassiale. Relazione fra porosità e resistenza a compressione uniassiale GRADO DI SATURAZIONE Indagini sperimentali sul tufo giallo napoletano hanno evidenziato che un altro parametro che riduce la resistenza del materiale lapideo è il grado di saturazione. In particolare la resistenza media del tufo saturo è all’incirca pari al 75% di quello asciutto. Altri risultati hanno dimostrato, inoltre, che il tufo, se sottoposto ad essiccamento in stufa a 105C°, subisce una consistente degradazione meccanica. Resistenza a compressione in funzione della temperatura di essiccamento. Si nota come Il deterioramento per effetto termico sia evidente già alla temperatura di 70°C. Ingegnere Roberto Castelluccio I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO I TIPI DI UMIDITA’ Tipi di umidità Pioggia battente Da costruzione Condensazione per scarsa protezione termica Fessurazione da agenti aggressivi Condensazione interstiziale Fessurazione da gelo e disgelo Concentrazione di sali igroscopici Acqua di scorrimento Funghi e muffe Infiltrazioni dal sottosuolo Condensa del pavimento Introduzione di sali solubilizzati Falda freatica dal terreno Ingegnere Roberto Castelluccio I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO I TIPI DI UMIDITA’ Degrado da Umidità: Presenza di acqua all’interno (umidità interna) o in superficie (umidità superficiale) dell’ossatura strutturale. Fattori caratteristici Gli effetti - Presenza di acqua - Assottigliamento termico - Porosità delle strutture - Diminuzione caratteristiche di resistenza - Condizioni termo-igrometriche ambientali - Disgregazione materiale - Cicli gelo-disgelo Processo di progetto DIAGNOSTICA visiva/strumentale TIPI DI UMIDITA’ INTERVENTI DI RISANAMENTO COLLAUDO Ingegnere Roberto Castelluccio I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO I TIPI DI UMIDITA’ DIAGNOSI I FASE – INFORMAZIONI GENERALI E APPROCCIO VISIVO Raccolta di informazioni di carattere generale sull’edificio in esame: localizzazione, contesto ambientale ed urbanistico, epoca storica, destinazione d’uso, presenza di acqua nello spazio circostante. Esame visivo del fenomeno e del suo contesto: - caratteristiche del luogo e del suolo, - tipologie edilizie, materiali da costruzione - eventuali interventi di risanamento e risultati conseguiti - caratteristica degli edifici circostanti e consistenza di eventuali manifestazioni di umidità in essi rilevati. II FASE – INDAGINI E CARATTERIZZAZIONE IGROMETRICA INVASIVE - NON INVASIVE - Prelievi Saggi Locali Termografia Misura della resistenza elettrica Misura diretta con igrometro III FASE – DETERMINAZIONE DELLE PATOLOGIE igrometro Concentrazione Contenuto umido Tipo di umidità Umidità Umidità ascendente da condensazione Umidità ascendente più umidità da condensazione Umidità da pioggia battente Umidità da materiali isolati IV FASE – INTERVENTI • Meccanici • Chimici • Elettrici • Evaporativi Ingegnere Roberto Castelluccio I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO I TIPI DI UMIDITA’ Umidità ascendente 1. La caratteristica porosa della pietra consente all’acqua di penetrare dalle pareti laterali e di base (imbibizione) per semplice contatto e per effetto dell’attrazione molecolare; 2. L’acqua ricca di sali, accolta nella struttura porosa, inizia l’ascesa all’interno del sistema capillare fino ad arrivare ad una altezza massima; 3. Raggiunta l’altezza massima l’acqua, migra verso la parete esterna, deposita i sali all’interno delle struttura porosa ed evapora attraverso la superficie esterna; 4. Saturati i pori interni i sali si depositano sulla superficie esterna dell’intonaco danno luogo alle efflorescenze; quelli depositati all’interno del sistema poroso aumentano di volume ed innescano uno stato di tensione interna che tende ad espellere l’intonaco. Teoria di Jurin S cos (2r) + Pa (r2) - Pa (r2) - g h (r2) = 0 h = 2 (S cos / g r) S= = Patm..= h= r= gh= Tensione superficiale Angolo del menisco Pressione atmosferica Altezza di risalita Raggio del tubicino Peso massa d’acqua Ingegnere Roberto Castelluccio I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO Modello elettrico dei capillari - Doppio strato di Helmholtz ‘’Le cariche sulla superficie richiamano dalla soluzione una carica netta uguale e contraria, che va a distribuirsi ad una distanza fissa. Pertanto si origina un cosiddetto doppio strato di carica.’’ [Carpi – de Rossi – Fenomeni Bioelettrici] Polarità della molecola d’acqua H2O S= L’evaporazione del primo strato dalla superficie produce il richiamo di ulteriore acqua dal sottosuolo Ingegnere Roberto Castelluccio I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO LA CARATTERIZZAZIONE DEL CONTENUTO UMIDO DELLE MURATURE UNI 11085:2003 – Materiali lapidei naturali ed artificiali. Determinazione del contenuto d’acqua: metodo ponderale GRIGLIA DEI PRELIEVI • I provini devono essere di identiche dimensioni, omogenei e comparabili • I prelievi vanno eseguiti con carotatrice a basso numero di giri (minore di 250 giri/min) in modo da non alterare il contenuto di acqua dei campioni • I campioni devono essere immediatamente posti in contenitori a tenuta per evitare contaminazioni DETERMINAZIONE DEL CONTENUTO DI UMIDITÀ Ca = [(Mu – Ms) / Ms] x 100 Caf = Contenuto fisiologico ( 1 % – 6%) Ca: Contenuto d’acqua Mu: Massa campione estratto Ms: Massa campione dopo l’essiccazione Cella Climatica Bilancia Termoessiccante Ingegnere Roberto Castelluccio I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO GLI INTERVENTI DI RISANAMENTO Gli interventi di risanamento per fenomeni di umidità ascendente Interventi Meccanici: Metodo Koch (Riduzione della sezione assorbente); Metodo “cuci e scuci"; Taglio meccanico. Interventi Chimici: Taglio chimico a pressione o a lenta infusione. Interventi Elettrici: Elettro osmosi attiva e passiva; Elettro osmosi-foresi. Interventi Evaporativi: Posizionamento di sifoni e dreni Intonaci da risanamento Ingegnere Roberto Castelluccio I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO GLI INTERVENTI DI RISANAMENTO Gli interventi meccanici Si definiscono interventi meccanici tutte le procedure che prevedono una fase distruttiva della muratura Metodo Koch (Riduzione della sezione assorbente) L’osservazione che la velocità di assorbimento è direttamente proporzionale alla superficie di contatto muratura – falda, ha indotto i tecnici a sostituire le murature continue con strutture ad arco scavate in breccia al disotto delle zone da risanare in questo modo la risalita dell’umidità è ridotta alla sezione di Intervento di riduzione delle sezioni porose in fondazione imposta degli archetti. Il parametro variabile non riguarda il contenuto d’acqua finale nella muratura, ma esclusivamente la velocità di assorbimento . I campioni testati hanno raggiunto la saturazione in tempi differenti, evidenziando l’inefficacia di un simile dispendio di risorse economiche. Ingegnere Roberto Castelluccio I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO GLI INTERVENTI DI RISANAMENTO Metodo «scuci e cuci" Consiste nello scavare nel muro umido una traccia variabile dai 18 ai 30 cm per l’intero spessore del muro che consenta di sostituire i materiali porosi con altri anticapillari (ad es. pietra o lamina di piombo da 1,5 –2 mm) per l’intero perimetro dell’edificio. L’intervento è completato con la posa in opera di un foglio impermeabile sottoposto, in modo tale che nel complesso si costituisce una barriera insuperabile per l’acqua. Inserimento di uno strato di materiale non poroso a tutto spessore Taglio meccanico della muratura La metodologia di intervento originaria, detta Massari, prevede l’utilizzo di una carotatrice per realizzare, con due serie sovrapposte di fori accostati, una fessura orizzontale regolare anche su murature eterogenee. I materiali che vengono inseriti come sbarramento sono di diversa natura: lastre di piombo, di acciaio piane od ondulate, lamine in pvc o vetroresina, resine poliesteri, malte cementizie. L’operazione è comunque dispendiosa, faticosa e praticabile solo su materiali particolarmente teneri. Ingegnere Roberto Castelluccio I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO GLI INTERVENTI DI RISANAMENTO Gli interventi chimici Il metodo chimico consiste nell’immissione all’interno delle murature di sostanze chimiche in forma fluida che costituiscono una barriera orizzontale al flusso migratorio dell’acqua. Si possono individuare due classi di prodotti: Consolidanti: penetrano nella struttura muraria occludendone i pori Idrofobizzanti: si dispongono sulla superficie dei pori riducendo il valore della tensione superficiale La tecnologia di posa in opera individua ancora due classi in funzione delle caratteristiche viscose del materiale: Lenta infusione Iniezione a bassa pressione Ingegnere Roberto Castelluccio I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO GLI INTERVENTI DI RISANAMENTO Gli interventi elettrici I metodi denominati “elettrici” si basano sul principio dell’elettro osmosi, secondo il quale si afferma che il movimento di un fluido conduttore (l’acqua) si muove in un mezzo poroso, sotto l’azione di un campo elettrico, dal polo positivo (anodo) verso quello negativo (catodo). Elettro-osmosi passiva Elettro-osmosi attiva Elettro-osmosi Foresi Consiste nel collegare la parete con Prevede l’utilizzazione di un Il fenomeno dell’elettroforesi sancisce il terreno in modo da annullare la campo artificiale che delle particelle in sospensione in un differenza gli mediante l’installazione di due liquido, si muovono sotto l’effetto di un elementi in questione e quindi il elettrodi a potenziale differente campo elettrico dal polo positivo a quello campo elettrico collegati da una centralina negativo. di potenziale tra elettrico Ingegnere Roberto Castelluccio I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO GLI INTERVENTI DI RISANAMENTO Gli interventi evaporativi Gli interventi si basano sulla deumidificazione delle strutture murarie per effetto dell’incremento delle superfici evaporative. Il fenomeno dell’evaporazione si realizza in due fasi successive: nella prima si osserva una diminuzione del contenuto di umidità interno alle pareti ed il trasporto in superficie dei sali disciolti nell’acqua; nella seconda fase si effettua l’effettiva asciugatura mediante l’evaporazione attraverso le pareti. L’aumento della capacità evaporativa interna alla parete si ottiene mediante l’apposizione di sifoni o dreni atmosferici, mentre la capacità evaporativa superficiale viene aumentata mediante l’utilizzo di intonaci da risanamento. Curva di evaporazione Ingegnere Roberto Castelluccio I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO GLI INTERVENTI DI RISANAMENTO I sifoni Il sistema è basato sull’applicazione di tubicini in materiale poroso, inclinati verso il basso di circa 20°, attraverso i quali l’acqua presente nella muratura dovrebbe fuoriuscire, attivando una circolazione naturale tra l’aria umida interna e quella asciutta esterna. In realtà l’aria umida interna uscirà dal sifone solo se a temperatura minore di quella esterna, per cui il sifone dovrebbe essere rivolto verso Sifoni di Knapen Sifoni a "V" l’alto. Intonaci da risanamento Il funzionamento degli intonaci da risanamento è basato: - sull’aumento della superficie evaporante dovuta ai macropori contenuti nella matrice ed alla loro maggiore capacità volumetrica che consente all’intonaco di contenere un maggior quantitativo di sali depositati, ritardando l’attivazione delle tensioni interne e contenendone le deformazioni; - sull’azione idrofobica sui capillari interni che, incidendo sul valore della tensione superficiale, riduce la capacità della muratura di innescare la risalita capillare; sull’approfondimento della superficie evaporante che consente una maggiore durabilità e conservazione dei paramenti esterni. Ingegnere Roberto Castelluccio I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO “Electrocapillary effect” ed “Electrowetting” Applicando un debole campo elettrico impulsivo è possibile modificare la concavità del menisco nel punto di contatto tra un liquido conduttivo (soluzione acquosa salina) ed il tubo di silicio (capillare), impedendo all’acqua di risalire per capillarità all’interno del Sistema poroso dei materiali Tratto da: “Fluid Control in Multichannel Structures by Electrocapillary Pressure”, by M. W. J. Prins, W. J. J. Welters, J. W. Weekamp, Philips Research Laboratories Eindhoven, Prof. Holstlaan 4, 5656 AA Eindhoven, The Netherlands. SCIENCE Vol.291, pp.277-280, 12 January 2001; (Copyright © 2001 American Association for the Advancement of Science). Ingegnere Roberto Castelluccio I FENOMENI DI UMIDITA’ SULLE MURATURE IN TUFO GIALLO NAPOLETANO Sistema a neutralizzazione di carica Istallazione Apparecchio Domodry Modello LS-R15 Mantova – Palazzo Te - Sala dei Giganti Ingegnere Roberto Castelluccio
